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TFT栅绝缘层用氮化硅薄膜的研究

张化福  
【摘要】:氮化硅薄膜具有优良的光电性能、机械性能以及强的阻挡杂质粒子扩散和水汽渗透等优点,在光电子学和微电子学领域中有着越来越广泛的应用。可以用来制作内层介电绝缘膜、场效应管(或薄膜晶体管)的栅极绝缘层、非易失动态随机存储器(DRAMs)的电荷存储层、各种敏感膜层、抗蚀层、钝化保护膜、掩模以及封装材料等。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)可以在低温(700K)下沉积优质薄膜,现早已成为工业上制备氮化硅薄膜最常用的方法之一。 然而,PECVD 的反应机理极其复杂,反应具有不可选择性,往往是各种反应同时发生,无法得到标准化学计量比的氮化硅薄膜。大量的实验研究表明,PECVD 氮化硅薄膜的组成、结构及其性能与沉积参数密切相关。并且,从不同的沉积系统中得到的结论往往是不相同的,有时甚至相反。前人做的工作大多也都是经验性的,至今人们对PECVD 氮化硅薄膜的研究还很不成熟,尚处于研究探索的阶段,从而在理论上有必要对PECVD 法氮化硅薄膜做进一步的研究;与此同时,制备高质量的栅绝缘层用氮化硅薄膜也是制备高性能薄膜晶体管(TFT)这一课题的需要。 在PECVD 氮化硅薄膜的实验中,沉积参数在很大程度上影响乃至决定着氮化硅薄膜的性能。影响氮化硅薄膜性能的主要沉积参数有沉积温度、射频功率、反应气体流量比、反应压强,此外还有本底真空度、射频频率、反应室几何形状、电极距等。本文的工作旨在研究探索PECVD 方法中沉积参数对氮化硅薄膜的性能及其界面特性的影响,制备性能优良的TFT 栅绝缘层用氮化硅薄膜。本实验通过系统地改变沉积参数,在经过清洗好的单晶硅片上沉积了一系列的氮化硅薄膜。对各种条件下制备的氮化硅薄膜样品做了电流-电压(I-V)测试、电容-电压(C-V)测试。并对其实验现象和数据进行了分析和讨论,从而比较系统地总结了主要沉积参数对PECVD 氮化硅薄膜的电学性能和界面特性的影响作用。实验过程中,通过对沉积参数的优化选择,获得了较佳的工艺条件,并在此工艺条件下制备出了具有优良的绝缘耐压性能和较好界面特性的非晶态氮化硅薄膜。


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