Bài giảng Lắng tụ hơi hóa học tăng cường Plasma

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:62

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Lắng tụ hơi hóa học tăng cường Plasma sau đây được biên soạn nhằm giúp cho các bạn nắm bắt được những kiến thức về CVD thường, CVD nhiệt; Plasma trong CVD, PECVD. Mời các bạn tham khảo bài giảng để bổ sung thêm kiến thức về lĩnh vực này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng 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 SiO2 tạo bằng phương pháp MOCVD Tiền chất: TEOS ( Tetraethyloxysilic – Si(O-C2H5)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 Hiện tượng truyền Khí phản ứng Phản ứng pha khí, va chạm Khuyếch tán Tiền chấts trong plasma xuống đế MFC Lớp biên CEM Tạo màng Phản ứng Hấp phụ Hóa học Ion bombarding Nhiệt hóa học Động hóa học • 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.
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. – Jconv - thông lượng dòng đối lưu (dòng chảy của chất lỏng). – Jdiff - 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.
Hiện tượng truyền - Khuyếch Tán • Định luật Fick 1: dn J  D Khuyếch tán tĩnh dx • Định luật Fick 2: C  2C C - nồng độ.  D 2 Khuyếch tán động t x k T 3/ 2 Phụ thuộc mạnh vào áp • Hệ số khuyếch tán D: D B suất khi ở áp suất thấp. a: bán kính tiết diện tán xạ.  m Pa 2 3 • Hiện tượng khuyếch tán là hiện tượng gây ra lắng đọng trong CVD. • Khuyếch tán xảy ra khi có Gradient nồng độ trong dòng chất lỏng  Lớp biên có vai trò quan trọng. • Độ dài khuyếch tán thu được khi giải phương trình khuyếch tán với điều kiện biên cho trước: độ dài mà qua đó nồng độ giảm đi e lần. Ld  Dt
Hiện tượng truyền - Khuyếch Tán (tiếp tục) • Nếu Ld >> L: nồng độ giảm không đáng kể trong buồng. • Nếu Ld
Hiện tượng truyền - Lớp biên (boundary layer) • Lớp biên vận tốc sinh ra do độ nhớt của dòng khí và ma sát giữa dòng khí với thành buồng. • Lớp biên nồng độ sinh ra do sự hấp phụ chất phản ứng vào đế  gây ra gradient nồng độ  khuyếch tán. Ñoä daøy cuûa lôùp bieân taêng khi doøng khí nhoû vaø khoaûng caùch töø loái vaøo buoàng ñeán höôùng doøng troâi taêng. Lôùp bieân moûng hay daøy thì aûnh höôûng ñeán toác ñoä phaûn öùng. • Lớp biên nồng độ có dạng tương tự như lớp biên vận tốc.
Hiện tượng truyền - Lớp biên (tiếp tục): Hình dạng lớp biên và các profile của vận tốc, nồng độ, nhiệt độ. Profile vận tốc Profile nhiệt độ Vaän khí phaûn öùng khi vaøo buoàng thì taêng daàn , ñaït cöïc ñaïi ngay taïi chính giöõa buoàng (nôi ñaët ñeá) vaø thaáp nhaát taïi beà maët cuûa thaønh oáng Khi nhieät ñoä ñeá thaáp thì phaûn Profile nồng độ öùng ñeá neàn seõ xaûy ra chaäm , do coù voâ soá chaát phaûn öùng ngay Doøng khí khi di chuyeån taïi beà maët. Do ñoù, phaûn öùng vaøo buoàng , seõ töø töø laéng ñoïng xaûy ra caøng nhanh yeáu daàn, ngay taïi khi nhieät ñoä ñeá caøng cao, luùc chính giöõa buoàng thì ñoù baát cöù phaân töû naøo ñeán beà laéng ñoïng. Löôïng saûn maët ñeá ñeàu phaûn öùng ngay laäp phaåm phuï cuûa khí töùc phaûn öùng seõ taêng leân trong lôùp bieân
Hiện tượng truyền - Lớp biên (tiếp tục) Ảnh hưởng của lớp biên đến độ dày màng. Càng vào sâu trong buồng, lớp biên càng dày  gradient nồng độ càng nhỏ  độ dày màng không đồng đều. Đặt đế nền nghiêng song song với bề mặt lớp biên  làm giảm độ dày lớp biên  màng có độ dày đều hơn.
Hiện tượng truyền – Các thông số cơ bản: số Reynold uL uL  khối lượng riêng chất của lưu. • Số Reynold: Re      độ nhớt.  độ nhớt động học,  = / x - Độ dày lớp biên:  Re - Re < 10: dòng chảy - Re > 100: dòng tầng. chảy rối  không thể dùng trong CVD
Hiện tượng truyền – Các thông số cơ bản: số Damkohler. Ks: hằng số tiêu tán bề mặt  vận tốc tiêu tán bề mặt: R = KsC. Dòng khuyếch tán trong qua bề rộng H: J = D(dC/dx) ~ D(C/H). consumption at surface K sC KH Damkohler    s diffusion to surface DC H D • 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 - Nhiệt hóa học (Thermodynamics) • Khảo sát chiều xảy ra của một quá trình hóa học về phương diện năng lượng. • Chỉ quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình, không 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  Phaûn öùng: nA  mB  pC  qD  Năng löôïng töï do Gibb: G  H  T S H: hàm nhiệt (enthalpy) S: entropy C   D  p q  G  •Haèng soá caân baèng: K  exp     A  B  n m  B  k T G caøng lôùn, K caøng nhoû ảnh hưởng của nhiệt độ Rào thế của phản ứng Vd: SiH 4  Si  2 H 2 G = - 57 kJ/mole SiH 4  2O2  SiO2  2H 2O G = -1307 kJ/mole Phản ứng rất dễ xảy ra  nổ G = 92 kJ/mole TiCl4  2 NH 3  TiN  4 HCl  2 H 2 TiCl4  2 H 2  Ti  4 HCl G = 287 kJ/mole Phản ứng không khả thi nhiệt học ở nhiệt độ thấp.