JPH1149595A - 導電性変質層の除去方法および導電性変質層を除去してなるダイヤモンド構成体 - Google Patents

導電性変質層の除去方法および導電性変質層を除去してなるダイヤモンド構成体

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JPH1149595A
JPH1149595A JP21903097A JP21903097A JPH1149595A JP H1149595 A JPH1149595 A JP H1149595A JP 21903097 A JP21903097 A JP 21903097A JP 21903097 A JP21903097 A JP 21903097A JP H1149595 A JPH1149595 A JP H1149595A
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JP
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diamond
layer
conductive
modified layer
oxygen
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JP21903097A
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Mitsuharu Okada
光治 岡田
Michifumi Nika
通文 丹花
Takahiko Miyazaki
孝彦 宮崎
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Toyo Kohan Co Ltd
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Toyo Kohan Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー加工時のアブレーションによりダイ
ヤモンド表面に生成した導電性変質層を除去する方法、
および導電性変質層を除去してなる、レーザー切断面が
極めて高い絶縁性を有するダイヤモンド構成体を提供す
る。 【解決手段】 酸素雰囲気中におけるECR法またはマ
イクロ波を用いる酸素プラズマ処理、もしくは発生期の
酸素を用いるオゾン処理等の酸化処理により、導電性変
質層を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド表面に
生成した導電性変質層の除去方法、および導電性変質層
を除去してなるダイヤモンド構成体に関する。より詳細
には、レーザーを用いてダイヤモンド構成体を切断する
際に、切断面に生成した導電性を有する変質層を除去す
る方法、およびその除去方法を用いて導電性変質層を除
去してなる、ヒートシンク、サーミスタ、集積回路(In
tegrated Circuit:IC、以下ICという)などのダイ
ヤモンド構成体に関する。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンドを所定の形状に加工する切
断などの手段としては、レーザーなどの熱的加工手段が
用いられることが多い。しかし、例えば半導体レーザー
用のヒートシンクとして用いられるダイヤモンドをレー
ザーで熱的に切断する場合、ダイヤモンドから炭素に変
質した導電性を有する皮膜が切断面に生成し、ヒートシ
ンクに必要とされる絶縁性が失われる。この導電性変質
層は化学的に安定な炭素であるため、酸やアルカリ等を
用いる通常の化学的除去等では除去することが極めて困
難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術課題は、レーザー加工時のダイヤモンド表面に
生成した導電性変質層を除去する方法、および導電性変
質層を除去してなる、レーザー切断面が極めて高い絶縁
性を有するダイヤモンド構成体を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面に導電性
変質層が生成したダイヤモンドを、酸素雰囲気中で酸化
処理して除去することを特徴とする、導電性変質層の除
去方法であり、り、前記酸化処理が、酸素雰囲気中でプ
ラズマを発生させる酸素プラズマ処理であることを特徴
とし、さらに前記酸素プラズマ処理が、プラズマを発生
させる手段として電子サイクロトロン共鳴(Electron-C
yclotronーResonance:ECR、以下ECRという)法、
またはマイクロ波を用いることを特徴とする。また本発
明は、前記酸化処理が、酸素雰囲気中で発生期の酸素を
発生させるオゾン処理であることを特徴とし、また前記
オゾン処理において、前記導電性変質層に紫外線を照射
することを特徴とする。さらに本発明は、表面に生成し
た導電性変質層を、上記のいずれかの除去方法を用いて
除去してなるダイヤモンド構成体であり、前記ダイヤモ
ンド構成体がヒートシンク、サーミスタ、またはICで
あることを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明においては、レーザーなど
の熱的加工手段を用いてダイヤモンドを所定の形状に切
断する場合に、切断面に生成した、ダイヤモンドから炭
素に変質した導電性を有する皮膜を、ECR法やマイク
ロ波を用いる酸素プラズマ処理、またはオゾン処理等の
酸化処理を用いて除去する。そして上記の酸化処理を用
いることにより、表面に生成した導電性変質層を除去し
てなるヒートシンク、サーミスタ、またはICなどのダ
イヤモンド構成体が得られる。
【0006】以下、本発明を主にダイヤモンド構成体が
ダイヤモンドヒートシンクである場合を例として、詳細
に説明する。まず、本発明のダイヤモンド構成体のダイ
ヤモンド素材としては、合成ダイヤモンド、高圧合成ダ
イヤモンド、あるいは天然ダイヤモンドのいずれでも差
し支えなく、また単結晶体あるいは多結晶体のいずれの
構造を有していても差し支えない。しかし、生産性の観
点から、マイクロ波プラズマCVD法などの気相合成法
を用いて製造されたダイヤモンドが多用される。
【0007】これらのダイヤモンド構成体がダイヤモン
ドヒートシンクである場合は、まずその上下面を研磨す
る。次いで、水素プラズマクリーニング、または酸素プ
ラズマクリーニングを施した後、W、Ti、Mo、N
i、Cr、Pt、Pd、Au、Ag、Cuなどからなる
メタライズ層を形成させる。
【0008】上記のメタライズ層は、それ自体でかつろ
う付けが可能であることが好ましいが、比較的低温でろ
う付けを可能とするために、Au−Sn合金層や半田層
からなる接着層を設ける。
【0009】上記のようにしてダイヤモンド上にメタラ
イズ層およびろう付け層を形成させた後、レーザーで切
断される際の加熱に耐える十分な耐熱性を有し、かつ切
断後に上記のメタライズ層やろう付け層を劣化させるこ
となく容易に剥離可能な物質からなる保護皮膜を形成さ
せる。
【0010】このようにして研磨されたダイヤモンド上
にメタライズ層、ろう付け層、および保護皮膜を形成し
た後、YAGレーザー、ガスレーザー、エキシマレーザ
ーなどのレーザーを用いて所定の寸法形状に切断する。
このレーザーによる切断時にダイヤモンドが熱的に炭素
からなる導電性の物質に変質し、切断面に導電性皮膜と
して生成する。
【0011】この切断面に生成した導電性皮膜を、下記
に示すECR法またはマイクロ波を用いる酸素プラズマ
処理、あるいはオゾン処理などの酸化処理を施して除去
する。まず、酸素プラズマ処理について説明する。上記
のようにレーザーで所定の寸法に切断された試料を一定
流量の酸素雰囲気中に置き、100〜1500Wの出力
のECRまたはマイクロ波を印加して酸素プラズマを発
生させる。この酸化プラズマにより導電性変質層を酸化
させ、ガス化して除去する。ダイヤモンド上にメタライ
ズ層およびろう付け層を設けた場合は、これらの層が加
熱溶融するのを防止するため、出力の上限は700W前
後とする。また保護層を形成させない場合は、出力の上
限は400W前後とする。処理時間は15分以上を必要
とし、安定した除去および処理効果の飽和の点から20
〜80分であることが好ましい。このように処理するこ
とにより、処理後の切断面において1013Ω以上の絶縁
抵抗が得られる。
【0012】次に、オゾン処理について説明する。オゾ
ン処理においては、レーザーで所定の寸法に切断された
試料を一定流量の酸素雰囲気中で一定量のオゾンを発生
させるオゾン発生器中に置き、オゾンによる発生期酸素
により導電性変質層を酸化させ、ガス化して除去する。
このとき紫外線を照射することにより、より効率的に除
去するこことが可能となる。いずれの場合も試料を20
0℃以上に加熱する必要があり、高温に加熱するほど短
時間で導電性変質層を酸化除去することが可能である
が、ダイヤモンド上に低融点のろう付け層を設けた場合
は、ろう付け層を溶融させないために試料の加熱温度を
ろう付け層の融点以下とする必要がある。このオゾン処
理によっても、処理後の切断面において1013Ω以上の
絶縁抵抗が得られる。
【0013】上記のようにしてレーザーで切断した際に
切断面に生成した導電性変質層を除去した後保護皮膜を
除去し、目的とするヒートシンクがを得ることができ
る。以上、ダイヤモンドをレーザーで切断する際に切断
面に生成する導電性変質層を除去する本発明の方法につ
て、ダイヤモンドヒートシンクを作成する場合を例とし
て説明したが、ヒートシンク以外のサーミスタやICな
どの用途においても、それらを構成するダイヤモンドを
レーザーで切断した際に切断面に生成するた導電性変質
層を、本発明の方法を用いて除去可能であることはいう
までもない。
【0014】まず、本発明について、ダイヤモンドヒー
トシンクを作成する場合を例に、実施例によりさらに具
体的に説明する。[ダイヤモンドの作成]マイクロ波CV
D法を用いてダイヤモンドを作成した。このダイヤモン
ドの上下面を研磨し、 基板とした。
【0015】[メタライズ層の形成]研磨されたダイヤモ
ンド基板を水素プラズマでクリーニングした後、この上
下面にDCマグネトロンスパッタ法を用いて、Ti、P
t、Auの順に各層を形成させ、メタライズ層とした。
【0016】[ろう付け層の形成]上記のようにメタライ
ズ層が形成されたダイヤモンドの一部には、メタライズ
層のさらに上層に、DCマグネトロンスパッタ法を用い
てAu−Sn合金からなるろう付け層を形成させた。す
なわち、メタライズ層が形成されたダイヤモンドの片面
に、DCマグネトロンスパッタ法を用いてAu−Sn合
金層(Au/Sn=80重量%/20重量%)を形成さ
せた。
【0017】[分割切断]上記のようにして各種の皮膜が
形成されたダイヤモンドを、Nd−YAGレーザーを用
い、下記の条件で分割切断した。 平均出力 : 10W Qスイッチ周波数: 5kHz 加工速度 : 15mm/sec スキャン回数 : 20回
【0018】[導電性変質層の除去]分割切断した試料の
内、メタライズ層のみを形成させた試料については、E
CR法、およびマイクロ波による酸素プラズマ処理を用
いて導電性変質層を除去した。処理条件を表1に示す。
またメタライズ層を形成させ、その上にAu−Snろう
付け層を形成させた試料については、オゾン処理、およ
び紫外線照射を併用したオゾン処理を用いて導電性変質
層を除去した。処理条件を表2に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】[保護皮膜の除去]上記のようにして分割切
断した後、切断面に生成した導電性変質層を除去し、ダ
イヤモンドヒートシンクが得られた。このダイヤモンド
ヒートシンクの、レーザー切断面の電気抵抗を測定し
た。結果を表1および2に示す。
【0022】次に、本発明について、ダイヤモンドサー
ミスタを作成する場合を例としてさらに具体的に説明す
る。 [ダイヤモンドの作成]マイクロ波CVD法を用いて炭素
のみからなるアンドープダイヤモンドを作成し、上下面
を研磨した。次いで、その片面にマイクロ波CVD法を
用いて硼素をドーピングしたボロンドープダイヤモンド
層(体積抵抗率:6Ω−cm)を形成させ、この面を研
磨し基板とした。
【0023】[選択的メタライズ層の形成]ダイヤモンド
基板の研磨されたボロンドープダイヤモンド層に、定法
によりレジストを塗布した。次いで所定のパターンを露
光、現像し、メタライズ層を設ける部分のみのレジスト
を除去した後、DCマグネトロンスパッタ法を用いて、
Ti、Pt、Auの順に各層を形成させ、メタライズ層
とした。次いで残存していたレジスト層をその上に生成
したメタライズ層と共に除去し、所定のパターン上にの
みメタライズ層が形成された選択的メタライズ基板とし
た。
【0024】[選択的二酸化珪素膜の形成]上記の選択的
メタライズ基板のメタライズ層が形成された面に、レジ
ストを塗布した。次いで所定のパターンを露光、現像
し、二酸化珪素膜を設ける部分のみのレジストを除去し
た後、RFマグネトロンスパッタ法を用いて二酸化珪素
膜を形成させた。次いで残存していたレジスト層をその
上に生成した二酸化珪素膜と共に除去し、所定のパター
ン上にのみ二酸化珪素膜が形成されたサーミスタ用基板
とした。
【0025】[分割切断]上記のようにして各種の皮膜が
形成されたサーミスタ用基板を、Nd−YAGレーザー
を用い、下記の条件で所定の寸法に分割切断した。 平均出力 : 10W Qスイッチ周波数: 5kHz 加工速度 : 15mm/sec スキャン回数 : 20回
【0026】[導電性変質層の除去]上記のようにして所
定の寸法に分割切断した試料を、前記表1の試料番号1
で用いた導電性変質層の除去条件と同一条件でECRプ
ラズマ処理し、導電性変質層を除去した。次いで真空中
で400℃で5分間加熱してアニールした。このように
して、アンドープダイヤモンドとボロンドープダイヤモ
ンドの二層からなるダイヤモンド基板上にメタライズ層
と二酸化珪素膜を形成させた所定寸法を有するダイヤモ
ンドサーミスタが得られた。このダイヤモンドサーミス
タの切断面の電気抵抗を測定したところ、1013以上の
絶縁抵抗値を示した。
【0027】
【発明の効果】本発明は、レーザーなどの熱的加工手段
を用いて、ヒートシンク、サーミスタ、またはICなど
に用いられるダイヤモンドを所定の形状に切断する場合
に、アブレーションにより切断面に生成したダイヤモン
ドから炭素に変質した導電性を有する皮膜を、ECR法
やマイクロ波を用いる酸素プラズマ処理、またはオゾン
処理等の酸化処理を用いて除去するものであり、本発明
の導電性変質層の除去方法を用いて導電性変質層を除去
することにより、レーザーによる切断面は極めて高い絶
縁性を有するようになる。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に導電性変質層が生成したダイヤモ
    ンドを、酸素雰囲気中で酸化処理して除去することを特
    徴とする、導電性変質層の除去方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化処理が、酸素雰囲気中でプラズ
    マを発生させる酸素プラズマ処理であることを特徴とす
    る、請求項1に記載の導電性変質層の除去方法。
  3. 【請求項3】 前記酸素プラズマ処理が、プラズマを発
    生させる手段として電子サイクロトロン共鳴法を用いる
    ことを特徴とする、請求項2に記載の導電性変質層の除
    去方法。
  4. 【請求項4】 前記酸素プラズマ処理が、プラズマを発
    生させる手段としてマイクロ波を用いることを特徴とす
    る、請求項2に記載の導電性変質層の除去方法。
  5. 【請求項5】 前記酸化処理が、酸素雰囲気中で発生期
    の酸素を発生させるオゾン処理であることを特徴とす
    る、請求項1に記載の導電性変質層の除去方法。
  6. 【請求項6】 前記オゾン処理において、前記導電性変
    質層に紫外線を照射することを特徴とする、請求項5に
    記載の導電性変質層の除去方法。
  7. 【請求項7】 表面に生成した導電性変質層を、請求項
    1〜6のいずれかに記載の除去方法を用いてなる、ダイ
    ヤモンド構成体。
  8. 【請求項8】 前記ダイヤモンド構成体がヒートシンク
    である請求項7に記載のダイヤモンド構成体。
  9. 【請求項9】 前記ダイヤモンド構成体がサーミスタで
    ある請求項7に記載のダイヤモンド構成体。
  10. 【請求項10】 前記ダイヤモンド構成体が集積回路で
    ある請求項7に記載のダイヤモンド構成体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492715B1 (en) 2000-09-13 2002-12-10 International Business Machines Corporation Integrated semiconductor package
TWI834157B (zh) * 2021-05-14 2024-03-01 日揚科技股份有限公司 固體結構的加工裝置及加工方法

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US6492715B1 (en) 2000-09-13 2002-12-10 International Business Machines Corporation Integrated semiconductor package
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Effective date: 20050906