JP4340881B2 - Diamond manufacturing method - Google Patents

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本発明は、ダイヤモンドの製造方法、特に半導体デバイス用基板や光学部品に適した大型ダイヤモンド単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing diamond, and particularly to a method for producing a large diamond single crystal suitable for a semiconductor device substrate or an optical component.

ダイヤモンドは高硬度、高熱伝導率の他、高い光透過率、ワイドバンドギャップなどの多くの優れた性質を有することから、各種工具、光学部品、半導体、電子部品の材として幅広く用いられており、今後さらに重要性が増すものと考えられる。ダイヤモンドは過去には天然に産出するものが工業用途に使用されたが、現在では工業用途はもっぱら人工合成されたものが中心である。ダイヤモンド単結晶は現在工業的には、すべてそれらが安定である数万気圧以上の圧力下で合成されている。このような高い圧力を発生する超高圧容器は非常に高価であり、大きさにも制限があるため、高温高圧法による大型の単結晶合成には限界がある。不純物として窒素(N)を含んだ黄色を呈するIb型のダイヤモンドについては1cmφ級のものが高圧合成法により合成、販売されているがこの程度の大きさがほぼ限界と考えられている。また、不純物のない無色透明なIIa型のダイヤモンドについては、天然のものを除けば、さらに小さい数mmφ程度以下のものに限られている。   Since diamond has many excellent properties such as high hardness, high thermal conductivity, high light transmittance, wide band gap, etc., it is widely used as a material for various tools, optical parts, semiconductors, electronic parts, In the future, it will be even more important. In the past, naturally occurring diamonds have been used for industrial applications, but now industrial applications are mainly artificially synthesized. Diamond single crystals are currently synthesized industrially under pressures of tens of thousands of atmospheric pressures at which they are stable. Such an ultra-high pressure vessel that generates a high pressure is very expensive and has a limited size. Therefore, there is a limit to the synthesis of a large single crystal by a high-temperature and high-pressure method. As for the Ib type diamond having a yellow color containing nitrogen (N) as an impurity, a 1 cmφ class diamond is synthesized and sold by a high pressure synthesis method, but this size is considered to be almost the limit. Further, the colorless and transparent type IIa diamond having no impurities is limited to a smaller one of several mmφ or less, except for natural ones.

一方高圧合成法と並んでダイヤモンドの合成法として確立されている方法として気相合成法がある。この方法によっては数cm〜10cmφの比較的大面積のものが人工的に製造されているが、これらは通常は多結晶膜である。しかし、ダイヤモンドの用途の中でも特に平滑な面を必要とする超精密工具や光学部品、半導体などに用いられる場合は、単結晶ダイヤモンドを用いることが必要になる。そこで、従来から気相合成法によりエピタキシャル成長させて単結晶ダイヤモンドを得る方法が検討されている。   On the other hand, a gas phase synthesis method is established as a diamond synthesis method along with a high pressure synthesis method. According to this method, those having a relatively large area of several cm to 10 cmφ are artificially manufactured, but these are usually polycrystalline films. However, it is necessary to use single crystal diamond when used for ultra-precision tools, optical parts, semiconductors, etc. that require a smooth surface, among diamond applications. Therefore, methods for obtaining single crystal diamond by epitaxial growth by vapor phase synthesis have been studied.

一般にエピタキシャル成長は、成長する物質を同種の基板上に成長させるホモエピタキシャル成長と、異種基板の上に成長させるヘテロエピタキシャル成長とが考えられる。ヘテロエピタキシャル成長では、これまで立方晶窒化硼素(cBN)、炭化珪素、珪素、ニッケル、コバルトなどが報告されている(特許文献1〜3参照)が、ヘテロエピタキシャル成長により膜質のよい単結晶は得られていないため、ホモエピタキシャル成長による単結晶合成が有力と考えられる。ホモエピタキシャル成長では、高圧合成によるダイヤモンドIb基板の上に高純度のダイヤモンドを気相からエピタキシャル成長させることにより、高圧で得られるIIaダイヤモンドを上回る大きなIIa単結晶ダイヤモンドを得ることができる。また、同一の結晶方位に向けた複数のダイヤモンド基板、あるいはダイヤモンド粒を用い、この上に一体のダイヤモンドを成長させることにより小傾角粒界のみを持つダイヤモンドが得られることも報告されている(特許文献4参照)。   In general, the epitaxial growth is considered to be homoepitaxial growth in which a growing material is grown on the same type of substrate and heteroepitaxial growth in which a growth material is grown on a different type of substrate. In heteroepitaxial growth, cubic boron nitride (cBN), silicon carbide, silicon, nickel, cobalt, and the like have been reported so far (see Patent Documents 1 to 3), but single crystals with good film quality have been obtained by heteroepitaxial growth. Therefore, single crystal synthesis by homoepitaxial growth is considered to be dominant. In homoepitaxial growth, high-purity diamond is epitaxially grown from a gas phase on a diamond Ib substrate by high-pressure synthesis, whereby a large IIa single crystal diamond that exceeds IIa diamond obtained at high pressure can be obtained. It has also been reported that a diamond having only a low-angle grain boundary can be obtained by using a plurality of diamond substrates or diamond grains oriented in the same crystal orientation and growing a single diamond thereon (patent) Reference 4).

しかしながら、ホモエピタキシャル成長によりダイヤモンドを合成する場合に問題となるのは基板の除去法、再利用法である。Ibダイヤモンド等を基板として気相合成によりIIaダイヤモンド膜を得る場合には、成長させたダイヤモンド層から何らかの方法によりIbダイヤモンド基板を取り除く必要がある。このための方法としてはエピタキシャル膜と基板を分離させる方法もしくは基板を全くなくしてしまう方法が考えられる。ダイヤモンド単結晶基板は高価であるから前者の方法が望ましいことはいうまでもなく、スライス加工がその代表的な方法である。しかし、ダイヤモンドの面積が大きくなればなるほどスライスするためにはダイヤモンドの厚みが必要になり、成功率も悪くなってしまう。   However, a problem in synthesizing diamond by homoepitaxial growth is a method for removing and reusing a substrate. When an IIa diamond film is obtained by vapor phase synthesis using Ib diamond or the like as a substrate, it is necessary to remove the Ib diamond substrate from the grown diamond layer by some method. As a method for this, a method of separating the epitaxial film and the substrate or a method of eliminating the substrate at all can be considered. Since the diamond single crystal substrate is expensive, it is needless to say that the former method is desirable, and slicing is a typical method. However, the larger the diamond area, the thicker the diamond is needed for slicing and the worse the success rate.

このため、1cm×1cmの大きさのダイヤモンドになると、もはやスライス加工は困難で、基板を除去する方法を用いざるを得ない。   For this reason, when the diamond has a size of 1 cm × 1 cm, slicing is no longer difficult, and a method of removing the substrate must be used.

これには、ダイヤモンド砥粒を用いた研磨や鉄表面と反応させ反応した層を除去する方法(例えば特許文献5参照)、イオンビーム照射による方法(特許文献6参照)などが知られているがいずれも長時間を要するものとなる。また、高圧合成による基板を再使用できないことは、コスト的にも大きな不利となる。パリクらは、数MeVに加速した酸素(O)イオンをダイヤモンド表面に打ち込み加熱することにより、μmオーダーのダイヤモンド単結晶膜を基板から取り出す方法を報告している(N.R.Parikh et al., Appl.Phs.Lett.61(1992)3124)。しかしこの方法は、加熱して分離させる際に分離したダイヤモンド層に熱応力によると見られる歪みが加わり、反り等が生じて非常に扱いにくいものであった。   For this, polishing using diamond abrasive grains, a method of removing a layer reacted with an iron surface and reacting (for example, see Patent Document 5), a method by ion beam irradiation (see Patent Document 6), and the like are known. Both of them take a long time. In addition, the inability to reuse a substrate by high-pressure synthesis is a significant disadvantage in terms of cost. Parik et al. Have reported a method of removing a diamond single crystal film of μm order from a substrate by implanting oxygen (O) ions accelerated to several MeV into the diamond surface and heating (N. R. Parikh et al. Appl. Phs. Lett. 61 (1992) 3124). However, this method is very difficult to handle due to warping and the like, which is caused by distortion that appears due to thermal stress in the separated diamond layer when heated and separated.

また、富川らは、ダイヤモンドの上にニッケル(Ni)、ダイヤモンドの順にヘテロエピタキシャル成長させた後、中間層のNiを溶解させることにより、基板と独立したダイヤモンドエピタキシャル成長膜を得る方法を提案している(特許文献7参照)。この方法も前述のように、あまり良好ではないダイヤモンドヘテロエピタキシャル技術に基づくものであり、膜質の点で問題点が残る。   In addition, Tomikawa et al. Proposed a method of obtaining a diamond epitaxial growth film independent of the substrate by heteroepitaxial growth of nickel (Ni) and diamond in this order on diamond and then dissolving Ni in the intermediate layer ( (See Patent Document 7). As described above, this method is also based on the diamond heteroepitaxial technique which is not so good, and there remains a problem in terms of film quality.

さらに築野らは、半導体ダイヤモンド層を放電加工により切断加工することにより、高価なダイヤモンド基板を再生利用する方法を提案した(特許文献8参照)。この方法は、簡便なダイヤモンド基板の再生方法を提供したが、複数の絶縁性ダイヤモンド層を取り出す際に、各層ごとに放電加工する必要があり、一括して取り出すことが難しく、加工時間の短縮に限界があった。また、ダイヤモンドを成長させた後で任意の厚さのダイヤモンド層を切り出すことはできず、前もって切り出す厚さに合わせて半導体ダイヤモンド層をつくりこんでおく必要があり、工程の自由度は高くなかった。   Furthermore, Tsukino et al. Proposed a method of recycling an expensive diamond substrate by cutting a semiconductor diamond layer by electric discharge machining (see Patent Document 8). This method provided a simple method for regenerating a diamond substrate, but when taking out a plurality of insulating diamond layers, it is necessary to perform electric discharge machining for each layer. There was a limit. In addition, it is not possible to cut a diamond layer of any thickness after growing the diamond, and it is necessary to build a semiconductor diamond layer according to the thickness to be cut in advance, and the degree of freedom of the process is not high. .

このような状況から、ダイヤモンド単結晶上に気相合成により良好な結晶性をもった膜をエピタキシャル成長させ、ダイヤモンドエピタキシャル膜と基板ダイヤモンドの双方を破損することなく、また結晶性を悪化させることなく、高速に分離し、基板を再使用できるようにする方法が強く望まれるところであった。
特開昭63−224225号公報 特開平2−233591号公報 特開平4−132687号公報 特開平3−75298号公報 特開平2−26900号公報 特開昭64−68484号公報 特開平1−266825号公報 特開平7−69795号公報
From such a situation, a film having good crystallinity is epitaxially grown on a diamond single crystal by vapor phase synthesis, without damaging both the diamond epitaxial film and the substrate diamond, and without deteriorating the crystallinity, There has been a strong demand for a method that enables high-speed separation and reuse of the substrate.
JP-A-63-224225 JP-A-2-233591 JP-A-4-132687 Japanese Patent Laid-Open No. 3-75298 JP-A-2-26900 Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-68484 JP-A-1-266825 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-69795

以上のように、従来の技術では、高純度の大面積のダイヤモンドをエピタキシャル成長させて高品質ダイヤモンド単結晶を成長させても、エピタキシャルダイヤモンドを単独で使用するためには、基板を再利用可能な形で除去するのは困難であり、再使用不可能な形で除去する方法を用いざる得なかった。   As described above, in the conventional technology, even if high-purity large-area diamond is epitaxially grown to grow a high-quality diamond single crystal, in order to use epitaxial diamond alone, the substrate can be reused. It was difficult to remove with a method, and a method of removing in a non-reusable form had to be used.

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決し、ダイヤモンド基板上に気相合成法によりエピタキシャル成長を行い、ダイヤモンドエピタキシャル膜と基板ダイヤモンドの双方を破損することなく分離することができるダイヤモンドの製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to solve such problems of the prior art, perform epitaxial growth on a diamond substrate by vapor phase synthesis, and separate the diamond epitaxial film and the substrate diamond without damaging them. It is in providing the manufacturing method of.

本発明者らは、ダイヤモンド基板上に気相から半導体ダイヤモンド層をまず成長させ、その上に絶縁性ダイヤモンド層を成長させれば、電気化学的エッチングにより、選択的に半導体ダイヤモンドのみをエッチングすることで基板と絶縁性ダイヤモンド層を分離し、基板は再利用することが出来ることを見出した。   The inventors of the present invention can selectively etch only semiconductor diamond by electrochemical etching if a semiconductor diamond layer is first grown from a vapor phase on a diamond substrate and an insulating diamond layer is grown thereon. And separating the substrate and the insulating diamond layer, and found that the substrate can be reused.

さらに、複数の半導体ダイヤモンド層と絶縁性ダイヤモンド層を交互に積層した場合、電気化学的エッチングを用いれば、選択的に全ての半導体ダイヤモンド層のみをエッチングすることが出来、絶縁性ダイヤモンド層と基板とを効率よく分離することが出来ることを見出した。   In addition, when a plurality of semiconductor diamond layers and insulating diamond layers are alternately laminated, by using electrochemical etching, only all the semiconductor diamond layers can be selectively etched. It was found that can be separated efficiently.

さらに、ダイヤモンド基板上に絶縁性ダイヤモンド層を成長させた後でも、イオン注入法により、分離したい深さの位置に原子濃度の最大値が5×1018〜2×1021個/cmの範囲の注入層を形成するようにイオンを打ち込み、導電性を付与した後で、電気化学的エッチングや、放電加工によっても絶縁性ダイヤモンド層と基板を分離し、基板は再利用することが出来ることを見出した。 Furthermore, even after the insulating diamond layer is grown on the diamond substrate, the maximum value of the atomic concentration is in the range of 5 × 10 18 to 2 × 10 21 atoms / cm 3 at the depth to be separated by ion implantation. After implanting ions to form an implanted layer and imparting conductivity, the insulating diamond layer and the substrate can be separated by electrochemical etching or electrical discharge machining, and the substrate can be reused. I found it.

本発明でいうイオン注入は、所望の元素をイオン化し、質量分析器で分離した後、高電圧を印加して試料に導入するものである。導入するイオン、印加する高電圧、試料の元素、密度などによって、導入されるイオンの深さ方向の分布を設計することができる。本発明においては、注入層は基板上に連続した層となるように注入する。印加する電圧を変えながら注入することによって、注入層の厚さを調節することが可能である。また、さらに、印加する電圧の変化幅を大きくすることにより、それぞれの電圧に対する注入層の間に注入イオンが実質的に存在しない層ができ、これは絶縁性ダイヤモンドのままである。すなわち、複数の注入層に挟まれた複数の絶縁性ダイヤモンド層を形成することができる。   In the ion implantation in the present invention, a desired element is ionized, separated by a mass spectrometer, and then introduced into a sample by applying a high voltage. The distribution of the introduced ions in the depth direction can be designed according to the ions to be introduced, the high voltage to be applied, the element of the sample, the density, and the like. In the present invention, the injection layer is injected so as to be a continuous layer on the substrate. By injecting while changing the applied voltage, the thickness of the injection layer can be adjusted. Furthermore, by increasing the change width of the voltage to be applied, a layer in which implanted ions are not substantially present between the implanted layers for each voltage is formed, and this remains an insulating diamond. That is, a plurality of insulating diamond layers sandwiched between a plurality of injection layers can be formed.

即ち、本発明は以下の構成よりなる。
(1)ダイヤモンド基板上に気相合成法により半導体ダイヤモンド層を成長させる工程と、
その上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンド層を成長させる工程と、
前記半導体ダイヤモンド層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、絶縁性ダイヤモンド層とダイヤモンド基板を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(2)ダイヤモンド基板上に気相合成法により複数の半導体ダイヤモンド層および絶縁性ダイヤモンド層を、半導体ダイヤモンド層、絶縁性ダイヤモンド層の順に交互に積層させる工程と、
前記複数の半導体ダイヤモンド層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、複数の絶縁性ダイヤモンド層相互と、ダイヤモンド基板を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) a step of growing a semiconductor diamond layer on a diamond substrate by a vapor phase synthesis method;
A step of growing an insulating diamond layer thereon by vapor phase synthesis;
A method for producing diamond, comprising: a step of separating the insulating diamond layer and the diamond substrate by etching the semiconductor diamond layer by an electrochemical technique.
(2) a step of alternately laminating a plurality of semiconductor diamond layers and insulating diamond layers on a diamond substrate in the order of a semiconductor diamond layer and an insulating diamond layer by a vapor phase synthesis method;
A method for producing diamond, comprising a step of separating the plurality of insulating diamond layers and the diamond substrate by etching the plurality of semiconductor diamond layers by an electrochemical technique.

(3)前記(1)又は(2)に記載のダイヤモンドの製造方法であって、ダイヤモンド基板、半導体ダイヤモンド層、絶縁性ダイヤモンド層のうちの少なくとも1つが、単結晶ダイヤモンドであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(4)前記(1)又は(2)に記載のダイヤモンドの製造方法であって、電気化学的手法によるエッチングが、ダイヤモンドを電解質水溶液中に浸し、電極に電位をかけることによりエッチングする方法であり、被エッチング材を陽極に配置し、かつ電解質水溶液中に有機酸もしくはアルコール類が存在していることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(3) The method for producing diamond according to (1) or (2), wherein at least one of the diamond substrate, the semiconductor diamond layer, and the insulating diamond layer is single crystal diamond. Diamond manufacturing method.
(4) The method for producing diamond according to (1) or (2), wherein the etching by an electrochemical method is performed by immersing diamond in an aqueous electrolyte solution and applying an electric potential to the electrode. A method for producing diamond, wherein a material to be etched is disposed on an anode, and an organic acid or an alcohol is present in an aqueous electrolyte solution.

(5)ダイヤモンド基板上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンドを成長させる工程と、
絶縁性ダイヤモンドの表面から、ダイヤモンド基板の直上に、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように、イオン注入法によって該原子のイオンを注入する工程と、
その注入層を放電加工してダイヤモンド基板と絶縁性ダイヤモンド層を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(6)ダイヤモンド基板上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンドを成長させる工程と、
絶縁性ダイヤモンドの表面から、ダイヤモンド基板の直上に、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように、イオン注入法によって該原子のイオンを注入する工程と、
その注入層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、ダイヤモンド基板と絶縁性ダイヤモンド層を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(5) a step of growing insulating diamond on the diamond substrate by vapor phase synthesis;
Ion implantation is performed so that an implantation layer having a maximum atomic concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less is formed immediately above the diamond substrate from the surface of the insulating diamond. Implanting ions of the atoms by the method,
A method for producing diamond, comprising a step of subjecting the injection layer to electrical discharge machining to separate the diamond substrate and the insulating diamond layer.
(6) a step of growing insulating diamond on the diamond substrate by vapor phase synthesis;
Ion implantation is performed so that an implantation layer having a maximum atomic concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less is formed immediately above the diamond substrate from the surface of the insulating diamond. Implanting ions of the atoms by the method,
A method for producing diamond, comprising a step of separating the diamond substrate and the insulating diamond layer by etching the injection layer by an electrochemical technique.

(7)前記(5)又は(6)に記載のダイヤモンドの製造方法において、用いる注入するイオンが、炭素、アルゴン、ヘリウム、水素、シリコン、ゲルマニウム、スズの中から選択されるイオンであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(8)前記(5)〜(7)のいずれかに記載のダイヤモンドの製造方法において、ダイヤモンド基板および絶縁性ダイヤモンド層のうちの少なくとも1つが、単結晶ダイヤモンドであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(9)前記(6)に記載のダイヤモンドの製造方法であって、電気化学的手法によるエッチングが、ダイヤモンドを電解質水溶液中に浸し、電極に電位をかけることによりエッチングする方法であり、被エッチング材を陽極に配置し、かつ電解質水溶液中に有機酸もしくはアルコール類が存在していることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
(7) In the method for producing diamond according to (5) or (6), ions to be used are ions selected from carbon, argon, helium, hydrogen, silicon, germanium, and tin. A method for producing diamond characterized.
(8) The method for producing diamond according to any one of (5) to (7), wherein at least one of the diamond substrate and the insulating diamond layer is single crystal diamond. Method.
(9) The method for producing diamond according to (6), wherein the etching by an electrochemical method is performed by immersing diamond in an electrolyte aqueous solution and applying an electric potential to the electrode, Is disposed on the anode, and an organic acid or alcohol is present in the aqueous electrolyte solution.

本発明によるダイヤモンドの製造方法を用いることによって、ダイヤモンド種結晶を効率よく利用することができるので、ダイヤモンドを安価に製造することができる。また、従来加工が困難であった大型ダイヤモンド単結晶の製造が容易になる。   By using the diamond manufacturing method according to the present invention, the diamond seed crystal can be used efficiently, so that diamond can be manufactured at low cost. Further, it becomes easy to produce a large diamond single crystal that has been difficult to process conventionally.

本発明でいうダイヤモンド基板は、単結晶であっても多結晶であっても良いが、単結晶ダイヤモンドの方が高価であり、本発明の効果をより大きく発揮させることができるので好ましい。   The diamond substrate in the present invention may be single crystal or polycrystal, but single crystal diamond is more expensive and is preferable because the effects of the present invention can be exhibited more greatly.

本発明でいう絶縁性ダイヤモンド、半導体ダイヤモンドも、単結晶であっても多結晶であっても良いが、多結晶ダイヤモンドの自立板は本方法によらなくとも比較的容易に得ることができるため、単結晶ダイヤモンドを用いるほうがより好ましい。   Insulating diamond and semiconductor diamond in the present invention may be single crystal or polycrystalline, but a self-supporting plate of polycrystalline diamond can be obtained relatively easily without using this method. It is more preferable to use single crystal diamond.

本発明でいう半導体ダイヤモンドは、気相合成法によって成長される。その成長法は既知のいずれの方法によっても良いが、できるだけ低抵抗率であることが好ましい。ドーパントとしてはB(ホウ素)を含むことが好ましいが、B、N(窒素)やP(燐)、S(硫黄)、もしくはLi(リチウム)等のなかから1つ以上のドーパントを含んでも良い。   The semiconductor diamond referred to in the present invention is grown by a vapor phase synthesis method. The growth method may be any known method, but it is preferable that the resistivity be as low as possible. The dopant preferably contains B (boron), but may contain one or more dopants such as B, N (nitrogen), P (phosphorus), S (sulfur), or Li (lithium).

本発明でいう絶縁性ダイヤモンドは、気相合成法によって成長される。その成長法は、公知のいずれの方法によっても良い。この部分から、最終製品となる絶縁性ダイヤモンド基板を得るので、できる限り結晶性は良いことが望ましい。   The insulating diamond referred to in the present invention is grown by a vapor phase synthesis method. The growth method may be any known method. Since an insulating diamond substrate as a final product is obtained from this portion, it is desirable that the crystallinity is as good as possible.

本発明でいう電気化学的エッチングとは、ダイヤモンドを電解質水溶液中に浸し、参照電極に対してある一定の電位をかけることによって、ダイヤモンド表面で水の電気分解反応を起こさせる。ダイヤモンドを陰極に配置した場合には、半導体ダイヤモンド表面にのみ水素ガスが発生する。このとき、一部のプロトンが半導体ダイヤモンドと絶縁性ダイヤモンドの界面に浸透し、界面で水素ガスが発生することによって、半導体ダイヤモンドと絶縁性ダイヤモンドの界面を分離させることが出来る。逆に、陽極に配置した場合には、半導体ダイヤモンド表面に酸素が発生するが、この酸素ガスが半導体ダイヤモンドを選択的にエッチングすることによって、絶縁性ダイヤモンドと半導体ダイヤモンドを分離させることが出来る。放電加工による分離と違い、複数の半導体ダイヤモンド層に全て同時に電位をかけることによって、同時に複数の半導体ダイヤモンド層を加工し、複数の絶縁性ダイヤモンド層と、ダイヤモンド基板を分離することが容易である。   The electrochemical etching referred to in the present invention causes water to be electrolyzed on the diamond surface by immersing diamond in an aqueous electrolyte solution and applying a certain potential to the reference electrode. When diamond is arranged on the cathode, hydrogen gas is generated only on the surface of the semiconductor diamond. At this time, some protons permeate the interface between the semiconductor diamond and the insulating diamond, and hydrogen gas is generated at the interface, whereby the interface between the semiconductor diamond and the insulating diamond can be separated. On the contrary, when it is arranged on the anode, oxygen is generated on the surface of the semiconductor diamond, and this oxygen gas selectively etches the semiconductor diamond, whereby the insulating diamond and the semiconductor diamond can be separated. Unlike the separation by electric discharge machining, it is easy to simultaneously process a plurality of semiconductor diamond layers by simultaneously applying a potential to the plurality of semiconductor diamond layers to separate the plurality of insulating diamond layers from the diamond substrate.

特に、陽極にダイヤモンドを配置した際に、電解質水溶液中に、ギ酸、酢酸などの有機酸類、もしくはメタノール、エタノールなどのアルコール類を溶解させると、それらの効果によって半導体ダイヤモンドが非常に効率よくエッチングされることを見出した。また、電流密度を10A/cm以上を超えて電解電流を投入することによっても、飛躍的にエッチング効率を向上させることもできることを見出した。 In particular, when diamond is placed on the anode, if organic acids such as formic acid and acetic acid, or alcohols such as methanol and ethanol are dissolved in the aqueous electrolyte solution, semiconductor diamond is etched very efficiently due to these effects. I found out. It has also been found that the etching efficiency can be dramatically improved by supplying an electrolytic current with a current density exceeding 10 A / cm 2 or more.

あらかじめ取り出したい絶縁性ダイヤモンド層の厚さが判っている場合には、それに基づいて半導体ダイヤモンド層と絶縁性ダイヤモンド層の積層条件を決定することにより取り出したい絶縁性ダイヤモンド層を得ることが出来るが、そうでない場合には、気相合成法により半導体ダイヤモンド層を積層する方法は適切な方法ということが出来ない。それに対して、イオン注入により導電層(注入層)を形成する方法は、絶縁性ダイヤモンド層を形成した後でも、ダイヤモンド基板の直上だけでなく、絶縁性ダイヤモンド層の任意の深さに導電層を形成することにより所望の絶縁性ダイヤモンド層を得ることが出来るので、設計の自由度は高い。本発明では、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように、イオン注入法によって該原子のイオンを注入することによって、導電層の導電率を高め、放電加工及び電気化学的エッチングにより容易に基板との分離が行えることを見出した。注入量が少なすぎる場合には、導電率が低く、放電加工や電気化学エッチングの効率が極端に落ちる。逆に、注入量が大きすぎると、表面近傍層の注入による損傷が無視できないレベルに達し、良好な結晶性を維持することが出来なくなるため好ましくない。 When the thickness of the insulating diamond layer to be taken out is known in advance, the insulating diamond layer to be taken out can be obtained by determining the lamination conditions of the semiconductor diamond layer and the insulating diamond layer based on the thickness. Otherwise, the method of laminating the semiconductor diamond layer by the vapor phase synthesis method cannot be an appropriate method. On the other hand, the method of forming a conductive layer (implanted layer) by ion implantation is not limited to just above the diamond substrate, but after the insulating diamond layer is formed, the conductive layer is formed at an arbitrary depth of the insulating diamond layer. Since a desired insulating diamond layer can be obtained by forming, the degree of freedom in design is high. In the present invention, ions of the atoms are implanted by an ion implantation method so as to form an implanted layer in which the maximum value of the atomic concentration is in the range of 5 × 10 18 atoms / cm 3 to 2 × 10 21 atoms / cm 3. Thus, it has been found that the conductivity of the conductive layer is increased, and the substrate can be easily separated from the substrate by electrical discharge machining and electrochemical etching. When the injection amount is too small, the electrical conductivity is low, and the efficiency of electric discharge machining or electrochemical etching is extremely reduced. On the other hand, if the injection amount is too large, the damage due to the injection of the near-surface layer reaches a level that cannot be ignored, and it becomes impossible to maintain good crystallinity.

注入イオンの深さ方向の分布は、そのターゲット材料の構成原子、密度、および注入イオンの質量、およびエネルギーを決めることにより、モンテカルロシミュレーションによって求めることが出来る。逆に、必要な注入層の深さおよび密度が決まれば、必要な注入エネルギー、注入量は決定できる。複数の絶縁性ダイヤモンド層を分離したければ、複数の注入層を形成するように注入エネルギー、注入量を決定すればよい。用いるイオンとしては特に制限はないが、軽い原子の方が同じエネルギーで深く迄注入できること、また同じ深さに注入する場合に、深さ方向プロファイルの分布が小さくて済むこと等から好ましい。また、不活性ガス、並びにダイヤモンドの構成元素である炭素、さらには炭素と同じIV属元素は、所望の注入深さ領域以外に残留した場合に結晶性、電気特性、光学特性に対する影響が小さくて済むため、好ましい。これらのことから、炭素、アルゴン、ヘリウム、水素、シリコン、ゲルマニウム、スズが用いるイオン種としては好ましい。通常、これらのイオンを、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように注入すると、ダイヤモンドの炭素原子のsp3構造は破壊され、部分的にsp2構造を持つようになる。sp2構造は導電性を有するため、イオン注入層は導電性を有することになる。 The distribution of the implanted ions in the depth direction can be obtained by Monte Carlo simulation by determining the constituent atoms and density of the target material, and the mass and energy of the implanted ions. Conversely, if the required depth and density of the injection layer are determined, the required injection energy and injection amount can be determined. If it is desired to separate a plurality of insulating diamond layers, the implantation energy and the implantation amount may be determined so as to form a plurality of implantation layers. The ions to be used are not particularly limited, but light atoms are preferable because they can be implanted deeply with the same energy, and when the implantation is carried out at the same depth, the distribution in the depth direction profile can be small. In addition, the inert gas, carbon that is a constituent element of diamond, and the same group IV element as carbon have little influence on crystallinity, electrical characteristics, and optical characteristics when remaining outside the desired implantation depth region. This is preferable because it can be completed. For these reasons, the ion species used by carbon, argon, helium, hydrogen, silicon, germanium, and tin are preferable. Usually, when these ions are implanted so as to form an implanted layer having a maximum atomic concentration in the range of 5 × 10 18 atoms / cm 3 to 2 × 10 21 atoms / cm 3 , sp3 of diamond carbon atoms The structure is destroyed and partially has an sp2 structure. Since the sp2 structure has conductivity, the ion implantation layer has conductivity.

このようにイオン注入導電層を形成し、後は放電加工法、もしくは電気化学的エッチング法により、形成した導電層を切断、エッチングすることによって、絶縁性ダイヤモンド層を切り出すことができる。ダイヤモンド単結晶基板直上の絶縁性ダイヤモンド層部分にイオン注入導電層を形成すれば、絶縁性ダイヤモンド層とダイヤモンド単結晶基板を取り出し、ダイヤモンド単結晶基板を再生利用することが出来る。もちろん、複数のイオン注入導電層を形成しておれば、複数の絶縁性ダイヤモンド層を切り出すことができる。   By forming the ion-implanted conductive layer in this way and then cutting and etching the formed conductive layer by an electric discharge machining method or an electrochemical etching method, the insulating diamond layer can be cut out. If an ion-implanted conductive layer is formed in the insulating diamond layer portion immediately above the diamond single crystal substrate, the insulating diamond layer and the diamond single crystal substrate can be taken out and the diamond single crystal substrate can be recycled. Of course, if a plurality of ion-implanted conductive layers are formed, a plurality of insulating diamond layers can be cut out.

(実施例1)
2.5×2.5×0.5mmの大きさを持つ高圧合成ダイヤモンド単結晶IIa基板を用意した。主面の面方位は{111}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法により、メタン1.5%−水素系ガスを用いて5μmの厚さのB(硼素)ドープダイヤモンドを成長させた。さらに、その上に、熱フィラメントCVD法によって、300μmの厚さの絶縁性ダイヤモンドを成長させた。絶縁性ダイヤモンドは、X線回折によって単結晶であることが確認された。
(Example 1)
A high-pressure synthetic diamond single crystal IIa substrate having a size of 2.5 × 2.5 × 0.5 mm was prepared. The plane orientation of the main surface was {111}. On this, B (boron) dope diamond having a thickness of 5 μm was grown using a 1.5% methane-hydrogen gas by a microwave plasma CVD method. Further, an insulating diamond having a thickness of 300 μm was grown thereon by a hot filament CVD method. The insulating diamond was confirmed to be a single crystal by X-ray diffraction.

こうして得られた絶縁性ダイヤモンド/B(硼素)ドープダイヤモンド/単結晶基板構造の試料を、下記の電気化学的エッチングに供した。
電解質として硫酸ナトリウムを0.2モル/リットルの濃度で溶解した水溶液を用いた。作用電極として上記試料をセットし、銀−塩化銀電極を参照電極として、作用電極に−20Vの電位をかけた。作用電極は、Bドープ層に電極を接続すると共に、基板裏面は樹脂で保護した。すると、側面の硼素ドープダイヤモンドが露出している部分から、大量の水素が発生するのが確認できた。流れている電流は、硼素ドープダイヤモンドの露出している部分の単位面積あたり、約500A/cmであった。
The insulating diamond / B (boron) doped diamond / single crystal substrate structure sample thus obtained was subjected to the following electrochemical etching.
An aqueous solution in which sodium sulfate was dissolved at a concentration of 0.2 mol / liter was used as the electrolyte. The above sample was set as a working electrode, and a potential of −20 V was applied to the working electrode using the silver-silver chloride electrode as a reference electrode. The working electrode was connected to the B-doped layer, and the back surface of the substrate was protected with a resin. Then, it was confirmed that a large amount of hydrogen was generated from the exposed portion of the boron-doped diamond on the side surface. The flowing current was about 500 A / cm 2 per unit area of the exposed portion of the boron-doped diamond.

1時間処理した後確認すると、絶縁性ダイヤモンド/Bドープダイヤモンド、及びBドープダイヤモンド/単結晶基板の双方の界面から剥離が発生し、さらに3時間処理することによって全面が剥離し、絶縁性ダイヤモンド単結晶、及び単結晶基板の分離ができた。双方、分離した面にはBドープダイヤモンドが部分的に残っていたが、簡単な機械加工によって除去することが出来、単結晶基板は再生利用することが出来た。   When it is confirmed after treatment for 1 hour, peeling occurs from the interfaces of both the insulating diamond / B-doped diamond and the B-doped diamond / single crystal substrate, and the whole surface is peeled by further treatment for 3 hours. The crystal and single crystal substrate could be separated. In both cases, B-doped diamond partially remained on the separated surfaces, but could be removed by simple machining, and the single crystal substrate could be recycled.

(実施例2)
2.5×2.5×0.3mmの大きさを持つ、高圧合成ダイヤモンド単結晶Ib基板を用意した。主面の面方位{100}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法により、メタン1%−水素系ガスを用いて、Bドープダイヤモンド層と絶縁性ダイヤモンド層の積層構造を形成させたその結果、図1に示すような絶縁性ダイヤモンド/Bドープダイヤモンドの積層構造を有するダイヤモンドが得られた。最表面を電子線回折法により評価した結果、単結晶であることが確認された。こうして得られた試料を、下記の電気化学的エッチングに供した。
(Example 2)
A high-pressure synthetic diamond single crystal Ib substrate having a size of 2.5 × 2.5 × 0.3 mm was prepared. The plane orientation of the main surface was {100}. On this, a laminated structure of a B-doped diamond layer and an insulating diamond layer was formed by microwave plasma CVD using methane 1% -hydrogen gas, and as a result, insulating diamond as shown in FIG. A diamond having a laminated structure of / B-doped diamond was obtained. As a result of evaluating the outermost surface by the electron diffraction method, it was confirmed to be a single crystal. The sample thus obtained was subjected to the following electrochemical etching.

電解質として、硫酸ナトリウム0.15モル/リットルの濃度で溶解した水溶液を用いた。作用電極として上記試料をセットし、銀−塩化銀電極を参照電極として、作用電極に+15Vの電位をかけた。作用電極は、全てのBドープ層に電極を接続すると共に、基板裏面は樹脂で保護した。すると、側面の硼素ドープダイヤモンドが露出している部分から、大量の酸素が発生するのが確認できた。流れている電流は、硼素ドープダイヤモンドの露出している部分の単位面積あたり、約300A/cmであった。 As an electrolyte, an aqueous solution dissolved at a concentration of 0.15 mol / liter of sodium sulfate was used. The above sample was set as a working electrode, and a potential of +15 V was applied to the working electrode using the silver-silver chloride electrode as a reference electrode. The working electrode was connected to all the B-doped layers, and the back surface of the substrate was protected with a resin. Then, it was confirmed that a large amount of oxygen was generated from the exposed portion of the boron-doped diamond on the side surface. The flowing current was about 300 A / cm 2 per unit area of the exposed portion of the boron-doped diamond.

2時間処理した後側面を確認すると、Bドープダイヤモンド層の部分が集中的にエッチングされていることが確認できた。さらに20時間処理したところ、Bドープ層側面のエッチングが全面に進行し、全ての絶縁性ダイヤモンド層と単結晶基板の分離ができた。分離した面には、Bドープダイヤモンドが部分的に残っていたが、簡単な機械加工によって除去することが出来、単結晶基板は再生利用することが出来た。得られた絶縁性ダイヤモンド単結晶は、二結晶X線回折法による(400)面のロッキングカーブの半値幅は、基板側から30秒、45秒、35秒と良好であった。   When the side surface was confirmed after the treatment for 2 hours, it was confirmed that the portion of the B-doped diamond layer was intensively etched. After further treatment for 20 hours, the etching of the side surface of the B-doped layer progressed to the entire surface, and all the insulating diamond layers and the single crystal substrate could be separated. B-doped diamond partially remained on the separated surface, but could be removed by simple machining, and the single crystal substrate could be recycled. The obtained insulating diamond single crystal had good half-value widths of the rocking curve on the (400) plane by the double crystal X-ray diffraction method of 30 seconds, 45 seconds, and 35 seconds from the substrate side.

(実施例3)
本実施例においては、天然Iaダイヤモンド単結晶(3×5×0.25mm)を用意した。主面の面方位は{100}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法により、メタン4%−水素系ガスを用いて、Bドープダイヤモンド層と絶縁性ダイヤモンド層の積層構造を形成させたその結果、図2に示すような絶縁性ダイヤモンド/Bドープダイヤモンドの積層構造を有するダイヤモンドが得られた。最表面を電子線回折法により評価した結果、単結晶であることが確認された。こうして得られた試料を、下記の電気化学的エッチングに供した。
(Example 3)
In this example, a natural Ia diamond single crystal (3 × 5 × 0.25 mm) was prepared. The plane orientation of the main surface was {100}. On this, a laminated structure of a B-doped diamond layer and an insulating diamond layer was formed by microwave plasma CVD using methane 4% -hydrogen gas, and as a result, insulating diamond as shown in FIG. A diamond having a laminated structure of / B-doped diamond was obtained. As a result of evaluating the outermost surface by the electron diffraction method, it was confirmed to be a single crystal. The sample thus obtained was subjected to the following electrochemical etching.

電解質として、硫酸ナトリウム0.25モル/リットルの濃度で溶解した水溶液に、さらに酢酸を1モル/リットルの濃度で混合した。作用電極として上記試料をセットし、銀−塩化銀電極を参照電極として、作用電極に+20Vの電位をかけた。作用電極は、全てのBドープ層に電極を接続すると共に、基板裏面は樹脂で保護した。すると、側面の硼素ドープダイヤモンドが露出している部分から、大量の酸素が発生するのが確認できた。流れている電流は、硼素ドープダイヤモンドの露出している部分の単位面積あたり、約350A/cmであった。 As an electrolyte, acetic acid was further mixed at a concentration of 1 mol / liter with an aqueous solution dissolved at a concentration of 0.25 mol / liter of sodium sulfate. The above sample was set as a working electrode, and a potential of +20 V was applied to the working electrode using a silver-silver chloride electrode as a reference electrode. The working electrode was connected to all the B-doped layers, and the back surface of the substrate was protected with a resin. Then, it was confirmed that a large amount of oxygen was generated from the exposed portion of the boron-doped diamond on the side surface. The flowing current was about 350 A / cm 2 per unit area of the exposed portion of the boron-doped diamond.

5時間処理した後側面を確認すると、Bドープ層側面のエッチングが全面に進行し、全ての絶縁性ダイヤモンド層と単結晶基板の分離ができた。分離した面には、Bドープダイヤモンドが部分的に残っていたが、簡単な機械加工によって除去することが出来、単結晶基板は再生利用することが出来た。得られた得られた絶縁性ダイヤモンド単結晶は、二結晶X線回折法による(400)面のロッキングカーブの半値幅は、基板側から40秒、45秒、55秒と良好であった。   When the side surface was confirmed after the treatment for 5 hours, the etching of the side surface of the B-doped layer proceeded to the entire surface, and all the insulating diamond layers and the single crystal substrate were separated. B-doped diamond partially remained on the separated surface, but could be removed by simple machining, and the single crystal substrate could be recycled. In the obtained insulating diamond single crystal, the half-value width of the rocking curve of the (400) plane according to the double crystal X-ray diffraction method was good at 40 seconds, 45 seconds, and 55 seconds from the substrate side.

(実施例4)
本実施例においては、天然IIaダイヤモンド単結晶(4×4×0.3mm)を用意した。主面の面方位は{100}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法によって、メタン2%−水素系を用いて、絶縁性ダイヤモンド層を120μm形成した。
成長表面を機械研磨して平坦にした後、水素イオンを成長表面からイオン注入した。注入エネルギーは5MeV、注入量は1.5×1017ions/cmとした。深さ方向の注入プロファイルは図3のようになり、絶縁性ダイヤモンド/単結晶基板の界面に、およそ10μm厚さで5×1018個/cm以上、最大2×1020個/cmの注入量となる。
(Example 4)
In this example, a natural IIa diamond single crystal (4 × 4 × 0.3 mm) was prepared. The plane orientation of the main surface was {100}. On this, an insulating diamond layer of 120 μm was formed by microwave plasma CVD using a methane 2% -hydrogen system.
After the growth surface was flattened by mechanical polishing, hydrogen ions were implanted from the growth surface. The injection energy was 5 MeV, and the injection amount was 1.5 × 10 17 ions / cm 2 . The implantation profile in the depth direction is as shown in FIG. 3. At the interface of the insulating diamond / single crystal substrate, a thickness of about 10 μm is 5 × 10 18 pieces / cm 3 or more, and a maximum of 2 × 10 20 pieces / cm 3 . It becomes the injection amount.

この注入層は導電性を示し、放電加工で絶縁性ダイヤモンド層(厚さ100μm)と、ダイヤモンド単結晶基板を分離することができた。得られた絶縁性ダイヤモンド層は、電子線回折法により単結晶であることが確認され、二結晶X線回折法による(400)面のロッキングカーブの半値幅は48秒と良好であった。   This injection layer showed conductivity, and the insulating diamond layer (thickness: 100 μm) and the diamond single crystal substrate could be separated by electric discharge machining. The obtained insulating diamond layer was confirmed to be a single crystal by the electron diffraction method, and the half width of the rocking curve of the (400) plane by the double crystal X-ray diffraction method was good at 48 seconds.

(実施例5)
本実施例においては、天然IIaダイヤモンド単結晶(4×4×0.3mm)を用意した。主面の面方位は{100}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法によって、メタン2%−水素系を用いて、絶縁性ダイヤモンド層を120μm形成した。
(Example 5)
In this example, a natural IIa diamond single crystal (4 × 4 × 0.3 mm) was prepared. The plane orientation of the main surface was {100}. On this, an insulating diamond layer of 120 μm was formed by microwave plasma CVD using a methane 2% -hydrogen system.

成長表面を機械研磨して平坦にした後、水素イオンを成長表面からイオン注入した。注入エネルギーは5MeVとし、注入量は1.5×1017ions/cmとした。深さ方向の注入プロファイルは図3のようになり、絶縁性ダイヤモンド/単結晶基板の界面に、およそ10μm厚さで5×1018個/cm以上、最大2×1020個/cmの注入量となる。最表面を電子線回折法により評価した結果、単結晶であることが確認された。こうして得られた試料を、下記の電気化学的エッチングに供した。 After the growth surface was flattened by mechanical polishing, hydrogen ions were implanted from the growth surface. The injection energy was 5 MeV, and the injection amount was 1.5 × 10 17 ions / cm 2 . The implantation profile in the depth direction is as shown in FIG. 3. At the interface of the insulating diamond / single crystal substrate, a thickness of about 10 μm is 5 × 10 18 pieces / cm 3 or more, and a maximum of 2 × 10 20 pieces / cm 3 . It becomes the injection amount. As a result of evaluating the outermost surface by the electron diffraction method, it was confirmed to be a single crystal. The sample thus obtained was subjected to the following electrochemical etching.

この注入層は、導電性を示した。電解質として硫酸ナトリウムを0.2モル/リットルの濃度で溶解した水溶液を用いた。作用電極として上記試料をセットし、銀−塩化銀電極を参照電極として、作用電極に+30Vの電位をかけた。作用電極は、上記注入層(導電性)に電極を接続すると共に、基板裏面は樹脂で保護した。すると、側面の注入層が露出している部分から、大量の酸素および二酸化炭素が発生するのが確認できた。流れている電流は、注入層が露出している部分の単位面積あたり、約800A/cmであった。 This injection layer exhibited electrical conductivity. An aqueous solution in which sodium sulfate was dissolved at a concentration of 0.2 mol / liter was used as the electrolyte. The above sample was set as a working electrode, and a potential of +30 V was applied to the working electrode using a silver-silver chloride electrode as a reference electrode. The working electrode connected the electrode to the injection layer (conductive), and the back surface of the substrate was protected with a resin. Then, it was confirmed that a large amount of oxygen and carbon dioxide was generated from the exposed portion of the side injection layer. The flowing current was about 800 A / cm 2 per unit area where the injection layer was exposed.

3時間処理した後側面を確認すると、注入層側面のエッチングが全面に進行し、絶縁性ダイヤモンド層と単結晶基板の分離ができた。分離した面には、注入層が部分的に残っていたが、簡単な機械加工によって除去することが出来、単結晶基板は再生利用することが出来た。   When the side surface was confirmed after the treatment for 3 hours, etching of the side surface of the injection layer proceeded to the entire surface, and the insulating diamond layer and the single crystal substrate could be separated. The injection layer partially remained on the separated surface, but could be removed by simple machining, and the single crystal substrate could be recycled.

(実施例6)
本実施例においては、天然IIaダイヤモンド単結晶(4×4×0.3mm)を用意した。主面の面方位は{100}であった。この上に、マイクロ波プラズマCVD法によって、メタン2%−水素系を用いて、絶縁性ダイヤモンド層を120μm形成した。
(Example 6)
In this example, a natural IIa diamond single crystal (4 × 4 × 0.3 mm) was prepared. The plane orientation of the main surface was {100}. On this, an insulating diamond layer of 120 μm was formed by microwave plasma CVD using a methane 2% -hydrogen system.

成長表面を機械研磨して平坦にした後、水素イオンを成長表面からイオン注入した。注入エネルギーは5MeVとし、注入量は1.5×1017ions/cmとした。深さ方向の注入プロファイルは図3のようになり、絶縁性ダイヤモンド/単結晶基板の界面に、およそ10μm厚さで5×1018個/cm以上、最大2×1020個/cmの注入量となる。 After the growth surface was flattened by mechanical polishing, hydrogen ions were implanted from the growth surface. The injection energy was 5 MeV, and the injection amount was 1.5 × 10 17 ions / cm 2 . The implantation profile in the depth direction is as shown in FIG. 3. At the interface of the insulating diamond / single crystal substrate, a thickness of about 10 μm is 5 × 10 18 pieces / cm 3 or more, and a maximum of 2 × 10 20 pieces / cm 3 . It becomes the injection amount.

この注入層は、導電性を示した。電解質として、硫酸ナトリウム0.25モル/リットルの濃度で溶解した水溶液に、さらに酢酸を1モル/リットルの濃度で混合した。作用電極として上記試料をセットし、銀−塩化銀電極を参照電極として、作用電極に+20Vの電位をかけた。作用電極は、注入層に電極を接続すると共に、基板裏面は樹脂で保護した。すると、側面の注入層が露出している部分から、大量の酸素および二酸化炭素が発生するのが確認できた。流れている電流は、注入層の露出している部分の単位面積あたり、約350A/cmであった。 This injection layer exhibited electrical conductivity. As an electrolyte, acetic acid was further mixed at a concentration of 1 mol / liter with an aqueous solution dissolved at a concentration of 0.25 mol / liter of sodium sulfate. The above sample was set as a working electrode, and a potential of +20 V was applied to the working electrode using a silver-silver chloride electrode as a reference electrode. The working electrode was connected to the injection layer and the back surface of the substrate was protected with a resin. Then, it was confirmed that a large amount of oxygen and carbon dioxide was generated from the exposed portion of the side injection layer. The flowing current was about 350 A / cm 2 per unit area of the exposed portion of the injection layer.

2時間処理した後側面を確認すると、注入層側面のエッチングが全面に進行し、絶縁性ダイヤモンド層と単結晶基板の分離ができた。分離した面には、注入層が部分的に残っていたが、簡単な機械加工によって除去することが出来、単結晶基板は再生利用することが出来た。得られた得られた絶縁性ダイヤモンド単結晶は、二結晶X線回折法による(400)面のロッキングカーブの半値幅は、44秒と良好であった。   When the side surface was confirmed after the treatment for 2 hours, the etching on the side surface of the injection layer proceeded to the entire surface, and the insulating diamond layer and the single crystal substrate could be separated. The injection layer partially remained on the separated surface, but could be removed by simple machining, and the single crystal substrate could be recycled. The obtained insulating diamond single crystal had a favorable half-value width of the rocking curve of the (400) plane by a double crystal X-ray diffraction method of 44 seconds.

実施例2で得られた絶縁性ダイヤモンド/Bドープダイヤモンドの積層構造を示した図である。4 is a diagram showing a laminated structure of insulating diamond / B-doped diamond obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られた絶縁性ダイヤモンド/Bドープダイヤモンドの積層構造を示した図である。4 is a view showing a laminated structure of insulating diamond / B-doped diamond obtained in Example 3. FIG. 実施例4〜6におけるイオン注入の深さ方向の注入プロファイルを示したグラフである。It is the graph which showed the implantation profile of the depth direction of the ion implantation in Examples 4-6.

Claims (9)

ダイヤモンド基板上に気相合成法により半導体ダイヤモンド層を成長させる工程と、
その上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンド層を成長させる工程と、
前記半導体ダイヤモンド層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、絶縁性ダイヤモンド層とダイヤモンド基板を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
A step of growing a semiconductor diamond layer on the diamond substrate by vapor phase synthesis;
A step of growing an insulating diamond layer thereon by vapor phase synthesis;
A method for producing diamond, comprising: a step of separating the insulating diamond layer and the diamond substrate by etching the semiconductor diamond layer by an electrochemical technique.
ダイヤモンド基板上に気相合成法により複数の半導体ダイヤモンド層および絶縁性ダイヤモンド層を、半導体ダイヤモンド層、絶縁性ダイヤモンド層の順に交互に積層させる工程と、
前記複数の半導体ダイヤモンド層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、複数の絶縁性ダイヤモンド層相互と、ダイヤモンド基板を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
A step of alternately laminating a plurality of semiconductor diamond layers and insulating diamond layers on a diamond substrate in the order of a semiconductor diamond layer and an insulating diamond layer by vapor phase synthesis;
A method for producing diamond, comprising a step of separating the plurality of insulating diamond layers and the diamond substrate by etching the plurality of semiconductor diamond layers by an electrochemical technique.
請求項1又は2に記載のダイヤモンドの製造方法であって、ダイヤモンド基板、半導体ダイヤモンド層、絶縁性ダイヤモンド層のうちの少なくとも1つが、単結晶ダイヤモンドであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。   3. The method for producing diamond according to claim 1, wherein at least one of the diamond substrate, the semiconductor diamond layer, and the insulating diamond layer is single crystal diamond. 請求項1又は2に記載のダイヤモンドの製造方法であって、電気化学的手法によるエッチングが、ダイヤモンドを電解質水溶液中に浸し、電極に電位をかけることによりエッチングする方法であり、被エッチング材を陽極に配置し、かつ電解質水溶液中に有機酸もしくはアルコール類が存在していることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。   3. The method for producing diamond according to claim 1, wherein the etching by an electrochemical method is a method of etching by immersing diamond in an electrolyte aqueous solution and applying an electric potential to the electrode. And an organic acid or an alcohol is present in the electrolyte aqueous solution. ダイヤモンド基板上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンドを成長させる工程と、
絶縁性ダイヤモンドの表面から、ダイヤモンド基板の直上に、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように、イオン注入法によって該原子のイオンを注入する工程と、
その注入層を放電加工してダイヤモンド基板と絶縁性ダイヤモンド層を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
A step of growing insulating diamond on the diamond substrate by vapor phase synthesis;
Ion implantation is performed so that an implantation layer having a maximum atomic concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less is formed immediately above the diamond substrate from the surface of the insulating diamond. Implanting ions of the atoms by the method,
A method for producing diamond, comprising a step of subjecting the injection layer to electrical discharge machining to separate the diamond substrate and the insulating diamond layer.
ダイヤモンド基板上に気相合成法により絶縁性ダイヤモンドを成長させる工程と、
絶縁性ダイヤモンドの表面から、ダイヤモンド基板の直上に、原子濃度の最大値が5×1018個/cm以上2×1021個/cm以下の範囲の注入層を形成するように、イオン注入法によって該原子のイオンを注入する工程と、
その注入層を電気化学的手法によりエッチングすることにより、ダイヤモンド基板と絶縁性ダイヤモンド層を分離する工程
を含むことを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
A step of growing insulating diamond on the diamond substrate by vapor phase synthesis;
Ion implantation is performed so that an implantation layer having a maximum atomic concentration of 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less is formed immediately above the diamond substrate from the surface of the insulating diamond. Implanting ions of the atoms by the method,
A method for producing diamond, comprising a step of separating the diamond substrate and the insulating diamond layer by etching the injection layer by an electrochemical technique.
請求項5又は6に記載のダイヤモンドの製造方法において、注入するイオンが、炭素、アルゴン、ヘリウム、水素、シリコン、ゲルマニウム、スズの中から選択されるイオンであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。   7. The method for producing diamond according to claim 5, wherein the ions to be implanted are ions selected from carbon, argon, helium, hydrogen, silicon, germanium, and tin. . 請求項5〜7のいずれかに記載のダイヤモンドの製造方法において、ダイヤモンド基板および絶縁性ダイヤモンド層のうちの少なくとも1つが、単結晶ダイヤモンドであることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。   8. The method for producing diamond according to claim 5, wherein at least one of the diamond substrate and the insulating diamond layer is single crystal diamond. 請求項6に記載のダイヤモンドの製造方法であって、電気化学的手法によるエッチングが、ダイヤモンドを電解質水溶液中に浸し、電極に電位をかけることによりエッチングする方法であり、被エッチング材を陽極に配置し、かつ電解質水溶液中に有機酸もしくはアルコール類が存在していることを特徴とするダイヤモンドの製造方法。
7. The method for producing diamond according to claim 6, wherein the etching by an electrochemical method is performed by immersing diamond in an electrolyte aqueous solution and applying an electric potential to the electrode, and the material to be etched is disposed on the anode. And an organic acid or an alcohol is present in the aqueous electrolyte solution.
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