Поликристаллический кремний тонкой пленки丨влиять на причины деформации пластин
Во многих случаях напряжение может привести к множеству нежелательных результатов. Проблема, связанная с использованием LPCVD для осаждения тонких пленок поликристаллического кремния для поглощения мусора, заключается в том, что напряжения внутри пленки могут вызвать значительное коробление пластины.
Причины, влияющие на коробление пластин
Влияние температуры осаждения на коробление пластин
Деформация пластин с нанесенной тонкой пленкой намного больше, чем деформация пластин без нанесенной тонкой пленки после полировки, и деформация пластин становится меньше с увеличением температуры нанесения тонкой пленки.
Прежде всего, поскольку поликремниевая пленка является двухсторонней, после полировки односторонняя пленка удаляется, из-за роли внутреннего напряжения пленки степень ее парящей кривизны неизбежно увеличивается.
Во-вторых, согласно анализу теории напряжений, остаточное напряжение поликремниевой пленки имеет большую связь с ее микроструктурой, которая имеет сильную зависимость от условий осаждения. При низкой температуре скорость осаждения медленная, из-за действия очень малой кинетической энергии атомов кремния, что приведет к их зарождению на границе мелких зерен, слабая связь между пленкой и подложкой создает небольшие растягивающие напряжения, а вакансии, дефекты и т.д. также будут источником напряжения. При повышении температуры осаждения кинетическая энергия увеличивается, что приводит к образованию островков и агломераций с образованием более крупных ядер, вызывающих уменьшение объема и увеличение напряжения, что приводит к сжимающему напряжению. Дальнейшее повышение температуры, увеличение поверхностной энергии и рост зерен, диффузия атомов между межзеренными границами и увеличение сжимающего напряжения. При осаждении пленки при температурах от 580 до 610°C напряжение внутри пленки может перейти от растягивающего к сжимающему. Когда температура продолжает расти, зерна превращаются в столбики, атомы расширяются в вертикальном направлении роста, и сжимающее напряжение постепенно уменьшается. Поскольку направление изгиба образцов одинаково, можно видеть, что в определенном диапазоне температур внутренние напряжения пленки проявляются как сжимающие, а с повышением температуры сжимающие напряжения уменьшаются.
Кроме того, поскольку во время осаждения поликремния нет дополнительных напряжений, создаваемых другими пленками, общее напряжение пленки может быть упрощено как сумма внутренних и тепловых напряжений, из которых температура является основным фактором, влияющим на тепловые напряжения, и повышение температуры осаждения приводит к увеличению внутренних напряжений пленки.
Видно, что пленки поликристаллического кремния, осажденные при высоких температурах, имеют относительно небольшие значения деформации пластин, что доказывает, что на общее напряжение пленок в основном влияют внутренние напряжения, которые сильно зависят от изменения температуры. Таким образом, при условии, что качество поверхности соответствует требованиям, коробление кремниевых пластин может быть улучшено путем соответствующего повышения температуры осаждения.
Влияние толщины пленки на коробление пластин
В значительной степени изменение деформации с толщиной пленки может быть связано с эволюцией внутренних напряжений при росте пленки. Вначале пленка подвергается сжимающим напряжениям, которые затем постепенно переходят в растягивающие и, наконец, снова в сжимающие. Такое поведение тесно связано с процессом роста на этапе осаждения пленки. На начальном этапе пленка растет в виде дискретных кластеров или островков на поверхности подложки, и эти островки обычно испытывают сжимающие напряжения из-за поверхностных или межфазных напряжений, которые уменьшают зазор в решетке между относительно небольшими отдельными зернами. На втором этапе островки растут настолько, что начинают контактировать друг с другом, что приводит к образованию границ зерен и, следовательно, к увеличению растягивающих напряжений в пленке. Агрегация островков как механизм обратного упругого разрушения, межзеренная граница рассматривается как трещина, и система может уменьшить свою свободную энергию, приблизившись к этой трещине, заменив высокую поверхностную энергию более низкой межфазной энергией. Приближаясь к трещине или границе зерен, материал пленки подвергается растягивающему напряжению. На третьей стадии, по мере увеличения толщины пленки, поверхностные атомы переносятся на межзеренные границы, образуя непрерывную пленку, и напряжение пленки начинает уменьшаться, постепенно переходя от растягивающего напряжения к сжимающему, которое увеличивается с увеличением толщины. Кроме того, поскольку условия реакции идентичны, за исключением разной толщины осаждения, известно, что термические напряжения пленок одинаковы. Поэтому общее изменение напряжения определяется внутренним напряжением пленки.
Наблюдается тенденция к уменьшению коробления подложек с увеличением толщины пленки. Это хорошо согласуется с третьей стадией эволюции внутренних напряжений в пленке в процессе роста. Поэтому при определенных условиях деформация подложек будет уменьшаться при дальнейшем увеличении толщины пленки.
Влияние процесса отжига на коробление поликристаллических пластин с обратным уплотнением
Влияние температуры отжига на коробление поликристаллических пластин с обратным уплотнением
После двухстороннего осаждения многопродуктовых кремниевых пленок на поверхность пластин, протравленных кислотой, методом LPCVD, коробление пластин до и после отжига практически не изменилось. После односторонней полировки деформация подложки значительно увеличилась. Однако с увеличением температуры отжига деформация имеет тенденцию к уменьшению, и около 1000℃ является критической точкой резкого изменения деформации, а отжиг при температуре выше 1000℃ позволяет достичь эффективного контроля деформации.
Во время роста пленки низкие температуры процесса приводят к снижению поверхностной диффузии, что делает невозможным встраивание поглощенных атомов кремния в равновесие с наименьшей энергией. По этой причине пленки в осажденном состоянии содержат множество точечных дефектов, вакансий, дислокаций, межзеренных границ, накопленных напряжений и т. д. При повышении температуры отжига вакансии становятся подвижными и переходят в дислокации, которые также активируются и перемещаются к свободной поверхности за счет ползучести и скольжения, снимая напряжения. По мере уменьшения плотности дефектов вся пленка становится плотной. Рост зерен и сопутствующая им повторная нуклеация, обусловленная поверхностной энергией, продолжаются во время отжига. По мере роста зерна меньшего размера поглощаются соседними зернами большего размера, постепенно увеличивая соотношение площадей их поверхности. Следовательно, по мере повышения температуры отжига разгрузка напряжений в пленке увеличивается, а коробление пластины уменьшается.
Влияние времени отжига на коробление поликристаллических пластин с обратным уплотнением
При температуре отжига 900°C деформация пластин уменьшается со временем отжига, но величина изменения также уменьшается. При температурах отжига 1000℃ и 1100℃ деформация пластин очень мало изменяется с течением времени отжига. Однако при одинаковых условиях деформация при 1000℃ немного больше, чем при 1100℃, а разница между ними больше при 900℃. Когда температура отжига низкая, движение атомов относительно медленное, высвобождение напряжения более затянуто, соответствующее увеличение времени отжига может заставить атом двигаться на большее расстояние, чтобы достичь точки высвобождения напряжения, может сделать деформацию немного лучше. Температура отжига очень благоприятна для улучшения деформации. При повышении температуры отжига поверхностная диффузия становится интенсивной, и остаточные напряжения исчезают. Для многопрофильной кремниевой пленки отжиг при температуре выше 1000℃ в течение 60 минут может в основном снять напряжение и добиться лучшего деформирования.
Из-за различий в процессе подготовки пленки, термообработки и требований к толщине пленки, приводящих к различным напряженным состояниям внутри пленки, геометрические параметры осажденной пленки после полировки подложки также имеют различные размеры. Таким образом, условия процесса подготовки пленки и процесса термообработки могут быть правильно выбраны для достижения контроля остаточного напряжения пленки, и в то же время, в соответствии с различными требованиями к толщине пленки, изменение деформации после полировки подложки может быть приблизительно определено, и способность продукта к обработке может быть соответствующим образом оценена. Конкретные выводы следующие.
1. При одинаковых условиях деформация кремниевой пластины постепенно становится меньше по мере повышения температуры осаждения пленки. При более высоких температурах осаждения величина деформации подложки относительно мала.
2. деформация подложки имеет тенденцию становиться меньше с увеличением толщины пленки. Это хорошо согласуется с третьей стадией эволюции внутренних напряжений пленки в процессе роста. Поэтому можно сделать вывод, что деформация подложки будет уменьшаться при дальнейшем увеличении толщины пленки.
3, с температурой отжига увеличивается, деформация подложки пластины имеет тенденцию к снижению. 1000 ℃ или около того является критической точкой деформации резкие изменения, выше 1000 ℃ отжига в течение 60 минут может быть достигнуто на деформации эффективного контроля.
Мы предлагаем Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Услуги по настройке OEM-производителейне стесняйтесь оставлять комментарии.
Сопутствующие товары
Связанное чтение
Научное руководство: Введение, принципы и сценарии применения тонкопленочных окон из нитрида кремния
Научное руководство: Введение, свойства и сценарии применения тонкопленочных окон из нитрида кремния Нитрид
Тонкие пленки нитрида кремния (SiNx) для оптических применений
Пленки нитрида кремния в оптике Пленки нитрида кремния как канонический
Получение тонких пленок нитрида титана (TIN) методом ALD
Получение тонких пленок нитрида титана (TiN) методом ALD через атомно-слоевое осаждение
