KR100288454B1 - 복수개의 마이크로전자장치 및 다이아몬드층을 가진 성장기판으로 구성된 복합구조물과 상기복합구조물을 제작하는 방법 - Google Patents

복수개의 마이크로전자장치 및 다이아몬드층을 가진 성장기판으로 구성된 복합구조물과 상기복합구조물을 제작하는 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로전자장치를 위한 복합구조물을 제조하기 위한 방법은 침전방법에 의해 마이크로전자장치들을 제조하고, 다이아몬드를 위해 성장씨드들을 표면에 예비씨드 형성작업을 수행하며, 가스상으로부터 다이아몬드층을 침전시키는 것을 포함한다. 다이아몬드 층에는 장치들사이에 얇은 스폿들이 제공된다. 본 발명에 따르면, 초기에 장치들을 성장서브층을 구성하는 재료를 이용하여 및/또는 직접적으로 성장서브층위에 상기 장치들이 배치된다. 장치들의 침전이후에, 다이아몬드층을 위해 장치들의 자유표면상에서 장치들에 씨드가 형성된다. 다이아몬드 층은 씨드가 형성된 장치의 자유표면상에 위치한다.

Description

복수개의 마이크로전자장치 및 다이아몬드층을 가진 성장 기판으로 구성된 복합 구조물과 상기 복합 구조물을 제작하는 방법{COMPOSITE STRUCTURE WITH A GROWTH SUBSTRATE HAVING A DIAMOND LAYER AND A PLURALITY OF MICROELECTRONIC COMPONENTS, AND PROCESS FOR PRODUCING SUCH A COMPOSITE STRUCTURE}
본 발명은 복수개의 마이크로전자장치 및 다이아몬드층을 가진 성장 기판으로 구성된 복합구조물 및 복합구조물을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다.
독일특허 제 DE 44 27 715 C1 호에 복합 기판을 제작하기 위한 방법이 기술되어 있고, 상기 복합 기판에서 다이아몬드층은 초기에 성장 기판 바로 위에 침착된다. 다음에 반도체층이 다이아몬드층에 구성된다. 다음에 복수개의 마이크로전자장치가 반도체층에 구성되거나, 반도체층의 기능적 도움으로 구성된다. 상기 장치는 다이오드(diode), 트랜지스터(transistor), 커패시터(capacitor), 인덕턴스(inductance)와 같은 개별적인 장치로서 제작되고, 집적 회로(ICs), 증폭기(amplifier), 저장 장치(storage device) 등과 같은 장치 그룹으로서 제작된다. 반도체층이 성장함에 따라, 장치 아래의, 즉 장치 루트(device root)가 형성된 영역에 존재하는 불순물의 수량이 감소되기 때문에, 다이아몬드층은 장치 루트의 외부에서 변부를 가진다. 장치 사이에 구성되고 다이아몬드층이 장치 루트 부근보다 더 얇게 구성되는 상기 변부에서, 다이아몬드층 위로 연속으로 침착되는 반도체층의 품질은 향상된다. 적어도 장치 루트의 영역에서 반도체층의 상기 품질향상에 의해, 장치 제작과 관련된 불량률이 감소된다.
장치의 적층성장 제작(epitactic production) 및 연속적인 접촉부를 제공한 후에, 상기 장치는 특히 소잉(sawing)에 의해 서로로부터 분리되고, 성장 기판은 분리가 이루어지기 전후에 선택적인 에칭(etching)에 의해 제거된다. 상기 개선에도 불구하고, 불량률은 여전히 높고, 따라서 상기 장치는 여전히 매우 고가이다. 또한, 상기 변부를 가진 다이아몬드층의 제작은 기술적으로 매우 어렵고, 따라서 비용이 많이 소요된다.
본 발명의 목적은, 복합 구조물을 개선하여 복합 구조물에 의해 제작되는 마이크로전자장치를 위한 총비용을 감소시키고, 장치의 최고 품질을 이루는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1 의 특징과 청구항 8 의 방법에 따르는 복합 구조물에 의해 이루어진다. 특히, 이미 최종처리되고 공지방법으로 직접 제작된 장치에 다결정 다이아몬드가 침착될 때, 장치를 위험한 상태에 구성시킬 수 있는 고온에도 불구하고, 불량률이 감소되고, 따라서 장치를 제작하기 위한 총비용이 감소된다. 또한, 장치를 제작하기 위한 방법은 공지되어 있고, 매우 저비용으로 이루어질 수 있다. 다이아몬드층의 구조(변부)에 더 이상 주의를 기울일 필요가 없기 때문에, 동일한 사항이 상기 다이아몬드층의 침착에도 적용된다. 특히, 상기 장치는 복합 구조물을 소잉하는 것에 의해 연속적으로 분리될 수 있고, 대부분의 장치에 적용된 다이아몬드층이 소잉 후에 여전히 이용가능하다.
본 발명의 유리한 실시예가 종속항에 기술된다. 또한, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 기초로 상세히 기술될 것이다.
도 1 은 복수개의 장치 및 다이아몬드층(diamond layer)을 가진 성장 기판의 도면. 상기 다이아몬드층은 상기 장치에 침착되고, 개별 다이아몬드군(diamond island)으로서 형성된다.
도 2 는 다이아몬드층을 가진 상기 장치를 통하여 단면의 일부가 도시된 도면. 상기 다이아몬드층은 다이아몬드 영역으로 형성되고, 상기 장치에 구성된다.
도 3 은 다이아몬드를 기판에 침착시키기 위한 CVD 시스템의 다이어그램.
도 4 는 기판 홀더(holder)의 상세도.
도 5 는 아크제트(arcjet)에 의한 CVD 방법을 위한 노즐(nozzle)의 상세도.
도 6 은 커버의 상세도.
* 부호 설명
1 ... 기판 홀더 2 ... 기판
3 ... 기판 측면 5 ... 온도 제어 디스크
7 ... 커버 10 ... 반응기
12 ... 열전대 14 ... 반응기의 내부
18 ... 냉각체 19 ... 채널
23 ... 제트 24 ... 제트 개구부
25 ... 유입 개구부 32 ... 복합 구조물
33 ... 마이크로전자장치 34 ... 다이아몬드층
35 ... 성장 기판 36,37,38 ... 기능층
도 1 에 복수개의 마이크로전자장치(33)를 가지는 복합 구조물(32)이 도시된다. 장치(33)는 성장 기판(35)의 바로 위에 구성된다. 특히 도 2 에 도시되어 있는 바와 같이, 장치(33)는 성장 기판(35)의 재료를 기능적으로 이용하여 제작된다. ″기능적 이용″은 장치(33)의 영역에서 성장 기판(35)이 예를 들어 매립 기능층(38)을 가짐을 의미하고, 상기 매립 기능층(38)은 특히 n형 도핑(n-doped) 반도체층 또는 P형 도핑(p-doped) 반도체층 또는 고유 반도체층을 가진다.
성장 기판(35) 및 상기 성장 기판(35)의 바로 위에 구성된 장치(33)의 기능층(36,37,38)은 기판(2)을 형성하고, 특히 CVD 아크제트 방법(CVD arcjet method)에 의해 다이아몬드층이 상기 기판(2)의 외측 기판면(6)에 구성된다.
다이아몬드층(34)은 서로 분리된 개별 다이아몬드군(diamond island)으로 형성되고, 상기 다이아몬드군은 장치(33)와 인접하여 다결정 형태로 침착된다. 장치(33)의 표면에 양호하게 부착되도록, 다이아몬드군은 서로 분리된 개별 다이아몬드 영역으로 차례로 나누어진다. 상기 결과 중 하나는 다이아몬드층(34) 및 상기 다이아몬드층(34) 아래에 구성된 장치(33)의 표면 사이에 대한 전압이 적어도 감소된다는 점이다.
도 2 에 성장 기판(35)의 평평한 면에 대해 횡방향으로 구성된 단면의 일부가 도시되고, 상기 성장 기판(35)은 특히 단결정 실리콘(silicon)으로 제작된다. 장치(33)는 성장 기판(35)에 매립된 기능층(38)을 가진다. 매립 기능층(38)은 예를 들어 n형 도핑 또는 p형 도핑 반도체층이거나 고유 전도성 반도체층이 될 수 있고, 도핑(doping)은 특히 확산 및/또는 이온 착상에 의해 일반적인 방법으로 수행된다.
전기 절연층(37)은 매립 기능층(38)에 구성되고, 예를 들어 산화규소(SiO2) 또는 도핑되지 않은 다이아몬드로 구성되며, 가스상 및/또는 액체상으로부터 침착된다.
성장 기판(35)의 평평한 면에서, 절연층(37) 및 매립 기능층(38) 사이에 트레이스(trace)(39)가 구성되고, 상기 트레이스(39)는 알루미늄으로 구성되는 것이 선호된다.
절연층(37) 위에, 다른 기능층(36)이 구성되고, 상기 기능층(36)은 일반적으로 공지된 적층성장 방법(epitactic process)에서 가스상 및/또는 과포화 액체로부터 침착된다.
다이아몬드층(34)의 개별 다이아몬드 영역은 침착된 기능층(36) 위에 구성되고, 또한 트레이스(39) 위에 적어도 부분적으로 구성된다. 다이아몬드층(34)의 침착 후에도, 기판(2)의 기판면(6)이 스폿(spot)에서 여전히 개방되어 구성되도록, 다이아몬드층(34)의 다이아몬드 영역은 서로 분리된다.
기판면(6)의 상기 개방 영역은 특히 접점(40)에 구비되고, 상기 접점(40)에서 전기 접점이 장치(33)에 구성된다.
도 3 은 기판(2)을 다이아몬드층(34)으로 코팅하기 위한 장치의 다이어그램이다. 상기 장치는 초음속 DC 아크제트 시스템이다. CVD 시스템의 출력 범위는 1 내지 5kW 사이이다.
실린더형 반응기(10)(수용장치)는 스테인레스강으로 구성되고, 이중벽 구조이며, 냉각수 연결장치(13)에 의해 수냉 시스템과 반응기가 연결될 수 있다.
반응기의 내부(14)를 진공으로 구성하기 위하여, 장치는 펌핑 시스템(15)을 가지고, 압력 조절기(31) 및 3개의 개별 펌프가 상기 펌핑 시스템(15)에 구성된다. 도달가능한 압력은 약 10-3mbar이다. 구비된 펌프 중 하나는 베인 펌프(vane pump)이고, 2개는 루츠 펌프(Roots pump)이다.
또한, 장치는 가스 공급 시스템(16)을 가지고, 플라즈마 형성에 필요한 가스(아르곤 및 수소)와 다이아몬드 성장에 필요한 처리 가스(특히 산소 및 메탄)가 상기 공급 시스템(16)에 의해 반응기의 내부(14)로 공급될 수 있다.
기판(2)의 온도가 400℃ 이상인가를 측정하기 위해, 장치가 고온측정기로 구성된다면 바람직하다.
기판 홀더(1)는 진공형성이 가능한 반응기(10)의 내부에 구성되는 것이 선호되고, 홀더가 동일 평면에 구성되고 열을 양호하게 전도하도록, 예열되고 미리 시드(seed) 공급이 이루어진 기판(2)을 수용하기 위해 상기 홀더가 구비된다. 기판 홀더(1)의 설계는 도 4 에 도시된다.
기판 홀더(1)는 회전대칭인 고형의 블록(17)을 포함하고, 상기 블록(17)의 단면은 T형이며, 동으로 제작된다. 블록의 중간에, 기판(2)의 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple)(12)가 구성되고, 상기 열전대(12)는 크롬/알루미늄(Cr/Al)으로 제작되는 것이 선호된다. 블록(17)의 더 큰 단면에 대한 자유면(이하 기판 측면(3)이라 명명)은 기판(2)과 마주한다. 동으로 제작된 냉각체(18)는 양호한 열전도를 이루며 밀착된 상태로 블록(17)의 더 얇은 단면 주위에 구성된다. 냉각체(18)는 내부에 채널(channel)(19)을 가지고, 상기 채널(19)을 통하여 특히 물과 같은 냉각제가 유동할 수 있으며, 상기 채널은 냉각 시스템(32)과 연결된다.
열전도성이 우수한 동 및 내부의 냉각유체로 인해, 상기 기판 홀더(1)로 기판(2)의 온도를 제어하는 것이 가능하고, 상기 기판(2)은 상기 기판 홀더(1)에 구성되며, 상기 기판(2)에 특히 전도성 은(silver)의 층이 구비되고, 상기 전도성 은의 층은 예를 들어 450℃ 이하의 온도에서 다이아몬드로 코팅되는 동안 우수한 열전도성을 나타낸다. 그러나, 상기 냉각에서, 최대 물 온도가 약 368K인 기판(2)은 단지 약 400℃ 및 500℃ 사이에서 유지될 수 있다. 또한, 가능한 온도 조절은 약 85℃의 범위로 제한된다.
전도성 은 대신에, 좁은 간격이 기판(2) 및 기판 측면 사이에 구성될 수도 있고, 상기 간격을 통하여 가스가 유동가능하며, 온도 제어는 대류에 의해 이루어진다. 상기 간격은 통상 1mm보다 작기 때문에, 상기 경우도 또한 본 발명을 따른 직접 열전도로서 이해된다.
상기는 저온 코팅에 대해 적어도 부분적으로 만족스럽지 못한 결과를 나타내고, 상기 저온은 적어도 대부분 최종처리가 이루어진 마이크로전자장치(33)에 다이아몬드 코팅을 하는 본 경우 및 알루미늄제의 트레이스(39)가 구성되어 있는 마이크로전자장치(33)의 상기 특정 경우에 특히 요구된다.
상기 상황을 개선하기 위해, 기판 홀더(1)의 기판 측면(3)에 온도 제어 디스크(4)가 구성되고, 상기 온도 제어 디스크(4)를 통하여 온도 제어 가스 유동은 내측방향으로 횡단구성되며(유동 채널(11)), 상기 온도 제어 디스크(4)에 디스크 기판(2)이 구성된다. 또한, 단열층(20)이 온도 제어 디스크(4) 및 기판 측면(3) 사이에 구비될 수 있다.
온도 제어 디스크(4)는 적어도 간접적으로 기판 측면(3)에 대해 리브(rib)(21)와 접촉되기 때문에, 온도 제어 디스크(4) 및 블록(17)의 기판 측면(3) 사이에 대한 열은 단지 상기 영역에서만 접촉에 의해 직접 전도될 수 있다. 블록(17) 및 냉각체(18) 사이에서, 열전달은 전 표면에 대해 이루어진다.
또한, 온도 제어 디스크(4)의 리브형 설계도 가능하고, 특히 공기와 같은 온도 제어 가스는 채널(22)을 통하여 전도되며, 상기 채널(22)은 기판 측면(3) 및 온도 제어 디스크(4) 사이에 형성된다.
기판 홀더(1)의 전체적인 열의 제거는 전면 시스템(full-surface system)의 열손실보다 작다. 바람직하지 않은 경우에 냉각 작용이 과대하여 기판 온도가 너무 낮아지기 때문에, 상기는 바람직하다.
비록 온도 제어 가스의 비열이 물의 비열에 대해 약 25%이지만, 온도 제어 디스크(4), 따라서 기판 홀더(1)의 홀더면(5)에 적어도 간접적으로 구성된 기판(2)은 400℃ 아래에서 유지될 수 있고, 300℃ 아래에서도 유지될 수 있다.
결과적으로, 다이아몬드 코팅 중, 마이크로전자장치(33)는 단지 경미한 정도의, 특히 무시할 수 있을 정도의 응력을 받는다. 마이크로전자장치(33)를 다이아몬드로 코팅하는 동안, 저온상태는 불량률(rejection rate)을 감소시킨다. 또한, 기판(2)이 온도 제어될 수 있는 온도 구간이 증가된다.
제트(23)는 기판(2)과 반대에 구성되고, 기판(2)을 다이아몬드로 코팅하기 위한 가스 제트를 발생시키기에 적합하다. 상기 제트(23)는 본래 우주 비행을 위해 개발되었으나, 상기 적용에 있어서 수소로부터 운반 가스의 해리는 높은 손실을 나타낸다. 다른 한 편, 예를 들어 가스상으로부터 다이아몬드의 적층성장에서 처리 가스 또는 선구 가스(precursor gas)로 명명되는 운반 가스의 해리도는 매우 중요하다.
제트(23)의 설계가 도 5 에 도시된다. 제트(23)는 음극(9)을 가지고, 상기 음극(9)은 축방향 및 중심방향으로 구성되며, 축방향으로 이동가능하고, 상기 음극은 3410℃의 용융점을 가지며, 2% 토륨(thorium)을 함유한 텅스텐 합금으로 구성된다. 음극(9)은 제트 니들(jet needle)의 형태로 제작되고, 동시에 제트 개구부(24)에 대한 밀봉 니들로서 기능을 수행한다.
음극(9)의 대략 중간 부분에, 특히 수소와 같은 하나 또는 하나 이상의 가스에 대해 가스 유입 개구부(25)가 구비되고, 상기 가스는 후에 플라즈마를 형성한다. 양극(8)은 제트(23)의 출구측 영역에 구성된다. 실제 제트 개구부(24)는 소위 조임기(constrictor)(26)와 같은 삽입부에 의해 형성되고, 상기 조임기(26)는 양극(8)에 구성된다. 조임기(26)에 인접한 위치에서, 플라즈마 형성에 소요되는 전기 방전 아크가 안정화된다.
음극(9)의 니들 팁(tip)에 인접한 위치에, 즉 제트 개구부(24)의 밀페위치에, 음극(9)과 동심을 이루며 배열된 인젝터 디스크(injector disk)(27)가 플라즈마의 하나 또는 하나 이상의 가스에 대해 구성되고, 처리 가스(CH4및 O2)에 대한 인젝터 디스크(28)가 제트 개구부(24) 외부에 구성된다.
제트의 양극(8)은 돔(dome)형으로 제작되고, 제트 개구부의 영역에서 양극(9) 주위에 동심을 이루며 구성된다. 양극(8)은 전극 전류를 흡수하고, 강한 열응력에 노출된다. 응력을 감소시키기 위해, 양극(8)의 접촉 면적이 매우 확대되고, 따라서 팽창 범위의 압력 구배가 증가한다. 높은 압력 구배는 자유 경로 길이를 증가시키고, 양극(8)의 접촉 영역은 손상된다.
제트(24)의 유입구 및 유출구 사이에서 압력은 약 1bar로부터 약 0.3mbar로 강하된다. 형성된 플라즈마 가스는 급격히 감압되고, 따라서 본래 약 20,000K 내지 30,000K의 온도를 나타내었던 플라즈마는 5000K로 냉각된다. 제트 유출구에서의 정압은 반응기의 압력보다 더 크다. 플라즈마의 급격한 팽창의 결과로, 제트 속도는 음속의 약 1배 내지 3배에 이른다.
다음 설명에 따르면, 제트(23), 즉 아크제트의 기능은 간략히 설명될 것이다. 전기장은 제트(23)에서 음극(9) 및 양극(8) 사이에 구성된다. 음극(9)으로부터 방출된 전자는 급격히 가속된다. 전자의 운동에너지 일부는 충격 과정을 통해 가스(이하 간단히 수소로 명명)로 전달되고, 상기 가스는 후에 수소 이온화 및 해리로 플라즈마를 형성한다. 니들형 음극(9)의 중간에서, 수소가 접선방향으로 음극(9)에 유입되고, 수소는 비틀림 작용을 받는다. 양극(8) 및 상기 양극(8)을 둘러싸는 하우징(housing) 사이의 가스 챔버(chamber)에 대한 수렴 형상에 의해, 수소가 가속되고, 조임기(26) 전의 단거리 부분은 음극 팁으로부터의 방전 아크와 접촉하게 된다. 조임기(26) 부근의 상대적인 고압은 높은 충격률을 발생시키고, 따라서 방전 아크의 전극 및 수소 사이의 양호한 열접촉이 이루어지며, 플라즈마의 형성이 이루어진다. 제트(23)로부터의 하류에서, 플라즈마 빔(plasma beam)의 에너지 밀도가 감소되도록, 상기 플라즈마 빔이 확장된다.
처리 가스 또는 선구 가스가 전방으로부터, 즉 유출측 인젝터 디스크(28)로부터 급속 유동 플라즈마로 유입되고, 가스의 에너지는 플라즈마에서 증가되며, 가스 유동으로부터 기판(2)의 방향으로 전달되고, 상기 가스는 상기 기판(2)에 다이아몬드의 형태로 침착된다.
제트(23) 및 코팅되는 기판면(6) 사이에, 커버(cover)(7)가 구성되고, 도 6 에 더 상세히 도시되어 있다. 판형 커버(7)는 대략 삼각형이다. 커버(7)는 선회축(29)에 선회되도록 고정되고, 상기 선회축(29)은 기판(2)과 수직을 이루는 면과 평행하게 구성된다. 한 주변 영역에서, 커버(7)는 원형 코팅 개구부(30)를 가지고, 상기 개구부(30)는 기판의 형상에 부합되어 구성된다. 코팅 개구부와 마찬가지로 선회축으로부터 동일한 거리에 구성된 다른 영역에서, 커버는 코팅 개구부(30)까지 연속되어 제작되고, 코팅 개구부(30)의 직경은 대략 기판(2)의 직경과 동일하게 구성하는 것이 선호되고, 근소하게 큰 것이 더욱 선호된다.
커버(7)는 기판(2)의 시드가 제공된 기판면(6)을 플라즈마의 점화로부터 보호하는 역할을 수행하고, 코팅 작용을 수행하고 선구 물질로 제작된 플라즈마 및/또는 가스 유동이 다시 한 번 안정화될 때까지 제거되지 않는다. 플라즈마의 점화 후에 이루어지는 덮힘상태 시간(covering time)은 5분 내지 30분 사이이고, 10분 내지 20분 사이가 더욱 선호되며, 약 15분이 특히 선호된다. 커버(7)는 적어도 기판(2)의 덮힘기간(coverage) 동안 냉각된다. 냉각은 물과 같은 액체 냉각제를 사용하여 이루어지고, 상기 액체 냉각제는 커버에 구성된 채널을 통하여 유동된다.
플라즈마의 점화 전에, 우선 불활성 가스를 양극 및 음극 사이의 가스로서 유동되도록 하고 , 아르곤을 점화시키며, 상기 아르곤으로부터 아르곤 플라즈마를 발생시키며, 상기 불활성 가스는 0족 가스가 선호되며, 특히 이르곤(Ar)이 선호된다. 전이상 동안, 수소가 아르곤 플라즈마로 유입되고, 점화되며, 플라즈마 재료로서 사용되고, 전이상 후에 아르곤은 제거된다.
상기 과정에서, 선구 물질로 사용된 처리 가스는 수소(H2)와 함께 조기에, 특히 전이상 후에 가능한 한 빠르게 유입되고, 저온시에는 선구 물질로서 사용된 처리 가스와 함께 산소(O2)를 첨가하는 것이 특히 유리하다.
본 발명에 따른 복합 구조물 형성 방법이 설명된다. 우선, 통상의 방법에 따라 예비처리된 정제 성장 기판(35)은 반응기(10)에 구성되고, 반응기(10)에 진공이 형성된다. 진공이 형성된 후, 성장 기판(35)에 의해, 복수개의 마이크로전자장치가 공지된 기술의 적층성장 방법을 사용하여 계층 구조물에 관해 구성된다. 상술한 바와 같이, 성장 기판(35) 및 상기 성장 기판(35) 바로 위에 구성된 장치(33)의 기능층(36,37,38)은 기판(2)을 형성하고, 상기 기판(2)의 외측 기판면(6)에 다이아몬드층(34)이 구성된다.
기판(2)의 구성 후에, 면역층이 성장 기판(35)으로부터 이격되어 기판면(6)에 면적방향으로 구성되거나, 예를 들어 1㎛ 내지 5㎛의 층을 가지는 포토 레지스트(photo-resist) AZ 4533이 석판인쇄법(lithographic method)에 의해 구성되며, 상기 포토 레지스트는 약 80℃에서 형성된다. 면역층의 영역에서, 기판면(6)에 시드를 제공하는 것이 방지되거나, 적어도 더 어렵게 이루어진다. 상기 설명에서 더 어렵게 이루어진다는 것은, 시드를 제공한 후에 상기 영역에서의 시드 밀도가 밀착형 다이아몬드 침착을 형성하기에 너무 낮다는 사실을 의미한다.
면역층의 적용 후에, 잔여 자유 기판면(6)에 대한 시드를 제공하는 작업이 수행된다. 기계적으로 그리고/또는 초음파를 이용하여 기판면에 시드가 제공된다.
초음파 시드 제공 중, 기판은 다이아몬드-물 현탁액을 가진 탱크에 구성되고, 초음파로 조사된다. 기판면(6)은 성장 시드를 가지고 면역층의 외부 영역에 구성되는 것이 선호된다.
기계적인 시드 제공시, 이소프로판올(isopropanol) 및 다이아몬드 분말로 형성된 슬러지(sludge)가 가해지고, 다이아몬드 분말의 입자가 기판면을 연마한다. 기판면(6)은 성장 시드를 가지고 면역층의 외부에 구성되는 것이 선호된다.
시드 제공 후, 면역층은 제거되고, 상술한 바와 같이 다이아몬드층(34)이 구성될 수 있다. 특히, 다이아몬드층(34)의 침착 중 또는 전에, 아세톤(acetone)의 해리, 회분화(ashing), 산소 플라즈마의 해리, 플라즈마 에칭(etching) 또는 열에 의해, 면역층이 제거될 수 있다.
시드 제공을 위한 상기 방법 대신에, 선택적인 시드 제공의 다른 형태도 가능하다. 따라서, 후에 다이아몬드층이 구성되는 스폿에 포토 레지스트를 적용하는 것이 유리하고, 상기 포토 레지스트는 다이아몬드층을 위해 성장 시드와 혼합된다. 따라서, 시드형성의 억제가 일어나지는 않지만, 상기 시드형성은 포토 레지스트에 의해 결정된다.
하기 표에, 여러 기판 재료 및 결과에 대한 실험 매개변수가 나열된다. 모든 기판은 비교가능한 방법으로 예비처리되고, 특히 상기 기판은 상기 방법에 따라 정제되고 시드가 제공되며, 성장 시드의 크기 및 시드 밀도는 비교가능하다. 하기 용어가 표에 사용된다.
No.: 샘플 번호;
Sub.: 기판 재료; 마이크로전자장치는 SI/SiO2기술의 MOSFET이고, 상기 장치는 코팅 전후에 완전한 기능이 이루어진다.
CH4/H2: 수소에 대한 메탄의 백분율(%);
O2/CH4 :메탄에 대한 산소의 비율(%);
H2flow : 수소 가스 유동[slm];
ID: 양극 및 음극 사이의 제트의 전류(A);
TS: 다이아몬드 침전시 기판 온도[℃];
PD: 아크제트의 평균 출럭[kW];
tw: 처리 시간[min];
ds: 다이아몬드층의 평균 층두께[㎛];
Vs: 성장률 또는 성장 속도[㎛/h];
Adhesion: 각 기판에 대한 다이아몬드층의 부착상태
No. A214 A162 A163 A212 A252 A246 A219
Sub. Si Al Al Al Al 마이크로전자장치 WC-Co
CH4/H2 0.29 0.28 0.28 0.29 0.30 0.3 0.3
O2/CH4 13 15 15 13 12 12 15
H2flow 15.6 14 14 15.6 15.6 14
ID 20 15 15 20 22 22 15
TS 360 405 405 360 360 380 280
PD 2.48 1.78 1.78 2.4 2.8 2.75 1.8
tw 135 180 120 100 60 350 120
ds 1.3 2.1 1.5 1.8 0.5 0.8 1.6
Vs 0.74 0.7 .075 1.08 0.5 1.2 0.8
adhesion good good good good good good good
표에서 명확히 알 수 있듯이, 빠른 성장 속도 및 성장률이 모든 기판에서 이루어질 수 있고, 상기 성장 속도 및 성장률은 상기 온도에서 공지된 성장 속도 및 성장률에 비해 대략 1 디케이드(decade) 더 높다.
나열된 모든 샘플은 기판과 다이아몬드층간의 부착상태가 양호함을 나타낸다. 부착상태는 소위 스카치 테이프 테스트(Scotch Tape test)(ST test)로 결정된다. 상기 테스트에서, 다이아몬드층은 접착 테이프(브랜드명은 Tesa-Film)의 일부에 의해 덮여진다. 만약 접착 테이프가 떼어질 때 다이아몬드층이 기판으로부터 떼어지지 않는다면, 부착상태는 충분한 것으로 간주된다.
상기 내용은 단지 본 발명을 설명하기 위해 제시되고 비제한적으로 이루어진다. 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 구성하는 공개된 실시예에 대한 수정예가 당업자에게 공지되어 있기 때문에, 본 발명은 청구범위에 기술된 모든 사항과 등가의 범위내에서 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 복수개의 마이크로전자장치 및 다이아몬드층을 가진 성장 기판으로 구성되고, 상기 다이아몬드층은 장치 사이에 얇은 스폿을 가지며, 상기 스폿에서 다이아몬드층의 두께는 장치에 인접한 다이아몬드층 두께의 최대 90%인 복합 구조물에 있어서,
    장치(33)는 성장 기판(35)과 직접 접촉되어 구성되거나, 성장 기판(35) 재료의 기능적 이용으로 제작되고, 다이아몬드층(34)은 장치의 표면(6)에 구성되며, 상기 표면(6)은 성장 기판(35)으로부터 이격된 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 복수개의 다이아몬드군으로 구성되고, 다이아몬드군은 각 장치와 결합되며, 다이아몬드군은 장치(33) 위의 영역에 구성되고, 다이아몬드군은 서로로부터 분리되어 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 장치(33)의 접점(40) 외부에 변부를 가지고, 장치(33)는 상기 장치(33)의 접점(40)에 인접한 위치에서 다이아몬드를 가지지 않는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 다결정 다이아몬드로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 장치(33)의 변부를 넘어 적어도 면적방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 주변 영역에서 또는 개별 장치(33) 위에서 변부를 가지고, 상기 변부에서 다이아몬드층의 두께는 상기 다이아몬드층(34) 두께의 10% 이상 급격히 변화되는 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서, 개별 장치(33) 위의 영역에 구성된 다이아몬드층(34)은 다이아몬드 영역을 가지고, 상기 다이아몬드 영역은 서로로부터 공간적으로 분리된 것을 특징으로 하는 복합 구조물.
  8. 성장 기판이 예비처리되고, 진공형성이 가능한 반응기에 구성되며, 복수개의 마이크로전자장치는 침착 단계에 의해 성장 기판에 구성되고, 다이아몬드 층을 침착시키기 위해, 다이아몬드층에 대한 성장 시드가 표면에 제공되며, 다이아몬드층이 가스상으로부터 침전되고, 장치 사이의 얇은 스폿이 다이아몬드층에 구성되는 복합 구조물 제작 방법에 있어서,
    초기에 장치(33)는 공지된 방법으로 성장 기판(35)에 직접 침착되거나, 성장 기판(35) 재료의 이용으로 상기 성장 기판(35)에 침착되고, 시드 제공을 위해, 상기 장치(33)에 다이아몬드층(34)에 대한 성장 시드가 구비되며, 시드 제공은 성장 기판(35)으로부터 이격된 방향을 향하는 면(6)에서 이루어지고, 시드 제공 후 다이아몬드층(34)은 장치(33)의 기판면(6)에 침착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 기판면(6)에 시드를 제공하기 위해, 입자 직경이 200㎛에 이르는 슬러지 형태의 다이아몬드 분말이 가해지고, 다이아몬드 분말의 입자는 기판면(6)을 기계적으로 연마하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 다이아몬드 입자를 함유한 액체가 시드 제공을 위해 기판면(6)에 가해지고, 상기 액체를 초음파에 노출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 입자 직경이 200㎛에 이르는 슬러지 형태의 다이아몬드 분말이 시드 제공을 위해 기판면(6)에 가해지고, 다이아몬드 분말의 입자는 기판면(6)을 연마하며, 입자 직경이 200㎛에 이르는 다이아몬드 입자를 포함한 기판면(6)에 액체가 가해지고, 상기 액체를 초음파에 노출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 기판면(6)에 시드 제공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 시드 제공 전에, 얇은 스폿에 인접한 기판면(6)에 면역층이 가해지고, 상기 면역층은 다이아몬드의 핵형성을 방지하며, 면적방향 면역 후에, 면역층 외부의 영역에서 다음 다이아몬드층(34)에 대한 성장 시드가 기판면(6)에 구비되고, 다이아몬드층(34)의 침착 중에 또는 다이아몬드층(34)의 침착 전에 면역층이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 시드 제공 후, 얇은 스폿에 인접한 기판면(6)에 면역층이 가해지고, 상기 면역층은 다이아몬드의 핵형성을 방지하며, 면적방향 면역 후에, 면역층 외부의 영역에서 기판면(6)에 시드가 제공되고, 기계적으로 또는 성장 시드를 함유한 액체에 음파를 이용함으로써 시드 제공이 이루어지며, 다이아몬드층의 침착 중에 또는 다이아몬드층의 침착 전에 면역층이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 장치(33)에 인접한 기판면(6)에 면적방향으로 면역층이 구비되고, 상기 면역층은 다이아몬드의 핵형성을 방지하며, 면적방향 면역 후에, 면역층 외부 영역의 장치 표면에 시드가 제공되고, 기계적으로 또는 다음 다이아몬드층(34)에 대한 성장 시드를 함유한 액체를 음파에 노출시킴으로써 시드 제공이 이루어지며, 성장 시드의 영역에 시드 제공 후, 다이아몬드의 가스상 침전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 아크제트 방법을 이용하여 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 8 항에 있어서, 다이아몬드층(34)은 450℃ 이하의 온도에서 플라즈마-CVD 방법을 이용하여 침착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 8 항에 있어서, 다이아몬드는 아크제트 방법을 이용하여 침착되고, 플라즈마를 형성하기 위해, 불활성 가스가 유입되며, 상기 불활성 가스가 전기적으로 점화되고, 플라즈마가 형성되며, 전이상 동안 수소(H2)가 불활성 가스 플라즈마로 유입되고, 상기 수소가 점화되며, 상기 수소는 플라즈마 재료로서 이용되고, 불활성 가스는 전이상 후에 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 산소(O2)는 선구 물질로 사용된 가스와 함께 반응기내로 유동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 플라즈마의 점화 전에, 플라즈마에 대해 또는 다이아몬드로 코팅 작용을 발생시키는 선구 물질의 가스 유동에 대해 기판면(6)을 보호하기 위해, 시드가 제공된 상기 기판면(6)은 커버로 덮여지고, 플라즈마 또는 가스 유동이 안정된 후, 커버가 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 플라즈마의 점화 후, 커버는 5분 내지 30분 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 커버는 기판의 덮힘상태 중 냉각되고, 액체 냉각제가 상기 커버를 횡단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 8 항에 있어서, 다이아몬드층(34)의 침착 중, 기판은 450℃ 이하의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
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