[发明专利]降低异质外延偏压阈值的方法

说明书

降低异质外延偏压阈值的方法，它为了解决BEN工艺为获得合适外延形核率时偏压阈值较大的问题。降低偏压阈值的方法：一、在衬底上蒸镀一层铱薄膜，然后进行退火处理，衬底的背面和侧面沉积金膜，得到Ir复合导电衬底；二、对CVD腔体抽真空；三、升高CVD腔体内气压和微波发生器的功率分别至22～32Torr和1300W～1900W，衬底升温；四、通入甲烷气体，开启偏压电源，升高偏压至250～325V；五、金刚石生长过程。本发明通过降低CVD腔体气压有效的降低获得足够高外延形核率时所需的偏压阈值，起到了节省能源，降低成本的作用，同时获得足够高的形核密度以及良好的形核均匀性。

技术领域

本发明属于异质外延单晶金刚石的领域，具体涉及一种降低异质外延偏压阈值的方法。

背景技术

单晶金刚石集优异的电学、光学、力学、声学和热学等特性于一体，被广泛地应用在机械制造、半导体芯片、生物医学以及航空航天等领域。人工方法合成大尺寸的单晶金刚石是解决天然金刚石价格昂贵且尺寸受限问题的有效途径。目前，人工合成金刚石的方法主要包括高压高温(High Pressure High Temperature,HPHT)法和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法，其中，CVD方法更有望制备出满足高科技领域要求的英寸级单晶金刚石。微波等离子体化学气相沉积法(Microwave Plasma CVD，MPCVD)技术因为无需电极放电，不易产生污染，且可控性好，被认为是制备高品质大尺寸单晶金刚石的首选方法。

CVD方法根据所使用的衬底材料是否为金刚石材料，可以分为同质外延(衬底为金刚石)和异质外延(衬底为非金刚石)。其中，同质外延技术成熟，但是能够合成的金刚石尺寸有限，常见用来的扩大金刚石尺寸的方法也存在着一些问题，例如：侧向生长方法对尺寸提升有限；马赛克拼接法会在拼接处的金刚石引入应力和缺陷等问题。而以铱衬底作为代表的异质外延能够很好的解决上述问题，是目前实现大尺寸高品质单晶金刚石最有希望的途径。区别于同质外延，在异质衬底上首先实现良好的形核尤为关键，既要达到足够高的形核密度以及良好的形核均匀性，为了制得外延的单晶金刚石，还需要达到一定的外延形核率(外延晶核数量/晶核总数)。

偏压增强形核(BEN)工艺是通过在异质衬底上施加一定大小的偏压，使得等离子体中的一些带电粒子被电场加速获得更高动能，与衬底轰击后产生一系列诸如植入效应、增强含碳集团表面扩散等效应，最终显著提高金刚石形核密度的技术。偏压增强外延形核的实现主要取决于碳正离子在直流电场作用下运动到衬底表面的动能和碳正离子的数量。而正离子的动能与腔体气压，偏置电压与甲烷含量有关。除了控制甲烷含量外，为了达到足够高的外延形核率，在BEN工艺过程中，需要控制偏压大小在一定范围内，即存在一定的偏压窗口。

通常情况下，利用BEN工艺来增大形核密度并获得一定的外延形核率时，其偏压的阈值较大。然而，较大的偏压一方面会造成大量能源的浪费；另一方面会导致轰击作用过于强烈，对衬底会造成一定的损伤的同时导致形核密度大幅度降低，不利于高品质金刚石的制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决BEN工艺为获得合适外延形核率时偏压阈值较大，造成能源浪费以及衬底损伤等问题，而提供一种降低异质外延偏压阈值的方法。

本发明降低异质外延偏压阈值的方法按照以下步骤实现：

一、Ir复合导电衬底的制备：

a、采用电子束蒸发法在衬底上蒸镀一层铱薄膜，得到Ir复合衬底；

b、在氩气环境中，对Ir复合衬底进行原位退火处理，得到退火后Ir复合衬底；

c、使用磁控溅射法在退火后Ir复合衬底的背面和侧面沉积金膜，得到Ir复合导电衬底；

二、抽真空过程：

d、将样品托放置在CVD腔体内的水冷台上，样品托的底部开有凹腔，再将Ir复合导电衬底放置在样品托上，关闭CVD腔体；