Capa fina de silicio policristalino丨Varios factores que afectan a la tasa de crecimiento
La película de silicio policristalino es una película de silicio cristalino que puede cultivarse sobre sustratos de diferentes materiales, y está formada por un gran número de granos diminutos de diferentes orientaciones cristalográficas y tamaños, cuyos diámetros suelen oscilar entre unos cientos de micrómetros y unas decenas de micrómetros, y que tienen las propiedades básicas del silicio a granel. Su preparación es relativamente sencilla, su coste es bajo y puede prepararse en grandes superficies. Durante la preparación de las películas de polisilicio, la estructura interna, las propiedades y la calidad de la superficie de la película son muy sensibles a los parámetros de deposición, como la temperatura de deposición, la presión de reacción y el caudal de silano. El ajuste de estos parámetros tendrá un impacto directo en la velocidad de crecimiento de la película y en la formación de la estructura interna. Además, el estado de la cámara de proceso y los ajustes de los parámetros antes y después de la estabilización del proceso, además de estos parámetros, también desempeñan un papel importante en la calidad de la película durante el proceso de preparación de la película.
Razones que afectan a la tasa de crecimiento de las películas finas de polisilicio
La velocidad de crecimiento de la película viene determinada por la velocidad de transporte en fase gaseosa y la velocidad de reacción de los reactivos en la superficie. Los parámetros de deposición seleccionados están relacionados con la velocidad de crecimiento de la película, y la velocidad de crecimiento de la película es diferente en función de las condiciones de deposición.
Efecto de la temperatura de deposición en la velocidad de crecimiento de películas de silicio policristalino
La velocidad de crecimiento de las películas de polisilicio aumentó de 74 a 175 A/min con el aumento de la temperatura de deposición de 610 a 680 °C. En este rango de temperatura, la velocidad de crecimiento fue básicamente lineal y muy sensible al cambio de temperatura. Según el modelo cinético de Grove, la velocidad de crecimiento de las películas de polisilicio preparadas por LPCVD viene determinada por la velocidad de reacción de las moléculas de silano en la superficie, y el cambio de la velocidad de crecimiento con la temperatura coincide bien con el cambio de la velocidad de crecimiento de la sección de baja temperatura del modelo. Por lo tanto, se requiere que la precisión del control de la temperatura en el proceso de deposición de películas delgadas sea alta, y para preparar películas de silicio policristalino con buena uniformidad, la temperatura debe mantenerse constante en todos los lugares de la superficie de la oblea.
Efecto del flujo de silano en la velocidad de crecimiento de la película de silicio policristalino
A medida que el caudal de SiH4 aumentaba de 100 sccm a 420 sccm, la velocidad de crecimiento de la película aumentaba de 39 A/min a 106 /min. En el caso de un caudal de SiH4 pequeño, la velocidad de crecimiento de la película de polifenilsilano variaba rápidamente con el aumento del caudal de silano, que era básicamente una relación de crecimiento lineal, y el aumento incremental de la velocidad de crecimiento de la película disminuía cuando el caudal de SiH4 seguía aumentando.
Mecánica de fluidos que, debido a que la superficie sólida y el fluido entre una cierta fricción, cuando el fluido a una cierta velocidad de la superficie sólida de flujo a través de, a partir de la superficie sólida del fluido está muy cerca de la velocidad de flujo de la superficie sólida es 0, menor es la distancia cerca de la superficie sólida, el fluido se somete a la fricción es también mayor es la velocidad de la reducción de la más, a partir de la superficie sólida de la distancia aumenta el impacto de su correspondiente debilitamiento. Esta capa delgada cerca de la superficie sólida afectada por la velocidad del fluido se llama la capa de estancamiento. Aumento de la velocidad de flujo de gas, su espesor se reducirá en consecuencia, y viceversa aumentará. Por lo tanto, al aumentar el caudal de silano, la capa de estancamiento de la superficie sólida se adelgaza y aumenta el número de moléculas reactivas que llegan a la superficie, con lo que se acelera el crecimiento de la película, es decir, en el caso de un caudal bajo, la velocidad de crecimiento de la película de silicio policristalino con el aumento del caudal de silano es básicamente una relación de crecimiento lineal. Cuando la tasa de flujo de silano se incrementa aún más, seguirá reduciendo la influencia de la capa estancada en el fluido, la aproximación se puede considerar que los reactivos pueden ser relativamente libre para llegar a la superficie del sustrato, la tasa de crecimiento ya no es con la tasa de flujo de silano aumenta y cambia.
Para preparar películas de silicio policristalino de alta calidad, reducir la descomposición en fase gaseosa y los subproductos, en el proceso real, el flujo de silano no debe ser demasiado grande, cuando el flujo de silicio aumenta a casi 400sccm, la tasa de deposición crece lentamente, y si el flujo de silicio sigue aumentando promoverá la descomposición en fase gaseosa de la reacción afectando a la calidad de las películas de silicio policristalino.
Efecto de la presión de reacción en la velocidad de crecimiento de películas delgadas de silicio policristalino
La presión de la reacción y el caudal de gas por unidad de tiempo son inversamente proporcionales entre sí, y cuando la presión de la reacción aumenta, el caudal de gas por unidad de tiempo se irá reduciendo lentamente. Este cambio tendrá dos resultados: uno es que el caudal de gas por unidad de tiempo se reducirá, de modo que el gas reaccionante tendrá más tiempo para permanecer en la superficie del sustrato, lo que hará que las moléculas de gas en la superficie del sustrato puedan reaccionar completamente, y la velocidad de crecimiento de la película será mayor. En este caso, la velocidad de crecimiento de la película está controlada por el mecanismo de velocidad de reacción superficial; en el otro caso, la velocidad de flujo del gas por unidad de tiempo disminuye, y el tiempo para que una cierta cantidad de moléculas reactivas alcance la superficie del sustrato aumenta, haciendo que la velocidad de crecimiento de la película sea menor. En este caso, la velocidad de crecimiento de la película está controlada por el mecanismo de transporte de masa. Por lo tanto, la magnitud real de la tasa de crecimiento viene determinada por el resultado de la competencia entre los dos mecanismos de control mencionados. Por lo tanto, el patrón de incrementos decrecientes en la velocidad de crecimiento de la película a medida que aumenta la presión de reacción puede ser el resultado de un equilibrio entre estos dos mecanismos de control.
Una presión de reacción demasiado alta empeorará la uniformidad de la película, y una velocidad de crecimiento de la presión demasiado baja es muy lenta, lo que afecta al rendimiento real del procesamiento. Por lo tanto, es importante elegir la presión de reacción adecuada durante la preparación de películas de silicio multiproducto.
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