Физико-химические основы эпитаксиальных процессов, страница 3

на некогерентных центрах адсорбции

 

где Ме_кр — атом кристаллической решетки; Ме — атом металла в исходном соединении типа SiС1₄; X — атом галогена в этом соединении или кислорода в соединении типа SiO₂.

Чем сильнее связь Ме_кр—Ме по сравнению со связью Ме—X, тем более вероятен разрыв последней, в результате чего атомы X десорбируются с грани кристалла, а атом Ме остается на ней, достраивая решетку подложки (рис. 1.2,6). И наоборот, при более сильной связи Ме—X вероятнее становится разрыв связи Ме_ко—Ме, что может привести к образованию других соединений (например, SiO₂ при окислении кремния) или травлению подложки с переводом атомов Ме_кр в газовую или жидкую фазу.

Оценить термодинамическую возможность и преимущество той или иной химической реакции в заданном температурном интервале позволяют расчеты изобарно-изотермического потенциала DG (свободной энергии Гиббса) и константы равновесия K_р процесса, значения которых определяют направление самопроизвольного протекания реакции и помогают выбрать термодинамически наиболее выгодные системы.

Изменения термодинамических функций в химическом процессе связаны между собой и с константой равновесия K_Р известными соотношениями:

 

                                                                                                                        (1.4)

 

                                                                                (1.5)

Таблица 1.1. Расчетные значения DGи lnК_рреакций, применяемых для эпитаксии кремния

Уравнение реакции	г. к	DGT кДж/моль	Ш/ср
51Р4+2Н2=51+4НР	600	429,5	—85,9
	1000	363,7	—43,7
	1200	331,8	—33,2
51С14+2Н2=51+4НС1	600	173,5	—34,7
	1000	101,8	—12,2
	1200	66,6	—6,7
	1400	32,3	—2,8
51НС13 + Н2=5И-ЗНС1	600	141,2	—28,3
	800	92,2	— 13,8
	1000	33,5	—4,0
	1200	—30,8	3,0
51Н4=51+2Н2	400	—64,9	19,5
	600	—83,4	16,7
	800	— 102,6	15,4
	1000	— 122,3	14,7
	1200	— 142,0	14,2

где DG_T— свободная энергия реакции при температуре процесса Т; DH₀, DS₀ — энтальпия и энтропия реакции при стандартных условиях (T₀ = 298,15 К; p₀= 1,01-10⁵ Па); DC_Р — изменение теплоемкости участников реакции.

Значения DG_T и lnK_p реакций, используемых для эпитаксиального осаждения пленок кремния, приведены в табл. 1.1.

При постоянных температуре и давлении термодинамически вероятнее та реакция, которая сопровождается более значительным уменьшением свободной энергии DG_T. Предельное время протекания реакции определяется моментом наступления равновесия, т. е. условием DG_T=0. Согласно (1.4) самопроизвольному течению реакции способствуют большие отрицательные значения DH_T (выделение большого количества энергии в ходе процесса) и высокие положительные значения DS_T (возрастание энтропии).