一种微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室。上述的真空反应室具体包括：腔体、顶盖、基片台和导流装置，其中上述顶盖包括位于中央的微波窗口和上述微波窗口周围的均流环；上述导流装置在高度上设置在上述基片台与上述顶盖之间，上述导流装置为圆环薄片，上述导流装置的外径等于上述腔体的内径；反应气体通过上述均流环上均匀分布的进气孔进入上述真空反应室，经过上述导流装置的空心区域集中在上述微波窗口正下方的等离子体活化区域。根据本发明专利技术所提供的微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室，通过设置导流装置提高真空反应室内反应气体的流动速率，从而有效地提高了微波等离子体化学气相沉积的效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室


[0001]本专利技术涉及真空微电子
，尤其涉及一种利用微波等离子体进行化学气相沉积的装置。

技术介绍

[0002]金刚石，由于具有十分优越的性能，在很多领域有着广泛的应用。天然金刚石数量稀少，价格昂贵，难以满足各个领域的大量需求。用高温高压法(HTHP法)制备的人造金刚石，由于含有金属催化剂，也影响到金刚石的性质。目前，采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术，能够在衬底材料表面生长出高质量的人造金刚石。
[0003]微波等离子体化学气相沉积装置一般包括微波系统、真空系统、供气系统和等离子体真空反应室。等离子体真空反应室中设有一个自旋转基片台，自旋转基片台上表面放置有圆形且具有一定厚度的供金刚石生长的衬底材料。微波系统产生的微波通过微波窗口进入等离子体反应室，在自旋转基片台上方激发供气系统提供的反应气体产生等离子体球，等离子体球紧贴在衬底材料表面，通过调整不同的反应气体以及工艺参数，可以在衬底材料表面生长出CVD金刚石。
[0004]为了提高金刚石膜的生长速率，研究人员进行了大量的研究工作，其中V.Ralchenko等人(V.Ralchenko,I.Sychov,I.Vlasov,et al.,Quality of diamond wafers grown by microwave plasma CVD:effects of gas flow rate,Diam.Rel.Mater.,1999,8:189
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193.)发现，提高真空反应室内气体的流动速率可以显著提高金刚石的生长质量。然而该项研究中为了提高真空反应室内的气体流动速率，通入了大量的反应气体，而这些通入的反应气体大部分并没有流经处于真空反应室中央等离子体球活化区域，而是沿着真空反应室的内壁流过真空反应室，继而被真空系统抽走。大量通入的反应气体的利用率不高。
[0005]有鉴于此，亟需要提供一种微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室，能够通过提高真空反应室内反应气体的利用率，从而能够有效地提高金刚石膜的生长速率。
[0006]然而，由于微波等离子体化学气相沉积装置中真空系统的独特设计，为了不影响其内部电磁场的分布，一般是不能随意添加额外的组件对真空反应室内部结构进行调整，尤其是金属结构对微波电场有强烈的影响。另外，由于微波等离子体化学气相沉积装置在制备CVD金刚石时，工作温度很高，为了保证CVD金刚石的纯度，真空反应室内各组件的材料要具有足够的热稳定性和化学稳定性。
[0007]这些，都给提供一种能够有效提高金刚石膜生长速度的微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室带来了难度。

技术实现思路

[0008]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非
试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0009]如上所描述的，为了解决现有技术中通过微波化学气相沉积装置生成CVD金刚石的速率较低的问题，本专利技术提供了一种微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室，能够通过提高真空反应室内反应气体的利用率，从而能够有效地提高金刚石膜的生长速率。
[0010]具体的，本专利技术所提供的微波等离子体化学气相沉积装置的真空反应室，包括：腔体、顶盖、基片台和导流装置，其中
[0011]上述顶盖包括位于中央的微波窗口和上述微波窗口周围的均流环；
[0012]上述导流装置在高度上设置在上述基片台与上述顶盖之间，上述导流装置为圆环薄片，上述导流装置的外径等于上述腔体的内径；
[0013]反应气体通过上述均流环上均匀分布的进气孔进入上述真空反应室，经过上述导流装置的空心区域集中在上述微波窗口正下方的等离子体活化区域。
[0014]通过设置圆环薄片状的导流装置，能够有效地将反应气体集中到等离子活化区域，从而能够有效地提高反应气体的利用率，能够提高微波等离子体化学气相沉积的速率。同时，若配合加大反应气体的流量，则能够更有效地提高微波等离子体化学气相沉积的速率。
[0015]在上述真空反应室的一实施例中，可选的，上述圆环薄片由多个全等的扇环薄片构成。
[0016]在上述的实施例中，将导流装置的圆环薄片设计为全等的多个扇环薄片是由于扇环薄片的形状更容易进出真空反应室，从而能够更为方便的拆卸。
[0017]在上述真空反应室的一实施例中，可选的，上述多个全等的扇环薄片为两个全等的扇环薄片。
[0018]在上述的实施例中，在满足扇环薄片进出真空反应室的尺寸要求的情况下，尽可能少地切割圆环薄片是希望能够在保证导流装置的顺利、平稳安装的情况下，尽可能地减少支撑导流装置所需要的支撑柱的数量。
[0019]在上述真空反应室的一实施例中，可选的，上述两个全等的扇环薄片通过高度相同的四根支撑柱设置在上述基片台和上述顶盖之间；其中
[0020]上述四根支撑柱沿圆周均匀设置，其中的两根支撑柱支撑在上述两个全等的扇环薄片的交界处，以使每个扇环薄片均被三根支撑柱支撑。
[0021]如上所描述的，各个扇环薄片需要由支撑柱支撑。根据力学原理，同一片扇环薄片上存在三个支撑点即能够有效、稳定地将扇环薄片支撑住。而在上述的实施例中，由于两片扇环薄片能够组合成一个圆环薄片，因此，可以设计使两片扇环薄片的交界处共享同一根支撑柱，从而能够有效减少支撑柱的数量，尽量不破坏真空反应室内的原有环境。
[0022]在上述真空反应室的一实施例中，可选的，上述导流装置通过高度相同的至少三根支撑柱设置在上述基片台和上述顶盖之间；其中上述至少三根支撑柱沿圆周均匀设置，并紧贴上述腔体。
[0023]如上所描述的，导流装置上需要存在三个支撑点才能够有效、稳定地将导流装置支撑住。通过设置可拆卸的支撑柱，能够最大化程度降低支撑柱和导流装置对真空反应室
的影响，能够在不需要使用的时候移出真空反应室，能够方便在每次生长完CVD金刚石后方便对导流装置和支撑柱进行清洗。同时，将支撑柱均匀设置、并且紧贴腔体内部的设计，亦能够有效地降低外来物品对金刚石膜生长带来的负面影响。
[0024]在上述真空反应室的一实施例中，可选的，各个支撑柱为管状的空心柱；和/或
[0025]上述支撑柱的材质为包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、碳化硅的透微波且具有热稳定性和化学稳定性的材质。
[0026]在上述的实施例中，通过将支撑柱设计成管状的空心柱能够有效地降低真空反应室内固体物质的比重，从而尽可能避免对真空市内的原有电磁场分布环境造成负面影响。
[0027]另外，如前文所描述的，由于真空反应室内不得随意添加额外的组件，并且金属结构会对微波电场产生强烈的影响，因此，在本专利技术所提供的微波等离子体化学气相沉积装置及其真空反应室中，将添加的支撑柱的材质限定为透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波等离子体化学气相沉积装置的真空反应室，其特征在于，包括：腔体、顶盖、基片台和导流装置，其中所述顶盖包括位于中央的微波窗口和所述微波窗口周围的均流环；所述导流装置在高度上设置在所述基片台与所述顶盖之间，所述导流装置为圆环薄片，所述导流装置的外径等于所述腔体的内径；反应气体通过所述均流环上均匀分布的进气孔进入所述真空反应室，经过所述导流装置的空心区域集中在所述微波窗口正下方的等离子体活化区域。2.如权利要求1所述的真空反应室，其特征在于，所述圆环薄片由多个全等的扇环薄片构成。3.如权利要求2所述的真空反应室，其特征在于，所述多个全等的扇环薄片为两个全等的扇环薄片。4.如权利要求3所述的真空反应室，其特征在于，所述两个全等的扇环薄片通过高度相同的四根支撑柱设置在所述基片台和所述顶盖之间；其中所述四根支撑柱沿圆周均匀设置，其中的两根支撑柱支撑在所述两个全等的扇环薄片的交界处，以使每个扇环薄片均被三根支撑柱支撑。5.如权利要求1所述的真空反应室，其特征在于，所述导流装置通过高度相同的至少三根支撑柱设置在所述基片台和所述顶盖之间；其中所述至少三根支撑柱沿圆周均匀设置，并紧贴所述腔体。...

【专利技术属性】
技术研发人员：满卫东，朱长征，龚闯，吴剑波，
申请(专利权)人：上海征世科技有限公司，
类型：发明
国别省市：