JPH06275575A - ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法Info
- Publication number
- JPH06275575A JPH06275575A JP6083593A JP6083593A JPH06275575A JP H06275575 A JPH06275575 A JP H06275575A JP 6083593 A JP6083593 A JP 6083593A JP 6083593 A JP6083593 A JP 6083593A JP H06275575 A JPH06275575 A JP H06275575A
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- Japan
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- thin film
- plasma
- diamond thin
- diamond
- etching
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】非常に硬質で化学的に安定なダイヤモンド薄膜
を微細加工して高温動作のダイヤモンドデバイスの製作
を可能にする。 【構成】酸素を含むガスのプラズマ、すなわちＯ2 プラ
ズマ、Ｈ2 Ｏプラズマを用いるプラズマエッチングによ
りダイヤモンド薄膜のパターンを形成する。それらのプ
ラズマに耐えるマスクとして、SiＯ2 膜をレジストマス
クでパターンにして用いる。
を微細加工して高温動作のダイヤモンドデバイスの製作
を可能にする。 【構成】酸素を含むガスのプラズマ、すなわちＯ2 プラ
ズマ、Ｈ2 Ｏプラズマを用いるプラズマエッチングによ
りダイヤモンド薄膜のパターンを形成する。それらのプ
ラズマに耐えるマスクとして、SiＯ2 膜をレジストマス
クでパターンにして用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温動作可能な半導体
素子製造の際に必要な技術であるダイヤモンド薄膜のパ
ターン形成方法に関する。
素子製造の際に必要な技術であるダイヤモンド薄膜のパ
ターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素の結晶材料であるダイヤモンドは、
各々の原子が共有結合を成していることから半導体的性
質を兼ね備えている。その特徴としてはバンドギャップ
が、従来用いられているSiと比較して５倍程広く、その
ことから今まで困難であった高温で動作するデバイスの
材料としての利用が期待されている。ダイヤモンドは、
ＣＨ4 、ＣＯ、ＣＦ4 等のガスとＨ2 の混合ガスをプラ
ズマや熱エネルギーなどで活性化することにより、傷つ
け処理したSi基板上に合成することができる。この時の
Ｈ2 ガスは、ダイヤモンドと同時に形成されたグラファ
イト成分を除去する役割を持っている。そして近年、合
成時にほう素を含むＢ2 Ｈ6 のガスを混合させることに
より、Ｂがダイヤモンドに添加され、それがアクセプタ
不純物として働き、Ｐ型半導体的性質を持ったダイヤモ
ンドの合成が可能となった。それにより最近、Ｐ型半導
体的性質を持ったダイヤモンドを用いて、ショットキー
ダイオードやＦＥＴそして各種センサ等の試作が行われ
るようになった。
各々の原子が共有結合を成していることから半導体的性
質を兼ね備えている。その特徴としてはバンドギャップ
が、従来用いられているSiと比較して５倍程広く、その
ことから今まで困難であった高温で動作するデバイスの
材料としての利用が期待されている。ダイヤモンドは、
ＣＨ4 、ＣＯ、ＣＦ4 等のガスとＨ2 の混合ガスをプラ
ズマや熱エネルギーなどで活性化することにより、傷つ
け処理したSi基板上に合成することができる。この時の
Ｈ2 ガスは、ダイヤモンドと同時に形成されたグラファ
イト成分を除去する役割を持っている。そして近年、合
成時にほう素を含むＢ2 Ｈ6 のガスを混合させることに
より、Ｂがダイヤモンドに添加され、それがアクセプタ
不純物として働き、Ｐ型半導体的性質を持ったダイヤモ
ンドの合成が可能となった。それにより最近、Ｐ型半導
体的性質を持ったダイヤモンドを用いて、ショットキー
ダイオードやＦＥＴそして各種センサ等の試作が行われ
るようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、実際にデバ
イスを作製するにあたっては、ダイヤモンド薄膜の細か
いパターン形成が必要となってくる。従来は傷付け処理
を行った基板上にしかダイヤモンドが成長しない性質を
利用して、選択的に傷つけ処理を行ったり、傷つけ処理
を行った部分に選択的にSiＯ2 等の膜を合成して、選択
成長が行われてきた。しかし選択成長の場合、基板にあ
るわずかな傷の上にでもダイヤモンドの核が発生してし
まうのと、傷の無い部分にもSiＣ等の極薄膜が形成され
てしまう場合がある。傷つけ処理を行った部分にSiＯ2
等の膜を合成した場合でも、SiＯ2等の膜質によりSiＯ
2 膜上にダイヤモンドが成長してしまう場合がある。そ
のため、選択成長を用いた技術では、微細なパターン形
成が困難である。
イスを作製するにあたっては、ダイヤモンド薄膜の細か
いパターン形成が必要となってくる。従来は傷付け処理
を行った基板上にしかダイヤモンドが成長しない性質を
利用して、選択的に傷つけ処理を行ったり、傷つけ処理
を行った部分に選択的にSiＯ2 等の膜を合成して、選択
成長が行われてきた。しかし選択成長の場合、基板にあ
るわずかな傷の上にでもダイヤモンドの核が発生してし
まうのと、傷の無い部分にもSiＣ等の極薄膜が形成され
てしまう場合がある。傷つけ処理を行った部分にSiＯ2
等の膜を合成した場合でも、SiＯ2等の膜質によりSiＯ
2 膜上にダイヤモンドが成長してしまう場合がある。そ
のため、選択成長を用いた技術では、微細なパターン形
成が困難である。
【０００４】実際にダイヤモンドでデバイスを作製する
ためには、やはり微細な加工技術は必要不可欠なもので
あり、どのように微細加工を達成するかが重要な課題と
なっている。本発明の目的は、ダイヤモンドデバイスを
作製するために必要な微細加工の可能なダイヤモンド薄
膜のパターン形成方法を提供することにある。
ためには、やはり微細な加工技術は必要不可欠なもので
あり、どのように微細加工を達成するかが重要な課題と
なっている。本発明の目的は、ダイヤモンドデバイスを
作製するために必要な微細加工の可能なダイヤモンド薄
膜のパターン形成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のダイヤモンド薄膜のパターン形成方法
は、プラズマエッチングによりマスクを用いて選択的に
エッチングするものとする。そしてプラズマエッチング
がＥＣＲプラズマエッチングであること、またプラズマ
エッチングに酸素原子を含んだガスのプラズマを用いる
ことが効果的であり、酸素原子を含んだガスとしては、
酸素あるいは水蒸気が有効である。その場合はマスクが
酸化けい素膜からなることが有効である。またプラズマ
エッチングに水素プラズマを用いることも有効である。
めに、本発明のダイヤモンド薄膜のパターン形成方法
は、プラズマエッチングによりマスクを用いて選択的に
エッチングするものとする。そしてプラズマエッチング
がＥＣＲプラズマエッチングであること、またプラズマ
エッチングに酸素原子を含んだガスのプラズマを用いる
ことが効果的であり、酸素原子を含んだガスとしては、
酸素あるいは水蒸気が有効である。その場合はマスクが
酸化けい素膜からなることが有効である。またプラズマ
エッチングに水素プラズマを用いることも有効である。
【０００６】
【作用】ダイヤモンドは酸素プラズマにより損傷を受け
ることがわかっている。これはダイヤモンドが高温で酸
素と反応しやすい性質を持っているからである。この事
実を基礎としてダイヤモンドのプラズマエッチングによ
るパターン形成を可能にした。プラズマエッチングには
酸素プラズマのほか、水蒸気プラズマさらには水素プラ
ズマなども利用できる。従って、フォトリソグラフィを
用いて作製されるマスクを用いて微細なパターン形成が
可能である。エッチング速度を高めるには、ダイヤモン
ド薄膜の基板温度を高めることが有効で、そのような高
温で、また酸素プラズマ雰囲気に耐えられるマスクの材
料としてはSiＯ2 が適している。
ることがわかっている。これはダイヤモンドが高温で酸
素と反応しやすい性質を持っているからである。この事
実を基礎としてダイヤモンドのプラズマエッチングによ
るパターン形成を可能にした。プラズマエッチングには
酸素プラズマのほか、水蒸気プラズマさらには水素プラ
ズマなども利用できる。従って、フォトリソグラフィを
用いて作製されるマスクを用いて微細なパターン形成が
可能である。エッチング速度を高めるには、ダイヤモン
ド薄膜の基板温度を高めることが有効で、そのような高
温で、また酸素プラズマ雰囲気に耐えられるマスクの材
料としてはSiＯ2 が適している。
【０００７】
【実施例】以下、本発明によるダイヤモンド薄膜微細加
工プロセスを概念的に示した図１(a) 〜(h) を引用して
本発明の実施例について述べる。 実施例１：ダイヤモンドの成膜基板としては、ダイヤモ
ンド粉を用いて面11に傷付け処理したSi基板１を用いた
〔図１(a) 〕。この基板１の全面に、次の条件でのμ波
プラズマＣＶＤにより膜厚約１μｍのダイヤモンド薄膜
２を形成した〔図１(b) 〕。
工プロセスを概念的に示した図１(a) 〜(h) を引用して
本発明の実施例について述べる。 実施例１：ダイヤモンドの成膜基板としては、ダイヤモ
ンド粉を用いて面11に傷付け処理したSi基板１を用いた
〔図１(a) 〕。この基板１の全面に、次の条件でのμ波
プラズマＣＶＤにより膜厚約１μｍのダイヤモンド薄膜
２を形成した〔図１(b) 〕。
【０００８】
【表１】 次にダイヤモンド薄膜２上に、次の条件でのスパッタリ
ングにより膜厚約0.５μｍのSiＯ2 膜３を形成した〔図
１(c) 〕。
ングにより膜厚約0.５μｍのSiＯ2 膜３を形成した〔図
１(c) 〕。
【０００９】
【表２】 このSiＯ2 膜のパターニングのために、フォトレジスト
の露光、現像によりレジスト膜４のパターンを形成した
〔図１(d) 〕。次いで、ＣＦ4 を反応ガスとして用いた
プラズマエッチングで露出しているSiＯ2 膜３を選択的
にエッチングした〔図１(e) 〕。そしてリフトオフでレ
ジスト膜４を除去した〔図１(f) 〕。このあと、次の条
件によるＯ2 プラズマを用いたＥＣＲプラズマエッチン
グによりSiＯ2 膜３で保護されていないダイヤモンド薄
膜２を選択的にエッチングした〔図１(g) 〕。
の露光、現像によりレジスト膜４のパターンを形成した
〔図１(d) 〕。次いで、ＣＦ4 を反応ガスとして用いた
プラズマエッチングで露出しているSiＯ2 膜３を選択的
にエッチングした〔図１(e) 〕。そしてリフトオフでレ
ジスト膜４を除去した〔図１(f) 〕。このあと、次の条
件によるＯ2 プラズマを用いたＥＣＲプラズマエッチン
グによりSiＯ2 膜３で保護されていないダイヤモンド薄
膜２を選択的にエッチングした〔図１(g) 〕。
【００１０】
【表３】 最後に、ＨＦ＋Ｈ2 Ｏ (１：20) の液でSiＯ2 膜３およ
びプラズマの影響で形成されたと思われるSi基板１の表
面のSiＯ2 膜を除去した〔図１(h) 〕。このようにして
ダイヤモンド薄膜２を一般の半導体技術におけると同様
に微細加工することができた。ＥＣＲプラズマエッチン
グによるダイヤモンド薄膜のエッチングの際の基板温度
は100 ℃でも可能であるが、エッチング速度は基板温度
が高くなるにつれて速くなる。しかし、基板温度が高す
ぎるときにはSiＯ2 マスクが損傷し、微細加工が困難に
なる。 実施例２：図１(a) 、(b) に示したダイヤモンド薄膜２
成膜工程、図１(c) に示したSiＯ 2 膜３成膜工程は実施
例１と同じであった。このあと、実施例１と同様にレジ
スト膜４のパターンを形成〔図１(d) 〕、SiＯ2 膜のパ
ターニング〔図１(e) 〕、レジスト膜４の除去〔図１
(f) 〕を行った。次の図１(g) に示したダイヤモンド薄
膜２の露出部の選択的エッチングをこの実施例ではＨ2
Ｏプラズマを用いたＥＣＲプラズマエッチングにより行
った。エッチング条件は次のとおりであった。
びプラズマの影響で形成されたと思われるSi基板１の表
面のSiＯ2 膜を除去した〔図１(h) 〕。このようにして
ダイヤモンド薄膜２を一般の半導体技術におけると同様
に微細加工することができた。ＥＣＲプラズマエッチン
グによるダイヤモンド薄膜のエッチングの際の基板温度
は100 ℃でも可能であるが、エッチング速度は基板温度
が高くなるにつれて速くなる。しかし、基板温度が高す
ぎるときにはSiＯ2 マスクが損傷し、微細加工が困難に
なる。 実施例２：図１(a) 、(b) に示したダイヤモンド薄膜２
成膜工程、図１(c) に示したSiＯ 2 膜３成膜工程は実施
例１と同じであった。このあと、実施例１と同様にレジ
スト膜４のパターンを形成〔図１(d) 〕、SiＯ2 膜のパ
ターニング〔図１(e) 〕、レジスト膜４の除去〔図１
(f) 〕を行った。次の図１(g) に示したダイヤモンド薄
膜２の露出部の選択的エッチングをこの実施例ではＨ2
Ｏプラズマを用いたＥＣＲプラズマエッチングにより行
った。エッチング条件は次のとおりであった。
【００１１】
【表４】 基板温度が100 ℃程度に低いときには、エッチングはあ
まり促進されないことから、ダイヤモンドのエッチング
には温度が重要な役割を持っていることがわかる。次い
で実施例１と同様の方法で、SiＯ2 膜３をエッチングし
て除去し、図１(h) に示した構造を得た。
まり促進されないことから、ダイヤモンドのエッチング
には温度が重要な役割を持っていることがわかる。次い
で実施例１と同様の方法で、SiＯ2 膜３をエッチングし
て除去し、図１(h) に示した構造を得た。
【００１２】以上の実施例では酸素原子を含むガスのプ
ラズマによってエッチングを行ったが、酸素原子を含ま
ないプラズマ、例えばＨ2 プラズマによってもダイヤモ
ンドのエッチングが可能である。図２はＯ2 プラズマ、
Ｈ2 ＯプラズマおよびＨ2 プラズマを用いたダイヤモン
ド薄膜のＥＣＲプラズマエッチングにおける基板温度と
エッチング速度との関係を示す。
ラズマによってエッチングを行ったが、酸素原子を含ま
ないプラズマ、例えばＨ2 プラズマによってもダイヤモ
ンドのエッチングが可能である。図２はＯ2 プラズマ、
Ｈ2 ＯプラズマおよびＨ2 プラズマを用いたダイヤモン
ド薄膜のＥＣＲプラズマエッチングにおける基板温度と
エッチング速度との関係を示す。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、酸素を含んだガスある
いは水素のプラズマを用いるプラズマエッチングによ
り、またSiＯ2 マスクを用いることにより、化学的に安
定なダイヤモンド薄膜を微細加工してパターンを形成す
ることができる。これにより、高温で動作するダイヤモ
ンドデバイスの製作が可能となった。
いは水素のプラズマを用いるプラズマエッチングによ
り、またSiＯ2 マスクを用いることにより、化学的に安
定なダイヤモンド薄膜を微細加工してパターンを形成す
ることができる。これにより、高温で動作するダイヤモ
ンドデバイスの製作が可能となった。
【図１】本発明の一実施例のダイヤモンド薄膜パターン
形成の工程を(a) から(h) への順に概念的に示す断面図
形成の工程を(a) から(h) への順に概念的に示す断面図
【図２】各種プラズマにおける基板温度とエッチング速
度との関係線図
度との関係線図
１ Si基板 ２ ダイヤモンド薄膜 ３ SiＯ2 膜 ４ レジスト膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 知子 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (7)
- 【請求項１】プラズマエッチングによりマスクを用いて
選択的にエッチングすることを特徴とするダイヤモンド
薄膜のパターン形成方法。 - 【請求項２】プラズマエッチングがＥＣＲプラズマエッ
チングである請求項１記載のダイヤモンド薄膜のパター
ン形成方法。 - 【請求項３】プラズマエッチングに酸素原子を含んだガ
スのプラズマを用いる請求項１あるいは２記載のダイヤ
モンド薄膜のパターン形成方法。 - 【請求項４】酸素原子を含んだガスが酸素である請求項
３記載のダイヤモンド薄膜のパターン形成方法。 - 【請求項５】酸素ガスを含んだガスが水蒸気である請求
項３記載のダイヤモンド薄膜のパターン形成方法。 - 【請求項６】マスクが酸化けい素膜からなる請求項３な
いし５のいずれかに記載のダイヤモンド薄膜のパターン
形成方法。 - 【請求項７】プラズマエッチングに水素プラズマを用い
る請求項１記載のダイヤモンド薄膜のパターン形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6083593A JPH06275575A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6083593A JPH06275575A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275575A true JPH06275575A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13153822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6083593A Pending JPH06275575A (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06275575A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111279023A (zh) * | 2017-08-30 | 2020-06-12 | 洛桑联邦理工学院 | 单晶金刚石衍射光学元件及其制造方法 |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP6083593A patent/JPH06275575A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111279023A (zh) * | 2017-08-30 | 2020-06-12 | 洛桑联邦理工学院 | 单晶金刚石衍射光学元件及其制造方法 |
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