Polykristalline Silizium-Dünnschichten丨Verschiedene Faktoren, die die Wachstumsrate beeinflussen
Polykristalliner Siliziumfilm ist ein kristalliner Siliziumfilm, der auf Substraten aus verschiedenen Materialien gezüchtet werden kann. Er besteht aus einer großen Anzahl winziger Körner unterschiedlicher kristallographischer Ausrichtung und Größe, deren Durchmesser im Allgemeinen im Bereich von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen zehn Mikrometern liegt und die die grundlegenden Eigenschaften von Bulk-Silizium aufweisen. Es ist relativ einfach herzustellen, kostengünstig und kann über große Flächen hergestellt werden. Bei der Herstellung von Polysiliciumschichten sind die innere Struktur, die Eigenschaften und die Oberflächenqualität der Schicht sehr empfindlich gegenüber Abscheidungsparametern wie Abscheidungstemperatur, Reaktionsdruck und Silanflussrate. Die Einstellung dieser Parameter wirkt sich direkt auf die Wachstumsrate der Schicht und die Bildung der inneren Struktur aus. Darüber hinaus spielen neben diesen Parametern auch der Zustand der Prozesskammer und die Parametereinstellungen vor und nach der Stabilisierung des Prozesses eine wichtige Rolle für die Qualität der Schicht während des Schichtherstellungsprozesses.
Gründe, die die Wachstumsrate von Polysilizium-Dünnschichten beeinflussen
Die Wachstumsrate des Films wird durch die Geschwindigkeit des Gasphasentransports und die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktanten auf der Oberfläche bestimmt. Die gewählten Abscheidungsparameter hängen mit der Wachstumsrate des Films zusammen, und die Wachstumsrate des Films ist je nach den Abscheidungsbedingungen unterschiedlich.
Auswirkung der Abscheidungstemperatur auf die Wachstumsrate von polykristallinen Siliziumschichten
Die Wachstumsrate der Polysiliciumfilme stieg von 74 auf 175 A/min mit der Erhöhung der Abscheidungstemperatur von 610 auf 680 °C. In diesem Temperaturbereich war die Wachstumsrate im Wesentlichen linear und sehr empfindlich gegenüber Temperaturänderungen. Nach dem kinetischen Modell von Grove wird die Wachstumsrate von Polysiliziumschichten, die durch LPCVD hergestellt werden, durch die Reaktionsgeschwindigkeit der Silanmoleküle auf der Oberfläche bestimmt, und die Änderung der Wachstumsrate mit der Temperatur stimmt gut mit der Änderung der Wachstumsrate des Niedertemperaturbereichs des Modells überein. Daher muss die Genauigkeit der Temperaturkontrolle bei der Abscheidung dünner Schichten hoch sein, und um polykristalline Siliziumschichten mit guter Einheitlichkeit herzustellen, muss die Temperatur an allen Stellen der Waferoberfläche konstant gehalten werden.
Einfluss des Silanflusses auf die Wachstumsrate polykristalliner Siliziumschichten
Als die SiH4-Durchflussmenge von 100 sccm auf 420 sccm anstieg, erhöhte sich die Wachstumsrate des Films von 39 A/min auf 106 /min. Im Falle einer kleinen SiH4-Durchflussmenge variierte die Wachstumsrate des Polyphenylsilan-Films schnell mit der Zunahme der Silan-Durchflussmenge, die im Grunde eine lineare Wachstumsbeziehung war, und die inkrementelle Zunahme der Wachstumsrate des Films nahm ab, wenn die SiH4-Durchflussmenge weiterhin größer wurde.
Strömungsmechanik, dass, weil die feste Oberfläche und die Flüssigkeit zwischen einer bestimmten Reibung, wenn die Flüssigkeit mit einer bestimmten Geschwindigkeit von der festen Oberfläche fließen durch, von der festen Oberfläche der Flüssigkeit ist sehr nah an der Strömungsgeschwindigkeit der festen Oberfläche ist 0, desto kleiner ist der Abstand in der Nähe der festen Oberfläche, die Flüssigkeit unterliegt der Reibung ist auch desto größer ist die Geschwindigkeit der Verringerung der mehr, von der festen Oberfläche der Abstand erhöht die Auswirkungen der entsprechenden Schwächung. Diese dünne Schicht in der Nähe der festen Oberfläche durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit betroffen ist die Stagnationsschicht genannt. Steigt die Gasdurchflussrate, so verringert sich ihre Dicke entsprechend, und umgekehrt nimmt sie zu. Wenn also die Durchflussrate des Siliziums steigt, wird die stagnierende Schicht auf der Festkörperoberfläche dünner, und die Anzahl der Reaktionsmoleküle, die die Oberfläche erreichen, nimmt zu, wodurch das Wachstum des Films beschleunigt wird, d. h. im Falle einer niedrigen Durchflussrate ist die Wachstumsrate des polykristallinen Siliziumfilms mit der Erhöhung der Silan-Durchflussrate im Grunde eine lineare Wachstumsbeziehung. Wenn die Silan-Durchflussrate weiter erhöht wird, wird auch weiterhin den Einfluss der stagnierenden Schicht auf die Flüssigkeit zu reduzieren, kann die Annäherung betrachtet werden, dass die Reaktanten können relativ frei sein, um die Substratoberfläche zu erreichen, ist die Wachstumsrate nicht mehr mit der Silan-Durchflussrate erhöht und Änderungen.
Um qualitativ hochwertige polykristalline Silizium-Filme vorzubereiten, reduzieren Gasphase Zersetzung und Nebenprodukte, in den eigentlichen Prozess, der Fluss von Silan sollte nicht zu groß sein, wenn die Silizium-Flow steigt auf fast 400sccm, die Abscheiderate wächst langsam, und wenn die Silizium-Flow weiter zu erhöhen wird die Reaktion Gasphase Zersetzung, die die Qualität der polykristallinen Silizium-Filme.
Auswirkung des Reaktionsdrucks auf die Wachstumsrate von polykristallinen Silizium-Dünnschichten
Der Reaktionsdruck und die Gasdurchflussrate pro Zeiteinheit sind umgekehrt proportional zueinander, und wenn der Reaktionsdruck steigt, wird die Gasdurchflussrate pro Zeiteinheit langsam kleiner. Diese Veränderung führt zu zwei Ergebnissen: Zum einen wird der Gasdurchsatz pro Zeiteinheit verringert, so dass das Reaktionsgas mehr Zeit hat, auf der Oberfläche des Substrats zu verbleiben, was dazu führt, dass die Gasmoleküle auf der Oberfläche des Substrats vollständig reagieren können, und die Wachstumsrate des Films wird größer. In diesem Fall wird die Wachstumsrate des Films durch den Mechanismus der Oberflächenreaktionsrate gesteuert; im anderen Fall nimmt die Gasdurchflussrate pro Zeiteinheit ab, und die Zeit, in der eine bestimmte Menge an Reaktionsmolekülen die Substratoberfläche erreicht, nimmt zu, wodurch die Wachstumsrate des Films geringer wird. In diesem Fall wird die Wachstumsrate des Films durch den Massentransportmechanismus gesteuert. Daher wird die tatsächliche Größe der Wachstumsrate durch das Ergebnis der Konkurrenz zwischen den beiden oben genannten Kontrollmechanismen bestimmt. Daher kann das Muster der abnehmenden Wachstumsrate des Films bei steigendem Reaktionsdruck das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen diesen beiden Kontrollmechanismen sein.
Ein zu hoher Reaktionsdruck verschlechtert die Gleichmäßigkeit des Films, und ein zu niedriger Druck führt zu einer sehr langsamen Wachstumsrate, was die tatsächliche Verarbeitungsleistung beeinträchtigt. Daher ist es wichtig, bei der Herstellung von Mehrprodukt-Siliziumschichten den richtigen Reaktionsdruck zu wählen.
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