化学气相沉积法(CVD)生产的多晶金刚石晶圆由于面积大、生产条件相对温和、生产成本相对较低等优势,广泛应用于集成电路、散热器、微机电系统等领域。大尺寸多晶金刚石场效应晶体管在漏极电流密度和高频应用方面的性能可与单晶金刚石场效应晶体管媲美甚至更优。要制造出可靠的金刚石器件,必须保证晶片表面光滑并减少表面损伤。然而,CVD生产的多晶金刚石晶圆表面非常粗糙,无法直接应用,必须经过抛光处理。由于金刚石优异的综合性能,抛光大面积多晶金刚石晶圆一直是亟待解决的世界性难题,这限制了多晶金刚石晶圆的进一步应用。
近日,中国科学院大学陈广超教授团队针对大面积多晶金刚石晶圆抛光领域的研究现状与进展进行总结。本文综述了1992年至今报道的多晶金刚石抛光方法,包括机械抛光(MP)、化学机械抛光(CMP)、热化学抛光(TCP)、动态摩擦抛光(DFP)、激光抛光(LP)、离子束抛光(IBP)、等离子体辅助抛光(PAP)及其他抛光方法。总结了不同抛光方法的抛光原理、抛光设备、抛光工艺,厘清了不同抛光方法的材料去除速率、抛光速率,以及不同方法在抛光大尺寸多晶金刚石晶圆时的优势和挑战。为了综合评估每种抛光方法的抛光效率和经济可行性,构建了新型抛光参数K和CI,发现IBP和PAP具有较高的K值,非接触式抛光具有较高的CI值,为实验人员选择适当的抛光方法提供了便利。还介绍了如何深入理解不同抛光方法以及努力方向,有利于进一步发展抛光方法。 这些结果对于抛光大面积多晶金刚石晶圆的道路上前进具有重要启示作用。相关的成果以“The polishing methods for large area CVD diamond wafer”为题,发表在Functional Diamond 杂志上。
不同抛光方法的K值和CI值
通讯作者
陈广超,教授,博士生导师,中国科学院“BR计划”学者,中国电力学会等离子体专委会委员,中国科学院大学碳量子材料与器件实验室领头人,长期从事金刚石材料与器件、等离子体工程、新奇同素异构碳材料、宽带隙材料与器件等方面的研究。在射频喷射等离子体化学气相沉积制备金刚石以及不同种类金刚石产品抛光加工等方向取得一系列显著进展,相关成果发表在Carbon、Diamond & Related Materials,APL,Vacuum等期刊上,出版相关论著及授权专利数十余项。
来源:https://doi.org/10.1080/26941112.2023.2246495