中國(guó)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(duì)可動(dòng)離子阻擋能力強(qiáng),、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(diǎn),，在集成電路制造領(lǐng)域被廣泛用作表面鈍化保護(hù)膜、絕緣層,、雜質(zhì)擴(kuò)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(yáng)能電池中,，氮化硅薄膜可用作減反射膜，同時(shí)起到表面鈍化和體內(nèi)鈍化的作用,，從而提高太陽(yáng)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(lái)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(jiǎn)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(diǎn)為：表面一旦形成氮化硅膜以后,，就把氮和硅隔離開來(lái)，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(diǎn)是氮化硅膜較其他制備方法致密和穩(wěn)定,，化學(xué)計(jì)量性好,，氫含量少，但高溫會(huì)造成基板中雜質(zhì)重新分布,，產(chǎn)生堆垛層錯(cuò),，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(guò)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(guò)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(duì)薄膜產(chǎn)生污染的可能性較高,。
為了改善這兩個(gè)缺點(diǎn)，可以加一個(gè)平行于陰極表面的磁場(chǎng),，就可以將初始電子的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(jiǎn)便,、操作易控性，鍍膜過(guò)程中通過(guò)精確控制氣壓,、功率和時(shí)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(yùn)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(jìn)行的,，在生成薄膜材料的同時(shí)各種副產(chǎn)物也將同時(shí)生產(chǎn),；常壓下分子的擴(kuò)散速率小，不能及時(shí)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�,，F(xiàn)已逐漸被后來(lái)的低壓化學(xué)氣相沉積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積所取代,。
2、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)
人們?cè)贏PCVD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(diǎn),，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(shí)在大批量的基板上沉積薄膜,，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(lái)活化反應(yīng)氣體，為保證反應(yīng)進(jìn)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(jì)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(duì)基板的要求很高,，襯底容易變形，其中的缺陷會(huì)生長(zhǎng)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)
等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是一種通過(guò)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(jìn)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(guò)高頻電磁感應(yīng)與氣體分子的共價(jià)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(jiǎn)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(diǎn),。同時(shí),，較低的沉積溫度有利于實(shí)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(qiáng)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(diǎn),。
參考來(lái)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
