專利名稱：?jiǎn)尉Ы饎偸瘜由L(zhǎng)用基板以及單晶金剛石基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造單晶金剛石基板的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板以及單晶金剛 石基板的制造方法。
背景技術(shù)：
金剛石具有5. 47eV的寬帶隙，并且絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度非常高，達(dá)到lOMV/cm。此 外，由于其在物質(zhì)中具有最高的熱傳導(dǎo)率，因此，如果用于電子設(shè)備，則有利于作為高輸出 電力設(shè)備。此外，金剛石的漂移遷移率也高，并且對(duì)Johnson性能指數(shù)進(jìn)行比較，其也是半 導(dǎo)體中最有利于作為高速電力設(shè)備的。因此，金剛石可以說(shuō)是適于高頻和高輸出電子設(shè)備的頂級(jí)半導(dǎo)體。因此，利用單晶 金剛石作為基板的各種電子設(shè)備的研究正在進(jìn)行。現(xiàn)在，金剛石半導(dǎo)體制作用的單晶金剛石基板，多數(shù)情況下是通過(guò)高溫高壓法 (HPHT)所合成的稱作Ib型的金剛石或者是提高了純度的稱作IIa型的金剛石。然而，雖然HPHT金剛石可以得到高結(jié)晶性，但另一方面，其難以大型化，并且在其 尺寸變大時(shí)，價(jià)格變得極高，作為設(shè)備用基板的實(shí)用化很困難。因此，為了提供大面積并且廉價(jià)的基板，也正在研究通過(guò)氣相法合成的CVD單晶 金剛石。非專利文獻(xiàn)1 第20回夕■ ^ Y毛 > 卜’* > Ψ?！鄙爪v演要旨集(2006)， pp. 6-7 (《第20次金剛石專題論文集》(2006)，第6-7頁(yè))。非專利文獻(xiàn)2 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. L1072-L1074 (《日本應(yīng)用物理 期刊》，第35卷(1996)，第1072-1074頁(yè))

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題最近，作為單晶金剛石，已經(jīng)報(bào)道了在HPHT單晶金剛石基材上通過(guò)直接氣相合成 法進(jìn)行均質(zhì)外延生長(zhǎng)的均質(zhì)外延CVD單晶金剛石(參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)1)。然而，該方法中，由于基材和生長(zhǎng)的單晶金剛石是相同材料，因而難以將它們分 離，因此，需要在基材中預(yù)先注入離子，或者需要在生長(zhǎng)后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的濕式蝕刻分離處理 等，從而在成本方面存在問(wèn)題。此外，由于向基材中注入了離子，因此存在有所得到的單晶 金剛石的結(jié)晶性產(chǎn)生一定程度下降的問(wèn)題。作為其它方法，還報(bào)道了在單晶MgO基材上異質(zhì)外延生長(zhǎng)的單晶Ir膜上，通過(guò)CVD 法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)的異質(zhì)外延CVD單晶金剛石(參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)2)。然而，該方法中，由于在單晶MgO基材和隔著單晶銥(Ir)膜生長(zhǎng)的單晶金剛石間 所產(chǎn)生的應(yīng)力(內(nèi)部應(yīng)力和熱應(yīng)力之和)，而存在有基材和生長(zhǎng)的單晶金剛石細(xì)微地破裂 的問(wèn)題。此外，由于作為基材所能夠獲得的單晶MgO的結(jié)晶性不足，因此所得單晶金剛石的 結(jié)晶性，并未達(dá)到能夠滿足的程度。
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而進(jìn)行，其目的在于，提供一種能夠以良好的再現(xiàn)性和低成 本制造均勻并且結(jié)晶性高的單晶金剛石的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，以及單晶金剛石基板 的制造方法。用于解決問(wèn)題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本方面提供一種單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，用于使單晶金剛 石層生長(zhǎng)，其特征在于，至少由材質(zhì)為單晶金剛石的基材以及在該基材的前述單晶金剛石 層生長(zhǎng)側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ば纬?，并且前述基材的前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表 面的周端部形成曲率半徑(r)彡50 μ m的倒角形。如果是這種在材質(zhì)為單晶金剛石的基材上具有異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ纳?長(zhǎng)用基板，則通過(guò)使單晶金剛石層在其之上進(jìn)行生長(zhǎng)，可以結(jié)晶性良好地進(jìn)行外延生長(zhǎng)，并 且由于是和基材材質(zhì)相同的單晶金剛石，因此生長(zhǎng)的層和基材都不會(huì)因熱膨脹而導(dǎo)致過(guò)量 的應(yīng)力。由此，能夠結(jié)晶性良好地進(jìn)行生長(zhǎng)，同時(shí)，即使是大面積，在作為單晶金剛石的層和 基材上也都幾乎不會(huì)產(chǎn)生損傷或破裂。因此，在單晶金剛石層生長(zhǎng)后，通過(guò)對(duì)銥?zāi)?、銠膜?加適當(dāng)?shù)膽?yīng)力，而將其用作良好的剝離層，很容易剝離單晶金剛石層，從而可以得到單晶金 剛石基板。此外，由于剝離后的基材幾乎沒(méi)有損傷或破裂等損害，因此可以作為基材再利 用。此外，如果基材的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表面的周端部形成曲率半徑(r) >50μπι的 倒角形，則可以切實(shí)地、結(jié)晶性良好地使銥?zāi)?、銠膜?或單晶金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。如上所述，按照本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，能夠以良好的再現(xiàn)性和低成 本制造均勻并且結(jié)晶性高的大面積單晶金剛石基板。這時(shí)，前述基材優(yōu)選為圓形。如果是這種形狀的基材，則可以更容易地并且結(jié)晶性良好地使銥?zāi)?、銠膜和單?金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。這時(shí)，前述材質(zhì)為單晶金剛石的基材，優(yōu)選為高溫高壓合成單晶金剛石或氣相合 成單晶金剛石。如果是這種單晶金剛石，則由于結(jié)晶性良好，因此可以在該基材上以更好的結(jié)晶 性使銥?zāi)?、銠膜和單晶金剛石層進(jìn)行良好地生長(zhǎng)。這時(shí)，前述基材的厚度，優(yōu)選為0. 03mm以上15. OOmm以下。如上所述，如果基材的厚度為0.03mm以上，則容易操作，并且，如果厚度為 15. OOmm以下，則比較容易獲得，因此可以獲得制造簡(jiǎn)便且低成本的生長(zhǎng)用基板。這時(shí)，前述異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?，?yōu)選是通過(guò)濺射法在前述基材上進(jìn)行異 質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。如上所述，由于通過(guò)濺射法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)，能夠以足夠的生長(zhǎng)速度進(jìn)行生長(zhǎng)， 因此可以獲得能夠以更高的生產(chǎn)性制造的廉價(jià)的生長(zhǎng)用基板。這時(shí)，前述進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ暮穸龋瑑?yōu)選為5A 100 μ m。如上所述，如果厚度為5人以上，則膜的結(jié)晶性更好，如果厚度為100 μ m以下，則與 基材或單晶金剛石層之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，因此可以更切實(shí)地使單晶金剛石層生長(zhǎng)，并且 更加廉價(jià)。此外，提供一種單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，通過(guò)使單晶金剛石層在 本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板上進(jìn)行生長(zhǎng)，并在銥?zāi)せ蜚櫮げ糠稚蟿冸x該生長(zhǎng)的單晶金剛石層，而形成單晶金剛石基板。如上所述，如果使用本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，則能夠以低成本制造大 面積且結(jié)晶性良好的單晶金剛石基板。此外，本發(fā)明提供一種單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，通過(guò)在使單晶金 剛石層生長(zhǎng)后進(jìn)行剝離而制造單晶金剛石基板，其中，該方法使銥?zāi)せ蜚櫮ぴ诓馁|(zhì)為單晶 金剛石、且前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表面的周端部形成曲率半徑(r) >50μπι的倒角形 的基材上進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)，并在該異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ど鲜骨笆鰡尉Ы饎偸瘜舆M(jìn) 行生長(zhǎng)，然后在前述銥?zāi)せ蜚櫮げ糠稚蟿冸x該生長(zhǎng)的單晶金剛石層，而形成單晶金剛石基 板。如上所述，通過(guò)使銥?zāi)せ蜚櫮ぴ诨纳线M(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)，并使單晶金剛石膜在 其之上生長(zhǎng)，可以使銥?zāi)せ蜚櫮び米髁己玫膭冸x層，并且很容易地剝離單晶金剛石層，因此 可以用簡(jiǎn)便的方法制造單晶金剛石基板。此外，由于基材的材質(zhì)為單晶金剛石，并且是和生 長(zhǎng)層相同的材質(zhì)，因此，即使熱膨脹，也不會(huì)在基材和生長(zhǎng)層上施加過(guò)量的應(yīng)力，進(jìn)一步，可 以使層結(jié)晶性良好地進(jìn)行生長(zhǎng)。此外，由于基材未被施加過(guò)量的應(yīng)力，因此難以產(chǎn)生破裂或 損傷，從而可以形成大面積，同時(shí)再利用。此外，如果基材的前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表 面的周端部形成曲率半徑(r) >50μπι的倒角形，則可以切實(shí)地結(jié)晶性良好地使銥?zāi)?、銠?和單晶金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠以低成本制造均勻并且結(jié)晶性良好的大 面積單晶金剛石基板。這時(shí)，優(yōu)選在前述異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ谋砻嫔线M(jìn)行偏壓處理，形成金剛 石生長(zhǎng)核，并在進(jìn)行了前述偏壓處理的表面上，通過(guò)微波CVD法或直流等離子體CVD法使單 晶金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。這樣，通過(guò)預(yù)先進(jìn)行偏壓處理，形成金剛石生長(zhǎng)核，可以結(jié)晶性良好地，并且以足 夠的生長(zhǎng)速度，使單晶金剛石層生長(zhǎng)。發(fā)明的效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板或單晶金剛石基板的制造方 法，能夠以低成本制造均勻并且結(jié)晶性良好的大面積單晶金剛石基板。


[圖1]是表示本發(fā)明單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板的實(shí)施方式的一個(gè)例子的概略圖。[圖2]是表示本發(fā)明的單晶金剛石基板的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)例子的流 程圖。符號(hào)說(shuō)明10...基材、11...銥?zāi)せ蜚櫮ぁ?2...單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板、13...單晶金剛石層、14...單晶金剛石基板。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板以及單晶金剛石基板的制造方法，以實(shí)施方式的一個(gè)例子，一邊參照附圖，一邊進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。圖1是表示本發(fā)明單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板的實(shí)施方式的一個(gè)例子的概略圖。圖 2是表示本發(fā)明單晶金剛石基板的制造方法的實(shí)施方式的一個(gè)例子的流程圖。首先，本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，如圖1所示，是用于使單晶金剛石層生 長(zhǎng)的基板12，并且是由材質(zhì)為單晶金剛石的基材10，以及在基材10的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè) 進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥(Ir)膜或銠(Rh)膜11形成，并且基材10的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè) 的面的周端部為曲率半徑(r)彡50μπι的倒角形。像這樣，如果是在材質(zhì)為單晶金剛石的基材上具有異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ?生長(zhǎng)用基板，則通過(guò)使單晶金剛石層在其之上進(jìn)行生長(zhǎng)，可以結(jié)晶性良好地進(jìn)行外延生長(zhǎng)， 并且由于是材質(zhì)相同的單晶金剛石，因此，即使熱膨脹，也不會(huì)在生長(zhǎng)層和基材上施加過(guò)量 的應(yīng)力。由此，可以結(jié)晶性良好地使大面積的單晶金剛石層生長(zhǎng)，同時(shí)，在單晶金剛石層、和 基材上也都幾乎不會(huì)產(chǎn)生損傷或破裂。因此，在單晶金剛石層生長(zhǎng)后，通過(guò)對(duì)銥?zāi)?、銠膜?加適當(dāng)?shù)膽?yīng)力，而將其用作良好的剝離層，可以很容易地剝離單晶金剛石層，從而得到單晶 金剛石基板。此外，由于剝離后的基材幾乎沒(méi)有損傷或破裂等損害，因此可以再利用作基 材。因此，可以顯著降低單晶金剛石基板的制造成本。進(jìn)一步，如果基材的前述單晶金剛石 層生長(zhǎng)側(cè)的面的周端部形成曲率半徑(r) >50μπι的倒角形，則可以確實(shí)地、結(jié)晶性良好地 使銥?zāi)ぁ櫮ず蛦尉Ы饎偸瘜舆M(jìn)行生長(zhǎng)。作為該基材10的形狀，如圖1所示，上述基材10的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的面的周 端部為曲率半徑(r)彡50 μ m的倒角形，并進(jìn)一步優(yōu)選為圓形。通常，由于材質(zhì)為單晶金剛石的基材，在其制造階段，生長(zhǎng)速度隨著結(jié)晶方向而不 同，因此大多為多邊形并且在端部存在有大的錐度。這種傾向在超過(guò)5mm的大型材料中變 得顯著。對(duì)于這種形狀的基材，在之后的加工工序中進(jìn)行制膜或前處理等電氣放電處理時(shí)， 有時(shí)等離子體不穩(wěn)定并且不均勻，無(wú)法得到充分的處理效果。因此，將基材形成為平行度 高，即，沒(méi)有錐度的圓形，或者，對(duì)于基材的要進(jìn)行制膜或前處理等放電處理的一側(cè)的面，將 其周端部加工為倒角形。如果為這種形狀的基材，則可以更容易地使銥?zāi)?、銠膜和單晶金?石層結(jié)晶性良好地進(jìn)行生長(zhǎng)。本發(fā)明者特別發(fā)現(xiàn)，單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的面的周端部不是曲率半徑 (r) ^ 50 μ m的倒角形的基材，即使其材質(zhì)為單晶金剛石，也難以使銥?zāi)ぁ櫮ず蛦尉Ы饎?石層在基材上結(jié)晶性良好地進(jìn)行生長(zhǎng)，并且?guī)缀醪豢赡艿玫剿Ｍ拇竺娣e單晶金剛石基 板，從而發(fā)現(xiàn)應(yīng)使基材的前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的面的周端部為曲率半徑(r) ^50ym 的倒角形。作為基材10的加工方法，沒(méi)有特別限定，例如，可以通過(guò)激光切割法或研磨法進(jìn) 行成形，并用磨刀石使周端部形成倒角形。這時(shí)，材質(zhì)為單晶金剛石的基材10，優(yōu)選為例如，高溫高壓合成單晶金剛石或氣相 合成單晶金剛石。如果為這種單晶金剛石，則由于結(jié)晶性良好，因此可以使單晶金剛石層在該基材 上結(jié)晶性更良好地進(jìn)行生長(zhǎng)。此外，基材10的厚度，沒(méi)有特別限定，優(yōu)選為0. 03mm以上15. OOmm以下。這樣，如果基材的厚度為0. 03mm以上，則容易處理，并且，如果為15. OOmm以下，則比較容易獲得，因此可以獲得制造簡(jiǎn)便且低成本的生長(zhǎng)用基板。這時(shí)，異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?1，優(yōu)選通過(guò)濺射法在基材10上進(jìn)行異質(zhì)外延 生長(zhǎng)。這樣，通過(guò)例如R. F.磁控濺射法等濺射法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)，能夠以足夠的生長(zhǎng) 速度進(jìn)行生長(zhǎng)，因此可以獲得能夠以更高生產(chǎn)性制造的生長(zhǎng)用基板。這時(shí)，異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?1的厚度，優(yōu)選為5入 100 μ m。如上所述，如果厚度為5A以上，則膜的結(jié)晶性更好，如果厚度為100 μ m以下，則與 基材或單晶金剛石層之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，可以切實(shí)地使單晶金剛石層生長(zhǎng)，而且，價(jià)格低 廉。此外，如果為這種厚度，則生長(zhǎng)后的單晶金剛石層也容易剝離。作為制造上述本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，并進(jìn)一步使用該基板制造單晶 金剛石基板的實(shí)施方式的一個(gè)例子，說(shuō)明以下本發(fā)明的單晶金剛石基板的制造方法。在本發(fā)明的制造方法中，首先，如圖2(a)所示，準(zhǔn)備例如高溫高壓合成單晶金剛 石或氣相合成單晶金剛石，作為材質(zhì)為單晶金剛石的基材10。然后，將該基材10的單晶金 剛石層生長(zhǎng)一側(cè)的面的周端部形成為曲率半徑(r) >50μπι的倒角形。作為該基材10的形狀等，沒(méi)有特別限定，但可以準(zhǔn)備和上述本發(fā)明的單晶金剛石 層生長(zhǎng)用基板的基材同樣為圓形的材料。倒角形形狀、基材厚度等，優(yōu)選如前所述。接著，如圖2(b)所示，通過(guò)例如濺射法，并以5人 100 μ m的厚度，使銥?zāi)せ蜚櫮?11在基材10上進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)，從而制作本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板12。由于基材的材質(zhì)為單晶金剛石，并且結(jié)晶性良好，因此在其之上生長(zhǎng)的銥?zāi)?、?膜，也可以結(jié)晶性良好地進(jìn)行生長(zhǎng)。此外，由于具有為本發(fā)明的曲率半徑的倒角形部，因此 可以均勻地進(jìn)行處理或生長(zhǎng)。接著，如圖2(c)所示，使單晶金剛石層13在異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?1上進(jìn) 行生長(zhǎng)。由于基材的材質(zhì)為單晶金剛石，并且是和生長(zhǎng)層相同的材質(zhì)，因此，即使熱膨脹， 也不會(huì)對(duì)基材和生長(zhǎng)層施加過(guò)量的應(yīng)力，并且，由于基材的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表面的 周端部是曲率半徑(r) >50μπι的倒角形，因此可以使大面積的單晶金剛石層結(jié)晶性良好 地進(jìn)行生長(zhǎng)。這時(shí)，優(yōu)選預(yù)先在異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?1的表面上進(jìn)行偏壓處理，形成金 剛石生長(zhǎng)核，并通過(guò)微波CVD法或直流等離子體CVD法，使單晶金剛石層13在該進(jìn)行了偏 壓處理的表面上進(jìn)行生長(zhǎng)。該偏壓處理，例如，使用日本特開(kāi)2007-238377中記載的各種方法，首先，預(yù)先通 過(guò)以基材側(cè)電極為陰極的直流放電，進(jìn)行用以形成金剛石生長(zhǎng)核的前處理，在銥(Ir)膜或 銠(Rh)膜的表面形成方位一致的金剛石生長(zhǎng)核。接著，對(duì)于該已進(jìn)行了偏壓處理的基板， 可以通過(guò)微波CVD法或直流等離子體CVD法，使單晶金剛石進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。如上所述，通過(guò)預(yù)先進(jìn)行偏壓處理，形成金剛石生長(zhǎng)核，可以結(jié)晶性良好地，并且 以足夠的生長(zhǎng)速度，使目的單晶金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。接著，如圖2(d)所示，通過(guò)在銥?zāi)せ蜚櫮?1部分上剝離生長(zhǎng)的單晶金剛石層13， 形成單晶金剛石基板14。在單晶金剛石層生長(zhǎng)后，由層和基材對(duì)銥?zāi)せ蜚櫮な┘舆m當(dāng)?shù)膽?yīng)力，因此將其作為良好的剝離層，從CVD裝置等單晶金剛石層的生長(zhǎng)裝置內(nèi)取出時(shí)容易剝離。此外，從裝置中取出后，當(dāng)基材(或銥?zāi)?、銠?與單晶金剛石層之間殘留有附著 力時(shí)，將其浸在純水中或進(jìn)一步浸在磷酸溶液等濕式蝕刻液中，可以很容易使其剝離。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)基板或單晶金剛石基板的制造方法， 能夠以低成本制造高結(jié)晶性并且可以用于設(shè)備用途的單晶金剛石基板。另一方面，剝離后殘留的基材，為了除去銥?zāi)せ蜚櫮ひ约奥冻鲎鳛榛牡膯尉Ы?剛石的潔凈面而進(jìn)行研磨加工，可以再利用作單晶金剛石的基材。通過(guò)再利用，可以進(jìn)一步 降低成本。另外，雖然在上述本發(fā)明的單晶金剛石層生長(zhǎng)基板或單晶金剛石基板的制造方法 的說(shuō)明中，對(duì)于使基材、銥?zāi)せ蜚櫮?、單晶金剛石層在各自之上直接生長(zhǎng)的情況進(jìn)行了說(shuō) 明，但并不限定于此，也可以在銥?zāi)?、銠膜或單晶金剛石層的生長(zhǎng)前，使緩沖層等其它層進(jìn) 行生長(zhǎng)。實(shí)施例以下，通過(guò)實(shí)施例和比較例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體地說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于 此。(實(shí)施例1)使用直徑為7. Omm左右的具有錐度的八面體形，并且厚度為1. 0mm、方位(100)的 粗研磨完的HPHT單晶金剛石，作為基材。使用激光法和研磨法，由該基材成形為無(wú)錐度、且 直徑為6. Omm的圓形，并且厚度為0. 7mm后，將形成金剛石側(cè)的表面的周端部加工為曲率半 徑(r) = 150 μ m的倒角形。然后，將上表面拋光研磨加工至Ra彡lnm。然后，在該基材的進(jìn)行單晶金剛石生長(zhǎng)側(cè)的面上，使Ir膜進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)， 制作單晶金剛石層生長(zhǎng)用的基板。以Ir為靶，并通過(guò)R.F.磁控濺射法，在Ar氣為 6 X IO-2Torr (SPa)、基板溫度為700°C的條件下，濺射至單晶Ir膜厚為1. 5 μ m，完成制膜。此外，為了進(jìn)行偏壓處理以及DC等離子體CVD時(shí)的電氣導(dǎo)通，除了使基板溫度為 100°C外，在相同的條件下，使Ir膜在里面生長(zhǎng)1. 5 μ m。接著，進(jìn)行偏壓處理，用于在該基板的單晶Ir膜表面上形成金剛石的核。首先，將基板設(shè)置在偏壓處理裝置的負(fù)電壓施加電極(陰極)上，進(jìn)行真空排 氣。接著，將基材加熱至600°C，然后導(dǎo)入甲烷濃度為3vol. %的氫稀釋甲烷氣體，使壓力為 120Torr (160hPa)o然后，進(jìn)行偏壓處理。也就是說(shuō)，在兩電極間施加DC電壓，流過(guò)規(guī)定的 直流電流。最后，在該偏壓處理完成后的基板上，通過(guò)DC等離子體CVD法，在900°C下使單晶 金剛石進(jìn)行30h異質(zhì)外延生長(zhǎng)。生長(zhǎng)結(jié)束后，在確認(rèn)制造物冷卻至室溫程度后，將大氣導(dǎo)入到腔室內(nèi)，并打開(kāi)鐘形 罩。正電壓施加電極(陽(yáng)極)上的制造物，以異質(zhì)外延生長(zhǎng)的單晶金剛石部分和基板部分 進(jìn)行了分離。對(duì)生長(zhǎng)的單晶金剛石部分，進(jìn)行表面研磨加工，并加工至和基板大致相同的尺寸， 即直徑約6mm、厚度約150 μ m。使用拉曼分光、XRD搖擺曲線、截面TEM、陰極發(fā)光(CL)，對(duì)所得的單晶金剛石進(jìn)行 評(píng)價(jià)，可以確認(rèn)充分的結(jié)晶性。
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另一方面，可以將基板研磨加工至除去Ir以及露出基材的單晶金剛石的光潔面 的程度，并且再利用作基材的單晶金剛石。(實(shí)施例2)使實(shí)施例1中最后通過(guò)DC等離子CVD法進(jìn)行的單晶金剛石的生長(zhǎng)時(shí)間為9h，除此 以外，在和實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行制造后，確認(rèn)制造物冷卻至室溫程度后，將大氣導(dǎo)入 到腔室內(nèi)，打開(kāi)鐘形罩。這時(shí)，陽(yáng)極上的制造物，其異質(zhì)外延生長(zhǎng)的單晶金剛石部分和基板 部分，通過(guò)弱粘附力粘合在一起。因此，將制造物浸在沸騰的純水中Ih并取出時(shí)，單晶金剛 石部分和基板部分可以分離。雖然在分離的單晶金剛石的Ir側(cè)的一面上還存在有附著了 少量Ir的部分，但通過(guò)繼續(xù)進(jìn)行研磨加工就可以很容易地除去。對(duì)生長(zhǎng)的單晶金剛石部分，進(jìn)行表面研磨加工，并加工至和基板大致相同的尺寸， 即直徑約6mm、厚度約150 μ m。使用拉曼分光、XRD搖擺曲線、截面TEM、陰極發(fā)光(CL)，對(duì)所得的單晶金剛石進(jìn)行 評(píng)價(jià)，可以確認(rèn)充分的結(jié)晶性。另一方面，可以將基板研磨加工至除去Ir以及露出基材的單晶金剛石的光潔面 的程度，并且再利用作基材的單晶金剛石。(比較例1)使用直徑為7. Omm左右并具有錐度的八面體形，并且厚度為1.0mm、方位(100) 的粗研磨完的HPHT單晶金剛石，作為基材。將單晶金剛石生長(zhǎng)側(cè)的面拋光研磨加工至 Ra ( lnm。除了使用該基材(無(wú)倒角形)外，和實(shí)施例1同樣地，進(jìn)行Ir生長(zhǎng)、偏壓處理， 并通過(guò)DC等離子體CVD法在其上進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。在偏壓處理中，放電不穩(wěn)定，發(fā)光部向基板上部的角部分移動(dòng)，或者在基板的下面 和試驗(yàn)臺(tái)的隙間也產(chǎn)生發(fā)光。此外，在基板的上面，也產(chǎn)生了放電不穩(wěn)定的影響，等離子體 的均勻性低，無(wú)法得到充分的處理效果。然后，通過(guò)DC等離子體CVD法，進(jìn)行單晶金剛石的 異質(zhì)外延生長(zhǎng)。打開(kāi)鐘形罩，觀察腔室內(nèi)的制造物，觀察到基板的中心生長(zhǎng)約2mm直徑的單 晶金剛石，除此之外為多晶金剛石。此外，這種情況下，還確認(rèn)了在基板上面周端部上多晶 金剛石異常生長(zhǎng)的大形粒子。因此，和實(shí)施例1、2相比，可見(jiàn)其結(jié)晶性、生產(chǎn)性都差，并且無(wú)法得到所希望的大 面積單晶金剛石。(比較例2)除了使用直徑為6. 0mm、厚度為0.7mm、方位(100)、上側(cè)周端部的倒角形r = 150 μ m的單面拋光研磨加工的單晶MgO，作為基材，除此以外，和實(shí)施例1同樣地，進(jìn)行Ir 生長(zhǎng)、偏壓處理，并通過(guò)DC等離子體CVD法在其上進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。然后， 打開(kāi)鐘形罩，觀察腔室內(nèi)的制造物，可見(jiàn)基板以及生長(zhǎng)的單晶金剛石部分都破碎為Imm見(jiàn) 方程度的微細(xì)碎片。取出一片碎片，評(píng)價(jià)結(jié)晶性，確認(rèn)了拉曼半值寬度大，在截面TEM中存在很多錯(cuò)位 缺陷等，其對(duì)于設(shè)備用途來(lái)說(shuō)，是不充分的水平。當(dāng)然，形成粉狀的基材的再利用也是不可能的。(實(shí)施例3、比較例3)除了對(duì)實(shí)施例1的基材的形成金剛石側(cè)的面的周端部，以曲率半徑(r) = 30、40、50、60、70μπι進(jìn)行倒角形加工外，和實(shí)施例1同樣地，進(jìn)行Ir生長(zhǎng)、偏壓處理，并通過(guò)DC等 離子體CVD法在其上進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。以下，結(jié)果示于表1。將結(jié)晶性、所 得的單晶金剛石的直徑，與未進(jìn)行倒角形加工的比較例1是相同程度的情況，記為X，將得 到了所希望直徑的單晶金剛石基板的情況，記為〇。[表1] 由表1可知，以曲率半徑為30、40μπι進(jìn)行倒角形加工的基材(比較例3)，放電不 均勻，生長(zhǎng)也不充分，并且少量生長(zhǎng)的單晶金剛石部分的結(jié)晶性也差。另一方面，以曲率半 徑為50、60、70進(jìn)行倒角形加工的基材(實(shí)施例3)，可以得到所希望的6mm直徑的單晶金剛 石基板。但是，在曲率半徑為50 μ m時(shí)，和實(shí)施例1的曲率半徑150 μ m相比，結(jié)晶性差，但 在曲率半徑為70 μ m時(shí)，可以得到和實(shí)施例1相同程度結(jié)晶性的單晶金剛石基板。另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式僅為示例，只要是具有與本 發(fā)明權(quán)利要求書所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成，并且起到相同作用效果的情況，都 包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍中。
權(quán)利要求
一種單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，用于使單晶金剛石層生長(zhǎng)，其特征在于，該單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板至少由材質(zhì)為單晶金剛石的基材以及在該基材的前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ば纬桑⑶仪笆龌牡那笆鰡尉Ы饎偸瘜由L(zhǎng)側(cè)的表面的周端部形成曲率半徑(r)≥50μm的倒角形。
2.如權(quán)利要求1所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，其特征在于，前述基材為圓形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，其特征在于，前述材質(zhì)為單晶金 剛石的基材是高溫高壓合成單晶金剛石或氣相合成單晶金剛石。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，其特征在于，前述基材的 厚度為0. 03mm以上15. OOmm以下。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，其特征在于，前述異質(zhì)外 延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮な峭ㄟ^(guò)濺射法在前述基材上異質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板，其特征在于，前述異質(zhì)外 延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ暮穸葹?A 100 μ m。
7.—種單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，通過(guò)使單晶金剛石層在權(quán)利要求 1 6任一項(xiàng)所述的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板上進(jìn)行生長(zhǎng)，在銥?zāi)せ蜚櫮げ糠稚蟿冸x該生 長(zhǎng)的單晶金剛石層，從而形成單晶金剛石基板。
8.—種單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，通過(guò)使單晶金剛石層生長(zhǎng)后進(jìn)行剝 離來(lái)制造單晶金剛石基板，其中，該方法使銥?zāi)せ蜚櫮ぴ诨纳袭愘|(zhì)外延生長(zhǎng)，并使前述單 晶金剛石層在該異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ど线M(jìn)行生長(zhǎng)，然后在前述銥?zāi)せ蜚櫮げ糠稚蟿?離該生長(zhǎng)的單晶金剛石層，從而形成單晶金剛石基板，所述基材為如下基材，即，其材質(zhì)為 單晶金剛石，并且前述單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表面的周端部形成曲率半徑(r) >50μπι的 倒角形。
9.如權(quán)利要求8所述的單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，在前述異質(zhì)外延生 長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮さ谋砻嫔线M(jìn)行偏壓處理，形成金剛石生長(zhǎng)核，并在前述進(jìn)行了偏壓處理的 表面上，通過(guò)微波CVD法或直流等離子體CVD法使單晶金剛石層進(jìn)行生長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板以及單晶金剛石基板的制造方法。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠以良好的再現(xiàn)性和低成本制造均勻并且結(jié)晶性高的單晶金剛石的單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板以及單晶金剛石基板的制造方法。該單晶金剛石層生長(zhǎng)用基板是用于生長(zhǎng)單晶金剛石層的基板，其由材質(zhì)為單晶金剛石的基材，以及在基材的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)上異質(zhì)外延生長(zhǎng)成的銥?zāi)せ蜚櫮ば纬?，并且基材的單晶金剛石層生長(zhǎng)側(cè)的表面的周端部形成曲率半徑(r)≥50μm的倒角形。
文檔編號(hào)C30B29/04GK101892521SQ201010167218
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者野口仁 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社