[发明专利]金刚石形成用结构体、及金刚石形成用结构体的制造方法

说明书

本发明涉及金刚石形成用结构体、及金刚石形成用结构体的制造方法。提供用于形成高品质的单晶金刚石的金刚石形成用结构体、及该结构体的制造方法。金刚石形成用结构体(10)由基底基板(11)和在基底基板(11)上形成的Ir薄膜(12)构成。基底基板(11)的热膨胀系数为金刚石的热膨胀系数的5倍以下，并且基底基板(11)的熔点为700℃以上。Ir薄膜(12)的X射线衍射图案中的峰的角度与基底基板(11)的X射线衍射图案中的峰的角度不同。

技术领域

本发明涉及能够使大型的金刚石外延生长的金刚石形成用结构体、及金刚石形成用结构体的制造方法。特别是涉及用于通过化学气相蒸镀(以下，简称为“CVD”。)形成金刚石的结构体。

背景技术

迄今为止，存在用于使金刚石生长的各种方法。近年来，要求CVD金刚石的大型化，其中，异质外延生长法受到关注。该生长法是只要存在使大径的金刚石生长的基底基材就能够生长与该基底基材同等尺寸的单晶金刚石的方式。

在异质外延生长法中，正在长年实施使金刚石的成膜成为可能的基底基材结构的研究。其结果，能够以单晶Ir为基底基材并在其上使单晶金刚石生长。

但是，使大径的金刚石成膜的情况下，需要获得大径的单晶Ir，但事实上不可能获得大径的单晶Ir。因此，实际的工艺中，需要使Ir薄膜在基底基材上外延生长。另外，大径的金刚石昂贵，因此低价格化也是重要的课题。因此，正在进行用于将Ir薄膜成膜的基底基材的研究。对基底基材要求的主要的条件为如下3点。

第1点：能够形成可实现高品质的金刚石的异质外延生长且具有一定水准的结晶品质的Ir薄膜

第2点：基底基材与金刚石的热膨胀系数差尽可能小

第3点：在温度、气体气氛等金刚石生长环境中不产生龟裂等、可耐受鉴于上述3个条件，作为基底基材，可列举出MgO、蓝宝石、Si。

然而，这些基底基材未必满足前述3个条件。MgO及蓝宝石满足第1点及第3点的条件，能够在该基材上的Ir薄膜上得到高品质的金刚石。但是，MgO的热膨胀系数为13.1×10^-6/℃左右，蓝宝石的热膨胀系数为7.7×10^-6/℃左右，而金刚石的热膨胀系数为1.1×10^-6/℃左右。如此，这些基底基材与金刚石的热膨胀系数差大，形成的金刚石不耐受在成膜时施加的热应力而产生裂纹，因此金刚石的大型化是困难的。虽然为了抑制裂纹而报道了一些生长技术的研究，但只要使用MgO、蓝宝石那样与金刚石的热膨胀系数差大的基底基材，就无法解决本质上的问题。为了抑制Ir薄膜的裂纹，也考虑了增厚Ir薄膜的膜厚，但这样的厚膜化成本高、会耗费很多制造时间，因此应该避免。

另一方面，Si的热膨胀系数为2.4×10^-6/℃左右，与金刚石的热膨胀系数接近、且可耐受金刚石的生长环境，因此满足第2点及第3点的条件。但是，在Si上成膜的Ir薄膜的品质不好，无法使金刚石在其上异质外延生长，因此不满足第1点的条件。因此，正在研究在Si上形成中间层并在中间层上形成Ir膜的结构体。

例如专利文献1中，公开了在单晶Si等上形成石墨并在石墨上形成Ir膜的单晶金刚石形成用的基材。该文献中，认为通过在单晶Si等上设置石墨层，从而与使用以往的MgO种基材的情况相比，能够减小在基材与单晶金刚石之间产生的应力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-001394号

发明内容

发明要解决的问题

但是，专利文献1中记载的单晶金刚石形成用的基材即使中间层为石墨且能够廉价地进行成膜，制造工序也复杂，因此无法抑制成本。另外，由于Ir薄膜会在石墨上进行异质外延生长，因此Ir薄膜的品质会依赖于石墨。进而有石墨混入至单晶金刚石的担心。