Dünne Schichten aus polykristallinem Silizium丨Auswirkungen von Spannungen auf dünne Schichten
Wenn ein Film auf einem Substrat angebracht ist, ändert sich die Länge des Films, wenn er einer Art von Filmspannung ausgesetzt ist, die eine Kraft erzeugt. Filmspannungen können in der Regel in Zugspannungen und Druckspannungen unterteilt werden. Wenn es eine Kraft, um die Länge des Films länger, es ist die Spannung für die Zugspannung unterzogen, unter den Bedingungen der Kraft Gleichgewicht, zu diesem Zeitpunkt wird das Substrat relativ unter Druckspannung, die das Substrat und Film wird nach innen gebogen, dass die Bildung von konkaven ist; Umgekehrt, wenn es eine Kraft, um den Film kürzer in der Länge, der Film unter der Spannung für die Druckspannung, die das Substrat und den Film nach unten Biegen, dass die Bildung einer konvexen Oberfläche ist. Im Falle einer übermäßigen Belastung, ist es leicht zu verursachen Film Riss oder Ablösung vom Substrat.
Was ist Filmstress?
Die Größe der Eigenspannung des Films und Film-Materialien, Substrat-Materialien, Vorbereitung Methoden sind im Zusammenhang mit der Art der gesamten Stress, die durch den Film ist in der Regel in zwei Kategorien unterteilt: externe Stress (externeStress) und internen Stress: (intermal Stress), internen Stress: kann in thermischen Stress und intrinsischen Stress unterteilt werden.
Der Mechanismus zur Erzeugung von Filmspannungen ist wie folgt.
1, thermische Belastung: in den Herstellungsprozess, den Film und das Substrat zur gleichen Zeit durch die Hochtemperatur-Prozess und am Ende des Prozesses zur gleichen Zeit zurück auf Raumtemperatur, gibt es einen Temperaturunterschied zwischen diesem Prozess und wegen der Film und der Koeffizient der thermischen Ausdehnung zwischen dem Substrat ist anders, so wird es in thermischen Stress führen. Wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Substrats größer ist als der des Films, entsteht Zugspannung; umgekehrt wird Druckspannung erzeugt.
2, intrinsischen Stress: aufgrund von Unterschieden in den Materialeigenschaften an der Schnittstelle zwischen dem Film und dem Substrat, sowie die Mikrostruktur des Films Wachstumsprozess selbst durch die innere Spannung verursacht wird als intrinsische Stress. Dieser Stress hat eine große Beziehung mit dem Prozess der Vorbereitung des Films und der Vorbereitung Methode, und ist eng mit dem Substrat-Material, wie das Substrat und der Film-Kontakt-Schnittstelle zwischen dem Gitter Mismatch oder den Film in das Wachstum der verschiedenen internen Defekte in der Bewegung und so weiter. Es ist stark abhängig von der Abscheidung Bedingungen, Glühen, Heterogenität, etc.
3, externe Spannungen: die Spannungen, die durch externe Kräfte auf den Film einwirken. Es ist schwer zu vermeiden, dass bei der Vorbereitung der Folie keine Restspannungen entstehen. Da keine äußere Last aufgebracht wird, ist die äußere Spannung gleich Null.
Wachstumsmuster von Dünnschichten
Es gibt grob drei Modelle für das Wachstum von dünnen Schichten, die auf einem Substrat abgeschieden werden: laminare Struktur, Schichtlänge plus Inselstruktur und Inselstruktur. Diese drei Wachstumsmodi unterscheiden sich hauptsächlich durch die freie Oberflächenenergie pro Flächeneinheit und den Gitterunterschied zwischen dem Substrat und dem Film.
1、Schichtstruktur: der Gitterunterschied zwischen dem Film und dem Substratmaterial ist klein, oder die Gitterkonstante zwischen ihnen ist sehr nahe, so dass die Reaktantenmoleküle an das Substrat durch die Bindungskraft gebunden sind, ist stärker als die anderen intermolekularen Bindungskraft ist stärker, so dass die Kristalle werden zweidimensionale planare laminare Struktur Modus zu wachsen, und die Summe der freien Energie zwischen dem Film und der Schnittstelle wird kleiner sein als die freie Energie des Substrats.
2) Schicht- und Inselstruktur: Der Gitterunterschied zwischen dem Film und dem Substratmaterial ist etwas größer als der der Schichtstruktur. In der Anfangsphase des Wachstums wächst der Kristall noch in einer zweidimensionalen planaren Struktur, die als Ebene für die benetzende Oberfläche bezeichnet wird. Wenn diese planare Struktur die Dicke der Grenzfläche überschreitet, polymerisiert sie automatisch zu einer inselartigen Struktur, um die angesammelten Spannungen vom Substrat abzubauen, und die Summe der freien Energien zwischen dem Film und der Grenzfläche ist nicht unbedingt größer oder kleiner als die des Substrats.
3, Insel-Struktur: das Gitter Unterschied zwischen dem Film und dem Substrat-Material ist größer als die anderen beiden Modi, so dass die molekulare Wachstum unterliegt anderen intermolekularen Bindungskraft als das Substrat Bindungskraft ist viel größer, der Kristall wird direkt auf die dreidimensionale Insel-Struktur-Modus zu wachsen, um die übermäßige Belastung, und der Film und die Schnittstelle zwischen der Summe der freien Energie wird größer sein als das Substrat die freie Energie.
Wenn keine chemischen Bindungen zwischen ungleichen Molekülen entstehen, haben die meisten ungleichen Moleküle eine geringere Anziehungskraft zueinander als zu ihrer eigenen Art. Die Bindungskraft zwischen abgeschiedenen Atomen oder zwischen abgeschiedenen Molekülen ist größer als die des Substrats, die meisten der Filme auf der Oberfläche zu Beginn der dreidimensionalen Inselstruktur gewachsen, zwischen den Inseln ist immer noch die Oberfläche des Substrats, desto mehr Keimbildung Zentren auf der Oberfläche, desto höher ist die Dichte, und je dünner die Oberfläche ist mehr flach, die kontinuierliche Abscheidung der Insel der Höhe und Fläche zu erhöhen, und die Insel zu einer Fusion zu produzieren, und schließlich das gesamte Substrat bedeckt. Dieser Wachstumsmechanismus geht jedoch mit großen inneren Eigenspannungen einher, und die LPCVD-Methode zur Herstellung polykristalliner Silizium-Dünnschichten ist von dieser Art.
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