KINETIC MODELLING OF a-C:H THIN FILM CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION ON Si SUBSTRATE
A. Ibenskas^a, A. Galdikas^a,b, and A. Grigonis^a
aPhysics Department, Kaunas University of Technology, Studentų 50, LT-51368 Kaunas, Lithuania
E-mail: andiben@merkys.ktu.lt
^bDepartment of Physics, Mathematics, and Biophysics, Kaunas University of Medicine, Eivenių 4, LT-50166 Kaunas, Lithuania

Received 12 January 2007; revised 21 March 2007

We simulated plasma enhanced chemical vapour deposition (CVD) of amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films on c-Si substrate using our new reaction rate model. Dependences of film deposition rate and mass density on the flux of atomic hydrogen were calculated for various CH₃ fluxes and various ion energies. The calculated curves agree qualitatively with experimental results. Film deposition rate, as a function of hydrogen flux, has a maximum, which could be explained by (i) stabilization of dangling bond (DB) concentration on the surface and (ii) increased etching at high hydrogen fluxes. The results of simulation and experiments do not indicate any significant effect of ion energy variation on hydrogen content in the film. Detailed analysis of calculated dependences of sp³/sp² ratio and hydrogen content on ion energy has revealed some interesting facts. First, the main mechanism of sp³ bond formation is adsorption of CH₃ on the surface. Also, as expected, the content of sp³ declines at higher ion energies due to graphitization.

Keywords: kinetic model, reaction rate equations, amorphous hydrogenated carbon, ion energy

a-C:H DANGŲ CHEMINIO NUSODINIMO IŠ GARŲ FAZĖS ANT Si PADĖKLO KINETIKOS MODELIAVIMAS
A. Ibenskas^a, A. Galdikas^a,b, A. Grigonis^a
aKauno technologijos universitetas, Kaunas, Lietuva
^bKauno medicinos universitetas, Kaunas, Lietuva

Siūlomas naujas reakcijų greičių lygčių modelis, aprašantis a-C:H dangų cheminį nusodinimą iš garų fazės (chemical vapour deposition, CVD). Apskaičiuojamos dangos augimo greičio ir dangos tankio priklausomybės nuo vandenilio atomų srauto į paviršių, esant skirtingiems CH₃ radikalų srauto tankiams ir skirtingoms jonų energijoms, kokybiškai sutampa su eksperimentų rezultatais. Manoma, kad dangos augimo greičio priklausomybė nuo vandenilio srauto turi maksimumą dėl to, kad laisvų ryšių koncentracija, lemianti CH₃ adsorbciją, nustoja didėti, o ėsdinimas stiprėja. Skaičiavimų ir eksperimentų rezultatai rodo, kad vandenilio kiekis dangoje beveik nepriklauso nuo jonų energijos. Išanalizavus apskaičiuotas sp³/sp² santykio ir vandenilio kiekio priklausomybes nuo jonų energijos, esant skirtingiems H srautams, padarytos dvi svarbios išvados. Pirmiausia, pagrindinis sp³ ryšių susidarymo mechanizmas gali būti angliavandenilių adsorbcija ant paviršiaus, o ne įtempiai dangos tūryje (subplantacijos mechanizmas). Tai sutampa su kitų autorių modeliavimo rezultatais. Antra, pagrindinis sp³ ryšių suirimo mechanizmas – grafitizacija, vykstanti šiluminėse smailėse, kurias sukuria dangą bombarduojantys jonai.