金剛石層的分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及金剛石層的分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金剛石作為超硬工具，電子器件的襯底，在工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。在所有的應(yīng)用中，都希望使用大尺寸金剛石作為原材料。對(duì)于多晶金剛石而言，大于2英寸的多晶襯底已經(jīng)能夠合成，并用作光學(xué)窗口，超硬工具等領(lǐng)域。另一方面，單晶金剛石襯底是通過對(duì)天然或者合成金剛石利用激光切割、解理等方法切割成片而形成的。根據(jù)需要，對(duì)相應(yīng)的表面進(jìn)行拋光處理。然而，我們知道，天然金剛石非常稀有，大尺寸天然金剛石價(jià)格又非常昂貴。進(jìn)一步講，高溫高壓合成金剛石雖然被廣泛應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，但是這種方法又存在著一定的限制，如合成速率慢，隨著尺寸增大，產(chǎn)量會(huì)急劇下降。因此，I X Icm2的單晶幾乎已經(jīng)成為極限。商業(yè)上使用的高溫高壓合成金剛石，常見的尺寸一般是5X5mm2。
[0003]使用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法高速合成單晶金剛石目前已有報(bào)道，在生長中加入少量氮?dú)?，調(diào)整生長工藝，可以使得金剛石的生長速度超過150 μ m/h [I]。采用這種辦法，可以使得合成的晶體厚度超過lcm[2]。另外利用CVD方法合成單晶金剛石的技術(shù)能夠在CVD腔體構(gòu)造擴(kuò)大的情況下更容易增大合成金剛石的面積。通過控制工藝，調(diào)整導(dǎo)入的少量雜質(zhì)氣體，可以大面積高速度地進(jìn)行外延生長。微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)是目前大面積單晶金剛石生長中最常見的技術(shù)，結(jié)合在高溫高壓襯底上進(jìn)行金剛石的三維生長和拼接技術(shù)，目前大面積生長技術(shù)得到的單晶金剛石尺寸已經(jīng)到達(dá)了 2英寸[3]。
[0004]因此，在高溫高壓金剛石晶體上通過大面積生長技術(shù)可以進(jìn)一步得到大面積單晶金剛石襯底。這樣，再將大面積單晶金剛石襯底作為種晶，通過剝離的方法將外延生長的單晶金剛石層從種晶上分離，從而得到工業(yè)和研宄上使用的商業(yè)化襯底。
[0005]如上所述，在由化學(xué)氣相沉積技術(shù)合成的單晶金剛石晶體上，切割我們所需要的金剛石襯底，通常使用的方法是激光切割，金剛石鋸切割等。使用這些辦法切割時(shí)，切割區(qū)域的損傷厚度在數(shù)十到數(shù)百微米左右，這樣的厚度已經(jīng)與半導(dǎo)體襯底厚度相當(dāng)，大大降低了種晶的利用效率。因此有必要尋找新的切割辦法，盡量降低切割過程中造成的損失。
[0006]Fairchild和Mokuno等團(tuán)隊(duì)已經(jīng)報(bào)道了使用高能碳離子或者氦離子注入到金剛石襯底中，在襯底表層以下一定深度形成非金剛石層，再在高溫中退火后，然后使用電化學(xué)腐蝕的方法腐蝕掉非金剛石層，使得金剛石表層從原有金剛石襯底上分離[4，5]。但是，所需能量約為3MeV級(jí)的高能離子注入機(jī)非常昂貴，離子注入時(shí)間也很長，這樣使用離子注入的方法分離金剛石在工業(yè)應(yīng)用和科學(xué)研宄上受到了限制。
[0007]參考文獻(xiàn)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金剛石層的分離方法，采用該方法不會(huì)破壞金剛石表面，與激光切割技術(shù)相比，降低了金剛石切割中的損耗；與離子注入分離技術(shù)相比，節(jié)約了成本、縮短了加工時(shí)間。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，金剛石層的分離方法，該方法包括以下步驟:
[0015]采用激光對(duì)待處理的金剛石內(nèi)部進(jìn)行二維掃描，破壞掃描處的金剛石結(jié)構(gòu)，在待處理的金剛石表面以下一定深度形成非金剛石層；去除該非金剛石層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述金剛石的上下分離。
[0016]進(jìn)一步地，采用電化學(xué)腐蝕的方法腐蝕去除該非金剛石層。
[0017]進(jìn)一步地，在去除該非金剛石層之前，對(duì)待處理金剛石在彡800°C真空中退火，使得非金剛石層石墨化。
[0018]進(jìn)一步地，所使用激光的能量密度為:待處理金剛石的擊穿閾值-1.2J/cm2。
[0019]進(jìn)一步地，所述形成的非金剛石層的深度為表層下I μ m-10 μ m，厚度為10nm-10 μm0
[0020]進(jìn)一步地，所述非金剛石層的表面積小于或等于金剛石的表面積。
[0021]進(jìn)一步地，所述金剛石為多晶結(jié)構(gòu)或者單晶結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以為絕緣的天然金剛石或者絕緣的人造金剛石。
[0022]進(jìn)一步地，所述激光為飛秒激光或者寬脈沖激光。
[0023]本發(fā)明還提供了金剛石層的分離方法的應(yīng)用，用于剝離金剛石襯底表層。
[0024]本發(fā)明還提供了金剛石層的分離方法的另一種應(yīng)用，用于剝離金剛石襯底上的外延生長金剛石層，具體是:采用激光對(duì)待處理的金剛石襯底內(nèi)部進(jìn)行二維掃描，破壞掃描處的金剛石結(jié)構(gòu)，在待處理的金剛石襯底表面以下一定深度形成非金剛石層；在金剛石襯底表面外延生長一定厚度的金剛石層；去除該非金剛石層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述金剛石的上下分離，得到非金剛石層以上的金剛石襯底和外延生長金剛石層、以及非金剛石層以下的金剛石襯底。
[0025]本發(fā)明一種用于剝離金剛石的方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):1.短時(shí)間內(nèi)可以在超過3mmX 3mm以上的金剛石上剝離金剛石薄層(即金剛石襯底表層)或者金剛石襯底上的外延生長金剛石層，進(jìn)而形成大面積單晶金剛石批量生產(chǎn)的能力。2.不受金剛石晶體結(jié)構(gòu)的影響。3.與現(xiàn)有激光切割技術(shù)相比，大大降低金剛石切割中的損耗。與離子注入分離技術(shù)相比，節(jié)約了成本，縮短了加工時(shí)間。4.由于能夠方便的剝離金剛石層，工業(yè)上實(shí)現(xiàn)了可以多次重復(fù)使用金剛石或外延層，不會(huì)造成浪費(fèi)。5.所優(yōu)選的飛秒激光利用的是雪崩電離或者多光子電離等非線性效應(yīng)，其加工過程不會(huì)出現(xiàn)熔化過程，可以進(jìn)行微米甚至是納米尺度精細(xì)加工。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明中在金剛石內(nèi)形成非金剛石所選用的激光系統(tǒng)的示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明中電化學(xué)腐蝕系統(tǒng)；
[0028]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所得的金剛石內(nèi)部的非金剛石層的金相圖。
[0029]其中:1.衰減器；2.分光鏡；3.功率計(jì)；4.聚焦透鏡；5.位移平臺(tái)；6.電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器；7.控制裝置；8.激光器；9.再生放大器；10.反射鏡，11.容器，12.電極；13掃描后金剛石樣品；14電源；15.非金剛石層，16金剛石。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明金剛石層的分離方法，該方法包括以下步驟:采用激光對(duì)待處理的金剛石內(nèi)部進(jìn)行二維掃描，破壞掃描處的金剛石結(jié)構(gòu)，在待處理的金剛石表面以下一定深度形成非金剛石層；去除該非金剛石層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述金剛石的上下分離。其中，可以采用電化學(xué)腐蝕的方法腐蝕去除該非金剛石層。在去除該非金剛石層之前，對(duì)待處理金剛石在多800°C真空中退火，使得非金剛石層石墨化。
[0031]本發(fā)明還提供了金剛石層的分離方法的應(yīng)用，用于剝離金剛石襯底表層。還可用于剝離金剛石襯底上的外延生長金剛石層，具體是:采用激光對(duì)待處理的金剛石襯底內(nèi)部進(jìn)行二維掃描，破壞掃描處的金剛石結(jié)構(gòu)，在待處理的金剛石襯底表面以下一定深度形成非金剛石層；采用化學(xué)氣相沉積法等方法在金剛石襯底表面外延生長一定厚度的金剛石層；去除該非金剛石層，以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述金剛石的上下分離，得到非金剛石層以上的金剛石襯底和外延生長金剛石層、以及非金剛石層以下的金剛石襯底。上述兩種應(yīng)用只是增加了外延生產(chǎn)金剛石層的步驟，其余步驟均相同，同時(shí)，本發(fā)明同樣適用其他工業(yè)中需要?jiǎng)冸x金剛石層時(shí)的應(yīng)用。
[0032]本方明金剛石層的分