專利名稱：一種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中二氧化硅薄膜生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種 生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法。
背景技術(shù)：
二氧化硅(Si02)薄膜具有硬度高、耐磨性好、絕熱性好、光透過率高、抗侵蝕能力強(qiáng)以及良好的介電性質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。 如半導(dǎo)體器件和光電器件，電子器件和集成器件、光學(xué)薄膜器件、傳感器 等相關(guān)器件中。二氧化硅薄膜已經(jīng)成為這些領(lǐng)域中使用率極高的材料，一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)之一。為適應(yīng)二氧化硅的各種不同功能，現(xiàn)已發(fā)展了多種生長(zhǎng)或沉積薄膜的工藝技術(shù)。如氣相沉積，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)，電子回 旋共振CVD(ECR-CVD)，濺射，以及熱氧化等。然而，隨著微電子等器件 尺寸不斷地縮小，利用以前的高溫生長(zhǎng)方法來生長(zhǎng)這種薄膜將是不可能 的。因?yàn)楦邷匾饟诫s物質(zhì)擴(kuò)散和硅片變形，且高溫下對(duì)這種薄膜生長(zhǎng)厚 度的控制也將是極其困難的。另外，對(duì)于很有前途的III-V族光電子學(xué)襯底材料，如磷化銦它在120 攝氏度時(shí)就會(huì)受到明顯的損傷，在250-300攝氏度就開始分解。這是發(fā)展 III-V族器件的主要障礙之一。雖然PECVD的淀積溫度較低，約200攝氏度，但存在薄膜中雜質(zhì)含量 較高，薄膜硬度較低，薄膜內(nèi)存在空洞等問題。另外這些方法一般都要求 復(fù)雜的設(shè)備、高真空或高溫高壓環(huán)境，無疑對(duì)氧化膜的性能極為不利，并 且成本很高。所以，發(fā)展二氧化硅薄膜的低溫、低成本生長(zhǎng)技術(shù)一直是人 們所關(guān)注的重要問題之一。最近十幾年來， 一種低溫鍍膜工藝一低溫化學(xué)液相淀積(CLD或LPD) 引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。目前日本、美國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和芬蘭都有一 些科研小組在進(jìn)行LPD的研究，但它在中國(guó)大陸尚未引起足夠的重視， 目前并沒有專門的研究小組對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可重復(fù)性好，可靠性高， 成本低，易于產(chǎn)業(yè)化的在半導(dǎo)體基片上低溫液相生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方 法。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，該方法包括A、 配制二氧化硅飽和溶液；B、 在配制的二氧化硅飽和溶液中加入去離子水或蒸餾水，攪拌得到
二氧化硅的過飽和溶液；C、 在二氧化硅的過飽和溶液中加入硼酸或鋁，攪拌得到飽和生長(zhǎng)溶液；D、 將半導(dǎo)體襯底垂直浸入到所述飽和生長(zhǎng)溶液中，二氧化硅在半導(dǎo) 體襯底表面沉積，形成二氧化硅薄膜。所述步驟A包括取適量硅酸粉和六氟硅酸配成溶液，在室溫下充分 攪拌6小時(shí)以上，然后用過濾器濾掉未溶解的硅酸粉，得到二氧化硅飽和 溶液。所述硅酸粉和六氟硅酸放入聚四氟乙烯或塑料容器中，所述過濾器為 聚四氟乙烯過濾器。所述步驟B包括用適量蒸餾水或去離子水稀釋二氧化硅飽和溶液， 得到一定摩爾濃度的六氟硅酸溶液，然后在室溫下攪拌所述的六氟硅酸溶 液得到二氧化硅的過飽和溶液。步驟D中所述半導(dǎo)體襯底為表面經(jīng)過清洗處理的半導(dǎo)體襯底，所述半 導(dǎo)體襯底為硅(Si)襯底，或?yàn)樯榛?GaAs)襯底，或?yàn)榈?GaN) 襯底，或?yàn)榱谆?InP)襯底，或?yàn)楣k碲(HgCdTe)襯底。所述清洗半導(dǎo)體硅襯底采用硫酸和雙氧水的混合溶液浸泡，然后用去 離子水沖洗干凈。步驟D中所述飽和生長(zhǎng)溶液的溫度為40攝氏度。該方法進(jìn)一步包括持續(xù)向生長(zhǎng)溶液中加入硼酸粉、鋁和飽和二氧化 硅的過飽和溶液，補(bǔ)充反應(yīng)消耗掉的硼酸粉、鋁和飽和二氧化硅的過飽和 溶液，使得沉積持續(xù)進(jìn)行。 (三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明提供的這種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，所需要的裝置僅有 聚四氟乙烯或塑料容器，聚四氟乙烯過濾器，磁力攪拌器，可保持恒溫的 水浴，以及放置基片的夾具；所需要的化學(xué)藥品均為市場(chǎng)上容易買到的硅酸粉和六氟硅酸，以及硼酸，金屬純鋁等。另外薄膜生長(zhǎng)溫度低，生長(zhǎng)過 程中不需要熱處理，操作容易，設(shè)備簡(jiǎn)單。因此，本發(fā)明的低溫液相生長(zhǎng) 二氧化硅的方法可重復(fù)性好，可靠性高，成本極低，易于產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)對(duì) 環(huán)境影響較小。2、 本發(fā)明提供的這種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，可以大規(guī)模應(yīng)用于 半導(dǎo)體工藝以及微電子等相關(guān)領(lǐng)域中，具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明提供的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜總體技術(shù)方案的方法流程圖； 圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為首先利用硅酸粉和六氟硅酸配制二氧化硅的飽 和溶液；然后用去離子水或蒸餾水配制二氧化硅的過飽和溶液；再通過在 過飽和液中加入鋁或硼酸并攪拌的方法得到二氧化硅飽和生長(zhǎng)溶液；將半
導(dǎo)體基片垂直浸入這種生長(zhǎng)溶液中，在半導(dǎo)體基片表面沉積二氧化硅，形 成二氧化硅薄膜；持續(xù)加入硼酸粉或鋁以及過飽和溶液使得沉積持續(xù)進(jìn) 行。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜總體技術(shù)方案的 方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟101:配制二氧化硅飽和溶液；步驟102:在配制的二氧化硅飽和溶液中加入去離子水或蒸餾水，攪 拌得到二氧化硅的過飽和溶液；步驟103:在二氧化硅的過飽和溶液中加入硼酸或鋁，攪拌得到飽和 生長(zhǎng)溶液；步驟104:將半導(dǎo)體襯底垂直浸入到所述飽和生長(zhǎng)溶液中，二氧化硅在半導(dǎo)體襯底表面沉積，形成二氧化硅薄膜。為使得二氧化硅薄膜在半導(dǎo)體襯底表面持續(xù)沉積，該方法進(jìn)一步包括持續(xù)向生長(zhǎng)溶液中加入硼酸粉、鋁和飽和二氧化硅的過飽和溶液，補(bǔ) 充反應(yīng)消耗掉的硼酸粉、鋁和飽和二氧化硅的過飽和溶液，使得沉積持續(xù) 進(jìn)行?；趫D1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜總體技術(shù)方案的方法流程圖，以下 結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例如圖2所示，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法流程圖，該方法包括以下步驟
步驟201:取適量分析純硅酸粉和分析純六氟硅酸配成溶液，其中硅酸粉的加入量以溶液飽和為準(zhǔn)，如50克硅酸粉(Si02 H20)和500毫升 六氟硅酸(H2SiF6) (30%重量比)，放入聚四氟乙烯或塑料容器中；然后 利用磁力攪拌器在室溫25攝氏度左右充分?jǐn)嚢?小時(shí)以上，此時(shí)磁力攪 拌器的攪拌轉(zhuǎn)速約800轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)。步驟202:制備含二氧化硅的飽和溶液。用孔徑0.2微米聚四氟乙烯 過濾器(如sartoriusMidisart2000)濾掉上述溶液中未溶解的硅酸粉，得到 二氧化硅飽和溶液。步驟203:配制含二氧化硅的過飽和溶液。用適量蒸餾水或去離子水 稀釋含二氧化硅的飽和溶液，得到一定摩爾濃度的六氟硅酸溶液，例如取 200毫升飽和溶液，加入約77.6毫升去離子水稀釋，然后用磁力攪拌器約 800 rpm在生長(zhǎng)溫度(如40攝氏度左右)攪拌30分鐘，得到H2SiF6的摩 爾濃度為1.5M的二氧化硅過飽和溶液。步驟204:配制含二氧化硅的過飽和生長(zhǎng)溶液。將優(yōu)級(jí)純硼酸或3個(gè) 9以上的純鋁加入到二氧化硅過飽和溶液中，在相同溫度下800 rpm攪拌 30分鐘得到含二氧化硅的飽和生長(zhǎng)溶液；在本步驟中，取適量?jī)?yōu)級(jí)純硼酸加入到上述溶液中，使得硼酸摩爾濃 度為0.005M。步驟205:液相沉積二氧化硅薄膜。將經(jīng)過清洗的半導(dǎo)體襯底垂直浸入到這種溶液中，并將攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)低至200rpm左右，在浸泡期間二氧 化硅薄膜在表面隨時(shí)間平穩(wěn)形成。半導(dǎo)體襯底垂直浸入放在生長(zhǎng)溶液中的 目的是防止溶液中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的雜質(zhì)沉淀物沉落在襯底表面從而影響
二氧化硅薄膜在表面的形成。另外半導(dǎo)體基片的清洗處理必須使得其表面 含有O-H鍵。
在本步驟中，所述半導(dǎo)體襯底為硅(Si)襯底，或?yàn)樯榛?GaAs) 襯底，或?yàn)榈?GaN)襯底，或?yàn)榱谆?InP)襯底，或?yàn)楣k碲 (HgCdTe)襯底。清洗半導(dǎo)體硅襯底采用硫酸和雙氧水的混合溶液浸泡， 然后用去離子水沖洗干凈。
步驟206:低溫液相沉積的持續(xù)進(jìn)行。不斷向生長(zhǎng)溶液中加入反應(yīng)消 耗掉的硼酸或鋁以及二氧化硅的過飽和溶液，控制化學(xué)反應(yīng)方向，使得淀 積持續(xù)進(jìn)行。
利用本發(fā)明提供的低溫液相生長(zhǎng)二氧化硅薄膜方法生長(zhǎng)的二氧化硅 薄膜，其生長(zhǎng)速率受溶液的濃度及生長(zhǎng)溫度等的影響，在每小時(shí)幾十納米 到一百納米左右可調(diào)；且橢偏儀測(cè)到的折射率在1.42以上。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于，該方法包括A、配制二氧化硅飽和溶液；B、在配制的二氧化硅飽和溶液中加入去離子水或蒸餾水，攪拌得到二氧化硅的過飽和溶液；C、在二氧化硅的過飽和溶液中加入硼酸或鋁，攪拌得到飽和生長(zhǎng)溶液；D、將半導(dǎo)體襯底垂直浸入到所述飽和生長(zhǎng)溶液中，二氧化硅在半導(dǎo)體襯底表面沉積，形成二氧化硅薄膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 所述步驟A包括取適量硅酸粉和六氟硅酸配成溶液，在室溫下充分?jǐn)嚢?小時(shí)以上， 然后用過濾器濾掉未溶解的硅酸粉，得到二氧化硅飽和溶液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 所述硅酸粉和六氟硅酸放入聚四氟乙烯或塑料容器中，所述過濾器為聚四 氟乙烯過濾器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 所述步驟B包括用適量蒸餾水或去離子水稀釋二氧化硅飽和溶液，得到一定摩爾濃度 的六氟硅酸溶液，然后在室溫下攪拌所述的六氟硅酸溶液得到二氧化硅的 過飽和溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于，步驟D中所述半導(dǎo)體襯底為表面經(jīng)過清洗處理的半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底為硅Si襯底，或?yàn)樯榛塆aAs襯底，或?yàn)榈?GaN襯底，或?yàn)榱谆烮nP襯底，或?yàn)楣k碲HgCdTe襯底。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 所述清洗半導(dǎo)體硅襯底釆用硫酸和雙氧水的混合溶液浸泡，然后用去離子 水沖洗干凈。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 步驟D中所述飽和生長(zhǎng)溶液的溫度為40攝氏度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，其特征在于， 該方法進(jìn)一步包括持續(xù)向生長(zhǎng)溶液中加入硼酸粉、鋁和飽和二氧化硅的過飽和溶液，補(bǔ) 充反應(yīng)消耗掉的硼酸粉、鋁和飽和二氧化硅的過飽和溶液，使得沉積持續(xù) 進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)中二氧化硅薄膜生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種生長(zhǎng)二氧化硅薄膜的方法，包括A.配制二氧化硅飽和溶液；B.在配制的二氧化硅飽和溶液中加入去離子水或蒸餾水，攪拌得到二氧化硅的過飽和溶液；C.在二氧化硅的過飽和溶液中加入硼酸或鋁，攪拌得到飽和生長(zhǎng)溶液；D.將半導(dǎo)體襯底垂直浸入到所述飽和生長(zhǎng)溶液中，二氧化硅在半導(dǎo)體襯底表面沉積，形成二氧化硅薄膜。利用本發(fā)明，二氧化硅薄膜的生長(zhǎng)溫度低，生長(zhǎng)過程中不需要熱處理，操作容易，設(shè)備簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)環(huán)境影響較小，重復(fù)性好，可靠性高，成本極低，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)H01L21/316GK101211780SQ20061017166
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者安 季, 楊富華, 王曉東, 波 邢 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所