金剛石沉積 HFCVD技術

2021年9月16日 Bronkhorst

金剛石具有耐磨性，因此金剛石涂層通常用于改善切割工具和耐磨損部件的性能。為了獲得合適基材上的金剛石涂層，必須將適量對的氣體涂層混合并加熱使其發(fā)生反應。

激發(fā)氣相的方法有微波等離子體、火焰噴射或激光。本樣冊說明將涉及熱絲氣相沉積技術（HFCVD）。通常在該方法中，含碳氣體如甲烷在氫氣中的稀釋混合物在亞大氣壓下通過熱絲熱活化。氣體混合物和流量必須謹慎控制；因此，使用高性能熱式質量流量控制器勢在必行。

應用要求

重要的是所用的質量流量控制器可以確保合適的氣體總量和工藝的重復性；否則，所獲薄膜的均勻性和整體質量將大打折扣。儀表必須非?？煽坎⒕哂心M或數(shù)字通信，因為流程中氣體的可燃性和爆炸性涉及到安全問題，必須進行嚴密的控制和監(jiān)測。

重要議題

優(yōu)化的重復性
高精度
快速響應
高穩(wěn)定性

工藝方案

用于金剛石薄膜生產的通用的方法之一是熱絲氣相沉積技術(HFCVD) ，其中氣體混合物沿著加熱到2400oC的長長細細的W或Ta線（?100 到 300 μm) 通過而被加熱。

(HFCVD) 通常僅需兩種氣體：H2和CH4，甲烷在氫氣中以1 vol% 至 2 vol%稀釋。HFCVD反應器內的總壓力通常在20 mbar 至 200 mbar之間變化，總流量取決于反應器的尺寸和幾何形狀。

(HFCVD) 與微晶金剛石薄膜(MCD)相反，金剛石涂層類型被稱為納米晶金剛石(NCD)。NCD的特征在于納米微晶尺寸(1 nm 到 50 nm)和極其光滑的表面，其保留了MCD的硬度并相對于MCD具有改善的耐磨損和耐摩擦性能。這些涂層通常需要添加第三惰性氣體，通過在生產期間改變腔室內氣體的熱負荷來增強再成核過程而有助于NCD的形成，也影響基板加熱。該系統(tǒng)比MCD系統(tǒng)更加復雜，在進料氣體的控制和監(jiān)測中需要倍加注意。

(HFCVD) 這類反應器的進一步修改包括在形成期間用硼(MCD和NCD)摻雜金剛石涂層以使其導電。通常用到含硼(B)物質的液體并且通過載氣鼓泡將硼蒸汽帶到熱絲和金剛石涂層中。通過選擇合適的硼濃度并調節(jié)通過的氣體來調節(jié)摻雜水平。在進行NCD時，因為涉及三種氣體，任務變得越發(fā)困難。熱式質量流量控制器（例如EL-FLOW Select, LOW-dP-FLOW 或 INFLOW系列)在此類應用或任何其它涉及氣相生成金剛石的CVD工藝中扮演著不可或缺的角色。