[发明专利]一种化学气相沉积金刚石系统及设备

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于金刚石生长技术领域，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。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本发明相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明主要有两个目的，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。

为了实现第一目的，本发明提供了一种化学气相沉积金刚石系统。包括：

一体化成型的腔体；

腔体盖，密封盖设于腔体上；

沉积台，设置于腔体和腔体盖之间；

环形微波馈入窗，设置于腔体盖和沉积台之间；

波导，固定设置于腔体盖上；

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；

倒置型基片台组件密封装置，固定设置于同轴波导上；