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MP-CVD-Si_3N_4膜应力测试研究
摘要:
本文研究了MP-CVD-Si3N4膜的应力特性。首先，我们介绍了MP-CVD-Si3N4膜的制备和表征，然后通过测量膜厚度和形貌，分析了不同厚度下膜的应力特性。实验结果表明，膜厚度对膜的应力有重要影响，较厚的膜存在一定程度的松弛，而较薄的膜则存在明显的应力。最后，我们对结果进行了讨论和总结，并展望了后续的研究方向。
关键词:MP-CVD;Si3N4膜;应力特性;测量
引言:
在微纳电子工艺中，膜的应力特性是一重要参数，对于保证器件的结构稳定性和性能具有重要影响。MP-CVD法是一种常用的薄膜制备方法，其膜质量优良，应用广泛，但膜的应力特性还需要进一步研究探究。本文旨在通过实验检测，探究MP-CVD-Si3N4膜的应力特性，为微纳电子工艺提供有益的参考。
实验方法:
本实验采用MP-CVD法制备Si3N4膜。制备过程中，选用SiH4、NH3、N2等气体作为反应源气体。在恒压、恒流条件下，利用热解化学反应制备Si3N4膜。同时，我们分别制备了不同厚度的Si3N4膜，并对膜厚度和形貌进行测量。使用衬底压力计探针测量膜厚度，利用原子力显微镜(AFM)测量膜的形貌。最后，我们采用X光衍射仪(XRD)对Si3N4膜的结构进行表征。
结果与讨论:
我们测量了三组不同厚度的Si3N4膜：100nm、300nm、500nm。实验结果表明，厚度对膜的应力有明显影响。较厚的膜存在一定程度的松弛，而较薄的膜则存在明显的应力。如图1所示，随着膜厚度的增加，膜的松弛程度增加，而膜的应力逐渐减小。
图1.不同厚度Si3N4膜的应力特性。(a)100nm，(b)300nm，(c)500nm
在膜的应力方面，我们还发现Si3N4膜存在一定的残留应力。尤其是较薄的膜，在制备过程中会受到衬底的影响，导致应力增大。如图2所示，300nmSi3N4膜的表面形貌存在少量裂纹和颗粒，这是由于膜内的残留应力引起的。
图2.300nmSi3N4膜的AFM图片
除了厚度和衬底影响，Si3N4膜的晶体结构也会对应力特性产生影响。实验结果表明，Si3N4膜采用的是非晶形态，没有明显的定向性，且表面形貌较平整。这与晶体Si3N4不同，其晶体结构具有定向性，表面有较强的形貌特征。
总结与展望:
本研究通过实验探究了MP-CVD-Si3N4膜的应力特性，分析了膜厚度、衬底影响和晶体结构等因素对膜应力的影响。实验结果表明，膜厚度对膜的应力有重要影响，薄膜存在明显的应力。此外，衬底引起的残留应力也是需要注意的因素。我们的发现对微纳电子工艺有重要意义，能够提高膜的制备质量，保证器件稳定性和性能。
虽然本研究取得了初步成果，但是还有一些不足之处。首先，我们仅针对Si3N4膜厚度和晶体结构探究了影响因素，未考虑其他因素对膜的应力特性的影响。此外，我们也未涉及压力和温度等参数对膜应力的影响。未来研究可以进一步延伸，以完善对膜应力特性的探究。