JP2005335988A - ダイヤモンド膜付き基板とダイヤモンド膜およびそれらの形成方法、半導体装置、光デバイス、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、装飾表示基板並びに砥粒 - Google Patents

Abstract

【課題】一辺または径に相当する長さａの値と厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などのダイヤモンド膜付き基板およびダイヤモンド膜とその形成方法、それを利用した半導体装置、光デバイス、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、装飾表示基板並びに砥粒を提供する。
【解決手段】ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板、例えば酸化マグネシウム基板１０上にイリジウム層１１が形成されたダイヤモンド成長基板に、所定のパターンに沿って単結晶のダイヤモンド膜１３が形成された構成とする。ダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、これを所定のパターンに加工し、この表面に単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、形成する。
【選択図】図１

Description

本発明はダイヤモンド膜付き基板とダイヤモンド膜およびそれらの形成方法、半導体装置、光デバイス、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、装飾表示基板並びに砥粒に関する。

ダイヤモンドは、例えば、禁制帯幅が５．４７ｅＶ、絶縁破壊電圧が３．５×１０⁶Ｖ／ｃｍ、電子飽和ドリフト速度が２．５×１０⁷ｃｍ／ｓ、電子移動度が１８００ｃｍ²／Ｖｓ以上、正孔移動度が１６００ｃｍ²／Ｖｓ以上であるなど、半導体として優れた特性を有しており、さらに、ＪＦＭ値が５３３０、ＫＦＭ値が３１、ＢＦＭ値が１４８６０、ＢＨＦＭ値が１０８０であるなど、高周波・ハイパワー素子として特性の優れた半導体材料あるいはこの優れた半導体的性質を利用したレーザーやダイオードなどの光デバイス材料であることから、近年ますます注目を集めている。

上記のダイヤモンドを人工的に形成する方法について説明する。
図１１は、従来例に係るダイヤモンドを形成する方法を示す断面図である。
シリコンなどの基板１００上に気相成長によりダイヤモンド膜１０１を形成する。

図１２は、従来例に係るダイヤモンドを基板にホモエピタキシャル成長によりダイヤモンドを形成する方法を示す断面図である。
高圧下で合成したダイヤモンドを基板（高圧ダイヤモンド基板）１１０として、ホモエピタキシャル成長によりダイヤモンド膜１１１を形成する。

上記のシリコンなどの基板上に気相成長によりダイヤモンドを形成する方法では、形成されるダイヤモンドは多結晶あるいは高配向のダイヤモンドであって、結晶粒界が多数存在しており、例えばダイヤモンドを半導体材料あるいは光デバイス材料として用いる場合には、結晶粒界を電子が通過することによりダイヤモンド本来の高い特性を十分に活かすことが困難となっている。

一方、上記の高圧下で合成したダイヤモンドを基板として、ホモエピタキシャル成長によりダイヤモンドを形成する方法では、高圧下で合成したダイヤモンド基板の大きさ（面積）および導電性の均一性に限界があり、またのダイヤモンド基板の電気抵抗値が高く、この基板を用いた半導体装置などにおいて基板に通電する場合など不利益を有する。
ここで、上記のいずれの方法でも、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に形成することが非常に難しい。

解決しようとする問題点は、従来方法では、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に形成することができなかったという点であり、特に、例えば半導体材料あるいは光デバイス材料などとして用いる場合に、ダイヤモンドの特性を十分に活かすことができる単結晶のダイヤモンド膜や基板の大きさや導電性の均一性、電気抵抗値に優れたダイヤモンド膜を上記のように薄く形成することが困難であった点である。

本発明のダイヤモンド膜付き基板は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板と、前記ダイヤモンド成長基板上に、所定のパターンに沿って形成された単結晶のダイヤモンド膜とを有する。

上記の本発明のダイヤモンド膜付き基板は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板上に、所定のパターンに沿って、単結晶のダイヤモンド膜が形成された構成である。

また、本発明のダイヤモンド膜付き基板は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させて、形成したことを特徴とする。

また、本発明のダイヤモンド膜は、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である。

上記の本発明のダイヤモンド膜は、一辺または径に相当する長さａの値と厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である。
好ましくは所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜であり、あるいは好ましくは単結晶あるいは高配向のダイヤモンド膜である。
また、ｂ／ａ比としては、好ましくは１／５０、より好ましくは１／１００、さらに好ましくは１／１５０である。

また、本発明のダイヤモンド膜は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離して、形成したことを特徴とする。

本発明のダイヤモンド膜付き基板の形成方法は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成する工程と、前記イオン照射層を所定のパターンに加工する工程と、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程とを有する。

上記の本発明のダイヤモンド膜付き基板の形成方法は、まず、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板に、イオン照射してイオン照射層を形成する。次に、イオン照射層を所定のパターンに加工する。次に、所定のパターンに加工したイオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる。

また、本発明のダイヤモンド膜の形成方法は、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成する工程と、前記イオン照射層を所定のパターンに加工する工程と、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程と、前記ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離する工程とを有する。

上記の本発明のダイヤモンド膜の形成方法は、まず、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板に、イオン照射してイオン照射層を形成する。次に、イオン照射層を所定のパターンに加工する。次に、所定のパターンに加工したイオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる。次に、ダイヤモンド膜をダイヤモンド成長基板から剥離する。

上記の本発明のダイヤモンド膜付き基板およびダイヤモンド膜は、半導体装置、光デバイス、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、装飾表示基板並びに砥粒に適用できる。

本発明のダイヤモンド膜付き基板は、ヘテロエピタキシャル成長で形成できるダイヤモンド膜を有する基板であって、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を有する基板を容易かつ安定に実現できる。

また、本発明のダイヤモンド膜は、ヘテロエピタキシャル成長などで形成できるダイヤモンド膜であって、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜である。

本発明のダイヤモンド膜付き基板の形成方法によれば、ヘテロエピタキシャル成長により、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜付き基板を容易かつ安定に形成することができる。

本発明のダイヤモンド膜の形成方法によれば、ヘテロエピタキシャル成長により、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に形成することができる。

本発明の半導体装置、光デバイス、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、装飾表示基板並びに砥粒は、上記のヘテロエピタキシャル成長で形成できる単結晶ダイヤモンド膜に加工などを施して形成することができる。

以下に、本発明に係るダイヤモンド膜付き基板、ダイヤモンド膜とそれらの形成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は、本実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の断面図である。
例えば、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板として、酸化マグネシウム基板１０上に、イリジウム層１１が形成されている。
イリジウム層１１との境界における酸化マグネシウム基板１０の表面が（１００）面であり、イリジウム層１１の表面が（１００）面であってダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となっている。
このイリジウム層１１のダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面に、所定のパターンに沿って、単結晶のダイヤモンド膜１３が形成されている。

ダイヤモンド成長基板としては、（１）ダイヤモンドの格子間隔と整合する格子間隔を持つこと、および（２）ダイヤモンドが固溶しないことが必要である。さらに、（３）高温処理をしても相変化しないで安定であること、（４）Ｈ₂を用いたプラズマに対する耐性を有すること、などの条件を満たすことが好ましい。これらの条件を満たしていれば、上記の酸化マグネシウム基板上にイリジウム層が形成された構成に限定されない。

例えば、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である。このｂ／ａ比としては、好ましくは１／５０、より好ましくは１／１００、さらに好ましくは１／１５０である。本実施形態においては、従来では実現できなかった薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に実現できる。
また、ダイヤモンド膜が所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である。例えば、３ｍｍ×３ｍｍ、５ｍｍ×５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍなどの正方形形状や、あるいは５ｍｍ×３ｍｍ、７ｍｍ×３ｍｍ、１０ｍｍ×３ｍｍなどの長方形形状など、所望するサイズおよび形状に制御して実現することが可能となっている。
例えば、ダイヤモンド膜１３は単結晶ダイヤモンド膜であって、面積が例えば４ｍｍ×９ｍｍ程度であり、厚みが数１００μｍ以下である。

本実施形態に係る上記のダイヤモンド膜付き基板は、ヘテロエピタキシャル成長で形成できる単結晶ダイヤモンド膜を有する基板であり、従来形成するのが困難であったダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を有する基板を容易かつ安定に実現できる。
また、本実施形態に係る上記のダイヤモンド膜は単結晶であるので、例えばダイヤモンド膜を半導体材料あるいは光デバイス材料などに用いた場合に、ダイヤモンドの電気的、機械的、熱的、光学的特性を最大限に引き出して利用することができ、基板の大きさや導電性の均一性、電気抵抗値なども問題がない。

例えば、ダイヤモンド成長基板（酸化マグネシウム／イリジウム基板）にダイヤモンド膜が付着した状態で用いることで、高周波用半導体装置やスイッチング用半導体装置などの半導体装置、光デバイス、装飾表示基板などに適用することが可能である。
また、例えば、上記のダイヤモンド膜付き基板からダイヤモンド膜を剥離して用いることも可能であり、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、砥粒などに適用することが可能である。

次に、本実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の形成方法について、図２および図３の断面図を参照して説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、酸化マグネシウム基板１０を準備する。酸化マグネシウム基板１０の主面Ｆ１は（１００）面とする。
次に、図２（ｂ）に示すように、酸化マグネシウム基板１０の主面Ｆ１上に、イリジウム層１１をエピタキシャル成長により形成する。イリジウム層１１の表面Ｆ２も（１００）面として形成され、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となる。
以上で、ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板が形成される。

次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、原料ガスとしてＣＨ₄／Ｈ₂を供給しながらダイヤモンド成長基板とこれに対向するように配置された対向電極に直流電圧を印加してプラズマＰ１を発生させ、上記のように形成したダイヤモンド成長基板のイリジウム層１１の表面を上記のプラズマＰ１に曝すことでイオン照射してイオン照射層１２を形成する。このイオン照射により、ダイヤモンドがエピタキシャル成長する核（サイト）が形成される。
上記のイオン照射の条件としては、例えば、電流密度を２００ｍＡ／ｃｍ²、反応圧力を１１５Ｔｏｒｒ、ＣＨ₄／Ｈ₂ガス混合比を２％、ガス流量を２００ｓｃｃｍ、放電電圧を３９０Ｖ、ダイヤモンド成長基板の温度を９４０℃、照射時間を３分とする。

次に、図３（ａ）に示すように、リソグラフィー工程により、所定のダイヤモンド成長領域を保護するレジスト膜Ｒをパターン形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜Ｒをマスクとしてイオンビームエッチングなどのエッチング処理Ｅｔを施し、所定のダイヤモンド成長領域のパターンに加工されたイオン照射層１２ａとする。この後、アッシング処理などによりレジスト膜Ｒを除去する。

次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、原料ガスとしてＣＨ₄／Ｈ₂を供給しながらダイヤモンド成長基板とこれに対向するように配置された対向電極に直流電圧を印加してプラズマＰ２を発生させ、所定のパターンに加工したイオン照射層１２ａの表面を上記のプラズマＰ２に曝すことで、ダイヤモンド成長領域に単結晶のダイヤモンド膜１３ａをエピタキシャル成長させる。
上記のエピタキシャル成長の条件としては、ダイヤモンド成長基板と対向電極に印加する電圧の極性を上記のイオン照射におけるプラズマとは逆にして（基板側を負電位の陰極とし、対向電極をアースとする陽極として）、例えば、放電電流を（６００〜１０００）×３ｍＡ、反応圧力を１２０Ｔｏｒｒ、ＣＨ₄／Ｈ₂ガス混合比を１〜５％、ダイヤモンド成長基板の温度を９８０〜１２００℃、成長時間を２０〜１２０分とする。

以上のようにして、本実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板を形成することができる。
図３（ｃ）上は、ピラミッド型のダイヤモンド膜１３ａが形成されていることを示しているが、ダイヤモンド成長領域のパターン形状や、エピタキシャル成長の時間などを含む条件を調整することにより、種々の形状に制御してダイヤモンド膜１３を形成することができる。

上記の本実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板は、ダイヤモンド膜がダイヤモンド成長基板（酸化マグネシウム／イリジウム基板）に付着した状態で用いることができる。さらに必要に応じて、ダイヤモンド膜をダイヤモンド成長基板から剥離して、ダイヤモンド膜のみを用いることも可能である。

ダイヤモンド膜の形状は、上記のようにダイヤモンド成長領域のパターン形状やエピタキシャル成長条件によって変わってくる。
図４（ａ）は図３（ｃ）と同様のピラミッド型の形状に成長したダイヤモンド膜１３ａの斜視図であり、図４（ｂ）は上面図である。
ダイヤモンド膜１３ａの表面は、実質的に４つの三角形状の面から構成され、これらはイリジウム層の（１００）面Ｆ２に対して斜めに傾斜した（１１１）面Ｆ３となっている。
上記の形状のダイヤモンド膜は、イリジウム層の（１００）面上にダイヤモンド成長領域を正方形に取り、４つの辺から成長する面にそれぞれ（１１１）面が出現する条件に調整することで、形成することができる。

図５（ａ）は直線状のパターンで形成されたダイヤモンド膜１３ｂの斜視図であり、図５（ｂ）は上面図である。
ダイヤモンド膜１３ｂの表面は、側面がイリジウム層の（１００）面Ｆ２に対して斜めに傾斜した（１１１）面Ｆ４となっており、上面に（１００）面Ｆ５が出現している。
上記の形状のダイヤモンド膜は、イリジウム層の（１００）面上にダイヤモンド成長領域を直線状に取り、上記と同様に各側面に（１１１）面が出現する条件に調整することで、形成することができる。

上記の図４および図５に示すピラミッド型や直線状のパターンで形成されたダイヤモンド膜は、それぞれ（１１１）面を有している。
ダイヤモンド膜に対するホウ素などのｐ型の導電性不純物は、（１００）面および（１１１）面のいずれに対しても導入することができるが、リンなどのｎ型の導電性不純物は、（１００）面には導入することができず、（１１１）面には導入が可能である。
従って、上記のピラミッド型や直線状のパターンで形成されたダイヤモンド膜は、それぞれ（１１１）面を有しているので、ｎ型不純物とｐ型不純物のいずれも導入することが可能となっており、それらの導入により、ダイヤモンドを用いた半導体デバイスを実現するこことができる。

図６（ａ）および（ｂ）は、図３（ｃ）に示す工程の続きの工程を示す断面図である。
また、図６（ａ）に示すピラミッド型の形状のダイヤモンド膜１３ａからさらに横方向にエピタキシャル成長させることで、図６（ｂ）に示すように、平面状のダイヤモンド膜１３ｃに成長させることができる。

このような平面状のダイヤモンド膜としては、例えば、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下となるように形成する。
このｂ／ａ比としては、好ましくは１／５０、より好ましくは１／１００、さらに好ましくは１／１５０である。従来薄くするほど形成するのが困難となっていたが、本実施形態においては、従来では実現できなかった薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に実現できる。
また、本実施形態でダイヤモンド膜を形成するときには、所定のサイズおよび形状に制御して成長させる。３ｍｍ×３ｍｍ、５ｍｍ×５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍなどの正方形形状や、あるいは５ｍｍ×３ｍｍ、７ｍｍ×３ｍｍ、１０ｍｍ×３ｍｍなどの長方形形状など、所望するサイズおよび形状に制御して形成する。
例えば、ダイヤモンド膜１３は単結晶ダイヤモンド膜であって、面積が例えば４ｍｍ×９ｍｍ程度であり、厚みが数１００μｍ以下とする。

また、上記のようにして形成した平面状のダイヤモンド膜では、結晶欠陥Ｄの成長をダイヤモンド膜の側面へと伸ばすことで、結晶欠陥Ｄの無いダイヤモンド表面を提供できる。

上記の本実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の形成方法の形成方法によれば、ヘテロエピタキシャル成長により、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜付き基板を容易かつ安定に形成することができる。
また、ダイヤモンド膜が単結晶であるので、例えばダイヤモンド膜を半導体材料や光デバイス材料として用いる場合にもダイヤモンドの特性を十分に活かすことができ、また、基板の大きさや導電性の均一性、電気抵抗値なども問題がない。

第２実施形態
本実施形態に係るダイヤモンド膜は、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下となっている。
上記のｂ／ａ比としては、好ましくは１／５０、より好ましくは１／１００、さらに好ましくは１／１５０である。本実施形態のダイヤモンド膜においては、従来では実現できなかった薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に実現できる。

また、本実施形態のダイヤモンド膜は、所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である。例えば、３ｍｍ×３ｍｍ、５ｍｍ×５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍなどの正方形形状や、あるいは５ｍｍ×３ｍｍ、７ｍｍ×３ｍｍ、１０ｍｍ×３ｍｍなどの長方形形状など、所望するサイズおよび形状に制御して実現することが可能となっている。
例えば、ダイヤモンド膜１３は単結晶ダイヤモンド膜であって、面積が例えば４ｍｍ×９ｍｍ程度であり、厚みが数１００μｍ以下である。

本実施形態に係るダイヤモンド膜は、単結晶ダイヤモンド膜あるいは多結晶ダイヤモンド膜の他、高配向ダイヤモンド膜とすることができる。
ここで、高配向ダイヤモンド膜とは、単結晶程に結晶粒界が少なくはないが、結晶の向きが比較的揃っている状態で、例えばシリコン基板にバイアス処理を行い、ダイヤモンドを成長させる場合などに形成することができる。

本実施形態に係る上記のダイヤモンド膜によれば、ヘテロエピタキシャル成長などで形成できるダイヤモンド膜であって、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に実現することができる。

上記の本実施形態に係るダイヤモンド膜は、例えば第１実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板からダイヤモンド膜を剥離して得ることができる。この場合には、例えば単結晶のダイヤモンド膜が得られる。
また、ヘテロエピタキシャル成長以外の方法、例えばシリコン基板上にダイヤモンドを成長させる方法や、シリコン基板にバイアス処理を行ってからダイヤモンドを成長させる方法でダイヤモンド膜を形成し、これを剥離して得ることで、多結晶あるいは高配向のダイヤモンド膜を形成することができる。
上記以外は、第１実施形態と同様にして形成することが可能である。

また、例えば、本実施形態に係るダイヤモンド膜は、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、砥粒などに適用することが可能である。半導体材料あるいは光デバイス材料などに必要な特性は、上記のマイクロフィルタなどに適用する場合には必ずしも必要ではなく、場合によっては多結晶あるいは高配向のダイヤモンド膜の方が好ましく用いることもできる。
さらに、例えば窓材に利用する場合には純度が高い方が好ましいが、多結晶あるいは高配向のダイヤモンド膜でも表面を研磨することなどにより好ましく用いることが可能である。素子の放熱板などに利用する場合にも、単結晶、多結晶あるいは高配向のいずれのダイヤモンド膜を用いることが可能である。

本実施形態のダイヤモンド膜の形成方法によれば、例えばヘテロエピタキシャル成長などにより、従来形成するのが困難であった上記の比（ｂ／ａ）が１／２０以下などの薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に形成することができる。
マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品あるいは砥粒などの微細なパターンや形状を制御して形成することが可能である。

（実施例１）
図４（ａ）および（ｂ）に示す構造のダイヤモンド膜の電子顕微鏡写真を撮影した。図７は１つのピラミッド型のダイヤモンド膜を斜め上方から観察した電子顕微鏡写真であり、図８は複数のピラミッド型のダイヤモンド膜を上面から観察した写真である。
ダイヤモンド膜がピラミッド型の形状となっていることが確認できる。

（実施例２）
図５（ａ）および（ｂ）に示す構造と同様のダイヤモンド膜の電子顕微鏡写真を撮影した。図９は複数本の直線状のダイヤモンド膜を斜め上方から観察した写真である。
ダイヤモンド膜の長手方向の２つの側面である（１１１）面が頂部まで延びており、図５（ａ）および（ｂ）に示す（１００）面は出現していない構造となっている。

（実施例３）
図１０は本発明に係るダイヤモンド膜で構成したマイクロフィルタの電子顕微鏡写真である。
薄いダイヤモンド膜に、所定パターンのフィルタ機能として、直径数μｍの孔が多数開口している構成である。ダイヤモンド成長基板からは剥離されて用いられる。
ダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、マイクロフィルタの開口部となる部分を除去するようにイオン照射層をパターン加工し、イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜をダイヤモンド成長基板から剥離して、形成することができる。

本発明のダイヤモンド膜付き基板およびダイヤモンド膜は、以下のような例に適用することができる。
まず、本発明のダイヤモンド膜付き基板において、ダイヤモンド膜中にｎ型および／またはｐ型の導電性不純物が導入することで、高周波用半導体装置やスイッチング用半導体装置などの半導体装置とすることができる。
また、ダイヤモンド成長基板上に所定のパターンに沿って光導波路となる単結晶のダイヤモンド膜が形成された構成として、優れた半導体的性質を利用したレーザーやダイオードなどの光デバイスとすることができる。
さらに、ダイヤモンド成長基板に、ダイヤモンド膜が、装飾および／または情報の表示のパターンに沿って形成されている構成として装飾表示基板とすることができる。

また、本発明のダイヤモンド膜付き基板から剥離したダイヤモンド膜において、一辺または径に相当する長さａの値と厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である単結晶のダイヤモンド膜に所定のパターンのフィルタ機能が形成されたマイクロフィルタとすることができる。
また、所定のパターンのマイクロマシン用部品の形状として、マイクロマシン用部品とすることができる。マイクロマシン用部品を形成する場合には、同一基板上に複数個の前記マイクロマシン用部品が同時に形成されたものであることは好ましい。
さらに、ダイヤモンド膜をダイヤモンド成長基板から剥離して砥粒とすることができる。この場合、ダイヤモンドの粒子が、立方体構造、直方体構造、六八面体構造および／あるいは角錐型構造を有することが好ましい。本実施形態において、ダイヤモンド膜（粒子）のサイズや形状を種々に制御して、所望のサイズや形状の砥粒となるダイヤモンド膜を得ることができる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、ダイヤモンド成長基板は、酸化マグネシウム基板にイリジウム層が形成された基板の他、ダイヤモンドが成長可能な基板であれば特に限定はない。
本発明のダイヤモンド膜付き基板、ダイヤモンド膜およびそれらの形成方法は、ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値とダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下の薄い範囲のダイヤモンド膜を容易かつ安定に形成するために開発されたが、いうまでもなく、本発明は上記よりも厚い領域にも適用可能であり、種々のサイズや形状のダイヤモンド膜を有する基板およびその形成方法を実現することができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明のダイヤモンド膜付き基板は、半導体装置、光デバイス、装飾表示基板などに適用できる。

本発明のダイヤモンド膜は、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、砥粒などに適用できる。

本発明のダイヤモンド膜付き基板の形成方法は、半導体装置、光デバイス、装飾表示基板などの形成方法に適用できる。

本発明のダイヤモンド膜の形成方法は、マイクロフィルタ、マイクロマシン用部品、砥粒などの形成方法に適用できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の形成方法を説明する断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係るダイヤモンド膜付き基板の形成方法を説明する断面図である。 図４（ａ）はピラミッド型の形状に成長したダイヤモンド膜の斜視図であり、図４（ｂ）は上面図である。 図５（ａ）は直線状のパターンで形成されたダイヤモンド膜の斜視図であり、図５（ｂ）は上面図である。 図６（ａ）および（ｂ）は、図３（ｃ）に示す工程の続きの工程を示す断面図である。 図７は実施例１に係る１つのピラミッド型のダイヤモンド膜を斜め上方から観察した電子顕微鏡写真である。 図８は実施例１に係る複数のピラミッド型のダイヤモンド膜を上面から観察した電子顕微鏡写真である。 図９は実施例２に係る複数本の直線状のダイヤモンド膜を斜め上方から観察した写真である。 図１０は実施例３に係るダイヤモンド膜で構成したマイクロフィルタの電子顕微鏡写真である。 図１１は、第１従来例に係るヘテロエピタキシャル成長によりダイヤモンドを形成する方法を示す断面図である。 図１２は、第２従来例に係るダイヤモンドを基板にホモエピタキシャル成長によりダイヤモンドを形成する方法を示す断面図である。

符号の説明

１０…酸化マグネシウム基板
１１…イリジウム層
１２，１２ａ…イオン照射層
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…ダイヤモンド膜
１００…シリコン基板
１０１…ダイヤモンド膜
１１０…高圧ダイヤモンド基板
１１１…ダイヤモンド膜
Ｄ…結晶欠陥
Ｒ…レジスト膜

Claims (42)

1. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板と、
   前記ダイヤモンド成長基板上に、所定のパターンに沿って形成された単結晶のダイヤモンド膜と
   を有するダイヤモンド膜付き基板。
2. 前記ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である
   請求項１に記載のダイヤモンド膜付き基板。
3. 前記ダイヤモンド膜が所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である
   請求項２に記載のダイヤモンド膜付き基板。
4. 前記ダイヤモンド成長基板は、ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長が可能な表面を有する
   請求項１に記載のダイヤモンド付き基板。
5. 前記ダイヤモンド成長基板は、少なくとも表層にイリジウム層が形成された基板である
   請求項１に記載のダイヤモンド膜付き基板。
6. 前記イリジウム層の表面が（１００）面であって前記ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となっている
   請求項５に記載のダイヤモンド膜付き基板。
7. 前記ダイヤモンド成長基板は、単結晶の酸化マグネシウム基板と、前記酸化マグネシウム基板の表面に形成された前記イリジウム層とを有する
   請求項５に記載のダイヤモンド膜付き基板。
8. 前記イリジウム層との境界における前記酸化マグネシウム基板の表面が（１００）面であり、
   前記イリジウム層の表面が（１００）面であって前記ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となっている
   請求項７に記載のダイヤモンド膜付き基板。
9. 前記ダイヤモンド膜の表面に（１１１）面が出現している
   請求項１に記載のダイヤモンド膜付き基板。
10. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させて、形成したことを特徴とする
    ダイヤモンド膜付き基板。
11. ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である
    ダイヤモンド膜。
12. 前記ダイヤモンド膜が所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である
    請求項１１に記載のダイヤモンド膜。
13. 前記ダイヤモンド膜が高配向あるいは単結晶ダイヤモンド膜である
    請求項１１に記載のダイヤモンド膜。
14. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離して、形成したことを特徴とする
    ダイヤモンド膜。
15. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成する工程と、
    前記イオン照射層を所定のパターンに加工する工程と、
    所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程と
    を有するダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
16. 前記ダイヤモンド膜を成長させる工程において、前記ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下として形成する
    請求項１５に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
17. 前記ダイヤモンド膜を成長させる工程において、所定のサイズおよび形状に制御して成長させる
    請求項１６に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
18. 前記ダイヤモンド成長基板として、少なくとも表層にイリジウム層が形成された基板を用いる
    請求項１５に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
19. 前記ダイヤモンド成長基板として、前記イリジウム層の表面が（１００）面であって前記ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となっている基板を用いる
    請求項１８に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
20. 前記ダイヤモンド成長基板として、単結晶の酸化マグネシウム基板と、前記酸化マグネシウム基板の表面に形成された前記イリジウム層とを有する基板を用いる
    請求項１９に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
21. 前記ダイヤモンド成長基板として、前記イリジウム層との境界における前記酸化マグネシウム基板の表面が（１００）面であり、前記イリジウム層の表面が（１００）面であって前記ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面となっている基板を用いる
    請求項２０に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
22. ダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程において、表面に（１１１）面が出現するダイヤモンド膜を成長させる
    請求項１５に記載のダイヤモンド膜付き基板の形成方法。
23. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成する工程と、
    前記イオン照射層を所定のパターンに加工する工程と、
    所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程と、
    前記ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離する工程と
    を有するダイヤモンド膜の形成方法。
24. 前記ダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる工程において、前記ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下であるダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させる
    請求項２３に記載のダイヤモンド膜の形成方法。
25. 前記ダイヤモンド膜を成長させる工程において、所定のサイズおよび形状に制御して成長させる
    請求項２４に記載のダイヤモンド膜の形成方法。
26. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板と、前記ダイヤモンド成長基板上に所定のパターンに沿って形成され、半導体である単結晶のダイヤモンド膜とを有し、
    前記ダイヤモンド膜中に、ｎ型および／またはｐ型の導電性不純物が導入されている
    半導体装置。
27. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、前記ダイヤモンド膜中にｎ型および／またはｐ型の導電性不純物が導入して、形成したことを特徴とする
    半導体装置。
28. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板と、前記ダイヤモンド成長基板上に所定のパターンに沿って形成され、光導波路となる単結晶のダイヤモンド膜とを有する
    光デバイス。
29. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させて、形成したことを特徴とする
    光デバイス。
30. 所定のパターンのフィルタ機能を有する形状を有するダイヤモンド膜を有し、
    前記ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である
    マイクロフィルタ。
31. 前記ダイヤモンド膜が所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である
    請求項３０に記載のマイクロフィルタ。
32. 前記ダイヤモンド膜が高配向または単結晶ダイヤモンド膜である
    請求項３０に記載のマイクロフィルタ。
33. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、所定のパターンのフィルタ機能を有する形状の単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離して、形成したことを特徴とする
    マイクロフィルタ。
34. 所定のパターンのマイクロマシン用部品の形状を有するダイヤモンド膜を有し、
    前記ダイヤモンド膜の一辺または径に相当する長さａの値と前記ダイヤモンド膜の厚みｂの値の比（ｂ／ａ）が１／２０以下である
    マイクロマシン用部品。
35. 前記ダイヤモンド膜が所定のサイズおよび形状に制御して形成されたダイヤモンド膜である
    請求項３４に記載のマイクロマシン用部品。
36. 前記ダイヤモンド膜が高配向または単結晶ダイヤモンド膜である
    請求項３４に記載のマイクロマシン用部品。
37. 同一基板上に複数個の前記マイクロマシン用部品が同時に形成されたものである
    請求項３４に記載のマイクロマシン用部品。
38. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、所定のパターンのマイクロマシン用部品の形状の単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離して、形成したことを特徴とする
    マイクロマシン用部品。
39. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板と、前記ダイヤモンド成長基板上に所定のパターンに沿って形成され、半導体である単結晶のダイヤモンド膜とを有し、
    前記ダイヤモンド膜が、装飾および／または情報の表示のパターンに沿って形成されている
    装飾表示基板。
40. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、所定の装飾および／または情報の表示のパターンの単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させて、形成したことを特徴とする
    装飾表示基板。
41. ダイヤモンドのエピタキシャル成長が可能な表面を有するダイヤモンド成長基板にイオン照射してイオン照射層を形成し、前記イオン照射層を所定のパターンに加工し、所定のパターンに加工した前記イオン照射層の表面に、所定のパターンの単結晶のダイヤモンド膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンド膜を前記ダイヤモンド成長基板から剥離して、形成したことを特徴とする
    砥粒。
42. 所定の形状のダイヤモンドの粒子からなる砥粒であって、前記ダイヤモンドの粒子が、立方体構造、直方体構造、六八面体構造および／あるいは角錐型構造を有する
    砥粒。
    

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