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集成电路制造中氮化硅薄膜的制备与性能优化随着现代科技的不断发展，集成电路作为现代科技的核心实现器，扮演着极为重要的角色。
而在集成电路制造过程中，薄膜技术是不可或缺的一环。
氮化硅薄膜则是其中的重要一种，具有许多优异特性，被广泛应用于集成电路制造中。
本文将分析氮化硅薄膜的制备及性能优化。
一、氮化硅薄膜的制备氮化硅薄膜的制备通常采用化学气相沉积（CVD）技术。
CVD技术是利用气态前体物在高温下分解并反应生成薄膜的一种方法。
在氮化硅薄膜制备中，常用的气态前体物有三氯化氮、氨气、硅烷和氮气等。
其中，三氯化氮和氨气混合气体是制备氮化硅薄膜的一种重要材料。
氮化硅薄膜的制备过程分为三个主要阶段，即前驱体分解阶段、部分氮化阶段和全氮化阶段。
在前驱体分解阶段，混合气体被输入至反应室中，在高温下分解，生成氮、氢、氯、硅等活性物质。
在部分氮化阶段，反应室内的活性氮与硅相互作用，形成氮化硅物种。
在全氮化阶段，氮化硅物种在反应室内不断增长，形成氮化硅薄膜。
氮化硅薄膜的生长速率随反应温度的升高而增加，通常在1000~1100°C下生长，生长速率可达到0.2~1μm/min。
同时，氧气对氮化硅的腐蚀性很强，因此氧气通量要尽可能小，一般在几乎没有氧气的条件下进行。
二、氮化硅薄膜的性能优化氮化硅薄膜具有诸多优异特性，例如优良的化学稳定性、高的绝缘性能、优异的氧化和饱和化学修饰能力等。
为了进一步提高氮化硅薄膜的性能，必须进行充分的研究和优化。
1. 晶格匹配性优化氮化硅薄膜是由氮化硅晶体生长而成，晶格常数与衬底的晶格常数有所不同，这就导致氮化硅薄膜会产生应力。
应力会影响薄膜的物理性质，如抗剥落性和承载能力等。
为了优化氮化硅薄膜的性能，研究人员通常会通过晶体表面制备氮化硅薄膜，以获得更好的晶格匹配性能。
2. 控制涂层厚度在制造集成电路时，涂层厚度必须精确控制。
氮化硅薄膜的厚度控制对于集成电路的性能有重要影响。
通常，人们通过控制气相沉积时的反应条件，如反应时间、反应温度、反应气体流量等，以控制氮化硅薄膜的厚度。
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。
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。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）氮化硅薄膜是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于微电子行业中。
本文将对PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺进行研究，并介绍其应用领域。
1. 化学性质：PECVD氮化硅薄膜的主要成分是硅和氮，其中硅的含量较高，常常超过50%。
氮化硅薄膜具有良好的化学稳定性，能够抵抗化学物质的侵蚀，具有较高的抗蚀性能。
2. 电学性质：PECVD氮化硅薄膜具有较高的绝缘性能，具有良好的电气绝缘性。
该薄膜的介电常数较低，一般在3-7之间，这使得氮化硅薄膜广泛应用于电子元件的绝缘层。
3. 机械性质：PECVD氮化硅薄膜具有较好的机械强度和硬度，可以在一定程度上提高基片的机械强度。
氮化硅薄膜还具有较高的抗剥离性，表面较为光滑。
4. 光学性质：PECVD氮化硅薄膜具有较高的光透过率，在可见光和近紫外光波段都具有较好的透过性。
氮化硅薄膜对紫外线的吸收较低，透明性较好，因此在光学元件中有广泛的应用。
PECVD氮化硅薄膜的制备工艺通常包括以下几个步骤：1. 基片处理：需要对基片进行清洗处理，以去除表面的杂质和有机物，使得基片表面干净、平整。
2. 薄膜沉积：在PECVD沉积装置中，以硅源气体（如SiH4）和氮源气体（如N2）为原料，通过高频电源激活气体产生等离子体。
然后将基片放置在等离子体上方，使得气体中的反应物与基片表面发生化学反应并沉积成薄膜。
3. 后处理：完成薄膜沉积后，对薄膜进行后处理，如退火、氧化等，以提高薄膜的化学性能和结构性能。
三、PECVD氮化硅薄膜的应用领域PECVD氮化硅薄膜由于其良好的绝缘和机械性能，以及较高的光透过性，因此在微电子行业中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 电子器件绝缘层：PECVD氮化硅薄膜可作为电子器件的绝缘层和封装层，用于提高器件的绝缘性能和机械强度。
在CMOS中，氮化硅薄膜可用作电阻层和高频电容器的绝缘层。
文章编号：1005-5630(2019)03-0081-06DOI : 10.3969/j.issn.1005-5630.2019.03.013PECVD 氮化硅薄膜性质及工艺研究李 攀1，张 倩2，夏金松1，卢 宏1（1．华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074；2．武汉晴川学院，湖北 武汉 430204）摘要：为了制备高质量氮化硅薄膜，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行氮化硅的气相沉积，讨论了工艺参数对薄膜性能的影响，验证设备工艺均匀性和批次间一致性。
通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜，并检测薄膜应力，对工艺进行了优化，探索最佳的高低频切换时间。
研究了PECVD 氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质，制备出了致密的氮化硅薄膜。
研究结果表明，PECVD 氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点，为其在光学等领域的应用打下了基础。
关键词：半导体材料；氮化硅薄膜；等离子增强化学气相沉积(PECVD)中图分类号：TN304.6 文献标志码：AProperties and preparation of low stress SiN x film by PECVDLI Pan 1，ZHANG Qian 2，XIA Jinsong 1，LU Hong1（1. Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2. Wuhan Qingchuan University, Wuhan 430204, China ）Abstract: In this paper, silicon nitride deposition process was carried out by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The influence of processing parameters on PECVD film properties were discussed. In conclusion, it was convenient to obtain low stress SiN x film by controlling the switching time of high and low frequencies respectively; dense high quality SiN x films with low tensile stress can be grown. The results showed that PECVD silicon nitride had the characteristics of small thickness deviation and stable refractive index, which establishes a foundation for its application in optics.Keywords: semiconductor material ；silicon nitride film ；plasma enhanced chemical vapor deposition收稿日期 ：2018-07-16基金项目 ：国家自然科学基金(61335002)作者简介 ：李 攀(1986—)，男，工程师，研究方向为成膜与刻蚀。
PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD氮化硅薄膜是一种广泛应用于微电子器件的材料，具有优异的光学、电学和机械性能。
其制备工艺对于薄膜的性质和应用具有重要影响。
本文将针对PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺进行研究，通过实验和分析，深入探讨其特性和制备过程，为其在微电子领域的应用提供参考和指导。
PECVD氮化硅薄膜是利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺制备的一种薄膜材料。
其制备工艺主要包括原料气体配比、沉积温度、沉积压力、功率密度和沉积时间等因素。
1. 原料气体配比：PECVD氮化硅薄膜的主要原料气体为硅源气体和氮源气体，一般采用硅烷（SiH4）和氨气（NH3）作为原料气体。
合理的原料气体配比对于薄膜的质量和性能具有重要影响，通常SiH4/NH3的流量比决定了薄膜中Si-N键的含量，影响其光学和机械性能。
2. 沉积温度：沉积温度是影响薄膜结晶度和致密度的重要因素。
一般情况下，较高的沉积温度有利于薄膜的致密化和结晶化，但过高的温度可能导致薄膜的应力增大和损伤。
4. 功率密度：等离子体的激发对于薄膜的成核和生长起到关键的作用，而功率密度则是影响等离子体激发的重要因素。
适当的功率密度有利于等离子体的稳定激发和沉积速率的控制。
5. 沉积时间：沉积时间直接影响薄膜的厚度和沉积速率，对于所需薄膜的厚度和性能有重要影响。
合理的沉积时间是保证薄膜质量和性能的关键因素。
二、PECVD氮化硅薄膜的性质分析1. 光学性质：PECVD氮化硅薄膜具有良好的光学性能，其折射率和透过率可以根据材料成分和制备工艺进行调控。
一般情况下，其折射率在1.7-2.0之间，透过率在80%以上，具有较好的光学透明性。
2. 电学性质：PECVD氮化硅薄膜具有优异的电学性能，其绝缘性能良好，介电常数和介电损耗角正切均较低。
这使得其在微电子器件中具有良好的绝缘和介质隔离性能。
3. 机械性质：PECVD氮化硅薄膜具有较高的硬度和强度，其耐磨损性和抗划伤性良好，适合用于保护性薄膜和功能薄膜的应用。
氮化硅薄膜光学性质的研究摘要：氮化硅薄膜具有优良的光学性能，常用作太阳能电池表面的减反射材料。
采用传统的退火炉和快速热退火炉进行了不同时间和温度下的退火比较，并研究了退火对薄膜光学性能的影响。
研究发现：氮化硅薄膜经热处理后厚度降低，折射率先升高后降低。
关键词：太阳能电池；氮化硅薄膜；热处理引言由于有着良好的绝缘性，致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体工艺中。
人们同时发现，在多晶硅太阳电池表面生长高质量氮化硅薄膜不仅可以十分显著地提高多晶硅太阳电池的转换效率，而且还可以降低生产成本。
作为一种减反射膜，氮化硅不仅有着极好的光学性能(λ =6 3 2 ． 8 n m时折射率在 1 . 8 ～2． 5之间，而最理想的封装太阳电池减反射膜折射率在 2 ． 1 ～2． 2 5 之间) 和化学性能，还能对质量较差的硅片起到表面和体内钝化作用，提高电池的短路电流。
因此，采用氮化硅薄膜作为晶体硅太阳电池的减反射膜已经成为光伏界的研究热点。
1 . 氮化硅薄膜的光学性质1 .1实验本实验采用2cm×2cm×400um的单面抛光的P型<100>Cz硅片，在沈阳科仪中心PECVD400型真空薄膜生长系统中生长氮化硅薄膜。
氮化硅薄膜制备过程如下：实验前使用乙醇和丙酮超声清洗样品15min以去除油污，然后用1号液(H20：H202：NH3·H20=5：1：1)和2号液(H20：H2O2：HCl=5：1：1)清洗，最后再使用5％稀氢氟酸(HF)漂洗5min以去除氧化层，去离子水洗净烘干后放人反应室。
采用硅烷(10％氮气稀释)和高纯氨气作为反应气体沉积氮化硅薄膜，其中沉积薄膜的生长参数如下：气体流量为硅烷30sccm、氨气60sccm、工作气压30Pa、射频频率 13．5MHz、沉积时间10min。
沉积薄膜后，采用传统的退火炉和新兴的快速热退火炉进行了氩气保护下不同时间和温度下的退火比较，并测试了薄膜退火前后的厚度、折射率。
第38卷，增刊 红外与激光工程 2009年11月 V ol.38 Supplement Infrared and Laser Engineering Nov. 2009收稿日期：2009-09-00基金项目：国家“863”计划项目：用于可重构分插复用具有波长处理机制的平面光集成解复用接收器件的研究(2007AA03Z418); 教育部“长江学者和创新团队发展计划”资助（IRT0609）; “高等学校学科创新引智计划”（简称“111计划”）第二批建设项目作者简介：张檀威（1985-），男，四川南充人，硕士，主要从事光通信器件方面的研究。
Email: ztw1985@导师简介：黄辉（1974-），男，教授，博士生导师，主要从事光通信器件及半导体材料方面的研究。
Email: huihuang@PECVD 法沉积氮化硅薄膜性质工艺实验研究张檀威，黄 辉，蔡世伟，黄永清，任晓敏（北京邮电大学 信息光子学与光通信教育部重点实验室，北京 100876）摘要：使用新型HQ-3型等离子体增强化学气相沉积（PECVD ）设备在硅片（100）上沉积了氮化硅（SiNx ）薄膜。
在实验过程中系统地改变沉积的工艺参数（例如生长温度，射频功率，沉积时间以及反应气体流量比）。
对实验所得氮化硅薄膜样品进行厚度和折射率的测试，根据测试结果讨论了上述工艺参数对氮化硅薄膜的性能影响（如生长速率以及折射率），最终通过对工艺参数进行优化获得了性能良好的氮化硅薄膜。
关键词：PECVD ；氮化硅；薄膜；工艺参数中图分类号：TN305.8 文献标识码：A 文章编号：1007-2276(2009)增B-0150-04Technology for silicon nitride thin film grown by PECVDZHANG Tan-wei, HUANG Hui, CAI Shi-wei, HUANG Yong-qing, REN Xiao-min(Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications Ministry of Education,Beijing University of Posts andTelecommunications, Beijing 100876, China)Abstract: Silicon nitride thin films were experimentally grown on silicon (100) by using PECVD. Growth parameters were changed in a series of experiments (for instance, growth temperature, RF power, growth time and gas flow rate). The silicon nitride thin film samples were tested to obtain the thickness and refractive index. The effect of above parameters on the quality of the silicon nitride thin film (for instance, growth velocity and refractive index) is discussed. Silicon nitride thin film with high quality is grown by optimizing the growth parameters.Key words: PECVD; Silicon nitride; Thin film; Growth parameters0 引 言氮化硅是物理、化学性能十分优良的功能材料，它具有良好的介电特性(介电常数低、损耗低)以及高绝缘性。
收稿日期:2008-09-12. 基金项目:教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(200611AA03).材料、结构及工艺氮化硅薄膜的沉积速率和表面形貌张广英1,吴爱民1,秦福文1,公发全2,姜 辛1,3(1.大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,辽宁大连116024;2.大连化学物理研究所,辽宁大连116023;3.德国锡根大学材料工程学院,德国锡根57056)摘 要: 采用电子回旋共振2等离子体增强化学气相沉积(ECR 2PECVD )技术,以氮气为等离子体气源,5%硅烷(Ar 稀释)为前驱气体,在玻璃衬底上低温制备了氮化硅薄膜。
利用偏振光椭圆率测量仪、原子力显微镜(A FM )等测试技术分析探讨了硅烷流量(5～50cm 3)、沉积温度(150～350℃)以及微波功率(500～650W )等对SiN 薄膜沉积速率及表面形貌的影响。
结果表明:沉积速率随着硅烷流量和微波功率的增加而增加(最高达到11.07nm/min ),随着衬底温度的增加而降低,在温度为350℃时降低到2.44nm/min 。
薄膜的粗糙度随着衬底温度和微波功率的增加而降低,粗糙度最低为0.89nm ,说明薄膜的表面质量较高。
关键词: ECR 2PECVD ;氮化硅薄膜;沉积速率;表面形貌中图分类号:TN304.054 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)04-0558-04Deposition R ate and Surface Topography of SiN FilmsZHAN G Guang 2ying 1,WU Ai 2min 1,Q IN Fu 2wen 1,GON G Fa 2quan 2,J IAN G Xin 1,3(1.State K ey Lab.of Materials Modif ication by Laser ,Ion and E lectron B eams ,Dalian U niversity of T echnology ,Dalian 116024,CHN;2.Dalian I nstitute of Chemical Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Dalian 116023,CHN;3.Institute of Materials E ngineering ,Siegen U niversity ,Siegen 57076,GER )Abstract : The silicon nit ride films were deposited at low deposition temperat ure by electron cyclotron reso nance 2plasma enhanced chemical vapor deposition (ECR 2PECVD )technique on glass subst rate by applying p ure nit rogen as t he plasma gas source and 5%silane (Ar dilute )as t he precursor gas.The deposition rate ,refractive index and surface topograp hy of SiN films were st udied by ellip somet ry and A FM.Result s show t hat t he depo sition rate increases wit h t he silicon gas flow and microwave power increasing ,and decreases wit h t he subst rate temperat ure increasing.The maximal depo sitio n rate is 11.07nm/min.The minimal depo sition rate of 2.44nm/min is achieved at t he subst rate temperate of 350℃.Wit h t he deposition temperat ure and microwave power increasing ,t he roughness of silicon nit ride films decreases wit h t he minimal value is 0.89nm.K ey w ords : ECR 2PECVD ;SiN films ;depo sition rate ;surface topograp hy0 引言近年来,用PECVD 技术制备氮化硅薄膜并应用于太阳电池的课题越来越引起人们的关注[122]。
作为一种重要的新型功能材料,氮化硅薄膜具有优良的光学性能、电学性能和化学稳定性能[3]。
在太阳电池中,氮化硅薄膜由于它的优良的光学性能,可以作为一种很好的减反射材料,以减少入射太阳光的损失,提高电池的效率。
同时,氮化硅薄膜也可以对太阳电池起到表面和体内的钝化作用,提高电池・855・的短路电流[425]。
传统制备氮化硅薄膜技术(CVD)存在沉积温度高的缺点,我们采用电子回旋共振2等离子体增强化学气相沉积(ECR2PECVD)技术以降低薄膜沉积温度。
ECR2PECVD技术具有高离子密度、低离子温度、对基板轰击能量低、沉积温度低等优点[628]。
在本文中,我们对不同工艺下ECR2PECVD低温制备的氮化硅薄膜的沉积速率和表面形貌进行了探讨。
1 实验采用ECR2PECVD技术,将高纯氮气直接通入微波ECR放电室激发等离子体,经氩气稀释的硅烷(V Ar∶V Si H4=19∶1)不直接参与等离子体放电,而是在等离子体下游区引入,被活性等离子体分解而在玻璃衬底上生成氮化硅薄膜。
实验前分别用丙酮和无水乙醇对玻璃衬底各超声清洗10min,以去除表面的油污及其他吸附杂质。
沉积薄膜前用氮等离子体对衬底进行氮化处理5min,以进一步清洁衬底表面并改善衬底生长表面质量。
生长薄膜后,利用偏振光椭圆率测量仪对不同工艺参数下SiN薄膜的折射率和膜厚进行了分析表征,进而研究不同工艺对薄膜光学性质及生长速率等的影响。
利用原子力显微镜(AFM)测试技术,研究了沉积条件对氮化硅薄膜的表面形貌等的影响。
2 结果和讨论2.1 硅烷流量对氮化硅薄膜性质的影响实验在功率为500W,温度为350℃,沉积时间为30min的条件下,固定氮气流量,硅烷流量从5 cm3增加到50cm3沉积了一系列氮化硅薄膜。
通常,在化学气相反应中,反应源气体的组成影响着薄膜的沉积速率,从而进一步影响薄膜的物理化学性质。
在本文中,随着硅烷流量的增加,薄膜的沉积速率几乎线性增加(如图1),而薄膜在波长为632.8 nm时的折射率却几乎未有明显变化(如图2)。
Kessels等人[9]报道了在Si H42N2反应系统中氮化硅薄膜的生长机理:Si H3原子基团先吸附在衬底表面上(此过程与形成Si膜的过程一致),然后处于激发态的N轰击薄膜表面的Si-Si键形成Si-N-Si键,从而形成SiN薄膜(成膜过程如图3所示)。
根据Kessels等人的报道,本实验中增加硅烷的流量,会有更多的Si H3原子基团吸附在衬底表面。
但是由图2可知,薄膜的折射率在1.8左右,说明氮化硅薄膜中氮的含量较高[10],所以在薄膜的表面反应中,过量的处于激发态的N一直轰击吸附在薄膜表面的Si H3原子基团而形成Si-N-Si键,使得薄膜的化学配比保持不变,因此薄膜的折射率保持在1.8左右(如图2)。
随着硅烷流量的增加,更多的原子基团吸附在衬底表面发生反应形成薄膜,则薄膜的沉积速率随着硅烷流量的增加而增加,生长速率最高达到11.07nm/min。
2.2 衬底温度和微波功率对氮化硅薄膜沉积速率的影响图4中(a)组样品是在微波功率为500W、固定氮气和硅烷的流量比、衬底温度从100℃逐渐增加・955・到350℃的条件下制备的,(b)组样品是在衬底温度为100℃、固定氮气和硅烷的流量比、微波功率从450W增加到700W的条件下制备的。
从图4中可以看出,沉积速率随着衬底温度的增加而降低,这是因为衬底温度的升高,提高了原子的活性,使得吸附原子被表面所吸附的能力下降,漂移率上升,较容易找到理想且稳定的位置进行聚结。
同时,在薄膜表面的Si原子基团的漂移速度增加,使得薄膜的致密度增加,因此薄膜的厚度变薄,沉积速率减少,在衬底温度为350℃时,沉积速率降低为2.44nm/min。
如图4所示,薄膜的沉积速率是随着微波功率的增加而增加的。
这主要是由于微波功率的增加,耦合给放电室的电子的能量增加,使得更多的N2和Si H4气体电离分解,单位时间内到达衬底表面的粒子流密度增加,使得沉积速率上升。
微波功率在650W时达到最大,为5.73nm/min。
当微波功率达到700W时,刻蚀速率变大,生长速率受阻,因此沉积速率开始下降。
图4 衬底温度和微波功率对氮化硅薄膜沉积速率的影响2.3 表面形貌分析薄膜的表面粗糙度关系着沉积薄膜的质量,高质量的薄膜不仅要求有最佳的化学组成和光学参数,还要求沉积薄膜的表面均匀、平整。
2.3.1 衬底温度对表面形貌的影响图5中的(a)和(b)样品分别是在沉积温度为150℃和350℃时制备的。
从图中可以看出,随着温度的升高,氮化硅薄膜的颗粒变细,平均粒径从44.61nm减小到34.80nm,薄膜的平均粗糙度也从1.88nm降到0.89nm。
这是由于随着衬底温度的增加,吸附在薄膜表面的原子基团的迁移速度增加,使得薄膜的间隙减少,致密度增加,因此薄膜的颗粒变细,粗糙度降低。
图5(b)中有个别颗粒异常增大的现象,我们初步推断是由于玻璃衬底的划痕造成的。
在玻璃衬底清洗过程中表面有局部划伤,在后续薄膜沉积过程中此处薄膜优先形核并长大,形成局部大颗粒区。
而在未有划伤表面沉积薄膜后未发现颗粒异常长大现象。
图5 不同沉积温度下氮化硅薄膜的A FM图2.3.2 微波功率对表面形貌的影响图6(a)和(b)是不同微波功率下所制备的氮化硅薄膜的A FM照片,可以看出,在微波功率为500 W时,所沉积的氮化硅薄膜平均粒径为43.86nm,平均粗糙度为1.45nm,颗粒比较大。
将微波功率从500W增大到650W后,薄膜的平均粒径减少到34.53nm,平均粗糙度减小到1.18nm,说明随着微波功率的增加薄膜的颗粒变细。
这主要是由于随着微波功率的增加,耦合给放电室的电子的能量增加,等离子体密度及相应的活性氮含量也增加[8],Si H4的分解也更充分,单位时间内到达衬底表面的粒子流密度增加,使得薄膜生长加快,颗粒变细。
