380kHz 两套独立的射频系统,并可以通过计算机对其功率进行精确控制;同时还可以实现不
同时间比及周期的混频控制。采用

6 寸 P 型<100>单晶硅片作为衬底。PECVD 淀积氮化硅薄

膜采用硅烷

(SiH4)和氨气(NH3)为反应气体,其化学反应式为

　　

SiH4+NH3→SiNx(固态)+H2       (1)

　　

PECVD 淀积的氮化硅薄膜化学比分波动较大,其硅-氮之比随反应气体比例的变化而变

化

,同时淀积的氮化硅薄膜中通常还含有一定量的氢元素,氢的存在会使薄膜的结构性能产生

退化

,但也会降低薄膜的应力。

　　本实验兼顾其淀积速率

,折射率和均匀性,从射频频率和功率两个方面对氮化硅薄膜应力

进行了分析

;薄膜厚度和折射率的测量采用德国 SENTECH 公司 SE850 型椭偏仪。测量了硅

片直径方向上

5 点的厚度及折射率的数据,计算得出相应的均匀性参数(均匀性=(最大值-最

小值

)/2 倍平均值)。

　　对薄膜应力的测试采用

KLA-Tencor 公司的 FLX-2320 应力仪。该应力测试仪采用激光

相移原理对硅片的曲率进行测量

;根据淀积氮化硅薄膜前后硅片的曲率半径值结合 Stoney 公

式

(式 2)计算出相应的应力值。

其 中

:E 为 衬

底的杨氏模量

;ν 为衬底的泊松比;df 和 ds 分别为薄膜和衬底厚度,R0 和 R 是淀积薄膜前后衬

底的曲率半径。需要注意的是在测量应力时得到的曲率半径是平均值

,同样在计算应力时采

用平均薄膜和衬底厚度

,因此得到的应力也是整片样品的平均应力。

　　

2 结果及分析

　　

2.1 不同条件氮化硅薄膜应力研究

　　在气体流量

,反应腔内压强,淀积温度等其他条件不变的情况下,改变频率模式(低频

(380kHz),高频(13.56MHz)和高低频反应时间比为 1

∶1 的混频条件)以及功率制备了氮化硅薄

膜样品。具体条件如下

:

　　

SiH4 6sccm,NNH3 20sccm,N2 300sccm,气压 600mTorr,温度 300/250

℃,时间 17min;功率

低 频

20W(1#)、 40W(2#)和 60W(3#);高 频 20W(4#)、 40W(5#)、 60W(6#);混 频 20W(7#)和

60W(8#)。

　　椭偏仪和应力仪测试结果如下表。

　 　

2.1.1

射 频 频 率 对
薄 膜 应 力 的