专利名称：用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于低温等离子体化学技术领域，涉及的是等离子体化学气相沉积中的用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置。
背景技术：
尘埃等离子体，就是包含有尘埃颗粒的等离子体，又称为复杂等离子体，是由电子、离子、中性粒子和带负电的大尘埃颗粒组成的等离子体。由于等离子体中包含有大的带负电的尘埃颗粒，使其性质与普通等离子体有很大的不同，出现了许多新现象，如电子温度很高(能量在几十伏)等，也可以用电磁场来控制带负电的尘埃颗粒。碳化硅材料具有耐高温、抗辐射、高饱和电子漂移速度、高击穿强度、高的热导率、与硅集成技术兼容等特点，是制备大功率、超高频和不挥发存储器件的优选材料；碳化硅的禁带宽度远大于目前使用的硅材料；碳化硅薄膜材料可以有效地阻挡水汽扩散，以及其具有的优良的机械和化学性能，决定了它在集成电路芯片的封装上有广泛的应用；碳化硅还是一种高效的发光材料，作为高性能紫外光电探测器，它的量子效率接近100％。
目前制备碳化硅晶体的方法主要有分子束外延、反应磁控溅射、化学气相沉积等方法，这些合成方法大部都是在较高温度下实现的。在高温下生长碳化硅，由于热应力能引起硅衬底中杂质的扩散，会对碳化硅薄膜产生不良影响，从而降低了碳化硅电子元件的工作性能。在需要塑封的工艺下，由于塑料和无机材料之间的热膨胀系数差别比较大，所以外阻挡层的沉积需要更低的沉积温度。因此，寻求一种能够在低温下合成出碳化硅薄膜的方法一直是热点和难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，解决传统沉积碳化硅薄膜技术中由于高温所带来碳化硅薄膜中的杂质扩散，碳化硅电子元件工作性能的降低及热膨胀系数差别大引起的封装问题等等不利的影响。
本发明的技术方案是一种用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，由常规的不包含基片的温度测控部分的等离子体辅助沉积碳化硅薄膜的装置即电源(直流电源、射频电源、脉冲电源、微波电源)、电极(由导体或绝缘体等材料制成)、稳定和控制放电的匹配网络、用于沉积碳化硅薄膜的工作介质，即含碳类的气体(如乙烯、甲烷等)，含硅类的气体(如硅烷等)或固体(如硅片等)以及载气(如氩气、氮气等)及相应的监控部分(质量流量控制等)加上尘埃颗粒的监视和控制部分共同组成。本发明的关键部件是尘埃颗粒的监视和控制部分。
本发明的尘埃颗粒监视部分由尘埃颗粒照明和尘埃颗粒状况的记录与分析两部分组成。尘埃颗粒照明部分由激光器(可以是He-Ne激光器，半导体激光器等等)和光具组(由反射镜，柱透镜，凹透镜，导轨，支架等)组成；尘埃颗粒状况的记录与分析部分是由记录设备(可以是CCD，数码相机，数码摄像机，光谱仪等)以及用于分析数据的计算机组成；沉积碳化硅薄膜的反应室设计成透明的或开一个以上观察窗口。工作时，点燃激光器，激光器射出激光束，激光束经光具组扩束成片光束进入沉积碳化硅薄膜的反应室来照明尘埃颗粒，用记录设备对尘埃颗粒记录和拍照，并输入相连的计算机，在计算机中分析尘埃颗粒的状况。
本发明的尘埃颗粒控制部分由改进的电极(将驱动极设计成微凹，对圆形电极而言，其深度与直径之比为0.05-0.1)，直流负偏压电源(0-500V，给驱动极加负偏压)和从反应室外向反应室内投入尘埃颗粒的部件组成。从反应室外向反应室内投入尘埃颗粒的部件由金属网，继电器，电磁铁等及将它们封闭起来的容器等构成，工作时，启动继电器，电磁铁吸动金属网，使周围的尘埃颗粒投入反应室，封闭的容器将它们与反应室相连并与外界隔绝。改进的电极，负的直流偏压及控制放电气体的压强(10-100Pa)和放电功率(10-100W)，可综合控制尘埃颗粒，并在常温下沉积出碳化硅薄膜。用从反应室外向反应室内投入尘埃颗粒的部件可向反应室内投入特定的尘埃颗粒(如纳米颗粒)，以得到要求性能(如光电特性)的碳化硅薄膜。
工作时，在电源作用下，两电极间的气体发生放电，在匹配网络的调节下，产生稳定的等离子体，在尘埃监控部分的控制下，在工作介质监控部分的调节下，常温下沉积出碳化硅薄膜。
本发明的效果和益处是，本发明提出用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，能克服传统的沉积碳化硅薄膜的方法中由于高温所带来的种种缺点，能够在常温下沉积碳化硅薄膜，也可以通过投入适当的尘埃颗粒以得到特定性能的碳化硅薄膜。该装置可以广泛用于需要沉积碳化硅薄膜的各种领域，改变工作介质，该装置还可用于沉积其他类型的薄膜(如金刚石膜等)，在等离子体化学气相沉积领域中具有强大的生命力和广泛的应用前景。
图1是沉积的碳化硅薄膜的片断。
图2是沉积的碳化硅薄膜的电子衍射照片。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图叙述本发明的具体实施方式
。
工作电源采用13.56MHz的射频电源；反应室是圆筒状，圆筒是玻璃制成的，以方便尘埃颗粒监视，上下两电极由不锈钢材料制成，下电极是驱动极，设计成微凹，直径10cm，上电极接地，直径30cm，中间有一观察窗，上下电极间距2-10cm可调；基片是硅片，放置在下电极上；激光器及相应的光具组扩束成片光束从侧面照明尘埃颗粒，CCD相机用来监视尘埃颗粒；工作介质采用硅烷和乙烯，载气是氩气。气压是40-100Pa，射频功率是20-50W。基片处于常温下，没有加热，未加偏压。通过调节气压、功率，调节气体流量；调节硅烷、乙烯和氩气间的相对比例，沉积出碳化硅薄膜。
权利要求
1.一种用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，由电源、电极、用于沉积碳化硅薄膜的工作介质及监控部分、控制放电的匹配网络、尘埃颗粒的监视部分和尘埃颗粒的控制部分组成，其特征是尘埃颗粒的监视部分由激光器、光具组、记录设备和计算机组成，沉积碳化硅薄膜的反应室透明或开观察窗口；尘埃颗粒的控制部分由微凹的驱动极和直流负偏压电源组成，其中直流负偏压电源为0-500V。
2.根据权利要求1所述的一种用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，其特征在于尘埃颗粒的控制部分的圆形驱动极设计成微凹时，其深度与直径之比为0.05-0.1。
3.根据权利要求1所述的一种用尘埃等离子体在常温下沉积碳化硅薄膜的装置，其特征在于采用从反应室外向反应室内投入尘埃颗粒的部件来控制尘埃颗粒。
全文摘要
本发明属于低温等离子体化学技术领域。本发明由不包含基片的温度测控的等离子体辅助沉积碳化硅薄膜的装置加上尘埃颗粒的监控部分组成，其特征是由激光器和光具组来照明尘埃颗粒，由记录设备和计算机来记录和分析尘埃颗粒的状况，沉积碳化硅薄膜的反应室设计成透明的或开一个以上观察窗口，用微凹的驱动极，直流负偏压电源，从反应室外向反应室内投入尘埃颗粒的部件来控制尘埃颗粒。本发明的效果和益处是能克服传统方法中由于高温所致的种种缺点，能够在常温下沉积碳化硅薄膜，可广泛用于需要沉积碳化硅薄膜的各种领域，改变工作介质，还可沉积其他类型的薄膜。
文档编号C23C16/50GK1837402SQ20061007699
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者张鹏云 申请人:大连理工大学