Plazma güýçlendirilen himiki bug çökündisiniň esasy tehnologiýasy (PECVD)

1. Plazma arkaly güýçlendirilen himiki bug çökündisiniň esasy prosesleri

Plazma arkaly güýçlendirilen himiki bug çökündisi (PECVD) gaz görnüşli maddalaryň ýalpyldawuk boşaltma plazmasynyň kömegi bilen himiki reaksiýa arkaly inçe plyonkalary ösdürmek üçin täze tehnologiýadyr. PECVD tehnologiýasy gaz boşaltma arkaly taýýarlanýandygy sebäpli, deňagramly däl plazmanyň reaksiýa häsiýetnamalary netijeli ulanylýar we reaksiýa ulgamynyň energiýa üpjünçiligi düýpli üýtgeýär. Umuman aýdanyňda, PECVD tehnologiýasy inçe plyonkalary taýýarlamak üçin ulanylanda, inçe plyonkalaryň ösmegi esasan aşakdaky üç esasy prosesi öz içine alýar.

Birinjiden, deňagramly däl plazmada elektronlar ilkinji tapgyrda reaksiýa gazy bilen reaksiýa girip, reaksiýa gazyny parçalaýarlar we ionlaryň we aktiw toparlaryň garyndysyny emele getirýärler;

Ikinjiden, ähli görnüşli işjeň toparlar plýonkanyň ýüzüne we diwaryna ýaýraýar we daşalýar, şeýle hem reagentleriň arasyndaky ikinji derejeli reaksiýalar şol bir wagtyň özünde bolup geçýär;

Ahyrsoňy, ösüş ýüzüne ýetýän ähli görnüşli birinji we ikinji derejeli reaksiýa önümleri adsorbsiýa edilýär we ýüz bilen reaksiýa girýär, bu bolsa gaz molekulalarynyň gaýtadan bölünip çykmagy bilen utgaşýar.

Hususan-da, ýalpyldawuk boşaltma usulyna esaslanýan PECVD tehnologiýasy daşarky elektromagnit meýdanynyň gyjyndyrylmagy astynda reaksiýa gazynyň ionlaşyp, plazma emele getirmegine mümkinçilik berýär. Ýalpyldawuk boşaltma plazmasynda daşarky elektrik meýdany bilen tizleşdirilen elektronlaryň kinetiki energiýasy adatça 10 ev töwereginde ýa-da ondan hem ýokary bolýar, bu bolsa reaksiýa gaz molekulalarynyň himiki baglanyşyklaryny ýok etmek üçin ýeterlikdir. Şonuň üçin ýokary energiýaly elektronlaryň we reaksiýa gaz molekulalarynyň elastik däl çaknyşmagy arkaly gaz molekulalary ionlaşar ýa-da parçalanar we neýtral atomlary we molekulýar önümleri öndürer. Oňyn ionlar ion gatlagynyň tizleşdiriji elektrik meýdany bilen tizleşýär we ýokarky elektrod bilen çaknyşýar. Aşakky elektrodyň golaýynda kiçi ion gatlagynyň elektrik meýdany hem bar, şonuň üçin substrat belli bir derejede ionlar tarapyndan bombardman edilýär. Netijede, parçalanma arkaly öndürilen neýtral madda turba diwaryna we substrata ýaýraýar. Dreýf we diffuziýa prosesinde bu bölejikler we toparlar (himiki taýdan işjeň neýtral atomlar we molekulalar toparlar diýlip atlandyrylýar) gysga ortaça erkin ýol sebäpli ion molekula reaksiýasyna we topar molekula reaksiýasyna sezewar bolarlar. Substrata ýetýän we adsorbsiýa edilýän himiki işjeň maddalaryň (esasan toparlaryň) himiki häsiýetleri örän işjeňdir we olaryň arasyndaky özara täsir arkaly plýonka emele gelýär.

2. Plazmadaky himiki reaksiýalar

Ýalpyldawuk boşaltma prosesinde reaksiýa gazynyň oýanmasy esasan elektron çaknyşmasy bolandygy sebäpli, plazmadaky elementar reaksiýalar dürli-dürli bolýar we plazma bilen gaty jisimiň arasyndaky özara täsir hem örän çylşyrymly, bu bolsa PECVD prosesiniň mehanizmini öwrenmegi has kynlaşdyrýar. Şu wagta çenli köp möhüm reaksiýa ulgamlary tejribeler arkaly ideal häsiýetlere eýe bolan plýonkalary almak üçin optimizirlendi. PECVD tehnologiýasyna esaslanýan kremniý esasly inçe plýonkalary çöketmek üçin, çöketme mehanizmini çuňňur açyp görkezmek mümkin bolsa, materiallaryň ajaýyp fiziki häsiýetlerini üpjün etmek şerti bilen kremniý esasly inçe plýonkalaryň çöketme tizligini ep-esli ýokarlandyryp bolýar.

Häzirki wagtda kremniý esasly inçe plýonkalaryň barlaglarynda, kremniý esasly inçe plýonkalarda belli bir mukdarda wodorod bardygy üçin, reaksiýa gazy hökmünde suwuklandyrylan wodorod (SiH4) giňden ulanylýar. H kremniý esasly inçe plýonkalarda örän möhüm rol oýnaýar. Ol material gurluşyndaky asylýan baglanyşyklary dolduryp, kemçilik energiýa derejesini ep-esli azaldyp we materiallaryň walent elektron gözegçiligini aňsatlyk bilen amala aşyryp biler. Spear we beýlekiler kremniý inçe plýonkalarynyň doping täsirini ilkinji gezek anyklap, ilkinji PN birikmesini taýýarlap başlandan bäri, PECVD tehnologiýasyna esaslanýan kremniý esasly inçe plýonkalary taýýarlamak we ulanmak boýunça barlaglar uly ösüş gazandy. Şonuň üçin, PECVD tehnologiýasy arkaly goýlan kremniý esasly inçe plýonkalardaky himiki reaksiýa aşakda beýan ediler we ara alnyp maslahatlaşylar.

Ýalpyldawuk boşalma şertinde, silan plazmasyndaky elektronlaryň birnäçe EV energiýasyndan köp bolandygy sebäpli, H2 we SiH4 elektronlar bilen çakyşanda dargaýar, bu bolsa ilkinji reaksiýa degişlidir. Eger aralyk gyjyndyrylan ýagdaýlary göz öňünde tutmasak, sihm-iň (M = 0,1,2,3) H bilen aşakdaky dissosiasiýa 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)

Esasy ýagdaý molekulalarynyň standart öndüriliş ýylylygyna görä, ýokardaky dissosiasiýa prosesleri üçin zerur bolan energiýalar (2.1) ~ (2.5) degişlilikde 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV we 4.5 EV-dir. Plazmadaky ýokary energiýaly elektronlar hem aşakdaky ionlaşma reaksiýalaryna gatnaşyp 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 energiýa degişlilikde 11.9, 12.3, 13.6 we 15.3 EV-dir. Reaksiýa energiýasynyň tapawudy sebäpli, (2.1) ~ (2.9) reaksiýalarynyň ähtimallygy örän deň däl. Mundan başga-da, (2.1) ~ (2.5) reaksiýa prosesi bilen emele gelen sihm ionlaşmak üçin aşakdaky ikinji reaksiýalara sezewar bolar, mysal üçin.

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Eger ýokardaky reaksiýa ýeke elektron prosesi arkaly amala aşyrylsa, gerek bolan energiýa takmynan 12 eV ýa-da ondan hem köp bolar. Kremniý esasly plýonkalary taýýarlamak üçin atmosfera basyşynda (10-100pa) elektron dykyzlygy 1010 sm-3 bolan gowşak ionlaşdyrylan plazmada 10 ev-den ýokary ýokary energiýaly elektronlaryň sanynyň deňeşdirme boýunça azdygyny göz öňünde tutup, kümülatiw ionlaşma ähtimallygy, adatça, gyjyndyrma ähtimallygyndan azdyr. Şonuň üçin, silan plazmasyndaky ýokardaky ionlaşdyrylan birleşmeleriň paýy örän az we sihm-iň neýtral topary agdyklyk edýär. Massa spektr analiziniň netijeleri hem bu netijäni subut edýär [8]. Bourquard we beýlekiler. Mundan başga-da, sihm-iň konsentrasiýasynyň sih3, sih2, Si we SIH tertibinde azalandygyny, ýöne SiH3-iň konsentrasiýasynyň SIH-iň konsentrasiýasynyň iň köp üç esse bolandygyny bellediler. Robertson we beýlekiler. Sihm-iň neýtral önümlerinde arassa silanyň esasan ýokary kuwwatly razrýad üçin, sih3-iň bolsa esasan pes kuwwatly razrýad üçin ulanylýandygy habar berildi. Konsentrasiýanyň ýokarydan pese tarap tertibi SiH3, SiH, Si, SiH2 boldy. Şonuň üçin plazma prosesiniň parametrleri sihm neýtral önümleriniň düzümine güýçli täsir edýär.

Ýokardaky dissosiasiýa we ionlaşma reaksiýalaryndan başga-da, ion molekulalarynyň arasyndaky ikinji derejeli reaksiýalar hem örän möhümdir.

SiH2 ＋+ SiH4 → SiH3 ++ SiH3 (2.13)

Şonuň üçin, ion konsentrasiýasy babatda sih3+ sih2+-den köpdür. Bu SiH4 plazmasynda sih2+ ionlaryndan sih3+ ionlarynyň näme üçin köpdigini düşündirip biler.

Mundan başga-da, plazmadaky wodorod atomlarynyň SiH4-däki wodorody tutýan molekulýar atom çakyşma reaksiýasy bolar

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Ol ekzotermik reaksiýa we si2h6 emele gelmeginiň başlangyjydyr. Elbetde, bu toparlar diňe esasy ýagdaýda däl, eýsem plazmada hem gyjyndyrylan ýagdaýa gyjyndyrylan ýagdaýda bolýar. Silan plazmasynyň emissiýa spektrleri Si, SIH, h-niň optiki taýdan rugsat berilýän geçiş gyjyndyrylan ýagdaýlarynyň we SiH2, SiH3-iň titreme gyjyndyrylan ýagdaýlarynyň bardygyny görkezýär.