图 1 　氮化硅生长速率与基片温度、

气体流量比和射频功率的变化关系曲

Fig 1 The gro wing velocit y of silico n nit ride vs growing temperat ure and t he ratio fl ux of reactant and R F po wer

图 2 　200 和 250 ℃生长的氮化硅薄膜的 SEM 图片

Fig 2 SEM pict ure of silico n nit ride t hin fil m in 200 ℃

centigrade degree and 250 ℃centigrade degree

3. 2. 2 　工艺参数对氮化硅薄膜氮硅比的影响

氮化硅薄膜的氮硅比由 X 射线光电子谱 ( XPS) 测

试计算得到。经研究发现氮化硅薄膜中氮和硅的比例
在接近氮化硅的化学计量比 4 ∶3 时 ,薄膜的残余应力
值较小 ,而远离化学计量比时 ,薄膜的残余应力值增
大。所以有必要研究薄膜中的氮硅比。

在功率为 250W 、工作气压为 2 Pa 、生长温度为

100 ℃的条件下 ,测得不同气体流量比下生长的氮化硅
薄膜的氮硅比 ,如表 1 。图 3 是用 XPS 测量 100 ℃时
生长氮化硅薄膜的测量曲线。

表 1 　不同气体流量比时氮化硅薄膜中的氮硅比

Table 1 The p ropo rtio n bet ween nit ro gen and silico n

in silico n nit ride t hin film wit h different ratio

fl ux of reactant

Si H

∶

N H

∶

Si H

∶

N H

∶

1. 028

∶

1. 065

∶

1. 127

∶

1. 155

图 3 　XPS 测量 100 ℃时生长的氮化硅薄膜

Fig 3 The pict ure of silico n nit ride in 100 ℃ centi

grade degree by XPS

3. 3. 3 　工艺参数对氮化硅薄膜应力的影响

对微电子工艺来说 ,机械应力

[ 1 ,8

～

10 ]

是造成可靠

性问题的一个重要原因 ,包括器件的电参数的漂移、

退

化等。对于微机械工艺来说 ,机械应力问题就显得更
明显。因为许多微机械传感器的敏感部分就是用氮化
硅薄膜本身做成的。机械应力会引起薄膜的翘屈 ,严
重影响其机械性能 ,影响传感器的灵敏度和线性 ,甚至
在膜的形成过程中扭曲或开裂 ,而导致薄膜的制作失
败。PECVD 法氮化硅薄膜的应力跟工艺条件 ,如 :温
度、

气体的流量比、

反应压力、

射频功率等有着密切的

关系。

若各项工艺参数组合不当 ,氮化硅薄膜的厚度为

300nm 时就会产生裂纹 ,如图 4 ( a) ,表明氮化硅中的
张应力很大 ;当氮化硅中的压应力很大时 ,氮化硅薄膜
会起皮、

脱落 ,如图 4 (b) 。

图 4 　氮化硅薄膜中张应力太大时会开裂、

脱落

Fig 4 When tensile st ress and co mp ress st ress i s too

great , t he silico n nit ride t hin film crazes and

breaks off

　　若调整组合好各项工艺参数 ,可在聚酰亚胺上生

长厚度为 1μm 的氮化硅薄膜 ,并可应用于射频 M EMS
开关中的悬梁 ,如图 5 所示。

　讨　论

4. 1 　工艺参数与氮化硅薄膜生长速率的关系

由图 1 (a) 可看出氮化硅薄膜的生长速率随温度

的升高而下降。一方面这是因为在 PECVD 生长氮化
硅薄膜的过程中 ,气体的等离子体在基片表面沉积和
挥发两种机制同时进行 ,随着温度的升高 ,表面沉积量
和挥发量都会升高 ;但是当温度升高到一定值后 ,挥发
量与表面沉积量之间的平衡被打破 ,挥发量大于表面
沉积量 ,所以最终淀积到基片表面的速率会下降 ;另一

功　　能　　材　　料

2007

年第

期

(38)

卷