JPH05251586A - ダイヤモンド薄膜の形成方法およびダイヤモンド薄膜 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜の形成方法およびダイヤモンド薄膜Info
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- JPH05251586A JPH05251586A JP4988692A JP4988692A JPH05251586A JP H05251586 A JPH05251586 A JP H05251586A JP 4988692 A JP4988692 A JP 4988692A JP 4988692 A JP4988692 A JP 4988692A JP H05251586 A JPH05251586 A JP H05251586A
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- Japan
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- diamond
- film
- diamond thin
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板上に形成されたに多結晶ダイヤモンド薄
膜の表面を簡便に平坦化する方法を提供する。 【効果】 平坦化された多結晶ダイヤモンド薄膜を、大
電力を消費するデバイスの冷却材、半導体素子材料やコ
ーティング材に利用できる。
膜の表面を簡便に平坦化する方法を提供する。 【効果】 平坦化された多結晶ダイヤモンド薄膜を、大
電力を消費するデバイスの冷却材、半導体素子材料やコ
ーティング材に利用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁体の製造方法ある
いは半導体の製造方法に関する。
いは半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコンを材料にした電界効果ト
ランジスタやバイポーラトランジスタなどの半導体装置
の利用が盛んである。しかし、シリコンの禁制体幅が
１．１ｅＶであるため、シリコン半導体装置は特殊な冷
却装置を付けない限り高温の環境下では利用できない問
題点があった。そこで、禁制体幅が５．３ｅＶと大き
く、高いキャリヤ移動度の高いダイヤモンドがデバイス
素子材料として盛んに研究されている。
ランジスタやバイポーラトランジスタなどの半導体装置
の利用が盛んである。しかし、シリコンの禁制体幅が
１．１ｅＶであるため、シリコン半導体装置は特殊な冷
却装置を付けない限り高温の環境下では利用できない問
題点があった。そこで、禁制体幅が５．３ｅＶと大き
く、高いキャリヤ移動度の高いダイヤモンドがデバイス
素子材料として盛んに研究されている。
【０００３】また、ダイヤモンド薄膜は、極めて高い熱
伝導率であることから、パワートランジスタやバイポー
ラトランジスタが動作中に発生する熱の冷却材として利
用される可能性がある。
伝導率であることから、パワートランジスタやバイポー
ラトランジスタが動作中に発生する熱の冷却材として利
用される可能性がある。
【０００４】さらに、その極めて堅い性質から様々な材
料の機械的強度の増加の為に多結晶ダイヤモンド薄膜の
コーティングが検討されている。
料の機械的強度の増加の為に多結晶ダイヤモンド薄膜の
コーティングが検討されている。
【０００５】熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロプラズ
マＣＶＤ法、有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法などのＣ
ＶＤ法でダイヤモンド薄膜が形成されているが、いずれ
の場合にも、従来はシリコン基板上に形成されてきた。
マＣＶＤ法、有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法などのＣ
ＶＤ法でダイヤモンド薄膜が形成されているが、いずれ
の場合にも、従来はシリコン基板上に形成されてきた。
【０００６】Journal of Crystal Growth 99(1990)1201
-1205 「GROWTH OF DIAMOND FILMSAT LOW PRESSURE USI
NG MAGNETORO-MICROWAVE PLASMA CVD」の例にあるよう
に有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法は、他の方法と違っ
て絶縁基板上に大面積にわたって均一な物理的性質を持
った多結晶ダイヤモンドを形成できる優れた利点があ
る。
-1205 「GROWTH OF DIAMOND FILMSAT LOW PRESSURE USI
NG MAGNETORO-MICROWAVE PLASMA CVD」の例にあるよう
に有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法は、他の方法と違っ
て絶縁基板上に大面積にわたって均一な物理的性質を持
った多結晶ダイヤモンドを形成できる優れた利点があ
る。
【０００７】従来のダイヤモンド薄膜の製造方法は、図
２（ａ）に示すように、まず基板ＳＵＢを粒径２０μｍ
程度のダイヤモンド粒子を含んだ有機溶媒で超音波洗浄
をして無数の傷をＷＯＤを形成し、ついで図２（ｂ）の
ように有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法により多結晶ダ
イヤモンド薄膜ＰＣＤを形成するものであった。
２（ａ）に示すように、まず基板ＳＵＢを粒径２０μｍ
程度のダイヤモンド粒子を含んだ有機溶媒で超音波洗浄
をして無数の傷をＷＯＤを形成し、ついで図２（ｂ）の
ように有磁場マイクロプラズマＣＶＤ法により多結晶ダ
イヤモンド薄膜ＰＣＤを形成するものであった。
【０００８】しかしながら、従来の方法では非晶質炭素
やグラファイトを含まない優れたダイヤモンド型のダイ
ヤモンド結晶により構成された多結晶ダイヤモンド薄膜
の表面は、走査電子顕微鏡で観察すると、ダイヤモンド
薄膜の平均の厚みで１μｍの多結晶シリコン薄膜を形成
すると、２０〜５０ｎｍの凸凹が発生してしまい半導体
薄膜としてあるいはコーティング材として十分利用でき
ない問題点があった。
やグラファイトを含まない優れたダイヤモンド型のダイ
ヤモンド結晶により構成された多結晶ダイヤモンド薄膜
の表面は、走査電子顕微鏡で観察すると、ダイヤモンド
薄膜の平均の厚みで１μｍの多結晶シリコン薄膜を形成
すると、２０〜５０ｎｍの凸凹が発生してしまい半導体
薄膜としてあるいはコーティング材として十分利用でき
ない問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】また、本発明は多結晶
ダイヤモンド薄膜上に薄膜トランジスタなどのデバイス
を形成でき、またダイヤモンドを活性層に利用したデバ
イスを製造できるような平坦な多結晶ダイヤモンド薄膜
を形成する方法を提供するものである。
ダイヤモンド薄膜上に薄膜トランジスタなどのデバイス
を形成でき、またダイヤモンドを活性層に利用したデバ
イスを製造できるような平坦な多結晶ダイヤモンド薄膜
を形成する方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に化学
気相成長法によりダイヤモンド薄膜を形成する工程と、
上記ダイヤモンド薄膜上に硬質炭素膜を形成する工程
と、上記硬質炭素膜上に有機薄膜を形成する工程と上記
有機薄膜と、上記硬質炭素膜と上記ダイヤモンド薄膜を
順にエッチングすることによってダイヤモンド薄膜を平
坦化することを特徴とするダイヤモンド薄膜の形成方法
である。
気相成長法によりダイヤモンド薄膜を形成する工程と、
上記ダイヤモンド薄膜上に硬質炭素膜を形成する工程
と、上記硬質炭素膜上に有機薄膜を形成する工程と上記
有機薄膜と、上記硬質炭素膜と上記ダイヤモンド薄膜を
順にエッチングすることによってダイヤモンド薄膜を平
坦化することを特徴とするダイヤモンド薄膜の形成方法
である。
【００１１】
【実施例】以下に、本発明の詳細を図に示しながら説明
する。
する。
【００１２】図１に本発明のダイヤモンド薄膜の形成方
法を示して説明する。
法を示して説明する。
【００１３】図１（ａ）に示すように、ガラス基板を、
粒径１〜５０μｍのダイヤモンド粒子とエタノールなど
の有機溶媒を含んだ溶液中で超音波洗浄を施して無数の
傷をガラス基板表面に形成する。
粒径１〜５０μｍのダイヤモンド粒子とエタノールなど
の有機溶媒を含んだ溶液中で超音波洗浄を施して無数の
傷をガラス基板表面に形成する。
【００１４】次に、図１（ｂ）に示すように、有磁場マ
イクロプラズマ化学気相成長法により、多結晶ダイヤモ
ンド膜膜ＰＣＤを平均５００ｎｍの厚みで被着形成す
る。水素ガスで希釈したＣＨ４とＣＯ２の混合ガスを用
い、１Ｔｏｒｒ以下の低圧で、６００℃の温度で、基板
表面の直上で約１ｋＧの磁界の強さの反応条件でダイヤ
モンド薄膜ＰＣＤを形成する。この方法により形成され
たダイヤモンド薄膜ＰＣＤは２００〜３００ｎｍの粒径
を持ち、アモルファス成分が極めて少ないダイヤモンド
結晶である。ダイヤモンド薄膜の形成方法は上記の方法
ばかりでなく、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法、電子サイクロトロン条件ではない有磁
場マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱焼炎法、直流放電プ
ラズマ法などでもこの発明を構成することができる。こ
のようにして形成されたダイヤモンド薄膜の膜厚は均一
でなく、偏差値にして３σ＝±３０％の凸凹を生じる。
イクロプラズマ化学気相成長法により、多結晶ダイヤモ
ンド膜膜ＰＣＤを平均５００ｎｍの厚みで被着形成す
る。水素ガスで希釈したＣＨ４とＣＯ２の混合ガスを用
い、１Ｔｏｒｒ以下の低圧で、６００℃の温度で、基板
表面の直上で約１ｋＧの磁界の強さの反応条件でダイヤ
モンド薄膜ＰＣＤを形成する。この方法により形成され
たダイヤモンド薄膜ＰＣＤは２００〜３００ｎｍの粒径
を持ち、アモルファス成分が極めて少ないダイヤモンド
結晶である。ダイヤモンド薄膜の形成方法は上記の方法
ばかりでなく、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法、電子サイクロトロン条件ではない有磁
場マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱焼炎法、直流放電プ
ラズマ法などでもこの発明を構成することができる。こ
のようにして形成されたダイヤモンド薄膜の膜厚は均一
でなく、偏差値にして３σ＝±３０％の凸凹を生じる。
【００１５】次に、図１（ｃ）に示すように上記多結晶
ダイヤモンド薄膜ＰＣＤ上に、ダイヤモンド状炭素膜Ｄ
ＬＣを６００ｎｍの厚みで被着形成する。ダイヤモンド
状炭素膜は、ダイヤモンド型の結晶格子も含むが、六方
晶系の結晶やクラスターを含む高分子で構成された膜で
あり、ダイヤモンド結晶に特有の鋭い結晶は発達しない
ので、多結晶ダイヤモンド薄膜の凸凹を緩和するように
形成される。さらに、このダイヤモンド状炭素膜上にレ
ジスト膜ＲＳＴをスピンコーターにより、被着形成しオ
ーブンで加熱し平坦化する。
ダイヤモンド薄膜ＰＣＤ上に、ダイヤモンド状炭素膜Ｄ
ＬＣを６００ｎｍの厚みで被着形成する。ダイヤモンド
状炭素膜は、ダイヤモンド型の結晶格子も含むが、六方
晶系の結晶やクラスターを含む高分子で構成された膜で
あり、ダイヤモンド結晶に特有の鋭い結晶は発達しない
ので、多結晶ダイヤモンド薄膜の凸凹を緩和するように
形成される。さらに、このダイヤモンド状炭素膜上にレ
ジスト膜ＲＳＴをスピンコーターにより、被着形成しオ
ーブンで加熱し平坦化する。
【００１６】次に、図１（ｄ）に示すように、レジスト
膜ＲＳＴとダイヤモンド状炭素膜ＤＬＣと多結晶ダイヤ
モンド薄膜ＰＣＤを順に反応性イオンエッチングによ
り、酸素粒子を含んだ反応ガスでドライエッチングす
る。この時、反応性イオンエッチング条件とレジスト薄
膜ＲＳＴの熱処理時間を適当に選び、レジスト薄膜ＲＳ
Ｔとダイヤモンド状炭素膜ＤＬＣと多結晶ダイヤモンド
ＰＣＤのエッチング速度を同じ程度に選ぶ。このような
条件下で、レジスト薄膜ＲＳＴとダイヤモンド状炭素膜
ＤＬＣと多結晶ダイヤモンドＰＣＤをエッチングする
と、図１（ｄ）に示すように表面が平坦化されたダイヤ
モンド薄膜を得る。
膜ＲＳＴとダイヤモンド状炭素膜ＤＬＣと多結晶ダイヤ
モンド薄膜ＰＣＤを順に反応性イオンエッチングによ
り、酸素粒子を含んだ反応ガスでドライエッチングす
る。この時、反応性イオンエッチング条件とレジスト薄
膜ＲＳＴの熱処理時間を適当に選び、レジスト薄膜ＲＳ
Ｔとダイヤモンド状炭素膜ＤＬＣと多結晶ダイヤモンド
ＰＣＤのエッチング速度を同じ程度に選ぶ。このような
条件下で、レジスト薄膜ＲＳＴとダイヤモンド状炭素膜
ＤＬＣと多結晶ダイヤモンドＰＣＤをエッチングする
と、図１（ｄ）に示すように表面が平坦化されたダイヤ
モンド薄膜を得る。
【００１７】
【発明の効果】この発明により多結晶ダイヤモンドの表
面を平坦化できることから、従来不可能であった、多結
晶ダイヤモンド上の電界効果トランジスタあるいはバイ
ポーラトランジスタのデバイスの形成が可能となり、こ
のデバイスが大電流を消費することにより発生する熱を
ダイヤモンド薄膜が吸収し放散することにより、多結晶
ダイヤモンド上のデバイスが長期間にわたって安定的に
駆動することが可能になる。
面を平坦化できることから、従来不可能であった、多結
晶ダイヤモンド上の電界効果トランジスタあるいはバイ
ポーラトランジスタのデバイスの形成が可能となり、こ
のデバイスが大電流を消費することにより発生する熱を
ダイヤモンド薄膜が吸収し放散することにより、多結晶
ダイヤモンド上のデバイスが長期間にわたって安定的に
駆動することが可能になる。
【００１８】また、本発明は、ガラス基板ばかりでな
く、シリコン基板、ガリウム・ヒ素基板、サファイア基
板、プラスチック基板、炭素繊維基板上にも、コーティ
ング材あるいは半導体材料としての表面が平坦な多結晶
ダイヤモンド薄膜を形成することができる。
く、シリコン基板、ガリウム・ヒ素基板、サファイア基
板、プラスチック基板、炭素繊維基板上にも、コーティ
ング材あるいは半導体材料としての表面が平坦な多結晶
ダイヤモンド薄膜を形成することができる。
【００１９】さらに、本発明は高性能の三次元素子の形
成材料にも適用可能である。
成材料にも適用可能である。
【図１】 本発明のダイヤモンド薄膜の製造方法の工程
図。
図。
【図２】 従来例を示す図。
ＳＵＢ …ガラス基板 ＷＯＤ …基板に形成された微小な傷 ＰＣＤ …多結晶ダイヤモンド薄膜 ＤＬＣ …硬質炭素薄膜 ＲＳＴ …レジスト薄膜 ＷＯＤ …微細な傷 ＦＤＦ …平坦化したダイヤモンド薄膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/373
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に化学気相成長法によりダイヤモ
ンド薄膜を形成する工程と、上記ダイヤモンド薄膜上に
硬質炭素膜を形成する工程と、上記硬質炭素膜上に有機
薄膜を形成する工程と上記有機薄膜と、上記硬質炭素膜
と上記ダイヤモンド薄膜を順にエッチングすることによ
ってダイヤモンド薄膜を平坦化することを特徴とするダ
イヤモンド薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１により形成されたダイヤモンド
薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4988692A JPH05251586A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ダイヤモンド薄膜の形成方法およびダイヤモンド薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4988692A JPH05251586A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ダイヤモンド薄膜の形成方法およびダイヤモンド薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251586A true JPH05251586A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12843520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4988692A Pending JPH05251586A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | ダイヤモンド薄膜の形成方法およびダイヤモンド薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251586A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615004A1 (en) * | 1993-03-10 | 1994-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Method of polishing/flattening diamond |
| JP2003142743A (ja) * | 2002-08-06 | 2003-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 素 子 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4988692A patent/JPH05251586A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0615004A1 (en) * | 1993-03-10 | 1994-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Method of polishing/flattening diamond |
| US5500077A (en) * | 1993-03-10 | 1996-03-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of polishing/flattening diamond |
| JP2003142743A (ja) * | 2002-08-06 | 2003-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 素 子 |
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