JP3238545B2 - Method for forming initial diamond nucleus and method for producing diamond thin film - Google Patents
Method for forming initial diamond nucleus and method for producing diamond thin filmInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ダイヤモンド初期核
の形成方法およびダイヤモンド薄膜の製造方法に関し、
更に詳しくは、高性能な電子デバイスの構成材料等に好
適なダイヤモンドを容易にかつ簡便に、しかも選択的に
再現性よく製造することができる、ダイヤモンド初期核
の形成方法およびダイヤモンド薄膜の製造方法に関す
る。The present invention relates to a method for forming an initial diamond nucleus and a method for producing a diamond thin film.
More specifically, the present invention relates to a method for forming a diamond initial nucleus and a method for producing a diamond thin film, which can easily and simply produce diamond suitable for a constituent material of a high-performance electronic device and the like with good reproducibility. .
【0002】[0002]
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近時、ダ
イヤモンド薄膜の電子デバイスへの応用・研究が盛んで
ある。ダイヤモンド薄膜を各種デバイスの集積やデバイ
ス間の配線に応用する場合、所望の形状のダイヤモンド
薄膜を選択的に形成する技術が必要となる。従来、かか
る技術として、ダイヤモンドの選択形成方法が幾つか提
案されている。しかし、これら従来の方法においては、
製造工程が煩雑であり、選択比も高くないので、所望の
形状のダイヤモンド薄膜を容易にかつ再現性よく製造す
るのが困難であるという問題があった。2. Description of the Related Art Recently, application and research of diamond thin films to electronic devices has been actively conducted. When a diamond thin film is applied to integration of various devices or wiring between devices, a technique for selectively forming a diamond thin film having a desired shape is required. Conventionally, as such a technique, several methods for selectively forming diamond have been proposed. However, in these conventional methods,
Since the manufacturing process is complicated and the selectivity is not high, there is a problem that it is difficult to easily and reproducibly produce a diamond thin film having a desired shape.
【0003】かかる問題を解決すべく、特開昭63−3
15598号公報には、基板の表面に、傷付け処理を
し、所定のマスクを形成し、アルゴンイオンビームによ
るエッチングを行い、前記マスクを除去した後、気相法
によりダイヤモンド薄膜を形成する方法が提案されてい
る。しかしながら、この方法の場合、選択比を向上させ
るためには、前記エッチング処理を強くする必要があ
り、その結果、基板を傷付けてしまい、所望の形状のダ
イヤモンドを容易に製造することができないという問題
がある。一方、基板をケミカルエッチングする方法や基
板に鉄薄膜によるパターンを形成する方法などが提案さ
れているが、これらの方法においても、依然、工程が煩
雑である、選択比の向上が図れない等の問題は解決され
ていない。In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 15598 proposes a method in which a surface of a substrate is scratched, a predetermined mask is formed, etching is performed by an argon ion beam, the mask is removed, and a diamond thin film is formed by a vapor phase method. Have been. However, in the case of this method, in order to improve the selectivity, it is necessary to strengthen the etching treatment, and as a result, the substrate is damaged, and a diamond having a desired shape cannot be easily manufactured. There is. On the other hand, a method of chemically etching a substrate and a method of forming a pattern using an iron thin film on a substrate have been proposed. In these methods, however, the steps are still complicated, and the selectivity cannot be improved. The problem has not been solved.
【0004】この発明は、前記問題を解決し、高性能な
半導体デバイスや光導波路等に好適なダイヤモンド薄膜
を容易にかつ簡便に、しかも所望の形状に再現性よく製
造することができる、ダイヤモンド初期核の形成方法お
よびダイヤモンド薄膜の製造方法を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and can easily and simply produce a diamond thin film suitable for high-performance semiconductor devices and optical waveguides into a desired shape with good reproducibility. An object is to provide a method for forming a nucleus and a method for manufacturing a diamond thin film.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の前記請求項1に記載の発明は、基板の表面に炭素含有
薄膜を形成した後、前記炭素含有薄膜にイオンビーム処
理(水素イオンビーム処理を除く。)を行うことを特徴
とするダイヤモンド初期核の形成方法であり、前記請求
項2に記載の発明は、前記イオンビーム処理が、イオン
ビームによる描画である前記請求項1に記載のダイヤモ
ンド初期核の形成方法であり、前記請求項3に記載の発
明は、基板の表面に炭素含有薄膜を形成し、前記炭素含
有薄膜にイオンビーム処理(水素イオンビーム処理を除
く。)を行った後、気相法により前記基板の表面にダイ
ヤモンド薄膜を形成することを特徴とするダイヤモンド
薄膜の製造方法である。According to the first aspect of the present invention, a carbon-containing thin film is formed on a surface of a substrate, and then the carbon-containing thin film is treated with an ion beam (hydrogen ion beam). The method according to claim 2, wherein the ion beam processing is drawing by an ion beam. The invention according to claim 3 is a method for forming an initial diamond nucleus, wherein a carbon-containing thin film is formed on a surface of a substrate, and the carbon-containing thin film is subjected to ion beam treatment (excluding hydrogen ion beam treatment).
Good. ) , And then forming a diamond thin film on the surface of the substrate by a vapor phase method.
【0006】以下に、この発明に係るダイヤモンド初期
核の形成方法およびダイヤモンド薄膜の製造方法につき
詳細に説明する。Hereinafter, a method for forming an initial diamond nucleus and a method for manufacturing a diamond thin film according to the present invention will be described in detail.
【0007】この発明に係るダイヤモンド初期核の形成
方法は、1)基板の表面に炭素含有薄膜を形成する工程
(以下、炭素含有薄膜形成工程と称する。)と、2)前
記炭素含有薄膜にイオンビームによる処理を行う工程
(以下、イオンビーム処理工程と称する。)とを有す
る。また、この発明に係るダイヤモンド薄膜の製造方法
は、前記1)および2)の他、更に3)気相法により前
記基板の表面にダイヤモンド薄膜を形成する工程(以
下、ダイヤモンド薄膜形成工程と称する。)を有する。
以下、前記各工程につき順を追って説明する。The method for forming an initial diamond nucleus according to the present invention includes the following steps: 1) a step of forming a carbon-containing thin film on the surface of a substrate (hereinafter referred to as a carbon-containing thin film forming step); Performing a process using a beam (hereinafter, referred to as an ion beam processing step). Further, the method for producing a diamond thin film according to the present invention includes, in addition to the above 1) and 2), 3) a step of forming a diamond thin film on the surface of the substrate by a vapor phase method (hereinafter referred to as a diamond thin film forming step). ).
Hereinafter, the respective steps will be described in order.
【0008】1)炭素含有薄膜形成工程 この炭素含有薄膜形成工程においては、基板の表面に炭
素含有薄膜を形成する。1) Step of forming a carbon-containing thin film In this step of forming a carbon-containing thin film, a carbon-containing thin film is formed on the surface of a substrate.
【0009】−基板− 前記基板としては、炭化物を形成し得る材質であれば特
に制限はなく、例えばSi、ガリウム−ヒ素、SiO
2 、セラミックス、サファイヤ、超硬合金等を挙げるこ
とができる。前記基板は、P型あるいはN型の半導体で
あってもよい。この発明においては、これらの中でも、
これらの単結晶基板が好ましく、特にSi単結晶基板が
好ましい。前記基板の比抵抗としては、通常10-6〜1
03 Ω・cmである。前記基板の大きさ、形状等は適宜
選択することができる。-Substrate-The substrate is not particularly limited as long as it is a material capable of forming a carbide. For example, Si, gallium-arsenic, SiO
2 , ceramics, sapphire, cemented carbide and the like. The substrate may be a P-type or N-type semiconductor. In the present invention, among these,
These single crystal substrates are preferable, and particularly, a Si single crystal substrate is preferable. The specific resistance of the substrate is usually 10 -6 to 1
0 3 Ω · cm. The size, shape, and the like of the substrate can be appropriately selected.
【0010】−炭素含有薄膜− 前記炭素含有薄膜としては、炭素を含有する薄膜であれ
ば特に制限はないが、例えばダイヤモンド・ライク・カ
ーボン(以下、DLCと称する。)、アモルファス・カ
ーボン、グラファイト等を挙げることができる。-Carbon-Containing Thin Film- The carbon-containing thin film is not particularly limited as long as it is a carbon-containing thin film. For example, diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC), amorphous carbon, graphite, etc. Can be mentioned.
【0011】前記炭素含有薄膜を形成する方法として
は、特に制限はなく、例えばPVD法、RFプラズマC
VD法、ECRプラズマCVD法、イオン化蒸着法、イ
オンプレーディング法、スパッタリング法、プラズマC
VD法等の従来法を挙げることができる。これらの中で
も、RFプラズマCVD法、イオン化蒸着法、スパッタ
リング法、プラズマCVD法が好ましい。また、各種の
塗布方法によって、グラファイト粉末のスラリーを基板
に塗布してもよい。The method for forming the carbon-containing thin film is not particularly limited. For example, PVD method, RF plasma C
VD method, ECR plasma CVD method, ionization evaporation method, ion plating method, sputtering method, plasma C
Conventional methods such as the VD method can be used. Among these, RF plasma CVD, ionization vapor deposition, sputtering, and plasma CVD are preferred. Further, the slurry of graphite powder may be applied to the substrate by various application methods.
【0012】前記炭素含有薄膜を形成する条件として
は、目的に応じて種々の励起方法、原料ガス、反応圧
力、反応温度、成長時間等を適宜選択することができ
る。As the conditions for forming the carbon-containing thin film, various excitation methods, source gases, reaction pressures, reaction temperatures, growth times, and the like can be appropriately selected depending on the purpose.
【0013】前記励起方法としては、DC、AC、RF
(13.56MHz)、マイクロ波(2.45GHz)
等による放電励起が好ましい。これらの中でもRFが好
ましい。As the excitation method, DC, AC, RF
(13.56 MHz), microwave (2.45 GHz)
And the like. Of these, RF is preferred.
【0014】前記原料ガスとしては、メタン、エタン、
一酸化炭素等が好ましく、特にメタン、メタン/水素の
混合ガス、メタン/アルゴン等の希ガスとの混合ガスが
好ましい。前記混合ガス中のメタンの含有率は、1〜1
00vol.%が好ましく、特に10〜100vol.
%が好ましい。The raw material gas includes methane, ethane,
Carbon monoxide and the like are preferable, and methane, a mixed gas of methane / hydrogen, and a mixed gas with a rare gas such as methane / argon are particularly preferable. The content of methane in the mixed gas is 1 to 1
00 vol. % Is preferred, especially 10 to 100 vol.
% Is preferred.
【0015】前記反応圧力(Pr)としては、合成法に
よって異なるので一概には規定できないが、例えばRF
プラズマ法においては、10-6〜10Torrが好まし
く、特に10-4〜1Torrが好ましい。The reaction pressure (Pr) cannot be specified unconditionally because it differs depending on the synthesis method.
In the plasma method, 10 -6 to 10 Torr is preferable, and 10 -4 to 1 Torr is particularly preferable.
【0016】前記反応温度としては、77K〜1100
℃が好ましく、特に室温〜500℃が好ましい。The reaction temperature is 77K to 1100
C is preferable, and room temperature to 500C is particularly preferable.
【0017】前記炭素含有薄膜の厚みとしては、通常5
0Å〜10μmであり、500Å〜1μmが好ましい。
前記厚みが、50Å未満であると、後に行うイオンビー
ム処理において、SiC等の炭化物薄膜を充分に形成す
ることができないことがある。一方、10μmを越える
と、SiC等の炭化物薄膜を形成するのに時間がかかり
効率的でないことがある。The thickness of the carbon-containing thin film is usually 5
0 ° to 10 μm, preferably 500 ° to 1 μm.
If the thickness is less than 50 °, it may not be possible to sufficiently form a carbide thin film such as SiC in the subsequent ion beam treatment. On the other hand, if it exceeds 10 μm, it takes time to form a carbide thin film such as SiC, which may be inefficient.
【0018】以上により、図3に示すように、基板1の
表面に炭素含有薄膜3を形成することができる。As described above, the carbon-containing thin film 3 can be formed on the surface of the substrate 1 as shown in FIG.
【0019】2)イオンビーム処理工程 このイオンビーム処理工程では、前記基板の表面に形成
した前記炭素含有薄膜にイオンビームによる処理を行
い、その一部または全部について炭化物薄膜パターンを
形成する。2) Ion beam treatment step In this ion beam treatment step, the carbon-containing thin film formed on the surface of the substrate is treated with an ion beam to form a carbide thin film pattern on part or all of the carbon-containing thin film.
【0020】−イオンビームによる処理− 前記イオンビームによる処理は、それ自体公知のイオン
ビーム装置を用いて、前記炭素含有薄膜にイオンビーム
を所定の条件にて照射することにより行うことができ
る。-Treatment with Ion Beam-The treatment with the ion beam can be performed by irradiating the carbon-containing thin film with the ion beam under predetermined conditions using a known ion beam apparatus.
【0021】前記イオンビーム装置としては、集束イオ
ンビーム装置を好適に挙げることができる。As the ion beam device, a focused ion beam device can be preferably exemplified.
【0022】前記イオンビームのイオン源としては、例
えばGa+ 、Ar+ 、Be+ 、Ge+ 、As+ 、Sb
+ 、Au+ 、B+ 、Si+ 等を挙げることができる。こ
れらの中でも、Ga+ が好ましい。As the ion source of the ion beam, for example, Ga + , Ar + , Be + , Ge + , As + , Sb
+ , Au + , B + , Si + and the like. Among these, Ga + is preferable.
【0023】前記条件としては、イオンビームの加速エ
ネルギー、照射量等を挙げることができる。The conditions include the acceleration energy of the ion beam, the irradiation dose, and the like.
【0024】前記イオンビームの加速エネルギーとして
は、通常1〜200keVであり、10〜150keV
が好ましく、特に40〜100keVが好ましい。前記
加速エネルギーが、1keV未満であると、ダイヤモン
ド初期核の発生密度が低下することがある。一方、20
0keVを越える場合にも、ダイヤモンド初期核の発生
密度が低下することがある。The acceleration energy of the ion beam is usually 1 to 200 keV, and 10 to 150 keV.
Is preferred, and particularly preferably 40 to 100 keV. When the acceleration energy is less than 1 keV, the generation density of diamond initial nuclei may decrease. On the other hand, 20
Even when it exceeds 0 keV, the generation density of diamond initial nuclei may decrease.
【0025】前記イオンビームの照射量としては、通常
1011〜1018/cm2 であり、1012〜1017/cm
2 が好ましく、特に1015〜1016/cm2 が好まし
い。前記照射量が、1011/cm2 未満であると、ダイ
ヤモンド初期核の発生密度が低下することがある。一
方、1018/cm2 を越えても、それに見合う効果は見
られない。The dose of the ion beam is usually 10 11 to 10 18 / cm 2 , and 10 12 to 10 17 / cm 2
2 is preferred, and particularly preferably 10 15 to 10 16 / cm 2 . If the irradiation amount is less than 10 11 / cm 2 , the generation density of diamond initial nuclei may decrease. On the other hand, even if it exceeds 10 18 / cm 2 , the effect corresponding thereto is not seen.
【0026】このように、基板表面の炭素含有薄膜にイ
オンビーム処理を施すことにより、ダイヤモンド初期核
の発生密度は107 〜1010個/cm2 となる。By subjecting the carbon-containing thin film on the substrate surface to the ion beam treatment, the initial diamond nucleus generation density becomes 10 7 to 10 10 / cm 2 .
【0027】なお、これら以外の条件、例えば圧力、温
度、時間、雰囲気等については適宜選択することができ
る。Note that conditions other than these, for example, pressure, temperature, time, atmosphere, etc., can be appropriately selected.
【0028】前記照射は、前記炭素含有薄膜の全面に行
ってもよく、あるいはその一部に行ってもよいが、この
発明においては、所望の部分に照射を行う、即ち前記照
射が描画であるのが好ましい。例えば、図2に示すよう
に、基板1の表面に形成された炭素含有薄膜3に、Ga
+ 等のイオンビームをライン状に照射する描画を行って
もよい。The irradiation may be performed on the entire surface of the carbon-containing thin film or on a part of the carbon-containing thin film. In the present invention, the irradiation is performed on a desired portion, that is, the irradiation is drawing. Is preferred. For example, as shown in FIG. 2, the carbon-containing thin film 3 formed on the surface of the substrate 1
Drawing may be performed by irradiating an ion beam such as + in a line shape.
【0029】前記描画は、種々の描画法を用いることが
でき、前記描画法としては、例えばサーペンタイン描画
法、バスケットウエーブ描画法、テーブル連続移動式描
画法、ステップアンドリピート式描画法等を挙げること
ができる。For the drawing, various drawing methods can be used. Examples of the drawing method include a serpentine drawing method, a basket wave drawing method, a continuously moving table drawing method, and a step-and-repeat drawing method. Can be.
【0030】−炭化物薄膜パターン− 前記イオンビームによる処理を行うと、炭素含有薄膜の
一部または全部が炭化物薄膜に変化する。その際、所望
の形状に前記描画を行うと、所望の形状の炭化物薄膜パ
ターンを形成することができる。例えば、図2に示すよ
うに、イオンビームをライン状に照射した場合には、図
1に示すようなライン状の炭化物薄膜パターン4を形成
することができる。-Carbide thin film pattern-When the treatment with the ion beam is performed, part or all of the carbon-containing thin film is changed into a carbide thin film. At this time, if the drawing is performed in a desired shape, a carbide thin film pattern having a desired shape can be formed. For example, as shown in FIG. 2, when the ion beam is irradiated linearly, a linear carbide thin film pattern 4 as shown in FIG. 1 can be formed.
【0031】前記炭化物薄膜は、前記基板の元素と前記
炭素含有薄膜に含まれる炭素との炭化物であり、例えば
前記基板にシリコンを用いた場合、前記炭化物薄膜は、
SiCである。この炭化物の形成は、炭素含有薄膜に含
まれる炭素の一部または全部が化合物を形成するように
する。The carbide thin film is a carbide of an element of the substrate and carbon contained in the carbon-containing thin film. For example, when silicon is used for the substrate, the carbide thin film is
SiC. The formation of the carbide causes part or all of the carbon contained in the carbon-containing thin film to form a compound.
【0032】3)ダイヤモンド薄膜形成工程 このダイヤモンド薄膜形成工程においては、前記基板の
表面に形成した前記炭化物薄膜パターン上にダイヤモン
ド薄膜をヘテロエピタキシャル形成させる。3) Diamond Thin Film Forming Step In this diamond thin film forming step, a diamond thin film is heteroepitaxially formed on the carbide thin film pattern formed on the surface of the substrate.
【0033】−ダイヤモンド薄膜− 前記ダイヤモンド薄膜をヘテロエピタキシャル形成させ
る方法としては、それ自体公知である各種のダイヤモン
ド気相合成法を用いることができる。具体的には、CV
D法、PVD法、PCVD法またはこれらを組合せた方
法等を挙げることができる。これらの中でも、通常EA
CVD法を含めた各種の熱フィラメント法、熱プラズマ
法を含めた各種の直流プラズマCVD法、熱プラズマ法
を含めたマイクロ波プラズマCVD法等を好適に挙げる
ことができる。-Diamond thin film- As a method of heteroepitaxially forming the diamond thin film, various diamond vapor phase synthesis methods known per se can be used. Specifically, CV
Examples include D method, PVD method, PCVD method, or a combination thereof. Among them, usually EA
Preferable examples include various hot filament methods including the CVD method, various DC plasma CVD methods including the thermal plasma method, and microwave plasma CVD methods including the thermal plasma method.
【0034】前記ダイヤモンド薄膜の形成方法に用いる
炭素源ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパ
ン、ブタン等のパラフィン系炭化水素;エチレン、プロ
ピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素;アセチレ
ン、アリレン等のアセチレン系炭化水素;ブタジエン、
アレン等のジオレフィン系炭化水素;シクロプロパン、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂
環式炭化水素;シクロブタジエン、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素;アセト
ン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケトン類;メ
タノール、エタノール等のアルコール類;この外の含酸
素炭化水素;トリメチルアミン、トリエチルアミン等の
アミン類;この外の含窒素炭化水素;炭酸ガス、一酸化
炭素、エ酸化炭素等を挙げることができる。これらの中
でも、メタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化
水素、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセ
トン、ベンゾフェノン等のケトン類、トリメチルアミ
ン、トリエチルアミン等のアミン類、炭酸ガス、一酸化
炭素が好ましく、特に一酸化炭素が好ましい。なお、こ
れらは一種単独で用いてもよく、二種以上を混合ガス等
として併用してもよい。また、これらは水素等の活性ガ
スやヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素等の
不活性ガスと混合して用いてもよい。Examples of the carbon source gas used in the method for forming the diamond thin film include paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane; olefinic hydrocarbons such as ethylene, propylene and butylene; and acetylene such as acetylene and allylene. -Based hydrocarbon; butadiene,
Diolefin hydrocarbons such as allene; cyclopropane,
Alicyclic hydrocarbons such as cyclobutane, cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as cyclobutadiene, benzene, toluene, xylene and naphthalene; ketones such as acetone, diethyl ketone and benzophenone; alcohols such as methanol and ethanol; Other oxygen-containing hydrocarbons; amines such as trimethylamine and triethylamine; other nitrogen-containing hydrocarbons; carbon dioxide, carbon monoxide, carbon oxide and the like. Among them, methane, ethane, paraffinic hydrocarbons such as propane, ethanol, alcohols such as methanol, acetone, ketones such as benzophenone, trimethylamine, amines such as triethylamine, carbon dioxide, and carbon monoxide are particularly preferable. Carbon monoxide is preferred. These may be used alone or in combination of two or more as a mixed gas. These may be mixed with an active gas such as hydrogen or an inert gas such as helium, argon, neon, xenon, or nitrogen.
【0035】前記ダイヤモンド薄膜の形成条件として
は、反応圧力、反応温度、反応時間等を挙げることがで
きる。The conditions for forming the diamond thin film include a reaction pressure, a reaction temperature, and a reaction time.
【0036】前記反応圧力としては、通常10-6〜10
3 Torrであり、好ましくは1〜760Torrであ
る。前記反応圧力が10-6Torr未満の場合、ダイヤ
モンド薄膜の形成速度が遅くなることがある。一方、1
03 Torrを越えると、103 Torrのときに得ら
れる効果に比べて、それ以上の効果が得られないことが
ある。The reaction pressure is usually from 10 -6 to 10
3 Torr, preferably 1 to 760 Torr. When the reaction pressure is less than 10 -6 Torr, the formation rate of the diamond thin film may be reduced. Meanwhile, 1
If the pressure exceeds 0 3 Torr, no further effect may be obtained compared to the effect obtained at 10 3 Torr.
【0037】前記反応温度としては、基板の表面温度を
基準にすることができる。前記基板の表面温度として
は、前記炭素源ガスの活性化手段等により異なるので、
一概に規定することはできないが、通常は室温〜1,2
00℃、好ましくは室温〜1,100℃である。前記基
板の表面温度が、室温未満であるとダイヤモンド薄膜の
形成が十分でないことがある。一方、1,200℃を超
えると形成したダイヤモンド薄膜にエッチングが生じる
ことがある。The reaction temperature can be based on the surface temperature of the substrate. Since the surface temperature of the substrate depends on the activation means of the carbon source gas and the like,
Although it cannot be specified unconditionally, it is usually between room temperature and 1,2
00 ° C, preferably room temperature to 1,100 ° C. If the surface temperature of the substrate is lower than room temperature, formation of a diamond thin film may not be sufficient. On the other hand, when the temperature exceeds 1,200 ° C., etching may occur in the formed diamond thin film.
【0038】前記反応時間としては、特に限定はなく、
ダイヤモンド薄膜が所望の厚みとなるように、ダイヤモ
ンド薄膜の形成速度に応じて適宜選択することができ
る。The reaction time is not particularly limited.
The thickness can be appropriately selected according to the diamond thin film forming speed so that the diamond thin film has a desired thickness.
【0039】前記ダイヤモンド薄膜の厚みとしては、使
用目的等に応じて適宜選択すればよく、この意味で特に
制限はないが、通常1〜100μmである。The thickness of the diamond thin film may be appropriately selected according to the purpose of use and the like, and is not particularly limited in this sense, but is usually 1 to 100 μm.
【0040】以上より、図1に示すように、基板1の表
面に形成した炭化物薄膜パターン4上にのみ所望の形状
および大きさを有するダイヤモンド薄膜2を、寸法精度
よく選択的にヘテロエピタキシャル形成することができ
る。As described above, as shown in FIG. 1, a diamond thin film 2 having a desired shape and size is selectively heteroepitaxially formed with good dimensional accuracy only on a carbide thin film pattern 4 formed on the surface of a substrate 1. be able to.
【0041】この発明のダイヤモンド初期核の形成方法
によると、微細な炭化物薄膜パターンの初期核を簡便な
操作で容易に形成することができる。また、この発明の
ダイヤモンド薄膜の形成方法によると、任意の形状のダ
イヤモンド薄膜を容易にかつ簡便に、しかも選択的に再
現性よく製造することができる。そして、得られるダイ
ヤモンド薄膜は、例えば電子デバイスの構成材料等の各
種電子材料をはじめとする広い分野において好適に用い
ることができる。According to the method for forming an initial diamond nucleus of the present invention, an initial nucleus of a fine carbide thin film pattern can be easily formed by a simple operation. Further, according to the method for forming a diamond thin film of the present invention, a diamond thin film having an arbitrary shape can be easily and simply manufactured, and selectively and with good reproducibility. The obtained diamond thin film can be suitably used in various fields including various electronic materials such as constituent materials of electronic devices.
【0042】[0042]
(実施例1) 1)炭素含有薄膜形成工程 −基板− 前記基板として、P+ (100)Si基板を用いた。(Example 1) 1) Step of forming carbon-containing thin film-substrate-As the substrate, a P + (100) Si substrate was used.
【0043】−炭素含有薄膜− 前記基板の表面に、RFプラズマCVD法を用い、0.
1Torr、室温の条件で20分間、50sccmのC
H4 を反応させることにより、厚み2000ÅのDLC
薄膜を形成した。-Carbon-Containing Thin Film- On the surface of the substrate, an RF plasma CVD method is used.
1 Torr, room temperature, 20 minutes, 50 sccm C
By reacting H 4 , DLC with a thickness of 2000 mm
A thin film was formed.
【0044】2)イオンビーム処理工程 −イオンビームによる処理− 集束イオンビーム装置を用い、イオンビームのイオン源
がGa+ 、その加速エネルギーが50keV、その照射
量が1015/cm2 である条件にて、前記DLC薄膜に
0.5mm間隔でライン状にイオンビームを描画した。2) Ion beam treatment step—Ion beam treatment— Using a focused ion beam apparatus, the ion source of the ion beam was Ga + , the acceleration energy was 50 keV, and the irradiation amount was 10 15 / cm 2. Then, an ion beam was drawn on the DLC thin film in a line at 0.5 mm intervals.
【0045】−炭化物薄膜パターン− 前記イオンビームによる処理の結果、DLCの一部が基
板のSiと反応してSiCとなり、0.5mm間隔のラ
イン状のSiCとDLCとによるパターンが形成され
た。-Carbide thin film pattern- As a result of the treatment with the ion beam, a part of the DLC reacts with Si of the substrate to form SiC, and a pattern of linear SiC and DLC at 0.5 mm intervals is formed.
【0046】なお、このとき、ダイヤモンド初期核を
7.5×108 個/cm2 という高い密度で形成するこ
とができた。At this time, the initial diamond nuclei could be formed at a high density of 7.5 × 10 8 / cm 2 .
【0047】3)ダイヤモンド薄膜形成工程 前記イオンビーム処理工程を経た基板の表面に、マイク
ロ波プラズマCVD法を用いて、40Torr、900
℃の条件下で1時間、CO/H2 =10/90sccm
を反応させることにより、ダイヤモンド薄膜を形成し
た。3) Diamond thin film forming step The surface of the substrate having undergone the above-mentioned ion beam processing step is subjected to microwave plasma CVD at 40 Torr and 900 Torr.
CO / H 2 = 10/90 sccm for 1 hour under the condition of
Was reacted to form a diamond thin film.
【0048】その結果、前記SiCによるパターン上に
ダイヤモンド薄膜が選択的に形成され、0.5mm幅の
ライン状のダイヤモンド薄膜を製造することができた。
なお、その際の選択比は、2×104 という高い値であ
った。As a result, a diamond thin film was selectively formed on the pattern made of SiC, and a linear diamond thin film having a width of 0.5 mm could be manufactured.
In this case, the selectivity was as high as 2 × 10 4 .
【0049】(比較例1)実施例1において、2)イオ
ンビーム処理工程を行わなかった外は、実施例1と同様
にしてダイヤモンド薄膜の製造を行った。(Comparative Example 1) A diamond thin film was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the ion beam treatment step was not performed.
【0050】その結果、基板の表面にダイヤモンドの粒
が104 個/cm2 の密度で形成されただけであった。As a result, only diamond grains were formed at a density of 10 4 / cm 2 on the surface of the substrate.
【0051】[0051]
【発明の効果】この発明によると、高性能な半導体デバ
イスや光導波路等に好適なダイヤモンド薄膜を容易にか
つ簡便に、しかも所望の形状に再現性よく製造すること
ができる、ダイヤモンド初期核の形成方法およびダイヤ
モンド薄膜の製造方法を提供することができる。According to the present invention, it is possible to easily and simply produce a diamond thin film suitable for high-performance semiconductor devices and optical waveguides into a desired shape with good reproducibility. A method and a method for producing a diamond thin film can be provided.
【図1】図1は、基板の表面にダイヤモンド薄膜が選択
的に形成された状態を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a state in which a diamond thin film is selectively formed on a surface of a substrate.
【図2】図2は、基板の表面に形成した炭素含有薄膜に
イオンビームを照射している状態を示す断面概略説明図
である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a state in which a carbon-containing thin film formed on a surface of a substrate is irradiated with an ion beam.
【図3】図3は、基板の表面に炭素含有薄膜が形成され
た状態を示す断面概略説明図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a state in which a carbon-containing thin film is formed on a surface of a substrate.
【符合の説明】 1・・・基板、2・・・ダイヤモンド、3・・・炭素含
有薄膜、4・・・炭化物薄膜パターン、[Description of Symbols] 1 ... substrate, 2 ... diamond, 3 ... carbon-containing thin film, 4 ... carbide thin film pattern,
Claims (3)
後、前記炭素含有薄膜にイオンビーム処理(水素イオン
ビーム処理を除く。)を行うことを特徴とするダイヤモ
ンド初期核の形成方法。After forming a carbon-containing thin film on a surface of a substrate, the carbon-containing thin film is subjected to an ion beam treatment (hydrogen ion
Excludes beam processing. A) forming a diamond initial nucleus.
による描画である前記請求項1に記載のダイヤモンド初
期核の形成方法。2. The method for forming an initial diamond nucleus according to claim 1, wherein said ion beam processing is drawing by an ion beam.
記炭素含有薄膜にイオンビーム処理(水素イオンビーム
処理を除く。)を行った後、気相法により前記基板の表
面にダイヤモンド薄膜を形成することを特徴とするダイ
ヤモンド薄膜の製造方法。3. A carbon-containing thin film is formed on a surface of a substrate, and the carbon-containing thin film is subjected to an ion beam treatment (hydrogen ion beam).
Excluding processing. ) , And then forming a diamond thin film on the surface of the substrate by a gas phase method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP24004193A JP3238545B2 (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Method for forming initial diamond nucleus and method for producing diamond thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24004193A JP3238545B2 (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Method for forming initial diamond nucleus and method for producing diamond thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797295A JPH0797295A (en) | 1995-04-11 |
| JP3238545B2 true JP3238545B2 (en) | 2001-12-17 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-09-27 JP JP24004193A patent/JP3238545B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0797295A (en) | 1995-04-11 |
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