JPH03226557A - ダイヤモンド薄膜へのメタライズ方法およびパターン形成方法 - 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、高絶縁性、高熱伝導性の材料として期待され
ているダイヤモンド薄膜のメタライズに関する。

（従来の技術） ダイヤモンドをヒートシンクとして用いることが考えだ
されたのは、１９６７年頃に化合物半導体レーザーの連
続発振を目脂した研究においてであり、ＧａＡｓレーザ
ーのヒートシンクを従来の銅からダイヤモンドに置き換
えたのが最初である。ヒートシンクは冷却すべき素子に
接して、素子の発生する熱を速やかに拡散させる役目を
果たすものである。ダイヤモンドは９０に〜１２００に
では物質中で最高の熱伝導率をもつ高抵抗絶縁体である
ことが知られている。また熱膨張係数も比較的小さく誘
電率も低い。これらの性質はダイヤントがヒートシンク
材料として優れている点である。ダイヤモンドヒートシ
ンクは銅のヒートシンクに比べて熱伝導率が３倍以上も
よく、素子の熱抵抗を下げることができる。

素子の実装において、ヒートシンクのメタライズは必須
である。これは素子との接着、電極の取り付けあるいは
回路の形成のためである。せっかく高熱伝導性のダイヤ
モンドを用いても、素子との接合層の熱抵抗が大きいと
意味をなさない。このため接着強度が高く、かつ素子と
の接合が容易で高熱伝導性を維持したメタライズ層の形
成が必要である。従来の代表的なダイヤモンドヒートシ
ンクの断面図を第２図に示す。最下層には、密着度を良
くするために高真空の状態で、チタン（Ｔｉ）やクロム
（Ｃｒ）等の炭化物形成金属層５を真空蒸着法等により
形成している。最表面層７には通常金（Ａｕ）を用いる
。チタンと金が合金を作り、熱抵抗の増加や密着度の低
下を起こさないために、中間層６として白金（ｐｔ）を
コートしである。このようなヒートシンクがダイオード
等に使用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のメタライズ層では最上層が金であ
るために耐熱性に乏しく、メタライズ層の上に加工を施
したり、メタライズ層の上にさらにダイヤモンドを成長
させること等を考えた場合、不都合な点が多い。また、
チタン、白金、金はダイヤモンドとの熱膨張係数の差が
大きく、メタライズ層間およびＩＣチップ等との熱膨張
係数の整合性の面で対応しきれなくなっている。

本発明はダイヤモンド薄膜の表面に耐熱性に優れ、応用
範囲の広いメタライズ層を充分な密着強度で形成するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記問題点は、ダイヤモンド薄膜の表面にシリンコ（Ｓ
ｉ）層を形成し、このシリコン薄膜層の上に耐熱性金属
層を堆積し、これらを非酸化性雰囲気中で熱処理し、続
いてニッケル（Ｎｉ）層を堆積することを特徴とするダ
イヤモンド薄膜へのメタライズ方法と、前記薄膜を非酸
化性または還元性の雰囲気中において３００〜５００℃
の温度範囲で熱処理を行い、その後メタライズ層を選択
的に除去して所望の形状にパターニングし、その後前記
熱処理より高温で熱処理を行うことを特徴とするダイヤ
モンド薄膜へのパターン形成方法によって解決できる。

（作用） ダイヤモンド薄膜の上にシリンコ（Ｓｉ）薄膜層を形成
した後、さらにシリコン薄膜層の上に耐熱性金属層とし
て例えばタングステン（Ｗ）あるいはモリブデン（Ｍｏ
）薄膜層を形成する。その後、非酸化性雰囲気中で熱処
理することにより、ダイヤモンド−シリコン薄膜層間に
反応層炭化シリンコ（ＳｉｘＣ）を、シリコン−タング
ステン（あるいはモリブデン）薄膜層間に反応層タング
ステンシリサイド（不定比化合物ＷｘＳｉ）あるいは、
モリブデンシリサイド（不定比化合物ＭｏｘＳｉ）を生
成させる。このことにより耐熱性に優れ、従来構造と比
べ熱膨張係数をゆるやかに変化させたメタライズ層が実
現される。熱膨張係数の値を第１表に示す。参考のため
従来品に用０られているメタライズ層の熱膨張係数の値
も示す。

また最上層にニッケル層を堆積するか、これはダイヤモ
ンド薄膜を半田あるいは銀ペースト等を用いて他の金属
部材に蝋付けするために必要な層である。タングステン
あるいはモリブデン等からなる耐熱性金属層は非酸化性
雰囲気中における熱処理、あるいは、メタライズ層と他
部材とを銀ペーストを用いて蝋付けする場合の比較的高
温の熱処理においてシリコン薄膜層とニッケル層との相
互拡散を防止する役割もある。すなわち、シリコン薄膜
層とニッケル層とが相互拡散してしまうと炭化シリコン
（ＳｉｘＣ）中間層が形成されず、密着強度 第１表 の大きなメタライズ層を得ることができなし）からであ
る。

第２の発明では、低温熱処理によりダイヤモンド薄膜に
シリコン薄膜層がある程度拡散し、両者の間に強い結合
が生じるので、この段階でパターニングを行い、その後
で高温熱処理を行う。最初から約８００℃で高温熱処理
を行うと、ダイヤモンド薄膜とシリコン薄膜層との間に
反応層炭化シリコン（ＳｉｘＣ）が生成し、これが弗硝
酸からなるエツチング液に対してエツチング速度が遅い
ために、長時間のエツチングを必要とし、その結果、上
層のメタライズ層がオーバーエツチングされて密着強度
が低下する。従って、パターニング前には高温熱処理を
避ける必要がある。

（実施例） 第１図は本発明におけるダイヤモンド薄膜表面上に形成
されたメタライズ層の断面図であり、以下に本発明の実
施例を第１図を参照して説明する。

第１図において、ダイヤモンド薄膜１の上に表面に真空
蒸着あるいはスパッタリング等の公知の方法を用いて、
シリコン薄膜層２を形成する。シリコン薄膜層２の厚さ
はダイヤモンド薄膜の表面の微小な凹凸を覆うために、
少なくとも０．１ｐｍ必要で、般に０．５ｐｍが望まし
い。上記シリコン薄膜層２の形成は室温〜３００℃の温
度範囲で行った。

次いで、シリコン薄膜層２の上に、真空蒸着あるいはス
パッタリング等の公知の方法を用いて、厚さ１〜５ｐｍ
のタングステン（Ｗ）もしくはモリブデン（Ｍｏ）等の
耐熱性金属層３、および厚さ０．５〜２．０ｐｍのニッ
ケル（Ｎｉ）層４を順次形成する。

また、ニッケル層４を形成する前に非酸化性の、望まし
くは、水素ガスのような還元性の雰囲気中で加熱する。

このときの加熱条件は３００℃〜８００℃の温度範囲で
約４０分である。このようにして、ダイＡ・モンド薄膜
上に、シリコン薄膜層２）耐熱性金属層３およびニッケ
ル層４の三層から成るメタライズ層が形成される。ダイ
ヤモンド薄膜とシリコン薄膜層２の界面には炭化シリコ
ン（ＳｉｘＣ）が生成しているものと考えられる。

第２の発明では、三層のメタライズ層を積層した後、ダ
イヤモンド薄膜１に、上記と同様の非酸化性または還元
性の雰囲気中で３００℃〜５００℃の温度範囲で低温熱
処理を行う。そして前記メタライズ層のパターニングを
行うためにまず最表面層のニッケル層にフォトレジスト
を塗布する。これを露光した後、弗酸−硝酸の混酸から
なる公知のエツチング液を用いてパターニングを行う。

その後上記と同様にして約８００℃で高温熱処理を施す
。

このようにダイヤモンド薄膜にシリコンおよび耐熱性金
属層を堆積し、さらに熱処理により層間に反応層（シリ
サイド）を形成することによって、高熱伝導性で熱膨張
係数の整合性の良いメタライズ層をダイヤモンド薄膜上
に密着性良く形成することができた。またこのメタライ
ズ層を所望の形状にエツチングすることにより、半導体
集積回路用の構成部材として実用の可能性を示した。

（発明の効果） 本発明によれば、低熱膨張・高熱伝導の特徴を有するダ
イヤモンド薄膜を半導体集積回路用のヒートシンク等の
電子装置の構成部材として実用可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるダイヤモンド薄膜上に
形成されたメタライズ層の断面図、第２図は従来の代表
的なダイヤモンドヒートシンクのメタライズ層の断面図
である。 図において、 １、ダイヤモンド薄膜層、２．シリコン（Ｓｉ）薄膜層
、３、タングステン（Ｗ）あるいはモリブデン（ＭＯ）
薄膜層、４．ニッケル（Ｎｉ）薄膜層、５．チタン（Ｔ
ｉ）薄膜層あるいはクロム（Ｃｒ）薄膜層、６．白金（
Ｐｔ）薄膜層、７．金（Ａｕ）薄膜層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド薄膜の表面にシリコン（Ｓｉ）層を
   形成し、このシリコン薄膜層の上に耐熱性金属層を堆積
   し、これらを非酸化性雰囲気中で熱処理し、続いてニッ
   ケル（Ｎｉ）層を堆積することを特徴とするダイヤモン
   ド薄膜へのメタライズ方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンド薄膜を
   非酸化性または還元性の雰囲気中において３００〜５０
   ０℃の温度範囲で熱処理を行い、その後メタライズ層を
   選択的に除去して所望の形状にパターニングし、その後
   前記熱処理より高温で熱処理を行うことを特徴とするダ
   イヤモンド薄膜へのパターン形成方法。