ප්ලාස්මා වැඩිදියුණු කරන ලද රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ මූලික තාක්ෂණය (PECVD)

1. ප්ලාස්මා වැඩිදියුණු කරන ලද රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ ප්රධාන ක්රියාවලීන්

ප්ලාස්මා වැඩි දියුණු කරන ලද රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (PECVD) යනු දිලිසෙන විසර්ජන ප්ලාස්මා ආධාරයෙන් වායුමය ද්‍රව්‍යවල රසායනික ප්‍රතික්‍රියාව මගින් තුනී පටල වර්ධනය කිරීම සඳහා වන නව තාක්‍ෂණයකි. PECVD තාක්ෂණය වායු විසර්ජනය මගින් සකස් කර ඇති නිසා, සමතුලිත නොවන ප්ලාස්මා වල ප්රතික්රියා ලක්ෂණ ඵලදායී ලෙස භාවිතා වන අතර, ප්රතික්රියා පද්ධතියේ බලශක්ති සැපයුම් ආකාරය මූලික වශයෙන් වෙනස් වේ. සාමාන්‍යයෙන් කථා කරන විට, තුනී පටල සකස් කිරීම සඳහා PECVD තාක්ෂණය භාවිතා කරන විට, තුනී පටලවල වර්ධනය ප්‍රධාන වශයෙන් පහත සඳහන් මූලික ක්‍රියාවලි තුන ඇතුළත් වේ.

පළමුව, සමතුලිත නොවන ප්ලාස්මාවේ, ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රාථමික අවධියේදී ප්‍රතික්‍රියා වායුව සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කර ප්‍රතික්‍රියා වායුව වියෝජනය කර අයන සහ ක්‍රියාකාරී කණ්ඩායම් මිශ්‍රණයක් සාදයි;

දෙවනුව, සියලුම ආකාරයේ ක්රියාකාරී කණ්ඩායම් චිත්රපටයේ මතුපිටට සහ බිත්තියට විසරණය හා ප්රවාහනය කරන අතර, ප්රතික්රියාකාරක අතර ද්විතියික ප්රතික්රියා එකවරම සිදු වේ;

අවසාන වශයෙන්, වර්ධන මතුපිටට ළඟා වන සියලු වර්ගවල ප්‍රාථමික හා ද්විතියික ප්‍රතික්‍රියා නිෂ්පාදන අවශෝෂණය කර මතුපිට සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරයි, වායුමය අණු නැවත මුදා හැරීම සමඟ.

විශේෂයෙන්, Glow discharge ක්‍රමය මත පදනම් වූ PECVD තාක්ෂණයට බාහිර විද්‍යුත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ උද්දීපනය යටතේ ප්ලාස්මා සෑදීමට ප්‍රතික්‍රියා වායුව අයනීකරණය කළ හැක. දිලිසෙන විසර්ජන ප්ලාස්මා වලදී, බාහිර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයෙන් ත්වරණය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනවල චාලක ශක්තිය සාමාන්‍යයෙන් 10ev හෝ ඊටත් වඩා වැඩි වන අතර එය ප්‍රතික්‍රියාශීලී වායු අණුවල රසායනික බන්ධන විනාශ කිරීමට ප්‍රමාණවත් වේ. එබැවින්, අධි ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ ප්‍රතික්‍රියාශීලී වායු අණු වල අනම්‍ය ඝට්ටනය හරහා, වායු අණු අයනීකරණය හෝ වියෝජනය වී උදාසීන පරමාණු සහ අණුක නිෂ්පාදන නිපදවනු ඇත. ධන අයන අයන ස්තරය ත්වරණය වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය මගින් වේගවත් වන අතර ඉහළ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය සමඟ ගැටේ. පහළ ඉලෙක්ට්‍රෝඩය අසල කුඩා අයන ස්තර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් ද ඇත, එබැවින් උපස්ථරය ද යම් ප්‍රමාණයකට අයන මගින් බෝම්බ හෙලනු ලැබේ. එහි ප්රතිඵලයක් වශයෙන්, වියෝජනය මගින් නිපදවන මධ්යස්ථ ද්රව්යය නල බිත්තියට සහ උපස්ථරයට විසරණය වේ. ප්ලාවිතය සහ විසරණය කිරීමේ ක්‍රියාවලියේදී, මෙම අංශු සහ කණ්ඩායම් (රසායනිකව ක්‍රියාකාරී උදාසීන පරමාණු සහ අණු කණ්ඩායම් ලෙස හැඳින්වේ) කෙටි සාමාන්‍ය නිදහස් මාර්ගය හේතුවෙන් අයන අණු ප්‍රතික්‍රියාවට සහ කණ්ඩායම් අණු ප්‍රතික්‍රියාවකට භාජනය වේ. උපස්ථරයට ළඟා වන සහ adsorbed වන රසායනික ක්රියාකාරී ද්රව්යවල (ප්රධාන වශයෙන් කණ්ඩායම්) රසායනික ගුණාංග ඉතා ක්රියාකාරී වන අතර, ඒවා අතර අන්තර් ක්රියාව මගින් චිත්රපටය සෑදී ඇත.

2. ප්ලාස්මා හි රසායනික ප්රතික්රියා

දිලිසෙන විසර්ජන ක්‍රියාවලියේදී ප්‍රතික්‍රියා වායුවේ උද්දීපනය ප්‍රධාන වශයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝට්ටනය වන බැවින් ප්ලාස්මාවේ මූලික ප්‍රතික්‍රියා විවිධ වන අතර ප්ලාස්මා සහ ඝන පෘෂ්ඨය අතර අන්තර්ක්‍රියා ද ඉතා සංකීර්ණ බැවින් යාන්ත්‍රණය අධ්‍යයනය කිරීම වඩාත් අපහසු වේ. PECVD ක්‍රියාවලියේ. මේ වන විට, බොහෝ වැදගත් ප්‍රතික්‍රියා පද්ධති පරමාදර්ශී ගුණ සහිත චිත්‍රපට ලබා ගැනීම සඳහා අත්හදා බැලීම් මගින් ප්‍රශස්ත කර ඇත. PECVD තාක්ෂණය මත පදනම් වූ සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටල තැන්පත් කිරීම සඳහා, තැන්පත් කිරීමේ යාන්ත්‍රණය ගැඹුරින් හෙළි කළ හැකි නම්, ද්‍රව්‍යවල විශිෂ්ට භෞතික ගුණාංග සහතික කිරීමේ පදනම මත සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටලවල තැන්පත් වීමේ අනුපාතය විශාල ලෙස වැඩි කළ හැකිය.

වර්තමානයේ, සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටල පර්යේෂණයේදී, හයිඩ්‍රජන් තනුක සිලේන් (SiH4) ප්‍රතික්‍රියා වායුව ලෙස බහුලව භාවිතා වන්නේ සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටලවල යම් හයිඩ්‍රජන් ප්‍රමාණයක් පවතින බැවිනි. සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටලවල H ඉතා වැදගත් භූමිකාවක් ඉටු කරයි. එය ද්‍රව්‍ය ව්‍යුහයේ එල්ලෙන බන්ධන පිරවිය හැකි අතර, දෝෂ ශක්ති මට්ටම බෙහෙවින් අඩු කරයි, සහ හෙල්ලය et al සිට ද්‍රව්‍යවල සංයුජතා ඉලෙක්ට්‍රෝන පාලනය පහසුවෙන් අවබෝධ කර ගත හැකිය. සිලිකන් තුනී පටලවල මාත්‍රණය කිරීමේ බලපෑම මුලින්ම අවබෝධ කර ගත් අතර පළමු PN හන්දිය සකස් කරන ලදී, PECVD තාක්ෂණය මත පදනම් වූ සිලිකන් පාදක තුනී පටල සකස් කිරීම සහ යෙදීම පිළිබඳ පර්යේෂණ වේගයෙන් ඉහළ ගොස් ඇත. එබැවින්, PECVD තාක්ෂණය මගින් තැන්පත් කරන ලද සිලිකන් මත පදනම් වූ තුනී පටලවල රසායනික ප්‍රතික්‍රියාව විස්තර කර පහතින් සාකච්ඡා කරනු ඇත.

දිලිසෙන විසර්ජන තත්ත්වය යටතේ, සිලේන් ප්ලාස්මාවේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට EV ශක්තීන් කිහිපයකට වඩා වැඩි බැවින්, ප්‍රාථමික ප්‍රතික්‍රියාවට අයත් ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් ගැටෙන විට H2 සහ SiH4 දිරාපත් වේ. අපි අතරමැදි උද්වේගකර තත්ත්වයන් සැලකිල්ලට නොගන්නේ නම්, අපට H සමඟ sihm (M = 0,1,2,3) හි පහත විඝටන ප්රතික්රියා ලබා ගත හැක.

e+SiH4→SiH2+H2+e (2.1)

e+SiH4→SiH3+ H+e (2.2)

e+SiH4→Si+2H2+e (2.3)

e+SiH4→SiH+H2+H+e (2.4)

e+H2→2H+e (2.5)

භූ තත්ත්‍වයේ අණු නිෂ්පාදනයේ සම්මත තාපයට අනුව ඉහත විඝටන ක්‍රියාවලි සඳහා අවශ්‍ය ශක්තීන් (2.1) ~ (2.5) පිළිවෙලින් 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV සහ 4.5 EV වේ. ප්ලාස්මාවේ ඇති අධි ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන පහත අයනීකරණ ප්‍රතික්‍රියා වලටද ලක් විය හැක

e+SiH4→SiH2++H2+2e (2.6)

e+SiH4→SiH3++ H+2e (2.7)

e+SiH4→Si++2H2+2e (2.8)

e+SiH4→SiH++H2+H+2e (2.9)

(2.6) ~ (2.9) සඳහා අවශ්‍ය ශක්තිය පිළිවෙළින් 11.9, 12.3, 13.6 සහ 15.3 EV වේ. ප්‍රතික්‍රියා ශක්තියේ වෙනස හේතුවෙන් (2.1) ~ (2.9) ප්‍රතික්‍රියා වල සම්භාවිතාව ඉතා අසමාන වේ. මීට අමතරව, ප්‍රතික්‍රියා ක්‍රියාවලිය (2.1) ~ (2.5) සමඟ සාදන ලද sihm අයනීකරණය සඳහා පහත සඳහන් ද්විතියික ප්‍රතික්‍රියා වලට භාජනය වේ.

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

ඉහත ප්‍රතික්‍රියාව තනි ඉලෙක්ට්‍රෝන ක්‍රියාවලියක් මගින් සිදු කරන්නේ නම්, අවශ්‍ය ශක්තිය 12 eV හෝ ඊට වැඩි වේ. 1010cm-3 ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය සහිත දුර්වල අයනීකෘත ප්ලාස්මාවේ 10ev ට වැඩි අධි ශක්ති ඉලෙක්ට්‍රෝන සංඛ්‍යාව වායුගෝලීය පීඩනය (10-100pa) යටතේ සිලිකන් මත පදනම් වූ චිත්‍රපට සකස් කිරීම සඳහා සාපේක්ෂ වශයෙන් කුඩා බැවින් සමුච්චිත අයනීකරණ සම්භාවිතාව සාමාන්යයෙන් උද්දීපනය සම්භාවිතාවට වඩා කුඩා වේ. එබැවින්, සිලේන් ප්ලාස්මා හි ඉහත අයනීකෘත සංයෝගවල අනුපාතය ඉතා කුඩා වන අතර, sihm හි උදාසීන කාණ්ඩය ප්‍රමුඛ වේ. ස්කන්ධ වර්ණාවලි විශ්ලේෂණ ප්‍රතිඵල ද මෙම නිගමනය සනාථ කරයි [8]. Bourquard et al. sih3, sih2, Si සහ SIH අනුපිළිවෙලින් sihm සාන්ද්‍රණය අඩු වූ නමුත් SiH3 හි සාන්ද්‍රණය SIH සාන්ද්‍රණය මෙන් තුන් ගුණයක් වැඩි බව තවදුරටත් පෙන්වා දුන්නේය. රොබට්සන් සහ අල්. sihm හි උදාසීන නිෂ්පාදනවල, අධි බල විසර්ජන සඳහා පිරිසිදු සිලේන් ප්‍රධාන වශයෙන් භාවිතා කරන ලද අතර, sih3 ප්‍රධාන වශයෙන් අඩු බල විසර්ජන සඳහා භාවිතා කරන බව වාර්තා විය. ඉහළ සිට පහළ දක්වා සාන්ද්‍රණයේ අනුපිළිවෙල SiH3, SiH, Si, SiH2 විය. එබැවින්, ප්ලාස්මා ක්රියාවලියේ පරාමිතීන් sihm උදාසීන නිෂ්පාදනවල සංයුතියට දැඩි ලෙස බලපායි.

ඉහත විඝටන හා අයනීකරණ ප්‍රතික්‍රියා වලට අමතරව අයනික අණු අතර ද්විතියික ප්‍රතික්‍රියා ද ඉතා වැදගත් වේ.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

එබැවින්, අයන සාන්ද්රණය අනුව, sih3 + sih2 + ට වඩා වැඩි වේ. SiH4 ප්ලාස්මාවේ sih2 + අයන වලට වඩා වැඩි sih3 + අයන ඇත්තේ මන්දැයි පැහැදිලි කළ හැක.

මීට අමතරව, ප්ලාස්මා හි හයිඩ්‍රජන් පරමාණු SiH4 හි හයිඩ්‍රජන් ග්‍රහණය කර ගන්නා අණුක පරමාණු ඝට්ටන ප්‍රතික්‍රියාවක් ඇති වේ.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

එය බාහිර තාප ප්‍රතික්‍රියාවක් වන අතර si2h6 සෑදීමේ පූර්වගාමියා වේ. ඇත්ත වශයෙන්ම, මෙම කණ්ඩායම් බිම් මට්ටමේ පමණක් නොව, ප්ලාස්මා තුළ උද්යෝගිමත් තත්ත්වයට උද්යෝගිමත් වේ. සිලේන් ප්ලාස්මා හි විමෝචන වර්ණාවලි පෙන්නුම් කරන්නේ Si, SIH, h, සහ SiH2, SiH3 හි කම්පන උද්වේගකාරී තත්වයන් දෘෂ්‍යව පිළිගත හැකි සංක්‍රාන්ති උද්වේගකර තත්වයන් පවතින බවයි.