JP4543216B2 - Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. - Google Patents
Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. Download PDFInfo
- Publication number
- JP4543216B2 JP4543216B2 JP2006077295A JP2006077295A JP4543216B2 JP 4543216 B2 JP4543216 B2 JP 4543216B2 JP 2006077295 A JP2006077295 A JP 2006077295A JP 2006077295 A JP2006077295 A JP 2006077295A JP 4543216 B2 JP4543216 B2 JP 4543216B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- etching
- plasma
- gas
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、ドライエッチングによりダイヤモンドを加工する方法であり、マスク材との高いエッチング選択比を特徴とするエッチング方法であり、高いアスペクト比を実現する方法であり、さらに、エッチング面の平均面荒さが2nm以下の加工構造体実現に関するものである。本発明のダイヤモンド加工体は、パワー半導体デバイス、電子放出源、電極、MEMSなどダイヤモンド電子デバイス、バイオデバイスとして利用できる。
The present invention is a method of processing diamond by dry etching, an etching method characterized by a high etching selectivity with a mask material, a method of realizing a high aspect ratio, and an average roughness of the etched surface Relates to the realization of a processed structure of 2 nm or less. The processed diamond body of the present invention can be used as a power semiconductor device, an electron emission source, an electrode, a diamond electronic device such as MEMS, and a biodevice.
ダイヤモンドの半導体特性、機械的特性、高硬度、化学的安定性を用いた各種デバイスが提案されているが、実用化には至っていない。その原因の一つに、ダイヤモンドを所望の構造に形成できないという問題点がある。ダイヤモンド構造体の形成に関しては、エッチングにより形成したシリコン鋳型上に、ダイヤモンドを成膜することで、構造が形成されることが、報告されている(非特許文献1参照)。しかし、集積化や微細化、側壁垂直性または高いアスペクト比の実現が困難であった。
Various devices using diamond semiconductor characteristics, mechanical properties, high hardness, and chemical stability have been proposed, but have not yet been put into practical use. One of the causes is that diamond cannot be formed into a desired structure. Regarding the formation of a diamond structure, it has been reported that a structure is formed by depositing diamond on a silicon mold formed by etching (see Non-Patent Document 1). However, it has been difficult to achieve integration, miniaturization, sidewall perpendicularity, or a high aspect ratio.
微細化および集積化のためには、 (1)マスク材との高いエッチング選択比、(2)平坦エッチング面形成、(3)高い側壁垂直性(高いアスペクト比)技術 を全て実現できるエッチング技術の開発が必要である。(1)マスク材とダイヤモンドの高いエッチング選択比の観点から、酸素プラズマエッチングによる加工により構造体の形成が報告されている(特許文献1参照)。しかし、酸素ガスのみによるエッチングでは、ダイヤモンドエッチング面に針状構造が形成され、平坦なエッチング面が形成できないという問題があった。また、垂直性の高い側壁の形成が出来ない。(2)CF4等のフッ素系のガスを導入することで、エッチング面の平坦性が改善されるが、マスク材とダイヤモンドのエッチングの選択比が小さいことが問題として残っていた(特許文献2参照)。そのため、78°以上の側面の傾斜角度が形成できるが、構造体上面の形状や面積の制御が困難であった(特許文献2参照)。
さらに、マスクの損傷に起因して高アスペクトが実現できなかった。(3)高い側壁垂直性や高アスペクト構造に関しては、容量結合型(CCP)プラズマエッチングを用いることで形成できることが報告されている(非特許文献2参照)。しかし、酸素のみでのエッチングでは高選択比ではあるが平坦エッチング面の形成が困難なこと、フッ素系ガスを導入することで平坦エッチング面が形成できるが選択比が低いことが問題である。つまり、既存のダイヤモンドエッチング技術では、上記3つ課題を全て解決するエッチング技術が開発されていない。
For miniaturization and integration, (1) high etching selectivity with mask material, (2) flat etching surface formation, (3) high sidewall perpendicularity (high aspect ratio) technology can be realized. Development is necessary. (1) From the viewpoint of a high etching selectivity between a mask material and diamond, formation of a structure is reported by processing by oxygen plasma etching (see Patent Document 1). However, etching using only oxygen gas has a problem that a needle-like structure is formed on the diamond etching surface, and a flat etching surface cannot be formed. Further, it is impossible to form a highly perpendicular side wall. (2) Although the flatness of the etched surface is improved by introducing a fluorine-based gas such as CF 4, the problem remains that the selectivity ratio between the mask material and the diamond is small (Patent Document 2). reference). Therefore, although it is possible to form a side surface inclination angle of 78 ° or more, it is difficult to control the shape and area of the upper surface of the structure (see Patent Document 2).
Furthermore, a high aspect could not be realized due to damage of the mask. (3) It has been reported that high sidewall verticality and high aspect structure can be formed by using capacitive coupling (CCP) plasma etching (see Non-Patent Document 2). However, etching with oxygen alone has a high selectivity, but it is difficult to form a flat etching surface, and a flat etching surface can be formed by introducing a fluorine-based gas, but the selectivity is low. In other words, the existing diamond etching technique has not been developed as an etching technique that solves all of the above three problems.
一方、シリコンの分野では、マイクロマシーンやMEMSのエッチング技術には、独Bosch社のLaermerらによる「Boschプロセス」として広く知られる方法が用いられる。このプロセスは (1)シリコンエッチングと(2)ポリマー状側壁保護膜形成を繰り返すことで、高い側壁垂直性および高アスペクト構造、高選択比が実現できる。これに対し、ダイヤモンドのエッチングでは、酸素による化学反応を利用するためポリマー状膜は、保護膜として利用できないという問題があり、同様のプロセスはこれまで開発されていなかった。
本発明では、エッチング面の平坦性が2nm以下でありかつ上面の側面と底辺のなす角度である側面の傾斜角が60°〜100°の範囲にあるダイヤモンド構造体と、マスクとのエッチング選択比が10〜80の範囲とすることができるダイヤモンドエッチング方法を提供する。 In the present invention, the etching selectivity ratio between the mask and the diamond structure in which the flatness of the etching surface is 2 nm or less and the inclination angle of the side surface, which is the angle formed between the side surface of the upper surface and the bottom surface, is in the range of 60 ° to 100 °. Provides a diamond etching method that can be in the range of 10-80.
本発明者らは、マスク材との高エッチング選択比、平坦なエッチング面および高い側壁垂直性を形成するために、従来の問題点を検討し、ダイヤモンドエッチング工程とエッチング面のクリーニング工程のプロセスを繰り返すことを見出した。
(1)ダイヤモンドエッチング工程では、酸素のみを用いてプラズマエッチングをおこなう。
(2)針状構造の形成など平坦エッチング面が形成できない原因が、マスク材料の再堆積や、チャンバー側壁からの汚染であると考えられるため、フッ素系ガス例えばCF4やSF6を含むガスで、エッチング面をクリーニングする。
(1)および(2)の工程を繰り返すことで、高エッチング選択比、高い側壁垂直性構造、平坦エッチング面が実現できることを見出したのである。
すなわち、本発明は、
ダイヤモンド基板上に、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化物やチタン酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物から選ばれる金属酸化物のマスクを施し、まづ、酸素ガスのみを用いたプラズマエッチング、次いで、酸素ガスに、フッ素系ガス0.01〜5%を加えて、基板へのバイアス電力を0とした平坦化プラズマエッチングを交互に複数回繰り返すダイヤモンドエッチング方法である。
また、本発明ではフッ素系ガスを、CF4又はSF6とすることができる。
さらに、本発明では、ダイヤモンドを、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドから選ばれるダイヤモンドとすることができる。
またさらに本発明は、ダイヤモンド基板上に、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化物やチタン酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物から選ばれる金属酸化物のマスクを施し、まづ、酸素ガスのみを用いたプラズマエッチング、次いで、酸素ガスに、フッ素系ガス0.01〜5%を加えて、基板へのバイアス電力を0とした平坦化プラズマエッチングを交互に複数回繰り返すダイヤモンドエッチング方法を用いたパワー半導体デバイスの製造方法である。
さらに、本発明は、ダイヤモンド基板上に、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化物やチタン酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物から選ばれる金属酸化物のマスクを施し、まづ、酸素ガスのみを用いたプラズマエッチング、次いで、酸素ガスに、フッ素系ガス0.01〜5%を加えて、基板へのバイアス電力を0とした平坦化プラズマエッチングを交互に複数回繰り返すダイヤモンドエッチング方法を用いた電子放出源の製造方法である。
In order to form a high etching selectivity with a mask material, a flat etching surface, and a high side wall perpendicularity, the present inventors have studied conventional problems and performed a process of a diamond etching step and a cleaning step of the etching surface. I found it to repeat.
(1) In the diamond etching process, plasma etching is performed using only oxygen .
(2) The reason why the flat etching surface cannot be formed, such as the formation of needle-like structures, is thought to be due to redeposition of mask material and contamination from the chamber side wall, so fluorine gas such as gas containing CF 4 or SF 6 Clean the etched surface.
It was found that by repeating the steps (1) and (2), a high etching selectivity, a high sidewall vertical structure, and a flat etching surface can be realized.
That is, the present invention
A silicon oxide film, a metal oxide mask selected from aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and molybdenum oxide is applied on the diamond substrate . First, plasma etching using only oxygen gas is performed, followed by oxygen. This is a diamond etching method in which a flattening plasma etching in which 0.01 to 5% of a fluorine-based gas is added to the gas and the bias power to the substrate is 0 is alternately repeated a plurality of times .
In the present invention, the fluorine-based gas can be CF 4 or SF 6 .
Furthermore, in the present invention, the diamond can be a diamond selected from single crystal diamond, polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, and nanodiamond.
Furthermore, in the present invention, a mask made of a metal oxide selected from a silicon oxide film, aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and molybdenum oxide is provided on a diamond substrate, and only oxygen gas is used. Production of power semiconductor device using diamond etching method that repeats plasma etching and then planarizing plasma etching with oxygen gas 0.01% to 5% in addition to oxygen gas and zero bias power to the substrate alternately several times Is the method.
Furthermore, in the present invention, a mask of a metal oxide selected from a silicon oxide film, an aluminum oxide, a titanium oxide, a tungsten oxide, and a molybdenum oxide is provided on a diamond substrate, and only oxygen gas is used. Production of electron emission source using diamond etching method that repeats plasma etching and then flattening plasma etching by alternately adding fluorine gas 0.01-5% to oxygen gas and bias power to substrate 0. Is the method.
本発明のダイヤモンドエッチング工程は、基本的にはダイヤモンドを、酸素のみを用いたプラズマに曝すことでおこなう。酸素のみのガスは、マスク材の損傷や低減を防ぐ。
The diamond etching process of the present invention is basically performed by exposing diamond to plasma using only oxygen. Oxygen-only gas prevents damage and reduction of the mask material.
本発明のプラズマエッチング法には、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズマなどの周知の各種プラズマが利用できる。
The plasma etching method of the present invention includes various known plasmas such as parallel plate plasma, RF plasma, direct current plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, and inductively coupled plasma. Is available.
本発明の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、マスク材料のスパッタなどの物理的エッチングによるマスクの損傷や低減を防ぐために、バイアス電力を0Wもしくは0Wにできる限り小さくすることで、マスク材とダイヤモンドのエッチング選択比を高くすることができる。
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface of the present invention, in order to prevent damage or reduction of the mask due to physical etching such as sputtering of the mask material, the bias power is reduced to 0 W or 0 W as much as possible, The etching selectivity between the material and diamond can be increased.
本発明の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズマなどの周知の各種プラズマが利用できる。
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface of the present invention, parallel plate type plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, inductively coupled type Various known plasmas such as plasma can be used.
本発明の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、マスク材であるシリコン酸化膜やアルミニウム等からの再堆積物のエッチングを主に化学的反応を用いることで、ダイヤモンドエッチング面に損傷を与えずに、クリーニングがおこなえる。このため、シリコンやシリコン酸化膜のエッチングガスであるフッ素系ガスのCF4やSF6などを用いる。
代表的には反応性エッチング過程では、次のもの生成し、堆積物中のシリコンやアルミニウムを気化して除去することができると考えられる。
Si+F → SiF
Si+2F → SiF2
Si+3F → SiF3
Si+4F → SiF4
2Si+6F → Si2F6
3Si+8F → Si3F8
Al+F→ AlF
Al+3F→ AlF3
2Al+3F→ Al2F3
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface of the present invention, the diamond etching surface is damaged by mainly using a chemical reaction for etching a redeposit from a silicon oxide film or aluminum as a mask material. Cleaning can be done without giving. Therefore, fluorine gas CF 4 or SF 6 which is an etching gas for silicon or silicon oxide film is used.
Typically, in the reactive etching process, the following are generated, and it is considered that silicon and aluminum in the deposit can be vaporized and removed.
Si + F → SiF
Si + 2F → SiF 2
Si + 3F → SiF 3
Si + 4F → SiF 4
2Si + 6F → Si 2 F 6
3Si + 8F → Si 3 F 8
Al + F → AlF
Al + 3F → AlF 3
2Al + 3F → Al 2 F 3
本発明の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、直流プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズマなどの周知の各種プラズマが利用できる。
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface of the present invention, parallel plate type plasma, RF plasma, direct current plasma, magnetron plasma, microwave plasma, direct current plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, Various known plasmas such as inductively coupled plasma can be used.
本発明の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、マスク材であるシリコン酸化膜やアルミニウム等からの再堆積物のエッチングを主に化学的反応を用いることで、ダイヤモンドエッチング面に損傷を与えずに、クリーニングがおこなえる。このため、Cl2やBCl3などの塩素系ガスを用いることができる。
代表的には反応性エッチング過程では、次のもの生成し、堆積物中のシリコンやアルミニウムを気化して除去することができると考えられる。
Si+Cl → SiCl
Si+2Cl → SiCl2
Si+3Cl → SiCl3
Si+4Cl → SiCl4
2Si+6Cl → Si2Cl6
3Si+8Cl → Si3CL8
Al+Cl→ AlCl
Al+3CL→ AlCl3
2Al+3Cl→ Al2Cl3
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface of the present invention, the diamond etching surface is damaged by mainly using a chemical reaction for etching a redeposit from a silicon oxide film or aluminum as a mask material. Cleaning can be done without giving. Therefore, it is possible to use a chlorine-based gas such as Cl 2 and BCl 3.
Typically, in the reactive etching process, the following are generated, and it is considered that silicon and aluminum in the deposit can be vaporized and removed.
Si + Cl → SiCl
Si + 2Cl → SiCl 2
Si + 3Cl → SiCl 3
Si + 4Cl → SiCl 4
2Si + 6Cl → Si 2 Cl 6
3Si + 8Cl → Si 3 CL 8
Al + Cl → AlCl
Al + 3CL → AlCl 3
2Al + 3Cl → Al 2 Cl 3
上記の平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズマなどの周知の各種プラズマが利用できる。
In the above etching surface cleaning process for forming a flat etching surface, parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, inductively coupled plasma Various known plasmas such as can be used.
平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、マスク材であるシリコン酸化膜やアルミニウム等からの再堆積物のエッチングを主に化学的反応を用いることで、ダイヤモンドエッチング面に損傷を与えずに、クリーニングがおこなえる。
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface, the etching of redeposits from the silicon oxide film or aluminum that is the mask material is mainly used by chemical reaction, so that the diamond etching surface is not damaged. Cleaning can be performed.
本発明は、エッチングによりダイヤモンドを加工する方法であり、マスク材とのエッチング選択比が10〜80の範囲にあるエッチング方法であり、さらに、エッチング面の平均面荒さが2nm以下の加工構造体を作成することができる。
本発明によりダイヤモンドを所望の構造に制御できるため、パワー半導体デバイス、電子放出源、電極、MEMSなどダイヤモンド電子デバイス、バイオデバイスとして利用できる。つまり、ダイヤモンド電子デバイス、マイクロマシーンなどの構造の形成が可能である。
The present invention is a method of processing diamond by etching, an etching method having an etching selectivity with a mask material in the range of 10 to 80, and a processed structure having an average surface roughness of 2 nm or less on the etched surface. Can be created.
Since diamond can be controlled to have a desired structure according to the present invention, it can be used as a power semiconductor device, an electron emission source, an electrode, a diamond electronic device such as MEMS, and a biodevice. That is, it is possible to form a structure such as a diamond electronic device or a micromachine.
フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィー等で、シリコン酸化膜、アルミニウムやチタンなどの酸化物形成金属、タングステンやモリブデン等の高硬度な金属のマスクを単結晶ダイヤモンド表面に形成する。マスクの形成は、ドライエッチング、ウエットエッチング、リフトオフプロセス等で形成できる。
A mask of a silicon oxide film, an oxide-forming metal such as aluminum or titanium, or a hard metal such as tungsten or molybdenum is formed on the surface of the single crystal diamond by photolithography, electron beam lithography, or the like. The mask can be formed by dry etching, wet etching, lift-off process, or the like.
本発明のダイヤモンドエッチング工程において用いるダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドに制限するもではなく、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドであってもかまわない。
The diamond used in the diamond etching process of the present invention is not limited to single crystal diamond, but may be polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, or nanodiamond.
ダイヤモンドエッチング工程において、ダイヤモンドを、酸素のみを含むプラズマに曝すことでおこなう。マスク材の損傷や低減を防ぐために、酸素のみのガスが最もふさわしい。
In the diamond etching process, the diamond is exposed to a plasma containing only oxygen. In order to prevent damage and reduction of the mask material, oxygen-only gas is most suitable.
平坦エッチング面形成のためのエッチング面クリーニング工程において、マスク材であるシリコン酸化膜やアルミニウム等からの再堆積物のエッチングを主に化学的反応を用いることで、ダイヤモンドエッチング面に損傷を与えずに、クリーニングがおこなえる。クリーニングには、フッ素系ガスのCF4やSF6などを含むプラズマに曝すことでおこなうことができる。フッ素系ガスのCF4やSF6などを酸素ガスに微量に加えることで、ダイヤモンエッチング面の平坦面形成が可能となり、マスクの損傷や低減を防ぐことができ、平坦エッチング面形成かつ高いエッチング選択比が実現できる。フッ素系ガス流量が酸素ガス流量に対して、0.01〜5%の範囲が好ましく、より好ましくは0.01〜2%の範囲である
In the etching surface cleaning process for forming a flat etching surface, the etching of redeposits from the silicon oxide film or aluminum that is the mask material is mainly used by chemical reaction, so that the diamond etching surface is not damaged. Cleaning can be performed. Cleaning can be performed by exposing to a plasma containing fluorine-based gas such as CF 4 or SF 6 . By adding a small amount of fluorine-based gas such as CF 4 or SF 6 to the oxygen gas, it is possible to form a flat diamond etching surface and prevent damage and reduction of the mask. Flat etching surface formation and high etching selection Ratio can be realized. The fluorine gas flow rate is preferably in the range of 0.01 to 5%, more preferably in the range of 0.01 to 2% with respect to the oxygen gas flow rate.
上記のプラズマエッチング法には、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマ、誘導結合型プラズマなどの周知の各種プラズマが利用できる。
The plasma etching method includes various known plasmas such as parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, and inductively coupled plasma. Available.
ダイヤモンド基板として、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)また(111)を用いた。シリコン酸化膜をスパッタリングにより成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
As the diamond substrate, high pressure synthetic type Ib single crystal diamond (100) or (111) was used. After the silicon oxide film is formed by sputtering, patterning is performed by a photolithography technique, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
上記のダイヤモンドエッチング工程において用いるダイヤモンドは、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)、(111)に限らず、面方位は(110)であっても良く、単結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドでも良い。また、Ia型、IIa型もしくはIIb型であっても良い。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドであっても良い。 The diamond used in the diamond etching step is not limited to the high-pressure synthetic Ib type single crystal diamond (100) or (111), the plane orientation may be (110), and the single crystal diamond may be natural diamond. Further, it may be Ia type, IIa type or IIb type. The diamond may be polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, or nanodiamond.
ダイヤモンドのドライエッチングは、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は下記の表1に示す通りであり、ダイヤモンドエッチング工程とクリーニング工程を1サイクルとして、10サイクルおこなった。エッチングレイトの算出は、段差計測によりおこない、エッチング表面の観察は走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡によりおこなった。
走査型電子顕微鏡により観察した結果は、図1に示すようにエッチング面が著しく平坦であり、高さが12〜13μm以上構造物の形成することに成功した。原子間力顕微鏡により平均面荒さが0.1〜2.0nmの範囲となった(図2)。
Diamond dry etching was performed by ICP etching. The process conditions are as shown in Table 1 below, and 10 cycles were performed with the diamond etching step and the cleaning step taken as one cycle. The etching rate was calculated by measuring the level difference, and the etching surface was observed by a scanning electron microscope and an atomic force microscope.
As a result of observation with a scanning electron microscope, as shown in FIG. 1, the etching surface was remarkably flat, and a structure having a height of 12 to 13 μm or more was successfully formed. The average surface roughness in the atomic force microscope was in the range of 0.1 to 2.0 nm (Fig. 2).
上記のプラズマエッチング法には、ICPエッチングに限らず、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマなどの周知の各種プラズマを利用したエッチングが利用できる。
The above-mentioned plasma etching method is not limited to ICP etching, and various known plasmas such as parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, etc. Etching using can be used.
ダイヤモンド基板として、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)、(111)を用いた。シリコン酸化膜をスパッタリングにより成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターにングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
High-pressure synthetic Ib type single crystal diamond (100) , (111) was used as the diamond substrate. After the silicon oxide film is formed by sputtering, patterning is performed by a photolithography technique, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
ダイヤモンドエッチング工程において用いるダイヤモンドは、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)、(111)に限らず、面方位は(110)であっても良く、単結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドでも良い。また、Ia型、IIa型もしくはIIb型であっても良い。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドであっても良い。
The diamond used in the diamond etching step is not limited to the high-pressure synthetic Ib type single crystal diamond (100) or (111), the plane orientation may be (110), and the single crystal diamond may be natural diamond. Further, it may be Ia type, IIa type or IIb type. The diamond may be polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, or nanodiamond.
上記のダイヤモンドのドライエッチングは、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は下記の表2に示す通りであり、ダイヤモンドエッチング工程とクリーニング工程を1サイクルとして、10サイクルおこなった。エッチングレイトの算出は、段差計測によりおこない、エッチング表面の観察は走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡によりおこなった。
The above diamond dry etching was performed by ICP etching. The process conditions are as shown in Table 2 below, and the diamond etching process and the cleaning process were performed as one cycle, and 10 cycles were performed. The etching rate was calculated by measuring the level difference, and the etching surface was observed by a scanning electron microscope and an atomic force microscope.
上記のプラズマエッチング法には、ICPエッチングに限らず、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマなどの周知の各種プラズマを利用したエッチングが利用できる。
The above-mentioned plasma etching method is not limited to ICP etching, and various known plasmas such as parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, etc. Etching using can be used.
ダイヤモンド基板として、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)また(111)を用いた。シリコン酸化膜をスパッタリングにより成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターにングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
As the diamond substrate, high pressure synthetic type Ib single crystal diamond (100) or (111) was used. After the silicon oxide film is formed by sputtering, patterning is performed by a photolithography technique, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
ダイヤモンドエッチング工程において、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)また(111)に限らず、面方位は(110)であっても良く、単結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドでも良い。また、Ia型、IIa型もしくはIIb型であっても良い。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドであっても良い。
In the diamond etching step, not only the high-pressure synthetic Ib type single crystal diamond (100) or (111), the plane orientation may be (110), and the single crystal diamond may be natural diamond. Further, it may be Ia type, IIa type or IIb type. The diamond may be polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, or nanodiamond.
上記のダイヤモンドのドライエッチングは、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は下記の表3に示す通りであり、ダイヤモンドエッチング工程とクリーニング工程を1サイクルとして、10サイクルおこなった。エッチングレイトの算出は、段差計測によりおこない、エッチング表面の観察は走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡によりおこなった。
上記のプラズマエッチング法には、ICPエッチングに限らず、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、直流プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマなどの各種プラズマを利用したエッチングが利用できる。
The above plasma etching methods are not limited to ICP etching, but include parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, DC plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, and helicon wave plasma. Etching using plasma can be used.
(参考例)
ダイヤモンド基板として、Ib型単結晶ダイヤモンド(100)を用いた。Alを真空蒸着により成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
(Reference example)
As the diamond substrate, Ib type single crystal diamond (100) was used. After depositing Al by vacuum deposition, patterning is performed by photolithography, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
ダイヤモンドエッチング工程において、用いるダイヤモンドは、高圧合成Ib型単結晶ダイヤモンド(100)、(111)に限らず、面方位は(110)であっても良く、単結晶ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドでも良い。また、Ia型、IIa型もしくはIIb型であっても良い。ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンド、ホモエピタキシャルダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、ナノダイヤモンドであっても良い。
The diamond used in the diamond etching step is not limited to the high-pressure synthetic Ib type single crystal diamond (100) or (111), the plane orientation may be (110), and the single crystal diamond may be natural diamond. Further, it may be Ia type, IIa type or IIb type. The diamond may be polycrystalline diamond, homoepitaxial diamond, heteroepitaxial diamond, or nanodiamond.
上記のダイヤモンドのエッチング、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は表2に示す通りであり、ダイヤモンドエッチング工程とクリーニング工程を1サイクルとして、20サイクルおこなった。エッチングレイトの算出は、段差計測によりおこない、エッチング表面の観察は走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡によりおこなった。
Al薄膜とダイヤモンドのエチングレイト比が70~75と算出された。走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡による観察結果では、実施例1とほぼ同等のエッチング面の平坦性が実現できた。25μm以上の高さの構造物の形成することに成功した。さらに、ダイヤモンド構造体の側面の傾斜角度が87°と非常に垂直性の高い構造が形成できた。また、ダイヤモンドエッチング工程とクリーニング工程の時間を制御することで、側面の傾斜角が65°〜87°の範囲で制御できることを見いだした。ダイヤモンドエチング工程のバイアス電力を制御することで、側面の傾斜角が80°〜100°の範囲で制御できることを見いだした。
The above diamond etching and ICP etching were performed. The process conditions are as shown in Table 2, and the diamond etching process and the cleaning process were performed as one cycle, and 20 cycles were performed. The etching rate was calculated by measuring the level difference, and the etching surface was observed by a scanning electron microscope and an atomic force microscope.
The etching rate ratio between Al thin film and diamond was calculated as 70-75. As a result of observation by a scanning electron microscope and an atomic force microscope, almost the same flatness of the etched surface as in Example 1 was realized. A structure with a height of 25μm or more was successfully formed. Furthermore, a very vertical structure with an inclination angle of 87 ° on the side surface of the diamond structure could be formed. It was also found that the side surface inclination angle can be controlled in the range of 65 ° to 87 ° by controlling the time of the diamond etching process and the cleaning process. It was found that the tilt angle of the side surface can be controlled in the range of 80 ° to 100 ° by controlling the bias power in the diamond etching process.
上記のプラズマエッチング法には、ICPエッチングに限らず、平行平板型プラズマ、RFプラズマ、直流プラズマ、マグネトロンプラズマ、マイクロ波プラズマ、電子サイクロトン共鳴(ECR)プラズマ、ヘリコン波プラズマなどの周知の各種プラズマを利用したエッチングが利用できる。
The above-mentioned plasma etching method is not limited to ICP etching, and various known plasmas such as parallel plate plasma, RF plasma, DC plasma, magnetron plasma, microwave plasma, electron cyclotron resonance (ECR) plasma, helicon wave plasma, etc. Etching using can be used.
これらの実施例に対して、下記比較例に示すように、ダイヤモンドエッチング工程のみでは、平坦エッチング面の形成は困難である。さらに、マスク材との高い選択比も実現できない。
比較例1:
ダイヤモンド基板として、Ib型単結晶ダイヤモンド(100)を用いた。シリコン酸化膜をスパッタリングにより成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
ダイヤモンド構造体の製造は、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は表4に示す通りである。
In contrast to these examples, as shown in the following comparative examples, it is difficult to form a flat etching surface only by the diamond etching process. Furthermore, a high selection ratio with the mask material cannot be realized.
Comparative Example 1:
As the diamond substrate, Ib type single crystal diamond (100) was used. After the silicon oxide film is formed by sputtering, patterning is performed by a photolithography technique, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
The diamond structure was manufactured by ICP etching. The process conditions are as shown in Table 4.
比較例2:
ダイヤモンド基板として、Ib型単結晶ダイヤモンド(100)を用いた。シリコン酸化膜をスパッタリングにより成膜後、フォトリソグラフィー技術によりパターニングをおこない、シリコン酸化膜マスクをドライエッチングもしくはウエットエッチングで形成する。
ダイヤモンド構造体の製造は、ICPエッチングによりおこなった。プロセス条件は表5に示す通りである。
Comparative Example 2:
As the diamond substrate, Ib type single crystal diamond (100) was used. After the silicon oxide film is formed by sputtering, patterning is performed by a photolithography technique, and a silicon oxide film mask is formed by dry etching or wet etching.
The diamond structure was manufactured by ICP etching. The process conditions are as shown in Table 5.
本発明のダイヤモンド構造体及びダイヤモンドエッチング方法は、ダイヤモンド半導体を作成する上で、非常に重要な技術であるばかりか、広く適用することができ、産業上の利用可能性は計り知れない。 The diamond structure and diamond etching method of the present invention are not only a very important technique for producing a diamond semiconductor, but also can be widely applied, and industrial applicability is immeasurable.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006077295A JP4543216B2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006077295A JP4543216B2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007258242A JP2007258242A (en) | 2007-10-04 |
JP4543216B2 true JP4543216B2 (en) | 2010-09-15 |
Family
ID=38632209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006077295A Expired - Fee Related JP4543216B2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4543216B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5234541B2 (en) * | 2008-05-20 | 2013-07-10 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Surface treatment method for diamond substrate |
JP5142282B2 (en) * | 2008-09-09 | 2013-02-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Diamond surface processing method |
JP6748354B2 (en) * | 2015-09-18 | 2020-09-02 | セントラル硝子株式会社 | Dry etching method and dry etching agent |
JP6128189B2 (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-17 | 大日本印刷株式会社 | Diamond bite and manufacturing method thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001520974A (en) * | 1997-10-27 | 2001-11-06 | アドバンスト・リフラクトリー・テクノロジーズ・インコーポレイテッド | Polishing method of CVD diamond film by oxygen plasma |
JP2002226290A (en) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | Method for manufacturing diamond work piece and diamond work piece |
-
2006
- 2006-03-20 JP JP2006077295A patent/JP4543216B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001520974A (en) * | 1997-10-27 | 2001-11-06 | アドバンスト・リフラクトリー・テクノロジーズ・インコーポレイテッド | Polishing method of CVD diamond film by oxygen plasma |
JP2002226290A (en) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | Method for manufacturing diamond work piece and diamond work piece |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007258242A (en) | 2007-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3574680B2 (en) | Plasma etching using xenon | |
US6858537B2 (en) | Process for smoothing a rough surface on a substrate by dry etching | |
EP2108054B1 (en) | Plasma etching of diamond surfaces | |
TW396450B (en) | New etch process for forming high aspect ratio trenches in silicon | |
US9224615B2 (en) | Noble gas bombardment to reduce scallops in bosch etching | |
JP2020515047A5 (en) | ||
JP4543216B2 (en) | Etching method of diamond structure and manufacturing method of power semiconductor device or electron emission source using the same. | |
JP4427472B2 (en) | Method for manufacturing SiC single crystal substrate | |
KR102408866B1 (en) | A method for forming structures for patterning a substrate, a method for patterning a substrate, and a method for forming a mask | |
US9576773B2 (en) | Method for etching deep, high-aspect ratio features into glass, fused silica, and quartz materials | |
CN107644812A (en) | Substrate lithographic method | |
CN102372250B (en) | Method for etching metal tungsten material | |
TW201216354A (en) | Method for etching high-aspect-ratio features | |
Jeong et al. | Dry etching of sapphire substrate for device separation in chlorine-based inductively coupled plasmas | |
TWI644358B (en) | Method of etching | |
JPWO2007094087A1 (en) | Dry etching method, fine structure forming method, mold and manufacturing method thereof | |
Bae et al. | High-rate dry etching of ZnO in BCl3/CH4/H2 plasmas | |
Bale et al. | Deep plasma etching of piezoelectric PZT with SF 6 | |
JP2008290888A (en) | Surface treating method of silicon carbide | |
JP5071815B2 (en) | Calibration standard of scanning microscope using nanometer scale measurement standard sample and nanometer scale measurement standard sample | |
KR101172809B1 (en) | Formation method of black semiconductor utilizing the etching | |
TW200401946A (en) | Process for etching photomasks | |
Zhao et al. | Wafer level bulk titanium ICP etching using SU8 as an etching mask | |
CN105470193A (en) | Metal molybdenum material etching method | |
Drost et al. | Etch mechanism of an Al2O3 hard mask in the Bosch process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080327 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100312 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100330 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100520 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100608 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100609 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |