plasma等离子处理TEOS工艺沉积二氧化硅薄膜的光谱研究

时间：2023-03-20

二氧化硅薄膜是一种性能优良的介质材料，它具有介电性能稳定，介质损耗小，耐潮性好，温度系数好等优点，具有较其稳定的化学性和电绝缘性。因此，二氧化硅在集成电路工艺中的应用很广泛。

正是由于二氧化硅薄膜在集成电路工艺中应用的广泛性，所以需要制备具有不同特性的二氧化硅薄膜，这就意味着要不断研发出各种新型的薄膜沉积技术。近年来，常压plasma等离子处理技术，在薄膜沉积方面的应用越来越受到人们的重视，与传统的沉积方法相比，它没有真空室的约束，操作方便灵活，运行费用低。同时具有很低的反应温度，不会对衬底造成热损伤。
不同的加工目的，对plasma等离子处理特性的要求也不完全相同。在plasma等离子体化学气相沉积薄膜加工时，要求高浓度高活性的自由基粒子。这便要求等离子体有足够高的电子和离子浓度，以及合适的电子温度。同时为了获得较大面积的均匀沉积薄膜，要求等离子体有足够好的空间均匀性。
光谱分析学作为等离子体的一种诊断手段应用越来越广泛，其优势除了不会影响到等离子体本身的状态，还对成分具有选择性，而且还能得到时间和空间分辨的信息。光谱分析是利用物质的光辐射所获得的光谱，,对于外界能量激发下能够发光的物质,可以采用这种分析方法。元素发射的谱线数目、强度、形态和宽度等信息与物质所处的物理状态及物理参量，如温度、压力、粒子密度等具有密切关系。因而这试验技术为我们提供了分析等离子体成分、含量、温度和微观运动机制的有效方法。
通常情况下，以TEOS作为沉积源沉积二氧化硅薄膜的PECVD技术，一般认为TBOS会发生如下的分解反应：Si(OC2H)4(@) - SiO2(目+ 4C2H(2) + 2H2Og。TEOS在等离子体中被分解，产生固态的二氧化硅沉积到衬底上，而其它的分解产物均为气态随反应尾走。
而在光谱图中检测到的Si和C-H的特征峰则表明TEOS在该等离子体中确实发生了分解反应，生成了硅的化合物和一些碳氢化合物。这也从光谱的角度反映出了二氧化硅是TEOS被等离子体分解后的产物。
我们发现二氧化硅的生长速率确实随着输入功率的增加而增大。它们具有较好的相似性，因此在实际生产中我们可以通过光谱中Si以及C-H的特征峰的强度变化来判断薄膜生长速率的变化，并由此来改变沉积薄膜时的工艺参数,以便得到我们所需要的薄膜沉积速率，提高成膜质量。
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