WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Dg/cg l (mg/mgf )1/2, где mgf — приведенная масса f g g-мера и частицы фонового газа (mgf mf ), mg = m1g, Анализ результатов m1 mf, l =(gf n)-1, n — численная плотность f g смеси, gf — сечение столкновений g-мера с частицей Медленные течения реагирующих смесей (когда конфонового газа, gf g g0(g/g0)2/3. Таким образом, вективным переносом можно пренебречь), описываются, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 58 Ю.Е. Горбачев Список химических реакций и констант скоростей R60 Si4H10 + SiH3 Si4H9 + SiH4 2.49(-12)m R61 Si4H10 + SiH2 Si5H12 1.20(-10)n № Реакция K (cm3/s) R62 Si4H10 + SiH Si5H11 1.00(-11) R1 SiH4 + e SiH3 + H + e 3.00(-11)a,b R63 Si4H9 + H Si4H10 1.00(-11) R2 SiH4 + e SiH2 + 2H + e 1.50(-10)b R64 Si4H9 + SiH4 Si4H10 + SiH3 5.00(-13)h R3 SiH4 + e SiH + H + H2 + e 9.34(-12)b R65 Si4H9 + SiH3 Si4H8 + SiH4 1.00(-10)i R4 SiH4 + e SiH2 + H2 + e 7.19(-12)b R66 Si4H9 + SiH3 Si5H12 5.50(-11)j R5 H2 + e 2H + e 4.49(-12)b R67 Si4H9 + SiH2 Si5H11 1.20(-10)n R6 Si2H6 + e SiH3 + SiH2 + H + e 3.72(-10)b R68 Si4H8 + SiH4 Si5H10 + H2 1.00(-11)f R7 Si2H6 + e Si2H4 + 2H + e 3.70(-11)b R69 Si4H8 + SiH4 Si5H2 1.00(-11)k R8 SiH4 + H SiH3 + H2 2.67(-12)c R70 Si4H8 + SiH3 Si5H11 2.00(-11) R9 SiH4 + SiH3 Si2H5 + H2 1.78(-15) R71 Si5H12 + H Si5H11 + H2 2.16(-12)l R10 SiH4 + SiH2 Si2H 1.00(-11) 6 R72 Si5H12 + SiH3 Si5H11 + SiH4 2.49(-12)m R11 SiH4 + SiH Si2H3 + H2 1.70(-12) R73 Si5H12 + SiH2 Si6H14 1.20(-10)n R12 SiH4 + SiH Si2H5 2.50(-12) R74 Si5H11 + H Si5H12 1.00(-11) R13 SiH3 + H SiH2 + H2 1.00(-10) R75 Si5H11 + SiH4 Si5H12 + SiH3 5.00(-13)h R14 SiH3 + SiH3 SiH4 + SiH2 1.50(-10) R76 Si5H11 + SiH3 Si5H10 + SiH4 1.00(-10)i R15 SiH3 + SiH3 Si2H 1.00(-11) R77 Si5H10 + SiH4 Si6H14 1.00(-11)k R16 SiH3 + SiH2 Si2H5 3.77(-13) R17 SiH2 + H SiH + H2 7.96(-13) Примечание.

a 3.00(-11) =3.00 · 10-11.

R18 SiH2 + H SiH3 1.11(-12) b Данные по столкновениям с электронами приводятся при межэлекR19 SiH2 + H2 SiH4 2.00(-13) тродном расстоянии L0 = 2.5 cm, парциальных давлениях молекулярR20 SiH2 + SiH Si2H3 7.22(-13) ного водорода и силана p0 = 0.125 Torr и температуре T = 520 K.

R21 SiH + H2 SiH3 1.98(-12) c Значение констант взято из [13].

d R22 Si2H6 + H SiH4 + SiH3 1.11(-12)c Значение констант выбрано по аналогии с реакцией R41, взятой R23 Si2H6 + H Si2H5 + H2 1.20(-10)c из [16].

M — парциальная частица (партнер по столкновению).

R24 Si2H6 + SiH3 Si2H5 + SiH4 1.00(-12)c e f Реакции предложены в [15].

R25 Si2H6 + SiH2 Si3H8 1.20(-10) Значение констант выбрано по аналогии:

R26 Si2H6 + SiH Si3H7 1.00(-11) g с реакциями R22 и R44, взятыми из [13].

R27 Si2H6 + Si2H4 Si4H10 1.00(-10)d h с реакцией R34, взятой из [3].

R28 Si2H + Me Si2H6 + M 1.00(-10) i с реакцией R35, взятой из [16].

R29 Si2H Si2H4 + H2 5.00(6) s-1 j с реакцией R36, взятой из [13].

R30 Si2H SiH4 + SiH2 2.30(7) s-1 k с реакцией SiH2 + SiH4 Si2H6, взятой из [13].

e R31 Si2H Si2H4 + H2 2.30(7) s-1 m с реакцией R45, взятой из [13].

с реакцией R46, взятой из [13].

R32 Si2H + Me Si2H6 + M 2.00(-10) 6 n с реакцией R47, взятой из [13].

R33 Si2H5 + H Si2H4 + H2 1.00(-10) R34 Si2H5 + SiH4 Si2H6 + SiH3 5.00(-13) R35 Si2H5 + SiH3 Si2H4 + SiH4 1.00(-10) как правило, уравнениями типа реакция–диффузия вида R36 Si2H5 + SiH3 Si3H8 5.50(-11)c R37 Si2H5 + Si2H5 Si4H10 1.00(-11) d dni/mn - Dimn = Kj,knjnk - ini, R38 Si2H4 + H2 SiH4 + SiH2 1.00(-10) dx dx j,k R39 Si2H4 + H2 Si2H6 5.33(-13) R40 Si2H4 + SiH4 Si3H6 + H2 1.00(-11)f i = Kl,i nl, (13) R41 Si2H4 + SiH4 Si3H8 1.00(-10) l R42 Si2H3 + H2 Si2H5 1.70(-12) R43 Si3H8 + H Si2H5 + SiH4 1.11(-12)g где Di, ni, mi — коэффициент диффузии, численная R44 Si3H8 + H Si2H6 + SiH3 1.11(-12)c плотность и масса i-го компонента, n = ni —полная R45 Si3H8 + H Si3H7 + H2 2.16(-12)c i численная плотность, m = mini/n — масса, Kj,k — R46 Si3H8 + SiH3 Si3H7 + SiH4 2.49(-12)c i R47 Si3H8 + SiH2 Si4H10 1.20(-10)c константы скоростей соответствующих реакций, i — R48 Si3H8 + SiH Si4H9 1.00(-11) частота ухода i-го компонента вследствие химических R49 Si3H8 + Si2H5 Si3H7 + Si2H6 2.49(-12)c реакций.

R50 Si3H8 + Si2H4 Si5H12 1.00(-10)d Очень удобными характеристиками для анализа этой R51 Si3H7 + H Si3H8 1.00(-11) системы уравнений являются диффузионно-реакционные R52 Si3H7 + SiH4 Si3H8 + SiH3 5.00(-13)h длины R53 Si3H7 + SiH3 Si3H6 + SiH4 1.00(-10)i Li = Di/i. (14) R54 Si3H7 + SiH3 Si4H10 5.50(-11)j R55 Si3H7 + SiH2 Si4H9 1.00(-11) Уравнение (13) можно обезразмерить таким образом, R56 Si3H6 + SiH4 Si4H8 + H2 1.00(-11)f чтобы перед его левой частью возник безразмерный паR57 Si3H6 + SiH4 Si3H8 1.00(-11)k раметр Da-1 =(Li /L)2, представляющий собой величи2i R58 Si3H6 + SiH3 Si4H9 2.00(-11) ну, обратную так называемому второму числу ДамкелеЖурнал технической физики, 2006, том 76, вып. Роль олигомеров в процессе роста пленки аморфного кремния в PECVD-реакторе ра. Здесь L — характерный размер (межэлектродное расстояние). Тогда первое слагаемое в правой части (13), описывающее источник данного компонента, станет равным отношению равновесного значения плотности рассматриваемого компонента ne = i-1 Kj,knjnk к его i j,k характерному значению n0 (на которое происходит обезi размеривание), а второе слагаемое в правой части, описывающее уход данного компонента за счет химических реакций, превратится в безразмерную концентрацию данного компонента (ni/n0). Таким образом, величина i параметра Da2 определяет характер пространственного распределения рассматриваемого компонента. При Da2 1 имеем замороженные химические процессы (правой частью в уравнении (13) можно пренебречь) и концентрация определяется граничными условиями.

В этом случае она будет постоянной, если данный компонент не оседает на поверхностях, и будет определяться уравнением (13), в котором уходом данного компонента в результате реакций (последнее слагаемое) можно пренебречь. При Da2 1 концентрация принимает свое равноценное значение внутри области, а в узком пограничном слое происходит ее резкое изменение таким образом, чтобы решение уравнения (13) удовлетворяло граничным условиям (12).

Второе число Дамкелера является основным параметром, определяющим поведение системы, когда конвективным переносом можно пренебречь (малые диффузионные числа Пекле Pe = LV /D). Здесь оно введено через величину L1, имеющую наглядный физический смысл:

как далеко успеет продиффундировать частица сорта i, прежде чем вступит в химическую реакцию. Сравнение величин Li для различных компонентов смеси позволяет выявить особенности их пространственного распределения, определить роль различных компонентов в формировании состава смеси, выделить приграничную Рис. 1. Зависимость диффузионно-релаксационных длин (cm) область, дающую основной вклад в рост пленки за счет от давления (Torr). a —на „горячей“ (Tw = 520 K) и b —на i-го компонента, а также найти другие особенности „холодной“ (Tw = 300 K) стенках.

газофазных процессов.

На рис. 1 приведены зависимости величин Li, j (cm) от давления в диапазоне 0.15–1 Torr у двух противопо(а с ними и соответствующие частоты ухода), падают с ложных электродов, которые поддерживаются при темростом давления быстрее, чем 1/p, что и обеспечивает пературе (a) Tw = 300 и (b) Tw = 520 K (здесь и далее рост диффузионно-релаксационных длин (см. определедвойным индексом будем обозначать величины, соответние (14)).

ствующие компонентам SiiHj). Расчеты выполнялись с Во вторую группу выделим силил, поскольку величина помощью программного комплекса REAF-3D [9,10].

его диффузионно-релаксационной длины количественно Разделим все компоненты на три группы по значениям отличается от соответствующих величин для остальных величин диффузионно-релаксационных длин и характеру компонентов и, кроме того, она слабо уменьшается их зависимости от давления. В первую группу выделим с ростом давления. Это связано с тем, что его уход молекулы (частицы с заполненными связями). Для нее обусловлен не только реакцией с самим собой, но и с сихарактерны достаточно большие значения диффузионноланом (при максимальных из рассматриваемых давлений релаксационных длин и их слабый рост с давлением.

вклад этих реакций сравнивается). Поскольку влияние Для компонентов из этой группы реакциями, опрепоследней реакции увеличивается с ростом давления деляющими частоту ухода i, j, являются реакции с (при этом, естественно, растет концентрация силана), то Si2H4 (молекулярный водород), реакции с атомарным частота ухода оказывается функцией, уменьшающейся водородом (SiH4 и Si2H6) и реакция с SiH3, а при более низких давлениях и с SiH2 (частицы вида SinH2n+2 с медленнее, чем 1/p (в рассматриваемом диапазоне давn > 2). Коэффициенты диффузии обратно пропорцио- лений, а при больших давлениях она начнет возрастать).

нальны давлению, а концентрации Si2H4, H, SiH3, SiH2 Это и обеспечивает уменьшение L1,3.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 60 Ю.Е. Горбачев К третьей группе отнесем все остальные радикалы.

Для них характерны относительно малые диффузионнорелаксационные длины и их уменьшение с ростом давления. Это связано с тем, что частоты ухода этих компонентов пропорциональны концентрациям SiH4 или H2, концентрация которых в рассматриваемом случае пропорциональна давлению и существенно превосходит концентрации остальных компонентов. Таким образом, соответствующие величины оказываются обратно пропорциональными давлению (см. (14)).

Перейдем теперь к анализу результатов расчетов процесса роста пленки. Скорость роста пленки R (/min) и парциальные вклады в этот процесс различных компонентов R1, определялись соотношениями [1]:

R = Ri, Ri = qi, i i = -Dim-1(i/)/x, (15) i i где — средний объем, занимаемый атомом в выращиваемой пленке (для кремния 22.0 3 [3]), qi — число атомов кремния в осаждающемся комплексе, — i поток i-го компонента к поверхности, x — нормаль к поверхности, направленная в сторону поверхности.

Результаты расчетов, приведенные на рис. 2, показали, что вклад в рост пленки от Si2H5 имеет тот же порядок, что и от SiH2 (R1,2,/R2,5 2-1 при „низких“ и „высоких“ давлениях на „горячей“ (520 K) подложке).

Интерес к количеству оседаемого силилена объясняется тем, что в большинстве работ он считается основным элементом, приводящим к ухудшению качества пленки [3]. Оседание в приблизительно таких же количествах других компонентов заставляет рассматривать их под тем же углом зрения. Анализ химических реакций, Рис. 2. Зависимость скорости осаждения различных компроисходящих в камере реактора, показал, что столь понентов (/min) от давления (Torr): a — на „горячей“ высокая эффективность Si2H5 обусловлена тем, что его (Tw = 520 K) и b — на „холодной“ (Tw = 300 K) стенках.

диффузионно-релаксационная длина примерно в четыре раза больше, чем у SiH2. Это означает, что зона, из которой происходит оседание Si2H5 больше, чем у силилена. В то же время наработка Si2H5 происходит, то, что в результате расчетов он оказывается крайне в основном, за счет относительно быстрой реакции Rмалым, более чем на порядок меньшим, чем от SiH2. Это Si2H6 с атомарным водородом.

связано с малостью его диффузионно-релаксационной Вклад от Si3H7 также оказался достаточно высоким, длины — он успевает прореагировать в объеме, не всего в 2.5 раза меньшим, чем от Si2H5. Высокая эфдостигая поверхности.

фективность компонента Si3H7 вызвана его высокой концентрацией, обусловленной реакцией радикала Si2HЗаключение с силаном, приводящей к высокой концентрации Si3H(R40: Si2H4 + SiH4 Si3H8), что, в свою очередь, за счет реакции с силилом приводит к образованию Si3H7 Выполненный анализ физико-химических процессов, происходящих в PECVD-реакторах при выращивании (R45: Si3H8 + SiH3 Si3H7 + SiH4). Таким образом, относительно большой вклад в рост пленки именно Si3H7 пленок аморфного гидрированного кремния из силанопределяется совпадением двух факторов: высокой кон- содержащей плазмы, позволил построить схему химических реакций, приводящих как к образованию частиц центрацией силана и высокой активностью радикала Si2H4. При этом его диффузионно-релаксационная дли- SimHn (n 2m + 2) с малым содержанием атомов кремна, так же как и у Si2H5, в четыре раза больше, чем у ния (m 5) (см. таблицу), так и олигомеров — частиц SiH2, что приводит к тем же последствиям. промежуточного размера, приводящих к образованию Ряд авторов считает, что существенный вклад в рост „пыли“. Схема образования олигомеров определяется пленки вносит Si2H4, поэтому обратим внимание на реакциями (7)–(11).

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Роль олигомеров в процессе роста пленки аморфного кремния в PECVD-реакторе В результате анализа результатов численного моделирования процесса роста пленки обнаружен существенный вклад компонентов Si2H5 и Si3H7 в ее рост. Этим результатам дано обоснование. Интерес представляет более детальное экспериментальное исследование этих эффектов, что может прояснить детали механизма роста пленки и выявить процессы, ответственные за качество получаемой пленки.

Автор благодарит В.В. Кржижановскую и О.В. Масленникову за помощь в проведении расчетов.

Работа выполнена при частичной поддержке грантом NWO 047.016.018.

Список литературы [1] Горбачев Ю.Е., Затевахин М.А., Каганович И.Д. // ЖТФ.

1996. Т. 66. Вып. 12. С. 89–111.

[2] Горбачев Ю.Е., Затевахин М.А., Кржижановская В.В., Швейгерт В.А. // ЖТФ. 2000. Т. 70. Вып. 8. С. 77–86.

[3] Kushner M.J. // J. Appl. Phys. 1988. Vol. 63. N 8. P. 2532– 2551.

[4] Perrin J., Leroy O., Bordage M.C. // Contrib. Plasma Phys.

1996. Vol. 36. N 1. P. 3–49.

[5] Roca i Cabarrocas P. // J. Non-Cryst. Solids. 1993. Vol. 37.

P. 64–166.

[6] Roca i Cabarrocas P. // Amorphous and Microcrystalline Silicon Technology. MRS Symp. Proc. 507. 1998. P. 855.

[7] Fontcuberta i Morral A., Brenot R., Hamers E.A.G., Vanderhagen R. and Roca Cabarrocas P. // J. Non-Cryst.

Solids. 2001. Vol. 266. P. 48.

[8] Krzhizhanovskaya V.V., Zatevakhin M.A., Ignatiev A.A., Gorbachev Yu.E., Sloot P.M.A. // Lecture Notes in Computer Science 2002. Vol. 2328. P. 879–888.

[9] Krzhizhanovskaya V.V., Zatevakhin M.A., Ignatiev A.A., Gorbachev Yu.E., Goedheer W.J., Sloot P.M.A. // 3D Simulation of PECVD Reactors for Silicon-Based Film Production.

ASME PVP Division Conference. 2004. Vol. 491–2. P. 59–68.

[10] http://www.csa.ru/comphyga/REAF.htmr.

[11] Bhandarkar U.V., Swihart M.T., Girshich S.L., Kortshagen U.R. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. Vol. 33. P. 2731– 2746.

[12] Bhandarkar U.V., Kortshagen U.R., Girshich S.L. // J. Phys.

D: Appl. Phys. 2003. Vol. 3. P. 1399–1408.

[13] Shirafuji T., Tachibana K., Matsui Y. // Japan. J. Appl. Phys.

1995. Vol. 34. N 8A. P. 4239–4246.

[14] Guizot J.-L., Nomoto K., Matsuda A. // Surf. Sci. 1991.

Vol. 244. P. 22–38.

[15] Sato N., Hsiratani M., Watanabe Yu. // Japan. J. Appl. Phys.

1994. Vol. 33. N 7B. P. 4266–4270.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.