金剛石基板及金剛石基板的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及金剛石基板及金剛石基板的制造方法。
【背景技術】
[0002] 金剛石作為終極的半導體基板而被期待。其理由在于金剛石作為半導體材料而具 備其他種類材料所不具備的眾多優異的特性，例如高導熱率、很高的電子和空穴迀移率、很 高的絕緣擊穿電場強度、低介電損耗以及較寬的帶隙。帶隙為大約5.5eV，在已有的半導體 材料中，是非常高的值。特別是在近年來，不斷開發出利用了寬帶隙的紫外發光元件和具有 優異的高頻特性的場效應晶體管等。
[0003] 如果考慮將金剛石利用于半導體，則需要數英寸直徑這樣的一定程度的大小。其 理由在于，在將Si等一般的半導體的精細加工中使用的加工裝置還應用于金剛石的情況 下，不容易應用于不到數英寸的小型基板。
[0004] 因此，作為使具有一定程度的大小的金剛石生長的方法，提出了若干個想法，其 中，作為有力的候補而列舉了以下方法:將多個小型的金剛石單晶體基板并列的金剛石單 晶體生長方法(所謂的嵌鑲生長法。例如參照專利文獻1);以及使用單晶的氧化鎂(MgO)基 板作為基底基板，通過異質外延生長法在該基底基板上形成金剛石膜的制造方法(例如，參 照專利文獻2)。
[0005]嵌鑲生長法是這樣的方法:使多個金剛石單晶體基板排列為瓦狀，在該金剛石單 晶體基板上通過同質外延生長而新生長出金剛石單晶體，從而生長形成大型的金剛石單晶 體基板。但是在排列為瓦狀的金剛石單晶體基板彼此的結合邊界上，作為結晶品質劣化的 區域，產生了結合邊界。因此，在通過嵌鑲生長法得到的金剛石單晶體上一定會產生結合邊 界。
[0006] 產生結合邊界的原因在于，在結合邊界的區域，生長隨機發生，引起了來自各種方 向的聚結，在結合邊界會產生大量的位錯，該結合邊界是即使通過肉眼觀察也能夠確認到 的程度的明顯的邊界線。
[0007] 由于結合邊界的部分無法用于半導體器件的生長，因此，相對于通過嵌鑲生長法 得到的金剛石單晶體基板的面積，實際能夠使用的面積是有限的。
[0008] 更差的是，金剛石單晶體基板的能夠實現半導體器件的制作的區域與半導體器件 芯片的大小不一定一致。因此，在這樣的金剛石單晶體基板上制作半導體器件的處理中，需 要避開結合邊界來進行處理。因此，制作半導體器件的處理變得復雜。
[0009] 另一方面，所述異質外延生長法是這樣的方法:在由具有不同的物理性質的材料 構成的基底基板上，利用外延生長而生長出成為金剛石基板的金剛石膜。由于在1個基底基 板上外延生長出1片金剛石膜，因此，不會像所述嵌鑲生長法那樣產生多個金剛石單晶體基 板彼此的結合邊界。
[0010]因此，在嵌鑲結晶法及異質外延生長法這2種方法當中，在不容易受到可制作半導 體器件的基板面積的限制這一點上，異質外延生長法格外有潛力。
[0011] 但是，由于基底基板與金剛石之間的晶格常數及熱膨脹系數的不同，在生長形成 的金剛石基板的結晶體內部會產生應力，金剛石基板會產生翹曲或裂紋。因而，即使通過異 質外延生長法也不能輕易得到大型的基板。
[0012] 因此，對于因異質外延生長法而在金剛石中產生的應力的降低，報道了若干現有 技術(例如，參照專利文獻3)。
[0013] 現有技術文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1:日本特許3387154
[0016] 專利文獻2:日本特許5066651
[0017] 專利文獻3:日本特開2007-287771

【發明內容】

[0018] 發明要解決的課題
[0019] 但是，盡管在上述介紹的現有技術被報道之后經過了 10余年，但是目前為止所達 成的基于異質外延生長法的金剛石基板最大為1.5英寸，尚未達成應用于半導體所需要的2 英寸以上的基板。如果考慮這一點，則不得不說在現有技術中，不能夠根本解決異質外延生 長法中的金剛石結晶體內部的應力緩和。即，實際上并沒有實現2英寸以上的金剛石基板中 的翹曲或裂紋的減少，減少了翹曲或裂紋的金剛石基板的上限口徑值仍然是1.5英寸。
[0020] 能夠使用下述式1在理論上表示以上所述內容。式1表示伴隨著金剛石基板的直徑 I變大，金剛石基板的撓曲S以直徑I的平方的變化量而增大。因此，伴隨著金剛石基板的直 徑I的大型化，在金剛石結晶體內部產生的應力σ變大。因此，要通過現有技術來抑制金剛石 結晶體內部的應力是有極限的，而正是因為如此，實際上只有實現了 1.5英寸左右的報道 例。另外，式1中的Ε是楊氏模量，ν是泊松比，b是基底基板的厚度，d是金剛石基板的厚度。
[0021] 【式1】
[0022]
[0023] 本發明是鑒于上述情況而完成的，以提供直徑2英寸以上的大型的金剛石基板為 課題。
[0024] 此外，以提供能夠制造直徑2英寸以上的大型的金剛石基板的金剛石基板的制造 方法為課題。
[0025]用于解決課題的手段
[0026] 所述課題通過以下的本發明而達成。即，本發明的金剛石基板的特征在于，該金剛 石基板由金剛石單晶體構成，
[0027] 并且，金剛石基板的平面方向的形狀為圓形或者設置有定向平面的圓形，且直徑 為2英寸以上。
[0028] 此外，本發明的金剛石基板的制造方法的特征在于，
[0029]準備基底基板，
[0030]在該基底基板的單面上形成多個由金剛石單晶體構成的柱狀金剛石，
[0031] 使金剛石單晶體從各柱狀金剛石的末端生長，使從各柱狀金剛石的末端生長出的 各金剛石單晶體聚結而形成金剛石基板層，
[0032] 將金剛石基板層從基底基板分離，
[0033] 由金剛石基板層制造金剛石基板，
[0034] 將金剛石基板的平面方向的形狀形成為圓形或者設置有定向平面的圓形，且直徑 為2英寸以上。
[0035]發明效果
[0036] 根據本發明的金剛石基板，能夠實現由金剛石單晶體形成的直徑2英寸以上的大 型的金剛石基板。
[0037] 此外，根據本發明的金剛石基板的制造方法，使從各柱狀金剛石生長出的金剛石 單晶體彼此聚結來制造出金剛石基板層。因此，僅通過增加柱狀金剛石的根數就能夠容易 地制造直徑2英寸以上的大徑的金剛石基板層。
[0038] 此外，根據本發明的金剛石基板的制造方法，在金剛石基板層的生長時，由于基底 基板與金剛石基板層的晶格指數差及/或熱膨脹系數差，而在各柱狀金剛石中產生應力，通 過該應力將柱狀金剛石破壞，使金剛石基板層從基底基板分離。
[0039] 因此，即使伴隨著大型化而在金剛石基板層中產生的應力變大，但金剛石基板層 的應力由于柱狀金剛石的破壞而向外部釋放，因此，防止了金剛石基板層產生裂紋，從這一 點來說，也能夠制造大型的金剛石基板。
[0040] 通過由這樣的金剛石基板層制造金剛石基板，能夠制造直徑2英寸以上的大徑的 金剛石基板。
【附圖說明】
[0041 ]圖1是示出本實施方式的金剛石基板的一例的立體圖。
[0042] 圖2是示出本實施方式的基底基板的示意說明圖。
[0043] 圖3是示出本實施方式的帶有金剛石層的基底基板的狀態的示意說明圖。
[0044] 圖4是示出形成有多根柱狀金剛石的基底基板的示意圖。
[0045] 圖5是示出形成有多根柱狀金剛石的基底基板的立體圖。
[0046] 圖6是示出形成有金剛石基板層的帶有柱狀金剛石的基底基板的示意圖。
[0047] 圖7是示出形成有金剛石基板層的帶有柱狀金剛石的基底基板的立體圖。
[0048] 圖8是示出產生了拉伸應力而呈凸狀翹曲的金剛石基板層、基底基板及各柱狀金 剛石的示意說明圖。
[0049] 圖9是示出柱狀金剛石被破壞、金剛石基板層與基底基板分離的狀態的示意圖。
[0050] 圖10是示出形成有多根柱狀金剛石的基底基板的其他形態的示意圖。
【具體實施方式】
[0051] 以下，參照圖1對本發明的金剛石基板進行詳細的說明。本發明的金剛石基板的平 面方向的形狀沒有特別限定，例如可以是方形等。但是從容易在表面彈性波元件、熱敏電 阻、半導體器件等這樣的用途的制造工序中使用的觀點考慮，優選為圓形。特別地，優選如 圖1所示那樣設置有定向平面的圓形。
[0052]在金剛石基板1的形狀是圓形、或者是如圖1所示那樣設置有定向平面的圓形的情 況下，從實用的基板的大型化的觀點考慮，優選直徑為2英寸(大約50.8mm)以上，更優選為3 英寸(大約76.2mm)以上，進一步優選為6英寸(大約152.4mm)以上。另外，考慮到金剛石基板 1的尺寸公差，在本申請中，也將從直徑2英寸減去50.8mm的2%即1.0mm而得的直徑49.8mm 以上到50.8mm的范圍定義為符合2英寸。
[0053]另外，直徑的上限值沒有特別限定，但從使用的觀點考慮，優選8英寸（大約 203.2mm)以下。此外，為了一次制造許多元件或器件，也可以使用具有與直徑2英寸同等以 上的面積的方形的金剛石基板。
[0054]因此，金剛石基板1的表面2至少具有20cm2的表面積。而且，從大型化的觀點考慮， 更優選具有1297 cm2以下的表面積。
[0055]此外，金剛石基板1的厚度t能夠