Zrcadlový jev pri plazmochemické depozici tenkých vrstevotobrzo/soubor/doc/seminar06.pdf ·...

Motivace–experiment Studium Zrcadlového jevu Dukaz hypotézy pomocí pocítacových simulací Shrnutí

Zrcadlový jev pri plazmochemické depozicitenkých vrstev

O. Brzobohatý V. Buršíková D. Trunec

Katedra fyzikální elektronikyPrírodovedecká fakultaMasarykova univerzita

Seminár KFE, 2006


Obsah

1 Motivace–experimentPopis experimentuZrcadlení substrátu

2 Studium Zrcadlového jevuDalší experimentyHypotéza o vzniku zrcadlových obrazu

3 Dukaz hypotézy pomocí pocítacových simulacíPocítacový modelVýsledky simulací


Obsah





Experimentální PECVD reaktor R1


Experimentální PECVD reaktor R1 – detail


Experimentální PECVD reaktor R1 – depozicnípodmínky

��

substrates

siliconwafer

attached

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

glass

brass

graphite

teflon

steel

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

exhaust pump working gases

capacitron

toroidalgas inlet

rf power

seals

l = 10 cmd1 = 14.8 cmd2 = 10 cmf = 13.56 MHzUb = −500→−700 V,(P = 50→ 100 W)p ≈ 10 Pa; CH4,QCH4 = 1.4 sccmsubstráty: kremík,sklo, uhlík.


Obsah





Zrcadlový obraz

Po depozici vznikly na horní elektrode „zrcadlové obrazy“vzorku umístených na protejší elektrode


Obsah





Další experimenty

Depozice

v smesi CH4/H2; QCH4 = 1.4 sccm, QH2 = 0.35 sccmna vrchní elektrodu byla prilepena kremíková deska −→elipsometrické studium zrcadlových obrazu

Odprašovaní v Ar atmosfére (sputtering)

na vrchní elektrodu byla prilepena kremíková deska, nakteré byla „homogenní“ vrstvana spodní elektrode byly umísteny substráty podobne jakopri depozici


Další experimenty

Depozice

v smesi CH4/H2; QCH4 = 1.4 sccm, QH2 = 0.35 sccmna vrchní elektrodu byla prilepena kremíková deska −→elipsometrické studium zrcadlových obrazu

Odprašovaní v Ar atmosfére (sputtering)

na vrchní elektrodu byla prilepena kremíková deska, nakteré byla „homogenní“ vrstvana spodní elektrode byly umísteny substráty podobne jakopri depozici


Výsledky experimentu

Substráty umístené na spodní elektrode ovlivnují procesyprobíhající na vrchní elektrode!

170

180

190

200

210

220

230

240

250

-3 -2 -1 0 1 2 3

thic

knes

s [n

m]

y [cm]


Obsah





Vznik zrcadlového obrazu

Tloušt’ka vrstvy na vrchní elektrode (kremíková deska) zrcadlísubstráty umístené na spodní elektrode.

CP


Hypotéza o vzniku zrcadlových obrazu

CP

Predpoklady

Zrcadlový obraz je dusledek ruzných rychlostídepozice/odprašování vrstvy na vrchníelektrode nad substrátem a jeho okolím.

Rychlost depozice/odprašování závisí nakoncentraci nabitých cástic v plazmatu.Koncentrace výrazne závisí na koeficientusekundární emise.Koeficient sekundární emise substrátu sevýrazne liší od koeficientu s. e. elektrody.Sekundární elektrony vzniklé na spodníelektrode a produkty z ionizacních srážekdopadající na protejší elektrodu jsou máloodchýleny.



CP

Predpoklady

Zrcadlový obraz je dusledek ruzných rychlostídepozice/odprašování vrstvy na vrchníelektrode nad substrátem a jeho okolím.Rychlost depozice/odprašování závisí nakoncentraci nabitých cástic v plazmatu.

Koncentrace výrazne závisí na koeficientusekundární emise.Koeficient sekundární emise substrátu sevýrazne liší od koeficientu s. e. elektrody.Sekundární elektrony vzniklé na spodníelektrode a produkty z ionizacních srážekdopadající na protejší elektrodu jsou máloodchýleny.



CP

Predpoklady

Zrcadlový obraz je dusledek ruzných rychlostídepozice/odprašování vrstvy na vrchníelektrode nad substrátem a jeho okolím.Rychlost depozice/odprašování závisí nakoncentraci nabitých cástic v plazmatu.Koncentrace výrazne závisí na koeficientusekundární emise.

Koeficient sekundární emise substrátu sevýrazne liší od koeficientu s. e. elektrody.Sekundární elektrony vzniklé na spodníelektrode a produkty z ionizacních srážekdopadající na protejší elektrodu jsou máloodchýleny.



CP

Predpoklady

Zrcadlový obraz je dusledek ruzných rychlostídepozice/odprašování vrstvy na vrchníelektrode nad substrátem a jeho okolím.Rychlost depozice/odprašování závisí nakoncentraci nabitých cástic v plazmatu.Koncentrace výrazne závisí na koeficientusekundární emise.Koeficient sekundární emise substrátu sevýrazne liší od koeficientu s. e. elektrody.

Sekundární elektrony vzniklé na spodníelektrode a produkty z ionizacních srážekdopadající na protejší elektrodu jsou máloodchýleny.



CP

Predpoklady

Zrcadlový obraz je dusledek ruzných rychlostídepozice/odprašování vrstvy na vrchníelektrode nad substrátem a jeho okolím.Rychlost depozice/odprašování závisí nakoncentraci nabitých cástic v plazmatu.Koncentrace výrazne závisí na koeficientusekundární emise.Koeficient sekundární emise substrátu sevýrazne liší od koeficientu s. e. elektrody.Sekundární elektrony vzniklé na spodníelektrode a produkty z ionizacních srážekdopadající na protejší elektrodu jsou máloodchýleny.


Obsah





Popis systému

Modelový systéml = 3 cmd = 10 cmf =13.56 MHzU = 150 Vp = 3→20 Pa, argonγ = 0.1, 0.2pro substrátγ = 0 proelektrodu C

P

E x

y


Cásticová simulaceParticle In Cell – PIC

Particle In Cell – PICMetoda pro rešení pohybu mnoha nabitých cástic velektromagnetickém poli. Jedná se o rešení pocátecníhoproblému s hranicní podmínkou.

MCC

�

��

��

?

∆t ?��

-

ρj → ~Ej� ~ri → ρj �

Hranicnípodmínky

-~Ej → ~Fi~ai → ~vi → ~ri


Cásticová simulaceRešení Poissonovy rovnice

Poissonovu rovnici (1D) rešíme numericky pomocí metodykonecných diferencí.

~∇2φ = − ρ

ε0⇒

φj−1 − 2φj + φj+1

(∆x)2 = −ρj

ε.

Abychom mohli tuto rovnici rešit potrebujeme znát hustotunáboje na uzlech ρj . K tomu slouží práve metoda Particle InCell, která prevádí hustotu bodového náboje na uzly síte.

qj+1

x

-�-�

qj

Xj+1Xj

∆x∆x

-�

ZZ

ZZ

ZZZ�

��

��

��

c ss


Cásticová simulaceLeap – Frog metoda

Newtonovy pohybové rovnice rešíme numericky metodouLeap–Frog (explicitní výpocetní schéma).

mi ~ai = qi~E

Diskretizace pohybových rovnic

mivn+1/2

x − vn−1/2x

∆t= qiEn

x ,xn+1 − xn

∆t= vn+1/2

x .

cas

t + ∆tt-

En+1xEn

x

xn+1xn

vn+1/2xvn−1/2

x

poloha

rychlost

-

--

rrrrr


Cásticová simulaceMonte Carlo – MC

Monte Carlo – MCMetoda, kterou je možno použít pro simulaci (napodobení)náhodných procesu.

Srážky

Urcování poctu srážejících se srážek Ncoll = P(∆t)Ntotal

Urcování typu srážkyk∑1

νiνt

< r ≤k∑1

νi+1νt

e + Ar: elastické, excitacní, ionizacní srážkyAr+ + Ar: elastické, rezonancní prenos náboje

Generování rozptylových úhlu srážejících se cásticdσ(φ, χ, ε)⇒ φ, χ

Generování pocátecních rychlostí (Maxwell. rozd.)


Cásticová simulace

Sekundární emisePredpokládáme konstantní koeficient sekundární emise γ.Pravdepodobnost, že elektron a ion vyrazí nový sekundárníelektron, je zvolena γ = 0.1 nebo 0.2


Obsah





Vliv koeficientu sekundární emise

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

n [1

015 m

-3]

p [Pa]

SEY = 0.1SEY = 0.2


Vliv koeficientu sekundární emise

28

30

32

34

36

38

40

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

(n0.

2/n 0

.1)-

1 [%

]

p [Pa]


Role sekundárních elektronuRelativní pocet sekundárních elektronu a elektronu z ionizace

0

10

20

30

40

50

60

70

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

n sec

ele

/n [%

]

p [Pa]

s. el. + el. z ionizace

sekundární elektrony

SEY = 0.1SEY = 0.2


Role sekundárních elektronuRelativní pocet iontu z ionizace

40

45

50

55

60

65

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

n sec

ion/

n [%

]

p [Pa]

SEY = 0.1SEY = 0.2


Rozdelovací funkce polohy dopadajících cástic

CP

E x

y


Rozdelovací funkce polohy dopadajících cástic

4

8

12

16

f(y)

ion

[m-1

] Ions 3 Pa 10 Pa 20 Pa

1

2

3

4

5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

f(y)

ele

[m-1

]

y [cm]

Electrons


Disperze hranic zrcadlových obrazcuExponenciální rozdelení

0

1

2

3

4

5

6

7

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

disp

ersi

on [

cm]

p [Pa]

electronsions


Rozdelení ionizacních poloh

y [cm]

x [c

m]

3 Pa

5l/20-l/2-5

3

1.5

0

x [c

m]

3 Pa

10 Pa3

1.5

0

x [c

m]

3 Pa

10 Pa

20 Pa3

1.5

0

3 Pa

10 Pa

20 Pa

strední volná délka stlakem klesádifúze ve smeru y je uelektronu mnohem vetšínež u iontudifúze ve smeru x jenaopak u elektronumnohem menší než u iontu


Shrnutí

Pri PECVD depozicích nebo odprašování vrstev bylopozorováno zrcadlení substrátu, tzn. tloušt’ka vrstvydeponované/odprašované na jedné elektrode zrcadlísubstrát umístený na protejší elektrode.

Byla vyslovena hypotéza o vzniku tohoto jevu. Zrcadlovýjev je zpusoben rozdílností koeficientu sekundární emisesubstrátu a elektrody, na které je substrát umísten.Hypotéza byla potvrzena pomocí pocítacové simulace.


Shrnutí

Pri PECVD depozicích nebo odprašování vrstev bylopozorováno zrcadlení substrátu, tzn. tloušt’ka vrstvydeponované/odprašované na jedné elektrode zrcadlísubstrát umístený na protejší elektrode.Byla vyslovena hypotéza o vzniku tohoto jevu. Zrcadlovýjev je zpusoben rozdílností koeficientu sekundární emisesubstrátu a elektrody, na které je substrát umísten.

Hypotéza byla potvrzena pomocí pocítacové simulace.


Shrnutí

Pri PECVD depozicích nebo odprašování vrstev bylopozorováno zrcadlení substrátu, tzn. tloušt’ka vrstvydeponované/odprašované na jedné elektrode zrcadlísubstrát umístený na protejší elektrode.Byla vyslovena hypotéza o vzniku tohoto jevu. Zrcadlovýjev je zpusoben rozdílností koeficientu sekundární emisesubstrátu a elektrody, na které je substrát umísten.Hypotéza byla potvrzena pomocí pocítacové simulace.

Date post:	19-Dec-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	4 times
Download:	0 times

Zrcadlový jev pri plazmochemické depozici tenkých vrstevotobrzo/soubor/doc/seminar06.pdf ·...

Documents