DBD-PECVD法制备氟碳聚合物薄膜及二氧化硅薄膜的研究

论文摘要

氟碳聚合物（a-C:F）薄膜有着非常广泛的应用价值。该膜具有较好的疏水性,极低的介电常数（1.6-2.1）和生物相融性。作为疏水层应用在纸张、玻璃等材料上;作为介电层应用在超大规模集成电路中;作为钝化层应用在生物相融性材料中。微电子技术和大规模集成电路的快速发展,二氧化硅（SiO2）薄膜由于其稳定的化学性质和电绝缘性质,在集成器件中显示出它的重要地位,该薄膜的制备工艺也成为集成电路制造技术中的关键工艺之一。同时SiO2薄膜还具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。本文成功的利用低气压介质阻挡等离子体增强化学气相沉积法（DBD-PECVD）在滤纸、玻璃和硅片上分别以C4F8,C3F8和CH2F2等离子体制备出大面积性能良好的a-C:F薄膜。利用傅立叶红外吸收光谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、光学接触角测试仪和台阶仪对薄膜进行了检测,同时还用发射光谱对等离子体进行了诊断。结果表明:等离子体种类和放电气压能够影响薄膜的化学成份和表面形貌。以滤纸为基底的薄膜接触角较大,具有良好的疏水性。当薄膜厚度达到160nm时,薄膜可以完全覆盖住基底表面,不改变基底性质,疏水性较稳定。薄膜接触角与薄膜的化学成份和基底的表面粗糙度有关。C4F8和C3F8等离子体制备的薄膜接触角较大,CH2F2等离子体制备的薄膜中含有CHx （x=1,2,3）基团,影响它的疏水性,薄膜接触角较小。本文也利用低气压DBD-PECVD法在硅片上采用TEOS/O2等离子体制备出性能良好的SiO2薄膜。薄膜经傅立叶红外吸收光谱,X射线光电子能谱,原子力显微镜,基于原子力显微镜的纳米压痕/纳米磨损检测,导电式原子力显微镜和台阶仪检测后研究发现,随着O2含量的增加,薄膜中碳氢化合物含量降低。O2含量较高时,制备出的薄膜含杂质较少,结构致密,表面光滑平整。同时薄膜表面覆盖一层碳含量较高的导电软层,厚度为0.5nm-1.5nm。这个软层可能是在薄膜生长过程中,具有高能量的离子和薄膜的表面发生相互反应而生成的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 第一章 等离子体介质阻挡放电简介
• 1.1 等离子体的产生
• 1.2 介质阻挡放电简介
• 1.2.1 介质阻档放电原理及物理过程
• 1.2.2 介质阻挡放电的电极结构
• 本章小结
• 第二章 薄膜的表征及等离子体诊断方法简介
• 2.1 薄膜的表征方法
• 2.1.1 傅立叶红外吸收光谱分析（FTIR）
• 2.1.2 X 射线光电子能谱分析（XPS）
• 2.1.3 扫描电子显微（SEM）
• 2.1.4 原子力显微镜（AFM）
• 2.1.5 薄膜疏水性的测量
• 2.1.6 薄膜厚度的测量
• 2.2 等离子体诊断方法
• 本章小结
• 第三章 氟碳聚合物薄膜的制备、表征和特性分析
• 3.1 实验装置、实验方案及过程的简述
• 3.1.1 实验装置简介
• 3.1.2 实验方案及实验过程简述
• 4F₈,C₃F₈,CH₂F₂ 为放电气体制备氟碳聚合物（A-C:F）薄膜'>3.2 采用C₄F₈,C₃F₈,CH₂F₂为放电气体制备氟碳聚合物（A-C:F）薄膜
• 3.2.1 放电气压对a-C:F 薄膜特性的影响
• 3.2.2 沉积时间对a-C:F 薄膜疏水性的影响
• 4和C₂F₆ 为反应气体'>3.2.3 采用CF₄和C₂F₆为反应气体
• 本章小结
• 第四章 二氧化硅薄膜的制备、表征和特性分析
• 4.1 实验装置及实验过程简述
• 22 薄膜的影响'>4.2 氧气含量对SiO₂2 薄膜的影响
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢