基于PECVD的TSV深孔绝缘层沉积工艺优化

研究了基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法的硅通孔(TSV)中(孔径5μm,深宽比10∶1)二氧化硅(SiO2)薄膜的生长技术。分析了低频功率、腔室压力和分步沉积次数对TSV深孔SiO2膜层覆盖率的影响。实验结果表明,深孔内底部的膜层覆盖率最高,孔内拐角处的膜层覆盖率最低。在低频功率为300 W、腔室压力为1.6 Torr (1 Torr=133.3 Pa)、分步沉积8次时,孔内最薄处的拐角覆盖率由2.23%提高到了4.88%,有效提高了膜层的覆盖率。最后,对膜层的击穿电压、漏电流、表面应力和沉积速率进行了检测,结果表明在保证膜层电性能基础上,将深孔SiO2薄膜的沉积速率提高到了480.075 nm/min。

等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石薄膜研究综述

类金刚石薄膜由于其独特的物理化学特性,使得该薄膜在光学、电学、机械、医学、航空航天等领域得到了广泛应用。等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)制备类金刚石是近几十年兴起的新的制备类金刚石薄膜的方法,因其对沉积温度要求低,对基底友好,同时还具有沉积速率快和无转移生长的优势,获得了越来越多的研究者关注。详细介绍了类金刚石薄膜优异的特性,阐述了在等离子化学气相沉积条件下,不同沉积条件对沉积类金刚石薄膜结构特性的影响。衬底的选择直接影响着沉积类金刚石薄膜的性能,不同的衬底直接决定着生成类金刚石结构中sp^(3)相的数量和质量;沉积参数是最为常见的控制条件,对沉积薄膜的总体效果影响也是最大的,改变沉积参数,沉积薄膜的表面将会变得更加光滑致密;常用的掺杂元素是硅和氮,掺杂元素的引入往往是为了降低沉积薄膜的内应力,提高与衬底间的结合力,延长使用寿命等;由于很难直接在金属上沉积类金刚石薄膜,所以常通过制备复合层来改善沉积效果。最后对类金刚石薄膜的发展以及今后研究方向进行了展望。

PECVD薄膜沉积工艺虚拟仿真实验设计与研究

虚拟仿真实验教学已成为微电子工艺实训实践能力培养的重要手段,弥补和完善了传统教学方式的缺点和不足。文章介绍了PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)薄膜沉积工艺在聚光多结光伏电池芯片制备中应用的虚拟仿真实验项目,将实验教学融合在多结光伏电池芯片制备应用场景下,以典型的PECVD法沉积电池增透膜为例,设计实验项目。采用虚实结合的实验教学方法,解决了真实实验教学中存在的高安全风险、设备昂贵、材料成本高等问题。通过共享服务平台“ilab-x实验空间”对外免费开放,学生参与PECVD薄膜沉积全工艺流程,对培养和提高学生的创新及实践能力具有很好的作用。

PECVD喷淋板上微通道结构对射流均匀性的影响性分析

喷淋板微通道结构对等离子体增强化学气相沉积镀膜工艺成膜均匀性具有重要影响,目前缺少对不同微通道差异性的研究。通过采用滑移边界修正的连续流计算方法,获得克努森数为0.009~0.01的微通道流动特性结果,计算结果与其他微通道试验与计算结果具有一致性。结果表明,等径型与收缩型微通道几何尺寸对均匀性影响较小,出口射流所形成的涡流会降低均匀性,扩张型微通道提高出口扩散性,其射流均匀性明显优于前两者。通过提出均匀性量化方法,研究等径型、收缩型和扩张型三种具有代表性的微通道结构,进一步完善了喷淋板及稀薄环境微通道研究的不足。

10m长管道内壁类金刚石薄膜沉积及性能

工业生产过程中管道内壁经常受到输送物质的腐蚀和磨损,对管道内壁进行涂层防护十分必要,而目前鲜有在大长径比管道内壁镀膜的报道,且缺乏对大长径比管道内壁膜层性能的研究。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在直径100 mm、长10 m管道内壁沉积类金刚石(DLC)薄膜,并研究管道内工作气体的等离子体放电辉光光谱、膜层表面亮度、水静态接触角、硬度、摩擦因数和拉曼光谱等。结果表明:管道内等离子体光谱显示管内等离子体中有Ar^(+)和乙炔分解成的C_(2)、H和CH;膜层表面的亮度L*最高达到37.4和色差ΔE^(*)最大1.9,膜层拉曼光谱结果表明靠近管道两端和中间位置膜层的I_(D)/I_(G)均匀,膜层水静态接触角显示靠近管道两端的膜层接触角略小;靠近管道两端膜层硬度相比中间位置的膜层硬度高,并且磨损测试中膜层均未出现破损剥落,膜层具有高的耐磨性。试验实现了在大长径比的管道内壁沉积耐磨损的DLC膜层,为长管道内壁均匀镀膜提供了理论支持和技术指导。

PECVD SiON膜的性质及其在双层互连工艺中的应用

我们在研制和生产双层布线的 3μm CMOS LSI器件时,采用了 PECVD SiON(等离子增强化学气相沉积的氮氧化硅)膜作金属层之间的绝缘层.这种薄膜具有很小的压应力,很低的针孔密度,良好的台阶覆盖性等优点.这种绝缘膜是采用PECVD沉积工艺,以氮冲稀的低浓度SiH_4(3％)和N_2O气体为原料制得的. 本文着重介绍 PECVD SiON膜的性质及其在双层互连工艺中的应用.

PECVD法低温制备二氧化硅薄膜(英文)

针对金属层间介质以及MEMS等对氧化硅薄膜的需求,介绍了采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH4和N2O为反应气体,低温制备SiO2薄膜的方法.利用椭偏仪和应力测试系统对制得的SiO2薄膜的厚度、折射率、均匀性以及应力等性能指标进行了测试,探讨了射频功率、反应腔室压力、气体流量比等关键工艺参数对SiO2薄膜性能的影响.结果表明:SiO2薄膜的折射率主要由N2O/SiH4的流量比决定,而薄膜均匀性主要受电极间距以及反应腔室压力的影响.通过优化工艺参数,在低温260℃下制备了折射率为1.45～1.52、均匀性为±0.64%、应力在-350～-16MPa可控的SiO2薄膜.采用该方法制备的SiO2薄膜均匀性好、结构致密、沉积速率快、沉积温度低且应力可控,可广泛应用于集成电路以及MEMS器件中.

PECVD法低温制备微晶硅薄膜的晶化控制

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在玻璃衬底上低温制备了微晶硅(μc-Si:H)薄膜。利用拉曼(Raman)散射谱、原子力显微镜(AFM)研究了H2稀释、衬底温度、射频功率等对薄膜晶化的影响。研究结果表明,当H2稀释比从95%升高到99%、衬底温度从200℃逐渐升高到400℃、硅膜的晶化率逐渐提高,结构逐渐由非晶向微晶转变,射频功率对薄膜晶化的影响有一最优值。

PECVD工艺参数对SiO_2薄膜光学性能的影响

为探索利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depo-sition,PECVD)技术制作光学薄膜的有效方法.以SiH4和N2O作为反应气体,通过采用M-2000UI型宽光谱变角度椭圆偏振仪对制作样片进行测试,分析了薄膜沉积过程中的不同的工艺参数对SiO2薄膜光学性能的影响.实验结果表明:在PECVD技术工作参数范围内,基底温度为350℃,射频功率为150 W,反应气压为100 Pa时,能够沉积消光系数小于10-5,沉积速率为(15±1)nm/min,折射率为(1.465±0.5)×10-4的SiO2薄膜.

大面积应用的RF-PECVD技术研究

本文探讨采用小电极与大面积基片相对移动的方法来制造大面积薄膜的可行性,提出了采用小电极等离子体源在大面积基片上移动工作的新方法,可用于沉积(或刻蚀)均匀大面积薄膜或根据需求设计的大面积上非均匀膜厚分布的薄膜,从原理上避免大电极带来的不均匀性。介绍了这种方法中由两个电极构成的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统。分析了当电极移动时,电极与真空室壁相对位置发生变化时对等离子体参数的影响。我们发现当两个射频电极之间的相位差为定值时,等离子体的分布随电极与真空室壁的距离(极地距)变化而变化。当极地距小于80mm时,随极地距的增加,等离子体的悬浮电位和基片的自偏压下降,离子密度变化不明显。当极地距大于80mm时,等离子体的分布呈稳定状态,各参数变化不明显。采用PECVD方法镀制了大面积薄膜厚度呈均匀分布和非均匀分布的两种薄膜,提供了膜厚呈线性渐变和抛物线变化的两种薄膜样片,显示了该方法的灵活性和可行性。

PECVD法制备纳米晶硅薄膜的研究进展

简要介绍了纳米晶硅薄膜的微结构表征方法,重点讨论了PECVD制备方法中工艺参数对薄膜结构的影响,并探讨了氢在薄膜形成和生长中的作用。通过优化氢稀释率、衬底温度、反应气压、激励功率和激发频率等工艺参数可提高纳米晶硅薄膜的晶化率并改善薄膜质量。结合喇曼光谱、X射线衍射谱、傅里叶红外光谱和高分辨透射电镜等表征方法可深入研究薄膜形成机理,对进一步探索薄膜光电特性有重要意义。分析了等离子体化学气相沉积(PECVD)制备方法中各工艺参数对薄膜质量和沉积速率的影响,指出其存在的问题,并探寻了今后的研究方向。

用于FET的PECVD SiN_x掺杂MoS_2的有效性与可控性

通过化学气相沉积(CVD)工艺成功生长出少层MoS_2薄膜,用Raman光谱仪对材料进行表征,验证了三层MoS_2材料的存在。基于CVD生长出的三层MoS_2薄膜材料完成了背栅场效应晶体管(FET)的制作工艺研发。对MoS_2FET器件进行了电学特性表征,研制的MoS_2FET器件的开关比可达到1.45×10~6,器件的电子载流子场效应迁移率约为1 cm^2·V^(-1)·s^(-1)。对等离子增强化学气相沉积(PECVD)氮化硅(SiN_x)工艺掺杂MoS_2材料进行了研究,掺杂后器件的驱动电流提高了3倍多,验证了SiN_x掺杂MoS_2材料的有效性。通过控制PECVD SiN_x时间工艺参数对SiN_x薄膜厚度与掺杂浓度的关系进行了研究,随着SiN_x薄膜厚度增加器件的驱动电流逐渐增强,验证了SiN_x掺杂MoS_2材料的可控性。最后,对PECVD SiN_x工艺掺杂MoS_2材料的机理进行了讨论。

模拟分析SiH_4和N_2O产生等离子体加强化学沉积制备SiO_2薄膜

通过等离子体粒子模拟实验(PIC),成功模拟了硅烷(SiH4)和笑气(N2O)的等离子体加强化学沉积(PECVD)制备SiO2薄膜的过程。模拟实验过程分析了电离后各种离子的动能、以及鞘层的空间和能量分布。分析这些物理参量,对比SiH4和N2O的等离子体加强化学沉积实验中的化学反应式,模拟实验结果从动能、能量空间分布的角度都能合理地解释等离子体加强化学沉积制备SiO2薄膜的实验过程,通过这些粒子模拟实验(PIC),从理论上合理地解释了使用SiH4和N2O形成SiO2薄膜的一些形成机制。

管式PECVD工艺对氮化硅薄膜折射率的影响

折射率是反映薄膜成分以及致密性的重要指标,是检验薄膜制备质量的重要参数,其变化直接影响太阳能电池的转化效率。本文研究了不同射频功率、腔体压强、衬底温度以及硅烷和氨气配比等沉积条件对在太阳能电池上沉积的氮化硅薄膜折射率的影响,分析了氮化硅薄膜折射率随各沉积条件变化的原因。

沉积温度对Ni辅助合成石墨烯质量的影响

研究了不同沉积温度下借助牺牲层Ni合成石墨烯的质量。在氧化铟锡(ITO)玻璃表面先后蒸镀了厚度分别为120 nm的Ta2O5和50 nm的图形化Ni,采用低温(500,600和700℃)下的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在Ni和绝缘层Ta2O5的界面处获得了大面积的图形化石墨烯薄膜。去除Ni后,将图形化的石墨烯保留在绝缘衬底上,采用原子力显微镜(AFM)和喇曼光谱对3种不同沉积温度下合成的石墨烯薄膜的表面形貌和质量进行了表征,研究了沉积温度对Ni辅助合成石墨烯表面形貌和导电性能的影响。结果表明,借助图形化牺牲层Ni能够在绝缘衬底Ta2O5上直接合成图形化的石墨烯,沉积温度对石墨烯的表面形貌和质量有很大影响,沉积温度在600℃时,制备的石墨烯具有较高的质量和良好的导电性能。

PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究

为了制备高质量氮化硅薄膜,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行氮化硅的气相沉积,讨论了工艺参数对薄膜性能的影响,验证设备工艺均匀性和批次间一致性。通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜,并检测薄膜应力,对工艺进行了优化,探索最佳的高低频切换时间。研究了PECVD氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质,制备出了致密的氮化硅薄膜。研究结果表明,PECVD氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点,为其在光学等领域的应用打下了基础。

电极和匀气盘结构对PECVD氮化硅薄膜性能的影响

在衬底温度为400℃、射频功率为20 W的条件下,通过改变SiH_4和NH_3的体积流量比、电极(圆环和平板电极)和匀气盘结构,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备出不同成分的氮化硅薄膜,测量了薄膜的淀积速率、残余应力以及在HF溶液和KOH溶液中的腐蚀速率。实验发现:随着SiH_4和NH_3体积流量比的增大,薄膜的淀积速率变大;相同工艺条件下,采用不同结构的电极淀积的氮化硅薄膜在KOH溶液中的腐蚀速率和腐蚀后的表面形貌都没有明显的差异;相同工艺条件下,使用圆环电极淀积的氮化硅薄膜具有较小的残余应力;使用平板电极淀积的氮化硅薄膜在HF溶液(HF和H_2O的体积比为1∶50)和缓冲氢氟酸(BHF)溶液中有更好的耐腐蚀性;匀气盘对淀积的氮化硅薄膜的淀积速率、残余应力、在HF和KOH溶液中的腐蚀速率几乎没有影响。

PECVD在TSV领域的应用

PECVD设备及工艺技术已在半导体前道互连工艺及TSV领域展现了其广阔的应用前景,介绍了拓荆PECVD在TSV领域的应用,展现其良好的工艺表现。

基底温度对掺氟类金刚石碳膜摩擦学性能的影响

以CF4,CH4和H2作为前驱气体,改变基底温度,通过直流脉冲等离子气相沉积法(PECVD)制备掺氟类金刚石碳膜,用傅里叶红外光谱仪分析薄膜的键合结构,用拉曼光谱仪分析薄膜中杂化碳的sp2和sp3的存在状态,用纳米压痕仪和UMT-2MT摩擦磨损实验机分别测量了薄膜的硬度、摩擦因数等机械性能。结果表明,F主要以C-F3,C-Fx(x=1,2,3)基团的形式存在于薄膜中;基底温度从不加热到500℃的范围,薄膜能够保持较低于0.020的摩擦因数;且基底温度为400℃时薄膜具有0.016的最低摩擦因数,但当基底温度超过600℃时,会破坏薄膜的内部结构而使机械性能下降。

Raman散射和AFM对多晶硅薄结晶状况的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法在普通玻璃衬底上制备了多晶硅(p-si)薄膜。利用拉曼(Raman)散射谱、原子力显微镜(AFM)研究了衬底温度、射频功率和SiH4浓度对薄膜晶化的影响,并对其结果进行分析讨论。研究结果表明,当衬底温度从200℃逐渐提高到400℃、SiH4浓度从5%降到1%,硅膜的晶化率逐渐提高,结构逐渐由非晶向多晶转变,射频功率对薄膜的晶化状况也有很大影响。