PECVD氮化硅薄膜性能研究及热学测试结构设计

发布时间：2017-11-01 21:02

  本文关键词：PECVD氮化硅薄膜性能研究及热学测试结构设计

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【摘要】：随着微机电系统(MEMS)的飞速发展,器件的尺寸变得越来越小,在微/纳米尺度下,薄膜的热学性能显得越发重要,其热性能的好坏直接决定着MEMS器件的稳定性。但是在尺寸效应的影响下,薄膜的热物性和块体材料的表现出很大的差异性,经典的测试理论已无法适应于薄膜热学性能的测试。此外,氮化硅是一种物理和化学性能都很优秀的半导体材料,在IC和MEMS器件领域,氮化硅是介电层以及表面钝化层的首选功能性材料,这就要求氮化硅薄膜具有良好的热物性。因此针对氮化硅薄膜的热学性能,特别是热导率,设计相应的微测试结构,并对其进行准确的测试和分析有着重大的意义。首先,本文简单描述了制备高频氮化硅的PECVD设备,并详细地记录了硅烷和氨气的流量比、工作压强、基板温度的变化对氮化硅薄膜特性(折射率、密度和沉积速率)的影响,并使用origin软件对这些参数进行了分析和研究。其次,简要介绍了有限元仿真软件COMSOL独特的优点。提出了热导率测试模型—悬臂梁结构,并使用COMSOL软件从热学方面和力学方面对悬臂梁进行了仿真分析,了解了悬臂梁温升的最大值随其长度的增加而增大的关系,发现了悬臂梁的长宽比总是大于9才能使悬臂梁结构满足一维热传导模型。最后,本论文着重讨论了氮化硅热导率测试结构的设计和制备。使用L-edit软件对测试版图进行了改进,比如牺牲层不再图形化,这样避免了铝引线爬坡问题,电连接可靠性基本不再受限于此问题。此外,把加热测温条宽度增加,降低工艺的难度。然后介绍了5英寸版图三层结构的材料,制备成实验用的掩膜版。最后设计了热导率测试结构的流程单,并指出了制备过程中各个环节相关的参数和注意事项,对每一步制备的结构图形做了详细的记录。
【关键词】：氮化硅薄膜 热导率测试 COMSOL 悬臂梁
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.055;O484
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 氮化硅薄膜概述10
• 1.2 薄膜热学性能测试的相关原理及现状10-16
• 1.2.1 薄膜热学性能测试现状10-11
• 1.2.2 薄膜热导率概述11-14
• 1.2.3 热扩散率概述14-15
• 1.2.4 热容概述15-16
• 1.3 氮化硅薄膜的主要制备方法16-19
• 1.3.1 常压化学气相沉积(APCVD)16-17
• 1.3.2 低压化学气相沉积法(LPCVD)17
• 1.3.3 等离子增强型化学气相沉积法(PECVD)17-19
• 1.4 本论文的意义和主要工作19-21
• 1.4.1 本论文的意义19
• 1.4.2 本论文的主要工作19-21
• 第二章 高频氮化硅薄膜的特性21-34
• 2.1 设备简介21-22
• 2.2 椭偏法测试薄膜的折射率及厚度22-24
• 2.3 不同的气流量比对高频氮化硅薄膜性能的影响24-27
• 2.4 不同的基板温度对高频氮化硅薄膜性能的影响27-30
• 2.5 不同的压强对高频氮化硅薄膜性能的影响30-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 热导率测试结构的概述和仿真分析34-48
• 3.1 直流法测试热导率结构的概述34-35
• 3.2 有限元法及COMSOL Multiphysics仿真软件35-38
• 3.2.1 有限元法概述35-36
• 3.2.2 COMSOL Multiphysics软件概述36-37
• 3.2.3 COMSOL在弱耦合和强耦合的多物理场问题的应用37-38
• 3.3 热导率测试结构的仿真分析38-47
• 3.3.1 热导率测试结构的热学仿真分析38-45
• 3.3.2 热导率测试结构的力学仿真分析45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 热导率测试结构的设计和流片48-61
• 4.1.实验材料的概述48-50
• 4.2 热导率测试结构的掩膜版设计50-52
• 4.3 热导率测试结构的流片工艺52-59
• 4.3.1 实验室完整的MEMS工艺平台和测试分析仪器52-53
• 4.3.2 热导率测试结构的详细流片工艺53-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 总结和展望61-63
• 5.1 论文主要工作及结论61-62
• 5.2 工作的发展与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间取得的研究成果68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黎威志;王军;;直流法测试薄膜热导的数值模拟研究[J];物理学报;2012年11期

2 周东;许向东;王志;王晓梅;蒋亚东;;氮化硅薄膜的应力与性能控制[J];电子器件;2010年04期

3 陈锡栋;杨婕;赵晓栋;范细秋;;有限元法的发展现状及应用[J];中国制造业信息化;2010年11期

4 张建生;杨君友;朱文;肖承京;张辉;彭江英;;薄膜热导率测试方法研究进展[J];材料导报;2010年07期

5 亢U，

本文编号：1128484