AT525593A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung dotierter Diamantschichten - Google Patents

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AT525593A1 ATA50843/2021A AT508432021A AT525593A1 AT 525593 A1 AT525593 A1 AT 525593A1 AT 508432021 A AT508432021 A AT 508432021A AT 525593 A1 AT525593 A1 AT 525593A1
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Steinmüller-Nethl Dr Doris
Steinmüller Maximillian
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Carboncompetence Gmbh
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat (2, 2a) durch chemische Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung (1) weist eine Abscheidekammer zum Aufnehmen des Substrats (2, 2a), ein Gasaktivierungselement (7) in Form eines Hohlkörpers mit einem Strömungskanal (7b) für ein Prozessgas, insbesondere Wasserstoff, eine vom Strömungskanal (7b) in die Abscheidekammer (3) mündende Austrittsöffnung (16), eine Heizvorrichtung (8) zum Aufheizen einer den Strömungskanal (7b) umgebenden Wandung (7a) des Gasaktivierungselements (7) und einen festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursor innerhalb des Strömungskanals (7b) auf.

Description

Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung.
Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) ermöglichen die Beschichtung von komplexen, dreidimensional geformten Oberflächen, da feinste Vertiefungen oder auch Hohlkörper auf ihrer Innenseite gleichmäßig beschichtet werden können. Die verschiedenen Technologien der CVDDiamantbeschichtung unterscheiden sich hauptsächlich in den Gasaktivierungs- und Gasdissoziierungsmethoden. Wesentliche Unterscheidungsmerkmale sind Wachstumsraten, Beschichtungsfläche und Qualität der Diamantschicht. Hohe Wachstumsraten sind meist auf sehr kleine Beschichtungsflächen beschränkt. Für die Beschichtung von dreidimensionalen, komplexen Substraten hat sich das „Hot Filament“-Verfahren (HFCVD-Verfahren) durchgesetzt, da mit diesem Verfahren dreidimensionale Substrate auch auf größeren Flächen beschichtet werden können. Plasmaverfahren werden hauptsächlich für zweidimensionale Substrate (z.B. Si-Wafer) eingesetzt, da es an dreidimensionalen Oberflächen zu lokalen Feldüberhöhungen und einem dichteren Plasma kommt und die Schichten nicht homogen abgeschieden werden
können.
In WO 2018/064694 Al werden eine CVD-Vorrichtung und ein CVDVerfahren zum Aufbringen einer Kohlenstoffschicht, insbesondere einer Diamantschicht, auf ein Substrat beschrieben. Ein Prozessgas, Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und einem kohlenstoffhaltigen Gas, wird in den Strömungskanal eines Gaseinleit- und Gasaktivierungselements eingebracht. Das Prozessgas wird durch eine Kombination aus thermischer Anregung und Stoßanregung aktiviert und strömt anschließend lokal kontrolliert durch Austrittsöffnungen in die Abscheidekammer, in der sich das Substrat befindet. Diese Kombination aus thermischer Anregung und Stoßanregung des Prozessgases führt zu einer signifikant höheren Anregungsrate des atomaren Wasserstoffs, einer höheren Wachstumsrate, einer homogenen Abscheidung der Kohlenstoffschicht (Diamantschicht) auf dem Substrat und einer besseren Steuerung des
Beschichtungsprozesses, was insbesondere für große
Einkristalliner Diamant ist elektrisch hochisolierend und besitzt die geringste spezifische elektrische Leitfähigkeit aller bekannter Materialien von 1071 S/m. Diamantschichten können mithilfe eines CVD-Verfahrens dotiert werden, um die elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften zu modulieren. Durch geeignete Dotierung (z.B. mit Elementen der IV., V. und VI. Hauptgruppe; mit Übergangsmetallen; mit Elementen der IV., V. und VI. der Nebengruppe) kann Diamant zum Halbleiter (p- bzw. n-Typ) gemacht werden. Elektrisch leitfähige Diamantschichten werden beispielsweise als Halbleitermaterial, Elektrodenmaterial in der Elektrochemie, Material für Transducer, etwa für Sensoren oder in der Mikrosystemtechnik (MEMS), oder als Schicht zur Detektion von Verschleiß oder beim
Kontaktbohren, etwa in Leiterplatten, eingesetzt.
Die Fremdatome können sowohl die C-Atome auf regulären Gitterplätzen ersetzen, und somit einen rein extrinsischen Charakter. Es ist bekannt, dass Fremdatome wie H, He, Li, B, N, O, Ne, P, Si, As, Ti, Cr, Ni, Co, Zn, Zr, Ag, W, Xe und TL1 optisch aktive Zentren in Diamant bilden (A. M. Zaitsev, Optical properties of diamond: a data handbook, 1. Aufl., Springer, 2001). Bei polykristallinen Diamantschichten spielen die Korngrenzen bei der Dotierung eine weitere wichtige Rolle. Generell ist man bestrebt, die Fremdatome im Diamantgitter „einzubauen“, Je kleiner die abgeschiedenen Diamantkristalle sind, umso höher ist die Anzahl der Korngrenzen zwischen den Kristallen bezogen auf eine bestimmte Fläche. Diese Korngrenzen enthalten u.a. nicht-diamantartigen Kohlenstoff (z.B. Transpolyacetylen; Frederik Klauser, Doris Steinmüller-Nethl et al.: Raman Studies of Nano- and Ultra-nanocrystalline Diamond Films Grown by Hot-Filament CVD, Chemical Vapor Deposition, Vol. 16, Ausgabe 4-6, S. 127-135, 2010). Daher kann bevorzugt bei nanokristallinen Diamantschichten (Kristallite im Bereich von 2 bis 100 nm) das Bor nicht nur in das Diamantgitter,
sondern auch in die amorphen Korngrenzen eingebaut werden.
Raumtemperatur eine gute elektrische Leitfähigkeit erreicht.
Wie in US 2013/0234165 Al beschrieben, können feste, flüssige oder gasförmige Borquellen zum Einsatz im CVD-Verfahren kommen, um bordotierte Diamantschichten abzuscheiden. Der Einsatz von flüssigen oder gasförmigen (meist giftigen) Borquellen ist besonders weit verbreitet. In US 10,487,396 B2, CN 108396309 A, CN 111778506 A und CN 111304690 A wird ein gasförmiger borhaltiger Präkursor eingesetzt, während in CN 108565124 B Trimethylborat als flüssiger borhaltiger Präkursor verwendet wird. In CN 104862663 A werden beispielsweise Aceton als Kohlenstoffquelle und Trimethylborat als flüssige Borquelle eingesetzt, wobei ein bordotierter Nanodiamantfilm mit einer Schichtdicke von 1 bis 10 um auf einem einkristallinen
Siliziumsubstrat abgeschieden wird.
Der großtechnische Einsatz von flüssigen oder gasförmigen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursoren im CVD-Verfahren ist oftmals mit gesundheitlichen Risiken verbunden. Beispielsweise sind Bor oder Borverbindungen, wie Diboran (genannt auch Borethan) oder Trimethylborat, hochtoxisch, und deren Aufnahme in den menschlichen Körper kann zu einer chronischen Vergiftung führen oder das Zentralnervensystem und die Nieren schädigen. Diboran ist zudem leicht selbstentzündlich und explosiv, was schwere Verbrennungen verursachen kann, und Trimethylborat ist hochkorrosiv, was bei längerfristigem Einsatz die im CVDVerfahren eingesetzte Vorrichtung schädigt und deren Lebensdauer
verkürzt.
Die Verwendung von festen, von Kohlenstoff verschiedenen
Präkursoren (anstelle von flüssigen oder gasförmigen) im CVD-
Dokumenten offenbart.
In der in CN 111945131 A und CN 112063996 A beschriebenen Methode werden feste Borcarbidpartikel gleichmäßig um ein Substrat verteilt. Als Prozessgase werden Wasserstoff, Argon und Methan eingesetzt. Durch Aktivierung mittels Mikrowellenplasmas werden Bor- und Kohlenstoffradikale aus Borcarbidpartikeln hergestellt und es wird eine bordotierte Diamantschicht auf der Substratoberfläche abgeschieden. In CN 110527973 A werden eine Kohlenstoffquelle (Graphitpulver) und eine Borquelle (Borpulver oder Boroxidpulver) gemischt und zu einem Bulkmaterial in Form eines Wafers gepresst. In einem CVD-Verfahren werden mehrere dieser Wafer gleichmäßig um ein Substrat platziert und ein Gas, entweder Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan und Inertgas, wird zugeführt. Die Gasaktivierung erfolgt durch
Mikrowellenstrahlung, wodurch ein Plasma erzeugt wird.
Zusammenfassend wird in den im Stand der Technik bekannten CVDVerfahren zur Herstellung dotierter Diamantschichten meist ein gasförmiger oder flüssiger, von Kohlenstoff verschiedener Präkursor eingesetzt, was gesundheitliche Risiken und Sicherheitsrisiken mit sich bringt. In den wenigen bekannten CVD-Verfahren, die feste, von Kohlenstoff verschiedene Präkursoren einsetzen, erfolgt die Aktivierung des Prozessgases ausschließlich mittels Plasmas. Plasmaaktivierung kann allerdings die Kristallstruktur der Substratmaterialien schädigen, außerdem ist damit die homogene Beschichtung
dreidimensionaler Gegenstände sehr schwierig.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, dotierte Diamantschichten in einem CVD-Verfahren, das kein Plasma verwendet, unter Einsatz eines festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors herzustellen und somit die Nachteile
der im Stand der Technik bekannten CVD-Verfahren zu vermeiden.
Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung, aufweisend eine Abscheidekammer zum Aufnehmen des Substrats, ein Gasaktivierungselement in Form eines Hohlkörpers mit einem Strömungskanal für ein Prozessgas, insbesondere Wasserstoff, eine vom Strömungskanal in die Abscheidekammer mündende Austrittsöffnung, eine Heizvorrichtung zum Aufheizen einer den Strömungskanal umgebenden Wandung des Gasaktivierungselements und einen festen, von Kohlenstoff
verschiedenen Präkursor innerhalb des Strömungskanals.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung mit den Schritten:
(a) Vorsehen des Substrats und eines Gasaktivierungselements in Form eines Hohlkörpers mit einem Strömungskanal in einer Abscheidekammer,
(b) Vorsehen eines von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors im festen Zustand innerhalb des Strömungskanals,
(c) Aufheizen einer den Strömungskanal des Gasaktivierungselements umgebenden Wandung mit einer Heizvorrichtung,
(d) Einleiten eines Prozessgases, insbesondere Wasserstoff, in den Strömungskanal des Gasaktivierungselements,
(e) Aktivierung des Prozessgases durch Stoßanregung und thermische Anregung, und Aktivierung des Präkursors durch thermische Anregung,
(£) Einleiten des aktivierten Prozessgases und des aktivierten Präkursors durch eine Austrittsöffnung des Gasaktivierungselements in die Abscheidekammer, und
(g) Abscheiden einer dotierten Diamantschicht auf dem Substrat. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Vorrichtung zur
thermischen Anregung und Stoßanregung des Prozessgases und zur
thermischen Anregung des festen, von Kohlenstoff verschiedenen
ein Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass durch die Bereitstellung eines festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors innerhalb des Strömungskanals eines Gasaktivierungselements der erfindungsgemäßen CVD-Vorrichtung die Abscheidung einer homogenen, dotierten Diamantschicht auf einem Substrat ermöglicht wird. Durch Verwendung eines festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors für die Dotierung können negative Auswirkungen auf Gesundheit und/oder Prozesssicherheit, wie sie bei flüssigen oder gasförmigen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursoren auftreten, gänzlich vermieden werden. Durch den Einsatz einer kombinierten Aktivierung durch thermische Aktivierung und Stoßanregung wird die Abscheidung einer homogenen, dotierten Diamantschicht auch
auf dreidimensionalen Substraten ermöglicht.
Ein Prozessgas, bevorzugt Wasserstoff oder ein Gemisch aus Wasserstoff und einem weiteren Gas, etwa einem kohlenstoffhaltigen Gas, wird über ein Gaszufuhrelement in ein bevorzugt normal dazu angeordnetes Gasaktivierungselement geleitet. Das Gasaktivierungselement ist in Form eines Hohlkörpers mit einer Mantelfläche ausgebildet und weist einen Strömungskanal für das Prozessgas und eine den Strömungskanal umgebende Wandung, die mittels einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird, auf. Die Einleitung des Prozessgases in den Strömungskanal des Gasaktivierungselements erfolgt bevorzugt durch zwei Gaszufuhrelemente, die in den beiden Endbereichen der Mantelfläche des Gasaktivierungselements angeordnet sind. Dadurch wird eine homogene Verteilung des Prozessgases im
Strömungskanal des Gasaktivierungselements sichergestellt.
Die Wandung des Gasaktivierungselements wird mittels einer Heizvorrichtung vorzugsweise über deren gesamte Länge beheizt, um eine homogene Temperaturverteilung zu gewährleisten. Zu diesem Zweck ist die Wandung des Gasaktivierungselements mit einer Heizvorrichtung verbunden, welche eine Aufheizung der Wandung des Gasaktivierungselements bewirkt. Die Heizung der
Wandung des Gasaktivierungselements erfolgt bevorzugt durch eine
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Steuerung des Aufheizvorgangs.
Das Prozessgas und der feste, von Kohlenstoff verschiedene Präkursor, der im Strömungskanal des Gasaktivierungselements angeordnet ist, werden bevorzugt zumindest auf 2000 °C, bevorzugt auf zumindest 2200 °C, besonders bevorzugt auf zumindest 2400 °C, erhitzt, um eine gute thermische Anregung des Prozessgases zu erreichen. Das Prozessgas, besonders bevorzugt Wasserstoff, wird durch Stoßanregung und thermische Anregung aktiviert, während der feste, von Kohlenstoff verschiedene Präkursor durch thermische Anregung aktiviert wird. Das aktivierte Prozessgas und der aktivierte feste Präkursor werden anschließend durch die zumindest eine Austrittsöffnung des Gasaktivierungselements zu dem in der Abscheidekammer
angeordneten Substrat transportiert.
Die Querschnittsfläche des Strömungskanals liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 50 mm?, besonders bevorzugt im Bereich von
5 bis 30 mm?. Dadurch werden die Stoßanregungen mit der Wandung erhöht. Der Strömungskanal des Gasaktivierungselements ist vorzugsweise an beiden Enden geschlossen, beispielsweise durch Abschlusskörper, sodass das Gasaktivierungselement abgesehen von einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung keine weiteren Öffnungen aufweist. Das Verhältnis zwischen der Fläche genau einer Austrittsöffnung und der Querschnittsfläche des Gasaktivierungselements beträgt vorzugsweise 1:5 bis 1:20, insbesondere 1:10, wodurch die Anregungsrate des Prozessgases weiter verstärkt wird. Durch die geringe Anzahl der Öffnungen und den an beiden Enden geschlossenen Strömungskanal kommt es innerhalb des Gasaktivierungselements zu einem deutlichen Anstieg des Partialdrucks im Strömungskanal, der um ein Vielfaches höher ist als der Druck in der Abscheidekammer. Durch diesen hohen Partialdruck wird abgesehen von der thermischen Anregung auch eine Stoßanregung (d.h. eine kollisionsinduzierte Dissoziation) des Prozessgases, vorzugsweise Wasserstoff, ermöglicht, was zu einer sehr hohen Ausbeute an atomarem Wasserstoff führt. Durch diese kombinierte Aktivierung bestehend aus thermischer Anregung und Stoßanregung kann eine
Anregungsrate von atomarem Wasserstoff von 80% und mehr erreicht
Die mittlere freie Weglänge der Wasserstoffradikale kann aufgrund der hohen Anregungsrate durch kombinierte thermische Anregung und Stoßanregung bis auf mehrere Zentimeter ansteigen. Dies ermöglicht es, den Abstand des Gasaktivierungselements zum Substrat zu erhöhen, was die Homogenität der abgeschiedenen
dotierten Diamantschicht erheblich verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der feste, von Kohlenstoff verschiedene Präkursor bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Bor, Silizium, Lithium, Natrium, Phosphor, Stickstoff, Schwefel, Arsen oder eine Kombination davon. Diese Elemente eignen sich besonders gut zur Dotierung einer Diamantschicht, etwa zum Einbau in das Diamantgitter, und ermöglichen das Versehen der Diamantschicht mit bestimmten Eigenschaften, etwa elektrischer Leitfähigkeit. Der feste Präkursor kann in unterschiedlichen Formen vorgesehen sein, etwa in Form von Partikeln (z.B. Stücke, Pulver) oder in Form eines Drahts. Der feste, von Kohlenstoff verschiedene Präkursor ist bevorzugt ein borhaltiger Präkursor, da bordotierte Diamantschichten eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Aufgrund der einfachen Handhabung ist bzw. sind als fester Präkursor besonders bevorzugt borhaltige Partikel, ein borhaltiger Draht oder eine Kombination davon
vorgesehen.
Wird ein borhaltiger Draht als fester Präkursor in der vorliegenden Erfindung eingesetzt, liegt dessen Durchmesser bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 2,2 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm. Dadurch lässt sich der Dotierungsgrad sehr präzise variieren und einstellen, um die Eigenschaften der abgeschiedenen dotierten Diamantschicht maßzuschneidern. Weiters wird mit einem Durchmesser in diesem
Bereich sichergestellt, dass das Reservoir an festem Präkursor
dotierten Diamantschichten mit größerer Schichtdicke ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der borhaltige Draht im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Strömungskanals des Gasaktivierungselements angeordnet. Dies führt zu einer besonders gleichmäßigen und homogenen Dotierung der gesamten Diamantschicht. Weiters sind als fester Präkursor bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt zwei oder drei, borhaltige Drähte im Strömungskanal des Gasaktivierungselements vorgesehen. Dadurch wird nicht nur eine sehr gute Prozessführung sichergestellt, sondern die abgeschiedene dotierte
Diamantschicht ist sehr homogen.
Der Aufbau bzw. die chemische Zusammensetzung des festen Präkursors kann variiert werden, um die Dotierungskonzentration entsprechend anzupassen. Beispielsweise kann im Fall eines borhaltigen Drahts die Drahtseele aus anderen chemischen Elementen oder Verbindungen als Bor bestehen, etwa aus Wolfram oder Tantal. Damit wird nicht nur eine stabile Prozessführung gewährleistet, sondern es wird auch das beste Ergebnis hinsichtlich Homogenität und elektrischer Leitfähigkeit einer
bordotierten Diamantschicht erzielt.
Je nach gewünschter Dotierungskonzentration ist eine entsprechende Menge an festem Präkursor im Strömungskanal vorgesehen, die durch die Prozessparameter kontrolliert verdampft werden kann. Die Dotierungskonzentration in der Diamantschicht kann durch verschiedene Parameter kontrolliert beeinflusst werden. Einerseits kann die Dotierungskonzentration durch Prozessparameter gesteuert werden, beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases, die Temperatur und den Druck, sowohl im Strömungskanal als auch in der Abscheidekammer. Andererseits kann die Dotierungskonzentration durch die Geometrie der erfindungsgemäßen Vorrichtung, etwa die Anzahl und/oder Geometrie der Austrittsöffnung und den Abstand des Substrats vom Gasaktivierungselement, und durch die Menge an
festem Präkursor beeinflusst werden.
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Die vorzugsweise horizontale Anordnung des Gasaktivierungselements in der Abscheidekammer ermöglicht es, dass der feste Präkursor in den Strömungskanal gelegt werden kann, sodass er an der Innenseite der Mantelfläche des Gasaktivierungselements unten aufliegt. Sind die Enden des Strömungskanals geschlossen, etwa jeweils durch einen Abschlusskörper, kann ein fester Präkursor alternativ auch an diesen geschlossenen Enden befestigt und somit in jeder
möglichen Position im Strömungskanal platziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gaseinleitelement zur Einbringung eines weiteren Prozessgases, insbesondere eines kohlenstoffhaltigen Prozessgases, in der Abscheidekammer so angeordnet, dass das weitere Prozessgas die beheizte Wandung des Gasaktivierungselements überströmt. Das weitere, bevorzugt kohlenstoffhaltige, Prozessgas ist vorzugsweise Methan, aber auch der Einsatz anderer kohlenstoffhaltiger Prozessgase, etwa Ethylen oder Acetylen, ist möglich. Dieses weitere Prozessgas wird durch Überströmen der beheizten Wandung des Gaseinleitelements thermisch aktiviert, sodass durch homolytische Spaltung kohlenstoffhaltige Radikale, etwa Methylradikale, gebildet werden. Durch St5Äße des aktivierten Wasserstoffs mit dem kohlenstoffhaltigen Prozessgas wird die Effektivität der Anregung weiter erhöht. Eine möglichst hohe Anregungsrate von Wasserstoff, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die kombinierte thermische Anregung und Stoßanregung erreicht wird, ist dementsprechend von großer Wichtigkeit, um eine hohe Anregungsrate des kohlenstoffhaltigen Prozessgases zu erreichen. Die gebildeten kohlenstoffhaltigen Radikale können auf der Substratoberfläche nicht nur in Form von sp°-hybridisiertem Kohlenstoff (Diamant), sondern auch als
sp- und/oder spi-hybridisierter Kohlenstoff abgeschieden werden. Durch den aktivierten, atomaren Wasserstoff werden diese unerwünschten sp- und sp?-Hybridisierungsformen jedoch unterbunden bzw. entfernt, sodass die sp°-Hybridisierung und damit die Bildung einer reinen, dotierten Diamantstruktur gefördert wird. Je höher die Menge an aktiviertem Wasserstoff, umso effizienter ist die Unterbindung bzw. Entfernung der
unerwünschten Hybridisierungsformen. Dies ermöglicht die
Abscheidung hochreiner, dotierter Diamantkristalle im
Mikrometerbereich und/oder Nanometerbereich auf dem Substrat.
Die Einleitung des aktivierten Prozessgases, bevorzugt Wasserstoff, und des aktivierten Präkursors aus dem Gasaktivierungselement in die Abscheidekammer erfolgt durch die Austrittsöffnung, die bevorzugt an der Mantelfläche des Gasaktivierungselements angeordnet ist. Die Austrittsöffnung ist bevorzugt nicht senkrecht nach unten ausgerichtet, sondern seitlich angebracht, um das Herausfließen des Präkursors im geschmolzenen Zustand zu verhindern. Es können auch mehrere Austrittsöffnungen in definierten (regelmäßigen oder unregelmäßigen) Abständen zueinander vorgesehen sein, die bevorzugt alternierend unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, um einen größeren Volumenbereich für die Beschichtung abzudecken. Das ist insbesondere bei der Beschichtung dreidimensionaler Substrate vorteilhaft. Die Geometrie und Anordnung der Austrittsöffnungen richtet sich nach dem benötigten Aktivierungsgrad und der Strömungsgeschwindigkeit. Bei einer Vielzahl an (bevorzugt kleinflächigen) Austrittsöffnungen wird das Prozessgas homogen in der Abscheidekammer verteilt, sodass die abgeschiedene dotierte Diamantschicht eine sehr gleichmäßige Dicke und eine sehr hohe Homogenität aufweist. Eine vorteilhafte Anordnung und Geometrie der Austrittsöffnung (en) kann für die Jeweilige CVD-Vorrichtung mittels Strömungssimulation ermittelt werden. Durch entsprechende Anordnung mehrerer Austrittsöffnungen kann das Prozessgas räumlich gleichmäßig verteilt in die Abscheidekammer eingeleitet werden, sodass eine homogene Abscheidung auf der gesamten Substratoberfläche gewährleistet ist. Das Strömen des Prozessgases mitsamt dem Präkursor durch die Austrittsöffnung wird aufgrund der geringen Teilchengröße nicht behindert. Abhängig von der Position des Substrats kann das Gasaktivierungselement oberhalb oder seitlich des Substrats
angebracht werden.
Wasserstoff und das kohlenstoffhaltige Prozessgas können separat in die Abscheidekammer eingeleitet werden. Dabei wird Wasserstoff durch das Gasaktivierungselement in die
Abscheidekammer eingeleitet und das kohlenstoffhaltige
Prozessgas durch das Gaseinleitelement über das heiße Gasaktivierungselement geführt. Damit ist eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Prozessparameter gegeben. Beispielsweise wird durch die separate Einleitung eine räumlich und/oder zeitlich getrennte Einleitung ermöglicht. Dadurch können unter anderem Temperatur, Einleitgeschwindigkeit in die Abscheidekammer, zeitliche Abfolge und/oder Konzentration dieser Komponenten des Prozessgases individuell eingestellt werden. Diese Parameter können für Beschichtungsprozesse mit unterschiedlichen Anforderungen optimiert werden und beispielsweise an die Dicke der dotierten Diamantschicht, deren Reinheit, Korngröße, Konzentration der Dotierung, Dauer des Beschichtungsverfahrens, Substratmaterial und/oder Substratform
angepasst werden.
Alternativ kann das kohlenstoffhaltige Prozessgas auch gemeinsam mit dem Wasserstoff durch das Gasaktivierungselement in die Abscheidekammer eingeleitet und durch thermische Anregung aktiviert werden. Dies vereinfacht die Prozessführung und den Aufbau der Vorrichtung, da etwa ein Gaseinleitelement für die Einleitung des kohlenstoffhaltigen Prozessgases in die
Abscheidekammer nicht notwendig ist.
Das Gewichtsverhältnis des Wasserstoffs zum kohlenstoffhaltigen Prozessgas liegt vorzugsweise im Bereich von 95:5 bis 99,99:0,01, Je nach gewünschter Morphologie. Zur Beschleunigung des Diamantwachstums können gegebenenfalls weitere Prozessgase, etwa Stickstoff, Sauerstoff und/oder Argon, eingesetzt werden, die durch ein oder mehrere Gaseinleitelemente zugeführt werden
können.
Die Abscheidekammer wird vorzugsweise unter reduziertem Druck betrieben, um die Bildung einer Diamantschicht an der Oberfläche des Substrats zu begünstigen. Dies garantiert eine hohe Reinheit und Homogenität der abgeschiedenen dotierten Diamantschicht. Hierfür wird die Abscheidekammer vor dem Abscheideprozess und während des Abscheideprozesses evakuiert. Zu diesem Zweck ist bevorzugt außerhalb der Vorrichtung eine Vakuumpumpe angeordnet, welche den für den Abscheidevorgang erforderlichen Unterdruck in
der Abscheidekammer erzeugt. Der Druck in der Abscheidekammer
liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 50 mbar, insbesondere 1l bis 10 mbar. Der Partialdruck im Strömungskanal des Gasaktivierungselements ist somit bevorzugt ein Vielfaches des
Drucks in der Abscheidekammer.
In bekannten HFCVD-Verfahren muss aufgrund der geringen Anregungsrate des Prozessgases ein geringer Abstand des Gasaktivierungselements zu dem Substrat (üblicherweise im Bereich von 5 bis 10 mm) gewählt werden, was zu einer stark inhomogenen Temperaturverteilung auf der Substratoberfläche, dem Auftraten lokaler Konzentrationen an heißem, atomarem Wasserstoff und folglich zu einer inhomogenen Beschichtung führt. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es aufgrund der vergleichsweise hohen Anregungsrate des Prozessgases möglich, einen größeren Abstand zwischen dem Gasaktivierungselement und der Substratoberfläche vorzusehen, der vorzugsweise im Bereich von 20 bis 100 mm liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 60 mm. Durch diesen größeren Abstand des Gasaktivierungselements von dem Substrat im erfindungsgemäßen Verfahren wird eine homogene Temperaturverteilung der Substratoberfläche
sichergestellt.
Als Substratmaterial können beispielsweise Hartmetalle, Siliziumwafer, Titanimplantate, Elektrodenmaterialien (z.B. Silizium, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Kupfer, Niob), Grafit, Saphir, hochschmelzendes Glas und/oder Quarz eingesetzt werden. Um die Schichthaftung weiter zu verbessern, kann die Oberfläche der Substratmaterialien erforderlichenfalls auch einer Vorbehandlung unterzogen werden, etwa um die Rauigkeit und
damit die mechanische Verankerung zu erhöhen.
Die Substrattemperatur kann Je nach Substrat und Beschichtungsparametern im Bereich von 500 bis 950 °C Liegen. Bevorzugt wird eine Substrattemperatur im Bereich von 750 bis 850 °C eingesetzt, was zur Abscheidung einer sehr homogenen, dotierten Diamantschicht führt. Zu beachten ist, dass bei geringeren Temperaturen (unterhalb des bevorzugten Temperaturbereichs, etwa bei 600 °C oder darunter) die
Wachstumsrate entsprechend niedriger ist. Dies kann das Anpassen
von Prozessparametern erforderlich machen. Das zu beschichtende Substrat kann im Inneren der Abscheidekammer auf einer Substrathalterung angeordnet sein, welche sich im Betriebszustand der Abscheidekammer vorzugsweise unterhalb oder seitlich des Gasaktivierungselements befindet. Die Substrathalterung kann, je nach Temperaturbeständigkeit des Substrats, mit einer Kühlvorrichtung verbunden sein. Durch die Möglichkeit der Kühlung des Substrats sowie den vergleichsweise großen Abstand des Substrats zum Gasaktivierungselement können auch temperaturempfindlichere Substrate wie Glas beschichtet werden, wobei die Substrattemperatur für temperaturempfindlichere Substrate bevorzugt im Bereich von 500 bis 700 °C liegt. Dies ermöglicht die Abscheidung einer homogenen dotierten Diamantschicht, wobei gleichzeitig eine Schädigung des
temperaturempfindlicheren Substrats vermieden werden kann.
Die Orientierung des Gasaktivierungselements ist bevorzugt an die Form des Substrats anpassbar. Vorzugsweise ist das Gasaktivierungselement horizontal und somit parallel zur Substratoberfläche in der Abscheidekammer angeordnet. Dadurch wird, insbesondere bei einem zweidimensionalen Substrat, ein gleichmäßiger Abstand zwischen dem Gasaktivierungselement und dem Substrat gewährleistet, sodass die dotierte Diamantschicht über die gesamte Substratoberfläche eine gleichmäßige Dicke aufweist. Das Gasaktivierungselement kann auch im Inneren eines zu beschichtenden hohlen Substrates (z.B. im Inneren eines Umformwerkzeugs oder Ziehsteins) oder seitlich eines komplexen 3D-Substrats angeordnet sein. Durch die Anordnung mehrerer Austrittsöffnungen an den entsprechenden Seitenflächen des Gasaktivierungselements wird dann eine gleichmäßige Beschichtung des Innenraums des hohlen Substrats bzw. der 3D-Struktur
ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Gasaktivierungselemente in der Abscheidekammer vorgesehen. Dies ist etwa für die Beschichtung großf£flächiger Substrate, etwa Siliziumwafer, oder zur Beschichtung dreidimensionaler Substrate vorteilhaft. Auch die simultane Beschichtung mehrerer Substrate ist dadurch möglich. Die
Heizvorrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass die
Gasaktivierungselemente getrennt voneinander, gemeinsam oder in mehreren Gruppen beheizbar sind. Die verschiedenen Gasaktivierungselemente können auch an getrennte Gaszuführungen angeschlossen sein, wodurch jeweils verschiedene Prozessgase über die einzelnen Gasaktivierungselemente in die Abscheidekammer geleitet werden können. Die Eigenschaften der Beschichtung können somit lokal eingestellt werden, zum Beispiel die Dotierungskonzentration in der dotierten Diamantschicht und die daraus resultierenden Eigenschaften, etwa die elektrische Leitfähigkeit.
Die Form und Anordnung des Gasaktivierungselements bzw. der Gasaktivierungselemente kann beliebig gestaltet sein und orientiert sich bevorzugt an der Form des zu beschichtenden Substrats. Bei Verwendung mehrerer Gasaktivierungselemente sind diese bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Substratoberfläche homogen beschichtet werden kann. Bei der Beschichtung eines zweidimensionalen Substrats sind alle Gasaktivierungselemente bevorzugt parallel und im gleichen Abstand zum Substrat angeordnet. Durch entsprechende Auswahl der jeweiligen Abstände wird eine homogene Temperaturverteilung und dementsprechend eine homogene Beschichtung des Substrats sichergestellt.
Das Substrat, das sich auf einem Substrathalter unterhalb des Gasaktivierungssystems befindet, wird vorzugsweise in horizontaler Ebene bewegt. Das Substrat, das seitlich zum Gasaktivierungselement angeordnet ist, kann durch Rotation bewegt werden. Naturgemäß wird die Geschwindigkeit, mit der das
Substrat bewegt wird, auf die Prozessparameter abgestimmt.
Alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind miteinander verknüpft, und jede Ausführungsform und/oder jedes offenbarte charakteristische Merkmal können miteinander und auch als beliebige Kombination von zwei oder mehr Ausführungsformen
und/oder Merkmalen kombiniert werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung beziehen sich Angaben wie
„oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“, etc. auf den
bestimmungsgemäßen Betriebszustand der CVD-Vorrichtung.
Der Begriff „Prozessgas“ bezieht sich in dieser Anmeldung sowohl auf ein einzelnes Gas (etwa Wasserstoff) als auch auf ein Gasgemisch (bestehend aus Wasserstoff und einem weiteren Gas, etwa einem kohlenstoffhaltigen Gas), sofern nicht explizit
anderes geoffenbart ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Figurenbeschreibungen, auf die sie
jedoch nicht beschränkt werden soll, weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf Substrate durch chemische
Gasphasenabscheidung.
In Fig. 2-4 ist ein Gasaktivierungselement mit unterschiedlicher Anzahl an Drähten, die als fester, von Kohlenstoff verschiedener
Präkursor vorgesehen sind, zu sehen.
Fig. 5 zeigt REM-Aufnahmen einer bordotierten Diamantschicht.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf Substrate 2, 2a. In der gezeigten Ausführung wird die dotierte Diamantschicht einerseits an der Außenseite des Substrats 2 und andererseits im Inneren des Substrats 2a abgeschieden. Die Vorrichtung 1 weist eine Abscheidekammer 3 zur Aufnahme der Substrate 2, 2a auf. Weiters ist ein Gas- und Stromzufuhrelement 4 vorgesehen. Das Gas- und
Stromzufuhrelement 4 weist ein Innenelement 5a zur Zufuhr eines Prozessgases (vorzugsweise Wasserstoff) und ein Außenelement 5b aus einem elektrisch leitfähigen Material zur Zuleitung eines
elektrischen Stroms auf.
Wie aus Fig. 1 weiters ersichtlich, ist das Gas- und Stromzufuhrelement 4 im Inneren der Abscheidekammer 3 über eine Klemmschraubverbindung 6 mit einem in der gezeigten Anordnung horizontal angeordneten Gasaktivierungselement 7 derart verbunden, dass das Prozessgas über das Innenelement 5a des Gasund Stromzufuhrelements 4 in das Gasaktivierungselement 7 geleitet werden kann. In dem Inneren des Gasaktivierungselements
befindet sich ein fester, von Kohlenstoff verschiedener
Präkursor, der in Form eines Drahts 11 vorgesehen ist. Weiters ist eine (nur schematisch) angedeutete Heizvorrichtung 8 dargestellt, mit welcher eine Wandung 7a des
Gasaktivierungselements 7 aufgeheizt wird.
In der gezeigten Ausführungsform der Fig. 1 weist die Heizvorrichtung 8 eine (nur symbolisch veranschaulichte) Stromversorgung 8a auf, mit welcher ein elektrischer Strom über das Außenelement 5b des Gas- und Stromzufuhrelements 4 zum Gasaktivierungselement 7 geführt werden kann. Der elektrische Strom wird aufgrund des Widerstands des Materials des Gasaktivierungselements 7 in Wärme umgewandelt, wodurch eine Aufheizung des Gasaktivierungselements 7 bewerkstelligt wird. Die Wandung 7a des Gasaktivierungselements 7 wird erhitzt, sodass ein Strömungskanal 7b im Gasaktivierungselement auf zumindest 2000 °C aufgeheizt wird. Dadurch wird das Prozessgas durch thermische Anregung und Stoßanregung aktiviert und der feste Präkursor wird durch thermische Anregung aktiviert. Zu diesem Zweck besteht die Wandung 7a des Gasaktivierungselements 7 aus einem hochtemperaturbeständigen Material. Zwischen dem Außenelement 5b des Gas- und Stromzufuhrelements 4 und einem Gehäuse der Abscheidekammer 3 ist weiters eine elektrische Isolierung 9, beispielsweise aus
einem Keramikmaterial, vorgesehen.
Fig. 1 zeigt des Weiteren ein an der Oberseite der Abscheidekammer 3, in der gezeigten Ausführung vertikal angeordnetes Gaseinleitelement 10, durch welches ein kohlenstoffhaltiges Prozessgas (vorzugsweise Methan) in die Abscheidekammer 3 einleitbar ist. Das kohlenstoffhaltige Prozessgas wird durch Überströmung der beheizten Wandung 7a des Gasaktivierungselements 7 thermisch angeregt, sodass kohlenstoffhaltige Radikale (beispielsweise Methylradikale) erzeugt werden. Alternativ kann das kohlenstoffhaltige Prozessgas auch gemeinsam mit Wasserstoff in einem definierten Mischungsverhältnis durch das beheizte Gasaktivierungselement 7 in die Abscheidekammer 3 eingeleitet und dadurch aktiviert werden. Es können auch weitere Prozessgase, etwa Stickstoff, Sauerstoff oder Argon, über weitere Gaseinleitelemente (nicht
dargestellt) zugeführt werden. Im Inneren der Abscheidekammer 3
und unterhalb des Gasaktivierungselements 7 ist eine Substrathalterung 13 angeordnet, auf welcher die Substrate 2, 2a angeordnet sind. Die Substrathalterung 13 ist über ein (schematisch eingezeichnetes) Temperierelement 14 heizbar oder kühlbar.
Fig. 2a, 3a und 4a zeigen eine Ausführungsform des Gasaktivierungselements 7, in dessen Strömungskanal 7b in Längsrichtung ein fester, von Kohlenstoff verschiedener Präkursor in Form eines Drahts 11 vorgesehen ist. In den
Fig. 2b, 3b und 4b ist jeweils ein Schnitt durch das Gasaktivierungselement 7 dargestellt. Dabei wird ersichtlich, dass sich Fig. 2-4 durch die im Strömungskanal 7b vorgesehene Anzahl an Drähten 11 unterscheiden. In Fig. 2 ist im Strömungskanal 7b ein Draht 11 vorgesehen, in Fig. 3 sind zwei Drähte 11 vorgesehen und in Fig. 4 sind drei Drähte 11
vorgesehen.
Wie in Fig. 2-4 weiters dargestellt, weist das Gasaktivierungselement 7 in den beiden Endbereichen jeweils eine Eintrittsöffnung 15 auf, durch welche das Prozessgas (vorzugsweise Wasserstoff) in den Strömungskanal 7b des Gasaktivierungselements 7 geführt wird. Zudem weist das Gasaktivierungselement 7 eine Vielzahl in Längsrichtung des Gasaktivierungselements 7, seitlich an dessen Mantelfläche angeordneter Austrittsöffnungen 16 auf. Das aktivierte Prozessgas und der aktivierte Präkursor werden durch diese Austrittsöffnungen 16 in Richtung der Substrate 2 und 2a geleitet, die Strömungsrichtung ist mit Pfeilen 17 veranschaulicht. Weiters sind schematisch Abschlusskörper 18 zum Verschließen des Strömungskanals 7b an den Enden des
Gasaktivierungselements 7 ersichtlich.
Fig. 5a-d zeigen REM-Aufnahmen einer bordotierten, mikrokristallinen Diamantschicht auf einem Wolframcarbid-KobaltHartmetallwerkzeug (WC-Co-Hartmetallwerkzeug) mit einer Schichtdicke von 10 um. Im Strömungskanal des Gasaktivierungselements wurden Bordrähte des Typs B 005915, Goodfellow Cambridge Ltd., England verwendet. Als Prozessgase
wurden Wasserstoff und Methan in einem Gewichtsverhältnis von
99,8:0,2 eingesetzt. Der Druck in der Abscheidekammer betrug
1 mbar und die Substrattemperatur lag bei 850 °C. In Figur 5a wurde ein Bordraht als fester Präkursor verwendet (Typ B 005915, Goodfellow Cambridge Ltd., England). Figur 5b-d zeigen eine dotierte Diamantschicht, für deren Herstellung zwei Bordrähte (Typ B 005915) als fester Präkursor verwendet wurden, in
verschiedenen Vergrößerungen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben ist, weiter veranschaulichen, ohne den
Umfang der Erfindung einzuschränken.
Ein WC-Co-Hartmetallwerkzeug wurde mit Diamantbeschichtungen mit unterschiedlicher Borkonzentration versehen. Als fester Präkursor wurden ein bis drei borhaltige Drähte (Type B 005915, Goodfellow Cambridge Ltd., England) im Strömungskanal des Gasaktivierungselements vorgesehen. Es handelt sich hierbei um kontinuierliche Einzelfilamente mit einem Wolframkern (Kerndurchmesser von 5 um), einem Drahtdurchmesser von 0,2 mm und einer Drahtlänge von 140 mm. Die Prozessparameter wurden für alle Beschichtungen konstant gehalten. Als Prozessgase wurden Wasserstoff und Methan in einem Gewichtsverhältnis von 99,8:0,2 eingesetzt. Der Druck in der Abscheidekammer betrug 1 mbar und
die Substrattemperatur lag bei 850 °C.
Die Konzentration der Boratome der erfindungsgemäß hergestellten bordotierten Diamantschichten wurde mittels SekundärionenMassenspektrometrie (SIMS) ermittelt. Diese Messung ergab eine Borkonzentration im Bereich von 10%9 bis 1021 Boratome/cm?, wobei die Borkonzentration in Abhängigkeit von der Eindringtiefe (bis zu 1,5 um) variiert. Wie in Tabelle 1 dargestellt, nehmen der Flächenwiderstand und der spezifische Widerstand der bordotierten Diamantschichten mit zunehmender Anzahl an borhaltigen Drähten (die für die erfindungsgemäße Herstellung der bordotierten Diamantschichten verwendet wurden) und dementsprechend mit zunehmender Borkonzentration signifikant ab, was zu einem deutlichen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit führt.
Tabelle 1: Widerstandsmessung (2-Punkt Methode, Länge: 10 mm) einer Diamantbeschichtung, die mit unterschiedlicher Anzahl von Bordrähten hergestellt wurde (mikrokristalline Diamantschicht, Schichtdicke: 10 um, Substrat: WC-Co Hartmetall)
Schicht auf Flächen- Spezifischer Elektrische WC-Co-Hartmetall- widerstand Widerstand Leitfähigkeit
Substrat (Q) p (m) co (S/m) unbeschichtet 0,3 undotierter Diamant > Nachweis-
grenze
bordotierter Diamant 100 - 489 110 9,1 - 107° (1 borhaltiger Draht) bordotierter Diamant 13,2 2,9 0,35 (2 borhaltige Drähte) bordotierter Diamant 2,05 0,4 2,5 (3 borhaltige Drähte)

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Vorrichtung (1) zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat (2, 2a) durch chemische Gasphasenabscheidung, aufweisend: eine Abscheidekammer zum Aufnehmen des Substrats (2, 2a), ein Gasaktivierungselement (7) in Form eines Hohlkörpers mit einem Strömungskanal (7b) für ein Prozessgas, insbesondere Wasserstoff, eine vom Strömungskanal (7b) in die Abscheidekammer (3) mündende Austrittsöffnung (16), eine Heizvorrichtung (8) zum Aufheizen einer den Strömungskanal (7b) umgebenden Wandung (7a) des Gasaktivierungselements (7) und einen festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursor
    innerhalb des Strömungskanals (7b).
    2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Präkursor ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Bor, Silizium, Lithium, Natrium, Phosphor,
    Stickstoff, Schwefel, Arsen oder eine Kombination davon.
    3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als fester Präkursor borhaltige Partikel, ein borhaltiger Draht oder eine Kombination davon vorgesehen ist
    bzw. sind, bevorzugt ein borhaltiger Draht.
    4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der borhaltige Draht in Längsrichtung des Strömungskanals (7b) angeordnet ist, vorzugsweise im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des
    Strömungskanals (7b).
    5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der borhaltige Draht einen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 2,2 mm, bevorzugt im Bereich von
    0,1 bis 1 mm, aufweist.
    22
    Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als fester Präkursor mehrere, bevorzugt
    zwei oder drei, borhaltige Drähte vorgesehen sind.
    Vorrichtung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gasaktivierungselemente
    (7) in der Abscheidekammer (3) vorgesehen sind.
    Verfahren zum Aufbringen einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat (2, 2a) durch chemische Gasphasenabscheidung mit den Schritten:
    (a) Vorsehen des Substrats (2, 2a) und eines Gasaktivierungselements (7) in Form eines Hohlkörpers mit einem Strömungskanal (7b) in einer Abscheidekammer (3),
    (b) Vorsehen eines von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors im festen Zustand innerhalb des Strömungskanals (7b),
    (c) Aufheizen einer den Strömungskanal (7b) des Gasaktivierungselements (7) umgebenden Wandung (7a) mit einer Heizvorrichtung (8),
    (d) Einleiten eines Prozessgases, insbesondere Wasserstoff, in den Strömungskanal (7b) des Gasaktivierungselements (7),
    (e) Aktivierung des Prozessgases durch Stoßanregung und thermische Anregung, und Aktivierung des Präkursors durch thermische Anregung,
    (£) Einleiten des aktivierten Prozessgases und des aktivierten Präkursors durch eine Austrittsöffnung (16) des Gasaktivierungselements (7) in die Abscheidekammer (3), und
    (g) Abscheiden einer dotierten Diamantschicht auf dem Substrat (2, 2a).
    Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der feste Präkursor ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Bor, Silizium, Lithium, Natrium, Phosphor, Stickstoff, Schwefel,
    Arsen oder eine Kombination davon.
    Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass als fester Präkursor borhaltige Partikel, ein
    12.
    23
    borhaltiger Draht oder eine Kombination davon vorgesehen ist
    bzw. sind, bevorzugt ein borhaltiger Draht.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gaseinleitelement (10) zur Einbringung eines weiteren Prozessgases, insbesondere eines kohlenstoffhaltigen Prozessgases, in der Abscheidekammer (3) so angeordnet ist, dass das weitere Prozessgas die beheizte
    Wandung (7a) des Gasaktivierungselements (7) überströmt.
    Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur thermischen Anregung und Stoßanregung eines Prozessgases und zur thermischen Anregung eines festen, von Kohlenstoff verschiedenen Präkursors zur Aufbringung einer dotierten Diamantschicht auf ein Substrat (2, 2a) durch
    chemische Gasphasenabscheidung.
    24 / 30
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