等离子体加工方法技术

用化学汽相淀积法在一个表面上涂覆碳质薄膜。在淀积该碳质薄膜之前，在该表面上先涂覆一层氮化硅薄膜，以防该碳质膜和衬底表面之间的相互扩散。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的等离子体加工方法及其产品。更具体讲但并非从唯一方面来讲，是涉及将一层碳质材料保护膜附着在较柔软基体上的方法，目的是在基体上提供一层透明的电绝缘覆层。将硬而薄的似金刚石碳膜淀积在基体上已有多种方法。所谓“似金刚石碳”的涵义是具有极高硬度的碳，例如，它不能用刀片切割，也不会被钢丝棉划出伤痕。这种似金刚石碳的化学键合方式主要是SP3四面体似金刚石键接，而不是SP2三角形的石墨键接。似金刚石碳膜可能或不能由X-射线证实其结晶形态。日本专利申请昭56-146936描述了一种方法，在实行碳淀积之时，所淀积的碳物质同时受到被加速离子的冲击，于是所淀积物质的软的部分被选择性地除掉，留下较硬的物质。这种技术对于提高已淀积碳膜的硬度是很理想的。但是，所淀积上去的碳趋向于透入下面所衬的基体之中。附图说明图1(A)和1(B)示出一种实例。利用汽相化学反应在硅基体3上淀积上碳膜2。然后将基体进行俄歇分析，用以测定其沿深度方向碳原子及硅原子分布情况。结果如图1(B)所示，在基体3和碳膜2之间的界面处形成一种混合物膜。其中的硅碳混合物比较软，使得碳膜从衬底基质离开的可能性增大，特别当碳膜较厚时，更是如此。此外，当需要在该碳膜中加入氟以控制其透明度和电阻率或为了提高碳膜的亲水性时，则准备在上面覆层的衬底表面要在淀积过程中接触到腐蚀性的氟气体，会发生损坏。因此，本专利技术的目的是提供一种新的等离子体加工技术，用于淀积碳质薄膜。为了达到上述及其他目的和优越性，在该衬底表面上淀积碳质薄膜之前，先淀积一种氮化物膜，例如一层氮化硅膜。按本专利技术的一个方面，在使用含碳气体时，同时使用一种氟化合物气体，以便赋予所淀积的碳质膜亲水性质。为了防止留在车窗外表面的雨水成为许多小水滴并发生不规则反射而有碍视线，可在窗表面涂覆耐磨的碳质硬薄膜，这时特别需要用上述方法。这个氮化硅膜的作用是防止该衬底表面在淀积过程中受到氟的腐蚀作用。按本专利技术的另一个方面，可以通过在预定部分进行预处理而使碳质膜选择性地淀积在所述预定部分。该预处理方式是使该部分表面产生许多细微的划伤痕。在这种经划伤的表面上可以选择性地生长金刚石。进行划伤的方法例如可在准备处理的基体上覆盖掩蔽层，然后将该基体浸到一种液体中，该液体中分散有硬的细微颗粒，例如金刚石细粒或碳化硅细颗粒，同时将该分散液用超声波振荡。由以下叙述并结合附图来说明本专利技术。图1是用图形表示按先有技术碳原子透入到衬底硅基体中的情况。图2所示是按本专利技术方案之一的等离子体CVD(化学汽相淀积)设备的剖面示意图。图3是用图形表示按本专利技术碳原子透入到衬底硅基体中的情况。图4所示是一种复印机印制滚筒的剖面图，在该滚筒上涂覆有按本专利技术的碳质保护膜。图5(A)和5(B)所示是汽车窗玻璃的竖向及水平向剖面图，该种玻璃涂覆有按本专利技术的碳质保护膜。图5(C)所示是图5(A)和5(B)所示实施方案经改变后的剖面示意图。图6所示是按本专利技术方案之一的由微波辅助的CVD设备的剖面示意图。图7(A)至7(C)所示是按本专利技术在刀片上施加碳质膜覆层的剖面图。参照图2，所示是一台化学汽相淀积(CVD)设备。该设备包括一个真空室7，由该室限定淀积空间8;抽空系统25，其中包括旋转真空泵23和涡流分子真空泵22，这个系统经阀门21连至反应室7;供气系统30，其中包括4条供气管路，每条上均有流量计29和阀门28，然后连至反应室7;在淀积空间之内的上部和下部设有一对铝制网状电极3-1和3-2;供电电源装置40向网状电极3-1和3-2供应能量;由多个基体持架20来夹住基体1，持架20经过电容器19连接到反应室7;将许多块铝网电极50(13-n，13′-n)夹插在相邻的基体之间，以及第1个和末一个基体之外;还有施加偏电压的装置17，用于在电极50的相邻电极网之间施加交流电压。在反应室7上设有闸板阀门9，通过这个阀门把准备涂覆的基体装入室中。电源装置40包括第一电源装置15-1，由它通过内有LCR电路的匹配装置16-1向网状电极3-1供给交流电压;第二电源装置15-2通过内有LCR电路的匹配装置16-2向网状电极3-2供给交流电压;并在第一电源装置15-1和第二电源装置15-2之间连接一个相位调整器26。第一和第二电源装置各有一个端头在5-1和5-2处接地。偏压施加装置17配备第一和第二交流电压电源17-1和17-2，由此在相邻电极13-n和13′-n之间供给交流电压。电源17-1和17-2各有一个端头在5-3处接地。在操作时，当室7抽空之后，向淀积空间8通入一种反应活性气体，压力为0.001-1乇，以便在基体上淀积氮化硅膜。例如，该反应活性气体可含有一种硅烷，例如二甲硅烷(Si2H6)和NH3，其比率为1∶10至10∶1，优选为1∶10至3∶10，并且通入量是使反应室7内的总压力达到0.001-1.0乇，例如0.05乇。淀积空间内的温度不高于150℃，例如用室温而不加热。由第一和第二电源装置15-1和15-2向网状电极3-1和3-2施加高频交流电压，频率为1-100兆赫，例如用13.56兆赫。利用相位调整器26将这些高频电压之间的相位差调整到180±30°。另一方式，可将其中一个电压的频率调整为另一电压频率的整数倍数。通过向等离子体室中注入这样高频的电能，其中的反应活性气体转化为等离子态，并且将氮化硅(Si3N4-x，0≤X＜4)淀积在基体上。所淀积的膜的厚度可以在0.01-0.1微米。任选方式于此同时，可以在相邻的电极13-n和13′-n之间施加一个交流电压，以便感应出垂直于每块基体的电场。在电极13-n和13′-n之间的交流电压的频率可在10赫-100千赫之间选择，例如用50赫。在这样较低频率条件下，等离子态的离子可以跟随该电场运动，并且撞击到正在淀积碳的基体表面上。这个低频交流电压造成从-50伏至-600伏的自身偏压。然后，在氮化硅淀积完成之后，将一种碳化合物气体通入到淀积空间8中，压力为0.001-1乇。例如，可将含有C2F6和C2H4的碳化合物气体，其比率为1∶4-4∶1，例如用1∶1，通入反应室7，使反应室7内压力达到0.5乇。通过调节所通入气体中C2F6相对于C2H4的比率而改变所用含碳物质中的氟含量，从而可以控制所淀积的碳质物质的透明度和电阻率。淀积空间中的温度不高于150℃。由第一和第二电源装置15-1和15-2向网状电极3-1和3-2施加1-100兆赫的高频交流电压，例如用13.56兆赫。利用相位调整器26将这些高频电压之间的相位差调节到180±30°。通过向等离子体室中注入这样高频的电能，其中的碳化合物气体转化为等离子态，并发生碳淀积到该基体上。淀积速率是100-1000埃/分钟。关于碳膜淀积厚度，在平表面上可在0.1-8微米，在不平整表面上可在1-3微米。与此同时，在相邻电极13-n和13′-n之间施加一个交流电压，以便感应出垂直于每个基体的电场。在电极13-n和13′-n之间的交流电压的频率是在10赫至100千赫之间选择，例如用50赫。在这样较低频率条件下，等离子态离子可随该电场运动，撞击到正在淀积碳的基体表面上。结果，所淀积的较软物质被除掉，于是留下的碳物质的硬度就比较高，例如700-5000千克/平方毫米。这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基体上涂覆碳质薄膜的方法，该方法包括以下步骤：将所述基体置于一个反应室中；通入第一反应活性气体，该气体含有氮并能够通过汽相化学反应生成一种氮化物；向所述第一反应活性气体输入能量，通过所述汽相化学反应而在所述基体上淀积一层氮 化物薄膜；通入第二反应活性气体，该气体中含有碳及氟；向所述第二反应活性气体输入能量，从而在所述氮化物膜上淀积一层含氟的碳质薄膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，林茂则，石田典也，佐佐木麻里，竹山顺一，伊藤健二，小政弘，野真也，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]