一种应用在半导体制程中大尺寸高品质马赛克拼接单晶金刚石及其使用方法

技术领域

本发明涉及金刚石半导体生长技术领域，具体涉及一种应用在半导体制程中大尺寸高品质马赛克拼接单晶金刚石及其使用方法。

背景技术

随着半导体行业的不断发展，对材料的性能要求也越加严格，金刚石具有高热导率、优异的电学性能，被誉为“终极半导体材料”。但是在半导体工艺制程中，为了提高半导体生产效率，减小单位芯片的制作成本，通常会选择大尺寸的晶圆。而由于当前技术限制，大尺寸金刚石单晶制备较为困难。目前主要有两种合成大尺寸金刚石的方法：异质外延法和马赛克拼接法，异质外延法是通过异质基体来沉积单晶金刚石，由于衬底材料和金刚石的热膨胀系数的差异，所制备的金刚石具有较大的应力。而马赛克拼接法，受制于拼接处的缺陷，容易出现裂纹或者位错，并且拼接处的缺陷会出现遗传现象，随着金刚石的不断沉积，拼接处的缺陷会不断延伸，这样所拼接出来的金刚石并不是严格意义上的单晶金刚石，拼接处的缺陷对金刚石的性能会产生严重的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：将拼接金刚石技术应用到半导体制造行业，提供一种大尺寸、高品质拼接金刚石的使用方法，利用原始面作为晶圆面，避开拼接造成的晶体缺陷，此外原始面的晶种间距代替晶圆划片步骤，提高生产效率的同时为晶圆切割留出损耗空间。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种应用在半导体制程中大尺寸高品质马赛克拼接单晶金刚石及其使用方法，包括以下四个步骤：

S1：对相同厚度的小尺寸单晶金刚石进行统一尺寸加工，包括长、宽，同时对侧边进行斜角处理，使之成为棱台形状；

S2：将步骤S1中的所述处理后的金刚石面积较大的朝上作为生长面紧密排列在基台上，采用MPCVD法进行拼接生长，面积较小的一面作为原始面和载台接触；

S3：将步骤S2中的所述拼接后的金刚石双面抛光，最终得到高品质、大面积的可应用在半导体制程中的拼接金刚石。

作为优选的技术方案，步骤S1中的所述单晶金刚石均具有相同的晶体取向，其晶面及晶向误差不超过2°。

作为优选的技术方案，步骤S1中的所述单晶金刚石的长度宽度范围为3-20 mm，厚度范围为0.1-3 mm。

作为优选的技术方案，步骤S1中的所述斜角处理的方法包括但不限于机加工、激光加工等，角度范围为0-8°。

作为优选的技术方案，步骤S2中的所述拼接金刚石的数量为4-300片，拼接的金刚石相互紧密规则排列，拼接后形状包括但不限于圆形、方形等。

作为优选的技术方案，步骤S2中的所述MPCVD法的参数为：温度700-1150 ℃；气压10-25kpa，氢气流量100-800 sccm，甲烷流量为氢气的1%-10%，氮气流量0.1-2sccm，沉积时间为10-150h。

作为优选的技术方案，步骤S3中的所述双面抛光方法采用机械抛光法、机械化学辅助抛光法或离子抛光法将拼接后金刚石表面粗糙度降低至100 nm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用半导体制程中对晶圆加工机制，通过MPCVD的方法制备拼接金刚石晶圆，其晶体质量取决于单元晶种的晶体质量，原始面作为晶圆面，避开拼接造成的晶体缺陷，拼接过程不会影响后续使用，此外，原始面的晶种间距可代替晶圆划片步骤，提高生产效率同时为晶圆切割留出损耗空间。

附图说明

图1为加工后的晶种形貌，面1为原始面（晶圆面），面2为生长面；

图2为晶种生长摆放示意图；

图3拼接金刚石晶圆示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。

实施例1

选取厚度为1mm、表面为（100）取向的晶种，通过激光加工统一修整为7*7mm的规格，同时保证侧面取向为（100），在通过激光将晶种四边做5°的 斜角处理，如图1；

处理后的晶种经过清洗，将面积小的作为原始面，紧密排列在MPCVD腔室中的载物台上，如图2；

通过MPCVD方法进行短时间沉积，氢气流量为200sccm，甲烷流量为8%，沉积时间40h；

将生长后的拼接晶种双面进行抛光，并将原始面作为半导体制程中的晶圆面，如图3。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。