P5000机台PESIN薄膜应力的研究

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1.1薄膜应力简介薄膜通常由它附着的基体支承，薄膜与基体之间构成了相互联系，相互作用的统-体。主要表现为：附着力和薄膜应力(通常是指内应力 。薄膜应力不是由外力加负载所引起的而是由薄膜本身的微观结构所决定的，在作用方向上有张应力和压应力之分。

薄膜应力的产生原因很复杂，主要归结为两个方面：-是归为薄膜生长过程中的非平衡性或薄膜 有的微卿结构引起的；二是由于薄膜和基体啦 啦珊环同引起的∩以用下 标 蒲孵 所受的总应叻：O S O-l OEO nl内 直力来源：夕 贡及物饰 惧有的各科 郏自；外应力来源：大都来自薄膜与其它材质间的附着情形；热应力来源：不同物质受 舌热膨张系数差男 商12薄膜直力的测量方法1.2.1基片变形法悬臂梁法圆形基片曲率变形法12.2X射线衍射法1.2.3 Raman光谱法12.4薄膜振动法。

13应力对薄膜的影响热应力经常 翩莫积累过多的能量，而造成半导 I元件的许多问题。

女明 喇 所受的收缩应力太高，薄膜的表面物 小凸起(HiMocks)。如果薄膜所受的伸张应力太大，则将产生许多的空隙 (Voids)或是裂痕(Cracks)。这些都会造成 酢F短路或断路等稳定性的问题。

14控制应力的方法离子轰击缓冲层回火1.5 SIN薄膜应力简介SIN薄膜具有高介电常数、漏电低、高绝缘强度、对水气和Na离子具有良好的阻挡能力等物理性能，微电子工艺中常作为钝化、隔离、电容介质簿 。SIN蒲疆 良好的稳定陛币毗 良的耄兀蒯 陛能，所以在.新兴的微机械加Ⅱ 艺中的应用也越来越广泛。

等离子增强化学气相淀积(PECVD)SIN影响非常明显，工艺条件适当，可以得到符合直力要求的薄膜。工艺条件不好，会出现开裂、Ji； 等现象。

实验发觋，PECVD SIN的应力跟工艺条件如：气体的流量比、反J立压力、射频功率等有着密切的关系。

2应力的影响因素P5000是-个典型PESIN淀移冶。淀积PESIN使用的反应I刍溺为硅烷和氨气盥锌温度为400%。

21压力对应力的影响射频功率固定，Sil 、NH 气体流量固定 Spacing固定，压力的变化范I蜀为4.0 Torr-6.0 Torro应力与反应压力的关系见图1。从图1可以看出，反应压力从低到高，应力由小变大。因为随压力的增大，离子对样品表面的轰击作用变得较明显。离子能量达 -定程度就会打破生成 程中的膜的原子跪 造成膜嘭张，膜应力增加。

22射频功率对应力的影响压力固定，Sil 、NH 气僻：流量固定，Spacing固定，RF Power的变化范围为370 W ～410 W。

图 1 PESiN Stress VS.Pressure应力与RF Power的关系见图2。当RF增大到-定程度，即在高频功率下，被电离的气体原子更多，离子密度增大，相同体积内(在腔体内)原子，原子基相互碰撞的概率增大，必然会消耗掉很大-部分的能量，反而会影响到离子到达硅衬底的速度，离子对样品表面的轰击作用变得不明显，膜应力降低。

2.3淀积距离 抛叻的影响压力固定，刺 叻率固定，Sil 、NH，气体流量固定 Spacing的变化范围为450mils～490mils。

实验数据得出随着spacing的增大，应力变化l殳有明显的规律。

2.4反直气体对应力的影响首先考查了反应气体NH 对应力的影响，压力固定，射频功率固定，Sil 气体流量固定，Spacing固定，NH 的变化范围为40 seem～80 SC-Cm o其次考查了反应气体Sil 对应力的影响，压力固定，射频功率固定，NH，气体流量固定 Spacing固定，Sil 的变化范围为140sccm～180sc-cm o从实验数据得出，因为PECVD SiN膜中H的含量在某种程度上影响了膜的致密性。因为N-H和si-H键的键长远远小于N-si、N-N和si-si的睫长。所以H含量 g高，生成的胰就噬 蓝 引起膜嘭胀。另面，离子到达wafer表面的速度主要撒于离子的密度、温度、射频功率，在温度、射频功率-定的情况下，反直气.体流量越多，离子密度越大，离子，离子的横向迁移率小，来不及横向移到其正常”的晶格位置就被后来的离子覆盖 造成膜质阻塞，膨胀，应力增加。

结束语本文考查了Pressure、RF Power、Spacing、反应I圭 因素x拉 力的影响♂果表明，Pressure、RF Power、反应气体流量对淀积膜质的应力有重要影响，随着Pressure的增加，应力增大；随着RF Power增加，应力减小；随着反应气体流量的增加，应力增大。而spacing对膜质应力的影响 明显。