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PECVD生长二氧化硅薄膜致密性改善研究

2020年09月21日 点击:


背景



二氧化硅薄膜具有硬度大、防腐蚀性、耐潮湿性和介电性能强等优点,因此二氧化硅薄膜在半导体行业中可以用作器件的保护层、钝化层、隔离层等。

PECVD即等离子体增强化学的气相沉积法是借助微波或射频等使含有薄膜成分原子的气体电离,在局部形成等离子体,而等离子体化学活性很强,很容易发生反应,在基片上沉积出所期望的薄膜。由于PECVD可以在低温条件下较快生长二氧化硅,所以用PECVD生长二氧化硅薄膜被广泛应用于半导体光电子器件、集成电路等制造工艺中,而二氧化硅薄膜的致密性的好坏就直接影响着器件的性能。

本次实验为利用BOE溶液测试改变PECVD工艺参数对二氧化硅薄膜致密性的影响。


实验

1、实验设备:牛津Oxford PlasmaPro®100 PECVD。

2、实验衬底:硅片。

3、实验步骤:

(1)用PECVD设备在硅片上生长不同条件的二氧化硅薄膜;

(2)用椭偏仪分别测量各个条件生长的二氧化硅薄膜厚度并记录;

(3)用BOE溶液对所有实验片进行腐蚀;

(4)用椭偏仪分别测量各个条件生长的二氧化硅薄膜厚度并记录;

(5)整理所得数据。


数据整理


1、不同压力对二氧化硅薄膜的影响

由以下图表可看出随着压力的增高,对应反应气体浓度增加,所以二氧化硅沉积速率变快;由于较低压力下,机械泵可迅速将反应室中的氮气和氢气抽走,使生成的二氧化硅薄膜中氮氢含量更低,致密性更好,从表格中可看出致密性在600~800mt条件下为最佳。


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沉积速率曲线                                                  腐蚀速率曲线


2、不同射频功率对二氧化硅薄膜的影响

由以下图表可看出随着射频功率的增高,反应气体中活性离子能量增加,硅离子和氧离子结合更快,所以二氧化硅沉积速率变快;同时,生成的二氧化硅薄膜中氮氢含量更低,致密性更好,从图表中可看出致密性随射频功率提高而变好。


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沉积速率曲线                                                  腐蚀速率曲线


3、不同衬底温度对二氧化硅薄膜的影响

由以下图表可看出随着温度的增高,等压下对应反应气体浓度减小,所以二氧化硅沉积速率变慢;由于温度较高时,反应物更容易吸附,而且薄膜中含有的H更易参与反应释放,使生成的二氧化硅薄膜中氮氢含量更低且薄膜内缺陷较少,致密性更好,从图表中可看出致密性随衬底温度提高而变好。

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沉积速率曲线                                                  腐蚀速率曲线


结语


以上实验采用BOE溶液腐蚀的方式,研究了压力、射频功率、衬底温度对PECVD生长的二氧化硅薄膜致密性的影响,得出了三组参数对致密性的影响趋势,改善了二氧化硅薄膜的致密性。

随着半导体行业的发展,对器件性能的要求逐步提高,致密性好的二氧化硅可以提高半导体器件的性能,所以制备高致密性的二氧化硅薄膜势在必行。