CN113622022A - 用于mpcvd设备的腔内气流场调节装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金刚石生产技术领域，特别涉及一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置及使用方法，步骤如下：步骤一：加工微波等离子体反应器；步骤二：加工基片台；步骤三：加工衬底支架；步骤四：对反应腔室进行抽真空处理；步骤五：通入氢气，激发产生氢等离子体球；步骤六：调节基片台高真空微调阀和主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和内腔体气压分别保持恒定比例；步骤七：进行金刚石沉积生长；步骤八：通入冷却水在真空环境下冷却；步骤九：对内腔体抽真空至本底真空后保存。通过在衬底支架的支架主体上设置钼托槽及均气槽和与抽气管道对接的抽气孔，使基片台上方的气体均匀的被抽出。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石生产技术领域，特别涉及一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置及使用方法。
背景技术
金刚石因极其优良的物理化学性能，在各重要领域受到广泛的应用和关注。现今化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)技术是制备高质量金刚石膜的主要技术之一，其中微波CVD(MPCVD)因无极放电的影响，是目前公认高纯度金刚石的首要方法，截至目前该方法在人造钻石领域、高功率金刚石光学窗口、芯片衬底、光学透波窗口等领域得到广泛开发和应用。但目前市场上MPCVD设备气路系统较为固定，在负压生长条件下气流场的分布情况也较为单一，从而大大限制了CVD金刚石生长工艺的可操作性，因此需要一些特殊的气路结构和基片台设计去改善这一问题，从而提高CVD金刚石生长工艺的灵活性和可操作性。
且在优化生长金刚石气流环境方法时，并不能确保气体流量稳定可控，也没有一种基片台结构系统，能够配合设备的气路系统，提高金刚石生长的稳定性的装置和方法。
发明内容
针对以上存在的在优化生长金刚石气流环境方法时，并不能确保气体流量稳定可控，也没有一种基片台结构系统，能够配合设备的气路系统，提高金刚石生长的稳定性的问题，本发明的目的在于提供一种能够提供优化生长金刚石气流环境的装置及该装置的使用方法，确保使用微波等离子体反应器生长金刚石时反应器内腔体内的气流及气流流量稳定可控，并且配合该装置的气路系统，提供一个特殊基片台结构系统，提高金刚石生长的稳定性。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，包括带有内腔体和进气口的微波等离子体反应器，设置在微波等离子体反应器内腔体底部的基片台，放置在基片台上用于金刚石生产的钼托，所述基片台设置有贯穿基片台，连接微波等离子体反应器的内腔体与微波等离子体反应器外侧的抽气管道，还包括设置在基片台顶端，用于放置钼托的衬底支架，所述衬底支架包括支架主体，以及在支架主体顶端开设的用于放置钼托的钼托槽，在所述钼托槽底面的中心处开设有贯穿支架主体并与抽气管道对接的抽气孔，在所述抽气孔周边的支架主体上设置有以抽气孔为中心，向钼托槽边沿延伸的均流槽。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，所述支架主体与钼托槽周边连接处设置有台阶状的用于限定钼托位置的固定台，所述固定台与均流槽的连接处设置有与均流槽对接的固定台槽。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，所述均流槽在抽气孔处的宽度与该均流槽在固定台槽处的宽度相同，均流槽的两边平行设置，两两均流槽之间呈扇形。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，所述均流槽在抽气孔处的宽度小于该均流槽在固定台槽处的宽度，均流槽呈扇形，两两均流槽之间呈扇形。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，所述钼托的高度低于钼托槽的边缘的高度。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，所述微波等离子体反应器的底部设置有不少于一个用于排出内腔体中气的主气路抽气口，所述主气路抽气口上连接有主气路抽气管，主气路抽气管的另一端连接有用于抽取内腔体内气体的真空机械泵，所述主气路抽气管上连接有隔膜阀；所述抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器；在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接有主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器。
一种如上述任一项所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置的使用方法，所述方法步骤如下：
步骤一：加工微波等离子体反应器，在微波等离子体反应器设置进气口以及不少于一个主气路抽气口，主气路抽气口上使用主气路抽气管连接真空抽气泵，主气路抽气管上连接有隔膜阀；
步骤二：加工基片台，基片台轴向中心处设置有贯穿基片台的抽气管道，抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器，在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器；
步骤三：加工衬底支架，在衬底支架的支架主体的顶端设置带有台阶状固定台的钼托槽，在支架主体的轴向中心处设置于抽气管道对接的抽气孔，以抽气孔为中心性钼托槽的边沿设置均流槽；
步骤四：将已经处理好的用于金刚石生长的基底置于钼托上，将钼托放置在钼托槽内，钼托的高度低于钼托槽边沿的高度，利用固定台对钼托进行固定，将衬底支架的抽气孔对准基片台的抽气管道放置到基片台上；关闭反应腔室，打开主气路抽气管，对反应腔室进行抽真空处理；
步骤五：通入氢气，通过隔膜阀关闭主气路抽气管，使用主气路高真空微调阀和基片台高真空微调阀调整气压，同时通入微波，激发产生氢等离子体球；
步骤六：调节基片台高真空微调阀和主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和内腔体气压分别保持恒定比例，由进气口通入甲烷，然后关闭主气路高真空微调阀，并通过基片台气流量检测器和基片台高真空微调阀调节腔体气压至反应设置压强；
步骤七：维持气体流量比例，持续进行金刚石沉积生长，生长至所需的时长；
步骤八：金刚石膜沉积结束后，缓慢降低功率和气压，将功率和气压降至额定功率和气压时，关掉电源和气源，同时打开主气路抽气管和基片台微调抽气管将内腔体抽至本底真空，然后持续通入冷却水在真空环境下冷却；
步骤九：冷却完后关闭抽气端的主气路抽气管和基片台微调抽气管上的所有阀门和基片台气流量检测器、主气路气流量检测器，将腔体气压调至常压并取出样品，取出样品后清洗内腔体，并对内腔体抽真空至本底真空后保存。
本发明一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置的有益效果是：通过在衬底支架的支架主体上设置钼托槽及均气槽和与抽气管道对接的抽气孔，使基片台上方的气体均匀的被抽出，通过支架主体上设置的固定台，以及固定台上的固定台槽，用于实现钼托的固定和准中，同时也确保了钼托与支架主体之间形成均匀的环形缝隙，保证了基片台上方的气体能被均匀的从均气槽、抽气孔、抽气管道中抽出。通过支架主体上的钼托槽的边缘高度高于钼托的高度，降低了金刚石在生长过程中受边缘受放电的影响，实现钼片中间温度略高于外边缘温度这一条件，避免CVD金刚石冷却时边缘裂纹向中心处蔓延，提高了单晶金刚石生长过程中的稳定性。内腔体内的气体通过固定台槽、均气槽、抽气孔、抽气管道相内腔体外排出，是内腔体内的气流方向更加集中于衬底支架表面，加速等离子中物质的交换，提高沉积效率，同时基片台边缘的部分热量也会被气流带走，避免了边缘温度过高现象。采用精确控制的主气路抽气管和基片台微调抽气管，可以灵活调节气流配比，改变金刚石生长过程中的气流分布，大大提高了金刚石生长工艺的灵活性和可操作性，同时配合特殊的衬底支架结构，有效提高了金刚石的生长环境。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明衬底支架结构剖视图；
图3为本发明支架主体结构立体示意图；
图4为本发明支架主体带有钼托的结构示意图；
图5为本发明衬底支架与基片台结构示意图；
图6为本发明平行均流槽俯视结构示意图；
图7为本发明平行均流槽立体结构示意图；
图8为本发明扇形均流槽俯视结构示意图；
图9为本发明扇形均流槽立体结构示意图。
图中，微波等离子体反应器1、内腔体11、进气口12、主气路抽气口13、主气路抽气管14、真空机械泵15、隔膜阀16、主气路微调抽气管17、主气路高真空微调阀18、主气路气流量检测器19、基片台2、钼托21、抽气管道22、基片台微调抽气管23、基片台高真空微调阀24、基片台气流量检测器25、衬底支架3、支架主体31、钼托槽32、抽气孔33、平行均流槽34、固定台35、固定台槽36、环形缝隙37、扇形均流槽38、槽边39、等离子体4。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式及附图对本发明的技术方案进行说明。
本发明的思路是：
一、在衬底支架上实现合理的气路结构，其方法是：
1、采用分为支架主体和钼托槽分体结构设计，即将衬底支架分为两个结构：支架主体和放置钼托的钼托槽。
2、在支架主体的上表面中心开有一个与基片台上方对接的抽气孔、及钼托槽，抽气孔周围连接均匀分布的均气槽，以便基片台上方气体均匀的被抽出。
3、在衬底支架主体上表面钼托槽的槽边设有微型的环形台阶，用于实现钼托的固定和准中，同时该结构也确保了钼托与支架主体间形成了一个均匀的环形缝隙,保证了基片台上方的气体能被均匀的抽出。
4、衬底支架用于固定钼托的深度，略高于钼托的厚度，避免钼托边缘在等离子体中受边缘放电的影响。
二、在设计的基片台系统中实现优化微波法制备金刚石膜生长环境的目的，其方法是：
1、在基片台系统中加有一路抽气管道和固定衬底支架的衬底支架固定器，衬底支架固定器为设置在基片台顶端，能够将衬底支架固定连接在基片台顶端的装置，可以使用基片台向内挖槽的方法，也可以通过粘合或焊接或螺纹固定的方式对衬底支架进行固定，来确保基片台的抽气管道的上口与衬底支架气路对接和衬底支架的准中，当设备运行时，通过抽气管道持续的对内腔体进行抽气处理，内腔体腔体内的气流方向更加集中于衬底支架表面，加速等离子中物质的交换，提高沉积效率。
2、衬底支架抽气孔外接基片台气路和抽气管道，抽气管道外接有气体流量检测装置、高精度真空微调阀(气体流量控制装置)和机械真空泵，通过微调阀控制气体的抽气速度和气体流量检测装置检测气体流速，可精确控制衬底支架上方的气流速度；同时也可以配合并联的主气路抽气管的微调装置和流量监测装置精准调控不同比例的气流控制，来实现在不同气流场下CVD金刚石的生长，提高了金刚石生长工艺的灵活性和可操作性，另外由于其精确的可控性，在很大程度上优化了对生长环境的控制。
三、为达到减少在生长大面积金刚石膜中由边缘所引起的裂片问题，其方法是：
1、衬底支架的钼托槽的槽边边缘略高于放置后的钼托高度，这在很大程度上降低了金刚石在生长过程中受边缘受放电的影响。
2、在CVD金刚石生长过程中打开基片台抽气管道，气流从衬底支架的环形缝隙处流入抽气管道，这样基片台边缘的部分热量也会被气流带走，避免了边缘温度过高现象。
3、由于钼托上表面结构特色，导致了钼托在中部的接触面低于边缘处，结合气流的散热因素，因此很容易达到钼托的中心温度略高于边缘的条件，而这被认为有利于在金刚石外边缘形成压缩区域，若金刚石的裂纹出现在边缘处，则金刚石片边缘处的压缩区域会防止裂纹朝向CVD金刚石片的中心处传播，从而有效降低了生长大面积多晶金刚石时裂纹的形成和影响。
4、钼托与支架主体间形成的环形缝隙，因气流作用的影响，在生长金刚石的过程中，边缘多晶无法与边缘连接，避免了生长过程中，边缘多晶崩缺的风险，确保金刚石的长时间生长，提高了金刚石生长的稳定性。
如图1-4所示，一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，设置于微波等离子体反应器的内腔体内，微波等离子体反应器的上方设置有进气口，在微波等离子体反应器的底壁上设置有主气路抽气口，主气路抽气口可以在单侧设置一个，也可以在左右两侧对称设置两个，也可以在底壁上按照圆周方向均匀设置，本技术方案主要使用在底壁的左右两边对称设置主气路抽气口的方案，主气路抽气口上连接有主气路抽气管，主气路抽气管的另一端连接有用于抽取内腔体内气体的真空机械泵，在主气路抽气管上连接有隔膜阀，隔膜阀用于控制主气路抽气管抽气或者停止抽气。
在微波等离子体反应器内腔体的底部安装有基片台，基片台的纵向中心轴安装在微波等离子体反应器的底壁的中心位置，主气路抽气口设置在基片台两侧，在基片台的轴向中心线上设置有贯穿基片台的抽气管道，抽气管道微波等离子体反应器的底壁外侧延伸，伸出微波等离子体反应器的底壁，抽气管道的中心轴与底壁的中心轴同轴，在基片台的上方为平面结构，放置用于金刚石生产的钼托。抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与连接有主气路抽气管的真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器。
在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接有主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器。
在基片台与钼托之间还有一个用于安放钼托，并与基片台连接的衬底支架，钼托为圆形，衬底支架为圆形柱状结构，衬底支架的支架主体与基片台连接，在支架主体的中轴位置有一个贯穿支架的抽气孔，以抽气孔为中心向支架主体的圆周外围延伸由一个钼托槽，支架主体的外边沿为钼托槽的槽边，槽边的槽高高于放置在钼托槽内钼托的高度，在钼托槽的槽底的位置，以抽气孔为中心向槽边延伸设有均流槽，两两均流槽之间呈扇形状，扇形状靠近抽气孔的一侧窄，靠近固定台的一侧宽，均流槽靠近抽气孔一侧与靠近固定台的一侧宽度相同，两侧的均流槽边平行设置，在钼托槽的槽边的内侧有一台阶状的固定台，固定台的高度低于钼托的高度，钼托卡在固定台内，均流槽延伸到固定台的位置时，在固定台上开设于均流槽对接的固定台槽，钼托与钼托槽的槽边之间有一个与固定台相同宽度的环形缝隙。
钼托放置在钼托槽中，支架主体抽气孔的中心轴与抽气管道的中心轴重合。
进一步，为了更好的使内腔体中的气流通过抽气管道排出，均流槽可以设置成为靠近固定台一侧宽，靠近抽气孔一侧窄的扇形均流槽，固定台槽处的均流槽进气量大于抽气孔处均流槽的出气量，从而确保内腔体中的气流向外抽出时更加缓慢，防止出现气流的快速流动。
上述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：加工微波等离子体反应器，在微波等离子体反应器设置进气口以及不少于一个主气路抽气口，主气路抽气口上使用主气路抽气管连接真空抽气泵，主气路抽气管上连接有隔膜阀；
步骤二：加工基片台，基片台轴向中心处设置有贯穿基片台的抽气管道，抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器，在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器；
步骤三：加工衬底支架，在衬底支架的支架主体的顶端设置带有台阶状固定台的钼托槽，在支架主体的轴向中心处设置于抽气管道对接的抽气孔，以抽气孔为中心性钼托槽的边沿设置均流槽；
步骤四：将已经处理好的用于金刚石生长的基底置于钼托上，将钼托放置在钼托槽内，钼托的高度低于钼托槽边沿的高度，利用固定台对钼托进行固定，将衬底支架的抽气孔对准基片台的抽气管道放置到基片台上；关闭反应腔室，打开主气路抽气管，对反应腔室进行抽真空处理；
步骤五：通入氢气，通过隔膜阀关闭主气路抽气管，使用主气路高真空微调阀和基片台高真空微调阀调整气压，同时通入微波，激发产生氢等离子体球；
步骤六：调节基片台高真空微调阀和主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和内腔体气压分别保持恒定比例，由进气口通入甲烷，然后关闭主气路高真空微调阀，并通过基片台气流量检测器和基片台高真空微调阀调节腔体气压至反应设置压强；
步骤七：维持气体流量比例，持续进行金刚石沉积生长，生长至所需的时长；
步骤八：金刚石膜沉积结束后，缓慢降低功率和气压，将功率和气压降至额定功率和气压时，关掉电源和气源，同时打开主气路抽气管和基片台微调抽气管将内腔体抽至本底真空，然后持续通入冷却水在真空环境下冷却。
步骤九：冷却完后关闭抽气端的主气路抽气管和基片台微调抽气管上的所有阀门和基片台气流量检测器、主气路气流量检测器，将腔体气压调至常压并取出样品，取出样品后清洗内腔体，并对内腔体抽真空至本底真空后保存。
新增基片台和衬底支架抽气系统的设计，提高了金刚石的沉积效率。
采用特殊的衬底支架结构设计，降低了CVD生长大面积金刚石过程中边缘受放电的影响；可以实现钼片中间温度略高于外边缘温度这一条件，避免CVD金刚石冷却时边缘裂纹向中心处蔓延，提高了单晶金刚石生长过程中的稳定性。
采用精确控制的双微调抽气系统，可以灵活调节气流配比，改变CVD金刚石生长过程中的气流分布，大大提高了金刚石生长工艺的灵活性和可操作性，同时配合特殊的衬底支架结构，有效提高了金刚石的生长环境。
整体结构稳定性好，控制精确可靠。
具体的，包括以下实施例。
实施例1：
由于微波等离子体反应器的基本构造为现有技术，在此不做具体的描述，仅对方案改进的相关技术特征进行叙述。
1、基片台系统的结构及加工
衬底支架加工：在支架主体上表面向内扣设一个钼托槽，在钼托槽的底面中心开一个直径3mm的抽气孔，抽气孔周围开有与抽气孔相连接的直径为1.5mm的U型均流槽，同时钼托槽的槽边表面内侧设有宽度为0.3mm，高度为0.5mm的环形台阶状的固定台，用于钼托的固定和准中；钼托槽的槽深约3.2mm；设计一个厚度为3mm厚度的圆柱形钼托平放入钼托槽内，因此在钼托与支架主体边缘处的槽边形成一个宽度约0.3mm的环形缝隙。
基片台系统：在水冷台(基片台)中心加工一个直径为4mm的抽气管道，抽气管道外接气体流量监测装置(包括基片台高真空微调阀、基片台气流量检测器)，然后和主气路抽气管的微调系统(包括主气路微调抽气管、主气路高真空微调阀、主气路气流量检测器)并入真空机械泵。
2、金刚石膜的沉积
将预处理好的单晶金刚石钼托放置在钼托槽内，由主气路抽气管对腔体进行抽真空处理，当气压将至0.1Pa以下时，通过进气口通入400sccm的氢气，关闭主抽气抽气管上的隔膜阀，通过调整主气路微调抽气管上的主气路高真空微调阀、主气路气流量检测器和基片台微调抽气管上的基片台高真空微调阀、基片台气流量检测器调整气压至0.2～0.3KPa，同时通入500w的微波，激发产生氢等离子体球后，通过调节基片台高真空微调阀和主气路抽气管的主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和腔体气压分别为5500W和16KPa。然后由进气口通入22sccm的甲烷，然后关闭主气路高真空微调阀，并通过基片台微调抽气管上的基片台气流量检测器和基片台高真空微调阀调节腔体气压至16KPa。
3、样品的取出
金刚石膜沉积结束后，缓慢降低功率和气压，当功率降至500W，气压降低至1.5KPa时，关掉电源和气源，同时打开主气路抽气管和基片台微调抽气管的阀门将腔体抽至本底真空，然后持续通入冷却水在真空环境下冷却35min。冷却完后关闭主气路抽气管和基片台微调抽气管所有阀门以及流量检测装置，最后打开进气口将腔体气压调至常压并取出样品。取出样品后清洗腔体，并对真空腔体抽真空至本底真空后保存。
实施例2
1、基片台系统的结构及加工
衬底支架加工：在支架主体上表面向内扣设一个钼托槽，在钼托槽的底面中心开一个直径3mm的抽气孔，抽气孔周围均匀的开有与气孔相连接的扇形均流槽，其结构靠近钼托槽槽边的一侧宽，靠近抽气孔的一侧窄，宽端向窄端均匀的变化，同时钼托槽的槽边表面内侧设有环形台阶状的固定台，用于钼托的固定和准中；支架主体内部设置的钼托槽的槽深约4.2mm；设计一个厚度为3mm厚度的钼托，并放入固定台内。
基片台系统：在水冷台(基片台)中心加工一个直径为3mm的抽气管道，抽气管道外接气体流量监测装置(包括基片台高真空微调阀、基片台气流量检测器)，然后和主气路抽气管的微调系统(包括主气路微调抽气管、主气路高真空微调阀、主气路气流量检测器)并入真空机械泵。
2、金刚石膜的沉积
将预处理好的1mm厚的单晶硅钼托放置在支架主体的钼托槽内，此时的硅片高度低于衬底支架边缘约0.2mm，然后由主气路抽气管对腔体进行抽真空处理，当气压将至0.1Pa以下时，通过进气口通入300sccm的氢气，关闭主抽气抽气管上的隔膜阀，调整主气路微调抽气管上的主气路高真空微调阀、主气路气流量检测器和基片台微调抽气管上的基片台高真空微调阀、基片台气流量检测器调整气压至1.5～3KPa，同时通入900w的微波，激发产生氢等离子体球后，通过调节基片台高真空微调阀和主气路抽气管的主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和腔体气压分别为6000W和15KPa。当气压和功率稳定后，再次调节基片台高真空微调阀和基片台高真空微调阀，通过主气路气流量检测器和基片台气流量检测器，将基片台微调抽气管和主气路抽气管的气流出比调至1:3，稳定后由进气口通入22sccm的甲烷开始金刚石的生长。
3、样品的取出
金刚石膜沉积结束后，缓慢降低功率和气压，降温时间为2h以上，确保多晶金刚石膜不会因降热过快而崩裂，当功率降至500W，气压降低至1.5KPa时，关掉电源和气源，同时打开主气路抽气管和基片台微调抽气管的阀门将腔体抽至本底真空，然后持续通入冷却水在真空环境下冷却35min。冷却完后关闭主气路抽气管和基片台微调抽气管所有阀门以及流量检测装置，最后打开进气口将腔体气压调至常压并取出样品。取出样品后清洗腔体，并对真空腔体抽真空至本底真空后保存。
上述实施例只是为了说明本发明的结构构思和特点，其目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，包括带有内腔体和进气口的微波等离子体反应器，设置在微波等离子体反应器内腔体底部的基片台，放置在基片台上用于金刚石生产的钼托，所述基片台设置有贯穿基片台，连接微波等离子体反应器的内腔体与微波等离子体反应器外侧的抽气管道，其特征在于：还包括设置在基片台顶端，用于放置钼托的衬底支架，所述衬底支架包括支架主体，以及在支架主体顶端开设的用于放置钼托的钼托槽，在所述钼托槽底面的中心处开设有贯穿支架主体并与抽气管道对接的抽气孔，在所述抽气孔周边的支架主体上设置有以抽气孔为中心，向钼托槽边沿延伸的均流槽。
2.根据权利要求1所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，其特征是：所述支架主体与钼托槽周边连接处设置有台阶状的用于限定钼托位置的固定台，所述固定台与均流槽的连接处设置有与均流槽对接的固定台槽。
3.根据权利要求2所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，其特征是：所述均流槽在抽气孔处的宽度与该均流槽在固定台槽处的宽度相同，均流槽的两边平行设置，两两均流槽之间呈扇形。
4.根据权利要求2所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，其特征是：所述均流槽在抽气孔处的宽度小于该均流槽在固定台槽处的宽度，均流槽呈扇形，两两均流槽之间呈扇形。
5.根据权利要求1所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，其特征是：所述钼托的高度低于钼托槽的边缘的高度。
6.根据权利要求1所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置，其特征是：所述微波等离子体反应器的底部设置有不少于一个用于排出内腔体中气的主气路抽气口，所述主气路抽气口上连接有主气路抽气管，主气路抽气管的另一端连接有用于抽取内腔体内气体的真空机械泵，所述主气路抽气管上连接有隔膜阀；所述抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器；在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接有主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器。
7.一种如权利要求1-7任一项所述的用于MPCVD设备的腔内气流场调节装置的使用方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：加工微波等离子体反应器，在微波等离子体反应器设置进气口以及不少于一个主气路抽气口，主气路抽气口上使用主气路抽气管连接真空抽气泵，主气路抽气管上连接有隔膜阀；
步骤二：加工基片台，基片台轴向中心处设置有贯穿基片台的抽气管道，抽气管道上连接有基片台微调抽气管，基片台微调抽气管的另一端与真空机械泵连接，基片台微调抽气管上连接有基片台高真空微调阀和基片台气流量检测器，在主气路抽气管与基片台微调抽气管之间连接主气路微调抽气管，主气路微调抽气管上设置有主气路高真空微调阀和主气路气流量检测器；
步骤三：加工衬底支架，在衬底支架的支架主体的顶端设置带有台阶状固定台的钼托槽，在支架主体的轴向中心处设置于抽气管道对接的抽气孔，以抽气孔为中心性钼托槽的边沿设置均流槽；
步骤四：将已经处理好的用于金刚石生长的基底置于钼托上，将钼托放置在钼托槽内，钼托的高度低于钼托槽边沿的高度，利用固定台对钼托进行固定，将衬底支架的抽气孔对准基片台的抽气管道放置到基片台上；关闭反应腔室，打开主气路抽气管，对反应腔室进行抽真空处理；
步骤五：通入氢气，通过隔膜阀关闭主气路抽气管，使用主气路高真空微调阀和基片台高真空微调阀调整气压，同时通入微波，激发产生氢等离子体球；
步骤六：调节基片台高真空微调阀和主气路高真空微调阀逐步升高气压并且同时提高微波功率，使微波功率和内腔体气压分别保持恒定比例，由进气口通入甲烷，然后关闭主气路高真空微调阀，并通过基片台气流量检测器和基片台高真空微调阀调节腔体气压至反应设置压强；
步骤七：维持气体流量比例，持续进行金刚石沉积生长，生长至所需的时长；
步骤八：金刚石膜沉积结束后，缓慢降低功率和气压，将功率和气压降至额定功率和气压时，关掉电源和气源，同时打开主气路抽气管和基片台微调抽气管将内腔体抽至本底真空，然后持续通入冷却水在真空环境下冷却；
步骤九：冷却完后关闭抽气端的主气路抽气管和基片台微调抽气管上的所有阀门和基片台气流量检测器、主气路气流量检测器，将腔体气压调至常压并取出样品，取出样品后清洗内腔体，并对内腔体抽真空至本底真空后保存。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114602401A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-06-10 | 盛吉盛半导体科技(北京)有限公司 | 一种硅反应装置 |
| CN115506014A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-23 | 四川本钻科技有限公司 | 一种单晶金刚石晶体生长用基片台及其使用方法 |
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2021
- 2021-09-02 CN CN202111025245.6A patent/CN113622022A/zh active Pending
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