专利名称：用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法
技术领域：
本发明属于低温等离子体化学技术领域，涉及的是用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法。
背景技术：
在广泛应用等离子体的各种薄膜制备的生产过程中(如等离子体化学气相沉积)，薄膜是在基片上逐步生成的，但有时在等离子体中也会有大颗粒生成，这些大颗粒就是尘埃颗粒，在工业生产中的等离子体中的尘埃颗粒的大小从纳米量级一直到几百微米量级。在等离子体中，由于电子速度快，离子速度慢，以致尘埃颗粒表面带负电荷，其所带电荷量与它的大小及所处的等离子体环境有关，微米量级的尘埃颗粒所带的电荷量可以高达几千个电子电量。尘埃颗粒一般悬浮在电极的鞘层中，在重力和鞘层中的电场力的作用下，悬浮在鞘层的一定位置。尘埃颗粒在等离子体中有一个从小到大的长大过程，当尘埃颗粒长大到一定程度时，所受的重力大于所受的电场力时就会落下来，落在基片上，就可能造成缺陷，形成次品或废品，例如在集成电路的生产过程中，落下的尘埃颗粒的大小超过了集成电路的线宽，就有可能造成的废品，这些都造成了巨大的经济损失。当然也不是所有的尘埃颗粒都有不利的影响，如适当的纳米量级颗粒的掺杂对薄膜的光电特性是有好处的。
目前已有的技术并不能有效地控制等离子体中的尘埃颗粒的大小，只是采用一些手段，如设计一定形状的电极，以形成一定形状的势阱，让尘埃颗粒沿势阱通道离开反应室，这些手段对制备的薄膜的均匀性等性能会有一定得影响，而且效果也不很理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法，解决传统制备薄膜技术中由于对等离子体中的尘埃颗粒控制不利所造成的次品、废品等带来的损失。
本发明的技术方案是一种用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法，本发明的关键点是脉冲射频电源。脉冲射频电源是对射频电源(13.56MHz)进行脉冲调制，就是使射频在一段时间内输出(射频工作)，下一段时间内不输出(射频休止)，二者交替进行，即射频工作方式是脉冲的。射频工作期间，制膜反应进行，尘埃颗粒也在形成中，射频休止期间，制膜反应减慢至停止，尘埃颗粒也不再长大。对射频电源可以一重调制，也可二重或多重调制。
本方法实施时是由脉冲射频电源、电极(由导体或绝缘体材料制成)、稳定和控制放电的匹配网络、尘埃颗粒监视部分(由尘埃颗粒照明和尘埃颗粒记录与分析部分组成)、用于沉积薄膜的工作介质，即工作气体或固体以及载气(如氩气、氮气等)及相应的监控部分(质量流量控制，基片的温度测控等)共同组成一套系统来实施的。
用本方法制备薄膜时，首先在脉冲射频电源的作用下，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。其次通过调节调制脉冲，选择合适的脉冲调制频率(2Hz-20KHz)和占空比(5-95％)，使得尘埃颗粒的大小保持在一定的尺寸内(如小于纳米)，不让其所受的重力大于其所受的电场力，并在射频休止时间内将其抽走，这样沉积的薄膜质量就可以控制；在这个阶段，也可以选择适当大小的尘埃颗粒(如纳米量级)让其掺入制备的薄膜中以得到特殊的性能(如光电性能)。然后在工作介质监控部分的调节下，制备出薄膜。
本发明的效果和益处是，本发明提出一种用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法，克服了传统制备薄膜技术中缺乏对等离子体中的尘埃颗粒进行有效控制的手段的缺点，能减少由尘埃颗粒引起的巨大损失。本发明可以控制等离子体中的尘埃颗粒的大小，并可对薄膜的性质进行适当的控制。本发明用途广泛，在沉积薄膜的各种领域均可应用，可产生巨大的经济效益。
具体实施例方式
以下结合技术方案叙述本发明的具体实施方式
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我们用本方法来沉积碳化硅薄膜。该装置的工作电源采用一重调制的13.56MHz的射频电源，调制频率从2Hz-20kHz连续可调，占空比5-95％连续可调；反应室是圆筒形状，圆筒由玻璃制成，上下两电极由不锈钢材料制成，下电极是驱动极，直径5cm，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；激光器发出的激光经光具组扩束后从侧面照明尘埃颗粒并用CCD相机及相连的计算机来监视尘埃颗粒；工作介质采用硅烷和乙烯，载气是氩气，用来沉积碳化硅薄膜。气压是20-100Pa，射频功率是10-100W。基片处于常温下，没有加热。对比将射频电源进行调制与不进行调制两种放电情形，观察到，在相同条件下，对射频电源进行调制的等离子体中尘埃颗粒比不进行调制的等离子体中的尘埃颗粒要少很多。
权利要求
1.一种用脉冲射频等离子体控制薄膜制备中的尘埃颗粒的方法，其特征是(1)对射频电源进行一重、二重或多重脉冲调制，脉冲调制频率为2Hz-20KHz，占空比为5-95％；(2)由脉冲调制后的射频电源、电极、稳定和控制放电的匹配网络、尘埃颗粒监视部分、用于沉积薄膜的工作介质和相应的监控部分组成一套系统；(3)在脉冲调制后的射频电源的作用下，控制尘埃颗粒大小。
全文摘要
本发明属于低温等离子体化学领域。其特征是对射频电源进行脉冲调制，就是使射频在一段时间内输出(射频工作)，下一段时间内不输出(射频休止)，二者交替进行，即射频工作方式是脉冲的；对射频电源可以一重调制，也可二重或多重调制；调节脉冲调制的频率和占空比，控制尘埃颗粒的大小，并在射频休止时间内将尘埃颗粒抽走；在这个阶段，可以选择适当的尘埃颗粒让其掺入制备的薄膜中。本发明的效果和益处是可控制等离子体中尘埃颗粒的大小，可对薄膜的性质进行适当的控制，可广泛用于沉积薄膜的各种领域，带来巨大的经济效益。
文档编号C23C16/505GK1873052SQ200610076998
公开日2006年12月6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