[发明专利]一种大面积微波等离子体化学气相沉积系统

说明书

技术领域

本发明属于微波等离子体化学气相沉积系统的领域，主要是涉及一种用于制备高质量大面积金刚石膜的微波等离子体化学气相沉积系统。

背景技术

金刚石膜具有宽禁带、高导热率、高硬度和高红外透过率等特性，在高功率半导体、热沉、红外探测窗口等领域具有极好的应用前景。在这些应用中，对所制备的金刚石膜的要求主要集中在高纯度、高均匀性和大面积等方面，其中金刚石膜的大面积沉积可以极大地降低成本，进一步促进金刚石膜的工业化应用。微波等离子化学气相沉积具有无极放电，放电区域能量集中且分布均匀等优点，可以实现高纯度金刚石膜的快速沉积，是目前制备高质量金刚石膜的最佳方法。

为了制备高质量的薄膜需要尽量的避免污染物对基片表面的污染，同时位于基片表面的等离子体球能量分布要尽可能的均匀。 我国已于1993年和1997年分别成功研制出800W天线耦合石英钟罩式MPCVD装置和5kW天线耦合不锈钢谐振腔式MPCVD装置。上述装置都存在模式转换，即沿矩形波导传输的TE₁₀模式的微波，经环形器、三销钉阻抗调配器和模式转换天线等的共同作用，将微波转换成在圆柱形波导中传输的TM₀₁模式，并耦合到真空腔体（单模腔）中，在基片表面激发等离子体球。由于石英钟罩离等离子体球较远或者TM₀₁驻波模式的电场等势面分布不接触谐振腔壁，因此上述装置可在一定程度上提高膜的质量和面积。经过数十年的发展和改进，目前国内最好的天线耦合不锈钢谐振腔式MPCVD装置（工作频率为2.45GHz），可耦合进真空腔内的微波功率水平已经接近极限，使得在高功率和高气压下进行大面积膜的沉积显得颇为困难。同时由于石英窗位于等离子体球的正上方，当气压较低，功率较大时，会使等离子体球稳定于石英窗处，从而对石英窗造成损坏，因此长时间的在上述装置上进行大功率运行将显得尤为困难。为了进一步的提高成膜质量和面积，需要进一步对成膜装置进行研究，以达到现今对成膜质量和面积的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在用化学气相沉积进行膜的制备时，等离子体球的半径可保持稳定，并能均匀的覆盖整个基片，同时在整个成膜过程中，始终保持装置可以稳定运行，并不对装置和基片本身造成损害的大面积微波等离子体化学气相沉积系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该大面积微波等离子体化学气相沉积系统包括：真空腔，真空腔上盖设有进气管道接口，真空腔上盖的顶部顶部和真空腔四周设有观察窗，真空腔下部斜面出设有真空抽气口，同时，真空腔下部设有与圆柱形波导相连接的微波开口部，真空腔上盖的中心侧表面形成不同特定尺寸的两个凹部；波导，用于将微波导入至开口部；石英环，用于将微波导入至真空腔；带水冷的基片台，其上可放置用于沉积大面积膜的基片，该基片台与腔体的下部结合以夹持石英环从而保持真空；以及模式转换天线，用于将微波导入至真空腔，其上部以喇叭口的形状与基片台焊接，并由陶瓷环将其与真空腔，真空腔上盖和带水冷的基片台严格对中。

依照本发明的微波等离子体化学气相沉积系统，该系统能完成长时间合成大面积膜，特别是大面积金刚石膜，因此即使在较高的气压和较高的微波功率下，系统也可以在基片上方产生稳定而能量均匀分布的大面积等离子体球。

附图说明

图1为微波等离子体化学沉积系统的主腔体的结构示意图。

图中符号说明：观察窗1、进气口2、上盖3、产生TM₀₁驻波模式电场等势面的凹部4、产生TM₀₂驻波模式电场等势面的凹部5、真空腔体6、基片7、基片台8、石英环9、抽气口10、水冷管11、模式转换天线12、陶瓷环13、与圆柱形波导相连接的微波开口部14、（矩形）波导15。

具体实施方式

现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。