KR20200052345A - 다이아몬드 및 다이아몬드의 헤테로-에피택셜 형성 방법 - Google Patents
다이아몬드 및 다이아몬드의 헤테로-에피택셜 형성 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 베이스를 제공하며; 제1의 희생층을 베이스 상에 에피택셜 형성하며, 제1의 다이아몬드층을 제1의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 복수의 다이아몬드의 형성 방법에 관한 것이다. 제1의 희생층은 제1의 소재 조성을 가지며, 제1의 다이아몬드층은 제1의 소재 조성과는 상이한 소재이다. 그 후, 본 발명의 방법은 제2의 희생층을 제1의 다이아몬드층 상에 에피택셜 형성하며, 제2의 다이아몬드층을 제2의 희생층 상에 에피택셜 형성한다. 제2의 희생층은 제1의 소재 조성을 갖는다. 상기 베이스, 제1의 및 제2의 희생층 및 제1의 및 제2의 다이아몬드층은 헤테로에피택셜 초격자를 형성한다.
Description
우선권
본 출원은 "소재의 막 또는 층의 헤테로-에피택셜 형성 방법"이라는 명칭으로 발명자 존 피 시랄도(John P. Ciraldo) 및 조나단 러바인-마일즈(Jonathan Levine-Miles)의 명의로 2017년 9월 8일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/555,765호를 우선권주장으로 하며, 그의 개시내용은 본원에 그 전문이 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 막 및 층의 에피택셜 형성에 관한 것이며, 보다 구체적으로 본 발명은 막 및/또는 층으로 형성된 초격자에 관한 것이다.
발명의 배경
다이아몬드 웨이퍼는 광범위한 적용예에 사용된다. 예를 들면, 집적 회로에 또는 레이저 시스템용 렌즈로서 사용될 수 있다. 그러나, 다이아몬드 웨이퍼의 제조는 다수의 기술적 난제를 생성할 수 있다.
다양한 실시양태의 개요
본 발명의 한 실시양태에 의하면, 복수의 다이아몬드의 형성 방법은 베이스를 제공하고, 제1의 희생층을 베이스 상에 에피택셜 형성한 후, 제1의 다이아몬드층을 제1의 희생층 상에 에피택셜 형성한다. 제1의 희생층은 제1의 소재 조성을 가지며, 제1의 다이아몬드층은 제1의 소재 조성과는 상이한 소재이다. 그 후, 상기 방법은 제2의 희생층을 제1의 다이아몬드층 상에 에피택셜 형성하며, 제2의 다이아몬드층을 제2의 희생층 상에 에피택셜 형성한다. 제2의 희생층은 제1의 소재 조성을 갖는다. 상기 베이스, 제1의 및 제2의 희생층 및 제1의 및 제2의 다이아몬드층은 헤테로에피택셜 초격자를 형성한다.
제1의 및 제2의 희생층은 단결정일 수 있다. 층이 형성된 후, 제1의 및 제2의 다이아몬드층은 제1의 및 제2의 희생층으로부터 분리되어 프리 스탠딩(free standing), 단결정 다이아몬드를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 층은 제1의 소재의 적어도 일부를 에칭 제거하는 습식 에칭을 사용하여 분리될 수 있다.
희생층을 형성하는 제1의 소재는 이리듐 및/또는 티타늄을 포함할 수 있다. 베이스는 산화마그네슘, 이리듐, 규소, 탄화규소 또는 다이아몬드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1의 다이아몬드층은 약 10 및 1,000 미크론 사이의 두께를 가질 수 있다. 그러한 방법은 에피택셜 형성된 다이아몬드층의 폭을 제한하는 기판 홀더를 제공할 수 있다. 더욱이, 베이스는 기판 홀더의 공동 내에 제공될 수 있다.
기타 방법 중에서, 제1의 희생층은 원자층 증착, 물리적 기상 증착 및/또는 화학적 기상 증착을 사용하여 에피택셜 형성될 수 있다.
또 다른 실시양태에 의하면, 헤테로에피택셜 초격자는 베이스 소재 조성으로부터 형성된 베이스, 베이스 상의 제1의 희생층 및 제1의 희생층 상의 제1의 다이아몬드층을 갖는다. 제1의 희생층은 베이스의 결정 구조를 사용하여 에피택셜 형성되며, 제1의 소재 조성을 갖는다. 해당 방식으로, 제1의 다이아몬드층은 제1의 희생층의 결정 구조를 사용하여 에피택셜 형성되며, 제1의 소재 조성과는 상이한 소재이다. 초격자는 또한 제1의 다이아몬드층 상의 제2의 희생층 및, 제2의 희생층 상의 제2의 다이아몬드층을 갖는다. 제2의 희생층은 제1의 소재 조성을 가지며, 제1의 다이아몬드층과 유사한 방식으로 제2의 다이아몬드층은 제1의 소재 조성과는 상이한 소재로부터 형성된다.
기타 실시양태에 의하면, 복수의 다이아몬드를 형성하는 또 다른 방법은 베이스 소재 조성을 갖는 베이스를 함유하는 공동을 갖는 기판 홀더를 제공한다. 그 다음, 상기 방법은 베이스 상에서 및 공동 내에서 제1의 희생층을 에피택셜 형성한 후, 제1의 다이아몬드층을 공동 내의 제1의 희생층 상에 에피택셜 형성한다. 제1의 희생층은 제1의 소재 조성을 가지며, 제1의 다이아몬드층은 제1의 소재 조성과는 상이한 소재로부터 형성된다. 그러한 방법은 제2의 희생층을 공동 내의 제1의 다이아몬드층 상에 에피택셜 형성한 후, 제2의 다이아몬드층을 공동 내의 제2의 희생층 상에 에피택셜 형성하여 지속된다. 제2의 희생층은 제1의 소재 조성으로부터 형성된다. 마지막으로, 상기 베이스, 제1의 및 제2의 희생층 및 제1의 및 제2의 다이아몬드층은 헤테로에피택셜 초격자를 형성한다.
도면의 간단한 설명
당업계의 기술자는 바로 아래에 요약된 도면을 참조하여 논의된 하기 "예시의 실시양태의 설명"으로부터 본 발명의 다양한 실시양태의 잇점을 충분히 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 초격자를 개략적으로 도시한다.
도 2a-2c는 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 다이아몬드층을 희생층으로부터 선택적으로 제거하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 다이아몬드층의 형성 방법을 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
도 4a-4d는 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 기판 홀더의 내부에서 다이아몬드층의 성장을 개략적으로 도시한다.
당업계의 기술자는 바로 아래에 요약된 도면을 참조하여 논의된 하기 "예시의 실시양태의 설명"으로부터 본 발명의 다양한 실시양태의 잇점을 충분히 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 초격자를 개략적으로 도시한다.
도 2a-2c는 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 다이아몬드층을 희생층으로부터 선택적으로 제거하는 것을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 다이아몬드층의 형성 방법을 개략적으로 도시하는 플로우차트이다.
도 4a-4d는 본 발명의 예시의 실시양태에 의한 기판 홀더의 내부에서 다이아몬드층의 성장을 개략적으로 도시한다.
예시의 실시양태의 설명
예시의 실시양태는 희생층("기판"층으로 지칭됨)을 베이스 상에 증착시키고, 제1의 다이아몬드층을 희생층 상에 증착시켜 다이아몬드 웨이퍼(또한 다이아몬드 막 및/또는 다이아몬드층으로도 지칭됨)를 생성한다. 그 후, 제2의 희생층은 제1의 다이아몬드층 상에 형성될 수 있으며, 제2의 다이아몬드층은 제2의 희생층 상에 형성될 수 있다. 그러한 공정을 반복하여 희생 및 다이아몬드 소재의 주기적인 층을 형성하여 초격자를 생성할 수 있다. 몇몇 실시양태는 초격자를 기판 홀더의 공동 내에서 형성하여 생성을 제어한다. 기판 홀더의 벽면은 공동의 크기 및 그에 따라 에피택셜 형성된 층의 폭을 효과적으로 제한한다. 당업계의 기술자는 기판 홀더를 조정하여 원하는 치수 및 형상(예, 둥근 형상의 경우 2-10 인치 직경)을 갖는 다이아몬드층을 생성할 수 있다. 예시의 실시양태의 상세한 설명은 하기에서 논의한다.
도 1은 초격자(100)가 당업자에 의하여 공지된 바와 같이 2종 이상의 상이한 소재의 교대하는 층의 주기적인 구조인 것을 개략적으로 도시한다. 예시의 실시양태에서, 초격자(100)는 베이스(110) 및, 희생층(120)과 다이아몬드층(130)의 주기적/반복적 층을 갖는다. 층(120 및 130)은 바람직하게는 에피택셜 증착되며, 예를 들면 헤테로에피택셜 증착된다.
각각의 희생층(120)은 하나 이상의 희생 소재층을 포함한다. 예를 들면, 희생층(120)은 상부 희생 소재층을 포함하며, 그 위에 다이아몬드층(130)이 형성되며, 하나 이상의 희생 소재층은 상부 희생 소재층의 아래에 있다. 몇몇 실시양태는 웨이퍼 분리를 돕기 위하여 상기 추가적인 희생층(120)을 사용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 희생층(120)은 기판 소재의 샌드위치, 예를 들면 이리듐-산화마그네슘-이리듐을 포함할 수 있다. 게다가, 모든 희생층(120)이 동일할 필요는 없다.
희생층(120)은 초격자 구조체(100)에서 다이아몬드층(130)의 헤테로에피택셜 증착을 위하여 밑판(sole) 또는 상부 희생 소재층으로서 소재 조성, 예컨대 이리듐을 포함할 수 있다. 이리듐이 희생층(120)에 대한 가능한 소재로서 확인되어 오기는 하였으나, 예시의 실시양태는 이리듐 대신에 또는 이리듐과 조합하여 기타 소재와 함께 형성될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 예를 들면, 희생층(120)은 티타늄을 포함할 수 있다. 따라서, 특정한 소재, 예컨대 이리듐의 논의는 예시를 위한 것이며, 다양한 실시양태를 제한하지 않는다.
희생층(120)(예, 상부 희생층(120))에 사용된 소재(들)는 적절한 격자 파라미터를 갖는 단결정일 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 희생층(120)의 소재는 소재가 다이아몬드층(130)에 대하여 선택적으로 에칭되도록 하는 성질을 가질 수 있다. 대안의 실시양태는 다결정인 희생 소재로서 희생층(120)을 수행할 수 있다.
베이스(110) 및/또는 희생층(120)은 적층된 소재층(예, 각각의 상이한 소재의 일련의 박막)으로 형성될 수 있다. 적층된 소재층은 에피택셜 증착을 촉진할 수 있다. 이를 위하여, 일련의 소재층은 증착될 수 있으며, 각각의 적층된 소재층은 격자 파라미터를 감소 또는 확장시켜 다이아몬드와 격자-부합되지 않는 소재 상에서 단결정 다이아몬드층(130)의 성장을 촉진시킬 수 있다. 예를 들면, 다이아몬드(격자 상수=3.57 옹스트롬)를 규소(격자 상수=5.43 옹스트롬) 상에 증착시키기 위하여, 규소보다 약간 더 작은 격자 상수를 갖는 제1의 중간 소재는 규소층 상에서 성장된 후, 훨씬 더 작은 격자 상수를 갖는 제2의 중간 소재는 제1의 중간 소재 등등의 위에서 표면이 다이아몬드에 적절한 격자 상수를 가질 때까지 증착될 수 있다. 그 후, 다이아몬드는 최종 중간층 상에 증착될 수 있다. 게다가, 중간층 중 하나 이상은 2개의 이웃하는 층 사이에서 부재의 상호혼합을 방지 및/또는 최소화하도록 구성된 확산 차단층을 포함할 수 있다.
예시의 실시양태에서, 공정은 이리듐 기판층(120)(예, 희생층(120))을 제공한다. 그러한 사례에서, 기판(120)은 예를 들면 산화마그네슘(MgO)일 수 있는 몇몇의 기타 기판층(120) 소재(본원에서 "외래 기판"으로 지칭함)의 기판에 적용된 단결정 이리듐 막의 형태로 존재할 수 있다. 그러나, 단결정 이리듐 막(120)은 이리듐의 에피택셜 증착에 적절한 격자 특징을 갖는 임의의 단결정 외래 기판 소재에 적용될 수 있다. 이리듐 막(120)은 외래 기판 상에서 원자층 증착(ALD) 또는 기타 기술, 예컨대 물리적 기상 증착("PVD") 또는 화학적 기상 증착("CVD") 기술에 의하여 증착될 수 있다. 그래서, 예를 들면 외래 기판은 베이스(110) 상에서 형성될 수 있으며, 이리듐 막은 외래 기판 상에 형성될 수 있으며, 여기서 외래 기판 및 이리듐 막은 함께 기판(120)을 형성한다. 몇몇 경우에서, 이리듐층은 그 아래에 있는 외래 기판 없이 형성될 수 있으며, 그러한 사례에서 이리듐 막은 기판층(120)을 형성한다.
임의의 사례에서, 이리듐 기판(120)은 기타 기술, 예를 들면 원자층 증착을 사용할 수 있기는 하나, 통상적으로 플라즈마 향상된 화학적 기상 증착(PECVD)에 의하여 단결정 다이아몬드층(130)의 성장을 위한 기판으로서 사용될 수 있다. 몇몇 실시양태는 다이아몬드 결정자의 적용에 의하여 다이아몬드 성장을 사전시딩(pre-seed)시킬 수 있다. 예시의 실시양태는 또한 기타 탄소 동소체의 형성을 억제할 뿐 아니라, 단결정 다이아몬드 구조를 유지하면서 다이아몬드 성장을 개시하기 위하여 초기에, 예컨대 이온 충격 또는 기판 바이어싱(biasing)에 의하여 다이아몬드의 CVD 성장에 대한 조정을 사용할 수 있다.
원하는 두께(예, 10-1,000 미크론)를 달성하기에 충분히 길도록 단결정 다이아몬드층(130)을 이리듐(120) 상에 증착시킨 후, 추가적인 희생층(120)은 상기 기재된 바와 같은 다이아몬드층(130) 상에 형성될 수 있다. 그러한 새로운 희생층(120)은 추가적인 다이아몬드 소재층의 에피택셜 성장을 위한 기판으로서 사용될 수 있다. 그러한 방법은 다이아몬드층(130)의 원하는 개수, "n"이 생성될 때까지 반복적으로 지속될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 최종 생성물은 당업계에서 공지된 바와 같이 형태 ABCBCBCBC...로 수개의 층으로 형성되는 "초격자"일 것이며, 여기서 A는 베이스(110)이며, B는 희생층(120)(예, 단결정 희생층(120))이며, C는 다이아몬드층(130)(예, 단결정 다이아몬드층(130))이다. 적층은 A[BC]n으로 기재될 수 있으며, 여기서 n은 다이아몬드층의 원하는 개수를 나타낸다.
도 2a-2c는 다이아몬드층(130)을 초격자(100)로부터 단리시키기 위한 선택적 제거 공정을 개략적으로 도시한다. 완전한 적층/초격자(100)를 생성한 후, 분해 공정으로 처리하며, 여기서 다이아몬드막(들)(130)은 희생층(들)(120)으로부터 단리되어 프리 스탠딩, 단결정 다이아몬드막/기판(132)을 생성한다. 몇몇 실시양태에서, 복수의 적층체는 동시에 형성될 수 있거나 및/또는 분해 공정을 동시에 처리할 수 있다. 도시한 바와 같이, 도 2a는 분리/이형 단계 이전의 초격자(100)를 개략적으로 도시한다. 도 2b는 제거된 그의 희생층(120)의 일부를 갖는 초격자(100)를 개략적으로 도시하는 한편, 도 2c는 기판(120)이 복수의 다이아몬드 기판/막을 생성하는 방식으로 충분히 제거된 것을 개략적으로 도시한다.
예시의 실시양태가 단리된 단결정 다이아몬드막(132)(기판)을 생성하는 것을 기재하고 있으나, 기타 실시양태는 다결정 다이아몬드 기판(130)도 생성할 수 있으며, 또한 예컨대 다이아몬드 윈도우 또는 열 확산기(thermal spreader)에 사용될 수 있다. 다결정 다이아몬드 기판(130)을 사용한 실시양태에서, 공정은 바람직하게는 상기 기재된 바와 유사하지만, 도메인 형성은 다이아몬드막에서 및 희생층(120)에서 모두 발생되도록 할 것이다.
본원에 기재된 다이아몬드 막(130)이 사실상 "막"으로서 지칭되기는 하나, 소재가 일단 희생층(120)으로부터 단리/분리된다면 소재는 프리 스탠딩 경질 기판 및/또는 웨이퍼로서 작용하기에 충분히 두꺼울 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 그러나, 마찬가지로, 예를 들면 열 및 마찰학적 적용예에서 적층체로서 사용되도록 하기 위하여 다이아몬드는 훨씬 더 얇게 생성되는 적용예가 존재할 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 예시의 실시양태에 의한 다이아몬드층(130)의 형성 공정(300)을 도시한다. 그러한 방법은 통상적으로 사용될 수 있는 더 긴 공정으로부터 실질적으로 단순화된 점에 유의하여야 한다. 따라서, 도 3의 방법은 당업계의 기술자가 사용할 것으로 보이는 다수의 기타 단계를 가질 수 있다. 게다가, 몇몇 단계는 도시된 바와 상이한 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다. 그러므로, 당업계의 기술자는 적절하게 공정을 조정할 수 있다.
게다가, 상기 및 하기에 나타낸 바와 같이, 언급한 다수의 소재 및 구조는 사용될 수 있는 광범위한 상이한 소재 및 구조 중 하나이다. 당업계의 기술자는 적용예 및 기타 제약에 의존하여 적절한 소재 및 구조를 선택할 수 있다. 따라서, 특정한 소재 및 구조의 논의는 모든 실시양태를 제한하지 않는다.
바람직한 실시양태에서, 공정은 조심스럽게 제어된 환경적 조건, 예컨대 규정된 압력, 온도 및 환경 기체를 사용한 챔버를 갖는 퍼니스 또는 기타 디바이스(도시하지 않음)의 내부에서 실시된다. 공정은 베이스(110)를 챔버 내의 기판 홀더(400)의 공동(402)의 내부에 배치하는 단계(302)에서 시작한다. 도 4a는 본 발명의 예시의 실시양태에 의하여 기판 홀더(400)의 내부에 배치된 베이스(110)를 개략적으로 도시한다. 예시의 실시양태는 이미 기판 홀더(400)의 내부에 배치된 베이스(110)를 포장할 수 있다. 무엇보다도, 베이스(110)는 예를 들면 산화마그네슘, 이리듐, 규소, 탄화규소 다이아몬드 또는 그의 조합으로부터 형성될 수 있다. 당업계의 기술자는 베이스(110)에 대하여 상이한 소재를 선택할 수 있다. 바람직하게는, 베이스(110)는 단결정/단일결정 구조를 갖는다.
무엇보다도, 기판 홀더(400)는 예를 들면 난융 금속, 예컨대 몰리브데늄으로부터 형성될 수 있으며, 그의 공동(402)은 증착된 층(예, 다이아몬드층(130))에 대한 템플레이트로서 작용한다. 따라서, 공동(402)은 궁극적으로 형성된 다이아몬드층(130)에 대한 적용예에 의하여 필요한 바에 따라 규정된 방식으로 증착된 층의 치수(예, 길이 및 폭)을 제한할 수 있다. 공동은 궁극적으로 형성된 다이아몬드층(130)의 기대되는 적용예/용도에 의하여 요구되는 바에 따라 규정된 방식(예, 직사각형, 원형, 삼각형, 불규칙/특수 형상 등)으로 성형될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시양태에서, 공동(402)은 1 인치×1 인치일 수 있다. 그리하여, 상기 공동(402)은 1 인치×1 인치의 최장 치수를 갖는 정사각형 다이아몬드층(130)을 형성하게 된다. 기타 실시양태에서, 공동은 6 인치의 직경을 갖는 원형일 수 있다. 원형/타원형 형상의 다이아몬드층(130)에 대한 예시의 실시양태는 1-10 인치(예, 2-10 인치(예, 4 인치), 2-6 인치, 2-8 인치, 4-8 인치, 6-8 인치 등)의 직경을 가질 수 있다. 기판 홀더(400)의 또 다른 잇점은 다이아몬드를 수직 방향으로 성장시키면서 다른 방향으로의 성장은 방지할 수 있는 것이다.
베이스(110)를 기판 홀더 내에 배치 및/또는 형성한 후, 단계(304)는 희생층(120)을 베이스(110) 상에서 에피택셜 형성한다. 기타 방식 중에서, 예시의 실시양태는 원자층 증착 또는 기타 기상 화학적 증착 기술을 사용할 수 있다. 당업계의 기술자는 여전히 희생층(120)을 형성하는 기타 공지의 기술을 사용할 수 있다. 희생층(120)은 바람직하게는 후속 웨이퍼 분리 기술(하기 논의함)에 의하여 더욱 쉽게 제거될 수 있는 소재로부터 구조 및 형성된다. 그러므로, 당업계의 기술자는 궁극적으로 형성된 헤테로에피택셜 초격자(100)를 분리하는 기대되는 분리 기술에 기초하여 희생층(120)을 가공하여야 한다.
도 4b는 본 발명의 예시의 실시양태에 의하여 베이스(110) 상에 증착된 희생층(120)(도면에서는 "기판(120)"으로 지칭함)을 개략적으로 도시한다. 에피택셜 증착은 증착된 희생층(120)이 아래에 있는 베이스(110)의 결정도를 갖도록 하며, 이는 예시의 실시양태에서 단일결정(또한 "단결정"으로도 지칭함)이다. 상기에서 언급한 바와 같이, 희생층(120)은 금속, 예컨대 단결정 이리듐 또는 티타늄일 수 있다. 또한, 상기 언급된 바와 같이, 희생층(120)은 궁극적으로 형성된 다이아몬드층(130)의 분리를 촉진하기 위하여 복수의 상이한 소재 및/또는 층으로 이루어질 수 있다.
그 다음, 제1의 희생층(120)을 형성한 후, 단계(306)은 제1의 다이아몬드층(130)을 희생층(120) 상에서 형성한다. 다시, 상기 단계는 상기 및 기타 다이아몬드층(130)을 형성하거나 또는 증착시키는 통상의 증착 기술을 사용할 수 있다. 도 4c는 도면 부호 "120A"를 사용한 제1의 기판을 나타내며, 제1의 다이아몬드층은 도면 부호 "130A"를 사용하여 나타낸다. 몇몇 실시양태에서, 하기 기체 중 하나 이상은 성장률을 돕기 위하여 챔버에 첨가할 수 있다: 질소, 염소, 산소, 불소, 아르곤, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소, 불소화 기체(예, 이불화크세논(XeF2), 육불화황(SF6) 또는 클로로디플루오로메탄(CHClF2)), 붕소 함유 기체(예, 보라진(B3H6N3), 디보란(B2H6) 또는 삼염화붕소(BCl3)) 및 메탄을 제외한 탄화수소(예, 부탄, 에탄 또는 프로판). 따라서, 제1의 다이아몬드층(130A)은 제1의 희생층(120A) 상에서 에피택셜 형성되며, 이는 다이아몬드층(130A)이 단결정층이 되도록 한다.
예를 들면 CVD 공정을 사용한 성장 중에, 기타 탄소 동소체뿐 아니라 결정 도메인의 형성을 억제하면서 다이아몬드 성장을 개시하기 위하여 다이아몬드 성장을 초기에 조정하는 것이 이로울 수 있다. 이를 위하여, 무엇보다도, 공정은 공정의 이 시점에서 이온 충격 또는 기판 바이어싱을 사용할 수 있다.
에피택시 중에, 다이아몬드층(130) 및/또는 희생층(120)은 변형을 경험할 수 있다. 사실상, 몇몇 실시양태는 희생층(120)이 다이아몬드층(130)보다 더 많이 변형되도록 가공될 수 있다. 일반적으로, 변형된 소재는 후속 에칭 공정 또는 기타 관련 공정에서 더 쉽게 제거된다. 더욱이, 희생층(120) 상에서의 변형의 가공은 또한 다이아몬드층(130)으로부터 일부 변형을 제거 또는 경감시킬 수 있어서 다이아몬드층(130)에서의 결함의 수를 감소시킬 수 있다.
공정을 촉진시키기 위하여, 다양한 실시양태는 2개의 별도의 성장 챔버를 사용할 수 있으며, 이중 하나는 희생층(120)을 첨가하기 위한 것이며, 나머지 하나는 다이아몬드층(130)을 희생층(120) 상에서 형성하기 위한 것이다. 구체적으로, 제조 중에, 노출된 희생층(120)(또는 베이스(110)) 또는 노출된 다이아몬드층(130)을 갖는 기판 홀더(400)의 한 세트(예, 1개의 기판 홀더(400) 또는 복수의 기판 홀더(400))는 기판층(120)만을 증착시키도록 구성된 챔버 내에 배치될 수 있다. 동시에 또는 나중에, 노출된 희생층(120)을 갖는 기판 홀더(400)의 제2의 세트(예, 1개의 기판 홀더(400) 또는 복수의 기판 홀더(400))는 다이아몬드층(130)만을 증착시키도록 구성된 또 다른 챔버 내에 배치될 수 있다. 각각의 챔버가 그의 각각의 층을 증착시킨 후, 작업자 및/또는 로봇 아암은 기판 홀더를 한 챔버로부터 다른 챔버로 교체하여 보충(complementary)층을 수용할 수 있다. 보다 구체적으로, 기판 증착 챔버(들) 내의 기판 홀더(400)는 다이아몬드 증착 챔버(들)로 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 다이아몬드 증착 챔버(들) 내의 기판 홀더(400)는 또한 희생층 증착 챔버(들)로 이동될 수 있다. 그러한 교체 공정은 전체 공정이 원하는 층 모두를 형성하는 것을 마칠 때까지 반복할 수 있다.
따라서, 단계(308)는 원하는 다이아몬드층(130) 모두가 초격자(100) 상에 형성되는지의 여부를 결정한다. 그렇지 않을 경우, 공정을 단계(304)로 다시 보내고, 제2의 희생층(120B)을 제1의 다이아몬드층(130A) 상에 에피택셜 형성한다. 그 후, 공정을 단계(306)으로 지속하여 제2의 다이아몬드층(130B)을 제2의 희생층(120B) 상에 에피택셜 형성한다. 도 4d는 본 발명의 예시의 실시양태에 의하여 제2의 희생층(120B) 상에 형성된 제2의 다이아몬드층(130B)을 개략적으로 도시한다. 그 후, 공정을 단계(308)로 보내어 기판-다이아몬드의 주기적 층을 원하는 바와 같이 반복적으로 에피택셜 형성한다. 예를 들면, 그러한 공정은 2-100개의 다이아몬드층(130), 예컨대 10-90개의 다이아몬드층(130), 20-80개의 다이아몬드층(130), 50-70개의 다이아몬드층(130) 등을 형성할 수 있다.
반복되는 공정을 수행하여 예시의 실시양태는 개개의 다이아몬드 웨이퍼를 생성하는데 사용될 수 있는 다이아몬드/희생 초격자(100)를 헤테로에피택셜 형성한다. 그러한 공정은 이롭게는 당업자가 발명자들에게 공지된 통상의 호모에피택셜 공정을 사용하여 형성된 것보다 더 큰 다이아몬드 웨이퍼를 생성할 수 있게 한다. 예를 들면, 발명자들에게 공지된 호모에피택셜 공정은 통상적으로 모자이킹 또는 기타 유사한 바람직하지 않은 공정 없이 약 1 인치 이하의 직경을 가질 수 있다.
공정이 원하는 개수의 다이아몬드층(130)을 형성할 경우, 단계(310)는 다이아몬드층(130)을 희생층(120)으로부터 분리하여 복수의 프리 스탠딩, 단결정 다이아몬드 기판/막(132)을 형성한다. 예시의 실시양태는 하나 이상의 통상의 분리 공정, 예컨대 화학적, 열적, 기상 및 건식 에칭 공정을 사용할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 산 배쓰는 다이아몬드층(130)을 분리한다. 예를 들면, 공정은 희생층(120)을 에칭시키고, 다이아몬드층(130)을 분리하기 위하여 고온의 왕수를 사용할 수 있다. 기타 유형의 산 배쓰는 또한 희생층(120)을 형성하는 특정한 소재(들)를 에칭시키기 위하여 특정하게 선택된 화학물질과 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 화학적 에칭 공정은 불화수소산(HF) 또는 이불화크세논(XeF2)을 사용할 수 있다. 사실상, 당업계의 기술자는 기타 적절한 분리 기술을 선택할 수 있으므로, 언급된 기술은 예시를 위한 것이며, 모든 실시양태로 제한되지 않는다.
몇몇 실시양태에서, 초격자(100)는 다이아몬드층(130)를 분리하기 이전에 포장되어 원격 위치로 수송될 수 있다. 그 후, 다이아몬드층(130)은 원격 위치에서 분리되어 수송 중 손상 위험을 감소시킬 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 도 2a-2c는 다이아몬드층(130)은 희생층(120)으로부터 선택적으로 제거되는 것을 개략적으로 도시한다. 도 2b에서, 희생층(120)은 부분적으로 에칭된다. 도 2c에서, 희생층(120)은 본 도면에서 도면 부호 "132"로 표시되는 다이아몬드 웨이퍼/막으로부터 에칭된다. 베이스(110)는 선택적 제거 공정 후 남겨진 상태대로 나타낸다. 대안으로 또는 추가적으로, 몇몇 실시양태에서, 희생층(120)의 일부는 선택적 제거 공정 후 남겨질 수 있다. 예를 들면, 기판(120)은 예를 들면, 산화마그네슘일 수 있는 몇몇 기타 소재의 기판에 적용된 단결정 이리듐 막으로부터 형성될 수 있다. 산화마그네슘 기판은 제거 공정 후 남겨질 수 있다.
기판 홀더(400)가 단일의 공동(402)을 갖는 것으로 나타낼 수 있으나, 몇몇 실시양태에서 기판 홀더(400)는 복수의 공동(402)을 가질 수 있는 것으로 이해하여야 한다. 각각의 공동(402)은 바람직하게는 원하는 치수를 갖는 층을 생성하도록 하는 크기를 갖는다. 기판 홀더(400)는 복수의 동일한 크기 및 형상을 갖는 공동(402) 또는 복수의 상이한 크기 및/또는 형상을 갖는 공동(402)(예, 1개의 둥근 공동 및 또 다른 직사각형 공동)을 함유할 수 있다. 따라서, 효율성을 위하여 및 제조/생산의 단가를 절감하기 위하여, 예시의 실시양태는 복수의 초격자(100)를 일반적으로 동시에 형성하며, 각각의 초격자(100)는 복수의 다이아몬드층(130)을 형성한다.
공정은 다이아몬드 웨이퍼(132)를 후처리하는 단계(312)에서 종료된다. 예를 들면, 공정은 그의 궁극의 적용에에 의존하여 생성되는 다이아몬드(132)의 단면 또는 양면을 연마 또는 어닐링시킬 수 있다. 예를 들면, 다이아몬드 웨이퍼(132)의 단면을 연마시킬 수 있으며 및/또는 다이아몬드 웨이퍼(132)는 몇몇 하류 적용예를 위하여 도핑될 수 있다. 기타 후처리는 다이아몬드 웨이퍼(132)를 규정된 크기 또는 형상으로 절단시킬 수 있다.
따라서, 기타 다이아몬드 기판 제조 방법, 예컨대 호모에피택셜 성장 기술의 단점을 감안하여 본 발명자들은 합성 다이아몬드(즉 비천연 다이아몬드)를 제조하는 효율적인 방법을 개발하였다. 초격자(100)를 형성하는 헤테로에피택셜 공정을 사용하는 것은 광범위한 적용예를 위하여 더 큰 크기 및 원하는 형상의 다이아몬드 웨이퍼를 형성하는데 있어서 상당한 융통성을 가능케 한다.
상기 논의가 본 발명의 다양한 예시의 실시양태를 개시하기는 하나, 당업계의 기술자가 본 발명의 진정한 범주로부터 벗어남 없이 본 발명의 몇몇 잇점을 달성하게 될 다양한 수정예를 형성할 수 있다는 점은 자명하여야 한다.
Claims (22)
- 베이스를 제공하는 단계;
제1의 소재 조성을 갖는 제1의 희생층을 베이스 상에 에피택셜 형성하는 단계;
제1의 소재 조성과는 상이한 소재인 제1의 다이아몬드층을 제1의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 단계;
제1의 소재 조성인 제2의 희생층을 제1의 다이아몬드층 상에 에피택셜 형성하는 단계를 포함하며;
상기 베이스, 제1의 및 제2의 희생층 및 제1의 다이아몬드층이 헤테로에피택셜 초격자를 형성하는, 복수의 다이아몬드의 형성 방법. - 제1항에 있어서, 제2의 다이아몬드층을 제2의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 제1의 및 제2의 다이아몬드층을 제1의 및 제2의 희생층으로부터 분리시켜 프리 스탠딩, 단결정 다이아몬드를 생성하는 것을 더 포함하는 방법.
- 제3항에 있어서, 분리가 제1의 소재의 적어도 일부를 에칭 제거하기 위하여 습식 에칭을 사용하는 것을 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서,
제1의 소재 조성을 갖는 제3의 희생층을 베이스 상에 에피택셜 형성하는 단계;
제1의 소재 조성과 상이한 소재인 제3의 다이아몬드층을 제3의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 제1의 소재 조성이 이리듐, 티타늄 또는 이리듐과 티타늄 둘다를 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 베이스가 산화마그네슘, 이리듐, 규소, 탄화규소 또는 다이아몬드 중 하나 이상을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1의 및 제2의 희생층이 단결정인 방법.
- 제1항에 있어서, 제1의 희생층의 에피택셜 형성이 원자층 증착, 물리적 기상 증착 및/또는 화학적 기상 증착을 사용하는 것을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1의 다이아몬드층이 약 10 및 1,000 미크론 사이의 두께를 갖는 방법.
- 제1항에 있어서, 기판 홀더를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 베이스를 제공하는 단계가 상기 기판 홀더 내에 베이스를 제공하는 것을 포함하고, 상기 기판 홀더가 에피택셜 형성된 다이아몬드층의 폭을 제한하는 방법.
- 제1항에 의하여 형성된 장치.
- 베이스 소재 조성을 포함하는 베이스;
베이스 상의 베이스의 결정 구조를 사용하여 에피택셜 형성되며, 제1의 소재 조성을 갖는 제1의 희생층;
제1의 희생층 상의 제1의 희생층의 결정 구조를 사용하여 에피택셜 형성되며, 제1의 소재 조성과 상이한 소재인 제1의 다이아몬드층;
제1의 다이아몬드층 상의 제1의 소재 조성을 갖는 제2의 희생층; 및
제2의 희생층 상의 제1의 소재 조성과는 상이한 소재인 제2의 다이아몬드층을 포함하는 헤테로에피택셜 초격자. - 제13항에 있어서, 베이스가 단결정 소재인 헤테로에피택셜 초격자.
- 제13항에 있어서, 제1의 다이아몬드층이 약 10 및 1,000 미크론 사이의 두께를 갖는 헤테로에피택셜 초격자.
- 제13항에 있어서, 베이스가 산화마그네슘, 이리듐, 규소, 탄화규소 또는 다이아몬드 중 하나 이상을 포함하는 헤테로에피택셜 초격자.
- 제13항에 있어서, 제1의 소재 조성이 이리듐, 티타늄 또는 이리듐과 티타늄 둘다를 포함하는 헤테로에피택셜 초격자.
- 제13항에 있어서, 함몰부를 갖는 기판 홀더를 더 포함하고, 상기 베이스, 제1의 희생층 및 제1의 다이아몬드층이 상기 기판 홀더의 함몰부 내에 위치하고, 상기 기판 홀더가 에피택셜 형성된 다이아몬드층의 폭을 제한하는 헤테로에피택셜 초격자.
- 베이스 소재 조성을 포함하는 베이스를 함유하는 공동을 갖는 기판 홀더를 제공하는 단계;
제1의 소재 조성을 갖는 제1의 희생층을 베이스 상에 및 공동 내에 에피택셜 형성하는 단계;
제1의 소재 조성과 상이한 소재인 제1의 다이아몬드층을 공동 내의 제1의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 단계;
제1의 소재 조성인 제2의 희생층을 공동 내의 제1의 다이아몬드층 상에 에피택셜 형성하는 단계;
제2의 다이아몬드층을 공동 내의 제2의 희생층 상에 에피택셜 형성하는 단계를 포함하며,
상기 베이스, 제1의 및 제2의 희생층 및 제1의 및 제2의 다이아몬드층이 헤테로에피택셜 초격자를 형성하는, 복수의 다이아몬드의 형성 방법. - 제19항에 있어서, 상기 베이스의 제공이 기판 홀더의 공동 내에 베이스를 형성하는 것을 포함하는 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 베이스의 제공이 기판 홀더의 공동 내에 이미 형성된 베이스를 수용하는 것을 포함하는 방법.
- 제19항에 있어서, 제1의 및 제2의 다이아몬드층을 제1의 및 제2의 희생층으로부터 분리시켜 프리 스탠딩, 단결정 다이아몬드를 생성하는 것을 더 포함하며, 상기 분리가 제1의 및 제2의 희생층 중 하나 또는 둘다를 초격자로부터 적어도 부분적으로 제거하는 것을 포함하는 방법.
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