[发明专利]在硅基底表面制备含氟碳基薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在硅基底表面制备含氟碳基薄膜的方法。

背景技术

类金刚石碳薄膜具有高硬度、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、轮船、公路运输工具、刀具、医疗器械等方面。但是，DLC薄膜在潮湿气氛下摩擦学性能较差，且由于自身内应力过大而限制自身膜厚。因此，通过掺F来提高抗磨减损能力，降低膜的表面能，以降低薄膜摩擦系数的湿度敏感性，同时也可改善其内应力。

在沉积工艺方面，类金刚石碳薄膜通常都是通过溅射、电弧等技术在样件表面沉积薄膜。但是.通过脉冲直流PECVD(等离子增强化学气象沉积)法制备DLC薄膜更为致密、稳定、均匀、与基底结合力好，表现出优异抗磨耐损性，且这种方法成本低、周期短，操作简便。

四氟化碳是目前微电子工业中用量最大的等离子蚀刻气体，其高纯气及四氟化碳高纯气配高纯氩气的混合体，可广泛应用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨薄膜材料的蚀刻。因此，采用CF4-CH4-H2反应等离子体系时，通过调节三种气体的比例，可以达到刻蚀速率和沉积速率的平衡点，这使所沉积的含氟碳基薄膜既能保持原有类金刚薄膜的优良性能，又能成功引入氟元素降低原薄膜内应力、提高抗磨减损能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在硅基底表面制备含氟碳基薄膜的方法。

我们发明了一种以四氟化碳处理制备出具有优异耐磨减损性能碳基薄膜的方法，该方法在抗磨减损领域有巨大的应用潜力，并有望实现大规模工业化生产。

本发明以四氟化碳作为前驱气体，通过掺杂方式制备出具有优异耐磨减损性能含氟碳膜的方法。具体是利用增强型化学气相沉积方法在抛光硅片表面沉积薄膜。

一种在硅基底表面制备含氟碳基薄膜的方法，其特征在于该方法按照下列顺序步骤进行：

A沉积基片为抛光硅片，依次用无水乙醇、丙酮和超声波清洗机清洗；

B采用增强型等离子体气相沉积设备，薄膜沉积前，在4.5～5Pa下，基底下偏压800～1000V、频率20～30KHz、占空比60～80％下，以300sccm氩气对基片进行等离子体清洗30min；

C为增强含氟非晶碳膜和基片之间的结合力，在15～20Pa下，基底偏压1000～1200V、频率20～30KHz、占空比60～80％下，以10.3sccm甲烷、20sccm氢气沉积不含氟碳膜10～15min；

D在15Pa下，基地偏压1000～1200V、频率20～30KHz占空比60～80％下，沉积含氟碳膜，条件1sccm四氟化碳、10.3sccm甲烷、20sccm氢气。

利用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析本发明中所制备的薄膜结构。利用UMT-2MT摩擦磨损试验机表征所制得的摩擦系数。采用扫描电子显微镜(SEM)和三位轮廓仪表征薄膜磨损状况。结果表明：成功制备出含氟碳基薄膜，所制备的薄膜具有非常优异的抗磨减损性能。

本发明通过制备稳定的碳基薄膜，提高硅片的抗磨耐损能。这种方法成本低、周期短，操作简便，且制备出的薄膜致密、稳定、均匀、与基底结合力好，表现出优异抗磨耐损性，是一种非常有前途的表面润滑涂层技术。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，通过实施例进行说明。

实施例1：

以甲烷为前驱气体，作为含氟碳膜的主要碳源。

采用增强型等离子体气相沉积设备。

沉积基片为抛光硅片，依次用无水乙醇、丙酮和超声波清洗机清洗；薄膜沉积前，在4.5～5.0Pa下，基底下偏压800～1000V、频率20～60KHz、占空比60～80％下，以300sccm氩气对基片进行等离子体清洗30min。为增强含氟非晶碳膜和基片之间的结合力，在15～20Pa下，基底偏压1000～1200V、频率20～60KHz、占空比60～80％下，以10.3sccm甲烷、20sccm氢气沉积不含氟碳膜10～15min。在15Pa下，基地偏压1000～1200V、频率20～60KHz占空比60％下，制备含氟碳膜(1sccm四氟化碳、10.3sccm甲烷、20sccm氢气)。

实施例2：

以乙炔为驱气体，作为含氟碳膜的主要碳源。

采用增强型等离子体气相沉积设备。