Пленки плазмохимического нитрида кремния SiN , получаемые из газов моносилана SiH и аммиака NH, широко используются в микроэлектронике, микро- и наноэлектромеханических системах. Для многих применений важными характеристиками являются остаточные механические напряжения и состав пленок. Свойства пленок SiN , в частности механические напряжения и состав, существенно зависят от условий получения: соотношения расходов реагирующих газов, состава газовой смеси, мощности и частоты генератора плазмы, температуры и давления при осаждении. Несмотря на большой объем исследований, данные о зависимости свойств и состава пленок SiN от условий получения не являются достаточно полными. Изучено влияние отношения расходов реагирующих газов на механические напряжения и состав пленок плазмохимического нитрида кремния SiN , получаемых из газовой смеси моносилана SiHи аммиака NH при использовании низкочастотной плазмы. Установлено, что с ростом отношения расходов газов SiH к NH от 0,016 до 0,25 сжимающие механические напряжения уменьшаются на 31%, стехиометрический коэффициент уменьшается от 1,40 до 1,20, показатель преломления возрастает от 1,91 до 2,08, концентрация связей N-H уменьшается в 7,4 раз, концентрация связей Si-H возрастает в 8,7 раз, а концентрация атомов водорода убывает в 1,5 раза. Результаты можно использовать для контролируемого получения пленок SiN с такими заданными характеристиками, как остаточные механические напряжения, показатель преломления, стехиометрический коэффициент и концентрация водородсодержащих связей.
Новак Андрей Викторович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия; ОАО «Ангстрем», г. Москва, Россия
1. Plasma-assisted chemical vapor deposition of dielectric thin films for ULSI semiconductor circuits / Cote D.R., Nguyen S.V., Stamper A.K. et al. // IBM Journal of Research and Development. – 1999. – Vol. 43. – № 1/2. – P. 5–38.
2. Liang L., Wei-guo L., Na C., Chang-long C. Study on the performance of PECVD silicon nitride thin films // Defence Technology. – 2013. – Vol. 9. – № 2. – P. 121–126.
3. Tokunaga Kenji, Sugawara Katsuro. The influence of plasma silicon nitride passivation film quality on aluminum void formation // J. Electrochem. Soc. – 1991. – Vol. 138. – № 1. – P. 176–180.
4. Принц В.Я., Голод С.В. Упругие нанооболочки на основе кремниевых пленок: формирование, свойства и практическое применение // Прикладная механика и техническая физика. – 2006. – Т. 47. – № 6. – С. 114–128.
5. Thompson Scott E., Sun Guangyu, Choi Youn Sung, Nishida Toshikazu. Uniaxial-process-induced strained-Si: extending the CMOS roadmap // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2006. – Vol. 53. – № 5. – P. 1010–1020.
6. Исследование свойств пленок нитрида и оксида кремния, полученных методом плазмохимического осаждения на кремниевую подложку / И.И. Рубцевич, Я.А. Соловьев, В.Б. Высоцкий и др. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2011. – № 4. – С. 29–32.
7. Stress control of Si-based PECVD dielectrics / K.D. Mackenzie, D.J. Johnson, M.W. DeVre et al. // 207th Electrochemical Society Meeting (Quebec City, Canada, May 2005). – 2005.
8. Stress control of silicon nitride films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition / Li Dong-ling, Feng Xiao-fei, Wen Zhi-yu et al. // Optoelectron. Lett. – 2016. – Vol.12. – №4. – P. 0285–0289.
9. Yin Z., Smith F.W. Optical dielectric function and infrared absorption of hydrogenated amorphous silicon nitride films: Experimental results and effective-medium-approximation analysis // Physical Review B. – 1990. – Vol. 42. – № 6. – P. 3666–3675.
10. Кутков И.В., Пехтелев М.И. Качественный и количественный анализ пленок нитрида кремния методом ИК-спектроскопии // Докл. ТУСУРа. – 2014. – Вып. 31. – № 1.– С. 92–94.
11. Cianci E., Pirola F., Foglietti V. Analysis of stress and composition of silicon nitride thin films deposited by electron cyclotron resonance plasma-enhanced chemical vapor deposition for microfabrication processes // J.Vac. Sci. Technol. B. – 2005. – Vol. 23(1). – P. 168–172.
12. Correlation between silicon-nitride film stress and composition: XPS and SIMS analyses / L.L. Vanzetti, M. Barozzi, D. Giubertoni et al. // Surf.Inter.Analysis. – 2006. – Vol. 38. – P. 723–726.
13. Glang R., Holmwood R.A., and Rosenfeld R.L. Determination of stress in films on single crystalline silicon substrates // Review of Scientific Instruments. – 1965. – Vol. 36. – № 1. – P. 7–10.
14. Sinha A.K., Levinstein H.J., Smith T.E. Thermal stresses and cracking resistance of dielectric films (SiN, Si3N4, and SiO2) on Si substrates // J. of Appl. Phys. – 1978. – Vol. 49. – № 4. – P. 2423–2426.
15. Дюжев Н.А., Дедкова А.А., Гусев Е.Э., Новак А.В. Методика измерения механических напряжений в тонких пленках на пластине с помощью оптического профилометра // Изв. вузов. Электроника. – 2016. – Т. 21. – №4. – С. 367–372.
16. Гриценко В.А. Атомная структура аморфных нестехиометрических оксидов и нитридов кремния // УФН. – 2008. – Т. 178. – № 7. – С. 727–737.
17. Lanford W.A., Rand M.J. The hydrogen content of plasmadeposited silicon nitride // J. of Appl. Phys. – 1978. – Vol. 49. – №. 4. – P. 2473–2477.