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浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
表3.2 实验参数与结果
A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5
温度（℃） 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 200 250 300 350 400 SiH4/ NH3流量比 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 2:1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 射频功率（W） 20 35 50 65 80 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 折射率 2.13 2.11 2.08 2.06 2.05 2.22 2.13 2.04 2.03 2.03 2.08 2.18 2.13 2.15 2.21 沉积速率（nm/min） 8.8 14.3 19.4 32.0 26.5 23.9 13.3 12.0 8.8 8.0 10.5 8.3 8.8 8.2 7.5 352.3130Deposition Rate (nm/min)Refrative Index2.2252.122015102.01.920304050607080RF Power (W)图 3.13 不同射频功率与薄膜沉积速率（1）和折射率（2）的关系
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浙江大学硕士学位论文 王晓泉 2003年5月
我们认为产生这种现象的原因是，在氮化硅薄膜沉积的过程中，存在两种因素对薄膜的生长起到决定性作用，一是硅烷和氨气分子分解形成的Si-H,Si-H2,Si-H3,N-H,N-H2等反应基团的化学气相反应，也就是成膜作用；二是氨和反应中生成的氢对已经形成的薄膜的刻蚀作用。当功率不太大时，随着功率的提高，等离子体的能量密度也随之增加，硅烷和氨气分解加剧，成膜作用大于刻蚀作用，成为薄膜沉积过程的主导因素，沉积速率随功率升高而升高，当功率达到一定值（65W）时，由于硅烷的流量是一定的，硅烷将接近耗尽状态，其分解和成膜作用已达到此流量下的最大值，继续增加功率，对成膜作用提高不大，反而使氨和氢等离子体的刻蚀作用继续增强并超过成膜作用而控制整个沉积过程，导致薄膜的生长速率增加缓慢直至下降，这和M.Kondo等人提出的硅烷耗尽理论【77】相类似。
由图3.13中的曲线2可以看出,沉积功率对薄膜的折射率影响不是很大，薄膜的折射率稳定在2.1左右（见表3.2），略微呈现的随沉积功率增加而单调下降的趋势，这可能是因为随着功率的增加，氨和氢的等离子体刻蚀作用越来越强，使膜的致密性下降，在光学性质上表现为薄膜折射率的降低，但是由于等离子体的刻蚀作用对膜的致密性影响比较小，所以折射率随功率下降的趋势不明显。另一个原因是，由于反应时硅烷和氨气的流量一定，随着等离子体频率的提高，分解的硅烷和氨气不断增加，但是由于氨气的流量为硅烷的3倍，在分解的反应气体中硅烷所占的比例不断下降，而大量的实验表明，薄膜的折射率随着反应气体中硅烷浓度的降低而减小，所以薄膜的折射率会随着功率的增加而降低，但是由于硅烷浓度降低的幅度比较小，薄膜的折射率降低的幅度也比较小。
图3.14是不同硅烷/氨气流量比与薄膜沉积速率和折射率的关系。在这个实验中，把硅烷的流量固定，而使氨气的流量分别为硅烷的0.5,1,2,3,4倍。从曲线1可以看出，随着硅烷浓度的降低，薄膜的沉积速率也单调降低。由化学汽相沉积动力学可知，PECVD沉积氮化硅薄膜的过程可分为下列步骤【78】：
(1)参加反应的硅烷和氨气的混合物被输运到沉积区； (2) 反应物分子由主气流扩散到达衬底表面；
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