JPH0278271A - 混成集積回路 - 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、抵抗・コンデンサ・半導体からなる混成集積
回路の構造及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体回路素子は、たとえば特開昭６０−２０８
８５２号公報記載のようにＳｉを主成分とし配線材料に
金属系材料、絶縁材料に５ｉＯｚあるいは非晶質ダイヤ
モンドを用いて構成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記半導体回路においては、複数の異種材料で構成され
るために各部材間の線膨張係数差に応じて製造工程ある
いは使用環境において熱応力が発生し部材の割れや結晶
転位の発生などの不良が生じる場合があるという問題が
あった。

本発明は、半導体あるいは混成集積回路素子の主構成部
材を同一材料で構成することにより熱応力の発生を極力
抑制することを目的とし、さらにその製造方法を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために主元素として炭素からなるダ
イヤモンド薄膜を基板として使用し添加物として不純物
を導入し抵抗領域あるいは半導体領域を形成する。また
ダイヤモンド薄膜を局所加熱することによりダイヤモン
ド構造を導電性の黒鉛構造とすることにより導電領域を
形成して電極あるいは電気配線として抵抗領域あるいは
半導体領域あるいは電極間を接続して電気回路を形成す
る。なお、不純物の導入は、ダイヤモンド薄膜を形成す
る時でも構わないし、ダイヤモンド薄膜形成後にイオン
打込み技術、熱拡散技術を用いて行なってもよい。また
局所加熱には赤外線ビーム。

レーザビーム等を用いればよく、１３００℃以上に加熱
できれば特に限定されるものではない。ダイヤモンド薄
膜を形成する下地は炭素（黒鉛、ダイヤモンド）あるい
はシリコンその他特に限定されない。

コンデンサを構成するためには上記黒鉛１組電極間に絶
縁性のダイヤモンド層を設けるような構造とすればよい
。特に薄膜コンデンサを構成する場合には、ダイヤモン
ド薄膜内に平板状の電極を形成した後、その上に再びダ
イヤモンド薄膜を積層し絶縁層とした後上層の表面領域
を黒鉛化して電極領域を形成すると積層膜の厚さ方向に
電極−絶縁周一電極のコンデンサ構造を形成することが
できる。

さらに、コンデンサを形成するだけでなく、積層するダ
イヤモンド薄膜を層間絶縁膜として使用することにより
全体を立体回路として構成することも可能である。

〔作用〕

炭素がダイヤモンド構造をとった場合の比抵抗は１０１
２〜１０１８ΩｃａＩの値を持ち電気絶縁性を持つ。し
かし、非晶質ダイヤモンド構造の場合には比抵抗は１０
２〜１０工６Ωｃｍの範囲に広がり抵抗体として使用可
能な値を持たせることができる。

さらに、通常シリコンをｐ形半導体にするために使用す
る■族元素（たとえばボロン）を不純物を導入すること
により炭素をｐ形半導体とすることが可能であり、不純
物濃度としては１０１５〜１０エフａｔｏｍｓ／ａｍ’
程度でよい。また、ダイヤモンド薄膜を真空中で１３０
０℃以上に加熱すると結晶構造が絶縁性のダイヤモンド
構造から導電性の黒鉛構造に変化する。したがってダイ
ヤモンド薄膜中に主成分元素は共通の炭素である。絶縁
体領域、抵抗領域、半導体領域、導電性領域を形成する
ことができることになる。特定の領域に不純物を添加す
る技術はシリコン半導体製造技術を適用することができ
るため、結局炭素元素を主成分として全ての電子回路部
品（基板を含む）を構成することができるため、従来の
ような異種材料の組合せ（積層）により回路を構成する
必要がなくなり、異種材料間の線膨張係数差に起因した
熱応力の発生を極力抑制することが可能となるので不良
の発生を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図は本発明の一実施例の回路の断面構造、第
２図はその上面側から見た平面図である。本実施例にお
いては黒鉛基板１上に三層のダイヤモンド薄膜２，３．
４が形成されている。

まず基板１上に第一層目の膜が形成される。膜の形成法
は炭化水素ガスを原料とする熱分解法あるいはプラズマ
法、固体炭素原料のスパッタイオン法の他特に限定する
ものではない、この第一層目を形成したのち局所的にレ
ーザビーム加熱を行ないダイヤモンド構造を導電性の黒
鉛構造とすることにより電気配線５とコンデンサの電極
６となる領域を形成する。この場合の加熱法は特にレー
ザビームに限定するものではなく、集光赤外線でも構わ
ない０次に第一層膜２の上に第二層目のダイヤモンド薄
膜３を形成する。この第二層膜３は第一層目２と第三層
膜４の間の層間絶縁膜の働きをなすとともにコンデンサ
の誘電層としての働きを持つ、なお、第一層目２と第三
層膜４の間に電気配線接続を必要とする場合は図中に示
したように所定の領域を黒鉛層の配線領域５としておく
。なお、この複数の層間の接続部は必ずしも黒鉛化する
必要はなく、抵抗領域あるいは半導体領域でも構わない
、この第二層［３の上にさらに第三層目のダイヤモンド
薄膜４を積層する０本実施例においては第三層膜中に黒
鉛化した配線領域５と抵抗領域７及び第一層目に形成し
たコンデンサ電極６に対向させてやはりコンデンサ電極
６を形成している。この抵抗体領域７は不純物添加を行
って形成しても構わないしこの領域のみマスキングをし
ておき、第四層目の形成時とては別に前あるいは後でダ
イヤモンド膜の作製条件を変更して抵抗率自体を調整し
て作製してもよい。

第２図は第三層積層膜４の平面図例を示したものである
。抵抗領域７ははしご形状に形成されており、コンデン
サ電極６は矩形としている。なお、この抵抗領域７及び
コンデンサ電極６の形状は必ずしもこの形に限定される
ものではなく任意形状でも構わない。また、本実施例で
は抵抗領域７及びコンデンサを１個ずつしか形成してい
ないが。

それぞれの形成数は１個に限らず複数個形成しても構わ
ない。さらに本回路例では抵抗とコンデンサの直列接続
となっているが、回路形式は直列接続あるいは平列接続
あるいは両者の組合わせいずれでも構わない。

ダイヤモンド薄膜を形成する基板１の材質も黒鉛に限定
されるものではなく、セラミック材料。

シリコン、ダイヤモンド等でも構わない。

また本実施例では三層の積層構造としたが、必ずしも二
層である必要はなく、四層以上積層しても構わない。積
層形のコンデンサが不要の場合には一層あるいは二層構
造で抵抗領域と配線領域の組合せあるいは配線領域のみ
を設けたものだけでも構わない。

本実施例によれば混成回路及び基板を炭素を主成分とす
る材料で統一して作製することができるので、部品間の
線膨張係数差を非常に小さくして熱応力の発生を防止す
ることができるので、製造中あるいは使用環境での温度
変化によるクラック等の不良をなくすことができるとい
う効果がある。

さらに回路部品をダイヤモンド薄膜中に構成することが
できるので熱伝導性（放熱性）に優れかつ高硬度の回路
を実現できるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば混成回路の部品である抵抗、コンデンサ
、配線、半導体及びその基板を炭素を主成分とする材料
で全て構成することができるので部品間あるいは部品と
基板を一体にかつ熱応力の発生による不良を発生させず
に実現できるという効果がある。

また、各部品をダイヤモンド薄膜中に作製することがで
きるので熱放散性に優れかつ高硬度な安定性に優れた回
路を構成できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の断面構造図、第２図は第１
図の上面平面図である。 １・・・黒鉛基板、２・・・第一層膜、３・・・第二層
膜、４・・・第三層膜、５・・・黒鉛配線、６・・・コ
ンデンサ電極。 ７・・・抵抗領域。 茅　ＩＩ！１ 不　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主成分が炭素である基板、抵抗、コンデンサ、半導
   体及びそれらの組合せからなることを特徴とする混成集
   積回路。 ２、誘電材をダイヤモンド薄膜、金属板電極を導電性炭
   素としたことを特徴とする薄膜コンデンサ。 ３、ダイヤモンド薄膜に局所加熱を施し導電性黒鉛とし
   電気配線に用いることを特徴とする第一項記載の混成集
   積回路。 ４、ダイヤモンド薄膜を積層し多層立体回路としたこと
   を特徴とする第一項あるいは第三項記載の混成集積回路
   。