二氧化锡溅射工艺研究.pdf

二氧化锡溅射工艺研究
冯海玉,黄元庆,冯勇建
(1.夏」大学机电工程系,福建厦」361005
2.厦」人学萨本栋微机电研究中心,福建厦『」361005
摘要:SnO2是最早使用也是目前使用最广泛的一种气敏材料,使用该材料设计制作的气敏传感器
具有许多优点。在简要介绍溅射镀膜的成膜过程不特点附基础上,着重介绍了SnO2膜的制备流
程,分析了功率利温度变化对成噗昂的影啊
关健词:SnO2膜;溅射功率:基片温度
中图分类号:TN304.055文献标识码:A文章编号:1671-4776(2003)07/08018903
Study on sputtering process of tin oxide
FENG Haryu', HUANG Yuarqing', FENG Yong-jian
(1. Department of Mechanical Elect ronic Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China
2. Pen Tung Sah MEMS Research Center of Xiamen University, Xiamen 361005, China)
Abstract: Sno2 is the one of gas-sensitivity materials that are used the earliest and the most widely
gas- sensitivity sensors made of this material have many advantages. Based on the simple introduction o
the course of puttering film plating and characteristic, the preparation flow is introduced in detail, the
effects of power or temperature changing on the film quality are anal yzed
Key words: Sno2 film, sputtering power, substrate temperature
钯材溅射粒了的产生过程是以动量传递为基础
的动力学过程。辉光放电将气体电离成具有高能量
随着纳米技术的发展,与该项技术相结合的气的入射离子,轰訢靶材表面,撞过稈中通过能量
敏传感器被广泛应用ず检测各种有害气体、可燃气传递,使靶材粒子获得一定动能之后克服靶表面的
体、エ业废气和环境污染气体。SnO2是最早使用也宋缚能而长溅出来。巾于用来轰击的入射离了能量
是目前使用最广泛的一种气敏材料,使用该材料较高,因此从靶材中溅射出米的粒子也具有较高的
设计制作的气敏传感器具有寿命长、灵敏度高、对有动能、这是溅射时靶材表面发生的一个主要过程,实
毒气体有高阻抗、输出信号大和成本低等特点。
が上在溅射过程中还会溅射出靶材的正离了、负离
SnO2气敏材料卞要有薄膜型、厚膜型和烧结子、二次电子、光子等多种粒子,产生多种效应。
型,但薄膜型气敏材料在低功耗、低温化、集成化方
2)溅射粒子向基片的迁移过程
面具有优势2]」。本文旨在研究采用射频反应磁
在溅射时,由于充入了工作气体,真空度较低
溅射方法时溅射功率利基片温度的变化对气敏材料气体分子的半均自巾程小す靶与基片间的距离。这
SnO2溥膜质量的影响。
样,溅射出米的靶材粒子在向基片的迁移过程中,彼
此之间的相互碰撞以及和工作气体及其他残余气体
2溅射薄膜的形成原理与特性
分了间的碰橦频繁发生,不但使溅射粒子的初始动
溅射薄膜的形成机理
能减少,而日还改变了溅射粒子脱离杷表面时的初
1)浅射粒」的产生过程
始方向,最终到达基片表阿的溅射粒子可能米自基
收稿日期:2003-05-15
Micronanoelectronic Fechnolo y/J uly -August 2003 189
纳电子技术2003年第78期
01994-2008chinaAcademicoumallectronicPublishingHouseRightsreservedhtpwww.cki.ner
片正前方整个空问的所有方向。这就是浅射薄膜的
9)置丁培养中存放于燥塔内各用。
厚度比较均匀,但成膜速度比较慢的原?。
3.1.2石英玻璃的标准清洗
3)溅射粒了在基片上的成膜过程
1)在.70%的内嗣和30%的乙醇混合液中浸泡
从靶材溅射出米的粒子到达基片表面之后,经6~7h以上。
过吸附、凝结、表面扩散迁移j碰撞结合等过程形成
2)连同混合液一起用超声波清沈5min
源定的晶核,然后再通过吸附使晶核长人形成小岛
3)置于中用超声波清洗5min
小岛不断长大,が经过相互联并聚结,最斤形成连续
4)置于乙醇中用超声波清洗5min
的薄膜。在这个过稈中,在基片上沉积的靶材粒子
去离子水净
及其他高能粒子可使基片表面变得粗糙,或产生离
6)用干净的高応N2次去水膜后,100C左行烘
子注入、表面小岛暂时带电等现象,对基片表面的影30mino
响较大。此外这些粒子在单位时问内对基片表面
7)置丁玻璃洗液(K2Cr2O1与浓H2SO4混合液
半均轰击次数很高,?此溅射时基片和薄膜的温度中备用。
变化比较显著。
3.2热氧化生长SiO2膜
2.2溅射薄膜的附着
根据氧化剂的不同,热氧化生长法可分为下氧
制备溥膜时允考虑能否固地附着在基氧化、湿氧氧化和水汽氧化类,氧化速率依次加
片上,否则薄膜的其他性质都尤法进行研究。附着快,成膜致密度依次降低。本试验釆用干-湿干的
力首先取決丁薄膜材料与基片材料的组合,只有薄氧化方法,将硅片放入高温氧化炉中在1000C下氧
膜材料对基片材料能产生浸润,附着力オ会大。通化1h,硅片表面与氧化剂发生反应生成SiO2膜,厚
过增人基片的表面能以及在膜和基片之间形成扩散度达倒600nm以上。
中问层能増大附着力。溅射出米的粒子出丁具有较3.3溅射SnO2膜
大动能,沉积到基片上时可发生较深的纵向扩散,形
薄膜制备是在JC500-3/D磁控浅射镀膜机上进
成扩散附着。通过対基片的认真清洗,去除基片表行的。该镀膜机为半顶钟罩式结构,两个磁控軋位
面污染以及対基片加热增人附着力
于钟軍的顶部,由上往下溅射。承片盘位于了
3制备SnO2膜的工艺流程
方。靶棊距在30~70mm的范围内可调。真空系
统为基本尢油的分了泵系统,各阅的控制为手控电
标准清洗
动。射频电源频率为13.56MHz,柲限真卒为8
3.1.1Si标准清洗
10-SPa,一般情況下抽到10-4Pa时就能满足使用
1)在70%的丙酮和30%6的乙醇混合液中浸泡要求。充气系统为?路,每一路都有质量流量计控
6~7h
制,可实现反应溅射。基片加热器为两只板状川热
2)连同混合液一起用超声波清洗5min。在进器,每只功1.4W,使用水冷系统进行冷却。
行超声波清洗吋,温度控制在50て以下,以防止丙
我们选用立0的石荧玻璃和1.5英寸的硅片
挥发;超声频率不应过高,以防止.基片破裂,本试(表面为SO2膜)作为基片,靶材是纯度为9
验中选川40Hz