氮化硅薄膜2007
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。
在真空中涂覆氮化硅薄膜的方法[发明专利]
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专利名称：在真空中涂覆氮化硅薄膜的方法
专利类型：发明专利
发明人：弗拉基米尔·希里罗夫,谢尔盖·马雷舍夫,亚历山大·霍赫洛夫,艾拉特·希萨莫夫,米卡莱·莱乌胡克
申请号：CN200710101779.6
申请日：20070515
公开号：CN101074477A
公开日：
20071121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：在真空中涂覆化硅薄膜的方法及其实施例涉及涂覆氮化硅薄膜的领域，并能用于在真空中封装薄膜OLED结构(有机发光二极管)。
根据第一实施例，其中向真空箱中馈送工作气体的混合物：氮气和氩气，从至少一个离子源形成离子束；由定向离子束溅射硅靶，并通过扫描衬底的表面溅射材料分层沉积到衬底上，相对于衬底离子束源作相对运动；而且，在离子源与靶相对于衬底的相对运动的每个循环，形成厚度在2－10纳米范围内的至少一层，及向工作气体的混合物中引入氦气。
请求保护的方法及其实施例确保了薄膜结构的高密封度，提高了薄膜的密度，减小了薄膜的孔隙率和薄膜中的内部应力，降低了在衬底表面涂覆薄膜涂层的过程中衬底的温度，因此确保了薄膜涂层的高质量。
申请人：弗拉基米尔·希里罗夫,谢尔盖·马雷舍夫,亚历山大·霍赫洛夫,艾拉特·希萨莫夫,米卡莱·莱乌胡克
地址：白俄罗斯明斯克
国籍：BY
代理机构：北京金信立方知识产权代理有限公司
代理人：黄威
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氮化硅薄膜的作用
氮化硅薄膜的作用氮化硅薄膜是一种具有广泛应用的材料，其作用十分重要。
本文将从多个方面介绍氮化硅薄膜的作用。
氮化硅薄膜具有优异的绝缘性能。
由于氮化硅薄膜具有较高的绝缘阻抗，可以有效地隔离电子器件和底部基座之间的电荷传输，从而避免漏电和电磁干扰的产生。
这种绝缘性能使得氮化硅薄膜成为电子器件中重要的绝缘层材料。
氮化硅薄膜具有良好的机械性能。
氮化硅薄膜具有较高的硬度和较低的摩擦系数，可以在微纳米尺度下提供优异的耐磨性能和抗刮伤性能。
这种机械性能使得氮化硅薄膜广泛应用于硬盘驱动器、光学镀膜和显示器件等领域，提高了器件的使用寿命和可靠性。
第三，氮化硅薄膜具有良好的光学性能。
氮化硅薄膜具有较高的折射率和较低的光学损失，可以用作光学镀膜材料，提高光学器件的透过率和反射率。
此外，氮化硅薄膜还具有宽带隙特性，可以用于制备光电子器件，如光电二极管和太阳能电池等。
第四，氮化硅薄膜具有优异的化学稳定性。
氮化硅薄膜可以抵抗酸、碱和高温等腐蚀性介质的侵蚀，具有良好的耐化学性能。
这种化学稳定性使得氮化硅薄膜在微电子工艺中被广泛应用，可以作为保护层或衬底材料，提高器件的稳定性和可靠性。
第五，氮化硅薄膜具有优异的热稳定性。
氮化硅薄膜可以在高温环境下保持良好的结构稳定性和性能稳定性，不易发生结构相变或退火现象。
这种热稳定性使得氮化硅薄膜成为高温器件和封装材料的理想选择。
氮化硅薄膜具有绝缘、机械、光学、化学和热稳定性等多种优异性能，广泛应用于微电子、光电子、光学和化学工程等领域。
随着科学技术的不断进步，氮化硅薄膜的应用前景将更加广阔，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
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）氮化硅薄膜是一种广泛应用于半导体、光电子器件等领域的薄膜材料。
它具有较好的绝缘性能、高介电常数、低温沉积等特点，因此被广泛应用于电子器件的绝缘层、电阻层和介质层等。
氮化硅薄膜的性质主要取决于沉积工艺参数，如沉积温度、沉积气体组成、射频功率等。
下面将详细介绍PECVD氮化硅薄膜的性质及工艺研究。
PECVD氮化硅薄膜具有较好的绝缘性能。
氮化硅是一种非晶态材料，其本身就具备良好的绝缘性能。
通过PECVD工艺可以在基片上沉积出均匀且密实的氮化硅薄膜，进一步提高了绝缘性能。
PECVD氮化硅薄膜的介电常数较高。
介电常数是评价绝缘材料电性能的重要指标之一，对于光电子器件的工作性能有重要影响。
由于含有较高比例的氮元素，PECVD氮化硅薄膜的介电常数可以在3.5到8之间调节，具有较大的设计空间。
PECVD氮化硅薄膜具有较低的沉积温度。
相对于其他沉积工艺，PECVD氮化硅薄膜可以在相对较低的温度下完成沉积。
这对于一些温度敏感的材料或器件封装过程中非常重要。
1. 沉积温度的控制：沉积温度对薄膜的性质有重要影响。
通过优化沉积温度，可以实现不同薄膜性质的调控。
2. 沉积气体组成的优化：沉积气体主要包括硅源和氮源。
不同的气体组成可以调节薄膜的化学成分，进一步调控薄膜性质。
3. 射频功率的优化：射频功率对等离子体的产生和能量传递有重要影响。
合理调控射频功率可以实现较高的沉积速率和优良的薄膜质量。
4. 薄膜的表征：通过扫描电镜、X射线衍射等手段对沉积薄膜进行表征，了解薄膜的形貌、结构和成分等，从而进一步优化工艺参数。
PECVD氮化硅薄膜具有较好的绝缘性能、高介电常数和低温沉积等特点。
通过优化工艺参数，可以调控薄膜的性质，满足不同应用领域的需求。
在实际应用中，还需要进一步研究工艺优化、薄膜性能表征等方面的问题，以提高薄膜的质量和工艺的可靠性。
薄膜材料之氮化硅薄膜的PECVD生长介绍
总结
氮化硅薄膜应用很广泛，且应用 PECVD方式生长较好。
谢 谢！
射频功率
射频功率是PECVD 工艺中最重要的参数之一。
当射频功率较小时, 气体尚不能充分电离, 激活效率低, 反 应物浓度小, 薄膜针孔多且均匀性较差, 抗腐蚀性能差;
当射频功率增大时, 气体激活效率提高, 反应物浓度增大, 并且等离子体气体对衬底有一定的轰击作用使生长的氮化 硅薄膜结构致密, 提高了膜的抗腐蚀性能;但射频功率不能 过大, 否则沉积速率过快, 会出现类似“溅射” 现象影响薄 膜性质
300~600K
高温对氮化硅薄膜制备工艺的影响：
高温不仅会使基板变形，而且基板中的缺陷会生 长和蔓延，从而影响界面性能
PECVD制膜的优点：
均匀性和重复性好，可大面积成膜；
可在较低温度下成膜；
台阶覆盖优良； 薄膜成分和厚度易于控制；
适用范围广，设备简单，易于产业化
生成氮化硅薄膜的反应如下：
薄膜分子热运动
设备
直接法生长设备
间接法生长设备
注意事项：
1.要求有较高的本底真空； 2.防止交叉污染； 3.原料气体具有腐蚀性、可燃性、爆炸性、易
燃性和毒性，应采取必要的防护措施。
检验
对薄膜来说, 折射率是薄膜成分以及致密程度的综合指标, 是检验薄膜制备质量的重要参数
不同腔体气压 射频功率 温度 NH3 流量
PECVD 法生长氮化硅薄膜
主要内容：
PECVD介绍 氮化硅薄膜介绍 生成
物理气相沉积(PVD) 离子束溅射镀膜
薄膜制备方式
脉冲激光沉积镀膜
化学气相沉积(CVD)
常压CVD 低压CVD
PECVD 激光增强CVD
CVD介绍
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。
氮化硅薄膜力学性能的纳米压痕测试与分析
氮化硅薄膜力学性能的纳米压痕测试与分析张良昌, 许向东, 吴志明, 蒋亚东, 张辉乐电子科技大学，成都（610054）E-mail：zcclhl@摘要：纳米压入法在薄膜材料力学性能测试领域中有着广泛的应用。
本文利用纳米压入技术对PECVD氮化硅（SiNx）薄膜的力学性能进行了测量与分析，通过对加载卸载曲线的分析，得到了SiNx薄膜的杨氏模量为226GPa。
此外，本次试验对氧化硅（SiOx）薄膜、SiNx 与SiOx薄膜的复合膜也进行了测试。
结果表明，薄膜的应力变化导致其杨氏模量随之发生改变。
关键词：氮化硅纳米压入机械性能薄膜中图分类号：TB1．引言随着微电子机械系统（MEMS）的快速发展与不断深入，薄膜材料的性能越来越为人们所重视。
薄膜材料的力学性能对产品的设计、制造及可靠性分析具有重要意义。
其中，材料的杨氏模量（E）倍受关注。
人们对薄膜力学性能的研究早在19世纪末已经开始。
从那时起，各种测量方法和测量理论便不断涌现出来，这些方法大致可以分为两类：一类是直接测量方法，它是根据力学量的定义来测量的方法，如单轴拉伸法[1]；另一类是间接测量方法，它是通过测量由于力学量而引起的某些物理性能的改变来计算力学量的方法，如共振频率法[2]、声表面波法[3]等。
除此之外国内外还报道了还有其它测试方法：衬底弯曲法[4]、微桥法[5]、鼓泡法等[6]。
近10多年来，纳米压痕技术发展较快。
由于试样安装简单、仪器分辨率高、作用区域小、可以直接在器件上测量，纳米压入法成为现阶段广泛使用的薄膜材料力学性能测量方法[7,8]。
另一方面，氮化硅因其特殊的光学、电学、机械、化学惰性等性能，广泛被应用做减反射膜、钝化层、支撑层及介电薄膜。
而氮化硅薄膜的力学性能将密切影响材料质量与器件性能，是一个关键性指标。
目前为止，许多文献一般只报道SiNx薄膜应力、或杨氏模量的单独测量结果，这种现象影响到人们对相关材料的全面、准确评价。
本文通过膜层结构的改变促使薄膜的力学性能发生变化，同时，还对相关薄膜的应力和杨氏模量进行了综合评估。
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）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。
氮化硅薄膜发展历程简介
氮化硅薄膜发展历程简介氮化硅薄膜是一种具有广泛应用前景的功能性材料，其发展历程可以追溯到20世纪80年代初。
在接下来的几十年里，氮化硅薄膜经历了不断的发展和改进，逐渐成为了在微电子、光电子、能源存储等领域具有重要应用价值的材料。
下面将简要介绍氮化硅薄膜的发展历程。
20世纪80年代初，氮化硅薄膜的研究开始引起人们的关注。
当时，人们对氮化硅薄膜的研究主要集中在其在电子材料中的应用，特别是作为一种优良的绝缘材料的潜力。
研究人员致力于探索氮化硅薄膜的制备方法、结构特性以及其在电子器件中的应用等方面的问题。
随着研究的深入，人们逐渐认识到氮化硅薄膜具有优异的光学、电学和机械性能，适用于多种领域。
在90年代初期，氮化硅薄膜的应用范围逐渐扩大，开始在微机械系统、光学薄膜和表面涂层等领域发挥作用。
研究人员也不断改进氮化硅薄膜的制备工艺，提高其质量和稳定性。
到了21世纪初，随着纳米技术和半导体工业的发展，氮化硅薄膜进入了一个蓬勃发展的阶段。
人们开始研究氮化硅薄膜在纳米器件、光电子器件以及能源存储器件中的应用。
一些新型的氮化硅薄膜材料也被提出，如氮化硅纳米线、氮化硅量子点等，为材料的应用提供了更多可能。
近年来，随着人工智能、物联网等新兴技术的发展，氮化硅薄膜作为一种新型材料受到了更多的关注。
其在传感器、柔性电子、光伏等领域的应用前景备受期待。
氮化硅薄膜的制备技术也在不断创新，高质量、大面积氮化硅薄膜的制备已成为一个研究热点。
氮化硅薄膜经过几十年的发展，已经成为一种具有广泛应用前景的功能性材料。
其在电子、光电子、能源存储等领域的应用将会越来越广泛，随着研究的不断深入，氮化硅薄膜的制备和性能也将得到进一步的提升，为其在未来的应用打下更坚实的基础。
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。
氮化硅薄膜性质-PPT文档资料
炉管温区示意图
射频功率对氮化硅薄膜的影响
射频功率是PEVCD最重要的工艺参数之一,在工作中射频功率一般在确定为最佳工艺条件后就不再改变,以 保证生产的重复性。当射频功率较小时,气体尚不能充分电离,激活效率低,反应物浓度小,薄膜针孔多且均匀 性较差,抗腐蚀性能差;当射频功率增大时,气体激活效率提高,反应物浓度增大,生长的氮化硅薄膜结构致密,提 高了膜的抗腐蚀性能;但射频功率不能过大,否则沉积速率过快,使膜的均匀性下降,结构疏松,针孔密度增大, 钝化性能退化。腐蚀速率在一定程度上反映出膜的密度和成分,与折射率关系密切;一般是折射率越高腐蚀速
率越低。射频功率对氮化硅薄膜沉积速率和性质的影响见下图。
沉积速率与射频功率关系
腐蚀速率与射频功率关系
折射率与射频功率关系
从键能角度看,Si - H键的键能小于N - H键的键能,使N -H键破裂比Si - H键破裂需要更多的能量,当SiH4浓 度足够高时,随着射频功率的增加,使得更多的N - H键破裂,为反应气体提供了充分的氮的自由基,硅氮反应 充分,因而沉积速率直线上升。但是当SiH4浓度过低、气体总流量太小时,因激活率达到饱和,在较高功率下
会出现沉积速率饱和的现象,这时沉积速率几乎不受RF功率的影响。
气体流量比对生长氮化硅薄膜的影响
气体总流量接影响到沉积的均匀性,为防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率,并且补偿SiH4
气体的各种非沉积性的消耗, PECVD通常采用较大的SiH4和气体总流量。 SiH4 /NH3流量比对沉积速率、膜的组分及物化性质均有很大的影响。表3为SiH4 /NH3相对比例对沉
脉冲占空比影响
脉冲开关时间比例选择不恰当，也只能长出一些有干涉条纹的薄膜。其原因是：脉冲为高电平时产生气体 辉光放电，形成了等离子体，脉冲为低电平时辉光放电停止，此时为薄膜生长阶段，激活的反应物分发生 反应，在衬底表面迁徙成核而生长，附产物从衬底片上解吸，随主气流由真空泵抽走。在低频功率源下， 等离子体中的离子被多变的电场加速，到达衬底的速率要比高频交变电场中的大，对样品表面的轰击作用 也就更明显，造成压应力，出现干涉条纹。在高频功率源下，脉冲的开关时间选取不当，也会产生张应力， 使样品产生干涉条纹。
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。
氮化硅薄膜性质
气体流量比对生长氮化硅薄膜的影响
气体总流量直接影响到沉积的均匀性,为防止反应区下游反应气体因耗尽而降低沉积速率,并且补偿SiH4 气体的各种非沉积性的消耗, PECVD通常采用较大的SiH4和气体总流量。
SiH4 /NH3流量比对沉积速率、膜的组分及物化性质均有很大的影响。表3为SiH4 /NH3相对比例对沉 积薄膜的影响。由表3知,薄膜的折射率和相对特性由SiH4 /NH3膜的相对比例来调节,应采用较高的 SiH4 /NH3
当衬底温度升高时,沉积速率增大,氮化硅薄膜的含H量和Si/N比下降,折射率上升,腐蚀速率下降;衬底温 度的变化对氮化硅薄膜的腐蚀速率影响显著。
折射率是薄膜结构和致密性的综合反映,等离子体中的反应相当复杂,生成膜的性质受多种因素的
影响,因此,折射率是检验成膜质量的一个重要指标。
温度对沉积速率的影响较小,但对氮化硅薄膜的物化性质影响很大;温度升高时,薄膜的密度和折
➢SiNx的优点：
✓优良的表面钝化效果 ✓高效的光学减反射性能（厚度和折射率匹配） ✓低温工艺（有效降低成本） ✓含氢SiNx:H可以对mc-Si提供体钝化
温度对薄膜影响
为了提高生成膜的质量,需要对衬底加温。这样可使成膜在到达衬底后具有一定的表面迁移能 力,在位能最低的位置结合到衬底上去,使所形成薄膜内应力较小,结构致密,具有良好的钝化性 能。衬底温度一般在250～350 ℃,这样能保证薄膜既在HF中有足够低的刻蚀速率和较低的本征 应力,又具有良好的热稳定性和抗裂能力。衬底温度低于200 ℃沉积生成的薄膜本征应力大且 为张应力,不容易沉积;而高于400 ℃时氮化硅薄膜生长不均匀,容易龟裂。
沉积速率与射频功率关系
腐蚀速率与射频功率关系
折射率与射频功率关系
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等离子体增强化学气相沉积
1、PECVD工艺温度大约 在400°C。 低温工艺优点：淀积速 率高；容易获得比较均 匀的组分；通过改变气 流比可以使薄膜组分连 续变化；节省能源，降 低成本；提高产能；减 少了高温导致的硅片中 少子寿命衰减。
2、提高了膜厚及成分的 均匀性、得到的薄膜针 孔少、组织致密、内应 力小、不易产生裂纹。 3、薄膜对基体的附着力 大于普通CVD。
目前，氮化硅薄膜的主要制备技 术主要有： 1.常压化学气相沉积 （APCVD） 2.低压化学气相沉积 （LPCVD） 3.等离子体增强化学气相沉积 （PECVD）
常压化学气相沉积
I.
常压化学气相沉积是 在常压环境下，反应 气体受热后被N2或Ar 输运到高温基片上经 化合反应或热分解生 成固态薄膜。
薄膜选择 氮化硅薄膜的制备方法 LPCVD和PECVD的比较
总结
薄膜选择
当上式分子为0，即n0 ns ＝n12时，反射最小。 对于电池片，n0 =1， ns ＝3.42，则n1 ＝1.86。 对于组件, n0 =1.46,ns ＝3.42，则n1＝2.23。 考虑到实际情况，一 般选择薄膜的折射率 在2.0~2.1之间。
II.
等离子体增强化学气相沉积
在真空下，加上射频或微波 电场，使反应室气体发生辉 光放电，在辉光放电所形成 的等离子体场中，由于电子 和离子的质量相差悬殊，两 者通过碰撞交换能量的过程 比较慢，所以在等离子体内 部没有统一的温度，就只有 电子气温度和离子温度。此 时，电子气的温度约比普通 气体分子的平均温度高10100倍，电子能量为1-10eV， 相当于温度100000K，而气 体温度都在1000K一下。 从宏观上看来，这种等离子 体温度不高，但其内部却处 于受激发状态，其电子能量 足以使分子键断裂，并导致 具有化学活性的物质（活化 分子、原子、离子、原子团 等）产生，使本来需要在高 温下才能进行的化学反应， 当处于等离子体场中时，在 较低温下甚至在常温下就能 在基片上形成固态薄膜。
I. I.
基底材料与膜层材料之 间在高温下也会相互扩 散，影响界面结构，从 而削弱两者之间的结合 力。 高温下，基板中的缺陷 会继续生长和蔓延，杂 志也会发生再分布，在 不同程度上影响了薄膜 的界面特性。LPCVD方 法不能用于非耐热基片 上薄膜的沉积。
容易引起基板结构上的 变形和组织上的变化， 从而会降低基板材料的 机械性能
源和氮源,以高纯氮气为载 气,采用热壁式管式反应炉
制备出的氮化硅薄膜均匀
压成正比，因此，系统工作 压力的降低应主要依靠减少 载气用量来完成。
性好、缺陷少、质量高。 并且LPCVD能够处理数目 较多的薄膜基片，成本低， 沉积的氮化硅薄膜强度高， 抗化学腐蚀能力强。
低压化学气相沉积
LPCVD仍有不足之处，其中 最重要的一点就是沉积温度 一般要高于1000K，仍然属于 高温沉积工艺。高温沉积会 带来以下主要问题：
体钝化不像表面钝化那 样，在制成氮化硅薄膜 后就能起到表面钝化作 用。 体钝化需要热退火来催 化，由于热退火，大量 的H原子从表面扩散到内 部，钝化内部的晶界、 缺陷。
从上表看出：烧H含量降低约10％。说明了20％的H进入材料内 部，起体钝化作用。
薄膜选择
薄膜 几种常用薄膜 折射率对比 SiO2 Si3N4 TiO2 折射率 1.46 2.1 2.43
薄膜选择
目的：通过调整薄膜 的厚度及折射率，使 n0 得R1和R2相消干涉， n1 即光程差为1/2波长， 薄膜的厚度应该是1/4 ns 波长的光程。
d 厚度公式：
一次反射R1 二次反射R2
程中碰撞几率减小，即在 空间生成污染物的可能性 小，减小了薄膜受污染的 可能性。
低压化学气相沉积
低压下气体分子的平均自
由程增大，提高了薄膜在基 片表面的沉积速率，由此可 以推断：低压CVD在一般情 况下能提供更好的膜厚均匀 性、阶梯覆盖性和结构完整 性。
反应速率与反应气体的分
以硅烷和氨气分别做为硅
在LPCVD中技术中，减压作用的目的是为了减少副反应以及改善 薄膜的均匀性，然而LPCVD方法通常要求样品达到1000-1100K 的高温，在进行复杂器件工艺时，高温工艺可能会破坏前几道工 艺的结果。例如：不能用LPCVD方法沉积氮化硅，因为Al的熔点 是933K。相比之下PECVD沉积氮化硅的过程仅需600-700K。因 此，应用PECVD方法沉积氮化硅就不会出现因温度过高而引起器 失效的问题。此外LPCVD反应通常是热壁的，在反应过程中有大 量的颗粒沉积在反应器的内壁上，这会污染了反应系统。另外， PECVD反应沉积的氮化硅内含的氢对于器件表面钝化是LPCVD 沉积的氮化硅所不具备的。PECVD借助等离子体的电激活作用实 现了低温下沉积优质薄膜，其操作方法灵活，工艺重复性好，尤 其是可以在不同复杂形状的基板上沉积各种薄膜。此外，PECVD 同溅射法一样，可以通过改变沉积参数的方法制备不同应力状态 的薄膜以满足不同的需要。这种方法适应了当前大规模集成电路 生产由高温工艺向低温工艺发展的趋势。
薄膜
P－Si
4 * n1
薄膜选择
地面太阳光谱能量的 峰值在波长500nm。 硅太阳能电池的相应 峰值在800-900nm。 所以要求减反射膜对 500-900nm的光有最 佳减反效果。
选择适当的介质层厚度和折 射率可以将某一特定波长的 入射光反射降低到零。然而， 太阳光的光谱范围包含许多 各种不同的波长，零反射条 件的选择只能针对某一波长， 其它波长的光的反射会随与 此特定波长的偏离的增大而 增加。因此，减反介质层的 设计要根据太阳光波长的分 布特征和硅材料的吸收特点 而作总体考虑。基于这些考 虑，对于折射率为2.0～2.1的 介质层，厚度为80nm左右。
低压化学气相沉积
常压化学气相沉积的不足 当工作压力从1.0×105Pa降
之处在于沉积速率低，薄膜 污染严重，起原因在于反应 室中较高压强降低了分子的 扩散速率和排出污染物的能 力。
由热力学知识知道，低压
至70~130Pa时，扩散系数 增加了约1000倍。
低压下气体分子在输运过
下气体分子的平均自由程增 大，从而提高了薄膜在基片 表面的沉积速率。
钝化作用
1、表面钝化 晶片表面存在很多的表 面态。 在PECVD沉积过 程中，大量的H原子进入 薄膜，饱和了大量的悬 挂 键 。 （ 正 常 的 SiNx 的 Si/N 之 比 为 0.75 。 但 是 PECVD 沉 积 的 氮 化 硅 一 般还包含一定比例的氢 原子，即SiNx：H）
2、体钝化
THANK YOU
照射进入电池的光越 多，相对转换的电也 就越多，在太阳能电 池上镀一层膜也是为 了实现这一目的。 镀膜对太阳能电池的 两大优点是：光学减 反射和钝化。
但是，由于反应在常压
II. 这种沉积是在常压下 进行 的，仅仅依靠 热量来激活反应气体 实现薄膜的沉积
下进行的，在生成薄膜 材料的同时也产生各种 副产物。 常压下分子扩散速率小， 不能及时排除副产物， 这既限制了沉积速率， 同时又增加了膜层污染 的可能性，导致薄膜的 质量下降。 逐渐被后来的低压化学 气相沉积和等离子体增 强化学气相沉积所取代
学生：郝奕舟 学号：21026043
氮化硅的性质
1、结构致密,硬度大,机 械性能好
2、能抵御碱金属离子 的侵蚀 3、介电强度高、高电 阻率,耐高温,有抗热冲 击能力 4、耐一般的酸碱，除HF 和热H3PO4
5、高效光学减反射性能 （光学匹配）
6、钝化作用
内容提纲
为什么要镀膜： 表面平整的硅片在很宽 的波长范围（400～ 1050nm）内对入射光的 反射均高于30%。该反射 可以通过表面绒面来降 低。但是，减反的效果 只能低到接近10%；需要 在硅片表面制备一层或 多层介质膜。