Поликристаллический кремний тонких пленок丨Effects of Stress на тонких пленок

2024-04-22

Когда пленка прикреплена к подложке, ее длина изменится, если на нее будет действовать какая-либо сила, являющаяся источником напряжения. Напряжения в пленке обычно делятся на растягивающие и сжимающие. Когда есть сила, чтобы сделать длину пленки больше, она подвергается напряжению на растяжение, в условиях равновесия сил, в это время подложка будет относительно подвержена сжимающему напряжению, что вызовет изгиб подложки и пленки внутрь, что является образованием вогнутости; наоборот, когда есть сила, чтобы сделать пленку короче по длине, пленка подвергается напряжению на сжатие, что заставит подложку и пленку изгибаться вниз, что является образованием выпуклой поверхности. В случае чрезмерного напряжения легко вызвать разрыв пленки или ее отслоение от подложки.

Что такое напряжение пленки

Величина остаточного напряжения пленки и материалов пленки, материалов подложки, методов подготовки связаны с типом общего напряжения, вызванного пленкой, обычно делится на две категории: внешнее напряжение (externalstress) и внутреннее напряжение: (intermal stress), внутреннее напряжение: может быть разделено на тепловое напряжение и внутреннее напряжение.

Механизм возникновения пленочных напряжений следующий.

1, тепловой стресс: в процессе производства пленка и подложка одновременно проходят через высокотемпературный процесс и в конце процесса в то же время возвращаются к комнатной температуре, существует разница температур между этим процессом и из-за пленки и коэффициента теплового расширения между подложкой отличается, поэтому это приведет к тепловому стрессу. Когда коэффициент теплового расширения подложки больше, чем у пленки, возникает растягивающее напряжение; и наоборот, возникает сжимающее напряжение.

2, внутреннее напряжение: из-за различий в свойствах материала на границе раздела между пленкой и подложкой, а также микроструктуры самого процесса роста пленки, вызванного внутренним напряжением, называется внутренним напряжением. Это напряжение имеет большую связь с процессом подготовки пленки и методом подготовки, и тесно связано с материалом подложки, например, подложка и пленка контактный интерфейс между решеткой несоответствие или фильм в росте различных внутренних дефектов в движении и так далее. Это сильно зависит от условий осаждения, отжига, неоднородности и т.д.

3, внешнее напряжение: напряжение, вызванное внешними силами, приложенными к пленке. Трудно избежать возникновения остаточных напряжений при подготовке пленки. Поскольку внешняя нагрузка не прикладывается, внешнее напряжение равно нулю.

Модели роста тонких пленок

Существует примерно три модели роста тонких пленок, осажденных на подложку: ламинарная структура, структура "длина слоя плюс остров" и островная структура. Эти три режима роста отличаются в основном поверхностной свободной энергией на единицу площади и разницей в решетке между подложкой и пленкой.

1、Слоистая структура: разница в решетке между пленкой и материалом подложки мала, или постоянная решетки между ними очень близка, поэтому молекулы реактива связаны с подложкой силой связи сильнее, чем другие силы межмолекулярной связи сильнее, поэтому кристаллы будут иметь двумерную планарную ламинарную структуру для роста, и сумма свободной энергии между пленкой и границей раздела будет меньше, чем свободная энергия подложки.

2. слоистая плюс островная структура: разность решеток между пленкой и материалом подложки несколько больше, чем в слоистой структуре. На ранней стадии роста кристалл еще будет расти в режиме двумерной планарной структуры, называемой такой плоскостью для поверхности смачивания. Когда эта планарная структура превысит толщину границы раздела, чтобы снять накопленное напряжение с подложки, она автоматически полимеризуется с образованием островоподобной структуры, и сумма свободных энергий между пленкой и границей раздела не обязательно будет больше или меньше, чем у подложки.

3, островная структура: разница в решетке между пленкой и материалом подложки больше, чем в двух других режимах, поэтому молекулярный рост подвержен другим межмолекулярным связующим силам, чем сила связи подложки, намного больше, кристалл будет непосредственно расти в режиме трехмерной островной структуры, чтобы снять избыточное напряжение, а пленка и граница раздела между суммой свободной энергии будет больше, чем свободная энергия подложки.

Если между разнородными молекулами не создаются химические связи, большинство разнородных молекул будут иметь меньшее притяжение друг к другу, чем к себе подобным. Сила связи между осажденными атомами или между осажденными молекулами больше, чем у подложки, большинство пленок, выращенных на поверхности в начале трехмерной островной структуры, между островами по-прежнему поверхность подложки, чем больше центров нуклеации на поверхности, тем выше плотность, и чем тоньше поверхность, тем более плоской, непрерывное осаждение острова высота и площадь увеличиваются, и остров, чтобы произвести слияние, и, наконец, вся подложка покрыта. Однако такой механизм роста сопровождается большими остаточными внутренними напряжениями, и метод LPCVD для приготовления тонких пленок поликристаллического кремния относится именно к этому типу.

Мы предлагаем Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) Услуги по настройке OEM-производителейне стесняйтесь оставлять комментарии.