低应力Si_3N_4介质膜的制备工艺优化
＝ ． ，薄 膜 应 力 （ Ｐ ） ｌ ． ； （ ２ ４７ ９ Ｍ ａ ８ ７ ２ Ａ ）应 力 ５ ２ ７ ８ ２ ３Ａ ） 力 ５ ９ ９ ４Ｂ ） 力 ４ ２１ ； ６ ． ；（ ３应 ４ ７． ；（１ ６ 应 ０ ．１５
器件性 能 ，由于 表面微 结 构对 应力 的要 求很 底， 产生 的应 力过 大 ， 达到 几 干 兆帕 ， 导 可 会 致 微结 构卷 曲变形 产生 严重 后 果 。本文 通过 研 究氮 化硅 薄膜应 力 产生 的原 因 ，采用 正交 试 验 法 优化 出 ＳＮ 介 质 膜 制 备 的低 应 力 工 ｉ 艺 参数 ， ｓ Ｎ 薄膜层 在 微结 构 中应 力 的达 使 到 最小 ， 到低 应力 范 围（ ２ ０ Ｐ ） 达 ＜５ Ｍ ａ。
实验 编 号 温 度 ＳＨ２ Ｉ流 量 ＮＨ３ 量 ｉ Ｃ２ 流
（ ） ℃
】 ８ Ｏ Ｏ
（ｌ ｎ Ｃ Ｉ ｍｉ Ｔ／ ）
９ ０
（ ｍ ／ ｎ ｃ ｍｉ）
３ ０
２
３
４
８ ００
８０ Ｏ
８５ ２
７ ０
６ ０
９ Ｏ
２ ０
ｌ ５
３ ０
ｊ个 因素 对沉 积 速 率 的影 响 情况 可 以看 出 ， 反应 气体 的流 量 比和沉 积温 度 的不 同直接 影 响到 Ｓ Ｎ 薄膜 张应 力及 生长速 率 。 一定 气 ｉ 在 体流量 比例 之 内 ， 随淀积 温度 增加 ， 长速 率 生 加快 ， 薄膜应 力 降低 ； 定 的沉 积温度 区域 在一 内 ， 着 ＳＨＣ： 量 比例 的增 加 ， 长 速 度 随 ｉ２ｌ流 生
：
了 ， 记为 ｂ（ 正 交 表 ， 并 ３） 这里 “ ” Ｌ 表示 正 交 同薄膜 和基 片的应 力测 试 。
４实 验结果 因素都 有 ３ 个水 平 ，４ 表示 这 个表 最多 可 以 “” 根据 正交 实 验矩 阵 ，采 用低 应 力丁 艺 和 安排 ４ 因素 ， 正 交试验 因 素是 三个 ， 为 常 规工 艺制 作 的 Ｌ Ｃ Ｄ Ｓ Ｎ 样 片 ，同时采 个 本 Ｐ Ｖ ｉ ， 时间 ， 气流量 被设 为确 定值 。 氮 三个 水平 和三 用 Ｆ Ｘ ２ ２ 一 型 薄膜 应力 测 试 仪进 行 薄膜 Ｉ 一３ ０ Ｓ 个 因素 的正 交矩 阵可用 来优 化沉 积参 数 。这 应力 的 测试 ， 测试 结果 编 号 Ｉ ） 率 （／ ｉ （ 速 Ａ１ Ａｍｎ ）
＝
６． 。 ４１ 本文 采用 的正 交试 验法 是通 过适 当的正 ３薄膜 应力 测试 交 分布选 择试 验参 数 的变 化 ，将 试验 次数 降 在 测 量薄膜 应 力 时 ，通 过分 析衬 底 的应 ５ 结论 低 到最少 ， 过分 析数 据矩 阵 ， 以方 便 的选 变来通 过分 析衬 底 的形 变来 测量 应力 。通 过 通 可 经过正交实 验优化 出 Ｓ Ｎ 介 质膜制备 的 ｉ 定优 化 的工艺参 数 。 测量淀 积薄 膜前 后 的衬底 的 曲率半 径 来实 现 低 应力工 艺参数 ，使 ｓ 薄 膜层在 微结构 中 ｉ 时间 、 温度 、 氨气 和二 氯二 氢 硅流 量和 反 应 力 的测量 。残 余应 力和 衬底 淀积 薄膜 前后 应 力 的达到 最小 ，应力 可 以达 到 ２ ７ ３ ａ ３ ． ＭＰ 。 ８ 应过 程 中的反应 室 的压力 五个 参 数将 影响 氮 的衬底 的 曲率半径 的关 系可 以用 Ｓ ｎｙ 程 近而提高器 件性能 ， ｔ ｅ方 ｏ 为以后在 半导体集 成 电路 化硅 介质膜 沉积 的质 量 和应 力 。由工艺 程 序 中钝 化层制作 发挥更 可靠 的作用 。 ｒ 一 、 可知 沉积过 程 中反应 室 的压力 是 氨气 与氮 气 表 示 出来 。 ６ — ， Ｒ （ ｆＲ １ ） ，，式 中 ： Ｒ ： Ｒ，ｆ 参 考 文 献 流量共 同作用 的结 果 。 以 ， 固定氮气 流量 初 始和最 终 半径 ； 所 在 ｔ ：薄膜 的 厚度 ； ：晶片厚 … 朱 利安 ｗ． 德 纳 ， 国， ｔ ｓ 加 英 沃里 克 大 学， 微传 前提下， 用氨气 流量 来指示 工 艺压力 。 积时 度 。这种方 法适 用于 １Ｍｐ 沉 ０ ａ以上 的应 力 的测 感 器 ＭＥ Ｓ与 智 能器件 『， 国计 量 出版社 ， Ｍ Ｊ中 】 间主要是 用来 确 定薄 膜厚 度 ，而且 它们 之 间 量 。 在这 个量 级 以下 ， 边界 条件 和重 力作 用会 ２ ０ ９， ８ ０ ０ ７． ５ —６ ． 关 系容易 预计 。 如此 以来 ， 在正 交试 验矩 阵的 影响测 量 的准确 度 。 其工 作原 理是 ： 过 激光 １ｌ 雷 戈里 ＴＡ科 瓦奇 ， 传 感 器与微 执 行 通 格 ２ －． 微 设计 中，用确定 的沉积 时 间 ，确 定 的氮气 流 扫描测 量 晶片生 长 薄膜 前后 曲率 半径 ，然 后 器 ， 学 出版社 ，０ ３ ，３ — ４ ． 科 ２０． １２ １６ ３ 量 ， 变温 度 、 改 氨气 流量 和二 氯二 氢硅 流量 三 利 用不 同 曲率半径 通 过 Ｓｏｅ 方 程计 算 薄膜 『 张 承 恩 ． 交试 验 法 （ 交设 计 ） Ｂ Ｏ ］ ｔ ｙ ｎ ３ 】 正 正 【 ／ Ｌ， Ｄ 个参 数 。 为优化 这三个 参数 的联 合作 用 ， 用 应 力 。该 应力 测试 系 统能 提供 准确 的各 种 不 ２ ３ ０ 采 ００ －１ —１ ５
三 个参 数分 别 是 ： 温度 一 因素 Ａ、Ｈ 流量 一 Ｎ， 因 、 ｉ ２ｌ 流 因素 ｃ 。 ｓＮ 在 传 感 器 制 造 中是 一 个 重 要 的材 素 Ｂ 和 Ｓｌｃ２ 量一 ｉ ３ 本 文设计 了一 个三 个水 平 和三 个 因素 的 料 。ｓ 可以用 作钝化 层 、 ｉ 电容介质 、 构材 结 ｉ ＰＶ ｉ 料 ， 可作 为腐蚀 和选 择性 氧化 硅 的掩 膜等 。 低应 力 ｓ Ｎ 正交 试验 ，常 规 Ｌ Ｃ Ｄ 的 Ｓ Ｎ 并 ｓ Ｎ 薄膜层 在微 结构 中应力 的大 小直接 影响 巾氨 气 的流量 比二 氯二 氢 硅流 量要 大 ，要 制 ｉ ３
降低 ， 薄膜应 力增 加 。工 艺 温度 在 ８ ０Ｃ 的 ５ ￣时
５
８５ ２
７ ０
２ ０
６
７ ８ ９
８５ ２
８０ ５ ８ Ｏ ５ ８ ０ ５
６ ０
９ ０ ７ ０ ６ ０
ｌ ５
３ ０ ２ ０ １ ５
薄膜应 力相 对较 小 ， ｃ 工 艺为 最佳 。从试 以 ２ 验 可 以看 出， 常规工 艺 中 Ｄ 工艺参 数 的薄膜 １
应力几乎为 ｃ 工艺 的 ５ ２ ． ，通 过分 析 比 ５倍 较 ，得 出低 应力 Ｌ Ｃ Ｄ ＳＮ 薄 膜沉 积 的标 ＰＶ ｉ ， 准 １艺参 数 ，温度 ８０ Ｎ ， 量（ ３ ｉ ： 二 ０￣ Ｈ 流 Ｃ， ｅ ／ ｎ ｍｍ ） ＳｌＣ。 量 （ ３ ｉ）２ ， 积 速 率 （ ｉ ｉ２１流 ｃ ／ ｎ ０ ０沉 ｍｍ ＝ ７ Ｍｍｎ ）
１实验 设计
氮化硅 薄膜 的 热应力 来 源于 薄膜 和反 应 腔 体 内 壁 材 料 的 热膨 胀 系 数 以 及 温 度 的 影 响。 本质 应力是 氮化 硅 薄膜 的本 征 张应力 。 随 着氮化 硅薄 膜厚 度 的逐渐 增 加 ，应 力必 然 逐 渐 增大 。 力方 面 ， 应 由于无法 改变氮 化硅 薄膜 的本质 应力 ，所 以只 能降 低氮 化硅 薄膜 内在 应 力 中的热应 力和 外在应 力 。 于热应 力 ， 对 需 要 考虑薄 膜和 反应 腔体 内壁 材料 的热 膨胀 系 数 以及 温度等 因素 的影 响 。 于外 在应力 ， 对 就 要 通过优 化在 生产 过程 中 的一些 工艺 参数 来 改善 ， 如在 温度 ， 力和 流量等 参数 方 面进 行 压 优化 。 Ｌ Ｃ Ｄ 氮化 硅制 备工 艺通 常 在 中 等 真 ＰＶ 空程度 下 的反应腔 体 内通 入反 应气 体二 氯二 氢硅 （ｉ：１ 和氨 气 （ Ｈ ） 生 成氮 化 硅 ， Ｓ Ｃ ｎ ） Ｎ 来 反 应 温度 一般 为（ ０ ～ ０ ） 。反 应方 程式 ： ３０ ９０ ｏ Ｃ
３Ｓｌ２ ２ ＮＨ３￣Ｓｇ ＋ ｉ Ｃ１ ＋４ － －ｉ Ｎ４ ６ＨＣｌ Ｈ２ ＋６
ｆ ２ 力 ４ ４ ９ ６ ３ 力 ４ ８ ８７Ｃ ） 力 Ｓ 应 ） ３ ． ；（ ） ２ Ｂ 应 ３ ． ；（ １ ３ 应 ２ ４ ７ ８ Ｃ ） 力 ２ ７ ３ ９Ｃ ） 力 ２ ４８ ； ５ ． ；（ ２ 应 ７ ３ ． ；（ ３ ８ 应 ４． １ 从 上述 数 据 中可 以得 到 ，ｃ 所 设 计 的 工 艺 ２ 作低 应 力 的 Ｌ Ｃ Ｄ的 Ｓ Ｎ 中 ，Ｔ艺 中要 调 参 数 得 到 的 应 力 为 最 小 ， 应 力 达 到 ＰＶ ｉ ３ ．３ＭＰａ 。 整两 种反 应气 体 的流量 ，即氨气 的 流量 与二 ２ ７８ 氯二 氢硅 流量 ，要求 氨 气 的流量 比二 氯二 氢 采用 常规 的 Ｌ Ｃ Ｄ Ｓ，４ Ｐ Ｖ ｉ 的工 艺参 数进 Ｎ 选 ， 号 Ｄ 测 硅 流量 要 小 ，水 平 ａ ：温 度 ８ ０ ， Ｈ 流 量 行 试 验 ， 择 Ｄ１ ２ 样 片 ， 得 的结果 Ｄ１ ０℃ Ｎ （ ／ ｎ ：ＳｌＣ ２ ｃ ｍｉ） ｉ ２Ｉ流量 （ｍ３ ｎ ３ ：０ 水 平 （ ０ 片 ）条件 在 温度 ８ ０ｃ， Ｈ 流 量 （ ３ ｍ３ ｃ ／ ）＝ ０９ 。 ｍｉ １号 ０￣ Ｎ ３ ｃ ／ ｍ ａ ） ｌ Ｃ２ ｉ Ｓ ｃ ／ ｎ ５ ： 。沉 积速 率 ｍｍ ＝ ５ ｂ： 温度 ８ ５ ＮＨ３ 量 （ ｍｉ） ｉ Ｃ２ ２ ℃， 流 ｅ ｍＴ ｎ ：ＳＨ２１流 ｒ ｎ：ｉ ２ １流量（ ３ ｉ）１ ０ ０ Ａｍｎ ６ ９ 薄膜应 力 ８ ２ ８ ａ ２ ｎ 号 ） ４ ０ ． ＭＰ。Ｄ （ ７ 量 （ ３ ｉ ＝ ０ ０ 水 平 ３温 度 ８０ Ｎ ｅ ／ ｎ ２： 。 ｍｍ ） ７ ： ５ ℃， Ｈ 流 （／ ｉ－ ． ， 片 ）条件 在 温度 ８ ０ Ｎ ， ０ ￣ Ｈ 流量 ：ＳＨ Ｃ： Ｃ， ｉ２Ｉ 流 量 （ｍＴ ｎ ：ｉ ２ｌ流量 （ｍｆ ｎ １ ：０ ｃ ｍｉ）Ｓｌ Ｃ２ ｃ ｍｉ）＝ ５６ 。 ２ 实验正 交矩 阵 量 ＝ ： 。沉 积 速率 （／ｉ ＝ ． ， １０ ０ ５５ Ａｍｎ ６ ７ 薄膜 应力 ） ４ 依据 影 响丁艺 的主要 参数设 计 的低 应 力 １２ ． Ｍ ａ ３６ ４ Ｐ 。常 规工 艺参 数 制得 的薄 膜 的应 ７ Ｌ Ｃ Ｄ Ｓ Ｎ 正交 的实 验矩 阵如表 １ Ｐ Ｖ ｉ 所示 力大 于 ８ ０ Ｐ 。 ０ Ｍ ａ 表 ｌ实验 正 交 矩 阵 由上 述试 验得 到 温度 、两种 气体 的 ｈａ ｅＴ ｈ ｌｉ ｎＰｄ ｔ ｎＮ ｃ ｏｇｓ ｄ ｒｕｓ
Si_3N_4的结构状态对放电等离子烧结制备Sialon陶瓷的影响
２ ０世纪 ７ ０年代 初 日本 的 Ｏ ａ ｙ ｍａ与 Ｋａ ｇ ｉ ｍｉｏｔ ｏ 和 英 国的 Ｊｃ 与 Ｗｉ ｏ ａｋ ｌ ｎ瞳） １６ － ，男，河北乐亭人 ，博士，教授 ，主要研究方 向为超硬复合材料及先进陶瓷材料 ； 通信作者：于明智 （９ ２） １５ 一 ，男，辽宁锦州人 ，研究员，博士生导师，主要研究方向为超硬材料、超硬 复合材料及特种化合物 ，Ｅ ｉ ｍａｈ ｗｍｚ ｗ＠ｙｕ ｅ ｕ ｃ 。 ｓ． ｄ ． ｎ
Ｓ３ ４ ｉ 的结 构 状 态 对 放 电等 离 子 Ｎ 烧结 制 备 Ｓａ ｎ陶 瓷 的影 响 ｉｌ ｏ
赵 玉成 张文 娜 ， ，宋 文灿 ，王 明 智
（ ．燕山大学 亚稳材料制备技术与科 学国家重点实验 室，河北 泰皇 岛 ０６ ０ ；２ １ ６ ０ ４ ．燕山大学 电气３程 学院， －
河北 秦皇 岛 ０ ６ ０ ） ６ ０ ４
摘
要 ： 以纳 米 非 晶－ｉ Ｓ３ 、微 米ｎＳ， 、微 米 Ａ１ 纳 米 Ａ１ 纳 米 Ｙ０， 初 始 原料 ，采 用 放 电等 离 子 烧 结 Ｎ —ｉ Ｎ Ｎ、 ｚ 和 ０ ： 为
工 艺制 备 了 Ｓａｏ 瓷 。通 过 调整 配 方 中 Ｓ 对 应 原 料 的种 类 ，研 究 了不 同结 构 的 Ｓ 对 合 成 Ｓａ ｎ陶 瓷 的 ｉｌ ｎ陶 ｉ ｉ ｉｏ ｌ 影 响 。通 过 Ｘ Ｄ 和 Ｓ Ｍ 对试 样 的物 相 和 显 微 结 构进 行 了表 征 ，同 时测 试 了试 样 的 体 积 密度 、抗 弯 强 度 、 断裂 Ｒ Ｅ 韧 性 和 维 氏硬 度 。实验 结 果 表 明 ，配 方 中 的 Ｓ， 全 部采 用 ｎＳ Ｎ ，经 Ｓ Ｓ烧 结 后可 获 得 －ｉｏ ｉ Ｎ４ —ｉ Ｐ Ｓａ ｎ陶 瓷 ， 当 用 ｌ 纳 米 非 晶一ｉ 步 替 换口Ｓ， 时 ，所 合 成 的 Ｓａ ｎ陶瓷 中的 ｎＳａ ｎ晶相 的相 对 含 量 减 少 ；当全 部 采 用 纳 米 非 ｓ１ 逐 Ｎ 一ｉ Ｎ４ ｉｌ ｏ —ｉｌ ｏ 晶一ｉ 时 ，则 试 样 中 仅含 有 Ｓａ ｎ相 。 Ｓ， Ｎ 一ｉｌ ｏ 关键 词 ：放 电等 离 子烧 结 ；Ｓａｏ 瓷 ； 抗弯 强度 ；断 裂 韧 性 ｉ ｎ陶 ｌ 中 图分 类 号 ：Ｔ ７ Ｑ１ ４ 文 献标 识 码 ：Ａ Ｄ ： １ ． ６ ￣ｉｓ ．０ ７７ １ ．０ ２０ ，０ ＯＩ ０３ ９ ． ｎ１ ０ —９ Ｘ２ １ ．３０ ９ ９ ｓ
CVD-Si3N4薄膜工艺及性能研究
摩
算出；
膜
Ｓ — Ｌ × Ｗ （） １
原材料 及其 用途 如 表 １所示 。考虑 欲得 到厚度
图 １ 试 样 示 意 图
较 大的薄 膜需要 较 长 的沉 积 时 间 ， 须 要 选 择 合适 必
的原 材料 。 目前 电 子 工 业 中 多 以 Ｈ ＳＣ 或 ＳＣ ｉＩ ｉ１
积设 备 的管路 ， 不适 于长时 间 的沉积 ， 均 故选 择介 于
两 者之 间的 ＨＳＣ。 为硅 源 。 ｉ １作
表 ｌ 原 材 料 及 其 用 途
原 材 料
用 途
已知 沉积 时 间为 ￡ｒｉ） 利用 得 到 的薄 膜 的上 （ ｎ， ａ
表 面积和 体积 可 以 推算 出薄 膜 的沉 积 速率 （ ｍ ・ ｎ
（） ３
１ ３ ２ 薄膜 的化 学组 成 ・ ・
《 新技 术新 工 艺》・ 层 技术性 能 研究 ２ ０ 涂 ０ ６年 第 ｌ 期 １
维普资讯
Ｈ２
载 气
ＮＨ３
氯 源
ＨＳＣ ｉ１
硅 源
Ｎ２
载 气 及 保 护 气
Ｈｅ
载 气
ｍ ｉ ）： ｎ一
另外 ， 了方便 表征 所制 薄膜 的组成 、 为 结构 以及 硬度等 特性 ， 了以烧结 Ｓ３ 为 基体 进 行实 验 ， 除 ｉＮ 做
・３ ・ ６
ｕ＝ Ｖ／ Ｓ × ￡ （ ）
关键 词 ： 氮化 硅 薄膜 ；： 沉积 速 率 ； 学组 成 （ ＶＤ； 化
中图分 类号 ： Ｑ１ ６ ２ Ｔ ２ ． ＋９ 文 献标 识码 ： Ａ 还 使用 了单 晶硅片 作为 基体 。
１ ２ 试 验 过 程 ．
In-Bi-Sn基Si3N4
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体的流变性和润滑性蒋佳骏1，吴张永1，朱启晨1，蔡昌礼2，朱家军2，王志强1（1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500；2 云南中宣液态金属科技有限公司，云南 宣威 655400）摘要：现有水基、油基及其他无水合成类液压传动介质存在高温稳定性差、温-黏变化大等问题。
In-Bi-Sn 合金熔点低、流动性好、高温性质稳定，是极端高温液压传动介质的理想基础液。
本文采用两步法制备体积分数为0、5%、10%、20%、30%的In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体。
利用TEM 、SEM+EDS 、热重分析等手段表征样品形貌、分散性和热稳定性，通过高温旋转流变仪和摩擦磨损试验机研究样品的流变性和润滑性，对比分析样品与现有高温液压介质在热稳定性、流变性、润滑性上的性能差异。
结果表明：Si 3N 4嵌于GNFs 片层之间，以团聚体形式分散于In-Bi-Sn 基质，10%样品中的混合纳米颗粒团聚体尺寸小于20%样品；样品黏度随混合纳米颗粒体积分数增加而增大，液态静置时间和相变次数对<30%样品黏度的影响不明显；受纳米颗粒布朗运动影响，分散相体积分数越高，样品的温-黏变化越显著；因剪切改变了纳米颗粒团聚体的粒度，20%样品显示出明显的剪切致稀特征；添加Si 3N 4/GNFs 混合纳米颗粒能够显著改善润滑特性；相较于现有高温液压介质，In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体热稳定性优异、温-黏变化更小、高温润滑性能佳。
关键词：液态金属；纳米粒子；纳米流体；流变性；润滑性；热稳定性中图分类号：TB34；TQ021 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6197-10Rheological properties and lubricity of In-Bi-Sn based Si 3N 4/GNFshybrid nanofluidJIANG Jiajun 1，WU Zhangyong 1，ZHU Qichen 1，CAI Changli 2，ZHU Jiajun 2，WANG Zhiqiang 1(1 Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,Yunnan, China; 2 Yunnan Zhongxuan Liquid Metal Technology Co., Ltd., Xuanwei 655400, Yunnan, China)Abstract: Existing hydraulic transmission media of water, oil and other anhydrously synthesized materials have problems such as poor stability at high temperature and large temperature-dependent viscosity change. In contrast, In-Bi-Sn alloy has low melting point, good fluidity, and stable high-temperature properties, making it an ideal base fluid for hydraulic transmission media at extreme high temperature. In this work, In-Bi-Sn-based Si 3N 4/GNFs hybrid nano-fluids with volume fractions of 0, 5%, 10%, 20% and 30% were prepared by a two-step method. The morphology, dispersion, and thermal stability of the samples were characterized by TEM, SEM+EDS and TGA. The rheological properties and lubricity of the samples were studied by high-temperature rotary rheometer and friction wear testing machine. The differences in thermal stability, rheology, and lubricity between samples and existing high-temperature hydraulic media were compared. The results showed that Si 3N 4 was embedded in GNFs plates研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0148收稿日期：2023-02-06；修改稿日期：2023-03-27。
制备工艺对CVD Si3N4涂层沉积速率的影响
制备工艺对C V D Si。
N4涂层沉积速率的影响／尹立峰等415制备工艺对C V D Si3N4涂层沉积速率的影响*尹立峰1，王思青1，张长瑞1，崔岩2，徐晓燕2(1国防科学技术大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，长沙410073；2中国航空工业济南特种结构研究所，济南250023)摘要采用H SiC I s—N H3-N2(稀释气体)体系在石英陶瓷基板上通过低压化学气相沉积(LPC v D)法沉积出了Si。
N；涂层，研究了工艺条件对涂层沉积速率的影响。
结果表明，在没有稀释气体的情况下，随着沉积温度升高，s i3N4涂层的沉积速率逐渐增加，在850。
C附近达到最大值，随着反应温度的进一步升高，涂层沉积速率下降。
当存在稀释气体时，在所选温度范围内随着沉积温度的升高，si3N4涂层的沉积速率一直增大，反应的表观活化能约为222l d／t ool。
随着原料中N H。
／H Si C h流量比值的增大，s i3N4涂层的沉积速率逐渐增加，随后稳定，但稍有下降趋势。
在所选稀释气体流量范围内，Si。
N；涂层的沉积速率随着稀释气体流量的增加而增大。
关键词L PC V D氮化硅涂层沉积速率Ef f ect s of Pr epar at i on Tec hni que on D eposi t i on R at e of Si l i con N i t r i de C oat i ngs by L ow Pr es s ur e C hem i cal V apor D eposi t i onY I N L i f en91，W A N G Si qi n91，Z H A N GC hangrui l，C U I Y an2，X U X i aoyanz(1St at e K e y Labor at or y of A d vanced C er am i c Fi bers&C om pos i t es，Col l ege of A er ospace&M at eri al s E ngi nee r i ng，N a t i ona l U ni ver si t y of D e fe ns e Tec hnol ogy，C hangs ha410073；2Rese a rch I ns t i t ut e f or Speci alS t r uct ur e of A e r onau t i c al C om pos i t e s，Ji na n250023)A bs t ract T he ef f ect s of pr apa r at i on t ec hni q ue o n t he deposi t i on r a te of s i li con ni t f i de coat i ngs grow i ng o nqua r t z f rom H Si C h-N H3一N2sys t em vi a l ow pr e ssu r e ch em i ca l vapor de posi t i on(I。
ECR_PECVD制备Si_3N_4薄膜沉积工艺的研究
ECR 2PECV D 制备Si 3N 4薄膜沉积工艺的研究Ξ陈俊芳 吴先球 王德秋(华南师范大学物理系,广州 510631)丁振峰 任兆杏(中国科学院等离子体物理研究所,合肥 230031)(1998年8月25日收到)Ξ国家自然科学基金(批准号:69493501)及广东省自然科学基金(批准号:970317)资助的课题. 由偏心静电单探针诊断了电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR 2PECVD )反应室内等离子体密度的空间分布规律.结果表明在轴向位置Z =50cm 处,直径<12cm 范围内等离子体密度分布非常均匀.分析了等离子体密度径向均匀性对沉积速率均匀性和薄膜厚度均匀性的影响.讨论了沉积制备一定薄膜厚度的Si 3N 4薄膜的工艺重复性.研究了各种沉积工艺参数与Si 3N 4薄膜沉积速率的相互关系.得到了ECR 2PECVD 技术在沉积薄膜时的工艺参数条件.PACC :6855;8115H ;52701 引言目前,低温等离子体技术在材料科学、半导体微电子学和光电子学等领域的研究和加工中起重要作用[1—4].微波电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR 2PECVD )技术是低温等离子体加工方法中重要技术之一,它是在化学汽相沉积(CVD )的基础上发展起来的新技术.由于等离子体是不等温系统,其中“电子气”具有比中性粒子和正离子大得多的平均能量,电子温度为1—10eV ,约为气体分子的10—100倍,即反应气体接近环境温度,而电子的能量足以使气体分子的化学键断裂,并导致化学活性高的粒子(离子、活化分子等基团)的产生,亦即反应气体的化学键在低温下即可被分解,从而实现高温材料的低温合成[5,6].Si 3N 4薄膜材料是一种人工合成的精细陶瓷功能材料,它具有优良的抗冲击能力、耐高温、抗腐蚀、强度高等特点,在汽车工业、加工工业、微电子工业和光电子工业等方面已得到了广泛的应用[7—9].传统制备Si 3N 4薄膜方法的沉积温度高,对设备的耐温性能和加热方法有特殊的要求,限制了它的应用,ECR 2PECVD 能在较低沉积温度下制备优质均匀的Si 3N 4薄膜.Si 3N 4薄膜的性能取决于薄膜的形成过程,而薄膜的形成受到诸多因素的第48卷第7期1999年7月100023290/1999/48(07)/1309206物 理 学 报ACTA PHYSICA SIN ICA Vol.48,No.7,J uly ,1999ν1999Chin.Phys.S oc.影响[10].如基片沉积温度、基片在反应室内的位置、基片表面性质、反应室内等离子体密度、气体流量等.因此,要提高沉积薄膜的质量和性能,必须了解工艺过程和反应室参量对薄膜性质的影响,确定最佳工艺过程.本文主要研究了反应室内等离子体空间分布的均匀性对ECR 2PECVD 制备Si 3N 4薄膜厚度均匀性的影响,分析了沉积工艺(工作压力、气体配比、基片沉积温度、微波功率)与Si 3N 4薄膜沉积速率的关系,并讨论了制备Si3N 4薄膜的工艺重复性.2 实验装置与等离子体参数空间分布图1为制备Si 3N 4薄膜的ECR 2PECVD 装置图.主要由真空系统、配气系统、微波系统、励磁系统、反应室和基片加热系统以及静电单探针系统组成.真空系统由涡轮分子泵图1 ECR 2PECVD 装置原理图 1为微波源,2为真空系统,3为励磁系统,4为配气系统,5为反应室,6为基片加热系统,7为静电单探针图2 等离子体密度的空间分布和机械泵组成;配气系统由SiH 4,N 2气源和双路流量计组成;微波系统由600W 功率可调的微波源和微波输入匹配耦合器组成;励磁系统由励磁线圈和113×75—115×75A 直流电源组成;反应室由<12cm ×10cm的共振区和<1415cm ×70cm 反应区的不锈钢圆筒两部分组成;基片放置在轴向可移动、温度可调节的基片架上.图2给出当运行气压为8×10-3Pa ,微波功率为240W 时,由偏心静电单探针诊断获得的等离子体反应室内等离子体密度的空间分布.从图2可见,在反应室轴向位置Z =70cm 的共振区附近,径向R =0cm 的中心位置等离子体密度为812×1010cm -3.从微波窗口向抽气口方向过渡时,等离子体密度减小;在轴向位置Z =50cm 处,径向0131物 理 学 报48卷R =0—6cm 范围内等离子体密度很均匀,平均约为1179×1010cm -3.这说明在轴向位置Z =50cm 处的等离子体密度在直径<12cm 范围内分布均匀,有利于制备厚度均匀的薄膜.3 Si 3N 4薄膜样品的制备基片采用(111)单晶硅片、溴化钾(K Br )片和载波片.将基片作常规清洗后烘干装入沉积室进行薄膜沉积.在本底真空好于2×10-3Pa 时,将SiH 4和N 2作为反应气体,经双路流量计送入等离子体反应室内.在ECR 等离子体的激活下,进行化学反应,反应方式为3SiH 4+2N 2+e 等离子体Si 3N 4↓+6H 2↑+e.(1)在基片上沉积出Si 3N 4薄膜.4 实验结果与讨论411 Si 3N 4薄膜的沉积速率与工作气压的关系实验使用80%N 2稀释的SiH 4气体为反应气体(即SiH 4∶N 2配比为1∶4),反应气体经流量计送入反应室,调节气体流量可在不同工作气压下沉积Si 3N 4薄膜.图3给出沉积图3 Si 3N 4薄膜的沉积速率与工作气压的关系速率与工作气压的关系曲线.从图3可见,当工作气压上升时,沉积速率逐渐增高,当工作气压从6×10-2Pa 升至9×10-2Pa 时,沉积速率从15nm/min 增至28nm/min ,增高较快,当工作气压为8×10-2Pa 时,沉积速率为26nm/min 左右,当工作气压从9×10-2Pa 增至3×10-1Pa 时,沉积速率从28nm/min 增至32nm/min ,增高较慢.这是因为工作气压从低气压处开始上升时,反应室内参与反应的气体增加,使到达基片表面的反应产物增多,同时气压适当提高,反应室内的等离子体密度增大,反应气体中活性粒子增多,从而得到高的沉积速率.但当工作气压进一步上升到较高值时,等离子体密度增加不大,在一定的工作气压下反而会减小[11,12],使反应气体活性变弱,导致在高气压范围沉积速率增高较少.412 Si 3N 4薄膜的沉积速率与进气配比的关系利用双路流量计将80%N 2稀释的SiH 4同N 2以不同配比的SiH 4∶N 2气体送入反应室内.分别调节SiH 4和N 2的流量,得到SiH 4∶N 2的进气配比为1/4,1/6,1/8,1/10,1/12.在沉积过程中保持工作气压为8×10-2Pa ,在不同进气配比条件下沉积Si 3N 4薄膜.图4给出沉积速率与进气配比的关系.从图4可见,随进气配比的变小,沉积速率逐渐11317期陈俊芳等:ECR 2PECVD 制备Si 3N 4薄膜沉积工艺的研究降低.在高进气配比1/4处沉积速率为26nm/min 左右,在1/6处沉积速率为24nm/min 左右,在1/8处沉积速率为22nm/min 左右.进气配比从1/4降到1/8范围内,沉积速率图4 Si 3N 4薄膜的沉积速率与进气配比的关系降低较慢.在1/8到1/12低进气配比范围内,沉积速率降低加快.在进气配比为1/10处沉积速率为18nm/min 左右,在进气配比为1/12处沉积速率为125nm/min 左右.这是因为在一定的工作气压下,SiH 4∶N 2进气配比降低时,反应室内SiH 4含量减少,使Si 3N 4的生成产物降低所造成。
人工神经网络—遗传算法优化激光—等离子体化学气相沉积Si3N4薄膜制备工艺
（ ６ ）
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其 中， 表示第 Ｋ个学 习样本 ， 即教师信号 ； Ｏ 表示相 应 的网络实际输 出值 。
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图１ Ｂ Ｐ三层 网络
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维普资讯
第 ２ ３卷第 ２期
２０ Ｏ ２年 ６月
陶瓷学报
Ｊ ＵＲ ＡＬ Ｏ Ｅ Ａ Ｃ Ｏ Ｎ Ｆ Ｃ Ｒ ＭＩ Ｓ
Ｖ １ ２ Ｎｏ ２ ｏ ． ３， ．
Ｊｎ ．０２ ｕ ｅ ２０
文 章 编 号 ：００一￣７ （０ ２０ １０ ａ ２ ０ ）２—０ １ —０ １６ ３
Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｌ Ｃ ｙ ｒ ｓ Ｐ ＶＤ， ｉＮ４ ｌ ，ｒｆ ｉ ｅ ｔ ｌ ｅｗ ｒ ｓ ｇ ｎ ｔ ｇ ｒ ｈ Ｓ３ ｍ ａｔ ｃａ ｎ ｕｒ ｔ ｏｋ ，ｅ ｅ ｃａｏ ｉ ｍ ｆ ｉ ｉ ｌ ｉ ａｎ ｉ ｌ ｔ
文在一定实验数据 的基础上沉积 （ Ｉ ） 是一
工艺参数与薄膜显微硬度的关系进行拟合 、 预测 ， 并结 合遗传算法对制备工艺参数进行了优化 。
种新型镀膜工艺 ， 主要 参数激光功率 密度 、 Ｆ电源 其 Ｒ 功率和氮硅流量 比（ ／ 铷．对 ｓ 薄膜 的显微硬 Ｑ Ｑ ） ｉ４ ３ Ｎ 度均有影 响， 且呈现非线性关 系。采用传统 的统计 回 归方法较难确定 ｓ Ｎ 薄膜 的最佳 制备工艺。而人工 ４ 神经网络是一类试图模拟人脑神经结构 的新型信息处
习结束 则转入下一步 ； （） ６逐层计算各单元 的学 习信号 （ Ｔ—Ｏ ｆ Ｐ ） （）
＝
硅烷和氨气的比例对氮化硅的应力
硅烷和氨气的比例对氮化硅的应力摘要本文研究了硅烷（SiH4）和氨气（NH3）的比例对氮化硅（Si3N4）应力的影响。
通过实验数据和理论分析，我们发现硅烷和氨气的比例在氮化硅薄膜沉积过程中对应力产生显著影响。
本文详细讨论了不同比例下的应力变化，并解释了其背后的机理。
一、引言氮化硅是一种重要的陶瓷材料，具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于微电子、光电子和MEMS等领域。
在氮化硅薄膜沉积过程中，硅烷和氨气的比例是一个关键参数，它直接影响氮化硅薄膜的应力、结构和性能。
因此，研究硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响具有重要意义。
二、实验方法本文采用化学气相沉积（CVD）方法制备氮化硅薄膜。
通过调节硅烷和氨气的流量比例，我们在不同的比例下进行了实验。
利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和纳米压痕仪等表征手段，我们测量了不同比例下氮化硅薄膜的应力。
三、结果与讨论1.在硅烷和氨气比例为1:1时，氮化硅薄膜表现出较低的应力。
这是因为在此比例下，硅烷和氨气的反应活性较高，生成的氮化硅结构较为致密，缺陷较少。
2.当硅烷和氨气比例偏离1:1时，氮化硅薄膜的应力逐渐增大。
这是因为比例失衡导致反应活性降低，生成的氮化硅结构中缺陷增多，从而产生较大的应力。
3.在极端比例下（如硅烷过多或氨气过多），氮化硅薄膜的应力急剧增大，甚至导致薄膜开裂。
这是因为极端比例下反应物浓度过低或过高，使得反应生成的氮化硅结构严重失调，产生巨大的内应力。
四、机理分析硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响主要归因于反应活性的变化和生成物结构的缺陷。
当硅烷和氨气比例适中时，反应活性高，生成的氮化硅结构致密，缺陷少，从而应力较低。
而在比例失衡或极端比例下，反应活性降低，生成的氮化硅结构中缺陷增多，导致应力增大。
这些缺陷可能包括空位、间隙原子、位错等，它们会破坏氮化硅晶格的完整性，产生内应力。
五、结论本文通过实验研究了硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响。
Si_3N_4薄膜的成分与结构研究
T ecna i G2F 20 S2TW IN 型透射电子显微镜) 结果如
图 4 ESEM 扫描电子能谱图 F ig. 4 ESEM spectrum
2. 2 S i3N4 薄膜的成分
2. 2. 1 D PA 分析 对 Si3N 4 薄膜样品进行俄歇深度剖面分析, 结
2. 2. 2 A ES 分析 用M K 公司的 V G. M ICROOLAB. M K 型俄
歇 电子能谱仪 (A ES) 对 Si3N 4 薄膜进行分析, 图 6 是获得的 Si3N 4 薄膜的 A ES 谱图, 可以看到两个明 显的谱峰, 一个是 Si 峰, 一个是N 峰; 没有发现其它 杂质 存 在, N 峰 是 由 于 中 间 反 应 产 生 的。 说 明 PECVD 反应过程中 Si3N 4 薄膜成分比较纯净。
1 实验方法
在 Si 基体表面制备 Si3N 4 薄膜是通过 PECVD 方法在日本产的 PECVD 设备 PXJ 2100RH 上进行 的。 采用平面圆形反应器装置的两个极板互相平行 的圆板, 射频功率以电容耦合式输入, 获得均匀的电 场分布, 它是半导体薄膜行业主流使用的等离子体 发生器。 电极有两块间隔 2 英寸, 直径 26 英寸的平 行圆板构成, 上电极加高压, 经匹配电路与 5 kW 、 5 kH z的电源相接, 下电极接地并为放基片的基座。
su lts w ere tested by XRD , T EM , A ES and D PS and show ed tha t the Si3N 4 film is am o rp hou s and the com po sition of the film is p rincip a lly Si3N 4 a s exp ected, esp ecia lly the bond ing steng th betw een Si3N 4 film and Si sub stra te is h igh w ith h igh com p act2 ness of the film a s ind ica ted by SEM.
带有Si_3N_4薄膜的玻璃-硅-玻璃三层结构的阳极键合
２ ． Ｐ ｅ ｎ － Ｔ ｕ ｎ ｇ Ｓ ａ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ － Ｎ ａ ｎ ｏ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｘ ｉ ｓ ｕ ｌ ｅ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ａ ｍｅ ｎ ３ ６ １ ０ ０ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ３ 年 第３ ２卷 第 ８ 期
传感器与微系统（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｓ ｅ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
６ ３
带有 Ｓ ｉ ３ Ｎ ４ 薄 Байду номын сангаас 的 玻 璃一 硅一 玻 璃 三层 结构 的 阳极 键 合
ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｎｏ ａ ｄ ｉ ｃｂ ｏｎ ｄ ｉ ｎ ｇ． ｎｄ ａ ｂ ｏ ｎ ｄ ｅ ｄ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ｅ ｏ ｎｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｈ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｔ ｍｏ ｒ ｅｔ ｈａ ｎ９ ０％ ｗ ａ ｆ ｅ ｒ
ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｃ ａ ｔ ｈ ｏ ｄ ｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ０ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｗ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｆ ｈｅ ｔ ｂ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｂ ｌ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｓ ａ ｉ ｎ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｊ ｕ ｄ ｇ ｅ
ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ Ｉ２ ０ ０ Ｖ ｎｄ ａ ４ ５ ０Ｐ ａ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ． ａ ｔ ４ ０ ０℃ ．
不同栅介质工艺对4H-SiC MOS电容可靠性的影响
97
电子技术 Electronic Technology
圆片 1 2 3
电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
表 1：样品栅介质制备工艺条件
栅介质条件 干氧氧化 50nm SiO2+NO 退火 干氧氧化 15nm SiO2+POCl3 退火 + LPCVD 35nm SiO2 干氧氧化 15nm SiO2 + POCl3 退火 + LPCVD 35nm Si3N4
（1）检测过程进一步贴近产品的使用状态； （2）移动过程中同步采集延迟及移动跟踪误差的数据，在一 个实验周期完成两个项目的检测。既增强了检测结果的可信度，又 提高了检测过程的时效。
参考文献 [1] 李 良 志 . 虚 拟 现 实 技 术 及 其 应 用 探 究 [J]. 中 国 科 技 纵 横 ,
2019(3):30-31. [2] 吴国良 , 孙谨 , 马登武 , 张海峰 . 虚拟现实系统中的视觉延迟
摘 要：本文研究了氮掺杂、磷掺杂、磷掺杂与 Si3N4 复合介质相结合三种不同栅介质工艺对 SiC MOS 电容可靠性的影响。通过 I-V 特性测试及经时击穿（TDDB）测试评价不同栅介质工艺的 SiC MOS 电容可靠性。结果表明，将磷掺杂工艺和 SiO2/Si3N4 复合栅介质结合， 能有效提升栅介质的绝缘性和寿命，其中磷掺杂处理很好地钝化了 SiC/SiO2 界面处的碳团簇和界面态，而 Si3N4 介质能有效提高器件的绝 缘性。将两者相结合，I-V 特性测试的击穿场强达到 14.5MV/cm-1，TDDB 测试结果表明在 0.2MV/cm·s 的斜坡电压下，经过 78s 后样品击穿。