גרונט טעכנאָלאָגיע פון ​​פּלאַזמע-פאַרשטאַרקטע כעמישע פארע-דעפּאָזיציע (PECVD)

1. הויפּט פּראָצעסן פון פּלאַזמע-פאַרשטאַרקטע כעמישע פארע-דעפּאָזיציע

פּלאַזמע-פאַרשטאַרקטע כעמישע פארע-דעפּאָזיציע (PECVD) איז אַ נייע טעכנאָלאָגיע פֿאַרן וואוקס פון דינע פילמען דורך כעמישע רעאַקציע פון ​​גאַז-געפֿאַרבטע סובסטאַנצן מיט דער הילף פון גלאָו-דיסטשאַרדזש פּלאַזמע. ווייל PECVD טעכנאָלאָגיע ווערט צוגעגרייט דורך גאַז-דיסטשאַרדזש, ווערן די רעאַקציע-אייגנשאַפטן פון נישט-גלייכגעוויכט פּלאַזמע עפעקטיוו אויסגענוצט, און דער ענערגיע-צושטעל-מאָדע פון ​​רעאַקציע-סיסטעם ווערט פונדאַמענטאַל געביטן. בכלל, ווען PECVD טעכנאָלאָגיע ווערט גענוצט צו צוגרייטן דינע פילמען, נעמט דער וואוקס פון דינע פילמען הויפּטזעכלעך איין די פאלגענדע דריי גרונט-פּראָצעסן.

ערשטנס, אין דער נישט-גלייכגעוויכט פּלאַזמע, רעאַגירן עלעקטראָנען מיטן רעאַקציע גאַז אין דער ערשטיקער בינע צו צעלאָזן דעם רעאַקציע גאַז און שאַפֿן אַ געמיש פֿון יאָנען און אַקטיווע גרופּעס;

צווייטנס, אלע סארטן אקטיווע גרופעס דיפיוזירן און טראנספארטירן צו דער ייבערפלאך און דער וואנט פון דעם פילם, און די צווייט-ראנגיקע רעאקציעס צווישן די רעאקטאנטן פאסירן אין דער זעלבער צייט;

צום סוף, ווערן אלע סארטן ערשטיקע און צווייט-ראנגיקע רעאקציע פראדוקטן וואס דערגרייכן די וואוקס-איבערפלאך אדסארבירט און רעאגירן מיט דער איבערפלאך, באגלייט דורך דער ווידער-פרייַלאזונג פון גאז-מאלעקולן.

ספעציפיש, PECVD טעכנאָלאָגיע באַזירט אויף גלאָו דיסטשאַרדזש מעטאָד קען מאַכן דעם רעאַקציע גאַז יאָניזירן צו פאָרמירן פּלאַזמע אונטער דער עקסייטיישאַן פון אַן עקסטערנעם עלעקטראָמאַגנעטישן פעלד. אין גלאָו דיסטשאַרדזש פּלאַזמע, די קינעטישע ענערגיע פון ​​עלעקטראָנען אַקסעלערירט דורך אַן עקסטערנעם עלעקטרישן פעלד איז געוויינטלעך וועגן 10ev, אָדער אפילו העכער, וואָס איז גענוג צו צעשטערן די כעמישע בונדן פון רעאַקטיווע גאַז מאַלעקולן. דעריבער, דורך דער נישט-עלאַסטישער קאָליזיע פון ​​הויך-ענערגיע עלעקטראָנען און רעאַקטיווע גאַז מאַלעקולן, וועלן די גאַז מאַלעקולן ווערן יאָניזירט אָדער צעבראָכן צו פּראָדוצירן נייטראַלע אַטאָמען און מאָלעקולאַרע פּראָדוקטן. די פּאָזיטיווע יאָנען ווערן אַקסעלערירט דורך דעם יאָן שיכט וואָס אַקסעלערירט דעם עלעקטרישן פעלד און קאָלידירן מיטן אויבערשטן עלעקטראָד. עס איז אויך אַ קליין יאָן שיכט עלעקטריש פעלד לעבן דעם אונטערשטן עלעקטראָד, אַזוי דער סאַבסטראַט ווערט אויך באַמבאַרדירט ​​מיט יאָנען צו אַ געוויסער מאָס. ווי אַ רעזולטאַט, די נייטראַלע סובסטאַנץ פּראָדוצירט דורך דעקאָמפּאָזיציע דיפיוזיז צו דער רער וואַנט און סאַבסטראַט. אין דעם פּראָצעס פון דריפט און דיפיוזשאַן, וועלן די פּאַרטיקלען און גרופּעס (די כעמיש אַקטיווע נייטראַלע אַטאָמען און מאַלעקולן ווערן גערופן גרופּעס) דורכגיין יאָן מאַלעקול רעאַקציע און גרופּע מאַלעקול רעאַקציע צוליב דעם קורצן דורכשניטלעכן פרייען וועג. די כעמישע אייגנשאפטן פון די כעמישע אקטיווע סובסטאנצן (הויפּטזעכלעך גרופעס) וואס דערגרייכן דעם סובסטראט און ווערן אדסארבירט זענען זייער אקטיוו, און דער פילם ווערט געשאפן דורך דער אינטעראקציע צווישן זיי.

2. כעמישע רעאַקציעס אין פּלאַזמע

ווייל די אויפרעגונג פון דעם רעאקציע גאז אין דעם גלאָו דיסטשאַרדזש פּראָצעס איז מערסטנס עלעקטראָן קאָליזיע, די עלעמענטאַרע רעאַקציעס אין דער פּלאַזמע זענען פֿאַרשיידן, און די ינטעראַקציע צווישן דער פּלאַזמע און דער האַרטער ייבערפלאַך איז אויך זייער קאָמפּליצירט, וואָס מאַכט עס שווערער צו שטודירן דעם מעכאַניזם פון PECVD פּראָצעס. ביז איצט, פילע וויכטיקע רעאַקציע סיסטעמען זענען אָפּטימיזירט געוואָרן דורך עקספּערימענטן צו באַקומען פילמען מיט ידעאַלע אייגנשאַפטן. פֿאַר דער דעפּאָזיציע פון ​​סיליקאָן-באַזירטע דין פילמען באַזירט אויף PECVD טעכנאָלאָגיע, אויב דער דעפּאָזיציע מעכאַניזם קען זיין טיף אַנטפּלעקט, קען די דעפּאָזיציע קורס פון סיליקאָן-באַזירטע דין פילמען זיין שטארק געוואקסן אויף דער פּרעמיסע פון ​​ענשורינג די ויסגעצייכנט פיזיש אייגנשאַפטן פון מאַטעריאַלס.

איצט, אין דער פארשונג פון סיליקאן-באזירטע דין פילמען, ווערט וואסערשטאף פארדיןטע סילאן (SiH4) ברייט גענוצט אלס דער רעאקציע גאז ווייל עס איז דא א געוויסע מאס וואסערשטאף אין די סיליקאן-באזירטע דין פילמען. H שפילט א גאר וויכטיגע ראלע אין די סיליקאן-באזירטע דין פילמען. עס קען אויספילן די הענגענדיקע בונדן אין דער מאטעריאל סטרוקטור, שטארק רעדוצירן דעם דעפעקט ענערגיע לעוועל, און לייכט דערגרייכן די וואלענס עלעקטראן קאנטראל פון די מאטעריאלן. זינט ספּיר און זיינע חברים האבן ערשט איינגעזען דעם דאפינג עפעקט פון סיליקאן דין פילמען און צוגעגרייט דעם ערשטן PN דזשאנקשאן אין, איז די פארשונג אויף דער צוגרייטונג און אנווענדונג פון סיליקאן-באזירטע דין פילמען באזירט אויף PECVD טעכנאלאגיע אנטוויקלט געווארן מיט שפרינגען און גרענעצן. דעריבער, וועט די כעמישע רעאקציע אין סיליקאן-באזירטע דין פילמען דעפאזיטירט דורך PECVD טעכנאלאגיע ווערן באשריבן און דיסקוטירט אין די פאלגנדע.

אונטער דער גלאָו דיסטשאַרדזש באַדינגונג, ווײַל די עלעקטראָנען אין דער סילאַן פּלאַזמע האָבן מער ווי עטלעכע EV ענערגיע, וועלן H2 און SiH4 צעפֿאַלן ווען זיי ווערן קאָלידירט מיט עלעקטראָנען, וואָס געהערט צו דער ערשטיקער רעאַקציע. אויב מיר נעמען נישט אין באַטראַכט די צווישן-אויפֿגערעגטע שטאַטן, קענען מיר באַקומען די פֿאָלגנדיקע דיסאָסיאַציע רעאַקציעס פֿון sihm (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 סטאַנדאַרט פּראָדוקציע היץ פון גרונט צושטאַנד מאָלעקולן, די ענערגיעס וואָס זענען נויטיק פֿאַר די אויבן דערמאָנטע דיסאָסיאַציע פּראָצעסן (2.1) ~ (2.5) זענען 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV און 4.5 EV ריספּעקטיוולי. הויך-ענערגיע עלעקטראָנען אין פּלאַזמע קענען אויך דורכגיין די פאלגענדע יאָניזאַציע רעאַקציעס

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 וואָס איז נויטיק פֿאַר (2.6) ~ (2.9) איז 11.9, 12.3, 13.6 און 15.3 EV בהתאמה. צוליב דעם אונטערשייד אין רעאַקציע ענערגיע, איז די וואַרשיינלעכקייט פון (2.1) ~ (2.9) רעאַקציעס זייער אומגלייך. דערצו, די סיהם וואָס ווערט געשאַפֿן מיטן רעאַקציע פּראָצעס (2.1) ~ (2.5) וועט דורכגיין די פֿאָלגנדיקע צווייטיקע רעאַקציעס צו יאָניזירן, ווי צום ביישפּיל

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

אויב די אויבנדערמאנטע רעאקציע ווערט דורכגעפירט דורך אן איינציקן עלעקטראן פראצעס, איז די נויטיגע ענערגיע בערך 12 eV אדער מער. אין ליכט פון דעם פאקט אז די צאל הויך-ענערגיע עלעקטראנען העכער 10ev אין דער שוואך ייאניזירטער פלאזמע מיט אן עלעקטראן געדיכטקייט פון 1010cm-3 איז רעלאטיוו קליין אונטערן אטמאספערישער דרוק (10-100pa) פאר דער צוגרייטונג פון סיליקאן-באזירטע פילמען, איז די קומולאַטיווע ייאניזאציע ווארשיינליכקייט בכלל קלענער ווי די אויפרעגונג ווארשיינליכקייט. דעריבער, איז דער פראפארציע פון ​​די אויבנדערמאנטע ייאניזירטע פארבינדונגען אין סילאן פלאזמע זייער קליין, און די נייטראלע גרופע פון ​​sihm איז דאמינאנט. די מאסע ספעקטרום אנאליז רעזולטאטן באווייזן אויך דעם מסקנא [8]. בורקארד און אנדערע האבן ווייטער ארויסגעוויזן אז די קאנצענטראציע פון ​​sihm איז געפאלן אין דער סדר פון sih3, sih2, Si און SIH, אבער די קאנצענטראציע פון ​​SiH3 איז געווען העכסטנס דריי מאל אזויפיל ווי פון SIH. ראבערטסאן און אנדערע האבן באריכטעט אז אין די נייטראלע פראדוקטן פון sihm, איז ריין סילאן מערסטנס גענוצט געווארן פאר הויך-מאכט אויסלאדונג, בשעת sih3 איז מערסטנס גענוצט געווארן פאר נידריג-מאכט אויסלאדונג. די סדר פון קאָנצענטראַציע פון ​​הויך צו נידעריק איז געווען SiH3, SiH, Si, SiH2. דעריבער, די פּלאַזמע פּראָצעס פּאַראַמעטערס האָבן אַ שטאַרקע השפּעה אויף די זאַץ פון סימם-נייטראַלע פּראָדוקטן.

אין צוגאב צו די אויבנדערמאנטע דיסאסאציאציע און ייאניזאציע רעאקציעס, זענען די צווייטיקע רעאקציעס צווישן יאנישע מאלעקולן אויך זייער וויכטיג.

סיה2＋+סיה4→סיה3++סיה3 (2.13)

דעריבער, אין טערמינען פון יאָן קאָנצענטראַציע, איז sih3+ מער ווי sih2+. דאָס קען דערקלערן פאַרוואָס עס זענען מער sih3+ יאָנען ווי sih2+ יאָנען אין SiH4 פּלאַזמע.

דערצו וועט זיין א מאלעקולארע אטאם קאליזיע רעאקציע אין וועלכער די וואסערשטאף אטאמען אין די פלאזמע כאפן דעם וואסערשטאף אין SiH4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

דאָס איז אַן עקזאָטערמישע רעאַקציע און אַ פאָרגייער פֿאַר דער פֿאָרמירונג פֿון si2h6. פֿאַרשטייט זיך, די גרופּעס זענען נישט נאָר אין גרונט־צושטאַנד, נאָר אויך אויפֿגעוועקט צום אויפֿגעוועקטן צושטאַנד אין דער פּלאַזמע. די עמיסיע־ספּעקטראַ פֿון סילאַן־פּלאַזמע ווײַזן, אַז עס זענען אָפּטיש צולאָזלעכע איבערגאַנג־אויפֿגעוועקטע שטאַטן פֿון Si, SIH, h, און וויבראַציאָנעלע אויפֿגעוועקטע שטאַטן פֿון SiH2, SiH3.