摘要

厚度約為1毫米的大面積均勻多晶金剛石薄膜在4英寸的襯底上生長(zhǎng)并形成圖案。 氧化硅晶片使用集成電路兼容工藝的微系統(tǒng)應(yīng)用。通過在4英寸上旋轉(zhuǎn)金剛石粉末裝載水，實(shí)現(xiàn)了密度為2X 1010 /cm2的均勻、可重復(fù)的播種。晶圓片。MPCVD系統(tǒng)中采用1.5%甲烷氫氣混合物，優(yōu)化壓力和微波功率進(jìn)行金剛石薄膜生長(zhǎng)。4in的厚度變化小于20%。面積使用43托爾壓力和2.8kW微波功率。利用六氟化硫/O2/Ar氣體進(jìn)行電子回旋共振ECR輔助微波等離子體反應(yīng)離子蝕刻，蝕刻速率約為80nm/min，蝕刻速率的蝕刻速率變化小于10%區(qū)域的面積。

介紹

金剛石晶格中sp3C-C鍵的存在導(dǎo)致了其獨(dú)特的機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)和熱性能，這與任何其他已知材料都不匹配。因此，金剛石成為一種獨(dú)特的材料的應(yīng)用，包括微系統(tǒng)和微機(jī)電系統(tǒng)的MEMSd，特別是在高溫和惡劣的環(huán)境下。制造sp3C-C鍵的困難將化學(xué)氣相沉積CVDd金剛石的生產(chǎn)推遲到1952-53年，現(xiàn)在導(dǎo)致了一種可靠的金剛石微制造技術(shù)的發(fā)展延遲，該技術(shù)與傳統(tǒng)的微系統(tǒng)/MEMS技術(shù)兼容。由于目前還沒有可靠的大面積金剛石熱外延技術(shù)，許多研究主要集中在廉價(jià)的多晶金剛石多晶硅上，主要生長(zhǎng)在小于2英寸的硅晶片上。雖然有些研究使用了4英寸。本文著重于所有這些問題，以發(fā)展和優(yōu)化微系統(tǒng)的聚c技術(shù)。

聚c微系統(tǒng)技術(shù)

Seeding：本研究開發(fā)了一種能更好地控制均勻度和高密度的大面積播種新技術(shù)。通過在1000毫升去離子水中混合25克拉平均粒度為25納米的金剛石粉末，并加入懸浮試劑，制備負(fù)載金剛石粉末的水sDPLWd溶液。DPLW，特別適用于清潔親水表面，例如二氧化硅和氮化硅的表面，使用常規(guī)旋轉(zhuǎn)器施加到基底上。使用超聲波處理來(lái)提高懸浮粉末的均勻性。DPLW技術(shù)可在二氧化硅上產(chǎn)生密度在108–1010 cm-2范圍內(nèi)的可再現(xiàn)、無(wú)損和均勻的晶種，這是以前在大面積二氧化硅或氮化硅表面上的任何晶種方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

增長(zhǎng)：多晶碳可以使用多種化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)，包括微波等離子體化學(xué)氣相沉積、熱絲化學(xué)氣相沉積、射頻化學(xué)氣相沉積和直流電弧噴射化學(xué)氣相沉積。Ref32如表四所示。然而，MPCVD具有生產(chǎn)高薄膜質(zhì)量、大基底尺寸、更少的污染和更好的可控性等，是應(yīng)用最廣泛的電子和光學(xué)應(yīng)用技術(shù)。

加添加劑：在氫等離子體中生長(zhǎng)的化學(xué)氣相沉積金剛石膜具有薄的氫化表面層，其在暴露于大氣后變得導(dǎo)電。在600℃退火可以由于氫解吸效應(yīng)去除該導(dǎo)電層。在本工作中，研究了多晶碳膜的硼摻雜作為TMB/甲烷氣體比、生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)后溫度的函數(shù)。

圖形：為了在大多數(shù)硅基微系統(tǒng)中將聚c器件集成到硅基微系統(tǒng)中，需要使用與典型硅處理相一致的技術(shù)來(lái)制作聚碳薄膜的圖案。由于聚c的濕式蝕刻是不可能的，唯一可用的圖案化技術(shù)是原位圖案化和干式蝕刻。原位圖案化技術(shù)依賴于選擇性播種，這種播種已經(jīng)使用不同的方法實(shí)現(xiàn)，包括使用標(biāo)準(zhǔn)石刻的金剛石粉載光刻膠的DPRd使用二氧化硅作為掩模的選擇性播種和直接噴霧書寫。

歐姆接觸：聚碳和金屬薄膜之間的低電阻率歐姆接觸對(duì)于任何金剛石電子器件的應(yīng)用都是必不可少的。多晶硅或多晶硅上的金屬接觸類型不僅取決于金屬的選擇，還取決于摻雜濃度、退火和其他參數(shù)。鈦和鉻在它們的頂部共沉積金以防止氧化，它們是最廣泛使用的金屬，因?yàn)樗鼈兡芘c聚碳形成碳化物并產(chǎn)生良好的性能退火后的電導(dǎo)率。

微系統(tǒng)過程集成：由于特殊的籽晶和生長(zhǎng)要求，集成是限制多晶碳薄膜傳感器發(fā)展和應(yīng)用的重要問題之一。集成電路中的一個(gè)常見程序是在多晶硅或金屬的上方和下方用電介質(zhì)層如二氧化硅絕緣有源層，并通過接觸孔進(jìn)行電連接?；诙嗑?jí)鹤栉恢脗鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)，我們開發(fā)了多晶碳薄膜制造工藝，如圖1所示。9將多晶碳技術(shù)集成到標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝中。該工藝使微米級(jí)的連續(xù)多晶碳膜與其上下的介電層絕緣，并通過接觸孔進(jìn)行電連接，例如常見的集成電路工藝中的接觸孔。這種方法可以在金剛石生長(zhǎng)和干蝕刻程序。多晶硅生長(zhǎng)溫度可以在400℃和900℃之間變化，這取決于多晶硅下面使用的材料。錫含量為1%的鋁開關(guān)用作互連層，退火后可與碳多晶形成良好的歐姆接觸。圖10顯示了按照?qǐng)D5所示工藝制造的碳多晶壓阻位置傳感器。在LTO沉積期間，聚碳膜被加熱到425℃20分鐘，但是所制造的位置傳感器的電導(dǎo)率與未構(gòu)圖的膜一致。

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結(jié)論

本文講述了在4英寸上實(shí)現(xiàn)了IC兼容聚c薄膜的制造工藝。利用DPLW自旋、高功率MPCVD和ECR輔助反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)進(jìn)行氧化硅片。新的DPLW自旋方法可以給出4in以上的均勻播種密度為2X 1010 /cm2。晶圓片。優(yōu)化后的生長(zhǎng)表現(xiàn)出功率高效的大面積增長(zhǎng)，比4英寸的厚度變化小于25%。晶圓片。微波等離子體輔助反應(yīng)離子蝕刻采用六氟化硫/O2/Ar氣體，蝕刻速率為80nm/min，與4in相比的變化小于7%。區(qū)域的面積。

審核編輯：符乾江