專利名稱：一種多孔SiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔SiO2薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
基于熱探測的非制冷紅外探測器具有快速、寬頻響應(yīng)和室溫工作的特性，易于熱成像，性價比高。非制冷紅外探測器將入射輻射轉(zhuǎn)換為熱，從而導(dǎo)致探測器元件溫度升高，溫度的變化隨后將轉(zhuǎn)換為可被放大和顯示的電信號。非制冷紅外探測器的信號大小主要受敏感元溫度變化的影響，由于硅襯底的熱導(dǎo)率極高(145W/mk)，相當(dāng)比例的熱量散失在硅片中，使探測器的響應(yīng)度大大降低。目前降低熱導(dǎo)被公認(rèn)為提高非制冷焦平面列陣性能的主要途徑。因此，良好的熱絕緣結(jié)構(gòu)是高性能非制冷紅外探測器研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前的熱絕緣結(jié)構(gòu)主要有懸浮結(jié)構(gòu)、空氣隙結(jié)構(gòu)、微橋結(jié)構(gòu)和復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。懸浮結(jié)構(gòu)、空氣隙結(jié)構(gòu)、微橋結(jié)構(gòu)均能在一定程度上阻止熱流從熱釋電薄膜向高熱導(dǎo)率的硅基底散失，但存在制備工藝復(fù)雜，成品率較低等缺點。復(fù)合膜結(jié)構(gòu)是在基底和底電極之間制備一層熱導(dǎo)率較低的多孔SiO2薄膜，從而有效減小熱量從敏感元到襯底的散失。該結(jié)構(gòu)采用與半導(dǎo)體工藝兼容的平面工藝，有相對較高的機(jī)械強(qiáng)度。
多孔SiO2薄膜的制備一般采用溶膠凝膠方法，為了獲得較大孔隙率和厚度的多孔SiO2薄膜，需要多次在硅片上涂敷SiO2溶膠，多次干燥，最后還需要高溫?zé)崽幚怼６釉诟稍锖蜔崽幚磉^程中極易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響薄膜的質(zhì)量。此外，該方法制備多孔SiO2薄膜的工藝控制性較差，不利于探測器的集成制造。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種多孔SiO2薄膜的制備方法，具體步驟如下(1)、采用平行極板式電容耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備，按常規(guī)方法對Si基片進(jìn)行前期處理后固定在樣品臺上，然后對反應(yīng)室抽真空至真空度達(dá)1.0×10-4Pa；(2)、反應(yīng)氣體SiH4與N2O的氣體流量比設(shè)置為30sccm/30sccm到30sccm/65sccm之間，N2O的濃度是SiH4的5～15倍，反應(yīng)氣體壓強(qiáng)為5Pa到15Pa；(3)、設(shè)置等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的射頻功率為300W到450W，襯底溫度為25℃到60℃，輸入反應(yīng)氣體經(jīng)沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。
所述的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的上電極極板為雙層篩狀進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，兩極板的板間距為2.5cm～3.5cm，13.56MHz的射頻信號經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接到上極板上，下電極極板接地，同時作為樣品臺；設(shè)備裝有可自動測溫、控溫的控溫系統(tǒng)，以獲得沉積反應(yīng)所要求的溫度。
所述的反應(yīng)氣體SiH4是經(jīng)過Ar稀釋的濃度為15％的混合氣體，即為15％SiH4+85％Ar。
本發(fā)明采用PECVD法制備多孔SiO2薄膜，具有工藝步驟簡單，工藝控制性好的優(yōu)點，可以在低溫下連續(xù)沉積獲得孔隙率在29％～47％從幾百納米到幾個微米的大面積多孔SiO2薄膜，制備過程與半導(dǎo)體硅工藝完全兼容，適合于器件的集成制造。


圖1為依據(jù)本發(fā)明制備得到的多孔SiO2薄膜表面形貌的原子力顯微鏡AFM像示意圖。
如圖所示，根據(jù)生長時間的長短，可以獲得數(shù)百納米到幾個微米的多孔SiO2薄膜；根據(jù)臺階測厚儀的測試結(jié)果，計算得到生長速率在9/s到17/s之間；多孔SiO2的折射率由橢偏儀測量(光波波長632.8nm)，得到薄膜的折射率在1.26到1.34之間；孔隙率根據(jù)公式ρ＝(n2-nρ2)/(n2-1)計算，其中nρ和n分別是多孔SiO2薄膜的有效折射率和SiO2塊體材料的折射率，n在光波波長632.8nm處為1.457，計算得到折射率在1.26到1.34之間的SiO2薄膜的孔隙率為29％～47％。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于下面的實施例子。
實施例1對Si片先依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗5min，再用Ar等離子體清洗10分鐘，然后將Si片固定在樣品臺，對反應(yīng)室抽真空至本底真空度達(dá)1.0×10-4Pa。設(shè)置反應(yīng)氣體流量SiH4＝30sccm，N2O＝30sccm，其中SiH4經(jīng)Ar稀釋，濃度為15％；反應(yīng)氣體壓強(qiáng)5Pa，射頻功率300W，襯底溫度60℃。設(shè)置反應(yīng)時間1000s，沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。薄膜厚度為850nm，折射率為1.332(光波波長632.8nm處)，孔隙率為31％。
實施例2對Si片先依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗5min，再用Ar等離子體清洗10分鐘，然后將Si片固定在樣品臺，對反應(yīng)室抽真空至本底真空度達(dá)1.0×10-4Pa。設(shè)置反應(yīng)氣體流量SiH4＝30sccm，N2O＝40sccm，其中SiH4經(jīng)Ar稀釋，濃度為15％；反應(yīng)氣體壓強(qiáng)8Pa，射頻功率350W，襯底溫度30℃。設(shè)置反應(yīng)時間1000s，沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。薄膜厚度為1000nm，折射率為1.324(光波波長632.8nm處)，孔隙率為33％。
實施例3對Si片先依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗5min，再用Ar等離子體清洗10分鐘，然后將Si片固定在樣品臺，對反應(yīng)室抽真空至本底真空度達(dá)1.0×10-4Pa。設(shè)置反應(yīng)氣體流量SiH4＝30sccm，N2O＝50sccm，其中SiH4經(jīng)Ar稀釋，濃度為15％；反應(yīng)氣體壓強(qiáng)10Pa，射頻功率400W，襯底溫度30℃。設(shè)置反應(yīng)時間1000s，沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。薄膜厚度為1200nm，折射率為1.315(光波波長632.8nm處)，孔隙率為35％。
實施例4對Si片先依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗5min，再用Ar等離子體清洗10分鐘，然后將Si片固定在樣品臺，對反應(yīng)室抽真空至本底真空度達(dá)1.0×10-4Pa。設(shè)置反應(yīng)氣體流量SiH4＝30sccm，N2O＝60sccm，其中SiH4經(jīng)Ar稀釋，濃度為15％；反應(yīng)氣體壓強(qiáng)10Pa，射頻功率400W，襯底溫度40℃。設(shè)置反應(yīng)時間1000s，沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。薄膜厚度為1600nm，折射率為1.294(光波波長632.8nm處)，孔隙率為40％。
實施例5對Si片先依次用甲苯、丙酮、酒精超聲波清洗5min，再用Ar等離子體清洗10分鐘，然后將Si片固定在樣品臺，對反應(yīng)室抽真空至本底真空度達(dá)1.0×10-4Pa。設(shè)置反應(yīng)氣體流量SiH4＝30sccm，N2O＝65sccm，其中SiH4經(jīng)Ar稀釋，濃度為15％；反應(yīng)氣體壓強(qiáng)15Pa，射頻功率450W，襯底溫度25℃。設(shè)置反應(yīng)時間1000s，沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。薄膜厚度為1800nm，折射率為1.272(光波波長632.8nm處)，孔隙率為45％。
權(quán)利要求
1.一種多孔SiO2薄膜的制備方法，其特征在于步驟如下(1)、采用平行極板式電容耦合等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備，按常規(guī)方法對Si基片進(jìn)行前期處理后固定在樣品臺上，然后對反應(yīng)室抽真空至真空度達(dá)1.0×10-4Pa；(2)、反應(yīng)氣體SiH4與N2O氣體流量比設(shè)置為30sccm/30sccm到30sccm/65sccm之間，N2O的濃度是SiH4的5～15倍，反應(yīng)氣體壓強(qiáng)為5Pa到15Pa；(3)、設(shè)置等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的射頻功率為300W到450W，襯底溫度為25℃到60℃，輸入反應(yīng)氣體經(jīng)沉積反應(yīng)得到疏松多孔SiO2薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔SiO2薄膜的制備方法，其特征在于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的上電極極板為雙層篩狀進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，兩極板的板間距為2.5cm～3.5cm，13.56MHz的射頻信號經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接到上極板上，下電極極板接地，同時作為樣品臺；設(shè)備裝有可自動測溫、控溫的控溫系統(tǒng)，以獲得沉積反應(yīng)所要求的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔SiO2薄膜的制備方法，其特征在于反應(yīng)氣體SiH4是經(jīng)過Ar稀釋的濃度為15％的混合氣體，即為15％SiH4+85％Ar。
全文摘要
一種多孔SiO
文檔編號C23C16/52GK1974839SQ20061016382
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者莫鏡輝, 劉黎明, 楊培志 申請人:昆明物理研究所