[發明專利]一種晶圓級金剛石襯底的拋光方法和晶圓級金剛石襯底

在審

• 申請號: 202011609576.X
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN113178382A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 林秋寶;黃雪潤;吳波;張星
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/306;H01L29/16
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 楊依展;張迪

本發明提供了一種晶圓級金剛石襯底的拋光方法，包括如下步驟：1)對襯底進行研磨減薄；2)對減薄后的襯底按厚度進行分區；3)依次對各個分區進行等離子體蝕刻或激光蝕刻，不同分區的等離子體蝕刻和激光蝕刻的參數不相同；當一分區進行等離子體蝕刻或激光蝕刻時，其余分區被遮蓋；4)對蝕刻后的襯底進行機械拋光或化學拋光。本發明還提供了一種晶圓級金剛石襯底，采用如上所述的拋光方法制備而成，其表面粗糙度為0.3?0.5nm。上述的拋光方法，能夠使金剛石表面快速平坦以提高拋光效率。

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及金剛石襯底。

背景技術

自20世紀五六十年代化學氣相沉積(CVD)金剛石制備技術問世，并在20 世紀80年代獲得快速發展以來，探索并應用金剛石材料的優良特性成為可能。首先，作為一種寬禁帶半導體材料，金剛石可以用來制備功率器件、光電器件、金剛石基探測器和傳感器、微機電和納機電器件、半導體金剛石異質結等。其次，由于金剛石的傳熱機制是通過晶格振動傳熱，碳原子產生振動的量子能量較大，因此金剛石是自然界中熱導率最高的物質，在散熱領域具有巨大的應用潛力。

當金剛石作為晶圓級襯底使用時，要求其表面粗糙度Ra低于3nm，同時具有亞微米級的面型精度。當金剛石作為電路元件的散熱片時，要求其具有極低的表面粗糙度和極高的面型精度，從而增大接觸面積，提高散熱效率?？傊@兩種應用均需要金剛石表面達到超光滑、超平坦和無缺陷的水平。但由于CVD 多晶金剛石的柱狀生長特性，導致金剛石表面晶粒尺寸大小不一、晶面取向各異，直接生長制備出的CVD金剛石表面粗糙，無法滿足上述領域對金剛石的表面質量要求，因此需要對金剛石表面進行研磨拋光。根據不同的工業應用要求， CVD金剛石表面拋光技術成為金剛石應用的至關重要的一個工藝環節。根據市場調研，作為散熱片產品時需要的表面粗糙度在10納米左右，作為襯底則在1 納米以下。另外，要使金剛石成功應用于功率器件的制備并實現產業化，襯底直徑的擴大也是一個關鍵因素。襯底直徑越大，單片襯底的器件數目越多，可以降低器件成本，提高器件制備效率。因此，金剛石的拋光逐漸向大尺寸、超光滑、無損傷的方向發展。

然而，目前對于大面積CVD金剛石的納米級、無損傷拋光，效率低、表面質量低等問題是非常突出的。例如：機械拋光成本較低，但其拋光效率低下；激光拋光效率較高，但對金剛石會造成較大的損傷；熱化學拋光需要幾百度的高溫，對于拋光設備要求較高；采用大功率離子束拋光，在加工過程中金剛石容易受到熱量的影響，產生石墨化。并且通過對實驗條件和設備的研究，也有生產成本過高，穩定性較差，不利于進行產業化的問題。鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是提供一種晶圓級金剛石襯底的拋光方法，能夠使金剛石表面快速平坦以提高拋光效率。

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種晶圓級金剛石襯底的拋光方法，包括如下步驟：

1)對襯底進行研磨減薄；

2)對減薄后的襯底按厚度進行分區；

3)依次對各個分區進行等離子體蝕刻或激光蝕刻，不同分區的等離子體蝕刻和激光蝕刻的參數不相同；當一分區進行等離子體蝕刻或激光蝕刻時，其余分區被掩蓋；

4)對蝕刻后的襯底進行機械拋光或化學拋光。

在一較佳實施例中：所述步驟3中，等離子體蝕刻和激光蝕刻的現象出現在晶粒表面而非晶界。

在一較佳實施例中：所述步驟1中的研磨采用梯度研磨的方法：將粒徑呈現梯度排列的磨粒中選擇其中兩種或兩種以上，按照大粒徑在先、小粒徑在后的順序依次進行研磨。

在一較佳實施例中：步驟2中，以5微米的厚度差異對襯底進行分區。

在一較佳實施例中：步驟3中，厚度為415-420微米的分區采用Ar/Cl₂等離子體進行蝕刻處理，速率為2.34-30μm/h；使其厚度達到410微米。