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金刚石超表面加工难度大?快来看看工艺大解析!

发表时间:2021-05-28 15:47作者:化合积电网址:http://wwwcsmc-semi.com

金刚石俗称“金刚钻”,是自然界中天然存在的最坚硬的物质。化学气相沉积(CVD)法生长的金刚石,具有天然金刚石的基本特性,当作为电路元件的散热片时,要求其具有极低的表面粗糙度和极高的面型精度,从而增大接触面积,提高散热效率。金刚石薄膜的制备中,抛光处理就成为必不可少的工艺步骤。但金刚石薄膜硬度非常高,厚度非常薄,整体强度低、易破裂或剥落,致使抛光难度极大。


化合积电-抛光后的金刚石薄膜


化合积电制备的CVD金刚石,生长面表面粗糙度已达到1纳米以下,甚至突破至0.5纳米以下,已达到世界领先水平。经过研磨和抛光的金刚石,呈现镜面效果。


为了降低金刚石薄膜的表面粗糙度,抛光工艺尤其重要,化合积电采用研磨、机械抛光和等离子体刻蚀工艺相结合的方法进行表面抛光。


所谓的抛光,是利用硬质磨料的机械作用快速的去除上道工序残留的表面/亚表面损伤,以获得纳米级粗糙度的表面质量。通过使用研磨盘,可以显著降低化学气相沉积金刚石膜的表面粗糙度。


化学气相沉积的金刚石薄膜研磨抛光前表面不平整


第一步,将金刚石样品置于研磨盘上研磨,以制备平坦的金刚石表面。金刚石的研磨是在研磨盘上进行的。通过施加合适的重量将研磨压力施加到样品上。为了通过研磨获得光滑的金刚石表面,制备理想的平整研磨盘并确定最佳工艺参数至关重要。研磨后,样品在超声波浴中依次用去离子水和乙醇清洗。


第二步,应用等离子体反应离子刻蚀来进一步平滑金刚石表面。由于等离子体密度高,电感耦合等离子体是高效抛光金刚石表面的技术。总压力、射频第二步,应用等离子体反应离子刻蚀来进一步平滑金刚石表面。由于等离子体密度高,电感耦合等离子体是高效抛光金刚石表面的技术,采用蚀刻工艺以获得光滑的金刚石表面。


等离子体蚀刻后化学气相沉积金刚石表面的扫描电镜图像


从扫描电镜图像可以明显看出:整个表面上没有丝毫明显的蚀刻坑和缺陷,这表明经过研磨抛光处理的金刚石表面并未受到损伤。


完成机械抛光工艺后多晶金刚石


抛光后的原子力显微镜图像显示,表面粗糙度值为0.278纳米


晶圆级、热学级金刚石的抛光工艺,通过结合研磨、等离子体反应离子刻蚀、机械/化学机械抛光工艺加工后的金刚石表面呈现最光面,平整如镜,光泽度极高。


利用X射线衍射仪(XRD),拉曼光谱仪(Raman),扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对金刚石薄膜进行了表征检测:经复合抛光后,金刚石薄膜的结构没有因抛光而发生改变,金刚石薄膜的表面粗糙度明显降低,光洁度大幅度提高,实现方根表面粗糙度低于1纳米,可广泛用于电力电子器件等。


晶圆级金刚石


金刚石热沉片


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