IC制程中氮化硅薄膜及相应氧化硅膜腐蚀工艺和机理研究

SiN薄膜纳米孔芯片制造工艺实验研究袁志山;蔺卡宾;杨浩杰;纪安平;沙菁;谢骁;倪中华;易红;陈云飞【摘要】针对第3代基因测序的需求，提出一种大规模的氮化硅薄膜纳米孔芯片制造技术．通过测量不同膜厚氮化硅薄膜的应力，选择适用于纳米孔制造的最佳厚度为100 nm．采用低压化学气相沉积、反应离子刻蚀和释放工艺制备出高成品率的氮化硅纳米薄膜芯片．在此基础上，使用聚焦离子束和高能电子束实现氮化硅薄膜纳米孔的制造．研究聚焦离子束刻蚀时间、电流与纳米孔直径的关系．实验结果表明，采用聚焦离子束将氮化硅薄膜的厚度减薄至40 nm以下时，制作纳米孔的效果更好．采用聚焦离子束制造的氮化硅薄膜纳米孔最小直径为26 nm，而采用电子束制备的最小直径可达3.5 nm．该方法为基于固体纳米孔的DNA测序检测提供了有力的支撑．%Aiming at the requirements of the third generation gene sequence technique,a fabrication method for large scale silicon nitride (SiN)film nanopore device is presented.First,100 nm is cho-sen as the optimal thickness suitable for fabrication of nanopore through measuring the stress of SiN nanofilms with different thickness.High yield SiN nanofilm chips are manufactured by using low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD),reactive ion etching (RIE)and release process. Then,focused ion beam (FIB )and high energy electron beam are used to manufacture SiN film nanopore on SiN nanofilm chips after process optimization.Relationships between FIB etching time, beam current and the diameter of nanopore are researched.The experimental results show that when the thickness of SiN is reduced to below 40 nm by FIB milling,the fabrication effect of nanopore is better.The minimum diametersof SiN film nanopore for FIB and electron beam are 26 and 3.5 nm, respectively.The proposed method provides strong support for DNA sequencing based on solid-state nanopore.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(046)005【总页数】5页(P977-981)【关键词】氮化硅;纳米孔;聚焦离子束;电子束【作者】袁志山;蔺卡宾;杨浩杰;纪安平;沙菁;谢骁;倪中华;易红;陈云飞【作者单位】东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189; 广东工业大学机电工程学院，广州510006;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学MEMS教育部重点实验室，南京210096;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189;东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室，南京211189【正文语种】中文【中图分类】TN4利用纳机电系统(nanoelectromechanical systems, NEMS)技术制造的传感器具有体积小、功耗低、易大规模生产等优点．这类传感器已在生物芯片、可穿戴设备、航空航天、工业控制、消费电子等领域得到广泛的应用．基于纳米孔的DNA测序芯片便是这类传感器的典型代表．基于纳米孔的第3代基因测序方法极大地缩短测序时间,降低了成本,有望改变癌症和遗传疾病的诊断和治疗手段．第3代基因测序的器件可分为生物纳米孔和固体纳米孔器件[1]．其测序原理是不同体积碱基通过同一纳米孔时的占位电流值不同[2]．常用的生物纳米孔有α溶血素(α-hemolysin)和耻垢分枝杆菌细胞外膜蛋白质通道(MspA)[3-5]．目前,可以利用核酸外切酶将DNA分子中的单个碱基剪切下来,并通过α溶血素纳米孔实现碱基的识别[5]．但生物纳米孔的机械强度不高,尺寸不可调,且使用寿命有限,易受外界条件的影响．这些缺点限制了生物纳米孔的使用．为了克服生物纳米孔的固有缺陷,研制低成本、高寿命、尺寸可调的固体纳米孔成为国内外学者新的研究热点．固体纳米孔,如氮化硅(silicon nitride, SiN)、氧化硅(silicon oxide, SiO2),已经显示出稳定性高、持续时间长、可重复性较好等优异性能[6-8]．制造固体纳米孔器件所使用的NEMS技术是大批量制造方法,可降低测序成本．其中,SiN薄膜纳米孔已经广泛应用于基因测序的研究．本文使用圆片级、低成本、高效的NEMS方法制造出SiN薄膜芯片.同时，本文借助离子束和电子束加工方法，制造出SiN薄膜纳米孔.1.1 SiN薄膜芯片工艺设计SiN薄膜芯片的制造工艺如图1所示．具体步骤如下:① 提供一组双面抛光的n型硅片(中阻硅)．② 沉积SiN纳米薄膜．采用低压化学气相沉积方法(LP-CVD)在硅片表面制造出低应力SiN纳米薄膜．③ 刻蚀基体Si释放窗口．通过光刻、反应离子刻蚀(RIE)工艺在硅片的背面刻蚀出基体Si的释放窗口．④ 释放Si基体．采用质量分数为25%的四甲基氢氧化铵 (TMAH)溶液刻蚀Si,得到悬空的SiN薄膜．⑤ 划片、清洗芯片．1.2 SiN薄膜芯片版图设计图2为硅的各项异性腐蚀结构图．其中,D为设计的释放窗口边长,d为释放结束后SiN薄膜的边长,h为释放后腐蚀腔的深度．根据碱性溶液湿法释放Si时,Si(111)面与(100)面间的夹角为54.7°[9]，则有设计的SiN薄膜尺寸为100 μm×100 μm,实验中使用的硅片厚度为430 μm,根据式(1)可计算出释放窗口尺寸为707 μm×707 μm．实验设计的芯片尺寸为2.5 mm×2.5 mm．划片槽尺寸设计为50 μm×50 μm,位于芯片的4个角上．单个芯片的划片槽与周围3个芯片的划片槽连接,形成一个大的划片槽(尺寸为100 μm×100 μm)．1.3 SiN薄膜制造LP-CVD工艺常用于在衬底表面淀积一层均匀的介质薄膜．本实验选择LP-CVD工艺制作SiN薄膜主要考虑到该工艺是在真空反应室内实现的,沉积的薄膜均匀,且允许硅片以垂直方式排列．另外,该工艺适用于大批量生产,可降低成本．在制备过程中,需要将原材料以气体的形式输送到硅片附近，使其在高温下发生化学反应生成所需的薄膜材料,并沉积在硅片表面．同时，反应生成的副产品会被泵抽走[10]．本文采用LP-CVD技术沉积SiN，SiN是由含Si的气体和NH3反应生成[10]，其反应式如下：薄膜材料在制作过程中都会出现本征应力．本征应力在薄膜上分布可能是均匀的,也可能是不均的．如果分布不均,就会出现应力梯度,引起形变．而SiN芯片是悬空的纳米薄膜结构,存在过大的本征应力,会降低芯片的使用寿命．因此,实验设计厚度分别为40,80,100和120 nm 四种不同的SiN薄膜,并测量其内应力值．实验具体过程如下:① 提供一组4片双面抛光的n型硅片．② 通过LP-CVD工艺分别在硅片表面制造出厚度不同的低应力SiN纳米薄膜．③ 通过RIE工艺刻蚀掉硅片一侧的SiN．④ 用膜厚仪和应力仪测量SiN膜厚及其对应的应力值．采用椭偏仪测量得到4组SiN薄膜的厚度分别为37.5,82.0,99.1和122.5 nm．图3为不同厚度SiN薄膜对应的压应力图．从图中可知，122.5 nm SiN薄膜的应力最小,99.1 nm SiN薄膜次之,其余2组的应力值远大于这2组．考虑到SiN纳米孔通常是采用电子束或聚焦离子束(FIB)加工,薄膜材料越厚,其制造难度越大．本实验中,采用多点测量方法得到的SiN薄膜厚度为99.5 nm,所以SiN薄膜厚度选择为100 nm．1.4 SiN薄膜芯片制造1.4.1 释放窗口制造在已制备SiN薄膜的硅片表面涂敷光刻胶，具体参数为：光刻胶型号为LC100A,厚度为1.4 μm；软烘温度为110 ℃,时间为90 s.通过紫外曝光和坚膜(坚膜温度为135 ℃,时间为30 min)后,采用RIE刻蚀释放窗口内的SiN(刻蚀时间为1 min)．刻蚀后采用膜厚仪测量窗口内是否含有SiN．SiN抗腐蚀能力很强,残留的SiN会影响最终的释放工艺．如果含有SiN,继续使用RIE刻蚀,时间为1 min．本实验中刻蚀后检测的SiN薄膜厚度为0．刻蚀后的硅片如图4所示．1.4.2 Si释放将硅片放置于盛有质量分数为25%的TMAH的烧杯中,再将烧杯置于水浴锅中进行释放，温度为80 ℃, 时间为24 h．释放结束后,用镊子将硅片轻取出放入去离子水中,置换10 min．再次更换去离子水,反复进行3次后取出,放入烘箱中85 ℃下干燥30 min．释放后得到SiN薄膜芯片,其核心结构为悬空SiN纳米薄膜,如图5所示．1.4.3 划片、清洗将释放后的硅片贴在蓝膜上,采用硅刀进行划片．划片时的水压和气压调至最小值,以免造成悬空的SiN薄膜损伤．划片后,采用丙酮去除蓝膜．接着，采用酒精和去离子水清洗薄膜芯片,并放入烘箱中烘干．最后，将芯片储存在真空器皿中．其中,采用显微镜观察薄膜是否破损来判断成品率,结果如表1所示．抽样的平均成品率约为98.13%．目前,常用的制备SiN薄膜纳米孔的方法有2种:① 采用聚焦离子束刻蚀出纳米孔；② 采用FEI公司型号为Titan 80-300的透射电子显微镜(TEM)的高能电子束进行加工．本文分别研究采用离子束和电子束加工SiN薄膜纳米孔的方法．2.1 基于FIB的SiN薄膜纳米孔制造采用FIB刻蚀纳米孔的加工模式有2种．一种是在额定工作电压、电流下,直接通过人为控制刻蚀时间制备纳米孔．这种方法的时间控制精度较低,以s为单位．工作电压为30 kV, 电流为7.7 pA时，用该方法加工出的纳米孔直径均大于100 nm,如图6所示．图中方格为测量值，曲线是测量拟合曲线.另一种方法是通过减薄局部SiN膜厚度后,利用FIB刻蚀纳米孔．本文采用FIB减薄SiN纳米薄膜，设计深度与实测深度关系如图7所示．实验中深度采用原子力显微镜(AFM)测量．结果表明，采用1.1和7.7 pA工作电流对SiN纳米薄膜的减薄效果相当．当设计减薄深度大于40 nm时,剩余的SiN薄膜厚度急剧减小;当设计减薄深度达到80 nm时,SiN薄膜被完全刻蚀．为了研究不同电流对刻蚀的纳米孔直径的影响,在相同电压(30 kV)下,分别选择1.1,7.7,24,40和80 pA的工作电流进行加工，加工时间均为22 ms,结果如图8所示．当电流增加到40 pA之后,孔径并没有随着电流的增加而增大,反而趋于一致,说明当工作电流大于40 pA时,电流大小对孔径的影响较小．同时,从图中可知,要制造出直径较小的纳米孔,必须使用小电流．综上所述,通过减薄工艺和选用较小工作电流可实现小尺寸纳米孔的制备．图9为减薄后纳米孔直径与刻蚀时间之间的关系．减薄的工作参数如下：工作电压30 kV, 电流为7.7 pA．圆形减薄区域直径为500 nm,剩余的SiN薄膜厚度小于40 nm.结果表明,当加工时间小于16 ms时,没有加工出纳米孔;当时间增加到16 ms时,最小孔径可达26 nm,如图10(a)所示．随着刻蚀时间的增加,纳米孔的直径也逐渐增大．2.2 基于TEM的SiN薄膜纳米孔制造利用FIB加工的最小纳米孔直径为26 nm,而实际测序中,纳米孔的直径要求在10 nm以下，该值超过FIB的加工范围．而100 nm厚的SiN纳米薄膜超过TEM的电子束加工范围．因此,需要先对SiN纳米薄膜进行减薄，降低SiN薄膜厚度．SiN纳米孔制造过程示意图见图11.具体步骤如下：① 采用FIB对SiN薄膜进行减薄．减薄的盲孔尺的直径为500 nm,深度为70 nm．FIB的工作电压为30 kV,电流为7.7 pA．② 采用TEM电子束制作纳米孔．将减薄后的芯片装夹在TEM样品杆上,并放入TEM腔体中,抽真空．当腔体真空度达标后进行粗调,并找到减薄的盲孔．盲孔区域的SiN薄膜厚度较小,为SiN薄膜纳米孔加工区域．随后进行原位放大,加热到450 ℃,并进行精细调、聚焦．紧接着打孔,打孔时间控制在300 s左右．最后利用TEM进行成像表征．详细工艺参数如表2所示．图10(b)为采用本方法制备的SiN薄膜纳米孔,纳米孔的最小直径为3.5 nm．本文通过NEMS工艺制作出SiN薄膜芯片,再借助于FIB和TEM实现SiN薄膜纳米孔的制造．这种圆片级、工艺简单、高成品率的SiN薄膜芯片制造方法为SiN 纳米孔的制造提供了支持．同时，利用FIB减薄将SiN薄膜厚度降低至40 nm以下时,制作纳米孔的效果更好．另外,采用FIB或者TEM制造SiN薄膜纳米孔,加工出的纳米孔最小直径分别为26和3.5 nm．[1]Taniguchi M. 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反应离子刻蚀（RIE）是一种常见的微纳加工技术，广泛应用于半导体、MEMS（微机电系统）和光学器件制造。

在RIE过程中，气体放电产生的离子和化学反应共同作用于物理表面，实现对材料的微纳加工。

氮化硅和二氧化硅是常见的半导体材料，在半导体器件制造和微纳加工领域具有重要的应用价值。

1. 反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅工艺的研究背景在当今微纳加工技术中，氮化硅和二氧化硅的刻蚀工艺研究具有重要的意义。

氮化硅具有优异的机械性能和光学性能，是MEMS和光学器件中常用的材料。

而二氧化硅作为传统的半导体材料，在集成电路和微纳加工中具有广泛的应用。

研究氮化硅与二氧化硅的反应离子刻蚀工艺，对于推动微纳加工技术的发展具有重要的意义。

2. 反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅工艺的基本原理反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅的工艺基本原理是利用气体放电产生的离子轰击材料表面，同时在离子轰击的同时进行化学反应，从而实现对材料的刻蚀。

在RIE过程中，气体放电产生的离子加速到表面并与材料发生碰撞，从而引发表面的化学反应。

通过选择合适的反应气体和控制工艺参数，可以实现对氮化硅和二氧化硅的高效刻蚀。

3. 反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅工艺的研究现状目前，针对氮化硅与二氧化硅的刻蚀工艺研究已经取得了一定的进展。

研究者通过优化反应气体的组成、调节工艺参数和改进刻蚀设备，实现了对氮化硅和二氧化硅的高质量刻蚀。

还有一些研究致力于在RIE 过程中减小残留应力、改善表面粗糙度和控制刻蚀剩余物等问题，以满足不同领域对于氮化硅和二氧化硅材料加工的要求。

4. 反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅工艺的发展趋势随着微纳加工技术的不断发展，反应离子刻蚀氮化硅与二氧化硅工艺将会朝着更加高效、精密和可控的方向发展。

未来的研究重点可能集中在以下几个方面：一是针对特定器件和应用领域的工艺优化，提高刻蚀质量和加工效率；二是开发新型的反应气体和刻蚀设备，拓展氮化硅与二氧化硅的刻蚀工艺窗口；三是结合表面修饰技术，实现对氮化硅和二氧化硅表面特性的精细调控。

浅谈氮化硅的刻蚀及其应用引言氮化硅（silicon nitride）薄膜是无定形的绝缘材料，具有以下特性：（1）对扩散来说，它具有非常强的掩蔽能力，尤其是钠和水汽在氮化硅中的扩散速度非常慢；（2）通过PECVD可以制备出具有较低压应力的氮化硅薄膜；（3）可以对底层金属实现保形覆盖；（4）薄膜中的针孔很少。

作为选择氧化的掩蔽层时，可以把氮化硅直接淀积到硅衬底的表面上，有时考虑到氮化硅与硅直接接触产生应力，形成界面态，往往在硅表面上先淀积一层二氧化硅作为缓冲层，然后再淀积一层作为掩蔽层的氮化硅。

因氮化硅氧化速度非常慢，只要氮化硅具有一定的厚度，它将保护下面的硅不被氧化。

目前我们就是采用在Si3N4下面再做一层SiO2的方法，使Si3N4起掩蔽的作用，通过一些试验研究出它的干法、湿法刻蚀工艺条件，还发现了它在光刻版上的应用。

1、Si3N4薄膜的制备1.1Si3N4薄膜制备原理氮化硅可替代氧化硅使用，特别是对顶部保护层，在铝金属层上淀积时，其温度要足够低。

PECVD的出现开始了不同化学源的使用，其中之一是硅烷与氨气或氮气在氩气等离子体状态下反应。

3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2然而，PECVD制作的氮化硅往往是非化学配比的，含有相当数量的氢原子（10%～30%），因此有时候化学表示式写为SixNyHz。

由SiH4-N2制备的薄膜含有较少的氢和较多的氮。

PECVD氮化硅的淀积反应式如下：1.2制备Si3N4薄膜利用等离子增强型化学气相淀积，在较低温度生长Si3N4薄膜，选用的设备为PECVD（等离子化学气相淀积）根据以上工艺条件在9000Å氧化层上淀积Si3N4薄膜2、Si3N4薄膜的刻蚀刻蚀是利用化学或物理方式对氧化硅膜、氮化硅膜和金属膜等进行刻蚀加工的工艺。

刻蚀湿法腐蚀和干法刻蚀两种方法。

湿法刻蚀是利用溶液中发生化学反应来进行腐蚀的方法。

以光刻胶作为掩蔽，湿法刻蚀在纵、横两方向将以同样比例进行腐蚀，称此为各向同性腐蚀。

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。

氮化硅薄膜致密性工艺技术研究鲍生强1 宋标1 董忠吉1发布时间：2023-05-11T10:36:11.422Z 来源：《中国电业与能源》2023年5期作者：鲍生强1 宋标1 董忠吉1 [导读] 本文探究了不同的气体总量、氨气与硅烷流量比、压力、射频功率、温度、淀积时间等工艺参数对氮化硅薄膜致密性的的影响，从而调试出氮化硅薄膜的最佳致密性，即能保证经济效益，又可以有效的去除绕扩到正面的氮化硅薄膜所产生的绕镀，提高产品的合格率和A级率，从而美化IBC电池的外观和提高质量。

1黄河水电西宁太阳能电力有限公司西宁 810000摘要：本文探究了不同的气体总量、氨气与硅烷流量比、压力、射频功率、温度、淀积时间等工艺参数对氮化硅薄膜致密性的的影响，从而调试出氮化硅薄膜的最佳致密性，即能保证经济效益，又可以有效的去除绕扩到正面的氮化硅薄膜所产生的绕镀，提高产品的合格率和A级率，从而美化IBC电池的外观和提高质量。

关键词：气体总量、氨气与硅烷流量比、压力、射频功率、温度、淀积时间1 引言等离子增强型化学气相沉积 (PECVD) 技术是目前太阳能行业普遍采用的一种生长氮化硅的方法。

采用 PECVD 制备的氮化硅薄膜，具有卓越的抗氧化性和绝缘性，同时具有良好的阻挡钠离子、掩蔽金属和水蒸汽扩散的能力。

其化学性质稳定，除氢氟酸外，不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强，并且还能够对晶体硅进行表面钝化和体内钝化。

因此，PECVD 制备的氮化硅薄膜，在太阳能领域得到广泛应用，然而当SixNy：H薄膜致密性较高时，会降低SixNy与HF的反应速率，导致无法去除IBC电池正面的绕扩现象从而产生绕镀，因IBC电池的优势在于正面无遮挡，不仅仅在于提高光电效应、降低光学损失从而提升电池的转化效率，而且更重要的是膜色均匀且美观，迎合现代人对美学的追求，从而受到广大人们的青睐，所以当无法去除因正面的绕扩现象从而产生绕镀时，严重影响了IBC电池的美观和质量。

第27卷第1期 电化学 Vol. 27 No. 12021 年 2 月 JOURNAL OF ELECTROCHEMISTRY Feb. 2021[Review ]DOI: 10.13208/j.electrochem.2006103D NAND 制程中选择性刻蚀工艺的Si 02回沾问题研究进展周紫晗、吴蕴雯\李明 ' 王溯2(1.上海交通大学材料科学与工程学院，上海200240; 2.上海新阳半导体材料股份有限公司，上海201616)摘要：作为半导体市场中主要存储芯片之一，N A N D 已从2D 发展到3D 。

3D N A N D 的立体存储结构提高了芯片 容量、性能和可靠性。

在3D N A N D 的交替堆栈结构中，需通过氮化-物氧化物的选择性刻蚀获得层间介质层，堆栈 层数越多，芯片性能越好，但高层堆栈的刻蚀均匀性也更难保持，此时易出现5;02在氧化层端头再沉积的回沾现 象，层间结构被破坏，影响器件性能。

要达到更高层数必须减少回沾，探究该过程及其影响因素成为关键所在。

本 文综述了 3D N A N D 制程中氮化硅选择性刻蚀工艺的发展现状和现有研究成果，强调了控制硅含量对防止回沾的 重要性，介绍了相关理论模型，提供模拟预测。

为深入分析其中的化学反应，本文对相关的Si02溶液化学进行了概 述，总结了聚硅酸形成的影响因素，强调肢凝曲线能反应其聚合行为，据此可研究怎样通过影响硅酸聚合行为或 聚硅酸在氧化层表面的沉积行为来防止回沾，以对未来研究起到理论指导作用.关键词：半导体存储器；3D N A N D ;刻蚀；氣化硅；二氧化硅；桂酸1引言在目前的半导体存储器市场中，动态随机存取 存储器（dynamic random access memory ,DRAM )和 闪存存储器(flash memory , Flash )占据了高达95% 的份额[l 1。

如图1所示,NAND 是Flash 中最主要的 产品，它具有非易失性，即在断电情况下也能保持 数据的长期存储，被广泛用作固态驱动器（solidstate disk , SSD )来存储数据。

PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）是一种常用于薄膜制备的技术。

在PECVD制备过程中，通过将化学气体在等离子体的作用下分解并沉积在基底表面上，形成一层薄膜。

氮化硅（SiNx）是一种重要的无机薄膜材料，具有许多优异的性质和广泛的应用。

氮化硅薄膜具有良好的化学惰性、优良的机械性能（高硬度、高弹性模量等）、良好的抗氧化性能和热稳定性。

氮化硅薄膜还具有较好的电绝缘性能和较低的介电常数，因此在微电子器件和光学元件的制备中得到了广泛的应用。

在PECVD制备氮化硅薄膜时，可以使用硅源气体（如SiH4或SiH2Cl2）和氮源气体（如NH3或N2）作为反应物料。

在等离子体的作用下，硅源气体和氮源气体发生化学反应生成氮化硅薄膜。

制备氮化硅薄膜的工艺参数包括气体流量、沉积温度、功率密度等，它们对薄膜的性质有着重要的影响。

氮化硅薄膜的性质主要包括化学成分、结晶性、光学性能和机械性能。

化学成分可以通过各种表征手段来确定，如X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等。

结晶性可以通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）来表征，通常氮化硅薄膜为非晶态结构。

光学性能可以通过紫外-可见吸收光谱和椭偏仪来表征，可以获得氮化硅薄膜的光学常数（折射率和消光系数）。

机械性能可以通过纳米压痕仪等测试手段来表征，如硬度、弹性模量等。

在工业应用中，针对不同的应用要求，可以通过调节PECVD制备工艺参数来得到不同性质的氮化硅薄膜。

可以通过改变硅源气体和氮源气体的比例来调节氮化硅薄膜的化学成分；通过调节功率密度和沉积温度来调节氮化硅薄膜的光学性能和机械性能。

还可以通过掺杂氧、氮等元素来改善氮化硅薄膜的性能。

PECVD氮化硅薄膜具有优异的性质和广泛的应用，其制备工艺可以通过调节工艺参数来得到所需的薄膜性质。

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。

毕业设计（论文）（ 2013 届）题目 PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展学号 **********姓名钟建斌所属系新能源科学与工程学院专业材料加工及技术应用班级 10材料（1）班指导教师胡耐根新余学院教务处制目录摘要 (1)Abstract ................................. 错误!未定义书签。

第一章氮化硅薄膜的性质与制备方法 (3)1.1 氮化硅薄膜的性质 (3)1.2 与常用减反射膜的比较 (4)1.3 氮化硅薄膜的制备方法 (6)第二章工艺参数对PECVD法制备氮化硅减反膜性能的影响研究 . 92.1 温度对双层氮化硅减反膜性能的影响 (9)2.2 射频频率对双层氮化硅减反膜性能的影响 (10)2.3 射频功率对双层氮化硅性能的影响 (10)2.4 腔室压力对氮化硅减反膜性能的影响 (11)2.5 优化前后对太阳电池电性能对比分析 (12)第三章结论与展望 (14)参考文献 (16)致谢 (17)PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展摘要功率半导体器件芯片制造过程中实际上就是在衬底上多次反复进行的薄膜形成、光刻与掺杂等加工过程，其首要的任务是解决薄膜制备问题。

随着功率半导体器件的不断发展，要求制备的薄膜品种不断增加，对薄膜的性能要求日益提高，新的制备方法随之不断涌现，并日趋成熟。

以功率半导体器件为例，早期的器件只需在硅衬底上生长热氧化硅与单层金属膜即可；随着半导体工艺技术的进步和发展，为了改进器件的稳定性与可靠性还需淀积 PSG、Si3N4、半绝缘多晶硅等等钝化膜。

氮化硅是一种性能优良的功能材料,它具有良好的介电特性(介电常数低、损耗低)、高绝缘性,而且高致密性的氮化硅对杂质离子,即使是很小体积的 Na+都有很好的阻挡能力。

因此, 氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而广泛应用于半导体器件工艺中。

等离子增强型化学气相淀积(PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法。