[发明专利]一种小型椭球式等离子反应腔及其制造方法

说明书

一种小型椭球式等离子反应腔及其设计方法，包括腔体、设置在腔体内的沉积室以及同轴天线，腔体为下部切边的椭球状金属腔体，椭球状金属腔体的长轴直径Z＝430～440mm，短轴半径R＝160～170mm，沉积室是由沉积基台与石英钟罩组成，其中沉积基台与椭球体短轴平行，密封设置在腔体的下部切边位置，石英钟罩同轴罩盖在沉积基台上方，同轴天线采用圆柱状铜材料，设置于腔体的上端缺口处，等离子反应腔内的微波耦合方式为天线耦合，微波谐振模式为TM₀₃₃。使用本发明的等离子反应腔的微波等离子体CVD装置与传统的“TM₀₃₆”式装置有着相同的微波聚焦能力，但体积是传统“TM₀₃₆”椭球式装置体积的一半，具有结构合理紧凑、成本低、加工难度低的优点，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于微波等离子化学气相沉积薄膜技术领域，涉及一种小型椭球式等离子反应腔及其设计方法。

背景技术

金刚石膜具有硬度高、导热性好、热膨胀系数小、光学和电学性能优异、声传播速度快、介电性能好等众多优点，而且掺杂之后的金刚石还具有优异的半导体特性。正是金刚石的这些优异性能的组合，使它在现代技术的各个领域中有着广泛的应用前景。

微波等离子化学气相沉积法(MPCVD)一直是国际上被用于高品质金刚石膜制备的首选方法，其优点是其可控性和洁净性好，可沉积的金刚石膜的质量高。

我国高功率MPCVD技术的发展相对滞后，另外，由于MPCVD技术相对复杂，因而世界各国在发展高功率MPCVD技术的过程中都借助了数值模拟技术。我国在MPCVD装置模拟技术方面研究的不足，也是造成我国在高功率MPCVD金刚石膜沉积技术上落后的一个主要原因。在这一背景之下，系统开展MPCVD装置模拟技术的研究，并在此基础上发展新型MPCVD装置设计，对促进高品质金刚石膜沉积技术的发展起到十分重要的推动作用。

在微波等离子化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜技术中，等离子反应腔是微波等离子体化学气相沉积装置的核心构件，其结构设计对于微波等离子化学气相沉积技术的发展起到至关重要的作用。

MPCVD装置等离子反应腔的类型包括石英管式、石英钟罩式、圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式、圆周天线谐振腔式和非圆柱谐振腔式等。其中，椭球谐振腔式微波等离子反应腔微波输入功率相对较高，但由于目前使用的“TM₀₃₆”式的椭球谐振腔体积较大，尤其是对工作在915MHz的微波等离子体CVD装置来说更是如此，因此设计出一种相对尺寸较小，并具有相对较高的微波聚焦能力的椭球形微波等离子反应腔，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理紧凑的小型椭球式等离子反应腔，具有加工难度低、生产成本低的特点。

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理紧凑的小型椭球式等离子反应腔的制造方法，可降低微波等离子化学气相沉积(MPCVD)设备中等离子反应腔加工难度及生产成本，利于产业化。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种小型椭球式等离子反应腔，包括腔体、设置在腔体内的沉积室以及同轴天线，其特征在于：所述腔体为下部切边的椭球状金属腔体，椭球状金属腔体的长轴直径Z＝430～440mm，短轴半径R＝160～170mm，沉积室是由沉积基台与石英钟罩组成，其中沉积基台平行与椭球体短轴密封设置在腔体的下部切边位置，石英钟罩同轴罩盖在沉积基台上方，同轴天线设置于腔体的上端缺口处，等离子反应腔内的微波耦合方式为天线耦合，微波谐振模式为TM₀₃₃。

作为优选，所述腔体采用不锈钢材料，同轴天线采用圆柱状铜材料，椭球状金属腔体的长轴直径Z＝435mm，短轴半径R＝165mm。