專利名稱：在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。
背景技術：
類金剛石碳薄膜具有高硬度、低摩擦系數、良好的耐腐蝕性，被廣泛應用于航空航天、輪船、公路運輸工具、刀具、醫療器械等方面。但是，DLC薄膜在潮濕氣氛下摩擦學性能較差，且由于自身內應力過大而限制自身膜厚。因此，通過摻F來提高抗磨減損能力，降低膜的表面能，以降低薄膜摩擦系數的濕度敏感性，同時也可改善其內應力。在沉積工藝方面，類金剛石碳薄膜通常都是通過濺射、電弧等技術在樣件表面沉積薄膜。但是.通過脈沖直流PECVD (等離子增強化學氣象沉積)法制備DLC薄膜更為致密、穩定、均勻、與基底結合力好，表現出優異抗磨耐損性，且這種方法成本低、周期短，操作簡便。四氟化碳是目前微電子工業中用量最大的等離子蝕刻氣體，其高純氣及四氟化碳高純氣配高純氬氣的混合體，可廣泛應用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及鎢薄膜材料的蝕刻。因此，采用CF4-CH4-H2反應等離子體系時，通過調節三種氣體的比例，可以達到刻蝕速率和沉積速率的平衡點，這使所沉積的含氟碳基薄膜既能保持原有類金剛薄膜的優良性能，又能成功引入氟元素降低原薄膜內應力、提高抗磨減損能力
發明內容
本發明的目的在于提供一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。我們發明了一種以四氟化碳處理制備出具有優異耐磨減損性能碳基薄膜的方法，該方法在抗磨減損領域有巨大的應用潛力，并有望實現大規模工業化生產。本發明以四氟化碳作為前驅氣體，通過摻雜方式制備出具有優異耐磨減損性能含氟碳膜的方法。具體是利用增強型化學氣相沉積方法在拋光硅片表面沉積薄膜。一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法，其特征在于該方法按照下列順序步驟進行:A沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機清洗；B采用增強型等離子體氣相沉積設備，薄膜沉積前，在4.5 5Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以300sccm氬氣對基片進行等離子體清洗30min ；C為增強含氟非晶碳膜和基片之間的結合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜 10 15min ；D在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz占空比60 80%下，沉積含氟碳膜，條件Isccm四氟化碳、10.3sccm甲燒、20sccm氫氣。利用X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析本發明中所制備的薄膜結構。利用UMT-2MT摩擦磨損試驗機表征所制得的摩擦系數。采用掃描電子顯微鏡(SEM)和三位輪廓儀表征薄膜磨損狀況。結果表明:成功制備出含氟碳基薄膜，所制備的薄膜具有非常優異的抗磨減損性能。本發明通過制備穩定的碳基薄膜，提高硅片的抗磨耐損能。這種方法成本低、周期短，操作簡便，且制備出的薄膜致密、穩定、均勻、與基底結合力好，表現出優異抗磨耐損性，是一種非常有前途的表面潤滑涂層技術。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，通過實施例進行說明。實施例1:以甲烷為前驅氣體，作為含氟碳膜的主要碳源。采用增強型等離子體氣相沉積設備。沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機清洗；薄膜沉積前，在4.5 5.0Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以300sCCm氬氣對基片進行等離子體清洗30min。為增強含氟非晶碳膜和基片之間的結合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以
10.3sccm甲燒、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min。在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz占空比60%下，制備含氟碳膜(Isccm四氟化碳、10.3sccm甲烷、20sccm 氫氣)ο實施例2:
以乙炔為驅氣體，作為含氟碳膜的主要碳源。采用增強型等離子體氣相沉積設備。沉積基片為拋光硅片，事先用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機清洗；薄膜沉積前，在4.5 5.0Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以300sccm IS氣對基片進行等離子體清洗30min。為增強結合力，在15 20Pa下,基底偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min。在15Pa下，基地偏壓1000 1200V、頻率20 60KHz占空比60%下，制備含氟碳膜(Isccm四氟化碳、10.3sccm乙炔、20sccm氫氣)。如表I所示，15Hz時，含氟碳膜和不含氟碳膜分別在載荷5N、10N、20N下，進行摩擦性能考察。結果表明，與不含氟碳膜相比，含氟薄膜在較高載荷20N下具有非常優異的摩擦學性能。表1:含氟與不含氟非晶碳膜的不同載荷下摩擦系數
權利要求
1.一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法，其特征在于該方法按照下列順序步驟進行: A沉積基片為拋光硅片，依次用無水乙醇、丙酮和超聲波清洗機清洗； B采用增強型等離子體氣相沉積設備，薄膜沉積前，在4.5 5Pa下，基底下偏壓800 1000V、頻率20 30KHZ、占空比60 80%下，以300sccm氬氣對基片進行等離子體清洗30min ； C為增強含氟非晶碳膜和基片之間的結合力，在15 20Pa下，基底偏壓1000 1200V、頻率20 30KHz、占空比60 80%下，以10.3sccm甲烷、20sccm氫氣沉積不含氟碳膜10 15min ； D在15Pa下，基地偏 壓1000 1200V、頻率20 30KHz占空比60 80%下，沉積含氟碳膜，條件Isccm四氟化碳、10.3sccm甲焼、20sccm氫氣。
全文摘要
本發明公開了一種在硅基底表面制備含氟碳基薄膜的方法。本發明以四氟化碳作為前驅氣體，利用增強型化學氣相沉積方法在拋光硅片表面沉積薄膜。該方法成本低、周期短，操作簡便，且制備出的薄膜致密、穩定、均勻、與基底結合力好，具有優異抗磨耐損性。
文檔編號C23C16/44GK103160800SQ20111042621
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者張俊彥, 楊濤 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所