JPH03215392A - Manufacturing method of single crystal diamond - Google Patents
Manufacturing method of single crystal diamondInfo
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- JPH03215392A JPH03215392A JP25609089A JP25609089A JPH03215392A JP H03215392 A JPH03215392 A JP H03215392A JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP H03215392 A JPH03215392 A JP H03215392A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、特に半導体分野等において利用される単結
晶ダイヤモンドの製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing single crystal diamond, which is used particularly in the semiconductor field.
従来、ダイヤモンド薄膜を形成する方法としては、熱フ
ィラメントCVD法やマイクロ波CVD法等がある.熱
フィラメントCVD法では、フィラメント及び基板が設
けられた反応室内を数十Torrに保持するとともに、
この反応室内に反応ガスを導入し、これらをフィラメン
トにより加熱し、成膜を行うようにしている。また、マ
イクロ波CVD法では、基板の設置された反応室内にマ
イクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用い
て発生させたプラズマにより反応ガスの分解を行い、成
膜を行うようにしている。Conventional methods for forming diamond thin films include hot filament CVD and microwave CVD. In the hot filament CVD method, the temperature inside the reaction chamber in which the filament and the substrate are installed is maintained at several tens of Torr, and
Reaction gases are introduced into this reaction chamber and heated by a filament to form a film. Furthermore, in the microwave CVD method, microwaves and a reaction gas are introduced into a reaction chamber in which a substrate is installed, and the reaction gas is decomposed by plasma generated using the microwave to form a film. There is.
前記のような従来のダイヤモンド薄膜の製造方法では、
異種基板上へは多結晶膜しか生成されていない。しかも
、成膜前に基板の傷付け処理を行わなければならない。In the conventional diamond thin film manufacturing method as described above,
Only polycrystalline films have been produced on foreign substrates. Furthermore, it is necessary to perform scratching treatment on the substrate before film formation.
多結晶膜は、第6A図や第6B図で示すように、ダイヤ
モンド10の各グレインの大きさ、成長過程にばらつき
があり、単純な柱状構造ではない。したがって、均一な
膜質や膜厚が必要となる場合には、その製造が非常に困
難であった。As shown in FIGS. 6A and 6B, the polycrystalline film does not have a simple columnar structure because the size and growth process of each grain of the diamond 10 varies. Therefore, when uniform film quality and film thickness are required, it has been extremely difficult to manufacture them.
そこで最近、シリコン等で用いられている選択性成長法
がダイヤモンド薄膜の製造にも応用されてきている。Therefore, the selective growth method used for silicon and the like has recently been applied to the production of diamond thin films.
選択性成長法は、シリコン酸化膜等の絶縁層でシリコン
基板上にパターニングを行い、基板上でダイヤモンドの
核形成位置の制御を行うものであ′る。In the selective growth method, an insulating layer such as a silicon oxide film is patterned on a silicon substrate, and the position where diamond nuclei are formed on the substrate is controlled.
しかし、前記選択性成長法においては、パターニングの
前に基板への傷付け処理が必要不可欠である。この傷付
け処理は、ダイヤモンドペーストで基板表面を磨いたり
、ダイヤモンド砥粒をアルコールに入れ超音波処理を施
したりするものであるが、この処理は非常に手間がかか
る。また、バ付
ターニングの後に基板傷令け処理を行う方法もあるが、
この処理においても、アルゴンビームを照射して行う等
の作業が必要となり、手間がかかるという問題がある。However, in the selective growth method, it is essential to damage the substrate before patterning. This scratching process involves polishing the substrate surface with diamond paste or placing diamond abrasive grains in alcohol and subjecting them to ultrasonic treatment, but this process is very time-consuming. There is also a method of performing board damage reduction treatment after turning with bumps.
This process also requires work such as irradiation with an argon beam, which poses the problem of being time-consuming.
この発明の目的は、傷付け処理を全く行うことなく単結
晶ダイヤモンドを製造することができる単結晶ダイヤモ
ンドの製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing single-crystal diamond that can manufacture single-crystal diamond without any scratching treatment.
〔課題を解決するための手段〕
この考案に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法は、次の
工程を含んでいる。[Means for Solving the Problems] The method for manufacturing single crystal diamond according to this invention includes the following steps.
◎導電性基板の表面に所定の間隔で微小穴を有する絶縁
層を形成すること。◎ Forming an insulating layer with microholes at predetermined intervals on the surface of a conductive substrate.
◎前記基板の配置された反応室内圧力をバイアス効果の
現れる低圧力範囲に設定すること。◎The pressure in the reaction chamber where the substrate is placed must be set to a low pressure range where the bias effect appears.
O前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつダイヤモン
ド成膜条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド薄膜を気相
成長させること。O vapor phase growing a single crystal diamond thin film on the substrate under diamond film forming conditions while applying a positive bias voltage to the substrate;
本発明においては、パターン加工によりダイヤモンドの
核を生成する場所を指定する。パターン加工は従来の選
択性成長法と同様に行われるが、このパターン加工を行
った基板を、傷付け処理なしに、バイアス効果が起こる
低圧力(1 0To rr以下)で、しかも基板に正の
バイアス電圧を印加しつつダイヤモンド生成条件で生成
を行う。In the present invention, the location where diamond nuclei are to be generated is designated by pattern processing. Pattern processing is performed in the same manner as in the conventional selective growth method, but the patterned substrate is processed without scratching, at a low pressure (below 10 Torr) where a bias effect occurs, and in addition, a positive bias is applied to the substrate. Generation is performed under diamond generation conditions while applying voltage.
すると、基板上の絶縁層の部分は電気的にフローティン
グ状態となっているためプラズマ電位より低くなる。こ
のため、この絶縁層の部分にはイオンしか到達しなくな
り、ダイヤモンドは生成されない。一方、パターン加工
により形成された微小穴の部分、つまり基板が露出して
いる部分には、正のバイアス電圧がかかっているために
電子が集まり、ダイヤモンドはこの部分にのみ生成され
る。Then, since the portion of the insulating layer on the substrate is in an electrically floating state, the potential becomes lower than the plasma potential. Therefore, only ions reach this insulating layer, and diamonds are not generated. On the other hand, since a positive bias voltage is applied to the microholes formed by patterning, that is, the exposed parts of the substrate, electrons gather, and diamonds are generated only in these parts.
この穴の大きさを適当な大きさにすることにより、その
中央部に単結晶ダイヤモンドが成長する。By making this hole an appropriate size, a single crystal diamond grows in the center.
第4図は本発明の一実施例によるダイヤモンドの製造方
法が適用される成膜装置の断面概略構成図である。プラ
ズマ室1は、空洞共振器(キャビティ)構造となってお
り、このプラズマ室1には、導波管2を介してマイクロ
波源としてのマグネトロン(図示せず)が接続されてい
る。また、プラズマ室1には、反応ガス供給口1aが設
けられ、この反応ガス供給口1aを介して反応ガスが導
入されるようになっている。ここで、反応ガスとしては
、一酸化炭素ガス(CO)と水素ガス(HE)の混合ガ
スが用いられる。前記プラズマ室1の周囲には、電磁石
3a及び3bが配置されており、この電磁石3a及び3
bによる磁界の強度は、マ?ク口波による電子サイクロ
トロン共鳴の条件がプラズマ室l内部で成立するように
設定されている。FIG. 4 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a film forming apparatus to which a diamond manufacturing method according to an embodiment of the present invention is applied. The plasma chamber 1 has a cavity structure, and a magnetron (not shown) as a microwave source is connected to the plasma chamber 1 via a waveguide 2. Further, the plasma chamber 1 is provided with a reactive gas supply port 1a, through which a reactive gas is introduced. Here, a mixed gas of carbon monoxide gas (CO) and hydrogen gas (HE) is used as the reaction gas. Electromagnets 3a and 3b are arranged around the plasma chamber 1, and these electromagnets 3a and 3
The strength of the magnetic field due to b is ma? The conditions for electron cyclotron resonance due to mouth waves are set so that they are established inside the plasma chamber l.
また、プラズマ室1の内の電子サイクロトロン共鳴の条
件が成立する位置の近傍には、ダイヤモンドを生成すべ
き基板5が配置されている.この基板5は、基板ホルダ
6に保持されており、基板ホルダ6にはヒータ7が設け
られている。さらに、前記基板5には、外部のDCバイ
アス電源8を介して正のDCバイアス電圧が印加され得
るようになっている。Further, a substrate 5 on which diamond is to be produced is placed near a position in the plasma chamber 1 where conditions for electron cyclotron resonance are satisfied. This substrate 5 is held by a substrate holder 6, and the substrate holder 6 is provided with a heater 7. Further, a positive DC bias voltage can be applied to the substrate 5 via an external DC bias power supply 8.
次に、単結晶ダイヤモンドの製造方法について説明する
。Next, a method for manufacturing single crystal diamond will be explained.
まず、第IA図の平面図及び第IB図の断面図で示すよ
うに、Si基板5上に、絶縁層としてのSiO■膜4を
PCVD法あるいは熱酸化法等により形成し、バターニ
ングを施して等間隔に微小穴4aを形成する。この穴4
aの間隔Lは10μm程度とし、穴4aの径lは1μm
程度とする。First, as shown in the plan view in FIG. IA and the cross-sectional view in FIG. The micro holes 4a are formed at equal intervals. this hole 4
The distance L between the holes a is about 10 μm, and the diameter l of the hole 4a is 1 μm.
degree.
ここで、穴4aの間隔Lは、最終的に形成したい?厚に
より変化させればよいが、穴4aの径!は、大きくしす
ぎると生成されるダイヤモンドが1個の単結晶ではなく
、2個以上あるいは多結晶状となってしまう。5μm以
上にすれば複数個になりやすい。Here, the distance L between the holes 4a is what you want to finally form? It can be changed depending on the thickness, but the diameter of the hole 4a! If it is made too large, the diamond produced will not be one single crystal but two or more or polycrystalline. If the thickness is 5 μm or more, multiple pieces are likely to be formed.
次に、前記SiO■膜の形成された基板5を、プラズマ
室内lの基板ホルダ6に装着する。そして、プラズマ室
1内を真空排気後、一酸化炭素ガス及び水素ガスを導入
し、圧力をバイアス効果が起こり得る低圧力(0.IT
orr)程度にする。Next, the substrate 5 on which the SiO2 film is formed is mounted on the substrate holder 6 in the plasma chamber l. After evacuating the inside of the plasma chamber 1, carbon monoxide gas and hydrogen gas are introduced, and the pressure is set to a low pressure (0.IT) where a bias effect can occur.
orr).
なお、バイアス効果とは、基板に正のバイアス電圧を印
加したときはダイヤモンドが生成され、負になった場合
はダイヤモンドが生成されないという低圧力下特有の効
果である。Note that the bias effect is an effect unique to low pressure, in which diamond is generated when a positive bias voltage is applied to the substrate, and no diamond is generated when it is negative.
次に、マグネトロンからマイクロ波を発生させ、これを
導波管2を介してプラズマ室1内に導入するとともに、
電磁石3a及び3bに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、プラズマ室1内の所定の位置では、電子サイク
ロトロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良く
エネルギーを吸収?、低圧下にてプラズマ領域が形成さ
れる。また、基Fi5には、DCバイアス電源8により
、10〜60V程度の正のDCバイアスを印加する。な
お、生成条件は、前記のような低圧力(0,ITorr
)での標準条件でよく、たとえばマイクロ波パワーとし
ては1300W、基板温度は650゜C、GO/CO+
Hz =5%とすればよい。Next, microwaves are generated from the magnetron and introduced into the plasma chamber 1 via the waveguide 2,
A current is passed through the electromagnets 3a and 3b to form a magnetic field. At this time, electron cyclotron resonance occurs at a predetermined position in the plasma chamber 1, and the electrons efficiently absorb energy from the microwave. , a plasma region is formed under low pressure. Further, a positive DC bias of about 10 to 60 V is applied to the base Fi5 by a DC bias power supply 8. Note that the generation conditions are low pressure (0, I Torr) as described above.
), for example, the microwave power is 1300W, the substrate temperature is 650°C, GO/CO+
It is sufficient to set Hz = 5%.
前記のような状態で生成を行うと、前述のように、基板
5上のSin.膜4の部分は電気的にフローティング状
態となる。このためにプラズマ電位よりも低くなり、S
iO■膜4の部分には、第2図に示すように、イオンし
か到達しなくなる。When the generation is performed in the above state, as described above, the Sin. The portion of the membrane 4 becomes electrically floating. For this reason, the potential becomes lower than the plasma potential, and S
Only ions reach the iO2 film 4, as shown in FIG.
したがって、ダイヤモンドは生成されない。一方、穴4
aの部分で基板5が露出している部分には、基板5に正
のバイアス電圧がかかっているために電子が集まり、こ
の部分にのみダイヤモンドが生成されることとなる。そ
して、生成開始後、約2時間で各穴4aの中央部に1個
ずつ単結晶ダイヤモンド10が生成する。この状態を第
3A図に示している。そしてさらに、このまま生成を続
ける?、各粒子同士がぶつかり合い、第3B図の状態を
経て第3C図に示すようにほぼ平坦な膜となる。Therefore, no diamonds are produced. On the other hand, hole 4
Since a positive bias voltage is applied to the substrate 5, electrons gather in the exposed portion of the substrate 5 in the portion a, and diamonds are generated only in this portion. Then, one single crystal diamond 10 is formed at the center of each hole 4a in about two hours after the start of formation. This state is shown in FIG. 3A. And furthermore, will it continue to generate as it is? , the particles collide with each other, and after passing through the state shown in FIG. 3B, a substantially flat film is formed as shown in FIG. 3C.
このときの膜厚tは、各穴4aの間隔によって決まって
くる。The film thickness t at this time is determined by the interval between the holes 4a.
〔他の実施例〕
(a) 前記実施例では、SiO■膜4は、基板5の
表面につけたままとしているが、前記SiO■膜4は、
核が一旦形成されると除去してもよい。すなわち、Si
nt膜4を除去した後は、何ら処理がされていない基板
が露出してくるので、生成を続行しても、この部分にダ
イヤモンドの核は生成されない。[Other Examples] (a) In the above embodiment, the SiO film 4 was left on the surface of the substrate 5, but the SiO film 4 was
Once the nucleus is formed, it may be removed. That is, Si
After the nt film 4 is removed, the substrate that has not been subjected to any processing is exposed, so even if the generation continues, diamond nuclei will not be generated in this area.
(b) 前記寅施例では、パターニングによって形成
する穴4aの間隔を等間隔としたが、穴4aの間隔は等
間隔にする必要はなく、必要に応じて適宜変更すればよ
い。(b) In the above embodiment, the holes 4a formed by patterning were arranged at equal intervals, but the intervals between the holes 4a do not need to be equal, and may be changed as necessary.
たとえば、MES−FETを作成する場合には、ダイヤ
モンドを導線として使用することがある。For example, when making MES-FETs, diamond may be used as a conductive wire.
第5A図に示すようなFETを作成する場合は、第5B
図に示すような間隔で穴4bを形成し、導線用のパター
ニングとすればよい。なお、第5A図において、11は
ゲート、12.13はソース、ドレイン、14a,14
bと導線としてのダイヤモンド膜である。When creating an FET as shown in Figure 5A,
Holes 4b may be formed at intervals as shown in the figure and patterned for conductive wires. In addition, in FIG. 5A, 11 is a gate, 12.13 is a source, a drain, 14a, 14
b and a diamond film as a conducting wire.
(C) 前述の実施例によって生成されたダイヤモン
ドは、基板5表面に取り付けて使用するだけでなく、エ
ッチング等により基板5から取り外し、砥粒として使用
することもできる。このとき、基板5上のパターンを等
間隔にしておくと、粒径のそろった砥粒が作成できる。(C) The diamond produced in the above embodiment can be used not only by being attached to the surface of the substrate 5, but also by being removed from the substrate 5 by etching or the like and used as an abrasive grain. At this time, if the patterns on the substrate 5 are arranged at equal intervals, abrasive grains with uniform grain sizes can be created.
(d) 前記実施例では、CVD法として有磁場Cv
D法を使用したが、特に有磁場である必要はなく、低圧
力下で成膜ができるものであれば限定されない。(d) In the above embodiment, a magnetic field Cv is used as the CVD method.
Although method D was used, it does not necessarily have to be a magnetic field, and is not limited as long as it can form a film under low pressure.
以上のように本発明では、正のDCバイアスを印加しつ
つ低圧力下でダイヤモンド生成を行うため、従来必要不
可欠であった基板への傷付け処理が全く不要となり、作
業が簡単化される。また、基板の穴の中央部から核が発
生するためにahとの密着性がよい。As described above, in the present invention, since diamond is generated under low pressure while applying a positive DC bias, there is no need to scratch the substrate, which was indispensable in the past, and the work is simplified. Further, since the nucleus is generated from the center of the hole in the substrate, the adhesion with ah is good.
第IA図は本実施例方法に用いられるパターニング加工
された基板の平面図、第IB図はそのIB−IB線断面
図、第2図は基板に正のDCバイアス電圧を印加した場
合の作用を説明するための図、第3A図及び第3B図は
ダイヤモンド単結晶の成長の様子を示す断面図、第4図
は本実施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図
、第5A及び第5B図は本発明の他の実施例を説明する
ための図、第6A図は従来方法によって製造されたダイ
ヤモンドの平面図、第6B図はその断面図である。
4・・・Sin.膜(絶縁層)、5・・・基板、8・・
・DCバイアス電源。Fig. IA is a plan view of a patterned substrate used in the method of this embodiment, Fig. IB is a sectional view taken along the line IB-IB, and Fig. 2 shows the effect when a positive DC bias voltage is applied to the substrate. Figures 3A and 3B, which are explanatory diagrams, are cross-sectional views showing the growth of a diamond single crystal, and Figure 4 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a film forming apparatus to which the method of this embodiment is applied, and Figures 5A and 3B are cross-sectional views showing the growth of a diamond single crystal. FIG. 5B is a diagram for explaining another embodiment of the present invention, FIG. 6A is a plan view of a diamond manufactured by a conventional method, and FIG. 6B is a cross-sectional view thereof. 4...Sin. Film (insulating layer), 5...substrate, 8...
・DC bias power supply.
Claims (1)
絶縁層を形成することと、前記基板の配置された反応室
内圧力をバイアス効果の現れる低圧力範囲に設定するこ
とと、前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつダイヤ
モンド生成条件で前記基板に単結晶ダイヤモンドを気相
成長させることとを含む単結晶ダイヤモンドの製造方法
。(1) Forming an insulating layer having microholes at predetermined intervals on the surface of a conductive substrate; setting the pressure in a reaction chamber in which the substrate is placed to a low pressure range where a bias effect appears; and A method for producing single crystal diamond, comprising: growing single crystal diamond on the substrate in a vapor phase under diamond forming conditions while applying a positive bias voltage to the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Manufacturing method of single crystal diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Manufacturing method of single crystal diamond |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215392A true JPH03215392A (en) | 1991-09-20 |
| JP2722716B2 JP2722716B2 (en) | 1998-03-09 |
Family
ID=17287753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25609089A Expired - Fee Related JP2722716B2 (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Manufacturing method of single crystal diamond |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2722716B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001913A1 (en) * | 1994-07-11 | 1996-01-25 | The Curators Of The University Of Missouri | Monocrystalline diamond film production by chemical vapor deposition |
| JP2014524139A (en) * | 2011-06-10 | 2014-09-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Selective deposition of polymer film on bare silicon but not on oxide surface |
| KR20160063403A (en) | 2007-06-26 | 2016-06-03 | 제이엑스금속주식회사 | Amorphous composite oxide film,crystalline composite oxide film,process for producing amorphous composite oxide film,process for producing crystalline composite oxide film,and composite oxide sinter |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25609089A patent/JP2722716B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001913A1 (en) * | 1994-07-11 | 1996-01-25 | The Curators Of The University Of Missouri | Monocrystalline diamond film production by chemical vapor deposition |
| KR20160063403A (en) | 2007-06-26 | 2016-06-03 | 제이엑스금속주식회사 | Amorphous composite oxide film,crystalline composite oxide film,process for producing amorphous composite oxide film,process for producing crystalline composite oxide film,and composite oxide sinter |
| JP2014524139A (en) * | 2011-06-10 | 2014-09-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Selective deposition of polymer film on bare silicon but not on oxide surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2722716B2 (en) | 1998-03-09 |
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