反应条件对氮_碳_氧_化硅薄膜性能的影响
刻蚀简介
刻蚀简介.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。
相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。
没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。
爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。
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等离子刻蚀简介自 1970 年代以来组件制造首先开始采用等离子刻蚀技术，对于等离子化学新的了解与认知也就蕴育而生。
在现今的集成电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于等离子刻蚀是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此等离子刻蚀便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。
等离子刻蚀主要应用于集成电路制程中线路图案的定义，通常需搭配光刻胶的使用及微影技术，其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻：应用于定义主动区；2) 多晶硅化物/多晶硅(Polycide/Poly)刻蚀：应用于定义栅极宽度/长度；3) 多晶硅(Poly)刻蚀：应用于定义多晶硅电容及负载用之多晶硅；4) 间隙壁(Spacer)刻蚀：应用于定义 LDD 宽度；5) 接触窗(Contact) 及引线孔(Via)刻蚀：应用于定义接触窗及引线孔的尺寸大小；6) 钨回刻蚀(Etch Back)：应用于钨栓塞(W-Plug)的形成；7) 涂布玻璃(SOG)回刻蚀：应用于平坦化制程；8) 金属刻蚀：应用于定义金属线宽及线长；接脚(Bonding Pad)刻蚀等。
9) 影响等离子刻蚀特性好坏的因素包括了：1) 等离子刻蚀系统的型态；2) 等离子刻蚀的参数；3) 前制程相关参数，如光刻胶、待刻蚀薄膜的沉积参数条件、待刻蚀薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。
何谓等离子体?基本上等离子体是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电(Glow Discharge) 现象。
氮化硅材料的制备与优化
氮化硅材料的制备与优化氮化硅是一种先进的材料，具有高温、高硬度、高耐磨、高化学稳定性等优良性能，被广泛应用于半导体、能源、照明、航空航天等领域。
氮化硅材料的制备与优化是实现其广泛应用的必要步骤。
一、氮化硅材料的制备方法1.氮化硅粉末制备法氮化硅粉末是制备氮化硅陶瓷的最基础材料。
目前制备氮化硅粉末的方法主要有两种：气相法和固相法。
气相法是将硅源和氨气混合，在高温下反应生成氮化硅粉末。
但气相法制备的氮化硅粉末成本高，难以控制粒径分布，通常用于制备高纯度、细颗粒的氮化硅粉末。
固相法是将硅和氨在高温下进行固相反应，生成氮化硅粉末。
这种方法简单易行，材料成本低，但是氮化硅粉末的纯度和晶相受到限制。
2.氮化硅制备法除了粉末制备法，氮化硅还可以通过其他方式进行制备，如反应烧结法、热压法、等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）、离子束沉积法（IBAD）等。
* 反应烧结法：将氮化硅粉末与其他添加剂混合后，在高温下进行烧结得到氮化硅陶瓷。
该法制备的氮化硅陶瓷密度高、硬度大，但是制备周期长、成本高。
* 热压法：将氮化硅粉末以及其他添加剂加热至一定温度，随后利用高压使粉末烧结，形成氮化硅陶瓷。
与反应烧结法相比，热压法的制备周期短、精度高，但成本仍然相对较高。
* PECVD法：该法通过等离子体对硅源和氨气反应生成氮化硅薄膜。
PECVD法制备的薄膜具有良好的光学、电学、力学性能，可以应用于光学涂层、电子器件等领域。
* IBAD法：该法通过电子束或离子束轰击氮化硅陶瓷基板并沉积氮化硅薄膜，可以制备高质量、高均匀性的氮化硅陶瓷基板和薄膜。
二、氮化硅材料的优化设计除了制备方法，氮化硅材料的优化设计也是提高其性能的重要方法。
氮化硅的优化设计主要包括以下几个方面：1.控制晶相晶相是氮化硅材料的一个重要性能指标。
硅-氮化硅体系共有3种晶相：α-氮化硅，β-氮化硅和δ-氮化硅。
α-氮化硅具有高硬度、高熔点、低膨胀系数等优良性能。
但是，α-氮化硅的加工难度大，易出现裂纹；β-氮化硅制备成本低，加工性良好；δ-氮化硅的抗裂纹性能最好，但硬度较低。
(完整版)常用金属材料中各种化学成分对性能的影响
常用金属材料中各种化学成分对性能的影响1．生铁：生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。
这些元素对生铁的性能均有一定的影响。
碳（C）：在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中，碳化铁硬而脆，塑性低，含量适当可提高生铁的强度和硬度，含量过多，则使生铁难于削切加工，这就是炼钢生铁切削性能差的原因。
石墨很软，强度低，它的存在能增加生铁的铸造性能。
硅（Si）：能促使生铁中所含的碳分离为石墨状，能去氧，还能减少铸件的气眼，能提高熔化生铁的流动性，降低铸件的收缩量，但含硅过多，也会使生铁变硬变脆。
锰（Mn）：能溶于铁素体和渗碳体。
在高炉炼制生铁时，含锰量适当，可提高生铁的铸造性能和削切性能，在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰，进入炉渣。
磷（P）：属于有害元素，但磷可使铁水的流动性增加，这是因为硫减低了生铁熔点，所以在有的制品内往往含磷量较高。
然而磷的存在又使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。
硫（S）：在生铁中是有害元素，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性，顾含硫高的生铁不适于铸造细件。
铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。
2．钢：2．1元素在钢中的作用2．1．1 常存杂质元素对钢材性能的影响钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。
这些元素并非为改善钢材质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。
这些杂质对钢性能是有一定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。
1）硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。
它是钢中的一种有害元素。
硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和 Fe 形成低熔点(985℃)化合物。
镀膜技术CVD
概 念：气态反应物在一定条件下，通过化学反应，将反应形成的固相产物沉积于基片表面，
形成固态薄膜的方法。
基本特征：由反应气体通过化学反应沉积实现薄膜制备！
设备的基本构成：
气体输运
气相反应 去除副产品 （薄膜沉积）
Chemical vapor deposition, CVD
一、反应过程【以TiCl4(g)+CH4(g)TiC(s)+4HCl(g)为例说明】
■ 各种气体反应物流动进入扩散层；
■ 第①步（甲烷分解）：CH4 C + H2 ■ 第②步（Ti的还原）：H2+TiCl4 Ti + HCl ■ 第③步（游离Ti、C原子化合形成TiC）：Ti + C TiC
二、CVD形成薄膜的一般过程：
单晶 （外延）
板状 单晶
针状 单晶
树枝晶
柱状晶
T
微晶
非晶
粉末 （均相形核）
T
Chemical vapor deposition, CVD
CVD沉积装置
一、概述：
反应气体和载气的供给和计量装置
1）基本系统构成：加热和冷却系统
反应气体的排出装置或真空系统
2）最关键的物理量：沉气积相温反度应物的过饱和度
（ E h hc / ）
② 基片温度 只影响扩散传输、不影响化学反应
主要优点：
① 沉积温度低、无需高能粒子轰击，可获得 结合好、高质量、无损伤的薄膜；
② 沉积速率快； ③ 可生长亚稳相和形成突变结（abrupt junction）。
主要应用场合：
低温沉积各种高质量金属、介电、半导体薄膜。
pecvd原理
pecvd原理PECVD原理。
PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是一种利用等离子体增强化学气相沉积技术的薄膜制备方法。
它是一种常见的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
本文将介绍PECVD的原理及其在薄膜制备中的应用。
1. 等离子体激发。
在PECVD过程中，首先需要产生等离子体。
通常采用射频或微波等高频电场作用于气体中，使得气体分子发生电离，产生电子和正离子。
这些电子和正离子受到电场的作用而加速，与气体分子发生碰撞，从而产生高能量的等离子体。
这种等离子体具有高活性，可以促进化学反应的进行。
2. 化学气相沉积。
在产生等离子体的同时，需要将沉积薄膜的前体气体引入等离子体区域。
这些前体气体分子在等离子体的作用下发生解离、激发或离子化，生成活性物种，如自由基、离子等。
这些活性物种在表面发生化学反应，从而沉积出所需的薄膜。
通过控制前体气体的种类、流量和等离子体条件，可以实现对薄膜成分、结构和性能的调控。
3. 应用。
PECVD技术在各种薄膜材料的制备中得到了广泛应用。
例如，氮化硅薄膜可用于光学涂层、光学薄膜、光学波导、光学薄膜滤波器等领域；氮化碳薄膜可用于硬质涂层、防刮涂层、导热膜等领域；氧化硅薄膜可用于光学玻璃涂层、光学薄膜、光学波导等领域。
此外，PECVD技术还可用于制备氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮化碳薄膜等功能薄膜，以满足不同领域对薄膜材料的需求。
总结。
通过等离子体激发和化学气相沉积两个关键步骤，PECVD技术实现了对薄膜材料的精密控制和定向沉积。
它具有工艺简单、成本低、沉积速率快、薄膜均匀性好等优点，因此在半导体、光电子、显示器件等领域得到了广泛应用。
随着科学技术的不断发展，PECVD技术将进一步完善和拓展，为各种薄膜材料的制备提供更多可能性。
化学气相法沉积聚合物
化学气相法沉积聚合物一、化学气相沉积（CVD）原理1. 基本概念- 化学气相沉积是一种通过气态先驱体在高温、等离子体或其他能量源的作用下发生化学反应，在基底表面沉积出固态薄膜的技术。
对于聚合物的化学气相沉积，先驱体通常是含有碳、氢等元素的有机化合物。
- 在CVD过程中，气态先驱体被输送到反应室中，在基底表面或靠近基底的区域发生分解、聚合等反应，从而形成聚合物薄膜。
2. 反应条件- 温度：不同的先驱体和反应体系需要不同的温度条件。
一般来说，较高的温度有助于先驱体的分解和反应的进行，但对于一些对温度敏感的基底或聚合物结构，需要精确控制温度以避免基底的损坏或聚合物的过度分解。
例如，某些有机硅先驱体在300 - 500°C的温度范围内可以有效地沉积硅基聚合物薄膜。
- 压力：反应室中的压力也是一个关键因素。
低压CVD（LPCVD）和常压CVD （APCVD）是常见的两种压力条件。
LPCVD通常在较低的压力（1 - 100 Pa）下进行，能够提供较好的薄膜均匀性和纯度，因为在低压下，气态分子的平均自由程较长，反应产物更容易扩散离开反应区域。
APCVD则在常压（约101.3 kPa）下进行，设备相对简单，但可能会存在薄膜均匀性较差的问题。
- 载气：载气用于将气态先驱体输送到反应室中。
常用的载气有氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体。
载气的流速会影响先驱体在反应室中的浓度分布，进而影响聚合物的沉积速率和薄膜质量。
二、聚合物沉积的先驱体1. 有机硅先驱体- 如四甲基硅烷（Si(CH₃)₄）等有机硅化合物是常用的先驱体。
在CVD过程中，四甲基硅烷在高温下会发生分解反应，硅 - 碳键断裂，释放出甲基基团，然后硅原子之间相互连接形成硅基聚合物的骨架结构。
反应式大致为：Si(CH₃)₄→Si + 4CH₃（高温分解），随后硅原子发生聚合反应形成聚合物。
- 有机硅先驱体沉积得到的聚合物具有良好的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性等特点，在电子、航空航天等领域有广泛的应用。
2024届云南省华坪县第一中学高一化学第一学期期末质量跟踪监视试题含解析
2024届云南省华坪县第一中学高一化学第一学期期末质量跟踪监视试题考生须知：1．全卷分选择题和非选择题两部分，全部在答题纸上作答。
选择题必须用2B 铅笔填涂；非选择题的答案必须用黑色字迹的钢笔或答字笔写在“答题纸”相应位置上。
2．请用黑色字迹的钢笔或答字笔在“答题纸”上先填写姓名和准考证号。
3．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，在草稿纸、试题卷上答题无效。
一、选择题（每题只有一个选项符合题意）1、认识反应条件对化学反应的影响，对学好化学具有重要意义。
下列说法中正确的是 A ．镁在空气中或纯净氧气中燃烧的产物都只有MgO B ．钠在敞口容器中存放或在空气中燃烧的产物都是Na 2O 2C ．将四氧化三铁溶解于过量的硝酸中，所得溶液中含有Fe 3+、Fe 2+D ．氯化铝和过量的氨水反应一定得到Al(OH)3沉淀 2、下列试剂的保存方法中错误的是( ) A ．少量的钠保存在煤油中B ．NaOH 溶液保存在带玻璃塞的试剂瓶中C ．新制的氯水保存在棕色试剂瓶中D ．FeSO 4溶液保存在有少量铁粉的试剂瓶中 3、下列各组离子在溶液中能大量共存的是（ ） A ．2443Na NH SO NO ++--、、、 B ．24K Fe H MnO +++-、、、 C ．233H K SiO NO ++--、、、D ．3Na K HCO OH ++--、、、4、下列溶液中，Cl -的物质的量浓度最大的是（ ） A ．300 mL0.1 mol/L NaCl 溶液B ．10 mL0.2 mol/LAlCl 3溶液C ．标况下4.48LHCl 气体配成的1 L 溶液D ．100 mL0.1 mol/LFeCl 3溶液5、三位科学家因在¨分子机器的设计与合成”领域做出贡献而荣获2016年诺贝尔化学奖。
他们利用原子、分子的组合，制作了最小的分子马达和分子车。
下列说法错误的是( ) A ．化学注重理论分析、推理，而不需要做化学实验 B ．化学是在原子、分子的水平上研究物质的一门自然科学 C ．化学家可以在微观层面操纵分子和原子，组装分子材料D ．化学是一门具有创造性的科学，化学的特征是认识分子和制造分子6、有200mL 氯化镁和氯化铝的混合溶液，其中2c Mg +()为0.2mol ·L －1, c Cl -()为1.3mol ·L －1。
各种元素对不锈钢性能的影响
不锈钢中所含各元素的作用目前，已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。
对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。
这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
一、各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用1-1铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。
迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。
铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。
这种变化可以从以下方面得到说明：①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。
构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。
碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。
所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
纳米集成电路制造工艺-电介质薄膜沉积工艺
纳米集成电路制造工艺-电介质薄膜沉积工艺前言电介质在集成电路中主要提供器件、栅极和金属互连间的绝缘，选择的材料主要是氧化硅和氮化硅等，沉积方法主要是化学气相沉积（CVD）。
随着技术节点的不断演进，目前主流产品已经进入65/45nm的世代，32/28nm产品的技术也已经出现，为了应对先进制程带来的挑战，电介质薄膜必须不断引入新的材料和新的工艺。
电介质是能够被电极化的绝缘体。
电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着，因此这些粒子的电荷为束缚电荷。
在外电场作用下，这些电荷也只能在微观范围内移动，产生极化。
在静电场中，电介质内部可以存在电场，这是电介质与导体的基本区别。
在电磁学里，当给电介质施加一个电场时，由于电介质内部正负电荷的相对位移，会产生电偶极子，这现象称为电极化。
施加的电场可能是外电场，也可能是嵌入电介质内部的自由电荷所产生的电场。
因为电极化而产生的电偶极子称为“感应电偶极子”，其电偶极矩称为“感应电偶极矩”。
在栅极电介质的沉积方面，为了在降低电介质EOT（等效氧化物厚度）的同时，解决栅极漏电的问题，必须提高材料的k值。
在130/90/65nm乃至45nm的世代，对传统热氧化生成的氧化硅进行氮化，生成氮氧化硅是提高k值的一种有效方法。
而且氮氧化硅在提高材料k值和降低栅极漏电的同时，还可以阻挡来自多晶硅栅内硼对器件的不利影响，工艺的整合也相对简单。
到45/32nm以后，即使采用氮氧化硅也无法满足器件对漏电的要求，高k介质的引入已经成为必然。
Intel公司在45nm已经采用了高k的栅极介质（主要是氧化铪基的材料，k值约为25），器件的漏电大幅降低一个数量级。
在后端的互连方面，主要的挑战来自RC延迟。
为了降低RC延迟，电介质的k值必须随着技术节点不断降低。
从180/130nm采用掺氟的氧化硅（FSG）到90/65/45nm采用致密掺碳的氧化硅（SiCOH），再到32nm以后的多孔的掺碳氧化硅（p-SiCOH），材料的k值从3.5到3.0～2.7，再到小于2.5。
钢中化学元素对性能的影响
钢中化学元素对性能的影响钢的化学成分是控制钢材性能变化的内因，钢材的生产工艺条件是影响钢材性能的外因。
在实际生产中可以在规定范围内适当选择成分会计师来满足性能要求，也可以通过不同生产工艺制度，特别是控制轧制、控制冷却及热处理来改善钢材性能。
1、碳对钢性能的影响碳主要以碳化物形式存在于钢中，碳是决定钢的强度的主要元素。
碳含量升高时，强度、硬度提高，而塑性、韧性和冲击降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高。
随着钢中含碳量提高，焊接性能显著下降，因此，用于焊接结构的低合金高强度钢，含碳量不超过0.25%，一般应不大于0.20%。
碳含量高低对热处理制度的确定有很大影响。
2、硅对钢性能的影响硅能显著提高强度，可提高钢的抗腐蚀能力和抗高温氧化能力。
对小于0.8—1.0%的硅，虽使钢延利率、收缩率和冲击韧性有所降低，但不显著。
硅含量过高至1—3%时，钢变脆，使冷脆转变温度提高，使钢的时效敏感性提高。
硅作为硅钢的主要成分能降低铁损，增加磁感应强度。
3、锰对钢性能的影响锰常作为脱氧剂或合金元素加入钢中，与钢水中的S、O反应生成的MnS和MnO熔点较高且易上浮排除，可消除FeO和FeS引起的热脆，改善了结构钢的热加工性能，一般要求Mn/S大于10倍，锰还可降低冷脆性，可溶下地渗碳体形成碳化物[Mn3C;(Fe、Mn)3C]，增加钢的强度。
通常，愿意用低碳高锰钢作焊接结构钢，一般情况下Mn/C比值越大（达2.5 以上），钢的低温韧性越好。
当Mn在0.80—1.0%以下时，几乎不降低钢的塑性和韧性，甚至对后者还有所提高。
当Mn超出1.0%时，在提高可度的同时降低钢的塑性和韧性。
当Mn 在2.0%以下时，对焊接性能影响不大，继续增加时，焊接性能变坏。
锰能提加钢的淬透性、碉磨性。
4、磷对钢性能影响磷在钢中以Fe3P和Fe2P形态存在。
溶于纯铁的磷，能使铁的晶粒急剧歪扭，因而使钢的强度、硬度增高，但塑性、韧性下降，尤其在低温时韧性降低得最厉害，这种现象称为“冷脆”。
cvd沉积技术和硅碳复合技术_概述及解释说明
cvd沉积技术和硅碳复合技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述：CVD沉积技术和硅碳复合技术是在材料科学领域中引起广泛关注的两个重要研究领域。
CVD沉积技术（化学气相沉积）是利用化学反应在固体表面上进行薄膜或纳米材料的合成的一种方法。
它具有高度可控性、多样性和适用范围广等优势，因此在制备功能材料、微电子器件、光学涂层等方面得到了广泛应用。
硅碳复合技术则是将硅和碳元素结合起来形成新种类的材料，旨在改善传统硅基材料的特性，如提高导电率、增强力学性能等。
1.2 文章结构：本文主要包括五个部分。
首先介绍引言部分，概述CVD沉积技术和硅碳复合技术的背景和意义，并说明文章结构。
接下来将详细介绍CVD沉积技术，包括定义和原理、应用领域以及优缺点及发展趋势。
然后讨论硅碳复合技术，包括定义和原理、材料特性及应用情况以及发展前景和挑战。
接着，在第四部分将重点讨论CVD沉积技术在硅碳复合中的应用，包括常见的CVD沉积技术与硅碳复合组合方式、实际应用案例分析以及优化研究与未来发展方向。
最后，通过总结CVD沉积技术和硅碳复合技术的重要性和应用前景，并对未来的研究方向提出建议和展望。
1.3 目的：本文旨在全面概述CVD沉积技术和硅碳复合技术，解释它们的原理、特性以及在科学研究和工程领域中的应用。
通过对这两个领域的深入介绍和分析，旨在揭示它们之间存在的相互关系，并探索其未来发展的前景与挑战。
这篇文章将为科学家、工程师和相关领域从业人员提供一个全面了解CVD沉积技术和硅碳复合技术所涉及内容的综合指南。
2. cvd沉积技术:2.1 定义和原理:cvd (化学气相沉积) 是一种通过化学反应在固体表面上形成薄膜的技术。
其中，化学反应通过所需气体在高温下与固体反应产生。
该技术主要包含以下步骤：物质的传递、化学反应、生成物诱导的增长以及副产物积累和排出。
在cvd过程中，首先选择合适的前驱体物质（也称为气源）和反应条件。
然后，将气源引入反应室，在高温条件下与基底材料进行化学反应。
氮化硅
氮化。所以整个氮化合成反应过程中控制温度≤1400℃为宜
。
• (3)氮化硅粉料的后处理 • 合成的氮化硅由于各种原因粒度不能满足要求， 所以还需根据具体情况进行球磨、酸洗等后处理， 最后要求至少得到粒度小于1μm的氮化硅粉料。 但往往粒度分布较宽，颗粒表面及几何形状也不 易符合理想要求，这是该法的缺点之一。 • 该方法合成氮化硅粉料，尽管工艺比较成熟，质 量稳定，重复性好，粒度也可以基本满足，成本 较低，但是存在粉料的纯度和相组成较难严格控 制等问题，所以还需要进一步改进和完善这一工 艺，以提高氮化硅粉料的质量。
• (4)在半导体、航空、 原子能等工业上用于 制造开关电路基片、 薄膜电容器、承受高 温或温度剧变的电绝 缘体、雷达天线罩、 导弹尾喷管、原子反 应堆中的支承件和隔 离件、核裂变物质的 载体等。
• (5)在医学工程上可以 制成人工关节。
• 6)正在研制的氮化硅 质的全陶瓷发动机代 替同类型金属发动机。
(2)主要工艺类型和特点 从上图中可知，由于几个主要环节如合成、成形、烧结可以有多种方法进行选择， 而且有的在次序上也不一定完全一致，因此具体的工艺流程有很多种。几个主要 工艺类型及特点详见表4—2。 表4—2中的几种工艺制得的氮化硅陶瓷制品不论是在显微结构上还是在性能方面 都有较大的差别，在制造成本上差距也很大。因此，在实际应用中应根据制品的 用途和所需要达到的性能指标，以及价格等诸因素综合考虑后进行选择。
•
(1)在冶金工业 上制成坩埚、马 弗炉炉膛、燃烧 嘴、发热体夹具、 铸模、铝液导管、 热电偶测温保护 套管、铝电解槽 衬里等热工设备 上的部件。
• 2)在机械工业上制成 高速车刀、轴承、金 属部件热处理的支承 件、转子发动机刮片、 燃气轮机的导向叶片 和涡轮叶片等。
氮化硅的制备方法
氮化硅的制备方法一、传统高温合成法。
1.1 直接氮化法。
这可是一种挺“实在”的方法呢。
就是直接把硅粉放在氮气氛围里，然后加热到高温，让硅和氮发生反应，生成氮化硅。
就像两个人面对面，直来直去地打交道一样。
不过这方法也有点小脾气，它对温度要求特别高，一般要1300℃ 1400℃左右。
温度低了，反应就像个懒虫，进行得慢吞吞的，生成的氮化硅质量也不咋地。
而且这个过程就像一场精细的舞蹈，硅粉的纯度、氮气的纯度、反应的时间等因素都得配合好，不然就容易出岔子。
1.2 碳热还原氮化法。
这个方法有点像找了个“中间人”来帮忙。
以二氧化硅为原料，加入碳粉，在氮气氛围下加热。
这里面碳就像个热心肠的媒婆，在高温下帮助二氧化硅和氮气牵手成功，最后生成氮化硅。
这个方法的好处是原料比较容易得到，成本相对低一些。
但是呢，就像生活中找了中介办事得给中介费一样，这个过程会产生一些杂质，像一氧化碳之类的，后续还得费些功夫把这些杂质去除干净，有点麻烦得很呢。
二、化学气相沉积法。
2.1 低压化学气相沉积。
这是一种比较“高大上”的方法。
把含有硅元素和氮元素的气体，比如说硅烷和氨气，放到一个低压的环境里。
然后通过加热或者等离子体激发这些气体，让它们发生化学反应，在基底上沉积出氮化硅薄膜。
这个过程就像是在一个精心布置的舞台上，各种气体分子是演员，在特定的条件下表演出一场生成氮化硅的好戏。
这种方法能制备出高质量的氮化硅薄膜，纯度高、性能好，就像精心雕琢出来的艺术品。
不过呢，设备要求比较高，成本就像坐火箭一样往上蹿，不是一般人能轻易玩得起的。
2.2 等离子体增强化学气相沉积。
这是在化学气相沉积法的基础上又加了个“小助手”——等离子体。
通过等离子体来增强反应活性，让反应进行得更顺利。
这个方法可以在相对较低的温度下进行，就像走了个捷径一样。
而且沉积的速度还比较快，就像开了加速器。
但是呢，等离子体这个东西就像个调皮的小鬼，不好控制，反应过程中的参数需要精心调整，不然制备出来的氮化硅薄膜质量就会像坐过山车一样，忽上忽下不稳定。
选取氮化硅和二氧化硅作为薄膜材料
选取氮化硅和二氧化硅作为薄膜材料，借助膜系设计软件对膜系结构进行优化，采用中频脉冲磁控溅射技术进行薄膜制备。
利用高反膜透射曲线拟合方法调整薄膜的实际沉积速率，减少膜厚控制误差，在树脂镜片CR39基底的凸面和凹面上分别镀制了符合设计要求的红外防护膜和可见光减反膜。
镀膜后树脂镜片在420～680 nm的平均透过率大于95%，在近红外800～1400 nm波段的平均透过率小于60%，薄膜性能稳定，能够满足红外防护树脂镜片的日常使用需要1）热固性材料1）普通树脂材料：（CR-39）学名碳本酸丙烯乙酸，或称烯丙基二甘醇酸脂（Dially Glycol Carbonates），是应用最广泛的生产普通树脂镜片的材料。
它于四十年代被美国哥伦比亚公司的化学家发现，是美国空军所研制的一系列聚合物中的第39号材料，因此，被称为CR-39（哥伦比亚树脂第39号）。
CR-39被用于生产眼用矫正镜片是在1955~1960年，是第一代的超轻、抗冲击的树脂镜片。
CR-39作为一种热固性材料，单体呈液态，在加热和加入催化剂的条件下聚合固化。
聚合是一个化学反应，即由几个相同分子结构的单体组成的一个新的聚合体分子，具有不同的长度和性质。
作为光学镜片，CR-39材料性质的参数十分适宜：折射率为1.5（接近普通玻璃镜片）、密度1.32（几乎是玻璃的一半）、阿贝数为58~59（只有很少的色射）、抗冲高透光率，可以进行染色和镀膜处理。
它主要的缺点是耐磨性不及玻璃，需要镀抗磨损膜处理。
树脂镜片可采用模式压法加工镜片表面的曲率，因此很适用于非球面镜片的生产。
2）中高折射率树脂材料：今天大部分的中折射率和高折射率材料都是热固性树脂，其发展非常迅速。
它们的折射率可以使用以下任意一种技术来增加：改变原分子中电子的结构，例如：引入苯环结构；在原分子中加入重原子，诸如卤素（氯、溴等）或硫。
与传统CR-39相比，用中高折射率树脂材料制造的镜片更轻、更薄。
它们的比重与CR-39大体一致（在1.20到1.40之间），但色散较大（阿贝数45），抗热性能较差，然而抗紫外线较佳，同时也可以染色和进行各种系统的表面镀膜处理。
碳化法制备二氧化硅的原理_概述说明以及解释
碳化法制备二氧化硅的原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述近年来，二氧化硅作为一种重要的功能材料，其在电子行业、建筑材料领域等多个领域均有广泛应用。
碳化法制备二氧化硅是一种常见且有效的方法。
本文旨在对碳化法制备二氧化硅的原理进行概述说明和解释，介绍该方法的步骤与条件，并探讨碳源选择以及反应机理。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，对文章的目的和结构进行简要介绍；其次是“碳化法制备二氧化硅原理”部分，详细阐述了碳化法的概念和相关步骤和条件，并进一步探讨了碳源选择和反应机理。
接下来，“碳化法制备二氧化硅的过程详解”部分将从准备工作、实验装置介绍、制备方法步骤以及操作注意事项等方面进行详细说明。
随后，“二氧化硅应用领域及前景展望”部分将探讨二氧化硅在电子行业、建筑材料领域等领域中的应用，并展望其他领域的潜在应用前景。
最后，“结论”部分将对碳化法制备二氧化硅的原理和过程进行总结，同时提出未来研究和发展方向的建议和展望。
1.3 目的本文旨在对碳化法制备二氧化硅的原理进行详细解释，并介绍其步骤、条件以及反应机理。
通过对实验参数对产物性质的影响进行分析，我们将探讨该方法的可行性和优势。
此外，我们还将回顾和展望二氧化硅在不同领域中的应用，并对未来研究及发展方向提出建议。
通过本文的阐述，期望能够为相关领域科研人员提供参考和借鉴，推动碳化法制备二氧化硅技术的进一步发展与应用。
2. 碳化法制备二氧化硅原理2.1 碳化法概述碳化法是一种常用的制备二氧化硅的方法之一。
它是通过在高温环境下，将含有碳源的硅材料与气体中的一氧化碳或甲烷等反应，从而生成二氧化硅的过程。
2.2 碳化法的步骤和条件碳化法的主要步骤包括：首先将含有碳源的硅材料放置于高温反应器中；接着加入适量合适的气体作为反应介质；随后进行高温反应，使得碳源与硅材料发生反应生成二氧化硅。
在进行碳化法制备二氧化硅时，需要注意以下条件：- 温度：由于该反应需要高温才能进行，通常在1300℃至1600℃范围内进行。
刻蚀简介
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等离子刻蚀简介自 1970 年代以来组件制造首先开始采用等离子刻蚀技术，对于等离子化学新的了解与认知也就蕴育而生。
在现今的集成电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于等离子刻蚀是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此等离子刻蚀便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。
等离子刻蚀主要应用于集成电路制程中线路图案的定义，通常需搭配光刻胶的使用及微影技术，其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻：应用于定义主动区；2) 多晶硅化物/多晶硅(Polycide/Poly)刻蚀：应用于定义栅极宽度/长度；3) 多晶硅(Poly)刻蚀：应用于定义多晶硅电容及负载用之多晶硅；4) 间隙壁(Spacer)刻蚀：应用于定义 LDD 宽度；5) 接触窗(Contact) 及引线孔(Via)刻蚀：应用于定义接触窗及引线孔的尺寸大小；6) 钨回刻蚀(Etch Back)：应用于钨栓塞(W-Plug)的形成；7) 涂布玻璃(SOG)回刻蚀：应用于平坦化制程；8) 金属刻蚀：应用于定义金属线宽及线长；接脚(Bonding Pad)刻蚀等。
9) 影响等离子刻蚀特性好坏的因素包括了：1) 等离子刻蚀系统的型态；2) 等离子刻蚀的参数；3) 前制程相关参数，如光刻胶、待刻蚀薄膜的沉积参数条件、待刻蚀薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。
何谓等离子体?基本上等离子体是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电(Glow Discharge) 现象。
刻蚀用的等离子体中，气体的解离程度很低，通常在 10-5-10-1 之间，在一般的等离子体或活性离子反应器中气体的解离程度约为 10-5-10-4，若解离程度到达 10-3-10-1 则属于高密度等离子体。
化学气相沉积技术的研究与应用进展
化学气相沉积技术的研究与应用进展化学气相沉积技术（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种重要的化学气相沉积技术，它利用化学反应在固体表面生成薄膜或其他材料。
CVD技术已经在多个领域得到了广泛的应用，包括微电子、光电子、材料科学等。
本文将介绍化学气相沉积技术的基本原理、研究进展及应用，并对其未来发展做出展望。
一、基本原理化学气相沉积技术是一种利用气相中的化学物质在固体表面进行化学反应生成固体薄膜或其他材料的技术。
其基本原理是通过在反应室中将气相中的原料气体与衬底表面进行化学反应，生成所需的薄膜或涂层材料。
在这一过程中，需要控制气体的流动、温度、压力和反应条件等参数，以实现所需的沉积效果。
化学气相沉积技术广泛应用于材料科学领域，例如在半导体器件制造中，CVD技术被广泛用于生长硅薄膜、氧化层、金属多层膜等材料。
在光电子领域，CVD技术也被用于制备光学薄膜、光纤等材料。
CVD技术还可以用于生长碳纳米管、石墨烯等碳基材料的制备。
二、研究进展近年来，化学气相沉积技术在研究领域取得了许多重要进展。
一些新型CVD技术已经在材料制备、纳米器件生长等方面展现出了潜力和优势。
1. 低温CVD技术传统的CVD技术需要高温条件下进行反应，这限制了一些热敏感材料的应用。
近年来，研究人员开始开发低温CVD技术，以满足对低温条件下进行材料制备的需求。
低温CVD技术可以通过改变原料气体、反应条件或采用特殊催化剂等手段来实现，在生长高质量的薄膜材料的降低了工艺温度对材料的影响。
2. 原子层沉积（ALD）技术原子层沉积技术是一种高度精确的沉积技术，它可以在衬底表面上形成原子尺度的薄膜。
与传统的CVD技术相比，ALD技术可以实现更高的沉积精度和均匀性，因此被广泛应用于微电子器件的制备、纳米材料的生长等领域。
3. 气相硅烷化技术气相硅烷化技术是一种将硅源气体进行化学反应生成硅薄膜的CVD技术。
相比于传统的硅化物CVD技术，气相硅烷化技术可以在较低的温度下实现高质量的硅薄膜生长，同时可以降低对衬底材料的损伤，因此在太阳能电池、柔性电子等领域有广泛的应用前景。
反应烧结碳化硅陶瓷
碳化硅制品的全面概述碳化硅制品是何物？如何使用碳化硅制品，我们首先要明确碳化硅的定义，然后知道碳化硅制品的组成部分，用哪些工艺？下面做些简单介绍碳化硅是一种无机非金属材料，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，用于各种要求耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件中。
由于材料工作者的不断努力，其性能有了很大的改进，已成为一种重要的工程材料，在机械、冶金、化工、电子等部门得到广泛的应用。
采用常压烧结方法生产碳化硅瓷制品，其特点是用较高的烧结温度烧结碳化硅的毛坯，使之达到较高的密度，碳化硅的含量达到９８％以上。
所得到的碳化硅瓷烧结体耐腐蚀性、抗氧化性能及高温强度均较高。
在1600oC时强度不降低。
因而其制品特别适合于耐磨、耐腐蚀和耐高温的场合使用，如密封环、磨介、喷砂嘴、防弹板等。
特种瓷主要运用到那些方面？特种瓷包括各种材料制作的瓷制品，例如碳化硅材料生产的碳化硅制品，碳化硅密封环，氧化铝材料生产的99瓷，氧化锆材料生产的电解质等等。
所以说，是应用相当广泛的，今天我讲解下应用到高端产品的特种瓷。
1 氧化锆材料生产的特种瓷氧化锆瓷因其拥有较高的离子电导率，良好的化学稳定性和结构稳定性，成为研究最多、应用最为广泛的一类电解质材料。
通过对氧化锆基电解质薄膜制备工艺的改进，降低此类材料的操作温度和制备成本，力争可以实现产业化也是未来研究的重要方向。
2 碳化硅材料生产的特种瓷碳化硅材料是硬度高，成本低的材料，可以生产碳化硅制品，例如碳化硅密封件、碳化硅轴套、碳化硅防弹板、碳化硅异形件等，可以应用到机械密封件上和各种泵上。
在以后的发展中，特种瓷会应用得更加广泛，因为新型材料的不断出现，制作的特种瓷的功能越来越受到人们的欢迎！当今市场上存在哪些碳化硅制品在碳化硅制品行业中，仅仅因为其市场较大，所以涌现了很多的碳化硅制品种类，例如碳化硅密封环、碳化硅轴套、碳化硅轴、碳化硅防弹板等。
1 碳化硅密封环碳化硅密封环主要运用到机械密封件上，动静环配套使用，外加上固定的配件就组成了机械密封件。
碳与四氢化硅能反应的
碳与四氢化硅能反应的碳与四氢化硅能够发生反应，这是因为它们之间的化学成分的相互作用。
在这方面，我们可以对这两种化学物质做出以下的探讨。
首先，碳是一种非金属元素，是自然界中广泛存在的元素。
它的化学符号为C，原子序数为6。
碳是存在于地壳上和生物体内的元素，常见的形式有石墨、金刚石、煤等多种形式。
同时，碳还是有机化学的基础，它在生物体内有着重要的作用，包括合成蛋白质、脂肪和碳水化合物等。
四氢化硅是一种无机化合物，化学式为SiH4。
它是一种无色、带有特殊气味的气体，是一种强还原性的化合物，可以在高温或触媒的作用下与氧、氮、硫等多种元素发生反应。
通过对碳和四氢化硅的介绍，我们可以看到它们之间有着一些相似的化学性质。
事实上，碳和四氢化硅之间会发生反应。
这种反应的具体表现是什么呢？我们将从以下三个方面进行讲解：一、碳与四氢化硅反应的类型碳与四氢化硅之间的反应类型有多种，其中比较典型的是热化合反应。
在高温的条件下，碳可以与四氢化硅发生化学反应，反应后会产生羟基乙烷、二氧化硅、硅碳化合物等化合物。
这种反应是一种由化合物分解生成新的化合物的过程，也叫做热解反应。
此外，它们之间还会发生还原反应、氧化反应等。
还原反应中，碳可以通过与四氢化硅反应，将其他物质的氧化物还原成相应的氧化物，同时碳也会被氧化成二氧化碳和水。
二、碳与四氢化硅反应的影响碳与四氢化硅反应的影响主要可以表现为两个方面：一方面是物理方面，另一方面是化学方面。
物理方面，由于碳和四氢化硅的反应，会产生高温或燃烧，这可能会导致物体的变形、熔化、燃烧等。
在实际应用中，我们可以通过掌握好反应条件，避免这些不良的结果。
化学方面，碳与四氢化硅反应之后，会产生一些新的化合物。
这些化合物的性质会有一定的变化，其物理、化学性质都与碳和四氢化硅有较大的差异。
因此，在实际生产中，需要对这些化合物进行深入的研究和探究，以便为实际应用提供更好的依据。
三、碳与四氢化硅反应的应用碳与四氢化硅反应的应用非常广泛。
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反应条件对氮(碳/氧)化硅薄膜性能的影响王 君,李 芬,吉小利,储昭荣,徐国财(安徽理工大学化工系,安徽淮南232001) 摘 要:就氮(碳/氧)化硅薄膜的反应条件-组成和结构-性能之间关系的国内外研究进行了综述。
关键词:氮(碳/氧)化硅;反应条件;薄膜中图分类号:TQ174.758 O484.4文献标识码:A文章编号:1672-5425(2004)01-0020-03 氮(碳/氧)化硅薄膜具有绝缘性好、硬度和致密度高、热稳定性好以及抗杂质扩散和水汽渗透能力等优点,可用作半导体集成电路的表面钝化材料、切削刀具的耐磨蚀涂层、光学涂层等[1～3]。
氮(碳/氧)化硅薄膜的制备条件,诸如氮源、硅源及其相对量、沉积温度、沉积基片的性质等因素对薄膜的组成、结构和性能均有影响,只有搞清沉积条件与薄膜组成、结构、性能以及沉积速度之间的关系,提高氮(碳/氧)化硅薄膜性能的可设计性,才能更好地满足工业发展的需要。
作者就反应条件对氮(碳/氧)化硅薄膜的内应力和沉积速率、硬度、模量和表面平整度、介电性能、光学性能和腐蚀速率的影响以及薄膜组成和结构与其性能的关系进行了综述。
1 氮(碳/氧)化硅薄膜的内应力和沉积速率内应力是制备过程中在薄膜内部产生的应力,包括热应力和本征应力。
薄膜的热应力来源于薄膜的基片热膨胀系数的不同以及沉积温度与测量温度的不同,而本征应力的形成机制尚未有定论。
由于薄膜内应力直接影响到薄膜元器件的成品率、稳定性和可靠性,因此薄膜内应力问题的研究受到重视;沉积速率即薄膜的生长速率,它不仅决定了工作效率而且对薄膜的性能(特别是内应力和粗糙度等)有影响。
M.K lanjµek Gunde等[4]以氮气为载气,以不同流量的N H3、SiH4和N2O作为反应气氛,采用等离子体增强化学气相沉淀法(PECVD)在硅晶片上沉积氮(氧)化硅薄膜,并阐述了薄膜的宏观性质对反应气体组成的依赖性。
实验中保持N H3和SiH4两种气体总流量为570cm3・min-1,所有气体总流量为1250cm3・min-1。
发现氮化硅薄膜的内应力与SiH4的浓度有关。
在N H3/SiH4流量比为2～3之间时,具有较宽的压应力最大值区域(500～700MPa)。
固定N H3/SiH4值,加入N2O,内应力随N2O/SiH4的增大而减小,当N H3/SiH4为3时,薄膜甚至略显张应力。
M.K lanjµek Gunde等还对氮(氧)化硅薄膜进行红外光谱分析,对薄膜结构进行鉴定,并与薄膜的性质相关联。
结果发现氮(氧)化硅薄膜的内应力随≡Si-O-Si≡含量增加而下降,氮化硅薄膜的内应力受N-H的影响较大,关系较为复杂。
于映等[5]就反应条件对PECVD法氮化硅薄膜内应力的影响所做研究表明:在SiH4/N H3体积流量比达0112时,薄膜具有最小的压应力,分析认为此时生成了接近化学计量比的氮化硅,薄膜中较少存在游离的Si或N单质,从而内应力较小;若偏离此组成,则生成富氮或富硅膜,内应力较大;当沉积温度在50～400℃之间变化时,发现在100～250℃有一内应力最小值区,而本征应力在250℃取得最小值,热应力则随温度直线下降。
研究温度范围内薄膜表现为压应力。
对热应力的形成机制的分析认为:热应力是由于薄膜从沉积温度冷却到测量温度过程中薄膜收缩率与基片收缩程度不同造成的。
若膜的热膨胀系数较大,则膜倾向于更大的收缩,结果是薄膜受压应力,基片受张应力;反之,若基片的热膨胀系数较大,则薄膜受张应力,基片受压应力;射频功率密度在0116W・cm-2以下时,薄膜具有较小的内应力,超过此值则内应力大幅度增加,可能是在低功率密度时,到达基片表面的活性粒子具有足够的时间进行迁移、排列,有利于形成低应力的致密膜,而高功率密度时,反应沉积速率很快,沉积物的规整性较差,所以内应力较大。
王玉林等[6]发现在反应体系中引入适量的氦气可以调控氮化硅薄膜的基金项目:淮南科技基金(200201)收稿日期:2003-11-13作者简介:王君(1971-),男,在读硕士,讲师,研究方向:纳米复合材料。
通讯联系人:徐国财,gcxu@。
02化学与生物工程 2004年第1期内应力,而折射率和腐蚀速率性能上与常规工艺所得薄膜无异。
姜利军等[7]研究了射频频率对氮化硅薄膜的内应力的影响。
发现在低频(100kHz)下制备的氮化硅薄膜的密度较大,具有8×109Pa左右的压应力和较小的刻蚀速率;而在高频(13156MHz)沉积的氮化硅薄膜密度较小,具有2×109Pa的张应力,刻蚀速率较大。
利用高低频交替沉积的方法可制得低应力(107Pa)的氮化硅薄膜,该膜可以承受700℃的高温而不开裂或拱起。
于映等[8]用钠光平面干涉法测量沉积在40Cr钢基片上氮化硅和NiCr合金双层薄膜的内应力,发现双层膜整个系统的内应力是基片及各层子膜相互作用的结果,并指出选择膨胀系数相近的材料作为膜材、降低沉积速率以增加薄膜的致密性、对薄膜进行热处理等是减小多层薄膜内应力的有效途径。
G.C.Han等[9]在100～350℃范围内,以PECVD 法在不同的基片(Si,Ta,IrMn,NiFe,Cu,Co Fe)上生长氮化硅薄膜,并考察了反应条件对薄膜的沉积速率、BHF腐蚀速率、粗糙度和元素组成的影响。
发现在不同的基片上的沉积速率均随温度升高而下降,在NiFe 上的沉积速率具有最大的温度依赖性,而在相同的温度下,在IrMn上的沉积速率最大。
2 氮(碳/氧)化硅薄膜的硬度、模量和粗糙度用作超硬材料的氮(碳/氧)化硅薄膜希望其硬度和模量越大越好,用作集成电路的钝化膜时,也要求有一定的硬度和模量,而且薄膜的表面粗糙度要小,这对消除M EMS中的斑点现象非常有用。
Z.Rymuza等[10]用辉光放电法在单晶硅片上制备了适用于M EMS技术的氮氧化硅薄膜。
当以HMD2 SN(六甲基二硅胺烷)+N H3+N2混合气为起始原料时,在相对低的温度和相对长的沉积时间下(100℃,60 min),薄膜具有最高的弹性模量和硬度;当以TEOS+ O2+Ar为起始原料时,在最高的实验温度下(370℃)沉积的薄膜在退火后,具有较高的硬度,同样温度下沉积的薄膜经UV照射处理后具有较高的弹性模量。
比较而言,用HMDSN在低温下可以获得高硬度高模量的薄膜,且无须后处理,薄膜表面平整。
T.Th rigen等[11,12]用氮等离子体辅助脉冲激光沉积法(PLD),以超纯石墨粉和Si3N4粉压制混合物为靶材料,在单晶硅(100)底物上生成了012～015μm的CSi x N y超硬非晶薄膜,用XPS、AES和XAN ES对薄膜元素组成、化学结合状态进行了分析,并把分析结果与薄膜性质进行关联。
研究表明,当氮的流量较高时,靶材中Si3N4含量为10%时,薄膜具有较大的硬度,但弹性模量急剧下降,而靶材中Si3N4含量为0时,薄膜硬度稍降,但具有很高的弹性模量;当氮的流量很小时,无论靶材中Si3N4含量多少,硬度和模量都很小;中等氮流量时,以纯石墨为靶材具有较高的硬度和模量。
可见反应体系中保持足量的氮自由基是获得高硬度和高模量薄膜的必要条件。
通过对薄膜中化学结合状态的分析认为是氮和碳生成了三维的化学键合网络。
3 电学性能、光学性能及BHF腐蚀速率BHF腐蚀速率常用来确定氮化硅薄膜的电学和化学性能以及用来建立过程控制。
据报道高腐蚀速率会导致低的击穿场强,实践上希望薄膜具有较小的腐蚀速率。
楚振生等[13]考察了用辉光放电法制备氮化硅薄膜时衬底温度、射频功率和气体流量比对薄膜的电导率、介电常数和击穿场强的影响,结果表明:当N H3/ SiH4在1～9的范围内增大时,薄膜的介电常数在N H3/SiH4为3时达最大值715,而后减小,击穿场强在N H3/SiH4为3时达最大值515MV・cm-1后趋于稳定。
分析认为N H3/SiH4比与薄膜中的N/Si比相关,而薄膜中的N/Si比对其介电常数和击穿场强有直接关系。
接近化学计量比的氮化硅薄膜具有较好的介电性能。
在N H3/SiH4小于1的范围内,薄膜的电导率出现最大值,当N H3/SiH4大于1,电导率随N H3/SiH4的增大而呈指数下降,分析认为N H3/SiH4对电导率的影响依赖于N在薄膜中的含量及N在薄膜中所起的作用;对沉积温度的考察发现在200～280℃之间,氮化硅薄膜的介电常数随温度升高而趋于稳定,而击穿电压在250℃时达到最大值,原因可能是温度影响了沉积速率和薄膜的结构,低温时结构尚未稳定,而高温时沉积速率过快,使原子来不及选择低势能点便很快固化,因而易在膜中形成缺陷。
于映等[14]发现沉积温度、沉积时系统的本底真空度和气体的流量比是影响PECVD氮化硅薄膜的绝缘耐压性能的重要因素。
当沉积温度为290℃,本底真空度为2Pa,气体流量比V SiH4/V NH3为0112时,薄膜电阻率可达80PΩ・cm,击穿场强可达12MV・cm-1,高于或低于此温度薄膜的耐电压性能都降低。
分析认为低温时由于气体反应活性小,易形成富硅膜而使耐电压性能较差,高温时,薄膜的热应力高,缺陷多,因而耐电压性能也较差。
122004年第1期 王君等:反应条件对氮(碳/氧)化硅薄膜性能的影响4 氮(碳/氧)化硅薄膜中的元素组成及赋存状态与性能的关系 由于氮(碳/氧)化硅薄膜的性能与其组成和结构密切相关,所以探究二者的内在关系,对提高氮(碳/氧)化硅薄膜的可设计性非常有用。
通常的研究方法是利用XPS、AES及F TIR等对薄膜的组成和结构进行分析鉴定,再将分析结果与性能和反应条件相关联。
G.C.Han等[9]用F TIR对氮化硅薄膜进行分析,以3350cm-1处N-H、2160cm-1处Si-H的伸缩振动峰的面积分别代表N-H和Si-H的含量,以Hrel =(114AreaN-H+AreaSi-H)/t代表总氢含量(其中t为薄膜厚度),给出了氢含量与沉积温度的关系。
研究表明在低温沉积的薄膜氢含量较高。
高氢含量薄膜的腐蚀速率较大,而且当温度高于沉积温度时,薄膜内可能形成氢气,造成薄膜起泡和粘结性能的损失。
G.C.Han等还对薄膜进行了AES分析,发现低温薄膜的氧含量高,氧化深度大,并将之归因于低温薄膜的高氢含量和低密度。
5 结束语氮(碳/氧)化硅薄膜由于极具应用前景而倍受关注,许多研究者正努力通过现代分析手段对氮(碳/氧)化硅薄膜的组成和结构进行鉴定,寻求反应条件-组成和结构-性能之间的关系,从而提高薄膜性能的可设计性,满足不同应用场合的需要。
目前对于氢、硅、氮、氧等元素的含量和结合形式与薄膜性能的关联已有初步的结论。
但由于氮(碳/氧)化硅薄膜制备条件的多样性及其结构的复杂性,所以影响薄膜性能的因素也是多方面的,许多问题有待深入探讨。