יקערדיק טעכנאָלאָגיע פון ​​פּלאַזמע ענכאַנסט כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (PECVD)

1. הויפּט פּראַסעסאַז פון פּלאַזמע ענכאַנסט כעמישער פארע דעפּאַזישאַן

פּלאַזמע ענכאַנסט כעמישער פארע דעפּאַזישאַן (PECVD) איז אַ נייַע טעכנאָלאָגיע פֿאַר די גראָוט פון דין פילמס דורך כעמיש אָפּרוף פון גאַסאַז מיט די הילף פון שייַנען אָפּזאָגן פּלאַזמע. ווייַל PECVD טעכנאָלאָגיע איז צוגעגרייט דורך גאַז אָפּזאָגן, די אָפּרוף קעראַקטעריסטיקס פון ניט-יקוואַליבריאַם פּלאַזמע זענען יפעקטיוולי יוטאַלייזד, און די ענערגיע צושטעלן מאָדע פון ​​אָפּרוף סיסטעם איז פאַנדאַמענטאַלי געביטן. אין אַלגעמיין, ווען PECVD טעכנאָלאָגיע איז געניצט צו צוגרייטן דין פילמס, דער וווּקס פון דין פילמס דער הויפּט כולל די פאלגענדע דריי יקערדיק פּראַסעסאַז

ערשטער, אין די ניט-יקוואַליבריאַם פּלאַזמע, עלעקטראָנס רעאַגירן מיט די אָפּרוף גאַז אין די ערשטיק בינע צו צעלייגנ די אָפּרוף גאַז און פאָרעם אַ געמיש פון ייאַנז און אַקטיוו גרופּעס;

צווייטנס, אַלע מינים פון אַקטיוו גרופּעס דיפיוז און אַריבערפירן צו די ייבערפלאַך און די וואַנט פון די פילם, און די צווייטיק ריאַקשאַנז צווישן די רעאַקטאַנץ פאַלן אין דער זעלביקער צייַט;

צום סוף, אַלע מינים פון ערשטיק און צווייטיק אָפּרוף פּראָדוקטן וואָס דערגרייכן די גראָוט ייבערפלאַך זענען אַדסאָרבעד און רעאַגירן מיט די ייבערפלאַך, באגלייט דורך די מעלדונג פון גאַסאַז פון מאַלאַקיולז.

ספּעסיפיקאַללי, PECVD טעכנאָלאָגיע באזירט אויף שייַנען אָפּזאָגן אופֿן קענען מאַכן די אָפּרוף גאַז ייאַנייז צו פאָרעם פּלאַזמע אונטער די עקסייטיישאַן פון פונדרויסנדיק ילעקטראָומאַגנעטיק פעלד. אין שייַנען אָפּזאָגן פּלאַזמע, די קינעטיק ענערגיע פון ​​עלעקטראָנס אַקסעלערייטיד דורך פונדרויסנדיק עלעקטריק פעלד איז יוזשאַוואַלי וועגן 10עוו, אָדער אפילו העכער, וואָס איז גענוג צו צעשטערן די כעמישער קייטן פון ריאַקטיוו גאַז מאַלאַקיולז. דעריבער, דורך די ינעלאַסטיק צונויפשטויס פון הויך-ענערגיע עלעקטראָנס און ריאַקטיוו גאַז מאַלאַקיולז, די גאַז מאַלאַקיולז וועט זיין ייאַנייזד אָדער דיקאַמפּאָוזד צו פּראָדוצירן נייטראַל אַטאָמס און מאָלעקולאַר פּראָדוקטן. די positive ייאַנז זענען אַקסעלערייטיד דורך די יאָן שיכטע אַקסעלערייטינג עלעקטריק פעלד און קאַלייד מיט דער אויבערשטער ילעקטראָוד. עס איז אויך אַ קליין יאָן שיכטע עלעקטריק פעלד לעבן דער נידעריקער ילעקטראָוד, אַזוי די סאַבסטרייט איז אויך באָמבאַרדעד דורך ייאַנז צו עטלעכע מאָס. ווי אַ רעזולטאַט, די נייטראַל מאַטעריע געשאפן דורך דיקאַמפּאָוזישאַן דיפיוזיז צו די רער וואַנט און סאַבסטרייט. אין דעם פּראָצעס פון דריפט און דיפיוזשאַן, די פּאַרטיקאַלז און גרופּעס (די כעמיש אַקטיוו נייטראַל אַטאָמס און מאַלאַקיולז זענען גערופן גרופּעס) וועט אַנדערגאָו יאָן מאַלאַקיול רעאַקציע און גרופּע מאַלאַקיול אָפּרוף רעכט צו דער קורץ דורכשניטלעך פריי וועג. די כעמישע אייגנשאפטן פון די כעמישע אקטיווע שטאנדן (דער עיקר גרופעס) וואס דערגרייכן דעם סובסטראט און ווערן אדסארבירט זענען זייער אקטיוו, און דער פילם ווערט געשאפן דורך דער אינטעראקציע צווישן זיי.

2. כעמישער ריאַקשאַנז אין פּלאַזמע

ווייַל די יקסייטיישאַן פון די אָפּרוף גאַז אין די שייַנען אָפּזאָגן פּראָצעס איז דער הויפּט עלעקטראָן צונויפשטויס, די עלעמענטאַר ריאַקשאַנז אין די פּלאַזמע זענען פאַרשידן, און די ינטעראַקשאַן צווישן די פּלאַזמע און די האַרט ייבערפלאַך איז אויך זייער קאָמפּליצירט, וואָס מאכט עס מער שווער צו לערנען די מעקאַניזאַם. פון PECVD פּראָצעס. ביז איצט, פילע וויכטיק אָפּרוף סיסטעמען זענען אָפּטימיזעד דורך יקספּעראַמאַנץ צו באַקומען פילמס מיט ידעאַל פּראָפּערטיעס. פֿאַר די דעפּאַזישאַן פון סיליציום-באזירט דין פילמס באזירט אויף PECVD טעכנאָלאָגיע, אויב די דעפּאַזישאַן מעקאַניזאַם קענען זיין דיפּלי גילוי, די דעפּאַזישאַן קורס פון סיליציום-באזירט דין פילמס קענען זיין שטארק געוואקסן אויף די האַנאָכע פון ​​ינשורינג די ויסגעצייכנט גשמיות פּראָפּערטיעס פון מאַטעריאַלס.

דערווייַל, אין דער פאָרשונג פון סיליציום-באזירט דין פילמס, הידראָגען דיילוטאַד סילאַן (SiH4) איז וויידלי געניצט ווי די אָפּרוף גאַז ווייַל עס איז אַ זיכער סומע פון ​​הידראָגען אין די סיליציום-באזירט דין פילמס. ה שפּילט אַ זייער וויכטיק ראָלע אין די סיליציום-באזירט דין פילמס. עס קענען פּלאָמבירן די דאַנגגינג קייטן אין די מאַטעריאַל סטרוקטור, זייער רעדוצירן די כיסאָרן ענערגיע מדרגה, און לייכט פאַרשטיין די וואַלענס עלעקטראָן קאָנטראָל פון די מאַטעריאַלס זינט שפּיז עט על. ערשטער איינגעזען די דאָפּינג ווירקונג פון סיליציום דין פילמס און צוגעגרייט דער ערשטער פּן קנופּ אין, די פאָרשונג אויף דער צוגרייטונג און אַפּלאַקיישאַן פון סיליציום-באזירט דין פילמס באזירט אויף PECVD טעכנאָלאָגיע איז דעוועלאָפּעד דורך ליפּס און גווול. דעריבער, דער כעמישער אָפּרוף אין סיליציום-באזירט דין פילמס דאַפּאַזיטיד דורך PECVD טעכנאָלאָגיע וועט זיין דיסקרייבד און דיסקאַסט אין די פאלגענדע.

אונטער די שייַנען אָפּזאָגן צושטאַנד, ווייַל די עלעקטראָנס אין די סילאַן פּלאַזמע האָבן מער ווי עטלעכע EV ענערגיע, H2 און SiH4 וועט צעלייגנ ווען זיי זענען קאַלייד דורך עלעקטראָנס, וואָס געהערט צו די ערשטיק אָפּרוף. אויב מיר טאָן ניט באַטראַכטן די ינטערמידייט יקסייטאַד שטאַטן, מיר קענען באַקומען די פאלגענדע דיססאָסיאַטיאָן ריאַקשאַנז פון סיהם (M = 0,1,2,3) מיט H

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)

לויט דער נאָרמאַל פּראָדוקציע היץ פון ערד שטאַט מאַלאַקיולז, די ענערגיע פארלאנגט פֿאַר די אויבן דיססאָסיאַטיאָן פּראַסעסאַז (2.1) ~ (2.5) זענען ריספּעקטיוולי 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV און 4.5 EV. הויך ענערגיע עלעקטראָנס אין פּלאַזמע קענען אויך אַנדערגאָו די פאלגענדע ייאַנאַזיישאַן ריאַקשאַנז

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)

די ענערגיע פארלאנגט פֿאַר (2.6) ~ (2.9) איז 11.9, 12.3, 13.6 און 15.3 EV ריספּעקטיוולי. רעכט צו דער חילוק פון אָפּרוף ענערגיע, די מאַשמאָעס פון (2.1) ~ (2.9) ריאַקשאַנז איז זייער אַניוואַן. אין דערצו, די סיהם געשאפן מיט די אָפּרוף פּראָצעס (2.1) ~ (2.5) וועט אַנדערגאָו די פאלגענדע צווייטיק ריאַקשאַנז צו ייאַניזירן, אַזאַ ווי

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

אויב די אויבן אָפּרוף איז דורכגעקאָכט דורך אַ איין עלעקטראָן פּראָצעס, די ענערגיע פארלאנגט איז וועגן 12 eV אָדער מער. אין מיינונג פון דעם פאַקט אַז די נומער פון הויך-ענערגיע עלעקטראָנס העכער 10עוו אין די שוואַך ייאַנייזד פּלאַזמע מיט עלעקטראָן געדיכטקייַט פון 1010cm-3 איז לעפיערעך קליין אונטער די אַטמאַספעריק דרוק (10-100pa) פֿאַר דער צוגרייטונג פון סיליציום-באזירט פילמס, די קיומיאַלאַטיוו. מאַשמאָעס פון ייאַנאַזיישאַן איז בכלל קלענערער ווי די מאַשמאָעס פון עקסייטיישאַן. דעריבער, דער פּראָפּאָרציע פון ​​די אויבן יאָניזעד קאַמפּאַונדז אין סילאַן פּלאַזמע איז זייער קליין, און די נייטראַל גרופּע פון ​​סיהם איז דאָמינאַנט. די רעזולטאטן פון מאַסע ספּעקטרום אַנאַליסיס אויך באַווייַזן דעם מסקנא [8]. באָורקוואַרד עט על. ווײַטער האָט אָנגעוויזן, אַז די קאָנצענטראַציע פֿון סיהמ האָט זיך אַראָפּגעלאָזט אין דער סדר פֿון סיה3, סיה2, סי און סי"ח, אָבער די קאָנצענטראַציע פֿון סיה3 איז געווען מאַקסימום דרײַ מאָל פֿון סי"ח. ראָבערצאָן עט על. געמאלדן אַז אין די נייטראַל פּראָדוקטן פון סיהם, ריין סילאַן איז דער הויפּט געניצט פֿאַר הויך-מאַכט אָפּזאָגן, בשעת סיה 3 איז געווען דער הויפּט געניצט פֿאַר נידעריק-מאַכט אָפּזאָגן. דער סדר פון קאַנסאַנטריישאַן פון הויך צו נידעריק איז געווען SiH3, SiH, Si, SiH2. דעריבער, די פּלאַזמע פּראָצעס פּאַראַמעטערס שטארק ווירקן דער זאַץ פון סיהם נייטראַל פּראָדוקטן.

אין אַדישאַן צו די אויבן דיססאָסיאַטיאָן און ייאַנאַזיישאַן ריאַקשאַנז, די צווייטיק ריאַקשאַנז צווישן ייאַניק מאַלאַקיולז זענען אויך זייער וויכטיק.

סיה2＋+סיה4→סיה3++סיה3 (2.13)

דעריבער, אין טערמינען פון יאָן קאַנסאַנטריישאַן, sih3 + איז מער ווי sih2 +. עס קען דערקלערן וואָס עס זענען מער סיה 3 + ייאַנז ווי סיה 2 + ייאַנז אין סיה 4 פּלאַזמע.

אין דערצו, עס וועט זיין אַ מאָלעקולאַר אַטאָם צונויפשטויס אָפּרוף אין וואָס די הידראָגען אַטאָמס אין די פּלאַזמע כאַפּן די הידראָגען אין סיה 4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

עס איז אַן עקסאָטהערמיק אָפּרוף און אַ פּריקערסער פֿאַר די פאָרמירונג פון סי2ה6. פון קורס, די גרופּעס זענען נישט בלויז אין דער ערד שטאַט, אָבער אויך יקסייטאַד צו די יקסייטאַד שטאַט אין די פּלאַזמע. די ימישאַן ספּעקטראַ פון סילאַנע פּלאַזמע ווייַזן אַז עס זענען אָפּטיש אַדמינאַסטערד יבערגאַנג יקסייטאַד שטאַטן פון Si, SIH, h, און וויבריישאַן יקסייטאַד שטאַטן פון SiH2, SiH3