LPCVD氮化硅薄膜工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究氮化硅薄膜（PECVD）是一种在室温下生长的非晶硅薄膜，具有多种优良性质，如硬度高、抗腐蚀性好、导电性能低等。
这些性质使得氮化硅薄膜在微电子、光学器件、生物传感器等领域中有广泛应用。
本文将对PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺进行研究。
首先，PECVD氮化硅薄膜具有良好的机械性能。
该薄膜的硬度可达到10GPa，相对于其他常见的薄膜材料，如二氧化硅、氮化硅具有更高的硬度。
这使其在微机械系统中有较好的应用前景，如传感器和微机械器件中的表面保护层。
其次，PECVD氮化硅薄膜具有出色的耐腐蚀性。
与其他材料相比，这种薄膜展现出更好的抗化学腐蚀性能。
这种耐腐蚀性使得氮化硅薄膜在微电子行业中的设备制造过程中有广泛的应用，如平板显示器、太阳能电池等。
此外，PECVD氮化硅薄膜是一种特殊的绝缘材料，具有较低的导电性能。
这种特点使其成为一种理想的衬底材料，可用于制备电容器、晶体管等微电子器件。
它还可用于光学薄膜的辅助材料，如光学反射镜片等。
针对PECVD氮化硅薄膜的制备工艺，一般采用射频等离子体化学气相沉积（RFPECVD）技术。
该方法通过在气相中加入硅源、氨气和稀释剂，利用射频电场激活气体原子和离子，在衬底表面沉积出氮化硅薄膜。
制备过程中，关键的参数包括沉积温度、沉积气压、沉积物与气体流量比等。
沉积温度一般在250℃-400℃之间，气压一般在1-20Torr之间。
较高的沉积温度可提高薄膜质量，但也容易产生杂质。
而较高的气压可以提高沉积速率，但也有可能导致薄膜内部应力增大。
此外，对PECVD氮化硅薄膜进行表征，一般采用横截面和表面形貌的扫描电子显微镜（SEM）、厚度的椭圆仪、成分的能量散射光谱（EDS）等技术。
这些表征方法可以从多个角度对氮化硅薄膜的性质进行评估。
总结起来，PECVD氮化硅薄膜具有优异的硬度、耐腐蚀性和绝缘性能等优良性质，广泛应用于微电子、光学器件等领域。
沉积工艺中的温度、气压和气体流量比等参数对薄膜质量具有重要影响，需要合理选择和控制。
LPCVD氮化硅薄膜工艺研究
LPCVD氮化硅薄膜工艺研究第28卷第2期2010年6月蔓榘威舔避谢JICHENGDIANLUTONGXUNLPCVD氮化硅薄膜工艺研究高博(中国兵器工业第214研究所蚌埠233042)淀积(LPCVD)技术,在800~C温度下,不同的工艺气体流量比生成的氮化硅薄膜,其薄膜成份中的硅氮比会有不同,造成薄膜特性也不同.通过测试氮化硅薄膜在缓冲腐蚀液(BOE)中的腐蚀速率,来推定氮化硅所含硅氮成分,寻找出适合生产的最佳工艺条件.关键词低压化学气相淀积(LPCVD)氮化硅均匀性1引言氮化硅膜是非晶绝缘物质,在VLSI制作中有三个主要用途:1)作为集成电路的最终钝化和机械保护层,特别是塑料封装的器件;2)作为硅选择性氧化的掩膜;3)作为MOS器件中的栅介质.氮化硅介电常数高,这使它在层间绝缘应用上较缺乏吸引力.1j,i为导电层间产生了较大的电容.良好的氮化硅薄膜对集成电路制造有着重要意义.利用氮化的方法(如氨气)生长氮化硅相当困难,其主要原因是生长速率太慢,且需要很高的生长温度.然而,氮化硅可以用中温(800~C) LPCVD的方法或者低温(300~C)PECVD法淀积. LPCVD法可获得完全的化学组成Si,N,密度较—3.1g/cm,可提供一个较好的掩蔽层,防止水和钠离子的扩散,用于覆盖器件,PECVD法—2.8g/cm,由于淀积温度低,适合在制作完成的器件上淀积最后的保护层.其抗刮性极佳,适合作为防止水和钠离子扩散至器件的保护材料,这里只对LPCVD 制备的氮化硅薄膜进行研究分析.2工艺步骤LPCVD工艺生成氮化硅的主要工艺步骤:初始化一安全设定一升温一进舟一前清洗一泵抽一检漏一稳定一淀积(淀积时间根据工艺规范要求确定)一泵抽一后清洗一冲氮一出舟.其中最重要的是淀积中的气体反应过程,一般可概括为以下步骤:1)给定组成(和流量)的反应气体和用来稀和NH,作为反应气体,N:作为惰性气体;2)气体物质向衬底方向流动;3)衬底吸收反应物;4)被吸附的原子迁移进行成膜化学反应;反应的能量有几种方法提供(例如热,光子,电子),热能最常用.气体的化学反应生成的固态物质不仅在(或非常接近于)晶片表面(异相反应Heterogeneousre-action),还会在气相中(同相反应,homegeneousre- action).LPCVD工艺希望发生的是异相反应,因为它只在加热炉里有选择性地发生,生成的膜质量好.而同相反应是不希望发生的,因为它们形成淀此,LPCVD应用的化学反应的一个重要特征是异总结为气相过程和表面过程两个步骤.第28卷第2期榘威躐遒蓦3实验及数据分析实验采用的设备是THERMCO公司生产的LPCVD炉管的优点是有良好的经济性,产量大,均一性好和容纳大尺寸晶片(如150mm)的能力.主要缺点是易于受微粒污染,淀积速率低.LPCVD氮化硅由Sill2C12和NH3在700—800'12 间反应生成,整个反应的化学反应式如下:3Sill2C12(g)+4NH3(g)一Si3N4(s)+6HCI(g)+6H2(g) LPCVD淀积氮化硅与各种因素有关,如:温度,总压强,反应物比率和反应器内的温度梯度等.在实验中,发现氮化硅薄膜的成份也不是一成不变的.当Sill:CI和NH之间的流量比发生变化时,氮化硅薄膜成份也发生了细微的变化.由于缺乏必要的设备仪器无法直接测出氮化硅薄膜成份,通过采用测试BOE腐蚀氮化硅速率的方硅薄膜在BOE腐蚀液中的腐蚀速率一般接近腐蚀速率,小于此腐蚀度率的氮化硅薄膜成份中富含Si,Si:N>3:4.实验是在反应温度为800oc,反应腔室压力为200ma"条件下进行的.在实验中,取4片实验片放置在氮化硅炉管中间区域的石英舟的前,中, 后部分,这样可以测得这一个舟上的膜厚均匀性. 在相同的淀积时间下(21分20秒),测得以下6 组数据.表1Sill2C12/NH3流量比:25/45片号上由下左右平均膜厚反应速率354753l543542544AA/min表2Sill2CI2/NH3流量比:20/45片号上由下左右平均膜厚反应速率3539527524531535AA/min45305l9527526527表3Sill2CI2/NH3流量比:18/45片号上中下左右平均膜厚反应速率4524508516520520表4Sill2C12/NH3流量比:18/50片号上中下左右平均膜厚反应速率25275l55225235225152435195o45055l25l1AL'min45l54954935025o412纂域躐通讯第28卷第2期表5Sill2C12/NH3流量比:20/60片号上由下左右平均膜厚反应速率l52351O5l55l65l735094974995O250o^A/min4494489489489486表6Sill2C_A2/NH3流量比:20/80片号上由下左右平均膜厚反应速率350349o487485488AA/min4493480481483483然后把每组试验片分批次放人BOE腐蚀液中,腐蚀10分钟后测出其氮化硅膜厚,总结得出以下数据:表7气体流量比与膜厚,反应速率,腐蚀速率关系l8/5O5152492Q,∞为了更加直观,把表格制成数据折线图:图1Sill2CI2/NH3流量比与反应速率关系比的减小,氮化硅的反应速率逐渐降低.这说明了硅在BOE中的腐蚀速率,从图中可发现随着在反应腔室总压力不变的情况下,随着Sill:CI:分SillCI/NH3流量比的减小,其淀积的氮化硅在第28卷第2期善纂诚路通硼l3SillC1/NH,比值大于等于1:2时,这时其所淀积成的氮化硅薄膜中富含si,这是因为Si在BOE中腐蚀效果很差,造成薄膜在BOE腐蚀液中的腐蚀速率会比较慢.随着Sill:CI/NH,比值的下降,生长的氮化硅薄膜中所含Si的成份减少,其腐蚀速率也逐渐上升.当SillCI2/NH3比值在J:4时,这时所淀积的氮化硅薄膜成份为Si,N,在BOE中腐蚀速率为9.7.~/min,与标准的BOE腐蚀氮化硅速也证明了这一推断是成立的.其次,再看看这几组数据中的氮化硅薄膜的图2氮化硅在BOE中的腐蚀速率片内均匀性,片间均匀性及批间均匀性.片内均最小值,A VEm~与A VEmin分别表示片间平均匀性和片问均匀性的计算方法如下:膜厚的最大值与最小值,A VE与totalA VE表示片片内均匀性:——in×zA V也一表6的均匀性得.片间均匀性:—A V_Emax-A VE—min×100%表8中的数据基本上符合工艺要求,片内均表8片内,片问均匀性参数Sill2CI2/NH,第一片第二片第三片第四片片间均匀性25/451.35%1.36%1.50%1.25%3.5%20/451.3%O.85%1.50%1.05%2.63%18/45O.5%0.95%1.15%1.55%3.2%l8/5O1.23%1.50%1.37%1.99%5.04%2o/6O1.26%0.88%1.2O%0.51%3.37%20/800.98%1.20%1.32%1.34%5.23%14巢域氟路通:讯第28卷第2期过数据对比可以发现当SillCI/NH流量比为的水平.同时在实际生产中,Sill:CI:/NH,气体流量比设为20/45,淀积出来的氮化硅薄膜性质也能够达到产品电路的要求,说明其薄膜成份也符合要求.综合可以得出,当Sill2C12/NH流量比为20/45时,所淀积的氮化硅薄膜均匀性最好而且符合生产要求.4实验结论Sill:CI:与NH,在高温条件下反应淀积的氮化硅薄膜其成份不是一成不变的.当Sill:CI与NH,流量比值大于等于1:2时,氮化硅薄膜富含si,随着Sill:CI2与NH,流量比值的下降,氮化硅膜中的si含量也在下降.当Sill:CI:与NH,流量比值为1:4时,此时生成完全化学式的SiN.因此,要想生成完全化学组成的氮化硅薄膜,需要充分的NH,来保证消耗掉所有的SillCI,.如果NH,不充足,所生成的膜就富含硅,其氮化硅薄膜性质就会受到一定程度的影响.但是,在考虑氮化硅薄膜成份的同时,还要兼顾其均匀性,这两者来说,当Sill:CI与NH3流量比值为20/45时,淀积出的氮化硅薄膜成份及均匀性最好,符合工艺加工的要求.参考文献物理与工艺(第2版).苏州:苏州大学出版社,～r...'.'r'..^..'r,'.^..^.^.,.^.','.'.^.'.^.,,.'一,.r.'.,'.'.,^',,'.','.'.^.'',,.^,一,?.r一.,.一..^,,.^,一,'.'一,'..^.一,,._世界最小晶体管问世:仅由7个原子构成据物理学家组织网报道,美国与澳大利亚科学家成功制造出世界上最小的晶体管——由7个点(quantumdot)是纳米大小的发光晶体,有时也被称为"人造原子".虽然这个量子点非常小,长度只有十亿分之四米,但却是一台功能健全的电子设备,也是世界上第一台用原子故意造出来的电子设备.它不仅能用于调节和控制像商业晶体管这样的设备的电流,而且标志着我们向原子刻度小型化和超高速,超强大电脑新时代迈出的重要一步.参与这项研究的量子电脑技术中心主任米歇尔一西蒙斯教授说:"这项成就的重要性在于,我们不是令原子活动或是在显微镜下观测原子,而是操纵单个原子,以原子精度将其置于表面,以制造能工作的电子设备."《集成电路通讯》编辑部摘。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究1. 引言1.1 研究背景PECVD氮化硅薄膜是一种在微电子领域广泛应用的材料，具有优异的绝缘性能和稳定的化学性质。
随着微电子器件的不断发展，对PECVD氮化硅薄膜的性能要求也越来越高。
目前，人们对氮化硅薄膜的制备工艺、性质分析、表面形貌研究以及应用前景进行了深入探讨，但仍有许多问题有待解决。
传统的PECVD氮化硅薄膜的制备工艺存在着很多缺陷，如膜的致密性不足、氢气残留量较高等，限制了其在微电子器件中的应用。
研究优化PECVD氮化硅薄膜的制备工艺，提高膜的质量和稳定性，具有重要意义。
随着半导体器件尺寸的不断缩小，对氮化硅薄膜表面形貌的要求也越来越严格。
如何通过PECVD技术获得具有良好表面形貌的氮化硅薄膜，是当前研究的重点之一。
对PECVD氮化硅薄膜的制备工艺、性质分析、表面形貌研究以及应用前景进行深入探讨，对进一步推动微电子器件的发展具有重要意义。
1.2 研究意义通过深入研究PECVD氮化硅薄膜的制备工艺和性质分析，可以为提高氮化硅薄膜的质量和稳定性提供理论基础和实验依据。
探究PECVD氮化硅薄膜的表面形貌以及优化其工艺参数，有助于提高薄膜的光学、电学性能，从而拓展其在微电子领域的应用范围。
本研究将为氮化硅薄膜的生产和应用提供新的思路和方法，对于推动半导体器件技术的发展具有重要意义。
2. 正文2.1 PECVD氮化硅薄膜的制备工艺PECVD氮化硅薄膜的制备工艺是利用等离子体增强化学气相沉积技术，在特定的工艺条件下，将硅源气体（如二甲基硅醚、三甲基氯硅烷等）与氨气（NH3）反应生成氮化硅薄膜。
制备工艺中的关键参数包括沉积温度、沉积压力、沉积速率、氮源气体流量等。
在制备过程中，首先需要清洁基底表面，去除氧化层和杂质，以保证薄膜的质量和附着力。
在PECVD氮化硅薄膜制备过程中，通过控制沉积温度和压力，可以调节薄膜的致密性和结晶度，从而影响其机械性能和光学性能。
氮源气体的流量和比例也会影响氮化硅薄膜的成分和性质。
PECVD法氮化硅薄膜生长工艺的研究
洗 5 min 以去除氧化层 , 去离子水洗净烘干后放入
反应 室 。反 应 气 体 体 积 分 数 为 5 % 的 Si H4 / N2 ,
N H3 和 N2 , 射频功率为 131 56 M Hz[9 ] 。通过对衬 底温度 、射频功率 、反应腔体气压等条件的调节得
到不同工艺条件下的氮化硅薄膜 。通过 A FM 检测
( J i an gs u Provi nci al Key L aboratory of Photonic an d Elect ronic M ateri als S cience an d Technolog y , De p a rt ment of Physics , N an j i n g U ni versit y , N an j i n g 210093 , Chi na)
实验与原理11pecvd法生长氮化硅薄膜的原理pecvd法生长氮化硅薄膜是利用非平衡等离子体的一个重要特性即等离子体中的分子原子离子或激活基团与周围环境相同而其非平衡电子则由于电子质量很小其平均温度可以比其他粒子高12个数量级因此在通常条件下引入的等离子体使得沉积反应腔体中的反应气体被活化并吸附在衬底表面进行化学反应从而能在低268micronanoelectronictechnologyvo147no5温下生长出新的介质薄膜
氮化硅薄膜具有高介电常数 、高绝缘强度 、漏 电低 、抗氧化等优良的物理性能 。作为钝化 、隔 离 、电容介质等 , 广泛应用于微电子工艺中 , 例如 MOSF E T , H EM T 等[3 ] 。另外氮化硅薄膜还具有 优良的机械性能和良好的稳定性 , 在新兴的微机械 加工工艺中的应用也越来越广泛[4 ] 。于映等人[5 ] 对 采用 P ECVD 法在基体 (100) 和石英片上制备的 氮化硅薄膜的弹性系数和硬度等进行测试与分析 。 王大 刚 等 人[6 ] 对 在 n 型 ( 111 ) 单 晶 硅 片 上 用 P ECVD 法制备的氮化硅薄膜的耐磨性进行了研究 并得出相关结论 。目前的氮化硅薄膜沉积方式有反 应溅射法 、热化学 CVD 法 、等离子 CVD 法以及 P ECVD 法等 。用 P ECVD 技术制备的氮化硅薄膜 , 具有沉积温度低 、均匀性好 、台阶覆盖性强的优 点[7] 。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究1. 引言1.1 背景介绍PECVD氮化硅薄膜是一种重要的薄膜材料，广泛应用于半导体领域、光电子器件和微电子器件中。
氮化硅薄膜具有优异的光学、电学和机械性能，具有很高的化学稳定性和耐热性，因此在微电子工业中具有广泛的应用前景。
随着半导体器件尺寸的不断缩小和功能的不断提高，对PECVD氮化硅薄膜的性能和工艺要求也越来越高。
传统的PECVD氮化硅薄膜制备工艺通常采用硅烷和氨气作为前驱物质，在高温和低压条件下沉积在衬底表面上。
由于氨气具有毒性和爆炸性，并且在制备过程中易产生氢气等副产物，对环境和人员健康造成威胁。
研究人员开始探索其他替代性氮源气体，如氮气等，以提高PECVD氮化硅薄膜的制备效率和质量，并减少对环境的影响。
本文旨在探究PECVD氮化硅薄膜的制备工艺、性质分析、影响因素、优化工艺以及未来应用展望，以期为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
1.2 研究目的研究目的：本研究旨在深入探究PECVD氮化硅薄膜的性质及制备工艺，分析影响其性质的因素，为优化PECVD氮化硅薄膜的制备工艺提供理论依据。
通过对氮化硅薄膜在不同条件下的特性和性能进行研究，探讨其在光电子、微电子领域的潜在应用，为相关领域的科学研究和工程应用提供参考和指导。
通过本研究的开展，希望能够深化对PECVD氮化硅薄膜的认识，并为该材料的制备工艺和性能优化提供新思路和方法。
通过对未来应用展望的探讨，为相关领域的发展方向提供启示，促进氮化硅薄膜在光电子、微电子等领域的进一步研究和应用。
2. 正文2.1 PECVD氮化硅薄膜的制备工艺PECVD氮化硅薄膜的制备工艺是一项关键的研究内容，其制备过程必须严格控制以确保薄膜质量和性能。
通常，制备工艺包括以下几个步骤：首先是前处理步骤，包括基板清洗和表面处理。
基板清洗可以采用溶剂清洗、超声清洗等方法，以去除表面的杂质和污染物。
表面处理可以采用氧等离子体处理、氢气退火等方法，以改善基板表面的粗糙度和亲水性。
lpcvd氮化硅薄膜的加工尺寸
lpcvd氮化硅薄膜的加工尺寸LPCVD（Low-Pressure Chemical Vapor Deposition）氮化硅薄膜是一种常用的薄膜加工技术，广泛应用于微电子、光电子、光纤通信等领域。
氮化硅薄膜的加工尺寸涉及到薄膜的厚度、尺寸以及表面形貌等方面。
首先，氮化硅薄膜的厚度是关键的加工参数之一。
氮化硅薄膜的厚度通常取决于所需的应用和性能要求。
对于微电子器件，在集成电路制造中，通常要求氮化硅作为绝缘层或隔离层，其厚度一般在几百纳米到几微米之间，比较常见的厚度为500纳米到2微米。
对于光电子器件，氮化硅可以用作光波导层，其厚度范围可以更大，一般从几百纳米到几微米不等。
其次，氮化硅薄膜的尺寸通常是通过衬底的尺寸或者模板的尺寸来决定的。
对于光纤通信中的氮化硅薄膜，常见的尺寸为直径为125微米或者250微米的光纤，其上的氮化硅薄膜的尺寸一般与光纤直径相当。
而对于微电子器件中的氮化硅薄膜，衬底的尺寸会决定氮化硅薄膜的尺寸。
常见的衬底材料有硅衬底、石英衬底等，其尺寸一般在几厘米到几十厘米不等，而氮化硅薄膜的尺寸则与衬底尺寸保持一致。
最后，氮化硅薄膜的表面形貌也是加工尺寸的一个重要方面。
氮化硅薄膜的表面形貌对于器件的性能具有重要影响。
常见的氮化硅薄膜表面形貌包括平滑表面、粗糙表面等。
平滑的表面形貌通常要求在加工过程中进行优化，通过控制衬底表面的处理和薄膜生长条件等来实现。
而粗糙的表面形貌则可以通过调节生长条件等实现，可以用于一些特定的光学器件或者传感器等应用。
在LPCVD氮化硅薄膜的加工过程中，尺寸的控制是非常重要的。
由于LPCVD氮化硅薄膜是通过化学气相沉积技术得到的，相比其他加工方法，具有较高的均匀性和纵向膜厚均匀性，能够实现较大尺寸的薄膜制备。
通过合适的生长条件和参数，可以灵活控制薄膜的尺寸，满足不同应用需求。
总体而言，LPCVD氮化硅薄膜的加工尺寸涉及到薄膜的厚度、尺寸以及表面形貌等方面，可以根据应用需求和性能要求进行灵活调整和控制。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD氮化硅薄膜是一种常用的薄膜材料，具有多种优异的性质，广泛应用于半导体、光电子等领域。
本文主要研究PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺。
PECVD氮化硅薄膜具有较高的耐热性和化学稳定性。
在高温下，氮化硅薄膜能够保持结构和性质的稳定，不易发生松散和脱附现象。
化学稳定性表现为氮化硅薄膜能够抵御多种酸、碱和溶剂的侵蚀，保持较好的化学性质。
PECVD氮化硅薄膜具有良好的电学性能。
氮化硅薄膜具有较高的比电容和低的介电常数，可用于制备高性能的电容器和绝缘层。
氮化硅薄膜还具有较高的击穿电压和较低的漏电流密度，有利于提高器件的可靠性和稳定性。
PECVD氮化硅薄膜可实现较好的光学性能。
氮化硅薄膜具有较高的折射率，可用于光波导和反射镜等光电子器件的制备。
氮化硅薄膜在可见光和红外光波段具有较高的透过率，可应用于透明导电膜和太阳能电池等领域。
氮化硅薄膜的工艺研究主要包括沉积温度、气体流量和沉积时间等方面。
沉积温度是影响氮化硅薄膜性质的重要参数。
较高的沉积温度有利于氮化硅薄膜的致密化和结晶化，但过高的温度会引起膜层应力和晶粒长大。
气体流量主要影响薄膜的化学组成和成分均匀性。
适当的气体流量可以实现理想的薄膜组成和均匀性，但过高或过低的流量都会导致薄膜性能的下降。
沉积时间则决定了薄膜的厚度和沉积速率，需要根据具体应用要求进行调节。
PECVD氮化硅薄膜具有多种优异的性质，包括耐热性、化学稳定性、电学性能和光学性能。
工艺研究可以通过调节沉积温度、气体流量和沉积时间等参数来实现理想的薄膜性质。
这些研究将为氮化硅薄膜在半导体、光电子等领域的应用提供重要的基础和支持。
氮化硅薄膜材料的PECVD制备及其光学性质研究
目录1引言-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------错误！未定义书签。
1.1氮化硅的特性-----------------------------------------------------------11.2氮化硅的制备方法----------------------------------------------------------------------------------------21.2.1常压化学气相沉积(APCVD)--------------------------------------------------------------------21.2.2低压化学气相沉积(LPCVD)--------------------------------------------------------------------21.2.3等离子体增强化学气相沉积(PECVD)------------------------------------------------------31.3氮化硅薄膜PECVD制备的特点-----------------------------------------------------------------------4 2实验-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------42.1实验仪器的介绍-------------------------------------------------------------------------------------------42.2PECVD法制备氮化硅薄膜的原理----------------------------------------52.3实验方法------------------------------------------------------------53 实验结果与讨论-------------------------------------------------------------------------------------------------5 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------------------10氮化硅薄膜材料的PECVD制备及其光学性质研究摘要：等离子增强型化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition , PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法，本文详细探讨了对氮化硅薄膜PECVD制备的方法、原理以及制备过程,成功生长了质量较好的氮化硅薄膜,并用紫外-可见光光谱仪研究了沉积薄膜的表面形貌及其光学带隙,得出氮化硅薄膜相关的光学特性,结果表明,氮气流量对薄膜的光学带隙影响较大,制备的薄膜主要为富硅氮化硅薄膜。
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实验 采用 的设 备 是 Ｔ Ｅ Ｍ Ｏ公 司生 产 的 Ｈ Ｒ Ｃ
Ｔ ９０ ＭＸ ００型 水 平 式 Ｌ Ｃ Ｄ 炉 管 。这 种 水 平 式 ＰＶ Ｌ Ｃ Ｄ炉 管 的优 点 是有 良好 的经 济 性 ， 量 大 ， ＰＶ 产
均一 性好 和容纳大尺 寸 晶片 （ １０ ｍ） 能力 。 如 ５ｍ 的
摘
要
氮化硅薄膜在半导体器件制造、 薄膜加工、 Ｅ Ｓ中有着广泛的应用。利用低压化学气相 ＭＭ
淀积（ Ｐ Ｖ ） Ｌ Ｃ Ｄ 技术 ， ８０Ｃ温度下， 在 ０￣ 不同的工艺气体流量比生成的氮化硅 薄膜， 薄膜成份 中的硅 氮 其 比会 有不 同， 成薄膜 特性 也不 同。通 过 测试 氮化 硅 薄膜 在 缓 冲腐蚀 液 （ Ｏ 中的腐蚀 速 率 ， 造 Ｂ Ｅ） 来推 定
生 长 温 度 。然 而 ， 化 硅 可 以 用 中 温 （ ０ ￣ 氮 ８ ０Ｃ） Ｌ Ｃ Ｄ的方法或 者 低 温 （ ０ ￣ Ｐ Ｃ Ｄ法淀 积 。 ＰＶ ３ ０Ｃ） Ｅ Ｖ Ｌ Ｃ Ｄ法可获 得 完 全 的 化 学 组 成 Ｓ， 密 度 较 ＰＶ ｉＮ ，
高 ２ ９— ．ｇ ｃ 可提 供 一 个较 好 的掩 蔽层 ， ． ３ １／ ｍ ， 防
义。
释 的惰性 气 体 引入 反 应室 。实 验 中采 用 Ｓｌ Ｃ２ ｉ Ｉ 和Ｎ ， Ｈ 作为反 应气体 ，： 为惰 性气 体 ； Ｎ作 ２ 气体 物质 向衬底 方 向流动 ； ）
３ 衬底 吸收反应物 ； ） ４ 被 吸附的原子迁 移进行 成膜 化学反 应 ； ）
利用 氮化 的方 法 （ 氨 气 ） 长 氮化 硅 相 当 如 生 困难 ， 其主要 原 因是 生 长速率 太慢 ， 需要很 高 的 且
５ 反应 的气 体 副 产 品 被 排 出反 应 室 。驱 动 ）
反应 的能 量 有 几 种 方 法 提 供 （ 如 热 ， 子 ， 例 光 电
子 ） 热能最 常用 。 ，
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非常接近 于） 晶片表面 （ 异相反应 Ｈ ｔ ｏｅ ｅｕ － ｅ ｒｇｎｏｓｒ ｅ ｅ
第 ２ 卷第 ２ ８ 期 ２ １ ６月 ００年
蔓 威 舔 榘 避谢
ＪＣ Ｉ ＨＥ ＮＧＤＩ ＡＮＬＵ Ｏ Ｔ ＮＧＸＵＮ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １２８ ２
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ ０
Ｌ Ｃ Ｄ氮 化 硅 薄 膜 工 艺 研 究 ＰＶ
高 博
（ 中国兵器工 业第 ２４研 究所 １ 蚌埠 ２３４ ） ３０２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
于淀积温度低 ， 适合在制作完成 的器件上淀积最 后的保护层。其抗刮性 极佳 ， 适合作为防止水和
钠离 子扩散 至器件 的保 护 材 料 ， 里 只对 Ｌ Ｃ Ｄ 这 ＰＶ 制备 的氮化硅 薄膜 进行 研究 分析 。
为它只在 加热炉 里有选择性地发 生 ， 生成 的膜质量 好 。而同相反应 是不希望发生 的 ， 因为它 们形成 淀 积 物气相 团 ， 附着性不好 ， 导致 密度低 ， 缺陷多 。另 外， 同相反应 还消 耗反应 物 ， 降低 了淀 积速 率 。因
械保 护层 ， 别 是 塑 料 封 装 的 器 件 ；） 为 硅 选 特 ２作 择性 氧化 的掩 膜 ； ） 为 ＭＯ ３作 Ｓ器件 中 的栅 介 质 。 氮化硅介 电常数 高 ， 使 它 在层 间绝 缘应 用 上较 这
缺 乏 吸 引 力 ．ｊ 导 电层 间 产 生 了 较 大 的 电容 。 １为 、 ｉ 良好 的氮 化 硅 薄 膜 对 集 成 电路 制 造 有 着 重 要 意
氮化硅 所含 硅 氮成分 ， 寻找 出适合 生产 的最佳 工艺条件 。
关键 词
低 压化 学 气相 淀积 （ Ｐ Ｖ 氮化硅 Ｌ Ｃ Ｄ）
均 匀性
１ 引 言
氮化硅 膜是非 晶绝 缘物 质 ， Ｖ Ｓ 制作 中有 在 ＬＩ
三个 主要用 途 ：） 为集 成 电路 的最终 钝 化 和机 １作
此 ，Ｐ Ｖ Ｌ Ｃ Ｄ应用 的化 学反 应 的一 个重 要 特 征 是异
２ 工 艺 步骤
Ｌ Ｃ Ｄ工艺 生成 氮化 硅 的主要工 艺步骤 ： ＰＶ
相反应超过 同相反应 的程度 。Ｌ Ｃ Ｄ工艺 步骤 可 ＰＶ
总结 为气 相过程 和表 面过程两个 步骤 。
第８第 期 ２ ２ 卷
３ 实验及 数据分 析
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变 化 时 ， 化 硅 薄 膜 成 份 也发 生 了细 微 的变 化 。 氮 由于缺 乏必 要 的设 备仪 器无法 直接测 出氮化 硅薄 膜 成份 ， 通过 采用 测试 Ｂ Ｅ腐蚀 氮化 硅速 率 的方 Ｏ
法 来推定 氮化硅 薄膜 的主要成 份 。国际公认 氮化
止水 和钠离 子 的扩 散 ， 于 覆 盖器 件 ，Ｅ Ｖ 用 Ｐ Ｃ Ｄ法 无法 获得正 确化学 组成 ， 密度 ２４—２ ８／ｍ ， ． ．ｇｃ 由
ａｔ ｎ ， ｃｏ ） 还会在气相 中（ ｉ 同相 反应 ，ｏ ｅｅｅｕ ｅ ｈ ｍ ｇｎｏ ｓｒ－ ａｔ ｎ 。Ｌ Ｃ Ｄ工 艺 希望 发 生 的是 异 相 反 应 ， ｃｏ） Ｐ Ｖ ｉ 因
初始 化一 安全设定一 升 温一 进 舟一前 清 洗一
泵 抽一检 漏一 稳定 一 淀积 （ 积时 间根 据 工 艺 规 淀
范要 求确定 ） 泵抽一后 清洗一 冲 氮一 出舟 。 一
其 中最 重要 的是 淀积 中 的气 体 反应 过程 ， 一 般 可概括 为以下步骤 ： １ 给定 组成 （ ） 和流 量 ） 的反 应 气 体 和 用来 稀
硅 薄 膜 在 Ｂ Ｅ腐 蚀 液 中 的腐 蚀 速 率 一 般 接 近 Ｏ
１． ｍ ｎ 以 １／ ｍ ｎ为 Ｓ３ ４ Ｂ Ｅ中 的基本 ０ ￣ ／ ｉ。 ０ｋ ｉ ／ ｉ 在 Ｏ Ｎ
主 要 缺 点 是 易 于 受 微 粒 污 染 ， 积 速 率 低。 淀
Ｌ Ｃ Ｄ氮 化硅 由 Ｓｌ Ｃ２和 Ｎ ３在 ７ ０— ０ ＇ ＰＶ ｉ２１ Ｈ ０ ８ ０１ ２ 间反 应生成 ， 整个反 应 的化 学反 应式 如下 ：