(57)【要約】【課題】ダイヤモンド粒のサイズが大きいダイヤモンド基板を形成可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】ダイヤモンド基板の製造方法は、下地と、下地上に配設されたダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板を製造する。第１領域の結晶核から成長させた第１ダイヤモンド層を第１領域及び第２領域上に形成し、第１領域上の第１ダイヤモンド層を除去し、第２領域上の第１ダイヤモンド層から成長させた第２ダイヤモンド層を第１領域に形成する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板自体または前記窒化物半導体基板と当該窒化物半導体基板上に配設された介在層とからなる下地と、前記下地上に配設されたダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板を製造する、ダイヤモンド基板の製造方法であって、
（ａ）前記下地の上面に規定された互いに隣接する第１領域及び第２領域に関して、ダイヤモンドの結晶核の配設を促進可能な配設促進処理を、前記第２領域に行わずに前記第１領域に行う工程と、
（ｂ）前記第１領域及び前記第２領域上に、前記第１領域に配設された前記結晶核から成長させた第１ダイヤモンド層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１領域上の前記第１ダイヤモンド層を除去する工程と、
（ｄ）前記第１領域上に、前記第２領域上の前記第１ダイヤモンド層から成長させた第２ダイヤモンド層を形成する工程と
を備える、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記配設促進処理は、
前記下地上に、前記結晶核の配設を促進可能なシリコンを含む膜を形成する処理を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
配列状の複数の前記第１領域が、前記下地の前記上面に規定されるとともに、前記第２領域が、前記下地の前記上面のうちの前記複数の第１領域の隙間に規定され、
隣り合う２つの前記第１領域同士の隙間の距離は、２０μｍ以上１００μｍ以下である、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記複数の第１領域のそれぞれは、各辺の長さが２０μｍ以上１００μｍ以下である正方形状を有する、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
配列状の複数の前記第２領域が、前記下地の前記上面に規定されるとともに、前記第１領域が、前記下地の前記上面のうちの前記複数の第２領域の隙間に規定され、
隣り合う２つの前記第２領域同士の隙間の距離は１０μｍ以下である、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
（ｅ）前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）との間において、前記第１領域上、または、前記第１領域上及び前記第２領域の前記第１ダイヤモンド層上に、前記結晶核の配設を抑制可能な薄膜を形成する工程をさらに備える、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記下地の前記介在層は、前記窒化物半導体基板と前記第１ダイヤモンド層及び前記第２ダイヤモンド層とを密着させる密着層を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記下地の前記介在層は、前記窒化物半導体基板を保護する保護層を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記下地の前記介在層は、非晶質シリコン膜または窒化アルミニウム膜を含む、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のダイヤモンド基板の製造方法であって、
前記工程（ａ）または前記工程（ｂ）は、前記結晶核を前記第１領域に配設することを伴う、ダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載のダイヤモンド基板の製造方法で製造されたダイヤモンド基板に含まれる前記窒化物半導体基板に、半導体装置を形成する、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板とダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板を製造するダイヤモンド基板の製造方法、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の窒化物は、大きい絶縁破壊耐性や高いキャリア速度を有している。このため、高出力の電子・光デバイスへの応用が期待されているが、高出力動作時に自己発熱により出力特性が制限されるといった問題がある。そこで、発熱が比較的大きい電界効果トランジスタを、窒化物層などからなる窒化物半導体基板とダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板に形成することが提案されている。ダイヤモンドは比較的高い熱伝導率を有しているため、ダイヤモンド基板に形成した電界効果トランジスタは、他の基板上では原理的に実現できない高出力動作を実現することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、ダイヤモンド層上に窒化物層を直接成長させる従来の技術では、窒化物層が多結晶になりやすく、また窒化物層表面にクラックが生じる問題がある。そのため、ダイヤモンド層上に窒化物層を成長させることによって形成された電界効果トランジスタでは、ドレイン電流が低く、高い出力電力密度が得られなかった。
【０００４】
そこで窒化物半導体基板を用意し、その基板上にダイヤモンド層を成長させる技術が考えられている。この技術では、窒化物半導体状にシード、つまりダイヤモンド微粒子を分散させた後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いた合成プロセスを行う。このような技術によれば、クラックの発生を抑制することが可能となる。
【０００５】
さて、多結晶ダイヤモンドの熱伝導率で重要となるのは、ダイヤモンドの結晶の粒のサイズである。ダイヤモンド粒が小さい場合、ダイヤモンド粒間の界面が増加して、熱伝導率が低下する。このため、ダイヤモンド粒を巨大化させて熱伝導率を高める取り組みがなされている。例えば特許文献１の技術では、ダイヤモンドの成長途中でマスク蒸着を行った後、ダイヤモンドがマスクの開口部から等方的に成長していくことによってダイヤモンドの粒を巨大化させる。また例えば特許文献２の技術では、成長途中のダイヤモンド膜をエッチングし、ダイヤモンド膜表面に凸型構造を作った後、その凸部を中心にダイヤモンドが等方的に成長していくことによってダイヤモンドの粒を巨大化させる。特許文献３の技術では、ダイヤモンド膜をマスクエッチングして柱状のダイヤモンド構造を形成した後、当該ダイヤモンド構造を再成長させることによってダイヤモンドの粒を巨大化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３３６９５号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４３０７号公報
【特許文献３】特開２０１２−０３１０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１及び２の方法を用いた場合、窒化物半導体基板とダイヤモンドとの界面では微細なダイヤモンド粒しか形成することができないので、その部分において熱伝導が低くなってしまうという問題がある。また特許文献３の方法では、柱状構造を形成するための高配向ダイヤモンドを形成することが必要であり、基板の中には、この形成が困難な種類の基板もあるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、ダイヤモンド粒のサイズが大きいダイヤモンド基板を形成可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るダイヤモンド基板の製造方法は、窒化物半導体基板自体または前記窒化物半導体基板と当該窒化物半導体基板上に配設された介在層とからなる下地と、前記下地上に配設されたダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板を製造する、ダイヤモンド基板の製造方法であって、（ａ）前記下地の上面に規定された互いに隣接する第１領域及び第２領域に関して、ダイヤモンドの結晶核の配設を促進可能な配設促進処理を、前記第２領域に行わずに前記第１領域に行う工程と、（ｂ）前記第１領域及び前記第２領域上に、前記第１領域に配設された前記結晶核から成長させた第１ダイヤモンド層を形成する工程と、（ｃ）前記第１領域上の前記第１ダイヤモンド層を除去する工程と、（ｄ）前記第１領域上に、前記第２領域上の前記第１ダイヤモンド層から成長させた第２ダイヤモンド層を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１領域の結晶核から成長させた第１ダイヤモンド層を第１領域及び第２領域上に形成し、第１領域上の第１ダイヤモンド層を除去し、第２領域上の第１ダイヤモンド層から成長させた第２ダイヤモンド層を第１領域に形成する。これにより、ダイヤモンド粒のサイズが大きいダイヤモンド基板を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す平面図である。
【図４】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法によって形成されたダイヤモンド層の画像を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法によって形成されたダイヤモンド層の画像を示す図である。
【図８】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図９】実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す平面図である。
【図１４】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１５】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１６】実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１７】実施の形態３に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１８】実施の形態３に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図１９】実施の形態４に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２０】実施の形態４に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２１】実施の形態４に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２２】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２３】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２４】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２５】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２６】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【図２７】実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
本発明に係るダイヤモンド基板の製造方法は、窒化物半導体基板自体または窒化物半導体基板と当該窒化物半導体基板上に配設された介在層とからなる下地と、当該下地上に配設されたダイヤモンド層とを含むダイヤモンド基板を製造する方法である。本発明の実施の形態１では、下地は窒化物半導体基板自体であるものとする。また、本明細書において、膜と層とは同じ概念であるものとする。
【００１３】
図１などは、本実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法の工程を示す概略図であり、具体的にはダイヤモンド基板の断面図である。
【００１４】
まず、下地を用意する。図１に示すように、本実施の形態１では、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）などの単結晶窒化物半導体からなる窒化物半導体基板１を、下地として用いた。なお、窒化物半導体基板１には、図示しない下地基板上に窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる積層緩衝層を介して、窒化ガリウム層を成長させた構造を用いてもよいし、当該構造から下地基板及び積層緩衝層を除去した窒化ガリウム層のみを用いてもよい。
【００１５】
窒化物半導体基板１は、レーザカットにより、例えば各辺の長さが２ｃｍである正方形状に切り分けた。これにより、後工程であるダイヤモンド成長工程においてマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いても、窒化物半導体基板１面内でダイヤモンドを均一に成長させることが可能となる。なお、ダイヤモンド成長工程において、例えばホットフィラメントＣＶＤなど、より広範囲に均一なダイヤモンドの成長を行うことが可能な方法を用いる場合には、窒化物半導体基板１を上記サイズよりも大きなサイズで切り分けてもよい。
【００１６】
さて通常、窒化物半導体基板１の表面が平坦である場合、ダイヤモンドの成長の起点となる結晶核を当該表面に配設することは困難であり、その結果、ダイヤモンドの結晶を当該表面に成長させることも困難である。そこで、ダイヤモンドの成長を促進するために、事前に、ダイヤモンドの結晶核の配設を促進可能な配設促進処理を、窒化物半導体基板１の表面に行う。
【００１７】
配設促進処理としては、例えば、傷つけ処理、分散処理、ＢＥＮ（Bias Enhanced Nucleation）法、及び、膜形成処理などが用いられる。傷づけ処理は、結晶核の配設を促進可能な微細な傷を基板表面につける処理であり、例えばプラズマ処理などが該当する。分散処理は、ナノサイズのダイヤモンド微粒子を基板上に分散させることによって、結晶核を基板表面に配設する処理である。ＢＥＮ法は、基板に負バイアスを印加して基板近傍のダイヤモンドの密度を増加させることによって、結晶核を基板表面に配設する方法である。膜形成処理は、結晶核の配設を促進可能な薄膜（以下「核配設促進膜」と記す）を基板表面に形成する処理である。
【００１８】
本実施の形態１では、配設促進処理として膜形成処理及び分散処理を用いた。まず、図２に示すように、窒化物半導体基板１の上面に規定された互いに隣接する第１領域１ａ及び第２領域１ｂに関して、核配設促進膜２を第２領域１ｂには形成せずに第１領域１ａに形成した。つまり、配設促進処理を第２領域１ｂには行わずに第１領域１ａに行った。
【００１９】
配設促進処理に膜形成処理を用いると、結晶核を配設すべき領域をパターニングしやすいという利点がある。また、傷つけ処理では結晶核の密度を高める効果が基板表面内で不均一であるのに対して、膜形成処理では当該効果を均一化することができるという利点もある。
【００２０】
本実施の形態１では、核配設促進膜２として、シリコン（Ｓｉ）を含む膜の一種である微結晶シリコン膜を用いた。核配設促進膜２に微結晶シリコンの膜を用いた場合には、窒化物半導体基板１表面に結晶核の配設を促進可能な数ｎｍ程度の凹凸を形成することができる。
【００２１】
次に、核配設促進膜２の形成について詳細に説明する。まず、アセトンで洗浄を行った窒化物半導体基板１上に、図２に示すようにアルミニウムのマスク７ａを設置する。マスク７ａ全体は、各辺の長さが例えば２ｃｍである正方形状を有しており、マスク７ａには例えば２０μｍ角の正方形状の開口部１０が、マトリクス状に配設されている。隣り合う開口部１０同士は例えば２０μｍ離れており、例えば縦４５個×横４５個、合計２０２５個の開口部１０がマスク７ａに配設されている。
【００２２】
開口部１０の配置によって、本実施の形態１で最終的に形成されるダイヤモンド基板のダイヤモンド結晶の最低サイズが決定される。ダイヤモンド結晶の最低サイズと、隣り合う２つの開口部１０同士の間の距離とは互いに対応しており、当該距離の半分がダイヤモンド結晶の最低サイズとほぼ等しくなる。本実施の形態１では、ダイヤモンド結晶のサイズが１０μｍ以上となるように、隣り合う２つの開口部１０同士の間の距離を２０μｍ以上１００μｍ以下とした。
【００２３】
図３は、上述のマスク７ａを用いて窒化物半導体基板１に形成された核配設促進膜２を示す平面図である。この図３、及び、後述で説明する図１３などの平面図では、第１領域１ａにハッチングが付されている。
【００２４】
図３に示すように、配列状の複数の第１領域１ａが、窒化物半導体基板１の上面に規定されている。このため、複数の第１領域１ａにそれぞれ形成された複数の核配設促進膜２は、複数の第１領域１ａと同様の配列で、窒化物半導体基板１の上面に配設されている。ここでは、第１領域１ａ及び核配設促進膜２のそれぞれは、各辺の長さが２０μｍ以上１００μｍ以下である正方形状を有している。
【００２５】
一方、核配設促進膜２が形成されていない第２領域１ｂは、窒化物半導体基板１の上面のうちの複数の第１領域１ａの隙間に規定されている。隣り合う２つの第１領域１ａ同士の隙間の距離、つまり第２領域１ｂの幅は、マスク７ａの隣り合う２つの開口部１０同士の間の距離と同じであり、２０μｍ以上１００μｍ以下となっている。
【００２６】
核配設促進膜２に用いられる微結晶シリコン膜の成膜には、例えばＲＦ（Radio Frequency）プラズマＣＶＤを用いた。また、ＲＦプラズマＣＶＤとして、例えば、装置チャンバー内部での窒化物半導体基板１の温度を２００℃に制御し、モノシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を原料ガスとして投入し、圧力を５００Ｐａに調整した後、ＲＦ電力を投入して微結晶シリコン膜を成膜した。
【００２７】
なお、微結晶シリコン膜は、ＳｉＨ４をＨ２によって大幅に希釈して作製されることが好ましい。希釈量を増大させると、暫定的に形成されたシリコン膜のうち、非晶質層がＨ２によって選択的にエッチングされて結晶層が残るので、最終的に結晶性の良いシリコン膜が得られる。本実施の形態１では、極めて薄い膜厚でも十分なラフネスを持つ微結晶シリコン膜を核配設促進膜２として形成するために、膜成形時のＨ２によるＳｉＨ４の希釈率を３００倍にした。微結晶シリコン膜の厚さは、後工程で微結晶シリコン膜の側面からダイヤモンド結晶が成長しないようにするために、１００ｎｍ以下が好ましい。本実施の形態１では、微結晶シリコン膜の膜厚を５０ｎｍ程度にした。以上のようなＲＦプラズマＣＶＤ工程により、パターニングされた微結晶シリコン膜が、核配設促進膜２として窒化物半導体基板１の上面に形成される。
【００２８】
次に図４に示すように、核配設促進膜２上に分散処理を行った。この分散処理により、核配設促進膜２上にダイヤモンド微粒子３が付着し、核配設促進膜２上のダイヤモンドの結晶核の配設量が増加する。ここでは、例えば窒化物半導体基板１表面にマスク７ａを設置したまま、結晶核となるダイヤモンド微粒子を分散させた溶液中で超音波処理を施すことで、核配設促進膜２上にダイヤモンド微粒子３を配設させた。なお、この処理では、窒化物半導体基板１とマスク７ａとの隙間にダイヤモンド微粒子３が入り込んでしまうことが考えられる。しかしながら、基本的には、運動量の大きな状態でダイヤモンド微粒子３が衝突するのは開口部１０のみであるため、核配設促進膜２以外に付着した不要なダイヤモンド微粒子３は、その後の洗浄によって除去される。
【００２９】
本実施の形態１では用いなかったが、窒化物半導体基板１表面にマスクを用いて図示しない酸化シリコン膜または金属薄膜を選択的に形成した後に、それら膜などの上に結晶核を分散させ、それら膜を酸により除去してもよい。この場合、窒化物半導体基板１の所望の部分に結晶核を配設することができるので、配設促進処理として分散処理のみを行うことが可能である。なお、この処理は、後述する実施の形態２で用いられる。
【００３０】
図５に示すように、マスク７ａを撤去した後、第１領域１ａ及び第２領域１ｂ上に、第１領域１ａに配設されたダイヤモンド微粒子３から成長させた第１ダイヤモンド層４を形成する。
【００３１】
ダイヤモンドの形成、つまりダイヤモンドの合成にはマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。マイクロ波プラズマＣＶＤでは例えば２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を使用してチャンバー内に高出力かつ高密度のプラズマを形成させることで、窒化物半導体基板１表面に活性種を供給しダイヤモンドを成長させた。なおマイクロ波の投入電力は例えば３ｋＷである。原料ガスとしては、例えばＣＨ４及びＨ２を用い、Ｈ２によってＣＨ４を１０倍に希釈した。この希釈は、微結晶シリコンの成膜と同様、最終的に結晶性の良いダイヤモンド層を得るためである。以上の工程を用いて６時間の合成処理を行い、厚さ３０μｍの第１ダイヤモンド層４を形成した。
【００３２】
なお、傷つけ処理及び膜形成処理では、それらの後に行われるダイヤモンド成長工程の初期段階が、結晶核を第１領域１ａに配設することを伴う。一方、分散処理では、分散処理自体が、結晶核を第１領域１ａに配設することを伴い、ＢＥＮ法では、ＢＥＮ法自体が結晶核を第１領域１ａに配設することを伴う。
【００３３】
図６及び図７は、窒化物半導体基板１の代わりにＳｉ基板を用いた構造上に、上述のマイクロ波ＣＶＤプロセスと同様の方法で実際に厚さ３０μｍの第１ダイヤモンド層４を成長させたときの、当該第１ダイヤモンド層４の表面画像を示す図である。
【００３４】
図６は、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４の表面画像であり、そのダイヤモンド粒のサイズは５μｍ程度であった。図７は、第２領域１ｂ上の第１ダイヤモンド層４の表面画像であり、そのダイヤモンド粒のサイズは２０μｍ程度であった。つまり、ダイヤモンド粒のサイズが１０μｍ未満の粒が凝集している第１領域１ａと、ダイヤモンド粒のサイズが１０μｍ以上の粒が凝集している第２領域１ｂとが確認された。このようなダイヤモンド粒のサイズの差異は、Ｓｉ基板を窒化物半導体基板１に代えた構造でも同様に生じる。
【００３５】
このように、第１領域１ａ及び第２領域１ｂにおいて、基板表面から見たダイヤモンド粒のサイズに差異が生じた理由について考察した。
【００３６】
第１領域１ａでは、ダイヤモンドの成長の初期において、パターニングされた核配設促進膜２に配設されたダイヤモンド微粒子から、ダイヤモンド結晶が等方的に成長する。その後、基板の面方向に隣り合うダイヤモンド結晶同士が接触すると、合体して当該面方向と垂直方向に成長したり、合体せずに結晶同士の境界を残したまま、当該面方向と垂直方向に成長したりする。配設促進処理が行われた第１領域１ａでは、ダイヤモンド微粒子３の数が多いことから、結晶同士の境界も多く残る。この結果、第１領域１ａでは、図６のように基板表面におけるダイヤモンド粒のサイズが小さく、図５のように上記垂直方向に沿って縦長のダイヤモンド結晶が成長するものと考えられる。
【００３７】
一方、配設促進処理が行われていない第２領域１ｂでは、ダイヤモンド微粒子３の数が少なく、当該ダイヤモンド微粒子３から成長するダイヤモンド結晶の数も少ない。このため、第２領域１ｂに隣接する第１領域１ａに形成されたダイヤモンド結晶が、第２領域１ｂ上を埋めるように等方的に成長することになる。この結果、第２領域１ｂでは、図５及び図７のように基板表面におけるダイヤモンド粒のサイズが大きくなるものと考えられる。
【００３８】
なおここでは、第１ダイヤモンド層４の形成には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いたが、これに限ったものではない。例えば、熱したタングステン触媒線によってＣＨ４及びＣ２Ｈ２のような原料ガスを分解してダイヤモンドを成長させる熱フィラメントＣＶＤ、直流放電型プラズマＣＶＤ法、及び、アーク放電プラズマジェットＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法を、第１ダイヤモンド層４の形成に用いることが可能である。
【００３９】
その後、図８に示すように、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去する。これにより、ダイヤモンド粒のサイズが１０μｍ以下のダイヤモンド層が、窒化物半導体基板１から実質的に除去される。なお、この除去には、例えばプラズマエッチングが用いられる。
【００４０】
本実施の形態１では、プラズマエッチングを行う際に、図２の工程と同じマスク７ａを用いた。これにより、核配設促進膜２が形成された領域と、第１ダイヤモンド層４を除去する領域とを一致させることができる。プラズマエッチングには、例えばテトラフルオロカーボン（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）との混合ガスを用いた。なお、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去するとともに、第１領域１ａ上の核配設促進膜２も除去することが好ましい。核配設促進膜２を除去すれば、次工程で第１領域１ａに形成される第２ダイヤモンド層が、ダイヤモンド粒のサイズが小さいダイヤモンド層となってしまうことを抑制することができるからである。
【００４１】
次に図９に示すように、マスク７ａを撤去し、最後の工程として、第１領域１ａ上に、第２領域１ｂ上の第１ダイヤモンド層４から成長させた第２ダイヤモンド層５を形成する。第２ダイヤモンド層５の形成条件、つまり合成条件は、第１ダイヤモンド層４と同様である。第２ダイヤモンド層５の形成時間は例えば６時間とした。なお、本工程において、種結晶として機能する部分は、図８のエッチング後に第２領域１ｂ上に残留した第１ダイヤモンド層４である。第２ダイヤモンド層５を形成する前の、第２領域１ｂ上の第１ダイヤモンド層４の厚さが３０μｍである場合、第２ダイヤモンド層５を形成した後の、その厚さは６０μｍ程度になる。なお、完成した基板表面を見た場合、第１ダイヤモンド層４及び第２ダイヤモンド層５のダイヤモンド粒のサイズは全て１０μｍ以上となっていることが確認された。
【００４２】
以上によってダイヤモンド基板が完成する。その後、当該ダイヤモンド基板に含まれる窒化物半導体基板１が加工されることによって、電界効果トランジスタなどの半導体素子を含む半導体装置が形成される。
【００４３】
＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係るダイヤモンド基板の製造方法によれば、第１領域１ａのダイヤモンド微粒子３から成長させた第１ダイヤモンド層４を第１領域１ａ及び第２領域１ｂ上に形成し、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去し、第２領域１ｂ上の第１ダイヤモンド層４から成長させた第２ダイヤモンド層５を第１領域１ａに形成する。このような製造方法によれば、ダイヤモンド粒のサイズが大きいダイヤモンド基板を形成することができる。そして、このようなダイヤモンド基板から半導体装置を形成することにより、放熱性が高められた半導体装置を実現することができる。
【００４４】
また本実施の形態１では、隣り合う２つの第１領域１ａ同士の隙間の距離は、２０μｍ以上１００μｍ以下である。このような構成によれば、ダイヤモンド基板のダイヤモンド粒のサイズを１０μｍ以上にすることができる。この結果、ダイヤモンド基板の熱伝導率を単結晶と比較しても十分高い値、例えば１０００Ｗ／Ｋ程度にすることができる。
【００４５】
なお、第１領域１ａは、一度ダイヤモンドが除去されて再度ダイヤモンドが成長される領域であるため、第１領域１ａが広すぎると、ダイヤモンド基板表面のラフネスが上昇したり、ダイヤモンドの合成速度が低下したりする。これに対して、本実施の形態１では、複数の第１領域１ａのそれぞれは、各辺の長さが２０μｍ以上１００μｍ以下である正方形状を有するように構成されており、第１領域１ａを比較的狭くしているので、これらの不具合を抑制することができる。
【００４６】
＜実施の形態２＞
図１０などは、本発明の実施の形態２に係るダイヤモンド基板の製造方法の工程を示す概略図である。以下、本実施の形態２で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００４７】
まず実施の形態１と同様に、窒化物半導体基板１を下地として用意する（図１）。そして、図１０に示すように、窒化物半導体基板１の第１領域１ａ上にマスク７ｂを配設し、例えばＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、非晶質酸化シリコン膜１１を第２領域１ｂに形成する。
【００４８】
その後、図１１に示すように、マスク７ｂを撤去し、ダイヤモンド微粒子３の分散処理を行う。これにより、非晶質酸化シリコン膜１１の表面と、窒化物半導体基板１の第１領域１ａにダイヤモンド微粒子３が付着する。それから、図１２に示すように、例えばフッ化水素酸を用いて非晶質酸化シリコン膜１１の除去を行う。これにより、第１領域１ａのみにダイヤモンド微粒子３が配設される。
【００４９】
ここで、実施の形態１では、図３に示したように、配列状の複数の第１領域１ａが、窒化物半導体基板１の上面に規定され、第２領域１ｂが、窒化物半導体基板１の上面のうちの複数の第１領域１ａの隙間に規定されていた。
【００５０】
これに対して、本実施の形態２では、マスク７ｂとして実施の形態１のマスク７ａの非開口部と開口部とを入れ替えたマスクを用いる。このため、図１３に示すように、平面視において、ダイヤモンド微粒子３が配設された第１領域１ａの場所と、ダイヤモンド微粒子３が配設されていない第２領域１ｂの場所とが、実施の形態１と逆になっている。
【００５１】
ここでは、その一例として、配列状の複数の第２領域１ｂが、窒化物半導体基板１の上面に規定され、複数の第２領域１ｂのそれぞれが、各辺の長さが２０μｍ程度の正方形状のパターンを有している。そして、ダイヤモンド微粒子３が配設された第１領域１ａが、窒化物半導体基板１の上面のうちの複数の第２領域１ｂの隙間に規定されて、網目状のパターンを有している。なお、隣り合う２つの第２領域１ｂ同士の隙間の距離、つまり網目状の第１領域１ａの幅は５μｍとした。
【００５２】
以上の処理によって第１領域１ａにダイヤモンド微粒子３を配設した後、図１４に示すように、実施の形態１と同様、第１領域１ａ及び第２領域１ｂ上に第１ダイヤモンド層４を形成する。それから、図１５に示すように、実施の形態１と同様、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去する。ただし本実施の形態２では、フッ化アルゴンレーザなどのエキシマレーザを第１領域１ａに走査させることにより、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去した。最後に、図１６に示すように、実施の形態１と同様、第１領域１ａ上に第２ダイヤモンド層５を形成する。
【００５３】
＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態２に係る製造方法によれば、第１領域１ａは細いライン状の領域となる。このため、エキシマレーザのような短波長レーザを第１領域１ａに走査させることにより、第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去すること（図１５）ができる。
【００５４】
なお、短波長レーザを用いた場合には、ダイヤモンドの高い熱伝導性のため、レーザによる熱が照射部の周囲に伝搬していくことが考えられる。この熱によって不要な不具合が生じないようにするためには、レーザの発熱を抑えること、及び、少ない走査回数で第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去することが好ましい。レーザの発熱を抑えるためには、パルス間隔が狭い低エネルギーのレーザを使用することが考えられる。少ない走査回数で第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去するためには、第１領域１ａできるだけ狭くしておくことが考えられる。
【００５５】
ここで、一般的な微細加工用のレーザは、一回の走査で２０μｍ程度から数十μｍ程度の幅の被加工物を除去することができるので、理論上では、第１領域１ａの幅を２０μｍ以下にすれば、一回の走査で第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を全て除去することができる。しかし、レーザによる除去のばらつきを考えて、第１領域１ａの幅を１０μｍ以下にしておくことが好ましい。このように構成した場合には、実際の運用において、一回の走査で第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を全て除去することができる。なお、本実施の形態２では上述したように、第１領域１ａの幅を５μｍとした。
【００５６】
また本実施の形態２によれば、第１領域１ａの範囲が比較的狭いので、短い時間で第２ダイヤモンド層５を形成すること（図１６）ができるとともに、第２ダイヤモンド層５として、ダイヤモンド粒のサイズが小さいダイヤモンド層が形成される可能性を低減することができる。例えば、第１ダイヤモンド層４で用いた合成条件と同じ合成条件のマイクロ波ＣＶＤ処理を１時間程度行うだけで、第１ダイヤモンド層４の第１領域１ａ上の溝を第２ダイヤモンド層５で埋めることができた。
【００５７】
＜実施の形態３＞
図１７及び図１８は、本発明の実施の形態３に係るダイヤモンド基板の製造方法の工程を示す概略図である。以下、本実施の形態３で説明する構成要素のうち、実施の形態１及び２と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００５８】
まず実施の形態１と同様に、図１の工程から図８の工程を行う。次に本実施の形態３では、図１７に示すように、第１ダイヤモンド層４が除去された第１領域１ａの核配設促進膜２上に、ダイヤモンドの結晶核の配設を抑制可能な薄膜である核配設抑制膜８を形成する。核配設抑制膜８には、マスクスパッタリング法によって形成させた厚さ５０ｎｍの銀薄膜を用いた。ただし、核配設抑制膜８はこれに限ったものではなく、金、白金及び銅などの金属材料、酸化アルミニウムなどの酸化物材料、並びに、窒化アルミニウムなどの窒化物材料からなる薄膜であってもよい。
【００５９】
その後、図１８に示すように、実施の形態１と同様、第１領域１ａ上に第２ダイヤモンド層５を合成及び形成する。
【００６０】
＜実施の形態３のまとめ＞
以上のような本実施の形態３に係る製造方法によれば、第１領域１ａを核配設抑制膜８で覆うことにより、第２ダイヤモンド層５として、ダイヤモンド粒のサイズが小さいダイヤモンド層が形成される可能性を低減することができる。
【００６１】
例えば、下地がＳｉ、Ｃ及びそれらの化合物からなる基板を含む場合には、第２ダイヤモンド層５を形成する前の工程で、当該基板に分散処理ではなく傷つけ処理を用いたり、当該基板の表面ラフネスを利用したりすることがある。この場合、第２ダイヤモンド層５として、ダイヤモンド粒のサイズが小さいダイヤモンド層が形成される可能性が高くなる。これ対して本実施の形態３では、第１領域１ａを核配設抑制膜８で覆うので、表面ラフネスなどの影響を抑制することができる。このため、第２ダイヤモンド層５として、ダイヤモンド粒のサイズが小さいダイヤモンド層が形成される可能性を低減することができる。
【００６２】
＜実施の形態４＞
図１９〜図２１は、本発明の実施の形態４に係るダイヤモンド基板の製造方法の工程を示す概略図である。以下、本実施の形態４で説明する構成要素のうち、実施の形態１〜３と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００６３】
まず実施の形態１と同様に、図１の工程から図８の工程を行う。次に本実施の形態４では、図１９に示すように、第２領域１ｂ上のマスク７ａを撤去し、第１ダイヤモンド層４が除去された第１領域１ａの核配設促進膜２上、及び、第２領域１ｂの第１ダイヤモンド層４上に、実施の形態３で説明した核配設抑制膜８を形成する。つまり、マスク７ａを撤去して実質的に基板全面に核配設抑制膜８を形成した。なお、第２領域１ｂの第１ダイヤモンド層４の側面は露出されているものとする。
【００６４】
その後、図２０に示すように、実施の形態１と同様、第１領域１ａ上に第２ダイヤモンド層５を合成及び形成する。本実施の形態４では、第２ダイヤモンド層５は、第１ダイヤモンド層４の露出された側面から成長して形成される。
【００６５】
最後に、図２１に示すように、第２領域１ｂの第１ダイヤモンド層４上に形成されている核配設抑制膜８を除去する。
【００６６】
＜実施の形態４のまとめ＞
以上のような本実施の形態４に係る製造方法によれば、第１領域１ａ上、及び、第２領域１ｂの第１ダイヤモンド層４上に核配設抑制膜８を形成する（図１９）ので、第１領域１ａ上に第２ダイヤモンド層５が埋まるまで、ダイヤモンド層全体の厚さは変化しない。このため、ダイヤモンド層の厚さの制御が可能となり、完成したダイヤモンド基板のダイヤモンド表面のラフネスを減少させることが可能となる。
【００６７】
＜実施の形態５＞
図２２〜図２７は、本発明の実施の形態５に係るダイヤモンド基板の製造方法の工程を示す概略図である。以下、本実施の形態５で説明する構成要素のうち、実施の形態１〜４と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００６８】
実施の形態１〜４では、窒化物半導体基板１を下地として用意した（図１）。これに対して、本実施の形態５では、図２２に示すように、窒化物半導体基板１と、当該窒化物半導体基板１上に配設された介在層である非晶質シリコン膜９とからなる下地を用意する。この非晶質シリコン膜９は、窒化物半導体基板１と、第１ダイヤモンド層４及び第２ダイヤモンド層５と密着する密着層として機能する。また、非晶質シリコン膜９は、ダイヤモンド層の形成中に窒化物半導体基板１にかかるプラズマダメージを減少するなど、窒化物半導体基板１を保護する保護層としても機能する。
【００６９】
ここでは、非晶質シリコン膜９を、窒化物半導体基板１の上面全面に配設した。非晶質シリコン膜９は、核配設促進膜２に用いられる微結晶シリコン膜と同様に、ＲＦプラズマＣＶＤによって作製することができる。ここでは、ＲＦプラズマＣＶＤを行い、例えば、装置チャンバー内部での窒化物半導体基板１の温度を２００℃に制御し、原料ガスにＳｉＨ４及び水素Ｈ２を用いた。
【００７０】
このとき、Ｈ２による希釈量を１倍とすることで、微結晶シリコン膜の代わりに非晶質シリコン膜を形成することができた。なお、実施の形態１で形成した微結晶シリコン膜の表面ラフネスＲａは数ｎｍ程度であるのに対して、本実施の形態５で形成した非晶質シリコン膜の表面ラフネスＲａは一般的に１ｎｍ以下である。核配設の促進効果は表面ラフネスに依存し、比較的平坦な非晶質シリコン膜は、比較的起伏のある微結晶シリコンとは異なり、核配設の促進効果は少ない。
【００７１】
その後、実施の形態１と同様の処理を行う。具体的には、図２３に示すように、マスク７ａを配置した後、核配設促進膜２を第２領域１ｂの非晶質シリコン膜９上には形成せずに第１領域１ａの非晶質シリコン膜９上に形成し、図２４に示すように、核配設促進膜２上に分散処理を行う。
【００７２】
それから、図２５に示すように、マスク７ａを撤去し、第１領域１ａ及び第２領域１ｂ上に第１ダイヤモンド層４を形成する。そして、図２６に示すように、マスク７ａを配置して第１領域１ａ上の第１ダイヤモンド層４を除去する。次に、図２７に示すように、マスク７ａを撤去し、最後に、第１領域１ａ上に第２ダイヤモンド層５を形成する。
【００７３】
＜実施の形態５のまとめ＞
以上のような本実施の形態５によれば、非晶質シリコン膜９により、第１ダイヤモンド層４及び第２ダイヤモンド層５と窒化物半導体基板１との密着性を高めることができる。また、非晶質シリコン膜９により、窒化物半導体基板１を保護することができる。なお、ここでは、核配設促進膜２に用いられる微結晶シリコン膜と同様の装置で作製可能な非晶質シリコン膜を、下地の介在層として用いたが、これに限ったものではない。例えば、下地の介在層には、ダイヤモンド層の形成時に発生する水素プラズマに対する耐性が優れた窒化アルミニウム膜を用いることによって、窒化物半導体基板１に対する保護効果を高めることができる。
【００７４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  窒化物半導体基板、１ａ  第１領域、１ｂ  第２領域、２  核配設促進膜、３  ダイヤモンド微粒子、４  第１ダイヤモンド層、５  第２ダイヤモンド層、８  核配設抑制膜、９  非晶質シリコン膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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