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技术

本发明专利技术公开了一种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，即提供了对薄膜涂覆技术有用的新颖的等离子体源和使用所述等离子体源的方法。更具体地说，本发明专利技术提供了分别产生线性的和二维的等离子体的新颖的线性的和二维的等离子体源，其对增强等离子体的化学气相沉积有用。本发明专利技术还提供了生产薄膜涂层的方法和提高所述方法的涂覆效率的方法。

【技术实现步骤摘要】
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本申请是申请日为2009年8月4日、申请号为200980139450.6、题为“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”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2008年8月4日提交的美国临时申请US61/137,839的权益，因此其整个内容通过参考结合到本申请中。
本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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。然而，存在与使用涂覆大面积表面的前述PECVD装置有关的缺陷。例如，磁电管源倾向于非常庞大，一般为150毫米宽乘300毫米深，并且需要磁铁。此外，当被用于PECVD时，磁电管源的表面趋向于涂覆有沉积的材料，并且因此，使磁电管绝缘，这可能产生弧光及其他并发情况。此外，溅射的材料损害了沉积的材料。阳极离子层源例如遭受和磁电管源类似的缺陷，其中它们倾向于庞大，需要磁铁以及被涂覆。此外，离子层源倾向于按低速(0.1μm/秒)沉积PECVD材料。Madocks源例如遭受庞大和需要磁铁以及低涂覆效率(大约15％)的缺陷。此外，所有三个前述的源依赖闭路电子漂移(例如霍耳效应)来产生均匀的等离子体。在不依靠闭路电子漂移或者霍耳效应的情况下有可能产生均匀的等离子体。做到这的常见途径是具有两个相对于彼此基本上平行定位的电子发射表面，其中电子发射表面借助于交流电源按双极和不同相的方式相互连接。当电压差被应用到所述两个电子发射表面上时，可以产生等离子体。两个电子发射表面之间的极性按一些预定的频率被从正极转换为负极，并且等离子体均匀地传播开。已经开发出基于平行的电子发射表面的等离子体源。一种所述源为空心阴极源，例如美国专利US6,444,945中所描述的那样。更具体地说，美国专利US6,444,945中所描述的等离子体源包括由连接到双极性交流电源上的两个空心阴极形式所组成的，如图1所示。等离子体源包括第一和第二空心阴极结构1和2。两个空心阴极结构1和2通过导线6电连接到交流电源5上，该交流电源5产生交流电流来驱动等离子体3的形成。当空心阴极结构之一经受负电压时，另一个空心阴极结构经受正电压，在所述空心阴极结构之间产生电压差并且促使电流在所述结构之间流动，从而完成电路。选择性地，磁铁4可以设置在各个空心阴极的开口附近，以增加空心阴极结构1和2之间的等离子体电流。然而，美国专利US6,444,945未说明所公开的空心阴极对于任何PECVD工艺或者对于大面积表面涂覆的使用。因此，关于等离子体源或者PECVD源，在大面积涂覆技术中还有一种需求是可以产生相当长(即长度大于0.5米)的均匀且稳定的等离子体。此外，关于PECVD源，在现有技术中还有一种需求是细密的并且可以通过高涂覆效率地沉积出涂层。此外，关于PECVD源和工艺，在现有技术中还有一种需求是在操作期间消耗更少的能量，以便降低总运行成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种包括基板和沉积在基板上的涂层的产品，其中利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成涂层，该方法包括以下步骤：a)在基本上没有霍尔电流的情况下提供线性的在其长度上基本均匀的等离子体；b)靠近等离子体提供前驱气体和反应气体；c)提供基板，其中待涂布的基板的至少一个表面靠近等离子体；d)激励、部分地分解或完全分解前驱气体；以及e)利用PECVD在基板的至少一个表面上沉积涂层；其中，沉积的步骤包括粘结或凝结包含用于涂布在基板的至少一个表面上的期望的化学元素的前驱气体的化学片断。本专利技术还提供了一种包括基板和沉积在基板上的涂层的产品，其中利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成涂层，该方法包括以下步骤：a)在基本上没有霍尔电流的情况下提供二维的在二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括基板和沉积在基板上的涂层的产品，其中利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成涂层，该方法包括以下步骤：a)在基本上没有霍尔电流的情况下提供线性的在其长度上基本均匀的等离子体；b)靠近等离子体提供前驱气体和反应气体；c)提供基板，其中待涂布的基板的至少一个表面靠近等离子体；d)激励、部分地分解或完全分解前驱气体；以及e)利用PECVD在基板的至少一个表面上沉积涂层；其中，沉积的步骤包括粘结或凝结包含用于涂布在基板的至少一个表面上的期望的化学元素的前驱气体的化学片断。

【技术特征摘要】
2008.08.04 US 61/137,8391.一种包括基板和沉积在基板上的涂层的产品，其中利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成涂层，该方法包括以下步骤：a)在基本上没有霍尔电流的情况下提供线性的在其长度上基本均匀的等离子体；b)靠近等离子体提供前驱气体和反应气体；c)提供基板，其中待涂布的基板的至少一个表面靠近等离子体；d)激励、部分地分解或完全分解前驱气体；以及e)利用PECVD在基板的至少一个表面上沉积涂层；其中，沉积的步骤包括粘结或凝结包含用于涂布在基板的至少一个表面上的期望的化学元素的前驱气体的化学片断。2.根据权利要求1所述的产品，其特征在于，所述涂层包括多个层。3.根据权利要求1所述的产品，其特征在于，涂层是电介质涂层、透明导电涂层、半导电涂层和日照控制涂层中的一种。4.根据权利要求3所述的产品，其特征在于，涂层是包括硅的半导电涂层。5.根据权利要求1所述的产品，其特征在于，涂层包括除过渡金属以外的金属、过渡金属或它们的组合。6.根据权利要求1所述的产品，其特征在于，涂层包括硼、碳、硅、锗或它们的组合。7.根据权利要求1所述的产品，其特征在于，涂层包括氧化物、氮化物或氧氮化物。8.根据权利要求7所述的产品，其特征在于，涂层包括硅、钛和锡的氧化物之一。9.一种包括基板和沉积在基板上的涂层的产品，其中利用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)方法形成涂层，该方法包括以下步骤：a)在基本上没有霍尔电流的情况下提供二维的在二维上基本均匀的等离子体；b)靠近等离子体提供前驱气体和反应气体；c)提供基板，其中待涂布的基板的至少一个表面靠近等离子体；d)激励、部分地分解或完全分解前驱气体；以及e)利用PECVD在基板的至少一个表面上沉积涂层；其中，沉积的步骤包括粘结或凝结包含用于涂布在基板的至少一个表面上的期望的化学元素的前驱气体的化学片断。10.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，涂层包括多个层。11.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，涂层是电介质涂层、透明导电涂层、半导电涂层和日照控制涂层之一。12.根据权利要求11所述的产品，其特征在于，涂层是包括硅的半导电涂层。13.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，涂层包括除过渡金属以外的金属、过渡金属或它们的组合。14.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，涂层包括硼、碳、硅、锗或它们的组合。15.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，涂层包括氧化物、氮化物或氧氮化物。16.根据权利要求15所述的产品...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·马诗威茨，
申请(专利权)人：北美AGC平板玻璃公司，旭硝子株式会社，AGC玻璃欧洲公司，
类型：发明
国别省市：美国;US