[发明专利]一种金刚石-氧化铝复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石‑氧化铝复合薄膜制备方法，包括采用MPCVD方法在硅基底表面沉积金刚石涂层后，再进行退火得到金刚石/硅基底，将所述金刚石/硅基底放入氢氟酸溶液进行刻蚀得到初始自支撑金刚石薄膜，将所述初始自支撑金刚石薄膜进行抛光至表面粗糙度＜500nm，得到自支撑金刚石薄膜；采用磁控溅射方法，以氧化铝靶为溅射靶材，氩气为溅射气体，在所述自支撑金刚石薄膜表面沉积氧化铝得到金刚石‑氧化铝复合薄膜，其中，溅射功率为150–300W，沉积温度为400–800℃，沉积时间为10–30h。该方法简单、高效，且制备得到的金刚石‑氧化铝复合薄膜具有较高的抗击穿性能和较高的结合力。

技术领域

本发明属于功能化复合薄膜制备领域，具体涉及一种金刚石-氧化铝复合薄膜制备方法。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，电子器件的功率不断提高。集成电路作为一种微型电子器件，逐渐向高频、高速、高可靠性及高功能化展开深入应用。5G通信的开发与建设对多功能高性能的集成电路基片提出了迫切需求。

氧化铝陶瓷是现实生活中常用的集成电路基片之一，但其较低的热导率与高的介电常数限制了在大功率及高温器件的应用，因此，单独使用氧化铝陶瓷做为集成电路的基片已经远远不能满足在高频、高速、高功率及高温器件上应用要求。

金刚石半导体的禁带宽度、临界击穿电场强度、载流子的饱和漂移速率以及迁移率都很大，介电常数非常小，因此，用金刚石材料制作半导体器件，比其它半导体器件具有显著的优越性能。这些性能包括开态电阻、结的泄漏造成的功率损耗、热导、耐辐射强度、高频特性和高温特性。用峰值雪崩击穿电场强度作为临界参数，评价半导体材料在高功率电子应用中的特性。计算表明，金刚石的开态电阻比硅高几个数量级，最大工作频率高20倍，潜在工作温度达600℃以上。金刚石作为一种优异的功能材料，具有高硬度、高热导率、低介电常数以及高化学稳定性等特征，是理想的集成电路基片材料。

因此，将氧化铝陶瓷与金刚石薄膜相结合制备复合薄膜是一种简单可行且颇具实用价值的途经，可大大改善基片的介电性能和热导率，是一种廉价可行且颇有应用价值的选择。

已有研究者在氧化铝陶瓷片表面镀制金刚石薄膜，进而拓宽其在电学方面的应用。然而，由于金刚石薄膜与氧化铝陶瓷片之间的热膨胀系数存在很大差异性，因此在金刚石薄膜制备时较大的晶格失匹会与陶瓷基板间产生很大的应力，膜基结合力较差，金刚石薄膜容易发生脱落。虽然通过一些表界面改性手段如离子注入、增加过渡层的方式可以适当改善膜基之间的结合力，但是与之对应的制备工艺的复杂性与不可控性均有提高，同时后续批量化生产成本也会提高。

因此，亟需设计一种具有较高结合力，不易脱落的金刚石-氧化铝薄膜的制备方法。

发明内容

本发明提供了一种金刚石-氧化铝复合薄膜制备方法，该方法简单、高效，且制备得到的金刚石-氧化铝复合薄膜具有较低的内应力和较高的结合力。

一种金刚石-氧化铝复合薄膜制备方法，包括：

(1)采用MPCVD方法在硅基底表面沉积金刚石涂层后，再进行退火得到金刚石/硅基底，将所述金刚石/硅基底放入氢氟酸溶液进行刻蚀得到初始自支撑金刚石薄膜，将所述初始自支撑金刚石薄膜进行抛光至表面粗糙度＜500nm，得到自支撑金刚石薄膜；

(2)采用磁控溅射方法，利用射频电源，以氧化铝靶为溅射靶材，氩气为溅射气体，在所述自支撑金刚石薄膜表面沉积氧化铝得到金刚石-氧化铝复合薄膜，其中，溅射功率为150–300W，沉积温度为400–800℃，沉积时间为10–30h。

本发明对金刚石/硅基板进行退火以优化金刚石表面晶粒形貌，使得金刚石与氧化铝界面具有较好的匹配度，同时减少金刚石的内应力，避免对金刚石表面的抛光处理使得金刚石表面粗糙度达到＜500nm过程中产生裂纹。