日本開發(fā)出大量生產(chǎn)晶圓狀大型單晶金剛石技術(shù)

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）鉆石研究中心單結(jié)晶底板開發(fā)小組開發(fā)出了大型單結(jié)晶鉆石晶圓制造技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合運用了兩種技術(shù)：由籽晶直接制造薄板狀鉆石單結(jié)晶的“直接晶圓化技術(shù)”，以及通過依次改變生長方向、反復(fù)進行氣相沉積合成（CVD）實現(xiàn)了結(jié)晶大型化的技術(shù)。 鉆石擁有高硬度、高熱傳導(dǎo)率、較寬的光透過波長頻帶與帶隙、低介電率以及出色的化學(xué)穩(wěn)定性等有用的物性。因此，電子業(yè)界希望用其制造出性能超過硅（Si）類及碳化硅（SiC）類的元件。不過，能夠大量生產(chǎn)大型單結(jié)晶鉆石晶圓的技術(shù)卻一直未得以確立。

此前的工藝技術(shù)為了得到板狀鉆石，通常將大型單結(jié)晶（晶錠）切成薄片，這處理，形成的切縫就會產(chǎn)生約1/3的加工損失，而且在晶圓加工后還要進行背面研磨等復(fù)雜的工序，這些均是有助于實現(xiàn)實用化的大量生產(chǎn)的障礙。

產(chǎn)綜研為了解決上述課題，從2003年開始就一直在研究利用微波等離子CVD法對大型單結(jié)晶鉆石進行合成的方法。截止目前已在大小為1克拉單結(jié)晶鉆石的合成方面獲得了成功。

該研究發(fā)現(xiàn)，通過在1200℃附近對表面溫度進行精密控制，并準(zhǔn)確控制向甲烷及氫形成的反應(yīng)氣體中添加的氮的含量，可控制方位不同的異常結(jié)晶的生長。另外，產(chǎn)綜研表示，通過優(yōu)化鉆石結(jié)晶的生長條件，可實現(xiàn)比原來快5倍以上的50μm/小時的合成。

此次應(yīng)用該方法進行了反復(fù)生長。該技術(shù)的特點是能夠以（100）面為生長面繼續(xù)生長。最初使具有（100）面的籽晶呈棒狀生長，接著對稱為（010）面的側(cè)面進行研磨、使結(jié)晶在該面上生長，然后再使結(jié)晶在（100）面上生長，從而使結(jié)晶逐漸大型化。采用該方法可制造6.6克拉的鉆石單結(jié)晶。

此外，產(chǎn)綜研還開發(fā)出了可減少損失、切割出板狀的直接晶圓化技術(shù)。直接晶圓化技術(shù)可在幾乎不浪費籽晶的情況下將晶圓切割成板狀，此次以良好的再現(xiàn)性制造出了10mm見方的晶圓狀鉆石。直接晶圓化技術(shù)在氣相沉積生長之前，事先注入作為籽晶的單結(jié)晶，然后在表面正下方導(dǎo)入缺陷層。氣相沉積生長后，缺陷層便會形成石墨構(gòu)造，因此能夠以電氣化學(xué)性蝕刻去除。該方法在切割籽晶時會損失部分籽晶，不過其消耗僅在1μm以下?？煞磸?fù)使用籽晶，切離的晶圓還可作為籽晶使用。這樣一來就不再需要制造晶錠，而且也不需要背部研磨部分的生長。

此次由于使用的CVD裝置的關(guān)系，所制造的晶圓最大只有10mm見方，不過為了擴大鉆石半導(dǎo)體元件應(yīng)用的可能性，今后將力爭制造出1英寸以上的晶圓。今后將致力于通過改進等離子發(fā)生裝置來實現(xiàn)均一化及大面積化，并采取導(dǎo)入現(xiàn)場觀察技術(shù)等手段來提高結(jié)晶質(zhì)量。