JP2645712B2 - Diamond film patterning method - Google Patents
Diamond film patterning methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイヤモンド膜のパターニング法に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diamond film patterning method.
［従来の技術］ 半導体デバイスなどにおいて、ダイヤモンド膜から成
るパターンを必要とすることがある。ダイヤモンドは化
学的に極めて安定なので、液相でダイヤモンドをエッチ
ングする方法によってダイヤモンド膜のパターニングを
行うことは不可能である。また、ダイヤモンドは物質中
最高の硬度を有するので、機械的に加工することも極め
て困難である。[Prior Art] In a semiconductor device or the like, a pattern made of a diamond film may be required. Since diamond is extremely chemically stable, it is impossible to pattern a diamond film by a method of etching diamond in a liquid phase. Also, diamond has the highest hardness of any material and is therefore very difficult to mechanically process.
ダイヤモンドのパターニングを可能にする１つの方法
として、プラズマによるエッチングを用いる方法が考え
られる。例えば、AlをマスクとしてO2イオンビームによ
ってダイヤモンドをプラズマエッチングする。しかし、
このプラズマエッチングにおいては、特殊なダイヤモン
ド用プラズマエッチング装置を用い、煩雑な手順及び長
時間を要するという問題がある。As one method for enabling the patterning of diamond, a method using etching by plasma is considered. For example, diamond is plasma-etched by an O 2 ion beam using Al as a mask. But,
In this plasma etching, there is a problem that a complicated procedure and a long time are required using a special diamond plasma etching apparatus.
［発明の目的］ 本発明の目的は、ダイヤモンド膜のパターンを簡単に
形成できる方法を提供することにある。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a method capable of easily forming a pattern of a diamond film.
［発明の構成］ 本発明の目的は、マスク材料から成るネガパターン膜
を基板上に形成した後、ネガパターン膜によりマスクさ
れていない部分の上に選択的にダイヤモンド膜を成長さ
せ、ネガパターン膜を除去し、これによりダイヤモンド
膜のパターンを基板上に形成することを特徴とするダイ
ヤモンド膜のパターニング法によって達成される。[Constitution of the Invention] An object of the present invention is to form a negative pattern film made of a mask material on a substrate, and then selectively grow a diamond film on a portion not masked by the negative pattern film. And thereby forming a diamond film pattern on a substrate by a diamond film patterning method.
本発明の方法は、気相合成法におけるダイヤモンドの
核生成密度及び結晶成長速度が、基板とする材料に応じ
て異なることを利用したものであり、２種類の材料と成
長条件を選択することにより、一方の材料の上にのみダ
イヤモンドを成長させ、他方の材料の上にはダイヤモン
ドが成長しないようにして、ダイヤモンド膜のパターン
を得るものである。The method of the present invention is based on the fact that the nucleation density and the crystal growth rate of diamond in the vapor phase synthesis method are different depending on the material used as the substrate, and the two types of materials and the growth conditions are selected. A diamond film pattern is obtained by growing diamond only on one material and not growing diamond on the other material.
マスク材料は、通常、研磨処理が施されていない周期
律表のIV a、Va、VI a、VII a、VIII a族の遷移金属、S
i及びＢの単体、炭化物、窒化物ケイ化物、及びホウ化
物、並びにSiO2から成る群から選択された少なくとも１
種の物質から成る。The mask material is usually a transition metal of group IVa, Va, VIa, VIIa, VIIIa of the periodic table that has not been polished, and S
at least one selected from the group consisting of simple substances of i and B, carbides, nitride silicides, and borides, and SiO 2
Consists of species of material.
以下、添付図面を参照して、本発明を説明する。な
お、本発明は、添付図面の態様に限定されるものではな
い。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment shown in the attached drawings.
第１図は、本発明のパターニング法の概略を示す断面
図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a patterning method of the present invention.
第１図（１）に示す基板11の上に、マスク材料からな
るネガパターン膜12を形成する（第１図（２））。これ
に先だって、基板11は、ダイヤモンド粒などによって研
磨処理（グレイティング）しておくことが好ましい。た
だし、基板がダイヤモンド単結晶である場合には必要な
い。ネガパターンの形成は、パターンが粗い場合には、
メタルマスクを用いて蒸着などを行うことによって行
え、あるいは、パターンが細かい場合には、蒸着などに
より全面に膜形成した後に通常のフォトリソグラフィ技
術によりパターニングすることによって行える。A negative pattern film 12 made of a mask material is formed on a substrate 11 shown in FIG. 1 (1) (FIG. 1 (2)). Prior to this, it is preferable that the substrate 11 is polished (grated) with diamond grains or the like. However, this is not necessary when the substrate is a diamond single crystal. The formation of a negative pattern, if the pattern is coarse,
This can be performed by performing evaporation using a metal mask, or, in the case of a fine pattern, by forming a film over the entire surface by evaporation or the like and then performing patterning by a normal photolithography technique.
次いで、マスク材料で被覆されていない基板露出表面
の上に選択的に、目的とするパターン通りにダイヤモン
ド膜13を成長させる（第１図（３））。ダイヤモンド膜
は、Mo、Ta、Ｗ、Si、Geなどの基板表面には成長しやす
く、基板表面にダイヤモンド粉末などの高硬度粉末によ
る研摩処理のある場合には、いっそう成長し易くなる。
研摩処理のない場合やFe、Co、Ni、Cr、Mn、Cu又はAgの
表面へは成長が起こりにくい。ダイヤモンド膜の成長し
易い材料を基板として用いて、成長し難い材料を材料を
マスクとして用いた場合に、マスク以外の基板表面にダ
イヤモンド膜の成長を選択的に行える。また、マスクの
材料がダイヤモンド膜の成長し易い材料であっても、研
摩処理を施さないことによって成長を抑制することがで
きる。Next, a diamond film 13 is selectively grown on the exposed surface of the substrate which is not covered with the mask material according to a desired pattern (FIG. 1 (3)). The diamond film easily grows on the substrate surface of Mo, Ta, W, Si, Ge, etc., and grows more easily when the substrate surface is polished with a high hardness powder such as diamond powder.
Growth is less likely to occur without polishing treatment or on the surface of Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Cu or Ag. When a material that easily grows a diamond film is used as a substrate and a material that hardly grows is used as a mask, the diamond film can be selectively grown on the substrate surface other than the mask. In addition, even if the material of the mask is a material on which the diamond film can easily grow, the growth can be suppressed by not performing the polishing treatment.
一般に、ダイヤモンド膜の成長し易い材料は、周期率
表のlv a、V a、VI a族の金属及びSiの単体、炭化物、
窒化物、炭窒化物、ケイ化物、ホウ化物、ホウ炭化物及
びホウ窒化物、Al及びＢの炭化物及び窒化物から成る群
から選択された少なくとも１種物質などの表面に（例え
ば、高硬度粉末による）研磨処理を施したものである。
の一方、ダイヤモンド膜の成長し難い材料は、VII a、V
III a族の金属などである。In general, materials that easily grow a diamond film include lva, Va, VIa group metals and Si simple substances, carbides,
On a surface of at least one material selected from the group consisting of nitrides, carbonitrides, silicides, borides, borocarbides and boronitrides, Al and B carbides and nitrides (for example, by hard powder ) Polished.
On the other hand, materials that are difficult to grow diamond film are VIIa, V
IIIa Group a metal and the like.
ダイヤモンド膜の形成は、原料ガスとしてCH4とH2な
どを用いたマイクロ波プラズマCVD法又はフィラメント
法などによって行える。ただし、ダイヤモンド膜を成長
させる条件及び研摩処理などによって、同じ材料でもダ
イヤモンド膜の核生成密度及び成長速度を制御すること
ができる。The diamond film can be formed by a microwave plasma CVD method or a filament method using CH 4 and H 2 as source gases. However, the nucleation density and the growth rate of the diamond film can be controlled with the same material by the conditions for growing the diamond film and the polishing treatment.
ネガパターン膜12を除去して、目的とするダイヤモン
ド膜13のパターンが基板11上に形成された素子を得る
（第１図（４））。ネガパターンの除去は、例えば、マ
スク材料を溶解する酸に浸漬することによって行える。
例えば、Moは王水によって、Siはフッ硝酸によって除去
できる。この時、基板を残してネガパターン膜のみを除
去する場合には、基板材料とネガパターン材料を異なる
物質にして、溶解に用いる薬品は、ネガパターン材料の
みを溶解する。これを考慮して、基板材料とネガパター
ン材料の組み合わせを考える必要がある。ネガパターン
と同時に基板をも除去する場合には、両者は同じ材料で
もよい。By removing the negative pattern film 12, an element having the target pattern of the diamond film 13 formed on the substrate 11 is obtained (FIG. 1 (4)). The removal of the negative pattern can be performed, for example, by immersing the mask material in an acid that dissolves the mask material.
For example, Mo can be removed by aqua regia and Si can be removed by hydrofluoric acid. At this time, when only the negative pattern film is removed while leaving the substrate, the substrate material and the negative pattern material are made different substances, and the chemical used for dissolution dissolves only the negative pattern material. In consideration of this, it is necessary to consider a combination of the substrate material and the negative pattern material. When removing the substrate simultaneously with the negative pattern, both may be the same material.
［発明の効果］ 本発明によれば、ダイヤモンドのプラズマエッチング
を要することなく、簡単な手順及び短時間で、ダイヤモ
ンド膜のパターニングを行える。According to the present invention, a diamond film can be patterned in a simple procedure and in a short time without requiring plasma etching of diamond.
本発明は、ダイヤモンド膜のパターンを必要とするダ
イヤモンド半導体デバイス、プリンターヘッド及びヒー
トシンクの製造などにおいて有用である。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful in manufacturing a diamond semiconductor device, a printer head, and a heat sink that require a diamond film pattern.
［発明の好ましい態様］ 以下に本発明の実施例を示す。[Preferred Embodiments of the Invention] Examples of the present invention will be described below.
実施例１ 第２図に示すような手順により、MIS型電界効果トラ
ンジスタを製造した。Example 1 An MIS field-effect transistor was manufactured according to the procedure shown in FIG.
（ｉ）Crをネガパターン膜として蒸着した3mm x 2mm x
1mmのI b型人工単結晶ダイヤモンド基板21の（100）面
上に、マイクロ波プラズマCVD法によって、厚さ0.5μｍ
のＢハイドープＰ型ダイヤモンド薄膜層22をネガパター
ン膜以外の部分に選択的に成長させた。合成条件：マイ
クロ波パワー＝350W、反応圧力＝30Torr、反応ガス組成
＝CH4（0.5％）＋B2H6（0.001％）＋H2（残）。(I) 3mm x 2mm x with Cr deposited as a negative pattern film
On the (100) plane of a 1 mm Ib type artificial single crystal diamond substrate 21, a thickness of 0.5 μm was applied by microwave plasma CVD.
Was selectively grown on portions other than the negative pattern film. Synthesis conditions: microwave power = 350 W, reaction pressure = 30 Torr, reaction gas composition = CH 4 (0.5%) + B 2 H 6 (0.001%) + H 2 (remaining).
（ii）Cr膜を王水で除去し、その後、再びCr膜を蒸着
し、フォトリソグラフィ技術によりCrネガパターン膜を
形成する。(Ii) The Cr film is removed with aqua regia, and then the Cr film is deposited again, and a Cr negative pattern film is formed by photolithography.
（iii）ネガパターン膜23が形成されていない基板21の
表面上に、マイクロ波プラズマCVD法によって、厚さ0.5
μｍのホウ素ドープＰ型ダイヤモンド単結晶薄膜層24を
形成した。合成条件：マイクロ波パワー＝350W、反応圧
力＝30Torr、反応ガス組成＝CH4（0.5％）＋B2H6（0.00
005％）＋H2（残）。(Iii) On the surface of the substrate 21 on which the negative pattern film 23 is not formed, a thickness of 0.5
A μm boron-doped P-type diamond single crystal thin film layer 24 was formed. Synthesis conditions: microwave power = 350 W, reaction pressure = 30 Torr, reaction gas composition = CH 4 (0.5%) + B 2 H 6 (0.00
005%) + H 2 (residual).
（iii）王水によってMoマスクを除去した。(Iii) The Mo mask was removed with aqua regia.
（iv）再び、フォトリソグラフィ技術を用いてCrネガパ
ターン膜を形成した後、マイクロ波プラズマCVD法で厚
さ約1000Åのノンドープダイヤモンド薄膜層25をネガパ
ターン以外の部分に成長させた。合成条件：マイクロ波
パワー＝350W、反応圧力＝30Torr、反応ガス＝CH4（0.5
％）＋H2（99.5％）。(Iv) After forming a Cr negative pattern film again by using the photolithography technique, a non-doped diamond thin film layer 25 having a thickness of about 1000 mm was grown in a portion other than the negative pattern by a microwave plasma CVD method. Synthesis conditions: microwave power = 350 W, reaction pressure = 30 Torr, reaction gas = CH 4 (0.5
%) + H 2 (99.5% ).
（ｖ）Crネガパターン膜を王水により除去した後、Au/M
o/Tiの３層電極を蒸着し、一部エッチングを行って、電
極26,26´,26´を形成した。(V) After removing the Cr negative pattern film with aqua regia, Au / M
An o / Ti three-layer electrode was deposited and partially etched to form electrodes 26, 26 ', 26'.
実施例２ 以下のようにして、ダイヤモンド膜ヒートシンクを製
造した。Example 2 A diamond film heat sink was manufactured as follows.
25mm x 25mm x 0.5mmの大きさを有するSi基板を用意
して、その表面上にダイヤモンド粒でグレイティングを
施した後、Niを蒸着させ、フォトリソグラフィ技術によ
り、メッシュの大きさ1mm x 1mmになるようにNiを網状
に蒸着させ、Niネガパターン膜を形成した。Niネガパタ
ーン膜の厚さは３μｍ、Niネガパターン膜の幅は0.3mm
であった。Prepare a Si substrate having a size of 25 mm x 25 mm x 0.5 mm, apply grating on the surface with diamond particles, deposit Ni, and use photolithography technology to reduce the mesh size to 1 mm x 1 mm. Ni was vapor-deposited in a net shape to form a Ni negative pattern film. The thickness of the Ni negative pattern film is 3 μm, and the width of the Ni negative pattern film is 0.3 mm
Met.
次いで、マイクロ波プラズマCVD法により、Si上のみ
に選択的に、ダイヤモンド多結晶を厚さ0.2mmに成長さ
せた。合成条件：マイクロ波パワー＝400W、反応圧力＝
30Torr、反応ガス組成:CH4（99％）＋H2（１％）。Next, a polycrystalline diamond was grown to a thickness of 0.2 mm selectively only on Si by microwave plasma CVD. Synthesis conditions: microwave power = 400 W, reaction pressure =
30 Torr, reaction gas composition: CH 4 (99%) + H 2 (1%).
Niネガパターン膜を王水で溶解し、次いでSi基板をフ
ッ硝酸で溶解除去して、1mm x 1mm x 0.2mmの大きさの
ダイヤモンドヒートシンクを得た。The Ni negative pattern film was dissolved in aqua regia and then the Si substrate was dissolved and removed with hydrofluoric nitric acid to obtain a diamond heat sink having a size of 1 mm x 1 mm x 0.2 mm.
この方法においては、加工困難なダイヤモンド膜を切
り刻む手間が省けた。In this method, the trouble of chopping a diamond film which is difficult to process can be omitted.
第１図は、本発明のパターニング法の概略を示す断面
図、及び 第２図は、本発明のパターニング法を使用した電界効果
トランジスタの製造を示す断面図である。 11,21……基板、 12,23……ネガパターン膜、 13,24……ダイヤモンド膜。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a patterning method of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing manufacture of a field-effect transistor using the patterning method of the present invention. 11,21 ... substrate, 12,23 ... negative pattern film, 13,24 ... diamond film.
Claims (12)
上に形成した後、ネガパターン膜によりマスクされてい
ない部分の上に選択的にダイヤモンド膜を成長させ、ネ
ガパターン膜を除去し、これによりダイヤモンド膜のパ
ターンを基板上に形成するダイヤモンド膜のパターニン
グ方法であって、 マスク材料が、研磨処理が施されていない周期率表のIV
a、V a、VI a族の遷移金属、Si及びＢの単体、炭化
物、窒化物、炭窒化物、ケイ化物及びホウ化物、並びに
SiO2から成る群から選択された少なくとも１種の物質か
らなるダイヤモンドのパターニング方法。After a negative pattern film made of a mask material is formed on a substrate, a diamond film is selectively grown on a portion not masked by the negative pattern film, and the negative pattern film is removed. A diamond film patterning method for forming a diamond film pattern on a substrate, wherein the mask material is not polished.
a, Va, VIa transition metals, simple substances of Si and B, carbides, nitrides, carbonitrides, silicides and borides, and
A method for patterning diamond comprising at least one substance selected from the group consisting of SiO 2 .
金属及びSiの単体、炭化物、窒化物、炭窒化物、ケイ化
物、ホウ化物、ホウ炭化物及びホウ窒化物、Al及びＢの
炭化物及び窒化物から成る群から選択された少なくとも
１種の物質の表面に研磨処理を施したものから成る特許
請求の範囲第１項に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the substrate is composed of a simple substance, a carbide, a nitride, a carbonitride, a silicide, a boride, a borocarbide and a boronitride of metals and Si of groups IVa, Va and VIa of the periodic table. 2. The method according to claim 1, further comprising polishing the surface of at least one substance selected from the group consisting of Al and B carbides and nitrides.
特許請求の範囲第１項に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the diamond film to be grown is a single crystal.
去して、パターンを持つダイヤモンド膜を得る特許請求
の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein the substrate itself is also removed after growing the diamond film to obtain a diamond film having a pattern.
結晶であり、その上に、ダイヤモンド単結晶膜を成長さ
せる特許請求の範囲第１項に記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the substrate is a natural or artificial synthetic diamond single crystal, and a diamond single crystal film is grown thereon.
されれいるものである特許請求の範囲第１項に記載の方
法。6. The method according to claim 1, wherein the surface of the substrate is polished with a high-hardness powder.
上に形成した後、ネガパターン膜によりマスクされてい
ない部分の上に選択的にダイヤモンド膜を成長させ、ネ
ガパターン膜を除去し、これによりダイヤモンド膜のパ
ターンを基板上に形成するダイヤモンド膜のパターニン
グ方法であって、 マスク材料が、Cr、Mn、Cu及びAgから成る群から選択さ
れた少なくとも１種の金属を主成分とする材料から成る
ダイヤモンドのパターニング方法。7. After a negative pattern film made of a mask material is formed on a substrate, a diamond film is selectively grown on a portion not masked by the negative pattern film, and the negative pattern film is removed. A method of patterning a diamond film for forming a pattern of a diamond film on a substrate, wherein the mask material is made of a material mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Cu and Ag. Diamond patterning method.
金属及びSiの単体、炭化物、窒化物、炭窒化物、ケイ化
物、ホウ化物、ホウ炭化物及びホウ窒化物、Al及びＢの
炭化物及び窒化物から成る群から選択された少なくとも
１種の物質の表面に研磨処理を施したものから成る特許
請求の範囲第７項に記載の方法。8. The method according to claim 1, wherein the substrate is a simple substance, a carbide, a nitride, a carbonitride, a silicide, a boride, a borocarbide and a boronitride of a metal of group IVa, Va and VIa of the periodic table. 8. The method according to claim 7, comprising polishing the surface of at least one material selected from the group consisting of Al and B carbides and nitrides.
特許請求の範囲第７項に記載の方法。9. The method according to claim 7, wherein the diamond film to be grown is a single crystal.
除去して、パターンを持つダイヤモンド膜を得る特許請
求の範囲第７〜９項のいずれかに記載の方法。10. The method according to claim 7, wherein the diamond film having a pattern is obtained by removing the substrate itself after growing the diamond film.
単結晶であり、その上に、ダイヤモンド単結晶膜を成長
させる特許請求の範囲第７項に記載の方法。11. The method according to claim 7, wherein the substrate is a natural or artificially synthesized diamond single crystal, and a diamond single crystal film is grown thereon.
理されているものである特許請求の範囲第７項に記載の
方法。12. The method according to claim 7, wherein the surface of the substrate is polished with a high-hardness powder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28135987A JP2645712B2 (en) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | Diamond film patterning method |
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|---|---|
| JPH01123423A JPH01123423A (en) | 1989-05-16 |
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-
1987
- 1987-11-07 JP JP28135987A patent/JP2645712B2/en not_active Expired - Lifetime
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