Teknolojia ya msingi ya uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa kwa plasma (PECVD)

1. Michakato kuu ya uwekaji wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa wa plasma

Uhifadhi wa mvuke wa kemikali ulioimarishwa kwa plasma (PECVD) ni teknolojia mpya ya ukuaji wa filamu nyembamba kwa mmenyuko wa kemikali wa vitu vya gesi kwa msaada wa plasma inayotoa mwanga. Kwa sababu teknolojia ya PECVD huandaliwa kwa kutokwa na gesi, sifa za mmenyuko wa plasma isiyo ya usawa hutumika kwa ufanisi, na hali ya usambazaji wa nishati ya mfumo wa mmenyuko hubadilika kimsingi. Kwa ujumla, teknolojia ya PECVD inapotumika kuandaa filamu nyembamba, ukuaji wa filamu nyembamba hujumuisha michakato mitatu ya msingi ifuatayo.

Kwanza, katika plasma isiyo ya usawa, elektroni hugusana na gesi ya mmenyuko katika hatua ya msingi ili kutenganisha gesi ya mmenyuko na kuunda mchanganyiko wa ioni na vikundi hai;

Pili, kila aina ya vikundi hai huenea na kusafirisha hadi kwenye uso na ukuta wa filamu, na athari za sekondari kati ya vitendanishi hutokea kwa wakati mmoja;

Hatimaye, kila aina ya bidhaa za mmenyuko wa msingi na wa pili zinazofikia uso wa ukuaji hufyonzwa na kuguswa na uso, ikiambatana na kutolewa tena kwa molekuli za gesi.

Hasa, teknolojia ya PECVD inayotegemea mbinu ya kutoa mwanga inaweza kufanya gesi ya mmenyuko ionize kuunda plasma chini ya msisimko wa uwanja wa sumakuumeme wa nje. Katika plasma ya kutoa mwanga, nishati ya kinetiki ya elektroni zinazoharakishwa na uwanja wa umeme wa nje kwa kawaida huwa kama 10ev, au hata zaidi, ambayo inatosha kuharibu vifungo vya kemikali vya molekuli za gesi tendaji. Kwa hivyo, kupitia mgongano usio na elastic wa elektroni zenye nishati nyingi na molekuli za gesi tendaji, molekuli za gesi zitabadilishwa kuwa ioni au kuoza ili kutoa atomi zisizo na elastic na bidhaa za molekuli. Ioni chanya huharakishwa na safu ya ioni inayoharakisha uwanja wa umeme na kugongana na elektrodi ya juu. Pia kuna uwanja mdogo wa umeme wa safu ya ioni karibu na elektrodi ya chini, kwa hivyo substrate pia hupigwa na ioni kwa kiasi fulani. Matokeo yake, dutu isiyo na elastic inayozalishwa na mtengano huenea kwenye ukuta wa bomba na substrate. Katika mchakato wa kuteleza na kusambaa, chembe na vikundi hivi (atomi na molekuli zisizo na elastic zinazofanya kazi kwa kemikali huitwa vikundi) vitapitia mmenyuko wa molekuli ya ioni na mmenyuko wa molekuli ya kikundi kutokana na njia fupi ya wastani ya bure. Sifa za kemikali za vitu hai vya kemikali (hasa vikundi) vinavyofikia substrate na kufyonzwa ni kazi sana, na filamu huundwa na mwingiliano kati yao.

2. Miitikio ya kemikali katika plasma

Kwa sababu msisimko wa gesi ya mmenyuko katika mchakato wa kutoa mwangaza ni hasa mgongano wa elektroni, athari za msingi katika plasma ni tofauti, na mwingiliano kati ya plasma na uso mgumu pia ni mgumu sana, jambo ambalo hufanya iwe vigumu zaidi kusoma utaratibu wa mchakato wa PECVD. Hadi sasa, mifumo mingi muhimu ya mmenyuko imeboreshwa kwa majaribio ili kupata filamu zenye sifa bora. Kwa ajili ya uwekaji wa filamu nyembamba zenye msingi wa silicon kulingana na teknolojia ya PECVD, ikiwa utaratibu wa uwekaji unaweza kufichuliwa kwa undani, kiwango cha uwekaji wa filamu nyembamba zenye msingi wa silicon kinaweza kuongezeka sana kwa msingi wa kuhakikisha sifa bora za kimwili za vifaa.

Kwa sasa, katika utafiti wa filamu nyembamba zenye msingi wa silicon, silane iliyopunguzwa hidrojeni (SiH4) hutumika sana kama gesi ya mmenyuko kwa sababu kuna kiasi fulani cha hidrojeni katika filamu nyembamba zenye msingi wa silicon. H ina jukumu muhimu sana katika filamu nyembamba zenye msingi wa silicon. Inaweza kujaza vifungo vinavyoning'inia katika muundo wa nyenzo, kupunguza sana kiwango cha nishati ya kasoro, na kutambua kwa urahisi udhibiti wa elektroni za valensi za vifaa. Kwa kuwa spear et al. Kwanza waligundua athari ya doping ya filamu nyembamba za silicon na kuandaa makutano ya kwanza ya PN katika, utafiti juu ya utayarishaji na utumiaji wa filamu nyembamba zenye msingi wa silicon kulingana na teknolojia ya PECVD umetengenezwa kwa kiwango kikubwa na mipaka. Kwa hivyo, mmenyuko wa kemikali katika filamu nyembamba zenye msingi wa silicon zilizowekwa na teknolojia ya PECVD utaelezewa na kujadiliwa katika yafuatayo.

Chini ya hali ya kutokwa kwa mwanga, kwa sababu elektroni katika plasma ya silane zina zaidi ya nishati kadhaa za EV, H2 na SiH4 zitaoza zinapogongana na elektroni, ambayo ni ya mmenyuko wa msingi. Tusipozingatia hali za msisimko wa kati, tunaweza kupata athari zifuatazo za kutengana za sihm (M = 0,1,2,3) na 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)

Kulingana na joto la kawaida la uzalishaji wa molekuli za hali ya ardhini, nishati zinazohitajika kwa michakato ya utengano hapo juu (2.1) ~ (2.5) ni 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV na 4.5 EV mtawalia. Elektroni zenye nishati nyingi katika plasma zinaweza pia kupitia athari zifuatazo za ioni.

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)

Nishati inayohitajika kwa (2.6) ~ (2.9) ni 11.9, 12.3, 13.6 na 15.3 EV mtawalia. Kutokana na tofauti ya nishati ya mmenyuko, uwezekano wa athari za (2.1) ~ (2.9) hauna usawa sana. Zaidi ya hayo, sihm inayoundwa na mchakato wa mmenyuko (2.1) ~ (2.5) itapitia athari zifuatazo za pili ili kuionisha, kama vile

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Ikiwa mmenyuko hapo juu unafanywa kwa njia ya mchakato mmoja wa elektroni, nishati inayohitajika ni takriban 12 eV au zaidi. Kwa kuzingatia ukweli kwamba idadi ya elektroni zenye nishati nyingi juu ya 10ev katika plasma yenye ioni hafifu yenye msongamano wa elektroni wa 1010cm-3 ni ndogo kiasi chini ya shinikizo la angahewa (10-100pa) kwa ajili ya maandalizi ya filamu zinazotegemea silikoni, uwezekano wa ioni unaojumlishwa kwa ujumla ni mdogo kuliko uwezekano wa msisimko. Kwa hivyo, uwiano wa misombo ya ioni iliyo hapo juu katika plasma ya silane ni mdogo sana, na kundi lisilo na upande wowote la sihm ndilo kubwa. Matokeo ya uchambuzi wa wigo wa wingi pia yanathibitisha hitimisho hili [8]. Bourquard et al. Zaidi ya hayo walisema kwamba mkusanyiko wa sihm ulipungua kwa mpangilio wa sih3, sih2, Si na SIH, lakini mkusanyiko wa SiH3 ulikuwa mara tatu zaidi ya SIH. Robertson et al. Waliripoti kwamba katika bidhaa zisizo na upande wowote za sihm, silane safi ilitumika zaidi kwa ajili ya utoaji wa nguvu nyingi, huku sih3 ikitumika zaidi kwa ajili ya utoaji wa nguvu ndogo. Mpangilio wa mkusanyiko kutoka juu hadi chini ulikuwa SiH3, SiH, Si, SiH2. Kwa hivyo, vigezo vya mchakato wa plasma huathiri sana muundo wa bidhaa zisizo na upande wowote za sihm.

Mbali na athari za kutengana na ioni zilizo hapo juu, athari za sekondari kati ya molekuli za ioni pia ni muhimu sana.

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Kwa hivyo, kwa upande wa mkusanyiko wa ioni, sih3+ ni zaidi ya sih2+. Inaweza kuelezea ni kwa nini kuna ioni zaidi ya sih3+ kuliko ioni za sih2+ katika plasma ya SiH4.

Zaidi ya hayo, kutakuwa na mmenyuko wa mgongano wa atomi za molekuli ambapo atomi za hidrojeni kwenye plasma hukamata hidrojeni katika SiH4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Ni mmenyuko wa exothermiki na mtangulizi wa uundaji wa si2h6. Bila shaka, makundi haya si tu katika hali ya ardhini, bali pia yanasisimka kwa hali ya msisimko katika plasma. Spektra ya utoaji wa plasma ya silane inaonyesha kwamba kuna hali za msisimko za mpito zinazokubalika kwa macho za Si, SIH, h, na hali za msisimko wa mtetemo za SiH2, SiH3.