金刚石圆片径向生长方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及晶体合成技术领域，尤指一种金刚石圆片径向生长方法及装置，该包括升降式旋转支架和晶圆夹持单元；升降式旋转支架包括升降杆装置、横架、距离调整组件、旋转驱动组件和至少两组平行设置的旋转轴；而该生长方法通过晶圆夹持单元将多片金刚石圆片同轴夹持成柱状，然后安置在升降式旋转支架，升降式旋转支架带动金刚石圆片转动、升降及间隙控制作用下，金刚石圆片侧面暴露在工艺气体激发后的等离子体中，使得金刚石圆片只沿着侧面径向旋转生长，从而生长出大直径金刚石圆片，通过晶圆夹持单元保持金刚石圆片的厚度，通过旋转轴的研磨保持金刚石圆片的圆度。研磨保持金刚石圆片的圆度。研磨保持金刚石圆片的圆度。

【技术实现步骤摘要】
金刚石圆片径向生长方法及装置


[0001]本专利技术涉及晶体合成
，尤指一种金刚石圆片径向生长方法及装置。

技术介绍

[0002]单晶金刚石具有优异的物理化学性能，尤其是在光学窗口、散热以及电子器件等领域具有重要的应用价值。为了拓展这些应用，需要制备出大面积金刚石片。
[0003]在各种金刚石制备方法中，微波等离子体化学气相沉积法以其等离子体功率密度高、无电极放电污染和性能稳定等特性成为制备高品质金刚石的首选方法。当前方法生产大面积单晶金刚石的工艺过程中，普遍采用将金刚石籽晶固定在沉积台上，采用马赛克拼接，通过冷却沉积台对籽晶进行温度控制，在籽晶向着等离子体的一面进行单向生长，然后采用离子注入将单晶一层层剥离。由于马赛克拼接需要选取晶向一致的籽晶，拼接难度大，长大后要复制晶种还要采用离子注入剥离，设备昂贵，剥离难度大。
[0004]现有技术中也有公开了一种大直径金刚石片的制备方法，但该方法在连续长周期的生长过程中控制晶圆的圆度及厚度上有难度。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种金刚石圆片径向生长方法及装置，可以直接生长出大直径金刚石圆片，而且在长周期的生长过程中能很好地保持金刚石圆片的圆度及厚度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种金刚石圆片径向生长方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、将金刚石圆片夹持在晶圆夹持单元上；
[0008]步骤二、将夹有金刚石圆片的晶圆夹持单元放置在旋转支架的旋转轴上，使得晶圆夹持单元的轴线与旋转轴的轴线平行；
[0009]步骤三、旋转驱动组件带动旋转轴转动，靠旋转轴与金刚石圆片侧面的摩擦力驱动金刚石圆片逆向旋转；
[0010]步骤四、开启化学气相沉积工艺，让金刚石圆片在适宜的工艺气氛下生长；
[0011]步骤五、根据金刚石圆片的生长状态调整旋转轴的转速、高度及间距，使得金刚石圆片保持在设定的工艺气氛下生长；
[0012]不断循环步骤五，当金刚石圆片生长到设定直径后停止生长工艺程序。
[0013]为了获得上述制备方法，本专利技术还提供了一种金刚石圆片径向生长装置，包括升降式旋转支架和晶圆夹持单元；所述升降式旋转支架包括升降杆装置、横架、距离调整组件、旋转驱动组件和至少两组平行设置的旋转轴；所述横架设置在所述升降杆装置顶部；所述距离调整组件安装在所述横架上，用于调整相邻两个晶圆夹持单元的间距；所述旋转驱动组件安装在所述距离调整组件上并和所述旋转轴驱动连接；所述晶圆夹持单元用于将多片金刚石圆片同轴夹持成圆柱状，所述晶圆夹持单元放置在两个旋转轴之间。
[0014]作为一种优选方案，所述旋转轴的内部装设水冷套。
[0015]作为一种优选方案，所述距离调整组件为电动调整组件，所述电动调整组件包括安装于所述横架的导轨、安装在所述导轨上的若干个滑块、传动杆和步进电机；所述传动杆一端与所述滑块连接，其另一端与所述步进电机的输出轴相连；所述旋转驱动组件安装在所述滑块上。
[0016]作为一种优选方案，所述距离调整组件为手动调整组件，所述手动调整组件包括安装座和锁紧螺母，所述所述旋转驱动组件安装在所述安装座上，所述安装座背向所述旋转驱动组件一面设有螺纹柱；所述横架沿其延伸方向设有条形孔，所述螺纹柱穿设于所述条形孔内，并通过所述锁紧螺母拧紧固定。
[0017]作为一种优选方案，所述晶圆夹持单元包括螺栓和螺母，所述螺栓将多片金刚石圆片同轴穿起，并通过螺母将金刚石圆片夹持锁紧；装有金刚石圆片的螺栓放置在两个旋转轴之间，并与旋转轴同轴设置。
[0018]作为一种优选方案，所述晶圆夹持单元还包括弹簧，所述弹簧与金刚石圆片穿设于所述螺栓中，并通过螺母夹持锁紧。
[0019]作为一种优选方案，所述晶圆夹持单元包括螺栓、U型夹持臂和用于将多片金刚石圆片同轴重叠夹持的夹头，所述夹头的两端分别与所述U型夹持臂上端开口两侧连接，所述U型夹持臂与所述螺栓螺纹连接；装有金刚石圆片的夹头放置在两个旋转轴之间，并与旋转轴同轴设置。
[0020]作为一种优选方案，所述U型支持臂包括第一支臂和第二支臂，所述第一支臂的下端设有限位柱，所述第二支臂的下端设有可供所述限位柱插入的限位孔，所述螺栓伸入该限位孔内与所述限位柱螺纹连接。
[0021]作为一种优选方案，所述晶圆夹持单元还包括弹簧，所述弹簧与金刚石圆片穿设于所述螺栓中，并通过螺母夹持锁紧，所述弹簧穿设于所述螺栓中，并与所述第二支臂相抵。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1.相对于现有技术，本专利技术的制备方法无需精密复杂的拼接及切割、剥离技术、在线掩膜涂布技术，可以直接生长出大直径单晶金刚石圆片；
[0024]2.本专利技术的工艺设备简单，满足工业化制备生产，其在制备大直径金刚石圆片过程中，通过将多片金刚石圆片重叠夹持后，让其侧面暴露在化学气相沉积工艺氛围中，其中外面的两片作为配片用于保护夹在中间的金刚石圆片的底面，使得中间的金刚石圆片只在侧面外延生长；
[0025]3.金刚石圆片在升降式旋转支架的旋转、升降及间隙控制作用下，侧面圆周方向可获得均等生长机会，而底面被相邻金刚石圆片遮挡没有生长机会，这就保持了金刚石圆片只在侧面生长让直径不断增长，而底面不生长保持厚度不变；升降式旋转支架上旋转轴的摩擦驱动，起到外圆磨的作用，使得金刚石圆片侧面在生长过程中保持圆滑。在很长周期的生长过程中，通过旋转轴的侧面研磨及相邻金刚石圆片的底面掩护，达到直径及厚度可控的目的；
[0026]4.除此之外，可以同时设置多个旋转轴和多个晶圆夹持单元，夹持多片金刚石圆片进行批量生长。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的金刚石圆片径向生长装置的第一实施例的结构示意图。
[0028]图2是图1中的晶圆夹持单元的结构示意图。
[0029]图3是图1中金刚石圆片生长一段时间后的结构示意图。
[0030]图4是图3中晶圆夹持单元的结构示意图。
[0031]图5是本专利技术的金刚石圆片径向生长装置的第二实施例的结构示意图。
[0032]图6是图5中的晶圆夹持单元的结构示意图。
[0033]附图标号说明：10、10a
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升降式旋转支架；11、11a
‑
升降杆装置；12、12a
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横架；13、13a
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旋转轴；20、20a
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晶圆夹持单元；21、21a
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螺栓；22
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螺母；23、23a
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弹簧；24
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夹头；25
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第一支臂；26
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第二支臂；27
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限位柱；28
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轴承座；30、30a
‑
金刚石圆片；40
‑
重叠区域。
具体实施方式
[0034]下面将结合附图对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石圆片径向生长方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将金刚石圆片夹持在晶圆夹持单元上；步骤二、将夹有金刚石圆片的晶圆夹持单元放置在旋转支架的旋转轴上，使得晶圆夹持单元的轴线与旋转轴的轴线平行；步骤三、旋转驱动组件带动旋转轴转动，靠旋转轴与金刚石圆片侧面的摩擦力驱动金刚石圆片逆向旋转；步骤四、开启化学气相沉积工艺，让金刚石圆片在适宜的工艺气氛下生长；步骤五、根据金刚石圆片的生长状态调整旋转轴的转速、高度及间距，使得金刚石圆片保持在设定的工艺气氛下生长；不断循环步骤五，当金刚石圆片生长到设定直径后停止生长工艺程序。2.一种金刚石圆片径向生长装置，其特征在于：包括升降式旋转支架和晶圆夹持单元；所述升降式旋转支架包括升降杆装置、横架、距离调整组件、旋转驱动组件和至少两组平行设置的旋转轴；所述横架设置在所述升降杆装置顶部；所述距离调整组件安装在所述横架上，用于调整相邻两个晶圆夹持单元的间距；所述旋转驱动组件安装在所述距离调整组件上并和所述旋转轴驱动连接；所述晶圆夹持单元用于将多片金刚石圆片同轴夹持成圆柱状，所述晶圆夹持单元放置在两个旋转轴之间。3.根据权利要求2所述的金刚石圆片径向生长装置，其特征在于：所述旋转轴的内部装设水冷套。4.根据权利要求2所述的金刚石圆片径向生长装置，其特征在于：所述距离调整组件为电动调整组件，所述电动调整组件包括安装于所述横架的导轨、安装在所述导轨上的若干个滑块、传动杆和步进电机；所述传动杆一端与所述滑块连接，其另一端与所述步进电机的输出轴相连；所述旋转驱动组件安装在所述滑块上。5.根据权利要求2所述的金刚石圆片径向生长装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠强，陶仁春，王琦，张国义，王新强，
申请(专利权)人：北京大学东莞光电研究院，
类型：发明
国别省市：