PECVD法制備SiO²薄膜的熱應(yīng)力影響研究

【摘要】研究了等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD）

【關(guān)鍵詞】應(yīng)力；二氧化硅薄膜；等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積；熱處理工藝

1.引言

PECVD方法的最大特性是，由于在等離子體狀態(tài)下利用化學(xué)性活潑的離子、原子團(tuán)，因而可以在低溫下生成薄膜，熱損較少，抑制了與基片物質(zhì)的反應(yīng)，可在非耐熱性基片上成膜。從熱力學(xué)角度上講，在反應(yīng)雖能發(fā)生但反應(yīng)相當(dāng)遲緩的情況下，借助等離子體激發(fā)狀態(tài)，可以引發(fā)常規(guī)化學(xué)反應(yīng)中不能或難以實(shí)現(xiàn)的物理變化和化學(xué)變化；可以使許多通常不能發(fā)生和難以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行或加速進(jìn)行；還可以按著預(yù)先設(shè)計(jì)的模型合成新的材料，等離子體技術(shù)是一種十分有效的分子活化手段，能夠省去許多常規(guī)化學(xué)反應(yīng)所需要的酸、堿、熱以及催化劑等多種條件，大大縮短了新材料的制備周期。另外，由于反應(yīng)材料是氣體，可以穩(wěn)定供給，因此可連續(xù)控制，從而可控制薄膜組成。因此技術(shù)具有生長溫度低，沉積速率大，臺(tái)階覆蓋性能好等優(yōu)點(diǎn)，并且在沉積過程中可方便摻入雜質(zhì)來改變產(chǎn)品的特性。在力學(xué)和化學(xué)中較穩(wěn)定的厚氧化物膜在適當(dāng)壓力下可以較快的沉積。由于這些處理和裝置都源于微電子工業(yè)，因而具有高產(chǎn)的好前景。

正是由于PECVD技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）鍍膜溫度大大下降；2）基材范圍拓寬；3）鍍層涂敷均勻，性能穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；4）等離子體滲、鍍同爐完成，工藝簡化，效率較高。

所以該技術(shù)在生產(chǎn)上獲得了迅速發(fā)展，并且應(yīng)用非常廣泛，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，開拓了新的領(lǐng)域。

2.2 應(yīng)力測量介紹

薄膜的應(yīng)力由熱應(yīng)力和本征應(yīng)力兩部分組成。熱應(yīng)力起源于薄膜與襯底之間熱膨脹系數(shù)的不同，可表示為：

式中：Ts和TM分別為淀積和測量時(shí)基片的溫度；和。分別為薄膜和基片的熱膨脹系數(shù)；Ef為薄膜的楊氏模量，dT表示溫度的微分。若假定、不隨溫度變化，則式（1）可改寫為：

由式（2）可以看出，當(dāng)測量溫度低于淀積溫度和>時(shí)，ST>0，薄膜收縮程度大于襯底收縮程度，膜相對于襯底就有了收縮的趨勢，此時(shí)的熱應(yīng)力為張應(yīng)力。反之，當(dāng)<時(shí)，膜相對于襯底就有了擴(kuò)展的趨勢，ST<0，此時(shí)的熱應(yīng)力為壓應(yīng)力。

在已知基片曲率半徑的情況下，應(yīng)力表示為：

參考文獻(xiàn)

[1]YasEmi Shioya and Mamoru Maeda，J.Eectrochem.Soc.， 133（1986）6，943.

[2]M.Shimbo and Matsua，J.Electrochem.，Soc.，130（1983） 1，135.

[3]程開富.PECVD二氧化硅薄膜的工藝分析[J].半導(dǎo)體光電，1987（01）：74.

[4]許春芳，范煥章.等離子體淀積二氧化硅的抗電特性[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，1992，9（7）：14-16.

[5]崔進(jìn)煒.二氧化硅和氮化硅薄膜的等離子氣相淀積與應(yīng)用[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2000，25（4）：15-17.

[6]KINOS1TAK.Recent developments in the study of mechanical properties of thin films[J].Thin Solid Films，1972：12-17.

[7]ULFS，KRISTENSEN N，ERICSON F，et al.Local stress relaxation phenomena in thin aluminum films[J].J Vac Sci Technol，1991，A9（4）：2527-2535.

[8]JOHN C.Toughening and crack tip shielding in brittle materials by residually stressed thin film[J].J Vac Sci Technol，1991，A9（4）：2503-2509.

作者簡介：王喬升，電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院在讀研究生，研究方向：材料工程。