1. Plazmanyň güýçlendirilen himiki bug çökdürilişiniň esasy amallary
Plazmany güýçlendirilen himiki bug çökdürmesi (PECVD), ýalpyldawuk akym plazmasynyň kömegi bilen gazly maddalaryň himiki reaksiýasy arkaly inçe filmleriň ösmegi üçin täze tehnologiýa. PECVD tehnologiýasy gaz çykarylyşy bilen taýýarlanylandygy sebäpli deňagramly däl plazmanyň reaksiýa aýratynlyklary netijeli ulanylýar we reaksiýa ulgamynyň energiýa üpjünçiligi tertibi düýpgöter üýtgedilýär. Umuman aýdanyňda, PECVD tehnologiýasy inçe filmleri taýýarlamak üçin ulanylanda, inçe filmleriň ösüşi esasan aşakdaky üç esasy prosesi öz içine alýar
Birinjiden, deňagramly däl plazmada, elektronlar reaksiýa gazyny dargatmak we ionlaryň we işjeň toparlaryň garyndysyny emele getirmek üçin başlangyç etapda reaksiýa gazy bilen reaksiýa edýärler;
Ikinjiden, işjeň toparlaryň her görnüşi ýaýraýar we filmiň ýüzüne we diwaryna ýaýraýar we reaktiwleriň arasyndaky ikinji derejeli reaksiýalar bir wagtda ýüze çykýar;
Galyberse-de, ösüş ýüzüne ýetýän başlangyç we ikinji derejeli reaksiýa önümleriniň hemmesi adsorbsirlenýär we gaz molekulalarynyň gaýtadan çykmagy bilen bilelikde ýer bilen reaksiýa berýär.
Hususan-da, ýalpyldawuk akym usulyna esaslanýan PECVD tehnologiýasy, reaksiýa gazyny daşarky elektromagnit meýdanynyň tolgunmasy astynda plazma emele getirip biler. Owalpyldawuk akym plazmasynda, daşarky elektrik meýdany bilen tizlenýän elektronlaryň kinetik energiýasy, adatça, 10ev ýa-da has ýokary bolup, reaktiw gaz molekulalarynyň himiki baglanyşyklaryny ýok etmek üçin ýeterlikdir. Şonuň üçin ýokary energiýaly elektronlaryň we reaktiw gaz molekulalarynyň inelastik çaknyşygy netijesinde gaz molekulalary bitarap atomlary we molekulýar önümleri öndürmek üçin ionlaşdyrylar ýa-da dargaýarlar. Pozitiw ionlar elektrik meýdanyny çaltlaşdyrýan ion gatlagy bilen tizlenýär we ýokarky elektrod bilen çaknyşýar. Aşaky elektrodyň golaýynda kiçijik ion gatlagynyň elektrik meýdany hem bar, şonuň üçin substrat belli bir derejede ionlar tarapyndan bombalanýar. Netijede, dargamakdan emele gelen bitarap madda turba diwaryna we substrata ýaýraýar. Süýşmek we ýaýramak prosesinde bu bölejikler we toparlar (himiki taýdan işjeň bitarap atomlar we molekulalar topar diýilýär) gysga orta erkin ýol sebäpli ion molekulalarynyň reaksiýasyny we topar molekulalarynyň reaksiýasyny başdan geçirerler. Substrata ýetýän we adsorbsion himiki işjeň maddalaryň (esasanam toparlaryň) himiki aýratynlyklary gaty işjeňdir we film olaryň arasyndaky täsir netijesinde emele gelýär.
2. Plazmadaky himiki reaksiýalar
Owalpyldawuk akym prosesinde reaksiýa gazynyň tolgundyrylmagy esasan elektronyň çaknyşmagy sebäpli, plazmadaky başlangyç reaksiýalar dürli-dürli, plazma bilen gaty üstüň arasyndaky täsir hem gaty çylşyrymly, bu mehanizmi öwrenmegi kynlaşdyrýar. PECVD prosesi. Şu wagta çenli ideal häsiýetli filmleri almak üçin synaglar arkaly köp sanly möhüm reaksiýa ulgamy optimallaşdyryldy. PECVD tehnologiýasy esasynda kremniý esasly inçe filmleri ýerleşdirmek üçin, çökdürme mehanizmi çuňňur ýüze çykarylyp bilinýän bolsa, materiallaryň ajaýyp fiziki aýratynlyklaryny üpjün etmek şerti bilen kremniý esasly inçe filmleriň çökdüriliş derejesi ep-esli ýokarlanyp bilner.
Häzirki wagtda kremniý esasly inçe filmleriň gözleginde wodorod suwuklandyrylan silan (SiH4) reaksiýa gazy hökmünde giňden ulanylýar, sebäbi kremniý esasly inçe filmlerde belli bir mukdarda wodorod bar. H kremniý esasly inçe filmlerde gaty möhüm rol oýnaýar. Maddy gurluşdaky dykyz baglanyşyklary dolduryp biler, kemçilikdäki energiýa derejesini ep-esli peseldip biler we naýza we ş.m. bäri materiallaryň walent elektron gözegçiligini aňsatlyk bilen amala aşyryp biler. Ilki bilen kremniniň inçe filmleriniň doping täsirine düşündi we ilkinji PN birikmesini taýýarlady, PECVD tehnologiýasyna esaslanýan kremniy esasly inçe filmleri taýýarlamak we ulanmak boýunça gözlegler böküşler we çäkler bilen işlenip düzüldi. Şonuň üçin PECVD tehnologiýasy tarapyndan goýlan kremniý esasly inçe filmlerdäki himiki reaksiýa aşakda beýan ediler we ara alnyp maslahatlaşylar.
Owalpyldawuk akym şertinde, silan plazmadaky elektronlaryň birnäçe EV energiýasy köp bolany üçin, H2 we SiH4 esasy reaksiýa degişli elektronlar bilen çaknyşanda çüýrär. Aralyk tolgundyryjy ýagdaýlary göz öňünde tutmasak, sihmiň (M = 0,1,2,3) H bilen aşakdaky bölünme reaksiýalaryny alyp bileris.
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)
Grounderüsti döwlet molekulalarynyň önümçiliginiň adaty ýylylygyna görä, ýokardaky bölüniş prosesleri (2.1) ~ (2,5) üçin zerur bolan energiýa degişlilikde 2,1, 4.1, 4.4, 5.9 EV we 4.5 EV. Plazmadaky ýokary energiýa elektronlary hem aşakdaky ionlaşma reaksiýalaryny başdan geçirip bilerler
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) üçin zerur bolan energiýa degişlilikde 11,9, 12.3, 13,6 we 15.3 EV. Reaksiýa energiýasynyň tapawudy sebäpli (2.1) ~ (2.9) reaksiýanyň ähtimallygy gaty deň däl. Mundan başga-da, reaksiýa prosesi (2.1) ~ (2,5) bilen emele gelen sihm ionlaşmak üçin aşakdaky ikinji derejeli reaksiýalary başdan geçirer.
SiH + e → SiH ++ 2e (2.10)
SiH2 + e → SiH2 ++ 2e (2.11)
SiH3 + e → SiH3 ++ 2e (2.12)
Aboveokardaky reaksiýa bir elektron prosesi arkaly amala aşyrylsa, zerur energiýa takmynan 12 eV ýa-da ondanam köp. 1010 sm-3 elektron dykyzlygy bolan gowşak ionlaşdyrylan plazmada ýokary energiýaly elektronlaryň sany, kremniý esasly filmleri taýýarlamak üçin atmosfera basyşy astynda (10-100pa) az bolýar. ionlaşdyrma ähtimallygy, adatça tolgunma ähtimallygyndan has kiçi. Şonuň üçin ýokardaky ionlaşdyrylan birleşmeleriň silan plazmadaky paýy gaty az we bitarap sihm topary agdyklyk edýär. Köpçülikleýin spektr derňewiniň netijeleri hem bu netijäni subut edýär [8]. Bourkard we ş.m. Mundan başga-da, sihm konsentrasiýasynyň sih3, sih2, Si we SIH tertibinde azalandygyny, ýöne SiH3 konsentrasiýasynyň SIH-den üç esse köpdügine ünsi çekdi. Robertson we başgalar. Sihmiň bitarap önümlerinde arassa silanyň esasan ýokary güýçli zarýad üçin ulanylýandygy, sih3 esasan pes güýçli zarýad üçin ulanylýandygy habar berildi. Highokardan aşak konsentrasiýa tertibi SiH3, SiH, Si, SiH2 boldy. Şonuň üçin plazma prosesiniň parametrleri sihm bitarap önümleriň düzümine güýçli täsir edýär.
Aboveokardaky bölünme we ionlaşdyrma reaksiýalaryna goşmaça, ion molekulalarynyň arasyndaky ikinji derejeli reaksiýalar hem möhümdir
SiH2 ＋+ SiH4 → SiH3 ++ SiH3 (2.13)
Şonuň üçin ionyň konsentrasiýasy nukdaýnazaryndan sih3 + sih2 + -den köp. SiH4 plazmasynda sih2 + ionlaryndan has köp sih3 + ionlarynyň bardygyny düşündirip biler.
Mundan başga-da, molekulýar atomyň çaknyşmagy reaksiýasy bolar, onda plazmadaky wodorod atomlary SiH4-de wodorody alýar
H + SiH4 → SiH3 + H2 (2.14)
Bu ekzotermiki reaksiýa we si2h6 emele gelmeginiň başlangyjydyr. Elbetde, bu toparlar diňe bir ýer astynda däl, eýsem plazmadaky tolgundyryjy ýagdaýa-da tolgunýarlar. Silan plazmanyň zyňyndy spektri, Si, SIH, h we yrgyldy tolgundyryjy ýagdaýlaryň optiki kabul edilip bilinýän geçiş ýagdaýlarynyň bardygyny görkezýär, SiH2, SiH3
Iş wagty: Apr-07-2021