室溫沈積高穩定性之氮化矽薄膜及其光激發光譜研究

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孫嘉鴻(Jia-Hung Suen) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

室溫沈積高穩定性之氮化矽薄膜及其光激發光譜研究
(The Investigation for Silicon Nitride Thin Film Deposited at Room Temperature)

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摘要(中)

本論文的內容在於研究室溫下沉積的氮化矽薄膜之穩定性，並以加入雷射輔助的方式，改善氮化矽薄膜的穩定性。
以單獨的電漿化學氣相沈積法(PECVD)在室溫下沉積時，氣體分子到達基板已無多餘的能量去移動到適當的位置上，以填補沉積時所形成的縫隙及孔洞，因而形成多孔狀的非晶氮化矽氫薄膜(porous a-SiNx:H)，這些孔隙將使得空氣中的水氣得以滲入，進而破壞薄膜的結構並改變薄膜的特性，根據熱力學的觀點多孔非晶氮化矽氫薄膜(porous a-SiNx:H)中許多單獨的懸鍵處於不穩定的狀態，可能與空氣之中的其他分子進一步形成穩定的氧化態。
因此單獨的電漿化學氣相沈積法在室溫下沉積出的氮化矽薄膜具有氧化的情形，進而產生特性上的變化。在本實驗中在電漿化學氣相沈積法沉積時加入雷射的輔助，可產生具有高穩定性的薄膜，量測折射率、蝕刻速率、傅氏紅外吸收光譜、平整性、光激發光譜等方面的特性，均有良好的特性，這些特性將可對於半導體元件的鈍化層以及阻擋層有很好的應用。
在光激發光譜的研究上，我們比較室溫下單純以傳統電漿化學氣相沈積法沉積出的氮化矽薄膜與加入雷射輔助沉積出的氮化矽薄膜，結果發現以雷射去輔助沈積之薄膜具有較強的發光強度，且具有高穩定性的發光光譜，此特性使我們將來可以利用成熟的矽製程技術整合發光元件於矽晶片上。

摘要(英)

Advantage silicon nitride by CO2 laser assisted plasma enhanced chemical vapor deposition：
low Si-H and N-H contained in a-SiNx:H film.
Low surface roughness
Prevent from moisture and oxidation
Refraction index is stable
Laser power will best assist at 40W.
Stable PL spectra and higher efficiency

關鍵字(中)

★ 電漿輔助化學氣相沉積
★ 氮化矽
★ 雷射

關鍵字(英)

★ laser
★ silicon nitride
★ PECVD

論文目次

目錄
一、緒論 1
二、雷射輔助電漿化學氣相沉積原理 7
2-1 概述 7
2-2雷射CVD原理 8
2-3電漿輔助CVD原理 11
三、實驗過程 15
3-1雷射輔助電漿化學氣相沉積架設 15
3-2試片切割及清洗 17
3-3 基板清洗 17
3-4 薄膜沉積 17
3-5 ZnSe鏡片清洗 21
四、量測分析 22
4-1傅立葉轉換紅外線吸收光譜儀（FTIR） 22
4-2膜厚量測儀(DEKTAK surface profiler system) 23
4-3橢圓儀(Ellipsometer) 23
4-4 原子力顯微鏡(AFM) 24
4-5 光激發光譜(Photoluminescence spectra) 24
五、實驗結果與討論 25
5-1 前言-雷射輔助對於薄膜穩定度的影響 25
5-1.1 無雷射輔助氮化矽薄膜放置不同環境下鍵結變化 25
5-1.2 雷射輔助之氮化矽薄膜鍵結變化 26
5-1.3 不同雷射瓦數沉積之氮化矽薄膜的穩定性 27
5-1.4 氮化矽薄膜放氧化後薄膜厚度變化 27
5-1.5 氮化矽薄膜放置於大氣環境下氧化後蝕刻速率變化 28
5-1.6 氮化矽薄膜放置於大氣環境下氧化後折射率變化 28
5-1.7放置於大氣中的氮化矽光激發光譜變化 29
5-2 前言-雷射輔助瓦數對薄膜品質影響 31
5-2.1 雷射輔助瓦數對薄膜鍵結的影響 32
5-2.2 雷射輔助瓦數對薄膜沈積速率的影響 33
5-2.3 雷射輔助瓦數對薄膜蝕刻速率的影響 33
5-2.4 雷射輔助瓦數對薄膜折射率的影響 34
5-2.5 雷射輔助瓦數對薄膜表面粗糙度的影響 35
5-2.6 雷射輔助瓦數對氮化矽光激發光譜的影響 35
5-3 前言-氮化矽薄膜光激發光譜研究 37
5-3.1 氮化矽薄膜光激發光譜的穩定性 37
5-3.2 熱處理對氮化矽薄膜光激發光譜的變化 38
5-3.3薄膜照射氦鎘雷射後光激發光譜變化 41
六、結論 42
七、參考資料 43

參考文獻

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指導教授

李清庭(Ching-Ting Lee)

審核日期

2002-7-11

推文