JP2997135B2 - Diamond etching method - Google Patents
Diamond etching methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ダイアモンド半導体製
造プロセスなどにおけるエッチング方法に関する。The present invention relates to an etching method in a diamond semiconductor manufacturing process and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイアモンドは、バンドギャップが５．
５ｅＶと大きく、比誘電率が５．７小さい上に熱伝導度
も良好であるという特性を有し、電子移動度及びホール
移動度が約１８００cm2 ／Ｖ・sec ，約１６００cm2 ／
Ｖ・sec と大きな値を持つという特徴がある。さらに、
IV族半導体であるため、不純物過敏性が高くＳｉと同様
な物質設計をし得るものと推定される。そのため、従来
のシリコンやガリウム砒素などの半導体に比べて耐熱
性，高周波特性に優れ、大電力の半導体素子が得られる
可能性が高い。2. Description of the Related Art Diamond has a band gap of 5.
Large as 5 eV, the ratio has a characteristic that the thermal conductivity is good on the dielectric constant is 5.7 less, the electron mobility and hole mobility of about 1800cm 2 / V · sec, about 1600 cm 2 /
It has the characteristic of having a large value of V · sec. further,
It is presumed that since it is a group IV semiconductor, it has high impurity sensitivity and can be designed in the same material as Si. Therefore, compared to conventional semiconductors such as silicon and gallium arsenide, there is a high possibility that a semiconductor device having excellent heat resistance and high frequency characteristics and high power can be obtained.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述のようにダイアモ
ンドは優れた特性を持ち、未来の半導体として同一出願
人によって鋭意研究開発がなされ、その良好な特性を利
用した新しい構造の半導体素子に関し多数の出願がなさ
れている。しかし、全く新しい材料であるので、実用化
をするにはプロセス技術を含めて様々な課題が残されて
いる。エッチング技術は、ダイアモンド半導体において
も良好な素子の製造上非常に重要な基本技術であり、シ
リコンデバイスの場合と同様に、微細加工ができるこ
と、正常であることなどにくわえて、簡便で効率的なプ
ロセスが構築され得ることが要求される。ダイアモンド
は、非常に安定な物質であるので、ウェットエッチング
をすることができず、通常ドライエッチングで行われ、
ダイアモンドのエッチング方法についても、同一出願人
によって鋭意研究開発がなされている。「特開昭６３−
２２５２４」，「特開昭６３−２２５２５」など反応ガ
スに酸素を用いたプラズマエッチングで行われるものが
知られている。As described above, diamond has excellent characteristics, and has been extensively researched and developed by the same applicant as a future semiconductor, and a large number of semiconductor devices having a new structure utilizing the good characteristics have been developed. An application has been filed. However, since it is a completely new material, various issues including process technology remain for practical use. Etching technology is a very important basic technology in the production of good devices even for diamond semiconductors, and, like silicon devices, is simple and efficient, in addition to being capable of fine processing and normality. It is required that the process can be built. Since diamond is a very stable substance, it cannot be wet-etched and is usually dry-etched.
The same applicant has also been researching and developing a diamond etching method. "Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-
Examples of such methods include plasma etching using oxygen as a reaction gas, such as "22524" and "JP-A-63-22525".
【０００４】しかし、通常エッチングを行うには、所定
のマスク材を表面に塗布し、これをマスクとしてエッチ
ングを行う。その後、マスク材を溶剤などで除去するの
であるが、マスク材が基板表面に残留することがある。
そのため、表面が汚染されることになって後の工程に悪
影響を与える恐れがある。[0004] However, in order to perform etching, usually, a predetermined mask material is applied to the surface, and etching is performed using this as a mask. Thereafter, the mask material is removed with a solvent or the like, but the mask material may remain on the substrate surface.
For this reason, the surface may be contaminated, which may adversely affect subsequent steps.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のダイアモンドのエッチング方法は、表面の
ダイアモンドをエッチングする部分に、ダイアモンド中
の炭素を固溶する層を形成し、加熱をした後、層を除去
することを特徴とする。In order to solve the above problems, a method for etching a diamond according to the present invention forms a layer in which carbon in the diamond is dissolved in a portion of the surface where the diamond is etched, and heats the layer. After that, the layer is removed.
【０００６】上記層は、鉄、コバルト、ニッケルのうち
少なくとも一つを含む金属の層であることを特徴として
も良い。[0006] The layer may be a metal layer containing at least one of iron, cobalt and nickel.
【０００７】加熱は、高温の水素を含んだガス若しくは
水素のプラズマの雰囲気中で行われることを特徴として
も良い。The heating may be performed in an atmosphere of a high-temperature hydrogen-containing gas or a hydrogen plasma.
【０００８】加熱は、酸素を含んだガスの雰囲気中で行
われることを特徴としても良い。The heating may be performed in an atmosphere of a gas containing oxygen.
【０００９】[0009]
【作用】本発明のダイアモンドのエッチング方法では、
加熱時において、エッチングする部分に形成した層にダ
イアモンド中の炭素が固溶し、この層と接触した部分の
ダイアモンドが削られて行く。このとき、高温の水素を
含んだガス若しくは水素のプラズマの雰囲気中或いは酸
素を含んだガスの雰囲気中で加熱が行われていると、層
と気相と接触部分で炭素が反応し、揮発性の反応生成物
ができて気相中に拡散し除去される。炭素が固溶した層
のなかに濃度分布ができ、これによって、ダイアモンド
中の炭素の固溶が促進される。In the method of etching a diamond according to the present invention,
At the time of heating, the carbon in the diamond forms a solid solution in the layer formed in the portion to be etched, and the diamond in the portion in contact with this layer is shaved. At this time, if heating is performed in an atmosphere of a high-temperature hydrogen-containing gas or a hydrogen plasma, or in an atmosphere of an oxygen-containing gas, carbon reacts in a contact portion between the layer and the gaseous phase, and volatile Is formed and diffuses into the gas phase and is removed. A concentration distribution is formed in the layer in which carbon is dissolved, thereby promoting the solid solution of carbon in the diamond.
【００１０】鉄、コバルト、ニッケルは炭素を固溶しや
すく、除去しやすい物質なので、エッチングをより良好
に行うことが可能になる。[0010] Since iron, cobalt and nickel are substances that easily dissolve carbon and are easy to remove, it is possible to perform etching more favorably.
【００１１】[0011]
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１２】まず、表面がダイアモンドの基板上に所定
のパターンで金属層を形成する。この層はダイアモンド
を固溶し得るものを用い、特に良好に固溶し得るもの、
例えば、鉄、コバルト、ニッケルやこれらを少なくとも
一つを含む合金を材料とするのが望ましい。図１は、そ
のパターンの一例を示したもので、基板１１０上に所定
のパターンで金属層１２０ａ，ｂが形成されているる様
子を示したものである。このパターンの形成には、メタ
ルマスクを用いる既存の方法で形成し得る（図２
（ａ））。First, a metal layer is formed in a predetermined pattern on a substrate having a diamond surface. This layer is made of a material that can form a solid solution with diamond.
For example, it is desirable to use iron, cobalt, nickel, or an alloy containing at least one of these materials. FIG. 1 shows an example of the pattern, in which metal layers 120 a and 120 b are formed in a predetermined pattern on a substrate 110. This pattern can be formed by an existing method using a metal mask (FIG. 2).
(A)).
【００１３】つぎに、加熱処理を行う。加熱を行うこと
によって基板表面のダイアモンドと金属層の界面からダ
イアモンド表面の炭素原子が金属層に固溶して行く。固
溶した炭素原子は、金属層中を拡散し、金属層の反対側
（気相側）の表面に析出する。この炭素原子の固溶，拡
散，析出の一連の反応が進み、基板表面のダイアモンド
がエッチングされて行く。このとき、温度が低いと炭素
の固溶速度が遅くなるので、セ氏５００度以上が望まし
い。また、温度が高すぎると金属層が設けられていない
部分の炭素もグラファイト化してしまうので、セ氏１２
００度以下にしておくのが望ましい。Next, a heat treatment is performed. By performing heating, carbon atoms on the diamond surface dissolve into the metal layer from the interface between the diamond on the substrate surface and the metal layer. The dissolved carbon atoms diffuse in the metal layer and deposit on the surface on the opposite side (gas phase side) of the metal layer. A series of reactions of solid solution, diffusion and precipitation of carbon atoms proceed, and the diamond on the substrate surface is etched. At this time, if the temperature is low, the rate of solid solution of carbon becomes slow. If the temperature is too high, the carbon in the portion where the metal layer is not provided is also graphitized.
It is desirable to keep it at 00 degrees or less.
【００１４】また、試料（基板１１０）の加熱処理は、
金属層表面で炭素と反応し揮発性の反応生成物を生成し
得るガスの雰囲気で行うとエッチングが促進される。こ
の加熱処理には、ガス雰囲気で満たされた加熱装置付の
チャンバーを用い、特にプラズマ雰囲気で行うときは、
平行平板型，誘導型などのプラズマを発生することが可
能な既存装置を用いうる。加熱処理を水素プラズマ中，
水素若しくは酸素雰囲気中などの気相中で行うと、金属
層の気相側の表面に析出したグラファイトが気相中の反
応ガス或いはプラズマと反応し、揮発性の反応生成物が
生成する。この反応生成物は気相中に拡散し、金属層中
の炭素が除去されることになる。金属層中には気相側の
方が炭素の濃度が低くなって炭素の濃度分布が生じ、金
属層中の炭素の拡散が促進することになる。また、ダイ
アモンド表面の炭素の濃度も低くなるので、ダイアモン
ド表面の炭素原子の固溶を促進することになる。The heat treatment of the sample (substrate 110)
Etching is accelerated in an atmosphere of a gas that can react with carbon on the surface of the metal layer and generate a volatile reaction product. For this heat treatment, use a chamber with a heating device filled with a gas atmosphere, especially when performed in a plasma atmosphere,
Existing devices that can generate plasma, such as a parallel plate type and an induction type, can be used. Heat treatment in hydrogen plasma
When performed in a gas phase such as a hydrogen or oxygen atmosphere, graphite deposited on the gas phase side surface of the metal layer reacts with a reaction gas or plasma in the gas phase to generate a volatile reaction product. This reaction product diffuses into the gas phase, and carbon in the metal layer is removed. In the metal layer, the concentration of carbon is lower on the gaseous phase side, so that a carbon concentration distribution occurs, and the diffusion of carbon in the metal layer is promoted. Further, since the concentration of carbon on the diamond surface is also reduced, solid solution of carbon atoms on the diamond surface is promoted.
【００１５】図２（ｂ）は、基板１１０の表面のダイア
モンドが金属層１２０ａ，ｂによってエッチングされて
いる様子を示したものである。特に、金属層に炭素を良
好に固溶し得るものを用いていれば上述の反応が良好に
進行する。所定の時間加熱してエッチングした後、金属
層を溶解などにより除去してエッチングを完了する（図
２（ｃ））。このエッチング方法では、エッチングマス
クを設けずにエッチングを行うことが可能であり、表面
がマスク材で汚染されることなしに選択エッチングを行
うことを可能としている。そのため、簡便で極めて清浄
なエッチングになる。FIG. 2B shows that the diamond on the surface of the substrate 110 is etched by the metal layers 120a and 120b. In particular, the above-mentioned reaction proceeds favorably if a metal layer that can dissolve carbon well is used. After heating and etching for a predetermined time, the metal layer is removed by dissolution or the like to complete the etching (FIG. 2C). In this etching method, etching can be performed without providing an etching mask, and selective etching can be performed without contaminating the surface with a mask material. Therefore, simple and extremely clean etching is achieved.
【００１６】表１は、金属層，雰囲気，温度をかえてエ
ッチングを行った結果を示したものである。試料には、
２mm×１．５mm×０．３mmの大きさの高圧合成Ｉｂ（１
００）のダイアモンドの基板を用い、図１に示したパタ
ーンの金属層を１μｍの厚さで蒸着して用いた。熱処理
を４時間とし、その後、残留した金属層を塩酸に浸して
除去した。そして、エッチングされた深さを触診式段差
計で測定してエッチング速度を求めた。Table 1 shows the results of etching performed while changing the metal layer, atmosphere, and temperature. The sample contains
High-pressure synthetic Ib (2 mm x 1.5 mm x 0.3 mm)
00), a metal layer having the pattern shown in FIG. 1 was deposited to a thickness of 1 μm and used. The heat treatment was performed for 4 hours, after which the remaining metal layer was immersed in hydrochloric acid and removed. Then, the etched depth was measured with a palpable step meter to determine the etching rate.
【００１７】[0017]
【表１】 [Table 1]
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上の通り本発明のダイアモンドのエッ
チング方法によれば、エッチングする部分に形成した層
にダイアモンド中の炭素を固溶させて行われるので、ダ
イアモンド表面にエッチングマスクを形成する必要がな
くなり、極めて清浄なダイアモンドのエッチングを行う
ことができる。As described above, according to the diamond etching method of the present invention, since carbon in diamond is dissolved in the layer formed on the portion to be etched, it is necessary to form an etching mask on the diamond surface. And it is possible to perform very clean etching of diamond.
【図１】基板上のパターンの例を示す図。FIG. 1 is a view showing an example of a pattern on a substrate.
【図２】エッチングの様子を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a state of etching.
１１０…基板、１２０…金属層。 110: substrate, 120: metal layer.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−160700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−41800（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 31/06 C23F 4/00 C30B 29/04 H01L 21/3065 Continuation of front page (56) References JP-A-2-160700 (JP, A) JP-A-62-41800 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01B 31 / 06 C23F 4/00 C30B 29/04 H01L 21/3065
Claims (4)
分に、ダイアモンド中の炭素を固溶する層を形成し、 加熱をした後、前記層を除去することを特徴とするダイ
アモンドのエッチング方法。1. A method for etching a diamond, comprising forming a layer in which carbon in the diamond is dissolved in a portion of the surface where the diamond is to be etched, heating and removing the layer.
ち少なくとも一つを含む金属の層であることを特徴とす
る請求項１記載のダイアモンドのエッチング方法。2. The method according to claim 1, wherein the layer is a metal layer containing at least one of iron, cobalt, and nickel.
しくは水素のプラズマの雰囲気中で行われることを特徴
とする請求項１記載のダイアモンドのエッチング方法。3. The diamond etching method according to claim 1, wherein the heating is performed in an atmosphere of a high-temperature hydrogen-containing gas or hydrogen plasma.
中で行われることを特徴とする請求項１記載のダイアモ
ンドのエッチング方法。4. The diamond etching method according to claim 1, wherein the heating is performed in an atmosphere of a gas containing oxygen.
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