辽宁师范大学硕士学位论文SiHCl/H外延生长单晶硅反应机理的理论研究姓名：张旭申请学位级别：硕士专业：物理化学指导教师：孙仁安;韩克利20040501 坚竺竺兰兰苎兰曼竺墨壁垫墨竺堡垒竺奎一外延生长单晶硅反应机理的理论研究研究生：张旭指导教师：孙仁安 韩克利学科专业：物理化学中文摘要生长过料，首先设计了该反应体系往气相。念芊从篮屯鱏紫螶。的能反胧通道。宣剐 痠外延生长单晶硅反应机理的理论研究捎肎绦蛑械拿芏确汉疊椒呕愕玫剑畆备反应通道中的反应物、过渡态和产物的构型，给出了每个反应通道的反应活化能。治銎喾从姆从恚峁砻鳎纃是气相中的主反应通道，其产物。上反应才能生成。反麻过程中起到催化剂的件川。红算詓璮旗模拟衬戚表向时，原子簇越人，办即越接近史实利底袭幡，则底表面肮蟹纸夂蟮模拔铩之间的反席活化能越低。这与实验作者的结论是一致的。辉赟牡追鎓：的肖拨吸仁付分解反廊是该体系反应的主反应通道。看出：随温度升高，反庙速率常数增人：吸附分解的反城速率很快，商衬底农篺酶椒纸夂蟮牟镉際的反应比较慢，姓反应的决迷步。息。关键词三氯硅烷氢气过渡态反应通道速率常数理论研究 縩外延生长单晶硅反应机理的理论研究第一章前言气相外延生长单晶硅理论研究的重要意义半导体器件中其应緖：複。分普遍。八十年代，硅外延片主要应挥诎氲继宸峙唐骷圃臁孀偶啥炔欢咸岬海募蔶蚋乃剑怨璞硭坏木逯淑鬃舰騃在常压氢气氛下，以氯硅烷为硅源，在砘衬底上进行的气相外延生悄壳皅二跃单晶硅最胺旱姆椒庋由牡菲浜穸取乜阻率、均匀性、品格完艘性等能较女，控制重复性也较好，从而提高了器件的可靠性。因此。随着半导体器件和集成电路的发展现在外延技术已成为半导体器什制造中的重要【艺之一。些有效的模型利汁算被期待。在理论和实验上已有很多研究。然而，对于氯硅烷馄逑担乇鹗荢，体系反应全过程的微删机理还没有有效的模型拨发展。仅可以解释气相外延生长单晶硅的一些实验现象，而且可以预测化学反应的最佳反成路径， 一论价值。气相外延生长单晶硅的研究现状原法、硅烷热分解法以及二氯礁烷法。程中闹匾G疤澹沼诠琛;琛趸肮瑁啾恼“。蚏片沉积在单晶石英上。年，瓸虯籣究了表的蟛态结构，川通过改变反应气体的压强和温度米探讨传输长硅。；海甁发现以此在中的生长速率是有跟的。甆热死鸋红外收光谱研究硅化学气相沉积的反应机理。在没有特殊安排的情况磺淖魃馕宕构璧脑牧蟂、蚐的红外吸收和被发现。估计在由飈膌驶附町能引起晶体结构朐受 质。和龅纳俾史浅咏胶饧扑愕脑啤诘臀绿跫，。仍然是这样。然而对丁，分子的压强对生长速率的额外的强大影响出现了，类似于由进反应可能发生。等人毖芯苛嗽谒降宸从如图蠸体系的外延生长速率。测量的生长速率随在反应器中的浓度呈非线性增长关系。运种非甀 庥盏既韧迅狡健来研究和趕砻嫔息搿薄盝发现蚐初始的黏着系数的数量级为，是谙嗤膕砝錾系倍。甶有区别。这些实验主要是考虑不同的参数效应，包括沉积温度，反廊物的浓度、漉速薄膜了可能的反应机理。赫瓾 外延生长单晶硅反应机理的理论研究化学吸附和被分解决定生长速率。从气相中传输到衬底区，在没有被占据的活性位分解为和杈逵隨成键，原子指向气流，因此晶体表面后，被占据的位置返回到未被占据的位置，表面进行下一次生长过程。与此同时副反应发生，吸附的際在气相中反麻生成或者脱附嘀械腍气体也能进攻衬底，腐蚀表面产生。从表面传输出去。年，他又提出了如幽所示的面反应控制硅外延生长。卅蚇谖南住中报道了表面反应生成硅的活化能为痶。前面的理论研究主要通过数学方法对反应机理进行了推导，而未从化学反应的动力学方面进行探讨；另一部分理论研究也只研究表面的一些吸附反应，未给出整个反应的确切机理；还有文献报道逑档奈鄯从恚导史从峭際皇荋自由基。而且多数文献报道的机理并不一致，因此可以说我们从理论上还不完全清楚硅外延生长的微观机理到底如何，所以有必要全面系统地从化学角度对其反应微观机理进行研究。 展望在世纪化学的四大难题敝校个世纪难题就是化学反应理化学的第根本规律矗酚行褰幢槭手莸幕从那菔倍嗵辶縡理论年统汁理论。纪甅占尔德贝格雨吒裉嵘降闹柿孔鱆定律，是最重婴的化学定律之，但它是经上的芈经验理论。过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时阃的薛定谔第一方程米汁算的。所以建立严格彻底的微观化学反应理论，既要从初始原理出发义要巧妙的采墩近似成预期的分子枰J裁创呋拍茉谖潞吞跫进行反应绾卧诶砺壑傅糉控制化学反应绾渭扑慊从拿章如何确定化学反应的途彳争等，是世纪化学成该解决的第一难题。本论文工作很消楚。尤其是对：氯硅烷在氢气氛围中在醛衬底盒纬傻璧奈机理理论研究转少。墼饔縚力学基本原理究麒謋承宓膌就痢欢峁埂訨贞、分子间褶且：作力、化学反成、各种光谱、波潜桐电茕蟮睦砺郏或凼币掺蜓崩懒篔有机化食物、生物人分子科髦止懿牧系拿喙股駆性能笑系的蒲簦化学 学计算方法，精确的讨算十一个原子组成的中等人小的分子的电子结构和化学反应牲质已经成为可能。气相反应微观机理的理论研究根据文献报道的实验条何紫确屏烁梅从逑蹈澹浩唷】进反应的四条通道，包括三氯硅烷的自行分解以及与直接反鹰的三条可能通道。在衬底表面上的反应微观机理的理论研究对体系表面反应包括吸附和解离的机理进行了研究。认为硅利底在簇模拟她衬底，研究其对反应的影响。由闾鮢旱南拗疲只能采川较小应进行的可能反应机理。很重要的作用。为得到晟终的产物单晶硅，对畂从奈刍斫衦乜圩究。参考文献，。甃，珻；，籓瑆，甖籔籗籇，頵螈琘籓琈 ，瓹籇“把瓸：，甁籑，甁甈趂； 籏，籆琍籏 ，一珼篏琒籅，瓸尸伽，甂，；甆甁，琫產甁瑈，。；。；徐光光玷髯超艇 翌盐兰兰兰苎苎壁墨生垫墨箜些丝丝壅一第二章理论基础和计算方法子阃相冉：作用力、化学反应、各种光谱、波谱和縡能谱的埋论：列时也娃哭袒蛖，机抵蔶：就足近似求解川问尤关的薛定谔方程。从头算有许多种方法，根据应韵蠛托枰5牟簧荆瘢日牧拼頙泛的个种类悬分子轨道方法及利分斓啦2慰挤匠痰暮蠓謋轨道办法。我篔逋常称分目的就是要找出组成好分子轨道的系数啊謋基函数的个数皀来表示，我们称之为基组大小。对于开壳层体系最简单的办法是尽可能地把电子配埘，剩龅缬有一个轨道使之单重简井。在其它情况绻沽礁龅缱臃执礁黾蚧埽斓溃缦咝苑肿又校坝阥轨道，根据洪特规划，自旋相同，是三重态。以核境浦8咦孕痜，填允体系。限制型开壳层方法能处理这类体系。另种情况，如蹦个电子分处硝轨道的单重态或三电子分处两简并轨道，则比较容易地窍拗菩虷方法。这种方法采圳的是刁：同的轨道对应不同的自旋斓累赸：市怼詉彳；刷舢轨诖二孕緇架这晴 ，外延生长单晶硅反应机理的理论研究种自旋电子数不同。则由于电子排斥项的不同造成两种分子轨道的差异。这种方法的优点是旋函数。没有考虑电实乃仓莞薎笑作琀有一类：，n梢源韑“喔曛蒴螅饫喟旆孜#簂堂咎萏欤暂。微扰办基组的选择珿型的轨道函数绵稀盙，料的轨道函数件基函数。如极限芰恐辽僖猒坝分裂加极化基组。对于波函数的质量很敏感的单电灾俏极矩患蛹貌坏街谷返慕峁诖锏揭G蟮那疤酕，选择小的基组能冉约时间。盘“钟谥懈鞲鲈佑平粅度相似的基纽。定好。只比质慷丁粢G笾憔群苌蹋蛐枰猄以上的基组，积分数目增加很快，畁挠诺憔筒煌怀鯰。 功能；单点能计算，结构优化商难罢，频率计算。具体过程和奉米面目有着垒关重要的作川，返足当实验光浊比拟的。组态相互作用理论组态相互作用琧义称为纠森混合椒鈏态叠加。这种中籭拭矿屯：俊工任何多电子波函数都可以籮它米展开。通常将舻。称为轨道空闷，伞称为组态空间。在组态相互作用方法中，将多电子波函数近似展开为有限个行训式波函数的线性组合或者写为：甼篠 其中。福籌琒。中，小O凳佤梗海阋詒条们若校琷为还橐患希蛞詊二两式变为 在组态相互作用方法中把中