JP3241447B2 - Selective diamond formation method - Google Patents

Selective diamond formation method

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JP3241447B2
JP3241447B2 JP21520692A JP21520692A JP3241447B2 JP 3241447 B2 JP3241447 B2 JP 3241447B2 JP 21520692 A JP21520692 A JP 21520692A JP 21520692 A JP21520692 A JP 21520692A JP 3241447 B2 JP3241447 B2 JP 3241447B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】この発明は、ダイヤモンドの選択形成方法
に関し、さらに詳しく言うと、ダイヤモンドの初期核発
生処理として傷付け処理をすることなく、所望のパター
ンを有するダイヤモンドを基板上に形成させる方法に関
する。
The present invention relates to a method for selectively forming diamond, and more particularly to a method for forming a diamond having a desired pattern on a substrate without performing a scratching process as an initial nucleation process of diamond.

【0002】なお、この発明のダイヤモンドの選択形成
方法は、たとえば、半導体素子等を初めとする電子材料
の製造、マイクロマシンニング等の各種のダイヤモンド
膜パターン形成関連分野に好適に利用することができ
る。
The method for selectively forming diamond according to the present invention can be suitably used in various fields relating to diamond film pattern formation, such as, for example, the manufacture of electronic materials such as semiconductor elements, and micromachining.

【0003】[0003]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、基
板上に気相合成法によりダイヤモンド膜を形成する技術
が開発され、得られたダイヤモンド膜材料の種々の用途
への応用が進められている。ダイヤモンド膜は、表面硬
度等の機械的強度に優れているので、切削工具、研磨工
具等の工具類に有用であり、また、絶縁耐力と熱伝導率
が高く、ドーピング等によって優れた半導体特性を示す
ようにすることができるので、半導体素子等の各種の電
子材料などへの利用が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for forming a diamond film on a substrate by a vapor phase synthesis method has been developed, and the resulting diamond film material has been applied to various uses. I have. Diamond films are excellent in mechanical strength such as surface hardness, so they are useful for tools such as cutting tools and polishing tools.In addition, they have high dielectric strength and thermal conductivity, and have excellent semiconductor properties due to doping. Therefore, it is expected to be used for various electronic materials such as semiconductor elements.

【0004】ところで、こうした電子材料等の精密加工
を行う分野においては、しばしば、パターニングという
マイクロ加工技術が用いられる。ダイヤモンド膜を電子
材料等として使用する場合にも、基板上にダイヤモンド
膜の微細なパターンを形成させる必要のある場合が多
い。
In the field of precision processing of electronic materials and the like, a micro-processing technique called patterning is often used. Even when a diamond film is used as an electronic material or the like, it is often necessary to form a fine pattern of the diamond film on a substrate.

【0005】所定形状のパターンを有するダイヤモンド
膜を形成する方法として、例えば、エッチングによりパ
ターンを形成する方法(特開昭63−34927号公報
参照)、マスキングによる方法(特開昭62−2973
98号公報参照)、およびマスキング法と正のバイアス
電圧を印加する方法とを組み合わせる方法(特開平3−
115194号公報参照)などが知られている。しかし
ながら、基板上に一旦形成されたダイヤモンド幕をエッ
チングすることは非常に困難であり、特殊なエッチング
装置を必要とするばかりか特別なエッチング操作が必要
であるという問題点がある。また、基板をダイヤモンド
砥粒などで傷付け処理するという機械的傷付け処理で
は、パターンの再現性が十分ではない。さらに、マスキ
ング法と正のバイアス電圧を印加する方法とを組み合わ
せる方法では、十分なパターン形成を実現することがで
きない。
As a method of forming a diamond film having a pattern of a predetermined shape, for example, a method of forming a pattern by etching (see JP-A-63-34927) and a method of masking (see JP-A-62-2973)
No. 98) and a method of combining a masking method and a method of applying a positive bias voltage (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 115194). However, it is very difficult to etch the diamond curtain once formed on the substrate, and there is a problem that not only a special etching device is required but also a special etching operation is required. Further, in the case of a mechanical scratching process in which a substrate is scratched with diamond abrasive grains or the like, pattern reproducibility is not sufficient. Furthermore, a method of combining a masking method and a method of applying a positive bias voltage cannot realize a sufficient pattern formation.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記事情
を改善するためになされたものである。この発明の目的
は、ダイヤモンド膜を所定のパターンで基板上に形成す
るに当たり、ダイヤモンド膜を基板上に形成させるべき
所定の領域にダイヤモンド初期核の発生密度を増大さ
せ、ダイヤモンド膜の非形成領域にマスクパターンを形
成してダイヤモンド初期核の生成を抑制し、ダイヤモン
ド膜を選択的に形成する方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above situation. An object of the present invention is to increase the density of diamond initial nuclei in a predetermined region where a diamond film is to be formed on a substrate when forming a diamond film on a substrate in a predetermined pattern, and to form a diamond film in a region where a diamond film is not formed. It is an object of the present invention to provide a method for forming a diamond film selectively by forming a mask pattern to suppress generation of initial diamond nuclei.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項1に記載の発明は、基板上にマスキング材でパ
ターンを形成した後に、電界プラズマ処理(水素プラズ
マ処理を除く。)を行い、次いで水素プラズマ処理を
い、気相法によるダイヤモンドの合成を行うことを特徴
とするダイヤモンドの選択形成方法であり、請求項2に
記載の発明は、前記マスキング材が電気絶縁性のマスキ
ング材である前記請求項1に記載のダイヤモンドの選択
形成方法であり、請求項3に記載の発明は、ダイヤモン
ドの合成後に、マスキング材を除去する前記請求項2に
記載のダイヤモンドの選択形成方法であり、請求項4に
記載の発明は、電気絶縁性のマスキング材が、シリカ、
窒化ケイ素、炭化ケイ素から選択される少なくとも1種
である前記請求項2に記載のダイヤモンドの選択形成方
法であり、請求項5に記載の発明は、基板上にマスキン
グ材でパターンを形成した後に、基板に電界プラズマ処
理と水素プラズマ処理との組合せからなるプラズマ処理
を行い、マスキング材を除去してから、気相法によるダ
イヤモンド合成を行うことを特徴とするダイヤモンドの
選択形成方法である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a pattern on a substrate using a masking material, followed by an electric field plasma treatment (hydrogen plasma treatment).
Excluding processing. ), And then performing a hydrogen plasma treatment to synthesize diamond by a vapor phase method. The invention according to claim 2, wherein the masking material is used. Is a method for selectively forming diamond according to claim 1, wherein the masking material is an electrically insulating masking material. The invention according to claim 3, wherein the masking material is removed after the diamond is synthesized. The method according to claim 4, wherein the electrically insulating masking material is silica,
It is a method for selectively forming diamond according to claim 2, which is at least one selected from silicon nitride and silicon carbide, and the method according to claim 5, wherein after forming a pattern on a substrate with a masking material, This is a method for selectively forming diamond, characterized in that plasma processing comprising a combination of electric field plasma processing and hydrogen plasma processing is performed on a substrate, a masking material is removed, and then diamond synthesis is performed by a gas phase method.

【0008】以下、この発明の方法について詳述する。
この発明の方法は、(1)基板にマスキング材でパター
ンを形成する工程(パターン形成工程と略称することが
ある。)、(2)前記工程の後に電界プラズマ処理をす
る工程(電界プラズマ処理工程と略称することがあ
る。)、(3)前記マスキング材を除去する工程(マス
キング除去工程と略称することがある。)、および
(4)気相法によりダイヤモンドを合成する工程(ダイ
ヤモンド合成工程と略称することがある。)とを有す
る。
Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail.
The method of the present invention includes (1) a step of forming a pattern on a substrate with a masking material (may be abbreviated as a pattern forming step), and (2) a step of performing an electric field plasma treatment after the above step (an electric field plasma treatment step). (3) a step of removing the masking material (sometimes abbreviated as a masking removing step), and (4) a step of synthesizing diamond by a vapor phase method (a diamond synthesizing step). May be abbreviated).

【0009】この発明の方法においては、電界プラズマ
処理をする工程の後に、前記(3)の工程を行い、その
後に前記(4)の工程を行っても良く、また、電界プラ
ズマ処理をする工程の後に、前記(4)の工程を行い、
その後に前記(3)の工程を行っても良い。また、場合
によっては(3)の工程を省略することも可能である。
In the method of the present invention, the step (3) may be performed after the step of performing the electric field plasma treatment, and then the step (4) may be performed after that. After the above, the step (4) is performed,
Thereafter, the step (3) may be performed. In some cases, the step (3) can be omitted.

【0010】以下、前記各工程について説明する。 (1)パターン形成工程 この発明の方法において、前記基板の材質としては、特
に制限はなく、公知の気相合成法によるダイヤモンド膜
の形成用に使用されるもの(たとえば、各種の金属、合
金、超硬合金類、半導体類など)、各種のものを適宜に
選択して使用することができる。具体例をいくつか示す
と、たとえば、WC−Co系等のWC系超硬合金、Ti
N,Si34 等の窒化物系セラミックス、SiC、T
iC等の炭化物系セラミックスなどの酸化物類、シリコ
ン等の半金属や半導体類、および、これらの基板表面を
酸化処理したものなど多種多様のものを挙げることがで
きる。
Hereinafter, each of the above steps will be described. (1) Pattern Forming Step In the method of the present invention, the material of the substrate is not particularly limited, and is used for forming a diamond film by a known vapor phase synthesis method (for example, various metals, alloys, Cemented carbides, semiconductors, etc.) and various types can be appropriately selected and used. Some specific examples will be described. For example, WC-based cemented carbide such as WC-Co-based, Ti
N, Si 3 N 4 and other nitride ceramics, SiC, T
Examples include oxides such as carbide-based ceramics such as iC, semimetals and semiconductors such as silicon, and a variety of things such as those obtained by oxidizing the substrate surface.

【0011】たとえば、この発明の方法によって得られ
たダイヤモンド膜付き基板を半導体材料として使用する
場合には、基板材料として、シリコン、ゲルマニウム、
炭化ケイ素、窒化ホウ素、ガリウム・ヒ素などを例示す
ることができる。もちろん、これらは予めドーピング等
によって半導体特性等の電気的特性が制御されていても
よいし、任意の形状および構成に加工されていてもよ
い。
For example, when a substrate with a diamond film obtained by the method of the present invention is used as a semiconductor material, silicon, germanium,
Examples thereof include silicon carbide, boron nitride, and gallium / arsenic. Of course, these may have electrical characteristics such as semiconductor characteristics controlled in advance by doping or the like, or may be processed into an arbitrary shape and configuration.

【0012】このパターン形成工程では、電界プラズマ
処理をするべき領域を露出しそれ以外の領域をマスクす
るマスク層を形成し、このマスク層によるパターンを形
成する。したがって、電界プラズマ処理をするべき領域
以外の領域をマスクするマスク層の材(以下、マスキ
ング材料と称することがある。)としては、基板と異な
る材料を用いる。これは、電界効果による影響が材料に
より異なり、その結果、パターン形成ができなくなるか
らである。たとえば、基板に炭化珪素を用いた場合に
は、マスキング材料としては、タングステン、モリブデ
ン、チタンなどを好適に用いることができる。
In this pattern forming step, a mask layer for exposing a region to be subjected to the electric field plasma treatment and masking the other region is formed, and a pattern using the mask layer is formed. Accordingly, wood charge of the mask layer for masking a region other than the region to be the electric field plasma treatment as is (hereinafter sometimes referred to as masking material.), Using a substrate with different materials. This is because the effect of the electric field effect differs depending on the material, and as a result, pattern formation becomes impossible. For example, when silicon carbide is used for the substrate, tungsten, molybdenum, titanium, or the like can be suitably used as the masking material.

【0013】マスキング材料として絶縁性材料を用いる
場合は、電気絶縁性のマスキング材で覆われた部分は電
界プラズマによる影響がなく、ダイヤモンド生成のため
の核発生点が導入されないので、マスク効果が高く、明
確にパターンが形成できる。そのような絶縁材料とし
て、遷移金属の炭化物、酸化物、窒化物等を挙げること
ができ、中でもSiO2 、Si34 およびSiCなど
を好適例として挙げることができる。
When an insulating material is used as the masking material, the portion covered with the electrically insulating masking material is not affected by the electric field plasma, and a nucleation point for diamond generation is not introduced. A clear pattern can be formed. Examples of such an insulating material include carbides, oxides, and nitrides of transition metals, among which SiO 2 , Si 3 N 4, and SiC are preferred examples.

【0014】このパターン形成工程において、電界プラ
ズマ処理をするべき領域以外の領域をマスクするには、
例えば、前記基板の表面全面を前記マスキング材料で被
覆し、次いで、レジスト等でパターン膜を形成し、その
後に前記パターン膜で被覆されていないマスキング材料
の一部を除去し、さらにパターン膜を除去することによ
りマスク層を形成する第一の手法、あるいは、前記基板
の表面にレジスト等でパターン膜を形成し、次いで、全
面にマスキング材料を被覆形成し、更にパターン膜を除
去することにより、マスク層を形成する第二の手法(リ
フトオフ法)を採用することができる。また、基板の表
面をパターン化したマスク板で被覆し、次いで前記マス
キング材料を蒸着等により被覆形成し、マスク板を除去
することにより前記マスキング材料によるマスク層を形
成する第三の手法を採用することができる。
In this pattern forming step, in order to mask a region other than a region to be subjected to the electric field plasma treatment,
For example, the entire surface of the substrate is covered with the masking material, then a pattern film is formed with a resist or the like, and thereafter, a part of the masking material not covered with the pattern film is removed, and the pattern film is further removed. A first method of forming a mask layer by forming a pattern film with a resist or the like on the surface of the substrate, and then forming a masking material on the entire surface, and further removing the pattern film to form a mask. A second method of forming a layer (lift-off method) can be employed. Further, a third method is employed in which the surface of the substrate is covered with a patterned mask plate, and then the masking material is formed by vapor deposition or the like, and the mask plate is removed to form a mask layer of the masking material. be able to.

【0015】前記第一の手法および第二の手法のいずれ
においても、マスク層の厚みは、通常1mm〜500Å
であり、好ましくは500μm〜1,000Åである。
前記第一の手法または第二の手法において基板の表面全
面にマスク層を形成するには、あるいは前記第三の手法
において基板の表面にマスク層を形成する方法には、特
に制限はなく、一般的な薄膜形成方法が適用可能であ
る。具体的には、CVD法、スパッタリング成膜法、抵
抗加熱による蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンプレー
ティング法、各種の蒸着法などを挙げることができる。
また、基板としてSi、マスキング材料としてSiO2
を用いる場合には、Si基板を所定の条件において熱酸
化する方法を用いてもよい。薄膜形成方法及び条件につ
いては、マスク層の材料に応じて、適宜に選択すれば良
い。
In both the first and second methods, the thickness of the mask layer is usually 1 mm to 500 °.
And preferably in the range of 500 μm to 1,000 °.
To form a mask layer on the entire surface of the substrate in the first method or the second method, or to form a mask layer on the surface of the substrate in the third method, there is no particular limitation, generally A typical thin film forming method is applicable. Specific examples include a CVD method, a sputtering film forming method, an evaporation method using resistance heating, an electron beam evaporation method, an ion plating method, and various evaporation methods.
Further, Si is used as a substrate, and SiO 2 is used as a masking material.
When using a method, a method of thermally oxidizing a Si substrate under predetermined conditions may be used. The method and conditions for forming the thin film may be appropriately selected depending on the material of the mask layer.

【0016】前記第一の手法または第二の手法におい
て、基板の表面に形成するパターン膜は、例えば、フォ
トレジストを含有するパターン膜形成用塗布液を前記基
板におけるマスク層の表面全体に塗布し、これを乾燥し
てからフォトマスクを介して紫外線等の光を照射し、露
光部分を除去しあるいは未露光部分を除去することによ
り、形成することができる。なお、前記レジストとして
は、フォトレジストの他、電子線やX線用のレジストを
用いることもできる。
In the first method or the second method, the pattern film formed on the surface of the substrate may be formed, for example, by applying a coating liquid for forming a pattern film containing a photoresist over the entire surface of the mask layer on the substrate. It can be formed by drying and then irradiating light such as ultraviolet light through a photomask to remove exposed portions or unexposed portions. In addition, as the resist, a resist for an electron beam or an X-ray can be used in addition to a photoresist.

【0017】前記フォトレジストしては、ネガ型フォト
レジストまたはポジ型フォトレジストを挙げることがで
きる。これらのレジストは一般に用いられているものの
ほか、各種公知の樹脂系やゴム系のフォトレジストを用
いることができる。市販品としては、例えば、富士薬品
工業(株)のLMR−33や東京応化工業(株)のOM
R−83、OFPR−800などを挙げることができ
る。
The photoresist may be a negative photoresist or a positive photoresist. As these resists, various known resin-based or rubber-based photoresists can be used in addition to those generally used. Commercially available products include, for example, LMR-33 of Fuji Pharmaceutical Co., Ltd. and OM of Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.
R-83, OFPR-800 and the like.

【0018】前記パターン膜形成用塗布液の調製方法と
しては、特に制限はなく、公知の種々の方法を採用する
ことができる。前記パターン膜形成用塗布液の塗布方法
としては、スプレー、スピンナー、デイップ等を用いる
方法などを挙げることができ、これらの中で好ましいの
はスピンナーを用いる方法である。パターン膜形成用塗
布液を塗布した後、通常の場合乾燥することにより、フ
ォトレジスト膜を得る。
The method for preparing the coating liquid for forming a pattern film is not particularly limited, and various known methods can be employed. Examples of the method of applying the coating liquid for forming a pattern film include a method using a spray, a spinner, a dip, and the like, and among them, a method using a spinner is preferable. After applying the coating liquid for forming a pattern film, the photoresist film is dried in a usual case to obtain a photoresist film.

【0019】その後、フォトマスクを介してフォトレジ
スト膜に紫外線などの光を照射し、現像及びリンスする
ことにより、パターン膜を形成することができる。前記
紫外線などの光を照射することによる露光の方法として
は、例えば、コンタクト露光方式、プロキシミティー露
光方式、プロジェクション露光方式等を挙げることがで
き、目的に応じて種々の方法を適宜に選択して用いるこ
とができる。
Then, the pattern film can be formed by irradiating the photoresist film with light such as ultraviolet rays through a photomask, and developing and rinsing the photoresist film. Examples of the method of exposure by irradiating light such as the ultraviolet light include, for example, a contact exposure method, a proximity exposure method, a projection exposure method, and the like, and various methods are appropriately selected depending on the purpose. Can be used.

【0020】また、前記第一の手法において、基板の表
面に形成するパターン膜は、電界プラズマ処理をするべ
き領域以外の領域に市販の樹脂、グリース、ワックスを
直接に塗布することにより形成することもできる。いず
れの方法によるにせよ、パターン膜の乾燥厚としては、
特に制限はないが、通常、0.1〜500μm、好まし
くは0.5〜100μmである。
In the first method, the pattern film formed on the surface of the substrate may be formed by directly applying a commercially available resin, grease, or wax to a region other than a region to be subjected to the electric field plasma treatment. Can also. Regardless of the method, the dry thickness of the pattern film is
Although there is no particular limitation, it is usually 0.1 to 500 μm, preferably 0.5 to 100 μm.

【0021】次いで、前記パターン膜で被覆されていな
いマスク層の一部をエッチングにより除去する。このエ
ッチングには、マスク層を形成するマスキング材料がS
iO2 であるときには、HF水溶液によるウエットエッ
チングやRFプラズマによる反応性イオンエッチングに
よるドライエッチングを採用するのが良い。マスク層の
一部を除去した後、パターン膜を除去するには、レジス
トを溶解する溶媒で洗浄するのが良い。
Next, a part of the mask layer not covered with the pattern film is removed by etching. In this etching, the masking material for forming the mask layer is S
When it is iO 2, it is preferable to employ wet etching with an HF aqueous solution or dry etching with reactive ion etching using RF plasma. After removing a part of the mask layer, the pattern film is preferably removed by washing with a solvent that dissolves the resist.

【0022】(2)電界プラズマ処理工程 この発明の方法においては、前述のパターン形成工程の
後に、基板におけるマスク層により被覆されていない部
分、つまり基板の露出面に、電界プラズマ処理をする。
この電界プラズマ処理は、基板に負のバイアス電圧を印
加しつつ、炭素含有化合物のプラズマまたは炭素含有化
合物と水素との混合ガスのプラズマを基板に接触させる
ことにより、行うことができる。この電界プラズマ処理
に使用するガスとしては、炭素含有化合物ガス、あるい
は炭素含有化合物と水素とを含む混合ガスであれば、一
般的なダイヤモンド合成用ガスとして常用されるもの、
あるいは使用可能なものを使用することができる。
(2) Electric Field Plasma Treatment Step In the method of the present invention, after the above-described pattern formation step, electric field plasma treatment is performed on a portion of the substrate that is not covered by the mask layer, that is, on the exposed surface of the substrate.
This electric field plasma treatment can be performed by applying plasma of a carbon-containing compound or plasma of a mixed gas of a carbon-containing compound and hydrogen to the substrate while applying a negative bias voltage to the substrate. As the gas used for the electric field plasma treatment, a carbon-containing compound gas, or a gas mixture containing a carbon-containing compound and hydrogen, which is commonly used as a general diamond synthesis gas,
Alternatively, a usable one can be used.

【0023】前記炭素含有化合物としては、各種炭化水
素類(具体的には、たとえば、メタン、エタン、プロパ
ン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類、エチ
レン、プロピレン、ブテン、ペンテン等のアルケン類、
ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、シクロペンタ
ン、シクロヘキサン等のシクロアルカン類など多種多様
の炭化水素類)、含酸素炭化水素類(具体的には、たと
えば、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレ
ングリコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、
アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ア
セトフェノン等のケトン類、酢酸、プロピオン酸等のカ
ルボン酸類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テ
トラヒドロフラン等のエーテル類など多種多様の酸素含
有炭化水素類)、CO、CO2 など様々な炭素含有化合
物を挙げることができる。なお、これらの中でも、特に
好ましいものとして、たとえば、メタン、メタノール、
アセトン、COなどを例示することができる。なお、こ
れらは一種単独で用いてもよいし、二種以上を混合する
などして併用してもよい。
Examples of the carbon-containing compound include various hydrocarbons (specifically, alkanes such as methane, ethane, propane, butane, pentane and hexane; alkenes such as ethylene, propylene, butene and pentene;
Various kinds of hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, cycloalkanes such as cyclopentane and cyclohexane), oxygen-containing hydrocarbons (specifically, for example, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, Alcohols such as benzyl alcohol,
Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and acetophenone; carboxylic acids such as acetic acid and propionic acid; and various kinds of oxygen-containing hydrocarbons such as ethers such as dimethyl ether, diethyl ether and tetrahydrofuran), various carbons such as CO and CO 2 Compounds may be included. Among these, particularly preferred are, for example, methane, methanol,
Acetone, CO and the like can be exemplified. These may be used alone or in a combination of two or more.

【0024】前記炭素含有化合物と水素との混合ガスを
使用する場合、混合ガス全体に対する炭素含有化合物は
0.05〜99容量%、好ましくは0.1〜80容量
%、特に好ましくは3〜80容量%の割合になっている
のが望ましい。混合ガス中の炭素含有化合物の割合が前
記範囲にあると、基板表面におけるダイヤモンド初期核
の発生密度を著しく増大させることができて好ましい。
When a mixed gas of the carbon-containing compound and hydrogen is used, the content of the carbon-containing compound is 0.05 to 99% by volume, preferably 0.1 to 80% by volume, particularly preferably 3 to 80% by volume based on the whole mixed gas. It is desirable that the ratio is a percentage by volume. When the ratio of the carbon-containing compound in the mixed gas is in the above range, the density of initial diamond nuclei on the substrate surface can be significantly increased, which is preferable.

【0025】前記炭素含有化合物または、炭素含有化合
物と水素との混合ガスをプラズマ化する前記プラズマ処
理の手法としては、特に制限はなく、一般的なダイヤモ
ンドあるいはダイヤモンド膜の気相合成法に利用される
プラズマ法など各種の方法によるプラズマ処理法が適用
可能である。具体的には、たとえば、マイクロ波プラズ
マ法、高周波プラズマ法、熱フィラメント法、ECR
法、アーク放電プラズマを利用したDCアーク法、AC
アーク法、RFアーク法等、あるいこれらの組み合わせ
法などを挙げることができる。これらの中でも、特に、
マイクロ波プラズマ法によるプラズマ処理法等が好適に
採用される。
The method of the plasma treatment for converting the carbon-containing compound or the mixed gas of the carbon-containing compound and hydrogen into plasma is not particularly limited, and is used for general diamond or a vapor phase synthesis method of a diamond film. Various plasma processing methods such as a plasma method can be applied. Specifically, for example, microwave plasma method, high-frequency plasma method, hot filament method, ECR
Method, DC arc method using arc discharge plasma, AC
Examples of the method include an arc method, an RF arc method, and a combination method thereof. Among these,
A plasma processing method using a microwave plasma method is preferably employed.

【0026】このプラズマ処理の反応条件としては、従
来通りの条件によって行うことができ、具体的には、た
とえば、反応系の圧力を10-3〜103 Torrの範
囲、好ましくは0.1〜760Torr、基板温度を室
温〜1,200℃の範囲、好ましくは室温〜1,100
℃の範囲に選定することによって好適に行うことができ
る。
The reaction conditions for the plasma treatment can be the same as those in the past. Specifically, for example, the pressure of the reaction system is in the range of 10 -3 to 10 3 Torr, preferably 0.1 to 3 Torr. 760 Torr, the substrate temperature is in the range from room temperature to 1,200 ° C., preferably from room temperature to 1,100 ° C.
It can be suitably performed by selecting the temperature in the range of ° C.

【0027】前記基板に印加する負のバイアス電圧とし
ては、たとえば、DCバイアスが−500〜−5Vの範
囲、好ましくは−400〜−20Vの範囲になるように
する。また、バイアス電圧が−500〜−5Vの範囲に
なるように、RF単独またはRF+DCバイアスを印加
する方式なども好適に採用される。電界プラズマ処理を
する時間は、通常1秒〜30分である。
The negative bias voltage applied to the substrate is, for example, a DC bias in a range of -500 to -5V, preferably in a range of -400 to -20V. In addition, a method of applying RF alone or an RF + DC bias so that the bias voltage is in the range of −500 to −5 V is also preferably adopted. The time for the electric field plasma treatment is usually 1 second to 30 minutes.

【0028】この発明の方法においては、前記電界プラ
ズマ処理をした後に、後に詳述するところの、必要によ
り行う(3)マスキング除去工程および(4)ダイヤモ
ンド合成工程を行うのであるが、電界プラズマ処理の後
に水素プラズマ処理を行うことが好ましい。また、この
処理を交互に少なくとも2回以上繰り返すこともでき
る。
In the method of the present invention, (3) a masking removing step and (4) a diamond synthesizing step, which will be described in detail later, are performed after the electric field plasma processing. Is preferably followed by a hydrogen plasma treatment. Further, this processing can be alternately repeated at least twice or more.

【0029】この水素プラズマ処理に使用される水素ガ
スとしては特に限定はないのであるが、通常高純度に精
製した水素ガスが使用される。また、前述した電界プラ
ズマ処理において水素ガスが使用されるときには、その
水素ガスを引き続き使用することもできる。
Although there is no particular limitation on the hydrogen gas used in the hydrogen plasma treatment, a hydrogen gas purified to a high purity is usually used. When hydrogen gas is used in the above-described electric field plasma processing, the hydrogen gas can be used continuously.

【0030】水素ガスをプラズマ化する前記プラズマ処
理の手法としては、特に制限はなく、一般的なダイヤモ
ンドあるいはダイヤモンド膜の気相合成法に利用される
プラズマ化法など各種の方法によるプラズマ処理法が適
用可能である。具体的には、たとえば、マイクロ波プラ
ズマ法、高周波プラズマ法、熱フィラメント法、ECR
法、アーク放電プラズマ法等、あるいこれらの組み合わ
せ法などを挙げることができる。これらの中でも、特
に、マイクロ波プラズマ法によるプラズマ処理法等が好
適に採用される。この水素プラズマ処理の反応条件とし
ては、前記電界プラズマ処理における条件とほぼ同様で
ある。水素プラズマ処理をする時間は、通常1秒〜30
分である。
The method of plasma treatment for converting hydrogen gas into plasma is not particularly limited, and a plasma treatment method by various methods such as a plasma treatment method used for a general vapor phase synthesis method of diamond or a diamond film is used. Applicable. Specifically, for example, microwave plasma method, high-frequency plasma method, hot filament method, ECR
Method, an arc discharge plasma method, or a combination thereof. Among these, a plasma processing method using a microwave plasma method is particularly preferably employed. The reaction conditions for the hydrogen plasma treatment are almost the same as the conditions for the electric field plasma treatment. The time for the hydrogen plasma treatment is usually 1 second to 30 seconds.
Minutes.

【0031】この発明の方法においては、前述した電界
プラズマ処理と水素プラズマ処理とを交互に少なくとも
2回繰り返すのが好ましい。この二種のプラズマ処理を
交互に繰り返す好適な態様として、例えば、反応系に水
素ガスを継続して流通させておき、炭素含有化合物を一
定流量で反応系に一定時間毎に断続して流通させると共
に炭素含有化合物を流通させるのに同期して反応系内の
基板に負バイアスを印加することを、挙げることができ
る。この態様においては、炭素含有化合物の流通をON
/OFFし、基板に対する負バイアス電圧のON/OF
Fを制御するだけで良いので、操作が簡便である。
In the method of the present invention, the above-described electric field plasma treatment and hydrogen plasma treatment are preferably alternately repeated at least twice. As a preferred embodiment of alternately repeating the two types of plasma treatment, for example, hydrogen gas is continuously passed through the reaction system, and the carbon-containing compound is intermittently passed through the reaction system at a constant flow rate at a constant flow rate. And applying a negative bias to the substrate in the reaction system in synchronization with the flow of the carbon-containing compound. In this embodiment, the distribution of the carbon-containing compound is turned on.
/ OFF, ON / OF of the negative bias voltage for the substrate
Since only F needs to be controlled, the operation is simple.

【0032】この発明の方法においては、前述した電界
プラズマ処理と水素プラズマ処理とを交互に少なくとも
2回繰り返すと、ダイヤモンド初期核の発生密度がより
一層高くなり、不純物の少ない、したがって結晶性の良
好なダイヤモンドを、基板に対する密着性良く製造する
ことができる。以上のようにして、基板に電界プラズマ
処理を施すことによって、あるいは電界プラズマ処理と
水素プラズマ処理とを交互に少なくとも2回以上繰り返
すことによって、基板にダイヤモンド初期核を高密度に
効率よく生成させることができる。
In the method of the present invention, when the above-described electric field plasma treatment and hydrogen plasma treatment are alternately repeated at least twice, the generation density of diamond initial nuclei is further increased, the number of impurities is small, and the crystallinity is good. Diamond can be manufactured with good adhesion to the substrate. As described above, by subjecting the substrate to the electric field plasma treatment or alternately repeating the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment at least twice or more, the diamond initial nuclei are efficiently and densely generated on the substrate. Can be.

【0033】(3)マスキング除去工程 この発明の方法においては、前記電界プラズマ処理をし
てから、場合により前記電界プラズマ処理と水素プラズ
マ処理とを交互に少なくとも2回以上繰り返してから、
前記マスク層を除去するのである。もっとも、この前記
電界プラズマ処理をしてから、場合により前記電界プラ
ズマ処理と水素プラズマ処理とを交互に少なくとも2回
以上繰り返してから、後に詳述するダイヤモンド合成工
程を実行し、その後にこのマスキング除去工程を実行し
ても良い。
(3) Masking Removal Step In the method of the present invention, after the electric field plasma treatment, the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment are optionally repeated at least twice or more, if necessary.
The mask layer is removed. However, after the electric field plasma processing, the electric field plasma processing and the hydrogen plasma processing are alternately repeated at least two times or more, and then a diamond synthesizing step described in detail later is executed. The steps may be performed.

【0034】また、前記マスク層は、ダイヤモンド合成
プラズマ中でマスク材がエッチングされるので、マスキ
ング除去工程を省略することができる場合もある。マス
ク層を除去するには、ウエットエッチング法とドライエ
ッチング法とのいずれをも採用することができる。
Further, since the mask material of the mask layer is etched in the diamond synthetic plasma, the masking removing step may be omitted in some cases. To remove the mask layer, either a wet etching method or a dry etching method can be employed.

【0035】このウエットエッチング法としては、例え
ばマスク層がSiO2 で形成されているときにはHF水
溶液で処理する手法を挙げることができる。HF水溶液
でマスク層付きの基板を洗浄するとSiO2 を効果的に
除去することができる。
As the wet etching method, for example, when the mask layer is formed of SiO 2 , a method of treating with a HF aqueous solution can be used. When the substrate with the mask layer is washed with an HF aqueous solution, SiO 2 can be effectively removed.

【0036】他方、ドライウエッチング法としては、一
般的に用いられているプラズマ法などの手法を採用する
ことができる。このマスク層は、完全に除去しても良い
が、その表層部について部分的に除去すれば良い場合も
ある。
On the other hand, as the dry etching method, a method such as a commonly used plasma method can be employed. The mask layer may be completely removed, but in some cases, the mask layer may be partially removed.

【0037】(4)ダイヤモンド合成工程 この発明の方法においては、前記のような前処理を施し
た後に、前記基板上に気相合成法により炭素源ガスを用
いてダイヤモンドを形成する。上記炭素源ガスとして
は、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のパ
ラフィン系炭化水素;エチレン、プロピレン、ブチレン
等のオレフィン系炭化水素;アセチレン、アリレン等の
アセチレン系炭化水素;ブタジエン、アレン等のジオレ
フィン系炭化水素;シクロプロパン、シクロブタン、シ
クロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;シ
クロブタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフ
タレン等の芳香族炭化水素;アセトン、ジエチルケト
ン、ベンゾフェノン等のケトン類;メタノール、エタノ
ール等のアルコール類;このほかの含酸素炭化水素;ト
リメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;この
ほかの含窒素炭化水素;炭酸ガス、一酸化炭素、過酸化
炭素などを挙げることができる。また前記各種の化合物
を混合して使用することもできる。
(4) Diamond Synthesis Step In the method of the present invention, after performing the above pretreatment, diamond is formed on the substrate by a gas phase synthesis method using a carbon source gas. Examples of the carbon source gas include paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane; olefinic hydrocarbons such as ethylene, propylene and butylene; acetylenic hydrocarbons such as acetylene and allylene; butadiene and allene Diolefinic hydrocarbons; alicyclic hydrocarbons such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as cyclobutadiene, benzene, toluene, xylene, and naphthalene; ketones such as acetone, diethyl ketone, and benzophenone Alcohols such as methanol and ethanol; other oxygen-containing hydrocarbons; amines such as trimethylamine and triethylamine; other nitrogen-containing hydrocarbons; carbon dioxide, carbon monoxide, and carbon peroxide. Further, the above various compounds can be used as a mixture.

【0038】これらの中でも、好ましいのはメタン、エ
タン、プロパン等のパラフィン系炭化水素、エタノー
ル、メタノール等のアルコール類、アセトン、ベンゾフ
ェノン等のケトン類、トリメチルアミン、トリエチルア
ミン等のアミン類、炭酸ガス、一酸化炭素であり、特に
一酸化炭素が好ましい。なお、これらは一種単独で用い
てもよく、二種以上を混合ガス等として併用してもよ
い。また、これらは水素等の活性ガスやヘリウム、アル
ゴン、ネオン、キセノン、窒素等の不活性ガスと混合し
て用いてもよい。
Of these, preferred are paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane and propane; alcohols such as ethanol and methanol; ketones such as acetone and benzophenone; amines such as trimethylamine and triethylamine; carbon dioxide; It is carbon oxide, and carbon monoxide is particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more as a mixed gas. These may be mixed with an active gas such as hydrogen or an inert gas such as helium, argon, neon, xenon, or nitrogen.

【0039】前記ダイヤモンドの形成には、公知の方
法、例えば、CVD法、PVD法、PCVD法、あるい
はこれらを組み合せた方法等、各種のダイヤモンド気相
合成法を使用することができ、これらの中でも、通常、
EACVD法を含めた各種の熱フィラメント法、熱プラ
ズマ法を含めた各種の直流プラズマCVD法、熱プラズ
マ法を含めたマイクロ波プラズマCVD法等を好適に使
用することができる。
Various diamond gas-phase synthesis methods such as a CVD method, a PVD method, a PCVD method, or a combination thereof can be used for forming the diamond. ,Normal,
Various hot filament methods including the EACVD method, various DC plasma CVD methods including the thermal plasma method, microwave plasma CVD methods including the thermal plasma method, and the like can be suitably used.

【0040】ダイヤモンドの形成条件としては、特に制
限はなく、前記の気相合成法に通常用いられる反応条件
を適用することができる。例えば、反応圧力としては、
通常、10-6〜103 Torrが好ましく、特に1〜7
60Torrの範囲内であるのが好ましい。反応圧力が
10-6Torrよりも低い場合には、ダイヤモンドの形
成速度が遅くなることがある。また、103 Torrよ
り高い場合には、103 Torrのときに得られる効果
に比べて、それ以上の効果がない。
The conditions for forming diamond are not particularly limited, and the reaction conditions usually used in the above-mentioned vapor phase synthesis method can be applied. For example, as the reaction pressure,
Usually, 10 -6 to 10 3 Torr is preferable, and especially 1 to 7 Torr
It is preferably within the range of 60 Torr. If the reaction pressure is lower than 10 -6 Torr, the diamond formation rate may be slow. Also, if higher than 10 3 Torr, as compared to the effect obtained when the 10 3 Torr, there is no further effect.

【0041】前記基板の表面温度としては、前記炭素源
ガスの活性化手段等により異なるので、一概に規定する
ことはできないが、通常、室温〜1,200℃、好まし
くは、室温〜1,100℃の範囲内にするのがよい。こ
の温度が室温よりも低い場合には、結晶性のダイヤモン
ドの膜の形成が不十分になることがある。また、温度が
1,200℃を超える場合においては、形成されたダイ
ヤモンド膜のエッチングが生じ易くなる。
Since the surface temperature of the substrate varies depending on the means for activating the carbon source gas and the like, it cannot be specified unconditionally, but is usually from room temperature to 1,200 ° C., preferably from room temperature to 1,100 ° C. The temperature should be within the range of ° C. If this temperature is lower than room temperature, formation of a crystalline diamond film may be insufficient. If the temperature exceeds 1,200 ° C., the formed diamond film is likely to be etched.

【0042】反応時間としては、特に限定はなく、ダイ
ヤモンド膜が所望の厚みとなるように、ダイヤモンドの
形成速度に応じて適宜に設定するのが好ましい。形成さ
せる前記ダイヤモンド膜の膜厚は、使用目的等に応じて
適宜に適当な膜厚にすればよく、この意味で特に制限は
ないが、通常は、0.2〜100μmの範囲に選定する
のがよい。この膜厚が、あまり薄すぎると、ダイヤモン
ド膜による被覆効果が十分に得られないことがあり、一
方、あまり厚すぎると、使用条件によっては、ダイヤモ
ンド膜の剥離等の離脱が生じることがある。
The reaction time is not particularly limited, and is preferably set appropriately in accordance with the diamond formation speed so that the diamond film has a desired thickness. The thickness of the diamond film to be formed may be appropriately determined depending on the purpose of use and the like, and is not particularly limited in this sense, but is usually selected in the range of 0.2 to 100 μm. Is good. If the film thickness is too small, the coating effect of the diamond film may not be sufficiently obtained. On the other hand, if the film thickness is too large, separation such as peeling of the diamond film may occur depending on use conditions.

【0043】以上のようにして、基板面上に選択的にダ
イヤモンド膜を形成させることができる。本発明の方法
は、不純物の混入の危険性もなく、簡便で自由度の大き
い優れたダイヤモンド膜のパターンを選択的に形成する
ことができ、たとえば、半導体デバイス等の各種の電子
材料の製造やマイクロマシンニング等の分野など各種の
ダイヤモンド膜パターン形成関連分野に好適に利用する
ことができる。
As described above, a diamond film can be selectively formed on a substrate surface. The method of the present invention can selectively form an excellent diamond film pattern easily and with a high degree of freedom without danger of contamination of impurities, for example, in the production of various electronic materials such as semiconductor devices and the like. It can be suitably used in various fields related to diamond film pattern formation, such as the field of micromachining.

【0044】[0044]

【実施例】以下、この発明の実施例およびその比較例に
よってこの発明をより具体的に説明するが、この発明は
これらの実施例に限定されるものではない。 (実施例1) −パターン形成工程− 基板としてシリコンウエハを用いた。このシリコンウエ
ハを電子ビーム蒸着装置内に装填し、以下の蒸着条件に
て、シリコンウエハの表側表面全面に、SiO2 からな
る絶縁層を形成した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples thereof, but the present invention is not limited to these Examples. (Example 1)-Pattern forming process-A silicon wafer was used as a substrate. This silicon wafer was loaded into an electron beam evaporation apparatus, and an insulating layer made of SiO 2 was formed on the entire front surface of the silicon wafer under the following evaporation conditions.

【0045】◎蒸着条件 圧力 ;1.2×10-5Torr シリコンウエハの温度;200℃ 電子ビーム電流 ;30mA 電子ビーム電圧 ;10kV 蒸着時間 ;15分 次いで、絶縁層を形成した基板を蒸着装置から取り出
し、絶縁層上の一部分にグリースを塗布し、乾燥させ
た。
◎ Evaporation conditions Pressure; 1.2 × 10 -5 Torr Silicon wafer temperature; 200 ° C. Electron beam current; 30 mA Electron beam voltage: 10 kV Evaporation time: 15 minutes Next, the substrate on which the insulating layer was formed was removed from the evaporation apparatus. It was taken out, grease was applied to a part on the insulating layer, and dried.

【0046】次いで、一部分にグリースを塗布した基板
をHF水溶液(濃度46モル%)に1分間浸漬すること
によりSiO2 からなる絶縁材料層のうちパターン膜に
より被覆されていない部分をエッチングした。その後
に、純水で基板を2回洗浄した。純水による洗浄の後に
トリクレンで洗浄することにより、部分的に塗布したグ
リースを除去して、絶縁材料によるマスク層付きの基板
を得た。その後に更に、このマスク層付きの基板をアセ
トンで2回洗浄した。
Next, the part of the insulating material layer made of SiO 2 , which was not covered with the pattern film, was etched by immersing the part of the substrate on which the grease was applied in a HF aqueous solution (concentration: 46 mol%) for one minute. Thereafter, the substrate was washed twice with pure water. By washing with pure water after washing with pure water, the grease partially applied was removed to obtain a substrate with a mask layer made of an insulating material. Thereafter, the substrate with the mask layer was further washed twice with acetone.

【0047】−電界プラズマ処理工程− 次いで、このマスク層付きの基板をCVD装置内のチャ
ンバーに装填し、以下の電界プラズマ処理条件および水
素プラズマ処理条件にて、電界プラズマ処理と水素プラ
ズマ処理とを5回繰り返した。マスク層により被覆され
ていない基板表面が電界プラズマ処理および水素プラズ
マ処理を受けた。
Next, the substrate with the mask layer is loaded into a chamber in a CVD apparatus, and the electric field plasma processing and the hydrogen plasma processing are performed under the following electric field plasma processing conditions and hydrogen plasma processing conditions. Repeated 5 times. The substrate surface not covered by the mask layer was subjected to electric field plasma treatment and hydrogen plasma treatment.

【0048】◎電界プラズマ処理条件 チャンバー内に供給したガスの種類と流量; 水素ガス ;20SCCM メタンガス;50SCCM ガスをプラズマ化するのに要したマイクロ波のパワー;
350W 基板に印加したDCバイアス電圧;−100V チャンバー内の圧力;15Torr 基板の温度;900℃ 電界プラズマ処理をした時間;5分 ◎水素プラズマ処理条件 チャンバー内に供給した水素ガスの流量;100SCC
M ガスをプラズマ化するのに要したマイクロ波のパワー;
350W チャンバー内の圧力;30Torr 基板の温度;900℃ 水素プラズマ処理をした時間;5分。
◎ Electric field plasma processing conditions Type and flow rate of gas supplied into the chamber; Hydrogen gas; 20 SCCM methane gas; Microwave power required to convert 50 SCCM gas into plasma;
350 W DC bias voltage applied to the substrate; -100 V Chamber pressure; 15 Torr Substrate temperature; 900 ° C. Electric field plasma processing time; 5 minutes ◎ Hydrogen plasma processing conditions Flow rate of hydrogen gas supplied into chamber; 100 SCC
Microwave power required to convert M gas into plasma;
350 W Pressure in chamber; 30 Torr Substrate temperature; 900 ° C. Time for hydrogen plasma treatment; 5 minutes.

【0049】−マスキング除去工程− その後、絶縁材料によるマスク付きの基板をHF水溶液
(濃度46モル%)に1分間浸漬することによりマスク
層を基板から除去した。そして、上記処理後の基板をC
VD装置のチャンバー内に装填し、以下の条件の下にダ
イヤモンド膜を合成した。
-Masking Removal Step- Thereafter, the substrate with the mask made of an insulating material was immersed in an aqueous HF solution (concentration: 46 mol%) for 1 minute to remove the mask layer from the substrate. Then, the substrate after the above processing is
It was loaded into the chamber of the VD apparatus, and a diamond film was synthesized under the following conditions.

【0050】−ダイヤモンド合成工程− ◎ダイヤモンド合成条件 チャンバー内に供給した炭素源ガスの種類と流量; COガス;10SCCM H2 ガス;90SCCM ガスをプラズマ化するのに要したマイクロ波のパワー;
350W チャンバー内の圧力;40Torr 基板の温度;900℃ ダイヤモンド合成をした時間;10分。
Diamond synthesis step Diamond synthesis conditions Type and flow rate of carbon source gas supplied into the chamber; CO gas; 10 SCCM H 2 gas; 90 SCCM microwave power required to convert gas into plasma;
350 W Pressure in chamber; 40 Torr Substrate temperature; 900 ° C. Time for diamond synthesis; 10 minutes.

【0051】以上の結果として、電界プラズマ処理およ
び水素プラズマ処理を受けた基板表面には、ダイヤモン
ド膜が選択的に形成されていた。また、上記の電界プラ
ズマ処理および水素プラズマ処理を施した部分と施さな
かった部分とにおけるダイヤモンドの核発生密度の差を
観察するために、電界プラズマ処理および水素プラズマ
処理を受けた部分(処理部)とそうでない部分(未処理
部)とのそれぞれにおける核発生状態をSEMによって
観察した。その結果、核発生密度は、該処理部では、2
×1010個/cm2 と著しく高い値を示し、一方、未処
理部では、4×104 個/cm2 であり著しく低い値を
示すことがわかった。
As a result, a diamond film was selectively formed on the substrate surface subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment. Further, in order to observe the difference in the nucleation density of diamond between the part subjected to the above-described electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment and the part not subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment, a part subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment (processing part) The state of nucleation in each of the non-treated part and the untreated part (untreated part) was observed by SEM. As a result, the nucleation density is 2
It was found to be a remarkably high value of × 10 10 pieces / cm 2 , while the untreated portion was 4 × 10 4 pieces / cm 2 , showing a remarkably low value.

【0052】(比較例1)前記実施例1において、電界
プラズマ処理工程を実施する代わりに、以下の条件の超
音波傷付け処理をした外は、前記実施例1と同様にし
て、ダイヤモンド膜を合成した。
(Comparative Example 1) A diamond film was synthesized in the same manner as in Example 1 except that an ultrasonic damage treatment was performed under the following conditions instead of performing the electric field plasma processing step. did.

【0053】◎超音波傷付け処理の条件 SiO2 からなるマスク層付き基板を浸漬した溶液;粒
径5〜12μmのダイヤモンド砥粒を1重量%の割合で
含有するアセトン懸濁液 超音波処理した時間;15分 以上の結果として、基板における超音波傷付け処理を受
けた部分およびそうでない部分の両方に、ダイヤモンド
膜が形成されていた。
◎ Condition of ultrasonic scratching treatment A solution in which a substrate with a mask layer made of SiO 2 is immersed; an acetone suspension containing diamond abrasive grains having a particle size of 5 to 12 μm at a ratio of 1% by weight Time of ultrasonic treatment 15 minutes As a result, the diamond film was formed on both the portion of the substrate that was subjected to the ultrasonic damage treatment and the portion that was not.

【0054】また、上記の超音波傷付け処理を施した部
分と施さなかった部分とにおけるダイヤモンドの核発生
密度の差を観察するために、超音波傷付け処理を受けた
部分(処理部)とそうでない部分(未処理部)とのそれ
ぞれにおける核発生状態をSEMによって観察した。そ
の結果、核発生密度は、該処理部では、2×108 個/
cm2 と著しく高い値を示し、一方、未処理部では、5
×104 個/cm2 であった。
In order to observe the difference in the nucleation density of diamond between the portion subjected to the above-described ultrasonic damage treatment and the portion not subjected to the ultrasonic damage treatment, the portion subjected to the ultrasonic damage treatment (processed portion) and the portion not subjected to the ultrasonic damage treatment were treated. The state of nucleation in each of the portions (untreated portions) was observed by SEM. As a result, the nucleation density was 2 × 10 8 /
cm 2, which is significantly higher than that of the untreated part.
× 10 4 pieces / cm 2 .

【0055】(実施例2)前記実施例1において、マス
キング除去工程とダイヤモンド合成工程とを逆転させた
外は、前記実施例1と同様に実施した。その結果とし
て、電界プラズマ処理および水素プラズマ処理を受けた
基板表面には、ダイヤモンド膜が選択的に形成されてい
た。すなわち、得られたダイヤモンド膜は、基板上の電
界プラズマ処理および水素プラズマ処理を受けた部分の
みに選択的に形成され、それ以外の部分には形成されな
いことが確認された。
Example 2 Example 2 was performed in the same manner as in Example 1 except that the masking removal step and the diamond synthesis step were reversed. As a result, a diamond film was selectively formed on the substrate surface subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment. That is, it was confirmed that the obtained diamond film was selectively formed only on the portion of the substrate that was subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment, and was not formed on other portions.

【0056】また、上記の電界プラズマ処理および水素
プラズマ処理を施した部分と施さなかった部分とにおけ
るダイヤモンドの核発生密度の差を観察するために、電
界プラズマ処理および水素プラズマ処理を受けた部分
(処理部)とそうでない部分(未処理部)とのそれぞれ
における核発生状態をSEMによって観察した。その結
果、核発生密度は、該処理部では、2×1010個/cm
2 と著しく高い値を示し、一方、未処理部では、0個/
cm2 であった。なお、SiO2 マスキング材を除去す
る前の核発生状態を観察した結果、SiO2 マスキング
層上での核発生密度は、7×103 個/cm2 であっ
た。この状態でも高い選択性が得られている。
In order to observe the difference in the nucleation density of diamond between the portion subjected to the above-described electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment and the portion not subjected to the electric field plasma treatment and the hydrogen plasma treatment, The nucleation state in each of the treated part) and the non-treated part (untreated part) was observed by SEM. As a result, the nucleation density was 2 × 10 10 / cm
2 and a very high value.
cm 2 . As a result of observing the nucleation state before removing the SiO 2 masking material, the nucleation density on the SiO 2 masking layer was 7 × 10 3 / cm 2 . Even in this state, high selectivity is obtained.

【0057】(比較例2)前記実施例2において、電界
プラズマ処理工程を実施する代わりに、比較例1におけ
るのと同様の条件で超音波傷付け処理をした外は、前記
実施例2と同様にして、ダイヤモンド膜を合成した。そ
の結果として、基板における超音波傷付け処理を受けた
部分にのみ、ダイヤモンド膜が形成されていた。
(Comparative Example 2) In the same manner as in the above-mentioned Example 2, except that the ultrasonic scratching treatment was performed under the same conditions as in Comparative Example 1 instead of performing the electric field plasma processing step in the above-mentioned Example 2. Thus, a diamond film was synthesized. As a result, the diamond film was formed only on the portion of the substrate that had been subjected to the ultrasonic damage treatment.

【0058】また、上記の超音波傷付け処理を施した部
分と施さなかった部分とにおけるダイヤモンドの核発生
密度の差を観察するために、超音波傷付け処理を受けた
部分(処理部)とそうでない部分(未処理部)とのそれ
ぞれにおける核発生状態をSEMによって観察した。そ
の結果、核発生密度は、該処理部では、2×108 個/
cm2 と著しく高い値を示し、一方、未処理部では、0
個/cm2 であった。なお、SiO2 マスキング材を除
去する前の核発生状態を観察した結果、SiO2 マスキ
ング層上での核発生密度は、4×106 個/cm2 であ
った。
In order to observe the difference in the nucleation density of diamond between the portion subjected to the above-described ultrasonic damage treatment and the portion not subjected to the ultrasonic damage treatment, the portion subjected to the ultrasonic damage treatment (processed portion) and the portion not subjected to the ultrasonic damage treatment were observed. The state of nucleation in each of the portions (untreated portions) was observed by SEM. As a result, the nucleation density was 2 × 10 8 /
cm 2, which was extremely high, while
Pieces / cm 2 . In addition, as a result of observing the nucleation state before removing the SiO 2 masking material, the nucleation density on the SiO 2 masking layer was 4 × 10 6 / cm 2 .

【0059】(実施例3) −パターン形成工程− 基板としてシリコンウエハを用いた。熱酸化炉を使用し
て、酸化ガス雰囲気中、このシリコンウエハを予め11
00℃で4時間酸化処理した。この結果、表面に0.3
μmの熱酸化膜が生成した。次いで、この熱酸化膜の面
上にレジスト(OFPR−800:東京応化工業製)を
スピンコータ−により厚さ1μmに塗布し、その上を、
3μm四方の正方形の孔を3μm間隔に設けたマトリッ
クスで覆った。これに上方からコンタクト露光した後、
現像、リンスをすることにより、レジストのマトリック
スパターンを得た。次に、これをフッ化水素の1%水溶
液に浸して、ドット状にレジストの溶解除去を行なっ
た。
Example 3 Pattern-Forming Step A silicon wafer was used as a substrate. Using a thermal oxidation furnace, this silicon wafer was previously immersed in an oxidizing gas atmosphere.
Oxidation treatment was performed at 00 ° C. for 4 hours. As a result, 0.3
A μm thermal oxide film was formed. Next, a resist (OFPR-800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on the surface of the thermal oxide film to a thickness of 1 μm by a spin coater, and the surface is coated with
A 3 μm square hole was covered with a matrix provided at 3 μm intervals. After contact exposure from above,
By developing and rinsing, a resist matrix pattern was obtained. Next, the resist was immersed in a 1% aqueous solution of hydrogen fluoride to dissolve and remove the resist in the form of dots.

【0060】−電界プラズマ処理− 次に、上記で得たシリカの膜付き基板をCVD装置内の
チャンバーに装填し、以下の条件で電界プラズマ処理を
行なった。
Next, the substrate with the silica film obtained above was loaded into a chamber in a CVD apparatus, and an electric field plasma treatment was performed under the following conditions.

【0061】◎電界プラズマ処理条件 チャンバー内に供給したガスの種類と流量; 水素ガス ;20SCCM メタンガス;50SCCM ガスをプラズマ化するのに要したマイクロ波のパワー;
350W 基板に印加したDCバイアス電圧;−100V チャンバー内の圧力;15Torr 基板の温度;900℃ 電界プラズマ処理をした時間;5分。
Electric field plasma processing conditions Type and flow rate of gas supplied into the chamber; Hydrogen gas; 20 SCCM methane gas; 50 SCCM microwave power required to convert gas into plasma;
DC bias voltage applied to 350 W substrate; -100 V Pressure in chamber; 15 Torr Temperature of substrate; 900 ° C. Time of electric field plasma treatment; 5 minutes.

【0062】−ダイヤモンドの合成− ◎ダイヤモンド合成条件 チャンバー内に供給した炭素源ガスの種類と流量; COガス;10SCCM H2 ガス;90SCCM ガスをプラズマ化するのに要したマイクロ波のパワー;
350W チャンバー内の圧力;40Torr 基板の温度;900℃ ダイヤモンド合成をした時間;10分。
—Synthesis of Diamond— ◎ Diamond Synthesis Conditions Type and flow rate of carbon source gas supplied into the chamber; CO gas; 10 SCCM H 2 gas; 90 SCCM microwave power required to turn gas into plasma;
350 W Pressure in chamber; 40 Torr Substrate temperature; 900 ° C. Time for diamond synthesis; 10 minutes.

【0063】以上により、3μm四方のドットパターン
にのみダイヤモンド膜が形成され、SiO2 でマスクし
た部分には全くダイヤモンドの生成は見られなかった。
As described above, a diamond film was formed only in a dot pattern of 3 μm square, and no diamond was formed in a portion masked with SiO 2 .

【0064】(実施例4)マスキング材として、Si3
4 を用い、圧力0.002Torr、出力50Wの条
件でマグネトロンスパッタリング法によりマスク層を形
成したほかは、実施例3と同様にした。この結果、実施
例3と同様に、ドットパターンにのみダイヤモンドが生
成し、Si34 でマスクした部分にはダイヤモンドの
生成は全く見られなかった。
Example 4 Si 3 was used as a masking material.
Example 3 was carried out in the same manner as in Example 3 except that a mask layer was formed by magnetron sputtering under the conditions of N 4 and a pressure of 0.002 Torr and an output of 50 W. As a result, as in Example 3, diamond was generated only in the dot pattern, and no diamond was generated in the portion masked with Si 3 N 4 .

【0065】[0065]

【発明の効果】この発明によると、基板における所定の
領域にダイヤモンド初期核の発生密度を増大させ、密着
性に優れた所定形状のダイヤモンド膜のパターンを選択
的に形成することができる。
According to the present invention, it is possible to increase the density of initial diamond nuclei in a predetermined region of a substrate and selectively form a diamond film pattern of a predetermined shape having excellent adhesion.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−115194(JP,A) 特開 平3−215392(JP,A) 特開 昭62−297298(JP,A) 特開 平4−357194(JP,A) 特開 昭63−34927(JP,A) S.YUGO et al.,”Ge neration of diamon d nuclei by electr ic field in plasma chemical vapor de position”,Applied Physics Letters,Vo l.58,No.10,11 Mar.1991, p.1036−1038 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/205 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (56) References JP-A-3-115194 (JP, A) JP-A-3-215392 (JP, A) JP-A-62-297298 (JP, A) JP-A-4-357194 (JP) , A) JP-A-63-34927 (JP, A) YUGO et al. , "Generation of diamonds by electric field in plasma chemical vapor de position", Applied Physics Letters, Vol. 58, No. 10, 11 Mar. 1991, p. 1036-1038 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 H01L 21/205 CA (STN) JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上にマスキング材でパターンを形成
した後に、電界プラズマ処理(水素プラズマ処理を除
く。)を行い、次いで水素プラズマ処理を行い、気相法
によるダイヤモンドの合成を行うことを特徴とするダイ
ヤモンドの選択形成方法。
After forming a pattern on a substrate with a masking material, an electric field plasma process (excluding a hydrogen plasma process) is performed.
Good. ), And then performing a hydrogen plasma treatment to synthesize diamond by a gas phase method.
【請求項2】 前記マスキング材が電気絶縁性のマスキ
ング材である前記請求項1に記載のダイヤモンドの選択
形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the masking material is an electrically insulating masking material.
【請求項3】 ダイヤモンドの合成後に、マスキング材
を除去する前記請求項2に記載のダイヤモンドの選択形
成方法。
3. The method according to claim 2, wherein the masking material is removed after the diamond is synthesized.
【請求項4】 電気絶縁性のマスキング材が、シリカ、
窒化ケイ素、炭化ケイ素から選択される少なくとも1種
である前記請求項2に記載のダイヤモンドの選択形成方
法。
4. An electrically insulating masking material comprising silica,
3. The method according to claim 2, wherein the method is at least one selected from silicon nitride and silicon carbide.
【請求項5】 基板上にマスキング材でパターンを形成
した後に、基板に電界プラズマ処理と水素プラズマ処理
との組合せからなるプラズマ処理を行い、マスキング材
を除去してから、気相法によるダイヤモンド合成を行う
ことを特徴とするダイヤモンドの選択形成方法。
5. After forming a pattern on a substrate with a masking material, the substrate is subjected to a plasma treatment comprising a combination of an electric field plasma treatment and a hydrogen plasma treatment, and the masking material is removed. And a method for selectively forming diamond.
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