[发明专利]汽相淀积金刚石的方法

说明书

本发明是关于一种汽相淀积金刚石的方法及装置。更确切地说，本发明涉及一种均匀汽相淀积金刚石的高效方法及装置，特别是一种在薄膜高的淀积速率下得到的具有足够厚度、优良膜质量的金刚石膜。

金刚石是一种碳的同素异形体，它显示出金刚石结构，具有高的莫氏硬度，其值为10;与其它材料相比，它具有优越的热导值，其值为2000W/MK。

金刚石状的碳也是公知的，它是同种元素的同素异形体。它虽然是非晶形，但透明且绝缘。这种产品还显示出高的热导值和硬度值，尽管其值低于金刚石的，这些因素使得这种物质以多种方式使用成为可能。

更确切地说，这种物质引入注目之处在于利用其高热导值作为安装半导体集成电路的基片材料;利用其高硬度值作为工具等的涂复层。还有，金刚石状的碳当涂复在钛金属板的表面上时，可用扬声器的振动板。

尤其是金刚石的热导值为2000W/MK，这相当于高出铜的四倍，而且它还具有优良的硬度和绝缘性能，因此，是半导体元件散热器的理想物质，并用作电路基片的材料。而且，在很宽的波长范围内，金刚石具有优良的光传递性，因此它还是一种优良的光学材料。此外，由于金刚石的频带很宽（为5.45ev），而且是一种具有高的载体迁移率的半导体，所以当它用于高功效装置，例如高温晶体管，高速晶体管等便引人注目了。

对于人造金刚石或金刚石状的碳的汽相法来说，已提出并研究了这样的方法，例如化学汽相淀积法（CVD法）、离子电镀法，离子化汽相淀积法、溅射法等等。在它们当中，显示出批量生产最有可能性的是CVD法。根据反应气的激发方法，这种方法可分类为热丝极CVD法，微波等离子体CVD法，以及电子加速CVD法等等。

更确切地说，对具有高质量的汽相合成金刚石的方法而言，已经知道化学汽相淀积法（CVD法）例如热丝极法（S.Matsumoto    et    al，Japan，J.Appl.Phys，21（1981）L183），微波等离子体CVD法（M.Kamo    et    al.，J.Cryst，Growth.62（1983）642），电子加速CVD法（A.Sawbe    et    al.，Appl.Phys    Lett.46（1985）1467等等。

然而按照这些制备方法，金刚石膜的淀积率低至nμm/h或更低，而且尽管使用了廉价的装置和原料，由于生产率低，成本也较高，因此，从实用的角度看并不切实可行。还有，高频热等离子体 CVD法（Society    of    Applied    Physics，Spring    Season    Lecture    Mareh    1987）也有缺点，即在30μm或更高的膜厚下，表面被石墨化，所以，虽然可达到1μm/min的高的膜淀积速率，但可能制备厚膜。高频产生的热等离子体的速率很低，因此，必须将基片放在与热等离子体接触的地方，所以，基片表面的温度升高，因而可以制备厚膜。另外，由于形成了体积很大的热等离子体，所以热等离子体的流速很低，对水冷基片不能提供足够高的冷却速度，从而不可能得到一层均匀的金刚石膜。

因此，虽然已有多种淀积法可以利用，而且通过每一种所述方法都可实现淀积金刚石，但具有高质量的膜的淀积速率仅为1μ/h或更低，其质量只能根据喇曼光谱法测金刚石的波峰来测出。另外，就金刚石状的碳而言，淀积速度很低，仅约为10μm/h，这对批量生产来说的是个问题。

综上所述，需要开发出一种快速淀积膜的淀积法。

如上所述，就金刚石膜的淀积法来说，已提出并研究了不同的方法，但是却使在最佳的CVD法中，金刚石的淀积速率仅为1μm/h或更低，因此，开发快速淀积膜的CVD法必须有待于实现。

因此，本发明的目的是消除上述先有技术的缺点，提供一种用于在基片上汽相淀积金刚石并在比较高的膜淀积速率下具有足够的膜厚和良好的膜质量的方法及装置。

从下面的说明中可以看到本发明的其它目的和优点。

按照本发明，提供了一种汽相淀积金刚石的方法，该方法包括如下步骤：

在一个热等离子化学汽相淀积装置的阴阳极之间通入放电气体的同时进行电弧放电，

通过向生成的等离子流中通入气体使气态碳化合物自由基化，以及

使自由基化的等离子流碰撞待处理的基片，从而在基片上形成了一层金刚石膜。

按照本发明，还提供了一种金刚石的汽相淀积法，该方法包括如下步骤：

将一种含氢气体和一种气态碳化合物通入一个具有阳极和阴极的热等离子体发生装置中;

通过电极间的直流电弧放电使气体自由基化;