பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட இரசாயன நீராவி படிவுக்கான அடிப்படை தொழில்நுட்பம் (PECVD)

1. பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட இரசாயன நீராவி படிவு முக்கிய செயல்முறைகள்

பிளாஸ்மா மேம்படுத்தப்பட்ட இரசாயன நீராவி படிவு (PECVD) என்பது பளபளப்பான வெளியேற்ற பிளாஸ்மாவின் உதவியுடன் வாயுப் பொருட்களின் இரசாயன எதிர்வினை மூலம் மெல்லிய படங்களின் வளர்ச்சிக்கான ஒரு புதிய தொழில்நுட்பமாகும். PECVD தொழில்நுட்பம் வாயு வெளியேற்றத்தால் தயாரிக்கப்படுவதால், சமநிலையற்ற பிளாஸ்மாவின் எதிர்வினை பண்புகள் திறம்பட பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் எதிர்வினை அமைப்பின் ஆற்றல் விநியோக முறை அடிப்படையில் மாற்றப்படுகிறது. பொதுவாக, மெல்லிய பிலிம்களைத் தயாரிக்க PECVD தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​மெல்லிய படங்களின் வளர்ச்சி முக்கியமாக பின்வரும் மூன்று அடிப்படை செயல்முறைகளை உள்ளடக்கியது.

முதலாவதாக, சமநிலையற்ற பிளாஸ்மாவில், எலக்ட்ரான்கள் முதன்மை நிலையில் எதிர்வினை வாயுவுடன் வினைபுரிந்து எதிர்வினை வாயுவை சிதைத்து அயனிகள் மற்றும் செயலில் உள்ள குழுக்களின் கலவையை உருவாக்குகின்றன;

இரண்டாவதாக, அனைத்து வகையான செயலில் உள்ள குழுக்களும் பரப்பி மற்றும் படத்தின் மேற்பரப்பு மற்றும் சுவருக்கு கொண்டு செல்கின்றன, மேலும் எதிர்வினைகளுக்கு இடையிலான இரண்டாம் நிலை எதிர்வினைகள் ஒரே நேரத்தில் நிகழ்கின்றன;

இறுதியாக, வளர்ச்சி மேற்பரப்பை அடையும் அனைத்து வகையான முதன்மை மற்றும் இரண்டாம் நிலை எதிர்வினை தயாரிப்புகளும் உறிஞ்சப்பட்டு மேற்பரப்புடன் வினைபுரிகின்றன, அதனுடன் வாயு மூலக்கூறுகளின் மறு வெளியீடும் ஏற்படுகிறது.

குறிப்பாக, க்ளோ டிஸ்சார்ஜ் முறையை அடிப்படையாகக் கொண்ட PECVD தொழில்நுட்பம் வெளிப்புற மின்காந்த புலத்தின் தூண்டுதலின் கீழ் பிளாஸ்மாவை உருவாக்க எதிர்வினை வாயுவை அயனியாக்கச் செய்யலாம். க்ளோ டிஸ்சார்ஜ் பிளாஸ்மாவில், வெளிப்புற மின்சார புலத்தால் துரிதப்படுத்தப்படும் எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றல் பொதுவாக 10ev அல்லது அதற்கும் அதிகமாக இருக்கும், இது எதிர்வினை வாயு மூலக்கூறுகளின் வேதியியல் பிணைப்புகளை அழிக்க போதுமானது. எனவே, உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் எதிர்வினை வாயு மூலக்கூறுகளின் உறுதியற்ற மோதல் மூலம், வாயு மூலக்கூறுகள் அயனியாக்கம் அல்லது சிதைந்து நடுநிலை அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறு தயாரிப்புகளை உருவாக்குகின்றன. நேர்மறை அயனிகள் அயனி அடுக்கு முடுக்கி மின்சார புலத்தால் முடுக்கி மேல் மின்முனையுடன் மோதுகின்றன. கீழ் மின்முனைக்கு அருகில் ஒரு சிறிய அயனி அடுக்கு மின்சார புலமும் உள்ளது, எனவே அடி மூலக்கூறும் ஓரளவுக்கு அயனிகளால் தாக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, சிதைவு மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் நடுநிலை பொருள் குழாய் சுவர் மற்றும் அடி மூலக்கூறுக்கு பரவுகிறது. சறுக்கல் மற்றும் பரவல் செயல்பாட்டில், இந்த துகள்கள் மற்றும் குழுக்கள் (வேதியியல் ரீதியாக செயல்படும் நடுநிலை அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகள் குழுக்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன) குறுகிய சராசரி இலவச பாதை காரணமாக அயனி மூலக்கூறு எதிர்வினை மற்றும் குழு மூலக்கூறு எதிர்வினைக்கு உட்படும். வேதியியல் செயலில் உள்ள பொருட்களின் வேதியியல் பண்புகள் (முக்கியமாக குழுக்கள்) அடி மூலக்கூறை அடையும் மற்றும் உறிஞ்சப்பட்டவை மிகவும் செயலில் உள்ளன, மேலும் அவைகளுக்கு இடையேயான தொடர்பு மூலம் படம் உருவாகிறது.

2. பிளாஸ்மாவில் இரசாயன எதிர்வினைகள்

பளபளப்பு வெளியேற்ற செயல்பாட்டில் எதிர்வினை வாயுவின் தூண்டுதல் முக்கியமாக எலக்ட்ரான் மோதலாக இருப்பதால், பிளாஸ்மாவில் உள்ள அடிப்படை எதிர்வினைகள் வேறுபட்டவை, மேலும் பிளாஸ்மாவிற்கும் திடமான மேற்பரப்புக்கும் இடையிலான தொடர்பு மிகவும் சிக்கலானது, இது பொறிமுறையைப் படிப்பதை கடினமாக்குகிறது. PECVD செயல்முறை. இதுவரை, பல முக்கியமான எதிர்வினை அமைப்புகள் சிறந்த பண்புகளைக் கொண்ட திரைப்படங்களைப் பெறுவதற்கான சோதனைகள் மூலம் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன. PECVD தொழில்நுட்பத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களின் படிவுகளுக்கு, படிவு நுட்பத்தை ஆழமாக வெளிப்படுத்த முடிந்தால், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களின் படிவு விகிதத்தை பொருட்களின் சிறந்த இயற்பியல் பண்புகளை உறுதிசெய்வதன் அடிப்படையில் பெரிதும் அதிகரிக்க முடியும்.

தற்போது, ​​சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களின் ஆராய்ச்சியில், ஹைட்ரஜன் நீர்த்த சிலேன் (SiH4) வினை வாயுவாக பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, ஏனெனில் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களில் குறிப்பிட்ட அளவு ஹைட்ரஜன் உள்ளது. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களில் H மிக முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. இது பொருள் கட்டமைப்பில் தொங்கும் பிணைப்புகளை நிரப்பவும், குறைபாடு ஆற்றல் மட்டத்தை வெகுவாகக் குறைக்கவும், ஈட்டி மற்றும் பலர் இருந்து பொருட்களின் வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான் கட்டுப்பாட்டை எளிதாக உணரவும் முடியும். சிலிக்கான் மெல்லிய படங்களின் ஊக்கமருந்து விளைவை முதலில் உணர்ந்து, முதல் PN சந்திப்பைத் தயாரித்தது, PECVD தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களின் தயாரிப்பு மற்றும் பயன்பாடு பற்றிய ஆராய்ச்சி பாய்ச்சல் மற்றும் வரம்பில் உருவாக்கப்பட்டது. எனவே, PECVD தொழில்நுட்பத்தால் டெபாசிட் செய்யப்பட்ட சிலிக்கான் அடிப்படையிலான மெல்லிய படங்களில் உள்ள இரசாயன எதிர்வினை பின்வருமாறு விவரிக்கப்பட்டு விவாதிக்கப்படும்.

க்ளோ டிஸ்சார்ஜ் நிலையில், சிலேன் பிளாஸ்மாவில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் பல EV ஆற்றலைக் காட்டிலும் அதிகமாக இருப்பதால், H2 மற்றும் SiH4 ஆகியவை எலக்ட்ரான்களால் மோதப்படும் போது சிதைந்துவிடும், இது முதன்மை எதிர்வினைக்கு சொந்தமானது. இடைநிலை உற்சாகமான நிலைகளை நாம் கருத்தில் கொள்ளவில்லை என்றால், பின்வரும் விலகல் எதிர்வினைகளை சிஹ்ம் (M = 0,1,2,3) உடன் H உடன் பெறலாம்

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)

தரை நிலை மூலக்கூறுகளின் உற்பத்தியின் நிலையான வெப்பத்தின்படி, மேலே உள்ள விலகல் செயல்முறைகளுக்கு (2.1) ~ (2.5) தேவைப்படும் ஆற்றல்கள் முறையே 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV மற்றும் 4.5 EV ஆகும். பிளாஸ்மாவில் உள்ள உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்கள் பின்வரும் அயனியாக்கம் எதிர்வினைகளுக்கு உட்படலாம்

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) க்கு தேவையான ஆற்றல் முறையே 11.9, 12.3, 13.6 மற்றும் 15.3 EV ஆகும். எதிர்வினை ஆற்றலின் வேறுபாடு காரணமாக, (2.1) ~ (2.9) எதிர்வினைகளின் நிகழ்தகவு மிகவும் சீரற்றது. கூடுதலாக, எதிர்வினை செயல்முறையுடன் (2.1) ~ (2.5) உருவாகும் சிஹ்ம், அயனியாக்க பின்வரும் இரண்டாம் நிலை வினைகளுக்கு உட்படும்.

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

மேலே உள்ள எதிர்வினை ஒற்றை எலக்ட்ரான் செயல்முறை மூலம் மேற்கொள்ளப்பட்டால், தேவைப்படும் ஆற்றல் சுமார் 12 eV அல்லது அதற்கும் அதிகமாகும். 1010cm-3 எலக்ட்ரான் அடர்த்தி கொண்ட பலவீனமான அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட பிளாஸ்மாவில் 10ev க்கு மேல் உள்ள உயர் ஆற்றல் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான படங்களின் தயாரிப்பிற்காக வளிமண்டல அழுத்தத்தில் (10-100pa) ஒப்பீட்டளவில் சிறியதாக உள்ளது. அயனியாக்கம் நிகழ்தகவு பொதுவாக தூண்டுதல் நிகழ்தகவை விட சிறியது. எனவே, சிலேன் பிளாஸ்மாவில் மேற்கூறிய அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட சேர்மங்களின் விகிதம் மிகச் சிறியது, மேலும் சிஹ்மின் நடுநிலைக் குழு ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரம் பகுப்பாய்வு முடிவுகளும் இந்த முடிவை நிரூபிக்கின்றன [8]. போர்கார்ட் மற்றும் பலர். sih3, sih2, Si மற்றும் SIH வரிசையில் sihm இன் செறிவு குறைந்துள்ளது என்று மேலும் சுட்டிக்காட்டினார், ஆனால் SiH3 இன் செறிவு அதிகபட்சம் SIH ஐ விட மூன்று மடங்கு அதிகமாக இருந்தது. ராபர்ட்சன் மற்றும் பலர். sihm இன் நடுநிலை தயாரிப்புகளில், தூய சிலேன் முக்கியமாக உயர்-சக்தி வெளியேற்றத்திற்கு பயன்படுத்தப்பட்டது, அதே நேரத்தில் sih3 முக்கியமாக குறைந்த-சக்தி வெளியேற்றத்திற்கு பயன்படுத்தப்பட்டது. செறிவூட்டலின் வரிசை உயர்விலிருந்து தாழ்வானது SiH3, SiH, Si, SiH2 ஆகும். எனவே, பிளாஸ்மா செயல்முறை அளவுருக்கள் sihm நடுநிலை தயாரிப்புகளின் கலவையை வலுவாக பாதிக்கின்றன.

மேலே உள்ள விலகல் மற்றும் அயனியாக்கம் வினைகளுக்கு கூடுதலாக, அயனி மூலக்கூறுகளுக்கு இடையிலான இரண்டாம் நிலை எதிர்வினைகளும் மிக முக்கியமானவை.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

எனவே, அயனி செறிவு அடிப்படையில், sih3 + sih2 + ஐ விட அதிகமாக உள்ளது. SiH4 பிளாஸ்மாவில் sih2 + அயனிகளை விட அதிகமான sih3 + அயனிகள் ஏன் உள்ளன என்பதை இது விளக்கலாம்.

கூடுதலாக, ஒரு மூலக்கூறு அணு மோதல் எதிர்வினை இருக்கும், இதில் பிளாஸ்மாவில் உள்ள ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் SiH4 இல் ஹைட்ரஜனைப் பிடிக்கின்றன.

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

இது ஒரு வெளிப்புற வெப்ப எதிர்வினை மற்றும் si2h6 உருவாவதற்கு முன்னோடியாகும். நிச்சயமாக, இந்த குழுக்கள் தரை நிலையில் மட்டுமல்ல, பிளாஸ்மாவில் உற்சாகமான நிலைக்கும் உற்சாகமாக உள்ளன. சைலேன் பிளாஸ்மாவின் உமிழ்வு நிறமாலையானது Si, SIH, h மற்றும் SiH2, SiH3 இன் அதிர்வு உற்சாகமான நிலைகளின் ஒளியியல் ரீதியாக ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய மாற்றம் உற்சாகமான நிலைகள் இருப்பதைக் காட்டுகிறது.