TWI580824B - 單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法 - Google Patents

單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法 Download PDF

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Description

單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法
本發明係關於一種單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法。
鑽石之寬能隙為5.47eV，絕緣破壞電場強度也高達10MV/cm。進而在物質中具有最高之熱傳導率，如果將其用於電子元件，則有利於作為高輸出電力元件。
另外，鑽石具有很高之漂移移動率，即使就Johnson性能指數進行比較，亦有利於作為在半導體中最高速之電力元件。
因此，鑽石被稱為是最適合高頻‧高輸出功率電子元件之最佳半導體。為此，作為基板，利用單結晶鑽石之各種電子元件之研究正在不斷地發展。
現在，鑽石半導體製作用之單結晶鑽石，在多數情況下是以高溫高壓法(HPHT)合成之所謂Ib型或提高了純度之所謂IIa型鑽石。
然而，HPHT單結晶鑽石，雖然能得到高結晶性之產品，但是在大型化生產方面非常困難，而若尺寸增大則價格大幅提高，作為元件用基板之實用化極為困難。
因此，為了提供大面積且價格低廉之單結晶鑽石基板，亦對使用氣相法所沉積的CVD單結晶鑽石進行研究。
最近，作為單結晶鑽石之製造方法，有在HPHT單結晶基材(種基材)上採用直接氣相沉積法，進行同質磊晶成長之同質磊晶CVD單結晶鑽石之報告(參照非專利文獻1)。
採用該方法，由於基材與成長出之單結晶鑽石為同一種材料，故難以將之分離，此外，還由於需要在基材上預先注入離子，或需要在成長後長時間進行濕蝕刻分離處理等，在成本上還存在著需要解決之課題。另外，所得到之單結晶鑽石之結晶性也由於向基材中注入離子之原因，而發生一定程度之低下，以上為其問題點。
而作為其他方法，也有在單結晶之MgO基材(種基材)上進行異質磊晶成長之單結晶銥(Ir)膜上，採用CVD法進行異質磊晶成長之CVD單結晶鑽石之報告(參照非專利文獻2)。
然而，由於在該方法中，單結晶MgO基板與藉由單結晶Ir膜成長的單結晶鑽石之間會產生應力(內部應力與熱應力之和)，因此基材與成長出之單結晶體鑽石出現微細裂紋，以上為其問題點。
[習知技術文獻]
[非專利文獻]
非專利文獻1：日本第20次鑽石研討會講演要旨集(2006)，pp.6-7.
非特許文獻2：Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.L1072-L1074
本發明鑒於上述問題點所製成，目的提供一種單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法，其能夠使大面積且高結晶性之單結晶鑽石成長，能以低成本製造高品質之單結晶鑽石基板。
為了解決上述問題，本發明提供一種單結晶鑽石成長用基材，係用以使單結晶鑽石成長之基材，該單結晶鑽石成長用基材之特徵在於至少具有：基底基材，由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成；單結晶MgO層，在該基底基材之該單結晶鑽石成長側採用貼合法形成；以及由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜，於該單結晶MgO層上進行異質磊晶成長。
像這樣，使由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材表面與表面經平滑研磨後之單結晶MgO貼合，而形成單結晶MgO層，在該MgO層上能夠使結晶性良好之銥膜、銠膜、鉑膜成長，在該基材上使單結晶鑽石成長，從而可得到高結晶性之單結晶鑽石。
另外，使用由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，則由於與鑽石之熱膨脹係數相對地接近，所以單結晶鑽石成長時由於熱膨脹產生之應力較小，從而單結晶鑽石或基材幾乎不會出現裂紋。另外，由於在這種基底基材上具有MgO層，進而具有由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜，從而在單結晶鑽石成長時可以發揮良好之緩衝層之功能。
而MgO層是以使單結晶MgO基板與基底基材貼合而形成，相較於使MgO層異質磊晶成長，更容易形成高結晶性之單結晶MgO層，以更高之生產效率製造。
以上可知，本發明之單結晶鑽石成長用基材，係能夠以低成本使大面積且高結晶性之單結晶鑽石成長之基材。
在此，該基底基材可由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、鑽石、SiO2任一者所構成。
基底基材由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、SiO2任一者所構成，則價格低廉，還能得到平滑之研磨表面。另外，基材只要是由鑽石(HPHT、多結晶)所構成，由於與成長之鑽石為同一材料，基本上不會產生由於熱膨脹所致之應力，可以得到大面積之單結晶鑽石。
此時，該基底基材之厚度宜做到0.03~20.00mm。
只要是此種厚度之基底基材，則容易進行處理。還有，只要厚度達到20.00mm以下，即能夠良好地進行雙面研磨等。
此時，宜將該單結晶MgO層之厚度做到0.1~100μm。
像這樣，只要單結晶MgO層之厚度為0.1μm以上，在加工技術上，膜厚均一性良好；只要厚度在100μm以下，基材或單結晶鑽石之間產生之應力很小，因此能夠確實地使單結晶鑽石成長。
此時，該銥膜、該銠膜、該鉑膜之任一種膜，可在該單結晶MgO層上用濺鍍法進行異質磊晶成長所得。
像這樣，本發明之基材之銥膜、銠膜、鉑膜，可用濺鍍法進行異質磊晶成長所得。
此時，該銥膜、該銠膜、該鉑膜之任一種膜之厚度宜為5~100μm。
像這樣，只要銥膜、銠膜、鉑膜之任一種膜之厚度皆在5以上，則膜厚均一性與結晶性將充分提高。另外，只要厚度在100μm以下，由於基材或單結晶鑽石之間產生之應力很小，能夠確實地使單結晶鑽石成長，並且基材價格低廉。
此時，在該銥膜、該銠膜、該鉑膜之任一種膜之表面上宜施行了偏壓處理。
像這樣，只要施行了偏壓處理，由於能夠在表面形成鑽石成長核，從而可以得到以充分之成長速度使單結晶鑽石結晶性優良地成長之基材。
另外，本發明提供一種單結晶鑽石基板之製造方法，係製造單結晶鑽石基板之方法，該單結晶鑽石基板之製造方法之特徵在於至少包含以下步驟：準備由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材之步驟；在該所準備之基底基材上貼合單結晶MgO層之步驟；在該已進行貼合之單結晶MgO層上，使由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜異質磊晶成長之步驟；在該已進行異質磊晶成長之膜上，使單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟；以及將該已進行異質磊晶成長之單結晶鑽石分離，得到單結晶鑽石基板之步驟。
如此，只要是在線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材上，使用貼合法形成之高結晶性之單結晶MgO層上，就能夠使結晶性良好之銥膜、銠膜、鉑膜成長，進而可以在結晶性良好之銥膜、銠膜、鉑膜上使高結晶性之單結晶鑽石成長。另外，只要是由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，由於在單結晶鑽石成長時產生之熱膨脹所致之應力較小，所以基底基材與單結晶鑽石幾乎不會出現裂紋。
綜上所述，使用本發明之製造方法，就可以有效地製造廉價且高結晶性之單結晶鑽石基板。
在此，作為該所準備之基底基材，可準備由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、鑽石、SiO2之任一者所構成之基板。
作為基底基材，準備由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、SiO2之任一者所構成之基材，在此情形，該基材本身價格低廉，並且能夠得到平滑之研磨表面。另外，在由鑽石(HPHT、多結晶)所構成時，由於與成長之鑽石為同一材料，幾乎不會受熱膨脹影響而產生應力，因此是特別適合用於製造大面積之單結晶鑽石之基材。
此時，在使該單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟前，宜預先對使該單結晶鑽石異質磊晶成長之面施加偏壓處理。
像這樣，預先施加偏壓處理，從而在表面形成鑽石成長核，可以以充分之速度，使單結晶鑽石高結晶性地成長。
此時，在使該單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟中，可利用微波CVD法或直流電漿CVD法使單結晶鑽石異質磊晶成長。
像這樣，在本發明之製造方法中，可利用微波CVD法或直流電漿CVD法使單結晶鑽石異質磊晶成長。
如以上說明，根據本發明的單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法，能夠以低成本使大面積且高結晶性之單結晶鑽石成長，能以高生產效率製造高品質之單結晶鑽石基板。
以往，若要採用成本有利之CVD法得到單結晶鑽石，則無法輕易地以成長出之單結晶鑽石部分沒有破損之方式進行分離，另外，在使高結晶性且大面積之單結晶鑽石成長方面有其困難，以上皆為其問題點。
為此，本案發明人等，對於基材之種類或構造，進而包括單結晶之製造方法，不斷努力進行研究。
其結果，本案發明人等，作為應力主要產生在與單結晶鑽石層之間之主構成基材，使用了與鑽石之線膨脹係數差相對較低的線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，從而與以往採用之MgO種基材之情形相比，由於受熱膨脹產生之應力小，其結果，發現可防止整體發生裂紋之方法。(關於線膨脹係數請參照下方表1)。
另外，此種基底基材與單結晶MgO基板在貼合後，能在基底基材上得到高結晶性之單結晶MgO層。
然後，將該單結晶MgO層作為種基材，在其上能夠使結晶性良好之單結晶Ir(銥)膜或單結晶Rh(銠)膜或單結晶Pt(鉑)膜異質磊晶成長。而且發現了以該高結晶性材料作為基材，在其上使用CVD法使單結晶鑽石異質磊晶成長，就可以得到高結晶性之單結晶鑽石之方法。
另外，確認了在該基材上成長之單結晶鑽石，既可以使用濕蝕刻法輕易分離之，而且也可以使用機械研磨法將基材部分除去而分離之，從而完成了本發明。
以下，對於本發明，雖以實施態樣之一例，參照附圖進行詳細說明，但本發明並不僅局限於此。
圖1係顯示本發明之單結晶鑽石成長用基材之實施態樣之一例之概略圖。
如圖1所示，本發明之單結晶鑽石成長用基材10包括：基底基材13，由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成；單結晶MgO層11，在基底基材13之單結晶鑽石成長側採用貼合法形成；以及由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜12，於單結晶MgO層11上進行異質磊晶成長。
像這樣，只要主構成基材為由膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，就可以作為半導體元件用而進行大量生產，得到廉價並且具有極佳結晶性之產品。進而由於將在基底基材上採用貼合法形成之高結晶性的單結晶MgO層作為種基材，所以在其結晶性優良的表面上所形成的銥膜、銠膜、鉑膜之結晶性也良好，只要在該基材上使單結晶鑽石成長，即可得到高結晶性之單結晶鑽石。
另外，只要主構成基材為由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，與將單結晶MgO基板作為基底基材之情況相比，由於與鑽石之熱膨脹係數相對地接近，所以基本上不會因熱膨脹所致之應力而使單結晶鑽石或基材本身產生裂紋。
進而，由於在基底基材上具有單結晶MgO層，還具有銥膜、銠膜、鉑膜之任一種膜，從而可以在單結晶鑽石成長時，發揮良好緩衝層之功能。也就是說，雖然如上所述，單結晶MgO與鑽石之線膨脹係數差異很大，但是由於在本發明中為層結構，故能夠吸收應力，在鑽石之成長上不會構成問題。甚至可以說在鑽石成長完成後進行分離時，由於MgO層之存在，而更容易剝離單結晶鑽石膜，以上為其優點。
對於此種本發明之單結晶鑽石成長用基材之製作方法及單結晶鑽石基板之製造方法之一例，利用以下圖2(a)至圖2(e)進行說明。圖2(a)至圖2(e)係顯示本發明之單結晶鑽石基板製造方法之實施態樣之一例之流程圖。
如圖2(a)所示，首先準備由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材13。
在此，基底基材13可以由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、鑽石、SiO2等材料所構成。
作為基底基材，若採用了由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、SiO2任一者所構成者，則因為這些材料容易準備所以價格低廉，而且由於還可以進行高精度研磨，故可以得到平滑之研磨表面，也就是平坦之貼合面。在此使用Al2O3、SiC、AlN、Si3N4之情況下，宜使用燒結體。另外，只要是由鑽石(HPHT、多結晶)所構成之基底基材，由於與成長之鑽石為同一材料，基本上不會產生由於基材與成長鑽石之間之熱膨脹而引發之應力，所以可以成為更有效率地製造大面積之單結晶鑽石之基材。
另外，該基底基材13之厚度，可以做到0.03～20.00mm。
只要基底基材之厚度在0.03mm以上，就容易處理。只要在20.00mm以下，就不會超過需要而過厚，在有利於成本控制之同時，更容易進行精加工雙面研磨加工，因此使表面狀態達到更優良之狀態，使後續步驟之貼合能夠良好地進行。
接著如圖2(b)所示，使該基底基材表面，與精加工成同樣平滑之貼合面之單結晶MgO基板貼合，就形成了單結晶MgO層11。
該貼合，若藉由電漿處理或濕蝕刻等使兩接合面潔淨與活性化之後進行之，則效果更好。
另外，為了提高接合步驟之產出，則可利用以下的層進行貼合，該層係在接合界面上使金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、銥(Ir)、銠(Rh)等金屬，或者矽(Si)、二氧化矽(SiO2)等薄膜或此等疊層膜以0.001～1000μm厚度形成。
而且，所貼合之MgO基板，可以準備例如經雙面研磨之直徑25mm，厚度300μm之單結晶MgO基板。
另外，所貼合之單結晶MgO基板，雖然通常做成200μm至1000μm之厚度左右，但為了降低單結晶鑽石成長後之應力，宜進行薄化加工。
例如亦可在欲將MgO層變薄之部分注入氫、氧、碳等離子，貼合後根據需要藉由加熱進行分離，進而以研磨加工調整厚度及進行平滑面精加工。另外，貼合後亦可單單僅以研磨加工調整厚度及進行平滑面精加工。
而且，貼合後之單結晶MgO層之厚度可以做到0.1~100μm。
像這樣，只要單結晶MgO層之厚度達到0.1μm以上，便能以較高之膜厚均一性進行薄化加工。只要厚度低於100μm以下，由於基材與單結晶鑽石之間產生之應力很小，所以不但能夠確實地使單結晶鑽石成長，而且有利於成本，可以降低價格。
接著，如圖2(c)所示，在單結晶MgO層11上使用例如濺鍍法，使由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜12異質磊晶成長。
此時之成長條件等雖然沒有特別限定，但例如採用R.F.磁控濺鍍法能夠以充分之速度成長。
另外，由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜12之厚度，可以做到5~100μm。
像這樣，只要由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜12之厚度達到5以上，且膜厚均一性與結晶性高，厚度為100μm以下，則由於基材或單結晶鑽石之間所產生的應力很小，故可以更確實地使單結晶鑽石成長，進而可以降低成本。
如上所述，即能夠製造出本發明之單結晶鑽石成長用基材10。在此，在後續步驟之單結晶鑽石成長前，可以在單結晶鑽石基材10之由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜12表面上施行偏壓處理。
該偏壓處理，例如可以採用日本特開2007-238377號公報中記載之方法，首先，藉由預先以基材側電極作為陰極之直流放電，進行形成鑽石成長核之前處理，在由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜之表面上，形成按結晶方向匯集之鑽石成長核。藉此，在後續步驟中，就可以使單結晶鑽石以高結晶性，充分之成長速度成長。
接著如圖2(d)所示，藉由例如微波CVD法或直流電漿CVD法，使單結晶鑽石14異質磊晶成長。
如上所述，在本發明中，由於作為在基材中最厚最容易因熱膨脹而產生應力之種基材，採用了線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材，所以在單結晶鑽石成長時，不易產生應力而可防止裂紋之發生。另外，由於在高結晶性MgO層上形成之銥膜、銠膜、鉑膜之結晶性亦良好，故可以使高結晶性之單結晶鑽石成長。
接著如圖3(e)所示，將單結晶鑽石14分離，得到單結晶鑽石基板15。
作為分離之方法，雖然並沒有特別限定，但例如浸漬於磷酸溶液或熱混酸等濕蝕刻液中，將單結晶鑽石/銥膜與MgO層/基底基材分離後，採用機械研磨法將殘存之銥膜除去，就得到了單結晶鑽石基板。另外，亦可不浸入濕蝕刻液，而是採用機械研磨法將銥膜/MgO層/基底基材一次除去。
採用此種本發明之單結晶鑽石成長用基材及單結晶鑽石基板之製造方法，就能以低成本製造出可使用於元件用途之大面積且高結晶性之單結晶鑽石。
[實施例]
以下，雖顯示實施例與比較例以對本發明進行更具體之說明，但是本發明並不僅局限於此。
(實施例1)
作為基底基材，準備直徑25.0mm，厚度0.38mm，結晶方向(100)之雙面研磨加工單結晶矽基板。接著在該基底基材之單結晶鑽石之成長面側，準備直徑25.0mm，厚度0.30mm，結晶方向(100)之雙面研磨加工單結晶MgO基板。
採用RCA清洗及氬離子射線使兩接合面潔淨化及活性化後，以直接接合進行貼合。
隨後採用機械研磨法對單結晶MgO部分進行薄化加工，精加工成2μm厚之單結晶MgO層。
接著，在該單結晶MgO層上使銥(Ir)膜異質磊晶成長。製膜採用以銥(Ir)為靶材之R.F.磁控濺鍍法，在氬氣6×10-2Torr，基板溫度700℃之條件下，進行濺鍍精加工直至單結晶銥膜厚度達到1.5μm為止。
另外，為了在進行偏壓處理及DC電漿CVD時導通電流，除了將基板溫度控制於100℃之外，其他條件相同，亦在背面使Ir成長出1.5μm。
接著在該基材之單結晶Ir膜之表面進行偏壓處理，以形成鑽石核。
首先將基材裝置於偏壓處理裝置之負電壓施加電極(陰極)上，進行真空排氣。接著將基材加熱至600℃後，導入用3vol.%氫稀釋甲烷氣體，壓力設定為160hPa(120Torr)進行偏壓處理。亦即，在兩電極之間施加DC電壓，使既定之直流電流流通。
接著在最後，在此經過偏壓處理之基材上，使用DC電漿CVD法，在900℃溫度下，使單結晶鑽石異質磊晶成長30小時。
成長結束後，從鐘形容器中取出之製造物，為無裂紋之鑽石/Ir/MgO/Si之疊層構造體。接著可以採用機械研磨法，將背面之Ir/MgO/Si基材部分除去，以作為單結晶鑽石之單獨構造(單結晶鑽石基板)。亦對該表面進行精加工研磨，精加工成亦可作為元件用途使用之程度之粗糙度。
對所得到之單結晶鑽石基板，利用拉曼光譜、X光繞射搖擺曲線、剖面TEM(transmission electron microscopy，透射電子顯微術)、陰極發光法(CL，cathode luminescence)進行檢測，可確認其具有充分之結晶性。
(實施例2)
在實施例2中，在基底基材與單結晶MgO雙方之貼合面上，使用濺鍍法形成1nm厚之金(Au)薄膜後，進行貼合，除此之外，採用與實施例1同樣之方法，進行了直到使單結晶鑽石異質磊晶成長為止之各個步驟。
成長結束後，從鐘形容器中取出之製造物，係比起實施例1，結合面之孔隙之發生減少至1/2以下，且沒有裂紋之鑽石/Ir/MgO/Au/Si之疊層結構體。
接著，採用機械研磨法將背面之Ir/MgO/Si基材部分除去，以作為單結晶鑽石之單獨結構(單結晶鑽石基板)。亦對該表面進行精加工研磨，精加工成亦可作為元件用途使用之程度之粗糙度。
對所得到之單結晶鑽石基板，利用拉曼光譜、X光繞射搖擺曲線、剖面TEM、陰極發光法(CL)進行檢測，可確認其具有充分之結晶性。
(實施例3)
為了對基底基材即單結晶矽上所貼合之單結晶MgO部分進行薄化加工，採用了離子注入分離法。
從單結晶MgO基板表面之與矽基板接合之面約3μm深之位置注入氫離子後，採用RCA清洗及氬離子射線使兩接合面潔淨化及活性化後，以直接接合進行貼合。然後在400℃溫度下進行1小時的熱處理，以氫離子注入層為界將矽一側單結晶MgO部分以約3μm厚度進行分離。進一步採用機械研磨法對單結晶MgO部分進行薄化加工，就精加工成2μm厚之單結晶MgO層。
其後之步驟與實施例1相同，進行Ir成長、偏壓處理，並準備基材，在其上採用DC電漿CVD法進行單結晶鑽石之異質磊晶成長。
成長結束後，從鐘形容器中取出之製造物，為無裂紋之鑽石/Ir/MgO/Si之疊層構造體。接著可以採用機械研磨法，將背面之Ir/MgO/Si基材部分除去，以作為單結晶鑽石之單獨構造(單結晶鑽石基板)。亦對該表面進行精加工研磨，精加工成亦可作為元件用途使用之程度之粗糙度。
對所得到之單結晶鑽石基板，利用拉曼光譜、X光繞射搖擺曲線、剖面TEM、陰極發光法(CL)進行檢測，可確認其具有充分之結晶性。
(實施例4)
在實施例4中，作為基底基材，不採用雙面研磨加工單結晶矽基板，而是採用雙面研磨加工SiO2基板，除此之外，採用與實施例1同樣之方法，進行了直到使單結晶鑽石異質磊晶成長為止之各個步驟。
成長結束後，從鐘形容器中取出之製造物，為無裂紋之鑽石/Ir/MgO/SiO2之疊層構造體。接著採用機械研磨法，將背面之Ir/MgO/SiO2基材部分除去，以作為單結晶鑽石之單獨構造(單結晶鑽石基板)。亦對該表面進行精加工研磨，精加工成亦可作為元件用途使用之程度之粗糙度。
對所得到之單結晶鑽石基板，利用拉曼光譜、X光繞射搖擺曲線、剖面TEM、陰極發光法(CL)進行檢測，可確認其具有充分之結晶性。
(實施例5)
在實施例5中，作為基底基材，不採用雙面研磨加工單結晶矽基板，而是採用雙面研磨加工SiC基板，除此之外，採用與實施例1同樣之方法，進行了直到使單結晶鑽石異質磊晶成長為止之各個步驟。
成長結束後，從鐘形容器中取出之製造物，為無裂紋之鑽石/Ir/MgO/SiC之疊層構造體。接著採用機械研磨法，將背面之Ir/MgO/SiC基材部分除去，以作為單結晶鑽石之單獨構造(單結晶鑽石基板)。亦對該表面進行精加工研磨，精加工成亦可作為元件用途使用之程度之粗糙度。
對所得到之單結晶鑽石基板，利用拉曼光譜、X光繞射搖擺曲線、剖面TEM、陰極發光法(CL)進行檢測，可確認其具有充分之結晶性。
(比較例1)
作為種基材，使用5.0mm見方，厚度0.5mm，結晶方向(100)之雙面研磨加工單結晶MgO基板，除此之外與實施例相同，進行Ir成長、偏壓處理，並準備基材，在其上採用DC電漿CVD法進行單結晶鑽石之異質磊晶成長。
若打開鐘形容器，觀察爐室內之製造物，則基材及單結晶鑽石部分都碎成1mm見方左右之碎片。取出其中一碎片，觀察其結晶性，則拉曼光譜之半值寬度較大，剖面TEM也存在許多錯位缺陷等問題，作為元件用途，無法達到標準。
(比較例2)
作為種基材，使用5.0mm見方，厚度120μm，結晶方向(100)之雙面研磨加工單結晶MgO基板，除此之外與實施例相同，進行Ir成長、偏壓處理，並準備基材，在其上採用DC電漿CVD法進行單結晶鑽石之異質磊晶成長。
若打開鐘形容器，觀察爐室內之製造物，則基材及單結晶鑽石部分都碎成1mm見方左右之碎片。
另外，本發明並不僅限定於上述實施形態。上述實施形態僅為例示，具有與本發明申請專利範圍所記載之技術設計實質同等之構成、能發揮同樣作用效果者，均包含於本發明之技術範圍。
10‧‧‧單結晶鑽石成長用基材
11‧‧‧單結晶MgO層
12‧‧‧由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜
13‧‧‧基底基材
14‧‧‧單結晶鑽石
15‧‧‧單結晶鑽石基板
圖1係顯示本發明之單結晶鑽石成長用基材之實施態樣之一例之概略圖。
圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)、圖2(e)係本發明之單結晶鑽石基板之製造方法之實施態樣之一例之流程圖。
10．．．單結晶鑽石成長用基材
11．．．單結晶MgO層
12．．．由銥膜、銠膜、鉑膜任一者所構成之膜
13．．．基底基材
14．．．單結晶鑽石
15．．．單結晶鑽石基板

Claims (22)

  1. 一種單結晶鑽石成長用基材，係用以使單結晶鑽石成長之基材，該單結晶鑽石成長用基材之特徵在於至少具有：基底基材，由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成；單結晶MgO層，在該基底基材之該單結晶鑽石成長側採用貼合法形成；以及於該單結晶MgO層上進行異質磊晶成長之由銥膜、銠膜、鉑膜中任一者所構成之膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該單結晶MgO層係在該基底基材之該單結晶鑽石成長側，介隔由使用選自於金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、二氧化矽之材料形成的0.001~1000μm厚的1層以上的膜構成之中介膜進行貼合之物，該單結晶鑽石成長用基材係在該基底基材與該單結晶MgO層之間具有該0.001~1000μm厚的膜。
  3. 如申請專利範圍第1項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該基底基材係由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、鑽石、SiO2中任一者所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該基底基材之厚度為0.03~20.00mm。
  5. 如申請專利範圍第3項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該基底基材之厚度為0.03~20.00mm。
  6. 如申請專利範圍第1項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該單結晶MgO層之厚度為0.1~100μm。
  7. 如申請專利範圍第3項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該單結晶MgO層之厚度為0.1~100μm。
  8. 如申請專利範圍第4項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該單結晶MgO層之厚度為0.1~100μm。
  9. 如申請專利範圍第5項之單結晶鑽石成長用基材，其中， 該單結晶MgO層之厚度為0.1~100μm。
  10. 如申請專利範圍第1~9項中任一項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜中之任一種膜皆為在該單結晶MgO層上用濺鍍法進行異質磊晶成長所得。
  11. 如申請專利範圍第1~9項中任一項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜之任一種膜之厚度皆為5Å~100μm。
  12. 如申請專利範圍第10項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜之任一種膜之厚度皆為5Å~100μm。
  13. 如申請專利範圍第1~9項中任一項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜中之任一種膜之表面皆已施行偏壓處理。
  14. 如申請專利範圍第10項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜中之任一種膜之表面皆已施行偏壓處理。
  15. 如申請專利範圍第11項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜中之任一種膜之表面皆已施行偏壓處理。
  16. 如申請專利範圍第12項之單結晶鑽石成長用基材，其中，該銥膜、該銠膜、該鉑膜中之任一種膜之表面皆已施行偏壓處理。
  17. 一種單結晶鑽石基板之製造方法，其特徵在於至少包含以下步驟：準備由線膨脹係數小於MgO，且在0.5×10-6/K以上之材料所構成之基底基材之步驟；在該所準備之基底基材上貼合單結晶MgO層之步驟；在該已進行貼合之單結晶MgO層上，使由銥膜、銠膜、鉑膜中任一者所構成之膜異質磊晶成長之步驟； 在該已進行異質磊晶成長之膜上，使單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟；以及將該已進行異質磊晶成長之單結晶鑽石分離，而得到單結晶鑽石基板之步驟。
  18. 如申請專利範圍第17項之單結晶鑽石基板之製造方法，其中，該在該所準備之基底基材上貼合單結晶MgO層之步驟，係在該基底基材之該單結晶鑽石成長側，介隔由使用選自於金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、二氧化矽之材料形成的0.001~1000μm厚的1層以上的膜構成之中介膜進行。
  19. 如申請專利範圍第17項之單結晶鑽石基板之製造方法，其中，作為該所準備之基底基材，係準備由Al2O3、SiC、AlN、Si、Si3N4、鑽石、SiO2之任一者所構成之基板。
  20. 如申請專利範圍第17項之單結晶鑽石基板之製造方法，其中，在使該單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟前，預先對使該單結晶鑽石異質磊晶成長之面施加偏壓處理。
  21. 如申請專利範圍第19項之單結晶鑽石基板之製造方法，其中，在使該單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟前，預先對使該單結晶鑽石異質磊晶成長之面施加偏壓處理。
  22. 如申請專利範圍第17~21項中任一項之單結晶鑽石基板之製造方法，其中，在使該單結晶鑽石異質磊晶成長之步驟中，利用微波CVD法或直流電漿CVD法使單結晶鑽石異質磊晶成長。
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