申請號：201510023907.4

       申請人：王宏興

       發明人：王宏興 李碩業 王瑋 張景文 卜忍安 侯洵

       摘要： 本發明公開了一種金剛石同質外延橫向生長方法，包括步驟一、在單晶金剛石襯底表面沉積掩膜層；步驟二、在襯底沉積有掩膜層的表面進行圖形化處理，形成圖形化表面的襯底，該圖形化襯底表面被分為同質外延生長區域和橫向生長區域；步驟三、在同質外延生長區域進行金剛石同質外延生長，并在橫向生長區域進行的金剛石橫向生長。結合橫向生長方法，對于現有的單晶金剛石同質外延生長技術進行改進，能夠有效的生長出位錯密度低、質量高、表面光滑的單晶金剛石薄膜，降低了外延生長電子器件級單晶金剛石薄膜的難度，提高了薄膜質量；同時該技術可以用于單晶金剛石薄膜生長結構的控制，以方便地獲得MEMS等所需的單晶金剛石微結構。

       主權利要求：1.金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，步驟一、在單晶金剛石襯底表面沉積掩膜層；步驟二、在襯底沉積有掩膜層的表面進行圖形化處理，形成圖形化表面的襯底，該圖形化襯底表面被分為同質外延生長區域和橫向生長區域；步驟三、通過在同質外延生長區域進行金剛石同質外延生長，并在橫向生長區域進行金剛石橫向生長，在襯底上生長出單晶金剛石薄膜。

       2.如權利要求1所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，所 述步驟二的具體方法為：采用阻擋金剛石生長的物質膜作為掩膜層，通過光 刻工藝對掩膜層進行圖形化處理，經過刻蝕而裸露的單晶金剛石襯底表面區 域為同質外延生長區域，未經刻蝕的掩膜覆蓋區域為橫向生長區域。

       3.如權利要求2所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，采 用二氧化硅作為掩膜生成圖形化表面襯底的方法具體為，在單晶金剛石襯底 表面形成二氧化硅薄膜；在二氧化硅薄膜上旋涂感光膠，利用光刻工藝，曝 光顯影出同質外延生長區域；再以感光膠膜為掩膜刻蝕掉裸露的二氧化硅薄 膜，使單晶金剛石襯底表面裸露出來，從而獲得用二氧化硅作為橫向生長區 域掩膜的單晶金剛石襯底。

       4.如權利要求2所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，采 用銥作為掩膜生成圖形化表面襯底表面的方法具體為，在單晶金剛石襯底表 面旋涂上感光膠，再利用光刻工藝曝光顯影出橫向生長區域，然后在該襯底 表面形成金屬銥薄膜，然后將感光膠膜及其上的銥膜剝離，獲得以銥作為橫 向生長區域掩膜的單晶金剛石襯底。

       5.如權利要求1所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，所 述步驟二的具體方法為：采用能夠阻擋氧等離子體刻蝕的物質膜作為掩膜， 利用反應離子刻蝕技術對掩膜進行圖形化處理，通過氧等離子體刻蝕金剛石 襯底表面并形成溝道，最后剝離襯底上的掩膜，未刻蝕區域為同質外延生長 區域，刻蝕溝道區域為橫向生長區域。

       6.如權利要求5所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，采 用鋁作為掩膜生成圖形化襯底表面形成溝道的方法具體為，在單晶金剛石襯 底表面旋涂上感光膠，利用光刻工藝曝光顯影出同質外延生長區域，再在襯 底表面形成金屬鋁膜，然后將感光膠膜及其上的鋁膜剝離，再通過氧等離子 體刻蝕單晶金剛石襯底表面形成溝道，最后用鹽酸去除單晶金剛石表面的鋁 膜，從而獲得表面具有刻蝕溝道的單晶金剛石襯底。

       7.如權利要求1至6中任意一項所述的金剛石同質外延橫向生長方法， 其特征在于，步驟三的具體方法為：采用微波等離子體CVD設備，在圖形 化的單晶金剛石襯底上同質外延生長區域外延生長單晶金剛石薄膜，再在該 單晶金剛石薄膜側面進行橫向生長，從而獲得低位錯、高質量的單晶金剛石 薄膜。

       8.如權利要求7所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，所 述的單晶金剛石薄膜為單晶金剛石連續膜、單晶金剛石不連續膜或單晶金剛 石微結構薄膜。

       9.如權利要求8所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，將 以二氧化硅材質作為單晶金剛石襯底表面掩膜層并圖形化后生長出單晶金 剛石連續膜，通過光刻工藝結合刻蝕技術，使部分二氧化硅裸露，再利用濕 法刻蝕將二氧化硅膜去除，即獲得單晶金剛石微通道結構。

       10.如權利要求7所述的金剛石同質外延橫向生長方法，其特征在于，所 述的橫向生長速率約為縱向生長速率的2倍。