Ìmọ̀-ẹ̀rọ ìpìlẹ̀ ti ìdènà ìgbóná kẹ́míkà tí a mú dara sí plasma (PECVD)

1. Awọn ilana akọkọ ti fifi agbara mu ooru kemikali ti plasma pọ si

Ìdásílẹ̀ ìgbóná kẹ́míkà tí a mú dara sí plasma (PECVD) jẹ́ ìmọ̀ ẹ̀rọ tuntun fún ìdàgbàsókè àwọn fíìmù tín-tín nípasẹ̀ ìhùwàsí kẹ́míkà ti àwọn ohun èlò gaseous pẹ̀lú ìrànlọ́wọ́ glow discharge plasma. Nítorí pé ìhùwàsí gaasi ni a ń pèsè ìmọ̀ ẹ̀rọ PECVD, àwọn ànímọ́ ìhùwàsí ti plasma tí kò ní ìwọ́ntúnwọ́nsí ni a ń lò dáadáa, àti pé ọ̀nà ìpèsè agbára ti ètò ìhùwàsí ni a ń yípadà ní pàtàkì. Ní gbogbogbòò, nígbà tí a bá lo ìmọ̀ ẹ̀rọ PECVD láti pèsè àwọn fíìmù tín-tín, ìdàgbàsókè àwọn fíìmù tín-tín ní pàtàkì pẹ̀lú àwọn ìlànà pàtàkì mẹ́ta wọ̀nyí.

Àkọ́kọ́, nínú plasma tí kò ní ìwọ́ntúnwọ́nsí, àwọn elekitironi máa ń ṣe pẹ̀lú gaasi ìhùwàsí ní ìpele àkọ́kọ́ láti fọ́ gaasi ìhùwàsísí náà kí wọ́n sì ṣe àdàpọ̀ àwọn ion àti àwọn ẹgbẹ́ tí ń ṣiṣẹ́;

Èkejì, gbogbo onírúurú àwọn ẹgbẹ́ tó ń ṣiṣẹ́ ń tàn káàkiri, wọ́n sì ń gbé wọn lọ sí ojú àti ògiri fíìmù náà, àwọn ìṣesí kejì láàárín àwọn ohun tó ń ṣe àtúnṣe náà sì máa ń wáyé ní àkókò kan náà;

Níkẹyìn, gbogbo onírúurú àwọn ọjà ìṣesí àkọ́kọ́ àti ìkejì tí ó dé ojú ìdàgbàsókè ni a máa ń fà mọ́ra, tí wọ́n sì máa ń ṣe pẹ̀lú ojú náà, pẹ̀lú ìtújáde àwọn molecule gaseous tí ó tún ń jáde.

Ní pàtó, ìmọ̀ ẹ̀rọ PECVD tí a gbé ka ọ̀nà ìtújáde glow lè mú kí gaasi ìṣesí ionize ṣẹ̀dá plasma lábẹ́ ìtara pápá electromagnetic ti òde. Nínú plasma ìtújáde glow, agbára kinetic ti àwọn elekitironi tí pápá iná mànàmáná ti òde yára máa ń jẹ́ nǹkan bí 10ev, tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ, èyí tí ó tó láti pa àwọn ìsopọ̀ kẹ́míkà ti àwọn molecule gaasi ìṣesí run. Nítorí náà, nípasẹ̀ ìkọlù inelastic ti àwọn elekitironi agbara gíga àti àwọn molecule gaasi ìṣesí, àwọn molecule gaasi yóò di ion tàbí kí wọ́n yọ́ láti ṣe àwọn átọ̀mù neutral àti àwọn ọjà molecule. Àwọn ions rere ni a mú kí ó yára nípasẹ̀ ion Layer tí ó ń mú kí pápá iná mànàmáná yára, wọ́n sì ń bá elekitirodi oke jà. Igi ina mànàmáná kékeré kan tún wà nítòsí elekitirodi ìsàlẹ̀, nítorí náà, àwọn ions náà tún ń bò substrate náà dé àyè kan. Nítorí náà, ohun tí ó wà ní diut tí ìtújáde ń mú jáde ń tàn kálẹ̀ sí ògiri tube àti substrate. Nínú ilana ìtújáde àti ìtànkálẹ̀, àwọn pàtákì àti àwọn ẹgbẹ́ wọ̀nyí (àwọn átọ̀mù àti àwọn molecule neutral tí ń ṣiṣẹ́ ní kẹ́míkà ni a ń pè ní àwọn ẹgbẹ́) yóò fara da ìhùwàsí ion molecule àti ìhùwàsí molecule ẹgbẹ́ nítorí ipa ọ̀nà ọ̀fẹ́ kúkúrú. Àwọn ànímọ́ kẹ́míkà ti àwọn ohun èlò tí ń ṣiṣẹ́ kẹ́míkà (ní pàtàkì àwọn ẹgbẹ́) tí ó dé orí ilẹ̀ tí wọ́n sì fà mọ́ra jẹ́ alágbára púpọ̀, àti pé ìbáṣepọ̀ láàárín wọn ni ó ń ṣẹ̀dá fíìmù náà.

2. Àwọn ìṣesí kẹ́míkà nínú plasma

Nítorí pé ìfúnnilára gáàsì ìṣesí nínú ilana ìtújáde glow jẹ́ ìkọlù elekitironi, àwọn ìṣesí àkọ́kọ́ nínú plasma yàtọ̀ síra, ìbáṣepọ̀ láàrín plasma àti ojú ilẹ̀ líle náà tún jẹ́ ohun tí ó díjú gan-an, èyí tí ó mú kí ó ṣòro láti kẹ́kọ̀ọ́ nípa ìlànà PECVD. Títí di ìsinsìnyí, ọ̀pọ̀lọpọ̀ ètò ìṣesí pàtàkì ni a ti ṣe àtúnṣe nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò láti gba àwọn fíìmù tí ó ní àwọn ànímọ́ pípé. Fún ìtújáde àwọn fíìmù tín-tín tí a dá lórí silikoni tí a dá lórí ìmọ̀-ẹ̀rọ PECVD, tí a bá lè fi ìlànà ìṣesí náà hàn fínnífínní, ìwọ̀n ìtújáde àwọn fíìmù tín-tín tí a dá lórí silikoni le pọ̀ sí i gidigidi lórí èrò láti rí i dájú pé àwọn ànímọ́ ara tí ó dára jùlọ ti àwọn ohun èlò wà.

Lọ́wọ́lọ́wọ́, nínú ìwádìí àwọn fíìmù tín-tín tí a fi silicon ṣe, a ń lo hydrogen diluted silane (SiH4) gẹ́gẹ́ bí gaasi ìṣesí nítorí pé iye hydrogen kan wà nínú àwọn fíìmù tín-tín tí a fi silicon ṣe. H ń kó ipa pàtàkì nínú àwọn fíìmù tín-tín tí a fi silicon ṣe. Ó lè kún àwọn ìdè tí ń so mọ́ ara wọn nínú ìṣètò ohun èlò, dín ìwọ̀n agbára àbùkù kù gidigidi, kí ó sì rọrùn láti rí ìṣàkóso valence electron ti àwọn ohun èlò náà. Láti ìgbà tí spear àti àwọn ẹlòmíràn ti kọ́kọ́ rí ipa doping ti àwọn fíìmù tín-tín silicon ṣe, tí wọ́n sì ti ṣètò ìsopọ̀ PN àkọ́kọ́ nínú, ìwádìí lórí ìmúrasílẹ̀ àti lílo àwọn fíìmù tín-tín tí a fi silicon ṣe tí a fi ìmọ̀ ẹ̀rọ PECVD ṣe ni a ti ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ nípasẹ̀ àwọn ìfò àti ààlà. Nítorí náà, ìṣesí kẹ́míkà nínú àwọn fíìmù tín-tín tí a fi silicon ṣe tí a fi ìmọ̀ ẹ̀rọ PECVD ṣe ni a ó ṣe àpèjúwe àti jíròrò nínú àwọn wọ̀nyí.

Lábẹ́ ipò ìtújáde ìmọ́lẹ̀, nítorí pé àwọn elekitironi nínú plasma silane ní agbára EV tó ju ọ̀pọ̀lọpọ̀ lọ, H2 àti SiH4 yóò jẹrà nígbà tí àwọn elekitironi bá pàdé wọn, èyí tí ó jẹ́ ti ìṣesí àkọ́kọ́. Tí a kò bá ronú nípa àwọn ipò ìtara àárín, a lè rí àwọn ìṣesí ìpínyà ti sihm (M = 0,1,2,3) pẹ̀lú 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)

Gẹ́gẹ́ bí ooru tó wọ́pọ̀ nínú ìṣẹ̀dá àwọn molecule ìpínlẹ̀ ilẹ̀, agbára tí a nílò fún àwọn ìlànà ìpínyà tí a mẹ́nu kàn lókè yìí (2.1) ~ (2.5) jẹ́ 2.1, 4.1, 4.4, 5.9 EV àti 4.5 EV lẹ́sẹẹsẹ. Àwọn elekitironi agbára gíga nínú plasma tún lè fara da àwọn ìṣesí ionization wọ̀nyí.

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)

Agbára tí a nílò fún (2.6) ~ (2.9) jẹ́ 11.9, 12.3, 13.6 àti 15.3 EV lẹ́sẹẹsẹ. Nítorí ìyàtọ̀ agbára ìṣesí, ìṣeéṣe ìṣesí (2.1) ~ (2.9) kò dọ́gba rárá. Ní àfikún, sihm tí a ṣe pẹ̀lú ìlànà ìṣesí (2.1) ~ (2.5) yóò fara da àwọn ìṣesí kejì wọ̀nyí sí ionize, bíi

SiH+e→SiH++2e (2.10)

SiH2+e→SiH2++2e (2.11)

SiH3+e→SiH3++2e (2.12)

Tí a bá ṣe ìṣesí tí a kọ lókè yìí nípasẹ̀ ìlànà electron kan ṣoṣo, agbára tí a nílò jẹ́ nǹkan bí 12 eV tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ. Nítorí pé iye àwọn elekitironi agbára gíga tí ó wà lókè 10ev nínú plasma tí ó ní ion tí kò lágbára pẹ̀lú ìwọ̀n elekitironi ti 1010cm-3 kéré ní ìpele lábẹ́ ìfúnpá afẹ́fẹ́ (10-100pa) fún ṣíṣe àwọn fíìmù tí a fi silicon ṣe, ìṣeéṣe ionization àpapọ̀ sábà máa ń kéré ju ìṣeéṣe ìfúnpá lọ. Nítorí náà, ìpín àwọn èròjà ion tí a ti kọ lókè nínú plasma silane kéré gan-an, àti pé ẹgbẹ́ sihm tí kò ṣeé ṣe ni ó ń ṣe àkóso. Àwọn èsì ìwádìí ìpele mass spectrum náà fi hàn pé ìparí yìí ni [8]. Bourquard àti àwọn ẹlòmíràn tún tọ́ka sí i pé ìfọ́pọ̀ sihm dínkù ní ìtẹ̀lé sih3, sih2, Si àti SIH, ṣùgbọ́n ìfọ́pọ̀ SiH3 pọ̀jù ní ìlọ́po mẹ́ta ju ti SIH lọ. Robertson àti àwọn ẹlòmíràn ròyìn pé nínú àwọn ọjà tí kò ṣeé ṣe ti sihm, a sábà máa ń lo silane mímọ́ fún ìfọ́pọ̀ agbára gíga, nígbà tí a sábà máa ń lo sih3 fún ìfọ́pọ̀ agbára kékeré. Ìtòlẹ́sẹẹsẹ ìfojúsùn láti òkè sí ìsàlẹ̀ ni SiH3, SiH, Si, SiH2. Nítorí náà, àwọn ìlànà ìṣiṣẹ́ plasma ní ipa gidigidi lórí ìṣètò àwọn ọjà tí kò ní ìṣọ̀kan sihm.

Ní àfikún sí ìpínyà àti àwọn ìṣesí ionization tí a mẹ́nu kàn lókè yìí, àwọn ìṣesí kejì láàrín àwọn molecule ionic náà ṣe pàtàkì púpọ̀

SiH2＋+SiH4→SiH3++SiH3 (2.13)

Nítorí náà, ní ti ìṣọ̀kan ion, sih3 + ju sih2 + lọ. Ó lè ṣàlàyé ìdí tí àwọn ion sih3 + ju sih2 + ions lọ nínú plasma SiH4.

Ni afikun, isele ijamba atomu molikula yoo wa ninu eyi ti awon atomu hydrogen ninu plasma yoo gba hydrogen ninu SiH4

H+ SiH4→SiH3+H2 (2.14)

Ó jẹ́ ìṣesí exothermic àti ìṣáájú fún ìṣẹ̀dá si2h6. Dájúdájú, àwọn ẹgbẹ́ wọ̀nyí kìí ṣe ní ipò ilẹ̀ nìkan, ṣùgbọ́n wọ́n tún ní ìtara sí ipò ìtara nínú plasma náà. Ìwòrán ìtújáde ti plasma silane fihàn pé àwọn ipò ìyípadà tí a gbà láàyè ní optically wà ti Si, SIH, h, àti àwọn ipò ìtara tí ń mì tìtì ti SiH2, SiH3.