Управление механическими напряжениями в пленках SiNx при осаждении из смеси SiH4-NH3-He в индуктивно-связанной плазме
https://doi.org/10.35596/1729-7648-2024-22-1-5-12
Аннотация
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.
Ключевые слова
нитрид кремния,
осаждение из газовой фазы,
плазма высокой плотности,
механическое напряжение,
показатель преломления
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Государственной программы научных исследований «Фотоника и электроника для инноваций» (грант 3.8.1, № ГР20212595).
Об авторах
Н. С. Ковальчук
ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»
Беларусь
Беларусь
канд. техн. наук, доц., зам. ген. дир. – гл. инж.
г. Минск
С. А. Демидович
ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»
Беларусь
Беларусь
вед. инж. отрасл. лаб. новых технологий и материалов
г. Минск
Л. А. Власукова
Белорусский государственный университет
Беларусь
Беларусь
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
И. Н. Пархоменко
Белорусский государственный университет
Беларусь
Беларусь
канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. НИЛ материалов и приборных структур микро- и наноэлектроники факультета радиофизики и компьютерных технологий
г. Минск
Список литературы
1. Gan, 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Ковальчук, Н. С. Пленки нитрида кремния с низкими механическими напряжениями для микроэлектромеханических систем / Н. С. Ковальчук // Доклады БГУИР. 2008. № 4. С. 60–65.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
Рецензия
Для цитирования:
Ковальчук Н.С., Демидович С.А., Власукова Л.А., Пархоменко И.Н. Управление механическими напряжениями в пленках SiNx при осаждении из смеси SiH4-NH3-He в индуктивно-связанной плазме. Доклады БГУИР. 2024;22(1):5-12. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2024-22-1-5-12
For citation:
Koval’chuk N.S., Demidovich S.A., Vlasukova L.A., Parkhomenko I.N. Deposition of SiNx Films with Controlled Residual Stress from SiH4-NH3-He Gaseous Mixture in Inductively Coupled Plasma. Doklady BGUIR. 2024;22(1):5-12. (In Russ.) https://doi.org/10.35596/1729-7648-2024-22-1-5-12
Просмотров: 149
Послать статью по эл. почте 