專利名稱：層積基板及其制造方法和金剛石膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在器件等的制作中使用的層積基板，尤其是具有金剛石膜的層積基板。
背景技術(shù)：
金剛石不僅具有5. 47eV的寬帶隙而且絕緣擊穿電場強(qiáng)度也高達(dá)10MV/cm。進(jìn)而， 在物質(zhì)中導(dǎo)熱系數(shù)也是最高的，所以如果將其用于電子器件，則作為高輸出功率電子器件 是有利的。 并且，金剛石的漂移遷移率也高，即使比較Johnson性能指數(shù)，在半導(dǎo)體中作為高 速電子器件也是最有利的。 從而，金剛石被稱為適合高頻高輸出功率電子器件的頂級半導(dǎo)體。 因此，在基板上層積有金剛石膜等的層積基板受到人們的關(guān)注。 現(xiàn)在，就金剛石半導(dǎo)體制作用的單晶金剛石而言，大部分是由高壓法合成的被稱
為Ib型的金剛石。此lb型金剛石含有很多氮雜質(zhì)，且只能獲得5mm見方程度的大小，實用性低。 與此相對，化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor D印osition :CVD)法則具有如果是多 晶金剛石的話就能獲得高純度的6英寸(150mm)直徑程度的大面積金剛石膜的優(yōu)點。但是， 在以前用化學(xué)氣相沉積法時，難以進(jìn)行適合于通常的電子器件的單晶化。這是因為以前使 用單晶Si作為基板。也就是說，因為Si和金剛石的晶格常數(shù)的差異大(錯配度52. 6% )， 很難使金剛石在硅基板上異質(zhì)外延生長。 因此，人們進(jìn)行過各種研究，有報道稱將Pt或Ir作為底膜，在其上面通過化學(xué)氣 相沉積法制作金剛石膜是比較有效的(例如，參照非專利文獻(xiàn)1、2)。 現(xiàn)在，特別是關(guān)于Ir的研究進(jìn)行得最多。該技術(shù)是首先將單晶MgO作為基板，在 其上面異質(zhì)外延生長Ir膜，接著用DC等離子體CVD法，通過采用氫氣稀釋甲烷氣體的離子 照射對Ir膜表面進(jìn)行前處理，在此Ir膜上進(jìn)行金剛石膜的生長。由此，相比于當(dāng)初的亞微 米大小，現(xiàn)在可以獲得數(shù)微米大小的金剛石。 然而，在該方法中，必須進(jìn)行2次異質(zhì)外延生長，因此制造時間長，工序也復(fù)雜，制 造成本高。此外，單晶MgO基板包含大量缺陷，因此，還存在在其表面上形成的Ir膜和金剛 石膜上容易產(chǎn)生缺陷這樣的缺點。此外，單晶MgO基板與金剛石膜的線膨脹系數(shù)差較大，因 此單晶Mg0基板或金剛石膜容易由于應(yīng)力差而破損。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn)1 :Y. Shintani ， J. Mater. Res. 11 ， 2955 (1996)
非專利文獻(xiàn)2 :K.0htsuka， Jpn. J.Appl.Phys.35，L1072(1996)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
3
本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，其目的在于以低成本提供金剛石和單晶 基板不會破損，且具有面積大、結(jié)晶性高的高質(zhì)量單晶金剛石膜作為連續(xù)膜的層積基板及 其制造方法。 解決課題的方法 本發(fā)明是為了解決上述課題而進(jìn)行的，提供一種層積基板，其是至少具有單晶基 板以及在該單晶基板上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜的層積基板，其特征在于，上述單晶基板 是Ir單晶或Rh單晶。 這樣，本發(fā)明的層積基板是在線膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)等期望的物性值接近于金剛 石的Ir單晶基板或Rh單晶基板的表面上化學(xué)氣相沉積了金剛石膜。因此，與現(xiàn)有的單晶 Mg0或在其表面上異質(zhì)外延生長的Ir膜相比，底基板的結(jié)晶性顯著提高，因此，在單晶上外 延生長的金剛石膜，其缺陷少，結(jié)晶性也與以往相比顯著提高。并且，異質(zhì)外延生長只要進(jìn) 行1次即可，所用的單晶基板在取出金剛石膜后能夠重復(fù)使用，所以成本也可以大幅降低。 此外，單晶基板與金剛石膜的線膨脹系數(shù)的差比以往小，因此可以防止單晶基板或金剛石 膜由于應(yīng)力遭到破損。 此外，在本發(fā)明中，提供由上述層積基板分離的金剛石膜。 如上所述，本發(fā)明層積基板上的金剛石膜缺陷少，結(jié)晶性也比以往明顯提高，從該
基板上分離的金剛石膜也缺陷少，結(jié)晶性也比以往明顯提高。 此外，本發(fā)明提供使用上述層積基板制備的器件。 如上所述，在本發(fā)明中，可以提供具有缺陷少的高質(zhì)量金剛石膜的層積基板，因
此，通過使用這樣的層積基板，能以高成品率制備高精度的器件。 此外，本發(fā)明提供使用上述金剛石膜制備的器件。 如上所述，在本發(fā)明中，可以提供缺陷少的高質(zhì)量金剛石膜，因此，通過使用這樣 的金剛石膜，能以高成品率制備高精度的器件。 此外，本發(fā)明提供一種層積基板的制造方法，其特征在于，至少具有在單晶基板上 化學(xué)氣相沉積金剛石膜的工序，上述單晶基板使用Ir單晶或Rh單晶。 根據(jù)本發(fā)明，由于在線膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)等期望的物性值接近于金剛石的Ir 單晶或Rh單晶的表面上化學(xué)氣相沉積金剛石膜，因此，異質(zhì)外延生長只要進(jìn)行1次即可，進(jìn) 而剝離金剛石膜的話，單晶基板能重復(fù)使用，因而能制造出制造時間和制造成本降低了的 層積基板。此外，底基板的結(jié)晶性明顯高于以往的異質(zhì)外延生長膜，因此還能減少在該單晶 基板上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜的缺陷，提高結(jié)晶性。 此外，在本發(fā)明層積基板的制造方法中，優(yōu)選采用微波CVD法或DC等離子體CVD 法進(jìn)行所述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積。 由此，能更確定地得到大面積的單晶金剛石的連續(xù)膜。 此外，在本發(fā)明層積基板的制造方法中，優(yōu)選在所述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積工 序之前，采用DC等離子體法對所述單晶基板的表面進(jìn)行前處理。 由此，認(rèn)為通過對單晶基板的表面進(jìn)行前處理，能在單晶基板的表面上形成納米 尺寸的金剛石微粒。因此，可以容易地進(jìn)行之后的在單晶基板的表面上合成金剛石膜。
此外，在本發(fā)明中，提供了一種金剛石膜的制造方法，其特征在于，至少具有在單 晶基板上化學(xué)氣相沉積金剛石膜的工序、和由上述單晶基板分離該金剛石膜的工序，上述單晶基板使用Ir單晶或Rh單晶。 根據(jù)本發(fā)明，由于在線膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)等期望的物性值接近于金剛石的Ir 單晶或Rh單晶的表面上化學(xué)氣相沉積金剛石膜，因此，能制造出異質(zhì)外延生長只要進(jìn)行1 次即可的層積基板。此外，由于底基板的結(jié)晶性明顯高于以往的異質(zhì)外延生長膜，因此通過 從單晶基板上分離出在該單晶基板上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜，能獲得缺陷少、結(jié)晶性高 的金剛石膜。 此外，在本發(fā)明金剛石膜的制造方法中，優(yōu)選采用微波CVD法或DC等離子體CVD 法進(jìn)行上述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積。 由此，能更確定地獲得大面積的單晶金剛石的連續(xù)膜。 此外，在本發(fā)明金剛石膜的制造方法中，優(yōu)選在上述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積工 序前，采用DC等離子體法對上述單晶基板的表面進(jìn)行前處理。 由此，認(rèn)為通過對單晶基板的表面進(jìn)行前處理，能在單晶基板的表面上形成納米 尺寸的金剛石微粒。因此，可以容易地進(jìn)行之后的在單晶基板的表面上合成金剛石膜。
發(fā)明效果 如在上面說明，根據(jù)本發(fā)明，能以低成本提供具有大面積且高質(zhì)量的單晶金剛石 膜作為連續(xù)膜的層積基板。


圖1是表示本發(fā)明層積基板的一個例子的概略截面圖。
圖2是表示本發(fā)明制造層積基板方法的一個例子的流程圖。
圖3是在本發(fā)明制造方法中使用的前處理裝置的概略圖。
圖4是本發(fā)明制造方法中使用的微波CVD裝置的概略圖。
符號說明 11是層積基板、12是基板、13是金剛石膜、20是DC等離子體裝置、21是基板、22 是負(fù)電壓施加電極、23是腔室、24是氣體排出管、25是氣體導(dǎo)入管、26是等離子體、30是微 波CVD裝置、31是氣體導(dǎo)入管、32是氣體導(dǎo)出管、33是腔室、34是基板臺、35是微波電源、36 是波導(dǎo)管、37是基板、38是微波導(dǎo)入窗。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限定于其中。 如上所述，以往的層積基板存在如下問題特別容易由于MgO基板與金剛石膜之
間的線膨脹系數(shù)差等產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致MgO基板或金剛石破損，特別是無法獲得大面積的單
晶金剛石膜作為連續(xù)膜。 因此，本發(fā)明人為了解決該問題，進(jìn)行了精心的研究。 結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用與作為基板的單晶形式的金剛石的線膨脹系數(shù)的 差盡可能小的材料，在其單晶上直接化學(xué)氣相沉積金剛石膜，能在基板上獲得大面積且高 質(zhì)量的金剛石膜，從而完成了本發(fā)明。 這里，在圖1中表示本發(fā)明層積基板的一個例子。該層積基板11具有由Ir或Rh 構(gòu)成的單晶基板12、以及在單晶基板12上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜13。
在本發(fā)明的層積基板11中，基板12使用結(jié)晶性良好、并且具有線膨脹系數(shù)和晶格 常數(shù)等期望的物性值接近于金剛石的值的Ir單晶或Rh單晶。因此，用于化學(xué)氣相沉積金 剛石的基板的結(jié)晶性顯著高于以往的異質(zhì)外延生長Ir的基板，因此可以使金剛石膜不容 易產(chǎn)生缺陷，并且結(jié)晶性也顯著高于以往。 此外，Ir或Rh的線膨脹系數(shù)比以往的Mg0基板更接近于金剛石的值，因此可以 減小所制備的金剛石膜的應(yīng)力。因此，可以減小所完成的金剛石膜翹曲，從而能防止金 剛石膜和單晶基板破損(線膨脹系數(shù)Ir為7. IX 10—6K—、 Rh為8. 2X 10—6K—、金剛石為 1. IX 10—6K—、 MgO為13. 8 X 10—I—1)。 此外，在化學(xué)氣相沉積后通過從基板的Ir單晶或Rh單晶上剝離金剛石，能在層積 基板的制造中重復(fù)使用單晶基板。 以往在單晶MgO基板上異質(zhì)外延生長Ir層，在該Ir/MgO基板上化學(xué)氣相沉積金 剛石膜，因此，在制備層積基板時，需要外延生長Ir層，但本發(fā)明的層積基板則不需要該工 序，因此還具有能簡化制造工序、降低制造成本的效果。
作為在基板中使用的單晶，特別優(yōu)選Ir單晶。 通過將Ir單晶用于基板，能生長出晶格常數(shù)接近于金剛石、質(zhì)量更高的外延膜， 可以具有大面積的金剛石膜作為連續(xù)膜(晶格常數(shù)金剛石為3. 56 A， Ir為3. 84 A， Rh為 3.80 A)。 此外，由該層積基板分離的金剛石膜的缺陷少，并且結(jié)晶性也高。而且，面積較大， 因此能以高成品率、低成本制備高精度的器件。 然后，在圖2中以流程圖的方式示出了本發(fā)明層積基板制造方法的一個例子。 如圖2所示，本發(fā)明的層積基板可以經(jīng)過制備Ir單晶或Rh單晶(A)，然后在該基
板上化學(xué)氣相沉積金剛石膜的工序(C)來制備。此外，作為此時的任意工序，在金剛石膜的
化學(xué)氣相沉積工序(C)之前，還可以具有通過DC等離子體法對單晶基板的表面進(jìn)行前處理
的工序(B)。并且，在之后還可以具有分離單晶基板和金剛石膜的工序(D)。 首先，對制備Ir單晶或Rh單晶基板的工序(A)進(jìn)行說明。 Ir單晶或Rh單晶可以使用例如通過FZ法制造的材料，使用市售的材料即可。 然后，對金剛石膜的化學(xué)氣相沉積工序(C)的一個例子進(jìn)行說明。 簡要說明的話，使用如圖4所示的微波CVD裝置30，在上述Ir單晶或Rh單晶基板
上化學(xué)氣相沉積金剛石膜。 對其進(jìn)行詳細(xì)說明。該微波CVD裝置30是，在具有氣體導(dǎo)入管31和氣體排出管 32的腔室33內(nèi)設(shè)置有安裝了加熱器等加熱體的基板臺34。此外，為了能在腔室33內(nèi)產(chǎn)生 等離子體，微波電源35通過波導(dǎo)管36與微波導(dǎo)入窗38相連。 在使用該微波CVD裝置30進(jìn)行金剛石膜的化學(xué)氣相沉積時，將Ir單晶或Rh單晶 的基板37載置在基板臺34上，然后用旋轉(zhuǎn)泵對腔室33內(nèi)進(jìn)行排氣，減壓至10—^orr(約 1.3X10—屮a)以下。然后，將期望流量的原料氣體，例如氫氣稀釋的甲烷氣體由氣體導(dǎo)入管 31導(dǎo)入腔室33內(nèi)。接著，調(diào)節(jié)氣體排出管32的閥門，使腔室33內(nèi)達(dá)到期望的壓力后，由微 波電源35和波導(dǎo)管36施加微波，在腔室33內(nèi)產(chǎn)生等離子體，在基板37上異質(zhì)外延生長金 剛石膜。 如果是微波CVD法，能較獨立地控制等離子體和基板溫度，因此能夠容易地化學(xué)
6氣相沉積金剛石膜，并設(shè)定在作為更難剝離的制膜時基板溫度的800 IOO(TC 。此時，頻率 可以為2. 45GHz和915MHz的任一者。 并且，如果是這樣的微波CVD法，還能夠應(yīng)對10mm見方以上的大型基板尺寸。
此外，在該金剛石膜的化學(xué)氣相沉積工序(C)中，可以使用DC等離子體CVD法。
以往，如果通過DC等離子體法制作金剛石膜，基板溫度從80(TC甚至能達(dá)到 140(TC，尤其由于MgO與金剛石之間的線膨脹系數(shù)差，Mg0和金剛石有可能發(fā)生破損，而在 本發(fā)明中就不會產(chǎn)生該問題，因此可以通過DC等離子體法化學(xué)氣相沉積金剛石膜。
在此，對作為任意工序的采用DC等離子體法的前處理工序(B)進(jìn)行說明。
簡要說明的話，使用圖3中所示的DC等離子體裝置20，對單晶基板的表面進(jìn)行離 子照射。 對其進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，在施加負(fù)電壓一側(cè)的電極22上放置Ir單晶或Rh單晶 的基板21，然后通過真空泵，由氣體排出管24對腔室23內(nèi)進(jìn)行排氣，減壓至10—7T0rr。然 后，由氣體導(dǎo)入管25導(dǎo)入氣體(例如氫氣稀釋甲烷H2/CH4)，在電極上施加DC電壓進(jìn)行放 電，產(chǎn)生等離子體26，對基板21表面進(jìn)行前處理。 認(rèn)為通過該前處理，在單晶基板上形成納米尺寸的金剛石微粒(金剛石的核)。因 此，在之后的金剛石膜的化學(xué)氣相沉積工序(C)中，能容易地在單晶基板上合成金剛石膜。
此外，對于分離單晶基板和金剛石膜的工序(D)進(jìn)行說明。 由于單晶基板與金剛石膜的線膨脹系數(shù)存在差異，因此通過將層積基板從高溫的 加熱狀態(tài)冷卻至低溫，能積極利用在單晶基板和金剛石膜的界面產(chǎn)生的應(yīng)力而分離金剛石 膜。 此外，還可以使用在界面注入離子后，加熱層積基板，而利用離子注入層進(jìn)行分離 的離子注入剝離法。 由此獲得的本發(fā)明的層積基板由于能在其表面制備結(jié)晶性高的金剛石膜，因此通 過使用這樣的層積基板或由其分離的金剛石膜，能以高成品率制備非常優(yōu)異的高頻高輸出 功率電子器件。 另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式。上述實施方式是一種例示，只要是具有與 本發(fā)明權(quán)利要求范圍中記載的技術(shù)思想基本上相同的構(gòu)成、且起到同樣作用效果的方案， 則不管是哪種方案都包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種層積基板，其是至少具有單晶基板以及在該單晶基板上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜的層積基板，其特征在于，所述單晶基板是Ir單晶或Rh單晶。
2. —種由如權(quán)利要求1所述的層積基板分離出的金剛石膜。
3. —種使用如權(quán)利要求1所述的層積基板制作的器件。
4. 一種使用如權(quán)利要求2所述的金剛石膜制作的器件。
5. —種層積基板的制造方法，其特征在于，至少具有在單晶基板上化學(xué)氣相沉積金剛 石膜的工序，所述單晶基板使用Ir單晶或Rh單晶。
6. 如權(quán)利要求5所述的層積基板的制造方法，其特征在于，采用微波CVD法或DC等離 子體CVD法進(jìn)行所述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積。
7. 如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的層積基板的制造方法，其特征在于，在所述金剛石 膜的化學(xué)氣相沉積工序前，采用DC等離子體法對所述單晶基板的表面進(jìn)行前處理。
8. —種金剛石膜的制造方法，其特征在于，至少具有在單晶基板上化學(xué)氣相沉積金剛 石膜的工序、以及由所述單晶基板分離該金剛石膜的工序，所述單晶基板使用Ir單晶或Rh 單晶。
9. 如權(quán)利要求8所述的金剛石膜的制備方法，其特征在于，采用微波CVD法或DC等離 子體CVD法進(jìn)行所述金剛石膜的化學(xué)氣相沉積。
10. 如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的金剛石膜的制備方法，其特征在于，在所述金剛 石膜的化學(xué)氣相沉積工序前，采用DC等離子體法對所述單晶基板的表面進(jìn)行前處理。
全文摘要
本發(fā)明以低成本提供金剛石和單晶基板不會破損，且具有面積大、結(jié)晶性高的單晶金剛石膜作為連續(xù)膜的層積基板及其制造方法。該層積基板是至少具有單晶基板和在該單晶基板上化學(xué)氣相沉積的金剛石膜的層積基板，其特征在于，上述單晶基板是Ir單晶或Rh單晶。該層積基板的制造方法的特征在于，至少具有在單晶基板上化學(xué)氣相沉積金剛石膜的工序，并且上述單晶基板使用Ir單晶或Rh單晶。
文檔編號C30B29/04GK101775648SQ20091025398
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者野口仁 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社