專利名稱：陣列化金剛石膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管、二極管、發(fā)光元件、各種傳感器等的電子器件、X射線和光學(xué)相關(guān)材料等所使用的高品質(zhì)的陣列化金剛石膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
金剛石耐熱性優(yōu)異，另外通常還是絕緣體，但卻具有能夠借助摻雜質(zhì)而成為半導(dǎo)體這樣的特性。另外金剛石還具有電介質(zhì)嘩電壓和飽和漂移速度大，電容率小這樣優(yōu)異的電特性。具有這樣的特性的金剛石被期待作為高溫、高頻、高電場(chǎng)用的電子器件。另外，金剛石利用其帶隙大(5. 5eV)，推薦面向?qū)?yīng)紫外線等短波長(zhǎng)區(qū)域的光傳感器和發(fā)光元件的應(yīng)用，或面向利用高透光性、折射率的X射線窗和光學(xué)材料的應(yīng)用等。在上述這樣的應(yīng)用中，為了最大限度地發(fā)揮金剛石的特性，需要制造結(jié)晶缺陷少的高品質(zhì)的金剛石膜。作為金剛石的氣相合成法，已知有微波等離子體化學(xué)氣相沉積法(CVD)(例如專利文獻(xiàn)1和2)、高頻等離子體CVD法、熱絲CVD法、直流等離子體CVD法、等離子體射流法、 燃燒法等。但是，在硅等非金剛石基板上氣相合成的金剛石膜，一般金剛石晶粒是隨機(jī)凝集的多晶，晶界高密度地存在。由于該晶界導(dǎo)致載流子(電子和空穴等的帶電粒子)被俘獲或散射，因此晶界高密度存在的金剛石電特性劣化。另外在晶界光被散射，因此晶界高密度存在的金剛石透光性降低。為了提高金剛石膜的品質(zhì)，提出有一種合成高定向金剛石膜的技術(shù)，其至少使晶界大致統(tǒng)一成一定方向，并且使金剛石晶粒大致統(tǒng)一成一定方向。例如在專利文獻(xiàn)3中，公開有一種以如下三個(gè)階段制造金剛石膜的技術(shù)(三階段氣相合成法)。(1)首先一邊在Si (100)等的基板上外加負(fù)偏壓，一邊曝露在含碳等離子體中而使核生成(第一階段=偏壓形核)。(2)其次，以金剛石的<100>取向的生長(zhǎng)速度快的條件進(jìn)行氣相合成，使垂直于基板在<100>取向定向的金剛石晶粒生長(zhǎng)(第二階段=定向生長(zhǎng))。通過繼續(xù)該第二階段的生長(zhǎng)，非定向金剛石晶粒被埋入在<100>取向定向的金剛石晶粒中。(3)最后，抓住非定向金剛石晶粒被埋入的機(jī)會(huì)，轉(zhuǎn)換成<111>取向的生長(zhǎng)速度快的條件進(jìn)行氣相合成，由此在水平方向上使{100}面擴(kuò)展，如此使<100>取向定向的金剛石晶粒生長(zhǎng)(第三階段=粒徑擴(kuò)大和平坦化生長(zhǎng))。通過該第三階段的生長(zhǎng)，整個(gè)面平坦的金剛石膜形成。另外專利文獻(xiàn)4公開有一種技術(shù)，其是在第一層金剛石膜上形成設(shè)有多個(gè)貫通孔的金屬膜，在其上形成第二層金剛石膜的技術(shù)。在該技術(shù)中，以從金屬膜的貫通孔露出的第一層金剛石膜為基礎(chǔ)，使具有與之相同的面({100}面或{111}面)金剛石晶粒生長(zhǎng)，能夠形成降低了缺陷的第二金剛石膜。另一方面，關(guān)于排列單晶金剛石的種晶(籽晶)，基于該種晶生成金剛石的膜和板的技術(shù)，例如也在非專利文獻(xiàn)1中被提出。在該技術(shù)中還公開，例如在1個(gè)Si基板上設(shè)置規(guī)則端正的凹陷，在各凹陷上配置正八面體的金剛石粒子，應(yīng)用CVD法而使膜生成。或者排列配置正方形的金剛石板，通過CVD法形成一體化的金剛石板。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1特公昭59-27754號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特公昭61-3320號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3特開2006-176389號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開2001-233695號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)"Diamond FiIms"Koji Kobashi, E LSEVIER Ltd.(英國(guó))，2005 年出版，P74—77， Fig. 7. 10，F(xiàn)ig. 7. 11，F(xiàn)ig. 7. 12在專利文獻(xiàn)3這樣的三階段氣相合成法中，在第二階段使之生長(zhǎng)的金剛石層(定向生長(zhǎng)層)上有大量的晶界形成。該晶粒成為光學(xué)散射要因，另外晶界還使內(nèi)部應(yīng)力增大， 成為金剛石膜整體翹曲的要因。另外第二階段{111}區(qū)生長(zhǎng)，因此定向生長(zhǎng)層與{100}區(qū)生長(zhǎng)的層相比，氮和Si等雜質(zhì)的引入也多10倍，另外結(jié)晶缺陷也多。由于這樣的理由，定向生長(zhǎng)層需要根據(jù)用途與基板一起除去。為此優(yōu)選該層盡可能薄。另外為了削減制造成本，還有第二階段的生長(zhǎng)時(shí)間要縮短這樣的要求。但是，若是第二階段的生長(zhǎng)不充分，非定向晶粒、特別是<111>與基板大致垂直的晶粒殘留在表面的狀態(tài)下開始第三階段的生長(zhǎng)，則<111>定向晶粒沿縱向生長(zhǎng)，變成<111>定向晶粒從<100>定向晶粒所形成的平坦面突出的形狀(所謂的小丘形狀)，不能形成平坦的金剛石膜。還有，上述所謂{100}區(qū)生長(zhǎng)，意思是一邊保持{100}面，一邊進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的方式。一般是在包含{111}區(qū)生長(zhǎng)和{100}區(qū)生長(zhǎng)兩方面狀態(tài)下生長(zhǎng)，但在上述專利文獻(xiàn)3 的第二階段只包含{111}區(qū)生長(zhǎng)，第三階段初期包含{111}區(qū)生長(zhǎng)和{100}區(qū)生長(zhǎng)兩方面， 從{111}面消失時(shí)過渡到只有{100}區(qū)生長(zhǎng)。另外如專利文獻(xiàn)2這樣使用金屬膜的技術(shù)中，是在第二層金剛石膜上形成非定向晶粒。詳細(xì)地說，是在第一層金剛石膜表面(例如{100}定向金剛石膜)，有非定向金剛石晶粒(例如<111>取向與基板大致垂直的金剛石晶粒)，若該非定向晶粒從貫通孔露出，則以該非定向晶粒為基礎(chǔ)，在第二層金剛石膜上也形成非定向晶粒。另外如圖1所示，通過在基板1和第一層金剛石膜2上形成具有貫通孔的金屬膜 3，使金剛石晶粒4生長(zhǎng)的上述技術(shù)(圖1(a))，也能夠制造從與表面對(duì)向的上側(cè)看是正方形的形狀，其一邊為10 μ m左右的金剛石晶粒5相互鄰接而排列的第二層金剛石膜6 (圖 1(b))。但是在該技術(shù)中，如圖2所示。若制造一邊為20μπι以上的正方形金剛石晶粒，則不僅會(huì)形成金剛石晶粒4，還會(huì)在金屬膜3上形成不必要的非定向金剛石晶粒7 (圖2 (a))。 因此不能制造一邊為20 μ m以上的正方形形金剛石晶粒排列的金剛石膜。除了上述專利文獻(xiàn)3和4公開的技術(shù)之外，還有一種制造金剛石膜的技術(shù)，即，在設(shè)于作為基板的Si晶片上的多個(gè)凹坑中，各設(shè)置1個(gè)通過高壓合成而制造金剛石晶粒(籽晶)，從這里通過氣相合成使金剛石晶粒生長(zhǎng)，從而制造金剛石膜。但是在該技術(shù)中，一個(gè)一個(gè)設(shè)置金剛石粒子很費(fèi)事。而且，經(jīng)高壓合成制造的金剛石晶粒，通常大小和形狀不均勻， 成品率良好，統(tǒng)一成同樣的晶體取向而在基板上設(shè)置金剛石晶粒有困難。在電子器件等領(lǐng)域中，要求晶界少，金剛石晶粒的定向一致的高定向金剛石膜。另外因?yàn)榻饎偸び?，所以分?劃片)困難。因此如果能夠制作大型的多角形(優(yōu)選為矩形)金剛石晶粒，每個(gè)元件芯片都沿著其結(jié)晶晶界分割，則容易地大量生產(chǎn)元件芯片。但是一邊為20 μ m以上(正方形的情況)，并且多角形的金剛石晶粒(多角形金剛石晶粒的情況下，上述一邊相當(dāng)于“重心點(diǎn)間距離”)相互鄰接而排列的高定向金剛石膜，至今為止的技術(shù)中還沒有創(chuàng)立出實(shí)用性地進(jìn)行制造的例子。還有，雖然提出排列配置正方形的金剛石板，通過CVD法而形成一體化的金剛石板(前述非專利文獻(xiàn)1)，但該方法結(jié)晶的生長(zhǎng)方向只有厚度方向(同質(zhì)外延 (homoepitaxial)生長(zhǎng))，需要大小、取向統(tǒng)一的單晶金剛石板達(dá)到必要的面積，存在不容易降低成本的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著眼于上述這樣的情況而做，其目的在于，提供一種排列有大型的多邊形金剛石晶粒的陣列化金剛石膜，通過容易地使避開晶界的元件配置形成，由此，能夠?qū)嵸|(zhì)上與在單晶基板上同等地高效地制造高性能的元件，并通過沿著晶界分割從而能夠容易地制造元件。能偶實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的陣列化金剛石膜，其要旨在于，是在不同種材料的結(jié)晶基板上，接著其結(jié)晶方位的信息開始成長(zhǎng)的高取向金剛石膜，其中，在表面中，多邊形金剛石晶粒以重心點(diǎn)間距離為20 μ m以上的二維重復(fù)圖案排列。優(yōu)選所述多邊形金剛石晶粒的形狀在表面中為大致正方形，(此時(shí)，“所述重心點(diǎn)間距離為20 μ m以上”相當(dāng)于“一邊為20μπι以上”)。本發(fā)明也提供所述陣列化金剛石膜的制造方法。本發(fā)明的陣列化金剛石膜的制造方法的要旨在于，準(zhǔn)備以20μπι以上的等間隔形成有多個(gè)柱狀高取向金剛石的基板，以所述柱狀高取向金剛石為核，通過氣相合成使金剛石成長(zhǎng)，由此，在表面中以多邊形的金剛石晶粒相互鄰接的方式排列。優(yōu)選所述柱狀高取向金剛石的高度為5μπι以上20μπι以下。另外，優(yōu)選所述柱狀高取向金剛石的直徑為0. 5 μ m以上5 μ m以下。并且，優(yōu)選所述柱狀高取向金剛石的長(zhǎng)寬比(柱狀高取向金剛石的高度/柱狀高取向金剛石的直徑)為2以上20以下。本發(fā)明的高陣列化、高取向金剛石膜通過使大型的多邊形金剛石晶粒容易地形成避開晶界的元件配置，由此，能夠?qū)嵸|(zhì)上與在單晶基板上同等地高效地制造高性能的元件， 并能夠容易地沿著晶界進(jìn)行分割。如果能夠?qū)⒎指畹拇笮偷亩噙呅谓饎偸Я＠糜谠酒?，則能夠制造不存在晶界的高性能的元件芯片。另外，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，無需高壓合成金剛石的種晶自身以及將其規(guī)則地置于基板上的作業(yè)，與使用這種種晶的技術(shù)相比，能夠低成本地制造高陣列化、高取向金剛
石膜。


圖1是顯示使用利用具有貫通孔的金屬膜的現(xiàn)有的高取向金剛石膜制造技術(shù)，制造排列有小型的金剛石晶粒的金剛石膜的工序的概略說明圖。圖2是顯示使用利用具有貫通孔的金屬膜的現(xiàn)有的高取向金剛石膜制造技術(shù)，制造排列有大型的金剛石晶粒的金剛石膜的工序的概略說明圖。圖3是顯示在實(shí)施例中進(jìn)行的陣列化金剛石膜的制造中到途中為止的工序的概略說明圖。圖4是顯示實(shí)施例中形成的蝕刻掩膜的配置的概略說明圖。圖5是顯示用于電流測(cè)定的梳形電極對(duì)的形狀的概略說明圖。圖6是顯示在實(shí)施例中進(jìn)行的陣列化金剛石膜的制造中，通過氣相合成使金剛石晶粒成長(zhǎng)的工序的概略說明圖。符號(hào)說明1 基板2第一金剛石膜3具有貫通孔的金屬膜4成長(zhǎng)途中的金剛石晶粒5小型的正方形金剛石晶粒6第二金剛石膜7不要的非取向金剛石晶粒8 基板9成為基層的高取向金剛石膜10取向成長(zhǎng)層11晶粒擴(kuò)大層12蝕刻掩膜13抗蝕劑掩膜14柱狀高取向金剛石15被覆層16成長(zhǎng)途中的金剛石晶粒17大致正方形的金剛石晶粒18陣列化金剛石膜
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的陣列化金剛石膜在表面中大致同型號(hào)同尺寸的多邊形金剛石晶粒以重心點(diǎn)間距為20μπι以上的二維重復(fù)圖案排列(金剛石晶粒二維相互鄰接排列)。還有，所謂“表面中多邊形”是指在與陣列化金剛石膜的表面相對(duì)向的其上側(cè)觀察時(shí)金剛石晶粒的形狀為多邊形。另外，上述這種多邊形金剛石晶粒大致同形狀，同尺寸(是指“大致同型號(hào)同尺寸”)，大無需嚴(yán)密地要求完全一致。另外，本發(fā)明的陣列化金剛石膜是金剛石晶?；旧稀案呷∠颉?，該所謂“高取向” 是指相互鄰接的金剛石晶粒的歐勒(才 <，一)角{>，β，Y}的差{Δ α，Δ β，Δ Υ} 同時(shí)滿足I Δ α I彡5°、I Δ β I彡10°、I Δ Υ I彡5°。另夕卜，所謂“重心間距離”是指在正多邊形的情況下，其平面方向中間位置的相互間距離，在其他的多邊形的情況下，是相當(dāng)于重心的位置的相互間距離。為了進(jìn)一步容易地分割(Ψ ^ ν >，)，優(yōu)選所述金剛石晶粒在表面中時(shí)矩形(直角四邊形)，更優(yōu)選為大致正方形。
0061]所述多邊形金剛石晶粒的重心點(diǎn)間距離為20 μ m以上，優(yōu)選為50 μ m以上，更優(yōu)選為ΙΟΟμπ 以上。在利用上述金屬膜的現(xiàn)有技術(shù)中，不能制造重心點(diǎn)間距離為20μπ 以上的多邊形(優(yōu)選為矩形，更優(yōu)選為大致正方形)的晶粒排列的金剛石膜。另外，晶體管等的活性區(qū)域的中心點(diǎn)間距離是典型的50 μ m以上。為此，如果能夠制造重心點(diǎn)間距離為50 μ m 以上的多邊形金剛石晶粒排列的金剛石膜，則通過沿著晶界分割(夕'^ > 7 )，能夠容易且大量地生產(chǎn)不存在晶界的高性能元件芯片。所述多邊形金剛石晶粒的重心點(diǎn)間距離從后述的制造方法的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為 1000 μ m以下，更優(yōu)選為500 μ m以下。所述多邊形金剛石膜晶粒的形狀及其一邊的大小例如通過如下的方法測(cè)定晶界而特定。(1)通過諾馬斯基(氏)相差干涉顯微鏡觀察金剛石膜表面來測(cè)定晶界。(2)通過電子射線后方散射衍射相(EBSP)來檢測(cè)結(jié)晶方位的不連續(xù)(即晶界)。(3)在研磨金剛石膜前通過掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察其凹凸，檢測(cè)晶粒間微小的段差和晶面的傾斜， 將不連續(xù)部分特定為晶界。(4)在顯微陰極發(fā)光像中利用晶界附近的發(fā)光強(qiáng)度低檢測(cè)晶界。 還有，在一個(gè)測(cè)定方法中，晶界不明確時(shí)，可以組合多種方法特定晶界。上述的本發(fā)明的陣列化金剛石膜如下制造準(zhǔn)備以20 μ m以上的等間隔形成有多個(gè)柱狀高取向金剛石的基板，將所述柱狀高取向金剛石作為核，通過氣相合成使金剛石外延成長(zhǎng)。形成有多個(gè)柱狀高取向金剛石的基板如下準(zhǔn)備(1)首先例如通過專利文獻(xiàn)3中記載的方法(3階段氣相合成法)或特開平06-172088號(hào)公報(bào)、特開平07-69789號(hào)公報(bào)、特開平07-89793號(hào)公報(bào)中記載的方法，在基板上形成作為基層的高取向金剛石膜，(2)接著， 通過例如特開2002-75960號(hào)公報(bào)中公開的方法對(duì)該高取向金剛石膜進(jìn)行蝕刻。蝕刻掩膜沒有特別限定，例如利用氧等離子體進(jìn)行蝕刻時(shí)，能夠使用對(duì)其具有耐性的Al2O3或SiO2等的氧化膜作為掩膜。蝕刻掩膜如下制造通過濺射、蒸鍍或CVD等任意方法成膜后，涂布抗蝕劑，通過光蝕刻或電子射線描繪蝕刻等形成點(diǎn)狀圖案。點(diǎn)狀蝕刻掩膜的形狀可以是圓形也可以是矩形等非圓形。還有，矩形在蝕刻掩膜的設(shè)計(jì)和通過電子射線進(jìn)行的蝕刻上容易進(jìn)行。該點(diǎn)狀蝕刻掩膜的形狀與柱狀高取向金剛石的截面形狀對(duì)應(yīng)。而且，柱狀高取向金剛石的截面形狀為非圓形時(shí)，其直徑采用截面形狀的內(nèi)接圓的直徑和外接圓的直徑的平均值。例如，使用圖4的掩膜僅通過垂直蝕刻形成的柱狀高取向金剛石的情況，其截面形狀是一邊2 μ m的正方形(非圓形)，因此，其直徑根據(jù)內(nèi)接圓的直徑(2ym)和外接圓的直徑(2 V 2μπι)計(jì)算為(1+ V 2) N 2.4μ m。在柱狀高取向金剛石的直徑過大時(shí)，包含基層的高取向金剛石膜的晶界的概率增大。但是，其直徑過小時(shí)，對(duì)點(diǎn)狀時(shí)刻掩膜進(jìn)行圖案形成時(shí)的成功率下降。因此，柱狀高取向金剛石的直徑優(yōu)選為0.5μπι以上(更優(yōu)選為Iym以上)，優(yōu)選為5 μπι以下(更優(yōu)選為 2μ 以下)。另外，柱狀高取向金剛石的形狀(全體形狀)也可以使錐形或圓錐等不同形狀。此時(shí)，柱狀高取向金剛石的直徑是指高度(蝕刻深度)的1/2的位置的水平截面的直徑(該位置的截面形狀為非圓形時(shí)，遵從上述方法)。柱狀高取向金剛石實(shí)際上形成完全的圓柱或方柱困難，因此，多形成下擺寬的形狀(參照后述圖3(c))。該柱狀高取向金剛石的形狀(全體形狀)根據(jù)蝕刻的條件形成，顯示各向異性或各向同性或它們的中間性質(zhì)。完全的各向異性(相當(dāng)于垂直蝕刻)時(shí)，成為和掩膜形狀相同截面的柱，但通常不會(huì)形成完全各向異性。在本發(fā)明 的制造方法中，將柱狀高取向金剛石作為核通過氣相合成使金剛石外延成長(zhǎng)，因此，能夠得到重心點(diǎn)間距離與柱狀高取向金剛石的間隔大致相等的多邊形金剛石晶粒。因此，該柱狀高取向金剛石的間隔為等間隔，與多邊形金剛石晶粒的重心點(diǎn)間距離同樣，為20 μ m以上，優(yōu)選為50 μ m以上，更優(yōu)選為IOOym以上。在蝕刻基地的高取向金剛石膜制造柱狀高取向金剛石時(shí)，其間隔為等間隔，優(yōu)選為1000 μ m以下，更優(yōu)選為500 μ m以下。蝕刻掩膜的間隔(即柱狀高取向金剛石的間隔) 過寬，則到優(yōu)選深度(即柱狀高取向金剛石的高度)為止的蝕刻時(shí)間花費(fèi)過多。另外，該間隔過寬，則在該柱狀高取向金剛石之間被再成長(zhǎng)金剛石填埋，為了使多邊形金剛石晶粒相互鄰接花費(fèi)巨大時(shí)間。在此，所謂“柱狀高取向金剛石的間隔”在本發(fā)明中是指最接近的柱狀高取向金剛石的間隔。例如，使用圖4的蝕刻掩膜僅垂直蝕刻形成的柱狀高取向金剛石時(shí)，即各柱狀高取向金剛石被配置在形成正方形的晶格的各頂點(diǎn)時(shí)，該“間隔”不是位于對(duì)角線上的柱狀高取向金剛石彼此的間隔，是指例如形成正方形的一邊的柱狀高取向金剛石彼此的間隔。另夕卜，該“間隔”是指從“柱狀高取向金剛石的始點(diǎn)”到“下一個(gè)柱狀高取向金剛石的始點(diǎn)”的間隔。例如圖4中的間隔為20 μ m。柱狀高取向金剛石的高度(即蝕刻掩膜的深度)越大，則通過等離子體CVD使金剛石成長(zhǎng)時(shí)，通過電場(chǎng)集中使成長(zhǎng)速度增大的效果大。因此，柱狀高取向金剛石的高度優(yōu)選為5 μ m以上，更優(yōu)選為10 μ m以上。但是，即使柱狀高取向金剛石的高度過大，而成長(zhǎng)速度的增大效果飽和，相反有可能由于電場(chǎng)集中導(dǎo)致溫度上升或由于離子沖擊使金剛石晶粒的品質(zhì)下降。因此，柱狀高取向金剛石的高度優(yōu)選為20 μ m以下，更優(yōu)選為15 μ m以下。柱狀高取向金剛石的長(zhǎng)寬比即(柱狀高取向金剛石的高度/柱狀高取向金剛石的直徑)大時(shí)，如上所述，能夠使金剛石的成長(zhǎng)速度增大。但是，該長(zhǎng)寬比過大時(shí)，如上所述， 成長(zhǎng)速度的增大效果飽和，相反有可能使金剛石晶粒的品質(zhì)降低。因此，柱狀高取向金剛石的長(zhǎng)寬比優(yōu)選為2以上(更優(yōu)選為4以上)，優(yōu)選為20以下(更優(yōu)選為10以下)。柱狀高取向金剛石的高度和間隔比即(柱狀高取向金剛石的高度柱狀高取向金剛石的間隔)優(yōu)選為1/10以上(更優(yōu)選為1/5以上)，優(yōu)選為1/1以下(更優(yōu)選為1/2以下)。該比低于1/10(即與柱狀高取向金剛石的高度相比，其間隔過寬)時(shí)，與使用金屬膜的現(xiàn)有技術(shù)(對(duì)比文件2)的情況相同，在位于柱狀高取向金剛石之間的蝕刻位置非取向晶粒形成、成長(zhǎng)，該非取向晶粒有可能被從柱狀高取向金剛石成長(zhǎng)而成的取向晶粒覆蓋遮擋。 相反，即使該比大于1/1，也不能充分得到電場(chǎng)集中產(chǎn)生的成長(zhǎng)速度增大的效果。另外，該比過大的深度蝕刻需要加大基層的高取向金剛石膜的厚度，從蝕刻掩膜耐性的觀點(diǎn)出發(fā)不為優(yōu)選。對(duì)基層的高取向金剛石膜進(jìn)行蝕刻形成柱狀高取向金剛石時(shí)，優(yōu)選蝕刻到基板露出為止，或在時(shí)刻位置設(shè)置被覆層，使在蝕刻位置不形成非取向金剛石晶粒。被覆層優(yōu)選為 Pt等的催化劑金屬、Ir、Au、Os、Pd、Ru、Rh、Ag、Cu等的碳固溶度低的金屬，或Al2O3或SiO2 等的氧化物或Si。上述催化劑金屬分解表面的碳化氫，具有抑制不要的晶粒的成長(zhǎng)的效果。上述碳固溶度低的金屬具有使表面的碳化氫向柱狀高取向金剛石移動(dòng)(7 4 y > — *3 的效果。通過在上述Al2O3或SiO2等的氧化物和Si中添加少量的氧，也具有容易控制蝕刻速度的效果。被覆層通過濺射、蒸鍍或CVD等任意方法形成。另外，優(yōu)選對(duì)基層的高取向金剛石膜不進(jìn)行完全垂直蝕刻，而是使其具有少量各向同性成分，或在垂直蝕刻后進(jìn)行少量各向同性蝕刻，由此，蝕刻掩膜形成從柱狀高取向金剛石少量突出的傘狀。通過使蝕刻掩膜形成傘狀，能夠防止成膜被覆層時(shí)，在柱狀高取向金剛石的側(cè)面形成被覆層。如上對(duì)基層的高取向金剛石膜進(jìn)行蝕刻，根據(jù)需要形成被覆層后，通過將柱狀高取向金剛石作為核通過氣相合成使金剛石外延成長(zhǎng)，由此，能夠制造在表面多邊形的金剛石晶粒以二維重復(fù)圖案排列的陣列化金剛石膜。在制造在(100)面排列的高取向金剛石膜時(shí)，首先基板使用Si (100)、Pt(IOO)或 Ir(IOO)等，形成基層的高取向金剛石膜。接著，對(duì)該基層進(jìn)行蝕刻，由此，形成柱狀高取向金剛石。例如如圖4所示，相對(duì)于一個(gè)柱狀高取向金剛石，最接近的柱狀高取向金剛石等間隔為4個(gè)，它們配置在4次對(duì)稱方向時(shí)，通過氣相合成使金剛石成長(zhǎng)時(shí)，能夠在表面中形成正方形的金剛石晶粒。圖4的情況下，能夠制造一邊為20 μ m的正方形金剛石晶粒排列的陣列化(高取向)金剛石膜。上述的配置中，基本上形成正方形的金剛石晶粒，但鄰接的正方形金剛石晶粒的結(jié)晶方位一致時(shí)，它們形成長(zhǎng)方形的金剛石晶粒。例如在圖4的配置中鄰接的正方形金剛石晶粒的結(jié)晶方位一致時(shí)，形成20 μ mX40 μ m的長(zhǎng)方形金剛石晶粒。但是，根據(jù)結(jié)晶方位一致的位置，金剛石晶粒會(huì)呈現(xiàn)各種形態(tài)。在制造在(111)面排列的高取向金剛石膜時(shí)，首先基板使用Si(lll)、Pt(lll)、 Ir(lll)、藍(lán)寶石(0001)等，形成在(111)面取向的基層的高取向金剛石膜。接著，對(duì)該基層進(jìn)行蝕刻，由此，形成柱狀高取向金剛石。此時(shí)，與上述同樣，形成如圖4的柱狀高取向金剛石的配置，則在表面能夠形成正方形的金剛石晶粒。另外，相對(duì)于一個(gè)柱狀高取向金剛石， 最接近的柱狀高取向金剛石等間隔為6個(gè)，它們配置在6次對(duì)稱方向進(jìn)行蝕刻后，通過氣相合成，能夠在表面中形成正六邊形的金剛石晶粒。作為用于金剛石成長(zhǎng)的氣相合成法優(yōu)選等離子體CVD法。如果是等離子體CVD，則利用對(duì)于柱狀高取向金剛石的電場(chǎng)集中效果，能夠高速形成陣列化、高取向金剛石膜。作為等離子體CVD，例如能夠使用直流等離子體CVD、微波等離子體CVD等。特別是優(yōu)選作為無電極等離子的微波等離子體CVD能夠高品質(zhì)制造陣列化、高取向金剛石膜。優(yōu)選等離子體CVD的壓力為IOOhPa以上400hPa以下。通過成為IOOhPa以上，金剛石成長(zhǎng)速度急劇提高，能夠得到10 μ m/小時(shí)以上的速度。另一方面，壓力超過400hPa時(shí)， 在技術(shù)上難以維持等離子體。實(shí)施例 以下，舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受限于以下的實(shí)施例，在符合上下所述的宗旨的范圍內(nèi)可以適當(dāng)?shù)刈兏鼘?shí)施，這些均包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。(1)成為基層的高取向金剛石膜的制作通過專利文獻(xiàn)3中記載的3階段氣相合成法合成成為基層的高取向金剛石膜。詳細(xì)地說，使用Si (100)晶片作為基板8，通過微波等離子體CVD裝置，以表1所示條件進(jìn)行表面碳化、偏核產(chǎn)生(第一階段)、取向成長(zhǎng)(第二階段)以及晶粒擴(kuò)大成長(zhǎng)(第三階段)，合成高取向金剛石膜9(圖3(a))。表 權(quán)利要求
1.一種陣列化金剛石膜，其特征在于，是在不同種材料的結(jié)晶基板上，接著其結(jié)晶方位的信息開始成長(zhǎng)的高取向金剛石膜，其中，在表面中，多邊形金剛石晶粒以重心間距離為 20 μ m以上的二維重復(fù)圖案排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列化金剛石膜，其中，所述多邊形金剛石晶粒的形狀在表面中為大致正方形，其一邊為20 μ m以上。
3.一種陣列化金剛石膜的制造方法，其特征在于，準(zhǔn)備以20μπι以上的等間隔形成有多個(gè)柱狀高取向金剛石的基板，以所述柱狀高取向金剛石為核，通過氣相合成使金剛石外延成長(zhǎng)，由此，在表面中以多邊形的金剛石晶粒相互鄰接的方式排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，所述柱狀高取向金剛石的高度為5μπι以上 20 μ m以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制造方法，其中，所述柱狀高取向金剛石的直徑為 0. 5ym以上5μ 以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 5中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，所述柱狀高取向金剛石的長(zhǎng)寬比即柱狀高取向金剛石的高度/柱狀高取向金剛石的直徑為2以上20以下。
全文摘要
提供一種排列有大型的多邊形金剛石晶粒的陣列化金剛石膜，通過容易地使避開晶界的元件配置形成，由此，能夠?qū)嵸|(zhì)上與在單晶基板上同等地高效地制造高性能的元件，并通過沿著晶界分割從而能夠容易地制造元件。該陣列化金剛石膜是在不同種材料的結(jié)晶基板上，接著其結(jié)晶方位的信息開始成長(zhǎng)的高取向金剛石膜，其中，在表面中，多邊形金剛石晶粒以重心間距離為20μm以上的二維重復(fù)圖案排列。
文檔編號(hào)C30B25/00GK102345169SQ20111021366
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者橫田嘉宏, 橘武史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所