[发明专利]加有磁场的微波等离子体化学汽相淀积法

说明书

本发明是关于加有磁场的微波等离子体化学汽淀积法。

最近电子回旋共振化学汽相淀积法（ECR CVD）作为制造薄膜，特别是非晶薄膜的新方法已引起研究人员们的兴趣。例如，松雄等人在美国专利4，401，054中就公开了一种这类ECR CVD设备。这种新技术应用微波借助于在激发区间中对等离子气体起箍缩作用的磁场将反应气体激发成等离子状态。利用这种组态，反应气体能吸收微波的能量。待涂敷的衬底安置在远离激发区间（共振区间）的地方以防衬底受到溅射。受激后的气体从共振区簇射到衬底上。为产生电子回旋共振，将共振区间中的压强维持在1.33×10^-1至1.33×10^-3帕，在此压强下，可以把电子视为独立的粒子，且以在磁场强度取电子回旋共振所需的磁场强度的表面上，这些电子以电子回旋共振的方式与微波产生共振。用发散磁场将激发过的等离子气体从共振区间引出到远离共振区配置有待涂敷的衬底的淀积区间。

要利用这类现有技术的方法制取多晶或单晶结构的薄膜是非常困难的，因此目前现有的方法几乎只局限于非晶薄膜的制造。此外按照这种现有技术是难以产生高能化学汽相反应的，因而不能在具有凹口和孔穴的均匀表面上形成金刚石薄膜或其它高熔点薄膜或均质薄膜。

因此本发明的一个目的是提供一种能制造现有技术所不能制造的薄膜（例如金刚石薄膜、或高熔点材料制成的薄膜）的加有磁场的微波等离子体化学汽相淀积法。

根据本发明的一个方面，待涂敷物体的表面系安置在微波电场处于最大值的共振区间的一个区域。在这种布局的情况下就可以边淀积边对 淀积出来的薄膜进行部分溅射，因而，举例说，可以制适金刚石薄膜。

根据本发明的另一个方面，一种新的化学汽相淀积法达到了登峰造极的水平。新方法应用了由本发明同人第一个获取的混合回旋共振。在这种新型的激发过程中，反应气体本身的相互作用应视为除磁场和微波之外还应加以考虑的不可忽视的干扰，因而能在较宽广的共振区间内吸收反应气体的带电粒子。对于该混合共振来说，反应室的压强高达现有技术压强的10²-10⁵倍。

图1是本发明化学汽相淀积设备的横剖面视图。

图2（A）是磁场等势表面的横剖面的曲线图。

图2（B）是电场强度曲线图。

图3（A）和3（B）分别为磁场和电场等势表面的曲线图。

图4是本发明另一个实施例的横剖面视图。

参看图1，这是本发明微波增强式化学汽相淀积设备的示意图。图中，该设备包括一其中界定有等离子体发生区间1和辅助区间2且能维持在适当压力的反应室、一微波发生器4、围绕区间1周围取螺线管形式的电磁铁5和5′、一供电给电磁铁5和5′的电源25和一水冷却系统18。等离子体发生区间1的横截面是圆的。在等离子体发生区间1中设有氮铝化之类的高导热陶瓷制成的衬底夹具10′，衬底10即装在夹具10′中。衬底夹具10′系用红外光24照射和加热到150-1000℃，红外光24则由红外加热器20发射，从红外反射抛物面镜21反射回来，再通过透镜22聚焦到夹具10′的背面上。编号23表示红外加热器20的电源。抽真空系统是为将反应室抽成真空而设的，它包括涡轮分子泵8和旋转泵14，两者都通过控制阀11、12和13与反应室相连。衬底温度只能与反应室中所产生的等离子气体一起达到足够的温度值。在这种情况下，可以不用加热器。此外，视乎等离子体的情况而定，衬底的温度可能会高得不适宜进行反应。在这种情况下就要配备冷却装置。本设备的操作过程如下。

将衬底10装到衬底夹具10′上并用红外光24加热到500℃。然后从气体引入系统6以10SCCM（标准状况下每分钟流过的立方厘米）的流率引入氢气，微波发生器通过微波引出窗口15将等于或高于1千高斯（例如2.45千兆赫）的微波发射到承受磁铁5和5′感应出来的约2千高斯磁场的等离子体发生区间1中。微波能在区间1将氢气激发成高密度的等离子体状态。高能电子和氢原子净化衬底表面。除引入氢气外，还通过引入系统7输入C₂H₂和CH₄，并按前述激发氢气的同一个方式在133×10²-1.06×10⁵帕下用微波能进行激发。化学汽相反应的结果使碳以金刚石薄膜或i-碳（绝缘碳）的形式淀积下来。i-碳由金刚石与非晶碳的混合物组成。