二氧化硅薄膜制备课件
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总反应式为 SiH4+ 2O 2 SiO 2+ 气体副产
2.1物理气相沉积(PVD)
• 物理气相沉积主要分为蒸发 镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三 大类。其中真空蒸发镀膜技术 出现较早,但此法沉积的膜与基 体的结合力不强。在1963年,美 国Sandia公司的D.M.Mattox首先 提出离子镀(IonPlating)技术
4 二氧化硅（SiO2）薄 膜的应用
•微电子领域 •光学领域 •其他方面
微电子领域：
• 在微电子工艺中, SiO 2 薄膜因其优越的电
绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。在半 导体器件中, 利用SiO 2 禁带宽度可变的特性, 可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层, 以提 高光吸收效率; 还可作为金属2氮化物2氧化物 2半导体(MN SO ) 存储器件中的电荷存储层, 集成电路中CMO S 器件和SiGeMO S 器件以及
1 二氧化硅薄膜的制 备方法
1. 化学气相淀积法
2. 物理气相淀积
3. 热氧化法
4. 溶胶凝胶法
1.1化学气相淀积（CVD ）
• 化学气相淀积是利用化学反应 的方式，在反应室内，将反应物 （通常是气体）生成固态生成物 ，并淀积在硅片表面是的一种薄 膜淀积技术。因为它涉及化学反 应，所以又称CVD（Chemical
• CVD法又分为常压化学气相 沉积(APCVD)、低压化学气相 沉积(LPCVD)、等离子增强化 学气相沉积(PECVD)和光化学
1.1.1等离子体增强化学气
相沉积法
• 利用辉光放电,在高频电场下 使稀薄气体电离产生等离子体, 这些离子在电场中被加速而获 得能量,可在较低温度下实现 SiO2薄膜的沉积。这种方法的 特点是沉积温度可以降低,一般 可从LPCVD中的700℃下降至 200℃,且生长速率快,可准确控
3.1 热氧化法
• 干氧氧化 • 湿氧氧化 • 水汽氧化。
3.2 溶胶凝胶法
• 溶胶凝胶法是一种低温合成材料的方法, 是材料研究领域的热点。早在19 世纪中期, Ebelman 和Graham 就发现了硅酸乙酯在酸 性条件下水解可以得到“玻璃状透明的 ”SiO 2 材料, 并且从此在黏性的凝胶中可制 备出纤维及光学透镜片。这种方法的制作 费用低、镀膜简单、便于大面积采用、且 光学性能好,适用于立体器件。过去10 年中, 人们在此方面已取得了较大进展。通常, 多 孔SiO 2 薄膜的特性依赖溶胶2凝胶的制备条 件、控制实验条件(如溶胶组分、pH 值、老 化温度及时间、回流等) , 可获得折射率在1.
光学领域：
• 20 世纪80 年代末期, Si 基SiO 2 光波导 无源和有源器件的研究取得了长足的发展, 使这类器件不仅具有优良的传导特性, 还将 具备光放大、发光和电光调制等基本功能, 在光学集成和光电集成器件方面很有应用 前景, 可作为波导膜、减反膜和增透膜。随 着光通信及集成光学研究的飞速发展, 玻璃
1.Βιβλιοθήκη Baidu.2光化学气相沉积法
使用紫外汞灯(UV2Hg)作为辐射 源,利用Hg敏化原理,在SiH4+N2O混 合气体中进行光化学反应。SiH4和 O2分2路进入反应室,在紫外光垂直 照射下,反应方程式如下
3O 2 2O ·3 (< 195 nm ) O ·3 O ·+ O 2 (200～ 300 nm )
• 中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝 胶法成功地研制出紫外激光SiO 2 减反膜。 结果表明, 浸入涂膜法制备的多孔SiO 2 薄膜 比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO 2 薄膜有更好的减反射效果。在波长350 nm 处的透过率达到98% 以上, 紫外区的最高透 过率达到99% 以上。该SiO 2 薄膜有望用于 惯性约束聚变( ICF) 和X 光激光研究的透光 元件的减反射膜。目前在溶胶凝胶工艺制
摘要: 二氧化硅薄膜具有良好的硬
度、光学、介电性质及耐磨、
抗蚀等特性,在光学、微电子等 领域有着广泛的应用前景,是目 前国际上广泛关注的功能材料
• 二氧化硅具有硬度高、耐磨性 好、绝热性好、光透过率高、抗侵 蚀能力强以及良好的介电性质。通 过对各种制备方法、制备工艺的开 发和不同组分配比对二氧化硅薄膜 的影响研究,制备具有优良性能的 透明二氧化硅薄膜的工作已经取得 了很大进展。薄膜在诸多领域得到 了很好的应用,如用于电子器件和
3.3 液相沉积法
• 在化学沉积法中, 使用溶液的湿 化学法因需要能量较小, 对环境影 响较小, 在如今环境和能源成为世 人瞩目的问题之时备受欢迎, 被称 为sof t2p rocess (柔性过程)。近年 来在湿化学法中发展起一种液相沉 积法(L PD) , SiO 2 薄膜是用L PD 法 最早制备成功的氧化物薄膜。通常 使用H2SiF6 的水溶液为反应液, 在 溶液中溶入过饱和的SiO 2 (以SiO 2
其他方面：
•
非晶态SiO 2 薄膜由于具有十分优良的负电荷充
电和存储能力, 在20 世纪80 年代初、中期成为无机
驻极体的代表性材料, 与已经得到广泛应用的传统有
机高分子聚合物驻极体相比, 以单晶硅为基片的SiO
2 薄膜驻极体无疑具有不可比拟的优势。除了电荷
储存寿命长(可达200～ 500 年)、抗高温恶劣环境能
力强(可在近200 ℃温度区内工作) 外, 还可以和现代
硅半导体工艺相结合, 实现微型化甚至集成电路化。
谢谢观看
和低耗电; 在机械性能方面具有高附着力和 高硬度; 在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸 水性; 在热性能方面有高稳定性和低收缩性 。目前普遍采用的制备介质层的SiO 2, 其介 电常数约为4. 0, 并具有良好的机械性能。 如用于硅大功率双极晶体管管芯平面和台 面钝化, 提高或保持了管芯的击穿电压, 并提 高了晶体管的稳定性。这种技术, 完全达到 了保护钝化器件的目的, 使得器件的性能稳
2.1物理气相沉积(PVD)
• 物理气相沉积主要分为蒸发 镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三 大类。其中真空蒸发镀膜技术 出现较早,但此法沉积的膜与基 体的结合力不强。在1963年,美 国Sandia公司的D.M.Mattox首先 提出离子镀(IonPlating)技术
4 二氧化硅（SiO2）薄 膜的应用
•微电子领域 •光学领域 •其他方面
微电子领域：
• 在微电子工艺中, SiO 2 薄膜因其优越的电
绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。在半 导体器件中, 利用SiO 2 禁带宽度可变的特性, 可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层, 以提 高光吸收效率; 还可作为金属2氮化物2氧化物 2半导体(MN SO ) 存储器件中的电荷存储层, 集成电路中CMO S 器件和SiGeMO S 器件以及
1 二氧化硅薄膜的制 备方法
1. 化学气相淀积法
2. 物理气相淀积
3. 热氧化法
4. 溶胶凝胶法
1.1化学气相淀积（CVD ）
• 化学气相淀积是利用化学反应 的方式，在反应室内，将反应物 （通常是气体）生成固态生成物 ，并淀积在硅片表面是的一种薄 膜淀积技术。因为它涉及化学反 应，所以又称CVD（Chemical
• CVD法又分为常压化学气相 沉积(APCVD)、低压化学气相 沉积(LPCVD)、等离子增强化 学气相沉积(PECVD)和光化学
1.1.1等离子体增强化学气
相沉积法
• 利用辉光放电,在高频电场下 使稀薄气体电离产生等离子体, 这些离子在电场中被加速而获 得能量,可在较低温度下实现 SiO2薄膜的沉积。这种方法的 特点是沉积温度可以降低,一般 可从LPCVD中的700℃下降至 200℃,且生长速率快,可准确控
3.1 热氧化法
• 干氧氧化 • 湿氧氧化 • 水汽氧化。
3.2 溶胶凝胶法
• 溶胶凝胶法是一种低温合成材料的方法, 是材料研究领域的热点。早在19 世纪中期, Ebelman 和Graham 就发现了硅酸乙酯在酸 性条件下水解可以得到“玻璃状透明的 ”SiO 2 材料, 并且从此在黏性的凝胶中可制 备出纤维及光学透镜片。这种方法的制作 费用低、镀膜简单、便于大面积采用、且 光学性能好,适用于立体器件。过去10 年中, 人们在此方面已取得了较大进展。通常, 多 孔SiO 2 薄膜的特性依赖溶胶2凝胶的制备条 件、控制实验条件(如溶胶组分、pH 值、老 化温度及时间、回流等) , 可获得折射率在1.
光学领域：
• 20 世纪80 年代末期, Si 基SiO 2 光波导 无源和有源器件的研究取得了长足的发展, 使这类器件不仅具有优良的传导特性, 还将 具备光放大、发光和电光调制等基本功能, 在光学集成和光电集成器件方面很有应用 前景, 可作为波导膜、减反膜和增透膜。随 着光通信及集成光学研究的飞速发展, 玻璃
1.Βιβλιοθήκη Baidu.2光化学气相沉积法
使用紫外汞灯(UV2Hg)作为辐射 源,利用Hg敏化原理,在SiH4+N2O混 合气体中进行光化学反应。SiH4和 O2分2路进入反应室,在紫外光垂直 照射下,反应方程式如下
3O 2 2O ·3 (< 195 nm ) O ·3 O ·+ O 2 (200～ 300 nm )
• 中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝 胶法成功地研制出紫外激光SiO 2 减反膜。 结果表明, 浸入涂膜法制备的多孔SiO 2 薄膜 比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO 2 薄膜有更好的减反射效果。在波长350 nm 处的透过率达到98% 以上, 紫外区的最高透 过率达到99% 以上。该SiO 2 薄膜有望用于 惯性约束聚变( ICF) 和X 光激光研究的透光 元件的减反射膜。目前在溶胶凝胶工艺制
摘要: 二氧化硅薄膜具有良好的硬
度、光学、介电性质及耐磨、
抗蚀等特性,在光学、微电子等 领域有着广泛的应用前景,是目 前国际上广泛关注的功能材料
• 二氧化硅具有硬度高、耐磨性 好、绝热性好、光透过率高、抗侵 蚀能力强以及良好的介电性质。通 过对各种制备方法、制备工艺的开 发和不同组分配比对二氧化硅薄膜 的影响研究,制备具有优良性能的 透明二氧化硅薄膜的工作已经取得 了很大进展。薄膜在诸多领域得到 了很好的应用,如用于电子器件和
3.3 液相沉积法
• 在化学沉积法中, 使用溶液的湿 化学法因需要能量较小, 对环境影 响较小, 在如今环境和能源成为世 人瞩目的问题之时备受欢迎, 被称 为sof t2p rocess (柔性过程)。近年 来在湿化学法中发展起一种液相沉 积法(L PD) , SiO 2 薄膜是用L PD 法 最早制备成功的氧化物薄膜。通常 使用H2SiF6 的水溶液为反应液, 在 溶液中溶入过饱和的SiO 2 (以SiO 2
其他方面：
•
非晶态SiO 2 薄膜由于具有十分优良的负电荷充
电和存储能力, 在20 世纪80 年代初、中期成为无机
驻极体的代表性材料, 与已经得到广泛应用的传统有
机高分子聚合物驻极体相比, 以单晶硅为基片的SiO
2 薄膜驻极体无疑具有不可比拟的优势。除了电荷
储存寿命长(可达200～ 500 年)、抗高温恶劣环境能
力强(可在近200 ℃温度区内工作) 外, 还可以和现代
硅半导体工艺相结合, 实现微型化甚至集成电路化。
谢谢观看
和低耗电; 在机械性能方面具有高附着力和 高硬度; 在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸 水性; 在热性能方面有高稳定性和低收缩性 。目前普遍采用的制备介质层的SiO 2, 其介 电常数约为4. 0, 并具有良好的机械性能。 如用于硅大功率双极晶体管管芯平面和台 面钝化, 提高或保持了管芯的击穿电压, 并提 高了晶体管的稳定性。这种技术, 完全达到 了保护钝化器件的目的, 使得器件的性能稳