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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.05.025 第30卷第5期 北京科技大学学报 Vol.30 No.5 2008年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2008 声表面波器件金刚石薄膜基片的制备工艺 张玉军吕反修张建军陈良贤 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要为制备高质量的声表面波器件，探索金刚石薄膜的沉积工艺，采用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积技术和特殊 的复合衬底技术，在单晶硅衬底上制备了大面积、高质量的金刚石薄膜，成功解决了单晶硅衬底在沉积金刚石薄膜过程中产 生的变形问题：研究了甲烷浓度和沉积温度对金刚石薄膜质量的影响，优化了沉积工艺·结果表明，甲烷气体体积分数为 1.8%时，晶粒最为细小，同时金刚石薄膜的表面粗糙度最小，表面最为光滑.衬底温度为1000℃时生长的金刚石薄膜的晶粒 尺寸较小. 关键词金刚石薄膜：直流电弧等离子体喷射化学气相沉积：复合村底：制备工艺 分类号TN305.8 Technique of preparing diamond films on poly-substrate by DC-arc plasma jet CVD for surface acoustic wave devices ZHA NG Yujun,LV Fanxiu,ZHA NG Jianjun,CHEN Liangxian School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083 ABSURACT In order to synthesize high quality surface acoustic wave devices and explore the deposition process of diamond films. large-area high-quality diamond films were deposited on silicon substrate by DC-arc plasma jet CVD.Deformation of the silicon sub- strate which happened in the deposition process was eliminated by a special poly-substrate technique.The influences of the concentra- tion of methane and the temperature of the substrate on the diamond films were studied,and the deposit process was optimized.The results showed that fine grain diamond films were gained when the volume fraction of methane was 1.8%and the temperature of the substrate was 1000C.The roughness of the diamond films deposited under this condition is the lowest. KEY WORDS diamond films:DC-are plasma jet CVD:poly-substrate:process 单晶硅是一种非常重要的半导体材料，被普遍 衬底在金刚石薄膜沉积后的变形（翘曲）都十分严 用作低压气相生长金刚石薄膜的衬底材料，是到目 重，严重影响了金刚石膜基片的抛光，甚至使后续的 前为止被研究得最多、最详细的一种衬底材料山. 抛光工序无法进行，尽管很多学者都采用微波等离 生长有金刚石薄膜的单晶硅被应用于许多行业，随 子体CVD沉积金刚石薄膜，但是衬底也会产生 着信息和通讯技术的高速发展，声表面波(SAW)器 较大变形，微波等离子体CVD法的低沉积速率也无 件对这种材料提出了更高的要求2).目前单晶硅片 法满足研究和生产的迫切需求。此外，金刚石薄膜 的发展趋势是厚度薄(0.3mm以下)、直径大)，人 的大面积均匀沉积也非常困难， 工合成金刚石薄膜的方法虽然种类多样，但大都采 本文采用特殊的复合衬底技术，改善了衬底与 用化学气相沉积(CVD)技术.要在薄而大的单晶硅 沉积台之间的热接触，成功解决了单晶硅衬底在沉 衬底上生长金刚石薄膜并非易事，因为无论采用何 积金刚石薄膜过程中产生的变形问题，采用直流电 种化学气相沉积技术，都会产生一定的高温，单晶硅 弧等离子体喷射化学气相沉积技术，在单晶硅衬底 上制备了大面积的金刚石薄膜，优化了沉积工艺，为 收稿日期：2007-03-26修回日期.2007-05-19 研制声表面波器件提供了高质量的基片· 基金项目：北京科技大学和中国电子科技集团公司第二十六研究所 合作项目 1实验方法 作者简介：张玉军(1984一)男，硕士研究生：吕反修(1943一)男， 教授，博士生导师，E mail:fxlm@163.com 实验采用特殊的复合衬底技术设计了如图1所声表面波器件金刚石薄膜基片的制备工艺 张玉军 吕反修 张建军 陈良贤 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘 要 为制备高质量的声表面波器件探索金刚石薄膜的沉积工艺采用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积技术和特殊 的复合衬底技术在单晶硅衬底上制备了大面积、高质量的金刚石薄膜成功解决了单晶硅衬底在沉积金刚石薄膜过程中产 生的变形问题．研究了甲烷浓度和沉积温度对金刚石薄膜质量的影响优化了沉积工艺．结果表明甲烷气体体积分数为 1∙8％时晶粒最为细小同时金刚石薄膜的表面粗糙度最小表面最为光滑．衬底温度为1000℃时生长的金刚石薄膜的晶粒 尺寸较小． 关键词 金刚石薄膜；直流电弧等离子体喷射化学气相沉积；复合衬底；制备工艺 分类号 T N305∙8 Technique of preparing diamond films on poly-substrate by DC-arc plasma jet CVD for surface acoustic wave devices ZHA NG Y ujunLV FanxiuZHA NG JianjunCHEN Liangxian School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083 ABSURACT In order to synthesize high quality surface acoustic wave devices and explore the deposition process of diamond films large-area high-quality diamond films were deposited on silicon substrate by DC-arc plasma jet CVD．Deformation of the silicon substrate which happened in the deposition process was eliminated by a special poly-substrate technique．T he influences of the concentration of methane and the temperature of the substrate on the diamond films were studiedand the deposit process was optimized．T he results showed that fine grain diamond films were gained when the volume fraction of methane was1∙8％ and the temperature of the substrate was1000℃．T he roughness of the diamond films deposited under this condition is the lowest． KEY WORDS diamond films；DC-arc plasma jet CVD；poly-substrate；process 收稿日期：2007-03-26 修回日期：2007-05-19 基金项目：北京科技大学和中国电子科技集团公司第二十六研究所 合作项目 作者简介：张玉军（1984—）男硕士研究生；吕反修（1943—）男 教授博士生导师E-mail：fxlu＠163．com 单晶硅是一种非常重要的半导体材料被普遍 用作低压气相生长金刚石薄膜的衬底材料是到目 前为止被研究得最多、最详细的一种衬底材料［1］． 生长有金刚石薄膜的单晶硅被应用于许多行业随 着信息和通讯技术的高速发展声表面波（SAW）器 件对这种材料提出了更高的要求［2］．目前单晶硅片 的发展趋势是厚度薄（0∙3mm 以下）、直径大［3］．人 工合成金刚石薄膜的方法虽然种类多样但大都采 用化学气相沉积（CVD）技术．要在薄而大的单晶硅 衬底上生长金刚石薄膜并非易事因为无论采用何 种化学气相沉积技术都会产生一定的高温单晶硅 衬底在金刚石薄膜沉积后的变形（翘曲）都十分严 重严重影响了金刚石膜基片的抛光甚至使后续的 抛光工序无法进行．尽管很多学者都采用微波等离 子体 CVD 沉积金刚石薄膜［4］但是衬底也会产生 较大变形微波等离子体CVD 法的低沉积速率也无 法满足研究和生产的迫切需求．此外金刚石薄膜 的大面积均匀沉积也非常困难． 本文采用特殊的复合衬底技术改善了衬底与 沉积台之间的热接触成功解决了单晶硅衬底在沉 积金刚石薄膜过程中产生的变形问题．采用直流电 弧等离子体喷射化学气相沉积技术在单晶硅衬底 上制备了大面积的金刚石薄膜优化了沉积工艺为 研制声表面波器件提供了高质量的基片． 1 实验方法 实验采用特殊的复合衬底技术设计了如图1所 第30卷 第5期 2008年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．5 May2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．05．025