PECVD氮化硅.ppt

材料与器件 ---薄膜生长工艺的研讨 PECVD法氮化硅薄膜生长工艺的研究 摘要:采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),在单晶硅衬底(100)上成功制备了不同生长工艺条件下的氮化硅薄膜。分别采用XP-2台阶仪、椭圆偏振仪等手段测试了薄膜的厚度、折射率、生长速率等参数。并采用原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的表面形貌。结果表明,温度和射频功率是影响薄膜生长速率的主要因素,生长速率变化幅度可以达到230nm/min甚至更高。对于薄膜折射率和成分影响最大的是NH3流量,折射率变化范围可以达到217～1186。分析得出受工艺参数调控的薄膜生长速率对薄膜的性质有重要影响。 关键词:等离子体增强化学气相沉积法;氮化硅薄膜;生长速率;折射率;硅衬底 氮化硅薄膜Si3N4 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MOSFET,HEMT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。 CVD化学气相沉积 CVD(Chemical Vapor Deposition）原理 CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积），指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。 PE CVD等离子体增强化学气相沉积 PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法 PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。为了使化学反应能在较低的温度下进行，利用了等离子体的活性来促进反应，因而这种CVD称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD） 实验、测算仪器 台阶仪：正确名称应该是表面轮廓仪可以用探针把待测物体表面的相对高度给出来~~~由于常用于测量台阶——比如测量所镀膜的厚度那种，故也称为台阶仪！ 椭圆偏振仪：椭圆偏振技术是一种多功能和强大的光学技术，可用以取得薄膜的介电性质（复数折射率或介电常数）。椭圆偏振是一个很敏感的薄膜性质测量技术，且具有非破坏性和非接触之优点。它已被应用在许多不同的领域，从基础研究到工业应用，如半导体物理研究、微电子学和生物学。 AFM原子力显微镜 AFM全称Atomic Force Microscope，即原子力显微镜，它是继扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope） 之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器，可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测，或者直接进行纳米操纵；现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中，成为纳米科学研究的基本工具. 几种PECVD装置 图（a）是一种最简单的电感耦合产生等离子体的PECVD装置，可以在实验室中使用。 图（b）它是一种平行板结构装置。衬底放在具有温控装置的下面平板上，压强通常保持在133Pa左右，射频电压加在上下平行板之间，于是在上下平板间就会出现电容耦合式的气体放电，并产生等离子体。 图（c）是一种扩散炉内放置若干平行板、由电容式放电产生等离子体的PECVD装置。它的设计主要为了配合工厂生产的需要，增加炉产量 实验与原理 实验与原理---PECVD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1～2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,从而能在低温下生长出新的介质薄膜。如通常需要800℃以上才能生长的氮化硅薄膜,用PECVD法只需250～300℃就能生长,而沉积反应中的副产物则被解吸出来并随主气流由真空泵抽出反应腔体。这是目前唯一能在低温条件下生长氮化硅的CVD工艺。由以下3种反应能生长出氮化硅薄膜3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2 (1) 3SiHCl4+4NH3→Si3N4+12HCl (2) 3SiH2Cl2+4NH3→Si3N4+6HCl+6H2 (