一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔體，內(nèi)部設(shè)置有上極板和下級板；將下級板劃包括沉積板和槽型機(jī)構(gòu)，沉積板蓋設(shè)于槽型機(jī)構(gòu)的槽型開口上，形成一容置空間。將槽型機(jī)構(gòu)的外表面覆蓋一層由絕緣材料形成的絕緣壁，只保留沉積板通入射頻電壓產(chǎn)生等離子體進(jìn)行鍍膜，能夠保證等離子體的均勻性和穩(wěn)定性，使得薄膜材料均勻的沉積在基片上，能夠提高制膜質(zhì)量。
【專利說明】
一種等離子體増強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]類金剛石薄膜(Diamond Like Carbon)簡稱DLC薄膜。它是一類性質(zhì)近似于金剛石薄膜，具有高硬度、高電阻率、良好光學(xué)性能、化學(xué)惰性等，同時(shí)又具有自身獨(dú)特摩擦學(xué)特性的非晶碳薄膜?？蓮V泛用于機(jī)械、電子、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)是制備類金剛石薄膜的一種去常用的方法。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，借助氣體輝光放電在上極板和下級板之間產(chǎn)生均勻的等離子體，從宏觀上看來，這種等離子體溫度不高，但其內(nèi)部卻處于受激發(fā)的狀態(tài)，其電子能量足以使分子鍵斷裂，并導(dǎo)致具有化學(xué)活性的物質(zhì)(活化分子、原子、離子、原子團(tuán)等)產(chǎn)生，使本來需要在高溫下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，在較低的溫度下甚至在常溫下就可以發(fā)生，從而達(dá)到在低溫下也能在基片上形成固體膜的目的。具體過程為通入適量的反應(yīng)氣體，在射頻電源和直流負(fù)偏壓的誘導(dǎo)下，使氣體等離子體化。等離子體中的某些中性產(chǎn)物有可能同與之接觸的固體表面發(fā)生進(jìn)一步的反應(yīng)，形成薄膜的同時(shí)向等離子體中釋放出新的反應(yīng)產(chǎn)物。新的產(chǎn)物在電場的控制下形成規(guī)律性的運(yùn)動(dòng)，最終沉積在基片上形成固態(tài)薄膜。
[0004]而由于在下級板通入了射頻電壓，因此下級板的各個(gè)表面附近都會(huì)產(chǎn)生等離子體，會(huì)引起設(shè)備空間內(nèi)的等離體子分布不均勻，從而會(huì)產(chǎn)生影響薄膜的質(zhì)量，制約成膜面積。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型了提供了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，以解決沉積類金剛石薄膜的工藝中，由于設(shè)備內(nèi)部的等離子體分布不均勻?qū)е碌腻兡べ|(zhì)量差的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括:
[0007]反應(yīng)腔體，內(nèi)部設(shè)置有上極板和下級板;所述上極板和所述下級板對應(yīng)設(shè)置；
[0008]所述下級板包括沉積板和槽型機(jī)構(gòu)，所述沉積板蓋設(shè)于所述槽型機(jī)構(gòu)的槽型開口上，形成一容置空間，其中，所述槽型機(jī)構(gòu)的外表面覆蓋有由絕緣材料形成的絕緣壁。
[0009]優(yōu)選的，所述容置空間內(nèi)設(shè)置有水冷槽。
[0010]優(yōu)選的，所述容置空間內(nèi)設(shè)置有加熱電阻。
[0011]優(yōu)選的，所述容置空間內(nèi)設(shè)置有溫度檢測計(jì)。
[0012]優(yōu)選的，所述沉積板上設(shè)置有放置基片的樣品臺(tái)。
[0013]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔體的腔壁上開設(shè)有反應(yīng)氣體入口。
[0014]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔體的腔壁上開設(shè)有抽氣口，所述抽氣口和抽真空裝置連接。
[0015]優(yōu)選的，所述絕緣壁采用聚四氟乙烯或者聚全氟乙丙烯制備。[ΟΟ??] 優(yōu)選的，所述絕緣壁厚度為10-30mm。
[0017]通過本實(shí)用新型的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占.V.
[0018]本實(shí)用新型公開了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔體，內(nèi)部設(shè)置有上極板和下級板;將下級板劃包括沉積板和槽型機(jī)構(gòu)，所述沉積板蓋設(shè)于所述槽型機(jī)構(gòu)的槽型開口上，形成一容置空間。將槽型機(jī)構(gòu)的外表面覆蓋一層由絕緣材料形成的絕緣壁，只保留沉積板通入射頻電壓產(chǎn)生等離子體進(jìn)行鍍膜，能夠保證等離子體的均勻性和穩(wěn)定性，使得薄膜材料均勻地沉積在基片上，能夠提高制膜質(zhì)量。
[0019]進(jìn)一步的，在下級板的內(nèi)部還設(shè)置有水冷槽和加熱電阻，能夠聯(lián)合調(diào)節(jié)下級板的溫度，實(shí)現(xiàn)基片沉積時(shí)所需要的溫度，且為基片提供一個(gè)穩(wěn)定的鍍膜環(huán)境，加快沉積速率，能夠使得沉積薄膜均勻，制膜質(zhì)量高。
[0020]另外，在下級板的內(nèi)部還設(shè)置有溫度檢測計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測所述下級板的溫度，實(shí)時(shí)反饋下級板的溫度情況，保持下級板的溫度的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明:包括反應(yīng)腔體I，反應(yīng)腔體I中設(shè)置有:上極板2、沉積板3、水冷槽4、加熱電阻5、溫度檢測計(jì)6、絕緣壁7、RF (射頻，Rad1 Frequency)電源8、機(jī)械栗9、樣品臺(tái)1、反應(yīng)氣體入口 11、支撐臺(tái)12、槽型機(jī)構(gòu)13、容置空間14。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員更清楚地理解本申請，下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本申請技術(shù)方案作詳細(xì)描述。
[0024]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
[0025]在本實(shí)用新型中，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD，Plasma EnhancedChemical Vapor Deposit1n)設(shè)備可以用來制備類金剛石薄膜。
[0026]請參看圖1，是本實(shí)施例中的PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]在PECVD設(shè)備中，反應(yīng)腔體I內(nèi)部設(shè)置有上極板2和下極板，而上極板2和下極板對應(yīng)設(shè)置，例如兩者平行設(shè)置。
[0028]由于本實(shí)用新型主要是對下級板3進(jìn)行改進(jìn)，下面先介紹下級板3。
[0029]本實(shí)用新型的下級板3設(shè)置在支撐臺(tái)12上，下級板3包括沉積板3和槽型機(jī)構(gòu)13。沉積板3蓋設(shè)于所述槽型機(jī)構(gòu)13的槽型開口上，形成一容置空間14，其中，所述槽型機(jī)構(gòu)13的外表面覆蓋有由絕緣材料形成的絕緣壁。
[0030]通過以上描述可知，從整體來看，下級板3實(shí)際上是中空型結(jié)構(gòu)，例如中空圓柱體型結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以有其他的形狀，本實(shí)用新型對此不做限制。
[0031]為了和下級板3的形狀結(jié)構(gòu)相配合，上極板2也可以設(shè)置成圓柱體結(jié)構(gòu)，且上極板2的圓柱體結(jié)構(gòu)的軸心和下級板3的中空圓柱體型結(jié)構(gòu)的軸心在一條直線上。
[0032]另外，下級板3和上極板2對應(yīng)設(shè)置，例如兩者平行設(shè)置，具體來說，如果下級板3是中空圓柱體型結(jié)構(gòu)，而上極板2也是圓柱體結(jié)構(gòu)，那么沉積板3和上極板2的圓柱體的下端面平行，具體請參看圖1。當(dāng)然，上極板2除了中空圓柱體結(jié)構(gòu)之外，也可以有其他的結(jié)構(gòu)形狀，例如長方體型或者正方體型等等。而下級板3除了中空圓柱體型結(jié)構(gòu)，也可以有其他的結(jié)構(gòu)形狀，只要上極板2和下級板3平行即可。
[0033]另外，下級板3和上極板2平行的表面的長度或者直徑可達(dá)500mm，進(jìn)而可制備大面積薄膜，薄膜的直徑為500mm。
[0034]由于下級板在通入射頻電源之后，整個(gè)下級板都會(huì)產(chǎn)生等離子體，進(jìn)而會(huì)使得反應(yīng)腔室I內(nèi)部的等離子體分布不均勻。因此，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，將下級板劃包括沉積板3和槽型機(jī)構(gòu)13。將槽型機(jī)構(gòu)13的外表面覆蓋有由絕緣材料形成的絕緣壁7，因此下級板中的槽型機(jī)構(gòu)13是不會(huì)產(chǎn)生等離子體的，而僅保留沉積板3通入射頻電源產(chǎn)生均勻的等離子體。因此本實(shí)用新型的設(shè)備能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，使得上極板2和沉積板3之間的等離子體均勻分布并均勻的在基片表面沉積薄膜，提高了鍍膜質(zhì)量。其中絕緣壁7的材料為聚四氟乙稀，厚度為10-30mm，優(yōu)選厚度為15mm或者20mm。
[0035]另外，在容置空間14內(nèi)設(shè)置有水冷槽4，用以通入冷卻液(例如水)對所述下級板3的冷卻降溫，可為設(shè)備提供一個(gè)常溫的反應(yīng)環(huán)境，范圍為(TC?60°C。另外，沉積板3還接有RF電源8，用來產(chǎn)生等離子體。
[0036]當(dāng)然，為了進(jìn)一步控制下級板3的溫度，防止下級板3過度冷卻，在容置空間14內(nèi)還設(shè)置有加熱電阻5，用于提升所述下級板的溫度。加熱電阻5采用熱傳導(dǎo)系數(shù)高的材料，一般為銅金屬。通過熱傳導(dǎo)能力高的銅金屬傳導(dǎo)給下極板，實(shí)現(xiàn)基片沉積時(shí)所需要的溫度。為了不影響等離子體穩(wěn)定性，容置空間14內(nèi)部還設(shè)置有溫度檢測計(jì)6，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述下級板的溫度，實(shí)時(shí)反饋下級板溫度情況，進(jìn)而調(diào)節(jié)加熱組件(即加熱電阻5或者水冷槽4)，保持下級板3的溫度的穩(wěn)定性，為基片提供一個(gè)穩(wěn)定的鍍膜環(huán)境，加快沉積速率，能夠使得沉積薄膜均勻，制膜質(zhì)量高。
[0037]另外，沉積板3上設(shè)置有樣品臺(tái)10，用于放置基片。
[0038]以上是關(guān)于反應(yīng)腔體I內(nèi)部的結(jié)構(gòu)介紹，而在反應(yīng)腔體I的腔壁上，還設(shè)置有反應(yīng)氣體入口 11以及抽氣口。反應(yīng)氣體入口 11主要用來通入反應(yīng)氣體，例如:氬氣和甲烷的混合氣體;或者氬氣和乙炔的混合氣體。
[0039]而抽氣口和抽真空裝置(例如機(jī)械栗9)連接，在機(jī)械栗9的作用下使所述反應(yīng)腔體I中達(dá)到真空狀態(tài)。
[0040]當(dāng)然，在本實(shí)施例中還有對樣品固定和密封等真空設(shè)備的通用部件，在此本實(shí)用新型不再具體介紹。
[0041]以上便是本實(shí)用新型中PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu)，為了防止等離子體分布不均勻而影響鍍膜的質(zhì)量，本實(shí)用新型在下級板3的槽型機(jī)構(gòu)13的外表面覆蓋有由絕緣材料形成的絕緣壁7，因此槽型機(jī)構(gòu)13是不能產(chǎn)生等離子體的，而只有沉積板3能夠產(chǎn)生均勻的等離子體，使得反應(yīng)腔體I內(nèi)的等離子體均勻分布，進(jìn)而提高了制膜質(zhì)量，制膜效果好。
[0042]基于PECVD設(shè)備的特殊結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的制膜方法如下:
[0043]首先，利用所述水冷槽4的冷卻作用，使所述反應(yīng)腔體I內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)為(TC?800°C；
[0044]其次，對所述反應(yīng)腔體I抽真空處理，然后通過所述反應(yīng)氣體入口11將混合氣體充入所述反應(yīng)腔體I中；
[0045]再次，將所述反應(yīng)腔體I的工作氣壓調(diào)為0.1Pa?1Pa，然后施加電壓，使施加功率范圍處于50W?800W，產(chǎn)生等離子體；
[0046]最后，打開偏壓電源并在基片上施加預(yù)設(shè)的負(fù)偏壓0V-350V，以制備薄膜。
[0047]下面以制備類金剛石薄膜為例，介紹具體的鍍膜過程:
[0048]在前期準(zhǔn)備中，會(huì)先根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)定對應(yīng)的工藝參數(shù)，例如控制鍍膜室的真空度或壓力、控制反應(yīng)氣體的通氣量、控制電極間的放電間隙等。
[0049]在設(shè)定工藝參數(shù)之后，則會(huì)進(jìn)行下面的步驟。
[0050]1、對PECVD設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理。
[0051]由于本實(shí)用新型PECVD設(shè)備可以鍍多種類型的膜，而每種膜的鍍膜要求不同，因此，為了避免上次鍍膜對本次鍍膜的影響，在本次鍍膜之前，需要對PECVD設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理。本次實(shí)施例以制備類金剛石薄膜為例，在制備之前，需要采用氬等離子體對反應(yīng)腔體I及襯底表面進(jìn)行預(yù)清洗約15min。
[0052]2、對基片進(jìn)行清洗。
[0053]基片有多種類型，例如玻璃基片、單晶硅基片等等。在清洗的過程中，一般是利用超聲波清洗器清洗基片。清洗時(shí)間本實(shí)用新型不做限制，例如清洗5分鐘、15分鐘等等都可。而在清洗時(shí)按照堿液去油、蒸餾水清洗、丙酮清洗、超聲波清洗、乙醇脫水的次序進(jìn)行清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈苫蚣訜岷娓苫?br>[0054]3、將清洗好的基片放入樣品臺(tái)10上，然后封閉反應(yīng)腔體I的腔門。
[0055]4、檢查水源、氣源和電源正常后，打開冷卻循環(huán)水，利用水冷槽4通入冷卻循環(huán)水，保證下級板3的溫度滿足要求，將溫度控制在O 0C?8000C。另外也可以控制在O 0C?60 V之間。
[0056]5、抽真空，至真空度優(yōu)于5 X 10—4Pa。
[0057]6、打開氣瓶，通過所述反應(yīng)氣體入口 11將混合氣體充入所述反應(yīng)腔體I中。
[0058]通入的混合氣體具體是:氬氣和甲燒的混合氣體(Ar和CH4的混合氣體)，或者是氬氣和乙炔的混合氣體(Ar和C2H2的混合氣體)。本實(shí)用新型以Ar和CH4的混合氣體為例，通入比例1:10，當(dāng)然可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。通過質(zhì)量流量控制器控制4^014或4^(:2!12的比例。
[0059]7、根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定工作氣壓0.1Pa?1Pa(或者2Pa?1Pa)，打開電源，施加預(yù)設(shè)的功率約50W至800W，產(chǎn)生等離子體。當(dāng)然也可以設(shè)定功率為其他范圍，例如300?800W。
[0060]8、設(shè)定基片溫度室溫不超過60°C，打開偏壓電源并在基片上施加預(yù)設(shè)的負(fù)偏壓0V-350V，以制備薄膜，或者調(diào)節(jié)到150V-350V以制備薄膜。
[0061]9、根據(jù)工藝參數(shù)沉積類金剛石薄膜30min，然后結(jié)束鍍膜，之后關(guān)閉電源和氣體。
[0062]10、薄膜在真空狀態(tài)下擱置一段時(shí)間，例如1.5h?2h(l.5小時(shí)?2小時(shí))，使薄膜牢固長在硅片上，防止脫落。打開充氣閥對反應(yīng)腔體I充氣后，打開反應(yīng)腔體I的門，取出薄膜進(jìn)行觀察。
[0063]11、合上反應(yīng)腔體I的門，關(guān)掉總電源，切斷冷卻水。
[0064]通過本實(shí)用新型的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，本實(shí)用新型具有以下有益效果或者優(yōu)占.V.
[0065]本實(shí)用新型公開了一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔體，內(nèi)部設(shè)置有上極板和下級板;將下級板劃包括沉積板和槽型機(jī)構(gòu)，所述沉積板蓋設(shè)于所述槽型機(jī)構(gòu)的槽型開口上，形成一容置空間。將槽型機(jī)構(gòu)的外表面覆蓋一層由絕緣材料形成的絕緣壁，只保留沉積板通入射頻電壓產(chǎn)生等離子體進(jìn)行鍍膜，能夠保證等離子體的均勻性和穩(wěn)定性，使得薄膜材料均勻的沉積在基片上，能夠提高制膜質(zhì)量。
[0066]進(jìn)一步的，在下級板的內(nèi)部還設(shè)置有水冷槽和加熱電阻，能夠聯(lián)合調(diào)節(jié)下級板的溫度，實(shí)現(xiàn)基片沉積時(shí)所需要的溫度，且為基片提供一個(gè)穩(wěn)定的鍍膜環(huán)境，加快沉積速率，能夠使得沉積薄膜均勻，制膜質(zhì)量高。
[0067]另外，在下級板的內(nèi)部還設(shè)置有溫度檢測計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測所述下級板的溫度，實(shí)時(shí)反饋下級板的溫度情況，保持下級板的溫度的穩(wěn)定性。
[0068]盡管已描述了本申請的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。
[0069 ]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本申請進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬于本申請權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本申請也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，包括: 反應(yīng)腔體，內(nèi)部設(shè)置有上極板和下級板;所述上極板和所述下級板對應(yīng)設(shè)置； 所述下級板包括沉積板和槽型機(jī)構(gòu)，所述沉積板蓋設(shè)于所述槽型機(jī)構(gòu)的槽型開口上，形成一容置空間，其中，所述槽型機(jī)構(gòu)的外表面覆蓋有由絕緣材料形成的絕緣壁。2.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于， 所述容置空間內(nèi)設(shè)置有水冷槽。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于， 所述容置空間內(nèi)設(shè)置有加熱電阻。4.如權(quán)利要求3所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述容置空間內(nèi)設(shè)置有溫度檢測計(jì)。5.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述沉積板上設(shè)置有放置基片的樣品臺(tái)。6.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)腔體的腔壁上開設(shè)有反應(yīng)氣體入口。7.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)腔體的腔壁上開設(shè)有抽氣口，所述抽氣口和抽真空裝置連接。8.如權(quán)利要求1所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述絕緣壁采用聚四氟乙烯或者聚全氟乙丙烯制備。9.如權(quán)利要求1或8所述的一種等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，所述絕緣壁厚度為10_30mm。
【文檔編號】C23C16/52GK205529031SQ201620267784
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】向勇, 傅紹英, 孫赫, 閆宗楷
【申請人】成都西沃克真空科技有限公司