关于射频磁控溅射法制备SiO2薄膜及其性能的研究（2006年）

简介：
本研究探讨了利用射频磁控溅射法在不同条件下制备SiO2薄膜的过程，并详细分析了所得薄膜的物理化学性质与光学特性，为高性能SiO2薄膜的应用提供了理论依据和技术支持。 ### 射频磁控溅射SiO2薄膜的制备与性能研究 #### 一、研究背景及目的 本段落旨在探讨利用磁控射频反应溅射技术在单晶硅片上制备二氧化硅(SiO2)薄膜的方法，并进一步研究不同工艺参数对该薄膜性能的影响。二氧化硅薄膜因其优异的光学、电学以及化学稳定性，在半导体工业中有着广泛的应用，如作为绝缘层和掩模层等。磁控射频反应溅射是一种常用的薄膜制备方法，能够有效控制薄膜的厚度、均匀性和质量。 #### 二、实验方法与条件 1. **实验装置**：采用射频磁控溅射设备进行薄膜制备。 2. **基底材料**：选用单晶硅片作为基底。 3. **工艺参数**： - 氧气分压 - 溅射功率 4. **测试与表征**： - 薄膜沉积速率 - 薄膜表面形貌 - 折射率 - 电击穿场强 #### 三、实验结果分析 1. **薄膜沉积速率** 随着氧气分压的增加，薄膜沉积速率呈现先急剧下降后略有上升再缓慢下降的趋势。随着溅射功率的增加，薄膜沉积速率几乎呈线性增长。 2. **薄膜表面形貌** 在不同的溅射功率下，薄膜表面呈现出良好的均匀性。平均粗糙度随溅射功率的增加而增加，在100W时为1.740nm，300W时为2.914nm。 3. **薄膜折射率** 随着溅射气氛中氧气含量的增加，薄膜折射率逐渐升高并最终稳定在1.46左右。 4. **薄膜电击穿场强** 薄膜的电击穿场强随溅射功率的增加先缓慢上升后又慢慢下降。经过800℃、持续时间100秒的快速热处理，其电击穿场增强显著提升。 #### 四、讨论 1. **沉积速率的变化**：随着氧气分压变化，反应过程中的活性改变明显影响着薄膜沉积率的表现；溅射功率增加则使得离子轰击能量增大，有利于提高沉积速度。 2. **表面形貌与粗糙度**：良好的均匀性表明该制备方法能够有效地控制薄膜的平整程度。而更高的溅射功率可能会导致粒子动能加大，从而引起表面不平滑现象加剧。 3. **折射率变化**：随着氧气含量增加形成的Si-O键增多，提高了薄膜密度和折射率，并最终达到稳定值。 4. **电击穿场强的变化**：这与内部结构的稳定性相关。溅射功率增大可能导致更多缺陷出现，影响其电学性能；热处理优化了内部结构后使电击穿强度提高。 #### 五、结论 通过磁控射频反应溅射法成功制备出高质量二氧化硅薄膜，并对其沉积速率、表面形貌、折射率以及电击穿场强进行了系统研究。实验结果表明，适当调整工艺参数可以有效控制各项性能指标，为进一步优化薄膜的制造提供了理论依据与技术支持。