CN111101113A - 微波等离子体cvd装置及利用其合成金刚石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波等离子体CVD装置，其包括：等离子体腔、波导、激励探头、微波窗以及基片支持台。本发明提供的微波等离子体CVD装置通过设置可移动的部件，便于调节等离子体腔内的阻抗，来最大化地吸收微波，使产生的等离子体远离石英窗，同时通过改变基片支持台附近的等离子体的形状使得等离子体和基片支持台之间的接触最大化、改变等离子体的能量密度或在生长时维持沉积基片与等离子体的相对位置。
Description
技术领域
本发明涉及微波等离子体加工领域，特别是涉及微波等离子体CVD装置及利用其合成金刚石的方法。
背景技术
微波等离子体CVD装置是利用微波能实现化学气相沉积的一种工艺装置，具有产量大、质量高、成本低的优点。其原理是，微波在等离子体腔内形成共振，形成强的电磁场中心区域，使气体电离，形成等离子体，然后在沉积基片表面上形成固态物质沉积。
微波等离子体CVD(MPCVD)是生长高质量单晶金刚石(SCD)和聚晶金刚石(PCD)的方法之一。为了降低杂质并改善合成金刚石的结晶质量，重要的是在维持生长条件的同时，尽可能的延长连续沉积时间，使等离子体远离通常由石英制成的微波窗，以降低石英的腐蚀来避免释放杂质硅，并防止破坏石英窗。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够延长连续沉积时间，使等离子体远离微波窗的微波等离子体CVD装置。
本发明采用的技术方案为：
一种微波等离子体CVD装置，其包括：
等离子体腔，其包括侧壁、上短路板和下短路板；其中，所述上短路板设于所述侧壁的上部，其中央开设有用于导入微波的开口部；所述下短路板可移动地设于所述侧壁的下部；所述侧壁上开设有进气口；
波导，其用于将所述微波导入至所述开口部；
激励探头，其呈法兰状，包括纵向探头部和横向探头部，所述纵向探头部位于所述波导的中心且末端延伸至所述等离子体腔内，所述横向探头部呈环形且位于所述纵向探头部的末端；
微波窗，其用于将所述微波导入至所述等离子体腔内，并使所述等离子体腔保持预设定的真空度；
以及基片冷水台组，其包括外水冷套及可移动地设于所述外水冷套内的内水冷台，所述内水冷台上设有沉积基片；所述基片冷水台组的至少部分设于所述等离子体腔内，且与所述横向探头相对布设；
其中，所述外水冷套的上表面与下短路板之间的距离为L2；
所述内水冷台的台面与所述外水冷套的上表面之间的距离为L3；
通过轴向移动所述下短路板来调节L2，通过轴向移动所述内水冷台来调节L3。
在其中一个实施例中，所述侧壁包括圆柱形侧壁，所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述圆柱形侧壁的下部；
所述微波窗夹持在所述上短路板与所述横向探头之间；
所述上短路板与下短路板之间的距离为L1，通过轴向移动所述下短路板来调节L1。
在其中一个实施例中，所述侧壁包括圆柱形侧壁和法兰形侧壁，所述法兰形侧壁的法兰盘端伸入且可移动地设于所述圆柱形侧壁内；所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述法兰形侧壁内；
所述微波窗夹持在所述上短路板与所述横向探头之间；
所述外水冷套的上表面与所述法兰形侧壁的法兰盘端的端面之间的距离为L5，通过轴向移动所述法兰形侧壁来调节L5。
所述上短路板与下短路板之间的距离为L1，通过轴向移动所述下短路板来调节L1。
在其中一个实施例中，所述侧壁包括圆柱形侧壁、法兰形第一侧壁和法兰形第二侧壁，所述法兰形第一侧壁的法兰盘端伸入且设于所述圆柱形侧壁内；所述法兰形第二侧壁的法兰盘端伸入且可移动地设于所述法兰形第一侧壁内；
所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述法兰形第二侧壁内；
所述微波窗设于所述横向探头部和所述基片冷水台组之间；
所述外水冷套的上表面与所述法兰形第二侧壁的法兰盘端的端面之间的距离为L6，通过轴向移动所述法兰形第二侧壁来调节L6。
在其中一个实施例中，所述上短路板可移动地设于所述圆柱形侧壁的上部；或
所述激励探头可移动地设于所述波导内；
所述上短路板与所述横向探头部之间的距离为L7，通过轴向移动所述上短路板或激励探头来调节L7。
在其中一个实施例中，所述微波窗呈平板形，其设于所述法兰形第一侧壁的法兰盘端的端面上；或
所述微波窗呈半圆罩形，其设于所述法兰形第二侧壁的法兰盘端的端面上。
在其中一个实施例中，所述基片冷水台组的外水冷套可移动地设于所述等离子体腔内；
所述激励探头的底端与所述外水冷套的上表面之间的距离为L4；
通过轴向移动所述外水冷套来调节L4，也能够通过移动所述外水冷套来调节L2或L3。
在其中一个实施例中，所述内水冷台的台面的直径为80-300mm；所述内水冷台的台面比所述外水冷套的上表面高出-100～30mm。
在其中一个实施例中，所述内水冷台的台面低于所述外水冷套的上表面，所述内水冷台的台面比所述外水冷套的上表面低0～100mm。
本发明还提供了一种使用化学气相沉积工艺合成金刚石的方法，其包括以下步骤：
设置以上所述的微波等离子体CVD装置；
将第一原料气体通过所述进气口通入所述等离子体腔中；
利用所述波导和激励探头向等离子体腔内发射微波；以及
向所述等离子体腔中通入第二原料气体以在所述沉积基片上形成金刚石；
其中，当等离子体距离所述微波窗过近时，调节L1、L2、L4、L5或L6，以使等离子体远离所述微波窗；
当金刚石在所述沉积基片上连续生长到合适的厚度时，降低基片支持台或凹台以使生长的金刚石的上表面返回到合适的位置。
在其中一个实施例中，所述第一原料气体为氢气、氦气和氩气中的至少一种；所述第二原料气体为烃气或烃气与含氧气体、含氮气体、含硼气体、含磷气体中的至少一种的混合物。
与现有方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的微波等离子体CVD装置通过设置可移动的部件，使得L2、L3处于可调节状态，这样的设置便于调节等离子体腔内的阻抗，来最大化地吸收微波，使产生的等离子体远离石英窗，同时通过改变基片冷水台组附近的等离子体的形状使得等离子体和沉积基片之间的接触最大化、改变等离子体的能量密度或维持生长时沉积基片与等离子体的相对位置。
当通过进一步设置使得L4、L5或L6(特别是L5或L6)处于可调节状态时，可更好地实现等离子体远离石英窗，可有效避免等离子体腔长时间运作后窗口容易变黑，过热，从而导致微波传导到离子体效率下降和运作过程中离子体刻蚀窗口导致释放杂质硅影响金刚石生长质量的问题。
附图说明
图1为实施例1中的微波等离子体CVD装置的结构示意图；
图2为实施例2中的微波等离子体CVD装置的局部结构示意图；
图3为基片支持台的结构示意图；
图4为实施例3中的微波等离子体CVD装置的结构示意图之一；
图5为实施例3中的微波等离子体CVD装置的结构示意图之二；
其中，100、等离子体腔；101、侧壁；1011、圆柱形侧壁；1012、法兰形侧壁；102、上短路板；103、下短路板；104、开口部；105、进气口；1061、法兰管；1062、法兰盘端；111,112、螺纹杆；200、波导；300、激励探头；301、纵向探头部；302、横向探头部；400、微波窗、500、基片冷水台组；501、内水冷台；502、冷却管路；503、外水冷套。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
如图1所示，本发明一实施例的微波等离子体CVD装置，其包括等离子体腔100、波导200、激励探头300、微波窗400和基片冷水台组500。
请参见图1，等离子体腔100包括侧壁101、上短路板102和下短路板103；其中，上短路板102设于侧壁101的上部，其中央开设有用于导入微波的开口部104；下短路板103可移动地设于侧壁101的下部；侧壁101上开设有进气口105。其中，进气口104用于向等离子体腔100内导入原料气体；所述微波等离子体CVD装置还设有用于将等离子体腔100内的气体抽出的出气口(图中未示出)。
下短路板103可通过现有技术中任何合适的方法来移动其轴向位置，例如使用滑动的方式(如螺纹杆和齿轮组件的配合方式)。在一个实施例中，将螺纹杆112安装在下短路板103上，通过齿轮组件带动螺纹杆112上下运动，从而带动下短路板轴向升降运动。
导入微波的开口部104的形状在此不作限定，通常选用圆形或椭圆形。
波导200用于将所述微波导入至开口部104。在一个示例中，波导200为圆柱形波导，其设于圆形开口部104的正上方，波导200的底端与上短路板102连接。在一个示例中，波导200的底端与上短路板102的开口部104的边缘一体成型。对于波导，适合使用的金属如不锈钢、钼或铝，但为了减少微波的传输损耗，内表面优选镀有电阻率小的金属，如金、银或铜。微波的频段波长在此不作限定，只要它们具有能产生等离子体的波长。
激励探头300用于将微波导入等离子体腔100，其呈法兰状，包括纵向探头部301和横向探头部302，纵向探头部301位于波导200的中心且末端延伸至等离子体腔100内，横向探头部302呈环形且位于纵向探头部301的末端。纵向探头部301和横向探头部302具有不同的直径，横向探头部302的直径D5大于纵向探头部301的直径D4。在一个示例中，激励探头300为水冷式激励探头。
微波窗400用于将所述微波导入至等离子体腔100内，并使等离子体腔100保持预设定的真空度。微波窗400由诸如石英的微波可穿透的材料制成。
如图3所示，基片冷水台组500包括外水冷套503及可移动地设于外水冷套503内的内水冷台501，内水冷台501上设有沉积基片；基片冷水台组500的至少部分设于等离子体腔100内，且与横向探头302相对布设。基片冷水组500的下部穿过下短路板103的开口部伸出等离子体腔100。
将外水冷套503的上表面与下短路板103之间的距离定义为L2；将内水冷台501的台面与外水冷套503的上表面之间的距离定义为L3；通过轴向移动下短路板103可以用来调节L2，通过轴向移动内水冷台501来调节L3。
本实施例的微波等离子体CVD装置在操作时，微波被引入等离子体腔100中并在电磁能量足够大的地方形成等离子体。通过调节L2、L3能够改进与等离子体腔100匹配的阻抗，来最大化地吸收微波，使产生的等离子体远离石英窗，同时还可通过改变基片冷水台组附近的等离子体的形状使得等离子体和沉积基片之间的接触最大化、改变等离子体的能量密度或维持生长时沉积基片与等离子体的相对位置。若微波等离子体CVD装置的基片冷水台组没有能力调节L3，则当金刚石生长增厚后，金刚石表面由于过于深入等离子体而离开最佳生长环境，此时必须停下运作，更换基片台，重新生长，而停下系统可能存在以下问题1)容易引入污染，影响质量；2)开始生长和暂停的过程环境有别于正常生长过程，影响金刚石晶体品质连续性。而本实施例中的微波等离子体CVD装置可有效避免此问题。
在本实施例中，侧壁101包括圆柱形侧壁1011和法兰形侧壁1012，法兰形侧壁1012的法兰盘端1062伸入且可移动地设于圆柱形侧壁1011内，圆柱形侧壁1011的内径D1大于法兰形侧壁1012的内径D2；上短路板102设于圆柱形侧壁1011的上部，下短路板103可移动地设于法兰形侧壁的法兰管1061内；微波窗400夹持在上短路板102与横向探头302之间。
外水冷套503的上表面与法兰形侧壁的法兰盘端1062的端面之间的距离为L5，通过轴向移动法兰形侧壁1012来调节L5。
申请人通过大量的试验，发现对于等离子体远离微波窗，防止长时间生长金刚石时微波窗易被蚀刻变黑，L5是个非常关键的调节参数；通过调节L5可更好地实现等离子体远离石英窗，可有效避免等离子体腔长时间运作后窗口容易变黑，过热，从而导致微波传导到离子体效率下降和运作过程中离子体刻蚀窗口导致释放杂质硅影响金刚石生长质量的问题。本实施例的微波等离子体CVD装置可实现L5的调节，因而可有效解决以上问题。
上短路板102与下短路板103之间的距离为L1，通过轴向移动下短路板103来调节L1。在一个优选的示例中，上短路板102可移动地设于侧壁101的上部，这样也可通过移动上短路板102来调节L1。
在本实施例中，基片冷水台组的外水冷套503可移动地设于等离子体腔100内。将激励探头300的底端与外水冷套503的上表面之间的距离定义为L4，则通过外水冷套503可用来调节L4。当然也可通过移动所述外水冷套来调节L2或L3。
微波等离子体CVD装置在操作时，等离子体被期望定位并遍布在沉积基片上，通过调节L1、L2、L4、L5能够改变等离子的形状，以更好地覆盖沉积基片。
优选地，内水冷台501的台面的直径为80-300mm；所述内水冷台的台面比外水冷套503的上表面高出-100～30mm。其中，0～30mm的范围代表内水冷台的台面高于外水冷套的上表面的情况，也即内水冷台的台面比外水冷套的上表面高0～30mm；-100～0mm的范围代表内水冷台的台面低于外水冷套的上表面的情况，也即内水冷台的台面比外水冷套的上表面低0～100mm。内水冷台501的台面的直径会影响等离子体的形状和能量密度，当内水冷台501的台面的直径为80-300mm时，同功率输入下基片表面功率密度和离子覆盖面积更佳；当内水冷台的直径过小时，会影响产量；直径过大时，等离子体不能平均覆盖于基片表面。
进一步地，内水冷台501的台面低于外水冷套503的上表面，内水冷台501的台面比外水冷套503的上表面低0～100mm。
可选地，上短路板102可移动地设于侧壁101的上部；激励探头300可移动地设于波导200中；通过选择地移动上短路板102、下短路板103、激励探头300、内水冷台501、外水冷套503、法兰形侧壁1012中的一个或两个来调整L1、L2、L3、L4或L5。例如L1可通过垂直地移动上短路板102和下短路板103来调整；L2可通过垂直地移动下短路板103和外水冷套503来调整；L3可通过轴向地移动内水冷台501来调整；L4可通过轴向地移动激励探头300或外水冷套503来调整；L5可通过轴向地移动外水冷套503或法兰形侧壁1012来调整。
优选地，L2为100～200mm，L3为30～-100mm；更优选地，L1为200～400mm，L4为10～100mm，L5为-30～30mm；将装置中的各部件之间的距离的初始值设置在以上范围内时，可使得等离子体腔100匹配的阻抗比较低，可以有效产生离子体在基片附近。
上短路板102可通过现有技术中任何合适的方法来移动其轴向位置，例如使用滑动的方式(如螺纹杆和齿轮组件的配合方式)。如图1所示，在一个示例中，将螺纹杆111安装在上短路板102上，通过齿轮组件带动螺纹杆111上下运动，从而带动上短路板轴向升降运动。进一步地，上导电短102与波导200、激励探头300固定连接在一起，通过螺纹杆111的上下运动，可带动上导电短102和激励探头300的轴向升降运动。
本实施例中，所述基片冷水台组内设有冷却管路502。冷却管路502内流动冷却介质，可选择水作为冷却介质，还可通过泵体实现其循环冷却。
在本实施例中，微波等离子体CVD装置还包括气体流动系统，其用于将原料气体输送至所述等离子体腔内，并将气体从所述等离子体腔内移除。
实施例2
如图2所示，本发明另一实施例的微波等离子体CVD装置，其与实施例1的不同之处在于：侧壁101包括圆柱形侧壁1011，上短路板102设于圆柱形侧壁1011的上部，下短路板103可移动地设于圆柱形侧壁1011的下部；其余同实施例1。
实施例3
如图4和图5所示，本发明一实施例的微波等离子体CVD装置，其包括等离子体腔100、波导200、激励探头300、微波窗400和基片冷水台组500。
离子体腔100包括侧壁101、上短路板102和下短路板103；其中，上短路板102设于侧壁101的上部，其中央开设有用于导入微波的开口部104；下短路板103可移动地设于侧壁101的下部；侧壁101上开设有进气口105。其中，进气口104用于向等离子体腔100内导入原料气体；所述微波等离子体CVD装置还设有用于将等离子体腔100内的气体抽出的出气口(图中未示出)。
激励探头300用于将微波导入等离子体腔100，其呈法兰状，包括纵向探头部301和横向探头部302，纵向探头部301位于波导200的中心且末端延伸至等离子体腔100内，横向探头部302呈环形且位于纵向探头部301的末端。纵向探头部301和横向探头部302具有不同的直径，横向探头部302的直径大于纵向探头部301。在一个示例中，激励探头300为水冷式激励探头。
微波窗400用于将所述微波导入至等离子体腔100内，并使等离子体腔100保持预设定的真空度。微波窗400由诸如石英的微波可穿透的材料制成。
如图3所示，基片冷水台组500包括外水冷套503及可移动地设于外水冷套503内的内水冷台501，内水冷台501上设有沉积基片；基片冷水台组500的至少部分设于等离子体腔100内，且与横向探头302相对布设。基片冷水组500的下部穿过下短路板103的开口部伸出等离子体腔100。
外水冷套503的上表面与下短路板103之间的距离定义为L2；内水冷台501的台面与外水冷套503的上表面之间的距离为L3；通过轴向移动下短路板103可以用来调节L2，通过轴向移动内水冷台501来调节L3。
本实施例的微波等离子体CVD装置在操作时，微波被引入等离子体腔100中并在电磁能量足够大的地方形成等离子体。通过调节L2、L3能够改进与等离子体腔100匹配的阻抗，来最大化地吸收微波，使产生的等离子体远离石英窗，同时还可通过改变基片冷水台组附近的等离子体的形状使得等离子体和沉积基片之间的接触最大化、改变等离子体的能量密度或维持生长时沉积基片与等离子体的相对位置。若微波等离子体CVD装置的基片冷水台组没有能力调节L3，则当金刚石生长增厚后，金刚石表面由于过于深入等离子体而离开最佳生长环境，此时必须停下运作，更换基片台，重新生长，而停下系统可能存在以下问题1)容易引入污染，影响质量；2)开始生长和暂停的过程环境有别于正常生长过程，影响金刚石晶体品质连续性。而本实施例中的微波等离子体CVD装置可有效避免此问题。
在本实施例中，基片冷水台组的外水冷套503可移动地设于等离子体腔100内。将激励探头300的底端与外水冷套503的上表面之间的距离定义为L4，则通过外水冷套503可用来调节L4。当然也可通过移动所述外水冷套来调节L2或L3。
优选地，内水冷台501的台面的直径为80-300mm；所述内水冷台的台面比外水冷套503的上表面高出-100～30mm。其中，0～30mm的范围代表内水冷台的台面高于外水冷套的上表面的情况，也即内水冷台的台面比外水冷套的上表面高0～30mm；-100～0mm的范围代表内水冷台的台面低于外水冷套的上表面的情况，也即内水冷台的台面比外水冷套的上表面低0～100mm。内水冷台501的台面的直径会影响等离子体的形状和能量密度，当内水冷台501的台面的直径为80-300mm时，同功率输入下基片表面功率密度和离子覆盖面积更佳；当内水冷台的直径过小时，会影响产量；直径过大时，离子覆盖面积过大，等离子体不能平均覆盖于基片表面。
进一步地，内水冷台501的台面低于外水冷套503的上表面，内水冷台501的台面与外水冷套503的上表面的距离为0～100mm。
本实施例中，所述基片冷水台组内设有冷却管路502。冷却管路502内流动冷却介质，可选择水作为冷却介质，还可通过泵体实现其循环冷却。
在本实施例中，微波等离子体CVD装置还包括气体流动系统，其用于将原料气体输送至所述等离子体腔内，并将气体从所述等离子体腔内移除。
以上同实施例1和实施例2，本实施例与实施例1和实施例2不同的是：
在本实施例中，侧壁101包括圆柱形侧壁1011、法兰形第一侧壁1013和法兰形第二侧壁1014，法兰形第一侧壁1013的法兰盘端伸入且设于圆柱形侧壁1011内；法兰形第二侧壁1014的法兰盘端伸入且可移动地设于法兰形第一侧壁1013内；
上短路板102设于圆柱形侧壁1011的上部，下短路板103可移动地设于法兰形第二侧壁1014内；
微波窗400设于横向探头部302和基片冷水台组500之间；
外水冷套503与法兰形第二侧壁1014的法兰盘端的端面之间的距离为L6，通过轴向移动法兰形第二侧壁1014可用来调节L6。
同L5类似，L6也是个非常关键的调节参数；同样地，通过调节L6可更好地实现等离子体远离石英窗，可有效避免等离子体腔长时间运作后窗口容易变黑，过热，从而导致微波传导到离子体效率下降和运作过程中离子体刻蚀窗口导致释放杂质硅影响金刚石生长质量的问题。本实施例的微波等离子体CVD装置可实现L6的调节，因而可有效解决以上问题。
在本实施例中，圆柱形侧壁1011的内径D1、法兰形第一侧壁1013的内径D2和法兰形第二侧壁1014的内径D3逐渐减小；由于法兰形第二侧壁的内径比法兰形第一侧壁更小，更接近等离子体，其能更有效改变离子体附近的共振模式，而等离子体产生于共振模式中能量密度高的地方。优选地，圆柱形侧壁1011的内径D1为400-800mm，法兰形第一侧壁的内径D2为300-700mm，法兰形第二侧壁的内径D3为100-600mm。
可选地，上短路板102可移动地设于圆柱形侧壁1011的上部；或激励探头300可移动地设于波导200内；将上短路板102与横向探头部302之间的距离定义为L7，通过轴向移动上短路板102或激励探头300来调节L7。
优选地，L2为100～200mm，L3为-100～30mm；更优选地，L4为300～600mm，L6为-30～30mm，L7为30mm～100mm；将装置中的各部件之间的距离的初始值设置在以上范围内时，可使得等离子体腔100匹配的阻抗比较低，可以有效产生离子体在基片附近。
可选地，如图4所示，微波窗400呈平板形，其设于法兰形第一侧壁1013的法兰盘端的端面上。
可选地，如图5所示，微波窗400呈半圆罩形，其设于法兰形第二侧壁1014的法兰盘端的端面上。
相对于半圆罩形微波窗，平板形微波窗与等离子体的接触窗口面积更小。
可选地，通过选择地移动上短路板102、下短路板103、激励探头300、内水冷台501、外水冷套503中的一个或两个来调整L2、L3、L4、L6或L7。例如L2可通过轴向移动下短路板103和外水冷套503来调整；L3可通过轴向地移动内水冷台501来调整；L4可通过轴向地移动激励探头300或外水冷套503来调整；L6可通过轴向移动外水冷套503或法兰形第二侧壁1014来调整；L7可通过轴向移动上短路板102或激励探头300来调整。
实施例4
本实施例提供了使用化学气相沉积工艺合成金刚石的方法，其包括以下步骤：
设置实施例1、2或3所述的微波等离子体CVD装置；
将第一原料气体通过所述进气口通入所述等离子体腔中；
利用所述波导和激励探头向等离子体腔内发射微波；以及
向所述等离子体腔中通入第二原料气体以在所述沉积基片上形成金刚石；
其中，当等离子体距离所述微波窗过近时，调节L1、L2、L4、L5或L6，以使等离子体远离所述微波窗；
当金刚石在所述沉积基片上连续生长到合适的厚度时，降低基片支持台或凹台以使生长的金刚石的上表面返回到合适的位置。
其中，所述第一原料气体为氢气、氦气和氩气中的至少一种；所述第二原料气体为烃气或烃气与含氧气体(如O2、CO、CO2)、含氮气体(如N2、NH3、NO、NO2)、含硼气体(BF3、BCl3、B2H6、C6H15B、C3H9B)、含磷气体(如P4、PF3、PF5、PH3)中的至少一种的混合物。
在该方法中，适当导入一些掺杂气体含有比如含硼气体、含磷气体等可改变沉积基片表面上沉积的金刚石的性能参数。
在一个示例中，“过近”是指等离子体距离微波窗0.01～30mm。
在一个示例中，“合适的厚度”是指金刚石在所述沉积基片上连续生长到0.01mm～9mm厚，优选为0.01mm～4mm厚；当金刚石过厚时，金刚石表面的环境跟初始时相差较大，会影响其进一步生长。由于金刚石在沉积基片表面生长厚度可能不一，当金刚石的厚度在“0.01mm～9mm”范围内时，均可在此处理解为合适的厚度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种微波等离子体CVD装置，其特征在于：包括：
等离子体腔，其包括侧壁、上短路板和下短路板；其中，所述上短路板设于所述侧壁的上部，其中央开设有用于导入微波的开口部；所述下短路板可移动地设于所述侧壁的下部；所述侧壁上开设有进气口；
波导，其用于将所述微波导入至所述开口部；
激励探头，其呈法兰状，包括纵向探头部和横向探头部，所述纵向探头部位于所述波导的中心且末端延伸至所述等离子体腔内，所述横向探头部呈环形且位于所述纵向探头部的末端；
微波窗，其用于将所述微波导入至所述等离子体腔内，并使所述等离子体腔保持预设定的真空度；
以及基片冷水台组，其包括外水冷套及可移动地设于所述外水冷套内的内水冷台，所述内水冷台上设有沉积基片；所述基片冷水台组的至少部分设于所述等离子体腔内，且与所述横向探头相对布设；
其中，所述外水冷套的上表面与下短路板之间的距离为L2；
所述内水冷台的台面与所述外水冷套的上表面之间的距离为L3；
通过轴向移动所述下短路板来调节L2，通过轴向移动所述内水冷台来调节L3。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：所述侧壁包括圆柱形侧壁，所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述圆柱形侧壁的下部；
所述微波窗夹持在所述上短路板与所述横向探头之间；
所述上短路板与下短路板之间的距离为L1，通过轴向移动所述下短路板来调节L1。
3.根据权利要求1所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：所述侧壁包括圆柱形侧壁和法兰形侧壁，所述法兰形侧壁的法兰盘端伸入且可移动地设于所述圆柱形侧壁内；所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述法兰形侧壁内；
所述微波窗夹持在所述上短路板与所述横向探头之间；
所述外水冷套的上表面与所述法兰形侧壁的法兰盘端的端面之间的距离为L5，通过轴向移动所述法兰形侧壁来调节L5；
所述上短路板与下短路板之间的距离为L1，通过轴向移动所述下短路板来调节L1。
4.根据权利要求1所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：所述侧壁包括圆柱形侧壁、法兰形第一侧壁和法兰形第二侧壁，所述法兰形第一侧壁的法兰盘端伸入且设于所述圆柱形侧壁内；所述法兰形第二侧壁的法兰盘端伸入且可移动地设于所述法兰形第一侧壁内；
所述上短路板设于所述圆柱形侧壁的上部，所述下短路板可移动地设于所述法兰形第二侧壁内；
所述微波窗设于所述横向探头部和所述基片冷水台组之间；
所述外水冷套的上表面与所述法兰形第二侧壁的法兰盘端的端面之间的距离为L6，通过轴向移动所述法兰形第二侧壁来调节L6。
5.根据权利要求4所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：
所述上短路板可移动地设于所述圆柱形侧壁的上部；或
所述激励探头可移动地设于所述波导内；
所述上短路板与所述横向探头部之间的距离为L7，通过轴向移动所述上短路板或激励探头来调节L7。
6.根据权利要求4所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：所述微波窗呈平板形，其设于所述法兰形第一侧壁的法兰盘端的端面上；或
所述微波窗呈半圆罩形，其设于所述法兰形第二侧壁的法兰盘端的端面上。
7.根据权利要求1所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：
所述基片冷水台组的外水冷套可移动地设于所述等离子体腔内；
所述激励探头的底端与所述外水冷套的上表面之间的距离为L4；
通过轴向移动所述外水冷套来调节L4，也能够通过移动所述外水冷套来调节L2或L3。
8.根据权利要求1所述的微波等离子体CVD装置，其特征在于：所述内水冷台的台面的直径为80-300mm；
所述内水冷台的台面比所述外水冷套的上表面高出-100～30mm。
9.一种使用化学气相沉积工艺合成金刚石的方法，其特征在于：包括以下步骤：
设置根据权利要求1～8中任一项所述的微波等离子体CVD装置；
将第一原料气体通过所述进气口通入所述等离子体腔中；
利用所述波导和激励探头向等离子体腔内发射微波；以及
向所述等离子体腔中通入第二原料气体以在所述沉积基片上形成金刚石；
其中，当等离子体距离所述微波窗过近时，调节L1、L2、L4、L5或L6，以使等离子体远离所述微波窗；
当金刚石在所述沉积基片上连续生长到合适的厚度时，降低内水冷台以使生长的金刚石的上表面返回到合适的位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第一原料气体为氢气、氦气和氩气中的至少一种；所述第二原料气体为烃气或烃气与含氧气体、含氮气体、含硼气体、含磷气体中的至少一种的混合物。
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