搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

线性微波化学气相沉积制备SiNx薄膜的微结构及光学性能研究

张健 巴德纯 赵崇凌 刘坤 杜广煜

引用本文:
Citation:

线性微波化学气相沉积制备SiNx薄膜的微结构及光学性能研究

张健, 巴德纯, 赵崇凌, 刘坤, 杜广煜

The microstructure and optical properties of SiNx deposited by linear microwave chemical vapor deposition

Zhang Jian, Ba De-Chun, Zhao Chong-Ling, Liu Kun, Du Guang-Yu
PDF
导出引用
  • 利用自主研发的线性微波化学气相沉积系统在不同微波功率、微波占空比、基片温度、特气比例条件下制备了SiNx薄膜. 通过扫描电子显微镜、椭圆偏振仪等表征测量技术, 研究了不同工艺参数对SiNx薄膜表面形貌、元素配比、折射率、沉积速度的影响, 并探讨了薄膜元素配比、折射率、沉积速度间的关系. 结果表明: 利用线性微波沉积技术, 不同工艺参数下制备的SiNx薄膜组成元素分布均匀, 同时具有平整的表面状态; 特气比例和微波占空比是影响薄膜折射率的最主要因素, 薄膜折射率在1.92–2.33之间连续可调; 微波功率、微波占空比、沉积温度、特气比例都对SiNx 薄膜沉积速度影响较大, 制备的SiNx薄膜最大沉积速度为135 nm·min-1.
    SiNx films are synthesized on Si substrates in a home-made linear microwave plasma enhanced chemical vapor deposition system at different microwave powers, duty cycles, substrate temperatures, and ratios of silane (SiH4) flow to ammonia (NH3) gas flow. The effects of technological parameters on morphology of film surface, stoichiometric proportion, refractive index and deposition rate of SiNx film are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and elliptical polarization instrument, and the relationships among stoichiometric proportion, refractive index and deposition rate are investigated. The results from SEM analysis indicate that the surfaces are smooth and the elements are homogeneously distributed in the films obtained under different deposition parameters. The ratio of SiH4 flow to NH3 gas flow and the duty cycle are the most critical factors determining the refractive index which can be changed from 1.92 to 2.33. The thickness measurements show that the deposition rate of SiNx film is affected by microwave power, duty cycle, substrate temperature and flow ratio. The maximum deposition rate achieved in the paper is 135 nm·min-1.
    • 基金项目: 教育部博士点基金(批准号: 20120042110031)资助的课题.
    • Funds: Doctoral Fund of Ministry of Education of China (Grant No. 20120042110031).
    [1]

    Akira H, Toshiharu M, Toshikazu N, Shigehira M, Atsushi M, Hironobu U, Naoto M, Hideki M 2008 Thin Solid Films 516 3000

    [2]

    Swatowska B, Stapinski T 2008 Vacuum 82 942

    [3]

    Skordas S, Sirinakis G, Yu W, Wu D, Efstathiadis H, Kaloyeros A E 2000 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 109 606

    [4]

    Ding W Y, Xu J, Lu W Q, Deng X L, Dong C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4109 (in Chinese) [丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯 2009 物理学报 58 4109]

    [5]

    Habermehl S 1998 J. Appl. Phys. 83 4672

    [6]

    Ding W Y, Xu J, Piao Y, Li Y Q, Gao P, Deng X L, Dong C 2005 Chin. Phys. Lett. 22 2332

    [7]

    Yohei O, Keisuke O, Takuya O, Hideki M 2008 Thin Solid Films 516 611

    [8]

    Kang S M, Yoon S G, Yoon D H 2008 Thin Solid Films 516 1405

    [9]

    Vargheese K D, Rao G M 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 1336

    [10]

    Xu D, Zhu H, Yang L J, Yang Y J, Zheng Z H, Liu X H, Taniguchis, Shibatat 1995 Acta Metal. Sin. 31 164 (in Chinese) [徐东, 朱宏, 杨丽娟, 杨云洁, 郑志宏, 柳襄怀,谷口滋次,柴田俊夫 1995 金属学报 31 164]

    [11]

    Chen J F, Wu X Q, Wang D Q, Ding Z F, Ren Z X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1309 (in Chinese) [陈俊芳, 吴先秋, 王德求, 丁振峰, 任兆杏 1999 物理学报 48 1309]

    [12]

    Yota J, Hander J, Saleh A A 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 372

    [13]

    Ji A L, Ma L B, Liu W, Wang Y Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 3818 (in Chinese) [纪爱玲, 马利波, 刘薇, 王永谦 2004 物理学报 53 3818]

    [14]

    Yu W, Li Y C, Ding W G, Zhang J Y, Yang Y B, Fu G S 2008 Acta Phys. Sin. 57 3661 (in Chinese) [于威, 李亚超, 丁文革, 张江用, 杨彦斌, 傅广生 2008 物理学报 57 3661]

    [15]

    Zaghloul U, Papaioannou G J, Wang H, Bhushan B, Coccetti F, Pons P 2011 Nanotechology 22 205708

    [16]

    Keita A S, Naciri A E, Delachat F, Carrada M, Ferblantier G, Slaoui A, Stchakovsky M 2011 Thin Solid Films 519 2870

  • [1]

    Akira H, Toshiharu M, Toshikazu N, Shigehira M, Atsushi M, Hironobu U, Naoto M, Hideki M 2008 Thin Solid Films 516 3000

    [2]

    Swatowska B, Stapinski T 2008 Vacuum 82 942

    [3]

    Skordas S, Sirinakis G, Yu W, Wu D, Efstathiadis H, Kaloyeros A E 2000 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 109 606

    [4]

    Ding W Y, Xu J, Lu W Q, Deng X L, Dong C 2009 Acta Phys. Sin. 58 4109 (in Chinese) [丁万昱, 徐军, 陆文琪, 邓新绿, 董闯 2009 物理学报 58 4109]

    [5]

    Habermehl S 1998 J. Appl. Phys. 83 4672

    [6]

    Ding W Y, Xu J, Piao Y, Li Y Q, Gao P, Deng X L, Dong C 2005 Chin. Phys. Lett. 22 2332

    [7]

    Yohei O, Keisuke O, Takuya O, Hideki M 2008 Thin Solid Films 516 611

    [8]

    Kang S M, Yoon S G, Yoon D H 2008 Thin Solid Films 516 1405

    [9]

    Vargheese K D, Rao G M 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 1336

    [10]

    Xu D, Zhu H, Yang L J, Yang Y J, Zheng Z H, Liu X H, Taniguchis, Shibatat 1995 Acta Metal. Sin. 31 164 (in Chinese) [徐东, 朱宏, 杨丽娟, 杨云洁, 郑志宏, 柳襄怀,谷口滋次,柴田俊夫 1995 金属学报 31 164]

    [11]

    Chen J F, Wu X Q, Wang D Q, Ding Z F, Ren Z X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1309 (in Chinese) [陈俊芳, 吴先秋, 王德求, 丁振峰, 任兆杏 1999 物理学报 48 1309]

    [12]

    Yota J, Hander J, Saleh A A 2000 J. Vac. Sci. Technol. A 18 372

    [13]

    Ji A L, Ma L B, Liu W, Wang Y Q 2004 Acta Phys. Sin. 53 3818 (in Chinese) [纪爱玲, 马利波, 刘薇, 王永谦 2004 物理学报 53 3818]

    [14]

    Yu W, Li Y C, Ding W G, Zhang J Y, Yang Y B, Fu G S 2008 Acta Phys. Sin. 57 3661 (in Chinese) [于威, 李亚超, 丁文革, 张江用, 杨彦斌, 傅广生 2008 物理学报 57 3661]

    [15]

    Zaghloul U, Papaioannou G J, Wang H, Bhushan B, Coccetti F, Pons P 2011 Nanotechology 22 205708

    [16]

    Keita A S, Naciri A E, Delachat F, Carrada M, Ferblantier G, Slaoui A, Stchakovsky M 2011 Thin Solid Films 519 2870

  • [1] 种涛, 傅华, 李涛, 莫建军, 张旭平, 马骁, 郑贤旭. 一种同步研究透明材料折射率和动力学特性的实验方法. 物理学报, 2021, 70(17): 176201. doi: 10.7498/aps.70.20210414
    [2] 王小飞, 杨华军, 张戈, 张庆礼, 窦仁勤, 丁守军, 罗建乔, 刘文鹏, 孙贵花, 孙敦陆. 自准直法测GdTaO4晶体折射率. 物理学报, 2016, 65(8): 087801. doi: 10.7498/aps.65.087801
    [3] 彭博栋, 宋岩, 盛亮, 王培伟, 黑东炜, 赵军, 李阳, 张美, 李奎念. 辐射致折射率变化用于MeV级脉冲辐射探测的初步研究. 物理学报, 2016, 65(15): 157801. doi: 10.7498/aps.65.157801
    [4] 张旭平, 罗斌强, 种涛, 王桂吉, 谭福利, 赵剑衡, 孙承纬, 刘仓理. 磁驱动准等熵加载下Z切石英晶体的折射率. 物理学报, 2016, 65(4): 046201. doi: 10.7498/aps.65.046201
    [5] 史文俊, 易迎彦, 黎敏. 锗在吸收边附近的压力-折射率系数. 物理学报, 2016, 65(16): 167801. doi: 10.7498/aps.65.167801
    [6] 朱胜军, 王圣来, 刘琳, 王端良, 李伟东, 黄萍萍, 许心光. 大尺寸磷酸二氢钾晶体的折射率均一性研究. 物理学报, 2014, 63(10): 107701. doi: 10.7498/aps.63.107701
    [7] 宗双飞, 沈祥, 徐铁峰, 陈昱, 王国祥, 陈芬, 李军, 林常规, 聂秋华. Ge20Sb15Se65薄膜的热致光学特性变化研究. 物理学报, 2013, 62(9): 096801. doi: 10.7498/aps.62.096801
    [8] 廖武刚, 曾祥斌, 文国知, 曹陈晨, 马昆鹏, 郑雅娟. 包含硅量子点的富硅SiNx 薄膜结构与发光特性. 物理学报, 2013, 62(12): 126801. doi: 10.7498/aps.62.126801
    [9] 花世群, 骆英. 发光光弹性涂层折射率测量方法. 物理学报, 2013, 62(5): 057801. doi: 10.7498/aps.62.057801
    [10] 江强, 毛秀娟, 周细应, 苌文龙, 邵佳佳, 陈明. 外加磁场对磁控溅射制备氮化硅陷光薄膜的影响. 物理学报, 2013, 62(11): 118103. doi: 10.7498/aps.62.118103
    [11] 杨健戈, 孙成林, 杨永波, 高淑琴, 姜永恒, 里佐威. 改变溶液折射率方法研究Fermi共振. 物理学报, 2012, 61(3): 037802. doi: 10.7498/aps.61.037802
    [12] 邹祥云, 苑进社, 蒋一祥. 氮化硅薄膜中硅纳米颗粒的形成机制研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148106. doi: 10.7498/aps.61.148106
    [13] 李雪梅, 俞宇颖, 李英华, 张林, 马云, 汪小松, 付秋卫. 冲击压缩下Z-切石英的弹性响应特性和折射率. 物理学报, 2010, 59(4): 2691-2696. doi: 10.7498/aps.59.2691
    [14] 吴英才, 顾铮. 激励表面等离子共振的金属薄膜最佳厚度分析. 物理学报, 2008, 57(4): 2295-2299. doi: 10.7498/aps.57.2295
    [15] 刘光友, 谭兴文, 姚金才, 王 振, 熊祖洪. 电化学制备薄黑硅抗反射膜. 物理学报, 2008, 57(1): 514-518. doi: 10.7498/aps.57.514
    [16] 张 敏, 林国强, 董 闯, 闻立时. 脉冲偏压电弧离子镀TiO2薄膜的力学与光学性能. 物理学报, 2007, 56(12): 7300-7308. doi: 10.7498/aps.56.7300
    [17] 王擎雷, 吴惠桢, 斯剑霄, 徐天宁, 夏明龙, 谢正生, 劳燕锋. Pb1-xMnxSe薄膜的光学特性. 物理学报, 2007, 56(8): 4950-4954. doi: 10.7498/aps.56.4950
    [18] 延凤平, 郑 凯, 王 琳, 李一凡, 龚桃荣, 简水生, 尾形健一, 小池一步, 佐佐诚彦, 井上正崇, 矢野满明. 分子束外延法在Sapphire衬底上生长的Zn1-xMgxO薄膜折射率及厚度的测试. 物理学报, 2007, 56(7): 4127-4131. doi: 10.7498/aps.56.4127
    [19] 万新明, 贺天厚, 林 迪, 徐海清, 罗豪甦. 铁电单晶0.62Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.38PbTiO3折射率的研究. 物理学报, 2003, 52(9): 2319-2323. doi: 10.7498/aps.52.2319
    [20] 于 威, 刘丽辉, 侯海虹, 丁学成, 韩 理, 傅广生. 螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜. 物理学报, 2003, 52(3): 687-691. doi: 10.7498/aps.52.687
计量
  • 文章访问数:  5196
  • PDF下载量:  218
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-04
  • 修回日期:  2014-10-29
  • 刊出日期:  2015-03-05

/

返回文章
返回