PECVD氮化硅薄膜制備與微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氮化硅(Si3N4)具有優(yōu)良的力學(xué)、光學(xué)性能，所以氮化硅薄膜廣泛用于制作紅外探測器微測輻射熱計的支撐層、絕緣層和表面鈍化層。但是，PECVD制備的氮化硅薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以其化學(xué)結(jié)構(gòu)對薄膜的物理性能的影響到目前依然未知。為此，本文利用FTIR與XPS相結(jié)合的方法，深入研究了PECVD氮化硅薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，獲得很有價值、且前人未報道的氮化硅薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息。
　　本文系統(tǒng)研究了氮化硅薄膜的表面均勻性、沉積速率、光學(xué)帶隙、薄膜應(yīng)

2、力、楊氏模量和硬度等。運(yùn)用Tauc-Lorentz模型研究結(jié)果表明，隨著硅烷流量的增大，折射率和沉積速率均逐漸增大，而光學(xué)帶隙逐漸減小；運(yùn)用納米壓痕儀測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)低頻氮化硅薄膜的楊氏模量增大，高頻氮化硅薄膜的楊氏模量逐漸減小。
　　最后，本文還通過改變高、低頻條件，研究不同條件下薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)薄膜物理性能的影響與其微觀結(jié)構(gòu)有密切地聯(lián)系。本文重點(diǎn)運(yùn)用 XPS和 FTIR等表征手段方法分析高頻(13.56 MHz)、低頻(380

3、 kHz)條件下PECVD薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)a-SiNxHy薄膜內(nèi)部含有Si3-Si-N, N2-Si-H2, Si3N4, H-Si-N3四種基本結(jié)構(gòu)單元；a-SiNxHy薄膜的內(nèi)應(yīng)力是通過曲率半徑的方法測量，高頻氮化硅薄膜主要表現(xiàn)為張應(yīng)力，低頻氮化硅薄膜表現(xiàn)為相對較大的壓應(yīng)力，同時研究發(fā)現(xiàn)改變薄膜的工藝條件，可以優(yōu)化氮化硅薄膜的殘余應(yīng)力，結(jié)合紅外光譜分析結(jié)果和殘余應(yīng)力的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Si3-Si-N,H-Si-N3結(jié)構(gòu)和Si-Si

4、鍵對氮化硅薄膜內(nèi)應(yīng)力具有明顯地調(diào)制作用，而且多余懸掛的 H原子將會使得氮化硅薄膜形成大量的空洞，Si原子鑲嵌在空洞中，使得薄膜的殘余應(yīng)力發(fā)生改變。另外，本文發(fā)現(xiàn)在低頻條件下制備的a-SiNxHy薄膜比高頻條件下的a-SiNxHy薄膜具有膜厚均勻性好、沉積速率大、折射率大和光學(xué)帶隙大等特點(diǎn)，但是相對而言，低頻氮化硅薄膜的殘余應(yīng)力較大。由于低頻條件下制備的 a-SiNxHy薄膜的光學(xué)性能和力學(xué)性能可以隨工藝參數(shù)調(diào)控，因此在光電子和微電子以及