一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法和晶圆级金刚石衬底技术

本发明专利技术提供了一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，包括如下步骤：1)对衬底进行研磨减薄；2)对减薄后的衬底按厚度进行分区；3)依次对各个分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻，不同分区的等离子体蚀刻和激光蚀刻的参数不相同；当一分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻时，其余分区被遮盖；4)对蚀刻后的衬底进行机械抛光或化学抛光。本发明专利技术还提供了一种晶圆级金刚石衬底，采用如上所述的抛光方法制备而成，其表面粗糙度为0.3‑0.5nm。上述的抛光方法，能够使金刚石表面快速平坦以提高抛光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法和晶圆级金刚石衬底
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及金刚石衬底。
技术介绍
自20世纪五六十年代化学气相沉积(CVD)金刚石制备技术问世，并在20世纪80年代获得快速发展以来，探索并应用金刚石材料的优良特性成为可能。首先，作为一种宽禁带半导体材料，金刚石可以用来制备功率器件、光电器件、金刚石基探测器和传感器、微机电和纳机电器件、半导体金刚石异质结等。其次，由于金刚石的传热机制是通过晶格振动传热，碳原子产生振动的量子能量较大，因此金刚石是自然界中热导率最高的物质，在散热领域具有巨大的应用潜力。当金刚石作为晶圆级衬底使用时，要求其表面粗糙度Ra低于3nm，同时具有亚微米级的面型精度。当金刚石作为电路元件的散热片时，要求其具有极低的表面粗糙度和极高的面型精度，从而增大接触面积，提高散热效率。总之，这两种应用均需要金刚石表面达到超光滑、超平坦和无缺陷的水平。但由于CVD多晶金刚石的柱状生长特性，导致金刚石表面晶粒尺寸大小不一、晶面取向各异，直接生长制备出的CVD金刚石表面粗糙，无法满足上述领域对金刚石的表面质量要求，因此需要对金刚石表面进行研磨抛光。根据不同的工业应用要求，CVD金刚石表面抛光技术成为金刚石应用的至关重要的一个工艺环节。根据市场调研，作为散热片产品时需要的表面粗糙度在10纳米左右，作为衬底则在1纳米以下。另外，要使金刚石成功应用于功率器件的制备并实现产业化，衬底直径的扩大也是一个关键因素。衬底直径越大，单片衬底的器件数目越多，可以降低器件成本，提高器件制备效率。因此，金刚石的抛光逐渐向大尺寸、超光滑、无损伤的方向发展。然而，目前对于大面积CVD金刚石的纳米级、无损伤抛光，效率低、表面质量低等问题是非常突出的。例如：机械抛光成本较低，但其抛光效率低下；激光抛光效率较高，但对金刚石会造成较大的损伤；热化学抛光需要几百度的高温，对于抛光设备要求较高；采用大功率离子束抛光，在加工过程中金刚石容易受到热量的影响，产生石墨化。并且通过对实验条件和设备的研究，也有生产成本过高，稳定性较差，不利于进行产业化的问题。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是提供一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，能够使金刚石表面快速平坦以提高抛光效率。为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，包括如下步骤：1)对衬底进行研磨减薄；2)对减薄后的衬底按厚度进行分区；3)依次对各个分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻，不同分区的等离子体蚀刻和激光蚀刻的参数不相同；当一分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻时，其余分区被掩盖；4)对蚀刻后的衬底进行机械抛光或化学抛光。在一较佳实施例中：所述步骤3中，等离子体蚀刻和激光蚀刻的现象出现在晶粒表面而非晶界。在一较佳实施例中：所述步骤1中的研磨采用梯度研磨的方法：将粒径呈现梯度排列的磨粒中选择其中两种或两种以上，按照大粒径在先、小粒径在后的顺序依次进行研磨。在一较佳实施例中：步骤2中，以5微米的厚度差异对衬底进行分区。在一较佳实施例中：步骤3中，厚度为415-420微米的分区采用Ar/Cl2等离子体进行蚀刻处理，速率为2.34-30μm/h；使其厚度达到410微米。在一较佳实施例中：步骤3中，厚度为412-415微米的分区采用O2/CF4等离子体进行蚀刻处理，速率为1.02-30μm/h；使其厚度达到410微米。在一较佳实施例中：步骤3中，厚度为410-412微米的分区采用SF6等离子体进行蚀刻处理，速率为0.39-30μm/h；使其厚度达到410微米。在一较佳实施例中：所述粒径呈现梯度排列的磨粒具体是指：相邻两种磨粒的粒径比值为1:2。在一较佳实施例中：所述步骤1中的研磨还包括混合磨料研磨，将所述粒径呈现梯度排列的磨粒混合后，对衬底进行研磨；所述混合磨料研磨和梯度研磨单独进行，或组合进行；所述混合磨料研磨和梯度研磨组合进行时，所述混合磨料研磨位于梯度研磨之前或之后或位于梯度研磨之中。本专利技术还提供了一种晶圆级金刚石衬底，采用如上所述的抛光方法制备而成，其表面粗糙度为0.3-0.5nm。相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下的有益效果：本专利技术提供了一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，采用研磨、等离子体蚀刻、机械抛光或化学机械抛光结合的方法，可以使2英寸的多晶金刚石表面达到0.3-0.5nm的粗糙度，以满足晶圆级衬底的需要。在蚀刻中，根据金刚石不同区域的厚度差异，进行分区处理，使金刚石表面快速平坦以提高抛光效率。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供了一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，包括如下步骤：1)对衬底进行研磨减薄；2)对减薄后的衬底按厚度进行分区；3)依次对各个分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻，不同分区的等离子体蚀刻和激光蚀刻的参数不相同；当一分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻时，其余分区被掩盖；4)对蚀刻后的衬底进行机械抛光或化学抛光。第一道研磨工序是利用金刚石和研磨盘之间的游离金刚石磨料，在一定压力作用下使金刚石和研磨盘之间发生相对运动，对金刚石表面材料进行切削加工。在研磨过程中，将直径为2英寸的多晶金刚石片置于游星轮内，做既公转又自转的游星运动，游离磨料通过供液系统供给到研磨盘上，使研磨盘以一定的速度开始旋转，游离的磨料在离心力作用下均匀分布在金刚石表面，滚动、滑动的磨粒尖端对表面进行刻划，从而去除表面材料。在本专利技术中采取梯度研磨和混合磨料的方法。其中梯度研磨具体是指：选用粒径为40微米、20微米、10微米的金刚石磨粒(简称为W40、W20、W10)，调配成砂浆。在三种金刚石磨粒内选择两种或者三种，按照大粒径在先、小粒径在后的顺序依次进行研磨。例如：分别使用W40、W20、W10；或者先使用W40后使用20；先使用W40后使用W10；先使用W20后使用W10等方式，对初始表面粗糙度为微米级别的多晶金刚石片进行研磨。混合磨料研磨具体是指：将上述粒径为40微米、20微米、10微米的金刚石磨粒，调配成砂浆。在梯度研磨结束后，用该砂浆进行混合磨料研磨。在研磨工序之后，采用了ICP等离子体刻蚀与机械抛光相结合的抛光方式，结合机械抛光技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于包括如下步骤：/n1)对衬底进行研磨减薄；/n2)对减薄后的衬底按厚度进行分区；/n3)依次对各个分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻，不同分区的等离子体蚀刻和激光蚀刻的参数不相同；当一分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻时，其余分区被掩盖；/n4)对蚀刻后的衬底进行机械抛光或化学抛光。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于包括如下步骤：
1)对衬底进行研磨减薄；
2)对减薄后的衬底按厚度进行分区；
3)依次对各个分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻，不同分区的等离子体蚀刻和激光蚀刻的参数不相同；当一分区进行等离子体蚀刻或激光蚀刻时，其余分区被掩盖；
4)对蚀刻后的衬底进行机械抛光或化学抛光。


2.根据权利要求1所述的一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于：所述步骤3中，等离子体蚀刻和激光蚀刻的现象优先出现在晶粒表面而非晶界。


3.根据权利要求1所述的一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于：所述步骤1中的研磨采用梯度研磨的方法：将粒径呈现梯度排列的磨粒中选择其中两种或两种以上，按照大粒径在先、小粒径在后的顺序依次进行研磨。


4.根据权利要求1所述的一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于：步骤2中，以2-10微米的厚度差异对衬底进行分区。


5.根据权利要求1所述的一种晶圆级金刚石衬底的抛光方法，其特征在于：步骤3中，厚度为415-420微米的分区采用Ar/Cl2等离子体进行蚀刻处理，速率为2.34-30μm/h；使其厚度达到410微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：林秋宝，黄雪润，吴波，张星，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：福建;35