CN212640659U - 一种单晶金刚石外延的晶种托 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单晶金刚石外延的晶种托，用于提高微波等离子体化学气相沉积方法外延生长单晶金刚石的工艺控制精度和生长质量，单晶金刚石不同晶面的生长优先级受生长温度影响，实现0.5摄氏度的温控精度，控温范围达200摄氏度。晶种托整体为圆盘状，上表面中部有方形槽，方形槽用于放置晶种，上表面外部有环形槽，环形槽用于放置等离子体约束罩，晶种托下表面有开口朝下的控温槽，所述控温槽形状为圆柱形，所述控温槽可与导热杆相接，所述导热杆内有冷却水路，且导热杆下部连接升降轴，可用于调节与控温槽的接触面积。本实用新型能够在保证生长环境压强和气体比例等相匹配的情况下，依据工艺需求调节温度和功率。

Description

一种单晶金刚石外延的晶种托

技术领域

本实用新型涉及一种单晶金刚石外延的晶种托，属于真空微电子技术领域，单晶金刚石制备装置。

背景技术

单晶金刚石的制备技术逐渐成熟，特别是微波CVD法获得的金刚石，品质和性能均匀性都有较大的提升。但生长过程中晶片边缘的多晶生长给生长效率和生长过程都带来了诸多的不便。

当前生长工艺采用的晶种托多为简单的钼圆盘，这种晶种托无法实现等离子体的约束和边缘多晶生长的抑制，也无法实现传热量的控制。因此，这些晶种托对在微波CVD法制备单晶金刚石工艺摸索上有诸多限制。

本实用新型公开的装置可以在不改变压强、气体比例和微波功率的前提下，控制工艺温度，通过控温抑制了非生长面方向的生长速率，抑制了边缘多晶的产生，能够为高效生长，更细致的工艺改进提供基础。

实用新型内容

本实用新型技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种单晶金刚石外延的晶种托，所述晶种托能够通过等离子体约束罩来控制等离子体球的能量，使等离子体高效作用在晶种上方；晶种槽能通过控制不同晶面的生长效率来抑制晶种边缘多晶的产生；另外，晶种槽底部的导热结构能够精确控制散热面积，从而实现生长工艺的精确调控。

本实用新型技术解决方案：一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述晶种托的整体为圆盘状，上表面中部有圆形台；所述圆形台中部开有方形槽，所述方形槽用于放置晶种；所述圆形台外有环形台；所述环形台用于放置等离子体约束罩；约束罩由耐高温无机材料构成，所述无机材料为绝缘材料，在等离子体产生时将等离子体球约束到中间圆形范围内，所述晶种托下表面有开口朝下的控温槽，控温槽内部有圆柱形孔；所述控温槽与导热杆相接，所述导热杆内有冷却水路，所述导热杆上部有圆柱形导热柱，所述导热柱与控温槽内部圆柱形孔匹配，导热杆下部连接升降轴，用于调节导热杆与控温槽的接触面积。晶种托放置于微波等离子个体设备的基座上。

可选地，所述圆形台的上表面为抛光面，作为工作面，半径为5厘米。

可选地，所述方形槽深度范围为1.0～5.0毫米。

可选地，所环形台的高度低于圆形台高度2毫米。

可选地，所述等离子体约束罩厚度为2毫米，且上表面为抛光面。

可选地，所述等离子体约束罩由耐高温无机材料构成，所述耐高温无机材料为绝缘材料，承受温度不低于2400摄氏度。

可选地，所述控温槽的形状为圆柱形，圆柱形的半径为3～4厘米，深度1厘米；所述圆柱形孔有4个孔，每个孔的直径为1～1.5厘米，深度为0.5厘米。

可选地，所述导热杆的直径为3～4厘米，导热杆内部有循环水路。

可选地，所述导热杆上部有圆柱形导热柱4个，圆柱形导热柱的直径为1～1.5厘米，高度为0.5厘米。

可选地，所述导热杆下部连接升降轴，升降轴直径为1厘米。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：本实用新型通过等离子体约束罩改变等离子体作用范围；通过可升降导热杆等结构，实现了系统生长温度的精确控制，且有效地保证了在较特定功率范围内获得所需的工艺条件。对比原有晶种托，本实用新型可在不改变生产参数的前提下调控温度，调控范围可达200摄氏度，调控精度可达0.5摄氏度。这一温度控制范围可在保证工艺条件的同时选择单晶金刚石的优先生长面。微波CVD法生长单晶金刚石时，主要生长面为(001)面，(001)面的优先生长温度范围为1020～1050摄氏度。一旦超出上述温度范围，(110)和(111)面的生长速率提高，易出现缺陷，边缘多晶生长的问题。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型中控温槽与导热杆全接触状态示意图；

图3为本实用新型中控温槽与导热杆全脱离状态示意图。

其中：晶种托1，等离子体约束罩2，圆柱形孔3，控温槽4，圆柱形导热柱5，导热杆6，循环水路7，升降轴8，基座9，方形槽10，晶种11；等离子体球12。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定，为了方便描述，附图中仅展示了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本实用新型的一种单晶金刚石外延的晶种托1，用于开展微波等离子体气相沉积法外延单晶金刚石；晶种托的整体为圆盘状，上表面中部有圆形台；所述圆形台中部开有方形槽10，所述方形槽用于放置晶种11；环形台用于放置等离子体约束罩2，约束罩由耐高温无机材料构成，无机材料为绝缘材料，用于约束等离子体球12；晶种托1的下表面有开口朝下的控温槽4，用于降低晶种托的导热效率，控温槽4的半径为3厘米，深度1厘米；控温槽4为圆柱形，底部开有圆柱形孔3，圆柱形孔3共有4个，直径为1～1.5厘米，深度为0.5厘米；控温槽4的与导热杆6相接，导热杆6的直径为2～3厘米，导热杆6的内部有循环水路7；导热杆6的上部有圆柱形导热柱5，圆柱形导热柱5直径为1厘米，高度为0.5厘米；导热杆6的下部与升降轴8连接，通过升降轴8可调节导热杆6与控温槽4的接触面积；晶种托1放置于基座9上。

如图2所示，特定压强和气体比例下导热杆6与控温槽4全接触状态下，微波功率2500瓦时，晶种温度为900摄氏度；相同条件，导热杆6与控温槽4全脱离状态下如图3所示，晶种温度可达1100摄氏度。所述温度范围覆盖了(100)、(110)和(111)面的优先生长温度。

以上仅为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述晶种托的整体为圆盘状，上表面中部有圆形台；所述圆形台中部开有方形槽，所述方形槽用于放置晶种；所述圆形台外有环形台；所述环形台用于放置等离子体约束罩；约束罩由耐高温无机材料构成，所述无机材料为绝缘材料，在等离子体产生时将等离子体球约束到中间圆形范围内，所述晶种托下表面有开口朝下的控温槽，控温槽底部有圆柱形孔；所述控温槽与导热杆相接，所述导热杆内有冷却水路，所述导热杆上部有圆柱形导热柱，所述导热柱与控温槽内部圆柱形孔匹配，导热杆下部连接升降轴，用于调节导热杆与控温槽的接触面积，晶种托放置于微波等离子个体设备的基座上。

2.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述圆形台的上表面为抛光面，作为工作面，半径为5厘米。

3.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述方形槽深度范围为1.0～5.0毫米。

4.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述环形台的高度低于圆形台高度2毫米。

5.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述等离子体约束罩厚度为2毫米，且上表面为抛光面。

6.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述等离子体约束罩由耐高温无机材料构成，所述耐高温无机材料为绝缘材料，承受温度不低于2400摄氏度。

7.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述控温槽的形状为圆柱形，圆柱形的半径为3～4厘米，深度1厘米；所述圆柱形孔有4个孔，每个孔的直径为1～1.5厘米，深度为0.5厘米。

8.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述导热杆的直径为3～4厘米，导热杆内部有循环水路。

9.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述导热杆上部有圆柱形导热柱4个，圆柱形导热柱的直径为1～1.5厘米，高度为0.5厘米。

10.根据权利要求1所述的一种单晶金刚石外延的晶种托，其特征在于：所述导热杆下部连接升降轴，升降轴直径为1厘米。

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