(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のダイヤモンドの形成方法であって、
ベースを準備すること；
ベース上に、第１の材料組成物を有する第１の犠牲層を、エピタキシャルに形成すること；
第１の犠牲層上に、第１の材料組成物とは異なる材料である第１のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成すること；
第１のダイヤモンド層上に、第１の材料組成物である第２の犠牲層をエピタキシャルに形成すること；
第２の犠牲層上に第２のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成すること；ならびに
第１の犠牲層、第１のダイヤモンド層、第２の犠牲層、ならびに第２のダイヤモンド層が、ヘテロエピタキシャル超格子を形成すること
を含む、複数のダイヤモンドの形成方法。
【請求項２】
自立した単結晶ダイヤモンドを生成するために、第１および第２のダイヤモンド層を、第１および第２の犠牲層から分離することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
分離することが、第１の材料の少なくとも一部をエッチング除去するウェットエッチングを使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ベース上に、第１の材料組成物を有する第３の犠牲層を、エピタキシャルに形成すること；
第３の犠牲層上に、第１の材料組成物とは異なる材料である第３のダイヤモンド層を、エピタキシャルに形成すること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第１の材料組成物が、イリジウム、チタン、またはイリジウムとチタンとの双方を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ベースが、酸化マグネシウム、イリジウム、ケイ素、炭化ケイ素、またはダイヤモンドのうち１種以上を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１および第２の犠牲層が、単結晶である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第１の犠牲層をエピタキシャルに形成することが、原子層堆積、物理蒸着、および／または化学蒸着を使用することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第１のダイヤモンド層が、約１０〜１０００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
基板ホルダを供給し、基板ホルダ内にベースを供給することを含むベースを供給することをさらに含み、基板ホルダは、エピタキシャルに形成されたダイヤモンド層の幅を制限する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
ヘテロエピタキシャル超格子であって、
ベース材料組成物を含むベース上の第１の犠牲層であって、ベースの結晶構造を使用してエピタキシャルに形成され、かつ第１の材料組成物を有する、第１の犠牲層；
第１の犠牲層上の第１のダイヤモンド層であって、第１の犠牲層の結晶構造を使用してエピタキシャルに形成され、かつ第１の材料組成物とは異なる材料である、第１のダイヤモンド層；
第１のダイヤモンド層上の第２の犠牲層であって、第１の材料組成物を有する、第２の犠牲層；および
第２の犠牲層上の第２のダイヤモンド層であって、第１の材料組成物とは異なる材料である、第２のダイヤモンド層
を含む、ヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１２】
ベースが、単結晶材料である、請求項１１に記載のヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１３】
第１のダイヤモンド層が、約１０〜１０００ミクロンの間の厚さを有する、請求項１１に記載のヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１４】
ベースが、酸化マグネシウム、イリジウム、ケイ素、炭化ケイ素、またはダイヤモンドのうち１種以上を含む、請求項１１に記載のヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１５】
第１の材料組成物が、イリジウム、チタン、またはイリジウムとチタンとの双方を含む、請求項１１に記載のヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１６】
凹部を有する基板ホルダをさらに含み、基板ホルダの凹部内に、ベース、第１の犠牲層および第１のダイヤモンド層があり、基板ホルダは、エピタキシャルに形成されたダイヤモンド層の幅を制限する、請求項１１に記載のヘテロエピタキシャル超格子。
【請求項１７】
複数のダイヤモンドの形成方法であって、
ベース材料組成物を有するベースを含むキャビティを備えた基板ホルダを供給すること；
ベース上およびキャビティ内に、第１の材料組成物を有する第１の犠牲層を、エピタキシャルに形成すること；
キャビティ内の第１の犠牲層上に、第１の材料組成物とは異なる材料である第１のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成すること；
キャビティ内の第１のダイヤモンド層上に、第１の材料組成物である第２の犠牲層をエピタキシャル形成すること；および
キャビティ内の第２の犠牲層上に、第２のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成すること
を含み、
第１の犠牲層、第１のダイヤモンド層、第２の犠牲層、ならびに第２のダイヤモンド層が、ヘテロエピタキシャル超格子を形成する、複数のダイヤモンドの形成方法。
【請求項１８】
前記ベースを供給することが、基板ホルダのキャビティ内にベースを形成することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベースを供給することが、基板ホルダのキャビティ内に既に形成されたベースを受け取ることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
自立した単結晶ダイヤモンドを生成するために、第１および第２のダイヤモンド層を、第１および第２の犠牲層から分離することをさらに含み、前記分離することが、第１および第２の犠牲層の一方または双方を、超格子から少なくとも部分的に除去することを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
この特許出願は、２０１７年９月８日に提出され、“HETERO-EPITAXIAL METHOD OF FORMING A FILM OR LAYER OF MATERIAL”と題され、かつ発明者としてJohn P. CiraldoおよびJonathan Levine-Milesの名が記載された、米国特許仮出願第６２／５５５，７６５号明細書の優先権を主張し、その開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
発明の属する技術分野
本発明は、概して、エピタキシャルに形成される膜および層に関し、より具体的には、本発明は、膜および／または層で形成された超格子に関する。
【０００３】
発明の背景
ダイヤモンドウェハは、さまざまな用途に使用されている。例えば、それらは、集積回路を製造するために、またはレーザーシステム用のレンズとして使用され得る。しかしながら、ダイヤモンドウェハの製造には、多くの技術的課題が生じ得る。
【０００４】
さまざまな実施形態の概要
本発明の一実施形態によれば、複数のダイヤモンドの形成方法は、ベースを供給し、ベース上に第１の犠牲層をエピタキシャルに形成し、次いで第１の犠牲層上に第１のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成する。第１の犠牲層は、第１の材料組成物を有し、第１のダイヤモンド層は、第１の材料組成物とは異なる材料である。次に、この方法は、第１のダイヤモンド層上に第２の犠牲層をエピタキシャルに形成し、第２の犠牲層上に第２のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成する。第２の犠牲層は、第１の材料組成物を有する。ベース、第１および第２の犠牲層、ならびに第１および第２のダイヤモンド層は、ヘテロエピタキシャル超格子を形成する。
【０００５】
第１および第２の犠牲層は、単結晶であり得る。層が形成された後、第１および第２のダイヤモンド層は、第１および第２の犠牲層から分離されて、自立した単結晶ダイヤモンドを生成し得る。そのために、第１の材料の少なくとも一部をエッチング除去するウェットエッチングを使用して、層を分離してもよい。
【０００６】
犠牲層を形成する第１の材料は、イリジウムおよび／またはチタンを含み得る。ベースは、酸化マグネシウム、イリジウム、ケイ素、炭化ケイ素、またはダイヤモンドのうち１種以上を含み得る。
【０００７】
第１のダイヤモンド層は、約１０〜１０００ミクロンの間の厚さを有し得る。この方法は、エピタキシャルに形成されたダイヤモンド層の幅を制限する基板ホルダを供給し得る。さらに、ベースは、基板ホルダのキャビティ内に供給され得る。
【０００８】
とりわけ、第１の犠牲層は、原子層堆積、物理蒸着、および／または化学蒸着を使用してエピタキシャルに形成され得る。
【０００９】
別の実施形態によれば、ヘテロエピタキシャル超格子は、ベース材料組成物から形成されたベース、ベース上の第１の犠牲層、および第１の犠牲層上の第１のダイヤモンド層を有する。第１の犠牲層は、ベースの結晶構造を使用してエピタキシャルに形成され、第１の材料組成物を有する。対応する方法では、第１のダイヤモンド層は、第１の犠牲層の結晶構造を使用してエピタキシャルに形成され、第１の材料組成物とは異なる材料である。超格子はまた、第１のダイヤモンド層上に第２の犠牲層を有し、第２の犠牲層上に第２のダイヤモンド層を有する。第２の犠牲層は、第１の材料組成物を有し、第１のダイヤモンド層と同様の方法で、第２のダイヤモンド層は、第１の材料組成物とは異なる材料から形成される。
【００１０】
他の実施形態によれば、複数のダイヤモンドを形成する別の方法は、ベース材料組成物を有するベースを含むキャビティを備えた基板ホルダを提供する。次に、この方法は、ベース上およびキャビティ内に第１の犠牲層をエピタキシャルに形成し、次いでキャビティ内の第１の犠牲層上に第１のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成する。第１の犠牲層は、第１の材料組成物を有し、第１のダイヤモンド層は、第１の材料組成物とは異なる材料から形成される。この方法は、キャビティ内の第１のダイヤモンド層上に第２の犠牲層をエピタキシャルに形成し、次いでキャビティ内の第２の犠牲層上に第２のダイヤモンド層をエピタキシャルに形成することにより継続する。第２の犠牲層は、第１の材料組成物から形成される。最後に、ベース、第１および第２の犠牲層、ならびに第１および第２のダイヤモンド層が、ヘテロエピタキシャル超格子を形成する。
【００１１】
当業者は、すぐ下にまとめられた図面を参照して論じられる、以下の「例示的な実施形態の説明」から、本発明の様々な実施形態の利点をより十分に理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態による超格子を概略的に示す。
【図２】図２Ａ〜２Ｃは、本発明の例示的な実施形態による、犠牲層からのダイヤモンド層の選択的除去を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な一実施形態による、ダイヤモンド層を形成するプロセスを概略的に示すフローチャートである。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、本発明の例示的な実施形態による、基板ホルダ内のダイヤモンド層の成長を概略的に示す。
【００１３】
例示的な実施形態の説明
例示的な実施形態は、ベース上に犠牲層（「基板」層として知られる）、および犠牲層上に第１のダイヤモンド層を堆積させることにより、ダイヤモンドウェハ（ダイヤモンド膜、および／またはダイヤモンド層とも呼ばれる）を製造する。次に、第１のダイヤモンド層上に第２の犠牲層が形成され、第２の犠牲層上に第２のダイヤモンド層が形成され得る。このプロセスが繰り返されて、犠牲材料およびダイヤモンド材料の周期的な層が形成され、超格子が生成され得る。いくつかの実施形態は、基板ホルダのキャビティ内に超格子を形成することにより製造を制御する。基板ホルダの壁は、キャビティのサイズ、したがって、エピタキシャルに形成された層の幅を効果的に制限する。当業者は、基板ホルダを改変して、所望の寸法および形状（例えば、丸みを帯びた形状の場合は直径２〜１０インチ）を有するダイヤモンド層を生成することができる。例示的な実施形態の詳細は、後述される。
【００１４】
図１は、超格子１００を概略的に示し、これは、当業者に知られているように、２つ以上の異なる材料の交互層の周期構造である。例示的な実施形態では、超格子１００は、ベース１１０、および犠牲層１２０およびダイヤモンド層１３０の周期的／反復層を有する。層１２０および１３０は、好ましくはエピタキシャルに堆積され、例えばヘテロエピタキシャルに堆積される。
【００１５】
各犠牲層１２０は、１つ以上の犠牲材料層を含む。例えば、犠牲層１２０は、ダイヤモンド層１３０が形成される上部犠牲材料層と、上部犠牲材料層の下にある１つ以上の犠牲材料層とを含み得る。いくつかの実施形態は、これらの追加の犠牲層１２０を使用して、ウェハの分離を促進し得る。追加的または代替的に、犠牲層１２０は、例えばイリジウム−酸化マグネシウム−イリジウムなどの基板材料のサンドイッチを含み得る。さらに、すべての犠牲層１２０が同一である必要はない。
【００１６】
犠牲層１２０は、超格子構造１００内でのダイヤモンド層１３０のヘテロエピタキシャル堆積の目的で、単独または上部犠牲材料層としてイリジウムなどの材料組成物を含み得る。イリジウムは、犠牲層１２０の可能な材料として特定されているが、例示的な実施形態は、イリジウムの代わりに、またはイリジウムと組み合わせて他の材料で形成できることに留意されたい。例えば、犠牲層１２０は、チタンを含み得る。したがって、イリジウムなどの特定の材料の説明は、例示を目的とするものであり、さまざまな実施形態を限定することを意図するものではない。
【００１７】
犠牲層１２０（例えば、上部犠牲層１２０）で使用される材料は、適切な格子定数を備えた単結晶であり得る。いくつかの実施形態では、犠牲層１２０の材料は、ダイヤモンド層１３０に対して材料を選択的にエッチングできる特性を有し得る。代替的な実施形態は、犠牲層１２０を多結晶の犠牲材料として実装し得る。
【００１８】
ベース１１０および／または犠牲層１２０は、積み重ねられた材料層（例えば、それぞれが異なる材料の一連の薄膜）から形成され得る。積み重ねられた材料層は、エピタキシャル堆積を促進し得る。そのために、一連の材料層が堆積され、積層された各材料層が格子定数を低減または拡大して、ダイヤモンドとの格子整合が不十分な材料上で単結晶ダイヤモンド層１３０の成長を促進し得る。例えば、ダイヤモンド（格子定数＝３．５７オングストローム）を、シリコン（格子定数＝５．４３オングストローム）に堆積させるために、シリコンよりわずかに小さい格子定数を有する第１の中間材料を、シリコン層で成長させ、次に、表面がダイヤモンドに適した格子定数を有するまで、さらに小さい格子定数を有する第２の中間材料を、第１の中間材料などに堆積させ得る。次に、ダイヤモンドを最後の中間層に堆積させ得る。加えて、１つ以上の中間層は、２つの隣接する層の間の要素の混合を防止および／または最小化するように構成された拡散バリア層を含み得る。
【００１９】
例示的な実施形態では、プロセスによって、イリジウム基板層１２０（例えば、犠牲層１２０）が提供される。その場合、基板１２０は、いくつかの他の基板層１２０材料の基板（本明細書では「異種基板」と呼ばれる）に適用される単結晶イリジウム膜の形であってもよく、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり得る。しかしながら、単結晶イリジウム膜１２０は、イリジウムのエピタキシャル堆積に適した格子特性を有する任意の単結晶異種基板材料に適用され得る。イリジウム膜１２０は、原子層堆積（ＡＬＤ）または他の技術、例えば物理蒸着（「ＰＶＤ」）または化学蒸着（「ＣＶＤ」）技術を介して異種基板上に堆積され得る。したがって、例えば、異種基板をベース１１０上に形成し、イリジウム膜を異種基板上に形成することができ、ここで、異種基板とイリジウム膜とが一緒に基板１２０を形成する。いくつかの例では、イリジウム層は、下にある異種基板なしで形成することができ、その場合、イリジウム膜が、基板層１２０を形成する。
【００２０】
したがって、いずれの場合も、イリジウム基板１２０は、例えば、原子層堆積などの他の技術が使用されてもよいが、典型的には、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって、単結晶ダイヤモンド層１３０の成長のための基板として利用され得る。いくつかの実施形態では、ダイヤモンド結晶を適用することにより、ダイヤモンド成長の事前播種が行われ得る。また、例示的な実施形態では、他の炭素同素体の形成を抑制し、単結晶ダイヤモンド構造を維持しながら、ダイヤモンドの成長を開始させるために、最初にダイヤモンドのＣＶＤ成長に対して、イオン衝撃または基板バイアスなどを通して改変が行われ得る。
【００２１】
単結晶ダイヤモンド層１３０が、所望の厚さ（例えば、１０〜１０００ミクロン）を達成するのに十分な長さにわたってイリジウム１２０上に堆積された後、追加の犠牲層１２０が、上記のようにダイヤモンド層１３０上に形成され得る。この新しい犠牲層１２０は、追加のダイヤモンド材料層のエピタキシャル成長のための基板として使用され得る。このプロセスは、所望の数「ｎ」のダイヤモンド層１３０が作り出されるまで繰り返し継続され得る。いくつかの実施形態では、最終製品は、「超格子」であり、これは当業者に知られているように、ＡＢＣＢＣＢＣＢＣ…の形のいくつかの層で形成されており、ここで、Ａは、ベース１１０であり、Ｂは、犠牲層１２０（例えば、単結晶犠牲層１２０）であり、かつＣは、ダイヤモンド層１３０（例えば、単結晶ダイヤモンド層１３０）である。スタックは、Ａ［ＢＣ］ｎと記載することができ、ここで、ｎは、ダイヤモンドの層の所望の数を示す。
【００２２】
図２Ａ〜２Ｃは、超格子１００からダイヤモンド層１３０を分離するための選択的除去プロセスを概略的に示す。完全なスタック／超格子１００が製造された後、これは分解プロセスに供されてよく、ここで、ダイヤモンド膜１３０が犠牲層１２０から隔離され、自立した単結晶ダイヤモンド膜／基板１３２がもたらされる。いくつかの実施形態では、複数のスタックが、同時に形成かつ／または同時に分解プロセスに供され得る。示されるように、図２Ａは、分離／放出工程前の超格子１００を概略的に示す。図２Ｂは、犠牲層１２０の一部が除去された超格子１００を概略的に示し、図２Ｃは、複数のダイヤモンド基板／膜を製造するような方法で完全に除去された基板１２０を概略的に示す。
【００２３】
例示的な実施形態では、隔離された単結晶ダイヤモンド膜１３２（基板）の製造について記載されているが、他の実施形態では、ダイヤモンド窓または熱拡散器に使用され得るような、多結晶ダイヤモンド基板１３０も同様に製造され得る。多結晶ダイヤモンド基板１３０を用いる実施形態では、プロセスは、好ましくは上記のものと同様であるが、ダイヤモンド膜と犠牲層１２０との双方でドメイン形成が起こることが許容される。
【００２４】
本明細書に記載されたダイヤモンド膜１３０は「膜」と呼ばれるが、実際には、材料は、犠牲層１２０から隔離／分離されると自立剛性基板および／またはウェハとして機能するのに十分な厚さであり得ることに留意されたい。しかしながら、同様に、例えば熱的用途およびトライボロジー用途で、ラミネートとして使用するためにダイヤモンドをはるかに薄くする用途もあり得る。
【００２５】
図３は、本発明の例示的な一実施形態によるダイヤモンド層１３０を形成するプロセス３００を示す。この方法は、通常使用され得る長いプロセスから大幅に簡素化されていることに留意されたい。したがって、図３の方法は、当業者がおそらく使用するであろう多くの他の工程を有し得る。さらに、いくつかの工程は、示されている順序とは異なる順序で、または同時に実施され得る。したがって、当業者は、必要に応じてプロセスを改変することができる。
【００２６】
さらに、上記および下記で言及されるように、言及された材料および構造の多くは、使用され得る多種多様な異なる材料および構造の１つにすぎない。当業者は、用途および他の制約に応じて適切な材料および構造を選択することができる。したがって、特定の材料および構造の説明は、すべての実施形態を限定することを意図するものではない。
【００２７】
好ましい実施形態では、プロセスは、所定の圧力、温度、および環境ガスなどの注意深く制御された環境条件を備えたチャンバを有する炉または他のデバイス（図示せず）内で実行される。プロセスは、チャンバ内の基板ホルダ４００のキャビティ４０２内にベース１１０を配置する、工程３０２で始まる。図４Ａは、本発明の例示的な実施形態による、基板ホルダ４００の内側に配置されたベース１１０を概略的に示す。例示的な実施形態では、基板ホルダ４００の内部に既に配置されたベース１１０がパッケージ化され得る。とりわけ、ベース１１０は、例えば、酸化マグネシウム、イリジウム、シリコン、炭化ケイ素ダイヤモンド、またはそれらの組み合わせから形成され得る。当業者は、ベース１１０にさらに異なる材料を選択し得る。好ましくは、ベース１１０は、単結晶／単結晶構造を有する。
【００２８】
とりわけ、基板ホルダ４００は、例えば、モリブデンなどの屈折金属から形成することができ、そのキャビティ４０２は、堆積層（例えば、ダイヤモンド層１３０）のテンプレートとして機能する。したがって、キャビティ４０２は、最終的に形成されるダイヤモンド層１３０の用途に必要な所定の方法で、堆積層の寸法（例えば、長さおよび幅）を制限し得る。キャビティは、最終的に形成されるダイヤモンド層１３０の予想される用途／使用の必要に応じて、所定の方法（例えば、長方形、円形、三角形、不規則／特別な形状など）で形作られ得る。例えば、いくつかの実施形態では、キャビティ４０２は、１インチ×１インチであり得る。同様に、このキャビティ４０２は、１インチ×１インチの最長寸法を有する正方形のダイヤモンド層１３０を形成するであろう。他の実施形態では、キャビティは、直径６インチの円形であり得る。円形／楕円形状のダイヤモンド層１３０の例示的な実施形態では、直径は、１〜１０インチ（例えば、２〜１０インチ（例えば、４インチ）、２〜６インチ、２〜８インチ、４〜８インチ、６〜８インチなど）であり得る。基板ホルダ４００の別の利点は、他の方向に沿った成長を防止しながら、垂直方向にダイヤモンドを成長させる能力である。
【００２９】
ベース１１０が基板ホルダに配置かつ／または形成された後、工程３０４で、犠牲層１２０が、ベース１１０上にエピタキシャルに形成される。とりわけ、例示的な実施形態では、原子層堆積または他の化学蒸着技術が使用され得る。当業者は、さらに他の既知の技術を使用して犠牲層１２０を形成し得る。犠牲層１２０は、好ましくは、後続のウェハ分離技術によってさらに容易に除去され得る材料から構築かつ形成される（後述）。したがって、当業者は、予想される分離技術に基づいて犠牲層１２０を設計して、最終的に形成されるヘテロエピタキシャル超格子１００を分離するべきである。
【００３０】
図４Ｂは、本発明の例示的な実施形態に従って、ベース１１０上に堆積されたこの犠牲層１２０（図では「基板１２０」と呼ばれる）を概略的に示す。エピタキシャル堆積により、堆積された犠牲層１２０は、例示的な実施形態では単結晶（「単一結晶」とも呼ばれる）である下にあるベース１１０の結晶化度を引き継ぐ。上記のように、犠牲層１２０は、単結晶イリジウムまたはチタンなどの金属であり得る。また、上記のように、犠牲層１２０は、最終的に形成されたダイヤモンド層１３０の分離を促進するために、複数の異なる材料および／または層で構成され得る。
【００３１】
次に、第１の犠牲層１２０が形成された後、工程３０６で、犠牲層１２０上に第１のダイヤモンド層１３０が形成される。再び、この工程では、従来の堆積技術が使用されて、このおよび他のダイヤモンド層１３０が形成または堆積され得る。図４Ｃは、参照番号「１３０Ａ」を使用してこの第１のダイヤモンド層を識別しながら、参照番号「１２０Ａ」を使用して第１の基板を識別する。いくつかの実施形態では、次のガスのうちの１種以上をチャンバに追加して成長速度を促進することができる：窒素、塩素、酸素、フッ素、アルゴン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、フッ素化ガス（例えば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、またはクロロジフルオロメタン（ＣＨＣｌＦ２））、ホウ素含有ガス（例えば、ボラジン（Ｂ３Ｈ６Ｎ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３））、およびメタン以外の炭化水素（例えば、ブタン、エタン、またはプロパン）。したがって、第１のダイヤモンド層１３０Ａは、第１の犠牲層１２０Ａ上にエピタキシャルに形成され、これにより、ダイヤモンド層１３０Ａが単結晶層になる。
【００３２】
ＣＶＤプロセスを用いて成長させている間、例えば、他の炭素同素体および結晶ドメインの形成を抑制しながら、最初にダイヤモンドの成長を改変してダイヤモンドの成長を開始させることが役立つことがある。そのために、とりわけ、このプロセスでは、プロセスのこの時点でイオン衝撃または基板バイアスが使用され得る。
【００３３】
エピタキシーの間、ダイヤモンド層１３０および／または犠牲層１２０は、歪みを受けることがある。実際、いくつかの実施形態では、犠牲層１２０は、ダイヤモンド層１３０よりも歪むように設計され得る。一般に、歪んだ材料は、後続のエッチングプロセスまたは他の関連プロセスで容易に除去される。さらに、犠牲層１２０上の工学的歪みは、ダイヤモンド層１３０からいくらかの歪みを除去または緩和することもでき、それにより、ダイヤモンド層１３０内の欠陥の数を減らすことができる。
【００３４】
プロセスを促進するために、さまざまな実施形態では、犠牲層１２０を追加するためと犠牲層１２０上にダイヤモンド層１３０を形成するためとの２つの別々の成長チャンバが使用され得る。具体的には、作製中、露出した犠牲層１２０（またはベース１１０）または露出したダイヤモンド層１３０のいずれかを備えた１組の基板ホルダ４００（例えば、１つの基板ホルダ４００または複数の基板ホルダ４００）は、基板層１２０のみを堆積するように構成されたチャンバ内に配置され得る。同時に、または後で、犠牲層１２０が露出した基板ホルダ４００の第２のセット（例えば、１つの基板ホルダ４００または複数の基板ホルダ４００）は、ダイヤモンド１３０のみを堆積するように構成された別のチャンバに配置され得る。各チャンバがそのそれぞれの層の堆積を完了した後、オペレータおよび／またはロボットアームは、基板ホルダを一方のチャンバから他方のチャンバに交換して、相補的な層を受け取ることができる。より詳細には、基板堆積チャンバ内の基板ホルダ４００は、ダイヤモンド堆積チャンバに移動され得る。同様に、ダイヤモンド堆積チャンバ内の基板ホルダ４００も犠牲層堆積チャンバに移動され得る。この切り替えプロセスは、プロセス全体が所望のすべての層の形成を完了するまで繰り返され得る。
【００３５】
したがって、工程３０８は、所望のすべてのダイヤモンド層１３０が超格子１００上に形成されたかどうかを判定する。そうでない場合、プロセスは、工程３０４に戻り、第１のダイヤモンド層１３０Ａ上に第２の犠牲層１２０Ｂをエピタキシャルに形成する。次に、プロセスは、工程３０６に進み、第２の犠牲層１２０Ｂ上に第２のダイヤモンド層１３０Ｂをエピタキシャルに形成する。図４Ｄは、本発明の例示的な実施形態に従って第２の犠牲層１２０Ｂ上に形成されたこの第２のダイヤモンド層１３０Ｂを概略的に示している。次に、プロセスは工程３０８に戻り、したがって、必要に応じて、基板ダイヤモンドの周期的な層を繰り返しエピタキシャルに形成する。例えば、このプロセスでは、１０〜９０個のダイヤモンド層１３０、２０〜８０個のダイヤモンド層１３０、５０〜７０個のダイヤモンド層１３０などの２〜１００個のダイヤモンド層１３０が形成され得る。
【００３６】
この反復プロセスを実行することにより、例示的な実施形態では、個々のダイヤモンドウェハを製造するために使用され得るダイヤモンド／犠牲超格子１００がヘテロエピタキシャルに形成される。このプロセスにより、当業者は、本発明者らに知られている従来のホモエピタキシャルプロセスを使用して形成されたものよりも大きなダイヤモンドウェハを有利に製造することができる。例えば、本発明者に知られているホモエピタキシャルプロセスは、典型的には、モザイク化または他の同様の望ましくないプロセスがない場合、直径が約１インチ未満であり得る。
【００３７】
プロセスが所望の数のダイヤモンド層１３０を形成した場合、工程３１０は、ダイヤモンド層１３０を犠牲層１２０から分離し、複数の自立単結晶ダイヤモンド基板／膜１３２を形成する。例示的な実施形態では、化学、熱、蒸気、およびドライエッチングプロセスなどの１つ以上の従来の分離プロセスが使用され得る。いくつかの実施形態では、酸浴により、ダイヤモンド層１３０が分離される。例えば、プロセスでは、高温王水を使用して犠牲層１２０がエッチングされ、ダイヤモンド層１３０が分離され得る。他の種類の酸浴も、犠牲層１２０を形成する特定の材料をエッチングするために特別に選択された化学物質とともに使用され得る。例えば、特定の化学エッチングプロセスでは、フッ化水素酸（ＨＦ）または二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）が使用され得る。実際、当業者は、他の適切な分離技術を選択することもあり、したがって、記載された技術は例示であり、すべての実施形態に限定することを意図するものではない。
【００３８】
いくつかの実施形態では、超格子１００は、ダイヤモンド層１３０が分離される前にパッケージ化され、遠隔地に輸送され得る。次に、ダイヤモンド層１３０が遠隔地で分離されて、輸送中の損傷のリスクが低減され得る。
【００３９】
上記のように、図２Ａ〜２Ｃは、犠牲層１２０からのダイヤモンド層１３０の選択的除去を概略的に示す。図２Ｂでは、犠牲層１２０は、部分的にエッチングされている。図２Ｃでは、犠牲層１２０は、この図ではここで参照番号「１３２」で識別されるダイヤモンドウェハ／膜からエッチングされている。ベース１１０は、選択的除去プロセスの後に残ったものとして示されている。代替的に、またはさらに、いくつかの実施形態では、犠牲層１２０の一部は、選択的除去プロセスの後に残され得る。例えば、基板１２０は、例えば酸化マグネシウムであり得る他のいくつかの材料の基板に適用された単結晶イリジウム膜から形成され得る。酸化マグネシウム基板は、除去プロセス後に残り得る。
【００４０】
基板ホルダ４００は、単一のキャビティ４０２を有するように示されているが、いくつかの実施形態では、基板ホルダ４００は複数のキャビティ４０２を有し得ることが理解されたい。各キャビティ４０２は、好ましくは所望の寸法の層を生成するようなサイズにされる。基板ホルダ４００は、複数の同一サイズおよび形状のキャビティ４０２、または複数の異なるサイズおよび／または形状のキャビティ４０２（例えば、１つの円形キャビティおよび別の長方形キャビティ）を含み得る。したがって、効率を目的とし、製造／作製のコストを削減するために、例示的な実施形態では、ほぼ同時に複数の超格子１００が形成され、各超格子１００は、複数のダイヤモンド層１３０を形成する。
【００４１】
プロセスは、ダイヤモンドウェハ１３２を後処理する工程３１２で終了する。例えば、プロセスでは、それらの最終的な用途に応じて、得られたダイヤモンド１３２の片側または両側が研磨またはアニールされ得る。例えば、ダイヤモンドウェハ１３２の片側が研磨され得、かつ／またはいくつかの下流用途のためにダイヤモンドウェハ１３２がドープされ得る。他の後処理では、ダイヤモンドウェハ１３２が、所定のサイズまたは形状に切断され得る。
【００４２】
したがって、ホモエピタキシャル成長技術などの他のダイヤモンド基板製造方法の欠点を認識して、本発明者らは、合成ダイヤモンド（すなわち、非天然ダイヤモンド）を製造する効率的な方法を開発した。ヘテロエピタキシャルプロセスを使用して超格子１００を形成することにより、さまざまな用途でより大きなサイズおよび所望の形状のダイヤモンドウェハを形成する際に、柔軟性が大幅に向上する。
【００４３】
上記の説明は、本発明の様々な例示的実施形態を開示しているが、当業者が本発明の真の範囲から逸脱することなく本発明の利点のいくつかを達成する様々な改変を行えることは明らかなはずである。
【図１】
0006935596.tif 000002
【図２Ａ−２Ｃ】
0006935596.tif 000003
【図３】
0006935596.tif 000004
【図４−１】
0006935596.tif 000005
【図４−２】
0006935596.tif 000006