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PECVD氮化硅薄膜的制备工艺及仿真研究

邓其明  
【摘要】:功率半导体器件芯片制造过程中实际上就是在衬底上多次反复进行的薄膜形成、光刻与掺杂等加工过程,其首要的任务是解决薄膜制备问题。随着功率半导体器件的不断发展,要求制备的薄膜品种不断增加,对薄膜的性能要求日益提高,新的制备方法随之不断涌现,并日趋成熟。以功率半导体器件为例,早期的器件只需在硅衬底上生长热氧化硅与单层金属膜即可;随着半导体工艺技术的进步和发展,为了改进器件的稳定性与可靠性还需淀积PSG、Si3N4、半绝缘多晶硅等等钝化膜。氮化硅是一种性能优良的功能材料,它具有良好的介电特性(介电常数低、损耗低)、高绝缘性,而且高致密性的氮化硅对杂质离子,即使是很小体积的Na+都有很好的阻挡能力。因此,氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而广泛地应用于半导体器件工艺中。 薄膜的制备方法主要有两类,即物理淀积与化学淀积。真空蒸发、阴极溅射、分子束外延等属于物理淀积。利用化学反应过程的生长方法称化学淀积法,它分化学液相淀积与化学气相淀积两类。目前,利用化学气相淀积方法来制备氮化硅薄膜主要有等离子增强型化学气相淀积法(PECVD)、低压化学气相淀积法(LPCVD)、射频等离子增强型化学气相淀积法(RF-PECVD)、光化学气相淀积法(光CVD)等等。 等离子增强型化学气相淀积(PECVD)是目前较为理想和重要的氮化硅薄膜制备方法。PECVD法工艺复杂,沉积过程的控制因素较多,沉积条件对介质薄膜的结构与性能有直接的影响。因此在PECVD淀积过程中必须对众多参数进行控制,因此,优化沉积条件是十分重要的。影响氮化硅薄膜特性的沉积工艺参数主要有温度、射频功率、射频频率、腔室压力、气体(SiH4/NH3)流量比等。论文介绍了化学气相淀积(CVD)技术的研究背景、应用、发展趋势以及化学气相淀积(CVD)技术的研究现状,接着对等离子增强型化学气相淀积(PECVD)系统的构成及相关工作原理作了介绍,给出了PECVD工艺技术的实施方案和PECVD工艺技术的应用成果。 本论文的软件部分分析了软件为Silvaco TCAD在PECVD工艺技术中对氮化硅薄膜应力的仿真研究及结果。


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