一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置及方法，所述装置包括：图形化金属薄膜制备装置，用于在待制备微通孔的单晶金刚石衬底的上、下表面制备图形化金属薄膜；氢等离子体发生装置，用于发生氢等离子体；所述氢等离子体用于包裹所述待制备微通孔的单晶金刚石衬底以及其上、下表面制备的图形化金属薄膜，并对图形化金属薄膜下方的单晶金刚石衬底刻蚀；去除装置，用于在上、下表面的图形化金属薄膜在单晶金刚石衬底内部相遇后，去除单晶金刚石衬底的上、下表面的图形化金属薄膜。本发明专利技术可以大幅度提升刻蚀金刚石的速率，缩短刻蚀时间。时间。时间。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置及方法


[0001]本专利技术属于半导体材料微加工
，特别涉及一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置及方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的不断进步，电子设备集成度越来越高，集成芯片中电路数目及功率的增加使其产生热量的散逸变得越来越困难；在5G通讯、航空航天等领域中，对电子器件的体积、重量要求较传统行业中高很多，在保证器件体积、重量的前提下，只能通过增加功率来获得更高的性能；小体积大功率器件会产生更大的热量，并在有源区形成热点，这对器件的性能有着致命的影响，成为了制约大功率器件发展的最大问题之一。因此，有必要研发新一代体积小、散热效率高的散热材料。
[0003]金刚石和传统的铝、铜、钨、铝碳化硅等散热材料比，具有极高的热导率(22W/cm
·
K)，为传统材料的数倍甚至数十倍，是散热材料的极佳选择。因其优秀的热导特性，有望解决电子器件的“自热效应”技术瓶颈。金刚石衬底有超高的导热率，还具有卓越的力学、光学、声学、电学和化学性质，使其在高功率光电器件散热的问题上明显优于其它材料，也是在高温、高腐蚀以及恶劣环境下工作的极佳选择，因此金刚石是最具有潜力的大功率散热衬底。
[0004]目前，大部分电子器件均采用背孔电极的方式将各个电极连接在一起，这样既可以节省互连线，又便于器件热量的集中管理；因此，将单晶金刚石作为电子器件芯片热沉的最佳方案是在单晶金刚石做上贯穿的微孔，将背孔电极直接穿过单晶金刚石，最大限度的利用单晶金刚石高热导的特性，达到器件降温、提升器件性能的目的。然而，金刚石具有极高的硬度，极好耐磨性和极强化学稳定性，干法刻蚀和湿法腐蚀都无法对其进行通孔的图形化，制备单晶金刚石微通孔一直是技术难题。目前制备单晶金刚石微通孔是利用碳原子在金属中输运，然后采用高温氢气将到达金属层表面的碳原子(sp2键型碳原子)反应掉实现的，该过程受限于氢气和碳原子的反应速率，需要单晶金刚石长时间在高温氢气中反应才有可能获得金刚石微通孔，该方法尚存在的弊端主要有两个，包括：(1)刻蚀速率慢，一般在1微米/小时，刻蚀一个0.3毫米的金刚石，需要约300小时；(2)长时间置于高温氢气中将造成本来不想刻蚀的金刚石部分也受到氢气刻蚀，造成这部分金刚石表面粗糙度增大，这对于后续金刚石的生长、电子器件的制备是致命的，严重情况下将引入位错等缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术利用碳原子高温下在金属中扩散的特点，将单晶金刚石上下表面的碳原子泵浦到金属薄膜，并利用氢等离子将这部分碳原子反应掉，可以大幅度提升刻蚀金刚石的速率，缩短刻蚀时间。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，包括：
[0008]图形化金属薄膜制备装置，用于在待制备微通孔的单晶金刚石衬底的上、下表面制备图形化金属薄膜；其中，上、下表面制备的图形化金属薄膜完全一致并相互对准；
[0009]氢等离子体发生装置，用于发生氢等离子体；所述氢等离子体用于包裹所述待制备微通孔的单晶金刚石衬底以及其上、下表面制备的图形化金属薄膜，并对图形化金属薄膜下方的单晶金刚石衬底刻蚀；
[0010]去除装置，用于在上、下表面的图形化金属薄膜在单晶金刚石衬底内部相遇后，去除单晶金刚石衬底的上、下表面的图形化金属薄膜。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，所述图形化金属薄膜制备装置包括：
[0012]紫外光刻机，用于光刻获得预设的图形；
[0013]电子束蒸发系统，用于基于所述图形沉积金属，获得图形化金属薄膜。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，所述氢等离子体发生装置为微波等离子体化学气相沉积系统。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，所述微波等离子体化学气相沉积系统的功率为1000W～7000W，强压为5Torr～150Torr，氢气流量为50sccm～1000sccm。
[0016]本专利技术的进一步改进在于，所述去除装置包括：液体容器；所述液体容器内盛装有稀硝酸或稀盐酸。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，上、下表面制备的图形化金属薄膜为镍金属层、铁金属层或钴金属层。
[0018]本专利技术的一种用于制备单晶金刚石微通孔的方法，包括以下步骤：
[0019]在待制备微通孔的单晶金刚石衬底的上、下表面制备图形化金属薄膜；其中，上、下表面制备的图形化金属薄膜完全一致并相互对准；
[0020]采用氢等离子体包裹所述待制备微通孔的单晶金刚石衬底以及其上、下表面制备的图形化金属薄膜，对图形化金属薄膜下方的单晶金刚石衬底刻蚀；
[0021]上、下表面的图形化金属薄膜在单晶金刚石衬底内部相遇后，去除单晶金刚石衬底的上、下表面的图形化金属薄膜，完成制备。
[0022]本专利技术的进一步改进在于，所述图形化金属薄膜的材质为镍、铁或钴。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述图形化金属薄膜的厚度为10nm～900nm，形状为直径3nm～500μm且设置预设间距的圆形阵列。
[0024]本专利技术的进一步改进在于，所述上、下表面的图形化金属薄膜在单晶金刚石衬底内部相遇后，去除单晶金刚石衬底的上、下表面的图形化金属薄膜，完成制备的步骤具体包括：
[0025]上、下表面的图形化金属薄膜在单晶金刚石衬底内部相遇后，采用稀硝酸或稀盐酸去除单晶金刚石衬底的上、下表面的图形化金属薄膜，完成制备。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术中，利用碳原子高温下在金属中扩散的特点，将单晶金刚石表面的碳原子泵浦到金属薄膜的表面，并利用氢等离子将这部分碳原子反应掉，重复该过程即可实现金刚石的快速刻蚀。解释性的，本专利技术采用氢等离子体刻蚀碳原子而不采用的氢气刻蚀碳原子的原因主要包括：氢等离子和碳原子的反应速率是氢气和碳原子反应速率的上百倍，利
用氢等离子体可以提高单晶金刚石微通孔的制备效率。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术实施例的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置的示意图；
[0030]图2是本专利技术实施例的一种用于制备单晶金刚石微通孔的方法的示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例中，单晶金刚石衬底上下表面沉积图形化金属薄膜后的截面示意图；
[0032]图4是本专利技术实施例中，样品置于氢等离子中的截面示意图；
[0033]图5是本专利技术实施例中，在单晶金刚石衬底上获得微通孔的截面示意图；
[0034]图中，1、单晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，其特征在于，包括：图形化金属薄膜制备装置，用于在待制备微通孔的单晶金刚石衬底(1)的上、下表面制备图形化金属薄膜(2)；其中，上、下表面制备的图形化金属薄膜(2)完全一致并相互对准；氢等离子体发生装置，用于发生氢等离子体(3)；所述氢等离子体(3)用于包裹所述待制备微通孔的单晶金刚石衬底(1)以及其上、下表面制备的图形化金属薄膜(2)，并对图形化金属薄膜(2)下方的单晶金刚石衬底刻蚀；去除装置，用于在上、下表面的图形化金属薄膜(2)在单晶金刚石衬底(1)内部相遇后，去除单晶金刚石衬底(1)的上、下表面的图形化金属薄膜(2)。2.根据权利要求1所述的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，其特征在于，所述图形化金属薄膜制备装置包括：紫外光刻机，用于光刻获得预设的图形；电子束蒸发系统，用于基于所述图形沉积金属，获得图形化金属薄膜(2)。3.根据权利要求1所述的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，其特征在于，所述氢等离子体发生装置为微波等离子体化学气相沉积系统。4.根据权利要求1所述的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，其特征在于，所述微波等离子体化学气相沉积系统的功率为1000W～7000W，强压为5Torr～150Torr，氢气流量为50sccm～1000sccm。5.根据权利要求1所述的一种用于制备单晶金刚石微通孔的装置，其特征在于，所述去除装置包括：液体容器；所述液体容器内盛装有稀硝酸或稀盐酸。6.根据权利要求1所述的一种用于制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳丰，
申请(专利权)人：西安德盟特半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：