JPH02184598A - 気相合成ダイヤモンド選択成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、気相合成によるダイヤモンド薄膜を所望パタ
ーンに従い選択的に成膜することを可能とする技術に関
し、半導体分野、光学分野等での新素子、素材の開発に
貢献することを目的とする。

（従来の技術） メタン等の炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガスを原料
とし、真空チャンバー内で熱分解反応やプラズマ反応に
より基板上にダイヤモンド薄膜を気相合成する技術が知
られ、各種実施方法が提案されている。そして、こうし
て気相合成された各種のダイヤモンド薄膜は、結晶性、
結晶成長方向性および硬度、熱伝導率等の緒特性の確性
試験により、天然ダイヤモンドに極めて近い特性を持つ
ものであることが明らかにされつつある。

この気相合成ダイヤモンドの特性を利用する用途として
は、従来、超硬（ＷＣ）工具への耐摩耗コーティング、
ＩＣ用ヒートシンク、スピーカ振動板へのコーティング
、光学窓の無反射コーティングなどが試みられている。

これらは基板あるいは母材上に均一性よくコーティング
することが要求される。従って選択的成膜は全く考慮さ
れていない。

（発明が解決しようとする課題） しかし、薄膜技術の適用分野としては半導体関係があり
、ダイヤモンド薄膜の適用分野としても最も将来性と発
展性が期待される。現在、半導体の主流はＳｉをベース
とするＳｉ半導体であるので、ダイヤモンド薄膜もＳｉ
ウェハ上に形成可能で、しかも若し選択的成膜によりミ
クロンオーダの微細なパターン形成を行うことが可能と
なれば、集積素子の特定のエレメントに対するヒートシ
ンク、集積素子回路配線間の絶縁体、Ｓｉとダイヤモン
ド半導体薄膜とのハイブリッドによる高性能デバイス、
ダイヤモンド薄膜を用いた光導波路などの応用が可能に
なる。

ところで、Ｓｉ基基土上ダイヤモンド薄膜を形成する技
術の現状では、第２図に示すように、Ｓｉウェハ（ａ）
の面を数ミクロン程度の粒子サイズのダイヤモンド粉末
またはペーストを用いて研磨し表面に無数のキズ（ｂ）
を入れた研磨ウェハ（ａ゛）とし、ダイヤモンド気相合
成によりダイヤモンド薄膜（Ｃ）を成膜する必要がある
。表面キズ（ｂ）によりダイヤモンド核発生密度が著し
く増加し、その結果として連続的な多結晶ダイヤモンド
薄膜（Ｃ）を得ることができる。若しこの研磨を行わな
ければＳｉウェハ上に殆どダイヤモンドが形成されない
。他方、この研磨によりＳｉウェハ表面に一様にダイヤ
モンド粒子が発生して連続膜前に発展するので、ダイヤ
モンド薄膜で任意の形状を持つ回路やパターンを形成で
きない。

本発明は、従来技術では、Ｓｉの基板またはその他の母
材上に一様にダイヤモンド薄板を形成できでも、ミクロ
ンオーダのパターンや回路上に選択的にダイヤモンド薄
膜を形成することができないという問題点に解決を与え
ることを課題とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題解決のため、本発明においては、微細加工技術
を用いて、以下の代表例示の段階プロセスに準拠してダ
イヤモンド薄膜パターンを形成する。即ち、 （Ｉ）　Ｓｉウェハをダイヤモンド粉末またはペースト
で研磨する。

（ＩＩ）Ｓｉウェハ上にスピナーでレジスト膜を塗布す
る。

（［１）マスクアライナ−で回路、パターンを焼付ける
。

（■）回路パターンを現像する。

（Ｖ）ＳｉウェハをＣＦ、　＋Ｏｇ＋Ａｒプラズマで反
応性イオンエツチングする。

（ＶＩ）焼付られたレジストを除去する。

（ＶＩＩ）この基板を用いてダイヤモンド気゛相合成を
行う。

段階（Ｉ）でダイヤモンド粉末、ペーストの代わりにＳ
ｉＣ粉末、ペーストを用いて研磨してもよい。段階（ｎ
）ではポジレジストを用いているが、ネガレジストも可
能で、これに対応する修正を以下の段階に加える。

これらを総合して、本発明の気相合成ダイヤモンドの選
択成膜方法は、基本的構成としては、Ｓｉ基板、母材上
に気相合成によるダイヤモンド薄膜を所望の回路、パタ
ーンに従い選択的に成膜するため、（Ｉ）Ｓｉ基板の表
面をダイヤモンドの気相合成に適合する面粗さに研磨し
、（ＩＩ）研磨面上にフォトレジスト膜をスピナーによ
り一様に′塗布し、　（■）フォトレジスト膜にマスク
アライナ−で所望の回路、パターンに感光させ、（ＩＶ
）現像によりフォトレジスト膜の感光部と未感光部とを
区別してその一方を選択的に除去し、（Ｖ）フォトレジ
スト膜除去部のＳｉ基板面にＣＦａ　＋Ｏｔ＋Ａｒ混合
ガスのプラズマを用いた反応性イオンエツチングを施し
、（ＶＩ）残存フォトレジスト膜を除去し、（ＶＩＩ）
以上工程を経たＳｉ基板を用いてダイヤモンド気相合成
を行うことを特徴とする。

（作　用） 本発明方法によると、前記例示プロセスにおいて、第四
段階でフォトレジストで焼付けた回路、パターンにのみ
第１段階の研磨面が第Ｖ段階であられれてダイヤモンド
薄膜が第Ｖ段階で形成されるので、ミクロンオーダのパ
ターン形成が可能となる。また第Ｖ段階でＣＰａ　十〇
ｘ　＋　Ａｒプラズマで、Ｓｉ基板を反応性イオンエツ
チングすることにより、選択性良く目的とするパターン
にダイヤモンド薄膜を形成できる。

（実施例） 以下、本発明方法を実施例により第１図を参照し一層具
体的に説明する。第１図は本発明方法と工程段階と仕掛
品を下送り矢印線の順序に示すものである。

第■段階では、例えばｎ型５ｔ（Ｉ１１）　、２０Ｘ１
０間のＳｌウェハ（Ｉ）の表面を１７４μ−の粒子サイ
ズのダイヤモンドペーストで１時間パフ研磨し、研磨面
（Ｉａ）とする。

第ｎ段階では、研磨Ｓｉウェハの研磨面（Ｉａ）にポジ
フォトレジスト（２）をスピナーで塗布する。

次いでブリベータを行いレジスト内の有ｌａｄ剤を蒸発
させる。

第四段階では、回路、パターンを有するマスクアライナ
−（３）を使用し、それを通して紫外線（４）をフォト
レジスト（２）に照射し、露光する。光の当たったレジ
スト部（２ａ）は感光し軟化する。

第■段階では軟化したレジスト部（２ａ）を現像液によ
り除去する。Ｓｉウェハ上には未露光のレジスト部（２
ｂ）が残る。

次いでボストベークを行い残存レジスト部（２ｂ）を固
化する。

第Ｖ段階では、プラズマエツチング装置でレジスト部（
２ｂ）のついてないＳｉウェハの研磨面（Ｉａ）の露出
部分をエツチングし、エツチング面（Ｉｂ）とする０反
応ガスとしてＣＦ４　＋Ｏｔ＋＾ｒの混合ガスを用いる
。

第Ｖ段階では、硫酸、過酸化水素混合液で残存レジスト
（２ｂ）を除去する。これで回路、パターンに従うエツ
チング面（Ｉｂ）以外の残存研磨面部分（Ｉｃ）が露出
する。

第Ｖ段階では、ダイヤモンド気相合成装置（マイクロ波
プラズマＣＶＤ装置、熱フィラメントＣｖＤ装置等）を
用いて上記のＳｉウェハ基板にダイヤモンドの気相合成
を行う、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置による実施条件
はＣＨ，濃度１．０％、ガス圧力３１．５Ｔｏｒｒ、基
板温度８００’Ｃ，成膜時間は３．５時間である。

最下位に模型的に示すように、回路、パターンに従う研
磨面部分（ｌｃ）上にダイヤモンドが選択的に成長し、
目的とするダイヤモンド薄膜（５）のパターンが形成さ
れる。

（発明の効果） 本発明方法によると、Ｓｉウェハ基板上に気相合成ダイ
ヤモンド薄膜を所望の回路、パターンに従い選択的にま
た選択性よくミクロンオーダのパターンで形成すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の工程段階と仕掛品を矢印線の順序
に示す図、第２図は従来技術のＳｉウェハ上へのダイヤ
モンド気相合成の工程を矢印線の順序に示す図である。 （Ｉ）・・・Ｓｉウェハ、（Ｉａ）・・・研磨面、（Ｉ
ｂ）・・・エツチング面、（ｌｃ）・・・残存研磨面部
分、（２）・・・フォトレジスト、（２ａ）　（２ｂ）
・・・レジスト部、（３）・・・マスクアライナ−１（
４）・・・紫外線、（５）・・・ダイヤモンド薄膜、（
ａ）・・・Ｓｌウェハ、（ａ′）・・・研磨ウェハ、（
ｂ）・・・表面キズ、（Ｃ）・・・ダイヤモンド薄膜。 第 図 Ｅヨ甲ヨ ａ′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｓｉ基板上に気相合成によるダイヤモンド薄膜を所望の
   回路、パターンに従い選択的に成膜するため、 （ I ）Ｓｉ基板の表面をダイヤモンドの気相合成に適
   合する面粗さに研磨し、 （II）研磨面上にフォトレジスト膜をスピナーにより一
   様に塗布し、 （III）フォトレジスト膜にマスクアライナーで所望の
   回路、パターンに感光させ、 （IV）現像によりフォトレジスト膜の感光部と未感光部
   とを区別して選択的にその一方を除去し、 （Ｖ）フォトレジスト膜除去部のＳｉ基板面にＣＦ＿４
   Ａｒ、Ｏ＿２混合ガスのプラズマによる反応性イオンエ
   ッチングを施し、 （VI）残存フォトレジスト膜を洗浄除去し、（VII）以
   上の工程を経たＳｉ基板を用いてダイヤモンド気相合成
   を行う、 ことを特徴とする気相合成ダイヤモンドの選択成膜方法
   。