【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金刚石基板及其制造方法。
技术介绍
1、金刚石在室温具有5.47ev的较宽能隙，作为宽能隙半导体而为人所知。
2、在宽能隙半导体中，金刚石的介电击穿电场强度极高，为10mv/cm，可在高电压下进行运作。此外，金刚石在已知物质中具有最高的导热率，因此散热性也优异。并且，由于载流子迁移率和饱和漂移速度极大，适合作为高速器件。
3、因此，即便与碳化硅或氮化镓这种半导体相比，金刚石的显示作为高频率、高功率器件的性能的johnson性能指数也显示出最高的值，被称作终极半导体。
4、并且，金刚石具有存在于晶体中的氮-空位中心(nvc)，其具有可在室温下对自旋进行操控及检测，并能够利用光学检测磁共振将其状态成像的特征。期待有效利用该特征从而作为磁场、电场、温度、压力等的高灵敏度传感器应用于广泛的领域中。
5、现有技术文献
6、专利文献
7、专利文献1：us2013/0143022a1
8、专利文献2：日本特开2020-090408号公报
9、非专利文献
10、非专利文献1：m.hatano et al.,oyobuturi 85,311(2016)
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题
2、如上所述，期待金刚石作为半导体材料、电子磁性器件用材料的实用化，期望提供一种大面积且高品质的金刚石基板。特别是在很重要的nvc器件用途中，nv轴必须为高取向，因此，希望
3、此外，考虑到例如在用于医疗的mri领域中的应用，只要作为磁性传感器部的金刚石基板为大口径，则能够实现可对更广泛的领域进行高效测定的装置。并且也有利于制造成本。
4、专利文献1中，报告了关于利用基于化学气相沉积(cvd)法的异质外延生长来形成金刚石(111)晶体的技术。然而，尚不清楚其成品尺寸和特性是否为充分的水平。
5、对此，申请人进行了下述的专利技术：具有能够应用于电子磁性器件的大口径且高质量的单晶金刚石(111)的层叠基板、大口径单晶金刚石(111)自支撑基板、所述层叠基板的制造方法及自支撑基板的制造方法(专利文献2)。
6、然而，已知若将单晶金刚石(111)形成为厚达80μm以上的厚度、或反复进行晶体生长，则会在关于晶体取向的再现性方面产生问题。
7、例如，即便在对基底基板使用异质金刚石(111)时，取向性有时也会在晶体生长过程中变成(001)。不论是作为基底金刚石层的未经掺杂的金刚石，还是作为nvc层的n掺杂金刚石，均会产生取向性变化的问题。
8、本专利技术为了解决上述问题而实施，目的在于稳定地提供一种通过在于规定条件下进行cvd而获得的高取向(111)金刚石基底基板上，于相同的规定条件下进行cvd而获得的nv轴为[111]取向，并具有高密度的nvc的、能够应用于电子磁性器件的金刚石晶体及其制造方法。
9、解决技术问题的技术手段
10、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种金刚石基板的制造方法，其为通过微波等离子体cvd法、直流等离子体cvd法、热灯丝cvd法或电弧放电等离子体喷射cvd法，将氢稀释甲烷作为主原料气体，通过外延生长在基底基板上制造(111)取向金刚石晶体的方法，该制造方法中，将生长速度设为小于3.8μm/h。
11、若为上述的金刚石基板的制造方法，则能够稳定地提供一种通过在于规定条件下进行cvd而获得的高取向(111)金刚石基底基板上，于相同的规定条件下进行cvd而获得的nv轴为[111]取向，并具有高密度的nvc的、能够应用于电子磁性器件的金刚石晶体及其制造方法。
12、此时，在通过外延生长制造所述(111)取向金刚石晶体的方法中，能够将氢稀释甲烷作为主原料气体，并一边添加氮气作为掺杂剂，一边在所述基底基板上制造(111)取向氮掺杂金刚石晶体。
13、若为上述的金刚石基板的制造方法，则能够更稳定地提供一种所得到的nv轴为[111]取向且具有高密度的nvc的、能够应用于电子磁性器件的金刚石晶体及其制造方法。
14、此时，优选将通过所述微波等离子体cvd法、直流等离子体cvd法、热灯丝cvd法或电弧放电等离子体喷射cvd法进行的生长中的所述基底基板的温度设为600℃～1050℃的范围。
15、若为上述的温度范围，则非晶碳、石墨等非金刚石相不会生长，生长速度不会过度升高，能够追随(111)生长，不会优先进行(001)生长，故而优选。
16、此时，能够将所述基底基板设为单晶金刚石(111)的单层基板。
17、若为上述的基底基板，则能够制造更高质量的金刚石基板，故而优选。
18、此时，优选所述基底基板为所述单晶金刚石(111)，并且将其设为主表面相对于晶面方位(111)在结晶轴[-1-12]方向或其三重对称方向具有偏离角(off angle)，所述偏离角在-8.0°以上且-0.5°以下、或+0.5°以上且+8.0°以下的范围内。
19、若具有上述的范围内的偏离角，则容易进行台阶流生长(step-flow growth)，成为小丘(hillock)、异常生长粒子、位移缺陷等较少的高质量单晶金刚石层，故而优选。
20、此时，能够将由所述单晶金刚石(111)构成的所述基底基板设为高温高压合成单晶金刚石、异质外延单晶金刚石、cvd合成同质外延金刚石及将它们进行组合而得到的单晶金刚石。
21、若为上述的基底基板，则能够制造更加高质量的金刚石基板，故而优选。
22、此外，本专利技术中，也能够将所述基底基板设为由下层基板与该下层基板上的中间层构成的层叠结构。
23、若为上述的基底基板，则能够制造进一步更高质量的金刚石基板，故而优选。
24、此时，能够将所述中间层的最外表面设为选自ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti的金属层。
25、若使用上述的金属层，则在进行核形成处理(偏压处理)时金刚石核容易成为高密度，且容易在其之上形成单晶金刚石层，故而优选。
26、此时，能够将所述下层基板设为：由单一的si、mgo、al2o3、sio2、si3n4、sic、ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti构成的基板；或选自si、mgo、al2o3、sio2、si3n4、sic、ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti的层叠体。
27、这些材料容易进行基底基板的主表面的晶面方位(包括偏离角)的设定，且价格相对较低，能够容易获取，故而优选。
28、此时，能够使所述下层基板以(111)面方位作为主表面，或者能够在所述下层基板与所述中间层之间进一步包含以(111)面方位作为主表面的层。
29、若为上述的金刚石基板的制造方法，则本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，其为通过微波等离子体CVD法、直流等离子体CVD法、热灯丝CVD法或电弧放电等离子体喷射CVD法，将氢稀释甲烷作为主原料气体，通过外延生长在基底基板上制造(111)取向金刚石晶体的方法，所述制造方法中，将生长速度设为小于3.8μm/h。
2.根据权利要求1所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，在通过外延生长制造所述(111)取向金刚石晶体的方法中，将氢稀释甲烷作为主原料气体，并一边添加氮气作为掺杂剂，一边在所述基底基板上制造(111)取向氮掺杂金刚石晶体。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将通过所述微波等离子体CVD法、直流等离子体CVD法、热灯丝CVD法或电弧放电等离子体喷射CVD法进行的生长中的所述基底基板的温度设为600℃～1050℃的范围。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为单晶金刚石(111)的单层基板。
5.根据权利要求4所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，所述基底基板为所述单晶金刚石(11
6.根据权利要求4或5所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将由所述单晶金刚石(111)构成的所述基底基板设为高温高压合成单晶金刚石、异质外延单晶金刚石、CVD合成同质外延金刚石及将它们进行组合而得到的单晶金刚石。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为由下层基板与该下层基板上的中间层构成的层叠结构。
8.根据权利要求7所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述中间层的最外表面设为选自Ir、Rh、Pd、Pt、Cu、Ni、Fe、Cr、Mn及Ti的金属层。
9.根据权利要求7或8所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为：由单一的Si、MgO、Al2O3、SiO2、Si3N4、SiC、Ir、Rh、Pd、Pt、Cu、Ni、Fe、Cr、Mn及Ti构成的基板；或选自Si、MgO、Al2O3、SiO2、Si3N4、SiC、Ir、Rh、Pd、Pt、Cu、Ni、Fe、Cr、Mn及Ti的层叠体。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，所述下层基板以(111)面方位作为主表面，或者在所述下层基板与所述中间层之间进一步包含以(111)面方位作为主表面的层。
11.根据权利要求10所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，所述下层基板的所述(111)面方位的主表面相对于晶面方位(111)在结晶轴[-1-12]方向或其三重对称方向上具有偏离角，所述偏离角在-8.0°以上且-0.5°以下、或+0.5°以上且+8.0°以下的范围内。
12.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，在权利要求1～11中任一项所述的金刚石基板的制造方法中，将形成于所述基底基板上的金刚石的总厚度设为80～2000μm。
13.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，在权利要求1～12中任一项所述的金刚石基板的制造方法中，在进行CVD的腔室中不使用含Si构件。
14.根据权利要求13所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将蓝宝石用于所述进行CVD的腔室的观察窗。
15.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，从包含通过权利要求1～6中任一项所述的金刚石基板的制造方法获得的所述(111)取向金刚石晶体的层叠基板中，去除所述基底基板，从而获得(111)取向金刚石基板。
16.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，从包含通过权利要求7～14中任一项所述的金刚石基板的制造方法获得的所述(111)取向金刚石晶体的层叠基板中，去除所述基底基板、所述下层基板、或所述中间层和下层基板，从而获得(111)取向金刚石基板。
17.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，使通过权利要求1～16中任一项所述的金刚石基板的制造方法获得的所述(111)取向金刚石晶体的表面平滑化。
18.一种金刚石基板，其特征在于，在针对该金刚石基板使用X射线衍射装置并通过极点法，将对阴极Cu用作X射线产生部，且于输出45kV、200mA、评估衍射面(111)、衍射角度2θ＝43.9°、步宽1°的条件下进行的测定中，检测到(111)面朝向基板主表面法线方向时的(111)面衍射峰，而未检测到(001)面朝向基板...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种金刚石基板的制造方法，其特征在于，其为通过微波等离子体cvd法、直流等离子体cvd法、热灯丝cvd法或电弧放电等离子体喷射cvd法，将氢稀释甲烷作为主原料气体，通过外延生长在基底基板上制造(111)取向金刚石晶体的方法，所述制造方法中，将生长速度设为小于3.8μm/h。
2.根据权利要求1所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，在通过外延生长制造所述(111)取向金刚石晶体的方法中，将氢稀释甲烷作为主原料气体，并一边添加氮气作为掺杂剂，一边在所述基底基板上制造(111)取向氮掺杂金刚石晶体。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将通过所述微波等离子体cvd法、直流等离子体cvd法、热灯丝cvd法或电弧放电等离子体喷射cvd法进行的生长中的所述基底基板的温度设为600℃～1050℃的范围。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为单晶金刚石(111)的单层基板。
5.根据权利要求4所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，所述基底基板为所述单晶金刚石(111)，并且将其设为主表面相对于晶面方位(111)在结晶轴[-1-12]方向或其三重对称方向上具有偏离角，所述偏离角在-8.0°以上且-0.5°以下、或+0.5°以上且+8.0°以下的范围内。
6.根据权利要求4或5所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将由所述单晶金刚石(111)构成的所述基底基板设为高温高压合成单晶金刚石、异质外延单晶金刚石、cvd合成同质外延金刚石及将它们进行组合而得到的单晶金刚石。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为由下层基板与该下层基板上的中间层构成的层叠结构。
8.根据权利要求7所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述中间层的最外表面设为选自ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti的金属层。
9.根据权利要求7或8所述的金刚石基板的制造方法，其特征在于，将所述基底基板设为：由单一的si、mgo、al2o3、sio2、si3n4、sic、ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti构成的基板；或选自si、mgo、al2o3、sio2、si3n4、sic、ir、rh、pd、pt、cu、ni、fe、cr、mn及ti的层叠体。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的金刚石基板的制造方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：野口仁，牧野俊晴，小仓政彦，加藤宙光，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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