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在超大规模集成电路和微机电系统(MEMS)领域中,等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)是一种常用薄膜制备技术,具有淀积温度低、均匀性好、台阶覆盖性强的优点。
然而,由于沉积环境和生长过程的影响,薄膜类材料均难以避免应力的存在。与半导体组件不同的是,MEMS领域中的薄膜微悬臂结构需要对其下面的牺牲层进行刻蚀,以使微结构能够悬空。因此,当存在于薄膜中的应力得已释放时,会导致微悬臂结构产生弯曲等结构形变。对于用作钝化保护的掩膜来说,当薄膜内部存有一定的大应力时,则会引起异质结界面晶格失配,不良的界面态,界面陷阱等缺陷,严重影响到掩膜的钝化效果,损害器件的性能。而用作绝缘层的薄膜,若薄膜内部应力较大,就会使器件的直流特性上反映出跨导变小,正反向击穿特性变差,严重时会直接导通,致使器件报废。
本论文是基于PECVD技术制作低应力氮化硅薄膜方面的研究。首先,从PECVD氮化硅薄膜成膜机理出发,结合应力成因,从等离子场、温度场角度系统地分析了工艺参数和沉积设备对氮化硅薄膜沉积现象和应力的影响。接着,从实验研究出发,探讨了沉积工艺参数与氮化硅薄膜应力之间的联系。结果表明:适当地调整沉积参数,可使氮化硅薄膜应力控制于200MPa以下。射频功率越小,SiH<,4>与NH<,3>影响的薄膜Si/N比越接近标准化学计量比(Si/N:0.75),载气体N<,2>和反应压强调节的等离子状态越恰当,沉积温度影响的表面扩散率越充分,则氮化硅薄膜应力就越小。
此外,本文还对低应力氮化硅薄膜作为结构层、钝化掩膜层和绝缘层的实用效果也进行了探讨。结果显示,实验中用低应力参数制备出的氮化硅薄膜悬臂结构不会发生悬臂端上下弯曲的现象。在75℃30%KOH溶液里,低应力参数氮化硅薄膜与硅材料的刻蚀速率比为1:350。并且低应力参数制备出的氮化硅薄膜绝缘层,电阻率在10<12>~10<14>Ω cm范围,它可以很好地绝缘开两个电极层。