购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

2.2 物理吸附和化学吸附

化学改性表面层是化学增强刻蚀的先决条件(见图2.1)。在干法刻蚀中,该改性层是通过吸附,特别是化学吸附、扩散和离子注入形成的。

分子、原子或自由基以热能接近表面,在那里它们反弹(散射)或粘附形成键,从而将动能转化为势能。当进入的粒子与表面形成弱键,例如范德瓦尔斯键和氢键时,该过程称为物理吸附。当形成共价键时,吸附过程归为化学吸附。吸附过程可以通过绘制势能作为表面原子(吸附剂)和入射原子或分子(吸附质)之间距离的函数来说明。势能是吸附质和吸附剂之间吸引力和斥力的总和,可以用数学方式表示,例如,Lennard-Jones或12-6势能:

式中, ε 是势阱的深度; r 是原子之间的距离; r m 是电势达到其最小值的距离。图2.3显示了作为吸附剂和吸附质之间距离 r 函数的势能。当吸附质分子靠近表面时,相互作用首先是吸引的,直到排斥力占上风。当净势能最小时,达到平衡距离。这种表示法一般适用于化学键的形成。

图2.3 吸附剂-吸附质系统的Lennard-Jones势能

这个概念可以应用于干法刻蚀中化学物质的吸附:分子和自由基。图2.4所示为分子离解吸附的Lennard-Jones图(自由基吸附见图5.1)。由于化学稳定的分子具有饱和键,它们首先通过平衡距离为 r 1 的长程范德华力与表面相互作用。当分子靠近表面时,形成分子的原子开始与表面形成单独的键,因此分子离解。具有较低势能的新平衡距离 r 2 表征了这些化学吸附原子。

图2.4 离解吸附的Lennard-Jones图

能量势垒 E a,A 由分子和原子Lennard-Jones曲线的交叠形成。该势垒是吸附的活化能。它划分物理吸附和化学吸附的平衡状态,是离解的屏障。如果有足够的动能,也就是说在足够高的温度下,这个势垒是可以克服的。当表面温度足够高时,一些物质可以从表面解吸。因为分子被分解成原子,所以离开表面的物种以原子的形式离开。

例如,干法刻蚀中经常使用的气体是Cl 2 、H 2 和O 2 ,这些气体分解成自由基,自由基是原子或分子碎片,带有未配对的电子,具有高度反应性。离解吸附活化势垒的存在意味着该过程与温度有关,可以用阿伦尼乌斯方程描述:

式中, R A 是吸附速率; k 0 是速率常数; E a,A 是吸附活化能; R 是普适气体常数; θ A 是吸附表面覆盖率。普适气体常数等于玻耳兹曼常数乘以阿伏伽德罗常数: R = k B N A H5AOGVpYzCXxe0mKSNRgUP0d1WtPjQyNyshyo5tq9k3VEZRz81v1Umm5w8/Pb9KW

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×