JP6569605B2 - 積層基板の製造方法および積層基板 - Google Patents

Description

本発明は、積層基板の製造方法および積層基板に関し、特に、基板上に単結晶ダイヤモンド層が設けられた積層基板の製造方法およびその製造方法より得られる積層基板に関する。

近年、パワー半導体デバイスなどに用いる半導体材料として、単結晶ダイヤモンドの利用が注目されている。これは、ダイヤモンドは、シリコンや炭化ケイ素、窒化ガリウム等の半導体材料に比べて、絶縁耐圧および熱伝導率などの物理特性が優れているためである。

従来、単結晶ダイヤモンドはＨＰＨＴ（High Pressure High Temperature;高温高圧）法を用いた合成によって得られている。ＨＰＨＴ法により得られる単結晶ダイヤモンドは結晶性が高いとされるものの、この方法により得られる単結晶ダイヤモンドはせいぜい５ｍｍ四方程度であり、大型化は現状困難である。

そこで近年、大面積の単結晶ダイヤモンドを作製するために、ダイヤモンドの格子定数に近い格子定数を有する材料層の表面に、ＣＶＤ法を用いて単結晶ダイヤモンド層をヘテロエピタキシャル成長させる技術が検討されつつある。

例えば、特許文献１には、単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材が開示されている。特許文献１に開示される単結晶ダイヤモンド成長用基材は、単結晶ＳｉＣ基板と、該単結晶ＳｉＣ基板にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜又はロジウム膜とを有する。特許文献１によると、この単結晶ダイヤモンド成長用基材を用いて、単結晶タイヤモンド層をヘテロエピタキシャル成長させることができる。

特開２０１１−８４４１１号公報

特許文献１に開示される技術を用いることで、単結晶ＳｉＣ基板の上に単結晶タイヤモンド層が形成された積層基板を作製することはできる。しかしながら、現在利用可能な単結晶ＳｉＣ基板は４インチ基板が中心であり、大口径基板であってもせいぜい６インチ基板である。そのため、単結晶タイヤモンド層が形成された積層基板の大口径化および低コスト化が希求される。

そこで、本発明は、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板の製造方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、この製造方法により得られる積層基板の提供を目的とする。

本発明者は、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。そして、比較的安価に入手でき、かつ大口径ウェーハとして利用可能なシリコン基板を、単結晶ダイヤモンドの成長用基板として用いることをまず着想した。ここで、シリコンの格子定数は０．５４３ｎｍ（５．４３Å）である一方、ダイヤモンドの格子定数は０．３５６ｎｍ（３．５６Å）であり、両者の格子定数の差は大きい。そのため、シリコン基板の表面に、単結晶ダイヤモンド層を直接ヘテロエピタキシャル成長させることは難しい。そこで、本発明者は、特許文献１に開示されているように、シリコンとダイヤモンドとの格子不整合を緩和する酸化マグネシウム層を、シリコン基板と単結晶ダイヤモンド層の間とに設けることを試みた。しかしながら、酸化マグネシウムの格子定数は０．４２１ｎｍ（４．２１Å）であり、シリコンと酸化マグネシウムでも格子不整合を起こしてしまうため、単結晶ダイヤモンド層を得ることはできなかった。

そこで本発明者はさらに検討し、シリコンの格子定数と、酸化マグネシウムの格子定数との間の格子定数を有する緩和層を更に設けることを検討した。しかしながら、格子定数条件を満足する緩和層を設けたとしても、適切な材料を用いなければ、充分な品質の単結晶タイヤモンド層を有する積層基板が得られないことが本発明者により確認された。そこで本発明者は、シリコン基板の表層部に適切な改質層を設け、その表面に酸化マグネシウム層を形成することで、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板が得られることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）シリコン基板の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を形成する改質層形成工程と、前記シリコン基板の前記改質層側の表面に、酸化マグネシウム層を形成する酸化マグネシウム層形成工程と、前記酸化マグネシウム層の上に、単結晶ダイヤモンド層を形成する単結晶ダイヤモンド層形成工程と、を含むことを特徴とする積層基板の製造方法。

（２）前記単結晶ダイヤモンド層形成工程に先立ち、前記酸化マグネシウム層の上にイリジウム層を形成するイリジウム層形成工程を更に含む、前記（１）に記載の積層基板の製造方法。

（３）前記改質層形成工程において、前記シリコン基板を炭化処理することにより前記改質層を形成する、前記（１）または（２）に記載の積層基板の製造方法。

（４）前記炭化処理を、炭化水素ガス雰囲気下にて、１０００℃以上の温度で３０分以上行う、前記（３）に記載の積層基板の製造方法。

（５）シリコン基板と、該シリコン基板の表面に設けられた酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層の上に設けられた単結晶ダイヤモンド層と、を有する積層基板であって、前記シリコン基板は、前記表面側の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を有することを特徴とする積層基板。

（６）前記酸化マグネシウム層と、前記単結晶ダイヤモンド層との間に、イリジウム層を有する、前記（５）に記載の積層基板。

なお、本明細書において、基板または所定層の「表面」に層を設ける（あるいは、形成する）とは、別の層を介することなく、基板または所定層の露出面に層を直接設けることを意味する。ただし、基板表面または所定層表面に、自然酸化膜等の製造工程上不可避に生ずる層の形成は排除されない。一方、所定層の「上に」層を設けるとは、所定層の上方に層を設けることを意味するものである。この場合、別の層を介して、所定層の上に層が設けられていてもよいし、別の層を介することなく、所定層の表面に層が設けられていてもよい。

本発明によれば、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板の製造方法および積層基板を提供することができる。

本発明の一実施形態に従う積層基板１００の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の好適実施形態に従う積層基板２００の製造方法を説明するフローチャートである。 実施例における膜厚の測定位置を説明するための模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。また、図１，２では図面の簡略化のため、シリコンウェーハ１０および各層の厚さについて、実際の厚さの割合と異なり誇張して示す。また、各層の厚み（膜厚）にばらつきがある場合は、算術平均値を用いて厚みを定義するものとする。

（積層基板の製造方法）
初めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に従う積層基板１００の製造方法を説明する。本実施形態に従う積層基板１００の製造方法は、シリコン基板１０の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層１２を形成する改質層形成工程（図１（Ａ），（Ｂ））と、シリコン基板１０の改質層１２側の表面１０Ａに、酸化マグネシウム層２０を形成する酸化マグネシウム層形成工程（図１（Ｃ））と、酸化マグネシウム層２０の上に、単結晶ダイヤモンド層４０を形成する単結晶ダイヤモンド層形成工程（図１（Ｄ））と、を含む。以下、各工程の詳細を順次説明する。

＜改質層形成工程＞
改質層形成工程（図１（Ａ），（Ｂ））では、シリコン基板１０の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣ（「β−ＳｉＣ」とも呼ばれる）からなる改質層１２を形成する。なお、ここで言うシリコン基板１０の表層部とは、シリコン基板１０の表面１０Ａから、３Ｃ−ＳｉＣが検出される部分までの厚み範囲を指すものとする。シリコン基板１０の表層部における３Ｃ−ＳｉＣは、例えばＸ線回折により確認することができる。本工程の技術的意義の詳細については後述する。

本工程において、シリコン基板１０を炭化処理することにより、改質層１２を形成することが好ましい。なお、炭化処理は一般的な手法により行うことができる。例えば、熱処理炉内にプロパンガス、メタンガス、エタンガス等の炭素系ガスと、キャリアガスとしての水素ガスを導入し、炭素雰囲気で、シリコン基板１０の温度を１０００〜１３００℃として、１〜６０分の炭化処理を行うことにより、改質層１２を形成することができる。なお、バルクの状態のシリコン基板１０の欠陥密度が少ないほど、改質層１２の欠陥密度を少なくすることができる。

また、改質層１２をより確実に形成するために、炭化水素ガス雰囲気下にて、１０００℃以上の温度で３０分以上行うことが好ましい。

一方、本工程では、上述の炭化処理に替えて、構成元素に炭素を含むクラスターイオンをシリコン基板１０の表面に照射し、照射後にアニール処理することによって、改質層１２を形成することができる。このようなクラスターイオン照射を行うには、例えば、原料ガスを炭化水素系ガスとして、日新イオン機器株式会社製のＣＬＡＲＩＳ（登録商標）を用いることができる。この場合、クラスターイオンの炭素ドーズ量を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。

また、クラスターイオンは結合様式によって多種のクラスターが存在し、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法で生成してもよい。ガスクラスタービームの生成法として、（１）特開平９−４１１３８号公報、（２）特開平４−３５４８６５号公報、イオンビームの生成法として、（１）荷電粒子ビーム工学：石川順三：ＩＳＢＮ９７８−４−３３９−００７３４−３：コロナ社、（２）電子・イオンビーム工学：電気学会：ＩＳＢＮ４−８８６８６−２１７−９：オーム社、（３）クラスターイオンビーム基礎と応用：ＩＳＢＮ４−５２６−０５７６５−７：日刊工業新聞社。また、一般的に、正電荷のクラスターイオンの発生にはニールセン型イオン源あるいはカウフマン型イオン源が用いられ、負電荷のクラスターイオンの発生には体積生成法を用いた大電流負イオン源が用いられる。

このようにして、本工程により、シリコン基板１０の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層１２を形成することができる。なお、次工程においてシリコン基板１０の表面１０Ａに形成する酸化マグネシウム層との密着性を確実にするため、改質層１２の厚みは１０ｎｍ以上あることが好ましい。さらに、改質層１２の結晶性を高めるため、改質層１２の厚みは１００ｎｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。改質層１２の厚みの上限は特に制限されない。工業的な生産を考慮すると８００ｎｍ程度とすることができる。なお、改質層１２の厚みは、例えば炭化処理の処理時間を延すことで、厚くすることができる。

＜酸化マグネシウム層形成工程＞
改質層形成工程に続き、本実施形態では、シリコン基板１０の改質層１２側の表面１０Ａに、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層２０を形成する酸化マグネシウム層形成工程を行う（図１（Ｃ））。

酸化マグネシウム層２０は、一般的な成膜法によりヘテロエピタキシャル成長させて形成することができ、例えば、スパッタ成膜法および電子ビーム蒸着法などを用いることができる。スパッタ成膜法を用いる場合、１Ｐａ〜１００Ｐａ程度の真空下にアルゴンガスを流入させて、１〜１０ｋＶ程度の負の直流高電圧を印加して放電させ、ターゲットをスパッタリングして酸化マグネシウムを成膜すればよい。なお、スパッタ成膜中、シリコン基板１０の基板温度８００℃〜１０００℃とすることが好ましい。

＜単結晶ダイヤモンド層形成工程＞
最後に、酸化マグネシウム層形成工程に続き、酸化マグネシウム層２０の上に、単結晶ダイヤモンド層４０を形成する単結晶ダイヤモンド層形成工程を行う（図１（Ｄ））。こうして、単結晶ダイヤモンド層４０を有する積層基板１００を製造することができる。

単結晶ダイヤモンド層４０は、ＣＶＤ法によりヘテロエピタキシャル成長させて形成することができ、例えば、熱フィラメントＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法などを用いることができる。熱フィラメントＣＶＤ法を用いる場合、タングステン、タンタル、レニウム、モリブデン、イリジウムなどからなるフィラメントを用いて、フィラメント温度を１９００℃〜２３００℃程度とし、メタンなどの炭化水素系原料ガスから炭素ラジカルを生成すればよい。なお、フィラメントと、シリコン基板１０との距離は、５ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。

ここで、本実施形態において、シリコン基板１０の表層部に改質層１２を形成することの技術的意義について説明する。実施例において実験条件の詳細を後述するが、本発明者の検討によると、上述の改質層１２を形成することなく、バルクのシリコン基板１０の表面に酸化マグネシウム層を形成しようとしても、格子不整合により酸化マグネシウム層を形成することはできなかった。

そこで、シリコンの格子定数と、酸化マグネシウムの格子定数との間の格子定数を有する緩和層として、格子定数が０．４８１ｎｍ（４．８１Å）の酸化カルシウム（ＣａＯ）層をシリコン基板の表面に設けることを本発明者は検討した。酸化カルシウム層の表面に酸化マグネシウム層を形成した場合、最終的に単結晶ダイヤモンド層を形成することはできた。しかしながら、積層基板の最表面の形成される単結晶ダイヤモンド層の膜厚均一性は、半導体デバイス用としては不十分であった。また、酸化カルシウム層に替えて格子定数が０．５１４ｎｍ（５．１４Å）の、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）層を形成した場合でも、単結晶ダイヤモンド層の膜厚均一性は不十分なものであった。

本発明者は、これらの緩衝層を設けた場合に、膜厚均一性が不十分であった理由について鋭意検討したところ、ＣａＯおよびＳｒＯは、ＭｇＯとの反応性が乏しいことが原因ではないかと考えた。反応性が乏しいために、酸化マグネシウム層の膜厚均一性が悪化し、その膜厚均一性が最表面の単結晶ダイヤモンド層まで引き継がれてしまう。そこで、これらの酸化物層に替えて、ＳｉとＭｇＯとの格子不整合を緩和する緩衝層として、炭素を構成元素に含む、３Ｃ−ＳｉＣを用いることを、本発明者は着想した。そして、シリコン基板１０の表層部に、既述の改質層１２を形成することで、積層基板の最表面の形成される単結晶ダイヤモンド層の膜厚均一性を良好にできることを実験的に明らかにした。このような効果が得られる理由を、本発明者は、３Ｃ−ＳｉＣは、ＣａＯおよびＳｒＯに比べて、ＭｇＯとの密着性が高いからではないかと考えている。

以上のように、本実施形態により、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板の製造方法を提供することができる。そして、こうして得られた積層基板１００は、単結晶ダイヤモンド層の膜厚均一性も優れている。

＜積層基板２００の製造方法＞
次に、本発明の好適実施形態に従う積層基板２００の製造方法について、図２を用いて説明する。なお、前述の積層基板１００の製造方法に従う実施形態と同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。以降も、同様に、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。

図２（Ｄ）に示すように、積層基板２００の製造方法の実施形態は、単結晶ダイヤモンド層形成工程（図２（Ｅ））に先立ち、酸化マグネシウム層２０の上にイリジウム層３０を形成するイリジウム層形成工程を更に含むことが好ましい。

イリジウム層３０は、一般的な成膜法によりヘテロエピタキシャル成長させて形成することができ、例えば、スパッタ成膜法および電子ビーム蒸着法などを用いることができる。スパッタ成膜法を用いる場合、１Ｐａ〜１００Ｐａ程度の真空下にアルゴンガスを流入させて、１〜１０ｋＶ程度の負の直流高電圧を印加して放電させ、ターゲットをスパッタリングしてイリジウムを成膜すればよい。なお、スパッタ成膜中、シリコン基板１０の基板温度７００℃〜９００℃とすることが好ましい。

イリジウム（Ｉｒ）の格子定数は０．３８４ｎｍ（３．８４Å）であるため、酸化マグネシウム層２０と、単結晶ダイヤモンド層４０との格子不整合を緩和する緩衝層として機能することができる。そのため、イリジウム層３０を設けることにより、積層基板２００における単結晶ダイヤモンド層４０の結晶性をより高めることができる。

以下、積層基板１００，２００の製造方法における好適態様について述べる。

シリコン基板１０としては、チョクラルスキ法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスして得られるシリコンウェーハを使用することができる。なお、シリコン基板１０には、炭素および／または窒素が添加されていてもよい。さらに、シリコン基板１０は、任意のドーパントが所定濃度添加されていてもよく、いわゆるｎ型またはｐ型であってもよい。シリコン基板１０の主面は特に制限されず、例えば（１００）面、（１１０）面および（１１１）面のいずれかとすることができる。

上記実施形態に用いることのできるシリコン基板１０の口径は任意である。すなわち、直径２０ｍｍ（０．７５インチ）以上のウェーハ（例えば、直径１００ｍｍ（４インチ）、直径１５０ｍｍ（６インチ）、直径２００ｍｍ（８インチ））のシリコンウェーハに適用することが可能であり、例示した口径よりも大きなシリコンウェーハにも適用可能である。例えば、直径３００ｍｍおよび直径４５０ｍｍのシリコンウェーハにも適用可能である。

また、転位クラスターおよび空孔凝集欠陥（ＣＯＰ：Crystal Originated Particle）を含まないシリコンウェーハをシリコン基板１０として用いることが好ましい。このようなシリコンウェーハであれば、欠陥密度が小さいため、改質層１２をはじめ、シリコン基板１０の上に形成される層の欠陥密度を低減することができ、最表層として形成される単結晶ダイヤモンド層の欠陥密度も低減できるからである。

なお、本明細書において「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とは、以下に説明する観察評価により、ＣＯＰが検出されないシリコンウェーハを意味するものとする。すなわち、まず、ＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットから切り出し加工されたシリコンウェーハに対して、ＳＣ−１洗浄（すなわち、アンモニア水と過酸化水素水と超純水とを１：１：１５で混合した混合液による洗浄）を行い、洗浄後のシリコンウェーハ表面を、表面欠陥検査装置として例えばKLA-Tenchor社製：Surfscan SP-2を用いて観察評価し、表面ピットと推定される輝点欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を特定する。その際、観察モードはObliqueモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Wide Narrowチャンネルの検出サイズ比に基づいて行うものとする。こうして特定されたＬＰＤに対して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いて、ＣＯＰか否かを評価する。この観察評価により、ＣＯＰが観察されないシリコンウェーハを「ＣＯＰを含まないシリコンウェーハ」とする。

一方、転位クラスターは、過剰な格子間シリコンの凝集体として形成されるサイズの大きな（１０μｍ程度）の欠陥（転位ループ）であり、セコエッチングなどのエッチング処理を施したり、Ｃｕデコレーションしたりして顕在化させることにより、目視レベルで転位クラスターの有無を簡単に確認することができる。

また、酸化マグネシウム層２０の膜厚は、例えば０．５μｍ〜３μｍとすることができる。成膜法により酸化マグネシウム層２０を形成する場合、所望の膜厚が得られるまで成膜を行えばよい。また、イリジウム層３０の膜厚を、例えば０．５μｍ〜３μｍとすることができる。そして、単結晶ダイヤモンド層４０の膜厚を、例えば０．５μｍ〜１０μｍとすることができる。各層の膜厚は、例えば成膜法により形成するのであれば、成膜時間を調整すればよい。

なお、上述の積層基板１００，２００から、単結晶ダイヤモンド層４０を剥離すれば、単結晶ダイヤモンド基板を得ることができる。

（積層基板）
本発明の一実施形態に従う積層基板１００は、前述の積層基板１００の実施形態により作製することができる。この積層基板１００は、図１（Ｄ）に示すように、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の表面に設けられた酸化マグネシウム層２０と、酸化マグネシウム層２０の上に設けられた単結晶ダイヤモンド層４０と、を有する。そして、この積層基板１００において、シリコン基板１０は、酸化マグネシウム層２０が設けられる表面側の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層１２を有する。

そして、本発明の好適実施形態に従う積層基板２００は、前述の積層基板２００の実施形態により作製することができ、図２（Ｅ）に示すように、酸化マグネシウム層２０と、単結晶ダイヤモンド層４０との間に、イリジウム層３０を有することが好ましい。

本実施形態において、酸化マグネシウム層２０、イリジウム層３０および単結晶ダイヤモンド層４０はいずれもヘテロエピタキシャル成長により形成することができる。そのため、大口径のシリコンウェーハをシリコン基板に用いることができる。このように、本実施形態により、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板１００，２００を提供することができる。また、積層基板１００，２００は、単結晶ダイヤモンド層の膜厚均一性も優れている。

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（発明例１）
図２に示したフローチャートに従って、発明例１に係る積層基板を製造した。まず、ＣＺ法により製造した、ＣＯＰフリーの直径２００ｍｍの単結晶シリコンインゴットから、ｐ型のシリコンウェーハを用意し、シリコン基板とした。このシリコンウェーハの主面の面方位は（１００）面であり、酸素濃度は１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、抵抗率は１０Ω・ｃｍである。

次いで、このシリコンウェーハに対して、メタンガス雰囲気下で、１１６０℃の炭化処理を２０分施し、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を形成した。

その後、基板温度を９００℃に維持した状態で、チャンバ内を１２Ｐａとし、ＡｒによりＭｇＯターゲットをスパッタリングし、目標膜厚１．１μｍの酸化マグネシウム層を成膜した。

次に、基板温度を８００℃に維持した状態で、チャンバ内を１０．７Ｐａとし、ＡｒガスによりＩｒターゲットをスパッタリングし、目標膜厚１．２μｍのイリジウム層を成膜した。

最後に、フィラメント型ダイヤモンド成膜装置を用いて、目標膜厚５μｍの単結晶ダイヤモンド層を成膜した。なお、フィラメント温度を２０００℃とし、フィラメントと、シリコンウェーハとの間の距離を１．５ｃｍとした。こうして、発明例１に係る積層基板を作製した。

（従来例１）
発明例１におけるシリコンウェーハに替えて、４インチの３Ｃ−ＳｉＣ基板を用い、３Ｃ−ＳｉＣ基板の表層部は改質層を形成しなかった以外は、発明例１と同様にして、従来例１に係る積層基板を作製した。

（比較例１）
発明例１における改質層の形成に替えて、スパッタ成膜法により酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）層を形成した以外は、発明例１と同様にして、比較例１に係る積層基板を作製した。なお、酸化ストロンチウム層の成膜にあたり、基板温度を８００℃に維持した状態で、チャンバ内を１０．２Ｐａとし、ＡｒによりＳｒＯターゲットをスパッタリングして酸化ストロンチウム層を成膜した。

（比較例２）
発明例１における改質層の形成に替えて、スパッタ成膜法により酸化カルシウム層（ＣａＯ）を形成した以外は、発明例１と同様にして、比較例２に係る積層基板を作製した。なお、酸化カルシウム層の成膜にあたり、基板温度を８００℃に維持した状態で、チャンバ内を１０．３Ｐａとし、ＡｒによりＣａＯターゲットをスパッタリングして酸化カルシウム層を成膜した。

（比較例３）
発明例１において改質層を形成しなかった以外は、発明例１と同様にして、比較例３に係る積層基板を作製した。

＜評価１：ラマン分光法＞
発明例１、従来例１および比較例１〜３のそれぞれの積層基板に対して、ラマン分光法により分光分析を行った。発明例１、従来例１および比較例１〜２のいずれも、ｓｐ３構造を示すＤバンドが検出され、単結晶ダイヤモンドが形成されていることを確認した。一方、比較例３では、ｓｐ２構造を示すＧバンド（１５８０ｃｍ^−１）のスペクトルが検出された。

＜評価２：膜厚分布測定＞
発明例１、従来例１および比較例１〜２のそれぞれの積層基板に対して、膜厚均一性を評価するために、図３に示すＰ１〜Ｐ５のそれぞれの位置における単結晶ダイヤモンド層の膜厚を分光エリプソ法を用いて測定した。なお、図３におけるＰ１はウェーハのノッチ側のエッジ（すなわち、切り欠きがないと仮定した場合のウェーハエッジ位置）から、ウェーハの中心方向へ１ｍｍ内側の位置である。そして、Ｐ２〜Ｐ４は、Ｐ１をウェーハ中心位置から反時計回りに９０度ずつ回転させた位置であり、Ｐ５はウェーハ中心位置である。結果を、下記の表１に示す。なお、比較例３に関しては、単結晶ダイヤモンド膜を形成できなかったため、膜厚測定を実施しなかった。そのため、表中には_「−_」（測定不可）と記載している。

表１の結果から、発明例１では、従来例１および比較例１〜２に比べ、標準偏差σが小さく、膜厚のばらつきが抑制できていることがわかった。このように、発明例１の膜厚均一性は、従来例１および比較例１〜２に比べて良好であることが確認された。また、比較例１と比較例２とでは、単結晶ダイヤモンド層成膜時の目標膜厚の５μｍに対して、膜厚平均値が４．４μｍであったため、目標膜厚に対して１０％以上薄く形成されたことが確認された。この結果は、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を形成した発明例１と異なり、ＳｒＯやＣａＯではＭｇＯとの反応性が乏しいため、単結晶ダイヤモンド層の膜厚が薄くなったからだと考えられる。一方、発明例１では、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層にはＣが存在するため、Ｍｇとの反応性が高く、目標膜厚の５μｍの膜厚の単結晶ダイヤモンド層が成膜できたと考えられる。

＜評価３：結晶性評価＞
さらに、発明例１および従来例１の単結晶ダイヤモンド層の結晶性を、ラマン分光法により評価した。ラマンスペクトルにおける１３３３ｃｍ^−１の位置での半値幅（ＦＷＨＭ）を発明例１と従来例１とで比較したところ、発明例１の半値幅は従来例１より狭く、結晶性が良いことが確認された。この結果は、単結晶ダイヤモンド層の下方の３Ｃ−ＳｉＣ領域における欠陥密度の違いが反映したと考えられる。すなわち、ＣＯＰフリーのシリコンウェーハに形成した３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層は、３Ｃ−ＳｉＣ基板よりも欠陥が少ないからであると考えられる。

本発明によれば、大口径化および低コスト化が可能な、単結晶タイヤモンド層を有する積層基板の製造方法および積層基板を提供できるため、半導体産業において有用である。

１０ シリコン基板
１２ 改質層
２０ 酸化マグネシウム層
３０ イリジウム層
４０ 単結晶ダイヤモンド層
１００ 積層基板
２００ 積層基板

Claims (5)

1. シリコン基板の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を形成する改質層形成工程と、
   前記シリコン基板の前記改質層側の表面に、酸化マグネシウム層を形成する酸化マグネシウム層形成工程と、
   前記酸化マグネシウム層の上に、単結晶ダイヤモンド層を形成する単結晶ダイヤモンド層形成工程と、を含み、
   前記改質層形成工程において、前記シリコン基板を炭化水素ガス雰囲気下にて、１０００℃以上１３００℃以下の温度で３０分以上炭化処理することにより前記改質層を形成することを特徴とする積層基板の製造方法。
2. 前記単結晶ダイヤモンド層形成工程に先立ち、前記酸化マグネシウム層の上にイリジウム層を形成するイリジウム層形成工程を更に含む、請求項１に記載の積層基板の製造方法。
3. シリコン基板と、
   該シリコン基板の表面に設けられた酸化マグネシウム層と、
   該酸化マグネシウム層の上に設けられた単結晶ダイヤモンド層と、を有する積層基板であって、
   前記シリコン基板は、前記表面側の表層部に、３Ｃ−ＳｉＣからなる改質層を有することを特徴とする積層基板。
4. 前記酸化マグネシウム層と、前記単結晶ダイヤモンド層との間に、イリジウム層を有する、請求項３に記載の積層基板。
5. 前記シリコン基板は、ＣＯＰを含まないシリコンウェーハである請求項３または４に記載の積層基板。
   
   

Images