CN113832540B - 一种用于金刚石生长的沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于金刚石生长的沉积装置，包括：支撑台、升降台和钼托，支撑台的中间形成有中空部；钼托包括基体和设置在基体中间的屏蔽部，基体设置在支撑台上，屏蔽部上形成有多个间隔设置的屏蔽孔；升降台可升降地设置在中空部中，升降台的上方形成有多个与屏蔽孔相适配的支撑柱，支撑柱的顶部用于放置金刚石籽晶；其中，在金刚石的生长过程中，通过调节升降台的高度，使得金刚石的上表面和钼托的相对位置保持不变，并且每个支撑柱保持插入在对应的屏蔽孔中的状态。本发明既能避免升降台调节对腔体内电场分布、各类粒子分布、温度等参数造成影响，还能很好地防止金刚石籽晶的漂移。

Description

一种用于金刚石生长的沉积装置

技术领域

本发明涉及金刚石籽晶合成技术领域，具体涉及一种用于金刚石生长的沉 积装置。

背景技术

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术，以其产品质量高、可控性 强、无污染等诸多优势越来越受到行业的重视。常规MPCVD设备的结构如图 1所示，微波通过微波入口101经由同轴传输段102和同轴天线103传入上腔体104内，在钼托105上方激发产生等离子体。钼托105和支撑台106固定不 动，升降台107可上下活动，升降台107上方用于放置籽晶或钼片进行金刚石 的生长。钼托、支撑台、升降台设置在下腔体108中，上腔体为常压区，下腔 体为真空区，两者之间通过石英玻璃109隔离。

然而，现有的钼托中心是完全掏空的结构，如图2所示。钼托掏空区域的 半径与升降台的半径相当(通常情况下钼托内部掏空半径比升降台半径大 0.1mm，在防止微波泄露的同时尽量减小相互之间的摩擦)，升降台升降时完 全穿过钼托内部。随着金刚石生长厚度的增加，通过向下调节升降台的方式， 保持金刚石上表面与钼托的相对位置不变，以保持金刚石上表面的温度的离子 密度分布不变。但实际情况下，由于升降台的尺寸较大(2450MHz的MPCVD 设备其尺寸通常大于5cm)，当升降台降低时，虽然金刚石上表面与钼托上沿 保持水平，但微波可以透过金刚石，因此，此时微波依然能够进入钼托上沿 以下的区域(图3所示)，从而影响整个腔体内的电场分布，进而对金刚石上表面的温度和粒子密度产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于金刚石生长的沉积装置，以至少解 决上述技术问题之一。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种用于金刚石生长的沉积装置，包括：支撑台、升降 台和钼托，所述支撑台的中间形成有中空部；所述钼托包括基体和设置在基体 中间的屏蔽部，所述基体设置在所述支撑台上，所述屏蔽部上形成有多个间隔 设置的屏蔽孔；所述升降台可升降地设置在所述中空部中，所述升降台的上方 形成有多个与所述屏蔽孔相适配的支撑柱，所述支撑柱的顶部用于放置金刚石籽晶；其中，在所述金刚石的生长过程中，通过调节所述升降台的高度，使得 所述金刚石的上表面和所述钼托的相对位置保持不变，并且每个支撑柱保持插 入在对应的屏蔽孔中的状态。

本发明实施例提供的用于金刚石生长的沉积装置，由于钼托和升降台上形 成有相互交合的屏蔽结构，既能随着金刚石生长厚度的增加对升降台进行调 节，又避免了升降台调节对腔体内电场分布、各类粒子分布、温度等参数造成 影响。与此同时，该装置还能很好地防止金刚石籽晶的漂移。

附图说明

图1为现有的MPCVD设备的结构示意图；

图2为现有的钼托结构示意图；

图3为现有的MPCVD设备在升降台降低之后形成的微波谐振区域示意 图；

图4为本发明实施例提供的沉积装置的结构示意图；

图5A和图5B为本发明一实施例提供的钼托结构示意图；

图6A和图6B为本发明另一实施例提供的钼托结构示意图；

图7A和图7B为本发明另一实施例提供的钼托结构示意图；

图8为本发明实施例提供的升降台的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图4为本发明实施例提供的沉积装置的结构示意图；图5A和图5B为本 发明一实施例提供的钼托结构示意图；图6A和图6B为本发明另一实施例提 供的钼托结构示意图；图7A和图7B为本发明另一实施例提供的钼托结构示 意图；图8为本发明实施例提供的升降台的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例提供一种用于金刚石生长的沉积装置，包括： 支撑台1、升降台2和钼托3。

在实际应用中，本发明实施例提供的沉积装置用于放置在现有的如图1所 示的MPCVD设备的腔体内，用于支撑金刚石并使其均匀生长。支撑台1固定 在真空区，支撑台1可为柱状结构，其中间沿轴向方向上形成有中空部11， 如图4所示。

继续参考图4并参考图5A至图8，本发明实施例提供的钼托3可包括基 体31和设置在基体中间的屏蔽部32，所述基体31设置在所述支撑台1上，所 述屏蔽部32上形成有多个间隔设置的屏蔽孔33。所述升降台2可升降地设置 在所述中空部11中，所述升降台2的上方形成有多个与所述屏蔽孔33相适配 的支撑柱21，所述支撑柱21的顶部用于放置金刚石籽晶(未图示)。其中， 在所述金刚石的生长过程中，通过调节所述升降台2的高度，使得所述金刚石 的上表面和所述钼托的相对位置保持不变，并且每个支撑柱保持插入在对应的 屏蔽孔中的状态。

由于钼托上形成有多个屏蔽孔，这样，在金刚石的生成过程中，在保持金 刚石与钼托相对位置不变的同时，避免了升降台移动对整个腔体内电场分布造 成影响。在金刚石的生长过程中，其生长环境(粒子密度和温度)始终保持不变，增强了生长条件的一致性，确保了金刚石生长的品质。

具体地，在本发明实施例中，屏蔽孔33用于屏蔽金刚石生长过程中施加 的电磁波，防止防止升降台下降对腔体内电场分布产生影响，进而避免了生长 过程中金刚石上表面的温度和离子密度发生变化，影响金刚石的品质。屏蔽孔 33的尺寸可根据实际需要设置。本申请的发明人经研究发现，当屏蔽孔的尺 寸远远小于电磁波的波长时，电磁波在屏蔽孔内将迅速衰减，不会在屏蔽孔内继续传播，电磁波的屏蔽效果与屏蔽孔的最大直径反相关。因此，不管升降台 降低多少，电磁波在腔体内的分布状态将不会发生变化，所产生的各种粒子密 度和温度也能保持稳定(现有方案中，整个升降台可以看成一个较大的孔，但由于其尺寸太大，无法阻止微波进入其中)。此外，发明人进一步研究发现， 只要在屏蔽部上设置有屏蔽孔而不是整体掏空的结构，均能起到屏蔽电磁波的 作用。为屏蔽掉尽可能多的电磁波，在一个示意性实施例中，所述屏蔽孔的最 大尺寸被设置为至少小于金刚石生长过程中施加的电磁波的波长的四分之一。优选，所述屏蔽孔的最大尺寸被设置为等于电磁波的波长的八分之一，这样， 能够至少屏蔽掉99％以上的电磁波。屏蔽孔的形状可根据实际需要进行设置，例如可为圆形、正方形、菱形等。优选，多个屏蔽孔可形成为相互交织的阵列 结构，便于屏蔽孔的加工处理。

本发明实施例的钼托结构可根据实际情况进行设置，可设置成任何适合金 刚石生长的结构。

在一个示意性实施例中，如图5A和5B所示，本发明一实施例提供的钼 托结构，屏蔽部32的上表面低于所述基体31的上表面。具体地，基体31包 括环形的底部310和沿底部倾斜向上形成的突出部311，即突出部311的截面 为梯形，突出部中间形成为中空结构，多个屏蔽孔沿底部的轴向方向间隔形成 但不延伸至突出部，即屏蔽部32的上表面和基体31的上表面之间相差突出部 的高度。在该实施例中，由于屏蔽部32的上表面低于所述基体31的上表面， 这样，由于籽晶位于阵列结构之上，其下表面低于钼托，这种结构对金刚石有一定的限制作用，能够防止生长过程中籽晶的漂移。

在另一个示意性实施例中，如图6A和图6B所示，本发明另一实施例提 供一种钼托结构，该实施例的钼托结构与前述实施例基本相同，不同之处在于 突出部311的外边缘垂直于底部，因此，相比于前述实施例，得到的金刚石形 态和密度会不同。

在另一个示意性实施例中，如图7A和7B所示，本发明另一实施例还提 供一种钼托结构，该实施例的钼托结构与前述实施例基本相同，不同之处在于， 屏蔽部的上表面和基体的上表面处于同一平面上，因而可适用于不同的增长工 艺。

进一步地，在本发明实施例中，支撑柱21的外周尺寸被设置为能够在屏 蔽孔中自由活动。所述支撑柱的高度被设置为大于等于金刚石的生长厚度即与 屏蔽孔的厚度。优选，等于金刚石的生长厚度，以便能够方便准确的控制升降 台的位置。此外，所述支撑柱上还设置有支撑垫(未图示)，所述金刚石籽晶 放置在所述支撑垫上。优选，所述支撑垫可为隔热垫，以便在金刚石的生长过程中，保持腔体内的温度场不变。

在实际应用中，先将升降台的支撑柱插入屏蔽孔中，然后在支撑柱上放置 金刚石籽晶，然后开始增长工艺。当金刚石籽晶每生长预定高度时，控制升降 台下降同样的距离，以保持金刚石生长面即上表面与钼托的相对位置不变。在 图5A至图6B示出的钼托结构中，在金刚石生长过程中，通过控制升降台下 降，保持金刚石生长面与屏蔽部的上表面的相对位置不变；在图7A和图7B 示出的钼托结构中，在金刚石生长过程中，通过控制升降台下降，保持金刚石生长面与基体的上表面的相对位置不变。预定高度可根据实际情况进行设置，例如，可为0.01mm～0.5mm等。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方 案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对 本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术 领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载 的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施 例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，包括：支撑台、升降台和钼托，所述支撑台的中间形成有中空部；所述钼托包括基体和设置在基体中间的屏蔽部，所述基体设置在所述支撑台上，所述屏蔽部上形成有多个间隔设置的屏蔽孔，所述屏蔽孔用于屏蔽金刚石生长过程中施加的电磁波；所述升降台可升降地设置在所述中空部中，所述升降台的上方形成有多个与所述屏蔽孔相适配的支撑柱，所述支撑柱的顶部用于放置金刚石籽晶；其中，在所述金刚石的生长过程中，通过调节所述升降台的高度，使得所述金刚石的上表面和所述钼托的相对位置保持不变，并且每个支撑柱保持插入在对应的屏蔽孔中的状态；

所述屏蔽孔的最大尺寸被设置为至少小于金刚石生长过程中施加的电磁波的波长的四分之一；

所述屏蔽部的上表面低于所述基体的上表面。

2.根据权利要求1所述的用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，所述屏蔽孔的最大尺寸被设置为等于电磁波的波长的八分之一。

3.根据权利要求1所述的用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，所述多个屏蔽孔形成为阵列结构。

4.根据权利要求1所述的用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，所述支撑柱的高度被设置为大于等于金刚石的生长厚度。

5.根据权利要求1所述的用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，所述支撑柱上还设置有支撑垫，所述金刚石籽晶放置在所述支撑垫上。

6.根据权利要求5所述的用于金刚石生长的沉积装置，其特征在于，所述支撑垫为隔热垫。