在需要高纯度、无氢掺杂及低温工艺集成的特殊应用场景中，溅射法沉积二氧化硅技术以其独特的物理转移机制，为半导体和MEMS器件提供了化学成分精确可控的绝缘介质层。

溅射 SiO2薄膜与 PECVD SiO2薄膜很相似,这是因为这些薄膜均是电绝缘体和非晶的微结构。溅射生成的SiO2薄膜的溅射温度可低至 200℃,使它们在后端工艺中非常有吸引力。SiO2薄膜中的残余应力可以是压应力和张应力两种,而张应力往往都非常大。溅射生成的SiO2薄膜的刻蚀速率由RF功率和腔压决定。结果发现,刻蚀速率在缓冲HF中在130~750nm/min的范围变化。在KOH中刻蚀速率的范围为3.5~5.0nm/min,而在 EPW中为0.25~0.6nm/min。溅射生成的 SiO2薄膜已经成功地用作硅-硅键合的中间层,它们也可用于表面和体微机械加工制作的悬浮悬臂梁和微桥中。在悬臂梁的情况中,薄ZnO薄膜作为牺牲层。

溅射真空腔体示意图

原理

Part.1

该方法基于高真空环境，通过电场加速惰性气体离子（如氩离子）轰击二氧化硅靶材，使靶材表面的原子获得能量后脱离，并在衬底上沉积形成氧化硅薄膜。

优点

Part.2

01

沉积温度较低：可在较低温度下完成薄膜沉积，减少对衬底的热影响，适用于塑料、有机材料等温度敏感材料，从而扩展了MEMS器件可用的衬底范围。

02

薄膜成分可调控：通过选用不同组成的靶材，可制备含有特定杂质或合金元素的氧化硅薄膜，例如掺入氮、钛等元素，获得氮氧化硅或钛掺杂氧化硅等功能薄膜，以适应不同MEMS器件的性能需求。

03

薄膜纯度高：该过程为物理沉积，避免化学反应引入杂质，所制备的氧化硅薄膜纯度较高，有助于提升MEMS器件的性能与稳定性，尤其适用于传感器、光学器件等对薄膜纯度要求严格的应用场景。

缺点

Part.3

01

设备投入大：需配置高真空系统、溅射电源及靶材等，初期投资及后续维护成本较高，包括定期更换靶材和保持真空系统运行。

02

沉积速率较慢：相比PECVD等技术，溅射法沉积速率较低，在大规模生产中可能影响效率，制备较厚薄膜时需要更长时间，制约了其在某些领域的应用。

03

台阶覆盖性有限：对于具有高深宽比或复杂三维结构的MEMS器件，该方法难以实现均匀覆盖，薄膜在台阶处的均匀性可能不如CVD或PECVD，致密性不如热氧化方法，从而影响器件性能与可靠性。

应用

Part.4

01

MEMS传感器防护层：在压力、气体等MEMS传感器表面沉积氧化硅膜，可增强其硬度、耐磨性与化学稳定性，保护敏感元件免受环境损害，延长使用寿命，如在工业压力传感器中抵抗油污、灰尘等污染物。

02

光学MEMS器件中的功能膜层：在微镜阵列、光波导等光学MEMS器件中，该薄膜可作为光学涂层，通过精确调控其折射率与厚度，实现对光反射、透射等性能的优化，提升器件在光通信、成像等应用中的表现。

03

MEMS绝缘层：在对绝缘性能和热稳定性要求较高的MEMS器件（如射频MEMS）中，高纯度的氧化硅薄膜可作为绝缘层，有效隔离电路区域，防止漏电，保障信号传输质量。

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