JPH07166327A - ダイヤモンド上に導電性金属線跡を析出させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤモンド基板上に導電性金属線跡を析出
させる際に、該線跡を除去した後の領域に導電性の炭化
物が残存しないようにする。 【構成】 導電性金属線跡を析出させる前に、パラジウ
ム等の炭化物不形成金属の下地層を析出させ、該下地層
にパターンを形成した後に、炭化物形成金属の結合層を
析出させる。その後、下地層、及び、その上に析出した
結合層部分は、典型的にはエッチングにより除去され
る。最終的に金属層が除去されてダイヤモンドが露出し
た部分では炭化物形成金属とダイヤモンドとの接触は回
避されており、炭化物の析出が阻止されるので、この領
域は非導電性となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子技術分野用のダイヤ
モンドの加工法に関し、更に詳細には、ダイヤモンド表
面に金属線跡(trace) 即ち金属パターンを提供する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、集積回路およびマルチ
チップモジュールに使用する為の基板材料として重要性
が高い。特に、化学蒸着法、すなわち水素と炭化水素と
の混合物を低圧で熱活性化し基材表面にダイヤモンドを
析出させる方法により調製された合成ダイヤモンド（以
後「ＣＶＤダイヤモンド」とする）は重要である。ダイ
ヤモンドは低い導電率および高い熱伝導率を有するので
ヒートシンク材として有用であり、そのため、回路素子
が密に詰められ放熱が不可欠である場合の、高密度相互
接合モジュール、及び、レーザダイオードを含む回路へ
の使用が特に重要である。

【０００３】上記モジュールを製造するには、ダイヤモ
ンド表面に導電性金属の接続線跡を析出させることが一
般に必要である。この線跡の用途の為には炭化物形成金
属が習用されている。ダイヤモンド表面での金属の反応
により炭化物が形成すると、ダイヤモンド表面に金属線
跡が強固に接着するからである。普通、ダイヤモンド表
面の全面が金属化され、得られた金属層に光露光により
パターンが形成され、線跡が不要な領域の金属はエッチ
ングにより除去される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この手法の主な問題点
は、エッチングにより金属は除去され得るが、炭化物が
一般に除去されないことである。炭化物は導電性が高い
ので、ダイヤモンド表面に残存していると短絡すること
がある。ゆえに、炭化物を除去する為の追加段階が必要
であるが、炭化物の除去に効果のあるエッチング液はフ
ォトレジストをも侵すため、この段階は非常に複雑にな
る。

【０００５】比較的結果の良好な一つの習用手法は、反
応性イオンエッチングである。しかし、この方法は大規
模な設備を必要とする上、金属線跡を侵す危険もある。
第二の手法は、炭化物の下方のダイヤモンドを酸化した
後、炭化物を除去するものである。しかし、この方法の
成否は炭化物の層の厚みおよび空隙率に大きく依存する
と同時に、金属化部分を繰り返し熱工程(thermal excur
sion) に晒すため損傷の起こる可能性がある。第三の手
法はレーザアブレーションであるが、この方法はダイヤ
モンドに溝を形成するので、集積回路およびマルチチッ
プモジュールに必要とされる精密加工には適用できな
い。

【０００６】したがって、金属化が所望されない領域で
は炭化物形成金属とダイヤモンドとの接触を回避し、そ
れによりその領域での炭化物の形成を阻止する方法の開
発が極めて重要である。本発明により、斯かる方法が提
供される。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ダイヤモンド
表面に導電性金属線跡を析出させる方法であって、上記
ダイヤモンド表面の少なくとも一部に、炭化物不形成金
属の下地層(undercoat layer) を析出させる段階と、上
記下地層に第一パターンでパターンを形成して上記ダイ
ヤモンド表面の線跡受容領域を露出させる段階と、上記
下地層および露出したダイヤモンド表面に導電性の炭化
物形成金属の結合層を析出させる段階と、上記下地層、
及び、その上に析出した上記最上層部分を除去する段階
と、を含んで成る方法である。

【０００８】本発明の方法により、単結晶あるいは多結
晶のあらゆるダイヤモンドの表面が処理され得るが、多
結晶ダイヤモンド、とりわけＣＶＤダイヤモンドが最も
有用である。ＣＶＤダイヤモンドは析出基材上に置かれ
たままでも良いが、多くの場合、シートとしてそこから
取り外され、集積回路に使用するため所望寸法および所
望形状の単位に切断され得る。

【０００９】

【実施例】典型的には、非汚染ダイヤモンドの表面の電
気抵抗は15ＭΩ／mmよりも大きく、抵抗率は約10¹³Ωcm
である。しかし、ダイヤモンドが金属等の物質で汚染さ
れていると表面抵抗が実質的に低下し得る。更に、ダイ
ヤモンドの表面に黒鉛形態の炭素が存在すると金属線跡
の接着が悪くなる可能性がある。ゆえに、本発明の方法
を実施する前に、金属、黒鉛、及び、その他の汚染物を
徹底して除去するのが得策である。これは、ダイヤモン
ドを比較的高温で種々の強酸混合物に接触させることに
より達成され得る。金属線跡を除去するには沸騰した塩
酸−フッ化水素酸−硝酸混合物に接触させ、黒鉛を除去
するには沸騰した硫酸−硝酸混合物に接触させる方法が
習用されている。洗浄後、好適には、ダイヤモンド表面
をスパッタエッチング等により処理し、炭化物形成金属
層の接着性を高める。

【００１０】本発明の方法の第一段階では、炭化物不形
成金属の下地層が、ダイヤモンド表面の少なくとも一
部、好適には全面に析出される。この金属は、ダイヤモ
ンドと、引き続き析出される炭化物形成金属との接触を
回避し、それにより非導電性にしたい領域での炭化物の
形成を阻止する遮蔽膜として機能することを目的とす
る。

【００１１】適切な炭化物不形成金属は、アルミニウ
ム、銅、ニッケル、銀、金、パラジウム、白金、及び、
これらの合金および混合物等である。金は、比較的穏や
かなヨウ素−ヨウ化アルカリ金属溶液でのエッチングに
より、適宜容易に除去され得る利点を有するが、欠点が
二つある。金は、チタン等の炭化物形成金属により金属
間拡散(intermetallic diffusion) を生じやすく、した
がって、ダイヤモンド表面と接触すると当該金下地層が
存在しても若干の炭化物を形成する可能性があること、
及び、金はダイヤモンド表面から剥離しやすいことであ
る。

【００１２】ゆえに、下地層の金属は、好適には、接着
性が良好で、金属間拡散を生じないものである。この目
的の為の好適な金属はパラジウムである。下地層は、物
理蒸着、化学蒸着、無電解析出、電解析出、或いは、ス
パッタリング等の習用技術により析出され得、スパッタ
リング法がしばしば好適である。当該層の厚みは、典型
的には凡そ 100〜5000オングストローム、好適には凡そ
1000〜5000オングストロームである。

【００１３】次に、下地層にパターンが形成され、上記
ダイヤモンド表面の導電性線跡の受容領域が露出する。
この目的の為に、習用の光露光パターン形成法が典型的
には使用される。パターン形成工程に続いて、導電性の
炭化物形成金属の結合層(bond layer)が、これも上記に
列挙した如き習用法により析出される。この段階で析出
され得る金属の例は、チタン、タングステン、モリブデ
ン、クロム、ニオブ、タンタル、及び、これらの合金お
よび混合物である。この最上層の厚みは典型的には凡そ
500〜2000オングストロームである。

【００１４】上記結合層の更に上に少なくとも１層の金
属層を析出させると通常好適である。例えば、チタン上
に金がしばしば析出され、最も多くの場合、ワイヤボン
ディング、ハンダ付け、及び、ダイ接着を補助する為
に、上記二層の間にニッケル、パラジウム、或いは、白
金の遮蔽層を介する。最後に、前記下地層は、その上に
析出した最上層部分と共に除去される。普通この除去は
習用のエッチング液によるエッチングにより実施され
る。例えば、金およびパラジウムは、前記のヨウ素−ヨ
ウ化アルカリ金属溶液によりエッチングされ得るし、チ
タンはフッ化水素酸の作用によりエッチングされ得る。
これらの金属およびその他の金属の除去に適するエッチ
ング液は当業者には明らかであろう。精密さを期すた
め、下地層のパターンのネガを用いて最上層を除去する
為のパターンを形成するのが望ましい。

【００１５】本発明の下地層が存在するため、ダイヤモ
ンドと炭化物形成金属との間には殆ど或いは全く接触が
ない。ゆえに、炭化物は殆ど或いは全く形成せず、した
がって除去する必要もない。その結果ダイヤモンド表面
には要求される導電性線跡が提供され、線跡間領域は実
質的に非導電性となる。本発明の方法を以下の実施例で
説明する。各実施例で使用されたＣＶＤダイヤモンド標
本は約12ミリ平方で厚みは 250ミクロンであった。これ
らの標本の表面は、まず塩酸−フッ化水素酸−硝酸の沸
騰した等体積混合物で12時間洗浄されて金属汚染物を除
去され、次に４体積部の硫酸と１体積部の硝酸との沸騰
混合物で４時間洗浄されて黒鉛炭素を除去された。洗浄
後、各標本の表面抵抗は、抵抗計の上限値を使用して15
ＭΩ／mmを超えることが決定された。その後、各標本の
表面は６分間スパッタエッチングされた。実施例１ ：ダイヤモンド標本がスパッタリングにより35
00オングストロームのパラジウムで被覆された。光露光
マスクが被され、マスクされない領域のパラジウムは、
0.1Ｍのヨウ素と 0.6Ｍのヨウ化カリウムとの溶液中で
50〜70℃にて約５分間エッチング除去された。

【００１６】パターンを形成されたパラジウム層を備え
たダイヤモンドは、1000オングストロームのチタンおよ
び2000オングストロームの金で、両者ともスパッタリン
グにより被覆された。表面抵抗を決定するため、25℃
で、金を上記の溶液で約５分間エッチング除去し、チタ
ンを３％（重量）のフッ化水素酸水溶液でエッチング除
去した。乾燥後、元は金皮膜付きチタン領域であったダ
イヤモンド表面の抵抗は８〜18ＫΩ／mmであり、元はパ
ラジウムで被覆されていた領域では15ＭΩ／mmを超え
た。したがって、パラジウムの下地層はダイヤモンド表
面上の炭化チタンの形成を防止する上で有効であった。

【００１７】対照実験に於ては、ダイヤモンド片はチタ
ン及び金で被覆されたが、パラジウムでは被覆されなか
った。パターン形成およびエッチングの後、非被覆領域
の表面抵抗は約３〜10ＫΩ／mmにとどまり、電子部品の
用途には不適当であった。フッ化水素酸で更に２回エッ
チング操作を行なった後も、抵抗値の増加は見られなか
った。実施例２ ：チタン層の厚みを2000オングストロームとし
た点を除いて実施例１の手順が反復された。この実施例
の目的は、チタンのスパッタリング操作中の物品温度の
上昇がパラジウム層に及ぼす効果を評価することであ
る。パラジウム被覆領域の表面抵抗は15ＭΩ／mmを超え
たままであったので、パラジウム下地を介してダイヤモ
ンド層に至るチタンの測定可能な金属間拡散は存在しな
いことが判明した。実施例３ ：パラジウム下地層を4000オングストロームの
金の下地に置き換えた点を除いて実施例１の手順が反復
された。元は金／チタンで被覆されていた領域の表面抵
抗は10〜30ＫΩ／mmでありその他の領域では約7000ＫΩ
／mmであった。

【００１８】更に厳密に試験すると、ダイヤモンド表面
に金の線跡が残存していることが判明したので、金およ
びチタンのエッチング操作を２回繰り返すと、その後、
上記の「その他の領域」の抵抗は15ＭΩ／mmを超えた。
この手順を２回繰り返すと、パターン形成中に金層がダ
イヤモンド表面から剥離することが判明した。したがっ
て、下地材料としてはパラジウムが好適である。

【００１９】本発明を要約すれば、ダイヤモンド表面上
に、パラジウム等の炭化物不形成金属の下地層を析出さ
せ、該下地層にパターンを形成し、その後、炭化物形成
金属の結合層を析出させることにより、非導電性である
べき領域に炭化物を析出することなく、導電性の炭化物
形成金属の接着性線跡が生成する。その後、下地層、及
び、その上に析出した結合層部分は、典型的にはエッチ
ングにより除去される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリーウ・カルヴィン・ジェラベック アメリカ合衆国、ニューヨーク州、グレン モント、フュエラ・ブシュ・ロード、504 番 (72)発明者 ブラッドリイ・アール・ウィリアムス アメリカ合衆国、オハイオ州、ワーシント ン、リレイ・アベニュー、544番

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンド表面に導電性金属線跡を析
   出させる方法であって、 上記ダイヤモンド表面の少なくとも一部に、炭化物不形
   成金属の下地層を析出させる段階と、 上記下地層に第一パターンでパターンを形成して上記ダ
   イヤモンド表面の線跡受容領域を露出させる段階と、 上記下地層および露出したダイヤモンド表面に導電性の
   炭化物形成金属の結合層を析出させる段階と、 上記下地層、及び、その上に析出した上記最上層部分を
   除去する段階と、を含んで成る方法。
2. 【請求項２】 前記ダイヤモンドは化学蒸着法により調
   製された多結晶ダイヤモンドである、請求項１の方法。
3. 【請求項３】 最初にダイヤモンド表面から汚染物が除
   去される、請求項２の方法。
4. 【請求項４】 前記炭化物不形成金属は、アルミニウ
   ム、銅、ニッケル、銀、金、パラジウム、或いは、これ
   らの合金か混合物である、請求項１の方法。
5. 【請求項５】 前記下地層の厚みは凡そ1000〜5000オン
   グストロームである、請求項４の方法。
6. 【請求項６】 前記下地層及び前記結合層はスパッタリ
   ング法により析出される、請求項４の方法。
7. 【請求項７】 前記炭化物形成金属は、チタン、タング
   ステン、モリブデン、クロム、ニオブ、タンタル、或い
   は、これらの合金か混合物である、請求項１の方法。
8. 【請求項８】 前記結合層の厚みは凡そ 500〜2000オン
   グストロームである、請求項７の方法。
9. 【請求項９】 前記結合層の上に少なくとも１層の更な
   る金属層が析出される、請求項７の方法。
10. 【請求項１０】 前記の各金属層の除去はエッチングに
    よる、請求項１の方法。
11. 【請求項１１】 前記結合層は、前記下地層のパターン
    のネガを用いてエッチングの為のパターンを形成され
    る、請求項１０の方法。