优化气体组分对PECVD制备氮化硅薄膜性能的改进开题报告

背景：氮化硅具有化学稳定性好、电阻率高、硬度高、绝缘性好、光学性能优良等特性，是一种性能优良的功能材料。氮化硅（SiN）相比于传统的二氧化硅材料，SiN有着显著的优点，如热稳定性、折射率和介电常数均比氧化硅的高。在半导体制作过程中，氮化硅可以作为在单晶硅上的介电层材料，在强电场或高的工作温度下, SiN更加稳定。高致密性的氮化硅对杂质离子有很好的阻挡能力，因此，氮化硅被作为一种高效的器件表面钝化层而广泛应用于半导体器件工艺中去。采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）制备氮化硅薄膜与传统工艺相比简化了工艺流程，低温（400℃以下）下制备氮化硅易于大规模生产。所以，氮化硅被广泛应用于半导体器件、光电子工业、太阳能电池、微电子行业以及航空航天等领域。

目的：采用等离子体增强化学气相沉积方法在固定温度不同NH₃和SiH₄气体流量比情况下制备氮化硅薄膜，研究薄膜性能，如薄膜厚度、表面结构、光学折射率等，分析NH₃和SiH₄气体流量比对薄膜性能参数的物理影响，掌握数据处理和分析的软件。

意义：氮化硅薄膜是一种多功能材料，在许多领域有着广泛的应用。PECVD制备氮化硅薄膜的研究成为热点，本实验研究气体流量比对氮化硅薄膜性能的影响。

研究内容

通过本科所学知识及查阅文献资料，全面地了解氮化硅薄膜的制备、薄膜性能测试和物理机理。本实验提出采用等离子增强型化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜。我们重点研究在基片温度一定和NH₃和SiH₄气体流量比在40:5~40:20之间时，不同气体组分对沉积氮化硅薄膜性能指标的影响，如薄膜厚度，表面结构，光学折射率等。学习薄膜制备、性能表征和数据分析方法，通过实验数据的系统分析，提出优化气体组分对SiN薄膜性能指标提高的物理机制。

预期目标

采用等离子体增强化学气相沉积方法制备氮化硅薄膜，制备表面颗粒均匀的薄膜，并具有优异的光电特性，探究NH₃和SiH₄气体组分比对氮化硅薄膜性能的影响，学习制备高质量薄膜的实验技能，掌握数据分析和物理机理探讨的方法。

研究方法：

在前期对等离子体增强化学气相沉积法制备氮化硅研究的基础上，提出如下方法：

1、基片温度为300度时，调整NH₃和SiH₄气体之比在40:5~40:20之间，使用化学气相沉积法制备薄膜，取6-8个实验点。

2、对制备薄膜性能指标进行测试，包括利用台阶仪和椭偏仪测薄膜厚度、折射率，金相显微镜、原子力显微镜（AFM）表征薄膜的表面形貌，X衍射仪测试薄膜微结构。

3、进行数据统计，系统分析NH₃和SiH₄气体组分比对薄膜性能参数的物理影响。

步骤：

(1)、查找相关文献，熟悉研究领域。

(2)、根据参考文献制定相应研究方法。

(3)、按半导体工艺步骤清洗Si衬底。

(4)、采用等离子体化学气相沉积法制备氮化硅薄膜。设定基片温度为300度，在40:5~40:20之间取不同NH₃和SiH₄气体之比沉积薄膜。

(5)、利用金相显微镜、原子力显微镜（AFM）表征薄膜的表面形貌。

(6)、利用X-射线衍射仪（XRD）表征薄膜的晶体结构。

(7)、利用台阶仪，椭偏仪测量氮化硅的厚度和折射率。

(8)、记录实验数据，绘制各实验数据曲线图。

(9)、研究NH₃和SiH₄气体流量比对薄膜厚度、表面结构、折射率的物理影响。

(10)、完成论文的初稿，并按指导教师的修改意见认真修改论文，论文格式、引言、正文内容、英文摘要上规范、正确，顺利完成毕业设计。

(11)、完成论文终稿。

(12)、完成PPT汇报，准备答辩。

(13)、答辩后，按答辩老师要求修改论文，并整理资料，上交。