[发明专利]用等离子体加强氧化硅淀积作用的方法

说明书

本发明涉及氧化硅基薄膜的淀积方法，更具体地说，涉及用等离子加强由挥发性有机硅化合物生成的氧化硅基薄膜淀积作用的方法。

等离子体聚合法已经是一种公知的、在各种基片上生成薄膜的技术。例如，已经对由含有或不含氧的硅烷，氧化亚氮或氨构成的混合物采用等离子体聚合法，以生成氧化硅薄膜。但是，硅烷有使人厌恶的气味，会刺激呼吸系统，并且是易燃的和腐蚀性的。

某些注意力已从硅烷转向在等离子体中进行有机硅薄膜的淀积。Sharma和Yasuda在《Thin    solid    Films》第110卷，第171-184页中（1983）评论了由若干种有机硅化合物构成的薄膜的制备（其中，淀积了若干种硅基聚合物），并且描述了通过磁控辉光放电并加入氧气的方法而实现的四甲基二硅氮烷的等离子体聚合作用。如此生成的薄膜相对于原来的有机硅材料来说，碳对硅的比值减小了，但是，仍然保留显著数量的碳。即使这样，尽管薄膜中的硅浓缩了，在注入的混合物中掺入氧仍然导致不良的聚合物粘着力。

1985年12月10日授予Sacher等人的美国专利第4，557，946号描述一种利用由有机硅化合物构成的等离子聚合涂层，以在基片上形成潮气阻挡层的方法，在该方法中，对基片加热并控制等离子体的功率电平。1986年7月8日授予Westheimer等人的美国专利第4，599，678号公开了如下方法：在把基片加热到超过50℃时，利用有机硅在辉光放电中给薄膜电容器涂敷薄膜面层。

一般说来，由有机硅构成的薄膜通常是在比较低的淀积速率下（例如，与阴极真空喷镀相比）生成的，这种薄膜有较低的硬度，并且常常是模糊的。需要对基片加热，例如Sabher等人和Wertheimer等人所描述的那样，这对某些基片来说也是不利的。

在用等离子体加强的淀积中，由于使用有机硅化合物而产生的其他问题是沉积过程中聚合条件的变化以及缺乏控制。用来控制等离子体工艺的传统方法，是用功率、压力和流速来监视和设法控制所述工艺过程。但是，这三个变量都体现输入的变化，并不能相应地控制所产生的薄膜。因此，按比例扩大这种工艺过程是非常复杂的。

图1是说明利用本发明的各种特征的等离子系统的一般原理图。

图2概略地表示等离子体淀积室及其有关设备的侧视剖面图;

图3A和3B说明在图2的系统中平衡磁控管的利用;

图4A和4B说明在图2的系统中非平衡磁控管的利用;

图5说明在图2的系统中磁控管的另一种连接方式，其中，电场由射频发生器产生。

本发明的目的是以商业上可行的淀积速率，在小的或大的基片上（最好具有预定的特性）可重复地淀积粘附的、硬质的氧化硅基薄膜。

根据本发明的一个方面，用于淀积粘附的、硬质的氧化硅基薄膜的方法包括：提供含有至少三种组分的气流;在预先抽空的反应室中，产生来源于该气流或者其组分之一的辉光等离子体，将基片可移动地放在该等离子体中;使气流可控制地流入该等离子体中，以便在位于等离子体适当位置的基片上淀积氧化硅。所述气流含有挥发性的有机硅化合物，氧，以及诸如氦气或氩气的惰性气体。

通过在真空室外部使有机硅挥发并按规定量与氧气和惰性气体混合，使气流可控制地流入等离子体中。在淀积过程中，最好用非平衡磁控管约束基片附近的部分等离子体，这种约束提高了离子流量，从而提高了薄膜淀积速率。

对于那些需要坚固的保护膜或阻挡层的应用场合，可以在各种大的或小的基片上，可控地淀积本发明的薄膜。可以按照各种特定应用场合的要求来有选择地改变薄膜的特性。

本发明提供淀积一种硬质的、粘附的并且最好基本上无机的氧化硅基薄膜的方法。根据本发明，已经在各种基片上淀积具有大约500至大约1μm厚度的这种薄膜，不过，也能够获得大于1μm厚度的薄膜，因此，后者也在本发明的范围内。