Способ получения алмазных и алмазоподобных пленок из газовой фазы

 

(19) RU (11) (S1)S НО11.И гЕЗ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ " & j if)g f

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5007516/25 (22) 01 11.91 (46) 1511.93 6юп. Мв 41-42 (71) Инженерный центр "Плазмодинамика" (72) Кулик П.П„Зорина ЕН.. Иванов 8.8.; Джон Андерсен Гей(6В} (73) Инженерный центр Ппазмодинамика"

{54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИПИАЗНЫХ И АЛВВЗОПОДОЬНЫХ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВай ФАЗЫ (57} Изобретение относится к технологии электро: нной и оптической промышленности. Осаждение алмазных и алмазоподобных пленок осуществляется в потоке плазмы атмосферного давления при

Т=10 К . 8 поток плазмы, образованный слиянием

4 нескольких струй, подают смесь углеводородов с водородом 8 результате процессов. происходящих в плазменном потоке, на подложке осаждается алмазная или алмазоподобная пленка при высокой адгезии пленок к подложке со скоростью 1 мкм/с, чтО значительно превышает cKOpocfb Осаждения подобных пленок известными методами.

2003200

Изобретение относится к технологии электронной промышленности и может быть использовано для формирования слоев е пассивной и активной электронике, для получения оптических окон е видимой и инфракрасной частях спектра, а также в Оптике для интерференционных фильтров и покрытий.

Известен способ получения алмазных и алмазападобных пленок из углеводородных соединений, например из ацетилена, включающий формирование ацетилена-кислородной смеси, подачу ее при атмосферном давлении в горелку, поджиг ацетилена-кислородного пламени и формирование на подложке алмазной пленки со скорос ью

0,003 — 0,015 мкм/с.

Недостатком этого способа является сравнительно невысокая скорость получения покрытий, а также значительная неравномерность пакрытия па толщине, Известен способ получения алмазных и алмазаподабных пленок, при котором формируют поток плазмы, образуя зону реакции, подаю в нее смесь углеводородов с водородом, вводят подложку е зону реакции и осаждают на нее пленки. Этот способ предполагает использование смеси метана с водородом в качестне плазмообразующего газа в аднаструйном плаэмотроне с вольфрамовым катодом, причем общее давление в системе составляет 400 тор., а асаждение пленок осуществляется иа ахлаждаемую подложку. Скорость формирования пленок этим способом достигает

0,06-0,03 мкм/с.

Недостатком этого способа является сравнительно невысокая скорость роста пленок, что сказывается на производительности процесса, особенно при получении толстых слоев.

Данное изобретение направлена нэ решение технической задачи, связанной с увеличением производительности процесса получения пленок.

Решение поставленной задачи достигается эа счет того, что в известном способе получения алмазных и алмаэоподобных пленок, при котором формируют поток плазмы, образуя эану реакции, подают в нее смесь углееодарадае с водорОдом, ВВОдят подложку в зону реакции и осаждают на нее пленки, формируют поток плазмы по меньшей мере тремя осесимметрично распалоЖЕН НЫМИ СХОДЯЩИМИСЯ СТЮУЯМИ низкатемпературной плазмы атмосферного давления, а осаждение пленки осуществляют при прохождении подложки через зону реакции не менее одного раза.

Технический результат, достигаемый. данным способом, состоит в значительном увеличении скорости роста пленок.

Использование в данном способе потока плазмы атмосферного давления позволяет интенсифицировать процессы взаимодействия плазмы с поверхностью подложки. В отличие от разряженной плазмы использование струй ниэкатемператур10 ной плазмы атмосферного давления позволяет осуществлять перенос активных частиц к поверхности подложки не эа счет свабоднамолекулярного движения, а путем диффузия. Плотность потока активных частиц в данном случае на несколько порядков выше, чем в вакуумных установках. 8 этих условиях активные частицы диффундируют к поверхности подложки, не теряя активности, поскольку длина пробега для неупругих

20 взаимодействий много больше толщины пограничного слоя. Однако, в результате упругих столкновений в пограничном слое активные частицы теряют кинетичеСкую энергию, Таким образом, при очень высокой плотности потока активных частиц и, следовательно, большой скорости физико-химических процессов на поверхности радиационные нарушения практически исключены, чем и достигается высокое качество

30 обработки. В силу того, чта тепловой поток к поверхности велик (температура плазмы достигает (10-15) 10 K), обработку такой . плазмой можно проводить только в режиме нестацианарнойтеплоправодности,т,е. при

35 кратковременном воздействии плазмы на поверхность. Толщина осаждаемого на поверхность слоя определяется количеством воздействий, t.å. количеством прохождений подложки через зону реакции (время пребы40 вания точки обрабатываемой поверхности в плазменном потоке — 10 мс). Такая обработка поверхности является динамической плазменной обработкой. Формирование потока плазмы по меньшей мере иэ трех

<5 осесимметрично расположенных плазменных струй позволяет создать оптимальные условия для газовой смеси углеводородов с

Водородом. подаваемой в место слияния плазменных струй.

50 Способ осуществляется следующим образом.

Используя не менее трех плазмотронов с вынесенными дугами, формирую плазменный поток атмосферного давления при

55 Т - 10 К е аиде осесимметрично расположенных сходящихся плазменных струй газа с током в дуге от 10 до 20 А при напряжении

90 — 100 В. В зону слияния вводят газовую смесь углеводорода с водородом с расходом от 0,1 до 10 л/мин и пропускают подложку

2003200

Составитель П.г улик

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор Т. Горячева

Заказ 3236

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 через плазменный поток со скоростью 0,1010 м/мин (в зависимости от материала подложки). Количество прохождений подложки через зону реакции выбирается равным или большим единице, 5

Пример. Подложку из кремния устанавливают на перемещающемся столике, расположенном на определенном расстоянии от плазмотронов. Газовая смесь метана с водородом, формируемая путем смешения. 10 газов, поступающих из баллонов, с помощью устройства ввода подается в .плазменный поток, образованный четырьмя сходящимися струями инертного газа, в место их слияния. Подвижный столик, на котором установлена подложка, может быть снабжен системой охлаждения. При пересечении подложкой плазменного потока на ее поверхности осаждается поликристаллическая алмазная или аморфная алмазоподоб- 20 ная пленка — в зависимости от процентного содержания метана в водороде.

Установлено, что при содержании 1 — 2 (, метана в водороде на подложке наблюдается рост алмазоподобной пленки гидрогени- 25 эированного углерода, а при содержании

5-107; метана в водороде растет поликриФормула изобретения 30

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗНЫХ И

АЛМАЗОПОДОБНЫХ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ, включающий формирование зоны реакции потоком плазмы, подачу в нее смеси углеводородов с водородом и осаждение на подложку пленки, отличающийся тем, что, с целью увеличения скоросталлическая алмазная пленка, Скорость роста в обоих случаях составляет 1 мкм/с.

При этом наблюдается высокая адгезия пленки к подложке.

В качестве подложки могут быть использованы различные материалы: металлы, включая алюминий, сталь, титан и молибден; полупроводниковые материалы типа кремния и германия; диэлектрики, такие как двуокись кремния, различные стекла, нитрид титана, оксид алюминия; различные полимеры, включая полиэтилен, полиуретан, кремний- или фторорганические полимеры и другие материалы.

Для оптических окон могут быть использованыы временные подложки из меди. золота и т.д.

По сравнению с известными данный способ позволяет при высокой адгезии значительно (приблизительно на два порядка) увеличить производительность процесса. (56) J.Арр). Phys, 1991. ч.68. М 11, р.5941—

5943.

J.Àððt, Phys. 1990, ч.68, М 12, р.6187—

6190. сти роста пленок, формируют поток плазмы по меньшей мере тремя осесимметрично расположенными сходящимися струями ниэкотемпературной плазмы атмосферного давления, ггри этом осаждение пленки проводят при прохождении подложки через зону реакции не менее одного рээа,