專利名稱：在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。
背景技術(shù)：
類金剛石碳薄膜具有高硬度、低摩擦系數(shù)、良好的耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、輪船、公路運(yùn)輸工具、刀具、醫(yī)療器械等方面。但是，DLC薄膜在潮濕氣氛下摩擦學(xué)性能較差，且由于自身內(nèi)應(yīng)力過大而限制自身膜厚。因此，通過摻F來提高抗磨減損能力，降低膜的表面能，以降低薄膜摩擦系數(shù)的濕度敏感性，同時(shí)也可改善其內(nèi)應(yīng)力。在沉積工藝方面，類金剛石碳薄膜通常都是通過濺射、電弧等技術(shù)在樣件表面沉積薄膜。但是.通過脈沖直流PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積)法制備DLC薄膜更為致密、穩(wěn)定、均勻、與基底結(jié)合力好，表現(xiàn)出優(yōu)異抗磨耐損性，且這種方法成本低、周期短，操作簡便。四氟化碳是目前微電子工業(yè)中用量最大的等離子蝕刻氣體，其高純氣及四氟化碳高純氣配高純氬氣的混合體，可廣泛應(yīng)用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢薄膜材料的蝕刻。因此，采用CF4-CH4-H2反應(yīng)等離子體系時(shí)，通過調(diào)節(jié)三種氣體的比例，可以達(dá)到刻蝕速率和沉積速率的平衡點(diǎn)，這使所沉積的含氟碳基薄膜既能保持原有類金剛薄膜的優(yōu)良性能，又能成功引入氟元素降低原薄膜內(nèi)應(yīng)力、提高抗磨減損能力
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。我們發(fā)明了一種以四氟化碳處理制備出具有優(yōu)異耐磨減損性能碳基薄膜的方法，該方法在抗磨減損領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，并有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明以四氟化碳作為前驅(qū)氣體，通過摻雜方式制備出具有優(yōu)異耐磨減損性能含氟碳膜的方法。具體是利用增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法在拋光硅片表面沉積薄膜。一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法，其特征在于該方法按照下列順序步驟進(jìn)行:A沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機(jī)清洗；B采用增強(qiáng)型等離子體氣相沉積設(shè)備，薄膜沉積前，在4.5 5Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以300sccm氬氣對基片進(jìn)行等離子體清洗30min ；C為增強(qiáng)含氟非晶碳膜和基片之間的結(jié)合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜 10 15min ；D在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz占空比60 80%下，沉積含氟碳膜，條件Isccm四氟化碳、10.3sccm甲燒、20sccm氫氣。利用X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析本發(fā)明中所制備的薄膜結(jié)構(gòu)。利用UMT-2MT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)表征所制得的摩擦系數(shù)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)和三位輪廓儀表征薄膜磨損狀況。結(jié)果表明:成功制備出含氟碳基薄膜，所制備的薄膜具有非常優(yōu)異的抗磨減損性能。本發(fā)明通過制備穩(wěn)定的碳基薄膜，提高硅片的抗磨耐損能。這種方法成本低、周期短，操作簡便，且制備出的薄膜致密、穩(wěn)定、均勻、與基底結(jié)合力好，表現(xiàn)出優(yōu)異抗磨耐損性，是一種非常有前途的表面潤滑涂層技術(shù)。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，通過實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例1:以甲烷為前驅(qū)氣體，作為含氟碳膜的主要碳源。采用增強(qiáng)型等離子體氣相沉積設(shè)備。沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機(jī)清洗；薄膜沉積前，在4.5 5.0Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以300sCCm氬氣對基片進(jìn)行等離子體清洗30min。為增強(qiáng)含氟非晶碳膜和基片之間的結(jié)合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以
10.3sccm甲燒、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min。在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz占空比60%下，制備含氟碳膜(Isccm四氟化碳、10.3sccm甲烷、20sccm 氫氣)ο實(shí)施例2:
以乙炔為驅(qū)氣體，作為含氟碳膜的主要碳源。采用增強(qiáng)型等離子體氣相沉積設(shè)備。沉積基片為拋光硅片，事先用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機(jī)清洗；薄膜沉積前，在4.5 5.0Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以300sccm IS氣對基片進(jìn)行等離子體清洗30min。為增強(qiáng)結(jié)合力，在15 20Pa下,基底偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min。在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz占空比60%下，制備含氟碳膜(Isccm四氟化碳、10.3sccm乙炔、20sccm氫氣)。如表I所示，15Hz時(shí)，含氟碳膜和不含氟碳膜分別在載荷5N、10N、20N下，進(jìn)行摩擦性能考察。結(jié)果表明，與不含氟碳膜相比，含氟薄膜在較高載荷20N下具有非常優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。表1:含氟與不含氟非晶碳膜的不同載荷下摩擦系數(shù)
權(quán)利要求
1.一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法，其特征在于該方法按照下列順序步驟進(jìn)行: A沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機(jī)清洗； B采用增強(qiáng)型等離子體氣相沉積設(shè)備，薄膜沉積前，在4.5 5Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 30KHZ、占空比60 80%下，以300sccm氬氣對基片進(jìn)行等離子體清洗30min ； C為增強(qiáng)含氟非晶碳膜和基片之間的結(jié)合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min ； D在15Pa下，基地偏 壓1000 1200V、頻率20 30KHz占空比60 80%下，沉積含氟碳膜，條件Isccm四氟化碳、10.3sccm甲焼、20sccm氫氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。本發(fā)明以四氟化碳作為前驅(qū)氣體，利用增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法在拋光硅片表面沉積薄膜。該方法成本低、周期短，操作簡便，且制備出的薄膜致密、穩(wěn)定、均勻、與基底結(jié)合力好，具有優(yōu)異抗磨耐損性。
文檔編號C23C16/44GK103160800SQ20111042621
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張俊彥, 楊濤 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所