JPH0369594A - ダイヤモンド膜の選択形成方法 - 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、ダイヤモンド膜の選択形成方法に関する。さ
らに詳細には、半導体デバイス等に好適に使用すること
のてきるダイヤモンド膜の選択形成力法に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］メタン、
−酸化炭素などの含炭素化合物と水素との混合ガスより
なる炭素源ガスをマイクロ波プラズマ法によりプラズマ
化したガスを、約１〜］００ｔｏｒｒの圧力下で４００
〜１，１００℃の高温に保持されたシリコン基体等に接
触させることにより、このシリコン基体等の上にダイヤ
セント膜の形成されることが公知である。

ダイヤセント薄膜は、半導体材料として、大いに期待さ
れている。特に、従来のシリコン膜では最高１５０°Ｃ
，ＧａＡｓ膜でも最高２５０°Ｃか使用限界であるから
、これよりもさらに高い温度て作動する半導体デバイス
、耐放射線デバイス等の用途に向けてダイヤセント薄膜
の利用か考えられる。

タイヤセント薄膜を半導体デバイス化するためには、基
体上にパターンニンクすることか必要とされるか、従来
前なわれていたエツチング法では、ダイヤセント薄膜か
安定な材料であるのて、極めて困難な作業である。

また、タイヤセントのプラズマエツチング法として、酸
素プラズマが有用であるが、従来の半導体プロセスて行
なわれているレジストによるパターン形成法ては、レジ
ストとして含炭素の巻機系の材料を用いているので、こ
のレジストな除去することとなり、エッチンク法を採用
することかできない。

すなわち、シリコン系半導体ては、化学的なエツチング
、プラズマエツチンク等か容易であるか、ダイヤモンド
薄膜ではそれ程容易ではなく、特殊な方法を必要とする
。

このため、基板上にダイヤセント膜を選択成長させる方
法が報告されている。その報告された技術によると、基
体表面に傷付は処理をし、その基体上にマスキングを行
なった後、アルゴンイオンビームエッチンクを行なって
、このマスキンク部分に選択的にダイヤセント膜を形成
している（特開昭６３−３１５５９８号公報参照）。

しかしながら、この方法では、アルゴンイオン照射とい
うような特別て、複雑な工程か必要であり、また、広い
面積への均一なアルゴンイオン照射処理が必ずしも容易
てないという問題点もある。さらに、アルゴンイオン照
射は基板の破壊的処理である為、必ずしもプロセス上有
用な手段とは言いかたい。

本発明は、前記の事実に基づいてなされたものである。

本発明の目的は、これらの問題点を解決し、所望のパタ
ーン部のみにダイヤモンド薄膜を合成できる簡単でかつ
再現性のあるダイヤモンドの選択的形成を可能にする方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明の構成は、基体表面に傷付は処理をし
、基体表面の一部にレーザー照射処理を行なった後、前
記基体表面にダイヤセント膜の形成を行なうことを特徴
とするダイヤセント膜の選択形成方法である。

基体材料 本発明に使用する基体材料としては、特に制限がなく、
シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、アルミニウム、銅
、クロム、コバルト、アンチモン、タングステン、モリ
ブデン、チタン、金、白金、インジウム等の金属単体、
これらの酸化物、窒化物および炭化物、これらの合金、
さらには各種ガラスやセラミックスなどの中から選ばれ
た任意の物質あるいは材料を使用することができ、目的
とするデバイスの構成に応して適宜に選択すればよい。

たとえば、このダイヤモンド膜付きの基体を半導体材料
に使用するのてあれば、基体材料として、シリコン、ゲ
ルマニウム、炭化ケイ素、チ・ン化ホウ素、ガリウム・
ヒ素等を挙げることがてきる。このダイヤセント膜付き
の基体を絶縁性材料に使用するのであれば、基体材料と
して、酸化ノ＼フニウム、二酸化ケイ素（石英）、酸化
アルくニウム、チツ化アルミニウム、各種ガラス等を挙
げることかできる。また導電性材料として使用するので
あれば、アルミニウム、タングステン、モリブデン、チ
タン等の金属単体、炭化タングステン等の合金等を挙げ
ることができる。

−表面傷付は処理− 前記基体表面は、その表面にダイヤセント膜を成長させ
易くするために表面傷付は処理か行なわれる。

この表面傷付は処理としては、たとえばダイヤセント、
炭化ケイ素、窒化ホウ素等の微粉末を分散させた液体中
で超音波処理を行なう方法、あるいはこの微粉末てポリ
ッシング、八ツ掛けまたはラッピングする等の方法か挙
げられる。

使用する微粉末の粒径は、通常１１００７ｈ以下てあり
、好ましくは、１〜５０ｐｍ、特に好ましくは、５〜２
０ルｍである。

一レーザー照射処理 前記傷付は処理した基体材料の、ダイヤセント膜を形成
させるように設計された部分以外の基体表面に、レーザ
ー照射処理をする。

レーザー照射処理に際し、どのようなレーザー光を選定
するかは、基体の種類、レーザー照射処理領域の大小、
描画条件等に依存し、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザ−
、ガラスレーザー等の固体レーザー、アルゴンイオンレ
ーザ−、ヘリウム・ネオンレーザ−１炭酸ガスレーザー
、ヘリウム・カドくラムレーザー、窒素ガスレーザー、
エキシマレーザ−１希ガスイオンレーザー等のガスレー
サ゛−、ガリウム・ヒ素レーザー、ガリウム・アルミニ
ウム・ヒ素レーザー等の半導体レーザー等を適宜に採用
することかできる。シリコンウェハーを基板に数ｇｍ幅
の線て描画を高速て行なうときには、たとえばＹＡＧレ
ーザ−、アルゴンイオンレーザ−、エキシマレーザ−等
の短波長レーザーか好ましい。

レーザー処理においては、基板表面における、タイヤセ
ントの形成領域以外をレーザー光て照射する レーザー光の照射された基板表面部分は、部分的に加熱
され、その理由は必ずしも明らかてはないか、おそらく
傷付は処理によって生した歪か緩和されるものと考えら
れる。その結果、このレーザー照射処理後に続くダイヤ
モンド合成の工程において、レーザー照射部分でのダイ
ヤモンド形成か困難になるものと推定される。

本発明の方法ては、レーザー照射処理をすることにより
、タイヤセント非形威部として、レーザー光線て描画を
形成することかてきると言う利点かある。

タイヤセント膜の形成 前記レーサー照射処理をした基体表面にダイヤセント膜
を形成させる。

ダイヤセント膜は従来から公知のダイヤモンド合成法に
より形成することかでき、中でも、炭素源ガスを励起し
て得られるプラズマガスな基体に接触させる気相法ダイ
ヤモンド合成法によるのか好ましい。

具体的に説明すると、炭素源ガスを含有する原料ガスを
励起して得られるガスを、前記基体に反応室内で接触さ
せることにより、前記基体上にダイヤモンド膜を形成す
る方法か好ましい。

前記原料ガスは、少なくとも炭素源ガスを含有するもの
であればよいか、炭素原子と水素原子とを含むガスか好
ましい。

具体的には、前記原料ガスとして、たとえば炭素源ガス
と水素ガスとの混合ガスを挙げることかてきる。

また、所望により、前記原料ガスとともに、不活性ガス
等のキャリヤーガスを用いることもてきる。

前記炭素源ガスとしては、各種炭化水素、含ハロゲン化
合物、含酸素化合物、含窒素化合物等のガス、あるいは
グラファイトなどの炭素をガス化したものを使用するこ
とがてきる。

炭化水素化合物としては、例えばメタン、エタン、プロ
パン、ブタン等のパラフィン系炭化水素：エチレン、プ
ロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素：アセチ
レン、アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタジェン
等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、シクロ
ブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭
化水素二ジクロブタジェン、ベンゼン、トルエン、キシ
レン、ナフタレン等の芳香族炭化水素などを挙げること
かできる。

含ハロゲン化合物としては、たとえば、ハロゲン化メタ
ン、ハロゲン化エタン、ハロゲン化ベンゼン等の含ハロ
ゲン化炭化水素、四塩化炭素等を挙げることかできる。

含酸素化合物としては、例えばアセトン、ジエチルケト
ン、ベンゾフェノン等のケトン類；メタノール、エタノ
ール、プロパノール、ツタノール等のアルコール類；メ
チルエーテル、エチルエーテル、エチルメチルエーテル
、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、
フェノールエーテル、アセタール、環式エーテル（ジオ
キサン、エチレンオキシド等）のエーテル類：アセトン
、ビナコリン、メチルオキシド、芳香族ケトン（アセト
フェノン、ベンゾフェノン等）、ジケトン、環式ケトン
等のケトン類；ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、
ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒド類
；ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、酪酸、シ、１
つ酸、酒石酸、ステアリン酸等の有機酸類；酢酸メチル
、酢酸エチル等の酸エステル類；エチレンクリコール、
ジエチレングリコール等の二価アルコール類ニー酸化炭
素、二酸化炭素等を挙げることかできる。

含窒素化合物としては、例えばトリメチルアミン、トリ
エチルアミンなどのアミン類等を挙げることができる。

また、前記炭素源ガスとして、単体てはないが、消防法
に規定される第４類危険物：ガソリンなどの第１石油類
、ケロシン、テレピン油、しょう脳油、松根油などの第
２石油類、重油などの第３石油類、ギヤー油、シリンダ
ー油などの第４石油類などのガスをも使用することかで
きる。また前記各種の炭素化合物を混合して使用するこ
ともてきる。

これらの炭素源ガスの中でも、常温て気体または蒸気圧
の高いメタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化
水素：あるいはアセトン、ベンゾフェノン等のケトン類
、メタノール、エタノール等のアルコール類、−酸化炭
素、二酸化炭素ガス等の含酸素化合物か好ましく、−酸
化炭素は特に好ましい。

前記水素ガスには、特に制限かなく、たとえば石油類の
ガス化、天然ガス、水性ガスなどの変成、水の電解、鉄
と水蒸気との反応、石炭の完全１ ガス化などにより得られるものを充分に精製したものを
用いることかてきる。

前記水素ガスを構成する水素は、励起されると原子状水
素を形成する。

この原子状水素は、詳細なメカニズムは不明であるが、
ダイヤモンド形成反応を活性化する触媒的作用をするも
のと考えられる。さらにはダイヤモンドの析出と同時に
析出するグラファイトやアモルファスカーボン等の非ダ
イヤモンド類威分を除去する作用を有する。

前記原料ガスを励起する手段としては、たとえばマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＤＣプ
ラズマＣＶＤ法、有磁場プラズマＣＶＤ法（ＥＣＲ条件
を含む）、熱フイラメント法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法
、Ｌ／−ｖ−ａ起ｃＶＤ法、燃焼炎法、スパッタリング
法、イオンビーム法、クラスターイオンビーム法、イオ
ンブレーティング法などを挙げることができる。

これらの中ても、好ましいのは各種ＣＶＤ法てあり、よ
り好ましいのはプラズマＣＶＤ法てあ２ る。

」−述した各原料ガスと各励起手段との組み合わせにお
いて、本発明の目的に好ましいのは、−酸化炭素ガスと
水素ガスとの混合ガスおよびマイクロ波プラズマＣＶＤ
法である。

前記気相法において、タイヤセント膜を形成する際の前
記基体の温度は、前記原料ガスの励起方法により異なる
ので、−概に決定することは出来ないか、通常、４００
〜１，２００°Ｃ１好ましくは５００〜１，１００℃で
ある。

前記の温度が４００℃より低いと、ダイヤモンドの析出
速度か遅くなったり、析出物の結晶性か失われたりする
。

一方、１，２００°Ｃより高くしても、それに見合った
効果は奏されず、エネルギー効率の点て不利になるとと
もに、形成されたダイヤモンドかエツチングされてしま
うことかある。

また、タイヤセント膜を形成する際の反応圧力は、通常
、１０−６〜１０３ｔｏｒｒ　、好ましくは１０−’〜
８００ｔｏｒｒである。反応圧力か１Ｏ−６ｔｏｒｒよ
りも低い場合には、ダイヤモンドの析出速度か遅くなっ
たり、それか析出しなくなったりする。一方、１０’ｔ
ｏｒｒより高い場合にはクラファイトの発生量が多くな
る。

反応時間は、前記基体の表面温度、反応圧力、必要とす
る膜厚などにより相違するのて一概に決定することはで
きず、適宜決定すればよい。

このようにして形成される前記ダイヤセント膜の厚みに
ついては、タイヤセント膜を形成してなる部材の用途に
より種々変化するので特に制約はないが、通常は０．３
　ｇｍ以上、好ましくは０．５〜１００ルｍである。

上記のような方法で、ダイヤセント膜か炭素源ガスから
たとえば気相合成法で形成される。

このダイヤモンド膜の気相合成の際に、炭素源ガス中に
ドーパントを含有させると、ｎ型またはｐ型のダイヤモ
ンド半導体を形成することかできる。

ｎ型タイヤモンント半導体を形成するための前記ドーパ
ントとしては、たとえばＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂ等の
周期率表第ｖｂ族元素の単体およびその化合物の少なく
とも一種をあげることかでき、ｐ型のタイヤセント半導
体を形成するための前記ドーパントとしては、たとえば
、Ｂ、ＡＩ、Ｇａ、Ｉｎ等の周期率表第ｍｂ族元素の単
体およびその化合物の少なくとも一種をあげることかて
きる。

また、前記周期率表第ｖｂ族元素の単体およびその化合
物および周期率表第ｍｂ族元素の単体およびその化合物
を併用しその量比により、ｎ型またはｐ型のタイヤセン
ト半導体を形成することもてきる。

［実施例］ 本発明に基づく方法の一例として、以下に示す実施例に
より、さらに具体的に説明する。

（実施例１） まず、１０ｍ　ｍ　Ｘ　１０ｍ　ｍのシリコンウェハー
を０．５ｇの３〜１２７１ｍの粒度分布をもつダイヤセ
ント粒子をアセトン１００ｃ　ｃに分散させたものにっ
　５ け、超音波をかけて３０分間の傷付は処理を行った。

次に、インプロビールアルコールで約１０分かけて基体
を洗浄した後、さらに、純水による超音波洗浄を約１０
分間間隔て２回行った。その上、前記基体をフッ化水素
で約１０秒かけて洗浄した。

次に、レーザ照射処理を行った。照射は、前記寸法のシ
リコンウェハーの表面を二等分し、右半分の表面に、次
に示す条件てレーザー処理を行った。レーザー処理の条
件を以下に示す。

レーザーの種類、ＹＡＧレーザー 出力；ＩＯＷ　　　　１ｋＨｚ 走査速度；　０．０２ｍ／　ｓ 次に、レーザー照射処理後の基体をル波プラズマＣＶＤ
装置中て、次に示す条件でダイヤモンド合成を行なった
。

７％Ｇｏ／Ｈ２混合ガスの流量、　７／９３３ＣＣＭ　
６ 基体温度；９００　　℃ 合成圧力；　　４０　Ｔｏｒｒ マイクロ波パワー；　　３５０ｗ 合成時間：６０分 第１表 得られたダイヤモンド膜の核発生密度を、電子顕微鏡て
測定し、評価した。得られた結果を第１表に示す。

（実施例２） 実施例１において、レーザービームなレンズ系てしぼっ
て、ビーム径を約１０ｐｍとし、レーザー処理の照射を
線描に代え、走査速度を０．０５ｍ／ｓにした以外は同
じ条件でレーザー処理を行なった。なお、線の間隔を２
０ｇｍにして線描を行なった。

そして、前記実施例１と同様にしてシリコンウェハー表
面にダイヤモンド合成な行なった。結果を第１表に示す
。

（評価） 第１表か示すように、核発生密度は、非処理部分におい
て大きい。このことからダイヤセン１〜膜が非レーザー
処理部分に選択形成されていることが明らかである。

［発明の効果］ 本発明によると、 （１）基体表面上に、ダイヤモンド膜による任意のパタ
ーン成膜を容易に行なうことがてき、（２）マスキング
工程か不要てあり、乾式のためプロセスか簡便である、 などの効果か奏される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体表面に傷付け処理をし、基体表面の一部にレ
   ーザー照射処理を行なった後、前記基体表面にダイヤモ
   ンド膜の形成を行なうことを特徴とするダイヤモンド膜
   の選択形成方法。