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真空 ›› 2026, Vol. 63 ›› Issue (2): 22-26.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2026.02.03

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LNOI沉积非晶硅薄膜起泡问题研究*

刘民, 付刘成, 乌李瑛, 程秀兰, 付学成   

  1. 上海交通大学先进电子材料与器件平台,上海 200240
  • 收稿日期:2025-05-29 出版日期:2026-03-25 发布日期:2026-03-27
  • 通讯作者: 程秀兰,研究员;付学成,高级实验师。
  • 作者简介:刘民(1982-),男,山东省章丘区人,工程师,硕士。
  • 基金资助:
    *国家科技部“十四五”重点研发计划“高性能免疫现场检测系统研发”(2023YFC2413001)

Research on Bubble Formation of Amorphous Silicon Thin Films Deposited on LNOI

LIU Min, FU Liucheng, WU Liying, CHENG Xiulan, FU Xuecheng   

  1. Advanced Electronics Materials and Devices, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
  • Received:2025-05-29 Online:2026-03-25 Published:2026-03-27

摘要: 刻蚀LNOI(绝缘体上铌酸锂)通常以非晶硅薄膜为掩膜;使用PECVD设备在LNOI表面沉积非晶硅薄膜时,常出现薄膜起泡现象。气泡尺寸大多在5~60 μm之间,其存在会影响LNOI刻蚀的形貌。研究表明,非晶硅薄膜气泡可能是铌酸锂薄膜表面的缺陷导致的;这些缺陷表面的氧原子与非晶硅薄膜中的氢结合,破坏Si-H键,导致薄膜局部应力增大,从而引起非晶硅薄膜起泡。通过对比实验发现,在沉积非晶硅薄膜之前,先沉积50 nm的二氧化硅薄膜以隔离铌酸锂薄膜表面缺陷,可有效解决该工艺问题。这为使用PECVD设备在LNOI表面沉积平整的非晶硅薄膜提供了参考。

关键词: 绝缘体上铌酸锂, PECVD, 非晶硅薄膜, 应力, 起泡

Abstract: Etching LNOI (lithium niobate on insulator) usually uses amorphous silicon thin film as a mask. When depositing amorphous silicon thin films onto LNOI surfaces by PECVD equipment, blistering often occurs. Such small bubbles are mostly between 5 μm and 60 μm in size, and they can affect the morphology of LNOI etching. It was found that bubbles in amorphous silicon thin films may be caused by surface defects in lithium niobate thin films. The oxygen atoms on the surface of these defects combine with hydrogen in the amorphous silicon film, breaking the Si-H bond and causing an increase in local tensile stress in the film, resulting in foaming of the amorphous silicon film. Through comparative experiments, it was found that depositing a 50 nm silicon dioxide film to isolate defects on the surface of lithium niobate film before depositing amorphous silicon film can solve this process problem. This provides a reference for depositing flat amorphous silicon thin films on LNOI surfaces using PECVD equipment.

Key words: lithium niobate on insulator, PECVD, amorphous silicon thin film, stress, bubble

中图分类号:  TB43

[1] BOES A, CORCORAN B, CHANG L, et al.Status and potential of lithium niobate on insulator (LNOI) for photonic integrated circuits[J]. Laser & Photonics Reviews, 2018, 12(4):1700256.
[2] MILLER B A D. Device requirements for optical interconnects to silicon chips[J]. Proceedings of the IEEE, 2009, 97(7): 1166-1185.
[3] SMIT M, LEIJTENS X, AMBROSIUS H, et al.An introduction to InP-based generic integration technology[J]. Semiconductor Science and Technology, 2014, 29(8): 083001.
[4] AMIRI N A, VIT D A, GORGULU K, et al.Deep photonic network platform enabling arbitrary and broadband optical functionality[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 1432.
[5] YAMAOKA S, DIAMANTOPOULOS N P, NISHI H, et al.Directly modulated membrane lasers with 108 GHz bandwidth on a high-thermal-conductivity silicon carbide substrate[J]. Nature Photonics, 2021, 15(1): 28-35.
[6] WU X, HAO Z Z, MA R, et al.High-efficiency second-harmonic generation in reverse-polarization dual-layer lithium niobate waveguides[J]. Optics Letters, 2024,49(21): 6141-6144.
[7] XIE Z D, BO F, LIN J T, et al.Recent development in integrated lithium niobate photonics[J]. Advances in Physics: X, 2024, 9(1):1-44.
[8] HU Y W, ZHU D, LU S Y, et al.Integrated electro-optics on thin-film lithium niobate[J]. Nature Reviews Physics, 2025, 7(5):237-254.
[9] KIM S H, KIM G, SLUSAR T, et al.Fabrication of low-loss symmetrical rib waveguides based on x-cut lithium niobate on insulator for integrated quantum photonics[J]. ETRI Journal, 2024, 46(5): 783-792.
[10] OSELLAME R. New effective technique to produce waveguides in lithium niobate on insulator (LNOI)[J/OL]. Quantum Engineering, 2019,https://doi.org/10.1002/que2.11.
[11] GU C Q, JIANG X X, LV T J, et al. Interference lithography patterned nanogratings in LiNbO3 fabricated by dry etching[J]. Advanced Materials Research, 2014, 1049-1050: 7-10.
[12] BENCHABANE S, ROBERT L, RAUCH J, et al.Highly selective electroplated nickel mask for lithium niobate dry etching[J]. Journal of Applied Physics, 2009, 105(9): 094109.
[13] PENG X L, XIN K C, FENG Z H.Low-loss bent channel waveguides in lithium niobate thin film by proton exchange and dry etching[J]. Optical Materials Express, 2018, 8(5): 1322-1327.
[14] NICOLA D P, SUGLIANI S, MONTANARI G B, et al.Fabrication of smooth ridge optical waveguides in LiNbO3 by ion implantation-assisted wet etching[J]. Journal of Lightwave Technology, 2013, 31(9): 1482-1487.
[15] ZHUANA R J, HE J Z, QI Y F, et al.High-Q thin film lithium niobate microrings fabricated with wet etching[J]. Advanced Materials, 2023, 35(3): 2208113.
[16] 王梦柯. 铌酸锂薄膜电光调制器关键理论与技术研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2024.
[17] 林锦添, 高仁宏, 管江林, 等. 低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展[J]. 人工晶体学报, 2024, 53(3): 372-394.
[18] 要彦清, 李金洋, 吴建杰, 等. 铌酸锂干法刻蚀的研究进展[J]. 微纳电子技术, 2012, 49(3): 197-207.
[19] 黄胜涛. 非晶态材料的结构和结构分析[M]. 北京: 科学出版社, 1987.
[20] 陈金龙. 聚丁烯-1超薄膜结晶及Ⅱ-Ⅰ晶型转变[D]. 郑州: 郑州大学, 2022.
[21] 杨春晖, 孙亮, 冷雪松,等. 铌酸锂晶体[M]. 北京: 科学出版社, 2009: 28.
[22] 刘恩科, 朱秉升,罗晋生. 半导体物理学[M]. 7版,北京:电子工业出版社, 2017.
[23] 汪东亮. 无机非金属材料手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 203.
[24] 刘勇,梁利华,曲建民. 微电子器件及封装的建模与仿真[M]. 北京: 科学出版社, 2010: 87.
[25] 庞大文, 李悦, 葛培文, 等. 非晶硅薄膜应力研究[J]. 太阳能学报, 1989, 10(4): 394-399.
[26] 王剑敏. 低应力非晶硅薄膜的制备[J]. 电子测试, 2017(10): 46-48.
[27] 刘宏德, 王维维, 张中正, 等. 铌酸锂晶体的缺陷结构[J]. 人工晶体学报, 2024, 53(3): 355-371.
[1] 李婷, 陈志强, 方安安, 胡小波, 杨洪生, 张晓军. 基于氮气流动辅助的板级封装基板翘曲改善实验研究*[J]. 真空, 2026, 63(1): 22-27.
[2] 马源辰, 李忠仁, 王颖, 艾春江, 宋家兴, 张旺, 胡永佳. 热等静压预应力容器缠绕钢丝优化及数值模拟[J]. 真空, 2025, 62(4): 39-43.
[3] 翟艳坤, 白雪卫, 张凤宇, 徐铭泽, 苑仁月, 陈俊寅, 黄海波. 高能束熔覆涂层质量缺陷形成机理及控制方法研究现状*[J]. 真空, 2022, 59(6): 78-86.
[4] 朱蓓蓓, 刘青, 秦琳, 楚建宁, 陈肖, 汪学方, 许剑锋. 半球谐振子金属化镀膜残余应力的测量方法及影响因素研究*[J]. 真空, 2022, 59(2): 55-61.
[5] 任琪琛, 孙志和, 王沛, 胡居利, 卢毛磊, 黄倩. O形橡胶圈真空密封性能有限元分析[J]. 真空, 2021, 58(5): 37-41.
[6] 王颖, 邢旺, 明悦, 朱一鸣. 等静压机钢带缠绕式工作缸结构强度数值模拟[J]. 真空, 2021, 58(3): 82-85.
[7] 李坤, 熊玉卿, 王虎, 张凯锋, 王兰喜, 周晖. 蒸发速率对ZnS薄膜性能的影响*[J]. 真空, 2021, 58(2): 15-19.
[8] 赵宇辉, 赵吉宾, 王志国, 王福雨. Inconel 625镍基高温合金激光增材制造内应力控制方式研究*[J]. 真空, 2020, 57(3): 73-79.
[9] 王冬阳, 来佑彬, 杨波, 李响, 吴海龙, 孙铭含, 苑仁月, 孙世杰. 工艺参数对多道搭接等离子熔覆残余应力的影响*[J]. 真空, 2019, 56(6): 80-84.
[10] 高孟秋, 赵宇辉, 赵吉宾, 王志国, 何振丰. 增减材复合制造技术研究现状与发展*[J]. 真空, 2019, 56(6): 68-74.
[11] 赵洲, 王欣. 高压低温液氧管线波纹补偿器失稳分析研究[J]. 真空, 2019, 56(5): 26-29.
[12] 孙志明, 何超, 张英莉, 朱志鹏, 岳向吉, 张斌, 巴德纯. 大型卧式真空容器的设计及有限元分析[J]. 真空, 2019, 56(2): 26-30.
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[1] 李民久, 熊 涛, 姜亚南, 贺岩斌, 陈庆川. 基于双管正激式变换器的金属表面去毛刺 20kV 高压脉冲电源[J]. 真空, 2018, 55(5): 19 -24 .
[2] 刘燕文, 孟宪展, 田 宏, 李 芬, 石文奇, 朱 虹, 谷 兵, 王小霞 . 空间行波管极高真空的获得与测量[J]. 真空, 2018, 55(5): 25 -28 .
[3] 黄 思 , 王学谦 , 莫宇石 , 张展发 , 应 冰 . 液环压缩机性能相似定律的实验研究[J]. 真空, 2018, 55(5): 42 -45 .
[4] 韦 俊 , 刘志宏 , 李 波 , 陈晓莉 . 大口径氧化铝陶瓷与不锈钢材料的封接及其真空检漏[J]. 真空, 2018, 55(5): 62 -65 .
[5] 赵彦辉, 史文博, 刘忠海, 刘占奇, 于宝海. 电弧离子镀沉积工艺参数的影响[J]. 真空, 2018, 55(6): 49 -59 .
[6] 张粉利, 邓敬莲, 王杰峰, 孟庆远. 钢管镀膜前处理清洗工艺的研究[J]. 真空, 2018, 55(6): 60 -63 .
[7] 段永利, 邓文宇, 齐丽君, 刘 坤, 孙宝玉, 王 庆. 金属 Tb 晶界扩散对烧结钕铁硼磁性和耐温性的影响[J]. 真空, 2018, 55(6): 76 -79 .
[8] 徐均琪 , 李候俊 , 李 绵 , 王 建 , 苏俊宏 , 基玛·格拉索夫 . 热蒸发沉积 TiO2 薄膜的光学及激光损伤特性[J]. 真空, 2019, 56(1): 39 -44 .
[9] 王春明, 张明达, 苏玉萍. 真空应用设备检漏方法的探讨[J]. 真空, 2019, 56(1): 52 -55 .
[10] 朱 磊, 李 晶. 真空气淬炉炉膛污染的危害和预防措施[J]. 真空, 2019, 56(1): 59 -62 .