[发明专利]单晶金刚石的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶金刚石的制造方法。

背景技术

金刚石具有5.47eV的宽带隙，绝缘击穿电场强度也非常高，达到10MV/cm。并且，在物质当中具有最高的导热系数，所以若将其用于电子器件，则作为高输出功率电子器件是有利的。

另外，金刚石的漂移迁移率也很高，即使比较Johnson性能指数，在半导体当中作为高速电子器件也是有利的。所以，金刚石被称为适合高频率、高输出功率电子器件的顶级半导体。

现在，金刚石半导体制作用的单晶金刚石大部分是由高压法合成的被称为Ib型的金刚石。这种Ib型金刚石含有大量氮杂质，而且只能获得5mm见方左右的大小，实用性低。

与此相对，通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition:CVD)法，如果是多晶金刚石的话则能够获得高纯度的直径6英寸左右的大面积的金刚石。然而，进行适于通常的电子器件的单晶化较为困难。这是因为以往使用单晶Si作为基板，Si与金刚石之间的晶格常数的差异大(错配度达52.6％)，异质外延生长非常困难的缘故。

因此，人们进行了各种研究探索，有报道称作为底膜将Pt(参照非专利文献1)或Ir(参照非专利文献2)在基础基板上成膜，在其上面形成金刚石膜的方法较为有效。

目前，尤其是关于Ir的研究进展最快。该方法是在MgO、Si等的基础基板上异质外延生长Ir膜。此外，也有研究建议可根据需要在Ir膜与基础基板之间增加缓冲层。此外，通过用直流等离子体CVD法进行基于氢气稀释甲烷气体的离子照射前处理之后进行金刚石生长，已经从最初的亚微米尺寸，得到了目前数毫米尺寸的产品。

【现有技术文献】

【非专利文献】

【非专利文献1】J.Mater.Res.Vol.11(1996)pp.2955,2956

【非专利文献2】Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996)pp.L1072-L1074

发明内容

发明要解决的课题

在由使用如上所述的底膜的CVD法制造单晶金刚石的制造方法中，基础基板与底膜、进而与金刚石之间的线膨胀系数的差异很大，例如，MgO基板与Ir膜、进而金刚石的线膨胀系数分别是13.8×10^-6k^-1、7.1×10^-6k^-1、1.1×10^-6k^-1，对金刚石生长后的基板而言，金刚石的厚度即使很小也会产生凸状的较大弯曲，这会导致单晶金刚石的破损，给实用上带来问题。

因此，在形成了底膜的基础基板(底基板)上生长一层薄薄的金刚石层之后，从金刚石层/基础基板分离出金刚石层，制成薄金刚石自立基板。并且，将此作为单晶金刚石晶种基板，进一步厚厚地追加堆积金刚石而完成，这种方法是有效的。

不过，这种晶种基板在某些条件下有时会产生较大的弯曲。如果在具有较大弯曲(低平坦度)的晶种基板上，利用微波CVD法、DC等离子CVD法等方法进行追加堆积，则在承载晶种基板的基台和晶种基板之间将会产生间隙。一旦出现间隙，晶种基板会产生局部高温，导致单晶金刚石的质量的降低。特别是在大功率和高碳浓度、高压力等的能加快堆积速度的条件下，这一倾向尤为显著。

本发明鉴于以上问题而完成，其目的在于，提供一种在通过气相合成得到的单晶金刚石晶种基板上稳定地追加堆积气相合成单晶金刚石从而制造高质量的单晶金刚石的方法。

【解决问题的方法】

为了解决上述课题，根据本发明，可提供一种单晶金刚石的制造方法，即，

一种单晶金刚石的制造方法，其为将通过气相合成得到的单晶金刚石晶种基板置于基台上而追加堆积气相合成单晶金刚石的单晶金刚石的制造方法，其特征在于，包括以下工序：

(1)测量追加堆积上述气相合成单晶金刚石之前的上述单晶金刚石晶种基板的平坦度的工序；

(2)基于上述平坦度的测量结果，判定是否进行上述单晶金刚石晶种基板的平坦化的工序；

(3)以下2个工序中之一：

(3a)基于上述判定，对于需要上述平坦化的上述单晶金刚石晶种基板，进行平坦化之后，追加堆积上述气相合成单晶金刚石的工序，

(3b)基于上述判定，对于不需要上述平坦化的上述单晶金刚石晶种基板，不进行平坦化而追加堆积上述气相合成单晶金刚石的工序。