(57)【要約】【課題】気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板に気相合成単結晶ダイヤモンドを安定して追加堆積させ、高品質な単結晶ダイヤモンドを製造する方法を提供する。【解決手段】気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板に気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる単結晶ダイヤモンドの製造方法であって、（１）種基板の平坦度を測定する工程、（２）平坦度の測定結果に基づいて種基板の平坦化を行うか否かを判定する工程、（３）下記の２工程のうちいずれか１工程、（３ａ）判定に基づき、平坦化が必要な種基板は平坦化を行った後、気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、（３ｂ）判定に基づき、平坦化が不要な種基板は平坦化を行わず、気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法。【選択図】図１
2015059069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板をステージに載せ気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる単結晶ダイヤモンドの製造方法であって、
（１）前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる前の前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度を測定する工程、
（２）前記平坦度の測定結果に基づいて前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うか否かを判定する工程、
（３）下記の２工程のうちいずれか１工程、
（３ａ）前記判定に基づき、前記平坦化が必要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行った後、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
（３ｂ）前記判定に基づき、前記平坦化が不要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行わず、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法。
【請求項２】
前記（３ａ）工程において、前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、前記単結晶ダイヤモンド種基板の表面又は裏面に、低電力条件で気相合成単結晶ダイヤモンドを堆積させた平坦化層を形成することで前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うことを特徴とする請求項１に記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。
【請求項３】
前記（３ａ）工程において、前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、前記単結晶ダイヤモンド種基板を前記ステージに載せ、前記ステージに形成した吸着孔から減圧を行い、チャンバー内気体圧力とステージ吸着孔内気体減圧力との差圧力で前記単結晶ダイヤモンド種基板を前記ステージに吸着させることで前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。
【請求項４】
前記（２）工程の判定は、前記測定された平坦度が２０μｍより大きいものを前記平坦化が必要な前記単結晶ダイヤモンド種基板とし、前記測定された平坦度が２０μｍ以下のものを前記平坦化が不要な前記単結晶ダイヤモンド種基板とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶ダイヤモンドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、５．４７ｅＶのワイドバンドギャップで絶縁破壊電界強度も１０ＭＶ／ｃｍと非常に高い。更に物質で最高の熱伝導率を有することから、これを電子デバイスに用いれば、高出力電力デバイスとして有利である。
また、ダイヤモンドは、ドリフト移動度も高く、Ｊｏｈｎｓｏｎ性能指数を比較しても、半導体の中でも最も高速電力デバイスとして有利である。従って、ダイヤモンドは、高周波・高出力電子デバイスに適した究極の半導体と云われている。
【０００３】
現在、ダイヤモンド半導体作製用の単結晶ダイヤモンドは、ほとんどが高圧法で合成されたＩｂ型と呼ばれるダイヤモンドである。このＩｂ型ダイヤモンドは、窒素不純物を多く含み、かつ５ｍｍ角程度のサイズ迄しか得られず、実用性は低い。
それに対して、気相合成（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法では、多結晶ダイヤモンドならば、高純度に６インチ径程度の大面積なダイヤモンドが得られる。しかし、通常電子デバイスに適する、単結晶化が困難であった。これは、ベース基板として従来単結晶Ｓｉ基板が用いられるため、ダイヤモンドとの格子定数の差が大きく（ミスマッチ度５２．６％）ヘテロエピタキシャル成長が非常に困難であるからである。
【０００４】
このため、種々の検討が進み、Ｐｔ（非特許文献１参照）やＩｒ（非特許文献２参照）をベース基板上に下地膜として製膜し、この上にダイヤモンドを製膜する方法が有効であると報告されている。
現在、特にＩｒ膜の研究が最も進んでおり、この方法では、ＭｇＯ、Ｓｉなどのベース基板上にＩｒ膜をヘテロエピタキシャル成長させる。またＩｒ膜とベース基板との間に必要に応じて、バッファー層を入れることも提案されている。さらに、ＤＣプラズマＣＶＤ法で水素希釈メタンガスによるイオン照射前処理を行った後、ダイヤモンドの成長を行う方法により、当初のサブミクロンサイズから現在では数ミリサイズのものまで得られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．  Ｖｏｌ．１１（１９９６）  ｐｐ．２９５５，２９５６
【非特許文献２】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３５（１９９６）  ｐｐ．Ｌ１０７２−Ｌ１０７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような下地膜を用いたＣＶＤ法による単結晶ダイヤモンドの製造方法では、ベース基板と下地膜、更にはダイヤモンドの線膨張係数の差は大きく、例えばＭｇＯ基板とＩｒ膜、更にはダイヤモンドの線膨脹係数がそれぞれ、１３．８×１０−６Ｋ−１、７．１×１０−６Ｋ−１、１．１×１０−６Ｋ−１であり、ダイヤモンドの成長後の基板はダイヤモンドの厚みが僅かであっても凸形状の大きな反りを生じる。これは、単結晶ダイヤモンドの破損の原因となり、実用上の問題となる。
【０００７】
そこで、下地膜を製膜したベース基板（下地基板）に薄くダイヤモンド層を成長させた後、ダイヤモンド層／下地基板からダイヤモンド層を分離し、薄いダイヤモンド自立基板とする。さらに、これを単結晶ダイヤモンド種基板として更に厚くダイヤモンドを追加堆積して仕上げる方法が有効である。
しかしながら、このような種基板は作製条件によっては、大きな反りを持つ場合がある。このような大きな反りをもつ（低平坦度の）種基板に、マイクロ波ＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法などの方法で追加堆積すると、種基板を載せるステージと種基板との間に隙間が発生する。この隙間があると、種基板が部分的に高温になり、単結晶ダイヤモンドの品質低下の原因となる。特に、高電力や高炭素濃度、高圧力など堆積速度を高くする条件ではこの傾向が顕著となる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板に気相合成単結晶ダイヤモンドを安定して追加堆積させ、高品質な単結晶ダイヤモンドを製造する方法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】
上記課題を解決するために、本発明によれば、
気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板をステージに載せ気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる単結晶ダイヤモンドの製造方法であって、
（１）前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる前の前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度を測定する工程、
（２）前記平坦度の測定結果に基づいて前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うか否かを判定する工程、
（３）下記の２工程のうちいずれか１工程、
（３ａ）前記判定に基づき、前記平坦化が必要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行った後、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
（３ｂ）前記判定に基づき、前記平坦化が不要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行わず、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法を提供する。
【００１０】
このような単結晶ダイヤモンドの製造方法であれば、高平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板を用いる、又は低平坦度の種基板の平坦化を行うことで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができるため、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。
【００１１】
また、このとき、前記（３ａ）工程において、前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、前記単結晶ダイヤモンド種基板の表面又は裏面に、低電力条件で気相合成単結晶ダイヤモンドを堆積させた平坦化層を形成することで前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うことができる。
【００１２】
これにより、低平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板であっても、平坦化層を形成することで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができ、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。
【００１３】
また、このとき、前記（３ａ）工程において、前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、前記単結晶ダイヤモンド種基板を前記ステージに載せ、前記ステージに形成した吸着孔から減圧を行い、チャンバー内気体圧力とステージ吸着孔内気体減圧力との差圧力で前記単結晶ダイヤモンド種基板を前記ステージに吸着させることで前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うことができる。
【００１４】
これにより、低平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板であっても、種基板をステージに吸着させることで平坦にすることができ、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができるため、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。
【００１５】
また、前記（２）工程の判定は、前記測定された平坦度が２０μｍより大きいものを前記平坦化が必要な前記単結晶ダイヤモンド種基板とし、前記測定された平坦度が２０μｍ以下のものを前記平坦化が不要な前記単結晶ダイヤモンド種基板とすることができる。
【００１６】
単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うか否かの判定基準をこのような値とすることで、より高平坦度の種基板に追加堆積を行うことができるため、より確実に高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方法であれば、高平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板を用いる、又は低平坦度の種基板の平坦化を行うことで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができるため、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。また、本発明の単結晶ダイヤモンドは、結晶性及びそのサイズから実用の電子デバイス作製に極めて有用である。従って、このような単結晶ダイヤモンドをＬＥＤ、パワーデバイスなどの電子デバイス用基板とすれば、所望の特性を充分に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の単結晶ダイヤモンド製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
本発明者は、気相合成によって得られた薄い単結晶ダイヤモンド種基板に気相合成単結晶ダイヤモンドを安定して追加堆積させるには、ＣＶＤ装置のステージと種基板を充分に接触させることが必要であり、高平坦度の種基板であれば、ステージと種基板を充分に接触させて安定して追加堆積を行えることを見出し、本発明を完成させた。
更に、本発明者は、低平坦度の種基板であっても、種基板の表面又は裏面に低堆積速度で平坦化層を形成することで種基板を平坦化する、又はステージに設けた吸着孔から減圧吸着して種基板を強制的に矯正して平坦化することで、ステージと種基板とを充分に接触させられることを見出した。
【００２１】
本発明は、気相合成によって得られた単結晶ダイヤモンド種基板をステージに載せ気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる単結晶ダイヤモンドの製造方法であって、
（１）前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる前の前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度を測定する工程、
（２）前記平坦度の測定結果に基づいて前記単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うか否かを判定する工程、
（３）下記の２工程のうちいずれか１工程、
（３ａ）前記判定に基づき、前記平坦化が必要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行った後、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
（３ｂ）前記判定に基づき、前記平坦化が不要な前記単結晶ダイヤモンド種基板は平坦化を行わず、前記気相合成単結晶ダイヤモンドを追加堆積させる工程、
を有することを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法である。
【００２２】
本発明の単結晶ダイヤモンド製造方法は例えば、図１のフローチャートに示される流れで行うことができる。
【００２３】
本発明に用いる単結晶ダイヤモンド種基板は、例えばベース基板上にスパッター法等によって下地膜を製膜し、この下地膜を製膜したベース基板にダイヤモンド成長核形成のための前処理を行った後、ＣＶＤ法によってダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させ、エッチング法等によってダイヤモンド層を分離することで得ることができる（図１（０））。
この場合ベース基板としては、例えばＭｇＯ基板やＳｉ基板を用いることができる。
【００２４】
また、下地膜としては、例えばＩｒ膜やＰｔ膜を用いることができる。
下地膜を製膜する際は、例えば、原料としてＩｒを用いて、１３．５６ＭＨｚのＲ．Ｆ．マグネトロンスパッター法で、電力１，０００Ｗ、Ａｒガス雰囲気、チャンバー内圧力５×１０−２Ｔｏｒｒの条件で製膜を行うことで、下地膜を製膜することができる。
【００２５】
また、ダイヤモンド成長核形成のための前処理を行う際は、例えば原料ガスとして水素希釈メタンを用いることができる。具体的には、バイアス法で、水素希釈メタン（ＣＨ４の体積）／｛（ＣＨ４＋Ｈ２）の体積｝＝５.０ｖｏｌ．％、チャンバー内圧力１００Ｔｏｒｒで基板側電極に負電圧を印加して９０ｓｅｃ間プラズマにさらすことで、ダイヤモンド成長核を形成することができる。
なお、以下水素希釈メタンのｖｏｌ．％は（ＣＨ４の体積）／｛（ＣＨ４＋Ｈ２）の体積｝とする。
【００２６】
また、下地膜を製膜したベース基板にダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる際は、例えば原料ガスとして水素希釈メタンを用いることができる。具体的には、２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤ法で、電力４，０００Ｗ、水素希釈メタン５．０ｖｏｌ．％、チャンバー内圧力１１０Ｔｏｒｒの条件で堆積を行うことで、ダイヤモンド層を形成することができる。
【００２７】
ダイヤモンド層を下地膜／ベース基板から分離する際には、例えば、リン酸溶液や熱混酸などのウェットエッチ液に浸けて、ダイヤモンド層／下地膜とベース基板とに分離した後に、機械的研磨法で残った下地膜を除去することで単結晶ダイヤモンド種基板を得ることができる。また、ウェットエッチ液に浸漬させないで、下地膜／ベース基板を一度に機械的研磨法で除去しても良い。
【００２８】
こうして得られた気相合成法による単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度を測定する（図１（１））。（１）工程の平坦度の測定は、例えば触針式反り測定機、レーザー分光干渉式反り測定機、及びレーザー斜入射干渉式反り測定機等を用いて行うことができる。
【００２９】
次に、（１）工程で測定した種基板の平坦度に基づいて、種基板の平坦化を行うか否かの判定を行う（図１（２））。このとき、（１）工程で測定された平坦度が２０μｍより大きいものを平坦化が必要な単結晶ダイヤモンド種基板とし、（１）工程で測定された平坦度が２０μｍ以下のものを平坦化が不要な単結晶ダイヤモンド種基板とすることができる。もちろんこれに限定されるものではなく、平坦度の判定基準は求められる製品ダイヤモンド基板の仕様や種基板を載せるステージの平坦度等に応じて決めればよい。
【００３０】
そして、平坦化が必要と判定された場合は、（３ａ）工程において、単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、単結晶ダイヤモンド種基板の表面又は裏面に、低電力条件で気相合成単結晶ダイヤモンドを堆積させた平坦化層を形成することで単結晶ダイヤモンド種基板の平坦化を行うことができる。
【００３１】
これにより、低平坦度の種基板であっても、平坦化層を形成することで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことが可能となる。また、平坦化層を形成する際は、例えば原料ガスとして水素希釈メタンを用いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤ法で、電力１，０００Ｗ、水素希釈メタン６．０ｖｏｌ．％、チャンバー内圧力１１０Ｔｏｒｒの条件で堆積を行うことで、平坦化層を形成することができる。
【００３２】
また、（３ａ）工程において、単結晶ダイヤモンド種基板の平坦度に応じて、単結晶ダイヤモンド種基板をステージに載せ、ステージに形成した吸着孔から減圧を行い、チャンバー内気体圧力とステージ吸着孔内気体減圧力との差圧力で単結晶ダイヤモンド種基板をステージに吸着させることで強制的に単結晶ダイヤモンド種基板の矯正をして平坦化を行うこともできる。
【００３３】
これにより、低平坦度の種基板であっても、種基板をステージに吸着させることで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことが可能となる。
【００３４】
また、（３ａ）工程において、種基板の平坦化を行った後、再び平坦度の測定を行うこともできる。また、必要があれば、再度平坦化を行うこともできる。これにより、より確実に平坦な種基板を用いて単結晶ダイヤモンドの追加堆積を行うことができる。なお、種基板の平坦化は、より平坦な種基板とするため、平坦化層を形成した種基板をステージに吸着させて追加堆積するようにしてもよい。
【００３５】
また、（３ａ）工程及び（３ｂ）工程の追加堆積は、例えば原料ガスとして水素希釈メタンを用いて、２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤ法で、電力４，０００Ｗ、水素希釈メタン５．０ｖｏｌ．％、チャンバー内圧力１１０Ｔｏｒｒの条件で追加堆積を行うことで、単結晶ダイヤモンドを製造することができる。
【００３６】
以上のように、本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方法であれば、高平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板を用いる、又は低平坦度の種基板の平坦化を行うことで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができるため、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることが可能となる。また、本発明の単結晶ダイヤモンドは、結晶性及びそのサイズから実用の電子デバイス作製に極めて有用である。従って、このような単結晶ダイヤモンドをＬＥＤ、パワーデバイスなどの電子デバイス用基板とすれば、所望の特性を充分に得ることが可能となる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
１０．０ｍｍ角、厚さが１．０ｍｍで方位（１００）の両面研磨単結晶ＭｇＯをベース基板として用意し、ダイヤモンド製膜を行う面側にＩｒをヘテロエピタキシャル成長させ下地膜とした。製膜には直径６インチ、厚み５ｍｍ、純度９９．９％以上のＩｒをターゲットとした１３．５６ＭＨｚのＲ．Ｆ．マグネトロンスパッター法を用いた。ＭｇＯ基板を８００℃に加熱し、ベースプレッシャーが６×１０−７Ｔｏｒｒ以下になるのを確認した後、Ａｒガスを１０ｓｃｃｍ導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調節して５×１０−２Ｔｏｒｒとした後、Ｒ．Ｆ．電力１，０００Ｗを入力して１５分間製膜を行った。得られたＩｒ膜は厚さ０．７μｍであった。
【００３９】
次に、Ｉｒ膜を製膜させたＭｇＯ基板を１４ｍｍ角で平板型の電極上にセットし、ベースプレッシャーが１×１０−６Ｔｏｒｒ以下になるのを確認した後、原料ガスである水素希釈メタン５.０ｖｏｌ．％を５００ｓｃｃｍ導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調節して１００Ｔｏｒｒとした後、基板側電極に負電圧を印加して９０ｓｅｃ間プラズマにさらして、Ｉｒ膜を製膜させたＭｇＯ基板の表面にダイヤモンド成長核を形成した。
【００４０】
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤ法によってダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させた。基板をマイクロ波ＣＶＤ装置のチャンバー内にセットし、ロータリーポンプで１０−３Ｔｏｒｒ以下のベースプレッシャーまで排気した後、原料ガスである水素希釈メタン５．０ｖｏｌ．％を１，０００ｓｃｃｍ導入した。排気系に通じるバルブの開口度を調節してチャンバー内を１１０Ｔｏｒｒにした後、電力４，０００Ｗのマイクロ波を入力して１０時間製膜を行った。製膜中の基板温度をパイロメーターで測定したところ９００℃であった。
【００４１】
得られたダイヤモンド層は１０ｍｍ角の基板全面で剥離も無く完全な連続膜であり、膜厚は５０μｍ、平坦度は６０μｍであった。Ｉｒ膜／ＭｇＯ基板をエッチング法で除去して、平坦度が２０μｍの自立構造単結晶ダイヤモンド種基板とした。平坦度が２０μｍであることから、この種基板は平坦化が不要であると判定した。
【００４２】
この種基板をステージに載せて再度マイクロ波ＣＶＤ法で、製膜時間を５０時間とする以外は上記のダイヤモンド層の堆積時と同様の条件で追加堆積を行い、合計３００μｍの単結晶ダイヤモンドを得た。
この単結晶ダイヤモンドはＳＥＭ観察、Ｘ線回折（θ−２θ、極点図）によって、ホモエピタキシャルダイヤモンドであることが判った。更にラマン分光分析でも評価した結果、非ダイヤモンド成分を含まない高純度ダイヤモンドであることも確認できた。
【００４３】
（実施例２）
種基板を作製するためのダイヤモンド層の堆積におけるマイクロ波ＣＶＤ法での製膜時間を１５時間とする以外は実施例１と同様の操作を行い、膜厚が７５μｍ、平坦度が９０μｍのダイヤモンド層を得た。Ｉｒ膜／ＭｇＯ基板をエッチング法で除去して、平坦度が６０μｍの自立構造単結晶ダイヤモンド種基板とした。平坦度が６０μｍであることから、この種基板は平坦化が必要であると判定した。
この種基板を平坦化するために、種基板の裏面に対して、マイクロ波ＣＶＤ法で、１，０００Ｗ、水素希釈メタン６．０ｖｏｌ．％、１１０Ｔｏｒｒの条件で５時間堆積を行って平坦化層を形成し、膜厚が８０μｍ、平坦度が２０μｍの種基板とした。
【００４４】
この種基板をステージに載せて再度マイクロ波ＣＶＤ法で、製膜時間を４４時間とする以外は実施例１の種基板への追加堆積時と同様の条件で追加堆積を行い、合計３００μｍの単結晶ダイヤモンドを得た。
この単結晶ダイヤモンドはＳＥＭ観察、Ｘ線回折（θ−２θ、極点図）によって、ホモエピタキシャルダイヤモンドであることが判った。更にラマン分光分析でも評価した結果、非ダイヤモンド成分を含まない高純度ダイヤモンドであることも確認できた。
【００４５】
（実施例３）
種基板を作製するためのダイヤモンド層の堆積におけるマイクロ波ＣＶＤ法での製膜時間を１５時間とする以外は実施例１と同様の操作を行い、膜厚が７５μｍ、平坦度が９０μｍのダイヤモンド層を得た。Ｉｒ膜／ＭｇＯ基板をエッチング法で除去して、平坦度が６０μｍの自立構造単結晶ダイヤモンド種基板とした。平坦度が６０μｍであることから、この種基板は平坦化が必要であると判定した。
この種基板を平坦化するために、種基板をＣＶＤ装置のステージに載せ、ステージに形成した吸着孔から減圧を行い、種基板をステージに吸着させた。吸着時の種基板の平坦度は２０μｍ以下となっていることを確認した。
【００４６】
この種基板に再度マイクロ波ＣＶＤ法で、製膜時間を４５時間とする以外は実施例１の種基板への追加堆積時と同様の条件で、上記の吸着を行いながら追加堆積を行い、合計３００μｍの単結晶ダイヤモンドを得た。
この単結晶ダイヤモンドはＳＥＭ観察、Ｘ線回折（θ−２θ、極点図）によって、ホモエピタキシャルダイヤモンドであることが判った。更にラマン分光分析でも評価した結果、非ダイヤモンド成分を含まない高純度ダイヤモンドであることも確認できた。
【００４７】
（比較例）
種基板を作製するためのダイヤモンド層の堆積におけるマイクロ波ＣＶＤ法での製膜時間を１５時間とする以外は実施例１と同様の操作を行い、ダイヤモンド層を得た。実施例との比較のため膜厚及び平坦度を測定したところ、それぞれ膜厚が７５μｍ、平坦度が９０μｍであった。次に、Ｉｒ膜／ＭｇＯ基板をエッチング法で除去して、再び比較のため平坦度を測定したところ、平坦度が６０μｍの自立構造単結晶ダイヤモンド種基板であった。
平坦化を行うか否かの判定を行わず、この種基板に実施例１の種基板への追加堆積時と同様の条件で追加堆積を行ったところ、種基板のステージと接触していない部分を中心に基板温度が高くなり、単結晶では無く細かい結晶粒を持つダイヤモンドが堆積した。
【００４８】
以上のように、高平坦度の種基板を用いて追加堆積を行った実施例１、低平坦度の種基板に平坦化層を形成することで種基板を平坦化し追加堆積を行った実施例２、及び低平坦度の種基板をステージに吸着させることで種基板を平坦化し追加堆積を行った実施例３では、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行い、高品質な単結晶ダイヤモンドを得ることができた。
一方、低平坦度の種基板に平坦化を行うか否かの判定を行わず、そのまま追加堆積を行った比較例では、種基板のステージと接触していない部分を中心に基板温度が高くなり、単結晶ダイヤモンドを得ることができなかった。
【００４９】
以上のことから、本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方法であれば、高平坦度の単結晶ダイヤモンド種基板を用いる、又は低平坦度の種基板の平坦化を行うことで、種基板とステージとを充分に接触させて安定して追加堆積を行うことができるため、高品質な単結晶ダイヤモンドを得られることが明らかとなった。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図１】
2015059069.tif 000003