本申请公开了一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用，所述生长方法包括将硅片浸泡在金刚石粉分散液中，得到预处理后的硅片，其中，所述硅片的一面设有由沟槽形成的图形；对所述预处理后的硅片进行热丝化学气相沉积，得到具有金刚石膜的硅片，所述金刚石膜覆盖所述沟槽的底部和侧壁。该方法克服了在较窄较深沟槽内金刚石难形核、难生长问题，避免了沟槽底部及侧壁无法完好成膜导致的绝缘效应无法保证的问题；该方法尤其适合对带有宽16～50μm、深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。
【技术实现步骤摘要】
一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用
[0001]本申请涉及一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用，属于金刚石材料领域。
技术介绍
[0002]金刚石作为特殊的晶体结构，具有高硬度、耐磨耐腐蚀、高熔点、宽带隙、高透光率、极佳的物理化学稳定性、非常好的绝缘性能等众多优异性能，在机械加工、海洋动密封、微机电系统、场发射、光学窗口、电化学、声学、生物医学等领域具有广泛的应用。
[0003]热丝CVD具有装置简单，工艺控制性好、容易实现大面积沉积、制备成本较低等优点，成为目前应用最为广泛的金刚石膜制备技术。
[0004]随着微电子技术的发展，在硅片上制作各种集成化图形，具有图形化金刚石膜的硅片可用作微电子、微传感器等器件。例如，根据图形在硅片上设置沟槽，并在沟槽内生长金刚石涂层，达到连续薄膜保持绝缘效应值。
[0005]当硅片沟槽宽度较窄(＜50μm)、深度过深(＞100μm)时，现有热丝CVD工艺过程中温度场膜层或粒子很难进入到沟槽内部，随着能量的降低或达到阀值，在沟槽侧壁和底部难以成膜，无法满足绝缘效应要求。
技术实现思路
[0006]根据本申请的第一个方面，提供了一种金刚石膜生长方法，该方法克服了在较窄较深沟槽内金刚石难形核、难生长问题，避免了由于沟槽底部及侧壁无法完好成膜导致的绝缘效应无法保证的问题；该方法尤其适合对带有宽16～50μm、深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。
[0007]一种金刚石膜生长方法，至少包括以下步骤：
[0008](1)将硅片浸泡在金刚石粉分散液中，得到预处理后的硅片，其中，所述硅片的一面设有由沟槽形成的图形；
[0009](2)对所述预处理后的硅片进行热丝化学气相沉积，得到具有金刚石膜的硅片，所述金刚石膜覆盖所述沟槽的底部和侧壁；
[0010]其中，所述的热丝化学气相沉积，具体条件包括：
[0011]发热丝数量为8～10根、单丝功率为700～1100W；
[0012]气源为H2和CH4的混合气体，其中H2的流量为200～400sccm，CH4的流量为氢气的1～8％。
[0013]本申请实施例中，硅片表面通过图形化工艺形成沟槽，沟槽截面可以为U型、矩形等，本申请不做限定，优选U型。
[0014]可选地，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中金刚石粉的粒径为50～100nm；
[0015]所述金刚石粉分散液中金刚石粉的含量为0.001～0.05g/mL，优选0.01～0.03g/mL。
[0016]专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，当金刚石粒径及在分散液中的含量满足上述要求时能确保金刚石粉顺利进入沟槽，又能在槽内均匀扩散，为形核提供有利条件确保成膜的均匀性。
[0017]可选地，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中溶剂为挥发性有机溶剂；
[0018]所述挥发性有机溶剂选自乙醇。
[0019]可选地，步骤(1)具体包括：
[0020](1-a)将金刚石粉加入挥发性有机溶剂中，超声分散5～10min，得到金刚石粉分散液；
[0021](1-b)将硅片加入步骤(1-a)提供的金刚石粉分散液中浸泡1～3h，得到预处理后的硅片。
[0022]可选地，步骤(1-b)具体包括：
[0023]将硅片加入步骤(1-a)提供的金刚石粉分散液中浸泡15～20min后取出，重新超声处理金刚石粉分散液5～10min，然后加入取出的硅片继续浸泡15～20min，重复3～5次。
[0024]由于沟槽开口较窄较深，当按照上述方式浸泡时可防止由于分散液密度改变导致的金刚石粉浸入不到沟槽底部的问题，进一步提高形核密度的同时也保证了表面形核的均匀性。
[0025]可选地，步骤(2)所述的热丝化学气相沉积的具体条件还包括：
[0026]单丝直径为0.1～0.7mm；
[0027]硅片与发热丝的距离为5～15mm；
[0028]工作压力为1～3Kpa；
[0029]工作温度为700～1000℃；
[0030]反应时间为10～30h；
[0031]优选地，所述的热丝化学气相沉积的具体条件包括：
[0032]发热丝数量为8～10根、单丝直径为0.1～0.7mm、单丝功率为700～1100W，优选750～950℃；
[0033]硅片与发热丝的距离为5～15mm；
[0034]气源为H2和CH4的混合气体，其中H2的流量为200～400sccm，CH4的流量为氢气的1～8％；
[0035]工作压力为1～3Kpa；
[0036]工作温度为700～1100℃，优选750～1000℃；
[0037]反应时间为10～30h。
[0038]可选地，所述沟槽的宽度为16～50μm，优选16～30μm；所述沟槽的深度为1～180μm。
[0039]可选地，步骤(2)所述的热丝化学气相沉积，具体条件包括：
[0040]发热丝数量为8～10根、单丝直径为0.1～0.7mm、单丝功率为870～890W；所述发热丝优选钽丝；
[0041]硅片与发热丝的距离为8～15mm；
[0042]气源为H2和CH4的混合气体，其中H2的流量为200～250sccm，CH4的流量为氢气的6～7.5％；
[0043]工作压力为2～2.5Kpa；
[0044]工作温度为850℃～890℃；可选地，通过在硅片下垫硅片的方式提高硅片温度；优选地，垫放2片厚度为15mm的石英片。
[0045]反应时间为25～30h。
[0046]气体流量反映室内各种成分的更新速率，在金刚石成膜工艺中，当源气体配比中碳含量较大时金刚石膜非金刚石碳成份过多，当源气体配比中碳含量较小时，硅片上金刚石成核过少，不容易生成金刚石膜，当硅片温度较高时，硅片上容易生成孤立的金刚石粒子，而不容易形成金刚石膜，该工艺条件下，可以实现匀速形核生长，有效保障样品的生长速率值，从而可以提高工艺结果的稳定性。
[0047]本申请的第二方面，提供了上述任一项所述的金刚石膜生长方法制备得到的具有金刚石膜的硅片。
[0048]本申请的第三方面，提供了上述任一项所述的金刚石膜生长方法制备得到的具有金刚石膜的硅片在微机械、微电子、微传感器、微光机电系统领域中的应用。
[0049]本申请能产生的有益效果包括：
[0050]本申请提供的金刚石涂层生长方法，通过上述预处理步骤金刚石粉的浸入，大大提高了薄膜形核阶段的形核密度，通过控制热丝处理工艺参数，在提高形核密度的同时也保证了表面形核的均匀性，克服了在较窄较深沟槽内难形核难生长问题，避免了由于沟槽底部及侧壁无法完好成膜导致的绝缘效应无法保证的问题；该方法尤其适合对带有宽16～50μm、深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。
附图说明
[0051]图1为实施例1提供的具有金刚石膜的硅片的拉曼光谱图；
[0052]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金刚石膜生长方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)将硅片浸泡在金刚石粉分散液中，得到预处理后的硅片，其中，所述硅片的一面设有由沟槽形成的图形；(2)对所述预处理后的硅片进行热丝化学气相沉积，得到具有金刚石膜的硅片，所述金刚石膜覆盖所述沟槽的底部和侧壁；其中，所述的热丝化学气相沉积，具体条件包括：发热丝数量为8～10根、单丝功率为700～1100W；气源为H2和CH4的混合气体，其中H2的流量为200～400sccm，CH4的流量为氢气的1～8％。2.根据权利要求1所述的金刚石膜生长方法，其特征在于，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中金刚石粉的粒径为50～100nm。3.根据权利要求1所述的金刚石膜生长方法，其特征在于，所述金刚石粉分散液中金刚石粉的含量为0.001～0.05g/mL。4.根据权利要求1所述的金刚石膜生长方法，其特征在于，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中溶剂为挥发性有机溶剂；所述挥发性有机溶剂选自乙醇。5.根据权利要求1所述的金刚石膜生长方法，其特征在于，步骤(1)具体包括：(1-a)将金刚石粉加入挥发性有机溶剂中，超声分散5～10min，得到金刚石粉分散液；(1-b)将硅片加入步骤(1-a)提供的金刚石粉分散液中浸泡1～3h，得到预处理后的硅片。6.根据权利要求5所述的金刚石膜生长方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨国永，江南，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。