一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，該方法包括以下步驟：（1）用濃度為95%的酒精對(duì)硅襯底進(jìn)行處理，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空；（2）利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，通過(guò)刻蝕清洗硅片基底，得到超薄ta?C碳膜；（3）對(duì)所述超薄ta?C碳膜進(jìn)行沉積，35~40min后得到膜厚為45~50nm的超薄四面體非晶碳膜；該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30℃后即可。本發(fā)明低應(yīng)力、高硬度，不損傷薄膜力學(xué)性能，不降低sp3含量，制備簡(jiǎn)單方便，延長(zhǎng)薄膜使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四面體非晶碳膜具有高硬度、超光滑、低摩擦系數(shù)、良好的光學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)，在微電子器件、航天航空、薄膜太陽(yáng)能電池等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是隨著磁存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，需要一種膜厚較小的超薄薄膜來(lái)提高磁存儲(chǔ)密度，同時(shí)對(duì)磁存儲(chǔ)器件磁頭和磁盤(pán)起到保護(hù)作用。而且隨著各種微電子器件微型化、小型化的發(fā)展趨勢(shì)，也需要一種只有幾十到幾個(gè)納米厚度且滿足各種器件要求的保護(hù)涂層。但是由于薄膜沉積時(shí)高能粒子的轟擊引起薄膜脫落而形成的殘余應(yīng)力阻礙了超薄ta-C碳膜的應(yīng)用，影響了薄膜的使用壽命，已經(jīng)成為限制超薄ta-C膜研究和應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]目前，研究者主要通過(guò)調(diào)控基底偏壓，摻雜鎢、銅等金屬元素，退火處理(600°C)等多種方法降低超薄ta-C碳膜殘余應(yīng)力，但是都存在一些不足，超薄ta-C碳膜具有較高的Sp3含量，薄膜殘余應(yīng)力和薄膜硬度都與Sp3含量有關(guān)，這些方法在降低薄膜殘余應(yīng)力的同時(shí)，也損傷了薄膜硬度，降低了薄膜的力學(xué)性能，降低了薄膜中SP3的含量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種低應(yīng)力、高硬度，不損傷薄膜力學(xué)性能，不降低Sp3含量，制備簡(jiǎn)單方便，延長(zhǎng)薄膜使用壽命的降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力方法。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗硅片基底，得到超薄ta-C碳膜；
(3 )在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2sCCm的條件下，對(duì)所述超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可。
[0006]所述步驟(3)中超薄ta-C碳膜沉積區(qū)域小于5cm X 5cm。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明降低薄膜殘余應(yīng)力的方法操作簡(jiǎn)單、易行。
[0008]2、本發(fā)明降低超薄ta-C碳膜殘余應(yīng)力的同時(shí)，并未損傷薄膜力學(xué)性能和降低薄膜sp3的含量，使薄膜具有低應(yīng)力、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，延長(zhǎng)薄膜使用壽命。
[0009]3、本發(fā)明降低薄膜應(yīng)力，保持薄膜其它優(yōu)異性能的同時(shí)，并未引入新元素，降低薄膜的生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0011]圖1是本發(fā)明中粒子入射角示意圖；
圖2是本發(fā)明超薄ta-c碳膜不同入射角下的薄膜殘余應(yīng)力與薄膜硬度。
【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗基底硅片，得到超薄ta-C碳膜；
(3 )在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2sCCm的條件下，對(duì)超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可，制得超薄四面體非晶薄膜應(yīng)力為2.8GPa，硬度和sp3含量為33.5GPa。
[0013]實(shí)施例2—種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)調(diào)整入射粒子角度垂直于基底、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20sccm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗基底娃片，得到超薄ta_C碳膜；
(3)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，在入射粒子角度垂直于基底、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2Sccm的條件下，對(duì)超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可，制得超薄四面體非晶薄膜應(yīng)力為3.75GPa，硬度和sp3含量為33.5GPa。
[0014]實(shí)施例3—種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，調(diào)整入射粒子角度為15°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗基底硅片，得到超薄ta-C碳膜；
(3)在入射粒子角度為15°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2SCCm的條件下，對(duì)超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可，制得超薄四面體非晶薄膜應(yīng)力為3.65GPa，硬度和sp3含量為34GPa。
[0015]實(shí)施例4一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，調(diào)整入射粒子角度為30°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗基底硅片，得到超薄ta-C碳膜；
(3)在入射粒子角度為30°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2SCCm的條件下，對(duì)超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可，制得超薄四面體非晶薄膜應(yīng)力為3.6GPa，硬度和sp3含量為34GPa。
[0016]實(shí)施例5—種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟:
(1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr;
(2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，調(diào)整入射粒子角度為45°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗基底硅片，得到超薄ta-C碳膜；
(3 )在入射粒子角度為45°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2sCCm的條件下，對(duì)超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可，制得超薄四面體非晶薄膜應(yīng)力為3.0GPa，硬度和sp3含量為33.5GPa。
[0017]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，沉積后超薄四面體非晶碳膜厚度達(dá)到45?50nm，改變粒子入射角，薄膜殘余應(yīng)力降低25%，硬度和sp3含量沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，基本保持不變(參見(jiàn)圖1、圖2)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，包括以下步驟: (1)將濃度為95%的酒精倒入燒杯中，放入硅襯底，使硅襯底沒(méi)入酒精液面以下，再將盛有酒精和硅襯底的燒杯放入超聲波清洗儀內(nèi)，打開(kāi)超聲波，清洗5分鐘，得到處理后的硅片基底，將該硅片基底粘貼在基架上，啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備，并抽真空至3 X 10-5Torr; (2)利用磁過(guò)濾陰極真空電弧設(shè)備，在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-400V、弧流為55A、氬氣通入量為20SCCm、基底刻蝕時(shí)間為1min的條件下，通過(guò)刻蝕清洗硅片基底，得到超薄ta-C碳膜； (3)在入射粒子角度為60°、基底負(fù)偏壓為-80V、弧流為60A、氬氣通入量為2sCCm的條件下，對(duì)所述超薄ta-C碳膜進(jìn)行沉積，35?40min后得到膜厚為45?50nm的超薄四面體非晶碳膜;該超薄四面體非晶碳膜降溫至20~30°C后即可。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低超薄四面體非晶碳膜應(yīng)力的方法，其特征在于:所述步驟(3)中超薄ta-C碳膜沉積區(qū)域小于5cm X 5cm。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK105869995SQ201610252859
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】許世鵬, 薛仰全, 李玉宏, 陳維鉛, 林莉
【申請(qǐng)人】酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院