制造多个单晶CVD合成金刚石的方法技术

一种制造多个单晶体CVD金刚石的方法，该方法包括：用多晶CVD金刚石材料的层涂覆载体基底；将多个单晶金刚石基底结合到载体基底上的多晶CVD金刚石材料层；在所述多个单晶金刚石基底上生长单晶CVD金刚石材料以形成多个单晶CVD金刚石；和将所述多个单晶CVD金刚石从载体基底上的多晶CVD金刚石材料层以及在所述多个单晶CVD金刚石之间生长的任何多晶CVD金刚石材料分离，以便产生多个单独的单晶CVD金刚石。

Synthesis of diamond from multiple single crystal CVD

A method for producing a plurality of single crystal CVD diamonds, which includes coating a carrier substrate with a layer of polycrystalline CVD diamond material, combining a plurality of single crystal diamond substrates to a polycrystalline CVD diamond material layer on the carrier substrate, and growing a single crystal CVD diamond material on the plurality of single crystal diamond substrates to form a plurality of monocrystalline monocrystalline diamond substrates. Crystal CVD diamond is separated from the polycrystalline CVD diamond material layer of the multiple crystal CVD diamond from the carrier substrate and any polycrystalline CVD diamond material grown between the plurality of single crystal CVD diamonds, so as to produce a plurality of single crystal CVD diamonds.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造多个单晶CVD合成金刚石的方法专利
本专利技术的实施方案涉及制造多个单晶CVD(化学气相沉积)合成金刚石的方法。专利技术背景用于金刚石材料合成的CVD工艺目前在本领域是公知的。可以在以下特刊中找到关于金刚石材料的化学气相沉积的有用背景信息：JournalofPhysics：CondensedMatter,Vol.21,No.36(2009)，其致力于金刚石相关的技术。例如R.SBalmer等人的综述文章给出CVD金刚石材料、技术和应用的全面概述(参见“Chemicalvapourdepositionsyntheticdiamond:materials,technologyandapplications”J.Phys.:CondensedMatter,Vol.21,No.36(2009)364221)。在与石墨相比金刚石为亚稳定的区域中，在CVD条件下金刚石的合成是由表面动力学而不是体积热力学驱动。通常使用小部分的碳(典型地<5％)在过量的分子氢中执行经由CVD的金刚石合成，所述碳典型为甲烷形式，然而也可以使用其它含碳气体。如果将分子氢加热到超过2000K的温度，则存在至原子氢的明显离解。各种方法可用于加热含碳的气体物类和分子氢以便产生用于CVD合成金刚石生长的反应性的含碳自由基和原子氢，包括：电弧喷射、热丝、直流电弧、氧-乙炔火焰和微波等离子体。在包括WO2012/084657、WO2012/084655、WO2012/084658、WO2012/084659、WO2012/084660和WO2012/084661的专利文献中描述了适用于金刚石合成的微波等离子体激活的CVD反应器的各个方面。在合适的基底材料存在时，可以沉积CVD合成金刚石材料。可以在非金刚石基底上形成多晶CVD金刚石材料，该非金刚石基底典型地由碳化物形成材料形成，例如硅、碳化硅或难熔金属(例如钼、钨、钛等)。可以通过在单晶金刚石基底上的同质外延生长形成单晶CVD合成金刚石材料。由于晶界的避免，单晶CVD金刚石材料对于某些应用具有若干优点，例如对于热扩散应用的较高的热导率以及对于某些光学应用的较低光散射。然而，迄今为止，单晶CVD金刚石材料仅以相对较小的尺寸可获得，因此对于许多应用，多晶CVD金刚石部件仍然是优选的，例如对于大面积的光学窗口和散热器。还提出通过提供包含结合到多晶CVD金刚石载体晶片上的多个单晶金刚石基底的复合晶片将单晶CVD金刚石材料的更极端特性与大面积多晶CVD金刚石晶片结合。在WO2005/010245中描述了这样的复合基底并且所述基底包含多晶CVD金刚石支撑层和固定到多晶CVD金刚石支撑层上的多个单晶金刚石基底。然后可以在所述多个单晶金刚石基底上制造器件结构。WO2005/010245中描述了将单晶金刚石基底结合到多晶CVD金刚石支撑层的多种方法，包括使用粘合剂例如胶合或钎焊。WO2005/010245还表明优选的结合方法是通过将多晶CVD金刚石支撑层直接生长到单晶金刚石基底的阵列上的直接金刚石与金刚石结合。例如，WO2005/010245建议可以将单晶金刚石基底钎焊到背衬晶片(例如硅、钨或多晶金刚石)以及在其上生长的多晶CVD金刚石层。随后，可以保留或去除背衬晶片，例如以便提供多晶CVD金刚石晶片，其中设置多个单晶金刚石基底，使单晶金刚石基底的两个表面都暴露，例如以便提供光学窗口。考虑到单晶CVD金刚石生长，在单个生长进程中合成多个单晶CVD金刚石在商业上是有利的。通过在载体基底上提供多个单晶金刚石基底，可以在单个CVD生长进程中制造多个单晶CVD合成金刚石。载体基底典型地由碳化物形成材料例如硅、碳化硅或难熔金属(例如钼、钨、钛等)形成。例如，可以将基底置于难熔金属载体基底上或者通过焊接或钎焊结合于此。用这个方法合成多个单晶CVD金刚石的一个问题是均匀性和产率。不均匀性可能存在于晶体形态、生长速率、开裂以及杂质的含量和分布方面。例如，如WO2013/087697中所述，即使仔细地控制CVD金刚石生长化学，杂质的不均匀吸收仍可能发生，这是因为影响杂质吸收速率的生长表面上的温度变化。温度的变化还引起晶体形态、生长速率和开裂问题的变化。这些温度变化可以在相对于生长进程中的特定点处的生长方向的横向方向(空间分布)或者因生长进程的持续时间内的温度变化而平行于生长方向(时间分布)。变化可发生在单个CVD金刚石石料中，并且在多石合成工艺中也可发生在石料之间。因此，在多石合成工艺中，来自单一生长过程的产物金刚石石料中仅一部分可以满足目标规格。在这方面，WO2013/087697讨论了将单晶基底钎焊到难熔金属载体基底以及一些合适的钎焊合金以便在单晶金刚石基底和下面的难熔金属载体基底之间获得良好的附着性和热接触，以提高单晶CVD合成金刚石产品的均匀性和产率。除上述之外，当来自载体基底的材料蚀被刻掉并在生长期间纳入单晶CVD金刚石材料中时，单晶CVD金刚石产品石料的污染会产生。在这方面，可以注意到CVD工艺中的杂质对制造的金刚石材料的类型是关键的。例如，可以将多种杂质有意地引入CVD工艺气体中，或者有意地从CVD工艺气体中排除，以便为特定应用设计CVD合成金刚石材料。此外，基底材料的性质和生长条件可以影响在生长期间纳入到CVD合成金刚石材料中的缺陷的类型和分布。描述各种类型的单晶CVD金刚石材料和制造方法的专利文献包括WO01/096633、WO01/096634、WO2004/046427、WO2007/066215、WO2010010344、WO2010010352、WO03/052174、WO2003/052177、WO2011/076643和WO2013/087697。鉴于上述，显然有效的热管理和杂质的控制因此是根据目标规格以高产率获得均匀单晶CVD金刚石材料的关键特征。本专利技术实施方案的目的是解决这些问题并提供改进的单晶CVD金刚石生长工艺。专利技术概述如在背景部分中所述，诸如WO2013/087697的现有技术提出了一种单晶CVD金刚石生长工艺，其中将单晶基底钎焊到难熔金属载体基底。在单晶金刚石基底上生长单晶CVD金刚石材料，然后从载体基底除去单晶CVD金刚石。还指出热管理是重要的并且公开了合适的钎焊合金，以便在单晶金刚石基底和下方的难熔金属载体基底之间获得良好的附着和热接触。还如背景部分中所述，WO2005/010245提出可以通过将单晶金刚石基底结合到诸如硅、钨或多晶金刚石的背衬晶片并在其上生长一层多晶CVD金刚石来制造包含多晶金刚石和单晶金刚石两者的复合晶片。WO2005/010245还指出，在这样的工艺中，单晶金刚石材料可以在单晶金刚石基底上方生长，且多晶金刚石材料在单晶金刚石基底之间生长从而将它们结合在一起。提出可以控制生长条件，以便在单晶金刚石基底的前表面上提供单晶金刚石，该单晶金刚石与复合晶片的最终应用相容。作为替代，建议可以通过抛光将单晶金刚石基底上生长的单晶金刚石材料去除，或者在CVD金刚石附晶生长(overgrowth)期间通过掩蔽单晶金刚石基底来抑制单晶金刚石生长，使得仅多晶CVD金刚石在单晶金刚石基底之间生长。虽然WO2005/010245描述了将单晶金刚石基底结合到多晶金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造多个单晶CVD金刚石的方法，该方法包括：用多晶CVD金刚石材料的层涂覆载体基底；将多个单晶金刚石基底结合到载体基底上的多晶CVD金刚石材料层；在所述多个单晶金刚石基底上生长单晶CVD金刚石材料以形成多个单晶CVD金刚石；和将所述多个单晶CVD金刚石从载体基底上的多晶CVD金刚石材料层以及在所述多个单晶CVD金刚石之间生长的任何多晶CVD金刚石材料分离，以便产生多个单独的单晶CVD金刚石。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.23 GB 1516814.91.一种制造多个单晶CVD金刚石的方法，该方法包括：用多晶CVD金刚石材料的层涂覆载体基底；将多个单晶金刚石基底结合到载体基底上的多晶CVD金刚石材料层；在所述多个单晶金刚石基底上生长单晶CVD金刚石材料以形成多个单晶CVD金刚石；和将所述多个单晶CVD金刚石从载体基底上的多晶CVD金刚石材料层以及在所述多个单晶CVD金刚石之间生长的任何多晶CVD金刚石材料分离，以便产生多个单独的单晶CVD金刚石。2.根据权利要求1所述的方法，其中选择和控制载体基底的表面粗糙度以及在其上生长的多晶CVD金刚石层的厚度和纹理，以确保在制造所述多晶CVD金刚石层之后冷却时以及在将所述多个单晶金刚石基底结合到载体基底上的多晶CVD金刚石层之后在单晶CVD金刚石生长期间所述多晶CVD金刚石层保持附着到载体基底。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述载体基底由碳化物形成材料制成。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中载体基底具有在范围30mm至200mm内的直径。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述载体基底具有在范围3mm至20mm内的厚度。6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述载体基底具有在范围0.05μm至0.3μm内的表面粗糙度。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述载体基底具有不超过20μm的高度变化的表面平坦度。8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在载体基底上形成的多晶C...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·H·沃特，D·J·特维切，J·L·科林斯，
申请(专利权)人：六号元素技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB