bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-1-5-12bsuir-3852Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSУправление механическими напряжениями в пленках SiNx при осаждении из смеси SiH4-NH3-He в индуктивно-связанной плазмеDeposition of SiNx Films with Controlled Residual Stress from SiH4-NH3-He Gaseous Mixture in Inductively Coupled PlasmaКовальчукН. С.Koval’chukN. S.

канд. техн. наук, доц., зам. ген. дир. – гл. инж.

г. Минск

Cand. of Sci., Associate Professor, Deputy Director – Chief Engineer

Minsk

ДемидовичС. А.DemidovichS. A.

вед. инж. отрасл. лаб. новых технологий и материалов

г. Минск

Leading Engineer at the Branch Laboratory of New Technologies and Materials

Minsk

ВласуковаЛ. А.VlasukovaL. A.

Власукова Людмила Александровна, канд. физ.-мат. наук, зав. НИЛ материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий

220045, г. Минск, ул. Курчатова, 5

Тел.: +375 17 209-59-29

Vlasukova Liudmila Aleksandrovna, Cand. of Sci., Head of the Scientific Laboratory of Materials and Device Structure for Micro- and Nanoelectronics at the Faculty of Radiophysics and Computer Sciences

220045, Minsk, Kurchatova St., 5 

Tel.: +375 17 209-59-29

vlasukova@bsu.byПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoI. N.

канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. НИЛ материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий

г. Минск

Cand. of Sci., Leading Researcher at Scientific Laboratory of Materials and Device Structures for Micro- and Nanoelectronics at the Faculty of Radiophysics and Computer Sciences

Minsk

ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – Manager Holding Company “INTEGRAL”Белорусский государственный университетBelarusian State University202428022024221512Copyright © Ковальчук Н.С., Демидович С.А., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., 20242024Ковальчук Н.С., Демидович С.А., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н.Koval’chuk N.S., Demidovich S.A., Vlasukova L.A., Parkhomenko I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3852

Исследованы остаточные механические напряжения в пленках SiNx, осажденных на кремниевые подложки из смеси газов SiH4-NH3-He в реакторе индуктивно связанной плазмы при температуре 150 °С. Показано, что величиной и знаком остаточных механических напряжений можно управлять за счет изменения условий осаждения пленок. Варьируя соотношением расходов реагирующих газов, мощностью плазменного источника и давлением в реакционной камере, можно получать пленки SiNx с растягивающими или сжимающими остаточными напряжениями. Оценен дрейф напряжений в течение четырех недель после осаждения пленок. Отмечено, что для нитридных пленок с остаточными напряжениями, изначально близкими к нулю, при хранении наблюдается рост уровня сжимающих напряжений до (–300) МПа.

We have studied residual mechanical stresses of SiNx films deposited on silicon substrates from a SiH4-NH3-He gaseous mixture in an inductively coupled plasma reactor at a deposition temperature of 150 °C. By varying the flow rate ratio of the reacting gases, the power of the plasma source and the pressure in the reaction chamber, it is possible to obtain SiNx films with tensile or compressive residual stresses. The stress drift was estimated within four weeks after film deposition. It has been shown that for nitride films with residual stresses initially close to zero, an increase in the level of compressive stresses to (–300) MPa is observed during storage.

нитрид кремнияосаждение из газовой фазыплазма высокой плотностимеханическое напряжениепоказатель преломленияsilicon nitridevapor depositionhigh-density plasmamechanical stressrefractive indexРабота выполнена при поддержке Государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций» (грант 3.8.1, № ГР20212595).This work was supported by the State Scientific Research Program “Photonics and Electronics for Innovations” (project 3.8.1, SR No 20212595).ReferencesGan, Zh. Material Structure and Mechanical Properties of Silicon Nitride and Silicon Oxynitride Thin Films Deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition / Zh. Gan, Ch. Wang, Zh. Chen // Surfaces. 2018. Vol. 1, No 1. P. 59–72. https://doi.org/10.3390/surfaces1010006.Gan Zh., Wang Ch., Chen Zh. (2018) Material Structure and Mechanical Properties of Silicon Nitride and Silicon Oxynitride Thin Films Deposited by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Surfaces. 1 (1), 59–72. https://doi.org/10.3390/surfaces1010006.Hegedüs, N. Silicon Nitride and Hydrogenated Silicon Nitride Thin Films: A Review of Fabrication Methods and Applications / N. Hegedüs, K. Balázsi, C. Balázsi // Materials. 2021. Vol. 14, No 19. P. 5658. https://doi.org/10.3390/ma14195658.Hegedüs N., Balázsi K., Balázsi C. (2021) Silicon Nitride and Hydrogenated Silicon Nitride Thin Films: A Review of Fabrication Methods and Applications. Materials. 14 (19), 5658. https://doi.org/10.3390/ma14195658.Huff, M. Review Paper: Residual Stresses in Deposited Thin-Film Material Layers for Micro- and NanoSystems Manufacturing / М. Huff // Micromachines. 2022. Vol. 13, No 12. P. 2084. https://doi.org/10.3390/mi13122084.Huff M. (2022) Review Paper: Residual Stresses in Deposited Thin-Film Material Layers for Micro- and Nano-Systems Manufacturing. Micromachines. 13 (12), 2084. https://doi.org/10.3390/mi13122084.Васильев, В. Ю. Технология получения тонких пленок нитрида кремния для микроэлектроники и микросистемной техники. Ч. 1. Термически активированные процессы в проточных реакторах / В. Ю. Васильев // Нано- и микросистемная техника. 2018. Т. 20, № 5. С. 287–296. https://doi.org/10.17587/nmst.20.287-296.Vasil’ev V. Yu. (2018) Silicon Nitride Thin Film Deposition for Microelectronics and Microsystem Technologies. Part 1. Processes in Flow Reactors with Thermal Activation. Nano- and Mikrosistem Technology. 20 (5), 287–296. https://doi.org/10.17587/nmst.20.287-296 (in Russian).Residual Stress in Low Pressure Chemical Vapor Deposition SiNx Films Deposited from Silane and Ammonia / P. Temple-Boyer [et al.] // Journal of Vacuum Science & Technology A. 1998. Vol. 16, Iss. 4. P. 2003–2007. https://doi.org/10.1116/1.581302.Temple-Boyer P., Rossi C., Saint-Etienne E., Scheid E. (1998) Residual Stress in Low Pressure Chemical Vapor Deposition SiNx Films Deposited from Silane and Ammonia. Journal of Vacuum Science & Technology A. 16 (4), 2003–2007. https://doi.org/10.1116/1.581302.Ковальчук, Н. С. Пленки нитрида кремния с низкими механическими напряжениями для микроэлектромеханических систем / Н. С. Ковальчук // Доклады БГУИР. 2008. № 4. С. 60–65.Koval’chuk N. S. (2008) Silicon Nitride Films with Low Mechanical Stresses for Microelectromechanical Systems Applications. Doklady BGUIR. (4), 60–65 (in Russian).Strain Engineering in III–V Photonic Components Through Structuration of SiNx Films / B. Ahammou [et al.] // Journal of Vacuum Science & Technology B. 2022. Vol. 40. P. 012202. https://doi.org/10.1116/6.0001352.Ahammou B., Abdelal A., Landesman J.-P., Levallois Ch., Mascher P. (2022) Strain Engineering in III–V Photonic Components Through Structuration of SiNx Films. Journal of Vacuum Science & Technology В. 40, 012202. https://doi.org/10.1116/6.0001352.Васильев, В. Ю. Технология получения тонких пленок нитрида кремния для микроэлектроники и микросистемной техники. Ч. 4. Процессы в проточных реакторах с активацией плазмой высокой плотности / В. Ю. Васильев // Нано- и микросистемная техника. 2018. Т. 20, № 10. С. 585–595. https://doi.org/10.17587/nmst.20.585-595.Vasilyev V. Yu. (2018) Silicon Nitride Thin Film Deposition for Microelectronics and Microsystem Technologies. Part 4. Processes in the Flow Reactors with High-Density Plasma Activation. Nanoand Mikrosistem Technology. 20 (10), 585–595. https://doi.org/10.17587/nmst.20.585-595 (in Russian).Механические напряжения в пленках SiNx при химическом осаждении из газовой фазы в плазме высокой плотности / Н. С. Ковальчук [и др.] // Неорганические материалы. 2022. Т. 58, № 9. С. 938–944. https://doi.org/10.31857/S0002337X2209007X.Koval’chuk N. S., Demidovich S. A., Vlasukova L. A., Parkhomenko I. N., Komarov F. F. (2022) Mechanical Stresses in SiNx Films During Chemical Vapor Deposition in High-Density Plasma. Inorganic Materials. 58 (9), 938–944. https://doi.org/10.1134/S0020168522090072 (in Russian).Townsend, P. H. Elastic Relationships in Layered Composite Media with Approximation for the Case of Thin Films on a Thick Substrate / P. H. Townsend, D. M. Barnett, T. Brunner // Journal of Applied Physics. 1987. Vol. 62, No 11. P. 4438–4444. DOI: 10.1116/1.581302.Townsend P. H., Barnett D. M., Brunner T. (1987) Elastic Relationships in Layered Composite Media with Approximation for the Case of Thin Films on a Thick Substrate. Journal of Applied Physics. 62 (11), 4438– 4444. DOI: 10.1116/1.581302.Васильев, В. Ю. Технология получения тонких пленок нитрида кремния для микроэлектроники и микросистемной техники. Ч. 8. Влияние водорода в пленках на их свойства / В. Ю. Васильев // Нанои микросистемная техника. 2019. Т. 21, № 6. С. 352–367. https://doi.org/10.17587/nmst.21.352-367.Vasilyev V. Yu. (2019) Silicon Nitride Thin Film Deposition for Microelectronics and Microsystems Technologies. Part 8. Hydrogen Influence on Basic Film Properties. Nano- and Mikrosistem Technology. 21 (6), 352–367. https://doi.org/10.17587/nmst.21.352-367 (in Russian).Colter, T. High Quality Plasma‐Enhanced Chemical Vapor Deposited Silicon Nitride Films / T. Colter, J. Chapple‐Sokol // Journal of The Electrochemical Society. 1993. Vol. 140. P. 2071–2075. https://doi.org/10.1149/1.2220766.Colter T., Chapple‐Sokol J. (1993) High Quality Plasma‐Enhanced Chemical Vapor Deposited Silicon Nitride Films. Journal of The Electrochemical Society. 140, 2071–2075. https://doi.org/10.1149/1.2220766.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.