日本產綜研開發出大量生產晶圓狀大型單晶金剛石技術

    日本產業技術綜合研究所（產綜研）鉆石研究中心單結晶底板開發小組開發出了大型單結晶鉆石晶圓制造技術。該技術結合運用了兩種技術：由籽晶直接制造薄板狀鉆石單結晶的“直接晶圓化技術”，以及通過依次改變生長方向、反復進行氣相沉積合成（CVD）實現了結晶大型化的技術。鉆石擁有高硬度、高熱傳導率、較寬的光透過波長頻帶與帶隙、低介電率以及出色的化學穩定性等有用的物性。因此，電子業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，能夠大量生產大型單結晶鉆石晶圓的技術卻一直未得以確立。
    此前的工藝技術為了得到板狀鉆石，通常將大型單結晶（晶錠）切成薄片，這處理，形成的切縫就會產生約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雜的工序，這些均是有助于實現實用化的大量生產的障礙。 
    產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法對大型單結晶鉆石進行合成的方法。截止目前已在大小為1克拉單結晶鉆石的合成方面獲得了成功。 
    該研究發現，通過在1200℃附近對表面溫度進行精密控制，并準確控制向甲烷及氫形成的反應氣體中添加的氮的含量，可控制方位不同的異常結晶的生長。另外，產綜研表示，通過優化鉆石結晶的生長條件，可實現比原來快5倍以上的50μm/小時的合成。 
    此次應用該方法進行了反復生長。該技術的特點是能夠以（100）面為生長面繼續生長。*初使具有（100）面的籽晶呈棒狀生長，接著對稱為（010）面的側面進行研磨、使結晶在該面上生長，然后再使結晶在（100）面上生長，從而使結晶逐漸大型化。采用該方法可制造6.6克拉的鉆石單結晶。
    此外，產綜研還開發出了可減少損失、切割出板狀的直接晶圓化技術。直接晶圓化技術可在幾乎不浪費籽晶的情況下將晶圓切割成板狀，此次以良好的再現性制造出了10mm見方的晶圓狀鉆石。直接晶圓化技術在氣相沉積生長之前，事先注入作為籽晶的單結晶，然后在表面正下方導入缺陷層。氣相沉積生長后，缺陷層便會形成石墨構造，因此能夠以電氣化學性蝕刻去除。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。可反復使用籽晶，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裝置的關系，所制造的晶圓*大只有10mm見方，不過為了擴大鉆石半導體元件應用的可能性，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生裝置來實現均一化及大面積化，并采取導入現場觀察技術等手段來提高結晶質量。 

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