Films minces en silicium polycristallin丨Facteurs divers affectant le taux de croissance
Le film de silicium polycristallin est un film de silicium cristallin qui peut être cultivé sur des substrats de différents matériaux. Il se compose d'un grand nombre de petits grains d'orientations cristallographiques et de tailles différentes, dont les diamètres sont généralement compris entre quelques centaines de micromètres et quelques dizaines de micromètres, et qui possèdent les propriétés de base du silicium en vrac. Il est relativement simple à préparer, peu coûteux et peut être préparé sur de grandes surfaces. Lors de la préparation des films de polysilicium, la structure interne, les propriétés et la qualité de la surface du film sont très sensibles aux paramètres de dépôt tels que la température de dépôt, la pression de réaction et le débit de silane. Le réglage de ces paramètres aura un impact direct sur la vitesse de croissance du film et la formation de la structure interne. En outre, l'état de la chambre de traitement et le réglage des paramètres avant et après la stabilisation du processus, en plus de ces paramètres, jouent également un rôle important dans la qualité du film pendant le processus de préparation du film.
Raisons affectant le taux de croissance des couches minces en polysilicium
La vitesse de croissance du film est déterminée par la vitesse de transport de la phase gazeuse et la vitesse de réaction des réactifs sur la surface. Les paramètres de dépôt sélectionnés sont liés à la vitesse de croissance du film, et la vitesse de croissance du film varie en fonction des conditions de dépôt.
Effet de la température de dépôt sur le taux de croissance des films de silicium polycristallin
La vitesse de croissance des films de polysilicium est passée de 74 à 175 A/min avec l'augmentation de la température de dépôt de 610 à 680 °C. Dans cette gamme de température, la vitesse de croissance était fondamentalement linéaire et très sensible au changement de température. Selon le modèle cinétique de Grove, la vitesse de croissance des films de polysilicium préparés par LPCVD est déterminée par la vitesse de réaction des molécules de silane sur la surface, et le changement de la vitesse de croissance en fonction de la température correspond bien au changement de la vitesse de croissance de la section basse température du modèle. Par conséquent, la précision du contrôle de la température dans le processus de dépôt de films minces doit être élevée, et pour préparer des films de silicium polycristallin avec une bonne uniformité, la température doit être maintenue constante à tous les endroits de la surface de la plaquette.
Effet du flux de silane sur le taux de croissance des films de silicium polycristallin
Lorsque le débit de SiH4 est passé de 100 sccm à 420 sccm, le taux de croissance du film est passé de 39 A/min à 106 /min. Dans le cas d'un faible débit de SiH4, le taux de croissance du film de polyphénylsilane a varié rapidement avec l'augmentation du débit de silane, ce qui était fondamentalement une relation de croissance linéaire, et l'augmentation progressive du taux de croissance du film a diminué lorsque le débit de SiH4 a continué à augmenter.
En mécanique des fluides, parce que la surface solide et le fluide sont soumis à un certain frottement, lorsque le fluide s'écoule à une certaine vitesse à partir de la surface solide, le débit du fluide est très proche de celui de la surface solide qui est de 0. Plus la distance près de la surface solide est faible, plus le fluide est soumis au frottement et plus la vitesse de réduction est grande, plus l'impact de l'affaiblissement correspondant augmente à partir de la distance de la surface solide. Cette fine couche proche de la surface solide affectée par la vitesse du fluide est appelée couche de stagnation. Si le débit de gaz augmente, son épaisseur sera réduite en conséquence, et inversement, elle augmentera. Par conséquent, le débit de silicium augmente, la couche stagnante sur la surface solide s'amincit et le nombre de molécules réactives atteignant la surface augmente, ce qui accélère la croissance du film, c'est-à-dire que dans le cas d'un faible débit, le taux de croissance du film de silicium polycristallin avec l'augmentation du débit de silane est fondamentalement une relation de croissance linéaire. Lorsque le débit de silane est encore augmenté, l'influence de la couche stagnante sur le fluide continue à se réduire, on peut considérer que les réactifs sont relativement libres d'atteindre la surface du substrat, le taux de croissance n'est plus lié à l'augmentation du débit de silane et change.
Afin de préparer des films de silicium polycristallin de haute qualité, de réduire la décomposition en phase gazeuse et les sous-produits, dans le processus actuel, le flux de silane ne doit pas être trop important, lorsque le flux de silicium augmente jusqu'à près de 400sccm, la vitesse de dépôt augmente lentement, et si le flux de silicium continue d'augmenter, il favorisera la décomposition en phase gazeuse de la réaction, ce qui affectera la qualité des films de silicium polycristallin.
Effet de la pression de réaction sur le taux de croissance des couches minces de silicium polycristallin
La pression de la réaction et le débit de gaz par unité de temps sont inversement proportionnels l'un à l'autre, et lorsque la pression de la réaction augmente, le débit de gaz par unité de temps diminue lentement. Ce changement aura deux résultats : d'une part, le débit de gaz par unité de temps sera réduit, de sorte que le gaz réagissant aura plus de temps pour rester à la surface du substrat, ce qui incitera les molécules de gaz à la surface du substrat à réagir complètement, et le taux de croissance du film deviendra plus important. Dans ce cas, le taux de croissance du film est contrôlé par le mécanisme du taux de réaction de surface ; dans l'autre cas, le débit de gaz par unité de temps diminue et le temps nécessaire pour qu'une certaine quantité de molécules de réactifs atteigne la surface du substrat augmente, ce qui réduit le taux de croissance du film. Dans ce cas, le taux de croissance du film est contrôlé par le mécanisme de transport de masse. Par conséquent, l'ampleur réelle du taux de croissance est déterminée par le résultat de la compétition entre les deux mécanismes de contrôle susmentionnés. Par conséquent, le schéma des augmentations décroissantes du taux de croissance du film au fur et à mesure que la pression de réaction augmente peut être le résultat d'un équilibre entre ces deux mécanismes de contrôle.
Une pression de réaction trop élevée nuit à l'uniformité du film, et une pression trop faible a un taux de croissance très lent, ce qui affecte le rendement réel du traitement. Il est donc important de choisir la pression de réaction appropriée lors de la préparation des films de silicium multi-produits.
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