氮化硅薄膜性質(zhì)課件

氮化硅薄膜特性以及影響膜品質(zhì)因素進(jìn)行分析

培訓(xùn)人：閆素敏培訓(xùn)內(nèi)容：

薄膜性質(zhì)

沉積條件對(duì)氮化硅膜影響

常見異常氮化硅薄膜

是一種物理、化學(xué)性能十分優(yōu)良的介質(zhì)膜,具有高的致密性、高的介電常數(shù)、良好的絕緣性能和優(yōu)異的抗Na+能力等,因此廣泛應(yīng)用于集成電路的最后保護(hù)膜、耐磨抗蝕涂層、表面鈍化、層間絕緣、介質(zhì)電容。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(簡(jiǎn)稱PECVDPlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)具有沉積溫度低(<400℃)、沉積膜針孔密度小、均勻性好、臺(tái)階覆蓋性好等優(yōu)點(diǎn)。氮化硅薄膜性質(zhì)SiNx的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的表面鈍化效果高效的光學(xué)減反射性能（厚度和折射率匹配）低溫工藝（有效降低成本）含氫SiNx:H可以對(duì)mc-Si提供體鈍化折射率是薄膜結(jié)構(gòu)和致密性的綜合反映,等離子體中的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜,生成膜的性質(zhì)受多種因素的影響,因此,折射率是檢驗(yàn)成膜質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。溫度對(duì)沉積速率的影響較小,但對(duì)氮化硅薄膜的物化性質(zhì)影響很大;溫度升高時(shí),薄膜的密度和折射率直線上升,在緩沖HF中的腐蝕速率呈指數(shù)式下降,同時(shí)會(huì)提高襯底表面原子的活性和遷移率,使襯底表面反應(yīng)增強(qiáng),過(guò)剩的硅原子減少,膜的含H量降低,Si/N比下降,改進(jìn)了化學(xué)組分。溫度對(duì)氮化硅薄膜性質(zhì)的影響。由表1可知:溫度在300～500℃,每變化20℃,薄膜的沉積速率變化小于1%;溫度低于300℃,氮化硅膜的特性發(fā)生了顯著變化;高于450℃,在顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)氮化硅膜的龜裂區(qū)域出現(xiàn)。表1溫度對(duì)氮化硅薄膜性質(zhì)的影響溫度/℃沉積速率/(nm·min-1)折射率緩沖HF刻蝕速率/(nm·min-1)252.00.50410.01003.50.63400.02005.80.83320.02508.71.00104.030010.81.7930.035011.01.8520.038011.21.9510.040011.21.9610.045011.51.969.8爐管溫區(qū)示意圖射頻功率對(duì)氮化硅薄膜的影響射頻功率是PEVCD最重要的工藝參數(shù)之一,在工作中射頻功率一般在確定為最佳工藝條件后就不再改變,以保證生產(chǎn)的重復(fù)性。當(dāng)射頻功率較小時(shí),氣體尚不能充分電離,激活效率低,反應(yīng)物濃度小,薄膜針孔多且均勻性較差,抗腐蝕性能差;當(dāng)射頻功率增大時(shí),氣體激活效率提高,反應(yīng)物濃度增大,生長(zhǎng)的氮化硅薄膜結(jié)構(gòu)致密,提高了膜的抗腐蝕性能;但射頻功率不能過(guò)大,否則沉積速率過(guò)快,使膜的均勻性下降,結(jié)構(gòu)疏松,針孔密度增大,鈍化性能退化。腐蝕速率在一定程度上反映出膜的密度和成分,與折射率關(guān)系密切;一般是折射率越高腐蝕速率越低。射頻功率對(duì)氮化硅薄膜沉積速率和性質(zhì)的影響見下圖。沉積速率與射頻功率關(guān)系腐蝕速率與射頻功率關(guān)系折射率與射頻功率關(guān)系氣體流量比對(duì)生長(zhǎng)氮化硅薄膜的影響氣體總流量直接影響到沉積的均勻性,為防止反應(yīng)區(qū)下游反應(yīng)氣體因耗盡而降低沉積速率,并且補(bǔ)償SiH4氣體的各種非沉積性的消耗,PECVD通常采用較大的SiH4和氣體總流量。SiH4/NH3流量比對(duì)沉積速率、膜的組分及物化性質(zhì)均有很大的影響。表3為SiH4/NH3相對(duì)比例對(duì)沉積薄膜的影響。由表3知,薄膜的折射率和相對(duì)特性由SiH4/NH3膜的相對(duì)比例來(lái)調(diào)節(jié),應(yīng)采用較高的SiH4/NH3SiH4/NH3膜厚折射率緩沖HF腐蝕速率片間均勻性1:023402.10慢差1:053402.05慢差1:083601.99較慢較好1:103801.96較慢好1:123901.85快好當(dāng)SiH4/NH3=1：10時(shí),沉積的氮化硅薄膜的特性最好;低于1：10時(shí),氮化硅薄膜的折射率偏高,生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力問(wèn)題更為突出,因而,生成的氮化硅薄膜愈厚,薄膜的龜裂現(xiàn)象愈易發(fā)生;高于1：10時(shí),薄膜中的氫含量就高,嚴(yán)重地影響了器件的可靠性。當(dāng)SiH4/NH3流量比增加時(shí),氮化硅薄膜折射率上升,Si/N比上升,腐蝕速率和介電強(qiáng)度下降;當(dāng)SiH4/NH3=1：10時(shí),沉積的氮化硅薄膜特性最好;SiH4/NH3流量比對(duì)沉積速率基本無(wú)影響,但在很大程度上決定了氮化硅薄膜的折射率。脈沖開關(guān)時(shí)間比例選擇不恰當(dāng)，也只能長(zhǎng)出一些有干涉條紋的薄膜。其原因是：脈沖為高電平時(shí)產(chǎn)生氣體輝光放電，形成了等離子體，脈沖為低電平時(shí)輝光放電停止，此時(shí)為薄膜生長(zhǎng)階段，激活的反應(yīng)物分發(fā)生反應(yīng)，在襯底表面遷徙成核而生長(zhǎng)，附產(chǎn)物從襯底片上解吸，隨主氣流由真空泵抽走。在低頻功率源下，等離子體中的離子被多變的電場(chǎng)加速，到達(dá)襯底的速率要比高頻交變電場(chǎng)中的大，對(duì)樣品表面的轟擊作用也就更明顯，造成壓應(yīng)力，出現(xiàn)干涉條紋。在高頻功率源下，脈沖的開關(guān)時(shí)間選取不當(dāng)，也會(huì)產(chǎn)生張應(yīng)力，使樣品產(chǎn)生干涉條紋。脈沖占空比影響當(dāng)反應(yīng)壓強(qiáng)增大時(shí),沉積速率增大,片間均勻性變差,氮化硅薄膜的折射率上升,鈍化性能增強(qiáng)。pecvd是在350-400溫度下進(jìn)行工藝，對(duì)石墨框要求有以下幾點(diǎn)：高的扭曲強(qiáng)度，不容易變形

低熱膨脹強(qiáng)度，即在高溫下膨脹力度比較小。

重量比較輕。在真空中抗溫能力比較強(qiáng)。容易清理

勾點(diǎn)完整沒(méi)有歪斜松動(dòng)的鉤子，并要求勾點(diǎn)上沒(méi)有太多氮化硅。對(duì)石墨框和舟要求石磨舟要求：

電極松動(dòng)，易出失敗片。

使用時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，要嚴(yán)格控制在使用周期內(nèi)。色差