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DS: Dünne Schichten

DS 9: In-situ-Charakterisierung I

DS 9.3: Fachvortrag

Montag, 27. März 2000, 10:00–10:15, H32

In-situ–Bestimmung der H–Konzentration bei der Heißfilament–CVD von Diamant — •B. Heimann und V. Buck — Uni–GH Essen, Fb Physik, AG Dünnschichttechnologie, 45117 Essen

Im Heißfilament-CVD-Reaktor strömt das Prozeßgas (82,5 % H₂, 0,8 % CH₄, 16,7 % Ar) an einem glühenden Draht vorbei, wo es u. a. zu atomarem H dissoziiert. Dahinter kann sich auf einem Si–Substrat eine Diamantschicht abscheiden. Die Konzentration des am Filament entstandenen H, der für den CVD–Prozeß von großer Bedeutung ist, wurde mit einer kalorimetrischen Sonde gemessen. Diese besteht aus zwei Thermoelementen, einem mit einer versilberten Spitze, an der die exotherme Rekombination zu H₂ katalysiert wird, und einem mit einer möglichst nichtkatalysierenden Quarzspitze. Aus der gemessenen Temperaturdifferenz erhält man nach Eichung die H–Konzentration. Sie steigt mit der Filamenttemperatur (2233 K...2543 K), sie fällt mit wachsendem Sonden-Filament-Abstand (10 mm...40 mm), Druck (20 mbar...400 mbar) und Gasfluß (89 sccm...1417 sccm bei niedrigem Druck). Während der Schichterzeugung beim Druck von 200 mbar zeigt sich nun ein anderes Bild: Im Substrat– bzw. Sonden–Filament–Abstand von 10 mm hat die H–Konzentration beim Gasfluß von 1063 sccm ein Maximum von 1,92· 10¹⁶ cm⁻³. Bei einem Gasfluß von mindestens 354 sccm erhält man Diamantschichten. Auch die Schichtdicke zeigt ein Maximum: Bei 709 sccm und 1,66· 10¹⁶ H−Atomen / cm³ wächst in 5 h eine 12 µ m dicke Diamantschicht von guter Qualität.