具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可是一体式连接，也可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明关于一种金刚石圆片径向生长方法，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。

相对于现有技术，本发明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金刚石圆片；并且本发明的工艺设备简单，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，同时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。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，实现金刚石圆片直径及厚度可控。

在步骤二中，相邻两个晶圆夹持单元上的金刚石圆片重叠交错夹持。在化学气相沉积时，晶圆的外围沉积速度最快，越往圆心的方向，沉积越慢，到一定深度时基本就不再沉积了。所以只需控制好交叠尺寸，让其能刚好涵盖沉积生长区，剩余的未重叠区不会沉积生长。另外，如果沉积生长区深入到晶圆的间隙片处，也可以使得两个晶圆的底面完全交叠。让未交叠的裸露底面积趋近于零。

本发明的制备方法不但适用于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)生长金刚石的工艺，而且还能适合燃烧火焰法、热丝CVD法、射频等离子体CVD法等多种化学气相沉积(CVD)生长金刚石的工艺。

请参阅图1至图4所示，为本发明关于一种金刚石圆片径向生长装置的第一实施例，该金刚石圆片径向生长装置包括升降式旋转支架10和晶圆夹持单元20，升降式旋转支架10包括升降杆装置11和至少两组平行设置的旋转轴13，旋转轴13安装在升降杆装置11的顶端；晶圆夹持单元20用于将多片金刚石圆片30同轴夹持成圆柱状，晶圆夹持单元20放置在两个旋转轴13之间。

本发明的装置通过晶圆夹持单元20夹持多片金刚石圆片30，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30的底面，使得中间的金刚石圆片30只在侧面外延生长；再配合升降式旋转支架10上旋转轴13的摩擦驱动，起到外圆磨的作用，使得金刚石圆片30侧面在生长过程中保持圆滑。晶圆夹持单元20的数量比旋转轴13的数量少一组，在本实施例中，旋转轴13为三组，而晶圆夹持单元20为两组，当然可以同时设置多个旋转轴13和多个晶圆夹持单元20，夹持多片金刚石圆片30进行批量生长。

升降式旋转支架10还包括横架12、安装在横架12上的旋转驱动组件、距离调整组件，横架12垂直安装在升降杆装置11的顶端，距离调整组件安装在横架12上，并可在横架12上移动；旋转驱动组件安装在距离调整组件上；旋转轴13和旋转驱动组件安装在距离调整组件上，旋转驱动组件与旋转轴13驱动连接。旋转轴13的旋转是独立控制的；通过旋转驱动组件来带动旋转轴13转动，通过旋转轴13的旋转带动金刚石圆片30逆向旋转，以便金刚石圆片30的侧面均匀接受化学气相沉积。

距离调整组件可以调整旋转轴13之间的距离，当金刚石圆片30直径逐渐长大时，调节相邻旋转轴13之间的间距来调节相邻晶圆夹持单元20中金刚石圆片30之间的间距，优化金刚石圆片30底面之间的交叠面积。

升降杆装置11采用电动升降杆，当金刚石圆片30直径逐渐长大时，还可以通过降低升降杆装置11的高度来调节金刚石圆片30在化学气相沉积腔室中的位置，以便生长出质量更好的产品。

旋转轴13采用钼、钨、陶瓷中的一种或几种组合制成，旋转轴13的内部装设水冷套(图未示)，通过调控水冷套内冷却水的温度或流量来调控金刚石圆片30的温度，以便生长出质量更好的产品。

在本实施例中，距离调整组件为电动调整组件，电动调整组件包括安装于横架12的导轨、安装在导轨上的若干个滑块、传动杆和步进电机；传动杆一端与滑块连接，其另一端与步进电机的输出轴相连；旋转驱动组件安装在滑块上。旋转轴13之间的间距可以通过手动或者自动控制来调节，比如采用电动调整组件来实现，通过步进电机控制的丝杆来调节旋转轴13之间的间距；由于该结构在机械领域较为常见，在此不再配图进行结构赘述。

如图2所示，晶圆夹持单元20包括螺栓21、螺母22和弹簧23，螺栓21将多片金刚石圆片30同轴穿起，最后套入弹簧23，通过螺母22将金刚石圆片30夹持锁紧，实现了多个金刚石圆片30的夹紧固定；装有金刚石圆片30的螺栓21放置在两个旋转轴13之间，并与旋转轴13同轴设置；进一步地，相邻旋转轴13之间的间隙尺寸小于金刚石圆片30的直径，晶圆夹持单元20就会被相邻两个旋转轴13支撑起来而不会掉落，利用“烤肠机”的原理，晶圆夹持单元20通过旋转轴13的旋转带动金刚石圆片30逆向旋转，以便金刚石圆片30的侧面均匀接受化学气相沉积。

当晶圆夹持单元20从室温升温到化学气相沉积生长温度时，由于金刚石圆片30本身与螺母22之间的膨胀系数的差异，会导致膨胀尺寸不一样，弹簧23在这里的作用就是补偿膨胀变形的尺寸差异，提供一个稳定的压力，使得在很大的温度区间内金刚石圆片30之间仍保持良好的接触。

在本实施例中，金刚石圆片30为环形结构，可以通过螺栓21将多片金刚石圆片30串起来。

如图3及图4所示，相邻两个晶圆夹持单元20上的金刚石圆片30重叠交错夹持，金刚石圆片30重叠的部分为重叠区域40。在化学气相沉积时，金刚石圆片30的外围沉积速度最快，越往圆心的方向，沉积越慢，到一定深度时基本就不再沉积了。所以只需控制好交叠区域40的面积，让其能刚好涵盖沉积生长区，剩余的未重叠区不会沉积生长。另外，如果沉积生长区深入到金刚石圆片30的间隙片处，也可以使得两个金刚石圆片30的底面完全交叠。让未交叠的裸露底面积趋近于零。

请参阅图5及图6所示，为本发明的金刚石圆片径向生长装置的第二实施例，该金刚石圆片径向生长装置包括升降式旋转支架10a和晶圆夹持单元20a，升降式旋转支架10a包括升降杆装置11a、垂直安装在升降杆装置11a顶端的横架12a和三组平行设置的旋转轴13a，旋转轴13a与横架12a转动连接并沿横架12a延伸方向均匀布设；晶圆夹持单元20a用于将多片金刚石圆片30a同轴夹持成圆柱状，晶圆夹持单元20a放置在两个旋转轴13a之间。

本实施例与第一实施例具有相同结构的升降式旋转支架10a，故在此不再对该结构进行赘述，与第一实施例不同的在于：晶圆夹持单元20a。

如图6所示，晶圆夹持单元20a包括螺栓21a、U型夹持臂、弹簧23a和用于将多片金刚石圆片30a同轴重叠夹持的夹头24；U型支持臂包括第一支臂25和第二支臂26，第一支臂25的上端和第二支臂26的上端均设有轴承座28，夹头24的一端与轴承座28安装连接，另一端与金刚石圆片30相贴；第一支臂25的下端设有限位柱27，第二支臂26的下端设有可供限位柱27插入的限位孔；限位柱27中部开设有螺纹槽，螺栓21a套入弹簧23a后伸入该限位孔内与限位柱27的螺纹槽螺纹连接，弹簧23a与第二支臂26相抵；装有金刚石圆片30的夹头24放置在两个旋转轴13a之间，并与旋转轴13a同轴设置，金刚石圆片30a使得晶圆夹持单元20a被相邻两个旋转轴13a支撑起来而不会掉落，而U型支持臂自然垂设在两个旋转轴13a之间。

在本实施例中，金刚石圆片30a为圆片无孔结构，可以通过夹头24将多片金刚石圆片30a夹持起来。

当晶圆夹持单元20a从室温升温到化学气相沉积生长温度时，由于金刚石圆片30a本身与夹头24之间的膨胀系数的差异，会导致膨胀尺寸不一样，弹簧23a在这里的作用就是补偿膨胀变形的尺寸差异，提供一个稳定的压力，使得在很大的温度区间内金刚石圆片30a之间仍保持良好的接触。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。