·70· 北京科技大学学报 1999年第1期 1400 P=10 kW H=0.1 m 1500 H=0.2m 1300 T,=800KT=500K T,=T。=700K 1250 1200 ￥ 31100 1000 P=15kW 1000 人 750 P10kW· 900 500L 10 20 30 40 40 60 80 100 p/kPa p/kPa 图10基片温度随腔压变化实验曲线 图7在二功率水平下，基片温度随腔压的变化曲线 1500 p=16 kPa H=0.1m p庐20kPaT4=T6=700K 1400 T。=800KT6=500K 1500 ￥1300 .P-=20kW 1250 1200 9 P-15kW 1100 1000- 1 > 9 10 11 P/kW 750 图11基片温度随等离子炬功率变化的 0 0.1 0.2 0.30.4 实验和理论关系曲线 H/m 图8二功率下，基片温度随基片喷嘴间 5结论 距离的变化曲线 (1)影响基片温度的主要因素按照影响程度 1100 P-15 kW H=0.2m 依次为等离子炬功率、沉积腔压力、沉积台温度、 1000 T2T4=700K 沉积台与喷嘴间距离等. (2)等离子炬功率对基片温度影响最大，并 900 且，基片温度随着功率的增大而增大，在一定的 800 温度范围内，近似于二次曲线， (3)腔压对基片温度影响也较大.在其他条件 700 不变时，基片温度随腔压的增大而增大，也近似 0 0.2 0.40.6 0.81.0 呈二次曲线变化，并且温度越高，温度随腔压的 K103 变化率越大. 图9基片温度随基片与沉积台的固相接触面 (4)沉积台温度对基片温度的影响规律是：在 积占总面积的比率的变化曲线 其他条件不变时，基片温度随沉积台温度增大而 4实验验证 增大，并且基本上近似呈线性变化， (⑤)沉积腔内壁的温度对基片温度影响最 为了验证数学模型的正确性，结合工艺过程 小.在其他条件不变时，基片温度随腔体内壁温 进行了一系列实验测量.实验中，设备的结构参 度近似呈线性增加，但是变化率很小，在15kW 数（如：源气体管道内径、喷嘴大小、沉积台高度 功率和20kPa压力条件下，基片温度随内壁温度 和大小，基片大小等)是不变的；源气体流量和内 的变化率约为2%， 壁，沉积台的冷却水状况也不变.实验与理论结 (6)除了等离子炬功率、腔压，沉积台温度、喷 果比较如图10和11所示.图中的虚线为实验点 嘴与沉积台距离对基片温度有影响外，基片与沉 的回归拟合曲线. 积台的接触情况对基片温度也有重要影响.相同 条件下，随固相接触面积增大，基片温度降低，K 在10~5~0.2范围内，温度下降较快，固相接触面北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 9年 第 1期 1 4 0 0 芝 卜 15 0 0 1 2 5 0 1 0 0 0 7 5 0 1 2 0 0 吕 心 1 10 0 1 0 00 009 . _ 牛黔黔 . / 1 3 0 0 5 00 1 · : l 4 0 6 0 8 0 10 0 尸八田 a 图 7 在 二功率水 平下 , 基片温度随腔 压的变化 曲线 10 2 0 3 0 4 0 洲廿a 图1 0 基片温度随腔压变化实验 曲线 =P 16 kP a H 二 o . l m ` , 0” { _ 厂’ 0 妙 a 几 一 6T 一 ’ 。。` l 一 、 . 、 . l ~ , 、 、 、 . 尸= 2 0 k w 嗽 1 2 5 0 卜 一 ~ · ~ 。 _ 卜 …~ 火翌址 ’ ’ 。” 。 { - 7 5 0 1 毛卜叫 ` / _ ~ 一一 / 尸尸 J 7 图1 1 8 9 10 1 1 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 月/ m 图8 二功率下 , 基片温度随基片喷嘴间 距 离的变化 曲线 P/ k W 基片温度随等离子炬功率变化的 实验和理论关系曲线 尸= 1 5 k W H 二 0 2 m 几二 4T 二 7 0 0 K 00 ù o0n U ē . U 1 O C, 8 留\叮 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 凡 / I J 3 图, 基片温度随基 片与沉积 台的固相接触面 积 占总面积的比率的变化曲线 4 实验验证 为 了验证数 学模型 的正 确性 , 结 合工 艺 过程 进行 了 一 系列 实验 测 量 . 实 验 中 , 设 备 的 结 构 参 数 (如 : 源 气 体管 道 内径 、 喷 嘴 大 小 、 沉 积 台 高度 和 大 小 、 基 片大 小等 )是 不 变 的 ; 源 气体流量 和 内 壁 、 沉 积 台 的冷 却水 状 况 也 不 变 . 实 验 与理 论 结 果 比较如 图 10 和 n 所 示 . 图 中的虚 线 为 实 验点 的 回 归拟 合 曲线 . 5 结论 (l )影 响基 片温度 的主要 因素按 照影 响程 度 依 次 为等离 子炬 功率 、 沉积 腔压力 、 沉积台 温度 、 沉 积 台与喷 嘴间距离等 . (2 ) 等离子炬 功 率对基 片温 度 影 响 最 大 , 并 且 , 基 片温 度 随着功率 的增 大 而增 大 , 在 一定 的 温 度 范围 内 , 近似于二 次曲线 . (3 ) 腔压 对基片温 度影 响也 较大 . 在其他条件 不 变 时 , 基 片温 度 随腔 压 的增 大而 增 大 , 也近 似 呈 二 次 曲线 变 化 , 并且 温 度 越 高 , 温 度 随 腔 压 的 变 化率越 大 . (4 ) 沉积 台温度 对基片温 度 的影 响规律是 : 在 其 他 条件 不变 时 , 基 片 温度 随沉积 台温 度 增大而 增 大 , 并 且基本上近似呈线性 变化 . (5 ) 沉 积 腔 内壁 的 温 度 对基 片 温 度 影 响 最 小 . 在 其他条件 不 变 时 , 基 片温 度 随 腔 体 内壁 温 度 近 似呈 线性 增 加 , 但 是 变 化 率很 小 , 在 巧 k w 功 率和 2 0 kP a 压 力条件下 , 基 片温 度 随 内壁 温 度 的 变化率约为 2 % . (6 ) 除了等离子 炬功 率 、 腔压 、 沉 积台 温度 、 喷 嘴 与沉 积 台距 离 对基 片 温 度有 影 响 外 , 基 片 与沉 积 台 的接 触情况 对基 片温 度也 有重 要 影 响 . 相 同 条 件 下 , 随 固相 接 触 面 积 增 大 , 基片 温度 降低 · 式 在 1 0 ’ 5 一 .0 2 范 围 内 , 温 度 下 降较快 , 固相 接触 面