本發(fā)明涉及襯底基板及單晶金剛石層疊基板以及它們的制造方法。

背景技術(shù)：

1、金剛石在室溫下具有5.47ev這樣寬的帶隙，其作為寬帶隙半導(dǎo)體而被周知。

2、在半導(dǎo)體中，金剛石的絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為非常高的10mv/cm，其能夠在高電壓下工作。此外，由于作為已知的物質(zhì)具有最高的導(dǎo)熱系數(shù)，因此散熱性也優(yōu)異。進(jìn)一步，由于載流子遷移率及飽和漂移速度非常大，因此適合為高速裝置。

3、因此，即使與碳化硅或氮化鎵等半導(dǎo)體相比，金剛石的表示作為高頻·大功率裝置的性能的johnson性能指數(shù)也顯示出最高的值，可以說是終極半導(dǎo)體。

4、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

5、非專利文獻(xiàn)

6、非專利文獻(xiàn)1：h.?yamada,?appl.?phys.?lett.?104,?102110?(2014).

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（一）要解決的技術(shù)問題

2、如上所述，期待金剛石作為半導(dǎo)體材料或電子·磁性裝置用材料得以實(shí)用化，期望提供一種面積大且品質(zhì)高的金剛石基板。

3、當(dāng)前，用于制作金剛石半導(dǎo)體的單晶金剛石幾乎均為通過高溫高壓法(hpht)合成的被稱為ib型的金剛石。該ib型金剛石包含較多氮雜質(zhì)，并且最大僅可得到8mm見方左右的尺寸，實(shí)用性低。此外，還提出了將多個(gè)hpht基板(利用hpht法合成的金剛石基板)并排連接的鑲嵌法(非專利文獻(xiàn)1)，但存在接縫處具有不完整性的問題。

4、對(duì)此，氣相合成(化學(xué)氣相沉積，chemical?vapor?deposition：cvd)法中，若為多晶金剛石，則可以以高純度得到直徑為6英寸(150mm)左右的大面積的金剛石，但通常適用于電子裝置的單晶化較為困難。這是由于，作為用于形成金剛石的襯底基板，無法實(shí)現(xiàn)與金剛石之間的晶格常數(shù)及線膨脹系數(shù)之差較小的適當(dāng)?shù)牟牧系慕M合，例如，金剛石與單晶si之間的晶格常數(shù)之差為34.3%，因此非常難以使金剛石在襯底基板表面進(jìn)行異質(zhì)外延生長。

5、本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種襯底基板及其制造方法，所述襯底基板能夠?qū)⒏咂焚|(zhì)的單晶金剛石層制膜，該高品質(zhì)的單晶金剛石層能夠適用于電子·磁性裝置、面積大(口徑大)、結(jié)晶性高且凸起(hillock)、異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種具有這樣的單晶金剛石層的單晶金剛石層疊基板及單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板的制造方法。

6、（二）技術(shù)方案

7、為了解決上述目的，本發(fā)明提供一種襯底基板的制造方法，其為用于單晶金剛石層疊基板的襯底基板的制造方法，其特征在于，其具有：準(zhǔn)備初始基板的工序；及在所述初始基板上形成由至少包含單晶ir膜或單晶mgo膜的單層膜或?qū)盈B膜構(gòu)成的中間層的工序，并且其使用霧化cvd法形成構(gòu)成所述中間層的單晶ir膜或單晶mgo膜。

8、根據(jù)這樣的襯底基板的制造方法，由于利用霧化cvd形成構(gòu)成中間層的單晶ir膜或單晶mgo膜，因此能夠以大口徑、低成本形成單晶ir膜或單晶mgo膜。此外，可提高中間層的膜厚的均勻性。因此，能夠制造可形成高品質(zhì)的單晶金剛石層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。

9、此時(shí)，優(yōu)選將所述初始基板設(shè)為單晶si基板、單晶α-al2o3基板、單晶fe基板、單晶ni基板、及單晶cu基板中的任意一種。

10、這些初始基板的材料與中間層的材料之間的晶格不匹配小，容易使中間層可進(jìn)行外延生長。此外，還可得到大于6英寸(150mm)直徑的大口徑且其價(jià)格也比較便宜。

11、此外，能夠?qū)⑺鲋虚g層設(shè)為進(jìn)一步包含單晶氧化釔穩(wěn)定氧化鋯膜、單晶srtio3膜及單晶ru膜中的至少任意一種的層疊膜。

12、通過制成這樣的層疊膜，能夠?qū)χ虚g層以更適當(dāng)?shù)鼐哂芯徍统跏蓟迮c金剛石層之間的晶格不匹配的作用的方式進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)。

13、此外，可將所述初始基板設(shè)為si{111}基板、α-al2o3{0001}基板、fe{111}基板、ni{111}基板、及cu{111}基板中的任意一種，可將所述中間層設(shè)為至少包含ir{111}膜或mgo{111}膜。

14、此外，可將所述中間層設(shè)為進(jìn)一步包含氧化釔穩(wěn)定氧化鋯{111}膜、srtio3{111}膜、ru{0001}膜中的至少任意一種。

15、通過設(shè)為這樣的初始基板及中間層，能夠制造可將單晶金剛石{111}層制膜的襯底基板。

16、此時(shí)，可將所述初始基板的最外側(cè)表面設(shè)為相對(duì)于立方晶面取向{111}在晶軸<-1-12>方向設(shè)置了偏離角、或相對(duì)于六方晶面取向{0001}在晶軸<10-10>或<11-20>方向設(shè)置了偏離角。

17、通過如此設(shè)置偏離角，能夠更有效地制造可得到高品質(zhì)的單晶金剛石{111}層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石{111}層的結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長、位錯(cuò)缺陷等少。

18、此時(shí)，進(jìn)一步可將所述初始基板的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍。進(jìn)一步可將初始基板的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為大于+15.0且為+24.0°以下、或大于-15.0且為-24.0°以下的范圍。

19、通過設(shè)為這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

20、此外，此時(shí)，可將所述中間層的最外側(cè)表面設(shè)為相對(duì)于立方晶面取向{111}在晶軸<-1-12>方向設(shè)置了偏離角、或相對(duì)于六方晶面取向{0001}在晶軸<10-10>或<11-20>方向設(shè)置了偏離角。

21、通過這樣設(shè)置偏離角，能夠更有效地制造可得到高品質(zhì)的單晶金剛石{111}層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石{111}層的結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長、位錯(cuò)缺陷等少。

22、此時(shí)，可將所述中間層的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍。進(jìn)一步可將中間層的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為大于+15.0且為+24.0°以下、或大于-15.0且為-24.0°以下的范圍。

23、通過設(shè)為這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

24、此外，在本發(fā)明的襯底基板的制造方法中，可將所述初始基板設(shè)為si{001}基板、α-al2o3{11-20}基板、fe{001}基板、ni{001}基板、及cu{001}基板中的任意一種，可將所述中間層設(shè)為至少包含ir{001}膜或mgo{001}膜。

25、此外，可將所述中間層設(shè)為進(jìn)一步包含氧化釔穩(wěn)定氧化鋯{001}膜、srtio3{001}膜、ru{11-20}膜中的至少任意一種。

26、通過設(shè)為這樣的初始基板及中間層，能夠制造可將單晶金剛石{001}層制膜的襯底基板。

27、此時(shí)，可將所述初始基板的最外側(cè)表面設(shè)為相對(duì)于立方晶面取向{001}在晶軸<110>方向設(shè)置了偏離角、或相對(duì)于六方晶面取向{11-20}在晶軸<10-10>或<0001>方向設(shè)置了偏離角。

28、通過這樣設(shè)置偏離角，能夠更有效地制造可得到高品質(zhì)的單晶金剛石{001}層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石{001}層的結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長、位錯(cuò)缺陷等少。

29、此時(shí)，進(jìn)一步，可將所述初始基板的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍。進(jìn)一步，可將初始基板的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為大于+15.0且為+24.0°以下、或大于-15.0且為-24.0°以下的范圍。

30、通過設(shè)為這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

31、此外，此時(shí)，可將所述中間層的最外側(cè)表面設(shè)為相對(duì)于立方晶面取向{001}在晶軸<110>方向設(shè)置了偏離角、或相對(duì)于六方晶面取向{11-20}在<10-10>或<0001>方向設(shè)置了偏離角。

32、通過這樣設(shè)置偏離角，能夠更有效地制造可得到高品質(zhì)的單晶金剛石{001}層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石{001}層的結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長、位錯(cuò)缺陷等少。

33、此時(shí)，可將所述中間層的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍。進(jìn)一步，可將中間層的最外側(cè)表面的偏離角設(shè)為大于+15.0且為+24.0°以下、或大于-15.0且為-24.0°以下的范圍。

34、通過設(shè)置這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

35、此外，本發(fā)明提供一種單晶金剛石層疊基板的制造方法，其特征在于，其包括：準(zhǔn)備通過上述任一襯底基板的制造方法制造的襯底基板的工序；對(duì)所述襯底基板的所述中間層的表面進(jìn)行用于形成金剛石核的偏壓處理的工序；及使形成在所述中間層上的金剛石核生長從而進(jìn)行外延生長，形成單晶金剛石層的工序。

36、根據(jù)這樣的制造方法，能夠制造具有高品質(zhì)的單晶金剛石層的單晶金剛石層疊基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。

37、在本發(fā)明的單晶金剛石層疊基板的制造方法中，將所述單晶金剛石層設(shè)為{111}晶體。

38、此外，可將所述單晶金剛石層設(shè)為{001}晶體。

39、在本發(fā)明的單晶金剛石層疊基板的制造方法中，能夠?qū)⒕哂羞@些面取向的單晶金剛石層制膜。

40、此外，本發(fā)明提供一種單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板的制造方法，其特征在于，從通過上述任一單晶金剛石層疊基板的制造方法制造的單晶金剛石層疊基板中僅取出所述單晶金剛石層，制造單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板。

41、由此，能夠制造僅由單晶金剛石層構(gòu)成的單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板。

42、此外，還能夠在通過上述的單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板的制造方法得到的單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板上進(jìn)一步形成附加單晶金剛石層。

43、由此，能夠進(jìn)一步在僅為該金剛石層的基板上通過附加方式進(jìn)行制膜，可進(jìn)一步厚膜化。

44、此外，本發(fā)明提供一種襯底基板，其特征在于，在用于單晶金剛石層疊基板的襯底基板中具有：初始基板及所述初始基板上的由至少包含單晶ir膜或單晶mgo膜的單層膜或?qū)盈B膜構(gòu)成的中間層，所述中間層的厚膜均勻性在整個(gè)面內(nèi)為±10%以內(nèi)。

45、由此，在本發(fā)明的襯底基板中，可使中間層的膜厚均勻性在整個(gè)面內(nèi)為±10%以內(nèi)。因此，能夠制造可形成高品質(zhì)的單晶金剛石層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。

46、此時(shí)，可將所述初始基板設(shè)為單晶si基板、單晶α-al2o3基板、單晶fe基板、單晶ni基板、及單晶cu基板中的任意一種。

47、這些初始基板的材料與中間層的材料之間的晶格不匹配小，可容易進(jìn)行中間層21的外延生長。此外，還可得到大于6英寸(150mm)直徑的大口徑且其價(jià)格也比較便宜。

48、此外，可將所述中間層設(shè)為進(jìn)一步包含單晶氧化釔穩(wěn)定氧化鋯膜、單晶srtio3膜及單晶ru膜中的至少任意一種的層疊膜。

49、通過制成這樣的層疊膜，中間層能夠以更適當(dāng)?shù)鼐哂芯徍统跏蓟迮c金剛石層之間的晶格不匹配的作用的方式進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)。

50、此外，能夠制成一種襯底基板，其中，初始基板為單晶si{111}基板、單晶si{001}基板、單晶α-al2o3{0001}基板、單晶α-al2o3{11-20}基板、單晶fe{111}基板、單晶fe{001}基板、單晶ni{111}基板、單晶ni{001}基板、單晶cu{111}基板、及單晶cu{001}基板中的任意一種，

51、所述初始基板的最外側(cè)表面相對(duì)于立方晶面取向{111}在晶軸<-1-12>方向具有偏離角、或者相對(duì)于六方晶面取向{0001}在晶軸<10-10>或<11-20>方向具有偏離角、或者相對(duì)于立方晶面取向{001}在晶軸<110>方向具有偏離角、或者相對(duì)于六方晶面取向{11-20}在晶軸<10-10>或<0001>方向具有偏離角。

52、若為這樣的襯底基板，則通過初始基板及其偏離角以及中間層形成適當(dāng)?shù)慕M合，能夠制造可形成高品質(zhì)的單晶金剛石層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層更適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等更少、純度更高且應(yīng)力更低。

53、此外，能夠制成初始基板的最外側(cè)表面的偏離角為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍的襯底基板。此外，能夠制成初始基板的最外側(cè)表面的偏離角為大于+15.0且為+24.0°以下、或大于-15.0且為-24.0°以下的范圍的襯底基板。

54、通過設(shè)置這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

55、此外，能夠制成下述襯底基板：中間層的最外側(cè)表面相對(duì)于立方晶面取向{111}在晶軸<-1-12>方向具有偏離角、或者相對(duì)于六方晶面取向{0001}在晶軸<10-10>或<11-20>方向具有偏離角、或者相對(duì)于立方晶面取向{001}在晶軸<110>方向具有偏離角、或者相對(duì)于六方晶面取向{11-20}在晶軸<10-10>或<0001>方向具有偏離角。

56、通過如此設(shè)置偏離角，能夠更有效地制成可得到高品質(zhì)的單晶金剛石層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層的結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長、位錯(cuò)缺陷等少。

57、能夠制成所述中間層的最外側(cè)表面的偏離角為+8.0~+24.0°或-8.0~-24.0°的范圍的襯底基板。進(jìn)一步，能夠制成所述中間層的最外側(cè)表面的偏離角為大于+15.0且為+24.0°以下、或者大于-15.0且為-24.0°以下的范圍的襯底基板。

58、通過設(shè)置這樣的范圍，可將由偏離角帶來的高品質(zhì)化效果最大化。

59、此外，本發(fā)明提供一種單晶金剛石層疊基板，其特征在于，在上述任一襯底基板的所述中間層上具有單晶金剛石層。

60、這樣的單晶金剛石層疊基板由于具有形成在中間層的膜厚均勻性在整個(gè)面內(nèi)為±10%以內(nèi)的中間層上的單晶金剛石層，因此能夠制成具有高品質(zhì)的單晶金剛石層的單晶金剛石層疊基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。

61、（三）有益效果

62、根據(jù)本發(fā)明的襯底基板的制造方法，由于通過霧化cvd形成構(gòu)成中間層的單晶ir膜或單晶mgo膜，因此能夠以大口徑、低成本形成單晶ir膜或單晶mgo膜。能夠提高中間層的膜厚均勻性，特別是能夠制成在整個(gè)面內(nèi)為±10%以內(nèi)的膜厚均勻性。因此，能夠制造可形成高品質(zhì)的單晶金剛石層的襯底基板，該高品質(zhì)的單晶金剛石層適用于電子?磁性裝置、口徑大、結(jié)晶性高且凸起、欒晶等異常生長顆粒、位錯(cuò)缺陷等少、純度高且應(yīng)力低。此外，通過在該襯底基板上形成單晶金剛石層，能夠制造具有具備上述特征的單晶金剛石層的單晶金剛石層疊基板。此外，根據(jù)本發(fā)明，可制造從這樣的單晶金剛石層疊基板中僅分離出單晶金剛石層疊而成的單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板、或者能夠制造進(jìn)一步在單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板上將附加單晶金剛石層制膜而成的單晶金剛石自支撐結(jié)構(gòu)基板。