单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材技术

本发明专利技术提供一种单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材，其中，单晶金刚石基板的制备方法至少包括以下步骤：在一硅基板的上表面制备一层蓝宝石层，且硅基板的上表面的形貌为原子层台阶；在蓝宝石层上生长一层合金膜，硅基板、蓝宝石层和合金膜组成用于生长单晶金刚石基板的基材；在基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板；当单晶金刚石厚度达到预设厚度时，停止生长单晶金刚石，并对单晶金刚石基板进行剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板。采用本发明专利技术提供的制备方法可以制备大面积的单晶金刚石基板。方法可以制备大面积的单晶金刚石基板。方法可以制备大面积的单晶金刚石基板。

【技术实现步骤摘要】
单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，尤其涉及一种单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材。

技术介绍

[0002]单晶金刚石作为半导体材料，具有其它材料所不具备的众多优异的特性，如具有大的禁带宽度、大的击穿场强、高的载流子迁移率、低的介电常数以及优良的机械性能，从而被称之为终极半导体材料。
[0003]然而，目前在制备单晶金刚石时，由于其基材和金刚石之间的晶格常数及热膨胀系数的不同，在生长金刚石的过程中结晶体内部会产生应力，金刚石基板会产生翘曲或裂纹，无法得到大面积的单晶金刚石基板。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材，以解决目前无法制备大面积的单晶金刚石基板的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种单晶金刚石基板的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
[0006]在一硅基板的上表面制备一层蓝宝石层，且硅基板的上表面设有原子级台阶的结构；
[0007]在蓝宝石层上生长一层合金膜，硅基板、蓝宝石层和合金膜组成用于生长单晶金刚石基板的基材；
[0008]在基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板；
[0009]当单晶金刚石厚度达到预设厚度时，停止生长单晶金刚石，并对单晶金刚石基板进行剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板。
[0010]在一种可能的实现方式中，合金膜为由铱元素、铂元素、镍元素、金元素或钯元素中的一种或几种元素组成的。
[0011]在一种可能的实现方式中，合金膜的厚度为10nm
‑
500nm。
[0012]在一种可能的实现方式中，在基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板之前，还包括：
[0013]基于偏压增强成核法，在合金膜上生长一层金刚石籽晶。
[0014]在一种可能的实现方式中，硅基板上表面设有双原子级台阶的结构。
[0015]在一种可能的实现方式中，对单晶金刚石基板进行剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板，包括：
[0016]对制备有单晶金刚石基板的基材进行加热，当温度大于预设温度时，带有合金膜的单晶金刚石基板从基材上剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板。
[0017]在一种可能的实现方式中，预设厚度为大于500微米。
[0018]第二方面，本专利技术实施例提供了一种生长单晶金刚石的基材，包括：
[0019]一硅基板，且硅基板的上表面设有原子级台阶的结构；
[0020]在硅基板的上表面设有蓝宝石层，蓝宝石层上设有一层合金膜。
[0021]在一种可能的实现方式中，合金膜为由铱元素、铂元素、镍元素、金元素或钯元素中的一种或几种元素组成的膜。
[0022]在一种可能的实现方式中，合金膜的厚度为10nm
‑
500nm。
[0023]本专利技术实施例提供一种单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材，首先，在设有原子层台阶的硅基板的上表面制备一层蓝宝石层；然后，在蓝宝石层上生长一层合金膜；接着，在基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板；最后，当单晶金刚石厚度达到预设厚度时，停止生长单晶金刚石，并对单晶金刚石基板进行剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板。
[0024]通过采用硅基板生长单晶金刚石基板，由于硅基板有多种尺寸且其制备相对简单成本也较低，可以满足用户对多种尺寸的单晶金刚石基板的需求，特别是目前对大尺寸的单晶金刚石基板的需求。此外，通过采用设有原子级台阶的硅基板，当制备完成后，可以很容易地将单晶金刚石基板剥离。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本专利技术实施例提供的一种单晶金刚石基板的制备方法的流程图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的一种生长单晶金刚石的基材的结构示意图。
具体实施方式
[0028]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
[0030]正如
技术介绍
中所描述的，金刚石是目前已知自然界中热导率最高的物质，单晶金刚石的热导率为2200
‑
2300W/(m.K)，热膨胀系数约为1.1
×
10
‑6℃，在半导体、光学等方面具有很多优良特性。
[0031]由于制备金刚石基板的基材与金刚石的晶格常数以及热膨胀系数的不同，导致制备的金刚石会产生翘曲或裂纹，特别是当制备大面积的金刚石基板时更容易发生翘曲，从而无法得到高质量的金刚石基板。
[0032]在硅基板的表面不经过任何处理的情况下，单晶金刚石是很难在硅基板上成核，形成单晶金刚石基板的。
[0033]为了解决现有技术问题，本专利技术实施例提供了一种单晶金刚石基板的制备方法及生长单晶金刚石的基材。下面首先对本专利技术实施例所提供的单晶金刚石基板的制备方法进行介绍。
[0034]参见图1，其示出了本专利技术实施例提供的单晶金刚石基板的制备方法的实现流程图，详述如下：
[0035]步骤S110、在一硅基板的上表面制备一层蓝宝石层。
[0036]其中，硅基板的上表面设有原子级台阶的结构，该原子级台阶的高度可以根据实际使用场景进行设定，此处不做限定。例如，原子级台阶的高度可以为1nm
‑
2nm。
[0037]在一些实施例中，为了便于生长的单晶金刚石基板的剥离，硅基板的上表面的原子层台阶可以为双原子级台阶。
[0038]硅基板按照其直径可以分为6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。随着行业内对大尺寸单晶金刚石基板的需求的增大，可以通过选用不同尺寸的硅基板进行生长金刚石基板。
[0039]具体的，可以采用低压力化学气相沉积法在硅基板表面生长蓝宝石层。低压力化学气相沉积法制备蓝宝石层的工艺条件为：压力可以为0.5Pa～500Pa，硅基板的温度可以为900℃
‑
1000℃。示例性的，硅基板的温度可以为950℃。
[0040]蓝宝石层在此处的作用为应力缓和的作用，为了便于在蓝宝石上继续生长后续的材料，缓解制备过程中的应力对金刚石基板质量的影响。
[0041]步骤S120、在蓝宝石层上生长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶金刚石基板的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：在一硅基板的上表面制备一层蓝宝石层，且所述硅基板上表面设有原子级台阶的结构；在所述蓝宝石层上生长一层合金膜，所述硅基板、所述蓝宝石层和所述合金膜组成用于生长单晶金刚石基板的基材；在所述基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板；当所述单晶金刚石的厚度达到预设厚度时，停止生长单晶金刚石，并对所述单晶金刚石基板进行剥离，得到带有合金膜的单晶金刚石基板。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述合金膜为由铱元素、铂元素、镍元素、金元素或钯元素中的一种或几种元素组成的膜。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述合金膜的厚度为10nm
‑
500nm。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述基材上采用微波等离子体化学气相沉积制备单晶金刚石基板之前，还包括：基于偏压增强成核法，在所述合金膜上生长一层金刚石...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳敏，王楠，赵堃，莫宇，
申请(专利权)人：中电科先进材料技术创新有限公司，
类型：发明
国别省市：