氮气对PECVD制备氮化硅薄膜结构与性质的影响

发布时间：2018-11-29 10:47

【摘要】：采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH_4、NH_3和N_2为反应气体,研究氮气对制备氮化硅薄膜及其结构与性质影响.研究结果表明,利用PECVD沉积非晶SiNx薄膜时,薄膜中含有大量以Si-H和N-H键存在的H+离子,当其键合断裂时,大量H从膜中扩散出来并与其他杂质和缺陷发生反应,在沉积SiNx薄膜的过程中形成H空位,H以氢-空位对方式迅速扩散,完成钝化过程,导致薄膜致密性降低.适当增加氮流量,导致薄膜中N/Si比增大,Si-Si键浓度减少,Si-N键浓度增加,并出现轻微的蓝移;继续增加氮流量,薄膜逐渐呈富N态,伴随缺陷态增多,辐射增强,导致光学带隙迅速展宽,带尾态能量逐渐减小;当氮流量较高时,薄膜中形成了包埋在非晶SiNx中的Si_3N_4晶粒,实现了从非晶SiNx薄膜向包含Si_3N_4小晶粒薄膜材料的演变过程.
[Abstract]:The effects of nitrogen on the structure and properties of silicon nitride thin films were studied by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique with SiH_4,NH_3 and N2 as reaction gases. The results show that when amorphous SiNx films are deposited by PECVD, the films contain a large number of H ions in the presence of Si-H and N-H bonds. When the films are bonded and broken, a large amount of H diffuses out of the films and reacts with other impurities and defects. During the deposition of SiNx thin films, H vacancies were formed, and H diffused rapidly in the form of hydrogen-vacancy pairs, which resulted in the reduction of the densification of the films. The proper increase of nitrogen flow rate leads to the increase of N/Si ratio, the decrease of Si-Si bond concentration, the increase of Si-N bond concentration and the slight blue shift. With the increase of nitrogen flow rate, the film becomes N-rich, accompanied by the increase of defects and radiation, which leads to the rapid broadening of the optical band gap and the decrease of the energy of the band tail state. When nitrogen flow rate is high, Si_3N_4 grains embedded in amorphous SiNx are formed in the films, and the evolution process from amorphous SiNx thin films to small grain Si_3N_4 thin films is realized.
【作者单位】： 内蒙古师范大学物理与电子信息学院功能材料物理与化学自治区重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51262022)
【分类号】：TB383.2

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 乌仁图雅;周炳卿;张林睿;高爱明;张娜;;氢流量对富硅-氮化硅薄膜键结构及光学性质的影响[J];人工晶体学报;2015年12期

2 张龙龙;周炳卿;张林睿;高玉伟;;PECVD制备富硅氮化硅薄膜的工艺条件及其性质的研究[J];硅酸盐通报;2014年04期

3 廖武刚;曾祥斌;文国知;曹陈晨;马昆鹏;郑雅娟;;包含硅量子点的富硅SiN_x薄膜结构与发光特性[J];物理学报;2013年12期

4 于威;李彬;郭少刚;詹小舟;丁文革;傅广生;;氢稀释对FTS沉积a-Si∶H薄膜结构特性的影响[J];光子学报;2012年03期

5 于威;孟令海;耿春玲;丁文革;武树杰;刘洪飞;傅广生;;a-SiN:H薄膜的对靶溅射沉积及微结构特性研究[J];科学通报;2010年18期

6 孙科沸;李子全;李鑫;;衬底温度对射频磁控溅射制备氮化硅薄膜的影响[J];半导体技术;2007年06期

7 陈凤翔,崔容强,孟凡英;PECVD对硅材料的钝化作用[J];太阳能学报;2003年03期

8 杨宏,王鹤,陈光德,于化丛,奚建平;多晶硅太阳电池的氮化硅钝化[J];半导体情报;2001年06期

9 李京娜;PECVD氮化硅膜的制备及其红外光谱分析[J];烟台师范学院学报(自然科学版);1999年04期

10 孟祥森,宋晨路,余京松,葛曼珍,杨辉;低温APCVD法制备氮化硅薄膜[J];陶瓷学报;1999年03期

相关博士学位论文 前1条

1 王明华;富硅氮化硅和纳米硅多层量子阱硅基发光薄膜与器件[D];浙江大学;2009年

相关硕士学位论文 前1条

1 陈全海;氮化硅薄膜的光吸收及光致发光性质研究[D];西北师范大学;2007年

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 部芯芯;周炳卿;丁德松;;氮气对PECVD制备氮化硅薄膜结构与性质的影响[J];内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版);2017年03期

2 丁德松;周炳卿;部芯芯;高爱明;;氮化硅薄膜的热丝化学气相沉积法制备及微结构研究[J];硅酸盐通报;2017年02期

3 乌仁图雅;周炳卿;高爱明;部芯芯;丁德松;;射频功率对富硅-氮化硅薄膜结构及性质影响[J];人工晶体学报;2016年09期

4 赵飞;杨雯;陈小波;袁俊宝;杨培志;;衬底温度对含硅量子点的SiC_x薄膜结构及其光学特性的影响[J];人工晶体学报;2016年08期

5 申继伟;罗为;杜锦丽;;非晶态Si/SiN_x超晶格材料的发光与非线性光学特性[J];发光学报;2016年07期

6 张林睿;周炳卿;张娜;路晓翠;乌仁图雅;高爱明;;氮流量在高氢氛围中对富硅氮化硅薄膜材料结构及其发光特性的影响[J];光谱学与光谱分析;2016年07期

7 张娜;周炳卿;张林睿;路晓翠;;a-SiN_x:H薄膜的热丝化学气相沉积及微结构研究[J];激光技术;2016年03期

8 贾绍辉;张家震;张淮凌;杨田林;;新型金黄色富硅氮化硅阳光控制膜的制备及性能[J];硅酸盐学报;2016年04期

9 王心心;梁庭;熊继军;贾平岗;王涛龙;刘雨涛;张瑞;;ICPECVD制备氮化硅薄膜工艺的研究[J];仪表技术与传感器;2016年02期

10 部芯芯;周炳卿;乌仁图雅;高爱明;丁德松;;氨气流量对富硅氮化硅薄膜键态的分析[J];信息记录材料;2016年01期

相关博士学位论文 前3条

1 廖武刚;含硅量子点氮化硅薄膜的发光特性及载流子输运机理研究[D];华中科技大学;2016年

2 姜礼华;含硅量子点SiN_x薄膜特性及其在太阳电池中的应用[D];华中科技大学;2012年

3 王朋;晶体硅太阳电池中的电学复合行为[D];浙江大学;2011年

相关硕士学位论文 前5条

1 佘星欣;硅纳米线可控性生长及图形化制备[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 江强;SiC/SiN_x薄膜表面组织结构控制及性能研究[D];上海工程技术大学;2013年

3 陈晖;氮化硅和碳化硅及其复合双层减反射膜研究[D];上海工程技术大学;2012年

4 王春;中频磁控溅射制备氮化硅薄膜及其性能的研究[D];大连理工大学;2011年

5 高峰;磁控溅射法制备氮化硅薄膜及其性能研究[D];武汉理工大学;2010年

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 廖武刚;曾祥斌;文国知;曹陈晨;马昆鹏;郑雅娟;;包含硅量子点的富硅SiN_x薄膜结构与发光特性[J];物理学报;2013年12期

2 林娟;杨培志;化麒麟;;富硅氮化硅薄膜的制备及其光学带隙研究[J];发光学报;2012年06期

3 姜礼华;曾祥斌;张笑;;高温退火处理下SiN_x薄膜组成及键合结构变化[J];物理学报;2012年01期

4 于威;孟令海;耿春玲;丁文革;武树杰;刘洪飞;傅广生;;a-SiN:H薄膜的对靶溅射沉积及微结构特性研究[J];科学通报;2010年18期

5 丁艳丽;朱志立;谷锦华;史新伟;杨仕娥;郜小勇;陈永生;卢景霄;;沉积速率对甚高频等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜生长标度行为的影响[J];物理学报;2010年02期

6 于威;孟令海;丁文革;苑静;;氢对非晶氮化硅薄膜键合结构和光学吸收特性的影响[J];信息记录材料;2010年01期

7 张广英;吴爱民;秦福文;姜辛;;玻璃衬底沉积氮化硅薄膜性能研究[J];哈尔滨工程大学学报;2009年11期

8 刘玉芬;郜小勇;刘绪伟;赵剑涛;卢景霄;;掺磷微晶硅薄膜的微结构及光学性质的研究[J];真空科学与技术学报;2008年04期

9 孙科沸;李子全;李鑫;;衬底温度对射频磁控溅射制备氮化硅薄膜的影响[J];半导体技术;2007年06期

10 曾友华;郭亨群;王启明;;富硅氮化硅薄膜的制备及其发光特性[J];半导体光电;2007年02期

相关硕士学位论文 前1条

1 祝洪良;硅片氮气直接氮化的动力学和机理研究[D];浙江大学;2003年

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;mc-Si:H/c-Si solar cell prepared by PECVD[J];Rare Metals;2006年S1期

2 ;SUBSTRATE EFFECT ON HYDROGENATED MICROCRYSTALLINE SILICON FILMS DEPOSITED WITH VHF-PECVD TECHNIQUE[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2006年04期

3 廖雪江;;等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺尾气危害性解析[J];洁净与空调技术;2011年01期

4 黄诚;;PECVD沉积TIN新技术[J];金属热处理;1989年01期

5 毛样武;郭贝贝;聂敦伟;Domenico MOMBELLO;;Tarnish Testing of Copper-Based Alloys Coated with SiO_2-Like Films by PECVD[J];Plasma Science and Technology;2014年05期

6 ;Effect of Ar on Polycrystalline Si Films Deposited by ECR-PECVD using SiH_4[J];Journal of Materials Science & Technology;2008年05期

7 黄诚;PECVD沉积TiN及其应用[J];热加工工艺;1988年02期

8 徐宝琨;赵凤云;赵慕愚;;PECVD法沉积SiO_xN_y及其性质研究[J];功能材料;1991年05期

9 陈城钊;邱胜桦;刘翠青;吴燕丹;李平;余楚迎;林璇英;;射频PECVD法高压快速制备纳米晶硅薄膜[J];功能材料;2008年05期

10 韩喻;谢凯;李宇杰;许静;;PECVD制备嵌埋在硅槽中的硅反Opal结构[J];功能材料与器件学报;2006年06期

相关会议论文 前10条

1 ;SiH Interacting with Si surface and Formation of Hydrogenated Silicon Films:MD study[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年

2 ;Comparative Investigation on Hydrogenated Microcrystalline Silicon Films Deposited with RF-and VHF-PECVD Technique[A];2006年上海电子电镀学术报告会资料汇编[C];2006年

3 ;Modelling of the effects of VHF on silicon film deposition at atmospheric pressure[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

4 孙振中;刘丰珍;朱美芳;刘金龙;;氩稀释在PECVD高速沉积微晶硅薄膜中的作用[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

5 王敏花;任丙彦;刘晓平;李彦林;羊建坤;许颖;李海玲;王文静;;射频PECVD沉积优质氢化非晶硅薄膜[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年

6 施晨燕;赵宁;赵志伟;雷威;;等离子体加强化学气相沉积法(PECVD)制备石墨薄膜[A];中国真空学会2012学术年会论文摘要集[C];2012年

7 M Uhlig;D Decker;A Lux;M Richter;G K銉hler;HSchlemm;K Roth;M Grimm;;MAiA-A NEW VERSATILE PECVD/ETCHING TOOL FOR PROCESSING CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

8 李伟东;吴学忠;李圣怡;;PECVD氮化硅薄膜制备工艺研究[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

9 杜天敏;黄韬;徐宇新;金锋;;PECVD法制备Si基SiO_x薄膜[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议（OFCIO’2003）论文集[C];2003年

10 Eiji Takahashi;Tsukasa Hayashi;Kiyoshi Ogata;;Large Area and High Speed Deposition of Microcrystalline Silicon Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)[A];TFC'05全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2005年

相关重要报纸文章 前5条

1 记者 郝晓明;我国首台国产12英寸PECVD样机沈阳出厂[N];科技日报;2011年

2 记者 王靖tD;首台国产12英寸PECVD样机在沈出厂[N];沈阳日报;2011年

3 沈可心;首台国产12英寸PECVD设备诞生[N];中国化工报;2011年

4 记者 王冠/北京;全球七代线扩厂拉开序幕[N];电子资讯时报;2004年

5 静蓉;AKT第七代PECVD预计明年中出货三星[N];电子资讯时报;2003年

相关博士学位论文 前4条

1 蔺增;利用射频PECVD方法生长类金刚石薄膜的实验研究[D];东北大学;2004年

2 陆利新;PECVD非晶硅薄膜制程工艺仿真建模[D];上海大学;2010年

3 杨光敏;碳纳米管、纳米金刚石、空心碳球及其复合物的PECVD制备和特性研究[D];吉林大学;2010年

4 李明;利用rf-PECVD方法在不同基底上制备DLC膜的实验研究[D];东北大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘宝元;PECVD制备a-Si:H(nc-Si:H)/a-SiC:H多层薄膜的光电特性研究[D];河北大学;2015年

2 周青松;PECVD中SIN膜及其在MIM技术的研究应用[D];复旦大学;2013年

3 李林军;PECVD技术制备1064nm高反膜[D];西安工业大学;2014年

4 黄发彬;PECVD制备双陷波滤光片[D];西安工业大学;2016年

5 龚勋;PECVD制备大角度减反膜[D];西安工业大学;2016年

6 吴海波;非晶硅薄膜晶体管PECVD成膜工艺的优化研究[D];上海交通大学;2015年

7 刘洋;平板式PECVD设备布气系统的分析和优化[D];东北大学;2009年

8 杜文强;PECVD设备加热系统分析及优化[D];东北大学;2009年

9 欧衍聪;PECVD制备多层氮化硅减反膜的工艺研究[D];长沙理工大学;2012年

10 姜伟民;PECVD工艺条件对器件合格率的影响及其优化[D];复旦大学;2010年

，

本文编号：2364787