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利用正硅酸乙酯制备二氧化硅膜

王涛;杨茂文;李艳琼;程莉莉;王升高;汪建华

【摘要】以正硅酸乙酯为原料,利用微波等离子体化学气相沉积法在低温条件下在

Si基片上制备了SiO2膜,着重研究了正硅酸乙酯注入位置对SiO2膜结构的影响.

实验表明,在利用等离子体化学气相沉积法制备SiO2膜时,表面反应是低温条件下

获得高质量膜的重要条件之一;同时射频偏压的使用有利于提高膜的致密度.

【期刊名称】《武汉工程大学学报》

【年(卷),期】2007(029)002

【总页数】3页(P51-53)

【关键词】二氧化硅膜;正硅酸乙酯;微波等离子体化学气相沉积法;表面反应

【作者】王涛;杨茂文;李艳琼;程莉莉;王升高;汪建华

【作者单位】湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北,武汉,430074;武汉健

民药业集团股份有限公司,湖北,武汉,430000;湖北省等离子体化学与新材料重点实

验室,湖北,武汉,430074;湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北,武

汉,430074;湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北,武汉,430074;湖北省等

离子体化学与新材料重点实验室,湖北,武汉,430074

【正文语种】中文

【中图分类】TN2

0引言

SiO2基平面光波导在现代光通信中具有非常重要的作用，是光集成和光电集成的

基础,已被广泛地用于光器件，如波分复用器、耦合器等的制备[1～3].平面光波导

制作的整个过程包括SiO2膜层的制备、坚实、反应离子刻蚀以及SiO2包层的制

备等.在SiO2膜的制备方面，主要方法有火焰水解法和化学气相沉积法.其中火焰

水解法能非常有效地用于SiO2膜的制备，但其要求高于1000℃的坚实处理，不

利于光波导器件与其它半导体器件的集成.而等离子体化学气相沉积法因其显著的

低温沉积的特点而在SiO2膜的制备方面日益受到广泛的关注[3,4].

在利用等离子体化学气相沉积法制备SiO2膜时常以SiH4作为原料.由于SiH4易

燃易爆、剧毒且价格昂贵，烷氧基硅烷也逐渐开始用于SiO2膜的研制[5,6].本文

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，利用微波等离子体化学气相沉积法低温制备了SiO2

膜.通过对膜的剖面结构观察、TEOS注入点对膜结构的影响分析，讨论了TEOS

在等离子体中所发生的反应对膜质量的影响，为等离子体化学气相沉积装置的合理

设计以及高质量膜的制备提供了一定的依据.

1实验

用于膜沉积的装置是实验室自制的微波等离子体化学气相沉积装置.该装置由微波

源、波导单元、真空沉积腔体以及真空系统组成.将分析纯TEOS置于60℃的水浴

中以获得足够的TEOS蒸汽.在膜的沉积过程中，腔体内压力保持在5×10-1Pa，

微波功率为300W，氩气、氧气和TEOS的流速分别为20cm3/min、50

cm3/min和1cm3/min(标准状态下).氩气和氧气直接注入到腔体上部，而TEOS

蒸汽则通过一个均流环注入到等离子体腔体中.在本实验中TEOS采用了三个不同

的注入点：注入点分别位于Si基片上部100mm(d=100mm)、50mm(d=50

mm)、20mm(d=20mm).当d=100mm时，TEOS注入点位于等离子体中，当

d=50mm时，TEOS的注入点位于等离子体球底部，当d=20mm时，TEOS的

注入点远离等离子体.在本研究中基片没有采用任何辅助加热方式.对于部分样品采

用了射频偏压，射频功率为100W.待膜沉积完毕后，利用日本电子生产的JSM-

5510LV型扫描电子显微镜观察膜层的断面结构.

2结果与讨论

图1示出了TEOS注入点高于基片位置100mm(d=100mm)反应20min的产

物断面图象.其中图1(a)为没有采用射频偏压的膜断面.从图1(a)发现，沉积产物为

颗粒状物质，完全没有成膜.而图1(b)则利用了射频偏压，从中可以发现SiO2虽

然成膜，但其表面十分粗糙.同时其结构相当疏松，利用很小的外力作用即可将沉

积物刮除.

图2示出了d=50mm时所获得的沉积物的断面图象.在该样品的制备过程中采用

了射频偏压，沉积时间为20m