PECVD制备氮化硅薄膜的研究_赵崇友
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。
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氮化硅薄膜是一种广泛应用于微电子学和光电子学中的材料。
本文介绍了PECVD 氮化硅薄膜的性质及其制备工艺。
PECVD氮化硅薄膜具有较高的介电常数、较低的电子漂移率和较好的热稳定性。
它的介电常数通常在3.0左右,适用于微电子学和光电子学中的绝缘层材料。
同时,PECVD氮化硅薄膜具有较好的化学稳定性和生化舒适性,可以用于生物医学器械的涂层。
PECVD氮化硅薄膜的制备工艺通常要求氨气(NH3)和二甲基硅烷(SiH2)作为反应气体。
制备过程中,反应室内的气体被加热至400 ~ 500°C,氨气和二甲基硅烷分别以高纯度的气体形式经过送入反应室,经过一系列的化学反应而形成氮化硅薄膜。
其制备工艺主要有以下几个步骤:
1.清洗基片:将待涂层的基片用乙醇清洗干净,去除其表面的油污和杂质。
2.沉积:将基片放入PECVD反应室中,将室温加热至400 ~ 500°C,并送入氨气和二甲基硅烷等反应气体。
氨气和二甲基硅烷在反应室中发生化学反应,生成氮化硅薄膜。
3.退火:在氮化硅薄膜沉积后,需要进行一定的退火处理,以提高薄膜的结晶度和热稳定性。
退火温度通常在700 ~ 800°C,时间在1 ~ 2小时。
4.检验:对已经制备好的氮化硅膜进行检验,例如测量其膜厚、介电常数和表面形貌等参数,以保证其质量和稳定性。
综上所述,PECVD氮化硅薄膜是一种重要的微电子学和光电子学材料,具有重要的应用价值。
其制备工艺较为简单,但需要精密的操作和严格的工艺条件,以保证其薄膜质量和稳定性。
PECVD法制备氮化硅薄膜的电学性能研究
2 结果讨论
图2 显示 的是三种氮化硅样品的S i 2 p 和Nl s 的X P S 核芯能级 图谱( 约溅 ̄  ̄ 1 0 n m 深度, 以C l s 峰值2 8 4 . 8 e V 为校
准值) . 表2 列出] ' X P S 测试计算的表面成分值, 表明随着沉积2 1 2 =  ̄ t N i H 4 / N H 3 . 流量比的增加, ≠ } l 、≠ } 2 、≠ ≠ 3 样品的氯
关键词: 等 离子增强化 学气相沉积:氮化硅薄膜:电子材料:电学性 能
中图分类号: 0 4 8 4 文献标识码: A 文章编 号: l 0 0 3 - 4 2 7 l ( 2 O 1 3 ) 0 4 - 0 5 8 2 — 0 4
氮化硅薄膜 因其许多优异物理、 化学性能引起研究者 的关注. 如其高 的熔点, 化学惰性, 高硬度和高的电绝 缘性能等 J . 沉积氮化硅薄膜的方法有多种, 譬如化学气相沉积, 反应溅射, 离子注入以及硅的热氮处理等 . 其 中, 等离子增强化 学气相沉积 已作为硅半导体集成电路中氮化硅保护层 的一种标准合成方法. 其主要优势为 有低的工作温度, 低成本及易于控制的沉积条件, 特别是一些不易于控制到高温 的设备 J . 然而等离子增强化 学气相沉积( P E C V D ) 合成氮化硅薄膜 的性质受工艺条件影响很大: 如气体分压、样品偏压、沉积温度、靶极 间 距等等‘ ’ 。 .由于通常应用于绝缘层的保护, 氮化硅薄膜的绝缘性相 当重要, 这主要与原子化学结合状态和非晶薄 膜层 的空位等缺陷特征有关 J . 本文通过等离子增强化 学气相沉积( P E C V D ) 合成不 同氮硅 比率 的氮化硅薄膜, 并研究其电学性能和材料结构特征 的变化规律.
表 I P E C VD 实 验 参 数
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。
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氮化硅薄膜是一种具有优异性能和广泛应用的材料。
在集成电路、太阳能电池和液晶显示器等领域,PECVD氮化硅薄膜被广泛应用作为绝缘层、阻隔层和抗反射层等。
本文通过对PECVD氮化硅薄膜的性质及其制备工艺的研究,以期提高氮化硅薄膜的性能和优化其制备工艺。
1.1 物理性质PECVD氮化硅薄膜的密度在2.0~2.25 g/cm^3之间,硬度在8~12 GPa之间。
它的折射率范围在1.9~2.2之间,其红外吸收波长范围在800~1200 cm^-1之间。
PECVD氮化硅薄膜的电容率介于6~10之间,导电率非常低(10^-10~10^-12 S/cm),具有优异的绝缘性能。
此外,它还具有优异的热稳定性和低介电损耗。
PECVD氮化硅薄膜的折射率与波长有关,在400~700 nm范围内,其折射率略高于SiO2(1.45),在700~1100 nm范围内,其折射率略低于SiO2(1.45)。
由于其折射率与波长有一定关联,因此可以通过控制PECVD过程参数来调节其光学性能。
2. 制备工艺2.1 基质清洗在PECVD过程中,基质表面的污染物会降低薄膜的质量和性能,因此基质必须进行彻底的清洗。
常见的基质清洗方法包括化学方法和物理方法,比如超声波清洗和高温退火等。
在基质清洗过程中,应该避免使用含氢氧化物的清洗剂,因为其可能引起基质表面的氧化。
2.2 气氛控制PECVD过程需要在惰性气氛下进行,以避免氧化反应的发生。
此外,通过控制反应器内的压力控制反应速率和薄膜的厚度。
在一定程度上,反应器内气氛的化学组成对薄膜的性质也有影响。
2.3 元素掺杂通过将杂质元素引入PECVD反应中,可以改变氮化硅薄膜的性能和特性,比如提高其导电性和光学透过率等。
元素掺杂的方法包括共淀积和后修饰等。
PECVD过程中的工艺参数包括沉积时间、温度、功率、压力等。
这些参数的变化都会对薄膜的性质和质量产生影响。
通过优化工艺参数,可以改善PECVD氮化硅薄膜的性质。
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。
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一、引言随着半导体、光电子、微电子等领域的快速发展,对薄膜材料的要求也越来越高。
PECVD(等离子体增强化学气相沉积)氮化硅薄膜因其优异的性能,被广泛应用于集成电路、太阳能电池、显示器件等领域。
本文将对PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺进行研究和探讨。
1.制备工艺流程PECVD氮化硅薄膜是通过将硅源气体(如二硅鳞片)和氨气或氮气等高能离子轰击的氮源气体放入高频电场中,通过等离子体的作用在衬底表面生成一层氮化硅薄膜。
制备步骤(1)清洗衬底表面,去除油污与氧化物;(2)将清洁后的衬底放入PECVD反应室中,抽真空至一定压力;(3)加入硅源气体和氮源气体,碰撞产生等离子体,反应生成氮化硅薄膜;(4)控制沉积时间和沉积温度,最终得到所需的氮化硅薄膜。
2.影响薄膜性质的工艺参数制备PECVD氮化硅薄膜时,工艺参数的设置对薄膜的性质有着重要的影响。
(1)气体流量:硅源气体和氮源气体的流量比例会影响薄膜的成分,氮气流量过大会导致薄膜中氮含量过高,影响其性能。
(2)反应压力:反应压力的大小会影响气体的碰撞频率和离子能量,进而影响薄膜的致密性和成核情况。
(3)沉积温度:温度对薄膜生长速率和结晶度有着重要的影响,需根据具体应用来选择合适的温度。
(4)衬底表面处理:正确选择和处理衬底表面可以改善薄膜的附着力和致密性。
1.力学性能氮化硅薄膜的力学性能是其在实际应用中的一个重要指标。
通常通过硬度和弹性模量来评价薄膜的力学性能。
研究表明,PECVD氮化硅薄膜的硬度高、弹性模量大,具有较好的耐磨损性和抗划伤性能,适合用于硬质涂层材料。
2.光学性能PECVD氮化硅薄膜在光学性能方面表现出色,具有良好的透明性和抗反射性能。
它被广泛应用于太阳能电池、显示器件等领域。
3.电学性能氮化硅薄膜在电学性能方面也有着出色的表现,具有较高的绝缘电阻率和较低的介电常数。
这些性能使其成为集成电路中绝缘材料的理想选择。
多晶电池制备氮化硅薄膜的研究
多晶电池制备氮化硅薄膜的研究【摘要】对于硅片厚度较薄和较高电池效率的多晶电池领域,一种主要的趋势是减少硅片表面反射和降低多晶硅片表面的复合中心。
本文提到的PECVD 技术沉积的氮化硅膜被证实是一种非常有效的增强硅片表面钝化、降低多晶硅片表面反射的方法。
氮化硅膜还具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力, 氮化硅薄膜作为多晶硅太阳电池的减反射膜已被广泛应用。
PECVD,等离子体增强化学气相沉积, 以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜。
在生产中,利用椭偏仪测量该薄膜的厚度和折射率。
本文主要研究在多晶硅片上不同的工艺气体流量对氮化硅膜的膜厚和折射率的影响。
【关键词】钝化;折射率;氮化硅;减反射0.前言在光伏领域,提高电池效率的重要途径是降低硅片表面反射率、钝化硅片表面和内部的复合中心。
在硅片表面沉积一层减反射膜成为业内越来越多的方法。
沉积减反射膜的方法有很多种,例如大气压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD),本文研究的等离子增强化学气相沉积(PECVD)也是一种;它们各有优缺点,应用领域也各有不同。
PECVD具有沉积温度低、沉积速率高、步阶覆盖性好等优点,缺点是存在粒子和化学污染,常用于低温绝缘体和钝化层。
近几年来,PECVD技术在设备上、工艺参数上都有了很大的改进,对电池效率提升起到了很大的作用。
从薄膜的结构上来分,有单层膜、双层膜及多层膜。
这里仅介绍双层膜概念,第一层膜也就是基膜,这层膜主要作用是用来钝化硅片表面,因此在镀这层膜时要适当加大硅烷的流量,来提高基膜的折射率及致密性以达到很好的钝化效果。
第二层膜是硅片表面直接接收光子的一层膜, 适当降低折射率,可以降低这层膜反射率,同时增强了对光的吸收效果。
PECVD以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射和钝化硅片表面、内部作用的氮化硅薄膜。
薄膜的生长主要包含以下三个基本过程:首先,在非平衡等离子体中,电子与反应气体发生初级反应,使得反应气体发生分解,形成离子和活性基团的混合物;其二,各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运,同时发生各反应物之间的次级反应;最后,到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应,同时伴随有气相分子物的再放出。
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目前,PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)氮化硅薄膜是一种制备硅材料的常用方法。
该方法通过将硅源气体和氮源气体引入反应室,利用等离子体激发化学反应,沉积出氮化硅薄膜。
这种氮化硅薄膜具有许多优良的性质和广泛的应用范围。
PECVD氮化硅薄膜具有良好的化学稳定性。
因为氮原子取代了部分硅原子,形成了硅氮键,使薄膜具有更高的化学稳定性。
这使得PECVD氮化硅薄膜可以在湿热环境下保持较好的化学性能,具有较好的电子封装性能。
PECVD氮化硅薄膜具有良好的物理性质。
氮化硅薄膜具有较高的折射率和较低的介电常数,使其成为制备光学器件和微电子器件中的优选材料。
PECVD氮化硅薄膜还具有较好的气隙中热导率和热稳定性,适用于高温环境下的应用。
PECVD氮化硅薄膜具有可调控的性质。
根据不同的工艺参数,可以调控氮化硅薄膜的化学成分、晶体结构和薄膜状况。
这种可调控的性质使得PECVD氮化硅薄膜能适应不同领域的需求,如光学涂层、耐磨涂层、隔离层等。
在制备PECVD氮化硅薄膜时,工艺参数对薄膜性质有重要影响。
常见的工艺参数包括反应气体的流量、反应气体的比例、沉积温度、放电功率和沉积时间等。
调节这些工艺参数可以改变薄膜的成分、结构和性能。
提高硅源气体流量和放电功率可以增加PECVD氮化硅薄膜的硅含量和折射率。
增加氮源气体流量和放电功率则可以增加氮含量和硅氮键的含量。
改变沉积温度可以调控薄膜的晶体结构和表面形貌。
延长沉积时间可以增加薄膜的厚度。
PECVD氮化硅薄膜具有优良的性质和广泛的应用范围。
在应用过程中,可以通过调控工艺参数来控制薄膜的成分和结构,以满足不同领域的需求。
在应用过程中还需要进一步研究和改进工艺,以提高氮化硅薄膜的性能和稳定性。
低应力PECVD氮化硅薄膜的制备
基金项 目: 电子科技大学青年科技基金资助(x8 8 j0 3 )
作者简介: 亢 酷(9 4)男 , 1 8一 , 从事 P C D介质薄膜的制备和研究工作 ,k 17 oma[ o EV a o4 @h t i cr . n
蒋亚东 (9 4)男 , 1 6一 , 博士 , 教授 , 博士生导师, 长江学者 , 电子科技大学光电信息学 院院长 , 主要从事 电子 聚合物及器 件、 敏感材料及传感器等方面的研究。
srs f i i js b l r gt ai o oL uig d p st n t h a i ,SN i tes N fm t yat i i rt fHF t F d r e o io ;a t esmet oS l u e n me o n i me i fm l
KANGZ e L ih , U h , IWe iY AN iJ ANG Y d n z Ka , I a o g
[ tt yl oaoyo et ncT i i n ne rt vcs S h o teet n ̄If r t n \ Sae Ke abrtr fEl r i hnF l a d Itgae De i , col fOpol r i n omai . co ms d e o co o
wih v r o sr s ~ 1 Pa t ey lw te s( 0 M )wa c iv d wh n t a i fH F : sa h e e e i r t o me o LF= 5 :1 .
Ke r s P y wo d : ECVD ; a i r q e c mi i g f e u n y sl o i ie s r s r d o f e u n y; x n r q e c ; i c n n t d ; t e s i r
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(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是一种常用的氮化硅(SiNx)薄膜制备技术,其性质和工艺研究对于微电子和光学器件的制备具有重要意义。
氮化硅薄膜具有良好的机械和光学性能,具体性质如下:1. 低介电常数:氮化硅薄膜具有较低的介电常数,使其在微电子器件中可以用作绝缘层材料,以减小电容效应和减少信号传输速度。
2. 优异的耐腐蚀性:氮化硅薄膜具有良好的耐酸碱性和化学稳定性,可以保护底层器件不受外界环境的侵蚀。
3. 较高的导热性:氮化硅薄膜具有较高的导热性,可以在微电子器件中用作热障层,有效地隔离热量。
4. 良好的光学性能:氮化硅薄膜对于可见光和紫外光有良好的透过性,可用于光学器件和显示技术中。
氮化硅薄膜的制备工艺研究包括以下几个方面:1. 基础气氛的选择:PECVD制备氮化硅薄膜通常在氨气(NH3)和二甲基硅胺(SiH2(NHMe)2)等开环硅氮烷化合物气氛中进行。
合适的基础气氛选择可以调节氮化硅薄膜的组分和性质。
2. 气压和功率的控制:氮化硅薄膜的性质受到PECVD工艺中气压和功率的影响。
适当的气压和功率可以控制氮化硅薄膜的密度、应力和薄膜结构。
3. 反应温度的调控:反应温度是影响氮化硅薄膜生长速率和晶体质量的重要因素。
较高的反应温度可以提高氮化硅薄膜的生长速率和致密性。
4. 氮气流量的控制:氮气是氮化硅薄膜中的主要组分之一,其流量的调控可以改变薄膜的氮含量和化学成分。
5. 衬底表面处理:对于氮化硅薄膜的制备,衬底表面的处理对于薄膜的附着和质量具有重要影响。
常见的表面处理方法包括氧化、清洗和表面修饰等。
PECVD氮化硅薄膜具有优异的性质和广泛的应用潜力。
通过对其性质及工艺研究,可以优化薄膜的性能和质量,并且为其在微电子和光学器件中的应用提供技术支持。
PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展
PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 是一种常用于制备硅基材料的高温等离子体化学气相沉积技术。
在PECVD中,硅基材料通过与气相前体和等离子体中的激活物质反应形成薄膜。
氮化硅 (SiN) 是一种非晶态的绝缘材料,具有优异的电气和光学性能,因此是集成电路和光电器件中常见的材料之一、以下是PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展的讨论。
首先,近年来研究人员致力于改进PECVD的沉积过程,以实现更高质量的氮化硅薄膜。
传统的PECVD沉积过程在氨气和硅源之间存在化学反应和等离子体解离两个步骤,这导致了较高的氨气使用和较低的薄膜质量。
为了克服这一问题,一些研究人员引入了多步技术,例如两步沉积、多步沉积和双频PECVD等。
这些方法可以更好地控制氨气的使用量,提高薄膜质量。
其次,研究人员也对PECVD沉积参数进行了优化,以改善氮化硅薄膜的性能。
例如,沉积温度、沉积压力、氨气流量和硅源流量等参数的调节可以显著影响薄膜的成分、晶型、结构和应力等特性。
通过合理调控这些参数可以实现所需的氮化硅薄膜性能,例如较低的介电常数、较高的断电场强度和较小的薄膜应力。
此外,一些研究人员还探索了掺杂和合金化对PECVD氮化硅薄膜性能的影响。
掺杂氮化硅薄膜可以改变其导电性和光学性能,这对于一些特定的应用非常重要。
常用的掺杂元素包括硼、磷和锗等。
此外,通过合金化氮化硅薄膜,可以实现更多元素的控制和特定性能的优化。
最后,研究人员还通过改变PECVD的反应条件,例如引入场增强电子发射、气体混合和增加激活物质等,进一步提高氮化硅薄膜的性能。
这些新的技术和方法在提高薄膜的质量和均匀性方面取得了积极的进展。
总之,PECVD制备氮化硅薄膜的研究进展主要集中在改善沉积过程、优化沉积参数、探索掺杂和合金化以及引入新的反应条件等方面。
这些研究为氮化硅薄膜的制备和应用提供了更多的选择和可能性,有助于满足集成电路和光电器件等领域对高质量氮化硅薄膜的需求。
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(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氮化硅薄膜性质及工艺研究PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)是一种通过等离子体增强的化学气相沉积技术,用于制备氮化硅(SiNx)薄膜。
这种薄膜具有许多独特的性质,使其在各种应用中得到广泛使用。
本文将探讨PECVD氮化硅薄膜的性质及其制备工艺。
PECVD氮化硅薄膜具有优异的机械性能。
氮化硅是一种非晶态材料,具有高硬度、良好的抗刮擦性和低摩擦系数。
这些特性使氮化硅薄膜非常适合在微电子器件中用作保护层或隔离层,以提高器件的耐久性和可靠性。
PECVD氮化硅薄膜具有良好的化学稳定性。
氮化硅具有优异的耐化学腐蚀性能,在酸、碱、溶剂等恶劣环境中具有良好的抗腐蚀性。
这使得氮化硅薄膜可用于涉及化学腐蚀的领域,如化学传感器和生物传感器。
PECVD氮化硅薄膜还具有良好的绝缘性能。
氮化硅薄膜具有较高的绝缘常数和低的漏电流密度,使其在微电子器件的绝缘层中得到广泛应用。
由于其优异的绝缘性能,氮化硅薄膜还可以用作电容器、电阻器等器件的绝缘层。
制备PECVD氮化硅薄膜的工艺包括以下几个步骤。
需要准备氮化硅沉积前的衬底材料,通常为硅基片。
然后,在真空室中建立一定的工作压力,使得沉积气体能够均匀地沉积在衬底上。
通常使用的沉积气体包括二甲基二胺(DMEDA)、硅烷(SiH4)和氨(NH3)。
接下来,通过引入高频电场,产生等离子体并激发沉积气体中的原子和分子,使其发生化学反应并沉积在衬底表面。
通过调整沉积时间和沉积温度,可以控制氮化硅薄膜的厚度和性质。
PECVD氮化硅薄膜具有优异的机械性能、良好的化学稳定性和绝缘性能。
通过调整制备工艺的参数,可以实现对氮化硅薄膜性质的控制。
PECVD氮化硅薄膜在微电子器件、光学涂层、生物传感器等领域具有广泛的应用前景。
PECVD法生长氮化硅工艺的研究
P ECVD法生长氮化硅工艺的研究3吴清鑫1,陈光红1,于 映2,罗仲梓3(1.苏州市职业大学电子信息工程系,江苏苏州215104;2.福州大学物理与电信工程学院,福建福州350002;3.厦门大学萨本栋微机电研究中心,福建厦门361005)摘 要: 采用了等离子体增强化学气相沉积法(plas2 ma2enhanced chemical vapor depo sition,PECVD)在聚酰亚胺(polyimide,PI)牺牲层上生长氮化硅薄膜,讨论沉积温度、射频功率、反应气体流量比等工艺参数对氮化硅薄膜的生长速率、氮硅比、残余应力等性能的影响,得到适合制作接触式射频M EMS开关中悬梁的氮化硅薄膜的最佳工艺条件。
关键词: PECVD;氮化硅;聚酰亚胺;残余应力;射频M EMS开关中图分类号: TN304文献标识码:A 文章编号:100129731(2007)05207032031 引 言氮化硅薄膜具有高介电常数,高绝缘强度,漏电低,对Na和水汽具有好的阻挡能力等优良的物理性能。
作为钝化、隔离、电容介质等,广泛应用于微电子工艺中。
另外氮化硅薄膜还具有优良的机械性能和良好的稳定性,所以在新兴的微机械加工工艺中的应用也越来越广泛[1]。
聚酰亚胺是一种高分子材料,不但具有耐腐蚀、耐高温、抗有机溶剂的侵蚀性能,而且具有良好的平坦化性能和粘附性能,可在氧气环境下用等离子去胶机去除,是作为牺牲层的理想材料[2,3]。
PECVD法能在低温下生长出致密的,具有良好化学稳定性和优良的机械性能的氮化硅薄膜,所以用PECVD法生长的氮化硅薄膜广泛地应用在M EMS领域。
接触式射频M EMS开关中是在牺牲层聚酰亚胺上生长氮化硅薄膜,氮化硅作结构层,作为悬梁的可动部分,是射频开关的重要部件。
所以有必要对PECVD生长氮化硅薄膜工艺进行研究。
本文研究了PECVD法生长工艺参数对氮化硅薄膜的应力、氮硅比、生长速率等的影响,调整工艺参数,使得氮化硅薄膜从厚300nm就产生裂纹到厚1μm完好,成功地使用在射频M EMS开关中作为悬梁的可动部件。
PECVD 在多晶硅上沉积氮化硅膜的研究
PECVD 在多晶硅上沉积氮化硅膜的研究2011-05-24 16:34:49 来源:光伏太阳能网氮化硅薄膜作为一种新型的太阳电池减反射膜已被工业界认识和应用。
应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积) 系统, 以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜。
并研究了在沉积过程中, 衬底温度、硅烷与氨气的流比以及射频功率对薄膜质量的影响。
由于氮化硅膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力, 氮化硅薄膜作为多晶硅太阳电池的减反射膜, 可显著地提高电池的转换效率, 还可使生产成本降低。
PECVD 法沉积氮化硅薄膜, 沉积温度低、沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单、易于工人掌握操作技术。
由化学法和PECVD 法制成的氮化硅薄膜的折射率一般可达2.0 左右, 接近太阳电池所要求的最佳折射率(2.35) , 最为符合太阳电池反射层的要求。
一、实验PECVD 氮化硅使用SY2型射频电源等离子台来制备。
高频信号发生的频率是13. 56 MHz 。
所用气体为高纯氨(99. 999 %) 和高纯氮气、高纯硅烷,实验时气体直接通入炉内, 主要反应气体是高纯氨和高纯硅烷, 氮气主要用来调节系统的真空度和稀释尾气中的硅烷。
本实验所用沉积炉为不锈钢体结构, 其炉膛有效容积为0115m3 , 氮化硅薄膜的折射率是用TP-77 型椭偏仪测量。
太阳电池的减反射膜,其折射率和厚度要满足ndn =λ/4 关系式, 即折射率为2. 35 附近为好。
因此从生产的角度有必要对膜的特性与工艺参数之间的关系进行研究。
二、结果与讨论1、流比的影响从氮化硅(Si3N4) 分子式可知, SiH4/NH3= (3×32)/(4 ×17) = 1.4 为理想的质量比, 理想的流比为(1. 4 ×01599) / 0. 719 = 1. 16。
而在实际当中,硅烷的价格是较昂贵的, 因此在生产过程中, 廉价的氨气适当过量以达到硅烷的较大利用率, 而以总体的成本最低, 经济效益最高为目的。
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成分影响不显著 , 所以对折射率的影响相对较小 。
表 1 腔体气压与折射率 ( 的关系 n) /℃ θ 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 /W PRF 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 / v . NH q 3 3 -1 ( · ) c m m i n 4 4 4 4 4 / v . N q 2 / / t m i n P a p 3 -1 ( · ) c m m i n 7 0 0 7 0 0 7 0 0 7 0 0 7 0 0 1 5 1 5 1 5 1 5 1 5 1 0 0
3 在本试验中 NH3 流量约为 4c 率随之发生变化 , m -1 ·m 时效果较好 。 而 其 他 工 艺 参 数 对 于 薄 膜 的 i n
备的 氮 化 硅 薄 膜 ,用 P E C V D 法只需2 5 0~3 0 0℃ 就能制备 ,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 制 备 氮 化 硅 的 C V D 工 艺。 由 以 下 3 种反应能制备出氮化硅薄膜 : 3 S i H4 +4 NH3 → S i 2 H2 3N 4 +1 3 S i HC l NH3 → S i 2 HC l 4 +4 3N 4 +1 ( ) 1 ( ) 2
( ) 中国电子科技集团公司第四十八研究所 ,长沙 4 1 0 0 8 3
摘 要: 探讨了沉积参数对氮化硅薄膜折射率的影响和 E C V D 法制备了氮化硅薄膜 , 采用 P 衬底温度对氮化硅薄膜形貌和成分的影响规律 。 结果表明 , 不同的 NH3 流量可改变反应腔体内的 氮硅比 , 对氮化硅的折射率 , 即减反射性能影响较大 ; 衬底温度 是 影 响 氮 化 硅 薄 膜 形 貌 和 成 分 的 主 在衬底温度达到 4 形成了白色团状或岛状的氮化硅膜 。 要因素 ; 0 0℃ 时 , 关键词 : E C V D;氮化硅薄膜 ;减反射性能 P ( ) 中图分类号 : TN 3 0 5. 9 2 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 1-5 8 6 8 2 0 1 1 0 2-0 2 3 3-0 3
n
6 6. 6 5 9 2 5 1. 1. 9 4 5 1 3 3. 3 9 6 4 1. 1 6 6. 6 9 8 8 1. 2 0 0 2. 0 1 2
S t u d o n S i N h i n F i l m P r e a r e d b P E C V D xT y p y
Z HAO C h o n o u, C A I X i a n w u g y
( , , T h e 4 8 t h R e s e a r c h I n s t i t u t e C h i n a E l e c t r o n i c s T e c h n o l o G r o u C o r o r a t i o n C h a n s h a 4 1 0 0 8 3, C H N) g y p p g
收稿日期 : 2 0 1 0-1 1-0 3.
·2 3 3·
S EM I C O N D U C T O R O P T O E L E C T R O N I C S o l . 3 2N o . 2 V
A r . 2 0 1 1 p
3 3 / / , 为S i H4 流量 9 0 c m m i n, NH3 流量 4 c m m i n N 2 3 / ,时间 1 ,温度 3 流量 7 0 0 c m m i n 5m i n 0 0℃ ,射频
1 试验原理与方法
1. 1 P E C V D 法制备氮化硅薄膜的原理 P E C V D 法制备氮化硅 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 并吸 子体使得沉积反应 腔 体 中 的 反 应 气 体 被 活 化 , 附在衬底表面进行 化 学 反 应 , 从而能在低温下制备
0 引言
太阳电池减反射钝化技术在太阳电池的发展中 起着相当重要的作用 。 低温等离子体增强化学气相 沉积法 ( 制备的氮化硅薄膜已在硅基太阳 P E C V D) 电池中广泛应用 。 氮化硅之所以被广泛应用是因为 它具有独特 的 无 可 比 拟 的 优 点
-1 -1 [ ] 1 2 -
( ) 减反射层要求的材料 ; 5 P E C V D 法制备的薄膜同 时为太阳电池提供较为理想的表面和体钝化 。 二氧 化硅只有表面钝化 作 用 , 而氮化硅薄膜有相当好的 表面和体钝化作用 , 可使硅表面复合速度 S R V 降至 -1 · , , 改 善 电 池 性 能 可 有 效 地 提 高 电 池效 1 0c m s 率。 在P 反应动力来自被高频电场 E C V D 工艺中 , 加速的电子和离子 , 它们与反应气体分子碰撞 , 电离 或激活成活性基团 , 因而可以在远低于热反应的温 3] 。在 P 度下沉积 薄 膜 [ 沉积参数会 E C V D 工 艺 中, 影响 薄 膜 的 表 面 形 貌 和 减 反 射 性 能 。 本 文 通 过 P E C V D 方法在化学蚀 刻 后 的 单 晶 硅 片 上 采 用 不 同 的沉积参数制备了 氮 化 硅 薄 膜 , 对氮化硅的表面形 貌和减反射性能进 行 分 析 研 究 , 以得到减反射性能 优良的氮化硅薄膜 。
4] 。 如通常需要 8 出新的介质薄膜 [ 0 0℃ 以上才能制
。采用椭圆偏振 功率 3 0 W ,腔 体 气 压 6 7~2 0 0P a 采用日本电子7 仪测量氮化硅 薄 膜 的 折 射 率 , 0 0 1 F 型场发射扫描电镜对氮化硅薄膜的表面形貌和成分 进行分析 。
2 结果与讨论
2. 1 不同沉积参数对氮化硅薄膜折射率的影响 在P 腔体气压 、 射 E C V D 制备氮化硅的工艺中 , 频功率 、 温度 、 对薄膜 NH3 流量是重要的工 艺 参 数 , 表观质量有显著的影响 。 对于在太阳电池上应用的 氮化硅薄膜 ,折射率是薄膜成分以及致密程度的综 是检验薄膜制备质量的重 要 参 数 。 表 1~4 合指标 , 分别表示不同腔体气压 、 射频功 率 、 温 度、 NH3 流 量 对折射率的影响 。 由以下 4 个表所列出的折射率与 工艺参数的数据来看 , NH3 流量是影响 折 射 率 变 化 折 射 率 变 化 幅 度 最 高。其 他 因 素 的最主要的因素 , 如腔体气压 、 射频功率等也对折射率略有影响。由 于折射率主要反应 薄 膜 材 料 的 成 分 与 结 构 , 不同的 NH3 流量则改 变 了 在 制 备 过 程 中 反 应 腔 体 内 的 氮 硅比 , 制备的薄膜的成分比也因此改变 , 薄膜的折射
) 3 S i H2C l NH3 → S i HC l+6 H2 ( 3 2 +4 3N 4 +6 1. 2 试验方法 采用 中 国 电 子 科 技 集 团 第 四 十 八 研 究 所 高频信号发生的 P E C V D 设备来 制 备 氮 化 硅 薄 膜 , 。所用气体为高纯氨和高纯体 直 接 通 入 炉 内 , 主要反应 气体是高纯氨和高 纯 硅 烷 , 氮气主要用来调节系统 的真空度和稀释尾气中的硅烷 。 试验基础工艺参数
《 半导体光电 》 2 0 1 1 年 4 月第 3 2 卷第 2 期
赵崇友 等 : E C V D 制备氮化硅薄膜的研究 P
材料 、 结构及工艺
P E C V D 制备氮化硅薄膜的研究
赵崇友 ,蔡先武
: ( 1) 介 电 常 数
+
高, 其值为 8F· m , 而二氧化硅或二氧化钛的均 ( 为 3. 如N 的阻挡能力 9F· m ; 2)碱 离 子 ( a ) + ( 并具有捕获 N 强, a 的 作 用; 3)氮 化 硅 质 硬 耐 磨 , ( 疏水性好 , 针 孔 密 度 低, 气 体 和 水 汽 极 难 穿 透; 4) 减反射效果好 , 氮化硅薄膜的折射 率 接 近 2. 比二 0, 氧化硅 ( 更接近太阳电池所需的最佳折射 n=1. 4 6) 率 2. 是所有已应用的介质膜中 最 符 合 太 阳 电 池 3 5,
: r e a r e d A b s t r a c t n t h i s w o r k, t h e S i N h i n f i l m s w e r e b P E C V D a n d t h e e f f e c t o f I p p y xt d e o s i t i o n a r a m e t e r s o n t h e a n t i r e f l e c t i o n e r f o r m a n c e o f S i N h i n f i l m s a n d t h e s u b s t r a t e p p p xt o n i t s m o r h o l o a n d c o m o n e n t w e r e s t u d i e d . I t i s f o u n d t h a t NH3f l o w r a t e c a n t e m e r a t u r e p g y p p , c o n t r o l t h e r a t i o o f S i t o N o f r e a c t i o n c h a m b e r w h i c h a f f e c t s t h e a n t i r e f l e c t i o n e r f o r m a n c e . T h e p t e m e r a t u r e i s t h e m a o r f a c t o r t h a t a f f e c t s t h e m o r h o l o a n d c o m o n e n t o f S i N h i n s u b s t r a t e p j p g y p xt , t h e s u b s t r a t e t e m e r a t u r e i s 4 0 0℃ t h e S i N h i n f i l m b e c o m e s w h i t e n o d u l a r o r f i l m s .Wh e n p xt i s l a n d . : ; e r f o r m a n c e K e w o r d s E C V D; S i N h i n f i l m s a n t i r e f l e c t i o n P p xt y