[發(fā)明專利]氧等離子體輔助脈沖激光沉積法制備二氧化硅薄膜的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710047376.8
• 申請日: 2007-10-24
• 公開（公告）號: CN101139700A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李效民;何西亮;吳潔華;宋力昕;高相東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C14/10;C23C14/54
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 潘振甦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用氧等離子輔助脈沖激光沉積法來制備氧化物薄膜的方法，屬于半導(dǎo)體材料、光電材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前用于沉積氧化物薄膜的方法有多種，例如脈沖激光沉積(Pulsed?laserdeposition(PLD))、化學(xué)氣相沉積、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)等技術(shù)。由于PLD方法具有成膜質(zhì)量好、化學(xué)計量比易于控制、易于生長高熔點(diǎn)難熔化合物等優(yōu)勢，尤其是隨著大功率高能量脈沖激光器的成熟與進(jìn)步，近年來PLD方法被越來越多地應(yīng)用于各種氧化物薄膜的沉積中。

PLD方法的原理是利用高功率的脈沖激光與靶材的瞬間作用產(chǎn)生含有靶材成分的高能等離子體(也稱材料羽輝)，這些羽輝沉積到襯底上就會生長成薄膜材料。但是，通常在用于沉積氧化物薄膜時，PLD方法存在一個致命的缺點(diǎn)：如果使用氧化物靶材，激光熔融的材料羽輝容易產(chǎn)生分解，從而使制備的氧化物薄膜產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象；如果使用金屬或單質(zhì)靶材，即使外部通入氧也很難產(chǎn)生有效的補(bǔ)氧效果，也容易產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象。眾所周知，二氧化硅薄膜具有優(yōu)異的光學(xué)、介電等性質(zhì)以及良好的硬度、抗蝕、耐磨等特性，廣泛應(yīng)用于光學(xué)、微電子等領(lǐng)域，例如光學(xué)薄膜器件、電子器件和集成器件、傳感器等相關(guān)器件中，是目前最為重要的半導(dǎo)體薄膜材料。由于二氧化硅塊體在大約180nm到2μm范圍內(nèi)是透明材料，不能吸收很多脈沖激光器產(chǎn)生的激光，例如波長為532nm的YAG激光器以及波長為248nm的KrF激光器等等。因此，為了克服這一缺陷利用單質(zhì)硅作為靶材同時在生長室中通入一定量的氧氣來制備二氧化硅薄膜材料就變得十分必要。在PLD方法中這種外部補(bǔ)充的分子態(tài)的氧化學(xué)活性較低，不能產(chǎn)生有效的補(bǔ)氧效果，很容易生成介于一氧化硅薄膜與二氧化硅薄膜之間的某種非化學(xué)計量比薄膜。同時，外部通氧量太大會影響真空室的真空度，影響薄膜的生長質(zhì)量。因此，利用單質(zhì)硅靶的PLD方法，如何解決生長過程中這種缺氧問題，生成化學(xué)計量比的二氧化硅薄膜，是目前單質(zhì)硅靶的PLD方法制備二氧化硅薄膜需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種氧等離子體輔助脈沖激光沉積法制備二氧化硅薄膜的方法，激光熔融的靶材是單質(zhì)硅。該方法補(bǔ)氧時補(bǔ)充的是具有高化學(xué)活性的氧等離子體，能夠產(chǎn)生高效的補(bǔ)氧效果，以制備出高質(zhì)量化學(xué)計量比的二氧化硅薄膜。同時適用于其他的容易產(chǎn)生缺氧的氧化物薄膜的PLD沉積過程。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種氧等離子體輔助脈沖激光沉積法制備二氧化硅薄膜的方法，激光熔融的靶材是硅材料，二氧化硅薄膜的沉積生長是在引入氧等離子體裝置的脈沖激光沉積系統(tǒng)中進(jìn)行的。其中：脈沖激光沉積系統(tǒng)由脈沖激光器和超高真空生長室組成，超高真空生長室內(nèi)有靶材、襯底架等裝置；氧等離子體引入系統(tǒng)由氣體引入槍、高壓電源、氣體流量控制器等裝置組成；氧等離子體引入系統(tǒng)是用來產(chǎn)生氧等離子體，其過程是：氣體引入槍的槍口與超高真空生長室之間由陶瓷絕緣管隔離，高壓電源施加電壓于氣體引入槍的槍口與超高真空生長室的外壁之間，氣體引入槍口出來的氣體在外加強(qiáng)電壓的作用下產(chǎn)生電離，形成化學(xué)活性高的氧等離子體。

本發(fā)明的方法：

1、靶材制備。將需要鍍制薄膜的粉體，如單質(zhì)、氧化物或者是摻雜氧化物(按一定配比混合)，加入一定量的無水乙醇(通常是1∶2體積比)以及適量球磨子混合放入球磨機(jī)球罐中，球磨一定時間(一天到幾天不等，按所混的物質(zhì)而定)。取出放入干燥箱中烘干，然后進(jìn)行預(yù)燒(為了防止燒結(jié)變形等，不同物質(zhì)預(yù)燒溫度不一樣，一般要略低于燒結(jié)溫度)。然后重新進(jìn)行球磨，烘干。最后成型、燒結(jié)(無壓燒結(jié)溫度一般為高于物質(zhì)熔點(diǎn)的2/3)。