LẮNG TỤ HƠI HÓA HỌC TĂNG CƯỜNG PLASMA

Lắng Tụ Hơi Hóa Học Tăng Cường Plasma Màng AlN (Nhôm nitride) tạo bằng phương pháp CVD. Màng SiO 2 tạo bằng phương pháp MOCVD Tiền chất: TEOS ( Tetraethyloxysilic – Si(O-C 2 H 5 ) 4 ) Cấu trúc màng đồng (Cu) tạo bằng phương pháp CVD PECVD • CVD thường, CVD nhiệt • Plasma trong CVD, PECVD CVD - Giới thiệu • CVD là gì? – Chemical vapor deposition: Lắng đọng hơi hoá học  Quá trình tạo màng từ pha hơi.  Phản ứng hoá học đóng vai trò chủ chốt.  Đối tượng lắng tụ: các nguyên tử hoặc phân tử. • So với PVD? – Độ đồng đều cao. – Ứng suất nén  màng xếp chặt. – Độ phủ bước (step coverage) cao. – Không cần chân không cao. • Nhưng: – Sản phẩm phụ có thể độc. – Tiền chất đắt tiền. – Nhiệt độ lắng đọng cao. CVD - Giới thiệu Lắng tụ hơi hóa học(CVD) • Lắng tụ hơi hóa học áp suất khí quyển (APCVD): CVD áp suất khí quyển (áp suất cao) • Low pressure Lắng tụ hơi hóa học(LPCVD): CVD áp suất thấp. • Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD): CVD tăng cường Plasma. • Photochemical vapor deposition (PCVD): CVD quang hóa học • Metal _organic chemical vapor deposition (MOCVD): CVD sử dụng hợp chất hữu cơ kim loại • Chemical beam epitaxy (CBE): chùm tia hóa học. CVD - Giới thiệu CVD - Giới thiệu • Các hiện tượng truyền (transport phenomena): dòng chảy, lớp biên, khuyếch tán, truyền nhiệt. • Nhiệt động học (Thermodynamics) • Động hóa học (Kinetics) • Plasma trong CVD – hoá học và vật lý plasma. Khí phản ứng Tiền chấts Khuyếch tán xuống đế Phản ứng pha khí, va chạm trong plasma Hấp phụ Phản ứng Hóa học Tạo màng Hiện tượng truyền Lớp biên Nhiệt hóa học Động hóa học MFC CEM Ion bombarding Các hiện tượng truyền (transport phenomena) • Dòng chảy của khí (Gas flow). • Khuyếch tán (Diffusion). • Lớp biên (Boundary layer). • Các profile vận tốc, nồng độ và nhiệt độ. • Các số không đơn vị (Dimensionless numbers). Hiện tượng truyền – Dòng chảy • Hình ảnh dòng chất lưu và chảy qua một khúc quanh. – J conv - thông lượng dòng đối lưu (dòng chảy của chất lỏng). – J diff - thông lượng dòng khuyếch tán. – D - hệ số khuyếch tán. – n - nồng độ. • Dòng đối lưu không thể đưa vật chất xuống đế nền. • Sự lắng đọng (chuyển vật chất từ dòng chảy xuống đế nền) có được bởi dòng khuyếch tán. [...]... tốc độ lắng đọng  “Differential Reactor” Nồng độ gần như khơng đổi ở theo chiều rộng buồng phản ứng • Dam no >> 1: tiêu tán >> khuyếch tán  vận tốc khuyếch tán xuống đế quyết định vận tốc lắng đọng  “Starved Reactor” Nồng độ giảm mạnh tại hai thành buồng Hóa học trong CVD • Nhiệt hóa học (Thermodynamics) • Động hóa học (Kinetics) • Các phản ứng hóa học trong CVD • Chất gốc (Tiền chất) Hóa học CVD... hố học: Ăn mòn và lắng tụ • CÂN BẰNG PHẢN ỨNG Tạo màng Si trên đế Si: – Growth: SiHxCly +(y-x)/2 H2  Si(r) +x H2 + (y-x) HCl – Etching: Si(r) + Cl2  SiCl4 • LÀM SAO THU ĐƯỢC MÀNG ??? • CẦN PHẢI KIỂM SỐT TỶ LỆ KHÍ CHO VÀO PHẢN ỨNG • TỶ LỆ NÀY CĨ PHẢI LÀ HẰNG SỐ TRONG MỌI TRƯỜNG HỢP ??? TỶ LỆ NỒNG ĐỘ PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ Hóa học CVD - Động hóa học (Kinetics) • Khảo sát cơ chế xảy ra của phản ứng hóa học. .. gốc (Tiền chất) Hóa học CVD - Nhiệt hóa học (Thermodynamics) • Khảo sát chiều xảy ra của một q trình hóa học về phương diện năng lượng • Chỉ quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của q trình, khơng quan tâm đến các trạng thái trung gian Các khái niệm: 1 Năng lượng tự do Gibb: G = H –TS 2 Hằng số cân bằng K 3 Chiều xảy ra của phản ứng hóa học Nhiệt hóa học – Hằng số cân bằng K   nA  mB... Metallorganic  Metal  Ga(CH3)3 , Zn(C2H5)2 , Al(CH3)3 Plasma trong CVD • Plasma là gì? • Va chạm trong plasma • Tương tác plasma – bề mặt Plasma Plasma là gì? • Plasma: – Trạng thái thứ tư của vật chất (?) – Tập hợp các phân tử trung hồ, điện tích tự do (ion và e-) chuyển động hỗn độn – Dẫn điện và chịu ảnh hưởng của từ trường – Trung hồ về điện – Ở đâu có plasma? • • • • • • Mặt trời, các ngơi sao; Tầng... > kdepo, xảy ra phản ứng pha khí Sản phẩm bột , giảm chất lượng của màng Kiểm sốt điều kiện để hạn chế phản ứng pha khí, tăng phản ứng trên đế Bản thân đế nền là tác nhân XÚC TÁC Động hóa học - Tổng kết • Thực tế: động học phản ứng và các trạng thái trung gian rất phức tạp Hóa học CVD - Phản ứng trong CVD Nhiệt giải (Thermal decomposition – pyrolysis) • Hydrocarbon decom • Halide decom CH 4 ( gas)... PECVD, … Phóng điện Plasma • • • • Áp suất thấp: 1mTorr – 1 Torr Áp thế vào hai điện cực Plasma: giữa hai điện cực Miền tối (sheath): gần hai điện cực Phóng điện Plasma (tt) • Mật độ plasma kém: ni~10-5 ng  weakly ionized plasma discharge • Electron tự do: dễ được gia tốc bởi điện trường • Ion dương: nặng  khó gia tốc • ni 1: phản ứng xảy ra hoàn toàn  K . Nhiệt độ lắng đọng cao. CVD - Giới thiệu Lắng tụ hơi hóa học( CVD) • Lắng tụ hơi hóa học áp suất khí quyển (APCVD): CVD áp suất khí quyển (áp suất cao) • Low pressure Lắng tụ hơi hóa học( LPCVD):. vận tốc lắng đọng  “Starved Reactor” Nồng độ giảm mạnh tại hai thành buồng Hóa học trong CVD • Nhiệt hóa học (Thermodynamics) • Động hóa học (Kinetics) • Các phản ứng hóa học trong. Lắng Tụ Hơi Hóa Học Tăng Cường Plasma Màng AlN (Nhôm nitride) tạo bằng phương pháp CVD. Màng SiO 2 tạo bằng