bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2026-24-3-52-60bsuir-4375Research ArticleСтатьиСинтез пленок нитрида кремния с улучшенными механическими и химическими свойствами методом ICPCVDSynthesis of Silicon Nitride Films with Improved Mechanical and Chemical Properties by ICPCVD MethodКовальчукН. С.Koval’chukN.

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

Минск

Koval’chuk N., Cand. Sci (Tech.), Associate Professor, Deputy Director – Chief Engineer

Minsk

ДемидовичС. А.DemidovichS.

Демидович С. А., вед. инж. отрасл. лаб. новых технологий и материалов

Минск

Demidovich S., Leading Engineer at the Branch Laboratory of New Technologies and Materials

Minsk

ВласуковаЛ. А.VlasukovaL.

Власукова Людмила Александровна, канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. НИЛ материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники

220045, Минск, ул. Курчатова, 5

Тел.: +375 17 209-59-29

Vlasukova Liudmila, Cand. Sci. (Phys. and Math.), Leading Researcher at the Research Laboratory of Materials and Device Structures for Micro- and Nanoelectronics

220045, Minsk, Kurchatova St., 5

Tel.: +375 17 209-59-29

vlasukova@bsu.byПархоменкоИ. Н.ParkhomenkoI.

Пархоменко И. Н., канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. НИЛ материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники

Минск

Parkhomenko I., Cand. Sci. (Phys. and Math.), Leading Researcher at the Research Laboratory of Materials and Device Structures for Micro- and Nanoelectronics

Minsk

ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – Manager Holding Company “INTEGRAL”Белорусский государственный университетBelarusian State University2026290620262435260Copyright © Ковальчук Н.С., Демидович С.А., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н., 20262026Ковальчук Н.С., Демидович С.А., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н.Koval’chuk N., Demidovich S., Vlasukova L., Parkhomenko I.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/4375

Приведены результаты исследования уровня остаточных механических напряжений и стойкости к обработке в кислотных и щелочных травителях пленок SiNx, полученных методом плазменно активируемого осаждения из газовой фазы в реакторе индуктивно-связанной плазмы. Процесс осаждения проводился из смеси газов SiH4–N2–Ar–He при 400–500 °C. Обычно осаждение диэлектрических пленок в плазме высокой плотности осуществляется при давлении в рабочей камере в диапазоне 0,13–4,00 Па. В проведенных исследованиях за счет увеличения давления до 12–18 Па удалось существенно снизить уровень остаточных механических напряжений в пленках SiNx. При этом компактная микроструктура пленок обеспечивала их высокую химическую стойкость. Значения показателя преломления пленок варьировали от 2,06 до 1,93 в зависимости от режима осаждения. Скорость травления пленок в 50%-ной фтористоводородной кислоте составляла 25–32 нм/мин, что сравнимо со значениями для нитридных пленок, полученных высокотемпературным методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении. Синтезированные пленки SiNx также были устойчивы к воздействию 40%-ного раствора гидроксида калия при 90 °C.

The article presents the results of a study of the residual mechanical stress level and resistance to processing in acid and alkaline etchants of SiNx films obtained by plasma-activated vapor deposition in an inductively coupled plasma reactor. The deposition process was carried out from a SiH4–N2–Ar–He gas mixture at 400–500 °C. Typically, the deposition of dielectric films in high-density plasma is carried out at a pressure in the working chamber in the range of 0.13–4.00 Pa. In the conducted studies, by increasing the pressure to 12–18 Pa, it was possible to significantly reduce the level of residual mechanical stresses in the SiNx films. At the same time, the compact microstructure of the films ensured their high chemical resistance. The refractive index of the films varied from 2.06 to 1.93, depending on the deposition mode. The etching rate of the films in 50 % hydrofluoric acid was 25–32 nm/min, which was comparable to values for nitride films obtained by high-temperature chemical vapor deposition at low pressure. The synthesized SiNx films were also resistant to exposure to a 40 % potassium hydroxide solution at 90 °C.

пленки SiNxиндуктивно-связанная плазмамеханические напряженияжидкостное травлениефтористоводородная кислотагидроксид калияSiNx filmsinductively coupled plasmamechanical stresseswet etchinghydrofluoric acidpotassium hydroxideReferencesSilicon Nitride and Silicon Nitride-Rich Thin Film Technologies: State-of-the-Art Processing Technologies, Properties, and Applications / A. E. Kaloyeros [et al.] // ECS J. of Solid-State Science and Technology. 2020. Vol. 9. https://doi.org/10.1149/2162-8777/aba447.Kaloyeros A. E., Pan Y., Goff J., Arkles B. (2020) Silicon Nitride and Silicon Nitride-Rich Thin Film Technologies: State-of-the-Art Processing Technologies, Properties, and Applications. ECS J. of Solid-State Science and Technology. 9. https://doi.org/10.1149/2162-8777/aba447.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 // Нано и микросистемная техника. 2019. Т. 21. 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 Microsystems Technology. 21, 352–367. https://doi.org/10.17587/nmst.21.352-367 (in Russian).Differences in HF Wet Etching Resistance of PECVD SiNx:H Thin Films / M. Barcellona [et al.] // Materials Chemistry and Physics. 2023. Vol. 306. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128023.Barcellona M., Samperi O., Russo D., Battaglia A., Fischer D. (2023) Differences in HF Wet Etching Resistance of PECVD SiNx:H Thin Films Materials Chemistry and Physics. 306. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128023.Investigation of the Physical Properties of Plasma Enhanced Atomic Layer Deposited Silicon Nitride as Etch Stopper / H. S. Kim [et al.] // ACS Applied Materials & Interfaces. 2018. Vol. 10. P. 44825–44833. https://doi.org/10.1021/acsami.8b15291.Kim H. S., Meng X., Kim S. J., Lucero A. T., Cheng L., Byun Y.-Ch., et al. (2018) Investigation of the Physical Properties of Plasma Enhanced Atomic Layer Deposited Silicon Nitride as Etch Stopper. ACS Applied Materials & Interfaces. 10, 44825–44833. https://doi.org/10.1021/acsami.8b15291.Correlation of Film Density and Wet Etch Rate in Hydrofluoric Acid of Plasma Enhanced Atomic Layer Deposited Silicon Nitride / J. Provine [et al.] // AIP Advances. 2016. Vol. 6. https://doi.org/10.1063/1.4954238.Provine J., Schindler P., Kim Y., Walch S. P., Kim H. J., Kim K.-H., et al. (2016) Correlation of Film Density and Wet Etch Rate in Hydrofluoric Acid of Plasma Enhanced Atomic Layer Deposited Silicon Nitride. AIP Advances. 6. https://doi.org/10.1063/1.4954238.Dependence of Wet Etch Rate on Deposition, Annealing Conditions and Etchants for PECVD Silicon Nitride Film / T. Longjuan [et al.] // Journal of Semiconductors. 2009. Vol. 30. https://doi.org/10.1088/1674-4926/30/9/096005.Longjuan T., Yinfang Z., Jinling Y., Yan L., Wei Z., Jing X., et al. (2009) Dependence of Wet Etch Rate on Deposition, Annealing Conditions and Etchants for PECVD Silicon Nitride Film. Journal of Semiconductors. 30. https://doi.org/10.1088/1674-4926/30/9/096005.Improved PECVD SixNy Film as a Mask Layer for Deep Wet Etching of the Silicon / J. Han [et al.] // Materials Research Express. 2017. Vol. 4. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa8782.Han J., Yin Y. J., Han D., Dong L. Z. (2017) Improved PECVD SixNy Film as a Mask Layer for Deep Wet Etching of the Silicon. Materials Research Express. 4. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aa8782.Fundamental Properties of a-SiNx:H Thin Films Deposited by ICP-PECVD for MEMS Applications / D. Dergez [et al.] // Applied Surface Science. 2013. Vol. 84. P. 348–353. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.104.Dergez D., Schalko J., Bittner A., Schmid U. (2013) Fundamental Properties of a-SiNx:H Thin Films Deposited by ICP-PECVD for MEMS Applications. Applied Surface Science. 84, 348–353. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.104.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. 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 Stress in SiNx Films Grown by High Density Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Inorganic Materials. 58, 906–911. https://doi.org/10.1134/S0020168522090072 (in Russian).The Impact of Residual Stress on Resonating Piezoelectric Devices / G. Ross [et al.] // Materials and Design. 2020. Vol. 196. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109126.Ross G., Dong H., Karuthedath C. B., Sebastian A. Th., Pensala T., Paulasto-Krцckel M. (2020) The Impact of Residual Stress on Resonating Piezoelectric Devices. Materials and Design. 196. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109126.Comparative Study on the Influence Mechanism of He/Ar/N2 Plasma Treatments on the High Tensile Stress of a Multilayer Silicon Nitride Film / J. Ning [et al.] // RSC Advances. 2025. Vol. 15. https://doi.org/10.1039/d5ra02111a.Ning J., Tang Z., Sun Y., Niu Ch., Yang J., Zhou D. (2025) Comparative Study on the Influence Mechanism of He/Ar/N2 Plasma Treatments on the High Tensile Stress of a Multilayer Silicon Nitride Film. RSC Advances. 15. https://doi.org/10.1039/d5ra02111a.Демидович, С. А. Особенности нанесения пленок SiNx методом ICP CVD в области повышенного давления / С. А. Демидович, А. Д. Юник // Электронные системы и технологии: сб. матер. 60-й науч. конф. аспирантов, магистрантов и студентов БГУИР, Минск, 22–26 апр. 2024 г. Минск: Белор. гос. ун-т информ. и радиоэлек., 2024. С. 254–257.Demidovich S., Yunik A. (2024) Features of Application of SiNx Films by ICP CVD Method in the Area of High Pressure. Electronic Systems and Technologies: Proceedings of the 60th Scientific Conference of Postgraduate, Master’s and Undergraduate Students of BSUIR, Minsk, April 22–26. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. 254–257 (In Russian).Multifunctional ICP-PECVD Silicon Nitride Layers for High-Efficiency Silicon Solar Cell Applications / J. Engelhardt [et al.] // Energy Procedia. 2015. Vol. 77. P. 786–790. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.111.Engelhardt J., Hahn G., Terheiden B. (2015) Multifunctional ICP-PECVD Silicon Nitride Layers for High-Efficiency Silicon Solar Cell Applications. Energy Procedia. 77, 786–790. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.111.LPCVD and PECVD Silicon Nitride for Microelectronics Technology / B. C. Joshi [et al.] // Indian Journal Engineering and Material Sciences. 2000. Vol. 7. P. 303–309.Joshi B. C., Eranna G., Runthala D. P., Dixit B. B., Wadhavan O. P., Vyas P. (2000) LPCVD and PECVD Silicon Nitride for Microelectronics Technology. Indian Journal Engineering and Material Sciences. 7, 303–309.Fabrication of Free-Standing Nanoscale SiNx Membranes with Enhanced Burst Pressure Via Improved Etching Process / H.-J. Shin [et al.] // Sensors and Actuators A: Physical. 2019. Vol. 297. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.111538.Shin H.-J., Park I. S., Jang Y. J., Wi S. J., Lee G. S., Ahn J. (2019) Fabrication of Free-Standing Nanoscale SiNx Membranes with Enhanced Burst Pressure Via Improved Etching Process. Sensors and Actuators A: Physical. 297. https://doi.org/10.1016/j.sna.2019.111538.

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