[发明专利]一种Parylene F型气相沉积方法

说明书

本发明属于Parylene F型气相沉积技术领域，具体涉及一种Parylene F型气相沉积方法；通过对蒸发工艺和裂解工艺的优化改进，Parylene F型此种较难沉积的原料也可获得较快的蒸发速率，膜层成分纯净性能优异，且未对国内普遍的Parylene气相沉积设备做出改动，在保证膜层性能的前提下大幅提升了加工效率。同时由于蒸发速率稳定，可以通过控制工艺时间的方式控制最终膜层的厚度，降低了膜厚控制难度，反应更加可控。

技术领域

本发明属于Parylene F型气相沉积技术领域，具体涉及一种Parylene F型气相沉积方法。

背景技术

Parylene中文名称为对二甲苯二体，常用的包括无取代基的Parylene N型及其四种衍生物Parylene C型(二氯对二甲苯二体)、Parylene D型(四氯对二甲苯二体)、Parylene F型(四氟对二甲苯二体)和Parylene AF4型(八氟对二甲苯二体)。五种原料之间最大的区别在于耐温等级。Parylene D型性能相较于Parylene C型提升较小，且沉积效率低下同时成本较高，因此目前行业内鲜有使用。Parylene AF4型合虽然耐受温度可达480℃，但合成难度极大，全球每年生产量尚且不足1000kg，因此价格极其昂贵，且考虑到使用场景，性能浪费较多，除极特殊场景外一般不采用。最常用的原材料为Parylene N型、Parylene C型和Parylene F型。

Parylene真空镀膜的沉积过程与PVD中的蒸镀相同，但在沉积前有蒸发和裂解两个过程，同时在工件表面存在聚合反应，三个阶段的反应速度不尽相同。相比于最容易沉积的Parylene C型，Parylene F型饱和蒸汽压较高，蒸发过程更快，且由于单体分子在工件表面的反弹效率更高，因此沉积效率更低，整个沉积和成膜的过程更加难以控制。尽管国内Parylene真空镀膜行业使用Parylene F型加工的历史已有十年以上，但在目前的成熟工艺下Parylene F型的沉积效率只有C型的十分之一至五分之一，如果过快则会造成膜层泛白，不纯净，性能(主要为透水率和耐温性)与寿命(主要是耐紫外线)下降。国外的Parylene气相沉积所采用的工艺是动态真空度恒定蒸发温度的条件下进行蒸发的方式，一般压强为1torr(约130Pa)左右，蒸发温度一般为150℃左右，在此真空度下，低于150℃时Parylene F型原料蒸发速度极慢，甚至难以蒸发。国外的工艺方案对于真空度采用全自动动态控制的方法，蒸发段、裂解段和沉积段能够分别达到不同的真空度，从而可以在每段保持单一温度，蒸发速率稳定，成膜易于控制且沉积速率稳定，缺点是成本较高。而国内一般压强低于0.05torr(约7Pa)。由于Parylene F型原料饱和蒸气压较高，蒸发速度快，且沉积效率低，若蒸发速率大于裂解和沉积速率，就会造成对二甲苯单体在未完全裂解的情况下沉积在工件表面，或在工件表面沉积后不能完全聚合，最终造成聚对二甲苯膜层中存在以对二甲苯二体为主的杂质，导致膜层泛白，影响膜层性能。故针对于Parylene F型原料的蒸发温度一般从50-60℃开始，以≤1℃/20min的速率进行缓慢升高。国内的工艺方案使原料从特定温度下开始蒸发，成本较为低廉。反应过程中由于原料的蒸发压强是时刻变化的，温度相比压强更容易控制，但缺点是蒸发速率不固定，前期较慢。对于Parylene F型原料，在低于0.005torr的真空度下，≥90℃时蒸发速度已经极快，后续反应的效率难以满足蒸发反应的需求，最终造成原料大部分沉积在冷阱上，膜层厚度不够且性能不佳。在传统Parylene F型的工艺下，要获得性能好的膜层，一般沉积速率只能打到(0.1-0.3)μm/h，效率较低，且蒸发速率不稳定，前期和后期蒸发量极少，膜层厚度相对不可控。