[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN114774880A - 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备 - Google Patents

一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114774880A
CN114774880A CN202210464232.7A CN202210464232A CN114774880A CN 114774880 A CN114774880 A CN 114774880A CN 202210464232 A CN202210464232 A CN 202210464232A CN 114774880 A CN114774880 A CN 114774880A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate table
substrate
reaction cavity
vapor deposition
chemical vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210464232.7A
Other languages
English (en)
Inventor
顾亚骏
全峰
蒋礼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Upl Plasma Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Upl Plasma Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Upl Plasma Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Upl Plasma Technology Co ltd
Priority to CN202210464232.7A priority Critical patent/CN114774880A/zh
Publication of CN114774880A publication Critical patent/CN114774880A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only
    • C23C16/27Diamond only
    • C23C16/274Diamond only using microwave discharges
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/25Diamond
    • C01B32/26Preparation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4409Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber characterised by sealing means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4585Devices at or outside the perimeter of the substrate support, e.g. clamping rings, shrouds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/511Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using microwave discharges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备,包括自上向下依次设置的基片台升降组件、反应腔体、微波馈入玻璃和微波馈入腔体,反应腔体一端由基片台升降组件密封,另一端由微波馈入玻璃和微波馈入腔体密封,反应腔体中设有基片台组件,基片台组件和基片台升降组件密封连接,微波激发的等离子体位于基片台的正下方。本发明通过基片台倒置实现了等离子体形成于基片台正下方,离子化的反应气体因为上升气流的影响可以第一时间到达金刚石生长区域,同时金刚石生长区域附近排除了掺杂大量未离子化的反应气体的可能,可明显提高金刚石的生长效率及提高金刚石生长区域附近离子化气体的均匀性,提升了金刚石的生长质量。

Description

一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备
技术领域
本发明属于金刚石生长技术领域,具体涉及一种基片台倒置的化学气相沉积系统及包括该基片台倒置的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申请相关的背景信息,其并不必然是现有技术。
金刚石兼具高硬度、高弹性模量、高热导率、高耐磨性、高导热性、高化学稳定性、高光透性和低热膨胀系数等物理的和化学的优良特性使其可以应用于众多领域,而其具有的半导体电气性质,即宽带隙、高击穿电场、高载流子迁移率和高热导率,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,在微电子机械系统、声学器件、半导体器件、功率器件、探测器、生物医疗、量子计算通讯等领域的应用日益受到学术界和产业界的关注,具有广阔的应用前景,其在科技领域的地位与重要性与日俱增,俨然成为更高性能的科研利器。
就生长技术而言,随着大尺寸人工合成金刚石材料制备技术的发展,特别是随着高温高压(HTHP)法化学气相沉积(CVD)法的研究深入,要想获得更大尺寸的HPHT金刚石,对设备的要求非常严苛,这造成了设备成本大幅度上升。由于CVD法合成金刚石打破了设备对衬底尺寸的限制,为大面积金刚石生长提供条件,CVD法成为高纯度、大面积的首选方案。目前,常用的CVD法合成金刚石,主要包括微波等离子体CVD法(MPCVD)、热丝CVD法、火焰燃烧CVD法和直流弧光等离子CVD法等。
微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)金刚石生长技术一般采用金属不锈钢作腔体,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,使得金刚石的质量得到改善,在众多金刚石制备方法中脱颖而出,成为制备大尺寸、高品质金刚石最有发展前景的技术之一,这也大大拓展了金刚石材料在高技术领域的应用潜力。
MPCVD工作原理是先将反应腔体抽真空,始终保持反应腔体的密封性,微波发生器产生的微波进入反应腔体,通入碳源气体与氢气的混合反应气体,在微波的激励下,在反应腔体内产生辉光放电,使反应气体离子化并形成各种活性基团,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。
然而现有技术中,由于MPCVD设备中基片台处于微波激发的等离子体正下方,即金刚石生长区域处于等离子体正下方,而在金刚石生长过程中,离子化的反应气体是呈上升趋势的,即离子化的反应气体需要经过上升和下降的反复循环过程才能最终到达金刚石表面进行吸附、脱附、迁移、扩散和沉积,金刚石生长效率受到影响。此外,离子化的气体经过上升和下降的过程中会掺杂大量的未离子化的反应气体,这样便会造成金刚石表面离子化的气体不均匀,对于高品质金刚石的生长产生了不利影响。
发明内容
本发明主要有两个目的,第一目的在于提供一种基片台倒置的化学气相沉积系统,以解决现有技术中金刚石生长过程中生长效率低下及金刚石表面离子化的气体不均匀的技术问题,第二目的在于提供包括上述基片台倒置的化学气相沉积系统的设备。
为了实现第一目的,本发明提供了一种基片台倒置的化学气相沉积系统。包括自上向下依次设置的基片台升降组件、反应腔体、微波馈入玻璃和微波馈入腔体,反应腔体一端由基片台升降组件密封,另一端由微波馈入玻璃和微波馈入腔体密封,反应腔体中设有基片台组件,基片台组件和基片台升降组件密封连接,微波激发的等离子体位于基片台组件的正下方。
基片台升降组件的作用在于实现基片台组件的升降功能,众所周知,MPCVD法生长金刚石需要维持一定的温度范围,温度过高或过低均不利于金刚石的生长。当金刚石生长一段时间后,金刚石的厚度会增加,这样基片台组件上的金刚石便会和等离子体的距离越来越近,等离子体使基片台组件的温度升高,不利于金刚石的生长。基片台升降组件就可以解决上述问题,当金刚石生长一段时间后,基片台升降组件收缩,基片台组件向上移动,从而基片台组件和等离子体保持预定的距离范围内。反应腔体是金刚石生长过程中微波能量激发反应气体形成等离子体的容器;微波馈入玻璃可以透射微波,用于微波能量的馈入;微波馈入腔体为微波源发出的微波进入反应腔体的通道;基片台组件用于承载衬底。
反应腔体一端由基片台升降组件密封,另一端由微波馈入玻璃和微波馈入腔体密封,基片台组件和基片台升降组件密封连接,通过上述的密封,确保了形成了与外界隔绝的金刚石生长环境的同时也实现了基片台组件的升降功能。
微波激发的等离子体位于基片台组件的正下方,这样离子化的反应气体的上升运动促使其在第一时间到达金刚石生长区域,同时金刚石生长区域附近排除了掺杂大量未离子化的反应气体的可能,可明显提高金刚石的生长效率及提高金刚石生长区域附近离子化气体的均匀性,提升了金刚石的生长质量。
进一步地,基片台升降组件包括真空波纹管、活动盘、固定盘、反应腔体底盘和螺杆,真空波纹管两端分别与活动盘和反应腔体底盘密封连接,反应腔体底盘和反应腔体密封连接,螺杆一端与反应腔体底盘活动连接,活动盘和固定盘设有内螺纹,螺杆分别与活动盘和固定盘螺纹连接。
真空波纹管是一种用在超高真空系统中可实现弯曲、伸缩和偏心功能,并要求具有可靠的密封性能和使用寿命的一种波纹管,真空波纹管两端分别与活动盘和反应腔体底盘用螺栓密封连接,反应腔体底盘和反应腔体密封连接,为了实现更好的密封性,活动盘、真空波纹管、反应腔体底盘和反应腔体之间可以采用刀口密封方式;固定盘与设备其他部件固定,不可移动;螺杆通过与活动盘和固定盘的配合关系可以将旋转运动转化成直线运动。
基片台升降组件的升降原理可简单描述为:螺杆在外力的作用下转动,螺杆会带动活动盘上下移动,而真空波纹管在伸缩过程中保持真空性的同时克服了运动和真空密封性的矛盾,确保了反应腔体中反应环境与外界环境的密封性。
进一步地,基片台升降组件还包括固定杆,固定杆一端与反应腔体底盘固定连接,另一端与固定盘固定连接,活动盘设有配合孔,固定杆对应穿过配合孔。
为了更好的确保固定盘保持静止状态,同时实现活动盘的稳定运动,基片台升降组件还设置了固定杆。由于反应腔体是处于静止状态,而反应腔体和反应腔体底盘固定连接,故固定盘也是处于静止状态,活动盘设有配合孔,固定杆对应穿过配合孔,配合孔保证了活动盘可以沿着固定杆上进行稳定的移动。
进一步地,基片台组件包括基片台和基片台支架,基片台支架与活动盘密封连接。
基片台用于承载衬底及调整衬底的温度,基片台支架用于支撑基片台并提供水路温度控制系统通道,基片台支架和活动盘密封连接可以保证基片台随活动盘的移动而移动,同时也确保了反应环境的密封性。
进一步地,基片台上设有衬底固定模块。
本发明中,等离子体位于基片台正下方,由于重力的作用衬底会脱离基片台,故需要设置衬底固定模块。
进一步地,衬底固定模块为多个固定设置在基片台边缘的L形固定件L形固定件,至少2个相邻L形固定件与基片台中心连线夹角大于等于180度。
基片台边缘设置多个L形固定件,这样可以将衬底固定在基片台上,同时也不影响金刚石的生长;至少2个相邻L形固定件与基片台中心连线夹角大于等于180度是为了方便衬底放置在基片台上。
进一步地,L形固定件靠近等离子体的边缘为圆角。
圆角设置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。
进一步地,L形固定件材质为弹性金属。
在反应腔体内,由于L形固定件处于等离子体附近,而等离子体的温度很高,故L形固定件材质采用金属,而弹性是为了使衬底和基片台保持紧密贴合的状态,有利于衬底温度保持在金刚石生长所需要的范围之内。
进一步地,基片台设有多个基片台凹陷,衬底固定模块为设置在基片台凹陷中的吸盘。
此为衬底固定模块的另一种技术构思,基片台上设有多个基片台凹陷,基片台凹陷中设有吸盘,吸盘的气路管道可以通过基片台支架进行设置。在操作时,将衬底贴合基片台,吸盘进行吸气操作,这样由于吸盘内部和外部的气压差便会将衬底吸附在基片台上,克服了衬底在重力作用下从基片台上掉落的问题。
为了实现第二目的,本发明还提供了一种包括如上基片台倒置的化学气相沉积系统的设备。
由以上技术方案可以看出本发明包括以下有益效果:
1、本发明中微波激发的等离子体位于基片台组件的正下方,这样离子化的反应气体的上升运动促使其在第一时间到达金刚石生长区域,同时金刚石生长区域附近排除了掺杂大量未离子化的反应气体的可能,可明显提高金刚石的生长效率及提高金刚石生长区域附近离子化气体的均匀性,提升了金刚石的生长质量;
2、通过设置基片台升降组件保证了基片台和等离子体保持在一定的距离范围内,从而确保金刚石在预设的温度范围内生长,同时也保证反应环境的良好密封性,解决了运动与真空密封性的矛盾;
3、通过基片台上设置衬底固定模块,有效避免了衬底在重力作用下脱离基片台;
4、L形固定件靠近等离子体的边缘为圆角设置避免了微波能量会在L形固定件边缘的棱角和尖角处富集而影响等离子体的均匀性,在节省了微波能量的同时也实现了金刚石的高品质生长;
5、L形固定件的弹性金属构成在维持L形固定件稳定性的同时,也确保了衬底和基片台保持紧密贴合的状态,有利于衬底温度保持在金刚石生长所需要的范围之内。
附图说明
图1为本发明提供基片台倒置的化学气相沉积系统的结构剖面示意图;
图2为根据发明所提供基片台升降组件和基片台组件结构示意图;
图3为根据发明所提供L形固定件的一种结构示意图;
图4为根据发明所提供L形固定件的一种结构示意图;
图5为根据发明所提供L形固定件固定衬底的一种结构示意图;
图6为根据发明所提供衬底固定模块的一种结构示意图。
其中,1为基片台组件,11为基片台,111为L形固定件,112为基片台凹陷,113为吸盘,114为衬底,12为基片台支架,2为反应腔体,3为微波馈入玻璃,4为观察窗,5为基片台升降组件,51为真空波纹管,52为活动盘,53为固定盘,54反应腔体底盘,55为固定杆,56为螺杆。
具体实施方式
需要说明的是,在没有冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的相关技术特征可以相互组合。应该指出,以下详细的说明旨在对本申请提供进一步的说明,除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面详细描述本发明,相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的或具有相同或类似功能的部件。除此之外,如果已有技术文献或其他现有技术的描述对于本发明所提供的技术方案是非必要的,在本发明中已经将其省去。本发明中描述的实施例为示例作用,仅仅用于解释本发明的技术方案,而不能作为对本发明的限制。
现有技术中由于MPCVD设备中基片台处于微波激发的等离子体正下方,即金刚石生长处于等离子体正下方,而在反应腔体中,离子化的反应气体是呈上升趋势的,即离子化的反应气体需要经过上升和下降的反复循环过程才能最终到达金刚石表面进行吸附、脱附、迁移、扩散和沉积,金刚石生长效率受到影响。此外,离子化的气体经过上升和下降的过程中会掺杂大量的未离子化的反应气体,这样便会造成金刚石表面离子化的气体不均匀,对于高品质金刚石的生长产生了不利影响。本发明提供了一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备。
下面以具体实施例对本发明的技术方案以及如何解决上述技术问题进行详细的说明。
参考图1,为了实现第一目的,基片台倒置的化学气相沉积系统包括自上向下依次设置的基片台升降组件5、反应腔体2、微波馈入玻璃3和微波馈入腔体6,反应腔体2一端由基片台升降组件5密封,另一端由微波馈入玻璃3和微波馈入腔体6密封,反应腔体2中设有基片台组件1,基片台组件1和基片台升降组件5密封连接,微波激发的等离子体7位于基片台组件1的正下方。
此外,为了便于观察金刚石生长的情况,反应腔腔体2上设置有观察窗,可随时观察反应腔体2内中金刚石的生长状态。
基片台升降组件5的作用在于实现基片台组件1的升降功能,众所周知,MPCVD法生长金刚石需要维持一定的温度范围,温度过高或过低均不利于金刚石的生长。当金刚石生长一段时间后,金刚石的厚度会增加,这样基片台组件1上的金刚石便会和等离子体7的距离越来越近,等离子体7使基片台组件1的温度升高,不利于金刚石的生长。基片台升降系统5就可以解决上述问题,当金刚石生长一段时间后,基片台升降组件5收缩,基片台组件1向上移动,从而基片台组件1和等离子体7保持预定的距离范围内。反应腔体2是金刚石生长过程中微波能量激发反应气体形成等离子体7的容器;微波馈入玻璃3可以透射微波,用于微波能量的馈入;微波馈入腔体6为微波源发出的微波进入反应腔体2的通道;基片台组件1用于承载衬底。
反应腔体2一端由基片台升降组件5密封,另一端由微波馈入玻璃3和微波馈入腔体6密封,基片台组件1和基片台升降组件5密封连接,通过上述的密封,确保了形成了与外界隔绝金刚石生长环境的同时也实现了基片台组件1的升降功能。
微波激发的等离子体7位于基片台的正下方,这样离子化的反应气体的上升运动促使其在第一时间到达金刚石生长区域,同时金刚石生长区域附近排除了掺杂大量未离子化的反应气体的可能,可明显提高金刚石的生长效率及提高金刚石生长区域附近离子化气体的均匀性,提升了金刚石的生长质量。
需要指出来的是等离子体是阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质,本发明的等离子体是由微波场激发反应气体获得,等离子体中心到边缘的温度逐渐降低,其中心位置可达到2500摄氏度以上;微波馈入玻璃采用石英玻璃。
一些实施例中,如图1和图2所示,基片台升降组件5包括真空波纹管51、活动盘52、固定盘53、反应腔体底盘54和螺杆56,真空波纹管51两端分别与活动盘52和反应腔体底盘54密封连接,反应腔体底盘54和反应腔体2密封连接,螺杆56一端与反应腔体底盘54活动连接,活动盘52和固定盘53设有内螺纹,螺杆56分别与活动盘52和固定盘53螺纹连接。
真空波纹管51是一种用在超高真空系统中可实现弯曲、伸缩和偏心作用,要求有可靠的密封性能和使用寿命的一种波纹管,真空波纹管51两端分别与活动盘52和反应腔体底盘54用螺栓密封连接,反应腔体底盘54和反应腔体2采用螺栓密封连接,为了实现更好的密封性,活动盘52、真空波纹管51、反应腔体底盘54和反应腔体2之间可以采用刀口密封方式;固定盘53与设备其他部件固定,不可移动;通过螺杆56与活动盘52和固定盘53的配合关系,当外力转动螺杆56时,由于螺杆56分别与活动盘52和固定盘53是螺纹配合,固定盘53是不可移动,因此,螺杆56便会促使活动盘52在螺杆56方向上进行上下移动,即螺杆56将旋转运动转化成了直线运动。
需要指出的是,刀口密封是指密封件配合有截面为三角形的凸起和凹槽,通过挤压零件中间的金属垫片使其变形而达到密封的目的,而采用刀口密封可大大提高反应腔体的真空密封性。
基片台升降组件5的升降原理可简单描述为:螺杆56在外力的作用下转动,螺杆56会带动活动盘52上下移动,而真空波纹管51在伸缩过程中保持真空性的同时克服了运动和真空密封性的矛盾,确保了反应腔体2中反应环境与外界环境的密封性。
这里需要指出的是,用于驱动螺杆56转动外力可以由电机等装置提供,具体以能提供旋转力为准。
进一步地,基片台升降组件5还包括固定杆55,固定杆55一端与反应腔体底盘54固定连接,另一端与固定盘53固定连接,活动盘52设有配合孔,固定杆55对应穿过配合孔。
为了更好的确保固定盘53保持静止状态,同时实现活动盘52的稳定运动,基片台升降组件5还设置了固定杆55。由于反应腔体2是处于静止状态,而反应腔体2和反应腔体底盘54固定连接,所以固定盘53也是处于静止状态,活动盘52设有配合孔,固定杆55对应穿过配合孔,配合孔保证了活动盘52可以沿着固定杆55上进行稳定的移动。
进一步地,基片台组件1包括基片台11和基片台支架12,基片台支架12与活动盘52密封连接。
基片台11用于承载衬底及调整衬底的温度,基片台支架12用于支撑基片台11并提供水路温度控制系统通道,基片台支架12和活动盘52密封连接可以保证基片台11随活动盘52的移动而移动,同时也确保了反应环境的密封性。
这是由于等离子体7位于基片台11正下方,由于重力的作用衬底会脱离基片台,故需要设置衬底固定模块。
一些实施例中,衬底固定模块为多个固定设置在基片台11边缘的L形固定件111,至少2个相邻L形固定件111与基片台11中心连线夹角大于等于180度。
基片台11边缘设置多个L形固定件111,这样可以将衬底固定在基片台11上,起所处的边缘同时也不影响金刚石的生长,至少2个L形固定件111与基片台11中心连线夹角大于等于180度是为了方便衬底放置在基片台11上。
在一些实施方式中,如图3所示,基片台11边缘设置有2个L形固定件111,且2个L形固定件111与基片台11中心连线的夹角为180度。
在一些未图示的实施方式中,基片台11边缘设置有2个L形固定件111,且2个L形固定件111与基片台11中心连线的夹角为180度。
在另一种未图示给出的实施方式中,基片台11边缘设置有3个L形固定件111,第一L形固定件和第二L形固定件夹角为45度,第二L形固定件和第三L形固定件夹角为45度,第一L形固定件和第三L形固定件夹角为180度。
一些实施例中,如图4所示,L形固定件111靠近等离子体7的边缘为圆角。
圆角设置是由于微波能量会在棱角和尖角处富集,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。
一些实施例中,L形固定件111材质为弹性金属。
在反应腔体2内,由于L形固定件111处于等离子体7附近,而等离子体7的温度很高,故L形固定件111材质采用金属,而弹性是为了使衬底114和基片台11保持紧密贴合的状态,有利于衬底温度保持在金刚石生长所需要的范围之内。
为了方便理解,如图5所示,L形固定件111在基片台11上对衬底114进行固定的结构。衬底114贴合基片台11,L形固定件111对衬底114进行固定,防止衬底114从基片台111脱落。
一些实施例中,如图6所示,基片台11设有多个基片台凹陷112,衬底固定模块为设置在基片台凹陷112中的吸盘113。
此为衬底固定模块的另一种技术构思,基片台上设有多个基片台凹陷112,基片台凹陷112中设有吸盘113,吸盘的气路管道可以通过基片台支架12进行设置。在操作时,将衬底114贴合基片台12,吸盘113进行吸气操作,这样由于吸盘113内部和外部的气压差便会将衬底114吸附在基片台11上,克服了衬底114在重力作用下从基片台11上掉落的问题。
为了实现第二目的,本发明还提供了一种包括如上基片台倒置的化学气相沉积系统的设备。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
显然,前述所描述的实施例仅仅是本发明其中一部分的实施例,而不是全部的实施例。本发明并不局限于前述的具体实施方式。而且在不违背本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他方式来实现本发明的具体技术方案,本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合。说明书的这种仅仅是为清楚起见,本发明的具体保护范围由所附权利要求书确定而不是上述说明书限定,因此旨在将落在权利要求书的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。对于所属技术领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围之列。
此外,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以进行适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基片台倒置的化学气相沉积系统,包括自上向下依次设置的基片台升降组件、反应腔体、微波馈入玻璃和微波馈入腔体,反应腔体一端由所述基片台升降组件密封,另一端由所述微波馈入玻璃和所述微波馈入腔体密封,所述反应腔体中设有基片台组件,所述基片台组件和所述基片台升降组件密封连接,微波激发的等离子体位于所述基片台组件的正下方。
2.根据权利要求1所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述基片台升降组件包括真空波纹管、活动盘、固定盘、反应腔体底盘和螺杆,所述真空波纹管两端分别与所述活动盘和所述反应腔体底盘密封连接,所述反应腔体底盘和所述反应腔体密封连接,所述螺杆一端与所述反应腔体底盘活动连接,所述活动盘和所述固定盘设有内螺纹,所述螺杆分别与所述活动盘和所述固定盘螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述基片台升降组件还包括固定杆,所述固定杆一端与所述反应腔体底盘固定连接,另一端与所述固定盘固定连接,所述活动盘设有配合孔,所述固定杆对应穿过所述配合孔。
4.根据权利要求2所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述基片台组件包括基片台和基片台支架,所述基片台支架与所述活动盘密封连接。
5.根据权利要求4所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述基片台上设有衬底固定模块。
6.根据权利要求5所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述衬底固定模块为多个固定设置在所述基片台边缘的L形固定件,至少2个相邻所述L形固定件与所述基片台中心连线夹角大于等于180度。
7.根据权利要求6所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述L形固定件靠近等离子体的边缘为圆角。
8.根据权利要求7所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述L形固定件材质为弹性金属。
9.根据权利要求5所述的基片台倒置的化学气相沉积系统,其特征在于:所述基片台设有多个基片台凹陷,所述衬底固定模块为设置在所述基片台凹陷中的吸盘。
10.一种设备,其特征在于,包括:如权利要求1-9中任一项所述的基片台倒置的化学气相沉积系统。
CN202210464232.7A 2022-04-29 2022-04-29 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备 Pending CN114774880A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210464232.7A CN114774880A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210464232.7A CN114774880A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114774880A true CN114774880A (zh) 2022-07-22

Family

ID=82434720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210464232.7A Pending CN114774880A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114774880A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115265804A (zh) * 2022-09-28 2022-11-01 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种金刚石籽晶信息测量方法及相关设备
CN116555735A (zh) * 2023-05-25 2023-08-08 杭州超然金刚石有限公司 一种等离子化学气相沉积系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05234910A (ja) * 1992-02-20 1993-09-10 Nippon Steel Corp 有機金属化学気相成長装置
KR20000024450A (ko) * 2000-02-15 2000-05-06 이종구 마이크로펄스 글로우방전을 이용한 이온질화 및다이아몬드형 탄소막 증착방법
US20040258918A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-23 Chaffin John Harvie Diamond films and methods of making diamond films
CN101802259A (zh) * 2007-09-20 2010-08-11 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于大气压力下的甚高频等离子体辅助cvd的设备和方法及其应用
US20170009334A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Rubicon Technology, Inc. Hard aluminum oxide coating for various applications
EP3291279A1 (en) * 2016-09-06 2018-03-07 Nano Coatings, S.L. Diamond manufacturing system and method via chemical vapor deposition assisted with laser initiated plasma fed with microwave energy
US20200123653A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Diamond Foundry Inc. Axisymmetric material deposition from plasma assisted by angled gas flow
CN114196943A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 成都稳正科技有限公司 一种微波等离子体化学气相沉积生长基台升降装置
CN114231943A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种用于化学气相沉积的二级升降系统及设备

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05234910A (ja) * 1992-02-20 1993-09-10 Nippon Steel Corp 有機金属化学気相成長装置
KR20000024450A (ko) * 2000-02-15 2000-05-06 이종구 마이크로펄스 글로우방전을 이용한 이온질화 및다이아몬드형 탄소막 증착방법
US20040258918A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-23 Chaffin John Harvie Diamond films and methods of making diamond films
CN101802259A (zh) * 2007-09-20 2010-08-11 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于大气压力下的甚高频等离子体辅助cvd的设备和方法及其应用
US20110045205A1 (en) * 2007-09-20 2011-02-24 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Device and Process for Very High-Frequency Plasma-Assisted CVD under Atmospheric Pressure, and Applications Thereof
US20170009334A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Rubicon Technology, Inc. Hard aluminum oxide coating for various applications
EP3291279A1 (en) * 2016-09-06 2018-03-07 Nano Coatings, S.L. Diamond manufacturing system and method via chemical vapor deposition assisted with laser initiated plasma fed with microwave energy
US20200123653A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 Diamond Foundry Inc. Axisymmetric material deposition from plasma assisted by angled gas flow
CN114196943A (zh) * 2021-12-10 2022-03-18 成都稳正科技有限公司 一种微波等离子体化学气相沉积生长基台升降装置
CN114231943A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种用于化学气相沉积的二级升降系统及设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115265804A (zh) * 2022-09-28 2022-11-01 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种金刚石籽晶信息测量方法及相关设备
CN115265804B (zh) * 2022-09-28 2022-12-20 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种金刚石籽晶信息测量方法及相关设备
CN116555735A (zh) * 2023-05-25 2023-08-08 杭州超然金刚石有限公司 一种等离子化学气相沉积系统
CN116555735B (zh) * 2023-05-25 2023-12-05 杭州超然金刚石有限公司 一种等离子化学气相沉积系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114774880A (zh) 一种基片台倒置的化学气相沉积系统及设备
CN108315816B (zh) 单晶金刚石生长方法和装置
CN101410549A (zh) 微波等离子体cvd系统
CN108588822B (zh) 不间断动态原位合成单晶与超纳米金刚石复合结构的方法
CN108796616B (zh) 一种提高碳化硅外延片片内p型掺杂浓度均匀性的方法
CN103086370A (zh) 一种石墨烯条带的低温化学气相沉积制备方法
CN108360064A (zh) 一种提高mpcvd制备单晶金刚石稳定性的方法
CN104947184A (zh) 一种基于原位Si气氛作用在大直径4H/6H-SiC硅面衬底外延生长石墨烯的方法
CN110565066B (zh) 一种共掺杂金刚石及制备方法与半导体材料、装置
CN110867368A (zh) 一种氧化镓外延薄膜的制备方法
CN215560802U (zh) 一种用于mpcvd制备单晶金刚石的基片台承载装置
CN114481086A (zh) 一种用于金刚石厚膜的生长装置
CN116926666A (zh) 一种便于调节生长温度的微波反应装置
CN112795983A (zh) 多腔室半导体薄膜外延装置
CN115652274A (zh) 一种化学气相沉积金刚石系统及设备
CN214992009U (zh) 一种用于控制金刚石沉积速率的气流系统结构
CN216614843U (zh) 一种可变尺寸的高功率微波等离子体化学气相沉积设备偏压样品台
CN117448795A (zh) Mpcvd在线调节等离子体球位置的设备及方法
CN115074825B (zh) 碳化硅外延结构、脉冲式生长方法及其应用
CN112635303B (zh) 一种可进行大批量生产的碳化硅半导体材料制备工艺
CN114231943A (zh) 一种用于化学气相沉积的二级升降系统及设备
CN113417007A (zh) 一种基于气流系统结构控制金刚石沉积速率的方法
CN220413600U (zh) 一种便于调节生长温度的微波反应装置
CN211078480U (zh) 竖直石墨烯的生长装置
CN114107956A (zh) 一种可变尺寸的高功率微波等离子体化学气相沉积设备偏压样品台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220722