[发明专利]制备单晶金刚石的马赛克拼接装置及沉积方法

说明书

一种制备单晶金刚石的马赛克拼接装置及方法，该装置包括基片、外环、压缩弹簧和固定块；外环连接在基片上，外环中设置有贯穿的测温孔，基片上在外环内分布有固定块和压缩弹簧，基片上在外环内分布有固定块和压缩弹簧，压缩弹簧处于固定块与外环内壁之间。上述装置制备单晶金刚石的方法是将整个装置置于生长腔室内，通过压缩弹簧将各单晶衬底片挤压在各个固定块之间，处于外环的中心位置。本发明通过压缩弹簧同时均匀的向内挤压单晶衬底片，使衬底片之间接触更加紧密，使衬底片更好的接触基片，排除了异物干扰，保证了衬底片的高度统一，同时也避免了对单晶衬底片的污染，消除了拼接缝出现边缘多晶的现象，明显改善了晶体质量。

技术领域

本发明涉及一种通过金刚石单晶衬底的马赛克拼接并通过微波等离子体化学气相沉积制备大尺寸半导体器件级单晶金刚石的装置，属于金刚石单晶马赛克拼接同质外延技术领域。

背景技术

MPCVD金刚石单晶生长技术已经能够为后续半导体产业提供高质量的单晶金刚石材料，但是受制于高质量金刚石单晶衬底的尺寸与外延生长机理的限制，CVD金刚石的侧向外延能力较弱且容易产生大量的边缘多晶。相比于GaN、SiC等第三代半导体材料而言，金刚石单晶生长尺寸是限制其后续应用的最大障碍。

为了提高金刚石单晶片的尺寸，目前科学界提出了两条工艺路线：

1.异质外延路线

该路线通过使用高质量英寸级尺寸的硅晶片等作为衬底，使用MPCVD进行高质量金刚石膜的沉积，通过控制生长工艺，使沉积的晶粒间逐渐相互融合，完成多晶向单晶的转化。

2.马赛克拼接法

该方法使用金刚石单晶片进行紧密拼接成为大尺寸衬底在MPCVD设备中进行沉积，通过各片之间的侧向外延进行接缝处的连接完成大尺寸MPCVD同质外延金刚石单晶的制备，马赛克拼接法主要集中在单晶衬底质量与晶向的控制以及侧向外延技术上。

现有马赛克拼接方式与沉积结构主要为，选取大尺寸高质量金刚石单晶衬底，多为5*5～10*10的尺寸，在衬底背面点状涂抹石墨胶后以田字形2X2矩阵排列的方式紧密拼接粘连在对应尺寸的钼制生长基片上，然后整体放置于MPCVD生长腔室内运行生长。

但是，现有马赛克的拼接方式与沉积结构在金刚石薄膜沉积的过程中很容易出现衬底粘连拼接不够紧密，存在错位，衬底片之间存在一定的高低差，拼接缝出现边缘多晶的现象，严重影响了晶体质量，由此导致在后续的加工中极易出现衬底拼接缝开裂，晶体断裂的现象，无法满足使用要求。

发明内容

本发明针对现有马赛克的拼接方式与生长结构在金刚石薄膜沉积的过程中很容易出现衬底粘连拼接不紧密、存在错位、衬底片之间存在一定的高低差、拼接缝出现边缘多晶等诸多问题，提供一种连接紧密无错位，能够有效降低衬底片之间存在的高低差、消除拼接缝边缘多晶的制备单晶金刚石的马赛克拼接装置及其沉积方法，该装置可直接制备高精度大尺寸MPCVD金刚石单晶，制备完成后可直接满足半导体器件制备的应用要求。

本发明的制备单晶金刚石的马赛克拼接装置，采用以下技术方案：

该装置，包括基片、外环、压缩弹簧和固定块；外环连接在基片上，外环中设置有贯穿的测温孔，基片上在外环内分布有固定块和压缩弹簧，基片上在外环内分布有固定块和压缩弹簧，压缩弹簧处于固定块与外环内壁之间。

所述外环与基片为钼制结构。

所述外环与基片为一体结构。

所述压缩弹簧的一端固定连接在固定块上。

所述压缩弹簧自然状态下最大尺寸为10mm，弹性范围为0～6mm，可根据晶体制备要求选择不同规格。

所述固定块的长度为3～15mm，高度为3mm，可根据晶体制备要求选择不同规格。