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(yùn)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(guò)依次改變生長(zhǎng)方向、反復(fù)進(jìn)行氣相沉積合成(CVD)實(shí)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(guò)波長(zhǎng)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(guò)硅(Si)類及碳化硅(SiC) 類的 元件。不過(guò)，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(huì)產(chǎn)生約1/3的加工損失，而且在晶圓加工后還要進(jìn)行背面研磨等復(fù)雜的工序，這些均是有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)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(duì)大型單結(jié)晶鉆石進(jìn)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(guò)在1200℃附近對(duì)表面溫度進(jìn)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(zhǎng)。另外，產(chǎn)綜研表示，通過(guò)優(yōu)化鉆石結(jié)晶的生長(zhǎng)條件，可實(shí)現(xiàn)比原來(lái)快5倍以上的50μm/小時(shí)的合成。
　　
　　此次應(yīng)用該方法進(jìn)行了反復(fù)生長(zhǎng)。該技術(shù)的特點(diǎn)是能夠以(100)面為生長(zhǎng)面繼續(xù)生長(zhǎng)。最初使具有(100)面的籽晶呈棒狀生長(zhǎng)，接著對(duì)稱為 (010) 面的側(cè)面進(jìn)行研磨、使結(jié)晶在該面上生長(zhǎng)，然后再使結(jié)晶在(100)面上生長(zhǎng)，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(fèi)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(jiàn)方的晶圓狀鉆石。直接晶圓化技術(shù)在氣相沉積生長(zhǎng)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(zhǎng)后，缺陷層便會(huì)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(shí)會(huì)損失部分籽晶，不過(guò)其消耗僅在1μm以下。可反復(fù)使用籽晶，切離的晶圓還可作為籽晶使用。這樣一來(lái)就不再需要制造晶錠，而且也不需要背部研磨部分的生長(zhǎng)。
　　
　　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(jiàn)方，不過(guò)為了擴(kuò)大鉆石半導(dǎo)體元件應(yīng)用的可能性，今后將力爭(zhēng)制造出1英寸以上的晶圓。今后將致力于通過(guò)改進(jìn)等離子發(fā)生裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)均一化及大面積化，并采取導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)觀察技術(shù)等手段來(lái)提高結(jié)晶質(zhì)量。