專利名稱：用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫等離子體化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法。
背景技術(shù)：
在廣泛應(yīng)用等離子體的各種薄膜制備的生產(chǎn)過程中(如等離子體化學(xué)氣相沉積)，薄膜是在基片上逐步生成的，但有時在等離子體中也會有大顆粒生成，這些大顆粒就是塵埃顆粒，在工業(yè)生產(chǎn)中的等離子體中的塵埃顆粒的大小從納米量級一直到幾百微米量級。在等離子體中，由于電子速度快，離子速度慢，以致塵埃顆粒表面帶負電荷，其所帶電荷量與它的大小及所處的等離子體環(huán)境有關(guān)，微米量級的塵埃顆粒所帶的電荷量可以高達幾千個電子電量。塵埃顆粒一般懸浮在電極的鞘層中，在重力和鞘層中的電場力的作用下，懸浮在鞘層的一定位置。塵埃顆粒在等離子體中有一個從小到大的長大過程，當塵埃顆粒長大到一定程度時，所受的重力大于所受的電場力時就會落下來，落在基片上，就可能造成缺陷，形成次品或廢品，例如在集成電路的生產(chǎn)過程中，落下的塵埃顆粒的大小超過了集成電路的線寬，就有可能造成的廢品，這些都造成了巨大的經(jīng)濟損失。當然也不是所有的塵埃顆粒都有不利的影響，如適當?shù)募{米量級顆粒的摻雜對薄膜的光電特性是有好處的。
目前已有的技術(shù)并不能有效地控制等離子體中的塵埃顆粒的大小，只是采用一些手段，如設(shè)計一定形狀的電極，以形成一定形狀的勢阱，讓塵埃顆粒沿勢阱通道離開反應(yīng)室，這些手段對制備的薄膜的均勻性等性能會有一定得影響，而且效果也不很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法，解決傳統(tǒng)制備薄膜技術(shù)中由于對等離子體中的塵埃顆?？刂撇焕斐傻拇纹?、廢品等帶來的損失。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法，本發(fā)明的關(guān)鍵點是脈沖射頻電源。脈沖射頻電源是對射頻電源(13.56MHz)進行脈沖調(diào)制，就是使射頻在一段時間內(nèi)輸出(射頻工作)，下一段時間內(nèi)不輸出(射頻休止)，二者交替進行，即射頻工作方式是脈沖的。射頻工作期間，制膜反應(yīng)進行，塵埃顆粒也在形成中，射頻休止期間，制膜反應(yīng)減慢至停止，塵埃顆粒也不再長大。對射頻電源可以一重調(diào)制，也可二重或多重調(diào)制。
本方法實施時是由脈沖射頻電源、電極(由導(dǎo)體或絕緣體材料制成)、穩(wěn)定和控制放電的匹配網(wǎng)絡(luò)、塵埃顆粒監(jiān)視部分(由塵埃顆粒照明和塵埃顆粒記錄與分析部分組成)、用于沉積薄膜的工作介質(zhì)，即工作氣體或固體以及載氣(如氬氣、氮氣等)及相應(yīng)的監(jiān)控部分(質(zhì)量流量控制，基片的溫度測控等)共同組成一套系統(tǒng)來實施的。
用本方法制備薄膜時，首先在脈沖射頻電源的作用下，兩電極間的氣體發(fā)生放電，在匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)下，產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體。其次通過調(diào)節(jié)調(diào)制脈沖，選擇合適的脈沖調(diào)制頻率(2Hz-20KHz)和占空比(5-95％)，使得塵埃顆粒的大小保持在一定的尺寸內(nèi)(如小于納米)，不讓其所受的重力大于其所受的電場力，并在射頻休止時間內(nèi)將其抽走，這樣沉積的薄膜質(zhì)量就可以控制；在這個階段，也可以選擇適當大小的塵埃顆粒(如納米量級)讓其摻入制備的薄膜中以得到特殊的性能(如光電性能)。然后在工作介質(zhì)監(jiān)控部分的調(diào)節(jié)下，制備出薄膜。
本發(fā)明的效果和益處是，本發(fā)明提出一種用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法，克服了傳統(tǒng)制備薄膜技術(shù)中缺乏對等離子體中的塵埃顆粒進行有效控制的手段的缺點，能減少由塵埃顆粒引起的巨大損失。本發(fā)明可以控制等離子體中的塵埃顆粒的大小，并可對薄膜的性質(zhì)進行適當?shù)目刂?。本發(fā)明用途廣泛，在沉積薄膜的各種領(lǐng)域均可應(yīng)用，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案敘述本發(fā)明的具體實施方式
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我們用本方法來沉積碳化硅薄膜。該裝置的工作電源采用一重調(diào)制的13.56MHz的射頻電源，調(diào)制頻率從2Hz-20kHz連續(xù)可調(diào)，占空比5-95％連續(xù)可調(diào)；反應(yīng)室是圓筒形狀，圓筒由玻璃制成，上下兩電極由不銹鋼材料制成，下電極是驅(qū)動極，直徑5cm，上電極接地，直徑30cm，中間有一觀察窗，上下電極間距2-10cm可調(diào)；基片是硅片，放置在下電極上；激光器發(fā)出的激光經(jīng)光具組擴束后從側(cè)面照明塵埃顆粒并用CCD相機及相連的計算機來監(jiān)視塵埃顆粒；工作介質(zhì)采用硅烷和乙烯，載氣是氬氣，用來沉積碳化硅薄膜。氣壓是20-100Pa，射頻功率是10-100W?；幱诔叵拢瑳]有加熱。對比將射頻電源進行調(diào)制與不進行調(diào)制兩種放電情形，觀察到，在相同條件下，對射頻電源進行調(diào)制的等離子體中塵埃顆粒比不進行調(diào)制的等離子體中的塵埃顆粒要少很多。
權(quán)利要求
1.一種用脈沖射頻等離子體控制薄膜制備中的塵埃顆粒的方法，其特征是(1)對射頻電源進行一重、二重或多重脈沖調(diào)制，脈沖調(diào)制頻率為2Hz-20KHz，占空比為5-95％；(2)由脈沖調(diào)制后的射頻電源、電極、穩(wěn)定和控制放電的匹配網(wǎng)絡(luò)、塵埃顆粒監(jiān)視部分、用于沉積薄膜的工作介質(zhì)和相應(yīng)的監(jiān)控部分組成一套系統(tǒng)；(3)在脈沖調(diào)制后的射頻電源的作用下，控制塵埃顆粒大小。
全文摘要
本發(fā)明屬于低溫等離子體化學(xué)領(lǐng)域。其特征是對射頻電源進行脈沖調(diào)制，就是使射頻在一段時間內(nèi)輸出(射頻工作)，下一段時間內(nèi)不輸出(射頻休止)，二者交替進行，即射頻工作方式是脈沖的；對射頻電源可以一重調(diào)制，也可二重或多重調(diào)制；調(diào)節(jié)脈沖調(diào)制的頻率和占空比，控制塵埃顆粒的大小，并在射頻休止時間內(nèi)將塵埃顆粒抽走；在這個階段，可以選擇適當?shù)膲m埃顆粒讓其摻入制備的薄膜中。本發(fā)明的效果和益處是可控制等離子體中塵埃顆粒的大小，可對薄膜的性質(zhì)進行適當?shù)目刂?，可廣泛用于沉積薄膜的各種領(lǐng)域，帶來巨大的經(jīng)濟效益。
文檔編號C23C16/505GK1873052SQ200610076998
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者張鵬云 申請人:大連理工大學(xué)