專利名稱：?jiǎn)尉Ы饎偸L(zhǎng)用基材及單晶金剛石基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶金剛石生長(zhǎng)用基材及單晶金剛石基板的制造方法。
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(chǎng)強(qiáng)度也高達(dá)lOMV/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設(shè)備，則作為高輸出功率電子設(shè)備 是有利的。并且，金剛石的漂移遷移率高，即使比較Johnson性能指數(shù)，在半導(dǎo)體中作為高速 電子設(shè)備也是最有利的。從而，金剛石被稱為適合高頻高輸出功率電子設(shè)備的終極半導(dǎo)體。因此，作為基板 利用了單晶的金剛石的各種電子設(shè)備的研究正在進(jìn)行?，F(xiàn)在，就金剛石半導(dǎo)體制作用的單晶金剛石而言，大部分是由高溫高壓法(HPHT) 合成的I b型或者提高了純度的被稱為II a的金剛石。但是，HPHT單晶金剛石一方面能夠得到高結(jié)晶性，但另一方面難以大型化，若尺寸 變大，則價(jià)格極端昂貴，作為設(shè)備用基板難以實(shí)用化。于是，為了提供面積大且便宜的單晶金剛石基板，正在研究通過氣相法合成的CVD 單晶金剛石。最近，作為單晶金剛石報(bào)道了在HPHT單晶金剛石基材(種基材)上以直接氣相合 成法同質(zhì)外延生長(zhǎng)的同質(zhì)外延化學(xué)氣相沉積單晶金剛石(參照非專利文獻(xiàn)1)。但是，由于該方法中的基材和所生長(zhǎng)的單晶金剛石為相同材料，所以難以將其分 離，因此，需要預(yù)先向基材注入離子，或者生長(zhǎng)后需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的濕法蝕刻分離處理等， 從成本方面存在問題。并且，由于向基材注入離子，所以得到的單晶金剛石的結(jié)晶性也存在 出現(xiàn)一定程度的下降的問題。作為其他方法，還報(bào)道了在單晶MgO (種基材)上使單晶銥(Ir)膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)， 再在該銥(Ir)膜上用CVD法異質(zhì)外延生長(zhǎng)的CVD單晶金剛石(參照非專利文獻(xiàn)2)但是，在該方法中，由于單晶MgO基板和通過單晶Ir膜生長(zhǎng)的單晶金剛石之間所 產(chǎn)生的應(yīng)力(內(nèi)部應(yīng)力和熱應(yīng)力之和)，所以存在基材和生長(zhǎng)的單晶金剛石會(huì)細(xì)細(xì)碎裂的 問題。并且，由于能夠得到的種基材單晶MgO的結(jié)晶性不充分，所以并非是能夠讓人滿意的 水平。非專利文獻(xiàn)1 第20回夕 ~毛> F ν > ”々Λ講演要旨集(第20次金剛石 研討會(huì)演講要旨集)(2006)，pp. 6-7.非專利文獻(xiàn)2 Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. L1072-L1074

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而研究出來的，目的是提供一種可以使面積大且結(jié)晶性良 好的單晶金剛石生長(zhǎng)，并可以便宜地制造高品質(zhì)單晶金剛石基板的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材及單晶金剛石基板的制造方法。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，該基材是用于使單 晶金剛石生長(zhǎng)的基材，它的特征是至少具有單晶SiC基板和在該單晶SiC基板的使所述單 晶金剛石生長(zhǎng)的一側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?。像這樣，由于能夠得到比較便宜且結(jié)晶性好的單晶SiC基板，所以可以在其表面 進(jìn)行良好的外延生長(zhǎng)，直接或者通過其它層進(jìn)行生長(zhǎng)就能成為結(jié)晶性良好的銥?zāi)せ蜚櫮ぁ?因此，通過使單晶金剛石在結(jié)晶性良好的基材上生長(zhǎng)，就可以得到結(jié)晶性高的單晶金剛石。 并且，如果是單晶SiC基板，則因SiC和金剛石熱膨脹系數(shù)比較接近，所以在單晶金剛石生 長(zhǎng)時(shí)由熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力小，幾乎沒有單晶金剛石或者基材碎裂的情況。并且，通過在單 晶SiC基板上具備銥?zāi)せ蜚櫮?，即可在單晶金剛石生長(zhǎng)時(shí)發(fā)揮良好的緩沖層的功能。如上所述，本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材是能使面積大且結(jié)晶性高的單晶金剛 石以低成本生長(zhǎng)的基材。此時(shí)，所述單晶SiC基板的晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)選立方晶系的β-SiC。像這樣，如果單晶SiC基板的結(jié)晶結(jié)為選立方晶系的β _SiC，就能成為可使結(jié)晶 性更好的單晶金剛石生長(zhǎng)的基材。此時(shí)，所述單晶SiC基板的厚度優(yōu)選0. 03mm 20. 00mm。這樣厚度的單晶SiC基板容易處理，若厚度在20. OOmm以下，還可以良好地進(jìn)行雙 面研磨等，同時(shí)也不會(huì)使成本過高。此時(shí)，所述銥?zāi)せ蜚櫮た梢允怯脼R射法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。像這樣，本發(fā)明的基材銥?zāi)せ蜚櫮た梢允怯脼R射法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。此時(shí)，所述銥?zāi)せ蜚櫮さ暮穸葍?yōu)選為5 A 100 μ m。像這樣，如果銥?zāi)せ蜚櫮さ暮穸仍? A以上，則膜厚均一性和結(jié)晶性足夠高，如果 厚度在ΙΟΟμπι以下，則由于與基材、單晶金剛石之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，所以能夠確實(shí)生長(zhǎng) 單晶金剛石，進(jìn)而成為便宜的基材。此時(shí)，所述銥?zāi)せ蜚櫮さ谋砻鎯?yōu)選實(shí)施偏壓處理。像這樣，如果實(shí)施了偏壓處理，則由于表面能形成金鋼石生長(zhǎng)核，所以可以成為能 夠以足夠的生長(zhǎng)速度使單晶金剛石結(jié)晶性良好地生長(zhǎng)的基材。此時(shí)，優(yōu)選在所述單晶SiC基板和所述銥?zāi)せ蜚櫮ぶg具有異質(zhì)外延生長(zhǎng)的MgO膜。像這樣，本發(fā)明的基材通過具有MgO膜，就會(huì)成為能夠以更好的結(jié)晶性形成其上 的銥?zāi)せ蜚櫮?，并且，將生長(zhǎng)的單晶金剛石進(jìn)行分離時(shí)，可以將MgO膜作為良好的分離層來 利用，從而容易地進(jìn)行分離而得到單晶金剛石基板的基材。此時(shí)，所述MgO膜可以是在所述單晶SiC基板上用濺射法或電子束蒸鍍法進(jìn)行異 質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。像這樣，本發(fā)明的基材MgO膜是用濺射法或電子束蒸鍍法進(jìn)行生長(zhǎng)的膜。此時(shí)，所述MgO膜的厚度優(yōu)選為5 A ΙΟΟμπι。像這樣，如果MgO膜的厚度在5 A以上，則膜厚均一性和結(jié)晶性更高，如果厚度在 ΙΟΟμπι以下，則由于與基材、單晶金剛石之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，所以能夠確實(shí)生成單晶金剛 石，進(jìn)而成為便宜的基材。
并且，本發(fā)明提供一種單晶金剛石基板的制造方法，該方法的特征是，至少具有以 下工序準(zhǔn)備單晶SiC基板的工序，在該準(zhǔn)備的單晶SiC基板上使銥?zāi)せ蜚櫮ぎ愘|(zhì)外延生長(zhǎng) 的工序，在該異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ど鲜箚尉Ы饎偸愘|(zhì)外延生長(zhǎng)的工序，將該異質(zhì) 外延生長(zhǎng)的單晶金剛石進(jìn)行分離，得到單晶金剛石基板的工序。像這樣，如果是單晶SiC基板就可以準(zhǔn)備便宜又結(jié)晶性好的，可以使銥?zāi)せ蜚櫮?在該單晶SiC基板上結(jié)晶性良好地生長(zhǎng)，在結(jié)晶性好的銥?zāi)せ蜚櫮ど鲜菇Y(jié)晶性高的單晶金 剛石生長(zhǎng)。并且，如果是單晶SiC基板，則由于在單晶金剛石生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng) 力小，單晶SiC基板以及單晶金剛石幾乎都不會(huì)產(chǎn)生碎裂。

由此，按照本發(fā)明的制造方法，可以有效地制造便宜而又結(jié)晶性高的單晶金剛石基板。此時(shí)，優(yōu)選在所述使銥?zāi)せ蜚櫮ぎ愘|(zhì)外延生長(zhǎng)的工序之前，進(jìn)行在所述單晶SiC 基板上使MgO膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序，在該MgO膜上使所述銥?zāi)せ蜚櫮ぎ愘|(zhì)外延生長(zhǎng)。像這樣，在使銥?zāi)せ蜚櫮どL(zhǎng)之前，使MgO膜生長(zhǎng)，可以在其上使銥?zāi)せ蜚櫮ひ愿?好的結(jié)晶性良好地生長(zhǎng)，并且，在分離工序中，將MgO作為分離層可以容易地使單晶金剛石 分離。此時(shí)，優(yōu)選在所述使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序之前，預(yù)先對(duì)所述銥?zāi)せ蜚?膜的表面實(shí)施偏壓處理。像這樣，通過預(yù)先實(shí)施偏壓處理，在表面會(huì)形成金鋼石生長(zhǎng)核，就能以足夠的生長(zhǎng) 速度使單晶金剛石結(jié)晶性良好地生長(zhǎng)。此時(shí)，在所述使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序中，可以用微波化學(xué)氣相沉積法 或直流等離子體化學(xué)氣相沉積法使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)。像這樣，在本發(fā)明的制造方法中，單晶金剛石可以用微波化學(xué)氣相沉積法或直流 等離子體化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材和單晶金剛石基板的制造方法， 可以使面積大且結(jié)晶性高的單晶金剛石以低成本進(jìn)行生長(zhǎng)，還可以生產(chǎn)性良好地制造高品 質(zhì)的單晶金剛石基板。


圖1是表示本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材的實(shí)施方式的一個(gè)例子的示意圖。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)說明10、10’為單晶金剛石生長(zhǎng)用基材；11為單晶SiC基板；12為銥?zāi)せ蜚櫮ぃ?3為MgO 膜；14為單晶金剛石；15為單晶金剛石基板。
具體實(shí)施例方式過去，如果想用成本上有利的CVD法得到單晶金剛石，就會(huì)存在無法容易且無破 損地將生長(zhǎng)的單晶金剛石部分進(jìn)行分離，進(jìn)而難以使結(jié)晶性高且面積大的單晶金剛石生長(zhǎng) 的問題。因此，本發(fā)明人對(duì)基材的種類或結(jié)構(gòu)、進(jìn)而對(duì)單晶制造方法反復(fù)進(jìn)行了深入的研允。其結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)作為與單晶金剛石的層之間主要產(chǎn)生應(yīng)力的種基材，使用 與金剛石的線性膨脹系數(shù)差比較小的單晶SiC基板時(shí)，由熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力比使用過去 的MgO種基材時(shí)要小，其結(jié)果，可以防止整體的破碎(線性膨脹系數(shù)，金剛石1. IXlO-6A, SiC 6. 6 X l(T6/k，MgO 13. 8 X l(T6/k)。并且，通過將與過去的MgO種基材相比可以比較容易地得到高結(jié)晶性產(chǎn)品的單晶 SiC基板作為種基材，在它的上面可以使單晶Ir(銥)膜或者單晶Rh(銠)膜以良好的結(jié)晶 性異質(zhì)外延生長(zhǎng)。并且，發(fā)現(xiàn)如果將該高結(jié)晶性材料作為基材，在它的上面用CVD法使單晶 金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)，就可以得到結(jié)晶性高的單晶金剛石。并且，確認(rèn)了在該基材上生長(zhǎng)的 單晶金剛石可以通過濕法蝕刻法或機(jī)械研磨法進(jìn)行分離，從而完成了本發(fā)明。以下，對(duì)本發(fā)明，作為實(shí)施方式的一個(gè)例子，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明 并不限定于此。圖1是表示本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材的實(shí)施方式的一個(gè)例子的示意圖。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。圖1(a)所示的本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材10具有單晶SiC基板11、在單晶 SiC基板11的使單晶金剛石生長(zhǎng)的一側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?2。像這樣，如果種基材是單晶SiC基板，就能夠得到便宜而結(jié)晶性良好的單晶SiC基 板，因此，對(duì)于在該結(jié)晶性良好的表面上直接或者通過其它層而生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蛘咩櫮碚f， 其結(jié)晶性也會(huì)良好，如果在該基材上使單晶金剛石進(jìn)行生長(zhǎng)，就可以得到結(jié)晶性高的單晶 金剛石。并且，如果是單晶SiC基板，則由于SiC和金剛石的熱膨脹系數(shù)比較接近，所以幾 乎沒有因單晶金剛石生長(zhǎng)時(shí)的熱膨脹所引以的應(yīng)力而使單晶金剛石或基材自身碎裂的情 況。并且，通過在單晶SiC基板上具備銥?zāi)せ蜚櫮ぃ纯稍趩尉Ы饎偸L(zhǎng)時(shí)發(fā)揮良好的緩 沖層的功能。另一方面，如圖1(b)所示，本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材10’在單晶SiC基板 11和銥?zāi)せ蜚櫮?2之間具有異質(zhì)外延生長(zhǎng)的MgO膜13。像這樣，本發(fā)明的基材通過具有MgO膜，就成為可以使它上面的銥?zāi)せ蜚櫮ひ愿?好的結(jié)晶性形成，并且，將生長(zhǎng)的單晶金剛石進(jìn)行分離時(shí)，可以將MgO膜作為良好的分離層 來利用，從而可以容易地進(jìn)行分離而得到單晶金剛石基板的基材。以下用圖2對(duì)這樣的本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材的制作方法及單晶金剛石 基板的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。如圖2(a)所示，在本發(fā)明中首先準(zhǔn)備單晶SiC基板11。像這樣，如果將單晶SiC 基板作為種基材來使用，則由于與過去的MgO種基材相比可以比較容易得到高結(jié)晶性的產(chǎn) 品，所以在它的上面可以進(jìn)行良好的外延生長(zhǎng)。 此時(shí)，作為準(zhǔn)備的單晶SiC基板11，沒有特別的限定，但是優(yōu)選晶體結(jié)構(gòu)是立方晶 系的β-SiCo像這樣，如果單晶SiC基板的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系的β _SiC，就可以生長(zhǎng)結(jié)晶性 更好的單晶金剛石。接著，如圖2(b)所示，優(yōu)選在單晶SiC基板11上，使MgO膜13通過例如濺射法或 電子束蒸鍍法進(jìn)行生長(zhǎng)。
像這樣，通過形成MgO膜，就可以在它的上面使銥?zāi)せ蜚櫮ひ愿玫慕Y(jié)晶性進(jìn)行 生長(zhǎng)，并且，由于后面工序的單晶金剛石分離時(shí)可以將藥品耐性比較低的MgO膜作為分離 層來利用，所以對(duì)MgO膜部分進(jìn)行蝕刻就能夠容易分離單晶金剛石。并且，雖然MgO與金剛 石的線性膨脹系數(shù)相差較大，但由于在本發(fā)明中是膜的狀態(tài)，所以可以吸收應(yīng)力，在單晶金 剛石的生長(zhǎng)中不會(huì)特別成為問題。
生長(zhǎng)條件等沒有特別的限制，但是MgO膜13的厚度優(yōu)選5入 ΙΟΟμπι。像這樣，如果MgO膜的厚度在5Α以上，就可以使膜厚度均一性和結(jié)晶性提高，如果 厚度在ΙΟΟμπι以下，則由于與種基材部分、單晶金剛石之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，可以更加確 實(shí)地使單晶金剛石生長(zhǎng)，進(jìn)而有利于成本而可以便宜。但是，在本發(fā)明中，該MgO膜并非必須形成。接著，如圖2(c)所示，可以使銥?zāi)せ蜚櫮?2用例如濺射法進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。此時(shí)，生長(zhǎng)條件等沒有特別的限制，可以用例如R. F.磁控濺射法以足夠的速度進(jìn) 行生長(zhǎng)。并且，在前面的工序中沒有使MgO膜13進(jìn)行生長(zhǎng)的情況下，還可以在單晶SiC基 板11表面直接使銥?zāi)せ蜚櫮?2生長(zhǎng)。這樣生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮?2，由于種基材單晶SiC基 板的結(jié)晶性好，所以在其表面上可以直接或通過MgO膜容易地使結(jié)晶性良好的單晶金剛石 生長(zhǎng)。銥?zāi)せ蜚櫮?2的厚度優(yōu)選5Α 100 μ m。像這樣，如果使其生長(zhǎng)到銥?zāi)せ蜚櫮さ暮穸仍?A以上，就可以使膜厚度均一性和 結(jié)晶性更高，如果厚度在ΙΟΟμπι以下，則由于與基材、單晶金剛石之間所產(chǎn)生的應(yīng)力小，所 以可以更加確實(shí)地使單晶金剛石生長(zhǎng)，進(jìn)而可降低成本?？梢园凑杖缟纤鲋谱魃L(zhǎng)有MgO膜13的情況下的本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用 基材10，。在這里，優(yōu)選在后面工序的單晶金剛石生長(zhǎng)之前，在單晶金剛石生長(zhǎng)用基材10’的 銥?zāi)せ蜚櫮?2的表面實(shí)施偏壓處理。該偏壓處理，可以按照例如日本特開2007-238377所記載的方法，首先，預(yù)先用以 基材側(cè)電極作為負(fù)極的直流放電進(jìn)行形成金剛石生長(zhǎng)核的前處理，在銥?zāi)せ蜚櫮さ谋砻嫘?成方位一致的金剛石生長(zhǎng)核。由此，在后面工序中可以使單晶金剛石以足夠的生長(zhǎng)速度結(jié) 晶性良好地生長(zhǎng)。接著，如圖2(d)所示，通過例如微波化學(xué)氣相沉積法或者直流等離子體化學(xué)氣相 沉積法使單晶金剛石14進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。像這樣，使單晶金剛石在本發(fā)明的基材上生長(zhǎng)的過程中，由于作為基材中最厚且 容易發(fā)生由熱膨脹所致的應(yīng)力的種基材使用了單晶SiC基板，所以在單晶金剛石生長(zhǎng)時(shí)也 難以產(chǎn)生應(yīng)力，可以防止碎裂，并且，由于銥?zāi)せ蜚櫮さ慕Y(jié)晶性也良好，所以可以使高結(jié)晶 性的單晶金剛石生長(zhǎng)。接著，如圖2(e)所示，分離單晶金剛石14，得到單晶金剛石基板15。作為分離方法沒有特別的限定，例如浸在磷酸溶液或熱混合酸等濕法蝕刻液中， 分離成單晶金剛石/銥?zāi)せ蜚櫮ず蚆gO膜/單晶SiC基板后，用機(jī)械研磨法將殘留的銥?zāi)?或銠膜除去，即可得到單晶金剛石基板。像這樣，通過將MgO膜作為分離層使用，可以容易 地分離單晶金剛石。并且，在沒有生長(zhǎng)MgO膜的情況下，由于單晶SiC基板和銥?zāi)せ蜚櫮ぞ撬幤纺托愿叩牟馁|(zhì)，所以難以進(jìn)行能分離單晶金剛石的蝕刻，因此，可以不浸漬在濕法蝕 刻液中，而是將銥?zāi)?單晶SiC基板用機(jī)械研磨法一起除去，或者用激光從單晶金剛石和銥 膜或銠膜的界面附近進(jìn)行切割。并且，該研磨或根據(jù)激光的分離方法可以適用于形成有MgO 膜的情況。并且，在本發(fā)明中，通過在分離工序中將MgO膜13作為分離層而利用，或者用激光 進(jìn)行切割，可以將分離后的單晶SiC基板11研磨加工到露出表面的程度，并能夠作為種基 材再利用，由此，可以更降低單晶金剛石基板的制造成本。通過使用這樣的本發(fā)明的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材和單晶金剛石基板制造方法，能 夠以低成本制造可用于設(shè)備上的面積大且結(jié)晶性高的單晶金剛石基板。以下，通過實(shí)施例和比較例更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不被這些所限定。實(shí)施例1作為種基材準(zhǔn)備直徑為20. 0mm，厚度為0. 25mm的定向(100)的雙面研磨加工單晶 β-SiC基板。然后，在該種基材的進(jìn)行單晶金剛石生長(zhǎng)的一面，通過電子束蒸鍍法，在真空 中，基板溫度800°c的條件下，使MgO膜外延生長(zhǎng)，使其厚度達(dá)到0. 1 μ m。接著，在該單晶MgO膜上使銥(Ir)膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)。制模是用將Ir作為靶材的 R. F.磁控濺射法，在Ar氣體8 (6 X I(T2Torr)、基板溫度700°C的條件下進(jìn)行濺射，使單晶 Ir膜厚度達(dá)到1.5μπι而完成的。并且，為了進(jìn)行偏壓處理和直流等離子體化學(xué)氣相沉積時(shí)的電導(dǎo)通，在將基板溫 度設(shè)為100°c而其它相同的條件下，也在背面使Ir生長(zhǎng)了 1.5μπι。接著，為了在該基材的單晶Ir膜的表面形成金剛石的核而進(jìn)行偏壓處理。首先，將基材安裝在偏壓處理裝置的負(fù)電壓外加電極(負(fù)極)上，進(jìn)行真 空排氣。接著，將基材加熱到60(TC后，導(dǎo)入3vol. %氫稀釋甲烷氣體，使壓力達(dá)到 160hI^(120TOrr)，進(jìn)行偏壓處理。即，在兩電極間外加DC電壓，通入規(guī)定的直流電流。并且在最后，在該偏壓處理后的基材上，通過直流等離子體化學(xué)氣相沉積法，在 90°C下使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)30小時(shí)。生長(zhǎng)結(jié)束后，從玻璃鐘罩(乂 ^ ^ ^ 一)中取出的制造物是沒有碎裂的金剛石/ Ir/MgO/SiC的層積結(jié)構(gòu)體。接著，用熱混合酸進(jìn)行濕法蝕刻處理，分離為金剛石/Ir和MgO/ SiC0此后，用機(jī)械研磨法除去Ir膜，成了單晶金剛石的自支撐結(jié)構(gòu)(單晶金剛石基板)。 對(duì)該表面進(jìn)行精加工研磨，精加工到可用于設(shè)備上的水平的表面粗糙度。對(duì)所得到的單晶金剛石基板用拉曼分光、X射線衍射搖擺曲線、斷面TEM、陰極發(fā) 光儀(CL)進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以確認(rèn)具有足夠的結(jié)晶性。另一方面，將分離后的基材研磨加工到出現(xiàn)單晶SiC的干凈面的程度，就可以作 為種基材的單晶SiC基板再利用。實(shí)施例2除了在種基材β-SiC基板上不形成MgO，而是直接使Ir膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)以外，與 實(shí)施例1同樣進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。從玻璃鐘罩中取出的制造物是沒有破碎的金剛石/Ir/SiC的層積結(jié)構(gòu)。由于該情 況下都是藥品耐性高的材料，即使用熱混合酸進(jìn)行濕法蝕刻處理也不能分離，所以用激光 從金剛石和Ir之間的界面附近進(jìn)行切割，成了單晶金剛石的自支撐結(jié)構(gòu)(單晶金剛石基板)。對(duì)該表面也進(jìn)行精加工研磨，精加工到可用于設(shè)備上的水平的表面粗糙度。對(duì)所得到的單晶金剛石基板用拉曼分光、X射線衍射搖擺曲線、斷面TEM、陰極發(fā) 光儀(CL)進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果，可以確認(rèn)具有足夠的結(jié)晶性。另一方面，將分離后的基材研磨加工到出現(xiàn)單晶SiC的干凈面的程度，就可以作 為種基材的單晶SiC基板再利用。比較例1除了作為種基材使用5. Omm見方、厚度為0. 5mm的定向(100)的雙面研磨加工單 晶MgO基板以外，按照實(shí)施例1同樣地進(jìn)行Ir生長(zhǎng)、偏壓處理而準(zhǔn)備基材，并在它的上面用 直流等離子體化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。打開玻璃鐘罩，觀察反應(yīng)室內(nèi)的制造物，基材和單晶金剛石部分均碎裂成了 Imm 見方程度的細(xì)小碎片。取一個(gè)該碎片，評(píng)價(jià)結(jié)晶性的結(jié)果，拉曼半值寬度也寬，在斷面TEM 中存在很多位錯(cuò)缺陷等，是不足以用于設(shè)備上的水平。比較例2除了作為種基材使用5. Omm見方、厚度為120 μ m的定向(100)的雙面研磨加工單 晶MgO基板以外，按照實(shí)施例1同樣地進(jìn)行Ir生長(zhǎng)、偏壓處理而準(zhǔn)備基材，并在它的上面用 直流等離子體化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行單晶金剛石的異質(zhì)外延生長(zhǎng)。打開玻璃鐘罩，觀察反應(yīng)室內(nèi)的制造物，基材和單晶金剛石部分均碎裂成Irnm見 方形程度的細(xì)小碎片。另外，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式為例示，具有與本發(fā)明的權(quán)利 要求書所記載的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，并發(fā)揮同樣效果的技術(shù)，均包含在本發(fā)明的 技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，是用于使單晶金剛石生長(zhǎng)的基材，其特征在于，至少具 有單晶SiC基板和在該單晶SiC基板的生長(zhǎng)所述單晶金剛石的一側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ?銠膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述單晶SiC基板的晶 體結(jié)構(gòu)是立方晶系的β-SiC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述單晶SiC基板 的厚度為0. 03mm 20. 00mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述銥 膜或銠膜是用濺射法異質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述銥 膜或銠膜的厚度為5 A 100 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述銥 膜或銠膜的表面實(shí)施了偏壓處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述單 晶SiC基板和所述銥?zāi)せ蜚櫮ぶg具有異質(zhì)外延生長(zhǎng)的MgO膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述MgO膜是在所述單 晶SiC基板上用濺射法或電子束蒸鍍法異質(zhì)外延生長(zhǎng)的膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的單晶金剛石生長(zhǎng)用基材，其特征在于，所述MgO膜的厚 度為5 A 100 μ m。
10.一種單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，至少具有以下工序準(zhǔn)備單晶SiC基板的工序，在該準(zhǔn)備的單晶SiC板上使銥?zāi)せ蜚櫮ぎ愘|(zhì)外延生長(zhǎng)的工序，在該異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ど鲜箚尉Ы饎偸愘|(zhì)外延生長(zhǎng)的工序，將該異質(zhì)外延生長(zhǎng)的單晶金剛石分離，得到單晶金剛石基板的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，在所述使銥?zāi)?或銠膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序之前，進(jìn)行在所述單晶SiC基板上使MgO膜異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工 序，在該MgO膜上使所述銥?zāi)せ蜚櫮ぎ愘|(zhì)外延生長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的單晶金剛石基板的制造方法，其特征在于，在所述使 單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序之前，預(yù)先對(duì)所述銥?zāi)せ蜚櫮さ谋砻鎸?shí)施偏壓處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的單晶金剛石基板的制造方法，其特征在 于，在所述使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)的工序中，通過微波化學(xué)氣相沉積法或直流等離子 體化學(xué)氣相沉積法使單晶金剛石異質(zhì)外延生長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單晶金剛石生長(zhǎng)用基材及單晶金剛石基板的制造方法，可以使面積大且結(jié)晶性良好的單晶金剛石生長(zhǎng)，且可以便宜地制造高品質(zhì)的單晶金剛石基板。所述單晶金剛石生長(zhǎng)用基材是用于使單晶金剛石生長(zhǎng)的基材，具有單晶SiC基板和在單晶SiC基板的生長(zhǎng)單晶金剛石的一側(cè)異質(zhì)外延生長(zhǎng)的銥?zāi)せ蜚櫮ぁ?br> 文檔編號(hào)C30B29/04GK102041551SQ201010226110
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13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