等离子体化学气相沉积技术(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:1

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3.射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PCVD）

在低压容器的两极上加高频电压则产生射频放电形成等离子体，射频电源通常采用电容耦合或电感耦合方式，其中又可分为电极式和无电极式结构，电极式一般采用平板式或热管式结构（见图4），优点是可容纳较多工件，但这种装置中的分解率远低于1%，即等离子体的内能不高。电极式装置设在反应容器外时，主要为感应线圈，如图5，也叫无极环形放电，射频频率为13.56MHz。

由于高频电场中带电粒子和气体非弹性碰撞几率比直流辉光放电大，故气体点燃的气压比较低，直流辉光放电为13.3～1.33Pa，射频辉光放电为1.33×10-1～1.33×10-3Pa。目前，国内已设计生产了直径为420mm钟罩式（热壁、单双炉）射频放电PCVD装置。

4.材料检测

1）薄膜材料硬度用维氏显微压痕法测定。

2）薄膜与基体间结合力用自动划痕仪测定，同时结合显微镜观察划痕的破损状况。也可用洛氏硬度压痕法评定，用载荷在试样表面打洛氏硬度压痕，观察压痕周边薄膜剥落的面积，定性地评价薄膜的结合力。剥落面积越小，结合力越高。

3）薄膜的组织形貌用扫描电镜分析。

4）用X-射线光电子谱仪（XPS）对薄膜成份进行定量分析。

5）薄膜厚度用电子测厚仪或断面扫描电镜放大测定。

2．优缺点及使用范围

1．PCVD的优缺点

PCVD技术具有沉积温度低，沉积速率快，绕镀性好，薄膜与基体结合强度好，设备操作维护简单等优点，用PCVD法调节工艺参数方便灵活，容易调整和控制薄膜厚度和成份组成结构，沉积出多层复合膜及多层梯度复合膜等优质膜，同时，PCVD法还拓展了新的低温沉积领域，例如，用PCVD法可将TiN的反应温度由CVD法的1000℃降到200～500℃，用PCVD法制备纳米陶瓷薄膜的特点是：产品的杨氏模量、抗压强度和硬度都很高，耐磨性好，化学性能稳定，抗氧化性和腐蚀性好，有较高的高温强度。

但PCVD技术自身还存在一些问题：

1）温度的精确测量和温度的均匀性问题。

2）腐蚀污染问题。因为通过化学反应，有反应产物及副产物，对腐蚀性产物要解决真空泵的腐蚀问题，还要解决排气的污染控制及清除问题。

3）沉积膜中的残留气体问题。用PCVD法所得TiN薄膜中的氯气含量随沉积温度的升高而降低，一般来讲，沉积温度高，速度慢，可减少残余气体量，在Si3N4膜中，若含氢量多，会影响膜的介电性能。

2.PCVD的使用范围

PCVD工艺具有广泛的用途。

（1）超硬膜的应用（TiN、TiC、TiCN、（TiAl）N、C-BN等） PCVD法宜于在形状复杂、面积大的工件上获得超硬膜，沉积速率可达4～10μm/h，硬度大于2000HV，绕镀性好，工件不需旋转就可得到均匀的镀层。大量应用于切削刀具、磨具和耐磨零件。

（2）半导体元件上绝缘膜的形成过去半导体元件上的绝缘膜大多用SiO2，现在用SiN4 H2用PCVD法来形成Si3N4，Si3N4的绝缘性、抗氧化性、耐酸性、耐碱性，比SiO2强，从电性能及其掺杂效率来讲都是最好的，特别是当前的高速元件GaAs绝缘膜的形成，高温处理是不可能的，只能在低温下用等离子法进行沉积。

（3）金刚石、硬碳膜及立方氮化硼的沉积

对于低压合成金刚石、硬碳膜及立方氮化硼的研究工作，国内外学者及研究机构都做了大量的工作，用DC、RF、MW-PCVD法都可得到这些材料，但用得最多的是MW-PCVD金刚石薄膜在半导体和光学器件上的应用已较成成熟，但在切削刀具、模具上的应用尚有大量工作要做。

（4）光导钎维

采用等离子体化学气相沉积技术可以较好的控制光导钎维的径向折射率的分布，这种工艺对使光导钎维具有抵色散性来讲是很理想的。
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