[发明专利]一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用

说明书

本申请公开了一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用，所述生长方法包括将硅片浸泡在金刚石粉分散液中，得到预处理后的硅片，其中，所述硅片的一面设有由沟槽形成的图形；对所述预处理后的硅片进行热丝化学气相沉积，得到具有金刚石膜的硅片，所述金刚石膜覆盖所述沟槽的底部和侧壁。该方法克服了在较窄较深沟槽内金刚石难形核、难生长问题，避免了沟槽底部及侧壁无法完好成膜导致的绝缘效应无法保证的问题；该方法尤其适合对带有宽16～50μm、深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。

技术领域

本申请涉及一种金刚石膜生长方法、具有金刚石膜的硅片与应用，属于金刚石材料领域。

背景技术

金刚石作为特殊的晶体结构，具有高硬度、耐磨耐腐蚀、高熔点、宽带隙、高透光率、极佳的物理化学稳定性、非常好的绝缘性能等众多优异性能，在机械加工、海洋动密封、微机电系统、场发射、光学窗口、电化学、声学、生物医学等领域具有广泛的应用。

热丝CVD具有装置简单，工艺控制性好、容易实现大面积沉积、制备成本较低等优点，成为目前应用最为广泛的金刚石膜制备技术。

随着微电子技术的发展，在硅片上制作各种集成化图形，具有图形化金刚石膜的硅片可用作微电子、微传感器等器件。例如，根据图形在硅片上设置沟槽，并在沟槽内生长金刚石涂层，达到连续薄膜保持绝缘效应值。

当硅片沟槽宽度较窄(＜50μm)、深度过深(＞100μm)时，现有热丝CVD工艺过程中温度场膜层或粒子很难进入到沟槽内部，随着能量的降低或达到阀值，在沟槽侧壁和底部难以成膜，无法满足绝缘效应要求。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种金刚石膜生长方法，该方法克服了在较窄较深沟槽内金刚石难形核、难生长问题，避免了由于沟槽底部及侧壁无法完好成膜导致的绝缘效应无法保证的问题；该方法尤其适合对带有宽16～50μm、深1～180μm沟槽的硅片进行成膜。

一种金刚石膜生长方法，至少包括以下步骤：

(1)将硅片浸泡在金刚石粉分散液中，得到预处理后的硅片，其中，所述硅片的一面设有由沟槽形成的图形；

(2)对所述预处理后的硅片进行热丝化学气相沉积，得到具有金刚石膜的硅片，所述金刚石膜覆盖所述沟槽的底部和侧壁；

其中，所述的热丝化学气相沉积，具体条件包括：

发热丝数量为8～10根、单丝功率为700～1100W；

气源为H₂和CH₄的混合气体，其中H₂的流量为200～400sccm，CH₄的流量为氢气的1～8％。

本申请实施例中，硅片表面通过图形化工艺形成沟槽，沟槽截面可以为U型、矩形等，本申请不做限定，优选U型。

可选地，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中金刚石粉的粒径为50～100nm；

所述金刚石粉分散液中金刚石粉的含量为0.001～0.05g/mL，优选0.01～0.03g/mL。

发明人在实现本发明的过程中发现，当金刚石粒径及在分散液中的含量满足上述要求时能确保金刚石粉顺利进入沟槽，又能在槽内均匀扩散，为形核提供有利条件确保成膜的均匀性。

可选地，步骤(1)中所述金刚石粉分散液中溶剂为挥发性有机溶剂；

所述挥发性有机溶剂选自乙醇。

可选地，步骤(1)具体包括：

(1-a)将金刚石粉加入挥发性有机溶剂中，超声分散5～10min，得到金刚石粉分散液；