在導電基體上制作薄膜傳感器的過程中，需要在基體與薄膜電極之間沉積一層絕緣膜。二氧化硅薄膜具有良好的絕緣性能，并且穩定性好，膜層牢固，長期使用溫度可達1000℃以上，應用十分廣泛。通常制備SiO₂薄膜的現行方法主要有磁控濺射、離子束濺射、化學氣相沉積、熱氧化法、凝膠－溶膠法等。本文系統闡述了各種方法的基本原理、特點及適用場合，并對這些方法做了比較。

　　正文：SiO₂ 薄膜以其優異的性能在半導體、微波、光電子、光學器件以及薄膜傳感器等領域獲得了廣泛的應用。在微電子技術中SiO₂膜被用作擴散掩蔽層、MOS器件的絕緣柵、多層布線的絕緣隔離層以及器件表面的鈍化保護層等。SiO₂膜還以其折射率低（n=1.458）、透光性好的特性用于光學零件的表面防護以及減反射涂層。此外SiO₂膜具有良好的絕緣性、穩定性和機械特性，硬度高、結構精細、膜層牢固、抗磨耐腐蝕、熔點高而用于多層薄膜傳感器的絕緣層。為此，多年來人們對SiO₂膜制作方法及性能等進行了廣泛的研究。對于應用于微電子技術和傳感器技術中的SiO₂膜，人們關心的是SiO₂薄膜的介電常數、擊穿場強、絕緣電阻、固定電荷和可動電荷密度等電性能指標。應用于光學鍍膜領域的SiO₂膜，人們更關心膜層的折射率、消光系數及透明區間等光學性能指標。通常制備SiO₂薄膜現行方法主要有磁控濺射、離子束濺射、化學氣相沉積(CVD)、熱氧化法、凝膠- 溶膠法等。

1、SiO2薄膜的制備方法

1.1、磁控濺射

　　磁控濺射自1970年問世以來，由于其沉積速率快、襯底溫度低、薄膜厚度的可控性、重復性及均勻性與其它SiO₂薄膜制備方法相比有明顯的改善和提高，避免粉塵污染，以及濺射陰極尺寸可以按比例擴大等優點，已應用于從微電子器件到數平方米玻璃鍍膜的諸多領域，并逐漸發展成為大面積高速沉積的主流方法。濺射的一般原理是將襯底承片臺正對著靶，在靶和襯底之間充入氬氣（Ar），由于電場作用氣體輝光放電，大量的氣體離子將撞擊靶材的表面，使被濺射材料以原子狀態脫離靶的表面飛濺出來，淀積到襯底上形成薄膜。磁控濺射中的正交電磁場，能使高能電子作螺旋運動，并被局限在陰極附近，這樣將使輝光放電區被限制在陰極靶的鄰近區域，從而避免了失效離子的產生，大大減小了電子對襯底表面直接轟擊造成的損傷，增加了離化率，使工作氣壓可以大大降低。

　　如果在沉積室中增加反應性氣體，使濺射粒子和反應性氣體發生化學反應，從而合成化合物薄膜，這種沉積方法就稱為反應磁控濺射。

1.1.1、直流反應磁控濺射

　　直流反應濺射用于化合物沉積早在70年代末就已經在工業上得到應用，如制備ITO膜和TiN膜等，大大拓展了濺射鍍膜的應用范圍。直流反應磁控濺射制備SiO₂薄膜時以Si為靶材，在Ar/O₂混合氣中進行濺射。由于Si的濺射產額比SiO₂高得多，因此反應濺射的沉積速率遠遠高于射頻濺射SiO₂靶材。其最大的特點是濺射速率高，設備簡單。

　　但在直流反應濺射制備SiO₂等絕緣膜的過程中，氧化反應不僅發生在基片，還發生在靶面。當靶面的一定區域生成不導電的SiO₂膜層時，會形成以SiO₂作介質層的電容。在直流條件下，電容無法構成電流通路，必然造成轟擊這一區域的工作氣體離子Ar⁺積累。積累的正電荷將排斥Ar⁺進一步轟擊，阻礙濺射的進行，使等離子體放電特性漂移，甚至使濺射終止。這一現象稱為靶中毒。這種電荷的積累還會發生打弧現象。一種打弧現象是靶面上的微觀打弧，即當介質層表面的電荷積累到一定程度，介質層被擊穿造成的打弧。電容被擊穿時，向等離子體發射大量的電子，有可能導致等離子體的崩潰，造成另一種更嚴重的打弧現象，即陰陽極之間的異常弧光放電。靶面上微觀打弧的嚴重影響還在于造成靶面的局部熔融，產生的物質可能濺射到基片上，或改變放電參數，進而影響鍍膜的均勻性。

　　如果在直流電源與鍍膜系統之間插入一個脈沖發生器，即在直流反應磁控濺射中引入一個脈沖調制模式，將能有效防止這種異常弧光放電現象。

　　此外，在SiO₂等絕緣膜濺射過程中，隨著濺射的進行，真空室內各個接地部件很快被覆蓋上不導電的膜層，使得放電電流通路被切斷，這就是所謂的陽極消失現象。陽極消失并不僅指整個陽極都被絕緣膜覆蓋而對放電造成的致命影響。事實上，當陽極表面部分失效時，該區域的放電阻抗增加，使等離子體向阻抗低的區域移動，而等離子體的不斷遷移直接影響鍍膜均勻性和成膜質量。

1.1.2、中頻反應磁控濺射

　　近十年發展起來的中頻反應磁控濺射受到普遍的重視，并應用于大規模生產的設備中。中頻反應磁控濺射又稱為交流反應磁控濺射，采用數十kHz 的交流電源使一對孿生靶互為陰陽極放電輪回濺射。兩個硅靶在交流電位的激勵下，交替互為陰陽極。當其中一個靶處于負半周時，它被Ar⁺離子濺射，作為陰極；另一塊靶處于正電位，充當陽極。在下半個周期，兩者的角色互換。每個負半周靶面被濺射，同時也是對可能的靶面介質層的清理過程；而每個正半周，靶面積累的正電荷被中和，能有效抑制打弧及根除陽極消失現象，這對拓寬磁控濺射的應用前景起到了積極的作用。中頻雙靶反應磁控濺射原理如圖1 所示。

　　雙靶中頻反應磁控濺射可以達到與直流濺射相近的濺射速率，而且雙靶法的成膜均勻性和結構特性也優于直流法，適合于大面積高速沉積SiO₂膜，在ITO透明導電玻璃生產線上有大量應用。當然，雙靶法需要同時安裝兩塊靶材，對于實驗室使用的小型設備不太適用。利用孿生靶在大平面上沉積SiO₂介質膜的過程中，在膜厚適度時，還可能出現大面積的膜層“燒蝕”現象。其具體表現為膜層呈松枝狀被某種能量所刻蝕，刻蝕圖案的形狀有一定的隨機性，其面積占總面積一半以上。

圖1 雙靶反應磁控濺射原理圖