不锈钢镀膜机中等离子体增强化学气相沉积PECVD技术基础.pptVIP

H++2e (2.10) SiH2+e→SiH2++2e (2.11) SiH3+e→SiH3++2e (2.12) 上述反应如果借助于单电子过程进行，大约需要12eV 以上的能量。鉴于通常制备硅基薄膜的气压条件下（ 10～100Pa）,电子密度约为1010cm-3的弱电离等离子体中10eV 以上的高能电子数目较少,累积电离的几率一般也 * 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术基础 1、等离子体增强化学气相沉积的主要过程 等离 子体增强化学气相沉积（PECVD）技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，从而实现薄膜材料生长 的一种新的制备技术。由于PECVD技术是通过应气体放电来制备薄膜的，有效地利用了非平衡等离子体的反应特征，从根本上改变了 反应体系的能量供给方式。一般说来,采用PECVD技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程： 首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物； 其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应； 最后， 到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。 具体 说来，基于辉光放电方法的PECVD技术，能够使得反应气体在外界电磁场的激励下实现电离形成等离子体。在辉光放电的等离子体中 ，电子经外电场加速后，其动能通常可达10eV左右，甚至更高，足以破坏反应气体分子的化学键，因此，通过高能电子和反应气体分 子的非弹性碰撞，就会使气体分子电离（离化）或者使其分解，产生中性原子和分子生成物。正离子受到离子层加速电场的加速与上电极 碰撞，放置衬底的下电极附近也存在有一较小的离子层电场，所以衬底也受到某种程度的离子轰击。因而分解产生的中性物依扩散到达管 壁和衬底。这些粒子和基团（这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团）在漂移和扩散的过程中，由于平均自由程很短，所 以都会发生离子-分子反应和基团-分子反应等过程。到达衬底并被吸附的化学活性物（主要是基团）的化学性质都很活泼，由它们之间 acdb,不锈钢镀膜机/taxonomy/term/50， 的相互反应从而形成薄膜。 2、等离子体内的化学反应 由于辉光放电过程中对反应气体的激励主要是电子碰 撞，因此等离子体内的基元反应多种多样的，而且等离子体与固体表面的相互作用也非常复杂，这些都给PECVD技术制膜过程的机理 研究增加了难度。迄今为止，许多重要的反应体系都是通过实验使工艺参数最优化，从而获得具有理想特性的薄膜。对基于PECVD技 术的硅基薄膜的沉积而言，如果能够深刻揭示其沉积机理，便可以在保证材料优良物性的前提下，大幅度提高硅基薄膜材料的沉积速率。 目前，在硅基薄膜的研究中，人们之所以普遍采用氢稀释硅烷（SiH4）作为反应气体，是因为这样生成的硅 基薄膜材料中含有一定量的氢，H 在硅基薄膜中起着十分重要的作用，它能填补材料结构中的悬键，大大降低了缺陷能级，容易实现材 料的价电子控制，自从1975 年Spear 等人首先实现硅薄膜的掺杂效应并制备出第一个pn 结以来，基于PECVD 技术 的硅基薄膜制备与应用研究得到了突飞猛进的发展，因此，下面将对硅基薄膜PECVD 技术沉积过程中硅烷等离子体内的化学反应进 行描述与讨论。 在辉光放电条件下，由于硅烷等离子体中的电子具有几个ev 以上的能量，因此H2和SiH 4受电子的碰撞会发生分解，此类反应属于初级反应。若不考虑分解时的中间激发态，可以得到如下一些生成SiHm（m=0,1,2 ,3）与原子H 的离解反应： 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) 按照基态分子的标准生产热计算，上述各离解过程(2.1)~(2.5)所需的能量依次为2.1 、4.1、4.4、5.9 eV 和4.5eV。等离子体内的高能量电子还能够发生如下的电离反应： 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) 以上各电离反应(2.6)~(2.9)需 要的能量分别为11.9，12.3，13.6和15.3eV，由于反应能量的差异，因此(2.1)~(2.9)各反应发生的几率 是极不均匀的。此外，随反应过程(2.1)