[发明专利]一种高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法

权利要求书

1.一种高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法，其特征在于通过在SiC的碳极性面通过涂胶、光刻、显影实现图形化，使得所述SiC的碳极性面上具有图形化的光刻胶；随后采用电子束蒸发或磁控溅射金属掩膜；在去除光刻胶后，将具有周期排列金属掩膜的SiC通过反应离子刻蚀、掩膜去除、二次离子刻蚀得到SiC微柱阵列；接着通过微波等离子体化学气相沉积技术生长金刚石层；待金刚石层完全覆盖微柱并具有一定厚度后采用激光扫描金刚石生长面平整化及后续精密抛光，得到高导热金刚石增强的SiC衬底，为未来SiC硅极性面减薄及其表面高温沉积GaN得到高功率、高频率用SiC/金刚石及GaN/SiC/金刚石晶圆奠定基础；

所述的SiC周期性微柱结构的反应离子刻蚀步骤为：对SiC通过以气源CF₄:O₂在比例为5:1-2:1、偏置功率在100-300W条件下刻蚀SiC至刻蚀深度为1~20 μm；接着采用化学溶解法去除金属掩膜，随后再次将SiC通过纯CF₄在偏置功率低于50W情况下刻蚀SiC以实现微柱边缘的圆弧形化刻蚀。

2.如权利要求1所述的高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

步骤1：SiC表面涂胶及曝光图形化

通过在SiC的碳极性面旋涂光刻胶，并通过基于掩膜板实现紫外光刻；接着通过显影去胶实现周期性微孔，裸漏出周期性排列的金刚石图形化表面；

步骤2：金属掩膜的沉积

将具有图形化光刻胶的SiC通过电子束蒸发或磁控溅射沉积金属掩膜；接着去除残余光刻胶后得到表面沉积有金属图形掩膜的SiC；

步骤3：SiC周期性微柱结构的反应离子刻蚀

通过反应离子刻蚀以实现SiC微柱的制备和边缘的圆弧形化刻蚀；

步骤4：金刚石层的生长

将具有微柱结构的SiC置于微波等离子体化学气相沉积腔室中，生长金刚石层以覆盖微柱结构；

步骤5：金刚石生长面的激光扫描平整化及研磨抛光

采用YAG激光局域烧蚀技术以平面扫描模式实现金刚石生长面的平整化加工，实现金刚石生长层表面的平整性；随后再通过金刚石纳米颗粒研磨及精密抛光进一步降低金刚石表面粗糙度。

3.如权利要求2所述高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法，其特征在于步骤2所述的金属掩膜的沉积步骤为先沉积10-50 nm金属钛层后沉积100-150 nm金属铝层，镀膜过程中基片温度不超过100℃。

4.如权利要求2所述高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法，其特征在于步骤4所述的金刚石层的生长步骤为：控制微波功率于3-5 kW、沉积温度在640-780℃的条件下再控制甲烷比例在5-8%形核1-6 h，随后以甲烷比例在2-5%生长金刚石层。

5.如权利要求2所述高导热金刚石增强碳化硅衬底的制备方法，其特征在于步骤5所述的金刚石生长面的激光扫描平整化步骤为激光入射角度为60-80°，电流在60-70 A，脉冲为400-500 μs，频率为200-300 Hz以及扫描速度为100-400 mm/min；随后将金刚石生长面逐步采用颗粒度1 μm、500 nm、100 nm的金刚石粉分别进行抛光后将其置于精密金刚石抛光盘上进行最终平整化。