影响pecvd的工艺参量

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1、影响PECVD的工艺参量（1）工作频率、功率PECVD工艺是利用微波产生等离子体实现氮化硅薄膜沉积。微波一般工作频率为2.45GHz，功率范围为2600W—3200W。高频电磁场激励下，反应气体激活，电离产生高能电子和正负离子，同时发生化学沉积反应。功率，频率是影响氮化硅薄膜生长的重要因素，其功率和频率调整不好，会生长一些有干涉条纹的薄膜，片内薄膜的均匀性非常差。①.工作频率是影响薄膜应力的重要因素。薄膜在高频下沉积的薄膜具有张应力，而在低频下具有压应力。绝大多数条件下，低频氮化硅薄膜的沉积速率低于高频率薄膜，而密度明显高于高频薄膜。所有条件下沉积的氮化硅

2、薄膜都具有较好的均匀性，相对来说，高频薄膜的沉积均匀性优于低频氮化硅薄膜。在低频下等离子体的离化度较高，离子轰击效应明显，因此有助于去除薄膜生长中的一些结合较弱的原子团，在氮化硅薄膜沉积中，主要是一些含氢的原子团，因此，低频氮化硅薄膜中的氢含量相对较低，薄膜的沉积速率也较低，同时，离子轰击使薄膜致密化，使薄膜密度较大并表现出压应力。在高频下，由于离子轰击作用较弱，薄膜表现为张应力。近期的研究发现，氮化硅薄膜的腐蚀速率与应力有密切的关系，压应力对应于较低的腐蚀速率，而张应力对应于较高的腐蚀速率。（消除应力的一种方法是采用两套频率不同的功率源交替工作，使总的效

3、果为压缩应力和舒张应力相互抵消，从而形成无应力膜。但此方法局限性在于它受设备配置的限制，必须有两套功率源；另外应力的变化跟两个频率功率源作用的比率的关系很敏感，压应力和张应力之间有一个突变，重复性不易掌握，工艺条件难以控制）。②.功率对薄膜沉积的影响为：一方面，在PECVD工艺中，由于高能粒子的轰击将使界面态密度增加，引起基片特性发生变化或衰退，特别是在反应初期，故希望功率越小越好。功率小，一方面可以减轻高能粒子对基片表面的损伤，另一方面可以降低淀积速率，使得反应易于控制，制备的薄膜均匀，致密。另一方面，功率太低时不利于沉积出高质量的薄膜，且由于功率太低，

4、反应物离解不完全，容易造成反应物浪费。因此，根据沉积条件，需要选择合适的功率范围。（2）压力等离子体产生的一个重要条件是：反应气体必须处于低真空下，而且其真空度只允许在一个较窄的范围内变动。形成等离子体时，气体压力过大自由电子的平均自由程很短，每次碰撞在高频电场中得到加速而获得的能量很小，削弱了电子激活反应气体分子的能力，甚至根本不足以激发形成等离子体；而真空度过高，电子密度太低同样也无法产生辉光放电。PECVD腔体压强大约是0.12mbar，属于低真空状态（102—10-1Pa），此时每立方厘米内的气体分子数为1016—1013个，气体分子密度与大气时有

5、很大差别，气体中的带电粒子在电场作用下，会产生气体导电现象。低压气体在外加电场下容易形成辉光放电，电离反应气体，产生等离子体，激活反应气体基团，发生化学气相反应。工艺上：压强太低，生长薄膜的沉积速率较慢，薄膜的折射率也较低；压强太高，生长薄膜的沉积速率较快，片之间的均匀性较差，容易有干涉条纹产生。（3）基板温度用结晶理论进行解释的话：从理论上讲，完整晶体只有在0K才是稳定的。根据某一确定温度下，稳定状态取自由能最低的原则，单从熵考虑，不完整晶体更稳定，要想获得更完整的结晶，希望在更低的温度下生成；但是若从生长过程考虑，若想获得更完整的结晶，必须在接近平衡的

6、条件下生成，这意味着温度越高越好。非平衡度大时，缺陷和不纯物的引入变得十分显著。从工艺上说，温度低可避免由于水蒸气造成的针孔，温度太低，沉积的薄膜质量无保证。高温容易引起基板的变形和组织上的变化，会降低基板材料的机械性能；基板材料与膜层材料在高温下会发生相互扩散，在界面处形成某些脆性相，从而削弱了两者之间的结合力。因此在实际的生长过程中可综合考虑上述两个因素，选择合适的生长温度，使薄膜的结晶程度达到最佳。本工艺中基片温度大约在400℃。a.淀积速率随衬底温度的增加略有上升，但变化不显著。由于PECVD工艺的反应动力来自比衬底温度高10～1000倍的“电子温

7、度”，因而衬底温度的变化对膜的生长速率影响不大。b.基板温度与膜应力的关系：从低温到高温，应力的变化趋势是从压应力变为张应力。一种理论解释为：压应力是由于在膜的沉积过程中，到达膜表面的离子的横向移动的速率太小，来不及到达其“正常”的晶格位置，被后来的离子覆盖，这样离子就相当于被阻塞在某一位置，最终就会膨胀，形成压应力。张应力的形成是由于在膜的形成过程中，由于反应中间产物的气化脱附，而参加淀积的原子，由于其迁移率不够大而来不及填充中间产物留下的空位，最后形成的膜就会收缩，产生张应力。针对这种理论，膜在生长过程中，到达膜表面的离子的横向移动速率正比于样品表面的

8、温度，样品的温度低，膜表面的离子的移动速率就相应趋小，而离子到达样