Синтез пленок нитрида кремния с улучшенными механическими и химическими свойствами методом ICPCVD

Приведены результаты исследования уровня остаточных механических напряжений и стойкости к обработке в кислотных и щелочных травителях пленок SiN_x, 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 SiN_x. 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 SiN_x также были устойчивы к воздействию 40%-ного раствора гидроксида калия при 90 °C.

1. Silicon 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

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. С. 938–944. https://doi.org/10.31857/S0002337X2209007X.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.