JP2023071085A - 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法 - Google Patents

下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2023071085A
JP2023071085A JP2021183681A JP2021183681A JP2023071085A JP 2023071085 A JP2023071085 A JP 2023071085A JP 2021183681 A JP2021183681 A JP 2021183681A JP 2021183681 A JP2021183681 A JP 2021183681A JP 2023071085 A JP2023071085 A JP 2023071085A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
crystal
film
intermediate layer
diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021183681A
Other languages
English (en)
Inventor
仁 野口
Hitoshi Noguchi
洋 橋上
Hiroshi Hashigami
省三 白井
Shozo Shirai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2021183681A priority Critical patent/JP2023071085A/ja
Priority to PCT/JP2022/039402 priority patent/WO2023085055A1/ja
Priority to CN202280074162.2A priority patent/CN118234889A/zh
Priority to TW111141946A priority patent/TW202340507A/zh
Publication of JP2023071085A publication Critical patent/JP2023071085A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/04—Diamond

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

【課題】電子・磁気デバイスに適用可能な、大面積（大口径）であり、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の、高品質な単結晶ダイヤモンド層を製膜することが可能な下地基板の製造方法を提供する。【解決手段】 単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、初期基板を準備する工程と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程とを有し、前記中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行う下地基板の製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法に関する。
ダイヤモンドは、室温で５．４７ｅＶという広いバンドギャップを持ち、ワイドバンドギャップ半導体として知られている。
半導体の中でも、ダイヤモンドは、絶縁破壊電界強度が１０ＭＶ／ｃｍと非常に高く、高電圧動作が可能である。また、既知の物質として最高の熱伝導率を有していることから放熱性にも優れている。さらに、キャリア移動度や飽和ドリフト速度が非常に大きいため、高速デバイスとして適している。
そのため、ダイヤモンドは、高周波・大電力デバイスとしての性能を示すＪｏｈｎｓｏｎ性能指数を、炭化ケイ素や窒化ガリウムといった半導体と比較しても最も高い値を示し、究極の半導体と言われている。
Ｈ．Ｙａｍａｄａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１０４，１０２１１０（２０１４）．
上述のように、ダイヤモンドは、半導体材料や電子・磁気デバイス用材料としての実用化が期待されており、大面積かつ高品質なダイヤモンド基板の供給が望まれている。
現在、ダイヤモンド半導体作製用の単結晶ダイヤモンドは、高温高圧法（ＨＰＨＴ）で合成されたＩｂ型と呼ばれるダイヤモンドがほとんどである。このＩｂ型ダイヤモンドは、窒素不純物を多く含み、かつ最大でも８ｍｍ角程度のサイズ迄しか得られず、実用性は低い。また、ＨＰＨＴ基板（ＨＰＨＴ法により合成されたダイヤモンド基板）を多数個並べて繋ぎあわせるモザイク法と呼ばれるものも提案させている（非特許文献１）が、継目の不完全性の問題は残されている。
それに対して、気相合成（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法では、多結晶ダイヤモンドならば、高純度に６インチ（１５０ｍｍ）径程度の大面積なダイヤモンドが得られるものの、通常電子デバイスに適する、単結晶化が困難であった。これは、ダイヤモンドを形成するための下地基板として、ダイヤモンドとの間の格子定数及び線膨張係数の差が小さい適当な材料の組み合わせが実現されず、例えば、ダイヤモンドと単結晶Ｓｉとの格子定数の差は、３４．３％にもなるため、下地基板表面にダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることが非常に困難である。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電子・磁気デバイスに適用可能な、大面積（大口径）であり、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の、高品質な単結晶ダイヤモンド層を製膜することが可能な下地基板及びその製造方法を提供することを目的とする。また、そのような単結晶ダイヤモンド層を有する単結晶ダイヤモンド積層基板及び単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法を提供することも目的とする。
上記目的を解決するために、本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、初期基板を準備する工程と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程とを有し、前記中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことを特徴とする下地基板の製造方法を提供する。
このような下地基板の製造方法によれば、中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成をミストＣＶＤで行うため、大口径、低コストで、単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を行うことができる。また、中間層の膜厚均一性を高くすることができる。そのため、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を形成することが可能な下地基板を製造することができる。
このとき、前記初期基板を、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかとすることが好ましい。
これらの初期基板の材料は、中間層の材料との間の格子不整合が小さく、容易に中間層のエピタキシャル成長が可能となる。また、６インチ（１５０ｍｍ）直径を超える大口径も得られかつその価格も比較的安価である。
また、前記中間層を、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることができる。
このような積層膜とすることにより、中間層を、初期基板と、ダイヤモンド層との間の格子不整合を緩衝する役割をより適切に持つように適宜設計することができる。
また、前記初期基板を、Ｓｉ｛１１１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛０００１｝基板、Ｆｅ｛１１１｝基板、Ｎｉ｛１１１｝基板、及び、Ｃｕ｛１１１｝基板のいずれかとし、前記中間層を、少なくともＩｒ｛１１１｝膜又はＭｇＯ｛１１１｝膜を含むものとすることができる。
また、前記中間層を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛１１１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛１１１｝膜、Ｒｕ｛０００１｝の少なくともいずれか１つを含むものとすることができる。
このような初期基板及び中間層とすることで、単結晶ダイヤモンド｛１１１｝層を製膜することが可能な下地基板を製造することができる。
この場合、前記初期基板の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。
このようにオフ角を付けることで、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛１１１｝層を得ることが可能となる下地基板を製造することができる。
この場合、さらに、前記初期基板の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることができる。
このような範囲とすることで、オフ角による高品質化効果を最大にすることができる。
また、この場合、前記中間層の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。
このようにオフ角を付けることで、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛１１１｝層を得ることが可能となる下地基板を製造することができる。
この場合、前記中間層の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることができる。
このような範囲とすることで、オフ角による高品質化効果を最大にすることができる。
また、本発明の下地基板の製造方法においては、前記初期基板を、Ｓｉ｛００１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛１１－２０｝基板、Ｆｅ｛００１｝基板、Ｎｉ｛００１｝基板、及び、Ｃｕ｛００１｝基板のいずれかとし、前記中間層を、少なくともＩｒ｛００１｝膜又はＭｇＯ｛００１｝膜を含むものとすることができる。
また、前記中間層を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛００１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛００１｝膜、Ｒｕ｛１１－２０｝の少なくともいずれか１つを含むものとすることができる。
このような初期基板及び中間層とすることで、単結晶ダイヤモンド｛００１｝層を製膜することが可能な下地基板を製造することができる。
この場合、前記初期基板の最表面を、立方晶面方位｛００１｝に対して、結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛１１－２０｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜０００１＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。
このようにオフ角を付けることで、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛００１｝層を得ることが可能となる下地基板を製造することができる。
この場合、さらに、前記初期基板の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることができる。
このような範囲とすることで、オフ角による高品質化効果を最大にすることができる。
また、この場合、前記中間層の最表面を、立方晶面方位｛００１｝に対して、結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けたものとすること、又は、六方晶面方位｛１１－２０｝に対して、＜１０－１０＞若しくは＜０００１＞方向にオフ角を付けることができる。
このようにオフ角を付けることで、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛００１｝層を得ることが可能となる下地基板を製造することができる。
この場合、前記中間層の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°または－０．５～－１５．０°の範囲であることができる。
このような範囲とすることで、オフ角による高品質化効果を最大にすることができる。
また、本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法であって、上記のいずれかの下地基板の製造方法により製造された下地基板を準備する工程と、前記下地基板の前記中間層の表面にダイヤモンド核形成のためのバイアス処理を行う工程と、前記中間層上に形成されたダイヤモンド核を成長させてエピタキシャル成長を行い、単結晶ダイヤモンド層を形成する工程とを含むことを特徴とする単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法を提供する。
このような製造方法によれば、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を有する単結晶ダイヤモンド積層基板を製造することができる。
本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法では、前記単結晶ダイヤモンド層を｛１１１｝結晶とすることができる。
また、前記単結晶ダイヤモンド層を｛００１｝結晶とすることもできる。
本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法では、これらの面方位を有する単結晶ダイヤモンド層を製膜することができる。
また、本発明は、上記のいずれかの単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法によって製造した単結晶ダイヤモンド積層基板から、前記単結晶ダイヤモンド層のみを取り出し、単結晶ダイヤモンド自立構造基板を製造することを特徴とする単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法を提供する。
このようにして、単結晶ダイヤモンド層のみからなる単結晶ダイヤモンド自立構造基板を製造することができる。
また、上記の単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法により得られた単結晶ダイヤモンド自立構造基板の上にさらに追加単結晶ダイヤモンド層を形成することもできる。
このように、更に該ダイヤモンド層のみの基板に追加で製膜を行って、更に厚膜化することも可能である。
また、本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板において、初期基板と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層とを有し、前記中間層の膜厚均一性が、全面で±１０％以内であることを特徴とする下地基板を提供する。
このように、本発明の下地基板では、中間層の膜厚均一性を全面で±１０％以内とすることができる。そのため、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を形成することが可能な下地基板とすることができる。
この場合、前記初期基板を、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかとすることができる。
これらの初期基板の材料は、中間層の材料との間の格子不整合が小さく、容易に中間層のエピタキシャル成長が可能となる。また、６インチ（１５０ｍｍ）直径を超える大口径も得られかつその価格も比較的安価である。
また、前記中間層を、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることができる。
このような積層膜とすることにより、中間層は、初期基板と、ダイヤモンド層との間の格子不整合を緩衝する役割をより適切に持つように適宜設計することができる。
また、本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板であって、上記のいずれかの下地基板の前記中間層上に単結晶ダイヤモンド層を有するものであることを特徴とする単結晶ダイヤモンド積層基板を提供する。
このような単結晶ダイヤモンド積層基板は、中間層の膜厚均一性が全面で±１０％以内の中間層上に形成された単結晶ダイヤモンド層を有するので、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を有する単結晶ダイヤモンド積層基板とすることができる。
本発明の下地基板の製造方法によれば、中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成をミストＣＶＤで行うため、大口径、低コストで、単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を行うことができる。中間層の膜厚均一性を高くすることができ、特に全面で±１０％以内の膜厚均一性とすることができる。そのため、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を形成することが可能な下地基板を製造することができる。また、この下地基板上に単結晶ダイヤモンド層を形成することにより、上記特徴を備えた単結晶ダイヤモンド層を有する単結晶ダイヤモンド積層基板を製造することができる。また、本発明によれば、そのような単結晶ダイヤモンド積層基板から単結晶ダイヤモンド積層のみを分離した単結晶ダイヤモンド自立構造基板を製造したり、さらに単結晶ダイヤモンド自立構造基板に追加単結晶ダイヤモンド層を製膜した単結晶ダイヤモンド自立構造基板を製造することもできる。
本発明の下地基板の製造方法の一例を示したフロー図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法の過程及び単結晶自立構造基板の製造方法の過程の一例を示したフロー図である。 本発明の下地基板の一例を示した概略図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の一例を示した概略図である。 本発明の下地基板の別の一例を示した概略図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の別の一例を示した概略図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド自立構造基板の一例を示した概略図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド自立構造基板の別の一例を示した概略図である。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述したように、従来、大口径、低コスト、高品質な単結晶ダイヤモンド積層基板を得ることが求められていた。そこで本発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、単結晶ダイヤモンド積層基板、及び、単結晶ダイヤモンド積層基板を製造するための下地基板における、中間層の形成方法に最適な方法としてミストＣＶＤ法を採用することを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、初期基板を準備する工程と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程とを有し、前記中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことを特徴とする下地基板の製造方法である。
以下、図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。以下、類似の構成要素は同一の符号を付して説明する。
まず、本発明の下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板について図３及び図４を参照して説明する。
図３に示すように、本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板２０は、初期基板１１と、初期基板１１上に中間層２１とを有している。本発明では、中間層２１を、少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなるものとする。さらに、本発明では、中間層２１の膜厚均一性を、全面で±１０％以内のものとすることができる。このような中間層２１の膜厚均一性は、後述するミストＣＶＤ法を採用することによって容易に達成することができる。
また、図４に示すように、本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板３０は、図３に示した下地基板２０の中間層２１上に単結晶ダイヤモンド層３１を有するものである。中間層２１は、初期基板１１と、単結晶ダイヤモンド層３１との間の格子不整合を緩衝する役割を持つものである。
本発明の下地基板２０では、中間層２１が単結晶Ｉｒ膜単独でもよく、単結晶ＭｇＯ膜単独でもよいが、これらの積層膜とすることがより好ましい。特に、図５に示したように、初期基板１１上の中間層２１が、単結晶ＭｇＯ膜２２及び単結晶Ｉｒ膜２３とからなる積層膜であることが好ましい。本発明の下地基板２０の中間層２１は、単結晶Ｉｒ膜及び単結晶ＭｇＯ膜の少なくともいずれか一方の他に、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることもできる。このような積層膜は、初期基板１１と、単結晶ダイヤモンド層３１との間の格子不整合を緩衝する役割をより適切に持つように設計することができる。図５に示したように、初期基板１１上の中間層２１が、単結晶ＭｇＯ膜２２及び単結晶Ｉｒ膜２３とからなる積層膜である場合、当然ながら、単結晶ダイヤモンド積層基板３０を製造すると、図６に示したように、中間層２１が、単結晶ＭｇＯ膜２２及び単結晶Ｉｒ膜２３とからなる積層膜となる。
また、本発明では、初期基板１１を、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかとすることが好ましい。これらの初期基板１１（バルク基板）は、中間層２１の材料との間の格子不整合が小さいため、中間層２１を形成する際に、容易に中間層２１のエピタキシャル成長が可能となる。また、６インチ（１５０ｍｍ）直径を超える大口径も得られ、かつその価格も比較的安価とすることができる。
以下では、図３～図６に示した下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法を説明する。本発明の下地基板の製造方法については図１を参照して、また、本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法については図２を参照して説明する。また、本発明では、図７に示した、単結晶ダイヤモンド層３１からなる単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５、並びに、図８に示した、単結晶ダイヤモンド層３１及び追加単結晶ダイヤモンド層４１からなる単結晶ダイヤモンド自立構造基板４０を製造することができるが、この製造方法についても図２を参照して説明する。
（準備工程：図１の工程Ｓ１１）
まず、初期基板１１を準備する（工程Ｓ１１）。初期基板１１は、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかの基板（バルク基板）とすることが好ましい。これら列挙した初期基板１１の材料は、中間層２１の材料との間の格子不整合が小さく、容易に中間層２１のエピタキシャル成長が可能となる。また、６インチ（１５０ｍｍ）直径を超える大口径も得られかつその価格も比較的安価である。
初期基板１１を上記基板とした場合、その面方位を合わせて規定すると、Ｓｉ｛１１１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛０００１｝基板、Ｆｅ｛１１１｝基板、Ｎｉ｛１１１｝基板、及び、Ｃｕ｛１１１｝基板のいずれかとすることができる。また、初期基板１１は、Ｓｉ｛００１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛１１－２０｝基板、Ｆｅ｛００１｝基板、Ｎｉ｛００１｝基板、及び、Ｃｕ｛００１｝基板のいずれかとすることもできる。
初期基板１１の、中間層２１を形成する側の面は、研磨加工を行って、Ｒａ≦０．５ｎｍとすることが好ましい。これによって、欠陥の少ない平滑な中間層２１が形成できる。
単結晶ダイヤモンド層３１として｛１１１｝結晶面方位を得たい場合には、初期基板１１の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。このように初期基板１１の最表面にオフ角を付けることで、該表面上に形成する中間層２１として、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な中間層２１を得ることが可能となる。
このときの初期基板１１の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることが好ましい。このオフ角が＋０．５及び－０．５°以上であれば、オフ角を付ける効果を十分に得られ、＋１５．０及び－１５．０以下であれば、高品質化効果が十分に得られる。また、これらの範囲であれば、最表面の｛１１１｝結晶面からのずれが大きすぎないため、目的に合った使用が容易である。
一方、単結晶ダイヤモンド層として｛００１｝結晶面方位を得たい場合には、初期基板１１の最表面は、立方晶面方位｛００１｝に対して、結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けたものとすること、又は、六方晶面方位｛１１－２０｝に対して、＜１０－１０＞若しくは＜０００１＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。このように初期基板１１の最表面にオフ角を付けることで、該表面上に形成する中間層２１として、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な中間層２１を得ることが可能となる。
このときの初期基板１１の最表面のオフ角は、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることが好ましい。このオフ角が＋０．５及び－０．５°以上であれば、オフ角を付ける効果を十分に得られ、＋１５．０及び－１５．０以下であれば、高品質化効果が十分に得られる。また、これらの範囲であれば、最表面の｛１１１｝結晶面からのずれが大きすぎないため、目的に合った使用が容易である。
（中間層形成工程：図１の工程Ｓ１２）
工程Ｓ１１において初期基板１１を準備した後、次に、初期基板１１上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層２１を形成する（工程Ｓ１２）。ここで、中間層２１を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことが本発明の特徴である。
また、中間層２１を、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることができる。
単結晶ダイヤモンド層３１として、｛１１１｝結晶方位を得たい場合には、少なくとも中間層２１の最表面も、立方晶の場合には｛１１１｝結晶方位とし、六方晶の場合には｛０００１｝するとよい。この場合、中間層２１を、少なくともＩｒ｛１１１｝膜又はＭｇＯ｛１１１｝膜を含むものとすることができる。また、中間層２１を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛１１１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛１１１｝膜、Ｒｕ｛０００１｝の少なくともいずれか１つを含んでもよいものとすることができる。
一方、もし、単結晶ダイヤモンド層３１として、｛００１｝結晶方位を得たい場合には、少なくとも中間層２１の最表面も、立方晶の場合には｛００１｝結晶方位とし、六方晶の場合には｛１１－２０｝結晶方位とするとよい。この場合、中間層を、少なくともＩｒ｛００１｝膜又はＭｇＯ｛００１｝膜を含むものとすることができる。また、中間層２１を、さらに、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛００１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛００１｝膜、Ｒｕ｛１１－２０｝の少なくともいずれか１つを含んでもよいものとすることができる。
本発明においては、中間層２１を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、上記のように、ミストＣＶＤ法を用いて行う。中間層２１を構成する少なくとも一層についてミストＣＶＤ法を用いれば本発明の効果を得ることができ、中間層２１を構成するその他の層の形成には、ミストＣＶＤ法の他、スパッター法、電子線蒸着法、原子層堆積法、分子ビームエピタキシー法、パルスレーザー堆積法などで行うこともできる。金属及び金属酸化物である単結晶Ｉｒ膜、単結晶ＭｇＯ膜、単結晶イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜、単結晶Ｒｕ膜、など、上記で列挙した中間膜を構成可能な膜については、大口径、低コストでの形成が可能なミストＣＶＤ法で行うことが好ましい。
ミストＣＶＤ法による製膜装置は、製膜したい材料の原子を含む原料溶液を超音波振動でミスト化してミストを発生させるミスト化部と、前記ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、基板をセットして製膜を行うチャンバー、不要となった原料を排出する排気系から構成される。
チャンバー内で基板はヒーターステージ上で加熱され、必要に応じて回転させるなどして、高結晶にかつ均一な膜形成を行えるようにしてある。原料ガスも流れを制御することによって、やはり高結晶にかつ均一な膜形成ができるようにしてある。
他にも開放系に設置されたヒーターステージ上に基板を載せて、該基板表面にミスト吐出ノズルからミストを供給して熱反応で製膜を行うことも可能である。
原料溶液は、少なくとも製膜したい金属原子を含みミスト化が可能であれば溶液に含まれる材料は特に限定されず無機材料であっても有機材料であっても良い。
原料溶液は、上記金属原子をミスト化できるものであれば特に限定されないが、原料溶液として、金属を錯体または塩の形態で、有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。また、上記金属を、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素等に溶解したものも塩の水溶液として用いることができる。
また、原料溶液にはハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合しても良い。ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、なかでも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。酸化剤としては、例えば過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化バリウム、過酸化ベンゾイル等の過酸化物、次亜塩素酸、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。
ＭｇＯ形成のための原料溶液は、塩化マグネシウム水溶液も使用可能である。
多元素金属ならなる酸化物を得るには、複数原料溶液を混合してミスト化するのでも良いし、各元素ごとに別々の原料溶液としてそれぞれをミスト化するのでも良い。
基板温度を２００～８５０℃の範囲で加熱して製膜するのが好ましい。
中間層２１は、上記のように、前記材料の単層だけでなく、積層構造でも良好な品質が実現できる。例えば、表面側から順に、→Ｉｒ膜／ＭｇＯ膜→初期基板１１側とすることができ、同様に、Ｉｒ膜／ＹＳＺ膜、Ｉｒ膜／ＳｒＴｉＯ３膜、などと積層構造にすることで格子不整合を緩衝する役割をより効果的に持たせることができる。図５は、上記のように、初期基板１１上に単結晶ＭｇＯ膜２２、単結晶Ｉｒ膜２３を積層した例である。この場合、表面側から順に、→Ｉｒ膜／ＭｇＯ膜→初期基板１１側の例である。
中間層２１の厚みは、５ｎｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。中間層２１の厚みが５ｎｍ以上であれば、その後のダイヤモンド形成工程で除去されてしまうようなことがない。また、中間層２１の厚みが５０μｍ以下であれば、中間層２１の厚みとして十分である。また、５０μｍ以下の厚みであれば、製膜時間が長くならず、面粗さも低く保てる。そのため、研磨加工は必ずしも必要ではなく、低コストで製膜することができる。
中間層２１の最表面は、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることができる。これにより、該表面上に形成する単結晶ダイヤモンド層３１として、より効果的に、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛１１１｝層を得ることが可能となる。
このときの中間層２１の最表面のオフ角は、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることが好ましい。このオフ角が＋０．５及び－０．５°以上であれば、オフ角を付ける効果を十分に得られ、＋１５．０及び－１５．０以下であれば、高品質化効果が十分に得られる。また、これらの範囲であれば、最表面の｛１１１｝結晶面からのずれが大きすぎないため、目的に合った使用が容易である。
結晶面方位が｛００１｝に対して、立方晶では結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けること、また六方晶面方位｛１１－２０｝では＜１０－１０＞または＜０００１＞方向にオフ角を付けることで、該表面上に形成するダイヤモンドとして、高結晶性でヒロック、異常成長、転位欠陥等が少ない高品質な単結晶ダイヤモンド｛００１｝層を得ることが可能となる。
このときの中間層２１の最表面のオフ角は、＋０．５～＋１５．０°または－０．５～－１５．０°の範囲であることが好ましい。このオフ角が＋０．５及び－０．５°以上であれば、オフ角を付ける効果を十分に得られ、＋１５．０及び－１５．０以下であれば、高品質化効果が十分に得られる。また、これらの範囲であれば、最表面の｛００１｝結晶面からのずれが大きすぎないため、目的に合った使用が容易である。
以上の図１の工程Ｓ１１、Ｓ１２により、本発明の下地基板２０（図３、図５参照）を製造することができる。
本発明は、さらに、上記のようにして下地基板２０の製造方法により製造された下地基板２０を準備する工程と、前記下地基板２０の前記中間層２１の表面にダイヤモンド核形成のためのバイアス処理を行う工程と、前記中間層２１上に形成されたダイヤモンド核を成長させてエピタキシャル成長を行い、単結晶ダイヤモンド層３１を形成する工程とを含むことを特徴とする単結晶ダイヤモンド積層基板３０の製造方法を提供する。以下、より詳細に説明する。
図２のＳ１１、Ｓ１２は図１のＳ１１、Ｓ１２と同一の工程である。工程Ｓ１１、１２により、下地基板２０が製造される。さらに、図２に示した、その後の工程Ｓ１３、Ｓ１４を行うことにより、単結晶ダイヤモンド積層基板３０を製造する。
（バイアス処理工程：図２のＳ１３）
下地基板２０の中間層２１の表面にバイアス処理を行って、ダイヤモンドの核形成を行う（工程Ｓ１３）。減圧チャンバー内に該中間層２１形成済み下地基板２０をセットし、真空ポンプで減圧にした後、直流放電によって、中間層２１の最表面と結晶方位の揃ったダイヤモンドの核形成を行う。放電ガスは、水素希釈メタンとすることが好ましい。
（単結晶ダイヤモンド層工程：図２のＳ１４）
次に、中間層２１上に形成されたダイヤモンド核を成長させてエピタキシャル成長を行い、単結晶ダイヤモンド層３１を形成する（工程Ｓ１４）。すなわち、バイアス処理を行った下地基板２０上に単結晶層を形成する。この工程は、気相合成（ＣＶＤ）法であるマイクロ波プラズマＣＶＤ、ＤＣプラズマＣＶＤ、熱フィラメントＣＶＤ、アーク放電ＣＶＤ法などによって行うことができる。
単結晶ダイヤモンド層３１は、アンドープまたはドープダイヤモンドの各単層、またはアンドープとドープダイヤモンド積層構造から構成することができる。
以上の工程Ｓ１１、Ｓ１２の後の工程Ｓ１３、Ｓ１４により、本発明の単結晶ダイヤモンド積層基板３０（図４、図６参照）を製造することができる。
また、上記単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法において、初期基板１１、中間層２１のどちらか、またはその両方において、立方晶の場合には｛１１１｝、六方晶の場合には｛０００１｝結晶方位とすることで、単結晶ダイヤモンド｛１１１｝が得られる。
一方、上記単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法において、初期基板１１、中間層２１のどちらか、またはその両方において、立方晶の場合には｛００１｝、六方晶の場合には｛１１－２０｝結晶方位とすることで、単結晶ダイヤモンド｛００１｝が得られる。
本発明は、上記の方法により工程Ｓ１１～Ｓ１４を経て製造した単結晶ダイヤモンド積層基板３０から、単結晶ダイヤモンド層３１のみを取り出し、単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５（図７参照）を製造する単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法も提供する。以下、より詳細に説明する。
（単結晶ダイヤモンド取り出し工程：図２のＳ１５）
この工程では、単結晶ダイヤモンド層３１形成工程（工程Ｓ１４）の後に、単結晶ダイヤモンド層３１のみ単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５とする（工程Ｓ１５）。このような自立基板化を行うには、化学エッチング法、レーザー照射法、研磨加工法などを用いて行うことができる。
自立化することで、その後の追加製膜やデバイス加工においてプロセス対応が容易になる利点がある。
また、ダイヤモンドを電子及び磁気デバイスとして使用する場合にも、単結晶ダイヤモンド層のみで構成された単結晶ダイヤモンド自立構造基板の方が中間層以下の影響も無く、好都合な場合がある。
（単結晶ダイヤモンド追加製膜工程：図２のＳ１６）
さらに、本発明では、工程Ｓ１５までで得た単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５の上にさらに追加単結晶ダイヤモンド層４１を形成する（工程Ｓ１６）ことで、単結晶ダイヤモンド自立構造基板４０（図８参照）を製造することができる。すなわち、図７に示した単結晶ダイヤモンド層３１のみからなる単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５に追加で製膜を行うことができる。単一材料への製膜となるので、破損も無く、低応力化に有効である。この工程により、ダイヤモンド膜を厚膜化するのにも有利である。
この工程で形成する追加単結晶ダイヤモンド層４１はアンドープでもドープでも、またそれらの組み合わせでも良い。
追加単結晶ダイヤモンド層４１を追加製膜する前に、下地となる単結晶ダイヤモンド自立構造基板３５の表面を研磨加工すると平滑で欠陥の少ない結晶が得られる。
以上説明した本発明の下地基板、単結晶ダイヤモンド積層基板、単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法によれば、電子・磁気デバイス用に好適な、大口径、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の高品質な単結晶ダイヤモンド層を有する積層基板を低コストで製造する方法を提供することが可能となる。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
（実施例１）
直径１５０ｍｍ、厚さ１０００μｍで、結晶面方位（１１１）、［－１－１２］方向にオフ角－３°の両面研磨された単結晶Ｓｉウェーハを初期基板１１として準備した（図１、図２の工程Ｓ１１）。
次に、該初期基板の表面にミストＣＶＤ法でＭｇＯ膜をヘテロエピタキシャル成長させて、以下の条件により、中間層２１の一層目（図５における単結晶ＭｇＯ膜２２）を形成した（図１、図２の工程Ｓ１２）。
ミストＣＶＤ法における原料溶液には「酸化マグネシウム水溶液」を使用した。上述の原料溶液をミスト発生源内に収納した。次に流量調節弁を開いてキャリアガス源からキャリアガスをチャンバー内に供給し、チャンバー内の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を１００００ｓｃｃｍに、希釈用キャリアガスの流量を３００００ｓｃｃｍにそれぞれ調節した。キャリアガスとして酸素を用いた。
次に、超音波振動子を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水を通じて原料溶液に伝播させることによって、原料溶液をミスト化してミストを生成した。該ミストをキャリアガスによって供給管を経てチャンバー内に導入した。大気圧下、チャンバー内のホットプレート上にセットし、７５０℃に加熱した初期基板にミストを熱反応させて、初期基板１１の表面にＭｇＯ（１１１）膜を厚みが１μｍになるまでヘテロエピタキシャル成長させた。
次に、単結晶ＭｇＯ（１１１）膜２２上にＩｒ膜（図５における単結晶Ｉｒ膜２３）をヘテロエピタキシャル成長させて、Ｉｒ膜／ＭｇＯならなる積層の中間層２１を形成した。
単結晶Ｉｒ膜２３の製膜には直径８インチ（２００ｍｍ）、厚さ５ｍｍ、純度９９．９％以上のＩｒターゲットをターゲットとしたＲ．Ｆ．（１３．５６ＭＨｚ）マグネトロンスパッター法を用いた。単結晶ＭｇＯ膜２２が形成済みの基板を８００℃に加熱し、真空ポンプで排気し、ベースプレッシャーが約８．０×１０－５Ｐａ以下になるのを確認した後、Ａｒガスを導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調節して、１３Ｐａとした後、Ｒ．Ｆ．１５００Ｗを入力して３０分間製膜を行った。得られた膜厚は約１μｍであった。
以上のようにして、図５に示した下地基板２０を製造した。
次に、下地基板２０に対して、ダイヤモンドの核形成のための前処理（バイアス処理）を行った（図２の工程Ｓ１３）。ここでは、中間層２１が形成された下地基板２０を、平板型の電極上にセットし、ベースプレッシャーが約１．３×１０－４Ｐａ以下になるのを確認した後、水素希釈メタン（ＣＨ４／（ＣＨ４＋Ｈ２）＝５．０ｖｏｌ．％）を、処理室内に５００ｓｃｃｍの流量で導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調整して、圧力を１．３×１０４Ｐａとした後、基板側電極に負電圧を印加して９０秒間プラズマにさらして、中間層２１の表面（すなわち、単結晶Ｉｒ（１１１）膜２３の表面）をバイアス処理した。
続いて、マイクロ波ＣＶＤ法によって単結晶ダイヤモンド層３１（アンドープダイヤモンド膜）をヘテロエピタキシャル成長させた（図２の工程Ｓ１４）。ここでは、バイアス処理を施した下地基板２０を、マイクロ波ＣＶＤ装置のチャンバー内にセットし、真空ポンプでベースプレッシャーが約１．３×１０－４Ｐａ以下になるまで排気した後、原料ガスである水素希釈メタン（ＣＨ４／（ＣＨ４＋Ｈ２）＝５．０ｖｏｌ．％）を、処理室内に１０００ｓｃｃｍの流量で導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調整して、圧力を１．５×１０４Ｐａとした後、直流電流を流して１００時間製膜を行った。製膜中の基板温度をパイロメーターで測定したところ、９８０℃であった。
得られた単結晶ダイヤモンド層３１は直径１５０ｍｍ全面で剥離も無く、完全な連続膜であった。該多層基板（単結晶ダイヤモンド積層基板３０）の断面模式図は図６に示す通りである。
次に、初期基板１１であるＳｉウェーハをフッ化水素酸と硝酸との混酸薬液でエッチングした。更に、中間層２１である単結晶ＭｇＯ膜２２と単結晶Ｉｒ膜２２の積層膜をドライエッチングして除去した。これにより、単結晶ダイヤモンド（１１１）自立基板３５が得られた（図２の工程Ｓ１５）。
最後に、再びマイクロ波ＣＶＤ法によって単結晶ダイヤモンド層（追加単結晶ダイヤモンド層４１）をヘテロエピタキシャル成長させた（図２の工程Ｓ１６）。この追加単結晶ダイヤモンド層４１の形成は、上述のアンドープダイヤモンド膜の形成時と同様の条件で行った。
得られた単結晶ダイヤモンド層４１はこれも直径１５０ｍｍ全面で剥離も無く、完全な連続膜であった。単結晶ダイヤモンド層３１及び追加単結晶ダイヤモンド層４１からなる単結晶ダイヤモンド自立構造基板４０の断面模式図は図８に示す通りである。
この単結晶ダイヤモンド自立構造基板４０から２ｍｍ角を切り出して評価用試料とし、膜厚、結晶性について評価を行った。
膜厚については、試料断面を走査型二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察して行ったところ、ダイヤモンド層の合計厚みは約４００μｍであった。
Ｘ線回折（ＸＲＤ）装置（ＲＩＧＡＫＵ ＳｍａｒｔＬａｂ）で、膜最表面から結晶性を測定した。その結果、２θ＝４３．９°のダイヤモンド（１１１）帰属の回折強度ピークのみが見られ、ダイヤモンド層はエピタキシャル成長した単結晶ダイヤモンド（１１１）結晶であることを確認した。
当該単結晶ダイヤモンド（１１１）積層基板及び自立基板を、電子・磁気デバイスに適用すれば、高性能デバイスを得ることができる。例えば高性能なパワーデバイスを得ることができる。
しかも、大口径基板で得られるので、作製コストを低く抑えることが可能となる。
（実施例２）
実施例１において、中間層２１の単結晶Ｉｒ膜２３もミストＣＶＤ法で形成した以外は同様にして、作製を行ったところ、直径１５０ｍｍの単結晶ダイヤモンド（１１１）積層基板３０及び単結晶ダイヤモンド（１１１）自立基板４０が得られた。
（実施例３）
実施例１において、初期基板１１の材料をα－Ａｌ２Ｏ３（０００１）とした以外は同様にして、作製を行ったところ、直径１５０ｍｍの単結晶ダイヤモンド（１１１）積層基板３０及び単結晶ダイヤモンド（１１１）自立基板４０が得られた。
（実施例４）
実施例１において、初期基板１１の材料を単結晶Ｓｉ（００１）、［１１０］方向にオフ角６°とした以外は同様にして、作製を行ったところ、直径１５０ｍｍの単結晶ダイヤモンド（００１）積層基板３０及び単結晶ダイヤモンド（００１）自立基板４０が得られた。
（実施例５）
実施例１において、初期基板１１の構造をα－Ａｌ２Ｏ３（１１－２０）とした以外は同様にして、作製を行ったところ、直径１５０ｍｍの単結晶ダイヤモンド（００１）積層基板３０及び単結晶ダイヤモンド（００１）自立基板４０が得られた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１１…初期基板、
２０…下地基板
２１…中間層、
２２…単結晶ＭｇＯ膜、
２３…単結晶Ｉｒ膜、
３０…単結晶ダイヤモンド積層基板、
３１…単結晶ダイヤモンド層、
３５…単結晶ダイヤモンド自立構造基板、
４０…単結晶ダイヤモンド自立構造基板、
４１…追加単結晶ダイヤモンド層。

Claims (24)

  1. 単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、
    初期基板を準備する工程と、
    前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程と
    を有し、
    前記中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことを特徴とする下地基板の製造方法。
  2. 前記初期基板を、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の下地基板の製造方法。
  3. 前記中間層を、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の下地基板の製造方法。
  4. 前記初期基板を、Ｓｉ｛１１１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛０００１｝基板、Ｆｅ｛１１１｝基板、Ｎｉ｛１１１｝基板、及び、Ｃｕ｛１１１｝基板のいずれかとし、
    前記中間層を、少なくともＩｒ｛１１１｝膜又はＭｇＯ｛１１１｝膜を含むものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
  5. 前記中間層を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛１１１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛１１１｝膜、Ｒｕ｛０００１｝の少なくともいずれか１つを含むものとすることを特徴とする請求項４に記載の下地基板の製造方法。
  6. 前記初期基板の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の下地基板の製造方法。
  7. 前記初期基板の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることを特徴とする請求項６に記載の下地基板の製造方法。
  8. 前記中間層の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
  9. 前記中間層の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることを特徴とする請求項８に記載の下地基板の製造方法。
  10. 前記初期基板を、Ｓｉ｛００１｝基板、α－Ａｌ２Ｏ３｛１１－２０｝基板、Ｆｅ｛００１｝基板、Ｎｉ｛００１｝基板、及び、Ｃｕ｛００１｝基板のいずれかとし、
    前記中間層を、少なくともＩｒ｛００１｝膜又はＭｇＯ｛００１｝膜を含むものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
  11. 前記中間層を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛００１｝膜、ＳｒＴｉＯ３｛００１｝膜、Ｒｕ｛１１－２０｝の少なくともいずれか１つを含むものとすることを特徴とする請求項１０に記載の下地基板の製造方法。
  12. 前記初期基板の最表面を、立方晶面方位｛００１｝に対して、結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛１１－２０｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜０００１＞方向にオフ角を付けたものとすることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の下地基板の製造方法。
  13. 前記初期基板の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることを特徴とする請求項１２に記載の下地基板の製造方法。
  14. 前記中間層の最表面を、立方晶面方位｛００１｝に対して、結晶軸＜１１０＞方向にオフ角を付けたものとすること、又は、六方晶面方位｛１１－２０｝に対して、＜１０－１０＞若しくは＜０００１＞方向にオフ角を付けることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
  15. 前記中間層の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°または－０．５～－１５．０°の範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の下地基板の製造方法。
  16. 単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法であって、
    請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法により製造された下地基板を準備する工程と、
    前記下地基板の前記中間層の表面にダイヤモンド核形成のためのバイアス処理を行う工程と、
    前記中間層上に形成されたダイヤモンド核を成長させてエピタキシャル成長を行い、単結晶ダイヤモンド層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法。
  17. 前記単結晶ダイヤモンド層を｛１１１｝結晶とすることを特徴とする請求項１６に記載の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法。
  18. 前記単結晶ダイヤモンド層を｛００１｝結晶とすることを特徴とする請求項１６に記載の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法。
  19. 請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド積層基板の製造方法によって製造した単結晶ダイヤモンド積層基板から、前記単結晶ダイヤモンド層のみを取り出し、単結晶ダイヤモンド自立構造基板を製造することを特徴とする単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法。
  20. 請求項１９に記載の単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法により得られた単結晶ダイヤモンド自立構造基板の上にさらに追加単結晶ダイヤモンド層を形成することを特徴とする単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法。
  21. 単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板において、
    初期基板と、
    前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層と
    を有し、
    前記中間層の膜厚均一性が、全面で±１０％以内であることを特徴とする下地基板。
  22. 前記初期基板が、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ２Ｏ３基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の下地基板。
  23. 前記中間層が、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア膜、単結晶ＳｒＴｉＯ３膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜であることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の下地基板。
  24. 単結晶ダイヤモンド積層基板であって、請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載の下地基板の前記中間層上に単結晶ダイヤモンド層を有するものであることを特徴とする単結晶ダイヤモンド積層基板。
JP2021183681A 2021-11-10 2021-11-10 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法 Pending JP2023071085A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021183681A JP2023071085A (ja) 2021-11-10 2021-11-10 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
PCT/JP2022/039402 WO2023085055A1 (ja) 2021-11-10 2022-10-21 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
CN202280074162.2A CN118234889A (zh) 2021-11-10 2022-10-21 衬底基板及单晶金刚石层叠基板以及它们的制造方法
TW111141946A TW202340507A (zh) 2021-11-10 2022-11-03 底層基板及單晶鑽石層積基板及該等之製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021183681A JP2023071085A (ja) 2021-11-10 2021-11-10 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023071085A true JP2023071085A (ja) 2023-05-22

Family

ID=86335712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021183681A Pending JP2023071085A (ja) 2021-11-10 2021-11-10 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2023071085A (ja)
CN (1) CN118234889A (ja)
TW (1) TW202340507A (ja)
WO (1) WO2023085055A1 (ja)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5048862B1 (ja) * 2011-10-28 2012-10-17 シャープ株式会社 ガラス基材への成膜方法
JP5881475B2 (ja) * 2012-03-05 2016-03-09 タテホ化学工業株式会社 酸化マグネシウム薄膜の製造方法
JP6137668B2 (ja) * 2012-08-26 2017-05-31 国立大学法人 熊本大学 酸化亜鉛結晶層の製造方法及びミスト化学気相成長装置
JP6103633B2 (ja) * 2013-02-08 2017-03-29 高知県公立大学法人 オゾン支援による高品質均質金属酸化物薄膜作製技術、及び、該薄膜作製技術による酸化物薄膜トランジスタの製造方法
WO2015199180A1 (ja) * 2014-06-25 2015-12-30 住友電気工業株式会社 ダイヤモンド基板の製造方法、ダイヤモンド基板、及び、ダイヤモンド複合基板
JP7078947B2 (ja) * 2017-02-06 2022-06-01 信越化学工業株式会社 ダイヤモンド製膜用下地基板及びそれを用いたダイヤモンド基板の製造方法
JP7082390B2 (ja) * 2017-08-04 2022-06-08 高知県公立大学法人 深紫外発光素子およびその製造方法
JP7388150B2 (ja) * 2019-11-26 2023-11-29 セイコーエプソン株式会社 粒子被覆方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN118234889A (zh) 2024-06-21
TW202340507A (zh) 2023-10-16
WO2023085055A1 (ja) 2023-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101797428B1 (ko) 단결정 다이아몬드 성장용 기재 및 단결정 다이아몬드 기판의 제조 방법
JP7078947B2 (ja) ダイヤモンド製膜用下地基板及びそれを用いたダイヤモンド基板の製造方法
JP4528654B2 (ja) 積層基板、積層基板の製造方法及びデバイス
JP2011084411A (ja) 単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法
WO2020217564A1 (ja) 半導体膜
WO2020194803A1 (ja) 下地基板及びその製造方法
TWI836383B (zh) 形成石墨烯層結構之方法及石墨烯基板
WO2022053038A1 (zh) AlN单晶薄膜生长方法及具有该薄膜的声表面波谐振器
JP2005219962A (ja) ダイヤモンド単結晶基板及びその製造方法
Shervin et al. Flexible single-crystalline GaN substrate by direct deposition of III-N thin films on polycrystalline metal tape
JP2004269313A (ja) 窒化ガリウム結晶基板の製造方法
JP6784870B1 (ja) 半導体膜
JP7298832B2 (ja) ダイヤモンド製膜用下地基板及びそれを用いたダイヤモンド基板の製造方法
WO2023085055A1 (ja) 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
WO2023153396A1 (ja) 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
WO2024048357A1 (ja) 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
WO2024053384A1 (ja) 下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
KR20240100360A (ko) 하지기판 및 단결정 다이아몬드 적층기판 그리고 그들의 제조방법
JP5545567B2 (ja) 単結晶ダイヤモンド成長用の基材及び単結晶ダイヤモンドの製造方法
WO2023182312A1 (ja) β型酸化ガリウム膜付き基板及びその製造方法
JP7439117B2 (ja) 下地基板及びその製造方法
TW202421820A (zh) 形成石墨烯層結構的方法及石墨烯基板
JPH09309795A (ja) 立方晶窒化アルミニウム薄膜およびその合成方法
JP2003026500A (ja) 結晶性ＳｉＣ薄膜の構造およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231024