(57)【要約】本発明は、ダイヤモンド担持半導体デバイス（２００）、およびそれを形成するための方法を提供する。１つの局面では、ダイヤモンド層（２０４）のデバイス表面（２１０）のために意図された構成に逆に適合するように構成された界面表面（２１２）を有する型（２２０）が提供される。次いで、無力なダイヤモンド層（２０４）が、型（２２０）のダイヤモンド界面表面（２１２）の上に堆積され、基材（２０２）が無力なダイヤモンド層（２０４）の成長表面（２２２）に接合される。次いで、型（２２０）の少なくとも一部が取り除かれ、型のダイヤモンド界面表面の構成に逆に対応する形状を受けた、ダイヤモンドのデバイス表面（２１０）が露出される。型（２２０）は、最終のデバイスを製造するために薄くされる適切な半導体材料から形成され得る。必要に応じて、半導体材料が、型（２２０）の除去のあと、ダイヤモンド層（２０４）に結合され得る。
2007537127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド担持半導体であって、
ａ）基材；
ｂ）該基材上の無力のダイヤモンド層であって、該基材の遠位のデバイス表面を有する、ダイヤモンド層；
ｃ）該ダイヤモンド層のデバイス表面に結合された半導体層、
を備える、ダイヤモンド担持半導体。
【請求項２】
前記半導体層が、窒化アルミニウム、窒化クロム、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、窒化ガリウム、炭化タングステン、窒化ホウ素、ダイヤモンド様炭素、タングステン、モリブデン、タンタル、クロム、およびこれらの複合材または合金からなる群より選択される物質を含む中間層を使用して結合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記半導体層が、前記ダイヤモンド層のデバイス表面に直接形成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ダイヤモンド層が、約０．１μｍ〜約３０μｍの厚みを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記基材が、タングステン、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、窒化ホウ素、グラファイト、セラミック、ガラス、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、クロム、窒化アルミニウム、ＤＬＣ、およびこれらの複合材からなる群より選択されるメンバーを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記デバイスが、発光ダイオードである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
ダイヤモンド担持半導体（ＳＯＤ）デバイスを作製する方法であって、以下の工程：
ａ）該ＳＯＤデバイスのデバイス表面のために意図された構成に逆に適合するように構成された界面表面を有する型を提供する工程；
ｂ）気相成長技術を使用して、無力のダイヤモンド層を型の上に成長させる工程であって、該無力のダイヤモンド層が、該デバイス表面と反対の成長表面を有する、工程；
ｃ）該型の少なくとも一部を取り除く工程；ならびに
ｄ）半導体層を該無力のダイヤモンド層のデバイス表面に結合する工程、
を包含する、方法。
【請求項８】
前記型が、タングステン、ケイ素、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、マンガンおよびこれらの複合材ならびにこれらの合金からなる群より選択されるメンバーを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記型を薄くする工程をさらに包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記型を薄くする工程が、前記半導体層を形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記型を薄くする工程が、前記中間層を形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記型を取り除く工程が、該デバイス表面の少なくとも一部を露出する工程を包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体層を結合する工程が、前記デバイス表面の少なくとも露出された部分の上に前記半導体層を形成することにより達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体層を結合する工程が、前記デバイス表面の少なくとも露出された部分の上に前記中間層を形成すること、および次いで該中間層の上に前記半導体層を形成することにより達成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記型の界面表面の上に無力のダイヤモンド層を成長させる前に、該型の界面表面上に中間層を形成する工程をさらに包含する、請求項９または１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記無力のダイヤモンド層の成長表面に、基材を結合する工程をさらに包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記成長表面に、基材を結合する工程が、炭化物形成剤を含むろう付け合金でろう付けすることにより達成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記デバイス表面が、約１ｎｍ〜約１μｍの表面粗さ（Ｒａ）を有する、請求項１または７のいずれかに記載の方法またはデバイス。
【請求項１９】
前記表面粗さが、約１０ｎｍ未満である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記無力のダイヤモンド層が、約３０μｍ未満の厚みを有する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドまたはダイヤモンド様基材のような超硬度材料（ｓｕｐｅｒ−ｈａｒｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を組込む半導体デバイス、およびそのようなデバイスを作製するための方法に関する。より具体的には、本発明は、ダイヤモンド材料を組込む半導体デバイスを作製するための気相成長の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
ダイヤモンドおよびダイヤモンド様基材は、耐磨耗性、熱伝導率、電気抵抗、音響の伝導、耐食性のような多くの特性を有し、これらの性質は、ダイヤモンドおよびダイヤモンド様基材を種々の産業用途のために望ましいものにしている。このために、ダイヤモンドおよびダイヤモンド様物質は、鋸の刃、ドリルの先端、および電子的構成要素（例えば、表面弾性波フィルター）のような種々の目的のための道具に組込まれている。ダイヤモンドおよびダイヤモンド様材料を道具に組込むための方法は、化学的気相成長（ＣＶＤ）および物理的気相成長（ＰＶＤ）のような公知のプロセスを包含し得る。
【０００３】
種々のＣＶＤ技術は、基材へダイヤモンドまたはダイヤモンド様材料を堆積させることに関連して使用されてきた。代表的なＣＶＤ技術は、層または膜にダイヤモンドまたはダイヤモンド様材料を堆積するためのガス反応物質を使用する。これらのガスは、一般には、水素中に希釈された少量（すなわち、約５％未満）の炭素質材料（例えば、メタン）を含む。設備および条件を含む種々の具体的なＣＶＤプロセスは、当業者に周知である。
【０００４】
ＣＶＤ技術を用いて基材の上にダイヤモンドまたはダイヤモンド様材料の層を形成する際に、複数のダイヤモンドの粒すなわち「種」がまずその基材表面に配置され得る。このような種の配置は、電圧バイアスを適用すること、ミクロンサイズのダイヤモンドで研磨すること、または当該分野で公知の他の方法によるようなＣＶＤ自体を使用して達成され得る。これらの種は、ダイヤモンド核として作用し、炭素蒸気がその上に堆積するとき、その基材から外側へのダイヤモンドの層の成長を容易にする。結果として、ダイヤモンドそうの成長側は、次第に粒サイズが粗くなり、多くの産業用途に適したものであるために、最終的には、例えば機械的な手段により、滑らかな仕上げへと研削され（ｇｒｏｕｎｄ）かつ研磨され（ｐｏｌｉｓｈｅｄ）ねばならない。しかし、ダイヤモンドおよびダイヤモンド様物質は、最も硬い公知の材料のうちの１つであるので、このような機械的磨砕および研磨は困難で長い時間がかかる。さらに、研磨のコストは、多くの場合、ダイヤモンド膜自体を作製するためのコストを超える。さらに、機械的研磨は、必然的に微小割れまたは異形（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）をダイヤモンド表面に導入する。このようなクラックおよび異形は、特定の用途には、有害である。
【０００５】
半導体産業は、最近、絶縁体担持半導体（ＳＯＩ）デバイスを製造することに努力を広げてきた。これらのデバイスは、下にある基材と任意の数の有用な半導体デバイスとの間の電気絶縁を可能にする。代表的には、これらのＳＯＩデバイスは、低い熱伝導率、高い程度の熱膨張による不適合、および／またはケイ素または他の半導体材料のエピタキシャル成長における困難性を有する絶縁材料を含む。これらの困難性のいくつかを鑑みて、種々の努力によって、ダイヤモンドを絶縁層として使用することが探索され、何らかの成功を収めている。しかし、このようなデバイスは、製造コストを低げること、性能を改善することなどのような、さらなる改良から利益を受け続けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、改善された性能および低下した製造コストを有するＳＯＩデバイスおよびダイヤモンドを含むＳＯＩデバイスを作製する方法が探索され続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
従って、本発明は、上に述べた困難性の多くに対処したダイヤモンド担持半導体（ＳＯＤ）デバイスおよびそのようなデバイスを作製するための方法を提供する。従って、本デバイスおよび方法は、改善された絶縁特性を有し、特に半導体デバイスを絶縁する際の使用に適したＳＯＤデバイスを提供し得る。
【０００８】
本発明の１つの局面では、ＳＯＤデバイスは、基材を備え得、その基材は無力のダイヤモンド層をその基材の上に有する。無力の層のデバイス表面は、その基材の遠位に配向あれ得る。さらに、半導体層が、このダイヤモンド層のデバイス表面に結合されている。この半導体層は、中間層の上に直接形成されてもよく、または中間層の上に形成されてもよい。
【０００９】
さらなる局面では、半導体層は、窒化アルミニウム、窒化クロム、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、窒化ガリウム、炭化タングステン、窒化ホウ素、ダイヤモンド様炭素およびこれらの複合材のような中間層を使用して結合され得る。
【００１０】
１つの詳細な局面では、上記デバイス表面は、約１ｎｍ〜約１μｍの表面粗さ（Ｒａ）を有する。
【００１１】
一般的な事項として、本発明によるＳＯＤデバイスを作製する方法は、上記ダイヤモンドＳＯＤデバイスのデバイス表面のために意図された構成に逆に（ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ）適合するように構成された界面表面を有する型を提供する工程により始まる。次いで、無力のダイヤモンド層が、気相成長技術を使用してその型の上に成長され得る。ダイヤモンドの成長が進むにつれて、上記無力なダイヤモンド層は、デバイス表面とは反対の成長表面を受け、この成長表面は次いで基材または支持層に結合される。半導体層も、上記デバイス表面に結合され得る。
【００１２】
１つの実施形態では、上記型の少なくとも一部が取り除かれ得る。いくつかの場合には、この型は薄くされ得、半導体層および／または中間層が形成され得る。このようにして、最終のＳＯＤデバイスへの組み込みに適した材料に対して選択され得る。あるいは、この型は、完全に取り除かれ、半導体層および任意の中間層が露出されたダイヤモンドデバイスの表面に形成されてもよい。
【００１３】
さらに別の局面では、ＳＯＤデバイスを作製する方法は、界面表面を有する型を提供する工程を包含し得る。気相成長技術を使用して、無力なダイヤモンド層が界面表面上に成長され得、この無力なダイヤモンド層は、界面表面とは反対の成長表面を有する。半導体層も、この無力なダイヤモンド層の成長表面に結合され得る。
【００１４】
このようにして、本発明のより重要な特徴が、かなり幅広く、概観された。これにより、以下に続く本発明の詳細な説明はよりよく理解され得、そして当該分野への本発明の貢献がよりよく認識され得るであろう。本発明の他の特徴は、添付の図面および特許請求の範囲とともに解釈される以下の本発明の詳細な説明からより明瞭になるか、または本発明の実施により教示され得る。
【００１５】
添付の図面は、例示目的のためだけに提供される。層および特徴の実際の寸法は、示されたものと異なり得ることに注意すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（詳細な説明）
本発明が開示され説明される前に、本発明は、本明細書中に開示される特定の構造体にも、特定のプロセス工程にも、そして特定の材料にも限定されず、関連分野の当業者によって認識されるようなこれらの等価物に拡張されることが理解されるべきである。本明細書中で採用される専門用語は、特定の実施形態を記述する目的のためだけに使用され、限定的であることは意図されていないこともまた理解されるべきである。
【００１７】
本明細書中および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」および「この（ｔｈｅ）」は、文脈がそうではないと明瞭に述べていない限り、複数の支持対称を含むことに注意すべきである。従って、例えば、「１つの中間層」への言及は、ｑつ以上のそのような層への言及を含み、そして「ＣＶＤ技術」への言及は、１つ以上のそのようなＣＶＤ技術への言及を含む。
【００１８】
（定義）
本発明を説明し、そして特許請求する際に、以下の専門用語は、以下に示される定義に従って使用される。
【００１９】
本明細書中で使用される場合、「超硬度」および「超研磨」は交換可能に使用され、任意の結晶性材料または多結晶性材料、または約８以上のモース硬度を有する材料の混合物をいう。いくつかの局面では、モース硬度は、約９．５以上であり得る。このような材料としては、ダイヤモンド、多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶系窒化ホウ素、多結晶性立方晶系窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）、ならびに当業者には周知の他の超硬度材料が挙げられるが、これらに限定されない。超硬度材料は、粒子、砂岩、膜、層などを含む種々の形態で本発明に取り込まれ得る。
【００２０】
本明細書中で使用される場合、「基材」は、ＳＯＤデバイスを形成する際に種々の材料が結合され得る非ダイヤモンド表面をいう。この基材は、特定の結果を達成するために必要とされる任意の形状、厚み、または材料であってもよく、金属、合金、セラミックおよびこれらの混合物が挙げられるがこれらに限定されない。さらに、いくつかの局面では、基材は、既存の半導体デバイスまたはウェハーであり得、または適切なデバイスに結合可能な材料であり得る。いくつかのさらなる局面では、この基材は、いったん無力なダイヤモンド層に結合されると、その層が、それが作製された型からいったん分離した形状を変えることを防ぐに十分な一体性を有する材料であり得る。
【００２１】
本明細書中で使用される場合、「金属（の）」は、材料の大部分が金属である材料または化合物をいう。従って、種々の酸化物、窒化物、および炭化物ならびに金属部分よりも多い非金属部分を含む他の材料または化合物は、「非金属」であるとは考えられない。本発明の実施において特に有用であると考えられる種々の金属の例としては、限定なしに、アルミニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、クロム、銅、およびこれらの合金が挙げられる。
【００２２】
本明細書中で使用される場合、「セラミック」は、硬く、耐熱性、耐食性であり、１μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）を有するように研磨され得る非ダイヤモンド、非金属の材料をいう。さらに本明細書中で使用される「セラミック」材料は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｌｉ、ＺｎおよびＧａからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含み得る。酸化物、窒化物、および上に引用された元素を含む種々の他の化合物は、当業者にはセラミックとして周知である。本明細書中で使用される場合、「セラミック」であると考えられるさらなる材料、例えばガラスは、当業者には公知である。本発明において有用な具体的なセラミックの例としては、限定なしに、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯ、ガラス（例えば、ソーダガラス）などが挙げられる。
【００２３】
本明細書中で使用される場合、「界面表面」は、型、または一回使用の型、または型の形状を伝える（ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ）材料の他の層（この層の上に、ダイヤモンド層または膜の製作において使用される材料が堆積される）をいう。このような材料としては、ダイヤモンドまたは他の超研磨粒子、およびＣＶＤ技術を使用してダイヤモンド層の成長を容易にするために使用される周辺材料（例えば、ダイヤモンド核形成促進剤）が挙げられる。この界面表面は、型の中間表面であってもよく、または本来の型の表面の表面輪郭および粗さに有意に影響を与えず、従ってその型の構成を伝える、型の上に形成された材料の薄層から生じる露出された表面を含み得る。このような薄層としては、核形成促進材料、圧電性材料、および本来の滑らかな型の表面と実質的に同一の表面を保持するように、十分に薄い層で形成され得る任意の他の材料が挙げられ得る。
【００２４】
型に関して本明細書中で使用される場合、「外側表面」は、ダイヤモンド層と直接接触していない、型の表面をいう。
【００２５】
本明細書中で使用される場合、「無力な（ａｄｙｎａｍｉｃ）」は、独立に形状および／または強度を保持できないタイプの層をいう。例えば、型または支持層がないと、無力なダイヤモンド層は、型または支持層が取り除かれると、カールするか、または別様に変形する。多くの理由が層の無力な性質に寄与しているが、１つの局面では、その理由は、層の極度の薄さであり得る。
【００２６】
本明細書中で使用される場合、「核形成促進剤」は、ＣＶＤプロセスを使用して、複数のダイヤモンド核から形成されるダイヤモンド層の質を向上させる材料をいう。１つの局面では、この核形成促進剤は、移動を低減することにより、またはダイヤモンド核を固定化することにより、ダイヤモンド層の質を向上し得る。核形成促進剤の例としては、限定無しに、金属、および種々の金属化合物ならびに炭化物および炭化物形成材料が挙げられる。
【００２７】
核形成促進剤層および中間層に関して本明細書中で使用される場合、「薄い」は、中間層の構成からデバイス表面への意図された構成の移動を実質的に妨害しないように十分小さい、層の厚みまたは深さをいう。１つの局面では、核形成促進剤の厚みは約０．１μｍ未満であり得る。別の局面では、その厚みは約１０ｎｍ未満であり得る。別の局面では、その厚みは約５ｎｍ未満であり得る。
【００２８】
本明細書中で使用される場合、「デバイス表面」は、半導体または他の電子デバイスに接するダイヤモンド層の表面をいう。
【００２９】
本明細書中で使用される場合、「ダイヤモンド層」は、形状に関わらず、ＳＯＤデバイスに組込まれ得るダイヤモンド含有材料を含む任意の構造体をいう。従って、例えば、表面を部分的にかまたは全体的に覆っているダイヤモンド膜は、これらの用語の意味のうちに入る。さらに、分布したダイヤモンド粒子を有する材料の層（例えば、金属、アクリル、または複合材）は、この用語に含まれる。
【００３０】
本明細書中で使用される場合、「ダイヤモンド含有材料」は、少なくとも何らかのｓｐ３結合で結合された炭素の少なくとも一部と結合した炭素原子を含む多くの材料の任意のものをいう。ダイヤモンド含有材料としては、天然ダイヤモンドまたは人工ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素、アモルファスダイヤモンドなどが挙げられ得るがこれらに限定されない。非常に多くの場合、本発明のダイヤモンド層は、ダイヤモンド様炭素および／またはアモルファスダイヤモンドとして形成される。
【００３１】
本明細書中で使用される場合、「気相成長した」は、気相成長技術を使用して形成される材料をいう。
【００３２】
本明細書中で使用される場合、「気相成長」は、気相を通して基材上に材料を堆積するプロセスをいう。気相成長プロセスは、化学的気相成長（ＣＶＤ）および物理的気相成長（ＰＶＤ）のような任意のプロセスを含み得るがこれらに限定されない。各気相成長法の実に様々なバリエーションが当業者により実施され得る。気相成長法の例としては、熱フィラメントＣＶＤ、ｒｆ−ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ（ＬＣＶＤ）、金属−有機物ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、スパッタリング、熱蒸発ＰＶＤ、イオン化金属ＰＶＤ（ＩＭＰＶＤ）、電子ビームＰＶＤ（ＥＢＰＶＤ）、反応性ＰＶＤなどが挙げられる。
【００３３】
本明細書中で使用される場合、「化学的気相成長」または「ＣＶＤ」は、ダイヤモンドまたは他の粒子を蒸気形態で表面上に化学的に堆積させる任意の方法をいう。種々のＣＶＤ技術は、当該分野で周知である。
【００３４】
本明細書中で使用される場合、「ＣＶＤ不活性材料（ＣＶＤ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、その材料に対して直接ＣＶＤ法を使用しても、ダイヤモンドまたは他の材料の実質的な堆積を許容しない材料をいう。ダイヤモンドの堆積に関して、ＣＶＤ不活性材料の１つの例は銅である。従って、ＣＶＤプロセスの間、炭素は、銅の上に堆積せず、ＣＶＤ活性な材料（例えば、ケイ素、ダイヤモンドまたは他の公知の材料）の上にのみ堆積する。従って、ＣＶＤ不活性な材料は、ある材料に対しては「不活性」であるが、他の材料に対しては「不活性」でないかも知れない。例えば、多くの炭化物生成材料（ｃａｒｂｉｄｅ  ｆｏｒｍｅｒ）は、銅上に成功裏に堆積され得る。
【００３５】
本明細書中で使用される場合、「逆に（ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ）対応する」は、ダイヤモンドデバイス表面の構成と、このような表面が同じ方向に配向された場合、デバイスの表面が作製された型の界面表面の構成との間の逆の関係をいう。言い換えれば、デバイス表面が型の界面表面で形成される場合、その表面が分離され、同じ方向に向けられたときに、各々の構成が他に対して逆に対応する。いくつかの例では、逆の対応は、鏡像を生じ得る。
【００３６】
本明細書中で使用される場合、「核形成側」、「核形成表面」および類似の用語は交換可能に使用され、ダイヤモンド粒子の核形成が始まったダイヤモンド層の側または表面をいう。別な風に記述すると、ダイヤモンド層の核形成表面は、型の界面表面上に最初に堆積される側または表面である。多くの例では、核形成表面は、工具のデバイス表面になり得る。
【００３７】
本明細書中で使用される場合、「成長側」、「成長した側」および「成長した表面」は、交換可能に使用され、ＣＶＤプロセスの間、成長する超研磨膜または層をいう。
【００３８】
本明細書中で使用される場合、「Ｒａ」は、ピークと隣接する谷との間の高さの差により決定されるような表面の粗さの尺度をいう。さらに「Ｒａｍａｘ」は、表面上の最も高いピークと表面上の最も低い谷との間の高さの差により決定されるような表面の粗さの尺度をいう。
【００３９】
識別された特性または状況に関して本明細書中で使用される場合、「実質的に」は、識別された特性または状況を測定可能に損なわないほどに十分に小さい逸脱の程度をいう。許容可能な逸脱の正確な程度は、いくつかの場合には、特定の文脈に依存する。従って、例えば、「実質的に」特定領域の組成を有する供給源材料は、組成または関連する特性において、数％（例えば、１％〜３％）までの実験誤差だけ、逸脱し得る。
【００４０】
濃度、量、および他の数値データは、本明細書中で範囲書式で表現または提示される。このような範囲書式は、単に利便性および明瞭性のために使用され、従って範囲の限界として明示的に引用された数値を含むだけでなく、あたかも各数値および部分集合が明示的に引用されているかのように、その範囲内に含まれるすべての個々の数値および部分集合を含むと解釈されるべきであることが理解されるべきである。
【００４１】
例として、「約１μｍ〜約５μｍ」という数値範囲は、約１μｍ〜約５μｍという明示的に引用された値だけでなく、その示された範囲内の個々の値および部分集合をも含むと解釈されるべきである。従って、２、３および４のような個々の値ならびに１〜３、２〜４および３〜５のような部分集合もこの数値範囲に含まれる。
【００４２】
この同じ原理は、ただ１つの数値を引用する範囲にも当てはまる。例えば、「約５μｍ未満」として引用された範囲は、０μｍという値を含んで５μｍと０μｍとの間のすべての値および部分集合を含むと解釈されるべきである。さらに、このような解釈は、範囲の幅にも記載されている特性にも無関係に当てはまるべきである。
【００４３】
（本発明）
図１を参照して、ダイヤモンド担持半導体（ＳＯＩ）デバイスは、本発明の１つの実施形態に従って、全体が２００で示される。基材２０２は、ＳＯＩデバイスに支持および／または機能的特性を提供するために含まれ得る。任意の数の材料が基材材料として使用され得る。代表的には、この基材は、特定の用途に対して所望の特性を有する材料から形成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、機械的強度、熱膨張、熱伝導率、電気抵抗などが重要であり得る。適切な基材材料の非限定的な例としては、タングステン、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化チタン、窒化チタン、窒化ホウ素、グラファイト、他のセラミック、ガラス、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、クロム、窒化アルミニウム、ＤＬＣ、およびこれらの複合材が挙げられる。タングステンを含む基材は、例外的な機械的支持および低熱膨張を提供し得る。同様に、ケイ素を含む基材は、種々の半導体デバイスおよび／または半導体製品への組み込みに非常に適合し得る。多くの材料が適切な基材として作用し得るが、低熱膨張係数を有する材料が好ましい。これは、一部には、この基材と隣接する材料（例えば、ＤＬＣ、ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウムなど）との間の熱膨張応力を低減することを考慮してのことである。
【００４４】
無力なダイヤモンド層２０４もまた、基材２０２上に存在し得る。無力なダイヤモンド層は、基材の遠位にデバイス表面２１０を有し得る。無力なダイヤモンド層は、ダイヤモンド含有材料を含み得る。代表的には、無力なダイヤモンド層は、ホナhつ明の方法に関連して以下に考察されるように、気相成長法を使用して成長され得る。この無力なダイヤモンド層は、ＳＯＤデバイスにおける使用のために有利な多くの特定の特性を有し得る。一般的に、このダイヤモンド層は、約１０ｎｍ〜約１００μｍ、ある場合には、約１００ｎｍ〜約３０μｍの厚みを有し得る。さらに、約１０ｎｍ未満のダイヤモンド層の厚みは、いくつかの用途に対して有用であり得る。１つの具体的な実施形態では、ダイヤモンド層は、約１０ｎｍ〜１００μｍ未満の厚みを有し得る。しばしば、約３０μｍ未満の厚みを有する無力なダイヤモンド層は、製造時間およびコストも最小にしつつ、所望の絶縁効果を提供し得る。
【００４５】
更なる考慮事項としては、デバイス２１０の表面粗さが挙げられる。より具体的には、非常に滑らかな表面は、多くの望ましい効果を有し得る。これらの考慮事項のうちのいくつかとしては、それへの半導体層の接着性、特徴形成の改善された解像度、改善された結合定数などが挙げられる。例えば、本明細書中に記載される方法およびデバイスは、本明細書中に記載される方法の後で、またはその方法と組合わせてその上に形成され得る任意の特徴または半導体デバイスを除いて、主に、ＳＯＤデバイスに焦点を当てている。種々のデバイスの製作の間、光源の焦点深さは、特定の設備を使用して達成可能な最小の特徴サイズ（例えば線幅）に影響し得る。焦点深さは、ある像がウェハまたは他の基材の表面上で焦点が合っている深さをいう。従って、異なる深さでは、露出された像は、合焦の低下、または線のエッジの鋭さを有し得る。代表的な焦点深さは、１μｍ〜２μｍの範囲にあるが、この外の範囲は公知である。さらに、特に、表面粗さの程度が、使用される特定の設備の焦点深さに近づくにつれ、粗い表面は、この解像度と干渉し得る。それゆえに、露出された表面の表面粗さが低減されるにつれて、解像度とデバイス密度の増加が達成され得る。言い換えれば、いくつかの場合では、表面粗さは、デバイスの解像度およびデバイス密度に対する制限要因であり得る。
【００４６】
本発明によれば、表面粗さは、ダイヤモンドまたはケイ素の高価な層を研磨することなく有意に低減され得る。この局面は、特定の方法に関連して、以下により詳細に考察される。結果として、達成可能な解像度に対する主な制限は、次いで、ウェハまたは露出される材料の代わりに、使用される設備であり得る。例として、デバイス表面２１０は、約１ｎｍ〜約１μｍ、好ましくは約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、そして最も好ましくは約１ｎｍ〜約１０ｎｍの表面粗さ（Ｒａ）を有し得る。
【００４７】
半導体層２０６は、ダイヤモンド層２０４のデバイス表面２１０に結合され得る。半導体層は、このデバイス表面に直接結合されてもよく、またはさらなる層を介して結合されてもよい。この半導体層は、電子デバイス、半導体デバイスなどを形成するのに適した任意の材料を含み得る。ほとんどの半導体は、ケイ素、ガリウム、インジウム、およびゲルマニウムをベースにしている。しかし、この半導体層に適切な材料としては、限定なしに、ケイ素、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、硫化亜鉛、リン化ガリウム、アンチモン化ガリウム、ヒ化リン化ガリウムインジウム（ｇａｌｌｉｕｍ  ｉｎｄｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、ヒ化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム、アンチモン化インジウム、窒化インジウムおよびこれらの複合材が挙げられ得る。１つの実施形態では、この半導体層は、ケイ素、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたはこれらの材料の複合材を含み得る。いくつかのさらなる実施形態では、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ゲルマニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、インジウムベースの材料、およびこれらの複合材のような非ケイ素ベースのデバイスが形成され得る。使用され得る他の半導体材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ、Ｗ、Ｍｏ、ｃ−Ｙ２Ｏ３、ｃ−（Ｙ０．９Ｌａ０．１）２Ｏ３、ｃ−Ａｌ２３Ｏ２７Ｎ５、ｃ−ＭｇＡｌ２Ｏ４、ｔ−ＭｇＦ２、グラファイトおよびこれらの混合物が挙げられる。しかし、現在、ほとんどの半導体デバイスはケイ素ベースである。
【００４８】
ここで図２を参照して、半導体層２０６は、中間層２０８を使用して、デバイス表面２１０に結合され得る。この中間層は、多くの利点を提供し得る。この利点としては、改善された熱膨張の適合（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｍａｔｃｈｉｎｇ）、エピタキシャル成長に対する改善された格子の適合（ｌａｔｔｉｃｅ  ｍａｔｃｈｉｎｇを提供すること、特異的な電子的特性、熱伝導などを提供することが挙げられるが、これらに限定されない。この中間層についての適切な材料の非限定的な例としては、窒化アルミニウム、窒化クロム、ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化タングステン、窒化ガリウム、炭化タングステン、窒化ホウ素、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒおよびこれらの複合材または合金が挙げられ得る。いくつかの実施形態では、この中間材料は、窒化アルミニウム、窒化クロム、窒化ケイ素、炭化タングステン、窒化ガリウムおよびこれらの複合材を含み得る。なお別のさらなる実施形態では、この中間層は、窒化アルミニウム、窒化クロム、炭化タングステンおよびこれらの複合材からなる群より選択される材料を含み得る。現在、中間層は、好ましくは窒化アルミニウムであり得る。窒化アルミニウムは、その上での代表的な半導体材料（例えば、ケイ素およびガリウムベースの材料）のエピタキシャル成長が改善された格子の適合により促進されるので、有益である。
【００４９】
あるいは、任意の中間層は、導電性材料を含み得る。適切な導電性材料の非限定的な例としては、銅、アルミニウム、タングステン、タンタルおよびこれらの合金が挙げられ得る。この任意の中間層は、絶縁層のいずれかの側に正の電極および負の電極を有する半導体を設計するという独特の選択肢を提供するために含まれ得る。
【００５０】
代表的には、この中間層は、無力な層の輪郭および滑らかさが実質的に変化しないような厚みを有し得る。しかし、いくつかのバリエーションは存在し得、一般的な厚みは、特定の用途およびデバイスに依存して、約５０ｎｍ〜約１０μｍ、そして好ましくは約４００ｎｍ〜約５μｍの範囲であり得る。
【００５１】
ここで図３Ａ〜３Ｄを参照して、本発明による、ＳＯＤを作製する１つの方法が示される。図３Ａは、ＳＯＩデバイスのデバイス表面２１０に対して意図された構成に逆に適合するような構成である界面表面２１２を有する型２２０を図示する。本発明の方法において使用される型は、気相成長および／または層形成プロセスに耐え、そしてダイヤモンド膜またはその上の他の中間層の形成を可能にするに十分な任意の材料でできていてよい。さらに、この型は、最終のＳＯＤが回収され得る単一または複数のＳＯＤデバイスを形成するように設計されていてもよい。以下の考察の全体的な外観として、いったん無力なダイヤモンド層が成長されると、この方は、完全に取り除かれるかまたは部分的に取り除かれ得る。この型は、ほとんど任意の適切な材料を含み得、そしていくつかの場合では、中間層および／または半導体層としての使用に適した材料を含み得る。
【００５２】
多くの材料が使用され得るが、この型は、タングステン、ケイ素、チタン、クロム、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、マンガン、これらの金属の炭化物、セラミック、ならびにこれらの複合材および合金を含み得る。しかし、１つの局面では、この型は、金属材料から作製され、または実質的に作製され得る。この金属材料は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、バナジウムおよびクロムからなる群より選択されるメンバーであり得る。別の実施形態では、この型は、炭化物およびセラミック（ガラス、酸化物および窒化物材料を含む）のような非金属から作製または実質的に作製され得る。炭化物材料の例としては、限定なしに、とりわけ炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴＣ）、炭化ジルコニウム（ＺＣ）、およびこれらの混合物が挙げられる。酸化物材料の例としては、限定なしに、石英（すなわち、結晶性ＳｉＯ２）、コランダムまたはサファイア（すなわち、Ａｌ２Ｏ３）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＯおよびこれらの混合物が挙げられる。窒化物材料の例としては、限定なしに、とりわけ窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）およびこれらの混合物が挙げられる。ガラスの例としては、ソーダガラスなどを含むすべてのタイプのガラスが挙げられる。あるいは、この型は、上に開示されたような半導体層または中間層としての使用に適した材料を含み得る。
【００５３】
非常に滑らかな界面表面２１２を形成するために、この型は、研磨され得る。型の界面表面を研磨することは、当業者に公知の種々の方法を使用して達成され得る。しかし、この研磨工程の間のミクロンサイズまたはナノサイズのダイヤモンド粒子の使用はまた、ダイヤモンドの気相成長のための良好な核形成促進層を提供し得る。この界面表面は、デバイス表面２１０の所望の表面粗さに対応する表面粗さまで研磨され得る。炭化物および上で引用された特定のセラミックのような非金属材料は、それらの硬度および非常に滑らかな界面表面を達成する能力に起因して、本発明における型としての使用に特によく適している。滑らかな界面表面は、滑らかなデバイス表面を必要とするＳＯＤデバイスを作製する場合は、特に重要である。多くの場合、セラミック材料の界面表面は、約１０μｍ未満の表面粗さを有するように研磨され得る。他の例では、表面粗さは、約５μｍ未満であり得る。デバイスによっては、約１μｍ未満の表面粗さが良好な結果を提供し得る。いくつかの場合、超平滑な表面が望ましくあり得、そしてそれは約２０ｎｍ未満の表面粗さであり得る。線幅の解像度が低下するにつれて、１ｎｍ未満の表面粗さがまた、改善された露出解像度および画像の鮮明さ（ａｃｕｉｔｙ）を提供することにおいて、有益であり得る。例えば、ダイヤモンドもしくはナノダイヤモンドの粉末もしくはペーストまたは他のダイヤモンド工具を用いて、界面表面を研磨してこのような程度の滑らかさを達成するための種々の方法は、当業者には周知である。
【００５４】
再び図３を参照して、無力なダイヤモンド層２０４は、気相成長法を使用して、型２２０上で成長され得る。任意の数の公知の気相成長技術が、無力なダイヤモンド層を形成するために使用さえ得る。最も一般的な気相成長技術は、ＣＶＤおよびＰＶＤであるが、類似の特性および結果が得られるのであれば、任意の類似の方法が使用され得る。現在、好ましいダイヤモンド成長方法は、熱フィラメント技術、マイクロ波プラズマ技術、オキシアセチレン炎（ｏｘｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ  ｆｌａｍｅ）技術、直流アーク技術のようなＣＶＤ技術である。このような技術の間に使用される反応物質ガスは、選択されたＣＶＤ技術を使用してダイヤモンド層の製作を安全に達成するために有用であるとして、当該分野で公知の任意のものであり得る。しかし、１つの局面では、このＣＶＤ技術で使用されるガスは、メタンガスと水素ガスとの組合わせである。無力なダイヤモンド層は、上に記載されたような厚みを有し得る。しかし、いくつかの場合、わずかに厚い層のダイヤモンドが形成され得、次いで成長表面は、所望の厚みまで注意深く研磨され得る。
【００５５】
ダイヤモンド層の質および堆積時間を改善するために、任意の核形成促進剤層が界面表面上に形成され得る。具体的には、ダイヤモンド層のデバイス表面は、ダイヤモンド核のような適用可能な核を膜または層を型の界面表面上に堆積させ、次いで気相成長技術を使用してその核を膜または層への成長させることにより、形成され得る。セラミックまたは他の非金属材料は、滑らかな界面表面を達成し得るが、酸化物のようなこれらの材料の多くは、それほど良好にはダイヤモンドの核を形成してそれを適所に保持することはできない。それゆえ、このような欠点を克服するために、本発明の１つの局面では、薄い核形成促進剤層が型の界面表面上にコーティングされ得る。ダイヤモンド核は、次いでこの核形成促進剤層上に配置され。そしてダイヤモンド層の成長は、本明細書中に説明されるように、ＣＶＤを介して進行する。
【００５６】
核形成促進剤として働く種々の適切な材料は、当業者により認識される。本発明の１つの局面では、核形成促進剤は、金属、金属合金、金属化合物、炭化物、炭化物形成剤（ｃａｒｂｉｄｅ  ｆｏｒｍｅｒ）およびこれらの混合物からなる群より選択される材料であり得る。炭化物形成材料の例としては、限定なしに、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ケイ素（Ｓｉ）およびマンガン（Ｍｎ）が挙げられる。さらに、炭化物の例としては、とりわけ、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（Ｚｒ）およびこれらの混合物が挙げられる。
【００５７】
使用される場合、核形成促進剤層は、界面表面からデバイス表面への意図された構成の移動に悪影響を及ぼさないほどに十分薄い層である。１つの局面では、この核形成促進剤層は、約０．１μｍ未満であり得る。別の局面では、この厚みは、約１０ｎｍ未満であり得る。さらに別の局面では、核形成促進剤層の厚みは、約５ｎｍ未満である。本発明のさらなる局面では、核形成促進剤層の厚みは、約３ｎｍ未満である。
【００５８】
ダイヤモンド層の核形成表面は、工具のデバイス表面であり得るので、この表面ができうる限りの最高の品質と完全性を有することを確実にするために注意がなされるべきである。製作されている特定のデバイスに必要とされるように、異なる程度の品質が、気相成長プロセスの間に達成され得る。当業者は、所定の程度の品質を生成する様々な条件および技術を容易に認識し、過度の実験なしに、種々の程度の品質を達成し得る。
【００５９】
気相成長技術により作製されるダイヤモンド層の核形成表面におけるダイヤモンドの品質を向上するために、種々の方法が、採用され得る。例えば、ダイヤモンド粒子の品質は、メタン流量を減らし、ダイヤモンド堆積の初期段階の間、全ガス圧力を高めることにより、向上され得る。このような尺度は、炭素の堆積速度を低下させ、そして水素原子の濃度を高める。従って、有意に高い割合の炭素が、ｓｐ３結合構成で堆積され、形成されるダイヤモンド核の品質が高められる。さらに、型または核形成促進剤層のダイヤモンド界面表面上に堆積されるダイヤモンド粒子の核形成速度は、ダイヤモンド粒子間の隙間空間の量を減らすために高められ得る。核形成速度を高めるための方法の例としては、適切な量（多くの場合、約１００ボルト）の負のバイアスを、型のダイヤモンド界面表面に印加すること；型のダイヤモンド界面表面を微細なダイヤモンドペーストまたは粉末で研磨すること（このペーストまたは粉末は、一部は界面表面に留まる）；そして、ＰＶＤまたはＰＥＣＶＤによるＣ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａなどのイオン注入によるように、ダイヤモンド界面表面の組成を制御すること、が挙げられるがこれらに限定されない。物理的気相成長（ＰＶＤ）プロセスは、代表的には、ＣＶＤプロセスよりも低い温度であり、いくつかの場合には、約２００℃未満（例えば、約１５０℃）であり得る。ダイヤモンド核形成を高める他の方法は、当業者には容易に明らかである。
【００６０】
ダイヤモンド粉末またはペーストは、超平滑な界面表面が所望される場合、特に有用である。さらに、界面表面を研磨するために微細なダイヤモンドペーストが使用される場合、多くのダイヤモンド粒子がダイヤモンド界面表面中に包埋されていることになり得、そして核形成速度の向上のための種として働き得る。鉄、ニッケル、コバルトおよびこれらの合金のような特定の金属は、高温（すなわち、７００℃よりも上）でダイヤモンドをアモルファス炭素またはグラファイトへと触媒することが知られている。従って、型の界面表面の組成においてこのような物質の量を制限することにより、グラファイトへと触媒されるダイヤモンドの量は、大いに減少され、そして核形成表面全体の品質は向上される。
【００６１】
本発明の１つのより詳細な局面では、型の界面表面は、核形成を促進するために、ミクロな引っかき傷でエッチングされ得る。このようなミクロな引っかき傷を導入する１つの方法は、その型を、ミクロンサイズのダイヤモンド粒子を含有する懸濁したアセトン浴に浸漬することである。次いで、超音波エネルギーが、型および／またはその流体に印加され得る。超音波浴から型を取り外す際は、ミクロンサイズのダイヤモンドの一部は、ダイヤモンド成長の種として、表面上に留まる。
【００６２】
本発明の別の詳細な局面では、核形成は、強い負のバイアスが型で生成されるように電流を印加することにより、必要に応じて増強され得る。印加された約１２０ボルトの電圧は、核形成密度を１００万倍まで高め得る。
【００６３】
１つの局面では、炭化タングステンが、型のための材料（そのダイヤモンド界面表面を含めて）として使用され得る。しかし、その中に含まれるコバルト結合剤の量を４％ｗ／ｗ未満に限定することにより、これはダイヤモンド触媒作用の発生は大いに低減される。さらに、ダイヤモンド触媒作用を大いに低減するために、低減結合剤を含まない炭化タングステン材料が使用され得ることが見出されている。加えて、超微細な炭化タングステン粒またはサブミクロンの炭化タングステンを使用すると、ダイヤモンド核形成を高める非常に滑らかなダイヤモンド界面表面が作製されることが見出されている。加えて、滑らかなミクロ構成の界面表面が、ダイヤモンド層のデバイス表面に付与される。
【００６４】
再び図３を参照して、デバイス表面２１０は、ダイヤモンド層２０４が成長するにつれて、型２２０の界面表面２１２に生成される。ダイヤモンド層が成長するにつれて、成長表面は、次第に粗くなる。いったんＣＶＤプロセスが完了すると、成長表面２２２は露出されたまま残り、代表的にはデバイス表面に比べると粗い。上述のように、無力なダイヤモンド層は、自己支持性ではないので、ダイヤモンド層だけを残して型が取り除かれると、その層は巻き上がるか、または別の様式でその意図された形状を失い、ＳＯＤデバイスにおける使用のための不適切な表面を生じる。代表的には、この無力なダイヤモンド層の厚みは、約３０μｍ未満（例えば、約５μｍと約２０μｍとの間）であるが、他の厚みが特定の用途のために適切であることがある。
【００６５】
図３Ｂは、本発明の１つの実施形態を図示する。無力な層の変形を防ぐために、基材２１４は、無力なダイヤモンド層の巻き上がりを防ぐために型２２０またはその一部を取り除くの前に無力なダイヤモンド層２０４の成長表面２２２に接合（ｊｏｉｎｅｄ）され得る。本発明の１つの局面では、基材は、ろう付けにより無力なダイヤモンド層の成長表面に接合され得る。、種々のろう付け合金が本発明での使用に適しているかも知れない。特に有益なのは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｎおよびこれらの混合物のような炭化物形成剤を含むろう付け合金である。このろう付け合金は、粉末または薄い箔のような任意の公知の形態で供給され得る。代表的なろう付け温度は、約１０００℃未満（例えば、約９００℃）である。
【００６６】
さらに、基材は、好ましくは、ろう付け温度からの冷却の際に、無力のダイヤモンド層への損傷を防止するために、ダイヤモンドの熱膨張と同等の熱膨張を有する材料を含み得る。ダイヤモンド層の成長表面へのろう付けは、成長表面は粗く、ダイヤモンド層と基材とのろう付け結合の強さを増すという点で利点を付加する。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態では、型に非炭化物形成材料を使用することが望ましくあり得る。例えば、型が銅のような非炭化物形成材料である場合、ダイヤモンド層は、冷却の際、型から分離する。冷却の前または後のいずれかで、ろう付け箔は、無力なダイヤモンド層の成長表面の上に置かれ得る。引き続いて、ダイヤモンド層をその基材にろう付けするために、基材はこのろう付け箔に対して置かれ、そのアセンブリは、熱および必要に応じて減圧の下で一緒にプレスされ得る。この実施形態では、型はダイヤモンド層に付着せず、容易に取り外され得る。
【００６８】
あるいは、無力なダイヤモンド層のデバイス表面は、ダイヤモンド層へのプレス表面の結合を防止する材料（例えば、窒化ホウ素を含有するエアロゾル）の層で必要に応じてコーティングされたプレス表面に対して置かれ得る。このろう付け箔は、次いで、湾曲したダイヤモンド層を注意深く平坦にし、次いでその基材をろう付け箔に対してプレスし、そしてそのアセンブリを上で説明されたようにろう付けすることにより、無力なダイヤモンド層の成長側に対して置かれ得る。基材を接合した後、型の一部または型全体が、ダイヤモンド層を損傷することなく、取り除かれ得る。ダイヤモンド層のデバイス表面は、あらゆる残存するグラファイト結合を取り除くために研磨されてもよいが、多くの場合、必要な滑らかな仕上げを達成することは必要とはされない。任意のそのような研磨は、最小限であり、ミクロンではなく、オングストロームのオーダー、場合によってはナノメートルのオーダーである。
【００６９】
さらに、半導体層を結合する前または後のいずれかに、基材が成長表面に接合され得る。代表的には、この基材は、上に記載されたように、半導体層の結合の前に接合され得る。しかし、本明細書中で記載されるように、型が中間層または半導体層を形成するために使用される場合、基材は、その上への半導体層またはデバイスの形成の後に、成長表面に接合され得る。個々の層を形成する順序の特定の選択は、利便性、層の強さ、既存の設備のレイアウトなどのようなプロセスの考慮事項に依存し得る。
【００７０】
１つの局面では、型の中にある間、または最初のダイヤモンド層が形成されて型から取り除かれ、所望の厚みの合体層が形成された後に、気相成長技術を使用して、多層のダイヤモンドが互いの上に堆積され得る。１つの実施形態では、このダイヤモンド層は、ダイヤモンド製作および合体（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）の分野で公知のように、非気相技術を使用して、最初の膜の堆積の後、厚化され得る。本発明の別の局面では、このような厚化は、最初のダイヤモンド層がまだ型の中にある間、または（例えば、酸またはＫＯＨ中への溶解により）それが取り除かれた後に行われ得る。
【００７１】
特定の実施形態によっては、型全体が取り除かれてもよく、またはその一部だけが取り除かれてもよい。図３Ｃは、型全体が取り除かれて無力なダイヤモンド層２０４のデバイス表面２１０が露出される実施形態を図示する。型および／または任意の核形成促進剤層は、型および核形成促進剤層が製作される特定の物質を取り除くために適した任意の機構を使用して、ダイヤモンド層から分離される。本発明の１つの局面では、型は、例えば酸溶液または塩基溶液（例えば、ＫＯＨ）を用いたその溶解またはプラズマエッチングにより、ダイヤモンドから化学的に取り除かれ得る。別の局面では、型は、例えば砂岩の吹き付け（ｂｌａｓｔｉｎｇ）または機械的研磨により、物理的にダイヤモンド層から取り除かれ得る。さらに別の局面では、型は、加熱または冷却処理（例えば、型を熔かす炉、または型を凍結させて砕くための液体窒素）を使用して。ダイヤモンド層から取り除かれ得る。さらなる局面では、加熱または冷却によるダイヤモンド層からの型の分離は、単に、型材料とダイヤモンド材料との間の異なる熱膨張特性の結果に過ぎないこともあり得る。
【００７２】
図３Ｄに示される実施形態によれば、半導体層２０６は、無力なダイヤモンド層２０４のデバイス表面２１０に結合され得る。半導体層は、上に記載された任意の材料またはその上への特定のデバイスの構築に適した任意の他の材料を含み得る。本発明の別の局面では、半導体材料は、結晶配向を制御し、結晶欠陥を減らし、そして高い電気化学的結合因子を提供するために、単結晶インゴットから得られ得る。単結晶インゴットは、代表的には、気相からではなく、溶融液体から形成され得る。さらに単結晶インゴットは、代表的には、気相成長を使用して得られる結晶よりも有意に低い欠陥含量を有する。また、これは、困難であり得るダイヤモンド含有材料上での半導体層のエピタキシャル成長に関する懸念を排除する。
【００７３】
さらに、追加の成分が、型および使用された場合には核形成促進剤層を取り除いた後のダイヤモンド層の露出されたデバイス表面の上に形成され得る。本発明のプロセスを使用して製作され得るデバイスのタイプは、ダイヤモンド層を絶縁層として組込むことに利点が見出され得る任意のデバイスである。本発明のＳＯＤデバイスは、論理チップ、記憶装置（ｍｅｍｏｒｙ  ｓｔｏｒａｇｅ）、発光ダイオード（例えば青色ＬＥＤ）、マイクロ波発生器および他の半導体デバイスのような（しかし、これらに限定されない）種々の電子デバイスの中に組み込まれ得る。当業者は、本発明のＳＯＤデバイスおよびそのようなデバイスが種々のデバイス（例えば、上で言及されたものおよび他の半導体デバイス）へ組み込まれる方法の潜在的な利点を認識する。非常に滑らかな表面が必要とされる多くの用途の中で１つの顕著な利点は、型から取り除いた後、デバイス表面の機械加工がほとんど必要ないかまったく必要ないので、そのような機械加工が原因となる異形、微小割れまたは割れの数は、実質的に減少されるか排除されることである。デバイス表面の微小割れを含む異形の発生の減少は、最終製品の品質を大きく向上させる。さらに、半導体デバイスおよび／または特徴は、本明細書中で考察される工程と同時か、または公知の半導体製作技術による別個のステップでかのいずれかで半導体層上に形成され得る。
【００７４】
あるいは、この型はまた、基材としても働き得る。この場合、成長表面は、半導体層を結合する前に、たいていは研磨を必要とし得る。
【００７５】
図４Ａ〜４Ｃは、型の少なくとも一部が適所に残され、ＳＯＤデバイスの層が形成される別の代替の実施形態を図示する。図４Ａは、型２２０のデバイス表面２１２上に形成された無力なダイヤモンド層２０４を図示する。基材２１４は、上で考察されたように形成または付着される。あるいは、基材は型の一部の除去に続いて付着され得る。
【００７６】
図４Ｂに示されるように、型２２０は、線２１８により示される所定の厚みまで薄くされ得る。図４Ｃは、型の一部の除去後のＳＯＤデバイスを図示する。このような例では、残る型の一部は、最終デバイスの一体的部分となる。これらの状況下で最終製品を製造するために、いくつかの局面では、そのような作業がダイヤモンド層の製作の前に達成されていない場合は、それゆえに、型の外側表面は、所望の構成または厚みを提供するように研磨または形作りされ得る。型は、研削、研磨、または化学的エッチングにより、所望の厚みまで薄くされる。
【００７７】
１つの局面では、元の型の厚みは、具体的なデバイスを製造するのに必要とされる任意の厚みまたは構成であり得る。所定の厚みは、約１ｍｍよりも大きくあり得、いくつかの局面では、約５ｍｍよりも大きくあり得る。さらなる局面では、型の外側表面は、具体的なデバイスを製造するのに必要とされる構成を有するように、研磨または形作りされ得る。さらなる局面では、型は、１μｍ未満の厚みを有する層へ研磨または形作りされ得る。別の局面では、この厚みは約０．１μｍ未満であり得る。
【００７８】
１つの実施形態では、型は半導体層としての使用に適した材料を含み得る。この場合、無力なダイヤモンド層を成長させる工程および半導体層を結合する工程は、同時に達成される、すなわち半導体層は、型の外に形成される。半導体層としても働き得る適切な型材料としては、ケイ素、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、およびこれらの複合材が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７９】
代替の実施形態では、中間層は、適切な材料の型を提供し、次いで、上で考察されたように、その上に半導体層を結合する前にその型の必要な一部を取り除くことにより、提供され得る。必要に応じて、中間層は、型の除去の後で形成され得る。
【００８０】
さらに、型は、部分的に取り除かれ得、デバイス表面の少なくとも一部が露出され得る。代表的には、基材は、機械的支持を提供するのを支援するために、型の一部を取り除く前に結合され得る。しかし、型の一部のみが除去される場合、型の残りの材料は、引き続く後の基材の結合を可能にするために、十分な支持を提供し得る。この代替例は、プロセッシングの利便性、または単回プロセスで多数のデバイスを形成することなどの他の理由から望ましくあり得る。半導体層は、デバイス表面の少なくとも露出された部分の上に半導体層を形成することによりデバイス表面に結合され得る。あるいは、中間層が、このデバイス表面の露出された部分の上に形成され得、次いで半導体層が、この中間層の上に形成される。このような実施形態では、半導体層および／または中間層は、気相成長、ろう付け、接着または他の公知の方法により形成され得る。１つの好ましい局面では、これらの層は、気相成長により形成され得る。
【００８１】
いくつかのＳＯＤデバイスは、中間材料の層を利用する。本発明の１つの局面では、薄い中間層がダイヤモンド層の滑らかなデバイス表面に接して配置され得る。本発明の１つの実施形態では、中間層が、中間層の上でダイヤモンド層を成長させる前に界面表面上に置かれ得る。このような実施形態では、中間層は、その上のダイヤモンドの核形成および形成に適した材料を含み得る。これはまた、上で考察したように、核形成促進層を形成することにより増強され得る。薄層の材料をて堆積することにより、型界面の滑らかな表面および輪郭は、堆積された中間層の上に保持される。型またはその一部は、無力のダイヤモンド層を成長させる工程および／または基材を成長表面に結合する工程の後に取り除かれ得る。
【００８２】
あるいは、中間層は、型が取り除かれた後に、ダイヤモンド層のデバイス表面に付着され得る。代表的には、この中間層は、ダイヤモンド層のデバイス表面上にスパッタリングされてもよく、または別のやり方で成長されてもよい。気相からダイヤモンド表面上に材料を堆積するこのような方法は、ＣＶＤ、ＰＶＤまたは加熱された基材上でのスパッタリングとして当業者に周知である。引き続く熱処理は、特定の実施形態に適した特定の結晶構造および格子構造を製造するために使用され得る。
【００８３】
本発明の代替の実施形態では、実質的な厚みの単結晶を使用することが適切である。代表的な単結晶は、インゴットとして成長され、そのインゴットが種々のデバイスでの使用うのために切断される。さらには、本発明の１つの局面では、単結晶は、炭化物形成剤で必要に応じてコーティングされ得る。
【００８４】
しかし、本発明の１つの局面に従って、これらの単結晶半製品は、結合材料の超薄層を使用してダイヤモンド層のデバイス表面に結合され得る。デバイス表面との結合の前に、単結晶は、対応するデバイス表面と同等の表面粗さを有する滑らかな仕上げへと研磨されるべきである。表面粗さは、意図された最終デバイスに依存する。しかし、いくつかの場合、１ｎｍ未満、好ましくは５Å未満の表面粗さが適切であり得る。引き続いて、超薄層の結合材料が、デバイス表面または滑らかな半製品表面のいずれかの上に結合材料の層を形成し、次いで、結合層の厚みを約１μｍ未満、そして好ましくは約１０ｎｍ未満（すなわち、たった数分子の厚み）に減少させるために、これら２つの表面を一緒にプレスすることにより、生成され得る。この結合材料は、エポキシのような有機物結合剤を含んでもよく、またはＴｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎまたはこれらの混合物のような反応性金属であってもよい。反応性金属の場合、その金属は、デバイス表面か滑らかな半製品表面のいずれかでスパッタリングされ得、次いで加熱または減圧条件下で他の表面に対してプレスされ得る。これらの極めて薄い厚みで、結合材料は、より高い温度でより安定である。例えば、代表的なエポキシ結合剤は、約２００℃より上の温度では、働かない。しかし、極めて薄い厚みでは、このエポキシは、より高温でも強いままである。さらに、ＳＯＤデバイスは、機械的用途におけるのと同じ程度の強度を必要とはしない。結合された半製品は、次いで所望の厚み（例えば、ＳＯＤデバイスの場合には、約２μｍ未満）まで研削され、研磨され得る。
【００８５】
あるいは、本発明のＳＯＤデバイスは、界面表面を有する型を提供し、気相成長技術を使用してこの界面表面に無力のダイヤモンド層を成長させることにより形成され得る。半導体層は、無力のダイヤモンド層の成長表面に直接に結合され得る。型は取り除かれ得るか、薄くされ得るか、または基材としての使用のために適所に残され得る。さらに、中間層が、成長表面上に形成され得る。半導体層は、次いでこの中間層の上に形成され得る。必要に応じて、ダイヤモンド層の成長表面は、それへの半導体層の結合の前に研磨され得る。
【００８６】
本発明のＳＯＤデバイスを大量生産するために、型は、１つのウェハ前駆体から複数のＳＯＤデバイスを製造するに十分なサイズを有するウェハであり得る。いったん無力のダイヤモンド層が成長すると、半導体層が形成され、そして基材が接合され、より大きいウェハ前駆体が個々のＳＯＤデバイスへと細分化され得る。しばしば、ダイヤモンド層および型の熱膨張係数は、これらの層の分離を引き起こすに十分異なっている。このことは、代表的には、直径数ｍｍの領域にまたがる問題ではないが、経済的な大量生産は、このような構成要素は、ウェハ上で形成されず、次いでウェハから切断されるべきであることを必要とする。さらに、ウェハのサイズは、一般に、６インチまでであり、より新しいプロセスは、直径８または１２インチのウェハサイズを利用する。従って、熱膨張係数の違いは、ウェハのサイズが大きくなるにつれて、より大きな問題となる。
【００８７】
それゆえに、本発明の別の局面に従って、小さい溝が型の界面表面に形成され得る。この溝は、グリッドを形成し、このグリッドで細分化された領域の各々が単独のＳＯＤデバイスに対応する表面を規定する。この溝は、エッチング、切断、または任意の他の公知の方法により形成され得る。ダイヤモンド、または中間層がその上に堆積されるにつれて、その溝は、型を係留するように作用し、そして熱膨張の違いを各グリッド領域に隔離する。従って、気相成長プロセスに続いて、型が冷却されるとき、型の収縮は、その溝中に堆積されたダイヤモンドにより限定される。例えば、単結晶の圧電性ＬｉＮｄＯ３の型は、約９００℃から冷却されるとき、結晶学的配向に依存して、ダイヤモンドの熱収縮の５倍までを有し得る。
【００８８】
溝は、任意の深さおよび幅であってもよいが、１つの現在の実施形態は、約１μｍ〜約１０μｍ、好ましくは約５μｍの幅および深さを有する溝を利用する。任意の適切な方法が使用され、このような溝が形成され得る。その方法としては、ダイヤモンドけがき針、化学的エッチングが挙げられる。型が部分的にのみ露出され（、最終のデバイスに組み込まれ）るこの方法を使用する１つの利点は、この溝の深さは半導体層または中間層の所望の厚みに対応するように選択され得ることであるが、これは必要とされるわけではない。例えば、型は、適切な半導体材料から作製され、基材を無力なダイヤモンド層の成長表面へ接合した後、型は、その溝に堆積されたダイヤモンドが露出されるまで研磨され得る。この実施形態では、残りの型材料は、最終製品中で使用される。
【００８９】
さらに、露出されたダイヤモンドの範囲は、（ダイヤモンドは、電気的に絶縁性であるので）研磨表面を横切る電気抵抗の上昇により検出され得る。電気抵抗は、実質的に均一な厚みを維持するために、ウェハ全体にわたって測定され得る。従って、例えば、電気抵抗がウェハの１つの側面で不均一に上昇する場合、力が増やされ、そのウェハの反対側の研磨速度および除去速度が増やされる。案内として、溝の均一な深さは、ウェハ前駆体全体にわたる半導体材料の均一な厚みを確実にするのに役立つ。他の構成要素は、次いで半導体材料に付着され、そして最終梱包材料がその上に重ねられ得る。最終デバイスは、次いで、公知の技術を使用して切断することにより分離され、次いで種々の製品へと組み込まれ得る最終デバイスが製造される。寸法は変動し得るが、ＳＯＤデバイスの寸法は、代表的には、約０．５ｍｍの全厚みを有し得、他方半導体層およびダイヤモンド層は、約３０μｍまでである。
【００９０】
セラミックの型の中の溝を利用する上記方法の別のバリエーションでは、ＣＶＤダイヤモンド不活性材料がその溝中に堆積される。適切なＣＶＤ不活性材料としては、ＣＶＤ条件下でダイヤモンドが生成しない任意の材料（例えば、銅、銀、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、グラファイトおよびこれらの混合物が挙げられる。銅は、現在好ましいＣＶＤダイヤモンド不活性材料である。ＣＶＤプロセスの間、ダイヤモンドは、界面表面上で生成するが、ＣＶＤ不活性材料上では生成しない。その上でのＳＯＤデバイスの完了後、ＣＶＤ不活性材料は、酸への溶解または機械的な力により取り除かれ得る。本発明のこのバリエーションは、ダイヤモンドの切断が必要とはされないので、個々のデバイスをウェハ前駆体から分離することを、はるかに安価なものにする。なお別の代替例では、ＣＶＤ不活性化合物は、型の表面に溝を形成することなしに個々のＳＯＤデバイスに対応するパターンで堆積される。
【実施例】
【００９１】
（実施例１）
直径１００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのシリコンウェハを、１μｍ未満の表面粗さまで研磨した。次いでこの研磨した表面を、ダイヤモンドけがき針を使用して、グリッド線に沿って引っかき、深さ約２μｍの引っかき傷をつけた。次いで、このシリコンウェハを、アセトンおよびミクロンサイズのダイヤモンド微粉を含む超音波浴中に置いた。処理後、コノシリコンウェハは、研磨表面上に残っているミクロンサイズのダイヤモンド粒子の薄層を有していた。次いでこのシリコンウェハを、４０ｔｏｒｒの水素（１％メタンを含む）雰囲気を有する熱フィラメントＣＶＤシステム中に配置した。これらの状態を、約３０時間維持し、この間にダイヤモンド膜が約３０μｍの厚みまで堆積した。ダイヤモンドがコーティングされたシリコンウェハを、ＣＶＤシステムから取り出した。直径１００ｍｍおよび厚み０．５ｍｍを有するタングステンのディスクを、１００５℃で、１２分間、１０−５ｔｏｒｒの減圧下でＮＩＣＲＯＢＲＡＺＬＭを使用して、ダイヤモンドの成長側にろう付けした。次いで、このケイ素基材を、案内としての引っかき傷中に堆積したダイヤモンドを使用して、約１μｍ厚みまで研削し、研削の均一性を維持した。次いで、ダイヤモンドウェハ上のケイ素を、さらに加工して、その上に任意の数の半導体デバイスを形成することができた。
【００９２】
（実施例２）
タングステンのディスクをＰＶＤスパッタリングしたタングステンで置き換えた以外は、実施例１と同じプロセスを行った。
【００９３】
（実施例３）
直径１００ｍｍ、厚み０．６ｍｍのシリコンウェハを、１μｍ未満の表面粗さまで研磨した。次いで、このシリコンウェハを、アセトンおよびミクロンサイズのダイヤモンド微粉を含む超音波浴中に置いた。処理後、コノシリコンウェハは、研磨表面上に残っているミクロンサイズのダイヤモンド粒子の薄層を有していた。次いでこのシリコンウェハを、４０ｔｏｒｒの水素（１％メタンを含む）雰囲気を有する熱フィラメントＣＶＤシステム中に配置した。これらの状態を、約３０時間維持し、この間にダイヤモンド膜が約３０μｍの厚みまで堆積した。ダイヤモンドがコーティングされたシリコンウェハを、ＣＶＤシステムから取り出した。直径１００ｍｍおよび厚み０．５ｍｍを有するタングステンのディスクを、１００５℃で、１２分間、１０−５ｔｏｒｒの減圧下でＮＩＣＲＯＢＲＡＺＬＭを使用して、ダイヤモンドの成長側にろう付けした。次いで、このケイ素基材を、熱濃ウ水酸化ナトリウム溶液中に溶解することにより、完全に取り外した。露出したダイヤモンド表面を軽く研磨し、窒化アルミニウムの１μｍの層をＰＶＤを使用して堆積させた。ＣＶＤプロセスは、減圧中、窒素雰囲気中にアルミニウムターゲットを含んだ。堆積した窒化アルミニウムが、底面（０００２）と優先的に整列している、すなわち、ケイ素表面と平行であることを見出した。次いで、窒化ガリウムの半導体層を堆積して、ＳＯＤデバイスを形成した。
【００９４】
（実施例４）
窒化ガリウム層の代わりに窒化アルミニウム中間層の上に、単結晶シリコンを堆積させた以外は、実施例３と同じプロセスを行った。
【００９５】
（実施例５）
シリコンウェハの代わりにヒ化ガリウムウェハを使用した以外は、実施例１と同じプロセスを行った。さらに、次いで同じ寸法のシリコンウェハをＣＶＤダイヤモンドの上にろう付けした。次いでこのヒ化ガリウム層を、約５μｍの厚みまで研磨した。
【００９６】
当然、上に記載された構成は、本発明の原理の適用を例示したものに過ぎない。多くの改変および代替の構成が、本発明の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者により工夫され得、そして添付の特許請求は、そのような改変および構成を網羅することが意図されていることが理解されるべきである。従って、本発明は、現時点で最も実用的であり、本発明の好ましい実施形態であるとみなされるものに関連して具体的かつ詳細に上に記載されたが、サイズ、材料、形状、形態、機能および操作方法、アセンブリおよび使用のバリエーションを含む（しかし、これらに限定されない）多くの改変が、本明細書中に示された原理および概念から逸脱することなくなされ得ることが当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、ＳＯＤデバイスの側方断面図である。
【図２】図２は、本発明の代替の実施形態による、ＳＯＤデバイスの側方断面図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、本発明によるＳＯＤデバイスを製造する１つの方法を図示する側方断面図を示す。
【図４】図４Ａ〜４Ｃは、本発明によるＳＯＤデバイスを製造する代替の方法を図示する側方断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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