CN103334087A - 氮化硅薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氮化硅薄膜的制备方法，包括：通入Ar将SiH4气体稀释；将玻璃基底依次通过体积比为H2O：H2O2：NH3·H2O=1∶1∶5和H2O∶H2O2∶HCl=1∶1∶5的溶液中超声清洗，并用5%的稀氢氟酸漂洗，随后用去离子水洗净、烘干，置入反应室；以所述SiH4气体和纯度大于99.99%的氨气为反应气体，在所述反应室进行等离子体化学气相沉积，以获取具有氮化硅薄膜的玻璃基底。本发明所述氮化硅薄膜的制备方法可在玻璃基底上均匀的生长出优异的氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜呈非晶态，氢含量低，沉积速率快。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜沉积技术领域，尤其涉及一种氮化硅薄膜的制备方法。
背景技术
由于有着良好的绝缘性、致密性，稳定性和对杂质离子的掩蔽能力，氮化硅薄膜作为一种高效功能器件表面的钝化层已被广泛应用在半导体及功能玻璃领域。氮化硅薄膜作为广泛应用在微电子和光电领域的介质膜，它的光电性能是多方面的。氮化硅折射率高，化学计量的氮化硅薄膜的折射率为2。随着成分的变化，其折射率可在一定范围内波动，氮原子含量增加，折射率降低；硅原子含量增加，折射率增大。在低温工艺中，温度是影响折射率的重要因素。沉积温度提高，折射率增大，最终趋于一稳定值，这是由于温度升高导致薄膜致密度提高的缘故。
当所述氮化硅薄膜厚度适当时，紫外光、可见光和红外光在所述氮化硅薄膜中的透射率可达到相当高值，且其自身的超高硬度，氮化硅薄膜可作为光学玻璃的坚硬涂层。
另外，氮化硅薄膜化学性质稳定，且具有优良的抗高温氧化性能。除氢氟酸外，近乎不与其它酸、碱发生反应。因此，用所述氮化硅薄膜作为器件掩膜可防止日常酸和碱的腐蚀，提高功能器件的稳定性。氮化硅薄膜的热稳定性与其化学键状态直接相关。当氮化硅薄膜中的氢含量低时，氮化硅薄膜的热稳定性高，在900℃高温热处理时表现出很好地热稳定性。但是，现有的氮化硅薄膜制备通常采用磁控溅射沉积，而磁控溅射设备价格昂贵、操作繁琐，且磁控溅射过程能耗过高，不符合国家“低碳”发展策略。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种氮化硅薄膜的制备方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统氮化硅薄膜采用磁控溅射沉积，而磁控溅射设备价格昂贵、操作繁琐，且磁控溅射过程能耗过高等缺陷提供一种氮化硅薄膜的制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种氮化硅薄膜的制备方法，所述氮化硅薄膜的制备方法包括：
步骤S1：通入Ar将SiH4气体稀释；
步骤S2：将玻璃基底依次通过体积比为H2O：H2O2：NH3·H2O=1:1:5和H2O：H2O2：HCl=1:1:5的溶液中超声清洗，并用5%的稀氢氟酸漂洗，随后用去离子水洗净、烘干，置入反应室；
步骤S3：以所述SiH4气体和纯度大于99.99%的氨气为反应气体，在所述反应室进行等离子体化学气相沉积，以获取具有氮化硅薄膜的玻璃基底。
可选地，所述SiH4气体稀释至质量分数为5%～10%。
可选地，所述SiH4气体的流量为10～30sccm，所述氨气的流量为5～60sccm。
可选地， 所述化学气相沉积的工作气压为20Pa，射频频率为13.56MH，淀积时间为10min。
综上所述，本发明所述氮化硅薄膜的制备方法可在玻璃基底上均匀的生长出优异的氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜呈非晶态，氢含量低，沉积速率快。
附图说明
图1所示为本发明氮化硅薄膜的制备方法流程图；
图2所示为玻璃基底和具有氮化硅薄膜的玻璃基底的XRD谱线；
图3所示为通过本发明氮化硅薄膜的制备方法所获得的氮化硅薄膜的AFM图谱；
图4所示为通过本发明氮化硅薄膜的制备方法所获得的氮化硅薄膜的折射率图谱。
图5所示为具有本发明氮化硅薄膜的低辐射镀膜玻璃的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，图1所示为本发明氮化硅薄膜的制备方法流程图。所述氮化硅薄膜的制备方法包括：
步骤S1：通入Ar将SiH4气体稀释至质量分数为5%～10%；
步骤S2：将玻璃基底依次通过体积比为H2O：H2O2：NH3·H2O=1:1:5和H2O：H2O2：HCl=1:1:5的溶液中超声清洗，并用5%的稀氢氟酸漂洗，随后用去离子水洗净、烘干，置入反应室；
步骤S3：以所述SiH4气体和纯度大于99.99%的氨气为反应气体，在所述反应室进行等离子体化学气相沉积，以获取具有氮化硅薄膜的玻璃基底。其中，所述化学气相沉积的工作气压为20Pa，射频频率为13.56MH，淀积时间为10min，所述SiH4气体的流量为10～30sccm，所述氨气的流量为5～60sccm。
在本发明中，利用XRD观察氮化硅薄膜的成分和化学性质，利用原子力显微镜等仪器观察氮化硅薄膜的表面形貌。
请参阅图2，图2所示为玻璃基底和具有氮化硅薄膜的玻璃基底的XRD谱线。其中，第一谱线1所示为未镀膜的玻璃基底的XRD谱线；第二谱线2所示为具有氮化硅薄膜的玻璃基底之XRD谱线。在所述第一谱线1中，25°附件有非常宽的馒头峰，所述馒头峰为玻璃基底的非晶态衍射峰。在所述第二谱线2中，衍射峰随有所变化，但便不明显。同时，在所述第二谱线2中无第二相位的衍射峰出现，表明通过本发明所制备的氮化硅薄膜为非晶结构。
请参阅图3，图3所示为通过本发明氮化硅薄膜的制备方法所获得的氮化硅薄膜之AFM图谱。由图3可知，所述氮化硅薄膜的颗粒均匀，粒径为30nm，粗糙度为1.45nm。显然地，通过本发明所述方法获得的氮化硅薄膜粗糙度低，成膜质量高。
请参阅图4，图4所示为氮化硅薄膜的折射率图谱。由图4可知，所述氮化硅薄膜的折射率为2.0左右，因此薄膜具有良好的光学性能。且在所述沉积条件下，氮化硅薄膜的生长速率达到10.7nm/min，生长速率较高。
作为本领域的技术人员，容易理解地，所述氮化硅薄膜具有热稳定好，耐摩擦性能佳等特性，故可作为功能玻璃或者功能器件的钝化层。非限制性的列举，所述氮化硅薄膜作为低辐射镀膜玻璃的保护层，可以改善镀膜玻璃的可加工性能和抗氧化性能。
请参阅图5，图5所示为具有氮化硅薄膜的低辐射镀膜玻璃的结构示意图。所述低辐射镀膜玻璃3包括玻璃基底31，依次层叠设置在所述玻璃基底31上的基层介质层32、第一保护层33、功能层34、第二保护层35，以及顶层氮化硅薄膜36。非限制性的列举，所述基层介质层32的厚度优选的为15～55nm；所述第一保护层33的厚度优选的为1～20nm；所述功能层34的厚度优选的为1～20nm；所述第二保护层35的厚度优选的为1～10nm；所述顶层氮化硅薄膜36的厚度优选的为1～10nm。
所述低辐射镀膜玻璃3的基层介质层32、第一保护层33、功能层34、第二保护层35采用传统材料并通过磁控溅射方法制备。所述顶层氮化硅薄膜36为通过本发明所述方法制备。
对所述低辐射镀膜玻璃3分别进行酸、碱测试，抗机械性能测试以及抗氧化性能测试，并以不具备所述氮化硅薄膜36的低辐射玻璃作为参比，其结果如下：
表1为研磨前后透过率（Tr）的比照
由表1可知，具有氮化硅薄膜36的低辐射镀膜玻璃3在研磨前后，其透光Tr变化较小，表征所述氮化硅薄膜36具有很好地耐研磨特性。
表2为酒精布擦拭试验及铅笔硬度试验结果的比照
由表2可知，具有氮化硅薄膜36的低辐射镀膜玻璃3的酒精布擦拭试验及铅笔硬度值明显优于不具有氮化硅薄膜36的低辐射镀膜玻璃。
由表1和表2可知，具有氮化硅薄膜36的低辐射镀膜玻璃3之表面耐擦伤，抗划伤能力强。
表3为抗氧化性能测试的比照
本发明在单银可钢化low-e玻璃的顶层电介质Si3N4层上再镀一层TiOx作为保护层。该方法对玻璃钢前钢后数据的漂移，可见光的透过率也有很大的影响。下表则可以很好地显示该镀膜玻璃在钢前钢后的数据变化情况：
表4所示为具有钢前/钢后颜色偏移
由表4可知，可见光玻璃面的反射率值，钢前为9.9%，钢后为8.7%； 可见光玻璃面的色坐标a*值，钢前为-3，钢后为-1.4；可见光玻璃面的色坐标b*值，钢前为-9.6，钢后为-11；可见光膜面的反射率值，钢前为3.8%，钢后为5.6%；可见光膜面的色坐标a*值，钢前为2.7，钢后为-0.5；可见光膜面的色坐标b*值，钢前为-17.1，钢后为-13.9；可见光的透过率值，钢前为74.3%，钢后为82.3%；可见光的透视色坐标a*值，钢前为-2.4，钢后为-2.4；可见光的透视色坐标b*值，钢前为1，钢后为2.5。显然地，具有氮化硅薄膜36的低辐射镀膜玻璃3的钢前钢后数据漂移减小，高温热处理稳定性好，可见光透过率高。
综上所述，本发明所述氮化硅薄膜的制备方法可在玻璃基底上均匀的生长出优异的氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜呈非晶态，氢含量低，沉积速率快。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
Claims (4)
1.一种氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜的制备方法包括：
步骤S1：通入Ar将SiH4气体稀释；
步骤S2：将玻璃基底依次通过体积比为H2O：H2O2：NH3·H2O=1:1:5和H2O：H2O2：HCl=1:1:5的溶液中超声清洗，并用5%的稀氢氟酸漂洗，随后用去离子水洗净、烘干，置入反应室；
步骤S3：以所述SiH4气体和纯度大于99.99%的氨气为反应气体，在所述反应室进行等离子体化学气相沉积，以获取具有氮化硅薄膜的玻璃基底。
2.如权利要求1所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述SiH4气体稀释至质量分数为5%～10%。
3.如权利要求1所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述SiH4气体的流量为10～30sccm，所述氨气的流量为5～60sccm。
4. 如权利要求1所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积的工作气压为20Pa，射频频率为13.56MH，淀积时间为10min。
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