本公開涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種大尺寸單晶金剛石的制備方法及大尺寸單晶金剛石。
背景技術(shù)：
1、金剛石被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體”材料，具備多種優(yōu)異的性能，比如大的禁帶寬度、大的空穴和電子遷移率、有效的抗輻射能力等等，這些優(yōu)異性能使得金剛石材料在很多應(yīng)用領(lǐng)域潛力巨大。隨著半導(dǎo)體器件、微電子學(xué)、核能、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域的發(fā)展，大尺寸的單晶金剛石需求越來(lái)越迫切，天然金剛石遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，所以希望通過人工合成的方法來(lái)制備高質(zhì)量大尺寸的單晶金剛石。
2、目前，有兩種主要的合成金剛石晶體的方法：高壓高溫?(hpht)和化學(xué)氣相沉積(cvd)。對(duì)于hpht方法，很難生長(zhǎng)大尺寸的單晶金剛石，其晶體尺寸通常小于10×10mm2，不能滿足各領(lǐng)域?qū)饎偸叽绲男枨螅欢鴆vd方法是生產(chǎn)大尺寸單晶金剛石的可行方法。目前，大部分是用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法(mpcvd)生長(zhǎng)大尺寸單晶金剛石。
3、為了得到大尺寸的單晶金剛石，一般使用異質(zhì)外延和拼接生長(zhǎng)技術(shù)。異質(zhì)外延過程中，一般在氧化物襯底表面濺射金屬銥納米膜進(jìn)行外延生長(zhǎng)，這種方法制備的單晶金剛石面積大，但是由于是異質(zhì)外延，必然存在金剛石重新成核的情況，會(huì)在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生大量的缺陷，并且該方法生長(zhǎng)單晶金剛石由于氧化物與金剛石的熱膨脹系數(shù)差別大，造成附著力差的問題，在改變條件或者停止生長(zhǎng)時(shí)，由于內(nèi)應(yīng)力大，不能完全消除，導(dǎo)致單晶金剛石出現(xiàn)有裂紋或脫落，無(wú)法滿足目前的應(yīng)用需求。拼接生長(zhǎng)技術(shù)是將兩片或多片單晶金剛石籽晶拼接在一起，然后使用微波等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)對(duì)這兩片或多片單晶金剛石籽晶外延生長(zhǎng)，最終使得這兩片或多片單晶金剛石籽晶拼接成一體，并且可以繼續(xù)生長(zhǎng)成完整的大尺寸單晶金剛石材料。但是該方法的缺點(diǎn)是兩片或多片單晶金剛石籽晶在生長(zhǎng)過程中，拼接縫處由于晶向、缺陷等因素在生長(zhǎng)過程中晶格不能完全生長(zhǎng)在一起成為一個(gè)完整的單晶金剛石材料，而是擠在一起的，生長(zhǎng)拋光之后，表面看不出任何拼接痕跡，但是在重新生長(zhǎng)的時(shí)候在拼接縫處會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階或者缺陷。
4、因此，需要一種新的大尺寸單晶金剛石的制備方法，使得兩片或多片單晶金剛石拼接更好、缺陷更少，最后生長(zhǎng)為完整的高質(zhì)量大尺寸單晶金剛石。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開實(shí)施例提供一種大尺寸單晶金剛石的制備方法及大尺寸單晶金剛石，用以提高大尺寸單晶金剛石外延層的晶體質(zhì)量。
2、一方面，本公開實(shí)施例提供的一種大尺寸單晶金剛石的制備方法，包括：
3、在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域；
4、在各所述單晶金剛石籽晶遠(yuǎn)離所述襯底的表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)，形成單晶金剛石外延層。
5、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
6、提供一襯底；
7、對(duì)所述襯底進(jìn)行構(gòu)圖，在所述襯底的一側(cè)形成具有多個(gè)臺(tái)階的階梯型結(jié)構(gòu)；
8、將單晶金剛石籽晶疊放在各所述臺(tái)階上，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述臺(tái)階上的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述臺(tái)階上的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域。
9、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，沿所述襯底的中心指向兩側(cè)，各所述臺(tái)階遠(yuǎn)離所述襯底的表面到所述襯底表面的距離逐漸增大。
10、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
11、提供一襯底；
12、對(duì)所述襯底進(jìn)行構(gòu)圖，在所述襯底的一側(cè)形成至少一個(gè)凹槽；
13、在所述凹槽內(nèi)和所述凹槽周邊疊放單晶金剛石籽晶，使得所述凹槽周邊的所述單晶金剛石籽晶覆蓋所述凹槽內(nèi)的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域。
14、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，所述凹槽的數(shù)量大于或等于2個(gè)，所述凹槽的寬度大于相鄰所述凹槽之間的寬度。
15、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
16、提供一襯底；
17、在所述襯底的一側(cè)形成至少兩個(gè)間隔設(shè)置的單晶金剛石籽晶，在所述至少兩個(gè)間隔設(shè)置的單晶金剛石籽晶遠(yuǎn)離所述襯底的一側(cè)形成至少一個(gè)所述單晶金剛石籽晶；其中，遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的相鄰所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域。
18、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域的寬度為5-10?mm。
19、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，在形成所述單晶金剛石外延層之后，還包括：
20、采用激光剝離的方法對(duì)所述單晶金剛石外延層進(jìn)行水平切割，獲得單晶金剛石基板和單晶金剛石襯底。
21、在一些實(shí)施例中，在本公開實(shí)施例提供的上述制備方法中，還包括：采用所述單晶金剛石基板作為單晶金剛石籽晶，重復(fù)本公開實(shí)施例提供的上述制備方法。
22、另一方面，本公開實(shí)施例還提供了一種大尺寸單晶金剛石，采用本公開實(shí)施例提供的上述制備方法制備得到。
23、本公開有益效果如下：
24、本公開實(shí)施例提供的一種大尺寸單晶金剛石的制備方法及大尺寸單晶金剛石，將兩片或多片單晶金剛石籽晶疊放在一起，在垂直方向上無(wú)拼接縫，從結(jié)構(gòu)上通過同質(zhì)外延生長(zhǎng)很容易獲得大尺寸、無(wú)拼接縫的高質(zhì)量單晶金剛石外延層，因此本公開通過單晶金剛石籽晶疊放來(lái)進(jìn)行外延生長(zhǎng)的方法，避免了現(xiàn)有金剛石拼接生長(zhǎng)技術(shù)中，拼接縫處由于晶向、缺陷等因素在生長(zhǎng)過程中晶格不能完全生長(zhǎng)在一起，導(dǎo)致外延生長(zhǎng)的時(shí)候在拼接縫處會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階或者缺陷的問題。
1.一種大尺寸單晶金剛石的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
3.如權(quán)利要求2所述的的制備方法，其特征在于，沿所述襯底的中心指向兩側(cè)，各所述臺(tái)階遠(yuǎn)離所述襯底的表面到所述襯底表面的距離逐漸增大。
4.如權(quán)利要求1所述的的制備方法，其特征在于，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述凹槽的數(shù)量大于或等于2個(gè)，所述凹槽的寬度大于相鄰所述凹槽之間的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在襯底的一側(cè)疊放至少兩個(gè)單晶金剛石籽晶，使得遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域，具體包括：
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，遠(yuǎn)離所述襯底的所述單晶金剛石籽晶覆蓋靠近所述襯底的所述單晶金剛石籽晶的邊緣區(qū)域的寬度為5-10?mm。
8.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，在形成所述單晶金剛石外延層之后，還包括：
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，還包括：采用所述單晶金剛石基板作為單晶金剛石籽晶，重復(fù)如權(quán)利要求1所述的制備方法。
10.一種大尺寸單晶金剛石，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。