[发明专利]金刚石基板及金刚石基板的制造方法

说明书

提供直径2英寸以上的大型的金刚石基板。此外，提供能够制造直径2英寸以上的大型的金刚石基板的金刚石基板的制造方法。准备基底基板，在该基底基板的单面上形成多个由金刚石单晶体构成的柱状金刚石，使金刚石单晶体从各柱状金刚石的末端生长，使从各柱状金刚石的末端生长出的各金刚石单晶体聚结而形成金刚石基板层，将金刚石基板层从基底基板分离，由金刚石基板层制造金刚石基板，由此，由金刚石单晶体形成金刚石基板，金刚石基板的平面方向的形状形成为圆形或者设置有定向平面的圆形，且直径为2英寸以上。

技术领域

本发明涉及金刚石基板及金刚石基板的制造方法。

背景技术

金刚石作为终极的半导体基板而被期待。其理由在于金刚石作为半导体材料而具备其他种类材料所不具备的众多优异的特性，例如高导热率、很高的电子和空穴迁移率、很高的绝缘击穿电场强度、低介电损耗以及较宽的带隙。带隙为大约5.5eV，在已有的半导体材料中，是非常高的值。特别是在近年来，不断开发出利用了宽带隙的紫外发光元件和具有优异的高频特性的场效应晶体管等。

如果考虑将金刚石利用于半导体，则需要数英寸直径这样的一定程度的大小。其理由在于，在将Si等一般的半导体的精细加工中使用的加工装置还应用于金刚石的情况下，不容易应用于不到数英寸的小型基板。

因此，作为使具有一定程度的大小的金刚石生长的方法，提出了若干个想法，其中，作为有力的候补而列举了以下方法：将多个小型的金刚石单晶体基板并列的金刚石单晶体生长方法(所谓的嵌镶生长法。例如参照专利文献1)；以及使用单晶的氧化镁(MgO)基板作为基底基板，通过异质外延生长法在该基底基板上形成金刚石膜的制造方法(例如，参照专利文献2)。

嵌镶生长法是这样的方法：使多个金刚石单晶体基板排列为瓦状，在该金刚石单晶体基板上通过同质外延生长而新生长出金刚石单晶体，从而生长形成大型的金刚石单晶体基板。但是在排列为瓦状的金刚石单晶体基板彼此的结合边界上，作为结晶品质劣化的区域，产生了结合边界。因此，在通过嵌镶生长法得到的金刚石单晶体上一定会产生结合边界。

产生结合边界的原因在于，在结合边界的区域，生长随机发生，引起了来自各种方向的聚结，在结合边界会产生大量的位错，该结合边界是即使通过肉眼观察也能够确认到的程度的明显的边界线。

由于结合边界的部分无法用于半导体器件的生长，因此，相对于通过嵌镶生长法得到的金刚石单晶体基板的面积，实际能够使用的面积是有限的。

更差的是，金刚石单晶体基板的能够实现半导体器件的制作的区域与半导体器件芯片的大小不一定一致。因此，在这样的金刚石单晶体基板上制作半导体器件的处理中，需要避开结合边界来进行处理。因此，制作半导体器件的处理变得复杂。

另一方面，所述异质外延生长法是这样的方法：在由具有不同的物理性质的材料构成的基底基板上，利用外延生长而生长出成为金刚石基板的金刚石膜。由于在1个基底基板上外延生长出1片金刚石膜，因此，不会像所述嵌镶生长法那样产生多个金刚石单晶体基板彼此的结合边界。

因此，在嵌镶结晶法及异质外延生长法这2种方法当中，在不容易受到可制作半导体器件的基板面积的限制这一点上，异质外延生长法格外有潜力。

但是，由于基底基板与金刚石之间的晶格常数及热膨胀系数的不同，在生长形成的金刚石基板的结晶体内部会产生应力，金刚石基板会产生翘曲或裂纹。因而，即使通过异质外延生长法也不能轻易得到大型的基板。

因此，对于因异质外延生长法而在金刚石中产生的应力的降低，报道了若干现有技术(例如，参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许3387154

专利文献2：日本特许5066651

专利文献3：日本特开2007-287771