Teicneolaíocht bhunúsach maidir le taisceadh gaile ceimiceach feabhsaithe plasma (PECVD)

1. Príomhphróisis taiscthe gaile ceimicigh feabhsaithe plasma

Is teicneolaíocht nua í taisceadh gaile ceimiceach feabhsaithe plasma (PECVD) chun scannáin tanaí a fhás trí imoibriú ceimiceach substaintí gásacha le cabhair ó phlasma urscaoilte lonrúil. Ós rud é go n-ullmhaítear teicneolaíocht PECVD trí urscaoileadh gáis, úsáidtear tréithe imoibriúcháin plasma neamhchothromaíochta go héifeachtach, agus athraítear modh soláthair fuinnimh an chórais imoibriúcháin go bunúsach. Go ginearálta, nuair a úsáidtear teicneolaíocht PECVD chun scannáin tanaí a ullmhú, áirítear na trí phróiseas bhunúsacha seo a leanas go príomha i bhfás scannán tanaí.

Ar dtús, sa phlasma neamhchothromaíochta, imoibríonn leictreoin leis an ngás imoibrithe sa phríomhchéim chun an gás imoibrithe a dhíghrádú agus meascán d'ian agus de ghrúpaí gníomhacha a fhoirmiú;

Ar an dara dul síos, scaipeann agus iompraíonn gach cineál grúpa gníomhach chuig dromchla agus balla an scannáin, agus tarlaíonn na frithghníomhartha tánaisteacha idir na himoibrithe ag an am céanna;

Ar deireadh, déantar gach cineál táirgí imoibrithe príomhúla agus tánaisteacha a shroicheann an dromchla fáis a ionsú agus imoibríonn siad leis an dromchla, agus athscaoiltear móilíní gásacha leo.

Go sonrach, is féidir le teicneolaíocht PECVD atá bunaithe ar an modh urscaoilte lonrúil an gás imoibrithe a ianú chun plasma a fhoirmiú faoi spreagadh réimse leictrigh sheachtraigh. I plasma urscaoilte lonrúil, is gnách go mbíonn fuinneamh cinéiteach na leictreon a luathaítear ag réimse leictreach seachtrach thart ar 10 ev, nó fiú níos airde, agus is leor é sin chun na naisc cheimiceacha de mhóilíní gáis imoibríocha a scriosadh. Dá bhrí sin, trí imbhualadh neamhleaisteach leictreon ardfhuinnimh agus móilíní gáis imoibríocha, déanfar na móilíní gáis a ianú nó a dhíghrádú chun adaimh neodracha agus táirgí móilíneacha a tháirgeadh. Luasghéaraíonn an réimse leictreach luasghéaraithe ciseal ian na hiain dhearfacha agus imbhuaileann siad leis an leictreoid uachtarach. Tá réimse leictreach beag ciseal ian in aice leis an leictreoid íochtarach freisin, mar sin buamálaíonn na hiain an tsubstráit freisin go pointe áirithe. Mar thoradh air sin, scaipeann an tsubstaint neodrach a tháirgtear trí dhíghrádú go balla an fheadáin agus an tsubstráit. Sa phróiseas drifte agus scaipthe, rachaidh na cáithníní agus na grúpaí seo (tugtar grúpaí ar na hadaimh agus na móilíní neodracha atá gníomhach go ceimiceach) faoi imoibriú móilíní ian agus imoibriú móilíní grúpa mar gheall ar an gcosán saor meánach gearr. Tá airíonna ceimiceacha na substaintí gníomhacha ceimiceacha (grúpaí den chuid is mó) a shroicheann an tsubstráit agus a ionsúitear an-ghníomhach, agus cruthaítear an scannán tríd an idirghníomhaíocht eatarthu.

2. Imoibrithe ceimiceacha i plasma

Ós rud é gur imbhualadh leictreon den chuid is mó atá i gceist le spreagadh an gháis imoibrithe sa phróiseas urscaoilte lonrúil, bíonn na himoibrithe bunúsacha sa phlasma éagsúil, agus bíonn an t-idirghníomhú idir an plasma agus an dromchla soladach an-chasta freisin, rud a fhágann go bhfuil sé níos deacra meicníocht an phróisis PECVD a scrúdú. Go dtí seo, tá go leor córas imoibrithe tábhachtacha optamaithe trí thurgnaimh chun scannáin a bhfuil airíonna idéalacha acu a fháil. Maidir le taisceadh scannán tanaí bunaithe ar sileacan bunaithe ar theicneolaíocht PECVD, má féidir an mheicníocht taisceadh a nochtadh go domhain, is féidir ráta taisceadh scannán tanaí bunaithe ar sileacan a mhéadú go mór ar an mbonn go gcinnteofar airíonna fisiceacha den scoth na n-ábhar.

Faoi láthair, i dtaighde scannán tanaí bunaithe ar sileacan, úsáidtear silán caolaithe le hidrigin (SiH4) go forleathan mar ghás imoibrithe toisc go bhfuil méid áirithe hidrigine sna scannáin tanaí bunaithe ar sileacan. Tá ról an-tábhachtach ag H sna scannáin tanaí bunaithe ar sileacan. Is féidir leis na naisc crochta i struchtúr an ábhair a líonadh, an leibhéal fuinnimh locht a laghdú go mór, agus rialú leictreon vaileins na n-ábhar a bhaint amach go héasca. Ó thuig spear et al. den chéad uair éifeacht dópála scannán tanaí sileacain agus ó d'ullmhaigh siad an chéad acomhal PN i , tá an taighde ar ullmhú agus cur i bhfeidhm scannán tanaí bunaithe ar sileacan bunaithe ar theicneolaíocht PECVD forbartha go forleathan. Dá bhrí sin, déanfar cur síos agus plé ar an imoibriú ceimiceach i scannáin tanaí bunaithe ar sileacan a thaisctear le teicneolaíocht PECVD anseo a leanas.

Faoin riocht urscaoilte lonrúil, toisc go bhfuil níos mó ná roinnt fuinnimh EV ag na leictreoin sa phlasma siláin, déanfaidh H2 agus SiH4 dianscaoileadh nuair a imbhuaileann leictreoin iad, rud a bhaineann leis an bpríomhimoibriú. Mura gcuirimid na stáit spreagtha idirmheánacha san áireamh, is féidir linn na himoibrithe díscaoilte seo a leanas de sihm (M = 0,1,2,3) le H a fháil

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)

De réir an teasa chaighdeánaigh táirgthe do mhóilíní staid bhunaidh, is iad na fuinnimh atá riachtanach do na próisis díscaoilte thuas (2.1) ~ (2.5) ná 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV agus 4.5 EV faoi seach. Is féidir le leictreoin ardfhuinnimh i plasma dul faoi na frithghníomhartha ianúcháin seo a leanas freisin

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)

Is é an fuinneamh atá ag teastáil do (2.6) ~ (2.9) ná 11.9, 12.3, 13.6 agus 15.3 EV faoi seach. Mar gheall ar an difríocht i bhfuinneamh imoibrithe, tá dóchúlacht imoibrithe (2.1) ~ (2.9) an-mhíchothrom. Ina theannta sin, rachaidh an sihm a fhoirmítear leis an bpróiseas imoibrithe (2.1) ~ (2.5) faoi na himoibrithe tánaisteacha seo a leanas chun ianú, amhail

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Má dhéantar an t-imoibriú thuas trí phróiseas leictreon aonair, is é an fuinneamh atá ag teastáil ná thart ar 12 eV nó níos mó. I bhfianaise an fhíric go bhfuil líon na leictreon ardfhuinnimh os cionn 10ev sa phlasma lag-ianaithe le dlús leictreon de 1010cm-3 sách beag faoin mbrú atmaisféarach (10-100pa) le haghaidh ullmhú scannán bunaithe ar sileacan, is gnách go mbíonn an dóchúlacht ianúcháin carnach níos lú ná an dóchúlacht spreagtha. Dá bhrí sin, tá cion na gcomhdhúl ianaithe thuas i bplasma siláin an-bheag, agus tá an grúpa neodrach de sihm ceannasach. Cruthaíonn torthaí na hanailíse mais-speictrim an chonclúid seo freisin [8]. Thug Bourquard et al. le fios freisin gur laghdaigh tiúchan sihm in ord sih3, sih2, Si agus SIH, ach gur trí huaire ar a mhéad tiúchan SiH3 ná tiúchan SIH. Thuairiscigh Robertson et al. gur úsáideadh silán íon go príomha i dtáirgí neodracha sihm le haghaidh urscaoilte ardchumhachta, agus gur úsáideadh sih3 go príomha le haghaidh urscaoilte ísealchumhachta. Ba é SiH3, SiH, Si, SiH2 an t-ord tiúchana ó ard go híseal. Dá bhrí sin, bíonn tionchar mór ag paraiméadair an phróisis plasma ar chomhdhéanamh táirgí neodracha sihm.

Chomh maith leis na frithghníomhartha díscaoilte agus ianúcháin thuasluaite, tá na frithghníomhartha tánaisteacha idir móilíní ianacha an-tábhachtach freisin.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Dá bhrí sin, i dtéarmaí tiúchan ian, tá sih3+ níos mó ná sih2+. Is féidir leis seo a mhíniú cén fáth go bhfuil níos mó ian sih3+ ná ian sih2+ i plasma SiH4.

Ina theannta sin, beidh imoibriú imbhuailte adamh móilíneach ann ina ngabhfaidh na hadaimh hidrigine sa phlasma an hidrigin i SiH4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Is imoibriú eisiteirmeach é agus réamhtheachtaí do fhoirmiú si2h6. Ar ndóigh, ní hamháin go bhfuil na grúpaí seo sa staid bhunaidh, ach bíonn siad corraithe go dtí an staid corraithe sa phlasma freisin. Léiríonn speictrim astaíochta plasma siláin go bhfuil stáit corraithe trasdula inghlactha go hoptúil de Si, SIH, h, agus stáit corraithe creathacha de SiH2, SiH3 ann.