HFCVD金刚石膜残余应力的仿真与实验研究

摘要

本文主要研究热丝法化学气相沉积（HFCVD）金刚石膜残余应力，采用有限元技术（FEM）计算分析HFCVD膜在冷却阶段产生的热应力的分布规律以及金刚石膜在生长过程中本征应力的产生机理及其变化规律。完成的主要研究工作如下： 1..采用有限元技术建立了HFCVD金刚石膜在冷却阶段产生热应力的分析模型，并通过实验对模型进行了修正，成功地建立了HFCVD金刚石膜热应力的有限元仿真模型。 2..采用所建立的FEM模型，分析了金刚石膜初始温度分布、半径、膜厚、冷却速度和衬底材料对金刚石膜中热应力的影响规律。研究结果表明：热应力沿径向分布是不均匀的，在边缘部分有突变；金刚石膜的膜厚、冷却速度和沉积温度对金刚石膜中的热应力影响程度很大，而金刚石膜的半径对膜中热应力影响较小。 3..采用VC/MFC设计开发了ANSYS仿真程序的图形界面，实现了金刚石膜中热应力的参数化仿真。 4.采用X射线衍射法，实验研究了HFCVD金刚石膜沉积过程中甲烷浓度、气压、沉积温度、栅极偏压等参数对金刚石膜残余应力的影响。实验结果表明：在本实验涉及的工艺参数范围内，金刚石膜中的总应力与本征应力都是压应力；应力值随甲烷浓度的增大而增大，但随反应室气压与沉积温度的增大而减小；应力值随偏压电流的变化则呈现先增大后减小的现象。