[發明專利]一種氮氧化硅膜材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201410811907.6
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104532207A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 宋志偉;褚衛國
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C23C16/30
• 分類號: C23C16/30;C23C16/513
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

技術領域

本發明屬于光學、半導體和微電子器件技術領域，具體涉及一種氮氧化硅膜材料及其制備方法和用途。

背景技術

薄膜是一種特殊的物質形態，由于其在厚度這一特定方向上尺寸很小，只是微觀可測的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物質連續性發生中斷，由此使得薄膜材料產生了與塊狀材料不同的獨特性能。光學薄膜是由薄的分層介質構成的，通過界面傳播光束的一類光學介質材料，廣泛用于光學和光電子技術領域，制造各種光學儀器。光學薄膜技術在理論、設計、計算和工藝方面已形成了完整的體系，一些新型微觀結構的功能薄膜被不斷開發出來，這些功能薄膜的相繼出現，使得光學薄膜技術廣泛地滲透到各個新興的科學研究領域中。

氮氧化硅薄膜是一種良好的耐高溫陶瓷材料，具有優異的力學性能、熱力學性能、化學穩定性及耐原子氧特性；由于氮氧化硅是二氧化硅和氮化硅的中間相，其光學和電學性能介于兩者之間,因而可通過改變化學組成,在一定范圍內調控其折光指數(1.46(SiO₂)～2.3(SiN_1.3))及介電常數(3.9(SiO2)和7.8(SiN1.3))；另外氮氧化硅還可有效地抑制硼、氧、鈉等雜質元素擴散。這一系列優良特性吸引研究者們圍繞氮氧化硅材料的制備及其在微電子器件、光波導、梯度光學材料等方面的應用開展了大量工作，其中又以氮氧化硅薄膜材料的制備及應用研究最引人關注。

當前在微電子器件、光波導材料等方面主要采用二氧化硅作為介質薄膜。二氧化硅薄膜雖具有低的介電常數、缺陷密度和殘余應力，但在阻止氧、鈉、硼等雜質元素的擴散方面不如氮化硅；然而氮化硅中Si懸空鍵的存在及其隨氮含量增加而增加的特點會導致薄膜在一定條件下表現出很高的介電常數和拉應力，并且富氮SiN_X膜含有很高的正電荷和負電荷缺陷，成為電荷俘獲的中心。而氮氧化硅薄膜材料由于兼有氮化硅和二氧化硅的優良特性，很有潛力替代二氧化硅薄膜材料在微電子和光學等方面得到應用。

隨著薄膜的應用越來越廣泛，薄膜的制備技術也逐漸成為高科技產品加工技術中的重要手段。薄膜的制備方法很多，如氣相生長法、液相生長法(或氣、液相外延法)、氧化法、擴散與涂布法、電鍍法等等，而每一種制膜方法中又可分為若干種方法。等離子體化學氣相沉積(PECVD)法由于其靈活性、沉積溫度低，重復性好的特點，提供了在不同基體上制備各種薄膜的可能性，成為制備氮氧化硅薄膜最常用的方法之一。

薄膜的均勻性是薄膜制備過程中首先需要解決的關鍵問題和挑戰。薄膜厚度的不均勻性，反映了待鍍基片上所沉積的薄膜厚度依基片在真空室里所處位置的變化而變化的情況。膜厚不均勻性包括兩個方面：①在同一組鍍制過程中處于不同基片位置沉積的薄膜有近似的膜厚分布；②獲得的每片薄膜只存在一定范圍內的膜厚誤差分布。膜厚不均勻性的方面①保證了產業化的鍍膜效率，方面②保證了每個成品的性能。因此，膜厚不均勻性是衡量鍍膜裝置性能和薄膜質量的一項重要指標，直接影響到鍍膜器件的可靠性、穩定性，以及產品的一致性。對光學、光電等器件生產的成品率影響很大。

而目前關于研究薄膜均勻性的較少，尤其是運用在器件中的光學/介質薄膜，對于采用高密度等離子體增強化學氣相沉積設備制備氮氧化硅膜材料的方法，操作條件較多，包括溫度、壓力、功率、時間、通入氣體比例等，且相互之間有著密切的相互關系，不是獨立的單一變量，因此在本領域探究一種均勻性良好的氮氧化硅制備方法是非常重要的。

發明內容

為了克服現有技術中氮氧化硅薄膜不均勻性較大的缺陷，本發明的目的之一在于提供了一種氮氧化硅膜材料，所述膜材料具有良好的均勻性，厚度約為100nm，其具有良好的絕緣性、穩定性和機械特性，可以作為絕緣層、保護膜或光學膜，廣泛應用于半導體、微波、光電子以及光學器件等領域。

為達上述目的，本發明采用如下技術手段：

一種氮氧化硅膜材料，所述氮氧化硅膜材料的厚度為95.5-97.5nm；且在四英寸基底范圍內，薄膜不均勻性低于0.7％；

其中，所述不均勻性的計算方法為：薄膜不均勻性＝(最大值-最小值)/(平均值×2)×100％，四英寸基底范圍內，所測不同點數不少于10個，優選為不少于17個。

其中，所述最大值為氮化硅膜材料測試點厚度的最大值；最小值為氮化硅膜材料測試點厚度的最小值；平均值為氮化硅膜材料測試點厚度的平均值，計算公式為：平均值＝測試點厚度之和/測試點個數。