金刚石同质外延横向生长方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金刚石化学气相沉积技术领域，涉及一种金刚石同质外延横向生长方法。
【背景技术】
[0002]金刚石在热、电、声、光等方面具有优越的性能，其中金刚石作为一种第三代半导体材料，其禁带宽度、临界击穿电场强度、载流子的饱和漂移速率以及迁移率都非常大，介电常数非常小，特别适用于高频、高压、高功率等电子器件。除此之外，金刚石薄膜优越的性能，使得金刚石电子器件、MEMS等能够在苛刻的工作环境中工作，因此金刚石薄膜在这些领域有着极其重要的应用前景。高质量单晶金刚石薄膜是金刚石器件具有优越性能的基础。目前单晶金刚石同质外延生长技术有了很大的发展，通过调节化学气相沉积(CVD)工艺条件可以生长出质量好表面平整的单晶金刚石薄膜，满足器件要求。从而使金刚石器件的卓越性能得到初步的体现，比如目前报道已经制备出击穿场强高达7.7MV/cm的金刚石基肖特基~■极管。
[0003]但是单晶金刚石薄膜相比其他单晶半导体薄膜，依然具有较高的位错密度。而半导体薄膜中较高的位错密度会影响器件性能的提升，比如金刚石肖特基二极管在金刚石薄膜位错密度增加时将引起肖特基二极管漏电流增大，导致金刚石肖特基二极管的耐压性能下降。因此，获得高质量单晶金刚石薄膜依然是当前需要解决的问题。
[0004]众所周知，衬底的位错可以向外延生长薄膜中延伸。而横向生长方法在II1-V族半导体薄膜制备中被广泛用于抑制衬底位错向外延生长薄膜中延伸，来减少外延层位错密度。具体办法是在衬底上生长出II1-V族半导体的成核层，再在表面沉积一层掩膜，然后利用光刻等工艺在掩膜上形成窗口，露出成核层，进而，经过在该窗口的外延生长加上掩膜上的横向生长，最终获得连续光滑的II1-V族半导体薄膜。由于II1-V族半导体只能在窗口成核层上生长，在掩膜上只能通过横向生长，而位错较多地在垂直方向延伸，因此，横向生长后的薄膜位错密度降低。
[0005]不同的横向生长形貌其位错延伸机制有所不同。横向生长面呈垂直形貌时，外延生长薄膜在窗口区域存在较高位错密度，在横向生长区域位错密度较低，如图5(a)所示；当横向生长面呈斜坡形貌时，外延生长出的薄膜在两个横向生长面结合附近以及窗口中央区域位错密度较高，而其他区域位错密度较低，如图5(b)所示。横向生长方法在II1-V族半导体薄膜异质外延上已经十分成熟，但是目前尚无将横向生长方法应用于同质外延生长来改善薄膜质量的报道。
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【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一种金刚石同质外延横向生长方法，以解决现有采用同质外延生长法制备金刚石薄膜质量偏低的问题。
[0015]本发明所采用的技术方案是，金刚石同质外延横向生长方法，
[0016]步骤一、在单晶金刚石衬底表面沉积掩膜层；
[0017]步骤二、在衬底沉积有掩膜层的表面进行图形化处理，形成图形化表面的衬底，该图形化衬底表面被分为同质外延生长区域和横向生长区域；
[0018]步骤三、通过在同质外延生长区域进行金刚石同质外延生长，并在横向生长区域进行金刚石横向生长，在衬底上生长出单晶金刚石薄膜。
[0019]进一步的，步骤二的具体方法为:采用阻挡金刚石生长的物质膜作为掩膜层，通过光刻工艺对掩膜层进行图形化处理，经过刻蚀而裸露的单晶金刚石衬底表面区域为同质外延生长区域，未经刻蚀的掩膜覆盖区域为横向生长区域。
[0020]进一步的，采用二氧化硅作为掩膜生成图形化表面衬底的方法具体为，在单晶金刚石衬底表面形成二氧化硅薄膜；在二氧化硅薄膜上旋涂感光胶，利用光刻工艺，曝光显影出同质外延生长区域；再以感光胶膜为掩膜刻蚀掉裸露的二氧化硅薄膜，使单晶金刚石衬底表面裸露出来，从而获得用二氧化硅作为横向生长区域掩膜的单晶金刚石衬底。
[0021]进一步的，采用铱作为掩膜生成图形化表面衬底表面的方法具体为，在单晶金刚石衬底表面旋涂上感光胶，再利用光刻工艺曝光显影出横向生长区域，然后在该衬底表面形成金属铱薄膜，然后将感光胶膜及其上的铱膜剥离，获得以铱作为横向生长区域掩膜的单晶金刚石衬底。
[0022]进一步的，步骤二的具体方法为:采用能够阻挡氧等离子体刻蚀的物质膜作为掩膜，利用反应离子刻蚀技术对掩膜进行图形化处理，通过氧等离子体刻蚀金刚石衬底表面并形成沟道，最后剥离衬底上的掩膜，未刻蚀区域为同质外延生长区域，刻蚀沟道区域为横向生长区域。
[0023]进一步的，采用铝作为掩膜生成图形化衬底表面形成沟道的方法具体为，在单晶金刚石衬底表面旋涂上感光胶，利用光刻工艺曝光显影出同质外延生长区域，再在衬底表面形成金属铝膜，然后将感光胶膜及其上的铝膜剥离，再通过氧等离子体刻蚀单晶金刚石衬底表面形成沟道，最后用盐酸去除单晶金刚石表面的铝膜，从而获得表面具有刻蚀沟道的单晶金刚石衬底。
[0024]进一步的，步骤三的具体方法为:采用微波等离子体CVD设备，在图形化的单晶金刚石衬底上同质外延生长区域外延生长单晶金刚石薄膜，再在该单晶金刚石薄膜侧面进行横向生长，从而获得低位错、高质量的单晶金刚石薄膜。
[0025]进一步的，单晶金刚石薄膜为单晶金刚石连续膜、单晶金刚石不连续膜或单晶金刚石微结构薄膜。
[0026]进一步的，将以二氧化硅材质作为单晶金刚石衬底表面掩膜层并图形化后生长出单晶金刚石连续膜，通过光刻工艺结合刻蚀技术，使部分二氧化硅裸露，再利用湿法刻蚀将二氧化硅膜去除，即获得单晶金刚石微通道结构。
[0027]进一步的，横向生长速率约为纵向生长速率的2倍。
[0028]本发明的有益效果是，结合横向生长方法，对于现有的单晶金刚石同质外延生长技术进行改进，能够有效的生长出位错密度低、质量高、表面光滑的单晶金刚石薄膜，降低了外延生长电子器件级单晶金刚石薄膜的难度，提高了薄膜质量；同时该方法可以用于单晶金刚石薄膜生长结构的控制，以方便地获得MEMS等所需的单晶金刚石微结构。
【附图说明】
[0029]图1是本发明金刚石同质外延横向生长方法中以阻挡金刚石生长的物质膜为掩膜时的生长示意图；
[0030]图2是本发明金刚石同质外延横向生长方法中直接在单晶金刚石衬底上刻蚀图形时的生长示意图；
[0031]图3是本发明以二氧化硅为掩膜层的图形化衬底的示意图；
[0032]图4是本发明生长完成的表面光滑的单晶金刚石连续薄膜示意图；
[0033]图5(a)和图5(b)是以二氧化硅为掩膜层进行横向生长的位错改善示意图。
[0034]图中，101.单晶金刚石衬底，102.掩膜层，103.同质生长区域，104.横向生长区域，105.沟道，106.二氧化硅掩膜层，107.单晶金刚石薄膜。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0036]本发明提供了一种金刚石同质外延横向生长方法，利用光刻工艺对沉积于单晶金刚石衬底表面的掩膜进行图形化，形成同质外延生长和横向生长区域，然后采用CVD的方法在图形化后的单晶金刚