一種利用低溫化學氣相沉積技術(shù)制備非晶碳薄膜的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜材料制備方法，具體涉及一種采用等離子體增強化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶碳薄膜由于具有良好的抗磨損性能、低摩擦系數(shù)、良好的熱導性和透光性、帶隙可調(diào)性、高硬度以及化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點，在光學、半導體及機械加工等領域的應用越來越受到重視。目前，制備非晶碳薄膜的方法主要有微機械剝離法、有機合成法、碳化硅熱解外延生長法、化學剝離法和化學氣相沉積法等。微機械剝離法雖可制備高質(zhì)量非晶碳薄膜，但可控性較低，難以實現(xiàn)大規(guī)模制備;有機合成法反應步驟較多，芳環(huán)體系面積較大時溶解性變差，并伴隨較多副反應，同時催化劑用量多，反應時間長;碳化硅熱解外延生長法難以實現(xiàn)非晶碳薄膜的大面積制備，成膜不均勻，條件苛刻，高溫和超高真空成本高;化學剝離法制備的非晶碳薄膜性能和穩(wěn)定性不足?；瘜W氣相沉積法是目前薄膜制備技術(shù)中的重要方法之一，常見的化學氣相沉積技術(shù)有光誘導化學氣相沉積法、熱絲催化化學氣相沉積法以及等離子輝光放電等制備方法。光誘導化學氣相沉積法有水銀污染，且薄膜在襯底上沉積的同時也會在窗口上沉積。熱絲催化化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜均勻性不好，熱絲的壽命不高，增加了成本，加熱絲也可能對沉積的非晶碳薄膜產(chǎn)生污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法所制備的非晶碳薄膜具有成膜工藝簡單、均勻性好、電阻率小以及適合大面積制備等優(yōu)點。本發(fā)明所提供的一種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法主要包括下述步驟:
[0004](I)清洗單晶硅片；
[0005](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持15?25分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至600?900°C保持20?35分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0006](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率100?150W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度200?250 °C，腔體壓強100?140Pa，純度為(體積百分比)99.999%的CH4氣體10?20sccm，鏈膜時間30?60分鐘。
[0007]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備。
[0008]本發(fā)明首先采用熱氧化方式促使單晶硅基片表面形成一層氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜不僅可以降低非晶碳薄膜在生長過程中所產(chǎn)生的應力，而且有利于提高非晶碳薄膜與單晶硅基片的結(jié)合力，接著采用等離子體增強化學氣相沉積技術(shù)低溫制備非晶碳薄膜，此法所制備的非晶碳薄膜工藝簡單、成本低、均勻性好、電阻率小、適合大面積制備，而且此工藝與現(xiàn)有的半導體工藝技術(shù)相兼容，有利于非晶碳薄膜應用。
【具體實施方式】
[0009]以下實施案例用以說明本發(fā)明，但不用于限制本發(fā)明。
[0010]實施例1
[0011]—種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
[0012](I)清洗單晶娃片；
[0013](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持15分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至600°C保持35分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0014](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率100W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度2000C，腔體壓強10Pa，純度為(體積百分比)99.999 %的CH4氣體1sccm，鍍膜時間30分鐘。
[0015]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備，其電阻率小于6.0X 10—3 Ω.cmo
[0016]實施例2
[0017]—種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
[0018](I)清洗單晶娃片；
[0019](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持17分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至750°C保持30分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0020](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率120W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度2200C，腔體壓強120Pa，純度為(體積百分比)99.999%的CH4氣體15sccm，鍍膜時間45分鐘。
[0021]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備，其電阻率小于7.0X 10—3 Ω.cm。
[0022]實施例3
[0023]—種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
[0024](I)清洗單晶娃片；
[0025](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持20分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至850°C保持25分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0026](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率130W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度2300C，腔體壓強I 1Pa，純度為(體積百分比)99.999 %的CH4氣體17sccm，鍍膜時間50分鐘。
[0027]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備，其電阻率小于8.0X 10—3 Ω.cm。
[0028]實施例4
[0029]—種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
[0030](I)清洗單晶娃片；
[0031](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持25分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至900°C保持20分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0032](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率150W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度2400C，腔體壓強130Pa，純度為(體積百分比)99.999 %的CH4氣體20sccm，鍍膜時間55分鐘。
[0033]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備，其電阻率小于6.0X 10—3 Ω.cmo
[0034]實施例5
[0035]—種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
[0036](I)清洗單晶娃片；
[0037](2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜。單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持23分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至900°C保持18分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜；
[0038](3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。制備工藝參數(shù)為:射頻功率120W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度2500C，腔體壓強140Pa，純度為(體積百分比)99.999%的CH4氣體13sccm，鍍膜時間60分鐘。
[0039]經(jīng)過以上步驟非晶碳薄膜材料便通過一種低溫化學氣相沉積法成功制備，其電阻率小于7.0X 10—3 Ω.cm。
[0040]以上所述為本發(fā)明較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施實例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: (1)清洗單晶娃片； (2)將清洗好的單晶硅片放入充有高純氧氣的石英退火爐內(nèi)進行熱氧化處理， (3)以甲烷為反應氣體采用等離子體增強化學氣相沉積法在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜。2.權(quán)利要求1所述的利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，其特征在于，步驟(2)中，單晶硅片進行熱氧化處理的方式是:升溫前，將清洗好的單晶硅片放入石英管退火爐內(nèi)的同時向石英管退火爐內(nèi)通入高純氧氣并保持15?25分鐘，接著將石英管退火爐緩慢加熱至600?900°C保持20?35分鐘，之后，斷開加熱電源，取出單晶硅片，此時單晶硅表面便形成一層氧化硅薄膜。3.權(quán)利要求1所述的利用低溫化學氣相沉積法制備非晶碳薄膜的方法，其特征在于，步驟(3)中，在熱氧化處理后的單晶硅片上沉積非晶碳薄膜的工藝參數(shù)為:射頻功率100?150W，射頻頻率13.56MHz，基片溫度200?250°C，腔體壓強100?140Pa，純度為99.999%(體積百分比)的CH4氣體10?20sccm，鍍膜時間30?60分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用低溫化學氣相沉積技術(shù)制備非晶碳薄膜的方法，該方法包括以下步驟：(1)清洗單晶硅片；(2)將清洗好的硅片放入充有氧氣的高溫石英退火爐中進行熱氧化處理，使其表面形成一層氧化硅薄膜；(3)以甲烷為反應氣體，采用等離子體增強化學氣相沉積法在步驟(2)中所形成的氧化硅薄膜表面沉積非晶碳薄膜。用上述方法所制備的非晶碳薄膜具有工藝簡單、均勻性好、電阻率低以及適合大面積制備等優(yōu)點，而且此工藝與現(xiàn)有的半導體工藝技術(shù)相兼容，有利于非晶碳薄膜的應用。
【IPC分類】C23C16/505, C23C16/26
【公開號】CN105648417
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】姜禮華, 楊一名, 項長華, 譚新玉, 孫宜華, 肖婷, 向鵬
【申請人】三峽大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月14日