[发明专利]一种ICP-CVD制备非晶碳薄膜的沉积方法

说明书

本发明涉及一种ICP‑CVD制备非晶碳薄膜的沉积方法，沉积过程为生长‑等离子体轰击‑生长；进行1个或者多个循环；沉积速率是2.5Å/s‑8Å/s。采用He气和含碳的前驱体混合物作为反应源；惰性气体He对碳源的比例为5‑50。含碳的前驱体包括甲烷、乙烯、乙炔、苯、PMMA及一种或多种含碳的气体和或源。本发明采用ICP‑CVD低温沉积致密的非晶碳薄膜，沉积的薄膜性质可控，工艺窗口大。

技术领域

本发明涉及ICP-CVD制备非晶碳薄膜的沉积方法，采用ICP-CVD方法在不同基底上根据需求的不同低温生长出不同性质的非晶碳薄膜，可用于微电子领域先进制程刻蚀高选择比硬掩膜，也可用作光伏领域抗反射膜，提高电池转化效率，在发光二极管(LED)、传感器以及平面全色显示等领域也有广阔的用途。

背景技术

非晶碳（ta-C）是一种新型宽带隙半导体材料，具有比氢化非晶碳更好的光热稳定性，有具备许多堪与金刚石相媲美的卓越性能。其最大优点是能够在室温下沉积在不同衬底上，并能够实现良好的参杂改性。

目前非晶硅碳薄膜的制备方法很多，有物理气相淀积溅射法(PVD sputtering)、激光脉冲沉积法 (PLD)、分子束外延法 (MBE)、金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)、热丝化学气相沉积(HFCVD)以及普通的等离子增强化学气相沉积(PECVD)等等。此外，还有高真空制备方法例如MBE及PLD。上述的方法通常都可以制备出高质量的薄膜，但相对来说薄膜生长速率较低，不适用大尺寸和大规模生产使用。而利用MOCVD和普通的PECVD方法，虽薄膜生长速率较快，但在薄膜性质调节，以及低温生长大面积沉积薄膜的时候，均匀性较差以及性质工艺调控空间小，例如应力难以调节。《HFCVD制备非晶碳薄膜及其润湿性的研究》一文中，通过改变工艺参数制备了具有不同表面微观形貌的非晶碳薄膜，发现随着衬底温度、工作气压和CH4的浓度的增加，其沉积速率单调递增，尤其是衬底温度，对其沉积速率影响最大。同时发现，气体流量组成和工作气压对其表面形貌的影响不大，而衬底温度对其表面形貌影响非常大，能从光滑平摊变到具有丰富的空隙和极其精细的皱褶的复杂结构，具有更大的吸附和容纳气体的能力，从而具有更强的表面润湿性能。

关于ICP-CVD（电感耦合等离子体化学气相沉积）的研究进展如下：宋莎莎、李绪奇等在电感耦合等离子体化学气相沉积法制备多晶硅薄膜（《第十六届全国等离子体科学技术会议暨第一届全国等离子体医学研讨会会议摘要集》，2013）一文中利用电感耦合等离子体增强化学气相沉积法(ICP-CVD)直接在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄膜。主要研究了Ar和H2的稀释效应对薄膜沉积的影响,实验表明,多晶硅薄膜在普通玻璃衬底上呈柱状生长,随着Ar气含量增加,薄膜的沉积速率不断增加,晶化率先增加后减小,在Ar气含量为48.72%时,晶化率达到最大值67.3%。此外,文中还研究了氩离子,亚稳态氩原子对硅烷及氢气分解的促进作用。冯海玉, 黄元庆, 冯勇健. LPCVD氮化硅薄膜的制备工艺[J]. 《厦门大学学报(自然科学版), 2004, 43(S1):362-364 》一文中介绍了低压化学气相淀积(LPCVD)氮化硅的工艺，通过调整炉温使批量生产的淀积膜的均匀性达到技术要求。陈大鹏, 叶甜春等在 LPCVD制备纳米硅镶嵌结构氮化硅膜及其内应力[J]. 《半导体学报,2001, 22(12):1529-1533》报道了在采用LPCVD法制备的富硅SiNx膜中发现的部分晶化的硅镶嵌微结构。分析了富硅型SiNx膜的微结构的成因及其与膜内应力之间的相互影响，对富硅型SiNx膜的LPCVD生长工艺进行优化，大大降低了膜的张应力，无支撑成膜面积可达40mm×40mm。通过这一研究结果，实现了LPCVD可控制生长确定张应力的SiNx膜。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种ICP-CVD制备非晶碳薄膜的沉积方法，采用ICP-CVD（电感耦合等离子体化学气相沉积）的方法低温沉积致密的非晶碳薄膜，采用双频变频耦合技术，沉积的薄膜性质可控，工艺窗口大。