一种利用低温化学气相沉积技术制备非晶碳薄膜的方法   0    0

[0001] 本发明涉及薄膜材料制备方法，具体涉及一种采用等离子体增强化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法。

[0002] 非晶碳薄膜由于具有良好的抗磨损性能、低摩擦系数、良好的热导性和透光性、带隙可调性、高硬度以及化学性质稳定等特点，在光学、半导体及机械加工等领域的应用越来越受到重视。目前，制备非晶碳薄膜的方法主要有微机械剥离法、有机合成法、碳化硅热解外延生长法、化学剥离法和化学气相沉积法等。微机械剥离法虽可制备高质量非晶碳薄膜，但可控性较低，难以实现大规模制备；有机合成法反应步骤较多，芳环体系面积较大时溶解性变差，并伴随较多副反应，同时催化剂用量多，反应时间长；碳化硅热解外延生长法难以实现非晶碳薄膜的大面积制备，成膜不均匀，条件苛刻，高温和超高真空成本高；化学剥离法制备的非晶碳薄膜性能和稳定性不足。化学气相沉积法是目前薄膜制备技术中的重要方法之一，常见的化学气相沉积技术有光诱导化学气相沉积法、热丝催化化学气相沉积法以及等离子辉光放电等制备方法。光诱导化学气相沉积法有水银污染，且薄膜在衬底上沉积的同时也会在窗口上沉积。热丝催化化学气相沉积法制备非晶碳薄膜均匀性不好，热丝的寿命不高，增加了成本，加热丝也可能对沉积的非晶碳薄膜产生污染。

[0003] 本发明的目的在于提供一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法所制备的非晶碳薄膜具有成膜工艺简单、均匀性好、电阻率小以及适合大面积制备等优点。本发明所提供的一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法主要包括下述步骤：

[0004] (1)清洗单晶硅片；

[0005] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持15～25分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至600～900℃保持20～35分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0006] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率100～150W，射频频率13.56MHz，基片温度200～250℃，腔体压强100～140Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体10～20sccm，镀膜时间30～60分钟。

[0007] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备。

[0008] 本发明首先采用热氧化方式促使单晶硅基片表面形成一层氧化硅薄膜，这种氧化硅薄膜不仅可以降低非晶碳薄膜在生长过程中所产生的应力，而且有利于提高非晶碳薄膜与单晶硅基片的结合力，接着采用等离子体增强化学气相沉积技术低温制备非晶碳薄膜，此法所制备的非晶碳薄膜工艺简单、成本低、均匀性好、电阻率小、适合大面积制备，而且此工艺与现有的半导体工艺技术相兼容，有利于非晶碳薄膜应用。

[0009] 以下实施案例用以说明本发明，但不用于限制本发明。

[0010] 实施例1

[0011] 一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0012] (1)清洗单晶硅片；

[0013] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片进行热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持15分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至600℃保持35分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0014] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率100W，射频频率13.56MHz，基片温度200℃，腔体压强100Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体10sccm，镀膜时间30分钟。

[0015] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备，其电阻率小于6.0×10-3Ω·cm。

[0016] 实施例2

[0017] 一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0018] (1)清洗单晶硅片；

[0019] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片进行热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持17分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至750℃保持30分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0020] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率120W，射频频率13.56MHz，基片温度220℃，腔体压强120Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体15sccm，镀膜时间45分钟。

[0021] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备，其电阻率小于7.0×10-3Ω·cm。

[0022] 实施例3

[0023] 一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0024] (1)清洗单晶硅片；

[0025] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片进行热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持20分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至850℃保持25分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0026] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率130W，射频频率13.56MHz，基片温度230℃，腔体压强110Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体17sccm，镀膜时间50分钟。

[0027] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备，其电阻率小于8.0×10-3Ω·cm。

[0028] 实施例4

[0029] 一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0030] (1)清洗单晶硅片；

[0031] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片进行热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持25分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至900℃保持20分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0032] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率150W，射频频率13.56MHz，基片温度240℃，腔体压强130Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体20sccm，镀膜时间55分钟。

[0033] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备，其电阻率小于6.0×10-3Ω·cm。

[0034] 实施例5

[0035] 一种利用低温化学气相沉积法制备非晶碳薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

[0036] (1)清洗单晶硅片；

[0037] (2)将清洗好的单晶硅片放入充有高纯氧气的石英退火炉内进行热氧化处理，使其表面形成一层氧化硅薄膜。单晶硅片进行热氧化处理的方式是：升温前，将清洗好的单晶硅片放入石英管退火炉内的同时向石英管退火炉内通入高纯氧气并保持23分钟，接着将石英管退火炉缓慢加热至900℃保持18分钟，之后，断开加热电源，取出单晶硅片，此时单晶硅表面便形成一层氧化硅薄膜；

[0038] (3)以甲烷为反应气体采用等离子体增强化学气相沉积法在热氧化处理后的单晶硅片上沉积非晶碳薄膜。制备工艺参数为：射频功率120W，射频频率13.56MHz，基片温度250℃，腔体压强140Pa，纯度为(体积百分比)99.999％的CH4气体13sccm，镀膜时间60分钟。

[0039] 经过以上步骤非晶碳薄膜材料便通过一种低温化学气相沉积法成功制备，其电阻率小于7.0×10-3Ω·cm。

[0040] 以上所述为本发明较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施实例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。