[發(fā)明專利]一種氧化硅膜材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410353783.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN104099581A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋志偉;褚衛(wèi)國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C23C16/40
• 分類號(hào): C23C16/40;C23C16/44;C23C16/52
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)、半導(dǎo)體和微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超薄氧化硅膜材料，所述膜材料具有良好的均勻性，厚度約為100nm，其具有良好的絕緣性、穩(wěn)定性和機(jī)械特性，可以作為絕緣層、保護(hù)膜或光學(xué)膜，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微波、光電子以及光學(xué)器件等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

薄膜是一種特殊的物質(zhì)形態(tài)，由于其在厚度這一特定方向上尺寸很小，只是微觀可測(cè)的量，而且在厚度方向上由于表面、界面的存在，使物質(zhì)連續(xù)性發(fā)生中斷，由此使得薄膜材料產(chǎn)生了與塊狀材料不同的獨(dú)特性能。

光學(xué)薄膜是由薄的分層介質(zhì)構(gòu)成的，通過界面?zhèn)鞑ス馐囊活惞鈱W(xué)介質(zhì)材料，廣泛用于光學(xué)和光電子技術(shù)領(lǐng)域，制造各種光學(xué)儀器。光學(xué)薄膜技術(shù)在理論、設(shè)計(jì)、計(jì)算和工藝方面已形成了完整的體系，一些新型微觀結(jié)構(gòu)的功能薄膜被不斷開發(fā)出來，這些功能薄膜的相繼出現(xiàn)，使得光學(xué)薄膜技術(shù)廣泛地滲透到各個(gè)新興的科學(xué)研究領(lǐng)域中。氧化硅薄膜是一種重要的精細(xì)陶瓷薄膜材料，具有良好的絕緣性能、光學(xué)性能、鈍化性能、穩(wěn)定性和機(jī)械性能，在微電子、光電和材料表面改性等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

隨著薄膜的應(yīng)用越來越廣泛，薄膜的制備技術(shù)也逐漸成為高科技產(chǎn)品加工技術(shù)中的重要手段。薄膜的制備方法很多，如氣相生長法、液相生長法(或氣、液相外延法)、氧化法、擴(kuò)散與涂布法、電鍍法等等，而每一種制膜方法中又可分為若干種方法。等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法由于其靈活性、沉積溫度低，重復(fù)性好的特點(diǎn)，提供了在不同基體上制備各種薄膜的可能性，成為制備氧化硅薄膜最常用的方法之一。

薄膜的均勻性是薄膜制備過程中首先需要解決的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)。薄膜厚度的不均勻性，反映了待鍍基片上所沉積的薄膜厚度依基片在真空室里所處位置的變化而變化的情況。膜厚不均勻性包括兩個(gè)方面：①在同一組鍍制過程中處于不同基片位置沉積的薄膜有近似的膜厚分布；②獲得的每片薄膜只存在一定范圍內(nèi)的膜厚誤差分布。膜厚不均勻性的方面①保證了產(chǎn)業(yè)化的鍍膜效率，方面②保證了每個(gè)成品的性能。因此，膜厚不均勻性是衡量鍍膜裝置性能和薄膜質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，直接影響到鍍膜器件的可靠性、穩(wěn)定性，以及產(chǎn)品的一致性。對(duì)光學(xué)、光電等器件生產(chǎn)的成品率影響很大。

因此，本領(lǐng)域需要尋求一種具有良好均勻性的百納米氧化硅膜材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氧化硅薄膜不均勻性較大的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供了一種氧化硅膜材料，所述氧化硅膜材料的厚度為101-102nm；且在四英寸基底范圍內(nèi)，薄膜不均勻性低于0.5％；

其中，所述不均勻性的計(jì)算方法為：薄膜不均勻性＝(最大值-最小值)/(平均值×2)×100％，四英寸基底范圍內(nèi)，所測(cè)不同點(diǎn)數(shù)不少于17個(gè)。

其中，所述最大值為氮化硅膜材料測(cè)試點(diǎn)厚度的最大值；最小值為氮化硅膜材料測(cè)試點(diǎn)厚度的最小值；平均值為氮化硅膜材料測(cè)試點(diǎn)厚度的平均值，計(jì)算公式為：平均值＝測(cè)試點(diǎn)厚度之和/測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)。

優(yōu)選地，所述氧化硅膜材料的組分為SiO_x，其中1≤x≤2。

本發(fā)明提供的氧化硅膜材料的薄膜不均勻性低于0.5％。

本發(fā)明的目的之二在于提供了一種目的之一所述的氧化硅膜材料的制備方法，所述方法為：

將襯底置于高密度等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備腔體中，通入O₂氣體和SiH₄氣體作為反應(yīng)氣體，通入氬氣作為載體和保護(hù)氣體，進(jìn)行氣相沉積，獲得氧化硅膜材料；

其中，控制高密度等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備腔體的工作溫度為200～260℃，工作壓力為1～3Pa，功率為120～200W；

其中，所述氣相沉積的時(shí)間為4～6min；所述SiH₄氣體與O₂氣體的體積比為8～12，SiH₄氣體與氬氣的體積比為0.5～2。

對(duì)于采用高密度等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備制備氧化硅膜材料的方法，操作條件較多，包括溫度、壓力、功率、時(shí)間、通入氣體比例等，且相互之間有著密切的相互關(guān)系，不是獨(dú)立的單一變量，因此如何尋找一個(gè)合適的操作條件，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講是具有一定難度的。