用电子回旋共振微波等离子体制备超薄氮化硅薄膜的方法
专利汇可以提供用电子回旋共振微波等离子体制备超薄氮化硅薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及制备微 电子 介电层、 光电子 材料与器件保护层、介电层的生长方法。用 电子回旋共振 微波 等离子体 技术，适合于单晶Si衬底片，在一定微波功率条件下，通过调整[N2]/[Ar]气体流速比，气压和生长时间控制 薄膜 厚度，在低温下生长超薄SiN薄膜。本发明对 硅 衬底片无需再加热，可实现低温生长，克服高温CVD易引起杂质再分布的缺点；本发明的薄膜厚度小于10nm，可在4nm-10nm的范围变化，平均介 电击穿 电场 在3-5MV/cm范围变化。本发明在低压下生长，条件可控，重复性好，可以在其它 半导体 基片形成氮化物薄膜，还可将本发明与溅射技术结合制备Si/SiN的超晶格和 量子阱 结构。，下面是用电子回旋共振微波等离子体制备超薄氮化硅薄膜的方法专利的具体信息内容。
1、用电子回旋共振微波等离子体制备超薄氧氮硅薄膜的方法， 其特征在于：在Si3N4薄膜中掺入适量的SiO2，再利用磁控溅射技术， 通过调节射频功率、气压和N2/O2的气体流速比，在低温条件下制备 出无应力a-SiOxNy薄膜：首先是将清洗好的衬底片和旋涂在玻璃基 片上的PPV薄膜放入磁控溅射设备生长室的基座板上，由外部向基 板加热，使基板上的衬底片得到50℃-100℃温度，由机械泵和分子 泵将本底抽真空，通入高纯氩气Ar流量为35sccm，加射频功率至 300W-400W，产生辉光等离子体轰击高纯硅靶表面30分钟；关闭 射频功率后，通入高纯O2和N2，调整[O2]/[N2]的气体流速比到 0.04-0.056，气压从0.5到1.0Pa范围，利用射频等离子体溅射高纯硅 靶可进行无应力SiON薄膜的生长，薄膜厚度可通过生长时间控制。
技术领域：本发明属于材料技术领域，涉及制备微电子介电层、 光电子材料与器件保护层的生长方法。
背景技术：SiO2和Si3N4薄膜材料是微电子介电层、保护层最重 要的材料，广泛应用于微电子和光电子材料与器件。近年来有机光 电子材料与器件得到了迅速的发展，然而空气中氧气和水蒸汽严重 影响有机光电子器件性能，迫切需要制备超厚的SiO2、Si3N4保护层。 然而由于SiO2和Si3N4薄膜分别存在着压和张应力，因而难于在低 温下制备超厚的保护膜。
详细内容：为了解决上述SiO2和Si3N4薄膜存在内应力而不易制 备厚保护膜的缺点，本发明利用我们制备的SiO2和Si3N4薄膜绝缘 特性好和针孔密度小的优点，及SiO2和Si3N4具有相反性质的应力 特性，在Si3N4薄膜中掺入适量的SiO2，再利用磁控溅射技术，通过 调节射频功率、气压和N2/O2的气体流速比，在低温条件下制备出 无应力a-SiOxNy薄膜：
首先是将清洗好的衬底片和旋涂在玻璃基片上的PPV薄膜放入 磁控溅射设备生长室的基板上，由外部向基板加热，使基板上衬底 片的温度升至50℃-100℃温度，由机械泵和分子泵将本底抽真空， 通入高纯氩气Ar流量为35sccm，加射频功率至300W-400W，产 生辉光等离子体轰击高纯硅靶表面30分钟；关闭射频功率后，通 入高纯O2和N2，调整[O2]/[N2]的气体流速比到0.04-0.056，气压 后关闭微波，再通入高纯氩气Ar和氮气N2，调整[N2]/[Ar]的气体 流速比从0.25到0.65，气压从1.0×10-1Pa-2.0×10-1Pa，生长时间 20分钟，则可制得超薄Si3N4薄膜。
本发明利用了电子回旋共振可在低压下产生高密度等离子体和 等离子体中离子和电子质量的差别，在等离子体流方向上其扩散速 度不同而在空间形成自建电场对氮离子和氩离子的加速作用(能量 为几十电子伏)，轰击Si表面，在Si表面层进行等离子体诱导下的 界面扩散反应形成致密的超薄Si3N4薄膜，以满足微电子材料与器件 的需要。
本发明的积极效果：随着超大规模集成电路和微电子材料的发 展，低温条件下在硅衬底片上制备高质量的超薄Si3N4薄膜的方法， 是人们不断地探索的主题。本发明利用等离子体氮化技术，硅衬底 片无需再加热，实现低温生长，克服高温CVD易引起杂质再分布的 缺点；本发明的薄膜厚度小于10nm，可在4nm-10nm范围变化， 平均介电击穿电场在3-5MV/cm范围变化。本发明在低压下生长， 条件可控，重复性好，本发明的薄膜生长技术可在不同衬底片上进 行，特别适合于单晶Si衬底片，也可以在其它半导体基片形成氮化 物薄膜，可通过改变氮气与氩气的气体流速比[N2]/[Ar]，气压和生 长时间控制薄膜厚度。还可将本发明与溅射技术结合制备Si/SiN的 超晶格和量子阱结构。
具体实施方式：
本发明的实施例1：
衬底片温度为50℃；生长衬底片选择：n-Si单晶衬底片，微波(2.45 GHz)功率为500W，微波等离子体腔磁场：875Gauss；衬底片与等 离子腔间距为100mm；高纯氩气Ar气流量为15sccm(或30 sccm)；[O2]/[N2]为0.25；气压为1.0×10-1Pa；生长时间为20分钟， 可制备出的膜厚为6nm、折射率为1.96、平均介电击穿电场在3-5 MV/cm范围变化的超薄Si3N4薄膜。
本发明的实施例2：低温电子回旋共振微波等离子体制备超薄 SiN薄膜的方法：衬底片温度为100℃；生长衬底片选择：n-Si单晶 衬底片，微波(2.45GHz)功率为300W，微波等离子体腔磁场：875 Gauss；衬底片与等离子腔间距为100mm；高纯Ar气流量为25sccm； [N2]/[Ar]为0.48；气压为1.5×10-1Pa。生长时间为20分钟，可制备 出的膜厚为5nm，折射率为1.96。平均介电击穿电场在3-5MV/cm 范围变化。
本发明的实施例3：低温电子回旋共振微波等离子体制备超薄 SiN薄膜的方法：衬底片温度为70℃；生长衬底片选择：n-Si单晶 衬底片，微波(2.45GHz)功率为500W，微波等离子体腔磁场：875 Gauss；衬底片与等离子腔间距为100mm；高纯Ar气流量为30sccm； [N2]/[Ar]为0.65；气压为2.0×10-1Pa。生长时间为20分钟，可制备 出的膜厚为4nm，折射率为1.96。平均介电击穿电场在3-6MV/cm 范围变化。
按以上3个实施例条件可以生长出超薄SiN薄膜，其膜厚可由 气压和气体流速比[N2]/[Ar]控制。
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