1. Равандҳои асосии плазмаи таҳшиншавии буғи химиявӣ
Паҳншавии буғҳои кимиёвии пурқувватшудаи плазма (PECVD) технологияи нави афзоиши плёнкаҳои тунук тавассути реаксияи химиявии моддаҳои газӣ бо ёрии плазмаи разряди дурахшон мебошад. Азбаски технологияи PECVD тавассути разряди газ омода карда мешавад, хусусиятҳои реаксияи плазмаи ғайримувозинат самаранок истифода бурда мешавад ва режими таъмини энергияи системаи реаксия ба таври куллӣ тағйир меёбад. Умуман, вақте ки технологияи PECVD барои тайёр кардани филмҳои тунук истифода мешавад, афзоиши филмҳои борик асосан се раванди асосии зеринро дар бар мегирад.
Аввалан, дар плазмаи ѓайримувозинат электронњо бо гази реаксия дар марњилаи ибтидої реаксия карда, гази реаксияро таљзия мекунанд ва омехтаи ионњо ва гурўњњои фаъолро ташкил медињанд;
Сониян, њама гуна гурўњњои фаъол пароканда ва ба сатњ ва девори плёнка мекашанд ва дар як ваќт реаксияњои дуюмдараљаи байни реактивњо ба амал меоянд;
Ниҳоят, ҳама намуди маҳсулоти реаксияи ибтидоӣ ва дуюмдараҷа, ки ба сатҳи афзоиш мерасанд, адсорб карда мешаванд ва бо сатҳи реаксия реаксия мекунанд, ки бо баровардани дубораи молекулаҳои газӣ ҳамроҳ мешаванд.
Махсусан, технологияи PECVD, ки дар асоси усули разряди дурахшанда асос ёфтааст, метавонад реаксияро ионизатсия кунад, то дар зери ҳаяҷонангези майдони электромагнитии беруна плазма ба вуҷуд оварад. Дар плазмаи разряди дурахшанда энергияи кинетикии электронхое, ки тавассути майдони электрии беруна суръат мегиранд, одатан такрибан 10ев ё аз ин хам зиёдтар аст, ки барои нест кардани пайвандхои химиявии молекулахои реактивии газ кифоя аст. Аз ин рӯ, тавассути бархӯрди ғайриэластикии электронҳои энергияи баланд ва молекулаҳои гази реактивӣ, молекулаҳои газ ионизатсия мешаванд ё таҷзия мешаванд, то атомҳои нейтралӣ ва маҳсулоти молекулавӣ ҳосил шаванд. Ионҳои мусбат тавассути қабати ионӣ, ки майдони электрикиро суръат мебахшанд, суръат мегиранд ва бо электроди боло бархӯрдаанд. Дар наздикии электроди поёнӣ инчунин майдони электрикии қабати хурди ионӣ мавҷуд аст, бинобар ин субстрат низ то андозае аз ҷониби ионҳо бомбаборон карда мешавад. Дар натиҷа, моддаи нейтралии дар натиҷаи таҷзия ҳосилшуда ба девори қубур ва субстрат паҳн мешавад. Дар ҷараёни дрейф ва диффузия, ин зарраҳо ва гурӯҳҳо (атомҳо ва молекулаҳои нейтралии аз ҷиҳати кимиёвӣ фаъолро гурӯҳҳо меноманд) аз сабаби роҳи кӯтоҳи миёнаи озод реаксияи молекулаи ионӣ ва реаксияи молекулаи гурӯҳӣ мегузаранд. Хусусиятҳои химиявии моддаҳои фаъоли химиявӣ (асосан гурӯҳҳо), ки ба субстрат расида, адсорб мешаванд, хеле фаъол буда, дар натиҷаи таъсири мутақобилаи байни онҳо плёнка ба вуҷуд меояд.
2. Реаксияњои химиявї дар плазма
Азбаски ангезиши гази реаксия дар раванди разряди шуоъ асосан бархурди электронхо мебошад, реаксияхои элементари дар плазма гуногунанд ва таъсири мутакобилаи плазма ва сатхи сахт низ хеле мураккаб буда, омузиши механизми онро мушкилтар мекунад. раванди PECVD. То имрӯз, бисёр системаҳои муҳими реаксия тавассути таҷрибаҳо барои ба даст овардани филмҳои дорои хосиятҳои идеалӣ оптимизатсия карда шудаанд. Барои гузоштани плёнкахои тунуки кремний дар асоси технологияи PECVD, агар механизми пошидан амик ошкор карда шавад, суръати пошидани плёнкахои тунуки кремнийро дар асоси таъмин намудани хосиятхои хуби физикии материалхо хеле зиёд кардан мумкин аст.
Дар айни замон, дар тадқиқоти плёнкаҳои тунуки кремний, силани обшудаи гидроген (SiH4) ҳамчун гази реаксия васеъ истифода мешавад, зеро дар қабатҳои тунуки кремний миқдори муайяни гидроген мавҷуд аст. H дар филмҳои тунуки кремнийӣ нақши хеле муҳим мебозад. Он метавонад пайвандҳои овезонро дар сохтори моддӣ пур кунад, сатҳи энергияи нуқсонро хеле кам кунад ва назорати электронии валентии маводҳоро ба осонӣ дарк кунад, зеро найза ва дигарон. Аввалин таъсири допинги плёнкаҳои тунуки кремнийро дарк кард ва аввалин пайванди PN-ро дар он омода кард, тадқиқот оид ба тайёр кардан ва татбиқ кардани плёнкаҳои тунуки кремний дар асоси технологияи PECVD бо суръат таҳия карда шуд. Аз ин рӯ, реаксияи кимиёвӣ дар филмҳои тунуки кремний асосёфта, ки бо технологияи PECVD гузошта шудаанд, дар зер тавсиф ва муҳокима карда мешаванд.
Дар ҳолати разряди дурахшанда, азбаски электронҳо дар плазмаи силан зиёда аз якчанд энергияи EV доранд, H2 ва SiH4 ҳангоми бархӯрдани онҳо бо электронҳо, ки ба реаксияи ибтидоӣ тааллуқ доранд, таҷзия мешаванд. Агар мо њолатњои мобайнии ба њаяљономадаро ба назар нагирем, мо метавонем реаксияњои зерини диссотсиатсияи сихмро (М = 0,1,2,3) бо Н ба даст орем.
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)
Мувофиқи гармии стандартии истеҳсоли молекулаҳои ҳолати заминӣ, энергияҳое, ки барои равандҳои диссоциатсияи дар боло зикршуда (2.1) ~ (2.5) заруранд, мутаносибан 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV ва 4.5 EV мебошанд. Электронҳои энергияи баланд дар плазма инчунин метавонанд реаксияҳои зерини ионизатсияро гузаранд
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)
Энергияи зарурӣ барои (2,6) ~ (2,9) мутаносибан 11,9, 12,3, 13,6 ва 15,3 EV мебошад. Аз сабаби фарқияти энергияи реаксия эҳтимолияти (2.1) ~ (2.9) реаксияҳо хеле нобаробар аст. Илова бар ин, сихм, ки бо раванди реаксия (2.1) ~ (2.5) ба вуҷуд омадааст, ба реаксияҳои дуюмдараҷаи зерин барои ионизатсия дучор мешавад, масалан.
SiH+e→SiH++2e (2.10)
SiH2+e→SiH2++2e (2.11)
SiH3+e→SiH3++2e (2.12)
Агар реаксияи дар боло зикршуда ба воситаи як раванди электрон ба амал ояд, энергияи зарурӣ тақрибан 12 эВ ё бештар аст. Бо назардошти он, ки шумораи электронҳои энергияи баланд аз 10ев боло дар плазмаи суст иононидашуда бо зичии электрони 1010см-3 дар зери фишори атмосфера (10-100pa) барои тайёр кардани плёнкаҳои кремний нисбатан кам аст. эҳтимолияти ионизатсия одатан аз эҳтимолияти ҳаяҷон хурдтар аст. Аз ин рӯ, ҳиссаи пайвастагиҳои дар боло зикршуда дар плазмаи силан хеле кам буда, гурӯҳи нейтралии сихм ҳукмфармост. Натиҷаҳои таҳлили массаи спектр низ ин хулосаро тасдиқ мекунанд [8]. Буркард ва дигарон. Баъдан қайд кард, ки консентратсияи sihm бо тартиби sih3, sih2, Si ва SIH коҳиш ёфт, аммо консентратсияи SiH3 ҳадди аксар се маротиба аз SIH буд. Робертсон ва дигарон. Хабар дода шуд, ки дар маҳсулоти бетарафи сиҳм, силани пок асосан барои разряди баланд истифода мешуд, дар ҳоле ки sih3 асосан барои разряди камқувват истифода мешуд. Тартиби консентратсия аз баланд ба паст SiH3, SiH, Si, SiH2 буд. Аз ин рӯ, параметрҳои раванди плазма ба таркиби маҳсулоти нейтралии сихм сахт таъсир мерасонанд.
Илова ба реаксияҳои диссоциатсия ва ионизатсия дар боло, реаксияҳои дуюмдараҷа байни молекулаҳои ионӣ низ хеле муҳиманд.
SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)
Аз ин рӯ, аз рӯи консентратсияи ионҳо, sih3 + аз sih2 + зиёдтар аст. Он метавонад фаҳмонад, ки чаро дар плазмаи SiH4 sih3 + ионҳо нисбат ба sih2 + ионҳо зиёдтаранд.
Илова бар ин, реаксияи бархӯрди атомҳои молекулавӣ ба амал меояд, ки дар он атомҳои гидроген дар плазма гидрогенро дар SiH4 мегиранд.
H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)
Он реаксияи экзотермикӣ ва пешгузаштаи ташаккули si2h6 мебошад. Албатта, ин гурӯҳҳо на танҳо дар ҳолати заминӣ, балки ба ҳолати ҳаяҷонбахши плазма низ ҳаяҷонбахшанд. Спектрҳои эмиссияи плазмаи силан нишон медиҳанд, ки ҳолати оптикии гузариши ҳаяҷонбахши Si, SIH, h ва ларзишҳои ларзишии SiH2, SiH3 мавҷуданд.
Вақти фиристодан: 07-07-2021