C - Chemistry – Metallurgy – 23 – C
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
23
C
C23C 16/26 (2006.01) C23C 16/02 (2006.01) C23C 16/27 (2006.01) C30B 25/02 (2006.01) H01J 37/32 (2006.01)
Patent
CA 2294715
A method and apparatus for nucleation and growth of diamond by hot-filament DC plasma deposition. The apparatus uses a resistively heated filament array for dissociating hydrogen in the reactant gas. For two sided diamond growth, configurations of substrate-hot filament-grid-hot filament-substrate or substrate-hot filament-hot filament-substrate configuration are used. For the latter configuration, two independent arrays of filaments serve as both hot filament and grid, and AC or DC plasma is maintained between the filament arrays. For this and the other electrode configurations, the grid electrode is positively biased with respect to the hot filaments to maintain a plasma. The plasma potential gradient across the grid and the hot-filament draws ions from the plasma towards the filaments. To further increase deposition rates, the filament array is biased negatively with respect to the substrate holder so that a DC plasma is also maintained between the substrate and filament array. During nucleation, the filament adjacent to the substrate holder is biased positively relative to the substrate so that more ions are accelerated towards the substrate, which in turn enhances the flow of growth precursors towards the substrate resulting in a high diamond nucleation density on the substrate without the need for scratching or diamond-seeding pretreatment. This nucleation method simplifies the growth process and provides a convenient and economical means for heteroepitaxial growth of diamond nuclei on single crystal substrates like Si (100).
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour nucléation et croissance de diamant par dépôt de plasma courant continu à filament chaud. L'appareil utilise un ensemble de filaments chauffés par une résistante de façon à dissocier l'hydrogène dans le gaz réactif. Pour la croissance d'un diamant bilatéral, on utilise des configurations substrat - filament chaud - grille - filament chaud - substrat ou substrat - filament chaud - filament chaud -substrat. Dans cette dernière configuration, deux réseaux de filaments indépendants, d'une part servent de filament chaud et de grille,et d'autre part un plasma courant continu est entretenu entre les réseaux de filaments. Pour l'une ou l'autre des configurations d'électrode, l'électrode grille positivement est polarisée par rapport aux filaments chauds pour entretenir un plasma. Le gradient potentiel de plasma entre la grille et le filament chaud attire des ions du plasma vers les filaments. Pour augmenter encore plus les vitesses de dépôt, le réseau de filaments est négativement polarisé par rapport au porte substrat de sorte qu'un plasma courant continu est également entretenu entre le substrat et le réseau de filaments. Pendant la nucléation, le filament adjacent au porte substrat est positivement polarisé par rapport au substrat de manière à accélérer les ions vers le substrat. Il en résulte une amélioration du flux de précurseurs de croissance vers le substrat, ce qui produit une densité élevée de nucléation de diamant sans qu'il y ait besoin d'un traitement préalable de grattage ou d'ensemencement de diamant. Ce procédé de nucléation simplifie le processus de croissance et constitue une façon commode et économique pour une croissance hétéroépitaxiale de nucléi de diamant sur des substrats monocristallins tels qu'un silicium (100).
Lau Leo W. M.
Sun Biwu
Cvd Diamond Corporation
Hill & Schumacher
LandOfFree
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