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日本研发出大型单结晶钻石晶圆制造技术

2009年08月21日 09:16中国机床商务网点击:3163

  日本产业技术综合研究所(产综研)钻石研究心单结晶底板开发小组开发出了大型单结晶钻石晶圆制造技术。该技术结合运用了两种技术:由籽晶直接制造薄板状钻石单结晶“直接晶圆化技术”,以及通过依次改变生长方向、反复进行气相沉积合成(CVD)实现了结晶大型化技术。钻石拥有高硬度、高热传导率、较宽光透过波长频带与带隙、低介电率以及出色化学稳定性等有用物性。因此,电子业界希望用其制造出性能超过硅(Si)类及碳化硅(SiC)类元件。不过,能够大量生产大型单结晶钻石晶圆技术却一直未得以确立。

  此前工艺技术为了得到板状钻石,通常将大型单结晶(晶锭)切成薄片,这处理,形成切缝就会产生约1/3加工损失,而且晶圆加工后还要进行背面研磨等复杂工序,这些均有助于实现实用化大量生产障碍。

  产综研为了解决上述课题,从2003年开始就一直研究利用微波等离子CVD法对大型单结晶钻石进行合成方法。截止目前已大小为1克拉单结晶钻石合成方面获得了成功。

  该研究发现,通过1200℃附近对表面温度进行精密控制,并准确控制向甲烷及氢形成反应气体添加氮含量,可控制方位不同异常结晶生长。另外,产综研表示,通过优化钻石结晶生长条件,可实现比原来快5倍以上50μm/小时合成。

  此次应用该方法进行了反复生长。该技术特点能够以(100)面为生长面继续生长。最初使具有(100)面籽晶呈棒状生长,接着对称为(010)面侧面进行研磨、使结晶该面上生长,然后再使结晶(100)面上生长,从而使结晶逐渐大型化。采用该方法可制造6.6克拉钻石单结晶。

  此外,产综研还开发出了可减少损失、切割出板状直接晶圆化技术。直接晶圆化技术可几乎不浪费籽晶情况下将晶圆切割成板状,此次以良好再现性制造出了10mm见方晶圆状钻石。直接晶圆化技术气相沉积生长之前,事先注入作为籽晶单结晶,然后表面正下方导入缺陷层。气相沉积生长后,缺陷层便会形成石墨构造,因此能够以电气化学性蚀刻去除。该方法切割籽晶时会损失部分籽晶,不过其消耗仅1μm以下。可反复使用籽晶,切离晶圆还可作为籽晶使用。这样一来就不再需要制造晶锭,而且也不需要背部研磨部分生长。

  此次由于使用CVD装置关系,所制造晶圆最大只有10mm见方,不过为了扩大钻石半导体元件应用可能性,今后将力争制造出1英寸以上晶圆。今后将致力于通过改进等离子发生装置来实现均一化及大面积化,并采取导入现场观察技术等手段来提高结晶质量。
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