氧等离子体刻蚀CVD金刚石膜的影响机理

作者:潘鑫;马志斌;李国伟;曹为;王传新;付秋明 刊名:强激光与粒子束 上传者:黄利英

【摘要】采用电子回旋共振(ECR)等离子体在不同的磁场位形和工作气压下刻蚀化学气相沉积(CVD)金刚石膜,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行了诊断,研究了等离子体参数对刻蚀效果的影响。结果表明:磁场由发散场向收敛场转变时,离子温度、电子温度和等离子体密度都随之增大,刻蚀效果逐渐增强;当工作气压由低气压向高气压变化时,等离子体参数先增大后减小,CVD金刚石膜表面粗糙度降低程度也出现了相同的趋势。

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第 26卷第 7期 2014年 7月 强 激 光 与 粒 子 束 H IG H POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S V o1.26,NO.7 Ju1.,2014 氧等离子体刻蚀 CVD金刚石膜的影响机理 潘 鑫, 马志斌, 李国伟, 曹 为, 王传新, 付秋明 (武汉工程大学 材料科学与工程学院 ,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,武汉 430073) 摘 要 : 采用电子 回旋共振(ECR)等离子体在不 同的磁 场位形 和工 作气压下刻 蚀化学气 相沉积 (CVD) 金 刚石膜 ,运用双探针和离子灵敏探针法对等离子体进行 了诊断 ,研 究了等离子体参数对刻蚀效果的影响 。结 果 表明:磁场 由发散场 向收敛场转变时 ,离子 温度 、电子温度 和等离子体 密度都随之增 大 ,刻蚀效果 逐渐增 强 ; 工作 气压由低气压向高气压变化时 ,等离子体参数先 增大后 减小 ,CVD金 刚石膜表 面粗糙度 降低程 度也 出 现了相同的趋势。 关键词 : 刻蚀 ; CVD金 刚石 ; 等离子体参数 ; ECR等离子体 中图分类号 : TQ164; O484 文献标 志码 : A doi:10.11884/HPLPB201426.074001 由于具有高硬度、耐磨损、抗腐蚀 、优异的导热性和绝缘性等优 良特性 ,金刚石开始成为许多工业应用中一 种十分 具有 吸 引力 的材料 。 自 1962年 Eversole运用化 学 气相 沉 积 (CVD)方 法 人 工合 成金 刚石 后[1],CVD金 刚石膜 开始 受到 人们普 遍关 注 ,其 物 理化学 性 能与天 然金 刚石 相近 ,因此 被广 泛应 用于微 电子 、机 械 、航 空等 领 域 [2]。虽然 CVD金 刚石膜 性能杰 出 ,但其 表面 取 向、晶粒 尺寸 各 异 、厚 度 不 均 以及 高粗 糙度 等 缺 点 ,使得 金 刚 石 膜在 工业 上 的应用不 尽人 意 。为 了拓 展 CVD金 刚石 膜 在 工业 上 的应 用广 度 和 深 度 ,需 要对 其进 行 抛 光 处 理 。常见的抛光方法有机械抛光l3]、热化学抛光_4]、激光抛光_5 ]、化学辅助机械抛光l7 和等离子体刻蚀 D_ 等。然而 ,高化学惰性和机械强度等这些期望得到的特性使得金刚石膜的机械抛光和化学抛光变得困难而复 杂,常常需要很长时间才能达到期望的效果 。因此一种高效 的 CVD金刚石表面抛光技术是十分必要的。 等离子体刻蚀是一种新型的 CVD金刚石膜抛光方法 ,由于其能降低对金刚石膜的污染 ,能对非平面表面 进 行原 位刻蚀 ,并 且操作 温度 低而 受 到青 睐 。等 离子 体刻蚀 工 艺 的核 心 问题是 在提 高刻蚀 速 率 的同时 ,又能 保 证刻蚀过程具有较高的均匀性,较高的各向异性以及较低 的辐照损伤_1 。与其他微波等离子体相 比,ECR微 波 放 电产生 的等离 子体 由于密度 高 、电离度 高 、工作气 压 低 、各 向异性 等 特 点 ,很 好 地 解决 了这两 个 核 心 问题 , 可 以实 现低 温 、高 效无 污染 的表 面处理 ,受 到 了人 们 的广泛关 注 l1 。 采 用 ECR等 离子体 法对 CVD金 刚石 膜 进 行刻 蚀 时 ,刻蚀 效 果 受 到工 艺 参 数 的 影 响 ,研 究 不 同工 艺 参 数 的影响因素对于获得理想 的刻蚀工艺并实现该技术的工业应用具有十分重要的意义 。本文研究了磁场位形和 工作 气 压这两 个影 响 因素 ,运 用扫

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