一种可提升CVD单晶生长数目的单晶金刚石制造装置的制作方法

本发明涉及单晶金刚石制造，具体为一种可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置。

背景技术：

1、化学气相沉积(cvd)是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。

2、现有的单晶金刚石制造装置在加工期间，装置内部的气体多为高温高压状态，故现有的装置在进行单晶金刚石生产期间，在对籽晶降温的同时，仍需要对装置主体进行降温，由于装置内部的气流一直处于运动状态，使得气流内部携带的能热量能够及时传递至主体上，气流对主体进行加热，冷却结构对主体进行实时冷却，导致大量的能量造成浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置，包括主体，所述主体内部设置有隔板，所述隔板将主体内部分割为内腔室和外腔室，所述隔板的上方活动安装有上盖板，所述上盖板的中部设置有输出管，所述输出管的下方设置有驱动盘，所述驱动盘内部设置有若干个安装槽，所述安装槽内部安装有载物台，其中一个所述载物台位于所述输出管的正下方，所述驱动盘和输出管之间设置有中空板，所述中空板的中部开设有圆形通孔，所述中空板的外径小于主体的内径，所述中空板的上端表面与隔板的下端表面相贴合；

3、所述输出管的上方连接有微波源、波导管、等离子发生器、气泵和气流加热设备，所述载物台的下方以及主体的内壁中均设置有水冷机构；将籽晶放在载物台上.随后将载物台安装在主体内，主体内部存在有形成腔，本装置在使用之前需要将形成腔内部的空气全部抽出，使得形成腔成为真空状态，随后向装置内部通入清洁气体，清洁气体主要为氢气和二氧化碳，清洁气体在经过微波源、波导管、等离子发生器、气泵和气流加热设备等处理设备后对形成腔内部进行清理，随后即可将入甲烷，甲烷经过主体处理设备后形成等离子气体，等离子气体经过气相反应后在籽晶表面沉积，直至沉积工作完成。

4、进一步的，所述载物台由衬底板和覆盖板构成，所述衬底板和覆盖板滑动连接，所述衬底板和覆盖板的连接处设置有连接弹簧，所述衬底板的下方设置有立柱，所述衬底板和覆盖板之间相互配合形成圆柱，所述立方体内部存在有四棱锥型空腔；将载物台和籽晶进行清理，随后将清理完成的籽晶放入载物台内部的空腔中，其中载物台包括衬底板和覆盖板，其中衬底板和覆盖板通过连接弹簧滑动连接，连接弹簧在自然伸展状态下，衬底板的上端表面高于覆盖板的上端表面，衬底板和覆盖板相互配合构成一个三棱柱型空腔，其次连接弹簧在被压缩状态下，衬底板的上端表面高于覆盖板的上端表面在同一水平面上，此时即可将籽晶放置于衬底板的上端表面上；

5、连接弹簧在自然伸展状态下，衬底板和覆盖板的外表面相互配合构成圆柱形。

6、进一步的，所述驱动盘下方开设有环形凹槽，所述环形凹槽的内壁尺寸与立柱的外壁尺寸相匹配，所述驱动盘的内壁尺寸与载物台的外壁尺寸相匹配，所述驱动盘大部分区域位于主体内部，位于所述主体内部环形凹槽的深度小于所述主体外侧环形凹槽的深度；驱动盘与主体的连接处设置有步进电机，步进电机带动驱动盘进行旋转，驱动盘在主体内部所处区域的内壁尺寸与驱动盘的外壁尺寸相匹配，驱动盘上设置有若干个安装槽，安装槽用于暂时存放载物台，驱动盘有一部分结构位于主体的外侧，故将安置有籽晶的载物台放置于主体外侧的安装槽内，随后步进电机即可通过驱动盘带动载物台进入主体内部，步进电机旋转一周后，即可将沉积完成的籽晶带出；

7、载物台在进入主体期间，载物台下方的立柱与环形凹槽相啮合，此时载物台内部的连接弹簧呈伸展状态，随着驱动盘旋转，位于主体内部的环形凹槽的深度逐渐减小，由于载物台在进入主体后，覆盖板的上端表面与主体的内壁相贴合，立柱与衬底板相连接，随着环形凹槽的深度逐渐减小，覆盖板和衬底板之间的连接弹簧被不断压缩，使得衬底板沿着覆盖板的外壁上升，直至衬底板的上端表面与覆盖板的上端表面相重合，重合之后衬底板的籽晶呈完全暴露状态，并且此时籽晶位于输出管的正下方；

8、由于籽晶在开始接受沉积之前需要进行蚀刻，沉积需要在蚀刻的基础上在清洁气体内部添加足量的甲烷，所以需要将驱动盘上的所有籽晶完成蚀刻后才能依次对单独的籽晶进行沉积。

9、进一步的，所述输出管的外壁套接有套管，所述输出管和套管的连接处设置有连接弹簧，所述套管的外径大于圆形通孔的内径，所述输出管的外径小于圆形通孔的内径；套管内部上方安装有动力伸缩杆，输出管为两段式结构，其中位于上方的输出管与套管滑动连接，同时通过动力伸缩杆相连接，位于下方的输出管与套管转动连接，籽晶在进行蚀刻或者沉积之前，动力伸缩杆带动套管开始下降，直至套管的下端表面与中空板的上端表面相贴合，同时位于下方的套管伸入至圆形通孔内部，随后处理设备开始工作，成型腔内部气体经过处理设备后形成等离子气体，等离子气体从输出管的下方开始输出，离开输出管的等离子直接冲击在籽晶上。

10、进一步的，所述输出管与套管之间转动连接，所述输出管内部下方设置有收束环，所述收束环的内径小于输出管的内径，所述收束环上开设有导风槽，所述导风槽呈扇叶型；套管的下方设置有进气口，套管内部设置有气流通道，同时气流通道与输出管相连通，气流由套管的下方进入，随后由位于下方的输出管处输出，由于隔板将上盖板和中空板之间的空间隔断为内外两个腔室，套管位于内腔室的内部下方，中空板下方与主体之间存在气流通道，由于中空板上的圆形通孔被套管所覆盖，使得籽晶在蚀刻或者沉积过程中，内腔室内部的气体通过中空板下方的通道不断向外腔室内部运动；

11、下方输出管下端表面结构设置，通过收束环改变输出管的气流通过截面，进而反向提高输出管内部的气压强度，使得气流在离开输出管后以高速状态向籽晶所在的位置运动，同时输出管的下方开设有扇叶型的导风槽，进而使得气流在经过导风槽，气流所携带的动能一部分传递至下方的输出管上，进而实现气流在经过导风槽时，气流带动下方的输出管进行旋转，实现籽晶表面各个区域在单位时间内经过气流流量相同。

12、进一步的，所述隔板的上端表面与上盖板的下端表面相贴合，所述隔板的两侧设置有气压监测元件，所述隔板由若干个边板构成，相邻两个所述边板外侧表面相互贴合，所述边板为中空结构，相邻所述边板之间的夹角相固定，所述边板之间滑动连接，所述边板的一端设置有刮板，所述边板和刮板存在有安装槽，所述安装槽的外壁尺寸与相邻所述边板的外壁尺寸相匹配；隔板的结构设置，由若干个边板构成，相邻两个边板之间滑动连接，若干个边板共同构成一个多边形结构，并且多边形的中心与输出管的圆心相重合，每个边板内部均设置有驱动杆，驱动杆用于改变相连两个边板之间的位置关系，边板内部的驱动杆同步伸长或者收缩，边板与输出管的距离发生变化，即外腔室和内腔室两者之间的体积发生同步变化，相连两个边板通过驱动杆产生位置变化，由于边板的两侧表面分别与相邻边板和刮板相贴合，相邻边板和刮板相连接，即表明边板之间发生相对运动期间，刮板配合相邻的边板对中间的边板两侧表面进行清理；

13、由于内腔室内部的气体不断相外腔室内部运动，会导致内腔室内部的气压不断下降，外腔室内部的气压不断上升，边板的两侧设置有气压监测元件，气压检测元件通过主体与驱动杆进行电性连接，气压检测元件不断监测边板两侧腔室内部的气压差，由于籽晶在沉积期间需要进行保压工作，同时为了保持边板两侧的气压平衡，所以籽晶在蚀刻或者沉积过程中，边板与输出管的距离需要不但发生改变；

14、由于输出管在输出等离子气体过程中，进气口始终位于内腔室的下方，由于内腔室内部的碳原子浓度一直保持不变，故输出管输出的等离子气体内部的碳原子浓度同步不变，直至内腔室体积收缩至最小值时，边板的外壁与套管的外壁发生接触，此时内腔室体积无法进行进一步的收缩，并且输出管处于持续输出状态，使得内腔室内的气压持续下降，气压检测元件检测到边板两侧气压发生变化，进而向主体发送反馈信号，随后主体通过驱动杆改变边板与输出管之间的距离，以改变外腔室和内腔室之间的体积，由于外腔室内部的体积不断减小，使得外腔室内部气压不断上升，通过气压推动边板上方的上盖板，上盖板向上运动，外腔室和内腔室上方出现连通，外腔室内部的气体开始往内腔室内部运动，边板两侧的气压再次发生平衡，直至外腔室的体积收缩至最小状态，边板两侧的气压平衡后，上盖板的下端表面再次与边板的上端表面发生贴合。

15、进一步的，所述边板内部开设有水平滑槽，所述水平滑槽内部安装有驱动杆，相邻两个所述边板通过驱动杆相连接，相邻两个所述边板内部的水平滑槽位于不同高度。

16、进一步的，所述中空板内部设置有驱动环，所述驱动环的上端等距设置有若干个传动柱，所述传动柱与边板的下端滑动连接；当边板与输出管的距离最大化时，边板远离输出管的一端会与主体的内壁相互接触，此时外腔室的体积为最小状态，驱动环通过传动柱与边板相连接，此时驱动环以自身圆形进行旋转，边板跟随驱动环同步旋转，由于边板的一端与主体的内壁相贴合，进而实现旋转状态下的边板对主体的内壁尽情清理；

17、当边板与输出管的距离最小化时，边板靠近输出管的一侧表面会与套管的外壁相互接触，此时内腔室的体积为最小状态，进而实现旋转状态下的边板对套管的外壁尽情清理；

18、气流在经过处理设备加工之后，部分气体分子会发生分解形成原子，部分碳原子与籽晶发生接触后，碳原子与籽晶上的碳原子形成连接，进而出现籽晶生长的现象，但是存在部分碳原子未与籽晶上的碳原子发生连接，最后碳原子逐渐沉积在腔室内各个区域，形成石墨，但是氢原子和氧原子能有效地去除沉积在腔室各个区域表面的石墨，在金刚石表面没有石墨覆盖的情况下，金刚石继续生长，其中氢原子的作用还包括通过氢终止来稳定生长的金刚石表面，或解吸终止的氢以创建生长反应的活性位点，边板通过刮除的方式，将腔室内部各个区域的石墨进行聚集，以便于气流在经过期间对石墨进行集中去除。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

20、1、该可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置，通过边板的设置，边板为真空设置，通过边板之间相互配合，进而将主体内部隔断成内外两个腔室，外腔室内的气体与主体内壁相接触，由于外腔室内的大部分气体多数时间处于静止状态，通过边板的真空结构设置，隔断内外两个腔室之间的热量交替，以降低水冷机构的工作强度，降低能耗；

21、2、该可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置，通过边板、刮板和驱动杆的设置，相邻边板之间的位置变化，同时配合下方的驱动环，使籽晶在接受沉积过程中，边板对输出管机构、主体内壁、上盖板、中空板以及自身的清理效果，避免过多的石墨沉积在形成腔的内壁上，使得气体内部的碳原子浓度降低，导致籽晶的生长速度减缓；

22、3、该可提升cvd单晶生长数目的单晶金刚石制造装置，通过驱动盘和载物台的设置，载物台在闲置状态下，内部的连接弹簧呈自然伸展状态，进而实现载物台内部构成一个密封的籽晶存放腔室，随后载物台在驱动盘的导向下进入主体内部后，载物台自动展开，露出衬底板上方的籽晶，然后籽晶即可接受沉积，以减少籽晶在交替过程中受到污染，同时本装置单个工作期间可以对多个籽晶进行单独加工。