[发明专利]等离子体源和用等离子体增强的化学气相沉积来沉积薄膜涂层的方法

说明书

交叉引用有关申请

本申请要求2008年8月4日提交的美国临时申请US 61/137,839的权益，因此其整个内容通过参考结合到本申请中。

技术领域

本发明一般地涉及一种用于薄膜沉积和表面化学改性的等离子体源。更具体的是，本发明涉及一种用于等离子体增强的化学气相沉积(CVD)的线性等离子体源。

背景技术

本文中所引用的所有美国专利和专利申请以其整体通过参考结合于此。在抵触的情况中，将对照包括定义的本说明书。

薄膜的沉积可以由许多技术实现，最常见的包括化学沉积、物理沉积和两者的混合。对于化学沉积，众所周知的技术是镀敷、化学溶液沉积(CSD)和化学气相沉积(CVD)。镀敷和CSD通常利用液态的化学前驱，而CVD通常利用气态的化学前驱。所述技术可以在大气压力或者真空条件下执行。对于物理沉积，众所周知的技术是热蒸发、溅射、脉冲激光沉积和阴极弧沉积。所述物理沉积技术通常应用真空条件，以便沉积所要求的薄膜材料。关于化学沉积，最常见的技术是CVD，然而对于物理沉积，最常见的技术是溅射。

CVD通常需要引入能源，以便产生这样的条件，前驱气体将粘附或者粘着到基板表面上。换句话说，将不会发生粘附到表面上。例如，在热解CVD过程中，由此希望在平板玻璃基板上沉积出薄膜涂层，一般是加热玻璃基板。加热的玻璃基板起到CVD能源的作用，并且当前驱气体接触加热的玻璃基板时，前驱气体粘附到热的玻璃表面上。加热的表面还提供了产生前驱气体所需的能量以发生化学反应来形成最薄的薄膜涂层成分。

等离子体还能起到用于CVD型加工的能源的作用，通常所说的等离子体增强的化学气相沉积(等离子体增强的CVD)或者等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。等离子体是由部分电离的气体和自由电子组成的，并且各个部分具有稍微独立地移动的能力。该独立的运动使等离子体导电，以便其可以对电磁场作出反应。该导电性提供了与其他已知的化学和物理沉积技术相比具有许多优点的PECVD工艺。

在PECVD工艺中，沉积材料一般是由前驱气体获得的。所述前驱气体的实例对本领域的技术人员来说是众所周知的。例如，如果将沉积硅基薄膜，则常见的前驱气体是硅烷、SiH₄。当SiH₄遭受等离子体源时，等离子体可以起到将硅烷分子的能级提高到其将与表面起反应并且附着成结实的层的作用。更具体地说，SiH₄被电离，使其电子移动到更高的能级。这伴随有随后的氢原子的剥离。离子化分子具有可用的敞开式反应物地点，并且如果在存在例如氧气的反应性气体的情况下，则可以轻易地形成SiO₂薄膜。如果离子化分子不在存在反应性气体的情况中，则可以形成硅的薄膜。前驱气体的化学作用存在元素的过剩，并且因此，存在可以通过PECVD沉积的元素和材料的大的可用性。在没有限制的情况中，可由PECVD沉积类型的薄膜为透明的导电氧化物薄膜涂层、日照控制及光学薄膜涂层和半导体薄膜涂层。本领域的普通技术人员将认识并了解到能够通过PECVD沉积的其他种类的薄膜涂层。

因此，在表面产生等离子体是常见的工业实践，特别是在涂覆行业中。已经开发出许多设备来产生并且形成等离子体。大部分已知的设备产生成形为圆柱形的等离子体喷流，其具有许多用于涂覆和表面处理的实际应用。然而，线性的等离子体可能具有更多的实际应用。可以使线性的等离子体在大型的基板表面积上工作，这对大面积的玻璃涂覆、纺织品涂覆和多部件的批量涂覆是有用的。

迄今为止，大部分已知的PECVD装置是用于小尺寸的(即＜1m²)的沉积，因为大部分等离子体源是非常短的并且可能仅涂覆小的面积。因此，已经难以实施应用于大面积涂覆的PECVD。然而，已经存在设计成用于涂覆大面积表面的PECVD装置。这包括(但不限于)磁电管源、阳极层离子源和Madocks源。