最新PECVD资料课件PPT.ppt

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1、PECVD资料目录PECVD定义PECVD原理PECVD的特点PECVD种类PECVD的镀膜作用PECVD的钝化作用PECVD安全PECVD定义PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合组成的一种形态，这种形态就称为等离子态。（一）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SiH4受电子的碰撞会发生分解，此类反应属于初级

2、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、5.9eV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

3、)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)~(2.5)生成的SiHm也会发生下列的次级反应而电离，例如SiH+e→SiH++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

4、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比激发几率小，因此硅烷等离子体中，上述离化物的比例很小，SiHm的中性基团占支配地位，因为所需能量不同，SiHm的浓度按照SiH3,SiH2,Si,SiH的顺序递减。（二）除上述的离解反应和电离反应之外，离子分子之间的次级反应也很重要：SiH2++SiH4→SiH3++SiH3(2.13)因此，就离子浓度而言，SiH3+比SiH2+多。它可以说明在通常的SiH4等离子体中SiH3+离子比SiH2+离子多的原因。此外，还会发生由等离子体中

5、氢原子夺取SiH4中氢的分子-原子碰撞反应：H+SiH4→SiH3+H2(2.14)这是一个放热反应，也是形成乙硅烷Si2H6的前驱反应。当然上述基团不仅仅处于基态，在等离子体中还会被激励到激发态。对硅烷等离子体的发射光谱研究的结果表明，存在有Si,SiH,H等的光学允许跃迁激发态[11],也存在SiH2,SiH3的振动激发态。（三）硅烷等离子体中的离化基团只是在低气压（<5×10-3Torr）高电离的等离子体条件下才对薄膜沉积有显著的贡献，在一般硅薄膜的沉积条件下，各种中性基团的含量远远大于离化基团，SiH4分解产生的中性基团是薄膜生长过程中最重要的活性物

6、质。由于薄膜生长表面的悬挂键通常都被H钝化，因此对于SiH2和SiH3等含氢的活性基团，表面反应必须经历吸收成键与放氢过程，并且放氢是这种反应中必不可少的过程。下面以SiH2说明这个过程：SiH2+(Si-H)→(Si-SiH3*)(2.17)(Si-SiH3*)→(Si-SiH)+H2(2.18)(Si-SiH)+(Si-H)→(Si-Si-SiH2)(2.19)其中，(17)式是生长表面的吸收成键过程，(18)式是放氢过程，(19)式是放氢后与邻近的Si-H键结合构成新的生长表面的过程。SiH3参与的过程与此相近，不同之处在于它被表面吸收的方式：(Si-

7、H)+SiH3→(Si-)+SiH4(2.20)(Si-)+SiH3→(Si-SiH3*)(2.21)首先，SiH3基团通过(2.20)式的反应从钝化表面Si-H键中夺H，产生表面悬键Si-。由于SiH3基团有一个未配对的自旋，因此另外的SiH3基团容易被生长表面的悬键Si-吸收，发生(2.21)式所示的表面吸收成键过程。随后的放氢以及与Si-Si键合，同Si-H2基团沉积过程中的情况可以完全一样，但是也更容易通过相邻的(Si-SiH3*)之间的(Si-H)合并而实现。PECVD的特点PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化（<450℃）。因此带

8、来的好处：节省能源，降低成本提高产能减少了高温导致的