单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法技术

本申请公开一种单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法本申请中单晶金刚石生长用沉积基底，结构包括：第一层为带图案的硅基底；第二层为过度层；第三层为金属铱层。其次，本申请公开了单晶金刚石生长用基底的预处理方法：a.刻蚀带图案的硅基底；b.磁控溅射：过渡层溅射，溅射厚度为40nm

【技术实现步骤摘要】
单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法


[0001]本专利技术涉及单晶金刚石异质外延生长
，具体涉及一种单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法。

技术介绍

[0002]由于制备的工艺、设备等方面的限制，单晶金刚石的同质外延生长出的金刚石尺寸较小，不能满足大尺寸光学窗口等领域的应用。虽然在金刚石的同质外延生长领域，马赛克拼接技术的应用，使大面积单晶金刚石的制备成为了可能，但是该技术也存在巨大的缺点，如拼接处的缺陷较多、强度低，会大大限制该技术的应用。而单晶金刚石的异质外延生长在偏压增强形核技术与横向外延过度生长技术的推动下，可制备出大面积、高品质的单晶金刚石，克服上述缺点。
[0003]但是现有的横向外延过度生长技术(BEN层图形化)都是在偏压增强形核完成后，暂停金刚石金刚石的生长，通过光刻技术，在沉积出的金刚石表面做出条状或栅格等图形，再放进CVD沉积系统中，进行金刚石的生长，该技术很明显地将形核与生长分割开来，增加了生长工艺的繁琐性，并且在光刻过程中清洗程度、沉积台再次放置的位置等都对金刚石的质量有一定影响，增加了诸多不确定性。
[0004]因此，需要一种新的单晶金刚石的制备方法。

技术实现思路

[0005]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本公开的目的在于提供一种单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法。
[0006]为了实现上述目的，本公开提供了一种单晶金刚石生长用沉积基底及单晶金刚石的制造方法。
[0007]下面说明本申请第一方面所述的单晶金刚石生长用沉积基底，其结构包括：第一层为带图案的硅基底；第二层为过度层；第三层为金属铱层。
[0008]在一些实施例中，所述带图案的硅基底中图案为条形凹槽或者栅格状凹槽，并且该凹槽四周边缘设置有更深的凹槽，形成阶梯凹槽。
[0009]在一些实施例中，所述过度层选自YSZ、氧化镁、氧化锆中的一种。
[0010]其次，说明本申请第二方面所述的单晶金刚石生长用基底的预处理方法，用于处理单晶金刚石生长用沉积基底，包括步骤：
[0011]a.刻蚀带图案的硅基底；
[0012]b.磁控溅射：过渡层溅射，溅射厚度为40nm
‑
0.2μm，金属铱溅射，厚度为50
‑
200nm；
[0013]c.抛光，对所述金属铱层进行机械抛光，除去凸起部分的金属铱；
[0014]d，清洗，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5
‑
10min。
[0015]在一些实施例中，所述刻蚀带图案的硅基底的方法为：步骤S1，硅基底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5
‑
10min，在烘箱中，温度为60
‑
120℃，保温10
‑
30min；步骤
S2，先刻蚀较浅图案，再刻蚀出较深图案；步骤S3，待基片温度与室温相近时，在硅基片表面旋涂光刻胶，光刻胶为正交；步骤S4，进行软烘，条件为80
‑
120℃，烘2
‑
7min，之后曝光，采用1号掩膜版，曝光30
‑
60s；步骤S5，显影，在显影液中显影1
‑
2min，后在100
‑
150℃烘干；步骤S6，湿法刻蚀：刻蚀条件为硝酸、氢氟酸与醋酸比例为(1
‑
4)∶(1
‑
1.5)∶(1
‑
1.5)，刻蚀温度80
‑
120℃，时间5min
‑
60min，较浅凹槽刻蚀完成；步骤S7，较深凹槽刻蚀：清洗后，将1号掩膜版换成2号掩膜版，重复上述步骤S1
‑
S6。
[0016]在一些实施例中，以浅凹槽低面为基准，所述较浅凹槽深度为20
‑
40μm，宽度为10
‑
200μm。
[0017]在一些实施例中，以浅凹槽低面为基准，所述较深凹槽深度为5
‑
10μm，宽度为60
‑
120μm。
[0018]在一些实施例中，所述凹槽间隔为10
‑
200μm。
[0019]另外，说明本申请中第三方面的单晶金刚石的制造方法，在所述的单晶金刚石生长用基底预处理后的单晶金刚石生长用基底上进行制备单晶金刚石。
[0020]在一些实施例中，所述的单晶金刚石的制造方法，包括以下步骤：
[0021]步骤一，偏压增强形核；步骤二，单晶金刚石生长，生长条件为：在压强为18
‑
21kPa、温度为850
‑
1100℃的条件下，通入甲烷与氢气的体积比例(1
‑
3)∶100。
[0022]在一些实施例中，所述偏压增强形核的直流偏压为
‑
200V到
‑
50V。
[0023]在一些实施例中，所述偏压增强形核的温度为700
‑
950℃，压强为12
‑
18kPa。
[0024]在一些实施例中，所述偏压增强形核中甲烷与氢气的体积比例(1
‑
7)∶100。
[0025]本公开的有益效果如下：
[0026]本专利技术在金刚石沉积前，对硅基底进行图形化处理，形成阶梯凹槽图案，结合磁控溅射、抛光、BEN等技术，实现了偏压增强形核与横向外延过度生长的不间断，在形核完成后，直接进入横向外延过度生长阶段，简化工艺过程，避免了形核和横向外延过度生长阶段分割开带来的诸多不确定性，其中的阶梯凹槽可有利于提高金刚石横向生长时的质量，并减少及缓冲掉部分应力。
附图说明
[0027]图1沉积基底及沉积出金刚石的结构示意图
[0028]图2为实施例2的拉曼测试图
[0029]图3为实施例3的拉曼测试图
具体实施方式
[0030]将理解的是，所公开的实施例仅仅是本申请的示例，本申请可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本申请。
[0031]下面详细说明根据本公开的第一方面的单晶金刚石生长用沉积基底，其结构包括：第一层为带图案的硅基底；第二层为过度层；第三层为金属铱层。
[0032]在一些实施例中，所述带图案的硅基底中图案为条形凹槽或者栅格状凹槽，并且该凹槽四周边缘设置有更深的凹槽，形成阶梯凹槽。以确保在金刚石生长前期，沉积区域与
非沉积区域，有一定的空间供金刚石的横向生长。
[0033]第二层为过度层，用于阻止硅与金属铱接触。
[0034]在一些实施例中，所述过度层选自YSZ、氧化镁、氧化锆中的一种。
[0035]其次，说明根据本公开第二方面的单晶金刚石生长用基底的预处理方法，用于第一方面所述的单晶金刚石生长用沉积基底，包括步骤：a.刻蚀带图案的硅基底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶金刚石生长用沉积基底，其特征在于，其结构包括：第一层为带图案的硅基底；第二层为过度层；第三层为金属铱层。2.根据权利要求1所述的单晶金刚石生长用沉积基底，其特征在于，所述带图案的硅基底中图案为条形凹槽或者栅格状凹槽，并且该凹槽四周边缘设置有更深的凹槽，形成阶梯凹槽。3.根据权利要求1所述的单晶金刚石生长用沉积基底，其特征在于，所述过度层选自YSZ、氧化镁、氧化锆中的一种。4.一种单晶金刚石生长用基底的预处理方法，用于处理权利要求1
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2中任一项所述的单晶金刚石生长用沉积基底，其特征在于，包括步骤：a.刻蚀带图案的硅基底；b.磁控溅射：过渡层溅射，溅射厚度为40nm
‑
0.2μm，金属铱溅射，厚度为50
‑
200nm；c.抛光，对所述金属铱层进行机械抛光，除去凸起部分的金属铱；d，清洗，依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5
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10min。5.根据权利要求4所述的单晶金刚石生长用基底的预处理方法，其特征在于，所述刻蚀带图案的硅基底的方法为：步骤S1，硅基底依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5
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10min，在烘箱中，温度为60
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120℃，保温10
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30min；步骤S2，先刻蚀较浅图案，再刻蚀出较深图案；步骤S3，待基片温度与室温相近时，在硅基片表面旋涂光刻胶，光刻胶为正交；步骤S4，进行软烘，条件为80
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120℃，烘2
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7min，之后曝光，采用1号掩膜版，曝光30
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60s；步骤S5，显影，在显影液中显影1
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2min，后在100
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150℃烘干；步骤S6，湿法刻蚀：刻蚀条件为硝酸、氢氟酸与醋酸比例为(1
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯曙光，于金凤，李光存，
申请(专利权)人：安徽光智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：