JP3296148B2 - Wafer and method of manufacturing the same - Google Patents
Wafer and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、SAW(弾性表面波素
子)、サ−ミスタ、半導体デバイス用(トランジスタ、
センサ、ダイオ−ド)基板或いは、耐圧ディスク、ディ
スク保護膜、X線窓などに利用できるダイヤモンドウエ
ハ−とその製造方法に関する。ダイヤモンドはヤング率
と密度の比で決まる音速が極めて大きい。このため、表
面弾性波の速度も抜群に速い。SAWの基板素子として
期待されている。SAWはフィルタ、位相シフタ、コン
ボルバなどの用途がある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a SAW (surface acoustic wave element), a thermistor, and a semiconductor device (transistor,
The present invention relates to a diamond wafer that can be used as a sensor, a diode) substrate, a pressure-resistant disk, a disk protective film, an X-ray window, and the like, and a method of manufacturing the same. Diamond has a very high sound speed determined by the ratio of Young's modulus to density. Therefore, the speed of the surface acoustic wave is also extremely high. It is expected as a SAW substrate element. The SAW has applications such as a filter, a phase shifter, and a convolver.
【0002】ダイヤモンドは優れた物理的、化学的性質
を持つ。しかし、大面積で安価な材料ができない。超高
圧合成法は、バルクのダイヤモンドを作ることができる
が、小さい粒子状のものしかできない。精々数mm角の
小粒子である。大きくても1センチ角である。小さいも
のしか製造できない。従ってダイヤモンドウエハ−とい
えるような薄い板状の広い面積を持つものは未だに存在
しない。SiやGaAsのように、太い単結晶のインゴ
ットをブリッジマン法によって引き上げることができれ
ばよいのであるが、ダイヤモンドの場合これができな
い。バルク結晶からなるダイヤモンドウエハ−を製造す
ることはできない。[0002] Diamond has excellent physical and chemical properties. However, large-area, inexpensive materials cannot be obtained. Ultra-high pressure synthesis can produce bulk diamond, but only small particles. Small particles of at most a few mm square. At most it is 1 cm square. Only small things can be manufactured. Therefore, there is not yet a thin wafer having a large area like a diamond wafer. It suffices if a thick single crystal ingot such as Si or GaAs can be pulled up by the Bridgman method, but diamond cannot do this. Diamond wafers made of bulk crystals cannot be manufactured.
【0003】エレクトロニクスの分野で利用できるため
には、少なくとも1インチ径以上の大きさのウエハ−を
必要とする。2インチ、3インチ、あるいは5インチ径
のウエハ−が製造できることが切に望まれる。またデバ
イスの製造ラインに乗るためには、厚みが1mm以下で
あることが必要である。1インチ以上、1mm以下の多
結晶ダイヤモンドウエハ−が切に望まれる。さらにそれ
だけでなく、単結晶のダイヤモンドウエハ−ができれば
もっと好都合である。Si半導体やGaAs半導体によ
り、特性の安定した素子を製造することができるように
なったのは、高品質の単結晶のウエハ−が存在したから
である。In order to be usable in the field of electronics, a wafer having a diameter of at least 1 inch is required. It is highly desirable that wafers having a diameter of 2 inches, 3 inches or 5 inches can be manufactured. Further, in order to get on a device production line, the thickness needs to be 1 mm or less. A polycrystalline diamond wafer of 1 inch or more and 1 mm or less is urgently desired. Furthermore, it would be more convenient if a single crystal diamond wafer could be made. The reason why an element having stable characteristics can be manufactured using a Si semiconductor or a GaAs semiconductor is that a high-quality single crystal wafer is present.
【0004】[0004]
【従来の技術】ダイヤモンドは気相合成法により薄膜が
できるようになっている。これは加熱された適当な基板
の上に原料ガスを流して、ダイヤモンドの薄膜を気相成
長させる方法である。少なくとも水素ガスと炭化水素ガ
ス、或いは前記ガスにホウ素を含むガス、窒素を含むガ
スを原料ガスとして導入し、加熱された基板に与えて、
化学反応により薄膜合成し、これを基板の上に積んでゆ
くものである。ガスを励起する方法として幾つかの方法
が知られている。熱フィラメント法、マイクロ波プラズ
マCVD法、高周波プラズマCVD法、DCプラズマジ
ェットCVD法などがある。方法によっては面積の広い
ダイヤモンドの膜を製造することもできる。しかし合成
速度が遅いので、あまり厚い膜は作りにくい。時間をか
ければ、かなり厚い膜を作ることもできる。2. Description of the Related Art Diamond is formed into a thin film by a vapor phase synthesis method. This is a method in which a raw material gas is flowed on a suitable heated substrate to vapor-grow a diamond thin film. At least hydrogen gas and hydrocarbon gas, or a gas containing boron in the gas, a gas containing nitrogen is introduced as a source gas, and given to a heated substrate,
A thin film is synthesized by a chemical reaction, and this is deposited on a substrate. Several methods are known for exciting the gas. There are a hot filament method, a microwave plasma CVD method, a high frequency plasma CVD method, a DC plasma jet CVD method and the like. Depending on the method, a diamond film having a large area can be produced. However, since the synthesis rate is slow, it is difficult to make a very thick film. If you take the time, you can make quite thick films.
【0005】しかし現在のところ、ダイヤモンドウエハ
−といえるようなものは存在しない。多結晶のダイヤモ
ンドウエハ−がない。まして単結晶のウエハ−は全く存
在しないのである。大きいバルク単結晶ダイヤモンドを
成長させることができないので、全体がダイヤモンドで
成るウエハ−は勿論できない。適当な基板ウエハ−の上
にダイヤモンド薄膜を形成するという複合的なウエハ−
を製作できる可能性がある。被膜を形成した後も被膜を
除かず、基板+被膜の複合ウエハ−とするのである。ダ
イヤモンドのヘテロエピタキシャル成長については、既
に幾つかの技術が提案されている。例えば、特開昭63
−224225号、特開平2−233591号、特開平
4−132687号である。However, at present, there is no such thing as a diamond wafer. There is no polycrystalline diamond wafer. Furthermore, there is no single crystal wafer at all. Since large bulk single crystal diamonds cannot be grown, wafers made entirely of diamond cannot, of course, be made. A complex wafer in which a diamond thin film is formed on a suitable substrate wafer.
Could be produced. Even after the film is formed, the film is not removed, and a composite wafer of the substrate and the film is formed. Several techniques have already been proposed for heteroepitaxial growth of diamond. For example, JP-A-63
-224225, JP-A-2-233391, and JP-A-4-132687.
【0006】これらは、単結晶のSiC基板、Si基
板、ニッケル基板、コバルト基板の上にダイヤモンド単
結晶を成長させたと言っている。エレクトロニクス素材
や耐磨ディスクとする場合、表面の部分の性質しか利用
しないという場合が多い。だからこのような複合的なも
のでも差し支えない場合が多い。しかし、そのように複
合的なウエハ−であっても、現在のところ産業上利用可
能なダイヤモンドウエハ−は現存しない。[0006] It is said that they grow a diamond single crystal on a single crystal SiC substrate, a Si substrate, a nickel substrate, and a cobalt substrate. In the case of an electronic material or a wear-resistant disk, it is often the case that only the properties of the surface portion are used. Therefore, there are many cases where such a compound is acceptable. However, even with such a compound wafer, there is no industrially available diamond wafer at present.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】その理由は、研磨がで
きないということにある。気相成長させたダイヤモンド
膜は凹凸がある。研磨により平滑にしなければならな
い。Siウエハ−でも、インゴットから切り出したウエ
ハ−は研磨してミラ−面にする。ダイヤモンドウエハ−
でも同様で、表面がミラ−状でなければならない。しか
し研磨できない。どうして研磨できないのか?ダイヤモ
ンドは極めて硬いということが一つの理由である。しか
し、これはダイヤモンド砥粒を使い圧力をかけ、時間を
かけることにより、研磨することができる。砥粒も被研
磨物も同じ材料であるので、共けずりという。The reason is that polishing cannot be performed. The diamond film grown by vapor phase has irregularities. Must be smoothed by polishing. Even Si wafers are cut from an ingot and polished to a mirror surface. Diamond wafer
The same is true, however, and the surface must be mirror-like. But cannot be polished. Why can't you grind? One reason is that diamonds are extremely hard. However, it can be polished using diamond abrasives under pressure and over time. Since the abrasive and the object to be polished are made of the same material, they are referred to as scraping.
【0008】致命的な困難がある。研磨装置は、平坦な
ホルダ−にウエハ−を貼り付け、平坦な研磨板(研磨定
盤)に押し当てて、ホルダ−をシャフト周りに自転さ
せ、研磨定盤を公転させて、遊離砥粒あるいは固定砥粒
の作用により、ウエハ−の下面を削ってゆくものであ
る。出来上がったミラ−ウエハ−は平坦でなければなら
ないので、平坦なホルダ−が使われるのは当然である。
Siウエハ−の場合は、これで8インチのウエハ−もう
まく研磨できる。基板とダイヤモンド薄膜からなる複合
膜であるから、熱膨張率の違いがある。合成の後冷却す
るので、強い熱応力が発生する。又、膜自身の真性応力
も存在する。製造条件により、被膜側に凸のもの(凸反
り)、被膜側に凹のもの(凹反り)、平坦なものができ
る。いずれの場合も、圧力をかけ、時間をかけて研磨し
ても、研磨出来ない部分が残る。[0008] There are fatal difficulties. The polishing apparatus attaches a wafer to a flat holder, presses the wafer against a flat polishing plate (polishing platen), rotates the holder around the shaft, revolves the polishing platen, and releases free abrasive grains or The lower surface of the wafer is shaved by the action of the fixed abrasive. The resulting mirror wafer must be flat, so a flat holder is of course used.
In the case of a Si wafer, an 8-inch wafer can be successfully polished. Since it is a composite film composed of a substrate and a diamond thin film, there is a difference in the coefficient of thermal expansion. Cooling after synthesis results in strong thermal stress. There is also an intrinsic stress of the film itself. Depending on the manufacturing conditions, a film having a convex surface (convex warpage), a film having a concave surface (concave warpage), and a flat film can be obtained. In any case, even if pressure is applied and polishing is performed for a long time, a portion that cannot be polished remains.
【0009】図9に示すように、凹反りの場合は、ウエ
ハ−の中間部に未研磨部が残る。周辺部が削られるのは
当然である。強い圧力でウエハ−を押さえるので、中心
部は研磨板に接触する。しかし中間部は研磨板に接触で
きず研磨されない。凸反りの場合は、ウエハ−の外周に
広い未研磨部が残る。反りがない場合なら綺麗に研磨出
来そうに思える。ところがそうでない。反りがないとい
っても、実はねじれがあって、ランダムに未研磨部が残
る。いずれの場合でも、従来の研磨装置によっては、ダ
イヤモンド複合材料を全体均一に研磨することができな
い。As shown in FIG. 9, in the case of concave warpage, an unpolished portion remains in the middle of the wafer. It is natural that the periphery is cut off. Since the wafer is pressed with a strong pressure, the center portion contacts the polishing plate. However, the intermediate portion cannot contact the polishing plate and is not polished. In the case of convex warpage, a wide unpolished portion remains on the outer periphery of the wafer. If there is no warp, it seems that it can be polished neatly. But not so. Even if there is no warp, there is actually a twist, and unpolished portions remain randomly. In any case, the conventional polishing apparatus cannot polish the entire diamond composite material uniformly.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、はじめから凸
に反っているダイヤモンド以外の材料の単結晶基板の凸
反りの面に、気相合成法により、ダイヤモンド膜を形成
し、面が傾き得るホルダ−に基板を貼り付け、ホルダ−
を傾けながら研磨し、面粗度がRmax500Å(50
nm)以下、Ra200Å(20nm)以下になるよう
に研磨したものである。ダイヤモンドの膜厚は、2μm
〜150μmとし、好ましくは10μm〜50μmが良
い。ヘテロエピタキシャル成長させるために成長初期に
基板に負バイアスをかけ、炭化水素/水素の比率を高く
するのが有効である。後に炭化水素/水素の比率を下げ
る。According to the present invention, a diamond film is formed by vapor phase synthesis on a convexly warped surface of a single crystal substrate made of a material other than diamond, which is originally convexly warped, and the surface is inclined. Affixing the substrate to the holder
Is polished while tilting, and the surface roughness is Rmax500R (50
nm) or less, and is polished so that Ra 200Å (20 nm) or less. Diamond thickness is 2μm
To 150 μm, preferably 10 μm to 50 μm. For heteroepitaxial growth, it is effective to apply a negative bias to the substrate in the early stage of the growth to increase the ratio of hydrocarbon / hydrogen. Later, the hydrocarbon / hydrogen ratio is reduced.
【0011】薄膜形成のために用いる気相合成法は、フ
ィラメントCVD法、プラズマCVD法、マイクロ波プ
ラズマCVD法、火炎法などである。圧力は1Torr
〜300Torrである。ダイヤモンドを合成する場合
の原料は、水素ガスと炭化水素ガスである。ダイヤモン
ドを気相合成する場合の原料ガスは、主に水素と炭化水
素を用いるが、水素の全て、もしくは一部を不活性ガス
に置換してもかまわない。又、炭素を含む、有機・無機
ガスを炭化水素の代わりに置き換えることもできる。
又、酸素を含む有機・無機ガスを添加することも可能で
ある。The vapor phase synthesizing method used for forming a thin film includes a filament CVD method, a plasma CVD method, a microwave plasma CVD method, a flame method and the like. Pressure is 1 Torr
~ 300 Torr. The raw materials for synthesizing diamond are hydrogen gas and hydrocarbon gas. Hydrogen and hydrocarbons are mainly used as raw material gases in the case of diamond gas phase synthesis, but all or part of hydrogen may be replaced with an inert gas. Also, organic and inorganic gases, including carbon, can be substituted for hydrocarbons.
It is also possible to add an organic or inorganic gas containing oxygen.
【0012】本発明は、始めから反りのある基板を使
う。凸の方に薄膜成長させる。気相合成後の試料は薄膜
側に凸反りである。平坦なものは不可である。薄膜側に
凹反りなものも不可である。凸反りでなければ一様に研
磨できない。研磨は、ホルダ−面を傾けながら凸面の全
体を一様に研磨する。これが本発明の眼目である。研磨
によりRmax500Å(50nm)、Ra200Å
(20nm)以下の面粗度にする。この程度の面粗度で
あれば、この上にフォトリソグラフィ−により電極形
成、不純物打ち込み、拡散、選択エッチングなどのウエ
ハ−プロセスを行なうことができる。こうして単結晶の
ダイヤモンドウエハ−を作ることができる。The present invention uses a warped substrate from the beginning. A thin film is grown on the convex side. The sample after the vapor phase synthesis is convexly warped toward the thin film. A flat thing is not possible. It is not possible to have a concave warpage on the thin film side. Unless it is convex, it cannot be polished uniformly. Polishing uniformly grinds the entire convex surface while tilting the holder surface. This is the eye of the present invention. By polishing, Rmax 500) (50 nm), Ra 200Å
(20 nm) or less. With this level of surface roughness, wafer processes such as electrode formation, impurity implantation, diffusion, and selective etching can be performed thereon by photolithography. Thus, a single crystal diamond wafer can be produced.
【0013】[0013]
【作用】本発明は、ダイヤモンドを成長させる基板自体
が反りのあるものを使う。そうすると、ダイヤモンド膜
を合成した後も、所望の反りのあるものが得られるの
で、本発明で提案する研磨装置を使って、全面を均一に
研磨することができる。図1に本発明のダイヤモンドウ
エハ−の断面図を示す。始めから反りのある基板を使
い、この上にダイヤモンド膜を形成するから、合成後も
反りがある構造になる。基板とダイヤモンド膜との熱膨
張率が違うし、厚い膜を形成するので、反りの程度は初
期状態と合成後状態で異なることもあるであろう。しか
し研磨の際に、反りが凸反り(薄膜側に)で、反り量が
2μm〜150μmであれば良い。薄膜形成による反り
の変化を見込んで、初期の基板の反りを適当に定めてお
く。According to the present invention, a substrate on which a diamond is grown is warped. Then, even after the diamond film is synthesized, a desired warp can be obtained, so that the entire surface can be uniformly polished using the polishing apparatus proposed in the present invention. FIG. 1 shows a sectional view of a diamond wafer of the present invention. Since a warped substrate is used from the beginning and a diamond film is formed thereon, the structure is warped even after synthesis. Since the coefficient of thermal expansion between the substrate and the diamond film is different and a thick film is formed, the degree of warpage may be different between the initial state and the post-synthesis state. However, it is sufficient that the warpage is a convex warpage (to the thin film side) and the warpage amount is 2 μm to 150 μm during polishing. The initial warpage of the substrate is appropriately determined in consideration of the change in the warpage due to the formation of the thin film.
【0014】ウエハ−の反りについてさまざまな定義の
方法がある。しかしここでは、ウエハ−の周辺部を含む
平面からの中心部の高さΔHを反り量とする。薄膜側が
凸になるのを負、薄膜側が凹になるのを正とする。この
定義を使うと、本発明は、研磨前のウエハの反りが−1
50μm〜−2μmの範囲にあると表現できる。つまり
薄膜側に凸反りになるようにする。図1は凸反りを示
し、反りΔHは負である。基板は、Si単結晶、Ni単
結晶、Cu単結晶、SiC単結晶などを用いることがで
きる。Siを基板に用いる場合は、ダイヤモンドとの境
界に薄いβ−SiCの境界層が発生するようにする。There are various ways to define wafer bow. However, here, the height ΔH of the central portion from a plane including the peripheral portion of the wafer is defined as the amount of warpage. It is assumed that the convexity on the thin film side is negative and the concave on the thin film side is positive. Using this definition, the present invention provides that the wafer bow before polishing is reduced by -1.
It can be expressed as being in the range of 50 μm to −2 μm. In other words, the thin film side is made to be convexly warped. FIG. 1 shows convex warpage, in which the warp ΔH is negative. As the substrate, a single crystal of Si, a single crystal of Ni, a single crystal of Cu, a single crystal of SiC, or the like can be used. When Si is used for the substrate, a thin boundary layer of β-SiC is generated at the boundary with diamond.
【0015】ダイヤモンド、基板、反りについて次に説
明する。 [A.ダイヤモンド被膜] ダイヤモンド膜は次の特性を持つべきである。 1.膜厚:2μm〜150μm、特に10μm〜50μ
mが望ましい。膜厚が大きいと膜形成のコストが増大す
る。1000μmの膜でも良いのであるが膜生成の時
間、材料の点で不利である。膜厚が少ないと、研磨が困
難である。研磨の際に研磨面と偏当たりして割れること
もある。Next, the diamond, the substrate, and the warpage will be described. [A. Diamond film] The diamond film should have the following properties. 1. Film thickness: 2 μm to 150 μm, especially 10 μm to 50 μm
m is desirable. When the film thickness is large, the cost of film formation increases. Although a 1000 μm film may be used, it is disadvantageous in terms of film formation time and material. If the film thickness is small, polishing is difficult. During polishing, there is also a case where the wafer is broken against the polished surface.
【0016】2.研磨後の面粗度:Rmaxが500Å
(50nm)以下 Raが200Å(20nm)以下 面粗度がこれ以上大きいと、デバイス用ウエハ、耐磨ウ
エハとして利用できない。なぜなら、面粗度が大きいと
微細配線をその表面に形成することができない。また摩
擦係数も大きくなり耐磨工具などにも利用できない。 3.単結晶である。単結晶の基板の上にエピタキシャル
成長するので、単結晶にすることができる。2. Surface roughness after polishing: Rmax is 500 °
(50 nm) or less Ra is 200 ° (20 nm) or less If the surface roughness is greater than this, it cannot be used as a device wafer or a wear-resistant wafer. This is because if the surface roughness is large, fine wiring cannot be formed on the surface. Also, the coefficient of friction increases, and it cannot be used for abrasive tools. 3. It is a single crystal. Since the epitaxial growth is performed on the single crystal substrate, the single crystal can be obtained.
【0017】[B.基板(基体)]ダイヤモンド薄膜を
ヘテロエピタキシャル成長により形成する基板は、C
u、Ni、SiC、Si、Cu−Ni合金などの単結晶
基板である。核発生を促進するために、基板にバイアス
をかけるのが有効である。ここでは、Siウエハ−の場
合について説明する。Si基板は単結晶である必要があ
る。(110)Siウエハ−の上に、(110)ダイヤ
モンドを成長させることができる。(111)Siウエ
ハ−の上に(111)ダイヤモンドをヘテロエピタキシ
ャル成長させることができる。また(100)Siに、
(100)ダイヤモンドをエピタキシャル成長させるこ
とができる。[B. Substrate (Substrate)] A substrate on which a diamond thin film is formed by heteroepitaxial growth is C
It is a single crystal substrate of u, Ni, SiC, Si, Cu-Ni alloy or the like. It is effective to bias the substrate to promote nucleation. Here, the case of a Si wafer will be described. The Si substrate needs to be a single crystal. (110) diamond can be grown on a (110) Si wafer. (111) diamond can be heteroepitaxially grown on a (111) Si wafer. Also, for (100) Si,
(100) Diamond can be epitaxially grown.
【0018】基板の厚みは0.1mm〜1mmとするの
が良い。基板が薄すぎると研磨することができない。反
対に厚すぎると半導体プロセスに乗せることができな
い。デバイス作製のためのウエハ−としては不適であ
る。基板形状は、ウエハ−プロセスを円滑に行なえるた
めに、円形であるのが好都合である。従来のSiのウエ
ハ−プロセスが円形ウエハ−を対象にして設計されてお
り、円形のウエハ−であればこのように、Siデバイス
製造工程と同じような装置を用いることができる。また
方位を示すためのオリエンテ−ションフラット(OF)
や、インデックスフラット(IF)が付いていても良
い。しかし矩形であっても同じようにヘテロエピタキシ
−することができる。The thickness of the substrate is preferably 0.1 mm to 1 mm. If the substrate is too thin, it cannot be polished. On the other hand, if it is too thick, it cannot be put on a semiconductor process. It is not suitable as a wafer for device fabrication. The shape of the substrate is advantageously circular for facilitating the wafer process. The conventional Si wafer process is designed for a circular wafer, and an apparatus similar to the Si device manufacturing process can be used for a circular wafer. Orientation flat (OF) for indicating direction
Alternatively, an index flat (IF) may be provided. However, it is possible to perform heteroepitaxy in the same manner even with a rectangular shape.
【0019】[C.反り]基板は始めから反りがあるも
のを使う。平坦なウエハ−を使わない。この点で現在半
導体工業で普通に使われているSi単結晶ウエハ−を利
用することはできない。初期反りは−2μm〜−150
μmとは限らないが、薄膜合成後の反りが−2μm〜−
150μmとなるようにする。反りΔHは研磨の直前に
−150μm≦ΔH≦−2μmとなっていればよい。よ
り好ましくは−50μm≦ΔH≦−5μmとする。[C. Warp] A substrate having a warp from the beginning is used. Do not use a flat wafer. In this regard, it is not possible to utilize Si single crystal wafers commonly used in the semiconductor industry at present. Initial warpage is -2 m to -150
μm, but warpage after thin film synthesis is -2 μm to-
The thickness is set to 150 μm. The warp ΔH may be such that −150 μm ≦ ΔH ≦ −2 μm immediately before polishing. More preferably, -50 μm ≦ ΔH ≦ −5 μm.
【0020】前節では、研磨が良好に行われるための条
件として、研磨前のウエハ−の形状について述べた。ウ
エハ−の内部は一様な組成、一様な構造であった。さら
に本発明においては、不均一な膜構造を採用して、膜構
造をさらに強化することができる。これは研磨が良好に
行われるうえで効果のある改良である。In the previous section, the shape of the wafer before polishing has been described as a condition for performing good polishing. The inside of the wafer had a uniform composition and a uniform structure. Further, in the present invention, a non-uniform film structure can be adopted to further strengthen the film structure. This is an improvement that is effective in performing good polishing.
【0021】ダイヤモンドの表面が研磨される時は、そ
の界面にもかなり大きい力がかかる。この強大な力によ
って、ダイヤモンド膜が基板から剥離してしまったり、
チッピングを起こしたりする。特に均一性の高い膜の場
合は、ダイヤモンドが基板から剥離する恐れがある。そ
こで、ダイヤモンドが界面から剥離しないように工夫を
する。そのためには、ダイヤモンドと基板との接合力を
強化し、研磨時に加わる力を分散させる必要がある。本
発明者はさらに接合力を増大させる方法について考察を
深めた。When the surface of a diamond is polished, a considerable force is applied to its interface. With this powerful force, the diamond film may peel off from the substrate,
And cause chipping. In particular, in the case of a film having a high uniformity, there is a possibility that diamond may be separated from the substrate. Therefore, a device is devised so that the diamond does not separate from the interface. For that purpose, it is necessary to strengthen the bonding force between the diamond and the substrate and disperse the force applied during polishing. The inventor has further studied a method for increasing the bonding force.
【0022】ダイヤモンドと基板結晶との接合力を高め
るには、界面に異種物質を形成することが有効である。
ダイヤモンドを形成する基板は、SiやGaAsのよう
に、ダイヤモンドよりも格子定数の大きいものである場
合が多い。そこでダイヤモンドと基板の中間の大きさの
格子定数をもつ異種物質を、基板とダイヤモンドの間に
形成する。異種物質の中間層によって格子定数の不連続
が緩和され接合力が強化される。例えば、SiCなどが
望ましい。これは基板がSiの場合は最適であるが、S
i以外の基板であってもSiCを中間層に使うことがで
きる。In order to increase the bonding force between diamond and the substrate crystal, it is effective to form a different material at the interface.
In many cases, a substrate on which diamond is formed has a larger lattice constant than diamond, such as Si or GaAs. Therefore, a heterogeneous substance having a lattice constant between the diamond and the substrate is formed between the substrate and the diamond. The discontinuity of the lattice constant is relaxed by the intermediate layer of the dissimilar substance, and the bonding strength is enhanced. For example, SiC is desirable. This is optimal when the substrate is Si,
Even for a substrate other than i, SiC can be used for the intermediate layer.
【0023】それ以外にも接合力を強化する方法がない
かどうかさらに実験を重ねた。実験によって、界面近く
のダイヤモンドを窒素含有のものとすると、ダイヤモン
ドと基板の接合力が増し、密着性が高くなることが分か
った。窒素による界面強化の理由は次のように考えられ
る。窒素原子は5つの殻外電子を持つ。これは炭素の殻
外電子数4より一つ多い。窒素の余った殻外電子が界面
における基板との結合力を強化する。このような窒素に
よる結合の強化は、窒素の濃度が0.1重量ppm以上
で効果が認められた。しかし反面窒素の含有が多くなる
とダイヤモンド膜質の低下を招く。窒素濃度の上限は1
000重量ppmである。より好ましくは、1ppm〜
100ppmの範囲の窒素を加える。Further experiments were conducted on whether there was any other method for enhancing the bonding strength. Experiments have shown that if the diamond near the interface is nitrogen-containing, the bonding strength between the diamond and the substrate increases and the adhesion increases. The reason for the interface strengthening by nitrogen is considered as follows. The nitrogen atom has five extra-shell electrons. This is one more than the number of out-of-shell electrons of carbon. Extra-shell extra electrons of nitrogen enhance the bonding force with the substrate at the interface. The effect of strengthening the bond by nitrogen was recognized when the nitrogen concentration was 0.1 ppm by weight or more. However, on the other hand, if the content of nitrogen increases, the quality of the diamond film deteriorates. The upper limit of nitrogen concentration is 1
000 ppm by weight. More preferably, 1 ppm or more
Add nitrogen in the range of 100 ppm.
【0024】接合力を強化する第3の手段は、ランダム
方位のダイヤモンド領域を適宜形成することである。部
分的に多結晶ダイヤモンドを形成すると、クラックの進
行を抑制できるので、割れや剥離に対して抵抗力を増す
ことができる。結晶方位がランダムなダイヤモンドは、
基板表面に傷つけ処理をすることによって容易に形成す
ることができる。傷つけ処理をしない部分は基板に方位
整合した結晶が成長する。そこで部分的に表面に傷つけ
処理をしてランダム方位のダイヤモンドを形成する。A third means for enhancing the bonding force is to appropriately form a diamond region having a random orientation. To form a partially polycrystalline diamond, since the progression of the crack can be suppressed, it is possible to increase the resistance force against cracking and peeling. Diamond with random crystal orientation,
It can be easily formed by performing a scratching treatment on the substrate surface. Crystals that are oriented in alignment with the substrate grow in portions that are not damaged. Therefore, the surface is partially damaged to form a diamond having a random orientation.
【0025】ランダム方位の多結晶は1%以上であれば
接合力強化の効果がある。多結晶比率が増えるほどに接
合は強化される。チッピングや剥離が起こり難くなる。
しかし、方位の揃ったダイヤモンドの方が透光性や電気
的特性に優れている。そもそも本発明は方位の揃った単
結晶ダイヤモンドを作るのが目的であった。それで全面
にランダム方位の多結晶ダイヤモンドを形成するのは望
ましくない。そこで部分的にランダム方位の多結晶を作
り、残りの部分は基板と方位が同一のダイヤモンド(単
一方位ダイヤモンド)とする。If the content of the polycrystal having a random orientation is 1% or more, the effect of enhancing the bonding strength is obtained. The bonding is strengthened as the polycrystal ratio increases. Chipping and peeling hardly occur.
However, diamonds having a uniform orientation are more excellent in translucency and electrical characteristics. In the first place, an object of the present invention was to produce a single crystal diamond having a uniform orientation. Therefore, it is not desirable to form a polycrystalline diamond having a random orientation on the entire surface. Therefore, a polycrystal having a random orientation is partially formed, and the remaining portion is made of diamond (single-direction diamond) having the same orientation as the substrate.
【0026】部分的にランダム方位ダイヤモンドを作る
には、部分的に傷つけ処理を行えば良い。その部分にの
みランダム方位ダイヤモンドが成長するからである。ラ
ンダム方位ダイヤモンドをどのように配置しても補強効
果はある。しかし目的によって好ましい配置というもの
がある。一つはウエハ−の周辺部にランダム方位多結晶
ダイヤモンドを作るというものである。図16にこれを
示す。周辺部に傷つけ処理をしてここに多結晶ダイヤモ
ンドを成長させる。In order to partially produce a random orientation diamond, a partial damage treatment may be performed. This is because the random orientation diamond grows only in that part. There is a reinforcing effect no matter how the randomly oriented diamonds are arranged. However, there is a preferred arrangement depending on the purpose. One is to make a randomly oriented polycrystalline diamond around the periphery of the wafer. FIG. 16 shows this. The peripheral portion is damaged and polycrystalline diamond is grown thereon.
【0027】もう一つの配置は、周期的に多結晶ダイヤ
モンド領域を形成することである。図17、図18にこ
れを示す。ダイヤモンド膜の上にICなどを製作する場
合は、基板の上に周期的に同じICパタ−ンを形成す
る。この場合は、方位の揃ったダイヤモンド(単一方位
ダイヤモンド)も周期的に存在するのが望ましい。そこ
で隣接デバイスの丁度境界になる部分に多結晶ダイヤモ
ンドを形成する。ランダム方位ダイヤモンドの部分を切
断して個々のデバイスに分離する。単一方位ダイヤモン
ド領域の広さは、デバイスの面積に合致させると好都合
である。一般にデバイスは1mm2 以上の面積を持つの
で、単一方位ダイヤモンドの一つの広さは1mm2 以上
とするのが良い。さらにICの製作後に、ウエハ−を分
割するので、単一方位ダイヤモンドは、劈開方向である
(111)面に直角の面方位を持つことが望ましい。Another arrangement is to form polycrystalline diamond regions periodically. This is shown in FIGS. When manufacturing an IC or the like on a diamond film, the same IC pattern is periodically formed on a substrate. In this case, it is desirable that diamonds having a uniform orientation (unidirectional diamonds) also exist periodically. Therefore, a polycrystalline diamond is formed at a portion which becomes a boundary between adjacent devices. A portion of the randomly oriented diamond is cut into individual devices. Advantageously, the width of the unidirectional diamond region is matched to the area of the device. Since the device generally has an area of 1 mm 2 or more, it is preferable that the width of one unidirectional diamond is 1 mm 2 or more. Further, since the wafer is divided after the IC is manufactured, it is desirable that the unidirectional diamond has a plane direction perpendicular to the (111) plane which is the cleavage direction.
【0028】[0028]
[膜全体が均一のもの:実施例1〜8、比較例9〜1
2]図3に示すような工程により本発明のダイヤモンド
ウエハ−を作り、電極を形成して断線歩留まりを調べ
た。ダイヤモンドウエハ−は、後に示す表の条件、方法
で作った。結果も表に列挙している。ここではSi単結
晶を基板にしている。図3ののように反りのある円板
状基板を用意する。円板状の基板の凸の面に、ダイヤモ
ンド膜を、マイクロ波プラズマCVD法、フィラメント
CVD法、プラズマジェットCVD法によりコ−テイン
グした。圧力は1〜300Torrである。[Thickness of whole film: Examples 1 to 8, Comparative Examples 9-1]
2] The diamond wafer of the present invention was prepared by the process shown in FIG. 3, electrodes were formed, and the disconnection yield was examined. Diamond wafers were made according to the conditions and methods shown in the table below. The results are also listed in the table. Here, the substrate is a single crystal of Si. A warped disk-shaped substrate is prepared as shown in FIG. A diamond film was coated on the convex surface of the disk-shaped substrate by microwave plasma CVD, filament CVD, or plasma jet CVD. The pressure is 1 to 300 Torr.
【0029】Si基板の場合は始めにβ−SiCを成長
させるので、高炭化水素濃度の原料ガスを用いる。また
基板に負のバイアス(−50V〜−1000V)をかけ
るのが好ましい。炭化水素としてメタンを使う時は、メ
タンと水素の体積比(CH4/H2 )を3%以上にす
る。In the case of a Si substrate, β-SiC is first grown, so a source gas having a high hydrocarbon concentration is used. Further, it is preferable to apply a negative bias (−50 V to −1000 V) to the substrate. When using methane as a hydrocarbon, the volume ratio of methane to hydrogen (CH 4 / H 2 ) should be 3% or more.
【0030】β−SiCが出来た後、低炭化水素濃度の
原料ガスを用いる。メタンの場合は、メタンと水素の体
積比は、0.1vol%〜3vol%である。ただし、
始めの工程(β−SiCの形成)と後の工程の炭化水素
の比は相対的なものである。図3のように膜側が凸で
あるSiC/ダイヤモンド膜が形成される。膜と基板の
間の応力のために基板の反りが変化するが、これは多く
の場合僅かである。初期の反りと、ダイヤモンド膜合成
後の反りの関係は、製造方法、製造条件により違う。い
ずれにしても、ダイヤモンド合成後の反りΔHが、−1
50μm≦ΔH≦−2μmであるようにする。薄膜側が
凸であるウエハ−のダイヤモンド膜を、機械式研磨機に
より研磨した。図3のように、表面は凹凸のない平滑
な面になる。After the formation of β-SiC, a source gas having a low hydrocarbon concentration is used. In the case of methane, the volume ratio between methane and hydrogen is 0.1 vol% to 3 vol%. However,
The ratio of hydrocarbons in the first step (formation of β-SiC) and the later step is relative. As shown in FIG. 3, a SiC / diamond film whose film side is convex is formed. The warpage of the substrate changes due to the stress between the film and the substrate, which is often slight. The relationship between the initial warpage and the warpage after the synthesis of the diamond film differs depending on the manufacturing method and manufacturing conditions. In any case, the warpage ΔH after diamond synthesis is −1
50 μm ≦ ΔH ≦ −2 μm. The diamond film of the wafer whose thin film side was convex was polished by a mechanical polisher. As shown in FIG. 3, the surface is a smooth surface without irregularities.
【0031】さらにアルミ膜を蒸着した(図3)。フ
ォトリソグラフィ−によりアルミの一部をエッチング
し、微細配線を形成した。線幅は、0.5μm〜2μm
の間で変化させた。図3のような微細平行線パタ−ン
を有するダイヤモンドウエハ−になる。これはSAWと
する時の櫛形電極と同じような寸法である。そして断線
歩留まりを調べた。これらの結果を表1〜表6に示す。
12の試料について個別に説明する。表1は、基板の厚
み、直径、初期反り量(ΔH)である。Further, an aluminum film was deposited (FIG. 3). Part of aluminum was etched by photolithography to form fine wiring. Line width is 0.5 μm to 2 μm
Varied between. This results in a diamond wafer having a fine parallel line pattern as shown in FIG. This is the same size as the comb-shaped electrode for SAW. Then, the disconnection yield was examined. Tables 1 to 6 show these results.
Twelve samples will be individually described. Table 1 shows the thickness, diameter, and initial warpage (ΔH) of the substrate.
【0032】[0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】ここで試料番号1〜8は実施例であり、9
〜12は比較例である。基板の厚みの単位はmm、直径
の単位はインチである。反りの単位はμmである。まだ
薄膜が付いていない段階で反りの正負は決まらないが、
ここで負は凸面に薄膜成長させるということである。正
は凹面に薄膜成長させるということである。試料1の基
板は、Si(100)で1mm厚、2インチウエハ−で
ある。反りは−5μmである。試料2はSi(10
0)、1mm厚、4インチ径で反りが−15μmであ
る。、試料3はSi(111)、0.35mm厚、8イ
ンチウエハ−であり、反りは−60μmである。Here, sample numbers 1 to 8 are examples, and 9
-12 are comparative examples. The unit of the thickness of the substrate is mm, and the unit of the diameter is inch. The unit of warpage is μm. The sign of the warpage is not determined at the stage where the thin film has not yet been attached,
Here, negative means that a thin film is grown on a convex surface. The positive is to grow a thin film on the concave surface. The substrate of sample 1 is a 2-inch wafer of Si (100) having a thickness of 1 mm. Warpage is −5 μm. Sample 2 was made of Si (10
0) 1 mm thick, 4 inch diameter and warpage is -15 μm. Sample 3 is a Si (111), 0.35 mm thick, 8-inch wafer, and the warpage is -60 μm.
【0034】試料4はSi(100)で0.1mm厚、
1インチ径、反りが−10μmである。試料5はSi
(100)で0.8mm厚、3インチ、ΔH−2.5μ
m、試料6はSi(110)で厚みが0.5μm、2イ
ンチ径、反り−10μmである。試料7はSi(11
1)で0.3mm厚、5インチ径、反り−2.5μmで
ある。試料8はSi(110)で厚みは1mm、4イン
チウエハ−、反りは−15μmである。以上は実施例で
ある(ΔHが−150μm〜−2μm)。Sample 4 is made of Si (100) and has a thickness of 0.1 mm.
The diameter is 1 inch and the warpage is -10 μm. Sample 5 is Si
0.8 mm thick at (100), 3 inches, ΔH-2.5μ
m, Sample 6 is made of Si (110) and has a thickness of 0.5 μm, a diameter of 2 inches and a warpage of −10 μm. Sample 7 was Si (11
In 1), the thickness is 0.3 mm, the diameter is 5 inches, and the warpage is -2.5 μm. Sample 8 was made of Si (110), had a thickness of 1 mm, a 4-inch wafer, and had a warp of -15 μm. The above is an Example ((DELTA) H is -150 micrometers --2 micrometers).
【0035】次の4つは比較例である。試料9はSi
(100)で厚みは0.05mm、2インチ径で凹反り
+200μmである。試料10はSi(111)で1m
m厚、8インチ径、反り+400μmである。試料11
はSi(110)で3mm厚、0.5インチ径、反りが
ない(ΔH=0)。試料12はSi(100)で0.5
mm厚、3インチ径、反り0である。比較例の基板は反
りがないか、反りが正(ΔH>0)である。この上にマ
イクロ波プラズマCVD法、フィラメントCVD法、プ
ラズマジェットCVD法により、SiC膜、ダイヤモン
ド膜を合成した。反応の前期と後期において炭化水素/
水素の体積比を変化させることもある。初期にSiCを
形成するためには炭化水素の比率を高める方が良い。ま
た基板側にバイアスをかけることもある。始めにこれら
3つの製造方法について説明する。The following four are comparative examples. Sample 9 was Si
At (100), the thickness is 0.05 mm, the concave warpage is +200 μm at a diameter of 2 inches. Sample 10 is 1 m in Si (111)
m thickness, 8 inch diameter, warpage +400 μm. Sample 11
Is Si (110), 3 mm thick, 0.5 inch diameter, and without warpage (ΔH = 0). Sample 12 was made of Si (100)
mm thickness, 3 inch diameter, no warpage. The substrate of the comparative example has no warpage or the warpage is positive (ΔH> 0). An SiC film and a diamond film were synthesized thereon by microwave plasma CVD, filament CVD, and plasma jet CVD. In the early and late stages of the reaction,
The volume ratio of hydrogen may be changed. In order to form SiC at an early stage, it is better to increase the ratio of hydrocarbons. Also, a bias may be applied to the substrate side. First, these three manufacturing methods will be described.
【0036】図4はフィラメントCVD装置の概略構成
図である。真空チャンバ11の内部にサセプタ12が設
けられる。この上に基板13が戴置される。チャンバ1
1にはガス排出口14があり、真空排気装置(図示しな
い)につながっている。電極15がサセプタ12の周辺
部に設けられる。電極15の間にフィラメント17が取
り付けられる。チャンバ11のガス導入口18から原料
ガスである水素や炭化水素ガスなどが導入される。19
は真空計である。電源21によりフィラメントに通電
し、これを加熱する。フィラメント17の熱により基板
とガスが強く加熱される。冷却媒体20がサセプタの内
面を通過し、サセプタ12を冷却し、基板を適当な温度
に保持する。フィラメントの熱により原料ガスが励起さ
れて気相反応が起こり反応生成物が基板の上に堆積す
る。サセプタにバイアスをかけることもある。図17は
基板にバイアスをかけるようにした装置の構成図であ
る。電源62によって負バイアス印加する。グリッド6
1はプラズマ分布を均一にする。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a filament CVD apparatus. A susceptor 12 is provided inside the vacuum chamber 11. The substrate 13 is placed thereon. Chamber 1
1 has a gas outlet 14 which is connected to a vacuum exhaust device (not shown). An electrode 15 is provided around the susceptor 12. A filament 17 is attached between the electrodes 15. A raw material gas such as hydrogen or hydrocarbon gas is introduced from a gas inlet 18 of the chamber 11. 19
Is a vacuum gauge. The filament is energized by the power supply 21 and is heated. The substrate and the gas are strongly heated by the heat of the filament 17. A cooling medium 20 passes through the inner surface of the susceptor, cooling the susceptor 12 and maintaining the substrate at a suitable temperature. The raw material gas is excited by the heat of the filament to cause a gas phase reaction, and a reaction product is deposited on the substrate. The susceptor may be biased. FIG. 17 is a configuration diagram of an apparatus for applying a bias to a substrate. A negative bias is applied by the power supply 62. Grid 6
1 makes the plasma distribution uniform.
【0037】図5はマイクロ波CVD装置の概略構成図
である。縦長の真空チャンバ22には原料ガスが上から
下へと送られる。支持棒23の上端にサセプタ24があ
り、ここに基板25が戴置される。原料ガス26は真空
チャンバ22の上方から導入される。これは基板25の
近傍を通り、下方の出口27から排出される。プラズマ
の生成される部分は冷却装置28により冷却される。マ
グネトロン29で発振したマイクロ波33は横長の真空
導波管30を伝搬する。原料ガスの流れと直交する方向
に進行し、原料ガスを励起してプラズマ31とする。ピ
ストン32により共鳴板34が動き、適当なモ−ドの定
在波を立たせることができる。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a microwave CVD apparatus. The raw material gas is sent from the top to the bottom in the vertically long vacuum chamber 22. A susceptor 24 is provided at an upper end of the support rod 23, and a substrate 25 is placed on the susceptor 24. The source gas 26 is introduced from above the vacuum chamber 22. This passes through the vicinity of the substrate 25 and is discharged from a lower outlet 27. The part where the plasma is generated is cooled by the cooling device 28. The microwave 33 oscillated by the magnetron 29 propagates through the horizontally long vacuum waveguide 30. Proceeding in a direction orthogonal to the flow of the source gas, the source gas is excited to form plasma 31. The resonance plate 34 is moved by the piston 32, and a standing wave of an appropriate mode can be set up.
【0038】図18は基板にバイアスをかけることがで
きるように改良した装置を示す。これはグリッド65を
基板25の上方に設け、プラズマ分布を平均化してい
る。電源66によって基板に負バイアスをかけている。
図19はTMモ−ドのマイクロ波を印加できる装置の概
略構成図である。マグネトロン70によりマイクロ波が
発生する。結合機71から導波管72に導かれる。モ−
ド選択装置73により適当なマイクロ波モ−ドが選ばれ
る。これがチャンバ75で曲がり、誘電体の窓76を通
って、反応室77に入る。サセプタ78の上には基板7
9が置かれる。サセプタ78には電源81によって負バ
イアスが加えられる。FIG. 18 shows an apparatus which has been modified so that the substrate can be biased. This provides a grid 65 above the substrate 25 and averages the plasma distribution. A power source 66 applies a negative bias to the substrate.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of an apparatus capable of applying a microwave in the TM mode. A microwave is generated by the magnetron 70. The light is guided from the coupler 71 to the waveguide 72. Mo
An appropriate microwave mode is selected by the mode selector 73. This bends in chamber 75 and enters reaction chamber 77 through dielectric window 76. The substrate 7 is placed on the susceptor 78.
9 is placed. A negative bias is applied to the susceptor 78 by a power supply 81.
【0039】図6はプラズマジェットCVD装置を示
す。チャンバ35の内部下方にサセプタ36があり、こ
の上に基体(基板)37を戴置してある。チャンバ35
の上方にはプラズマト−チ38が設置される。これは中
心の陰極と、外周部をなす陽極の間にガス40を通し、
電源39により直流電圧を印加して放電を起こさせて、
プラズマとする。ガスはアルゴン、水素などのプラズマ
点灯維持のためのガス、キャリヤガスなどと、原料とな
る炭化水素ガスなどである。図20は基板にバイアスを
掛けることのできる改良装置を示す。FIG. 6 shows a plasma jet CVD apparatus. A susceptor 36 is provided below the inside of the chamber 35, and a base (substrate) 37 is placed thereon. Chamber 35
A plasma torch 38 is provided above the above. This passes gas 40 between the central cathode and the outer peripheral anode,
A DC voltage is applied by the power supply 39 to cause discharge,
Plasma. The gas includes a gas for maintaining plasma lighting such as argon and hydrogen, a carrier gas, and a hydrocarbon gas as a raw material. FIG. 20 shows an improved device capable of biasing a substrate.
【0040】ダイヤモンド膜の合成は、このように、真
空容器に原料ガスを流しこれを熱、マイクロ波などによ
り励起し、加熱した基体の上に膜形成させるものであ
る。原料ガスは炭化水素ガスと水素ガスよりなる。ダイ
ヤモンドの被膜形成はこれ以外の方法でも行なうことが
できるが、ここではマイクロ波プラズマCVD法、フィ
ラメントCVD法、プラズマジェットCVD法のいずれ
かを使っている。表2に製造方法、製造条件などを各試
料について示す。In the synthesis of a diamond film, a raw material gas is caused to flow in a vacuum vessel as described above, and this is excited by heat, microwaves, or the like to form a film on a heated substrate. The source gas is composed of hydrocarbon gas and hydrogen gas. The diamond film can be formed by other methods, but here, any one of microwave plasma CVD, filament CVD, and plasma jet CVD is used. Table 2 shows the manufacturing method and manufacturing conditions for each sample.
【0041】[0041]
【表2】 [Table 2]
【0042】試料1は、マイクロ波プラズマCVD法に
て製膜した。炭化水素ガスとしてメタンを使っている。
始めの30分はメタン/水素の体積比が4%であり、基
板に−200Vのバイアスをかけている。これは水素ラ
ジカルの発生核生成を促進する。これによりSiの基板
上にSiCを形成することができる。この後メタン/水
素体積比を下げ、メタン/水素比1%の原料ガスを供給
する。バイアスはかけない。試料2はマイクロ波プラズ
マCVD法による。始めの5分間は、−300Vのバイ
アスをかけ、メタン/水素比を15%にした。これ以後
のメタン/水素は3%である。バイアスはかけない。Sample 1 was formed by microwave plasma CVD. Methane is used as hydrocarbon gas.
During the first 30 minutes, the volume ratio of methane / hydrogen is 4% and the substrate is biased at -200V. This promotes the generation nucleation of hydrogen radicals. Thereby, SiC can be formed on the Si substrate. Thereafter, the methane / hydrogen volume ratio is lowered, and a source gas having a methane / hydrogen ratio of 1% is supplied. No bias is applied. Sample 2 is formed by a microwave plasma CVD method. For the first 5 minutes, a bias of -300 V was applied and the methane / hydrogen ratio was 15%. The methane / hydrogen after this is 3%. No bias is applied.
【0043】試料3もマイクロ波プラズマCVD法によ
り製造した。初期(30分)のメタン/水素は2%で、
バイアスはかけない。後期でのメタン/水素比は0.5
%である。後半もバイアスはかけない。試料4はフィラ
メントCVD法による。始めの30分はメタン/水素比
が5%である。−50Vのバイアスをかけている。後期
には、メタン/水素比を2%に下げている。バイアスは
0である。試料5はフィラメントCVD法により成膜し
ている。始め10分間は4%のメタン/水素体積比と
し、バイアス−150Vをサセプタにかけている。後に
はメタン/水素比を1%に落としている。バイアスはか
けない。Sample 3 was also manufactured by microwave plasma CVD. The initial (30 minutes) methane / hydrogen is 2%,
No bias is applied. The methane / hydrogen ratio in the latter half is 0.5
%. There is no bias in the second half. Sample 4 was formed by the filament CVD method. For the first 30 minutes, the methane / hydrogen ratio is 5%. A bias of −50 V is applied. In the latter half, the methane / hydrogen ratio was reduced to 2%. The bias is zero. Sample 5 is formed by a filament CVD method. For the first 10 minutes, a 4% methane / hydrogen volume ratio is applied and a bias of -150 V is applied to the susceptor. Later, the methane / hydrogen ratio was reduced to 1%. No bias is applied.
【0044】試料6もフィラメントCVD法による。初
期の60分はメタン/水素比を30%にする。極めて高
濃度のメタンを含む原料を用いている。サセプタにはバ
イアスをかけない。60分経過後は、メタン/水素比を
3%に落としている。バイアスはかけない。試料7はプ
ラズマジェットCVD法を用いる。初期の15分は、1
0%のメタン/水素比の原料ガスを供給する。サセプタ
に−400Vかける。後期はメタン/水素比を1%と
し、バイアスはかけない。Sample 6 was also formed by the filament CVD method. The methane / hydrogen ratio is 30% for the first 60 minutes. Raw materials containing extremely high concentrations of methane are used. The susceptor is not biased. After 60 minutes, the methane / hydrogen ratio has dropped to 3%. No bias is applied. The sample 7 uses a plasma jet CVD method. The first 15 minutes are 1
A feed gas with a methane / hydrogen ratio of 0% is supplied. Apply -400 V to the susceptor. In the latter period, the methane / hydrogen ratio is set to 1% and no bias is applied.
【0045】試料8はマイクロ波プラズマCVD法によ
る。始めの90分は20%のメタン/水素比の原料ガス
を導入する。高濃度のメタンを含むガスである。バイア
スはかけない。後半ではメタン/水素比を0.5%に落
とす。依然としてバイアスはかけない。比較例である試
料9は、マイクロ波プラズマCVD法により製膜する。
メタン/水素比は始めから終わりまで0.5%で一定で
ある。始めに正バイアス(+150V)をかける。後半
ではバイアスをなしにする。試料10は、フィラメント
CVD法による。始めはバイアスをかけず、途中から+
200Vの正バイアスを基板にかける。原料中のメタン
/水素比は終始3体積%である。The sample 8 is formed by a microwave plasma CVD method. During the first 90 minutes, feed gas with a methane / hydrogen ratio of 20% is introduced. It is a gas containing a high concentration of methane. No bias is applied. In the second half, the methane / hydrogen ratio is reduced to 0.5%. There is still no bias. Sample 9 which is a comparative example is formed by a microwave plasma CVD method.
The methane / hydrogen ratio is constant at 0.5% from start to finish. First, a positive bias (+150 V) is applied. In the latter half, there is no bias. The sample 10 is formed by a filament CVD method. No bias at first, +
A positive bias of 200 V is applied to the substrate. The methane / hydrogen ratio in the raw material is always 3% by volume.
【0046】試料11は、フィラメントCVD法でダイ
ヤモンド膜を作る。原料ガス中のメタン/水素比は2%
である。始め−10Vの負バイアスをかける。後に0バ
イアスとする。試料12は、マイクロ波プラズマCVD
法で製膜する。原料ガス中のメタン/水素比は始め3%
である。後に2%に減ずる。バイアスは終始かけない。
このような製造法、条件で製膜したものの、SiCの部
分と、ダイヤモンドの部分の膜厚を測定し、さらにヘテ
ロエピタキシャル成長の成否を評価した。その結果を表
3に示す。For sample 11, a diamond film is formed by a filament CVD method. The methane / hydrogen ratio in the source gas is 2%
It is. First, a negative bias of -10 V is applied. Later, 0 bias is applied. The sample 12 is a microwave plasma CVD
The film is formed by the method. The methane / hydrogen ratio in the raw gas is 3% at first
It is. Later reduced to 2%. The bias is not applied all the time.
Although the film was formed under such manufacturing method and conditions, the film thickness of the SiC portion and the diamond portion was measured, and the success or failure of heteroepitaxial growth was evaluated. Table 3 shows the results.
【0047】[0047]
【表3】 [Table 3]
【0048】SiCの膜厚の単位はnm(10Å)であ
る。ダイヤモンドの膜厚はμm(1000nm=100
00Å)単位で表している。ヘテロエピタキシャルの成
否というのは、基板の結晶方位と、SiCの結晶方位
と、ダイヤモンドの結晶方位が同一である場合に合格
(〇)とし、そうでない場合は不合格(×)と表現して
いる。つまり(111)Si基板の上に(111)Si
C膜、(111)ダイヤモンドが成長すると合格とす
る。ダイヤモンドは当然単結晶であり、基板と結晶方位
が整合しているのである。面方位の整合性は、RHEE
D(高速反射電子線回折)により、回折スポットの検証
を行なうことによって調べた。The unit of the thickness of SiC is nm (10 °). The film thickness of diamond is μm (1000 nm = 100
00Å). The success or failure of heteroepitaxial is expressed as pass (〇) when the crystal orientation of the substrate, the crystal orientation of SiC, and the crystal orientation of diamond are the same, and expressed as reject (x) otherwise. . That is, the (111) Si substrate is placed on the (111) Si substrate.
If the C film and the (111) diamond grow, it is judged as acceptable. Naturally, diamond is a single crystal, and the crystal orientation is aligned with the substrate. The conformity of plane orientation is RHEE
It was examined by verifying the diffraction spot by D (high-speed reflection electron beam diffraction).
【0049】試料1はSi基板の上に、10nm(10
0Å)のβ−SiC膜、30μmのダイヤモンド膜が整
合してエピタキシャル成長している。基板がSi(10
0)であるので、β−SiC、ダイヤモンドは(10
0)である。試料2はSi基板の上に、5nmのβ−S
iC膜、50μmのダイヤモンド膜がヘテロエピタキシ
ャル成長している。試料3はSi(111)の上に、1
5nmの(111)β−SiC膜、100μmの(11
1)ダイヤモンド膜がヘテロエピタキシャル成長してい
る。試料4はSi(100)の上に、20nmのβ−S
iC、15μmのダイヤモンド膜がヘテロエピタキシャ
ル成長できている。Sample 1 was placed on a Si substrate at 10 nm (10
0 °) β-SiC film and a 30 μm diamond film are grown epitaxially in alignment. The substrate is Si (10
0), β-SiC and diamond are (10)
0). Sample 2 was a 5 nm β-S
An iC film and a 50 μm diamond film are heteroepitaxially grown. Sample 3 was placed on Si (111)
5 nm (111) β-SiC film, 100 μm (11
1) A diamond film is heteroepitaxially grown. Sample 4 was made of 20 nm β-S on Si (100).
Hetero-epitaxial growth of an iC, 15 μm diamond film was achieved.
【0050】試料5はSi(100)の上に、8nmの
β−SiC、5μmのダイヤモンド膜をヘテロエピタキ
シャル成長している。試料6は、25nmのβ−Si
C、30μmのダイヤモンド膜を得ている。試料7は、
15nmのβ−SiC、100μmのダイヤモンド膜を
ヘテロエピタキシャル成長させている。試料8は、8n
mのβ−SiC、5μmのダイヤモンド膜をヘテロエピ
タキシャル成長させるのに成功している。比較例である
試料9は80nmのβ−SiC膜、150μmのダイヤ
モンド膜を得るが、これはエピタキシャル成長ではな
い。また表面の荒れも著しい。ダイヤモンド、β−Si
C共に単結晶ではない。In sample 5, 8 nm β-SiC and 5 μm diamond film are heteroepitaxially grown on Si (100). Sample 6 was 25 nm β-Si
C, a 30 μm diamond film is obtained. Sample 7 is
A 15 nm β-SiC, 100 μm diamond film is heteroepitaxially grown. Sample 8 is 8n
He has succeeded in heteroepitaxially growing a β-SiC m m and a 5 μm diamond film. Sample 9, which is a comparative example, obtains an 80 nm β-SiC film and a 150 μm diamond film, but this is not epitaxial growth. Also, the surface roughness is remarkable. Diamond, β-Si
C is not a single crystal.
【0051】試料10は580nmのβ−SiC膜、8
00μmのダイヤモンド膜を得るがこれもエピタキシャ
ル成長でない。表面の荒れは試料9よりもさらに顕著で
ある。これも単結晶でない。試料11は、1nmのβ−
SiC、2μmのダイヤモンド膜を形成している。これ
はヘテロエピタキシャル成長している。試料12は、1
0nmのβ−SiC、30μmのダイヤモンド膜をヘテ
ロエピタキシャル成長させている。これも表面がかなり
荒れている。Si基板の上にβ−SiC、ダイヤモンド
膜を合成した後、ダイヤモンド表面の面粗度Rmax、
Raを測定した。この結果を表4に示す。単位はμm
(=1000nm=10000Å)である。Sample 10 was a 580 nm β-SiC film, 8
Although a diamond film of 00 μm is obtained, this is not epitaxial growth. The roughness of the surface is even more remarkable than that of Sample 9. This is also not a single crystal. Sample 11 was 1 nm β-
A SiC, 2 μm diamond film is formed. It is heteroepitaxially grown. Sample 12 is 1
A 0 nm β-SiC, 30 μm diamond film is heteroepitaxially grown. Again, the surface is quite rough. After synthesizing β-SiC and diamond film on Si substrate, surface roughness Rmax of diamond surface,
Ra was measured. Table 4 shows the results. Unit is μm
(= 1000 nm = 10000 °).
【0052】[0052]
【表4】 [Table 4]
【0053】合成後のダイヤモンド膜のRmaxは0.
1μm〜30μmの間に広く分布している。Raは0.
04μm〜9μmの間に分布する。試料1の面粗度は、
Rmax0.25μm(2500Å)、Ra0.08μ
m(800Å)である。試料2は、Rmax0.32μ
m、Ra0.11μmである。試料3は荒れがあってR
max0.95μm、Ra0.38μmである。試料1
よりも面粗度が大きい。これは一つには基板が広いし膜
も厚いからであろう。The Rmax of the diamond film after synthesis is 0.5.
It is widely distributed between 1 μm and 30 μm. Ra is 0.
It is distributed between 04 μm and 9 μm. The surface roughness of sample 1 is
Rmax 0.25 μm (2500 °), Ra 0.08 μ
m (800 °). Sample 2 has an Rmax of 0.32 μm.
m, Ra 0.11 μm. Sample 3 is rough and R
max is 0.95 μm and Ra is 0.38 μm. Sample 1
Surface roughness is larger than that. This is partly because the substrate is wide and the film is thick.
【0054】試料4はRmax0.20μm、Ra0.
095μmである。低い面粗度である。試料5はRma
x0.1μm、Ra0.04μmである。これは最も面
粗度が低い例である。膜厚が薄いことが原因しているの
であろう。試料6はRmax0.33μm、Ra0.1
3μmである。試料7はRmax0.98μm、Ra
0.43μmである。面粗度が悪い。これは基板面積が
広くて、膜厚もかなり厚いからであろう。試料8は、R
max0.14μm、Ra0.06μmである。低い面
粗度である。これは膜厚が薄いことも関係がある。比較
例の試料9は、Rmax15μm、Ra6μmである。
これはエピタキシャル成長していない。凹凸が激しく
て、実施例の試料1〜8と著しく異なる。Sample 4 had an Rmax of 0.20 μm, a Ra0.
095 μm. Low surface roughness. Sample 5 is Rma
x0.1 μm and Ra 0.04 μm. This is an example having the lowest surface roughness. This is probably because the film thickness is small. Sample 6 had an Rmax of 0.33 μm and a Ra of 0.1.
3 μm. Sample 7 has an Rmax of 0.98 μm, Ra
0.43 μm. Surface roughness is poor. This may be because the substrate area is large and the film thickness is quite large. Sample 8 is R
max is 0.14 μm and Ra is 0.06 μm. Low surface roughness. This is related to the thin film thickness. Sample 9 of the comparative example has Rmax of 15 μm and Ra of 6 μm.
It is not epitaxially grown. The unevenness is severe, and is significantly different from Samples 1 to 8 of Examples.
【0055】試料10はRmax30μm、Ra9μm
である。これはさらに面粗度が落ちる。エピタキシャル
成長でなく、粗面になっている。試料11はRmax1
μm、Ra0.3μmである。比較的低いが、それでも
実施例(試料1〜8)に比較すると断然大きい。試料1
2は、Rmax8μm、Ra2μmである。試料11、
12は面粗度が大きいがヘテロエピタキシャル成長して
いる。Sample 10 had a Rmax of 30 μm and a Ra of 9 μm.
It is. This further reduces the surface roughness. Rough surface instead of epitaxial growth. Sample 11 is Rmax1
μm and Ra 0.3 μm. Although relatively low, it is still significantly higher than in the examples (samples 1 to 8). Sample 1
2 is Rmax 8 μm and Ra 2 μm. Sample 11,
12 has a large surface roughness but is heteroepitaxially grown.
【0056】気相成長したダイヤモンド膜は、面粗度が
大きいので、そのままではフォトリソグラフィ−により
ダイヤモンド膜に電子デバイスを作ることができない。
どうしても研磨しなければならない。ところがSiやG
aAsを研磨するような装置では反りのあるウエハを研
磨することは勿論できない。反りのあるウエハを平坦な
研磨ヘッドに付けて、研磨盤に押しつけて研磨しても、
周縁部が未研磨になるか、中心部、あるいは中間部が未
研磨になる。特別な研磨装置が必要である。Since the diamond film grown by vapor phase has a large surface roughness, an electronic device cannot be formed on the diamond film by photolithography as it is.
You have to polish it. However, Si and G
An apparatus for polishing aAs cannot, of course, polish a warped wafer. Even if you attach a warped wafer to a flat polishing head and press it against the polishing board to polish it,
The periphery is unpolished, or the center or middle is unpolished. Special polishing equipment is required.
【0057】特別な研磨装置により、ダイヤモンド膜を
基板に付けたままの状態で機械的に研磨した。そして研
磨後の面粗度と反り量を測定した。研磨するので面粗度
は減少する。凹凸があるので完全に研磨できない試料も
ある。そこで研磨できた領域の割合も調べた。研磨方法
も従来のSi、GaAsやその他の材料を研磨する場合
とは異なるので、先ずこれについて説明する。The diamond film was mechanically polished by a special polishing apparatus while the diamond film was still attached to the substrate. Then, the surface roughness and the amount of warpage after polishing were measured. The polishing reduces the surface roughness. Some samples cannot be completely polished due to unevenness. Therefore, the ratio of the polished region was also examined. Since the polishing method is also different from the conventional case of polishing Si, GaAs and other materials, this will be described first.
【0058】研磨装置の概略を図7に示す。ホルダ−の
部分の拡大断面図を図8に示す。回転定盤41は回転主
軸42の上に支持されて回転する。この上にダイヤモン
ドの砥粒が固着されている。ダイヤモンドを研磨するの
で、研磨板である定盤にもダイヤモンド粒子が固着さ
れ、ダイヤモンド粒子が摩滅しながら、ウエハ−のダイ
ヤモンドを研磨してゆくのである。数百時間の長い時間
がかかる。ホルダ−43に緩衝板(ゴムのような板材)
44を接着し、この上にウエハ−(基板の上にダイヤモ
ンド膜を成長させたもの)を張り付ける。FIG. 7 schematically shows a polishing apparatus. FIG. 8 shows an enlarged sectional view of the holder. The rotating platen 41 rotates while being supported on a rotating main shaft 42. On this, diamond abrasive grains are fixed. Since the diamond is polished, the diamond particles are also fixed to the surface plate, which is a polishing plate, and the diamond on the wafer is polished while the diamond particles are worn away. It takes hundreds of hours. Buffer plate (plate material like rubber) for holder-43
44, and a wafer (a diamond film grown on a substrate) is attached thereon.
【0059】緩衝板44を使うのが一つの工夫である。
ホルダ−43の中心にはホルダ−軸46が取り付けられ
る。固着しているのではなくて、回転トルクを伝える
が、軸に対してホルダ−面が自在に傾くことができるよ
うになっている。ホルダ−は自転し、回転定盤41が公
転する。ホルダ−43の上面の一点を加圧シャフト47
によって押さえるようになっている。加圧シャフト4
7、ホルダ−軸46の上端はア−ム48により支持され
ている。ア−ム48にはホルダ−軸46に圧力をかける
ための油圧シリンダ49が取り付けられる。ホルダ−軸
46に強い力を加えて、ダイヤモンド砥粒とダイヤモン
ド膜が共に消耗するようにして研磨する。ア−ム48に
はモ−タ50があり、これの回転力がホルダ−軸46を
回転させる。モ−タの出力軸53に取り付けたプ−リ5
4から、ベルト55を経て、ホルダ−軸46に固着した
プ−リ56に回転トルクが伝達される。これによりホル
ダ−が軸まわりに自転する。One idea is to use the buffer plate 44.
A holder shaft 46 is attached to the center of the holder 43. Instead of being fixed, it transmits a rotating torque, but the holder surface can be freely tilted with respect to the shaft. The holder rotates by itself, and the rotary platen 41 revolves. One point on the upper surface of the holder 43 is
It is made to hold down. Pressure shaft 4
7. The upper end of the holder shaft 46 is supported by an arm 48. A hydraulic cylinder 49 for applying pressure to the holder shaft 46 is attached to the arm 48. Polishing is performed by applying a strong force to the holder shaft 46 so that the diamond abrasive grains and the diamond film are both consumed. The arm 48 has a motor 50, and the rotational force of the motor 50 rotates the holder shaft 46. Pulley 5 attached to the motor output shaft 53
From 4, the rotation torque is transmitted to the pulley 56 fixed to the holder shaft 46 via the belt 55. This causes the holder to rotate around the axis.
【0060】ア−ム48の上には加圧シャフト47に圧
力を加えるための油圧シリンダ51が設けられる。図8
に示すように、ホルダ−43の上面には円形の溝59が
あり、加圧シャフト47は溝を押さえている。ホルダ−
軸46はホルダ−の中心を押さえ回転させるが、ホルダ
−の傾きを許す。加圧シャフト47の圧力によりホルダ
−43面が、回転定盤面に対して傾斜する。ウエハ−4
5は凸に反っているが、ホルダ−が傾く。傾き角は加圧
シャフトの加圧力による。加圧シャフトの加圧力を変化
させて、ウエハ−の回転定盤との接触点を変更すること
ができる。接触点を中心から周辺まで移動させることに
より、周辺部まで均一に研磨することができる。あるい
は周辺部から中心に向かって研磨することができる。A hydraulic cylinder 51 for applying pressure to the pressure shaft 47 is provided on the arm 48. FIG.
As shown in the figure, there is a circular groove 59 on the upper surface of the holder 43, and the pressing shaft 47 presses the groove. Holder
The shaft 46 holds and rotates the center of the holder, but allows the holder to tilt. Due to the pressure of the pressure shaft 47, the surface of the holder 43 is inclined with respect to the surface of the rotary platen. Wafer-4
5 is convexly curved, but the holder is inclined. The inclination angle depends on the pressure of the pressure shaft. By changing the pressure of the pressure shaft, the point of contact of the wafer with the rotary platen can be changed. By moving the contact point from the center to the periphery, it is possible to uniformly polish the periphery. Alternatively, polishing can be performed from the peripheral portion toward the center.
【0061】ホルダ−軸とホルダ−を固定した通常の研
磨装置によりウエハ−を研磨するとダイヤモンド膜の全
体を研磨することができない。どこかに研磨できない部
分が必ず残る。研磨量を増やせば削れるわけであるがそ
うすると他の部分でダイヤモンドが完全に除去され基板
が露呈する部分が生ずる。通常の軸固定ホルダ−を使っ
た研磨と、図7、図8の軸傾斜ホルダ−を用いた本発明
の研磨の結果を図9によって説明する。図9〜は軸
固定ホルダ−により研磨したものである。合成直後のウ
エハ−の反りの状態により、研磨後の状態が異なる。If the wafer is polished by a usual polishing apparatus in which the holder shaft and the holder are fixed, the entire diamond film cannot be polished. A part that cannot be polished always remains somewhere. If the polishing amount is increased, the diamond can be cut. However, in this case, the diamond is completely removed in other portions, and a portion where the substrate is exposed is generated. The results of polishing using a normal shaft fixing holder and polishing of the present invention using the shaft inclination holders of FIGS. 7 and 8 will be described with reference to FIG. FIGS. 9 to 9 are polished by a shaft fixing holder. The state after polishing differs depending on the state of warpage of the wafer immediately after the synthesis.
【0062】 平坦なウエハの場合…合成直後に平坦
なウエハ−は平坦に研磨されそうに思えるがそうではな
い。図9ののように、研磨できない部分がどこかにラ
ンダムに発生する。未研磨部はざらざらしており、光の
反射が弱いのでくすんで見える。肉眼でよく分かる。む
らになって未研磨部が残るから、合成後平坦なウエハ−
はかえって良くない。これは以外な結果である。 凹反りの場合…凹反り(ΔH>0)の場合は図9の
に示すように中間部にリング状の未研磨部が残存す
る。 凸反りの場合…凸反りの場合(ΔH<0)は、図9
のに示すように外周部に未研磨部が残る。In the case of a flat wafer: A flat wafer seems to be polished flat immediately after synthesis, but this is not the case. As shown in FIG. 9, portions that cannot be polished occur randomly somewhere. The unpolished portion is rough and has a weak light reflection, so it looks dull. It can be easily understood with the naked eye. After the synthesis, a flat wafer
On the contrary it is not good. This is a different result. In the case of concave warpage: In the case of concave warpage (ΔH> 0), a ring-shaped unpolished portion remains in the middle as shown in FIG. In the case of convex warpage: In the case of convex warpage (ΔH <0), FIG.
As shown in FIG. 7, an unpolished portion remains on the outer peripheral portion.
【0063】ところが本発明のように、軸とホルダ−面
が固定されず、ホルダ−面が軸に対して傾斜するような
ホルダ−を使い凸反りのウエハ−(ΔH<0)を研磨す
ると、全体を研磨することができる。図9のに示す。
このように一様に研磨されている。全体が鏡面になる。
そこで図7、図8の装置によって試料ウエハ−を研磨
し、研磨後の面粗度、研磨面積を測定した。これの結果
を表5に示す。However, as in the present invention, when a wafer having a warpage (ΔH <0) is polished by using a holder in which the shaft and the holder surface are not fixed and the holder surface is inclined with respect to the shaft, The whole can be polished. As shown in FIG.
Thus, it is polished uniformly. The whole becomes a mirror surface.
Therefore, the sample wafer was polished by the apparatus shown in FIGS. 7 and 8, and the surface roughness and polished area after polishing were measured. Table 5 shows the results.
【0064】[0064]
【表5】 [Table 5]
【0065】研磨後の面粗度の単位はÅである。表4は
μm(10000Å)を単位にしているのに注意するべ
きである。研磨後の面粗度はRmax3Å〜800Å、
Ra1Å〜400Åに分布している。試料1は合成直後
の面粗度が中程度であるが、研磨後はRmax20Å、
Ra5Åに減っている。全面が研磨されている(100
%研磨)。反りは研磨の前後で殆ど変わらない。試料2
は合成後の面粗度は中程度である。これは研磨後に、R
max30Å、Ra7Åとなり、やはり中程度の面粗度
になる。この程度の面粗度なら十分にフォトリソグラフ
ィ−によりパタ−ンを描くことができる。100%研磨
出来る。反りは研磨の前と同じ程度である。The unit of the surface roughness after polishing is Δ. It should be noted that Table 4 is in μm (10000 °). The surface roughness after polishing is Rmax 3Å to 800Å,
Ra1Å to 400Å. Sample 1 had a medium surface roughness immediately after synthesis, but after polishing, Rmax 20 °,
Ra5Å. The entire surface is polished (100
% Polishing). Warpage hardly changes before and after polishing. Sample 2
The surface roughness after synthesis is medium. This is because after polishing, R
max30 °, Ra7 °, and also medium surface roughness. With this level of surface roughness, a pattern can be sufficiently drawn by photolithography. 100% polishing is possible. Warpage is the same as before polishing.
【0066】合成直後に面粗度の大きい試料3は研磨後
Rmax150Å、Ra12とかなり粗い面Åになって
いる。研磨の前に面粗度の大きいものは研磨後も面粗度
が大きいようである。これも全面にわたり研磨されてい
る。反りも研磨前と殆ど変わらない。試料4において、
研磨後はRmax18Å、Ra2Åになっている。10
0%研磨できた。反りは殆ど変わらない。試料5はもと
もと面粗度の小さい試料であるが、研磨後Rmax5
Å、Ra1Åに減っている。全ての試料の中で最も面粗
度が低い。極めて平滑である。反りは研磨の前後で変わ
らない。研磨の割合は100%である。Immediately after the synthesis, the sample 3 having a large surface roughness has a considerably rough surface of Rmax 150 ° and Ra12 after polishing. Those having large surface roughness before polishing seem to have large surface roughness even after polishing. This is also polished all over. Warpage is almost the same as before polishing. In sample 4,
After polishing, they are Rmax 18Å and Ra2Å. 10
0% polishing was achieved. Warpage is almost unchanged. Sample 5 was originally a sample having a small surface roughness, but after polishing, Rmax5
{Ra1}. Surface roughness is the lowest among all samples. Extremely smooth. Warpage does not change before and after polishing. The polishing rate is 100%.
【0067】試料6は合成後の面粗度は中程度であっ
た。研磨すると、Rmax8Å、Ra1Åである。優れ
て平滑な面である。100%研磨出来ている。試料7は
研磨前の面粗度が悪かったが、研磨の後も面粗度が劣
る。Rmax80Å、Ra60Åである。100%研磨
可能であった。試料8は4インチSi(110)の上に
ダイヤモンドを形成したものである。面粗度が極めて小
さかったが、研磨後も面粗度が小さく平滑である。Rm
ax3Å、Ra2Åである。100%研磨できる。Sample 6 had a medium surface roughness after the synthesis. When polished, Rmax8m and Ra1Å. Excellent smooth surface. 100% polished. Sample 7 had poor surface roughness before polishing, but the surface roughness was poor after polishing. Rmax80 ° and Ra60 °. 100% polishing was possible. Sample 8 was formed by forming diamond on 4-inch Si (110). Although the surface roughness was extremely small, the surface roughness was small and smooth after polishing. Rm
ax3Å and Ra2Å. 100% polishing is possible.
【0068】比較例の試料9は、合成後の面粗度が劣
り、しかもエピタキシャル結晶でない。これを研磨した
結果、Rmax400Å、Ra300Åになった。粗い
面である。しかも全体を研磨することができない。50
%もの面積が未研磨部として残る。研磨により、もちろ
ん凹凸が減るが、しかしそれほど顕著でない。このよう
な面粗度であると半導体プロセスには乗りにくい。試料
10は合成後(研磨前)の面粗度が極めて大きい。研磨
後も面粗度が悪くて、Rmax800Å、Ra400Å
である。反りは研磨の前後で殆ど変わらない。未研磨部
が80%残った。20%だけ研磨することができた。Sample 9 of the comparative example is inferior in surface roughness after synthesis and is not an epitaxial crystal. As a result of polishing, it became Rmax400 ° and Ra300 °. It is a rough surface. Moreover, the entire body cannot be polished. 50
% Of the area remains as an unpolished portion. Polishing, of course, reduces irregularities, but is less pronounced. With such a surface roughness, it is difficult to ride a semiconductor process. Sample 10 has extremely large surface roughness after synthesis (before polishing). Even after polishing, the surface roughness is poor, and Rmax 800Å and Ra400Å
It is. Warpage hardly changes before and after polishing. 80% of unpolished portions remained. Polishing by only 20% was possible.
【0069】試料11は偏当たりして研磨できない。試
料12は、合成後の面粗度が悪いが、これを研磨する
と、Rmax540Å、Ra280Åになる。これはな
お面が荒れており、半導体デバイスの形成には不適当で
ある。試料11、12はヘテロエピタキシャル出来てい
るが、面粗度が劣り、研磨しても十分な平滑面にならな
い。次に、ダイヤモンド被膜面の上にアルミニウムを蒸
着し、フォトリソグラフィ−により櫛形電極を形成し
た。電極の線幅は0.5μm〜2μmにしてある。アル
ミ膜の厚さは1500Å(150nm=0.15μm)
である。凹凸があるので電極が断線することがある。そ
こで断線しなかったサンプルの割合(断線歩留まり)も
調べた。結果を表6に示す。Sample 11 cannot be polished unevenly. Sample 12 has poor surface roughness after synthesis, but when polished, becomes Rmax 540 ° and Ra280 °. It is still rough and unsuitable for forming semiconductor devices. Samples 11 and 12 are heteroepitaxially formed, but have poor surface roughness, and do not have a sufficiently smooth surface even when polished. Next, aluminum was vapor-deposited on the diamond coating surface, and a comb-shaped electrode was formed by photolithography. The line width of the electrode is 0.5 μm to 2 μm. The thickness of the aluminum film is 1500Å (150nm = 0.15μm)
It is. The electrodes may be disconnected due to the unevenness. Then, the ratio of the sample that did not break (breakage yield) was also examined. Table 6 shows the results.
【0070】[0070]
【表6】 [Table 6]
【0071】試料1は、−5μmの反りの2インチ(1
00)Si基板の上に、β−SiC10nm、ダイヤモ
ンド30μmを被覆したものである。これに1μm線幅
のアルミ電極パタ−ンを形成すると歩留まりは99%で
ある。試料2は、反りが−15μmの4インチ(10
0)Siウエハに、5nmのβ−SiCと50μm厚の
ダイヤモンド被膜を成長させている。線幅が0.8μm
のアルミ櫛形電極を形成すると、断線歩留まりは97%
であった。サブミクロンの電極が高い歩留まりで形成で
きるということである。Sample 1 was 2 inches (1 μm) with -5 μm warpage.
00) A Si substrate coated with 10 nm of β-SiC and 30 μm of diamond. If an aluminum electrode pattern having a line width of 1 μm is formed, the yield is 99%. Sample 2 was 4 inches (10 μm) with a warp of −15 μm.
0) 5 nm β-SiC and a 50 μm thick diamond film are grown on a Si wafer. 0.8 μm line width
When the aluminum comb-shaped electrode is formed, the disconnection yield is 97%
Met. This means that submicron electrodes can be formed with a high yield.
【0072】試料3は、反りが−60μmの8インチ
(111)Siウエハ−の上に、15nmのβ−SiC
と、100μmものダイヤモンド膜を積み重ねたもので
ある。これは反りが大きいし、研磨後の面粗度も良くな
いのであるが1.2μm幅の電極の歩留まりが94%で
ある。満足できる結果であると言える。試料4は、−1
0μmの反りの1インチ(100)Siウエハに、20
nm厚のβ−SiCと15μm厚のダイヤモンド膜を被
覆したものである。これに1.5μm線幅の電極を形成
すると、96%の歩留まりになる。これも良い結果であ
る。Sample 3 was prepared by placing a 15 nm β-SiC on an 8 inch (111) Si wafer having a warp of −60 μm.
And 100 μm of diamond films are stacked. This is because the warpage is large and the surface roughness after polishing is not good, but the yield of the electrode having a width of 1.2 μm is 94%. It can be said that the result is satisfactory. Sample 4 is -1
On a 1-inch (100) Si wafer having a warp of 0 μm, 20
This is a coating of β-SiC with a thickness of nm and a diamond film with a thickness of 15 μm. If an electrode having a line width of 1.5 μm is formed thereon, the yield will be 96%. This is also a good result.
【0073】試料5は、反り−2.5μmの3インチの
(100)Siウエハ−に、8nmのβ−SiC、5μ
m厚のダイヤモンド膜を被覆したものである。平坦度も
平滑度も良い。0.6μm幅の櫛形電極を作ると、歩留
まりは95%であった。これは最も幅の狭い電極である
が、このような狭さでこの歩留まりは驚異的である。試
料6は、反り−10μmの2インチ(110)Siウエ
ハ−に、25nmのβ−SiCと30μmのダイヤモン
ドを形成したものである。1μm幅の電極を形成した時
の歩留まりは99%である。満足できる値である。The sample 5 was formed on a 3-inch (100) Si wafer having a warp of 2.5 μm by using 8 nm β-SiC, 5 μm.
It is covered with a m-thick diamond film. Both flatness and smoothness are good. When a comb-shaped electrode having a width of 0.6 μm was formed, the yield was 95%. This is the narrowest electrode, but with such a narrowness this yield is surprising. Sample 6 is obtained by forming 25 nm β-SiC and 30 μm diamond on a 2-inch (110) Si wafer having a warpage of −10 μm. The yield when forming a 1 μm-wide electrode is 99%. This is a satisfactory value.
【0074】試料7は、反り−2.5μmの5インチ
(111)Siウエハ−の上に、15nmのβ−Si
C、100μmのダイヤモンド膜を作った例である。こ
れは面粗度が良くない(Rmax8nm、Ra6nm)
が、0.8μm幅の電極の歩留まりが92%である。満
足できるデ−タである。試料8は反り−15μmの4イ
ンチ(110)Siウエハ−の上に、8nmのβ−Si
C、5μmのダイヤモンドを形成したものである。面粗
度は良いし、反りも少ない。この上に、2μm線幅の櫛
形電極を形成すると、断線歩留まりが90%になった。The sample 7 was formed on a 5-inch (111) Si wafer having a warp of 2.5 μm and a 15-nm β-Si
C, an example in which a 100 μm diamond film was formed. This is not good in surface roughness (Rmax 8 nm, Ra 6 nm)
However, the yield of electrodes having a width of 0.8 μm is 92%. It is satisfactory data. Specimen 8 was warped-on a 15 inch 4 inch (110) Si wafer, 8 nm of β-Si.
C, 5 μm diamond was formed. Surface roughness is good and warpage is small. When a comb-shaped electrode having a line width of 2 μm was formed thereon, the disconnection yield was 90%.
【0075】これらの実施例に係るダイヤモンドウエハ
−は櫛形電極形成に関して、何れも90%を上回る断線
歩留まりを示す。つまり殆ど断線しないということであ
る。これは膜面が平滑で凹凸が少ないからである。表面
弾性波素子に使うと、極めて特性の優れたものが高歩留
まりで得られるということである。半導体素子に用いる
場合でも、細い電極パタ−ンができるということは、リ
ソグラフィ−技術を用いて様々な構造が作製できるとい
うことである。比較例を説明する。試料9は反りが+2
00μmの2インチ(100)Siウエハ−に80nm
のβ−SiC、150μmのダイヤモンドを合成したも
のである。面粗度が悪い。これに線幅が1.5μmの櫛
形電極を形成すると、断線歩留まりは10%であった。
これは面の凹凸が大きくてフォトリソグラフィ−により
細かい電極構造を作ることができないということを意味
している。Each of the diamond wafers according to these examples shows a disconnection yield of more than 90% with respect to the formation of a comb-shaped electrode. That is, there is almost no disconnection. This is because the film surface is smooth and has few irregularities. When used in a surface acoustic wave device, a device having extremely excellent characteristics can be obtained with a high yield. Even when used in a semiconductor device, the fact that a thin electrode pattern can be formed means that various structures can be manufactured using lithography technology. A comparative example will be described. Sample 9 has a warp of +2
80 nm on a 2-inch (100) Si wafer of 00 μm
Of β-SiC, 150 μm diamond. Surface roughness is poor. When a comb-shaped electrode having a line width of 1.5 μm was formed, the disconnection yield was 10%.
This means that a fine electrode structure cannot be formed by photolithography due to large surface irregularities.
【0076】試料10は、反り+400μmの8インチ
(111)Siウエハ−に580nmのβ−SiCと8
00μmの厚いダイヤモンド膜を形成したものである。
研磨前の面粗度が悪く、研磨後も悪い。これに、線幅
0.5μmの電極を製作すると、歩留まりは8%に過ぎ
ない。これも面粗度が悪くてフォトリソグラフィ−では
微細構造を作ることができない。試料11は、反りなし
の0.5インチSi(110)ウエハ−に、1nmのβ
−SiC、2μmのダイヤモンドを形成してある。これ
は研磨できなかったので、電極蒸着、エッチングの試験
はしない。The sample 10 was formed by warping +8 μm (111) Si wafer of 400 μm and β-SiC of 580 nm.
A thick diamond film having a thickness of 00 μm was formed.
The surface roughness before polishing is poor, and also after polishing. On the other hand, if an electrode having a line width of 0.5 μm is manufactured, the yield is only 8%. In this case, too, the surface roughness is poor and a fine structure cannot be formed by photolithography. Sample 11 was prepared on a 0.5 inch Si (110) wafer without warpage by a 1 nm β.
-SiC, 2 μm diamond is formed. Since this could not be polished, the test of electrode deposition and etching is not performed.
【0077】試料12は、反りなしの3インチSi(1
00)ウエハ−に、10nmのβ−SiCと30μmの
ダイヤモンド膜を形成したものである。これに1.6μ
m幅の櫛形電極を作ると断線歩留まりが15%であっ
た。これも細かい電極をウエハに作り込むことができな
いということである。反りは0であるが、これは先にも
繰り返し述べているように、実はうねりが存在しねじれ
があって、平滑に研磨することができない。面粗度が悪
いなどの難点がある。このために電極構造を高歩留まり
で作製出来ない。The sample 12 was a 3-inch Si (1) without warpage.
00) A 10 nm β-SiC and a 30 μm diamond film are formed on a wafer. 1.6μ
When a comb-shaped electrode having a width of m was formed, the disconnection yield was 15%. This also means that fine electrodes cannot be formed on the wafer. Although the warpage is zero, as described above, there is actually undulation and twist, and smooth polishing cannot be performed. There are disadvantages such as poor surface roughness. Therefore, the electrode structure cannot be manufactured with a high yield.
【0078】[膜全体が不均一の場合:試料13:実施
例]直径3インチのSi{111}の単結晶基板を用意
した。CH4 中で基板1000℃で1分間熱処理した。
これによって立方晶のSiCが10nmの厚さに成長し
た。RHEEDによってSiCがエピタキシャル成長し
ていることを確かめた。図15のように、基板の外周部
2mmの領域に、平均粒径50μmのダイヤモンド粉を
用いて傷つけ処理した。この基板の上に、熱フィラメン
トCVD法によって、ダイヤモンドを成長させた。フィ
ラメントは、タングステンである。成長条件は、[When the entire film is non-uniform: Sample 13: Example] A single crystal substrate of Si {111} having a diameter of 3 inches was prepared. The substrate was heat-treated at 1000 ° C. for 1 minute in CH 4 .
As a result, cubic SiC was grown to a thickness of 10 nm. It was confirmed by RHEED that SiC was epitaxially grown. As shown in FIG. 15, a 2 mm outer peripheral area of the substrate was damaged using diamond powder having an average particle size of 50 μm. Diamond was grown on this substrate by hot filament CVD. The filament is tungsten. The growth conditions are
【0079】 基板温度 930℃ 圧力 80 Torr 原料ガス総流量 800sccm フィラメント温度 2100℃ 成長時間 100時間Substrate temperature 930 ° C. Pressure 80 Torr Total flow rate of source gas 800 sccm Filament temperature 2100 ° C. Growth time 100 hours
【0080】 原料ガスの組成 最初の10分間 H2 97.8体積% CH4 2.2体積% それ以後 H2 99.2体積% CH4 0.8体積% 基板バイアス 最初の10分間 −125V〜−150V それ以後 0V 膜厚 50μmComposition of Source Gas First 10 minutes H 2 97.8% by volume CH 4 2.2% by volume H 2 99.2% by volume CH 4 0.8% by volume Substrate bias First 10 minutes −125V to -150V After that 0V Film thickness 50μm
【0081】基板の全面にダイヤモンド膜が50μmの
厚みで成長した。結晶方位をX線回折によって調べた。
膜の中央部では、法線方向が<111>±2°である部
分が98%以上であった。面の中央部で結晶粒子の基板
方位に対する回転角が最大でも4°である。つまり膜の
中央部は基板と方位の揃った結晶であるということがで
きる。図21にこれを示す。傷つけ処理を行った周辺部
でのダイヤモンドにおいて方位はランダムで整合してい
なかった。ウエハ−の反りは−20μmであった。ダイ
ヤモンド面を研磨した。全面が鏡面研磨されて、膜と基
板の間に剥離が起こらなかった。A diamond film was grown to a thickness of 50 μm on the entire surface of the substrate. The crystal orientation was examined by X-ray diffraction.
At the center of the film, the portion where the normal direction was <111> ± 2 ° was 98% or more. The rotation angle of the crystal grains with respect to the substrate orientation at the center of the plane is at most 4 °. That is, it can be said that the central portion of the film is a crystal having the same orientation as the substrate. FIG. 21 shows this. The orientation was not randomly aligned in the diamond at the periphery where the damage was performed. The warpage of the wafer was -20 μm. The diamond surface was polished. The entire surface was mirror-polished, and no peeling occurred between the film and the substrate.
【0082】[膜全体が不均一の場合:試料14:比較
例]直径3インチのSi{111}の単結晶基板を用意
した。傷つけ処理は行わない。この基板の上に、熱フィ
ラメントCVD法によって、ダイヤモンドを成長させ
た。フィラメントは、タングステンである。成長条件
は、[When the entire film is non-uniform: Sample 14: Comparative example] A single-crystal substrate of Si {111} having a diameter of 3 inches was prepared. No damage processing is performed. Diamond was grown on this substrate by hot filament CVD. The filament is tungsten. The growth conditions are
【0083】 基板温度 1050℃ 原料ガス総流量 800sccm 圧力 250 Torr フィラメント温度 1900℃ 成長時間 100時間Substrate temperature 1050 ° C. Source gas total flow rate 800 sccm Pressure 250 Torr Filament temperature 1900 ° C. Growth time 100 hours
【0084】 原料ガスの組成 最初の10分間 H2 97.8体積% CH4 2.2体積% それ以後 H2 99.2体積% CH4 0.8体積% 基板バイアス 最初の10分間 −125V〜−150V それ以後 0V 膜厚 90μm[0084] The composition of the feed gas first 10 minutes H 2 97.8 vol% CH 4 2.2% by volume subsequent H 2 99.2 vol% CH 4 0.8 vol% bias the first 10 minutes -125V~ -150V After that 0V Thickness 90μm
【0085】基板の全面にダイヤモンド膜が90μmの
厚みで成長した。結晶方位をX線回折によって調べた。
膜の全体に於いて法線方向が<111>±2°である部
分が98%以上であった。膜全体で結晶粒子の基板方位
に対する回転角が最大でも4°である。つまり膜の全体
が基板と方位の揃った結晶であるということができる。
傷つけ処理を行った周辺部でのダイヤモンドにおいて方
位はランダムで整合していなかった。ウエハ−の反りは
+52μmであった。ダイヤモンド面を研磨した。50
%研磨した時点で、周辺部のダイヤモンドが30mm2
の広さで欠け落ちてしまった。A diamond film was grown on the entire surface of the substrate to a thickness of 90 μm. The crystal orientation was examined by X-ray diffraction.
The portion where the normal direction was <111> ± 2 ° was 98% or more in the whole film. The rotation angle of the crystal grains with respect to the substrate orientation in the entire film is at most 4 °. That is, it can be said that the entire film is a crystal having the same orientation as the substrate.
The orientation was not randomly aligned in the diamond at the periphery where the damage was performed. The warpage of the wafer was +52 μm. The diamond surface was polished. 50
%, The peripheral diamond is 30 mm 2
It has been chipped in the size of.
【0086】[膜全体が不均一の場合:試料15:実施
例]直径2インチのSi{100}の単結晶基板を用意
した。図10、図11に示すように、2mm×2mmの
周期で、1.6mm×1.6mの領域にフォトレジスト
膜を形成した。図では4つ分(2×2)しか示していな
いが実際には縦横に多数のレジストパタ−ンがある。平
均粒径が50μmのダイヤモンド粒子によって傷つけ処
理をした。この後フォトレジストを除去した。レジスト
によって覆われていた部分は平滑面のままである。レジ
ストによって覆われていなかった部分が傷つけ処理され
たことになる。つぎに2段階のダイヤモンドの成長を行
う。[When the whole film is non-uniform: Sample 15: Example] A single-crystal Si {100} substrate having a diameter of 2 inches was prepared. As shown in FIGS. 10 and 11, a photoresist film was formed at a period of 2 mm × 2 mm in an area of 1.6 mm × 1.6 m. Although only four (2 × 2) are shown in the figure, there are actually many resist patterns vertically and horizontally. Damage treatment was performed with diamond particles having an average particle diameter of 50 μm. Thereafter, the photoresist was removed. The part covered by the resist remains a smooth surface. This means that the portion not covered with the resist has been damaged. Next, two stages of diamond growth are performed.
【0087】(第1段階) この基板の上に、マイクロ
波プラズマCVD法によって、ダイヤモンドを成長させ
た。成長条件は、(First Step) Diamond was grown on this substrate by microwave plasma CVD. The growth conditions are
【0088】 基板温度 900℃ 原料ガス総流量 500sccm 圧力 120Torr 成長時間 10時間 原料ガスの組成 H2 97.99体積% CH4 2 体積% N2 0.01体積% 基板バイアス なし 膜厚(局所的) 8μmSubstrate temperature 900 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Pressure 120 Torr Growth time 10 hours Composition of source gas H 2 97.99% by volume CH 4 2% by volume N 2 0.01% by volume No substrate bias Film thickness (local) 8 μm
【0089】この成長をした後、試料を一旦外部に取り
出した。図12に示すように、傷つけ処理した格子状の
部分にのみダイヤモンドが8μmの高さで成長した。
1.6mm×1.6mmの正方形部分にはダイヤモンド
が堆積しない。そのダイヤモンドの結晶方位をSEMに
よって観察した。方位が全くランダムの多結晶であるこ
とが分かった。After this growth, the sample was once taken out. As shown in FIG. 12, diamond grew to a height of 8 μm only in the damaged lattice-like portion.
Diamond is not deposited on a 1.6 mm × 1.6 mm square portion. The crystal orientation of the diamond was observed by SEM. It was found that the orientation was completely random polycrystal.
【0090】(第2段階) 格子状にランダム方位ダイ
ヤモンドが形成された基板の上に、マイクロ波プラズマ
CVD法によって、再びダイヤモンドを成長させた。成
長条件は、(Second Step) Diamond was grown again by microwave plasma CVD on a substrate on which random orientation diamonds were formed in a lattice. The growth conditions are
【0091】 基板温度 900℃ 原料ガス総流量 500sccm 圧力 80Torr 成長時間 100時間 原料ガスの組成 最初の5分間 H2 98 体積% CH4 2 体積% 残り99時間55分 H2 96.2 体積% CH4 3.8 体積% Substrate temperature 900 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Pressure 80 Torr Growth time 100 hours Composition of source gas First 5 minutes H 2 98% by volume CH 4 2% by volume Remaining 99 hours 55 minutes H 2 96.2% by volume CH 4 3.8% by volume
【0092】 基板バイアス 最初の5分 −150V 残りの99時間55分 0V 膜厚(局所的) 180μm 反り −8μm Substrate bias First 5 minutes -150 V Remaining 99 hours 55 minutes 0 V Film thickness (local) 180 μm Warpage −8 μm
【0093】この成長によって、180μmのダイヤモ
ンド膜を得る事ができた。成長表面を観察して、表面の
全体が方位の揃ったダイヤモンドであることが分かっ
た。一方断面の観察から、傷つけ処理した格子の部分に
は、ランダム方位のダイヤモンドが残っていることが判
明した。しかしこれは単一方位のダイヤモンドによって
覆い尽くされて表面には現れない。図13はその断面図
である。基板より膜が厚く書かれているがこれは膜の構
造を強調するためである。実際には基板の方が厚い。ラ
ンダム方位ダイヤモンドが図12におけるよりも高くな
っているのは第2段階の成長においてなおしばらくラン
ダム方位ダイヤモンドの成長が続くからである。By this growth, a 180 μm diamond film could be obtained. Observation of the growing surface revealed that the entire surface was diamond with a uniform orientation. On the other hand, observation of the cross section revealed that diamonds with random orientation remained in the damaged lattice portion. However, it is not covered by a single-orientation diamond and appears on the surface. FIG. 13 is a sectional view thereof. The film is written thicker than the substrate, to emphasize the structure of the film. In practice, the substrate is thicker. The reason why the random orientation diamond is higher than in FIG. 12 is that the random orientation diamond continues to grow for a while in the second stage of growth.
【0094】ダイヤモンド面を研磨した。全面が鏡面研
磨されていた。膜の剥離も全く起こらなかった。図13
に現れるランダム方位ダイヤモンドが界面を補強してい
るからである。優れたダイヤモンド膜である。本発明の
効果が良く分かる。この実施例ではランダム方位のダイ
ヤモンドは表面に出ないが、表面に出るようにしても良
い。図16はそのような変形例を示す。The diamond surface was polished. The entire surface was mirror-polished. No peeling of the film occurred. FIG.
This is because the randomly oriented diamonds appearing in the matrix reinforce the interface. Excellent diamond film. The effect of the present invention is clearly understood. In this embodiment, the diamonds in the random orientation do not appear on the surface, but may appear on the surface. FIG. 16 shows such a modification.
【0095】[膜全体が不均一の場合:試料16:実施
例]直径2インチのSi{100}の単結晶基板を用意
した。YAGレ−ザによって、幅100μm、深さ10
μmの溝を、Si基板の全面に、1mm×1mmの周期
で切った。平坦な部分(突部)と凹部が交代する断面形
状になる。凹部が格子状に形成されているパタ−ンであ
る。この基板の上にマイクロ波プラズマCVD法によっ
て、100時間かけてダイヤモンドを形成した。成長条
件は、[When the entire film is non-uniform: Sample 16: Example] A single crystal substrate of Si {100} having a diameter of 2 inches was prepared. 100 μm width and 10 depth by YAG laser
A μm groove was cut on the entire surface of the Si substrate at a cycle of 1 mm × 1 mm. The cross-sectional shape is such that flat portions (projections) and recesses alternate. This is a pattern in which the concave portions are formed in a lattice shape. Diamond was formed on this substrate by microwave plasma CVD for 100 hours. The growth conditions are
【0096】 基板温度 900℃ 原料ガス総流量 500sccm 圧力 60Torr 成長時間 100時間 原料ガスの組成 最初の5分間 H2 98 体積% CH4 2 体積% 残り99時間55分 H2 96.2 体積% CH4 3.8 体積% Substrate temperature 900 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Pressure 60 Torr Growth time 100 hours Composition of source gas First 5 minutes H 2 98% by volume CH 4 2% by volume Remaining 99 hours 55 minutes H 2 96.2% by volume CH 4 3.8% by volume
【0097】 基板バイアス 最初の5分 −150V 残りの99時間55分 0V 膜厚(局所的) 180μm 反り −32μm Substrate bias First 5 minutes -150 V Remaining 99 hours 55 minutes 0 V Film thickness (local) 180 μm Warpage −32 μm
【0098】成長表面の観察によって、ほぼ方位の揃っ
たダイヤモンドであることが分かった。断面の観察か
ら、このダイヤモンド膜は、図14のようになっている
ことが分かった。初めに溝を切った部分はダイヤモンド
が成長せず孔になっている。しかし次第にダイヤモンド
が周辺から迫ってくるので、孔の上部もダイヤモンドに
よて覆われる。ために空孔が閉じ込められたものにな
る。空孔以外は方位の揃った高品質のダイヤモンドであ
る。これを研磨すると、ダイヤモンドの全面が鏡面研磨
されていた。膜の剥離も全く起こらなかった。格子状の
空孔の存在が界面の接合を強化し剥離を防いでいるので
ある。Observation of the growth surface revealed that the diamond was almost uniformly oriented. From observation of the cross section, it was found that the diamond film was as shown in FIG. The portion where the groove was cut first is a hole without diamond growth. However, as the diamond gradually approaches from the periphery, the upper part of the hole is also covered with the diamond. Therefore, the holes are confined. Except for the holes, it is a high-quality diamond with a uniform orientation. When this was polished, the entire surface of the diamond was mirror-polished. No peeling of the film occurred. The presence of the lattice-like holes strengthens the bonding at the interface and prevents peeling.
【0099】[膜全体が不均一の場合:試料17:比較
例]試料15と同様の直径2インチのSi{100}の
単結晶基板を用意した。傷つけ処理も溝加工も全く行わ
ない。平滑な基板の上に、マイクロ波プラズマCVD法
によって、ダイヤモンドを成長させた。成長条件は、[When the entire film is non-uniform: Sample 17: Comparative Example] A single-crystal Si {100} substrate having a diameter of 2 inches similar to that of Sample 15 was prepared. Neither scratching nor grooving is performed. Diamond was grown on a smooth substrate by microwave plasma CVD. The growth conditions are
【0100】 基板温度 700℃ 圧力 15Torr 原料ガス総流量 500sccm 成長時間 300時間 原料ガスの組成 最初の5分間 H2 98 体積% CH4 2 体積% 残り99時間55分 H2 96.2 体積% CH4 3.8 体積% Substrate temperature 700 ° C. Pressure 15 Torr Total flow rate of source gas 500 sccm Growth time 300 hours Composition of source gas First 5 minutes H 2 98% by volume CH 4 2% by volume Remaining 99 hours 55 minutes H 2 96.2% by volume CH 4 3.8% by volume
【0101】 基板バイアス 最初の5分 −180V 残りの99時間55分 0V 膜厚(局所的) 150μm 反り −180μmSubstrate bias First 5 minutes -180 V Remaining 99 hours 55 minutes 0 V Film thickness (local) 150 μm Warpage −180 μm
【0102】この成長によって、150μmのダイヤモ
ンド膜を得る事ができた。成長表面を観察して表面の全
体が、方位の揃ったダイヤモンドであることが分かっ
た。均一なダイヤモンド膜である。ダイヤモンド面を研
磨した。ほぼ20%が鏡面研磨された時点で、ほぼ中央
で二つに割れてしまった。また鏡面研磨された領域の約
15%の領域で剥離が起こっていた。剥離は基板とダイ
ヤモンドの界面で起こっていた。界面の状態が均一であ
ると界面の結合力が弱いということが分かる。By this growth, a diamond film of 150 μm could be obtained. Observation of the growth surface revealed that the entire surface was diamond with a uniform orientation. It is a uniform diamond film. The diamond surface was polished. When almost 20% was mirror-polished, it was split into two almost at the center. In addition, peeling occurred in about 15% of the mirror-polished area. Peeling occurred at the interface between the substrate and the diamond. It can be seen that when the state of the interface is uniform, the bonding force of the interface is weak.
【0103】[FETを作製した実施例:試料18]本
発明の実施例に係るダイヤモンド基板にMESFET
(metal-semiconductor field effect transistor)を作
製した。直径2インチ(50mm)の{100}Si単
結晶基板を用意した。図24、図25に示すように、
2.5mm×2.5mmの周期で、2.1mm×2.1
mmの正方形状にフォトレジスト膜を形成した。図25
は2×2個分だけを示す。このSiウエハ−を平均粒径
100μmのダイヤモンド粒子によって全面に傷つけ処
理した。これを図26に示す。格子状に傷付け部分が発
生する。その後レジストを除去した。レジストに覆われ
ていた部分は平滑表面を持っている。この基板に以下の
条件によって、マイクロ波プラズマCVD法によってア
モルファスカ−ボンを形成した。[Embodiment of Fabricating FET: Sample 18] A MESFET was formed on a diamond substrate according to an embodiment of the present invention.
(Metal-semiconductor field effect transistor). A {100} Si single crystal substrate having a diameter of 2 inches (50 mm) was prepared. As shown in FIGS. 24 and 25,
In a cycle of 2.5 mm × 2.5 mm, 2.1 mm × 2.1
A photoresist film was formed in a square shape of mm. FIG.
Indicates only 2 × 2. The entire surface of the Si wafer was damaged by diamond particles having an average particle diameter of 100 μm. This is shown in FIG. Damaged portions are generated in a grid pattern. Thereafter, the resist was removed. The part covered with the resist has a smooth surface. An amorphous carbon was formed on this substrate by microwave plasma CVD under the following conditions.
【0104】 a−Cの生成 基板温度 700℃ 原料ガス総流量 500sccm 成長時間 5時間 原料ガスの組成 H2 90 体積% CH4 10 体積% 基板バイアス 0 V a−C膜厚(局所的) 10μmGeneration of aC Substrate temperature 700 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Growth time 5 hours Source gas composition H 2 90% by volume CH 4 10% by volume Substrate bias 0 V a-C film thickness (local) 10 μm
【0105】傷付け処理した部分にのみアモルファスカ
−ボンが成長していた。この後、次の条件でマイクロ波
プラズマCVD法によって、単一方位ダイヤモンド膜を
成長させた。Amorphous carbon grew only in the damaged portion. Thereafter, a unidirectional diamond film was grown by microwave plasma CVD under the following conditions.
【0106】 単一方位ダイヤモンド 基板温度 900℃ 原料ガス総流量 500sccm 成長時間 30時間 原料ガスの組成 最初5分間 H2 98 体積% CH4 2 体積% それ以後 H2 96.2体積% CH4 3.8体積% Unidirectional diamond Substrate temperature 900 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Growth time 30 hours Composition of source gas First 5 minutes H 2 98% by volume CH 4 2% by volume H 2 96.2% by volume CH 4 3. 8% by volume
【0107】 基板バイアス 最初5分間 −150 V それ以後 0 V 膜厚 35μm 反り −3μmSubstrate bias -150 V for the first 5 minutes and thereafter 0 V Film thickness 35 μm Warpage -3 μm
【0108】これは成長表面の観察によって方位の揃っ
た単一方位ダイヤモンドであることが分かった。この時
の基板の反りは−3μmであった。このウエハ−を本発
明の研磨装置によって研磨した。剥離やチッピング、ク
ラックが発生することなく、全面を鏡面研磨することが
できた(図27)。鏡面ウエハ−の上に、次の条件でマ
イクロ波プラズマCVD法によって、ボロンド−プダイ
ヤモンドを形成した。The observation of the growth surface revealed that this was a single-oriented diamond with a uniform orientation. At this time, the warpage of the substrate was -3 μm. This wafer was polished by the polishing apparatus of the present invention. The entire surface could be mirror-polished without peeling, chipping or cracking (FIG. 27). Boron-doped diamond was formed on the mirror wafer by microwave plasma CVD under the following conditions.
【0109】 B−ダイヤモンド 基板温度 950℃ 原料ガス総流量 500sccm 成長時間 2時間 原料ガスの組成 H2 99 体積% CH4 1 体積% B2 H6 1 ppm 基板バイアス 0 V 膜厚 1μmB-diamond Substrate temperature 950 ° C. Total flow rate of source gas 500 sccm Growth time 2 hours Composition of source gas H 2 99% by volume CH 4 1% by volume B 2 H 6 1 ppm Substrate bias 0 V Film thickness 1 μm
【0110】ボロンド−プダイヤモンド膜の膜厚は1μ
mである。次に電子ビ−ム蒸着法によって、ウエハ−の
全面にタングステン膜を形成した。これが図28に示す
状態である。さらにフォトリソグラフィによって、部分
的にタングステンを除去し、電極とした。これが図29
に示す状態である。次いでマイクロ波プラズマCVD法
によってノンド−プダイヤモンドをこの上に成長させ
た。条件は以下のようである。The thickness of the boron-doped diamond film is 1 μm.
m. Next, a tungsten film was formed on the entire surface of the wafer by electron beam evaporation. This is the state shown in FIG. Further, tungsten was partially removed by photolithography to form an electrode. This is FIG.
This is the state shown in FIG. Then, non-doped diamond was grown thereon by microwave plasma CVD. The conditions are as follows.
【0111】 ノンド−プダイヤモンド 基板温度 950℃ 原料ガス総流量 500sccm 成長時間 3時間 原料ガスの組成 H2 98.8体積% CH4 1.2体積% 基板バイアス 0 V 膜厚 2μmNon-doped diamond Substrate temperature 950 ° C. Source gas total flow rate 500 sccm Growth time 3 hours Source gas composition H 2 98.8 vol% CH 4 1.2 vol% Substrate bias 0 V Film thickness 2 μm
【0112】これによって2μmの厚みのノンド−プダ
イヤモンドが選択的に成長した。タングステンの上には
何も成長しない。ボロンド−プダイヤモンドの上にだけ
ノンドープダイヤモンドが成長する。アモルファスカ−
ボンの上にはアモルファスカ−ボンが成長した。このよ
うに下地によって成長するものが異なる。ここで成長し
たノンド−プダイヤモンドは2μmの厚みである。図3
0はこの状態を示す。As a result, a non-doped diamond having a thickness of 2 μm was selectively grown. Nothing grows on tungsten. Non-doped diamond grows only on boron-doped diamond. Amorphous car
Amorphous carbon grew on the carbon. As described above, what grows depends on the base. The non-doped diamond grown here has a thickness of 2 μm. FIG.
0 indicates this state.
【0113】さらに抵抗加熱法によりアルミニウムを全
面に蒸着した。図31はこれを示す。フォトリソグラフ
ィによって、ノンド−プダイヤモンドの上に一部分のみ
にアルミニウムを残して他の部分のアルミニウムを除去
した。こうして図32、図33に示すように、ダイヤモ
ンドウエハ−の全面にFETを形成した。中央部のタン
グステン電極がドレイン電極である。リング状のアルミ
ニウム電極がゲ−ト電極である。最外方のタングステン
がソ−ス電極である。ボロンド−プダイヤモンドがp型
のチャンネルを構成する。ウエハ−の全面に縦横に並ぶ
FETが形成される。Further, aluminum was deposited on the entire surface by a resistance heating method. FIG. 31 illustrates this. Photolithography was used to remove aluminum in other portions while leaving only a portion of the aluminum on the non-doped diamond. Thus, as shown in FIGS. 32 and 33, FETs were formed on the entire surface of the diamond wafer. The central tungsten electrode is the drain electrode. The ring-shaped aluminum electrode is the gate electrode. The outermost tungsten is the source electrode. The boron diamond forms a p-type channel. FETs arranged vertically and horizontally are formed on the entire surface of the wafer.
【0114】アモルファスカ−ボンの部分を、幅200
μmの刃を用いて、ダイシングし、個々のFETを分離
した。全部で300のFETが得られた。殆ど全てが良
好に動作した。研磨によって、境界層が剥離せず損傷を
受けなかったということである。こうして本発明はダイ
ヤモンドFETをも提供することができる。アモルファ
スカ−ボンは隣接素子の境に設けるが、これは境界層を
強化すると同時に、ウエハ−の切断を容易にする作用が
ある。The portion of the amorphous carbon has a width of 200 mm.
Dicing was performed using a μm blade to separate individual FETs. A total of 300 FETs were obtained. Almost everything worked well. This means that the boundary layer did not peel off and was not damaged by the polishing. Thus, the present invention can also provide a diamond FET. The amorphous carbon is provided at the boundary between adjacent elements, and this has the effect of strengthening the boundary layer and facilitating the cutting of the wafer.
【0115】[0115]
【発明の効果】ダイヤモンドバルクの基板は高圧合成法
で作られる。これは高温の状態で高圧を印加して多結晶
のダイヤモンドを作るものである。面積が小さくて、実
験用には意味があろうが実用的意義には乏しいものであ
った。本発明は、ダイヤモンドの大面積ウエハ初めて与
えるものである。これは、入手しやすい結晶基板の上に
これらのダイヤモンドの膜を形成した複合構造である。
複合構造にすると反りが発生して研磨することができ
ず。ミラ−ウエハ−にすることができなかった。鏡面で
ないウエハ−ではフォトリソグラフィ−でデバイスを作
製することができない。本発明者は反りのある基板を採
用し、これにダイヤモンド膜を凸になるように形成し、
ホルダ−面が傾き得るようにした研磨装置により、凸反
りウエハ−を研磨するようにしている。研磨の成功によ
り、初めて面積の広い実用的なダイヤモンドミラ−ウエ
ハ−を作製することができるようになった。The substrate of the diamond bulk is manufactured by a high-pressure synthesis method. In this method, high pressure is applied at a high temperature to produce polycrystalline diamond. The area was small, meaningful for experiments, but of little practical significance. The present invention is the first to provide a large area wafer of diamond. This is a composite structure in which these diamond films are formed on an easily available crystal substrate.
If a composite structure is used, warpage occurs and polishing cannot be performed. It could not be made into a mirror wafer. Devices cannot be fabricated by photolithography on wafers that are not specular. The present inventor adopts a warped substrate, forms a diamond film on this substrate so as to be convex,
The convexly-warped wafer is polished by a polishing device capable of tilting the holder surface. With the success of polishing, a practical diamond mirror wafer having a large area can be manufactured for the first time.
【0116】また本発明のダイヤモンドウエハ−は、単
結晶基板の上にヘテロエピタキシャル成長させているの
で、ダイヤモンド自体が単結晶である。また基板の面方
位を指定することにより、任意の結晶方位の単結晶のダ
イヤモンドウエハ−を作ることができる。ダイヤモンド
の半導体材料への応用に突破口を開く有意義な発明であ
る。Since the diamond wafer of the present invention is heteroepitaxially grown on a single crystal substrate, the diamond itself is a single crystal. By designating the plane orientation of the substrate, a single crystal diamond wafer having an arbitrary crystal orientation can be produced. This is a significant invention that opens a breakthrough in the application of diamond to semiconductor materials.
【図1】凸反り基板の上にダイヤモンド膜を形成した反
りのあるダイヤモンドウエハ−の構造を示す断面図。中
間部にβ−SiCが生成している。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a warped diamond wafer in which a diamond film is formed on a convexly warped substrate. Β-SiC is generated in the middle part.
【図2】全体としての反りが0であるが、凹凸の反りが
混在しうねりを持つダイヤモンドウエハ−の一例を示す
断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a diamond wafer having an undulation in which the overall warpage is 0 but the uneven warpage is mixed.
【図3】凸反り基体の上にダイヤモンド膜を被覆し研磨
しさらに電極形成する工程を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a step of coating and polishing a diamond film on a convexly warped substrate and forming an electrode.
【図4】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いるフ
ィラメントCVD装置の概略構成図。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a filament CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図5】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いるマ
イクロ波プラズマCVD装置の概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a microwave plasma CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図6】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いるプ
ラズマジェットCVD装置の概略構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a plasma jet CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図7】本発明においてダイヤモンド膜を研磨するため
に用いる、研磨装置の概略正面図。FIG. 7 is a schematic front view of a polishing apparatus used for polishing a diamond film in the present invention.
【図8】図7の研磨装置のホルダ−の部分のみの拡大断
面図。FIG. 8 is an enlarged sectional view of only a holder part of the polishing apparatus of FIG. 7;
【図9】平坦なホルダ−にダイヤモンド被覆ウエハを張
りつけて研磨した時に、未研磨部が残ることを説明する
ための研磨後のウエハの面を示す底面図。は合成後平
坦なウエハを研磨したもの、は凹反りのウエハを研磨
したもの、は凸反りのウエハを研磨したものである。
は本発明で採用する研磨方法により研磨したものを示
す。FIG. 9 is a bottom view showing a polished wafer surface for explaining that an unpolished portion remains when a diamond-coated wafer is adhered to a flat holder and polished. Is a polished flat wafer after synthesis, a polished concave warped wafer, and a polished convexly warped wafer.
Indicates the one polished by the polishing method employed in the present invention.
【図10】基板の上に格子状の部分を除いて正方形のレ
ジスト膜を多数周期的に形成した状態をしめす基板の一
部の平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of the substrate showing a state where a large number of square resist films are periodically formed on the substrate except for a lattice-like portion.
【図11】図10と同じものの側面図。FIG. 11 is a side view of the same as FIG.
【図12】図10の基板を傷つけ処理してダイヤモンド
を形成したとき、レジストによって覆われなかった部分
にのみ多結晶ダイヤモンドが成長していることを示す基
板の一部の断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view of a part of the substrate showing that when the substrate of FIG. 10 is scratched to form diamond, polycrystalline diamond grows only in a portion not covered by the resist.
【図13】図12の基板のうえにさらにダイヤモンドを
成長させたものの断面図。FIG. 13 is a sectional view of a substrate obtained by further growing diamond on the substrate of FIG. 12;
【図14】YAGレ−ザによって溝を切った基板の上に
ダイヤモンドを成長させたときにできるダイヤモンド膜
の断面図。FIG. 14 is a cross-sectional view of a diamond film formed when diamond is grown on a substrate cut by a YAG laser.
【図15】円形の基板の外周部にのみ傷つけ処理をした
ウエハ−の平面図。FIG. 15 is a plan view of a wafer in which only an outer peripheral portion of a circular substrate is damaged.
【図16】基板の上にランダム方位のダイヤモンドと基
板に整合した単一方位のダイヤモンドを周期的に成長さ
せ、ランダム方位ダイヤモンドが表面に露呈している実
施例を示す断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing an embodiment in which random-oriented diamond and single-oriented diamond aligned with the substrate are periodically grown on the substrate, and the random-oriented diamond is exposed on the surface.
【図17】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いる
フィラメントCVD装置の改良型を示す断面図。FIG. 17 is a sectional view showing an improved filament CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図18】本発明においててダイヤモンド膜合成に用い
るマイクロ波プラズマCVD装置の改良型の概略構成
図。FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an improved microwave plasma CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図19】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いる
他のマイクロ波プラズマCVD装置の概略構成図。FIG. 19 is a schematic configuration diagram of another microwave plasma CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図20】本発明においてダイヤモンド膜合成に用いる
プラズマジェットCVD装置の概略構成図。FIG. 20 is a schematic configuration diagram of a plasma jet CVD apparatus used for synthesizing a diamond film in the present invention.
【図21】Si基板の外周部を傷つけ処理して、二段階
成長によって外周部にランダム方位ダイヤモンドが成長
し内方には基板方位に整合した単一方位ダイヤモンドが
成長することを示すウエハ−の断面図FIG. 21 is a diagram showing a wafer in which the outer peripheral portion of a Si substrate is damaged and a random-oriented diamond is grown on the outer peripheral portion by two-stage growth and a single-oriented diamond aligned with the substrate orientation grows inward. Sectional view
【図22】ウエハ−の上に周期的構造を持つようにアモ
ルファスカ−ボン膜を形成したものの断面図。FIG. 22 is a sectional view of an amorphous carbon film having a periodic structure formed on a wafer.
【図23】ウエハ−の上に周期的構造を持つようにアモ
ルファスカ−ボン膜を形成しさらに単一方位ダイヤモン
ド膜を形成したウエハ−の断面図。FIG. 23 is a cross-sectional view of a wafer in which an amorphous carbon film is formed on the wafer so as to have a periodic structure, and a unidirectional diamond film is further formed.
【図24】円形Siウエハ−に格子状に正方形のレジス
ト膜を縦横に形成したものを示す平面図。線のある部分
がレジストのない部分である。FIG. 24 is a plan view showing a square Si resist film formed in a grid pattern on a circular Si wafer in a vertical and horizontal direction. The part with the line is the part without the resist.
【図25】図24の2×2素子分の平面図と断面図。周
期は2.5mm×2.5mmである。正方形のレジスト
パタ−ンは2.1mm×2.1mmである。FIG. 25 is a plan view and a cross-sectional view of the 2 × 2 element of FIG. 24; The cycle is 2.5 mm × 2.5 mm. The square resist pattern is 2.1 mm × 2.1 mm.
【図26】ダイヤモンド粒子をブラストすることによっ
て傷つけ処理したウエハ−の部分平面図。FIG. 26 is a partial plan view of a wafer that has been damaged by blasting diamond particles.
【図27】Siウエハ−の上に周期的にアモルファスカ
−ボン膜を形成しさらにその上に単一方位ダイヤモンド
膜を形成し研磨した後のウエハ−の断面図。FIG. 27 is a cross-sectional view of a wafer after an amorphous carbon film is periodically formed on a Si wafer, and a unidirectional diamond film is formed thereon and polished.
【図28】図27のウエハの上にボロンド−プダイヤモ
ンド膜とタングステン膜を形成したウエハ−の断面図。FIG. 28 is a sectional view of a wafer in which a boron diamond film and a tungsten film are formed on the wafer of FIG. 27;
【図29】図28のウエハ−のタングステンをフォトリ
ソグラフィによって選択的にエッチングし電極を形成し
た状態を示す断面図。FIG. 29 is a sectional view showing a state in which tungsten is selectively etched by photolithography on the wafer of FIG. 28 to form electrodes.
【図30】図29のウエハ−にさらにノンド−プダイヤ
モンド膜を選択的に成長させた状態を示す断面図。タン
グステンの上には何も成長せず、アモルファスカ−ボン
にはアモルファスカ−ボンが、ボロンド−プダイヤモン
ドの上にはノンド−プダイヤモンドが成長している。FIG. 30 is a sectional view showing a state in which a non-doped diamond film is further selectively grown on the wafer of FIG. 29; Nothing grows on tungsten, amorphous carbon grows on amorphous carbon, and non-doped diamond grows on boron-doped diamond.
【図31】図30のウエハ−の上にさらにアルミニウム
を蒸着したものの断面図。FIG. 31 is a cross-sectional view of a case where aluminum is further evaporated on the wafer of FIG. 30;
【図32】図31のウエハ−においてアルミニウムを選
択的にエッチングしゲ−ト電極を形成しFETを作製し
た状態の断面図。FIG. 32 is a sectional view showing a state in which aluminum is selectively etched on the wafer shown in FIG. 31 to form a gate electrode, thereby fabricating an FET.
【図33】図31のウエハ−においてアルミニウムを選
択的にエッチングしゲ−ト電極を形成しFETを作製し
た状態の平面図。FIG. 33 is a plan view showing a state in which aluminum is selectively etched on the wafer shown in FIG. 31 to form a gate electrode and a FET is manufactured.
11 真空チャンバ 12 サセプタ 13 基板 14 ガス排出口 15 電極 16 電流導入端子 17 フィラメント 18 ガス導入口 19 真空計 20 冷却媒体 21 電源 22 真空チャンバ 23 支持棒 24 サセプタ 25 基板 26 原料ガス 27 出口 28 冷却装置 29 マグネトロン 30 真空導波管 31 プラズマ 32 ピストン 33 マイクロ波 34 共鳴板 35 真空チャンバ 36 サセプタ 37 基板(基体) 38 プラズマト−チ 39 直流電源 40 原料ガス 41 回転定盤 42 回転主軸 43 ホルダ− 44 緩衝板 45 ウエハ 46 ホルダ−軸 47 加圧シャフト 48 ア−ム 49 油圧シリンダ 50 モ−タ 51 油圧シリンダ 53 出力軸 54 プ−リ 55 ベルト 56 プ−リ 59 溝 61 グリッド 62 電源 65 グリッド 66 電源 70 マグネトロン 71 結合機 72 導波菅 73 モード選択装置 75 チャンバ 76 窓 77 反応室 81 電源 Reference Signs List 11 vacuum chamber 12 susceptor 13 substrate 14 gas outlet 15 electrode 16 current introduction terminal 17 filament 18 gas introduction port 19 vacuum gauge 20 cooling medium 21 power supply 22 vacuum chamber 23 support rod 24 susceptor 25 substrate 26 source gas 27 outlet 28 cooling device 29 Magnetron 30 Vacuum waveguide 31 Plasma 32 Piston 33 Microwave 34 Resonance plate 35 Vacuum chamber 36 Susceptor 37 Substrate (substrate) 38 Plasma torch 39 DC power supply 40 Raw material gas 41 Rotating surface plate 42 Rotating spindle 43 Holder 44 Buffer plate 45 Wafer 46 Holder shaft 47 Pressure shaft 48 Arm 49 Hydraulic cylinder 50 Motor 51 Hydraulic cylinder 53 Output shaft 54 Pulley 55 Belt 56 Pulley 59 Groove 61 Grid 62 Power supply 65 Grid 66 Power supply Reference Signs List 70 magnetron 71 coupler 72 waveguide 73 mode selector 75 chamber 76 window 77 reaction chamber 81 power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205 (72)発明者 藤森 直治 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 築野 孝 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/02 H01L 21/304 C30B 25/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/205 H01L 21/205 (72) Inventor Naoji Fujimori 1-1-1, Kunyokita, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries, Ltd. Inside the Itami Works (72) Inventor Takashi Tsukino 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Inside the Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 02 H01L 21/304 C30B 25/00
Claims (15)
料よりなる基板と、基板の上にヘテロエピタキシャル成
長させかつ研磨によりRmax500Å(50nm)、
Ra200Å(20nm)以下の面粗度にしたダイヤモ
ンド膜とからなり、膜側に凸に反り、周辺部の中央部に
対する高さΔHが、−150μm≦ΔH≦−2μmであ
るようにしたことを特徴とするウエハー。1. A substrate made of a material other than diamond having a slight warp, a substrate having a Rmax of 500Å (50 nm) formed by heteroepitaxial growth on the substrate and polishing.
A diamond film having a surface roughness of not more than Ra200 (20 nm), being convexly warped to the film side, and having a height ΔH with respect to a central portion of a peripheral portion of which is −150 μm ≦ ΔH ≦ −2 μm. Wafer.
上の直径を持ち、外周から中心に向かって単調に被膜側
に凸に反っていることを特徴とする請求項1に記載のウ
エハー。2. The wafer according to claim 1, wherein the wafer is circular, has a diameter of 1 inch or more, and warps monotonically from the outer periphery toward the center toward the coating side.
(100)ダイヤモンドの被膜がヘテロエピタキシャル
成長していることを特徴とする請求項2に記載のウエハ
ー。3. The substrate is a (100) Si single crystal,
3. The wafer according to claim 2, wherein the (100) diamond film is heteroepitaxially grown.
−SiCが存在することを特徴とする請求項3に記載の
ウエハー。4. A thin β layer between a diamond and a Si substrate.
4. The wafer of claim 3, wherein -SiC is present.
0μmであることを特徴とする請求項1に記載のウエハ
ー。5. The diamond film has a thickness of 2 μm to 100 μm.
2. The wafer according to claim 1, wherein the thickness is 0 μm.
が2μm〜150μmである反りを有するダイヤモンド
以外の材料の基板の凸反りの面上に、少なくとも水素と
炭化水素ガスを含むガスを用いて気相合成法によりダイ
ヤモンド被膜をヘテロエピタキシャル成長させ、これを
被膜が外側になるように、面が傾斜し得るホルダーに取
り付け、研磨板に被膜側を押し当てて、ホルダー面を傾
けることにより、凸反りの薄膜面を研磨し、面粗度がR
max500Å(50nm)、Ra200Å(20n
m)以下になるようにすることを特徴とするウエハーの
製造方法。6. A gas containing at least hydrogen and a hydrocarbon gas is used on a convexly warped surface of a substrate made of a material other than diamond having a warp whose central part height is 2 μm to 150 μm with respect to a plane including a peripheral part. The diamond film is heteroepitaxially grown by a vapor phase synthesis method, and the diamond film is attached to a holder whose surface can be inclined so that the film is on the outside, and the film side is pressed against a polishing plate, and the holder surface is inclined to be convex. The warped thin film surface is polished, and the surface roughness is R
max500Å (50 nm), Ra200Å (20 n
m) A method for manufacturing a wafer, characterized in that:
基板面に平行な断面において、基板結晶との間にランダ
ムな方位関係を有するダイヤモンド又は空孔が存在し、
さらに表面を研磨によりRmax50nm、Ra20n
m以下の面粗度に仕上げられたことを特徴とするウエハ
ー。7. In a cross section parallel to a substrate surface near an interface between diamond and a substrate, diamond or holes having a random orientation relationship with a substrate crystal are present,
Further, the surface is polished by Rmax 50 nm and Ra20n.
A wafer having a surface roughness of not more than m.
0μmであることを特徴とする請求項7に記載のウエハ
ー。8. The diamond film has a thickness of 2 μm to 100 μm.
8. The wafer according to claim 7, wherein the thickness is 0 μm.
1ppm以上100ppm以下の窒素を含有することを
特徴とする請求項7に記載のウエハー。9. In the vicinity of a diamond substrate, a diamond material is used.
8. The wafer according to claim 7, wherein the wafer contains 1 ppm or more and 100 ppm or less of nitrogen.
の表面を部分的に傷付け処理し、少なくとも水素と炭化
水素ガスを含むガスを用いて気相合成法により、初めに
傷付け処理した部分に、ランダムな方位関係を有するダ
イヤモンド膜を形成し、この後傷つけ処理しない部分に
は基板に対して方位整合したダイヤモンド膜を形成し、
これを機械的に研磨し、ダイヤモンド膜面を面粗度がR
max50nm、Ra20nm以下の平滑さにすること
を特徴とするウエハーの製造方法。10. A surface of a substrate made of a material other than diamond is partially damaged, and a portion which is initially damaged by a gas phase synthesis method using a gas containing at least hydrogen and a hydrocarbon gas is subjected to random treatment. A diamond film having an azimuth relationship is formed, and a diamond film that is azimuthally aligned with the substrate is formed on a portion not to be damaged thereafter,
This is mechanically polished so that the diamond film surface has a surface roughness of R
A method for manufacturing a wafer, wherein the wafer is smoothed to a maximum of 50 nm and Ra of 20 nm or less.
のみに傷つけ処理し、他の部分には傷つけ処理を行わな
いことを特徴とする請求項10に記載のウエハーの製造
方法。11. The wafer manufacturing method according to claim 10, wherein only the periodic pattern area on the substrate is damaged, and the other part is not damaged.
の表面に部分的に凹部を形成し、少なくとも水素と炭化
水素ガスを含むガスを用いて気相合成法により、基板の
凹部以外の部分にダイヤモンドの核を発生させ基板に対
して方位整合したダイヤモンド膜を形成し、凹部の上方
を方位整合したダイヤモンドによって覆い尽くし、全体
が連続膜になるようにダイヤモンド膜を成長させ、この
ダイヤモンド膜を機械的に研磨し、ダイヤモンド膜面を
面粗度がRmax50nm、Ra20nm以下の平滑さ
にすることを特徴とするウエハーの製造方法。12. A concave portion is partially formed on a surface of a substrate made of a material other than diamond, and diamond is formed on a portion other than the concave portion of the substrate by a gas phase synthesis method using a gas containing at least hydrogen and a hydrocarbon gas. Generate a nucleus, form a diamond film oriented in alignment with the substrate, cover the upper part of the recess with diamond oriented in orientation, grow the diamond film so that the whole becomes a continuous film, and mechanically convert the diamond film. A method for producing a wafer, comprising polishing the surface of a diamond film to a surface roughness of Rmax 50 nm and Ra 20 nm or less.
ルダーに基板を取付け、膜側を研磨板に押し当て、ホル
ダー面を傾けることによってダイヤモンド面の全体を研
磨するようにしたことを特徴とする請求項10又は12
に記載のウエハーの製造方法。13. The method according to claim 1, wherein the substrate is mounted on a holder whose holder surface is inclined with respect to the axis, the film side is pressed against a polishing plate, and the entire diamond surface is polished by tilting the holder surface. Claim 10 or 12
3. The method for producing a wafer according to 1.
の表面に部分的にアモルファスカーボン膜を形成し、こ
の後基板とアモルファスカーボン膜の上に基板に対して
方位整合したダイヤモンド膜を形成し、これを機械的に
研磨し、ダイヤモンド膜面を面粗度がRmax50n
m、Ra20nm以下の平滑さにすることを特徴とする
ウエハーの製造方法。14. An amorphous carbon film is partially formed on the surface of a substrate made of a material other than diamond, and thereafter, a diamond film is formed on the substrate and the amorphous carbon film, the diamond film being oriented with respect to the substrate. The surface of the diamond film is mechanically polished and the surface roughness is Rmax50n.
A method for producing a wafer, wherein the wafer has a smoothness of not more than m and Ra of 20 nm.
を縦横周期的に形成することを特徴とする請求項14に
記載のウエハーの製造方法。15. The method of manufacturing a wafer according to claim 14, wherein an amorphous carbon film is formed on the substrate periodically in a vertical and horizontal direction.
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