一种高导热集成电路用金刚石基片的制备方法

摘要

本发明属于半导体基础电路用基体材料制备技术领域；特别是提供了一种制备高导热电子器件用掺杂金刚石膜复合基片的方法。在金属衬底或石墨过渡层衬底首先进行高密度金刚石形核生长，然后进行沉积掺杂元素的金刚石膜，随后进行金刚石膜生长直至达到所需厚度；脱膜后对金刚石梯度复合基片进行真空热处理，均质化和去除应力；对掺杂的金刚石复合梯度片进行双面研磨和抛光，并达到半导体集成电路用基片的表面光洁度和厚度要求。本发明的优点是：B掺杂的金刚石膜具有高的电子和空穴迁移率；无B掺杂的金刚石膜作为掺杂金刚石膜的衬底支撑，相对较厚的无B掺杂金刚石膜具有高于铜5倍的导热率，能及时将热量传递给散热器。

主权项

一种高导热集成电路用金刚石基片的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：进行高密度金刚石形核生长：1.1将所选用的衬底进行表面预处理，用粒度为1微米的金刚石粉进行表面研磨，并用超声波在丙酮溶液中进行清洗;1.2将经过预处理的衬底放置在等离子体喷射法沉积装置中，阳极与基片的距离为15‑50mm，抽真空达到5×10‑1Pa时，通入氢气和氩气引燃电弧，将衬底加热温度为800‑1100℃时通入甲烷气体，进行无B掺杂的形核生长;其中，气体参数分别为氢气的气体流量为4‑8L；氩气气体流量为2‑6L、甲烷60‑150Sccm，电弧电流80‑130A、电弧电压70‑120V，沉积金刚石膜的厚度为10‑20微米；步骤2.进行B掺杂金刚石膜的生长:2.1将含有B掺杂元素载体气体导入所述等离子体喷射法沉积装置中，进行B掺杂金刚石膜的沉积;其中，B掺杂金刚石膜厚度为20‑50微米；2.2将上述步骤中获得B掺杂金刚石膜，逐渐减少掺杂元素载体气体导入量，最终关闭掺杂元素载体气体导入，形成B掺杂元素的梯度分布；然后进行无B掺杂金刚石膜的生长，得到厚度为250‑1000微米掺杂B元素的金刚石梯度复合基片；步骤3.进行金刚石梯度复合基片处理：3.1在将上述步骤获得金刚石梯度复合基片进行脱膜；3.2将脱膜后的掺杂B元素的金刚石梯度复合基片放置在真空热处理炉中，保持真空为5×10‑3Pa，加热到温度为500－1500℃，保温时间为1‑5小时，进行消除应力处理；3.3将上述步骤获得的金刚石膜梯度复合片的形核面进行研磨和抛光，达到表面粗糙度小于5nm；3.4 将上述步骤获得的金刚石膜梯度复合片的金刚石膜生长面进行抛光达到复合片厚度0.3‑0.8mm，即获得高导热集成电路用金刚石基片。2.根据权利要求1所述的高导热集成电路用金刚石基片的制备方法，其特征在于，所述衬底为金属衬底或石墨过渡层衬底；所述金属衬底包括W、Mo、Ti、Cr或Zr；所述石墨过渡层衬底包括在石墨表面镀有W、Mo、Ti、Cr或Zr。3.根据权利要求1所述的高导热集成电路用金刚石基片的制备方法，其特征在于，所述硼源为气体、液体或固体，载体气体为氢气或氩气。