ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ механизмов термоактивированных процессов ХОГФ из "Мир электроники технологии микроэлектроники Химическое осаждение из газовой фазы" В реакторах с холодной стенкой реагенты остаются холодными и не вступают в газофазные реакции, пока не достигнут реакционной зоны у поверхности подложки. В реакторах с горячей стенкой частицы генерируются не только за счет газофазных реакций, но и за счет осыпания пленок, осаждаемых на горячие поверхности стенок. Так как вероятность газофазных реакций пропорциональна количеству столкновений молекул реагентов, то снижение давления в реакторе или разбавление реагентов инертным газом уменьшает число таких столкновений, а следовательно, и вероятность возникновения газофазных реакций. [c.79] Из-за вязкости газов у поверхности подложки, а также у стенок и других внутренних поверхностей элементов реактора образуется граничный слой (boundary layer) толщиной 6, на котором линейная скорость газового потока изменяется от нуля на поверхности подложки до стационарной скорости свободного ламинарного потока. Реагенты должны диффундировать через граничный слой для того, чтобы достичь поверхности подложки и вступить на ней в химическую реакцию с образованием пленки осаждаемого материала и конечных газообразных побочных продуктов. [c.80] Не нарушая общности рассмотрения процесса ХОГФ материала, можно предположить, что молекулы ИР диффундируют из свободного хорошо перемешанного потока в объеме реактора к поверхности раздела газ - подложка через граничный слой толщиной 8. Вследствие сопротивления этого слоя диффузии на нем происходит перепад концентрации ИР от п. в объеме реактора до на поверхности подложки. [c.80] На поверхности подложки молекулы ИР распадаются с образованием атомов осаждаемого материала и конечного газообразного побочного продукта (ПП), молекулы которого диффундируют обратно в объем реактора с изменением концентрации от на поверхности подложки до в объеме реактора. [c.80] В общем случае для процессов ХОГФ температуры Т. и Г отличаются друг от друга, хотя и находятся в пропорциональной зависимости чем выше 7, тем больше Т. . В частных случаях, например для трубчатого реактора с горячей стенкой и протяженной (объемной) реакционной зоной, Г. Температура Г, которая также определяет температуру реакционной зоны, часто называется температурой процесса осаждения (Т). [c.82] Из выражений (6.10) и (6.11) следует, что в кинетической области скорость и равномерность ХОГФ материала определяются значениями и распределениями энергии активации и температуры по поверхности подложки (пластины). Распределение энергии активации по поверхности исходной подложки или растущего слоя материала связано с тем, что молекулы ИР (или промежуточных продуктов) вступают в реакцию между собой на активных центрах поверхности (центрах адсорбции). Аналогичным образом, образовавшиеся на поверхности структурные единицы осаждаемого материала встраиваются в растущий слой тоже на активных центрах. Активные центры представляют собой поверхностные атомы со свободными валентностями или участки поверхности с минимальной свободной энергией [23]. [c.82] Скорость осаждения материала в процессах ХОГФ, протекающих в кинетической области, сильно (экспоненциально) зависит от температуры подложки (см. формулы (6.10) и (6.11)). [c.83] Очевидно, что наблюдаемая в диффузионной области макроскопическая кинетика осаждения материала не имеет ничего общего с истинной химической реакцией на поверхности подложки (или растущего слоя). В этом случае скорость и равномерность процессов ХОГФ материалов определяются значением и распределением концентрации молекул ИР (или промежуточных продуктов) у поверхности подложки. Все химические реакции в диффузионной области имеют первый порядок по концентрации молекул ИР при постоянном давлении в реакторе, не зависят от конкретных особенностей химического механизма осаждения материалов, а их скорости различаются только коэффициентами диффузии молекул используемых ИР. [c.83] При ф 0,1 процесс ХОГФ протекает в кинетической области, а при Ф 10 - в диффузионной области. Если 1 Ф 10, то процесс ХОГФ протекает в переходной области, для которой скорость осаждения определяется из выражения (6.9). [c.84] На первый взгляд кажется привлекательным проводить процессы ХОГФ материалов в диффузионной области для обеспечения максимальных скоростей осаждения. Однако, с другой стороны, в диффузионной области трудно контролировать равномерность осаждения пленки по толщине по всей подложке, которая зависит от равномерности распределения реагентов в газовой фазе над поверхностью подложки. Распределение реагентов в газовой фазе определяется динамикой газовых потоков в реакторе, а следовательно, равномерность распределения реагентов трудно контролировать из-за сложной геометрии внутренних частей реактора. [c.84] Таким образом, даже если в газовой фазе концентрация молекул SiH4 значительно выше, чем молекул на поверхности подложки наблюдается обратная ситуация, и частицы играют доминирующую роль в реакции осаждения пленки 8102. [c.86] После адсорбции на поверхности подложки молекулы и атомы исходных реагентов и промежуточных продуктов могут оставаться фиксированными на центрах адсорбции до осуществления реакции осаждения материала или мигрировать по поверхности от одного свободного центра к другому, пока они не вступят в реакцию осаждения. В первом случае происходит хемосорбция (химическая адсорбция) частиц с образованием прочных ковалентных связей с активными центрами подложки, тогда как во втором случае осуществляется физическая адсорбция частиц с помощью более слабых сил Ван дер Ваальса, позволяющих движение частиц по поверхности подложки. [c.86] В пределе при малом заполнении поверхности к к количество адсорбированного газа прямо пропорционально давлению газа. В случае, когда занята большая часть поверхности (к к ), изотерма Ленгмюра дает предельное значение количества адсорбированного газа. [c.87] Поверхностная диффузия является существенной составляющей процесса ХОГФ LP НТ VD Si (SiH ) эпитаксиальных пленок монокристаллического кремния, получаемых разложением силана при температуре осаждения Т 900 С и давлении 1—25 торр, с помощью которой осаждаемые атомы кремния двигаются в наиболее энергетически выгодные состояния на поверхности, а именно в центры кристаллической решетки на краю выступа кристаллической плоскости [2, 3]. [c.88] Скорость осаждения также вначале увеличивается с ростом потока кислорода, достигая максимума, а затем уменьшается при высоких парциальных давлениях кислорода. При максимальной скорости осаждения отношение кислород/силан в рабочей смеси увеличивается с повышением температуры осаждения [6]. [c.89] Снижение скорости осаждения при очень больших отношениях OySiH связано с уменьшением количества свободных центров адсорбции на поверхности для силановых частиц, так как большинство из них занято адсорбированным кислородом. Такой замедляющий эффект также наблюдается, когда в процессах ХОГФ используются другие газовые добавки, например, легирующие [3]. [c.89] В общем, поверхностные загрязнения вызывают дефекты в осаждаемых пленках, такие как частицы, проколы, ямки, плохая адгезия, матовость пленки, локальные изменения толщины и т.д. Очистка поверхности помогает достичь лучшей однородности и воспроизводимости характеристик осаждаемых пленок. Кроме того, топологический рельеф поверхности может изменять локальные конфигурации газовых потоков, приводя к локальным изменениям характеристик пленок. [c.89] Исходя из того факта, что реакция осаждения пленки SiO из системы SiHyO генерирует много атомов водорода в близлежащих центрах адсорбции поверхности подложки, то образование молекул водорода и их десорбция с поверхности должна быть быстрым процессом. Однако при низких температурах осаждения десорбция молекул водорода может становиться лимитирующей стадией процесса осаждения пленки двуокиси кремния. [c.90] Вернуться к основной статье