WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Эта конфигурация соответствовала значению параметра LH = DH/(k8nSiH4), L3 = DSiH3/(k32nSi3H8). (11) Rv = 0.054, представляющему собой отношение реакционного объема к полному объему камеры (подробнее Здесь LH и L3 — введенные в [3] реакционносм. в разделе 3.5). Эксперименты проводились для смеси диффузионные длины для атомарного водорода и сисилана и водорода с равными мольными концентрациями лила соответственно, характеризующие расстояние, на при скорости прокачки 3.6 l/h при нормальных атмосферкоторое частица успевает продиффундировать, пока не ных условиях, температура в реакторе составляла 400 K.

вступит в химическую реакцию. При l L (d 0) Для расчетов электронных концентраций была испольвыражение (11) переходит в формулу, соответствующую зована программа, позволяющая рассчитывать парамедиодной схеме.

тры ВЧ разряда между двумя плоско-параллельными В заключение этого раздела опишем поведение сиэлектродами [5]. Основная проблема заключалась в лилила. В области разряда основным источником его правильной оценке мощности разряда. В работе [4] появления являются реакция развала силана электронна основании сравнения потенциала самосмещения, поным ударом R2, а также реакция R23, в то время как лученного в модельных расчетах аргоновой плазмы с вне этой области таковыми являются реакция R15 и соответствующими экспериментами, было принято, что все та же реакция R23. Реакционный уход силилила в мощность, вкладываемая в разряд, составляет 50% от обоих случаях определяется его реакцией с силаном R9.

полной. Тот же вывод был сделан и на основании сравРадикал Si2H4 является промежуточным продуктом цинения результатов расчетов концентрации H2 и SiHкла быстро протекающих химических реакций R9, R27, в водородо-силановой плазме с экспериментальными R23, поэтому его концентрация близка к равновесному данными. Поэтому в расчетах, проведенных в рамках значению ne = k9nSiH2nSiH4/(k23nH2 + k13nSiH4) [3].

Si2Hпредложенной нами модели, было использовано предлаВ отсутствие реакции R13, уводящей часть атомов гаемое в работе [4] значение мощности 0.05 W/cm2.

кремния в высшие силаны, реакции R23 и R9 комНа рис. 1 приведены зависимости скорости роста пенсировали бы друг друга и единственными мехапленки от частоты разряда при постоянном давлении низмами ухода силилила из объема были бы его в реакторе 16 Pa. Как видно, результаты хорошо содиффузия к поверхности с последующим осаждением гласуются с экспериментальными данными вплоть до и прокачка. Незамкнутость цикла приводит к реакчастоты 30 MHz. При частотах выше 30 MHz наблюционному уходу силилила с эффективной константой дается выход расчетной кривой на насыщение. Такая же kef = k9k13nSiH4/(k23nH2 + k13nSiH4) k9/(nH2/nSiH4 + 1).

= тенденция, только несколько более плавная, отмечена и Последнее приближенное равенство является следствив работе [4]. В то же время в экспериментах [4] наблюем того, что k13 k23. В результате поведение силилила = далась примерно линейная зависимость скорости роста может быть описано уравнениями от частоты. Для объяснения этого эффекта требуются -DSiH2d2nSiH2/dx2 = k2nenSiH4 дополнительные исследования, возможные направления которых предложены в работе [4].

- kefnSiH2nSiH4, 0 < x < l, (12) Из представленных на рис. 2 результатов расчета парциальных давлений молекулярного водорода и силана -DSiH2d2nSiH2/dx2 = k15nSiHкак функции частоты разряда видно, что данные, полученные на основе развитого в настоящей работе подхода, - kefnSiH2nSiH4, l < x < L. (13) лучше согласуются с экспериментом, чем расчетные В результате решения этих уравнений с соответству- данные в работе [4].

ющими граничными условиями было получено аналити- 2) Ос о б е нно с т и х имич е с к о й к ине т ик и ческое выражение для потока силилила на поверхность, п р и м а л ы х д а в л е н и я х. Описанная в разделе однако ввиду его громоздкости мы не будем его здесь модель позволила провести расчеты процессов при маприводить. лых давлениях, когда становится заметным разложение Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Особенности роста пленок гидрированного аморфного кремния в PECVD-реакторах атомарного водорода при уменьшении давления. Это обусловлено рядом причин. Прежде всего, как видно из формулы (9), концентрация атомарного водорода в частном случае пространственно однородного разряда выражается формулой nH = 2k2ne/k8, (15) т. е. зависит только от концентрации электронов. Эта формула хорошо подтверждается и результатами численных расчетов. В то же время, как видно из формул (4), (5) и (14), концентрация электронов и константа k2 быстро растут при уменьшении давления силана, что приводит к увеличению концентрации атомарного водорода почти на 5 порядков при уменьшении давления в камере от 1 до 0.02 Torr снижению относительной концентрации силана за счет его разложения до 0.3. Рост концентрации атомарного водорода вызывает качественные изменения в ходе различных процессов.

Поведение остальных компонентов в зависимости от давления не изменилось по сравнению с описанной в [3] картиной, за исключением того факта, что концентрация Рис. 1. Зависимость скорости роста пленки от частоты разряда при постоянном давлении в камере p = 16 Pa. 1 — Si2H6 уменьшается при давлении, меньшем 0.1 Torr. Таэксперимент [4], 2 — расчет [4], 3 — результаты данной кой же эффект наблюдается и для Si3H8. Это объясняработы.

ется заметным падением концентрации силана и ростом концентрации атомарного водорода, которые в основном определяют реакции образования и разложения этих компонентов в объеме при низких давлениях.

силана, а концентрация молекулярного водорода уже не Рост концентрации атомарного водорода привел также может считаться малой. Ниже будут детально обсуждены и к изменению баланса и роли различных реакций в качественные отличия протекающих процессов от случая высоких давлений.

Зависимость электронной концентрации в области разряда от параметров задачи описывалась формулой из работе [3], которая для случая постоянной мощности разряда имеет вид ne pSiH4 l = n0p0 l0/pSiH4l, (14) e SiHгде n0 — концентрация электронов в ”базовых” условиe ях, которая была принята равной 5 · 108 cm-3.

Эта формула справедлива при не очень низких давлениях, однако для проведения качественного анализа она была использована для всего рассматриваемого диапазона. Для остальных определяющих параметров задачи были выбраны значения, характерные для реальных установок [1,2]: температура в реакционной камере была принята равной 520 K, давление 0.25 Torr, межэлектродное расстояние l = L = 2.5 cm. Параметры реактора соответствовали при этих условиях значению характерного времени прокачки = 1s при давлении 1 Torr (подробнее об этой характеристике см.

раздел 3.4). Расчеты были проведены для диапазона давлений 0.02 < p < 1 Torr. Все приведенные в настоящем разделе результаты относятся к случаю прокачки чистого Рис. 2. Зависимости парциальных давлений молекулярного силана.

водорода (1, 3, 5) и силана (2, 4, 6) от частоты разряда. 1, 3 — Одной из основных особенностей рассматриваемых эксперимент [4]; 2, 4 — расчет [4]; 5, 6 — результаты даннной процессов является значительный рост концентрации работы.

6 Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. 82 Ю.Е. Горбачев, М.А. Затевахин, В.В. Кржижановская, В.А. Швейгерт разложении силила. Так, при малых давлениях наблюда- щих компонентов в силане, как это было принятов в [3].

ется заметное увеличение роли процесса разложения в Такой результат представляется вполне очевидным для балансе силила, при 0.02 Torr он становится определяю- высоких давлений, когда концентрация молекулярного щим и превышает осаждение. Отметим, однако, что дан- водорода достаточно низка и значения коэффициентов ный результат является чисто модельным, поскольку он диффузии, рассчитанные по формуле (2), близки к обусловлен использованием формулы (14), завышающей значениям соответствующих бинарных коэффициентов.

значение концентрации электронов при очень низких Однако при малых давлениях эти значения уже заметно давлениях. разлючаются.

Начиная с давления порядка 0.08 Torr в разложении Этот факт позволяет предположить, что профили консилила вместо реакции SiH4 + Si3H8 Si4H9 + H2 на центраций осаждающихся компонентов подстраиваются первое место выходит реакция SiH3+SiH3 SiH4+SiH2, таким образом, чтобы независимо от конкретных знаа при давлении порядка 0.02 Torr — реакция силила с чений коэффициентов диффузии обеспечить выполнение атомарным водородом, которая начинает давать замет- баланса производство–осаждение (собственно химиченый вклад и в образование силила. Производство силила ское разложение силила и силилила при низких давлепо-прежнему полностью определяется реакцией силана ниях мало).

с атомарным водородом. Для более детального исследования этого вопроса Вклад отдельных реакций в баланс силилила в об- были проведены расчеты с использованием описанной щем не изменился, однако его производство при малых выше постановки задачи для смеси силана и молекулярдавлениях возросло настолько, что большая его часть ного водорода при равных парциальных давлениях и по идет уже на осаждение, а не на разложение. Все эти стоянной концентрации электронов 5 · 108 cm-3. В этом изменения привели к тому, что вклад силилила в рост случае влияние коэффициентов диффузии проявляется пленки, который растет с понижением давления быстрее, более отчетливо. С этой же целью была использована чем вклад силила, при давлении 0.02 Torr становится упрощенная формула для вычисления зависимости коннаибольшим, что должно вызывать заметное изменение стант скоростей реакций от давления [3] в структуре пленки.

Учет разложения силана при малых давлениях поkr l0p0 2 r/ i =.

зволил выявить новые особенности введенного в [3] kr lp разделения всех компонентов на три группы: стационарные, нестационарные и квазистационарные. Выясни- В этих условиях значения коэффициентов диффузии лось, что строго стационарным SiH можно считать лишь компонентов, вычисленные с использованием формулы при больших давлениях. Кроме того, к стационарным Уилке, отличаются от коэффициентов бинарной диффукомпонентам при высоких давлениях можно отнести и зиии в 1.6-1.7 раз. Тем не менее при малых давлесилилил, баланс которого обеспечивается в этом случае ниях, когда основная доля в балансе силила и силилидвумя реакциями с силаном: SiH4 + e SiH2 + 2H + e и ла приходится на осаждение, потоки этих компонетов SiH4 + SiH2 Si2H, причем последняя обеспечивает на подложку практически совпадают в обоих случаях, стационарность концентрации Si2H и Si2H4, который несмотря на то что профили концентраций заметно производится за счет разложения Si2H. При малых различаются. При высоких давлениях, когда уход силидавлениях две последние компоненты переходят в раз- лила определяется в основном объемными реакциями, ряд квазистационарных за счет заметного разложения значения потоков, полученные с использованием постосилана, вызывающего рост концентрации электронов янных коэффициентов бинарной диффузии, несколько и констант скоростей реакций. Особенно заметно это меньше, чем при использовании формулы Уилке, однако сказывается на поведении атомарного водорода, концен- это отличие составляет всего лишь 10% для силила и трация которого при высоких давлениях стационарна и 20% для силилила, что намного меньше, чем разница хорошо описывается формулой (15). При малых давле- в величинах коэффициентов, а вклад силилила в рост ниях отклонение от стационарности, вызванное этими пленки при таких давлениях несуществен.

процессами, приводит к тому, что он переходит в раз- Для проверки был проведен ряд тестовых расчетов ряд нестационарных и начинается заметное накопление с искусственной вариацией коэффициентов диффузии. В атомарного водорода в реакционном объеме. Остальные первом из них величина коэффициента диффузии силила выводы этой классификации качественно не изменились была увеличена в 2 раза. Скорость роста пленки при этом (подробнее см. [3]). практически не изменилась, хотя при давлении 1 Torr его 3) В л и я н и е к о э ф ф и ц и е н т о в концентрация уменьшилась в полтора раза.

д и ф ф у з и и. Использование для вычисления Проведенный анализ объясняет этот факт. Поскольку коэффициентов диффузии формулы (2) не привело к определяющий вклад в рост пленки дает поток силила, существенному изменению основных результатов (таких то скорость ее роста можно проанализировать на основе как скорость роста и состав пленки) по сравнению с выражения (11). При d = 0 оно существенно упрощарасчетами, в которых эти коэффициенты полагались рав- ется и сводится к SiH3 = 2k2nenSiH4L3 th (L/2L3). Для ными коэффициентам бинарной диффузии соответствую- реальных значений коэффициента диффузии величина Журнал технической физики, 2000, том 70, вып. Особенности роста пленок гидрированного аморфного кремния в PECVD-реакторах L/2L3 < 0.7 во всей исследуемой области давлений, при уменьшении скорости прокачки возрастает на 30%.

что приводит к слабой зависимости SiH3 от L3. Уве- Это происходит за счет увеличения концентрации элекличение же коэффициента диффузии приводит лишь к тронов и констант скоростей реакций при уменьшении уменьшению степени зависимости потока силила от его парциального давления силана. Примерно на столько значения. Таким образом, осаждение силила практически же увеличивается относительный вклад силилила. Это не зависит от процессов диффузии. вызвано увеличением концентрации молекулярного воАналогичный результат был получен и для силилила. дорода, приводящим к росту вклада циклической реакции Увеличение вдвое коэффициента диффузии силилила не SiH4 + SiH2 Si2H Si2H4 + H2 SiH4 + SiH2 в привело к сколько-нибудь существенным изменениям. восстановление концентрации силилила.

При малых давлениях снизилась концентрация силилила, 5) Вл ия ние о б ъ е ма к а ме р ы. Рассмотренная однако изменившиеся профили обеспечили в точности выше проблема тесно связана с вопросом влияния отното же самое значение его потока. При большом давле- шения реакционного объема к общему объему камеры, нии баланс силилила полностью контролируется хими- поскольку перемешивание компонентов по всему объему ческими реакциями, поэтому его концентрация (а также может изменить характер протекания процессов.

концентрация всех остальных компонентов) осталась Для исследования этого вопроса в рамках одномербез изменений, а поток несколько возрос (на 37% при ной постановки был предложен следующий подход: расp = 1Torr). Однако при таком давлении вклад SiH2 четная область была расширена за счет добавления к в рост пленки достаточно мал и не сказывается на ней участка — R < x < 0, такого что отношение окончательном результате.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.