一种等离子体增强化学气相沉积设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括反应腔体，内部设置有上极板和下级板；将下级板划包括沉积板和槽型机构，沉积板盖设于槽型机构的槽型开口上，形成一容置空间。将槽型机构的外表面覆盖一层由绝缘材料形成的绝缘壁，只保留沉积板通入射频电压产生等离子体进行镀膜，能够保证等离子体的均匀性和稳定性，使得薄膜材料均匀的沉积在基片上，能够提高制膜质量。
【专利说明】
一种等离子体増强化学气相沉积设备
技术领域
[0001]本申请涉及镀膜技术领域，尤其涉及一种等离子体增强化学气相沉积设备。
【背景技术】
[0002]类金刚石薄膜(Diamond Like Carbon)简称DLC薄膜。它是一类性质近似于金刚石薄膜，具有高硬度、高电阻率、良好光学性能、化学惰性等，同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。可广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等领域，具有良好的应用前景。
[0003]等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是制备类金刚石薄膜的一种去常用的方法。等离子体增强化学气相沉积技术，借助气体辉光放电在上极板和下级板之间产生均匀的等离子体，从宏观上看来，这种等离子体温度不高，但其内部却处于受激发的状态，其电子能量足以使分子键断裂，并导致具有化学活性的物质(活化分子、原子、离子、原子团等)产生，使本来需要在高温下才能进行的化学反应，在较低的温度下甚至在常温下就可以发生，从而达到在低温下也能在基片上形成固体膜的目的。具体过程为通入适量的反应气体，在射频电源和直流负偏压的诱导下，使气体等离子体化。等离子体中的某些中性产物有可能同与之接触的固体表面发生进一步的反应，形成薄膜的同时向等离子体中释放出新的反应产物。新的产物在电场的控制下形成规律性的运动，最终沉积在基片上形成固态薄膜。
[0004]而由于在下级板通入了射频电压，因此下级板的各个表面附近都会产生等离子体，会引起设备空间内的等离体子分布不均匀，从而会产生影响薄膜的质量，制约成膜面积。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型了提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，以解决沉积类金刚石薄膜的工艺中，由于设备内部的等离子体分布不均匀导致的镀膜质量差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括:
[0007]反应腔体，内部设置有上极板和下级板;所述上极板和所述下级板对应设置；
[0008]所述下级板包括沉积板和槽型机构，所述沉积板盖设于所述槽型机构的槽型开口上，形成一容置空间，其中，所述槽型机构的外表面覆盖有由绝缘材料形成的绝缘壁。
[0009]优选的，所述容置空间内设置有水冷槽。
[0010]优选的，所述容置空间内设置有加热电阻。
[0011]优选的，所述容置空间内设置有温度检测计。
[0012]优选的，所述沉积板上设置有放置基片的样品台。
[0013]优选的，所述反应腔体的腔壁上开设有反应气体入口。
[0014]优选的，所述反应腔体的腔壁上开设有抽气口，所述抽气口和抽真空装置连接。
[0015]优选的，所述绝缘壁采用聚四氟乙烯或者聚全氟乙丙烯制备。[ΟΟ??] 优选的，所述绝缘壁厚度为10-30mm。
[0017]通过本实用新型的一个或者多个技术方案，本实用新型具有以下有益效果或者优占.V.
[0018]本实用新型公开了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括反应腔体，内部设置有上极板和下级板;将下级板划包括沉积板和槽型机构，所述沉积板盖设于所述槽型机构的槽型开口上，形成一容置空间。将槽型机构的外表面覆盖一层由绝缘材料形成的绝缘壁，只保留沉积板通入射频电压产生等离子体进行镀膜，能够保证等离子体的均匀性和稳定性，使得薄膜材料均匀地沉积在基片上，能够提高制膜质量。
[0019]进一步的，在下级板的内部还设置有水冷槽和加热电阻，能够联合调节下级板的温度，实现基片沉积时所需要的温度，且为基片提供一个稳定的镀膜环境，加快沉积速率，能够使得沉积薄膜均匀，制膜质量高。
[0020]另外，在下级板的内部还设置有温度检测计，实时监测所述下级板的温度，实时反馈下级板的温度情况，保持下级板的温度的稳定性。
【附图说明】
[0021 ]图1为本实用新型实施例中PECVD设备的结构示意图。
[0022]附图标记说明:包括反应腔体I，反应腔体I中设置有:上极板2、沉积板3、水冷槽4、加热电阻5、温度检测计6、绝缘壁7、RF (射频，Rad1 Frequency)电源8、机械栗9、样品台1、反应气体入口 11、支撑台12、槽型机构13、容置空间14。
【具体实施方式】
[0023]为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
[0024]在本实用新型实施例中，提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备。
[0025]在本实用新型中，等离子体增强化学气相沉积(PECVD，Plasma EnhancedChemical Vapor Deposit1n)设备可以用来制备类金刚石薄膜。
[0026]请参看图1，是本实施例中的PECVD设备的结构示意图。
[0027]在PECVD设备中，反应腔体I内部设置有上极板2和下极板，而上极板2和下极板对应设置，例如两者平行设置。
[0028]由于本实用新型主要是对下级板3进行改进，下面先介绍下级板3。
[0029]本实用新型的下级板3设置在支撑台12上，下级板3包括沉积板3和槽型机构13。沉积板3盖设于所述槽型机构13的槽型开口上，形成一容置空间14，其中，所述槽型机构13的外表面覆盖有由绝缘材料形成的绝缘壁。
[0030]通过以上描述可知，从整体来看，下级板3实际上是中空型结构，例如中空圆柱体型结构，当然也可以有其他的形状，本实用新型对此不做限制。
[0031]为了和下级板3的形状结构相配合，上极板2也可以设置成圆柱体结构，且上极板2的圆柱体结构的轴心和下级板3的中空圆柱体型结构的轴心在一条直线上。
[0032]另外，下级板3和上极板2对应设置，例如两者平行设置，具体来说，如果下级板3是中空圆柱体型结构，而上极板2也是圆柱体结构，那么沉积板3和上极板2的圆柱体的下端面平行，具体请参看图1。当然，上极板2除了中空圆柱体结构之外，也可以有其他的结构形状，例如长方体型或者正方体型等等。而下级板3除了中空圆柱体型结构，也可以有其他的结构形状，只要上极板2和下级板3平行即可。
[0033]另外，下级板3和上极板2平行的表面的长度或者直径可达500mm，进而可制备大面积薄膜，薄膜的直径为500mm。
[0034]由于下级板在通入射频电源之后，整个下级板都会产生等离子体，进而会使得反应腔室I内部的等离子体分布不均匀。因此，在本实用新型的实施例中，将下级板划包括沉积板3和槽型机构13。将槽型机构13的外表面覆盖有由绝缘材料形成的绝缘壁7，因此下级板中的槽型机构13是不会产生等离子体的，而仅保留沉积板3通入射频电源产生均匀的等离子体。因此本实用新型的设备能够产生稳定的等离子体，使得上极板2和沉积板3之间的等离子体均匀分布并均匀的在基片表面沉积薄膜，提高了镀膜质量。其中绝缘壁7的材料为聚四氟乙稀，厚度为10-30mm，优选厚度为15mm或者20mm。
[0035]另外，在容置空间14内设置有水冷槽4，用以通入冷却液(例如水)对所述下级板3的冷却降温，可为设备提供一个常温的反应环境，范围为(TC?60°C。另外，沉积板3还接有RF电源8，用来产生等离子体。
[0036]当然，为了进一步控制下级板3的温度，防止下级板3过度冷却，在容置空间14内还设置有加热电阻5，用于提升所述下级板的温度。加热电阻5采用热传导系数高的材料，一般为铜金属。通过热传导能力高的铜金属传导给下极板，实现基片沉积时所需要的温度。为了不影响等离子体稳定性，容置空间14内部还设置有温度检测计6，用于实时监测所述下级板的温度，实时反馈下级板温度情况，进而调节加热组件(即加热电阻5或者水冷槽4)，保持下级板3的温度的稳定性，为基片提供一个稳定的镀膜环境，加快沉积速率，能够使得沉积薄膜均匀，制膜质量高。
[0037]另外，沉积板3上设置有样品台10，用于放置基片。
[0038]以上是关于反应腔体I内部的结构介绍，而在反应腔体I的腔壁上，还设置有反应气体入口 11以及抽气口。反应气体入口 11主要用来通入反应气体，例如:氩气和甲烷的混合气体;或者氩气和乙炔的混合气体。
[0039]而抽气口和抽真空装置(例如机械栗9)连接，在机械栗9的作用下使所述反应腔体I中达到真空状态。
[0040]当然，在本实施例中还有对样品固定和密封等真空设备的通用部件，在此本实用新型不再具体介绍。
[0041]以上便是本实用新型中PECVD设备的结构，为了防止等离子体分布不均匀而影响镀膜的质量，本实用新型在下级板3的槽型机构13的外表面覆盖有由绝缘材料形成的绝缘壁7，因此槽型机构13是不能产生等离子体的，而只有沉积板3能够产生均匀的等离子体，使得反应腔体I内的等离子体均匀分布，进而提高了制膜质量，制膜效果好。
[0042]基于PECVD设备的特殊结构，本实用新型的制膜方法如下:
[0043]首先，利用所述水冷槽4的冷却作用，使所述反应腔体I内的温度调节为(TC?800°C；
[0044]其次，对所述反应腔体I抽真空处理，然后通过所述反应气体入口11将混合气体充入所述反应腔体I中；
[0045]再次，将所述反应腔体I的工作气压调为0.1Pa?1Pa，然后施加电压，使施加功率范围处于50W?800W，产生等离子体；
[0046]最后，打开偏压电源并在基片上施加预设的负偏压0V-350V，以制备薄膜。
[0047]下面以制备类金刚石薄膜为例，介绍具体的镀膜过程:
[0048]在前期准备中，会先根据不同的实验目的，设定对应的工艺参数，例如控制镀膜室的真空度或压力、控制反应气体的通气量、控制电极间的放电间隙等。
[0049]在设定工艺参数之后，则会进行下面的步骤。
[0050]1、对PECVD设备进行预处理。
[0051]由于本实用新型PECVD设备可以镀多种类型的膜，而每种膜的镀膜要求不同，因此，为了避免上次镀膜对本次镀膜的影响，在本次镀膜之前，需要对PECVD设备进行预处理。本次实施例以制备类金刚石薄膜为例，在制备之前，需要采用氩等离子体对反应腔体I及衬底表面进行预清洗约15min。
[0052]2、对基片进行清洗。
[0053]基片有多种类型，例如玻璃基片、单晶硅基片等等。在清洗的过程中，一般是利用超声波清洗器清洗基片。清洗时间本实用新型不做限制，例如清洗5分钟、15分钟等等都可。而在清洗时按照碱液去油、蒸馏水清洗、丙酮清洗、超声波清洗、乙醇脱水的次序进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干基片或加热烘干基片。
[0054]3、将清洗好的基片放入样品台10上，然后封闭反应腔体I的腔门。
[0055]4、检查水源、气源和电源正常后，打开冷却循环水，利用水冷槽4通入冷却循环水，保证下级板3的温度满足要求，将温度控制在O 0C?8000C。另外也可以控制在O 0C?60 V之间。
[0056]5、抽真空，至真空度优于5 X 10—4Pa。
[0057]6、打开气瓶，通过所述反应气体入口 11将混合气体充入所述反应腔体I中。
[0058]通入的混合气体具体是:氩气和甲烧的混合气体(Ar和CH4的混合气体)，或者是氩气和乙炔的混合气体(Ar和C2H2的混合气体)。本实用新型以Ar和CH4的混合气体为例，通入比例1:10，当然可根据实际情况调整。通过质量流量控制器控制4^014或4^(:2!12的比例。
[0059]7、根据实验条件设定工作气压0.1Pa?1Pa(或者2Pa?1Pa)，打开电源，施加预设的功率约50W至800W，产生等离子体。当然也可以设定功率为其他范围，例如300?800W。
[0060]8、设定基片温度室温不超过60°C，打开偏压电源并在基片上施加预设的负偏压0V-350V，以制备薄膜，或者调节到150V-350V以制备薄膜。
[0061]9、根据工艺参数沉积类金刚石薄膜30min，然后结束镀膜，之后关闭电源和气体。
[0062]10、薄膜在真空状态下搁置一段时间，例如1.5h?2h(l.5小时?2小时)，使薄膜牢固长在硅片上，防止脱落。打开充气阀对反应腔体I充气后，打开反应腔体I的门，取出薄膜进行观察。
[0063]11、合上反应腔体I的门，关掉总电源，切断冷却水。
[0064]通过本实用新型的一个或者多个实施例，本实用新型具有以下有益效果或者优占.V.
[0065]本实用新型公开了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括反应腔体，内部设置有上极板和下级板;将下级板划包括沉积板和槽型机构，所述沉积板盖设于所述槽型机构的槽型开口上，形成一容置空间。将槽型机构的外表面覆盖一层由绝缘材料形成的绝缘壁，只保留沉积板通入射频电压产生等离子体进行镀膜，能够保证等离子体的均匀性和稳定性，使得薄膜材料均匀的沉积在基片上，能够提高制膜质量。
[0066]进一步的，在下级板的内部还设置有水冷槽和加热电阻，能够联合调节下级板的温度，实现基片沉积时所需要的温度，且为基片提供一个稳定的镀膜环境，加快沉积速率，能够使得沉积薄膜均匀，制膜质量高。
[0067]另外，在下级板的内部还设置有温度检测计，实时监测所述下级板的温度，实时反馈下级板的温度情况，保持下级板的温度的稳定性。
[0068]尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
[0069 ]显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，包括: 反应腔体，内部设置有上极板和下级板;所述上极板和所述下级板对应设置； 所述下级板包括沉积板和槽型机构，所述沉积板盖设于所述槽型机构的槽型开口上，形成一容置空间，其中，所述槽型机构的外表面覆盖有由绝缘材料形成的绝缘壁。2.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于， 所述容置空间内设置有水冷槽。3.如权利要求1或2所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于， 所述容置空间内设置有加热电阻。4.如权利要求3所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述容置空间内设置有温度检测计。5.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述沉积板上设置有放置基片的样品台。6.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述反应腔体的腔壁上开设有反应气体入口。7.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述反应腔体的腔壁上开设有抽气口，所述抽气口和抽真空装置连接。8.如权利要求1所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述绝缘壁采用聚四氟乙烯或者聚全氟乙丙烯制备。9.如权利要求1或8所述的一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，所述绝缘壁厚度为10_30mm。
【文档编号】C23C16/52GK205529031SQ201620267784
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】向勇, 傅绍英, 孙赫, 闫宗楷
【申请人】成都西沃克真空科技有限公司