PECVD法制備SiO²薄膜的熱應力影響研究

【摘要】研究了等離子體增強化學氣相淀積（PECVD）

【關鍵詞】應力；二氧化硅薄膜；等離子增強化學氣相淀積；熱處理工藝

1.引言

PECVD方法的最大特性是，由于在等離子體狀態(tài)下利用化學性活潑的離子、原子團，因而可以在低溫下生成薄膜，熱損較少，抑制了與基片物質的反應，可在非耐熱性基片上成膜。從熱力學角度上講，在反應雖能發(fā)生但反應相當遲緩的情況下，借助等離子體激發(fā)狀態(tài)，可以引發(fā)常規(guī)化學反應中不能或難以實現(xiàn)的物理變化和化學變化；可以使許多通常不能發(fā)生和難以發(fā)生的化學反應得以進行或加速進行；還可以按著預先設計的模型合成新的材料，等離子體技術是一種十分有效的分子活化手段，能夠省去許多常規(guī)化學反應所需要的酸、堿、熱以及催化劑等多種條件，大大縮短了新材料的制備周期。另外，由于反應材料是氣體，可以穩(wěn)定供給，因此可連續(xù)控制，從而可控制薄膜組成。因此技術具有生長溫度低，沉積速率大，臺階覆蓋性能好等優(yōu)點，并且在沉積過程中可方便摻入雜質來改變產品的特性。在力學和化學中較穩(wěn)定的厚氧化物膜在適當壓力下可以較快的沉積。由于這些處理和裝置都源于微電子工業(yè)，因而具有高產的好前景。

正是由于PECVD技術具有如下的優(yōu)點：

1）鍍膜溫度大大下降；2）基材范圍拓寬；3）鍍層涂敷均勻，性能穩(wěn)定，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產；4）等離子體滲、鍍同爐完成，工藝簡化，效率較高。

所以該技術在生產上獲得了迅速發(fā)展，并且應用非常廣泛，是一種具有廣泛應用前景的技術，開拓了新的領域。

2.2 應力測量介紹

薄膜的應力由熱應力和本征應力兩部分組成。熱應力起源于薄膜與襯底之間熱膨脹系數(shù)的不同，可表示為：

式中：Ts和TM分別為淀積和測量時基片的溫度；和。分別為薄膜和基片的熱膨脹系數(shù)；Ef為薄膜的楊氏模量，dT表示溫度的微分。若假定、不隨溫度變化，則式（1）可改寫為：

由式（2）可以看出，當測量溫度低于淀積溫度和>時，ST>0，薄膜收縮程度大于襯底收縮程度，膜相對于襯底就有了收縮的趨勢，此時的熱應力為張應力。反之，當<時，膜相對于襯底就有了擴展的趨勢，ST<0，此時的熱應力為壓應力。

在已知基片曲率半徑的情況下，應力表示為：

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作者簡介：王喬升，電子科技大學微電子與固體電子學院在讀研究生，研究方向：材料工程。