[发明专利]一种金刚石薄膜微波等离子体化学气相沉积使用的基片台

说明书

本发明提供了一种利用热管理与磁场导引等离子结合的基片台，通过在基片台中隐埋不同导热率的材料进行热管理设计达到平衡等离子不同区域的温度，减少高温等离子体轰击衬底时形成的衬底温度水平方面的温度梯度。另外就是在基片台中安装磁铁，通过磁场对等离子导引，以及隐埋软磁材料改变等离子的形状分布，进一步提高衬底温度有效区的大小以及等离子的均匀性。本发明的优点是可以显著提高金刚石微波等离子体化学气相沉积工艺的薄膜沉积的有效面积，以及改善等离子的密度分布，装置简单，便于实施。

技术领域

本发明涉及半导体制备工艺，尤其涉及一种金刚石薄膜的微波等离子体化学气相沉积装置中的基片台。

背景技术

金刚石薄膜有着极高的电子迁徙率、空穴迁徙率、饱和速度、极高的击穿电场，最高的热导率，对从真空紫外光到远红外光波段的光线极高的光透度，良好的耐腐蚀性，较小的热膨胀系数，被认为是继硅之后的第三代MEMS/NEMS材料。由于其优异的性能，金刚石材料在电子、光学、声学、热学、机械、抗腐蚀、抗辐射等工业、军事等高科技领域有着广泛的应用前景，将会给人类生活带来巨大的影响，带来巨大的经济效益。

金刚石薄膜的制备经历了高温高压法(HPHT)、热丝化学气相沉积法(HFCVD)、 等离子体化学气相沉积法(PCVD)。微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)由于能够稳 定沉积出比较均匀、纯净和高质量的金刚石薄膜，已经成为制备金刚石的首选方法。但是， 微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石薄膜在工程化、产业化的过程中还存在一定的缺 陷，那就是沉积速率低和沉积面积小，沉积的薄膜均匀性很差。为使金刚石实现工业化用 处，如何提高金刚石薄膜的有效沉积面积与均匀性成为了研究的热点。微波等离子体化学气 相沉积法沉积金刚石薄膜的过程通常包括：甲烷的离化、氢气的离化、电子碰撞已有等离子体，即：其中的中性 CH₃基团、C₂H₂基团是金刚石薄膜的主要生长基团，H基团是抑制 非金刚石相生长的主要基团。CH₃基团、H基团浓度的提高对金刚石薄膜的 沉积速率和质量提高效果显著。

目前产生等离子的方法，有电容性等离子产生构架，电感激励性等离子产生构架，电子回旋共振ECR，以及微波共振谐振腔的构架。其中产生高密度的等离子的构架是电子回旋共振ECR，以及微波共振谐振腔体构架。

 电子回旋共振ECR沉积腔体的典型结构，其特点是在腔体的上部由一个大于800高斯的垂直磁场与微波的电场平行，使得电子的回旋运动产生共振，这样来激励等离子，然后输送到沉积的衬底片上，电子回旋共振沉积腔体产生等离子的区域远离衬底的区域。目前，生长金刚石最常用的是MPCVD的反应腔体，它的原理是微波输入一个近似柱形的金属腔体内，柱形腔体的形状尺寸能正好与微波的RF频率产生微波共振，这样在衬底的上方产生强电场，激励生成等离子体。微波谐振腔一般使用的频率是2.45GHz，这种方法产生的等离子密度高，等离子能产生大量的热量，加热基片台。由于电场共振的电场分布是一种驻波，中心高，远离中心发生幅度滚降，在径向与轴向分布非常不均匀，造成基片台上的衬底温度在径向分布及其不均匀（如图1所示的衬底上方气体的温度在径向的分布）。 同样的原因，如图2中所示，衬底上方等离子的密度分布在径向也式急剧衰减的分布。这使得MPCVD 生长金刚石薄膜的有效区域受到极大的影响，目前尚没有文献与设计提出更好的方法来解决这个问题。

发明内容