一种化学气相沉积金刚石系统及设备技术方案

本发明专利技术提供了一种化学气相沉积金刚石系统及设备，包括腔体、腔体盖、沉积台、环形微波馈入窗、波导、同轴波导、倒置型基片台组件密封装置和倒置型基片台组件，腔体、腔体盖、沉积台、环形微波馈入窗、同轴波导、倒置型基片台组件密封装置和倒置型基片台组件围成真空密封环境，倒置型基片台组件可上下移动；微波激发的等离子体位于倒置型基片台组件的正下方。本发明专利技术通过环形微波馈入窗设置于腔体盖和沉积台之间，微波馈入窗和等离子体之间有倒置型基片台和沉积台进行了阻隔，距离等离子体较远，金刚石生长过程中伴生碳残余物质不会掉落在微波馈入窗上，同时离子化的反应气体也不会对微波馈入窗进行刻蚀，避免金刚石生长环境中引入硅或其他的杂质。入硅或其他的杂质。入硅或其他的杂质。

【技术实现步骤摘要】
一种化学气相沉积金刚石系统及设备


[0001]本专利技术属于金刚石生长
，具体涉及一种化学气相沉积金刚石系统及包括该化学气相沉积系统的设备。

技术介绍

[0002]本部分提供的仅仅是与本专利技术相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
[0003]金刚石具有的优异半导体的电气性质，即宽带隙、高击穿电场、高载流子迁移率和高热导率，这些优异的电气性质促使金刚石成为固态功率器件最有前途的半导体材料之一，被誉为终极半导体，纵然金刚石具有良好的应用前景，然而天然金刚石的储量有限，且价格昂贵，因而金刚石人工合成的研究方向备受大众关注。
[0004]微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)金刚石生长技术由于其微波能量无污染、气体原料纯净、没有催化剂和杂质的掺入等优势正在逐步成为人造金刚石的主流方法。MPCVD工作原理是：微波源发出微波能量，经过波导传输以及天线模式转换后进入谐振腔，在谐振腔内形成一定强度的微波交变电场，在交变电场的激励下，维持在低压状态下的反应气体就会被击穿从而形成等离子体，从而产生各种活性基团，然后各种活性基团在金刚石上发生一系列的化学反应并逐渐在金刚石表面发生吸附、脱附、迁移、扩散和沉积，最终得到金刚石。
[0005]目前，为了更快的生长出高质量的金刚石，部分MPCVD设备选择采用基片台倒置的技术方案，即等离子体位于基片台下方，这是由于在金刚石生长过程中，离子化的反应气体是呈上升趋势的，其可以快速的到达金刚石表面进行吸附、脱附、迁移、扩散和沉积，进而加快金刚石沉积速度，同时，离子化的反应气体不需要经过反复上升和下降的过程，因此就不会掺杂大量的未离子化的反应气体，从而实现金刚石表面离子化的气体均匀性分布，最终实现高品质金刚石的生长。
[0006]虽然基片台倒置的技术方案可以产生如上的技术效果，但忽略了金刚石在生长过程中会出现伴生碳残余物质的现象，由于重力作用，上述伴生碳残余物质便掉落聚集在微波馈入石英板上，影响微波馈入效率。同时由于微波馈入板距离等离子体比较近，离子化的反应气体也会刻蚀微波馈入石英板，这样生长的金刚石就会有可能引入硅或其他的杂质。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要有两个目的，第一目的在于提供一种化学气相沉积金刚石系统，以解决现有技术中金刚石生长过程中伴生碳残余物质掉落聚集在微波馈入石英板上和生长的金刚石引入硅或其他杂质的技术问题，第二目的在于提供包括上述化学气相沉积金刚石系统的设备。
[0008]为了实现第一目的，本专利技术提供了一种化学气相沉积金刚石系统。包括：
[0009]一体化成型的腔体；
[0010]腔体盖，密封盖设于腔体上；
[0011]沉积台，设置于腔体和腔体盖之间；
[0012]环形微波馈入窗，设置于腔体盖和沉积台之间；
[0013]波导，固定设置于腔体盖上；
[0014]同轴波导，同时穿设于波导和腔体盖中，一端和沉积台密封固定，另一端与波导密封固定连接；
[0015]倒置型基片台组件密封装置，固定设置于同轴波导上；
[0016]倒置型基片台组件，同时穿设于沉积台、同轴波导和倒置型基片台组件密封装置中，腔体、腔体盖、沉积台、环形微波馈入窗、同轴波导、倒置型基片台组件密封装置和倒置型基片台组件围成真空密封环境，倒置型基片台组件可上下移动；
[0017]等离子体，微波激发的等离子体位于倒置型基片台组件的正下方。
[0018]腔体、腔体盖、沉积台、环形微波馈入窗、同轴波导、倒置型基片台组件密封装置和倒置型基片台组件共同围成了真空密封环境，即创造了腔体结构的真空密封性，创造出了金刚石沉积的必要环境；倒置型基片台组件的上下移动功能是为了实现金刚石在生长过程中金刚石表面和等离子体之间保持一定的距离；在本系统中，等离子体是由微波激发并成型于腔体之中，由于腔体结构和倒置型基片台的独特设计，等离子体就会激发成型在倒置型基片台组件的正下方。
[0019]进一步的，腔体、腔体盖、沉积台、环形微波馈入窗、同轴波导和基片台组件同心设置。
[0020]同心的目的在于微波可以在腔体结构中激发出分布均匀的等离子体，有利于金刚石的生长。
[0021]进一步的，环形微波馈入窗的顶部和腔体盖之间设有至少一个O形密封圈，环形微波馈入窗的底部和沉积台之间设有至少一个O形密封圈。
[0022]环形微波馈入窗的顶部和腔体盖之间及环形微波馈入窗的底部和沉积台之间设有O形密封圈是为了实现腔体结构的真空密封性。
[0023]进一步的，腔体盖设有腔体盖环形槽，沉积台设有沉积台环形槽，O形密封圈设于腔体盖环形槽和沉积台环形槽中。
[0024]腔体盖设有的腔体盖环形槽和沉积台设有的沉积台环形槽是为了对环形微波馈入窗起到定位的作用，更加有利于产品的可靠性，O形密封圈设于腔体盖环形槽和沉积台环形槽中，腔体盖环形槽和沉积台环形槽中的O形密封圈有助于腔体盖、环形微波馈入窗和沉积台之间的密封性。
[0025]进一步的，环形微波馈入窗的材质为石英。
[0026]环形微波馈入窗的目的在于将腔体结构外的微波馈入到腔体结构内，而石英对微波的损耗因子低，吸收的微波能量几乎可以忽略不计。
[0027]进一步的，倒置型基片台组件包括倒置型基片台支架和倒置型基片台，倒置型基片台上设有衬底固定模块。
[0028]倒置型基片台支架中设置有基片台水冷结构，基片台用于承载衬底及维持衬底始终保持在一定的温度范围之内，即金刚石生长的温度范围之内，在倒置型基片台上设置衬底固定模块是由于重力的作用，衬底会脱离倒置型基片台，即对衬底和倒置型基片台进行固定。
[0029]进一步的，衬底固定模块为多个固定设置在倒置型基片台边缘的L形固定件，L形固定件靠近等离子体的边缘为圆角设置。
[0030]倒置型基片台边缘设置多个L形固定件，这样便对衬底形成了一个卡位，可以将衬底固定在倒置型基片台上；L形固定件靠近等离子体的边缘的圆角设置圆角是由于微波能量会在边缘棱角和尖角处富集，从而影响等离子体均匀性，不仅形成了微波能量的浪费，同时也对金刚石高品质生长带来不利影响。
[0031]进一步地，L形固定件材质为具有一定弹性的金属材料。
[0032]在金刚石生长过程中，等离子体的温度很高，而L形固定件处于等离子体附近，故L形固定件采用金属材质，L形固定件材质的弹性是为了使衬底和倒置型基片台始终保持贴合的状态，有助于衬底温度的控制，即确保金刚石生长一直处于合适的温度范围之内。
[0033]为了实现第二目的，本专利技术还提供了一种包括如上化学气相沉积金刚石系统的设备。
[0034]由以上技术方案可以看出本专利技术包括以下有益效果：
[0035]1、本专利技术中通过环形微波馈入窗设置于腔体盖和沉积台之间，由于环形微波馈入窗位于腔体上部，微波馈入窗和等离子体之间有倒置型基片台和沉积台进行了阻隔，距离等离子体较远，这样金刚石生长过程中伴生碳残余物质会沉淀到腔体底部，而不会掉落在微波馈入窗上，同时离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积金刚石系统，其特征在于，包括：腔体，所述腔体一体化成型；腔体盖，密封盖设于所述腔体上；沉积台，设置于所述腔体和所述腔体盖之间；环形微波馈入窗，设置于所述腔体盖和所述沉积台之间；波导，固定设置于所述腔体盖上；同轴波导，同时穿设于所述波导和所述腔体盖中，一端和所述沉积台密封固定，另一端与所述波导密封固定连接；倒置型基片台组件密封装置，固定设置于所述同轴波导上；倒置型基片台组件，同时穿设于所述沉积台、所述同轴波导和所述倒置型基片台组件密封装置中，所述腔体、所述腔体盖、所述沉积台、所述环形微波馈入窗、所述同轴波导、所述倒置型基片台组件密封装置和所述倒置型基片台组件围成真空密封环境，所述倒置型基片台组件可上下移动；等离子体，微波激发的所述等离子体位于倒置型基片台组件的正下方。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积金刚石系统，其特征在于所述腔体、所述腔体盖、所述沉积台、所述环形微波馈入窗、所述同轴波导和所述基片台组件同心设置。3.根据权利要求2所述的化学气相沉积金刚石系统，其特征在于：所述环形微波...

【专利技术属性】
技术研发人员：全峰，顾亚骏，蒋礼，
申请(专利权)人：深圳优普莱等离子体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：