[发明专利]淀积碳的微波增强化学气相淀积方法

说明书

本发明涉及一种淀积碳用的微波增强化学汽相淀积法。

最近，作为一种制造薄膜，特别是非晶形薄膜的新方法，ECR CVD(电子回旋加速共振化学汽相淀积法)已经引起了研究工作者们的注意。例如，Matsuo等人在第USP 4,401,054号美国专利中公开了这样一种ECR CVD的设备。这种新技术利用微波，借助一种在激发空间内对等离子气体起箍缩作用的磁场而使反应气体激励成一种等离子态。采用这种组态，该反应气体就可吸收微波能量。将所要涂敷的基片置于远离该激发空间(共振空间)处以便防止基片被溅出。该被激励的气体从该共振空间中被簇射到该基片上。为了建立一个电子回旋共振，使共振空间中的压强保持在1×10^-3至1×10^-5乇，在该压强下可以把电子视为独立粒子，并与在某一表面(磁场在该表面上形成一种为ECR所需的特殊强度)上按一种电子回旋共振的微波相共振。利用一种发散的磁场将受激发的等离子体从该共振空间中抽出到位于远离该共振空间处，并在其中置有准备涂敷的基片的淀积空间。

在这样一种先有技术的方法中，要形成一种多晶或单晶结构的薄膜是很困难的，因此当前可用的各种方法几乎都局限于制造非晶薄膜。而且，按照这种先有技术很难实现高能化学汽相反应，因而就不能形成金刚石薄膜或其它具有高熔点的薄膜、或不能在一种有各种凹陷的均匀表面上形成均匀薄膜。

此外，还不可能给由例如碳化钨制成的超硬金属表面涂敷一层碳膜。因此，在供具有足够硬度的研磨用时，矩辫要给一超硬表面涂敷上一种细金刚砂，并需要在金刚砂与基片表面之间形成坚实的机械接触。

因此本发明的一个目的是要提供一种淀积碳用的微波增强CVD方法。

根据本发明的一个方面，除将碳化物外，又将氮气和/或氮化物气体送入反应室。该被送入的氮气的作用是阻止因外应力或内应力而生长的各晶格缺陷。如果还将一种硼化物与氮化物一起送入，则被淀积的碳的粘性就增进。氮化硼看来象是碳和准备涂敷的基片(例如由超硬金属—例如碳化钨—制的基片)之间的所述粘合剂。最好使碳和氮化硼以晶粒的方式或以一层含有少于10％的氮和硼的方式淀积在该基片上。

根据本发明的另一方面，终于导致了一种新的CVD方法。该新方法利用了一种首先由本发明人所推荐的混合回旋共振。在该新型激发方法中，除了把相应的反应气体的粒子和磁场以及微波间的相互作用以外，还必须把反应气体的声波作用考虑为一种不可忽略的扰动，因此可以把反应气体的荷电粒子吸入一个相当宽广的共振空间。最好将其压强保持在大于3乇。作为该混合共振，将反应室中的压强升高到相当于先有技术中所用的10²-10⁵倍。例如可以通过在某一低压下进行ECR以后使压强升高的方法来建立该混合共振。即：先通过在存在有磁场的情况下输入微波的方法而将一种等离子气体置于1×10^-3至1×10^-5乇的条件中。然后将一种反应气体送入该等离子体气体，以便使压强升高到0.1至300乇，并使共振从ECR变换成MCR(混合回旋共振)。只有在这样相当高的压强下才能分解碳并进行必要的化学作用。在过程中，在各凸面上很可能要有选择地生成金刚石。

虽然在最好是用金刚石时也可把碳淀积成非晶相，但处于等离子态的氢通过刻蚀可优先地消除非晶碳而保留晶状碳。

实验证明，由本发明所形成的金刚石硬度是用先有技术的汽相方法所制成的金刚石硬度的1.3至3.0倍。

图1是表示按照本发明的一个CVD设备的横断面图。

图2(A)是表示根据计算机模拟的磁场断面中的各等势表面的轮廓的曲线图。

图2(B)是表示根据计算机模拟的电场强度的曲线图。

图3(A)和3(B)是分别表示根据微波在共振空间中传播的磁场和电场的各等势表面的曲线图。

图4是表示本发明借助于射频功率来淀积碳膜的、另一种CVD设备的横断面图。