中國粉體網(wǎng)訊 氮化硅(Si3N4)薄膜是一種應(yīng)用廣泛的介質(zhì)材料。作為非晶絕緣物質(zhì)，氮化硅膜的介質(zhì)特性優(yōu)于二氧化硅膜，具有對可動離子阻擋能力強、結(jié)構(gòu)致密、針孔密度小、化學(xué)穩(wěn)定性好、介電常數(shù)高等優(yōu)點，在集成電路制造領(lǐng)域被廣泛用作表面鈍化保護膜、絕緣層、雜質(zhì)擴散掩膜、刻蝕掩膜以及半導(dǎo)體元件的表面封裝等。
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此外，氮化硅薄膜具備良好的光電性質(zhì)、鈍化性能和抗水汽滲透能力。在硅基太陽能電池中，氮化硅薄膜可用作減反射膜，同時起到表面鈍化和體內(nèi)鈍化的作用，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
因此，氮化硅薄膜的制備工藝及其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究越來越受到人們的重視。目前有直接氮化法，物理氣相沉積，化學(xué)氣相沉積等幾種制備氮化硅薄膜的方法。
直接氮化法
直接氮化法是最簡單的制備氮化硅薄膜的方法，即把硅放在氮化氣氛中，并加熱到一定的溫度，使得硅和氮化氣氛反應(yīng)，在硅表面生成一層氮化硅膜。常用的氮化氣體為NH3、NO、N2等。
利用直接氮化法制備氮化硅的最大特點為：表面一旦形成氮化硅膜以后，就把氮和硅隔離開來，使得反應(yīng)速度降低，因此用直接氮化制備氮化硅薄膜，一般膜厚在10nm以下。
用該方法制備的優(yōu)點是氮化硅膜較其他制備方法致密和穩(wěn)定，化學(xué)計量性好，氫含量少，但高溫會造成基板中雜質(zhì)重新分布，產(chǎn)生堆垛層錯，從而降低設(shè)備性能。
物理氣相沉積法（PVD）
1、真空蒸發(fā)鍍膜
把待鍍膜的基片或工件置于高真空室內(nèi)，通過加熱使蒸發(fā)材料氣化（或升華）而沉積到某一溫度的基片或工件的表面上，從而形成一層薄膜，這一工藝過程稱為真空蒸發(fā)鍍膜。在高真空環(huán)境中成膜，可防止膜的污染和氧化，便于得到潔凈、致密、符合預(yù)定要求的薄膜。此方法的局限性是：難熔金屬蒸氣壓低，很難制成。
2、磁控反應(yīng)濺射法
濺射這一物理現(xiàn)象早在1852年就已被Grove所發(fā)現(xiàn)，即指荷能粒子轟擊固體表面，使固體原子(或其分子)從其表面射出的現(xiàn)象。但是直到20世紀(jì)20年代，濺射才被Langmuir發(fā)展成為一種薄膜沉積技術(shù)。通常的濺射方法濺射效率不高，濺射所需的工作氣壓較高，氣體分子對薄膜產(chǎn)生污染的可能性較高。
為了改善這兩個缺點，可以加一個平行于陰極表面的磁場，就可以將初始電子的運動限制在鄰近陰極的區(qū)域，從而增加氣體原子的離化效率，提高濺射速率，這種濺射方法就是磁控濺射。
磁控反應(yīng)濺射的特點是：應(yīng)用磁控濺射技術(shù)，可以濺射一切具有一定耐熱能力的金屬和半導(dǎo)體材料；使用簡便、操作易控性，鍍膜過程中通過精確控制氣壓、功率和時間等濺射條件，就能獲得比較穩(wěn)定的沉積速率，即可沉積所需厚度的薄膜；易于組織大批量生產(chǎn)。
化學(xué)氣相沉積法(CVD)
化學(xué)氣相沉積方法把含有構(gòu)成薄膜元素的氣體供給襯底，利用加熱、等離子體及紫外光等能源，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)沉積薄膜。常用的CVD法有以下幾種:
1、常壓化學(xué)氣相沉積法(APVCD)
常壓化學(xué)氣相沉積就是在常壓環(huán)境下，反應(yīng)氣體受熱后被N2或Ar等惰性氣體輸運到加熱的高溫基片上，經(jīng)化合反應(yīng)或熱分解生成固態(tài)薄膜。
由于反應(yīng)是在常壓下進行的，在生成薄膜材料的同時各種副產(chǎn)物也將同時生產(chǎn)；常壓下分子的擴散速率小，不能及時排出副產(chǎn)物，這既限制了沉積速率，又加大了膜層污染的可能性，導(dǎo)致薄膜的質(zhì)量下降。現(xiàn)已逐漸被后來的低壓化學(xué)氣相沉積和等離子體增強化學(xué)氣相沉積所取代。
2、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)
人們在APCVD的基礎(chǔ)上研制出了LPCVD。LPCVD克服了APCVD沉積速率小、膜層污染嚴(yán)重等缺點，因而所制備氮化硅薄膜的均勻性好，缺陷少，質(zhì)量高。并可同時在大批量的基板上沉積薄膜，易于實現(xiàn)自動化，效率高，現(xiàn)已成為半導(dǎo)體工業(yè)中制備氮化硅薄膜的主要方法。
LPCVD以熱量來活化反應(yīng)氣體，為保證反應(yīng)進行完全，反應(yīng)的溫度都較高，一般在700℃以上。在這樣的溫度下制得的薄膜的化學(xué)計量性好，膜層致密，因此薄膜的性能也較好。但另一方面，高溫對基板的要求很高，襯底容易變形，其中的缺陷會生長和蔓延，從而影響界面性能。
北方華創(chuàng)LPCVD沉積設(shè)備
3、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法(PECVD)
等離子體增強化學(xué)氣相沉積是一種通過射頻使一定組成的氣態(tài)物質(zhì)部分發(fā)生電離形成等離子體，促進化學(xué)反應(yīng)，沉積成薄膜材料的一種技術(shù)。由于該技術(shù)是通過高頻電磁感應(yīng)與氣體分子的共價鍵產(chǎn)生耦合共振，使其電離，顯著降低反應(yīng)所需溫度，增加反應(yīng)速率，提高成膜質(zhì)量。
該方法具有設(shè)備簡單，襯底與薄膜結(jié)合性好，成膜的均勻性和重復(fù)性好等特點。同時，較低的沉積溫度有利于實現(xiàn)更小的畸變、更佳的共形沉積和更快的沉積速率。PECVD制備的氮化硅薄膜具有強度高、硬度高、介電常數(shù)大、折射率可調(diào)、透射率高、光衰減系數(shù)小和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。
參考來源：
[1]劉文龍.氮化硅薄膜的制備技術(shù)綜述
[2]李攀等.PECVD 氮化硅薄膜性質(zhì)及工藝研究
