（凝聚态物理专业论文）热处理对掺ch4的sicoh薄膜结构及性能的影响.pdf

热处理对掺c 地的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 中文摘要 中文摘要 随着超大规模集成电路的特征线宽不断减小，导致信号传输延时、功耗增大以及 互连阻容耦合增大等问题，为了解决这一问题，多孔低( 超低) k 介电材料越来越引 起人们的注意。 通过在前驱气体d 5 源中添加甲烷，由e c r c v d 沉积技术制备出了s i c o h 薄膜， 由于在s i c o h 低k 薄膜的致孔工艺及后道工艺中，薄膜需要经受4 0 0 。4 5 0o c 的热 冲击，因此首先对不同甲烷流量下真空退火前后薄膜的结构、表面形貌和湿水性进行 了研究。在真空热处理过程中，热稳定性较差的碳氢基团发生了热解吸，使s i o s i 网络结构以及链式结构发生交联而形成鼠笼结构，从而提高了薄膜中孔隙的含量，并 使薄膜表面更平整。但是，由于碳氢基团的热解吸以及结构的重组降低了薄膜的厚度， 并且热解吸还导致薄膜的疏水性能降低。 其次真空热处理降低了薄膜的漏电流，并且使s i c o h s i 界面的界面态发生改变。 关键词：甲烷掺杂、s i c o h 薄膜、热处理、化学键结构、湿水性 作者：杜杰 指导教师：宁兆元、叶超 热处理对掺c h , 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 英文摘要 a b s t r a c t i no r d e rt oa d d r e s st h ep r o b l e m sc a u s e db yd e v i c e d i m e n s i o nc o n t i n u o u ss h r i n k i n gi n u l t r a l a r g e s c a l ei n t e g r a t e dc h i p s ，s u c ha ss i g n a lp r o p a g a t i o nd e l a y , p o w e rc o n s u m p t i o n ，a n d t h ec r o s s l i n kb e t w e e nm e t a li n t e r c o n n e c t s ，p o r o u sl o w d i e l e c t r i cc o n a t a n t ( 1 0 w 一助，a n d u l t r a l o wd i e l e c t r i cc o n s t a n t ( u l t r a l o w k ，k 2 ) m a t e r i a l sh a v er e c e i v e dm o r ec l o s e a t t e n t i o n s i c o hf i l m sa r ep r e p a r e db ye l e c t r o nc y c l o t r o nr e s o n a n c ec h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( e c r - c v d ) b ya d d i n gm e t h a n ei nd e c a m e t h y l c y c l o p e n t a s i o x a n e ( d 5 ) a s s o u r c eg a s f o r t h es i c o hl o wkf i l m sw i l lh a v e4 0 0 。4 5 0o ct h e r m a lt r e a t m e n t sa tt h es e m i c o n d u c t o r t e c h n i c s ，t h es t r u c t u r e , s u r f a c ea p p e a r a n c ea n dh y d r o p h o b i cp r o p e r t i e sa r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et h e r m a lu n s t a b l ec h xg r o u p sd e s o r p t i o nd u r i n gt h et h e r m a l t r e a t m e n tc a l ll e a dt ot h el i n k a g eb e t w e e ns i - - 0 s in e t w o r k sa n dc h a i n sg r o u p sa n dt h e f o r m a t i o no fs i - o - s ic a g e s a sar e s u l t , t h ep o r o s i t yo fs i c o hf i l m sc a nb ei n c r e a s e da n d t h es u r f a c er o u g h n e s sb ed e c r e a s e d h o w e v e r , t h ec h x g r o u p sd e s o r p t i o na n dt h es t r u c t u r e r e f o r mc a l ld e c r e a s et h e 也i c ko ft h ef i l ma n dh y d r o p h o b i cp r o p e r t yd e t e r i o r a t i o na f t e r d e s o r p t i o n t h e na f t e ra n n e a l i n g ，t h ed e s o r p t i o no ft h e r m a lu n s t a b l ec h xg r o u p sd u r i n gt h e t h e r m a lt r e a t m e n tc a nl e a dt ot h ed e c r e a s eo fl e a k a g ec u r r e n t , t h ev a r i a t i o no fs i c o h s i i n t e r f a c es t a t e k e y w o r d s ：m e t h a n ed o p i n g ，s i c o hf i l m s ，a n n e a l i n gt r e a t m e n t ，b o n ds t r u c t u r e ， h y d r o p h o b i c w r i t t e nb y ：d uj i e s u p e r v i s e db y ：n i n gz h a o y u a n ，y ec h a o 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或 其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责 任。 研究生签名： 扛奎 日期：土三星：丝l 竺 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保存期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：垫垒e l 期： 2 p 留、牛知 i 导师签名一日期：一 热处理对掺c h 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第一章绪论 第一章绪论 1 1 低介电常数材料的研究背景 微电子器件的应用已经渗透到人类生活的各个分支，并在工业界以空前的速度向 前发展。随着超大规模集成电路的特征线宽不断减小，器件密度和连线密度不断增加， 随之而来的问题是金属互连线的电阻和线间寄生电容的增大，从而限制了器件性能的 提高。在多层互联系统中，互连阻容( r c ) 耦合增大将导致信号传输延时、干扰噪 声增强和功耗增大。而r c 延时f 和功耗p 由以下两式决定： f = r c = 2 p c e , o ( 4 l 2 p 2 + r t 2 ) ( 1 ) p = 2 z g o ( 2 l t p + l p 2 t ) v 2 f ( 2 ) 式中，p 、占、氏、l 、p 、t 、v 、f 分别为金属连线的电阻率、线间绝缘材料的相 对介电常数、真空介电常数、金属线长度、金属线厚度、两金属线间的距离、工作电 压和工作频率。要解决以上问题，从上式可以看出，在其他条件不改变的条件下，减 小介电常数和金属电阻率可以降低时间延时和功耗，因此需要采用新的低电阻率连线 材料和低介电常数介质材料来取代目前集成电路所使用的a l s i 0 2 材料架构【l - 3 1 。 自上世纪9 0 年代中期，用c 低r 介质替代a 1 s i 0 2 的研究引起人们广泛的关注。 与通常的铝布线相比，铜布线具有以下优点【4 ，5 】：( 1 ) 铜的电阻率小；( 2 ) 功率 耗散小；( 3 ) 铜的抗电迁移性能远远好于铝，要高出两个数量级。 但替代目前使用的s i 0 2 作为介质绝缘层的超低介电常数材料( 即超低r 材料) 还远没有确定，尚处在对多种材料的探索、选择和评价阶段。通常，在选择低介电常 数材料时，需要考虑以下几个方面的材料性能嘲： ( 一) 材料的化学和物理性能，主要包括化学成键结构和组成、残余应力、密度、 热处理时的收缩性、对水的吸附性、刻蚀速率、杂质以及平整性； ( 二) 热性能，如热处理循环过程中的热应力的变化、热重分析、形变分析和出 气分析； ( 三) 电性能，即漏电流，击穿强度，相对介电常数和介电损耗等。 热处理对掺c t h 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 第一章绪论 表1 1 列出了对低介电常数材料的一般要求。 表1 1 低介电常数材料介质材料的性能要求 电性能化学性质机械性能、i ， 各向异性 抗化学腐蚀性厚度均匀高热稳定性( t r ) 低能量耗散良好的刻蚀选择性好的黏附性低热膨胀系数 低漏电流低吸湿性低应力低热收缩性 低电荷俘获在水中低溶性高硬度高热导率 高电场强度低气体渗透性 低收缩性低热失重 高可靠性高纯度高张力模量 不腐蚀金属高抗裂缝 保存时间长 不污染环境 从对现用的s i 0 2 ( k - - 一，4 ) 的氟化( f s g ) ，到有机薄膜1 7 】、碳基薄膜( a c ：f 、 d l c 、f d l c 、a - c n x 、b c n ) 8 q 4 和硅基薄膜( s i o h 、s i c o h 、p s i 、p - s i 0 2 ) d 5 - 1 9 的研发，1 9 9 8 年以来全世界用于开发k 3 的层间介质材料的费用已超过了2 5 0 兆美 元【冽。尽管摩托罗拉公司于2 0 0 3 年6 月2 日宣布，在o 1 8 - 0 1 3 9 m 的技术节点中已 采用s i c o h 薄膜作为低k 材料【2 1 1 ，但是根据美国、欧洲、日本、韩国和台湾半导体 工业协会联合编制的2 0 0 5 国际半导体技术发展规划( n ei n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g y r o a d m a pf o rs e m i c o n d u c t o r s ，i t r s2 0 0 5 ) ，目前还没有明确的能够真正替代s i 0 2 的低 k 材料出现，替换s i 0 2 的时间表被再度推迟r 7 】。根据2 0 0 5 国际半导体技术发展规划， 在未来的1 5 年内，微电子器件将继续按照莫尔定律发展，逐步形成纳米线宽的微电 子器件。根据器件设计要求，纳米微电子器件中的绝缘介质材料的k 值必须在2 0 以 下( 表1 2 ) 。根据目前的研究结果，k 值在2 0 以下的超低k 材料只有氟化的有机薄 膜。但由于有机薄膜力学性能差，在4 0 0 以上的热稳定性不好，并且制备工艺难以 与目前的微电子工艺兼容，无法在微电子器件中真正获得应用。因此超低k 材料的研 究给化学家、物理学家、材料科学家和集成电路工程师们带来了艰难的挑战，成为近 2 热处理对掺c 1 4 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 第一章绪论 年来研究关注的焦点。 表1 2 国际半导体技术发展规划( 2 0 0 3 ) 2 2 1 y e a ro fp r o d u c t i o n2 0 0 12 0 0 42 0 0 7 2 0 1 0 2 0 1 32 0 1 6 d r a m1 2p i t c h ( m )1 3 09 06 5 4 53 22 2 m p u a s i c1 2p i t c h ( m )1 5 0 9 06 55 03 52 5 m p u p r i n t e dg a t el e n g t h ( m ) 9 05 33 52 5 1 81 3 m p u p h y s i c a lg a t el e n g t h ( m ) 6 53 72 5 1 81 39 b u mkv a l u e2 7 2 42 11 91 71 6 e f f e c t i v ekv a l u e 3 3 62 6 - 3 12 。3 2 7 2 1 l - 9 2 r i m 零点几n m需制备台阶 称重法无限制精度取决于薄膜密度的确定 石英晶体振荡器法 数l x m o 1 n m厚度较大时具有非线性效应 本文所使用的测量方法是表面粗糙度法，用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面 同时记录下触针在垂直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法。这种方法不仅可 以用来测量表面粗糙度，也可以用来测量特意制备的薄膜台阶高度，以得到薄膜厚度 的信息。 粗糙度仪触针的头部是用金刚石磨成约2 - 1 0 1 x m 半径的圆弧后做成的。在触针 上加有1 - - , 5 r a n 的可以调节的压力。线性垂直位移信号放大后，垂直位移的分辨率最 1 3 热处理对掺c i l 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 高可以达到1 a 左右。 虽然这种方法具有方法简单、测量直观的优点，但其缺点在于： ( 1 ) 容易划伤较软的薄膜并引起测量误差； ( 2 ) 对于表面粗糙的薄膜，其测量误差较大。 对于用台阶仪测量膜厚的样品，需作些准备，在基片上放一块掩膜，使成膜后 样品上形成从基片表面到薄膜表面的一个台阶，该台阶以垂直为好，因此表面的掩膜 应尽量薄并且与基片紧密结合。为了保证精度，要求薄膜表面尽量平整光滑，否则表 面起伏引起的图线波动会淹没真实测量值。 2 2 2s i c o h 薄膜结构的傅立叶变换红外光谱表征【5 1 删 “ 7 红外吸收光谱是以连续波长的红外线照射在样品上所测得的吸收光谱，它属于分 子光谱的范畴，主要是研究分子结构与红外吸收曲线的关系。 任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。而分子中的原子与化 学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中 原子的振动和分子本身的振动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃 迁。每个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可 避免地伴随着转动能级的跃迁，因为无法测得纯振动光谱，所以通常所测得的光谱实 际上是振动一转动光谱，简称振动光谱。 为了讨论方便，先讨论最简单的双原子的纯振动光谱。对于双原子分子，若忽略 分子的转动，由经典力学( 虎克定律) 可导出其振动频率( 以波数表示为) ： v ：上仁 ( 2 - 3 2 - 3 ) v = 一卜一 【) 2 r c 、f 、。 其中c 为光速( 3 x 1 0 8 m s - 1 ) ，k 为化学键的力常数( n m - 1 ) ，为分子的折合质量 ( k g ) ，其值= 里盟。 掰l + m 2 由式( 2 3 ) 知，双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量。 化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。 对于多原子分子，其振动方式要复杂得多，基本类型可以分为两类：伸缩振动和 1 4 热处理对掺c m 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 弯曲振动。伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。由 于振动耦合作用，原子数，l 3 的基团还可以分为对称伸缩振动y 。和不对称伸缩振动 。弯曲振动又叫变形或变角振动，一般是指基团键角发生周期变化的振动或分子 中原子团对其余部分作相对运动。根据振动时原子所处的位置又可分为面内弯曲振动 ( 万) 和面外弯曲振动( y ) 。同一基团的不同振动形式，振动频率不同，因此，根 据红外光谱中基本振动产生的基本频率吸收峰和倍频振动吸收峰，可以获得分子结构 的信息。另外，并不是所有的分子发生振动能级跃迁时都可以产生红外吸收光谱，它 需要满足一定的条件： ( 1 ) 红外辐射光量子的能量e 等于分子振动能级能量差e 。 ( 2 ) 分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。 傅立叶变换红外光谱仪( f r 瓜) 主要由光学探测部分和计算机部分组成，其光学 部分目前大多数是由迈克尔逊干涉仪组成。干涉仪将光源来的信号以干涉图的形式送 往计算机进行傅立叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。f t i r 光谱仪光 学系统的示意图如图2 4 所示 5 3 1 。 固定镜 光阑 样品 图2 4f t i r 光谱仪光学系统的示意图 傅立叶变换红外光谱仪与普通光谱仪相比，优点主要有：( 1 ) 信号的“多路传输”； ( 2 ) 能量输出大；( 3 ) 极高的波数精密度；( 4 ) 高的分辨能力；( 5 ) 宽的光谱范围 1 5 热处理对掺c h 4 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制各及表征方法 以及良好的光谱重复性等。 实验采用j a s c o6 0 0 p l u s 傅立叶变换红外光谱仪( f t i r ) 测量纯d 5 源沉积的 s i c o h 薄膜以及甲烷掺杂的s i c o h 薄膜在6 0 0 - 4 0 0 0 c m - 1 波数范围内退火前后的红外 吸收谱，波数的分辨率为3c m 一。采用j a s c o 的谱分析软件分析薄膜的红外光谱， 获得了吸收峰的波数、峰面积、峰半高宽等参数和谱峰的高斯解叠，根据键结构的特 征值( 表2 2 ) 识别实验测量的红外谱峰，从而获得薄膜的结构特征。 飚2 2s i c o h 薄膜红外吸收带 峰位( c m l )振动模式 s 蹦c 2 中的p 4c h 3 和us i - c 8 7 5 1 0 1 丁1 0 2 8 s i - o 链式结构中的o s i o s i 1 0 5 8 - 1 0 6 4 s i - o 网络结构中的d 。s i - o s i 1 1 2 丁1 1 4 5 s i - o 鼠笼结构中的u 4 s i - o s i 1 2 6 8 s i m e x 中的u 3 c - h 3 1 3 7 6 d c - h 3 1 4 5 8 d a c - h 3 1 5 5 7 s i - c i - i = c h 2 2 8 7 6 2 9 2 6 7 l c - h 2 s p 3 c h 3 中的u - h 3 3 3 6 4旬h 1 6 热处理对掺c h , 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 2 2 3s i c o h 薄膜表面形貌的原子力显微镜表征【s 4 ，5 5 】 原予力显微镜( a f m ) 如图2 5 所示。原子力显微镜是利用一根非常细小的探针。 置于最接近固体样品表面上，根据检测样品表面与探针之间的作用力( 原子力) 来高倍 率地观察样品表面形貌的装置，原理上属于近场显微镜类。 麓啊o j 图2 5 原子力显微镜图 1 9 8 6 年开发的a f m 是利用样品与探针之间的相互作用力，可以观察绝缘体等多 种样品。因此，a f m 得到广泛使用的。a f m 有以下特点： 1 可以在大气环境中简单地，高倍率观察。由于a f m 是利用物质之间相互作用 的原子力为检测的物理量，所以可以在大气中操作。设备结构与安装条件简单，容易 维护。分辨率最高达到原子分辨率( r i m ) 量级以下。倍率取决于扫描范围与输出图像的 大小例如，a f m 扫描范围为1 0 r i m - - - 1 0 0um ，输出图像1 0 c m 时，倍率为1 0 0 0 倍 1 0 0 0 万倍。 2 可以观察绝缘体。不论样品是否具有导电性，都具有原子力。因此不需要进行 导电性镀膜等的前处理，可以快速观察样品的原始表面。 3 精确地测定样品纵向( 高程) 值。因为探针跟踪样品表面，所以样品的纵向( 高程) 可以定量化。有作为高程计与精密的三维粗糙度计的用途 5 4 1 。 根据原子间相互作用力的范围( 见图2 6 ) ，a f m 可以采用三种工作模式： 1 7 热处理对掺c i - l 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制各及表征方法 力 群堋 触摹眦 图2 6 原子间力的不同部分对应不同的工作方式 2 2 , 3 i 接触模式 在接触模式中，针尖同样品间的相互作用力是处于接触区的原子间的排斥力，此 时针尖始终同样品接触并在其表面上移动。当针尖足够尖，斥力的大小可以反映出样 品表面的形貌，其可通过相互作用中的悬臂的弯曲度来获得。接触模式中，一般采用 恒力模式获得样品表面形貌的图像。 所谓恒力模式，是指原子力显微镜在扫描过程中，把悬臂的弯曲度由反馈电路维 持在预设值。当样品表面凸起时，反馈回路使z 向压电羯瓷向后退，以保持悬臂的弯 曲度不变；同理，当样品表面凹进时，反馈系统将使得z 向压电陶瓷向前移动。这样探 针在垂直于样品方向上的高低的变化，也即z 向压电陶瓷的位置，就反映出样品表面 的起伏。 但是，由于接触模式容易对样品表面造成损伤，因此对于比较软的以及容易损伤 的样品，如聚合物和有机物等，更常用的是半接触模式。 2 2 3 2 半接触模式 在半接触模式中，悬臂是采用振动方式的，针尖同样品间的相互作用力是处于半 接触区的。由于悬臂的振动而使得悬臂针尖和样品表面的接触以及它们之间的敏感斥 力不是常值，针尖只在振动周期的- - 4 , 部分感受到接触斥力，因而该模式又称为轻敲 模式。 1 8 热处理对掺c i 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响 第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 在这种模式下，悬臂以共振的方式在样品表面扫描，当悬臂受到不同的力的作用， 它的振动的振幅会发生变化，通过反馈电足剖座制z 向压电陶瓷的移动来维持振幅不 变，这样探针在垂直于样品方向上的位置，也即z 向压电陶瓷的位置，就反映出样品 表面的形貌。 2 2 3 3 非接触模式 非接触式是控制针尖在样品表面上方5 2 0 m m 处扫描，探针始终不与样品表面接 触，针尖一样品间作用力是很弱的长程力范德华吸引力。 在这种模式下，悬臂以振动的方式在样品表面扫描，在近表面区域，随着针尖一 样品间相互作用力梯度不同，悬臂的振动频率和振幅会发生改变。以与半接触模式下 的相同的方法维持振幅不变，从而获得样品表面的形貌嘲。 本实验中采用接触模式测试样品的表面形貌。 2 3e c r 放电等离子体的发射光谱诊断 5 2 , 5 6 , 5 7 , 5 8 1 2 3 1 放电等离子体发射光谱诊断的原理与方法 发射光谱是一种对等离子体无扰动的诊断方法，它不需要在等离子体中插入任何 信号接收器件，只需要一个窗口接受光辐射信号就可以测量。 等离子体中的各种基团中的原子受到其他粒子的相互作用而吸收能量，其外层电 子将从低能级跃迁到高能级，这种状态称为激发态。处于高能态的电子是不稳定的， 其寿命小于1 0 - a s 。当它从激发态回到基态时，就要释放出多余的能量。若此能量以 光的形式出现，即得到了发射光谱。 设高能级的能量为e 2 ，低能级的能量为墨，发射光谱的波长为五( 或频率y ) ， 则释放出的能量皿与发射光谱的波长关系为： a e = 易一巨= _ h - c = h v ( 2 - 4 ) 或 旯：竺(2-5) 易一巨 其中h 为普朗克常数( 6 6 2 6 x 1 0 3 4 j s ) ，c 为光速( 2 9 9 7 9 2 5 x 1 0 1 0 c m s ) 。通过对收集 1 9 热处理对掺c t h 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制各及表征方法 起来的不同频率的光信号进行分析从而得出等离子体的特性，这就是发射光谱的诊断 原理。 设i 、j 两能级间跃迁所产生的谱线强度以厶表示，则： 屯= 詈 h v i j n o e 蔓k r ( 2 - 6 ) 其中，g i 和g j 为激发态和基态的统计权重，如为f 、_ 两能级间的跃迁几率，h 为普 朗克常数，为发射谱线的频率，n o 为单位体积内处于基态的原子数，互为激发电 位，k 为波尔兹曼常数( 1 3 8 x 1 0 2 饥) ，t 为激发温度( k ) 。 由上式可以看出，谱线强度与下列因素有关： ( 1 ) 激发电位：谱线强度与激发电位的关系是负指数关系。激发电位愈大，谱线 强度就愈小。这是由于随着激发电位的增高，处于该激发态的原子迅速减少。实践证 明，绝大多数激发电位较低的谱线都是比较强的，激发电位最低的共振线往往是最强 线。 ( 2 ) 跃迁几率：跃迁是指原子的外层电子从高能态跳跃到低能态发射出光量子的 过程。跃迁几率是指两能级间的跃迁在所有可能发生的跃迁中的几率。跃迁几率可通 过实验数据计算得到。谱线强度与跃迁几率成正比。 ( 3 ) 统计权重：在磁场中，有时一条谱线可以分裂成为几条谱线。只是由于具有 相同相同的以、l 、j 值但有不同的磁量子数朋j 值所引起的。m j 是决定总角动量沿 磁场分量的量子数，与j 值有关，在数值上m ；为： = ，( ，一1 ) ( 2 7 ) 因此，m ；可取2 j + 1 个不同值。在无外磁场的作用下，具有相同的n 、l 、j 的每一 能级，可以认为是由2 j + 1 个不同的能级合并而成的。( 2 j + 1 ) 这个数值，称为简并 度或统计权重。谱线强度与统计权重成正比。 ( 4 ) 激发温度：随着温度升高，谱线强度增大。但是，由于温度升高，体系中被 电离的原子数目也将增多，而中性原子相应减少，致使原子线强度减弱。电离度与激 热处理对掺c 也的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 发温度的关系满足沙哈( s a h a ) 关系式。 ( 5 ) 基态粒子：谱线强度与单位体积内处于基态的粒子数n o 成正比，但o 是由 元素的浓度决定的，所以在一定条件下，oo cc 。因此，谱线强度与元素的浓度应有 一定的关系。光谱定量分析就是根据这一关系而建立起来的。 对于离子谱线，其强度除与以上各因素有关外，还与元素的电离电位y 有关。离 子谱线的强度为： j ：k n ( k t ) e - p 一( 2 8 ) 式中k 为旦a ，为中性原子及离子的密度，v 为电离电位，昱为激发电位。 g o 2 3 2 特征谱线与基团识别 d 5 的放电等离子体中存在着许多基团，每种基团都有其特定的本征发射谱线， 在分析光谱图时要首先对这些谱线进行识别。与d 5 放电等离子体中主要基团相关的 发射谱线及其特征如表2 2 所示。 表2 2d 5 放电等离子体中的基团发射光谱特征谱线表 基团光谱范围( n m ) 3 2 5 4 ，5 0 6 1 ，5 9 0 7 ，6 4 1 2 o 3 8 6 8 ，5 4 4 6 ，6 3 9 2 ，7 9 4 8 s i o4 2 5 8 4 3 0 2 c 24 6 7 6 ，5 1 1 9 ，5 1 5 8 ，5 4 8 9 ，5 5 5 3 ，5 5 9 9 ，5 6 4 6 4 8 5 7 6 5 5 6 h 2 6 0 2 6 4 1 5 4 ，4 1 9 4 ，4 3 3 4 ，4 5 0 4 ，5 8 8 2 ，6 7 4 9 ，6 8 6 7 ，6 9 5 9 ， 7 0 6 5 ，7 2 6 7 ，7 3 7 9 ，7 5 0 3 ，7 6 3 3 ，7 71 8 ，7 8 6 5 2 1 热处理对掺c 也的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第二章s i c o h 薄膜的制备及表征方法 2 4s i c o h 薄膜润湿性能的水接触角( c o n t a c ta n g l e ) 表征网 接触角是表征薄膜表面亲水性的一种最直观、有效的方法。将液体滴于固体表面 上，随着体系性质的不同，液体或铺展而覆盖固体表面，或形成一液滴停于其上。如 图2 7 所示，我们把液体与固体平面所形成的液滴的形状用接触角( c o n t a c ta n g l e ) 来描 述。准确的接触角是在固、液、气三相交界处，自固液界面经液体内部到气体界面的 夹角，通常以0 来表示。习惯上，我们把? = 9 0 0 定义为润湿与否的标准，通常认为9 0 0 为不润湿，? 1 ) 规律，即随着场强增大，电流密度急剧增大。未处理样品的指数n 在1 5 2 4 之间，热处理后指数n 进一步增大，在2 2 。4 8 之间。对于绝缘介质，在高场下最可 能的导电机制是肖特基发射( s e ) 、否勒诺德海姆( f o w l e r - n o r d h e i m ) 注入、空间电荷 限流( s c l c ) 、普尔一弗仑克尔( p o o l e f r e n k e l ) 效应( p f e ) 和h i l l 定律嘲。根据这些不同 导电机制的电流一电压特征，s i c o h 低k 薄膜的导电行为符合空间电荷限流过程， 这种导电行为主要与薄膜中c - - - c 键结构的增强有关嘲。 热处理对掺c t l 的s i c o h 薄膜结构及性能的影响第四章热处理对掺c 也的s i c 0 1 t 薄膜结构及性能的影响 图4 7c i - h 流量为0 、1 0 、2 0 s c c m 时沉积的s i c o h 低k 薄膜热处理前后的j - e 曲线 4 5 电容一电压( c v ) 特性 图4 8 为不同c h 4 流量时沉积的s i c o h 低k 薄膜热处理前后的c - v 关系曲线。 根据c - v 曲线，获得了s i c o h 低k 薄膜m i s 结构的平带电压v v a 。 随着c h 4 流量的增大，平带电压v v a 从负电压向正电压区移动，处于一7 6 1 3 1 v 之间。平带电压v 阳的移动与s i c o h 低k 薄膜s i 基片界面的可动电荷有关，表明 c h 4 的掺入使界面的可动电荷发生了变化。经热处理后，平带电压v v b 又回向负电压 移动，处于1 5 2 一- 0 6 v 之间。在s i c o h s i 界面，可动电荷主要来源于界面存在的 s i 悬挂键，随着c h 4 的掺入，部分s i 悬挂键与一c h x 基团键合，形成s i c h x ( x = 2 ，3 ) 结构，从而使s i 悬挂键含量降低，可动电荷减少，平带电压v v a 发生移动。从薄膜 的红外谱可见随着c h 4 流量的增加，c h x 相关的? s c - h 3 ( 2 8 7 6 锄以) 、? a c h 2 ( 2 9 2 6 咄。1 ) 、 ? a c h 3 ( 2 9 5 6 锄d ) 吸收峰强度都逐渐增大，并出现d a c h 3 ( 1 4 5 8c m 1 ) 、d s c h 3 ( 1 3 7 6 锄。1 ) 吸收峰。当薄膜经过热处理后，由于s i - c h x ( x = 2 ，3 ) 结构中- c h x 基团的解吸， s i 悬挂键的数目增加，导致平带电压v f b 又回向负电压移动。 图4 8 掺c i - hs i c o h 低k 薄膜热处理前后的c - v 曲线 热处理对掺c i 的s i c 0 i 薄膜结构及性能的