脉冲激光沉积氮化硅薄膜的工艺研究

摘要

氮化硅薄膜是一种具有十分优良的物理化学性质的介质膜，具有优良的化学稳定性，高电阻率，良好的绝缘性和光学性能，广泛地应用于半导体器件、微电子工业、光电子工业和太阳能电池等方面。
　　 目前，氮化硅薄膜的制备方法主要有低压化学气相沉积(LPCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等。脉冲激光沉积(PLD)是近些年来发展起来的先进的薄膜制备技术，与其他方法相比，脉冲激光沉积具有沉积温度低、工艺参数方便调节、污染小、沉积速率相对较高且易制备成分复杂的薄膜等优点，因此，PLD可在较低温度下沉积性能良好的氮化硅薄膜。
　　 本论文利用脉冲激光沉积技术，以高纯α-Si3N4为靶材，在不同的氮气压力、基片温度以及脉冲能量下，在p型单晶Si(100)基片上沉积氮化硅薄膜，然后在15Pa高纯N2中于600℃下对沉积的薄膜进行退火处理，用X射线衍射(XRD)对薄膜的结晶质量进行了分析，用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面形貌进行了表征，利用椭偏膜厚仪对薄膜的膜厚和折射率进行了测试，讨论了氮气压力、基片温度、脉冲能量、退火等条件对PLD制备氮化硅薄膜的影响。
　　 实验结果表明，利用PLD技术制备氮化硅薄膜中，氮气压力的升高可以显著改善氮化硅薄膜的表面质量，基片温度对氮化硅薄膜的成分有很大影响，脉冲能量对薄膜的性能也有一定的影响，15Pa N2中600℃退火30min并不能明显改善氮化硅薄膜的质量。本文通过对氮化硅薄膜的结构、成分及表面形貌等的分析，找到了生长氮化硅薄膜的优化工艺，得到了较高质量的氮化硅薄膜。