Исследование физических процессов, определяющих возможность масштабирования реакторов газофазного осаждения с активацией СВЧ разрядом при средних давлениях

• Автор: Дворкин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Глава I. Обзор литературы. СВЧ установки, применяемые для осаждения тонких плёнок на больших площадях

1.1 Введение

1.2 Классическая установка с рабочей камерой резонаторного типа

1.3 Установки со щелевыми антеннами

1.4 Использование электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) для ввода СВЧ энергии в плазму в установках для роста тонких плёнок

1.5 Дисковые реакторы

1.6 Создание плазмы в реакторе при помощи замедляющих систем

1.7 Использование поверхностных волн для создания плоского слоя плазмы

1.8 Другие принципы ввода СВЧ энергии в камеру для увеличения площади обрабатываемой поверхности

Глава II. Осаждение тонких углеродных плёнок

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Система регистрации спектров плазмы
2.3 Связь эмиссионных характеристик плазмы со структурой плёнки
2.3.1 Условия эксперимента
2.3.2 Эксперименты по росту легированных алмазных плёнок
^ 2.3.3 Эксперименты по росту углеродных нанотруб
2.4 О низкотемпературном осаждении нанографитовых структур
2.4.1 Низкотемпературный рост углеродных плёнок
2.4.2 Исследование влияния состава газовой смеси на структуру осаждаемых плёнок
2.5 Выводы
Глава III. Исследование импульсного режима возбуждения плазмы
3.1 Введение
3.2 Плазмохимия углерод - водородного газового СВЧ разряда
3.3 Исследование влияния параметров импульсов на состав плазмы
3.4 Влияние параметров импульсов на морфологию плёнок
3.5 Влияние импульсного режима на стабильность разряда
3.6 Оценка газовой температуры
Глава IV. Экспериментальная многомагнетронная установка
4.1 Экспериментальная многомагнетронная установка для получения СВЧ плазмы
4.2 Метод оценки равномерности распределения плазмы с помощью ОЭС.
Глава V. Исследование однородности разряда в многомагнетронном реакторе
5.1 Модельные эксперименты в нерезонансном реакторе

5.2 Исследование работы многомагнетронной системы
5.2.1 Первоначальное исследование поведения разряда
5.2.2 Диапазон рабочих давлений
5.2.3 Исследование спектрального состава плазмы
5.2.4 Эффект суперпозиции рабочих циклов магнетронов
5.2.5 Влияние подложкодержателя на положение разряда
5.2. б Зависимость однородности разряда от основных макропараметров
процесса
5.2.7 Исследование однородности разряда
5.2.8 Однородность плёнок, осаждённых на многомагнетронной
установке
5.3 Выводы
Глава VI. Применение алмазных плёнок в качестве алмазных мембран для усиления электронного потока
6.1 Введение
6.2 Подготовка образцов
6.3 Эксперименты по вторичной эмиссии и обсуждение результатов
6.4 Выводы
ВЫВОДЫ
Благодарности
Литература
Получение однородной плазмы на больших площадях (порядка 0.1-1 м2) вблизи поверхности раздела вакуум - диэлектрик или вакуум - металл при давлениях 1 Тор и выше является важной задачей для множества приложений. Эта проблема в настоящее время удовлетворительным образом не решена, несмотря на ее актуальность для целого ряда задач, в частности, для современной микроэлектроники. Такая плазма используется в процессах, связанных с плазменной обработкой поверхностей, таких как плазмохимическое травление различных типов материалов, модификация поверхности, и в ряде других задач. В числе важнейших приложений такого разряда можно назвать осаждение тонких, в частности углеродных, плёнок из газовой фазы в плазмохимическом синтезе (thin films chemical vapor deposition, CVD). Из существующих в настоящее время методов получения плазмы наиболее обещающими с точки зрения обработки больших площадей являются методы горячей нити, мультикатодного тлеющего разряда и СВЧ разряда. Однако первые два из них не отвечают требованиям микроэлектроники из-за загрязнения плазмы материалами испарения электродов и оказываются чрезвычайно негибкими при попытке использовать их для обработки сложных (неплоских) поверхностей.
На сегодняшний день поведение плазмы в СВЧ CVD реакторах хорошо изучено. Известной особенностью этого типа разряда является появление интерференционных неоднородностей на расстояниях порядка половины длины волны СВЧ генератора. В случае наиболее широко используемой частоты у=2.45ГТц это является препятствием для получения плёнок на
Исследовалось поведение интенсивностей радикалов СН и С2, ответственных за рост алмазной и графитовой фазы соответственно, при изменении основных макропараметров процесса. Для установления соответствия между спектральными особенностями и составом полученных плёнок, последние исследовались при помощи рамановской спектроскопии и электронной микроскопии. Цель исследований этой Главы - показать, что контроль относительных интенсивностей спектральных линий может быть использован для получения заданного типа плёнок, а изменения относительных интенсивностей можно достигать путём варьирования параметров импульса.
3.2 Плазмохимия углерод - водородного газового СВ Чразряда
Осмысленное управление осаждением тонких плёнок невозможно без ясного понимания процессов, происходящих в плазме и на границе плазма -твёрдое тело. Этим вопросам в приложении к СУО углеродных плёнок посвящено большое количество публикаций, вышедших за последние двадцать • лет.
Работы, посвящённые сравнению состава газовой фазы при осаждении из различных углерод - водородных сред в различных разрядах, а также на установках с горячей нитью, показали схожесть композиции газа в условиях роста плёнок одного и того же типа. Например, прямые измерения концентраций радикалов СХНУ, а также атомарного водорода с помощью масс-спектрометрии молекулярного пучка при осаждении алмаза продемонстрировали отсутствие зависимости состава плазмы от исходной газовой смеси, особенно при малой молярной доле углерода (Хс<0.01, Хс=С/Н) [87]. В этой ситуации при значительном энерговкладе скорость плазмохимических процессов достаточна для установления термодинамического равновесия и исчезновения зависимости радикального состава плазмы от исходной углеводородной газовой смеси, при условии Х^сопбГ При температуре газа 3000 К (соответствует для наших условий