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JPH0769793A - Selective growth method and selective epitaxial growth method for diamond crystals - Google Patents

Selective growth method and selective epitaxial growth method for diamond crystals

Info

Publication number
JPH0769793A
JPH0769793A JP21401193A JP21401193A JPH0769793A JP H0769793 A JPH0769793 A JP H0769793A JP 21401193 A JP21401193 A JP 21401193A JP 21401193 A JP21401193 A JP 21401193A JP H0769793 A JPH0769793 A JP H0769793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
substrate
crystal
diamond crystal
selective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21401193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Hirabayashi
敬二 平林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP21401193A priority Critical patent/JPH0769793A/en
Publication of JPH0769793A publication Critical patent/JPH0769793A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体基板上に絶縁性マスクを形成した後
に、少なくとも炭素を含有するプラズマ中で前記基体に
−20V〜−400Vまたは40V〜400Vのバイア
ス電圧を印加してダイヤモンド結晶核を形成するプラズ
マ処理を施した後に、気相合成法を用いて前記絶縁性マ
スクパターン以外の部分に選択的にダイヤモンド結晶を
形成する。 【効果】 ダイヤモンド結晶核を導電性の領域に形成す
る一方、ダイヤモンド結晶核を生じない絶縁性マスクの
形成された領域を作ることにより、多数のダイヤモンド
結晶核が存在する領域では選択的にダイヤモンド結晶の
成長が促進されるので、ダイヤモンド結晶の選択成長法
を実現することができる。
(57) [Summary] A diamond crystal is formed by forming an insulating mask on a semiconductor substrate and then applying a bias voltage of -20 V to -400 V or 40 V to 400 V to the substrate in a plasma containing at least carbon. After performing a plasma treatment for forming nuclei, a diamond crystal is selectively formed on a portion other than the insulating mask pattern by using a vapor phase synthesis method. [Effect] While diamond crystal nuclei are formed in a conductive region, by forming a region in which an insulating mask is formed that does not generate diamond crystal nuclei, diamond crystals are selectively formed in a region where many diamond crystal nuclei exist. Since the growth of diamond is promoted, a selective growth method of diamond crystals can be realized.

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、ダイヤモンド結晶の選
択成長法または選択エピタキシャル成長法に関し、特
に、均一で平滑性の高いダイヤモンド結晶の選択単結晶
膜または選択エピタキシャル単結晶膜を形成する方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a selective growth method or a selective epitaxial growth method for a diamond crystal, and more particularly to a method for forming a selective single crystal film or a selective epitaxial single crystal film of a diamond crystal having high uniformity and smoothness.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは、大きなバンドキャップ
(5.5eV)、大きなキャリア移動度(電子1800
cm2 /V・S、正孔1600cm2 /V・S)、大き
な熱伝導度(20W/cm・K)を持ち、更に高硬度で
耐摩耗性に優れる等の他の材料では得られない種々の特
性を有している。
2. Description of the Related Art Diamond has a large band cap (5.5 eV) and a large carrier mobility (electron 1800
cm 2 / V · S, holes 1600 cm 2 / V · S), large thermal conductivity (20 W / cm · K), high hardness and excellent abrasion resistance, and other materials that cannot be obtained with other materials. It has the characteristics of

【0003】このため、近年、気相からダイヤモンド合
成、特に化学的気相析出法(CVD法)での研究が進ん
でおり、選択成長法及び選択エピタキシャル成長法につ
いても報告がなされている。
For this reason, in recent years, studies have been conducted on the synthesis of diamond from the vapor phase, particularly the chemical vapor deposition method (CVD method), and reports have been made on the selective growth method and the selective epitaxial growth method.

【0004】従来の、CVD法で形成されるダイヤモン
ド結晶の選択成長法には以下のようなものがあった。 (1)特開昭63−315598号公報に開示されてい
る方法によれば、基板に研磨により微細な凹凸を形成し
た後、マスクを形成し、更にマスク形成部位以外の凹凸
をイオンビームエッチングで除去した後、マスクを除去
し、マスクを形成した部位以外の部分に選択的にダイヤ
モンド結晶を形成する。 (2)特開昭62−297298号公報に開示されてい
る方法によれば、基体に微細な傷を形成した後、アモル
ファス性材料をパターン状に形成し、前記パター以外の
部位に選択的にダイヤモンド結晶を形成する。
The conventional selective growth method of diamond crystals formed by the CVD method has been as follows. (1) According to the method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-315598, after forming fine irregularities on a substrate by polishing, a mask is formed, and then irregularities other than the mask formation site are subjected to ion beam etching. After the removal, the mask is removed, and diamond crystals are selectively formed on the portion other than the portion where the mask is formed. (2) According to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-297298, fine scratches are formed on a substrate, and then an amorphous material is formed in a pattern to selectively select a portion other than the putter. Form diamond crystals.

【0005】また、従来のCVD法によるエピタキシャ
ル成長法及び選択エピタキシャル成長法には以下のよう
なものがあった。 (3)基体としては天然、または人工ダイヤモンド結晶
への、ホモエピタキシャル成長、およびダイヤモンド結
晶に近い結晶構造を持つ立方晶窒化ホウ素(c−BN)
へのヘテロエピタキシャル成長によるもの。これらは共
に、下地基体とエピタキシャル関係を持ち、非常に平滑
性の高い単結晶膜が得られる。更に、ダイヤモンド基体
に酸化けい素膜よりなるマスクパターンを形成すること
により、マスクパターン形成部位以外の部分に選択エピ
タキシャル成長させることができる。 (4)基体としてニッケルを用いた場合、ダイヤモンド
結晶が粒子状にエピタキシャル成長する(第4回ダイヤ
モンドシンポジウム講演要旨集、13ページ、平成3年
1月22−23日)。 (5)また、特開昭63−252997号公報によれ
ば、SiC基板上にダイヤモンド結晶がエピタキシャル
成長することが記載されている。また、Applied Physic
s Letter誌、第62巻、11号、1215ページ(19
93年)の、S.W.ウォルターらの報告によれば、炭素源
プラズマ中にSiC膜を形成した基体を設置し、更に基
体に負バイアスを引火することにより結晶配向性の高い
ダイヤモンド結晶が得られることが報告されている。
Further, there are the following conventional epitaxial growth methods and selective epitaxial growth methods by the CVD method. (3) As the substrate, cubic boron nitride (c-BN) having a homoepitaxial growth on a natural or artificial diamond crystal and a crystal structure close to that of a diamond crystal
By heteroepitaxial growth. Both of these have an epitaxial relationship with the base substrate, and a very smooth single crystal film can be obtained. Further, by forming a mask pattern made of a silicon oxide film on the diamond substrate, selective epitaxial growth can be performed on a portion other than the mask pattern forming portion. (4) When nickel is used as the substrate, diamond crystals are epitaxially grown in the form of particles (Abstracts of the 4th Diamond Symposium Lecture, page 13, January 22-23, 1991). (5) Further, JP-A-63-252997 describes that diamond crystals are epitaxially grown on a SiC substrate. Also, Applied Physic
s Letter, Vol. 62, No. 11, p. 1215 (19
1993), SW Walter et al. Reported that a diamond crystal with high crystal orientation can be obtained by placing a substrate on which a SiC film is formed in a carbon source plasma and then igniting a negative bias on the substrate. Has been reported.

【0006】しかしながら、上記従来例で形成されたダ
イヤモンド結晶の選択成長法及びエピタキシャル成長法
には以下のような問題点があった。 (1)及び(2)の選択成長法は、ダイヤモンド結晶核
の発生密度を向上させるために基体に対して微細な凹凸
を形成する「傷つけ処理」を行う必要がある。この処理
は通常、基体をダイヤモンド砥粒を用いて研磨する。又
砥粒を含有する液体中に基体をい入れ、超音波振動を印
加させる。等の方法で行う。この時、傷つけのムラが生
じ易く、更に再現性にも乏しいと言った問題点がる。 (3)ダイヤモンド及び立方晶窒化ホウ素基体へのエピ
タキシャル成長で得られる単結晶膜は、平滑で結晶性も
良好であるが、基体が非常に高価であり実用的でない。 (4)ニッケル基体上へのダイヤモンド結晶のエピタキ
シャル成長では、ダイヤモンド結晶核の発生密度が小さ
いため、均一なエピタキシャル膜が得られない。更に
は、ニッケルにダイヤモンド結晶が侵食されダイヤモン
ド結晶の成長が阻害される。 (5)SiC上へのエピタキシャル成長においても、基
板に前処理を施さない場合、一般的にダイヤモンド結晶
核の発生密度が低く、均一で平坦性の良好なエピタキシ
ャルダイヤモンド結晶膜が得られない。プラズマ中での
バイアス処理によりダイヤモンド結晶核の形成密度が向
上するが、この方法を用いた選択成長法及び選択エピタ
キシャル成長法については、何等報告がされていない。
However, the selective growth method and the epitaxial growth method of the diamond crystal formed in the above-mentioned conventional example have the following problems. In the selective growth methods (1) and (2), it is necessary to perform "damage treatment" for forming fine irregularities on the substrate in order to improve the generation density of diamond crystal nuclei. This process typically involves polishing the substrate with diamond abrasive. Also, the substrate is put in a liquid containing abrasive grains and ultrasonic vibration is applied. Etc. At this time, there is a problem that unevenness in scratches easily occurs and the reproducibility is poor. (3) A single crystal film obtained by epitaxial growth on a diamond or cubic boron nitride substrate is smooth and has good crystallinity, but the substrate is very expensive and not practical. (4) In the epitaxial growth of diamond crystals on a nickel substrate, a uniform epitaxial film cannot be obtained because the generation density of diamond crystal nuclei is low. Furthermore, the diamond crystal is eroded by nickel and the growth of the diamond crystal is hindered. (5) Even in the epitaxial growth on SiC, if the substrate is not pretreated, the generation density of diamond crystal nuclei is generally low and a uniform and flat epitaxial diamond crystal film cannot be obtained. The formation density of diamond crystal nuclei is improved by the bias treatment in plasma, but no report has been made on the selective growth method and the selective epitaxial growth method using this method.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来例
の問題点に鑑み、炭素源プラズマ中でのバイアスプラズ
マ処理によるダイヤモンド結晶核形成と基体材質の関係
について詳細な検討い、基板材質と基板上に形成したマ
スタパターン材質を特定の組み合わせにすることによ
り、ダイヤモンド砥粒を用いた「傷つけ処理」を用いる
ことなく、選択成長、更にはエピタキシャル成長を実現
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the above-mentioned conventional examples, the present invention has made a detailed study on the relationship between the formation of diamond crystal nuclei by a bias plasma treatment in a carbon source plasma and the substrate material. It is an object of the present invention to realize selective growth and further epitaxial growth by using a specific combination of master pattern materials formed on a substrate without using a “damage treatment” using diamond abrasive grains.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、気相合成法を用いた、ダイヤモンド結晶の選択成
長法において、半導体基板上に絶縁性マスクを形成した
後に、少なくとも炭素を含有するプラズマ中で前記基体
に−20V〜−400Vまたは40V〜400Vのバイ
アス電圧を印加してダイヤモンド結晶核を形成するプラ
ズマ処理を施した後に、気相合成法を用いて前記絶縁性
マスクパターン以外の部分に選択的にダイヤモンド結晶
を形成することを特徴とするダイヤモンド結晶の選択成
長法である。基体上に、炭素源プラズマ中での基体のバ
イアスプラズマ処理の効果によりダイヤモンド結晶核を
導電性の領域(半導体結晶基体の露出した領域)に形成
する一方、バイアス処理の効果を生じず、ダイヤモンド
結晶核を生じない領域(絶縁性マスクの形成された領
域)を作ることにより、多数のダイヤモンド結晶核が存
在する領域では選択的にダイヤモンド結晶の成長が促進
されるので、「傷つけ処理」を実施することなくダイヤ
モンド結晶の選択成長法を実現することができる。
Means for Solving the Problems The present invention, which achieves the above object, is intended to contain at least carbon after forming an insulating mask on a semiconductor substrate in a selective growth method of a diamond crystal using a vapor phase synthesis method. After applying a bias voltage of −20 V to −400 V or 40 V to 400 V to the substrate in plasma to form diamond crystal nuclei, a vapor phase synthesis method is used to form a pattern other than the insulating mask pattern. This is a selective growth method of a diamond crystal, which is characterized by selectively forming a diamond crystal in a portion. The diamond crystal nuclei are formed on the substrate in the conductive region (the exposed region of the semiconductor crystal substrate) by the effect of the bias plasma treatment of the substrate in the carbon source plasma. By creating a region that does not generate nuclei (region where an insulating mask is formed), diamond crystal growth is selectively promoted in a region where many diamond crystal nuclei are present, so "damage treatment" is performed. It is possible to realize a selective growth method of diamond crystals without any.

【0009】また、本発明は、気相合成法を用いた、ダ
イヤモンド結晶の選択エピタキシャル成長法において、
半導体または絶縁体単結晶基体上にSiC層をエピタキ
シャル成長させた後に、前記SiC層上に絶縁性マスク
パターンを形成し、更に少なくとも炭素を含有するプラ
ズマ中で前記基体に−20V〜−400Vまたは40V
〜400Vのバイアス電圧を印加してダイヤモンド結晶
核を形成するプラズマ処理を施し、更にその後に、気相
合成法を用いて前記絶縁性マスクパターン以外の部分に
選択的にダイヤモンド結晶のエピタキシャル層を形成す
ることを特徴とするダイヤモンド結晶の選択エピタキシ
ャル成長法である。前述の選択成長法と同様の原理に基
づき、更にダイヤモンド結晶核が形成される領域をSi
C単結晶層とすることにより、マスタパターン以外の部
位に選択的にダイヤモンド結晶をエピタキシャル成長さ
せる選択エピタキシャル成長が可能となる。
Further, the present invention provides a selective epitaxial growth method for diamond crystals using a vapor phase synthesis method,
After epitaxially growing a SiC layer on a semiconductor or insulator single crystal substrate, an insulating mask pattern is formed on the SiC layer, and the substrate is -20 V to -400 V or 40 V in a plasma containing at least carbon.
A plasma treatment for forming diamond crystal nuclei is applied by applying a bias voltage of ˜400 V, and thereafter, an epitaxial layer of diamond crystals is selectively formed on a portion other than the insulating mask pattern by using a vapor phase synthesis method. This is a selective epitaxial growth method for diamond crystals. Based on the same principle as the selective growth method described above, a region where diamond crystal nuclei are formed
The use of the C single crystal layer enables selective epitaxial growth in which a diamond crystal is selectively epitaxially grown in a portion other than the master pattern.

【0010】以下、本発明を模式図を用いて説明する。
図1は本発明の選択成長の模式図である。まず、基体1
上に絶縁性マスタパターン2を形成する[図1
(a)]。次に、バイアスプラズマ処理により、絶縁性
マスタパターン2が形成されていない領域にダイヤモン
ド結晶核3が形成され[図1(b)]、更に通常のダイ
ヤモンド結晶形成を行うことにより、絶縁性マスタパタ
ーン2を形成されていない領域に多結晶ダイヤモンド結
晶層4が形成される[図1(c)]。
The present invention will be described below with reference to schematic drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of the selective growth of the present invention. First, the base 1
An insulating master pattern 2 is formed on the upper surface [Fig. 1
(A)]. Next, by the bias plasma treatment, the diamond crystal nuclei 3 are formed in the region where the insulating master pattern 2 is not formed [FIG. 1 (b)], and further the normal diamond crystal formation is performed, whereby the insulating master pattern 2 is formed. A polycrystalline diamond crystal layer 4 is formed in a region where 2 is not formed [FIG. 1 (c)].

【0011】図2は本発明の選択エピタキシャル成長の
模式図である。まず、基体21上に単結晶SiC膜22
を形成[図2(a)]した後、絶縁性マスタパターン2
3を形成する[図2(b)]。次に、バイアスプラズマ
処理により、絶縁性マスタパターン23が形成されてい
ない領域にダイヤモンドエピタキシャル結晶核24が形
成され[図2(c)]、更に通常のダイヤモンド結晶形
成を行うことにより、絶縁性マスタパターン23が形成
されていない領域にダイヤモンド結晶エピタキシャル層
25が形成される[図2(d)]。
FIG. 2 is a schematic view of the selective epitaxial growth of the present invention. First, the single crystal SiC film 22 is formed on the substrate 21.
After forming [Fig. 2 (a)], the insulating master pattern 2 is formed.
3 is formed [FIG. 2 (b)]. Next, by the bias plasma treatment, the diamond epitaxial crystal nuclei 24 are formed in the region where the insulating master pattern 23 is not formed [FIG. 2 (c)], and further the normal diamond crystal formation is performed, whereby the insulating master is formed. A diamond crystal epitaxial layer 25 is formed in a region where the pattern 23 is not formed [FIG. 2 (d)].

【0012】本発明で言うエピタキシャル成長とは、下
地の単結晶基体上にその結晶方位と一定の方位関係を有
する結晶が成長することを言う。例えば、本発明で用い
られるSiC単結晶薄膜上においては、SiC{10
0}面上にはダイヤモンド結晶{100}面が、またS
iC{111}面上にはダイヤモンド結晶{111}面
が形成される。
The epitaxial growth referred to in the present invention means that a crystal having a certain orientation relationship with its crystal orientation grows on an underlying single crystal substrate. For example, on the SiC single crystal thin film used in the present invention, SiC {10
A diamond crystal {100} plane is present on the 0} plane and S
A diamond crystal {111} plane is formed on the iC {111} plane.

【0013】また、本発明で言う炭素源プラズマ中で基
体にバイアスを印加するプラズマ処理とは、少なくとも
炭素を含有する原料ガスをプラズマ化し、そのプラズマ
中に基体を設置し、更にその基体にバイアスを印加し
て、基体表面を活性化してダイヤモンド結晶核を形成す
る方法である。このプラズマ処理により、ダイヤモンド
結晶核が多数形成されるためダイヤモンド結晶の析出量
が増加し、ダイヤモンド単結晶膜が形成される。
The plasma treatment for applying a bias to the substrate in the carbon source plasma as referred to in the present invention is to make a raw material gas containing at least carbon into plasma, place the substrate in the plasma, and further apply a bias to the substrate. Is applied to activate the substrate surface to form diamond crystal nuclei. By this plasma treatment, a large number of diamond crystal nuclei are formed, so that the amount of diamond crystals deposited is increased and a diamond single crystal film is formed.

【0014】プラズマ処理法の原料ガスとしては、炭素
源としてメタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭
化水素やエチルアルコール、メチルアルコール、アセト
ン等の酸素含有の有機化合物、更にはトリクロロエチレ
ン、四塩化炭素等のハロゲン化炭素を用いることがで
き、適宜、水素、酸素、アルゴン、ヘリウム等のガスを
添加する。このとき、炭素源ガスの添加量は、全原料ガ
スの4%から50%程度にする。このとき、炭素源ガス
の添加量は、全原料ガスの4%から50%程度にすると
よい。炭素源のガス添加量が、4%未満ではプラズマ処
理の効果がなく、結晶核形成が見られない。また50%
を超えるとグラファイト結晶核が形成される等、ダイヤ
モンド結晶の結晶性劣化が観察される。
As the raw material gas for the plasma treatment method, hydrocarbons such as methane, ethane, ethylene and acetylene as a carbon source, oxygen-containing organic compounds such as ethyl alcohol, methyl alcohol and acetone, and trichloroethylene and carbon tetrachloride are used. The halogenated carbon can be used, and a gas such as hydrogen, oxygen, argon or helium is appropriately added. At this time, the addition amount of the carbon source gas is set to about 4% to 50% of the total raw material gas. At this time, the amount of the carbon source gas added is preferably about 4% to 50% of the total raw material gas. If the amount of the carbon source gas added is less than 4%, the plasma treatment has no effect and no crystal nucleus formation is observed. 50% again
When it exceeds, crystallinity deterioration of the diamond crystal is observed such as formation of graphite crystal nuclei.

【0015】プラズマの発生方法としては、公知の高周
波プラズマ発生装置、マイクロ波プラズマ発生装置、E
CR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ発生装置等を
用いることができる。
As a plasma generation method, a known high-frequency plasma generator, microwave plasma generator, E
A CR (electron cyclotron resonance) plasma generator or the like can be used.

【0016】基板に印加するバイアスは正及び負どちら
でも良い。このバイアス印加によるダイヤモンド結晶核
形成の機構には不明な点が覆いが、負バイアスの場合、
炭素源イオンが基体に衝突し炭素が基体中に拡散してダ
イヤモンド結晶核を形成する、と考えられる。また正バ
イアスの場合、基体表面に電子照射が生じ、表面が活性
化されて反応性が進み、ダイヤモンド結晶核が形成され
易くなる、と考えられる。基体に印加するバイアスの値
は、負バイアスの場合、−20V以上、−400V以下
が好ましい。−20V未満ではバイアス印加効果がな
く、更に−400Vより大きい場合はニッケル層及び基
体のエッチングの効果が大きくなり、ダイヤモンド結晶
の結晶核形成が形成されず、ダイヤモンド結晶が析出し
なくなる。なお、基体に印加する負バイアスは、一般的
に直流バイアスであるが、高周波バイアスを印加しても
その自己バイアスにより、負バイアスが生じ、実質的に
直流の負バイアスを印加したのと同様な効果を有する。
この時、自己バイアスの値は、前記直流バイアスの場合
と同様にすることが好ましい。このため、例えば、1
3.56MHzの高周波バイアスを基体に印加しながら
前記プラズマ処理を行っても良い。更に、正バイアスの
場合、40V以上、400V以下が好ましい。40V未
満ではバイアス印加効果がなく、また400Vより大き
い場合、基板が電子照射を受け、基体温度が上昇しダイ
ヤモンド結晶がグラファイト化し易くなる。
The bias applied to the substrate may be either positive or negative. An unclear point covers the mechanism of diamond crystal nucleation by applying this bias, but in the case of negative bias,
It is considered that the carbon source ions collide with the substrate and the carbon diffuses into the substrate to form diamond crystal nuclei. Further, in the case of a positive bias, it is considered that electron irradiation occurs on the substrate surface, the surface is activated and the reactivity advances, and diamond crystal nuclei are easily formed. In the case of a negative bias, the value of the bias applied to the substrate is preferably −20 V or higher and −400 V or lower. If it is less than -20 V, the bias application effect is not exerted, and if it is greater than -400 V, the effect of etching the nickel layer and the base is large, the crystal nucleus formation of the diamond crystal is not formed, and the diamond crystal does not precipitate. The negative bias applied to the substrate is generally a DC bias, but even if a high frequency bias is applied, a negative bias is generated due to its self bias, which is substantially the same as when a DC negative bias is applied. Have an effect.
At this time, it is preferable that the value of the self-bias is the same as that of the DC bias. Therefore, for example, 1
The plasma treatment may be performed while applying a high frequency bias of 3.56 MHz to the substrate. Furthermore, in the case of a positive bias, it is preferably 40 V or more and 400 V or less. If it is less than 40 V, the bias application effect is not exerted. If it is more than 400 V, the substrate is irradiated with electrons, the substrate temperature rises, and the diamond crystal is easily graphitized.

【0017】プラズマ処理時間は、プラズマ出力及び炭
素源濃度、更にはバイアス電圧等で変化し、一概に言え
ないが、一般的には1分間から1時間程度である。
The plasma treatment time varies depending on the plasma output, the carbon source concentration, the bias voltage, etc., and cannot be generally stated, but it is generally about 1 minute to 1 hour.

【0018】上記プラズマ処理により基体上にダイヤモ
ンド結晶核が106 個/cm2 から1010個/cm2
度形成され、その後、通常の気相合成ダイヤモンド形成
法を用いることによりダイヤモンド結晶膜が得られる。
このダイヤモンド結晶核の大きさは径が約10〜100
nmのものであり、走査型電子顕微鏡等により確認する
ことができる。
About 10 6 pieces / cm 2 to 10 10 pieces / cm 2 of diamond crystal nuclei are formed on the substrate by the above plasma treatment, and then a diamond crystal film is obtained by using a normal vapor phase synthetic diamond forming method. To be
The size of this diamond crystal nucleus is about 10 to 100 in diameter.
It can be confirmed by a scanning electron microscope or the like.

【0019】本発明で用いられる基体は、少なくとも表
面に半導体単結晶層を有する基体である。半導体単結晶
層としては、シリコン単結晶、ゲルマニウム単結晶、S
iC単結晶、ガリウムひ素単結晶、インジウム燐単結晶
等を用いることができる。更に、絶縁体基体上に前述の
半導体結晶層を形成しても良い。この場合の絶縁体基体
としては、水晶単結晶、アルミナ単結晶、酸化マグネシ
ウム単結晶、スピネル単結晶、ニオブ酸リチウム単結
晶、タンタル酸リチウム単結晶、チタン酸ストロンチウ
ム単結晶等を用いることができる。
The substrate used in the present invention is a substrate having a semiconductor single crystal layer on at least the surface. As the semiconductor single crystal layer, silicon single crystal, germanium single crystal, S
An iC single crystal, a gallium arsenide single crystal, an indium phosphide single crystal, or the like can be used. Further, the above-mentioned semiconductor crystal layer may be formed on the insulating substrate. In this case, as the insulating substrate, quartz single crystal, alumina single crystal, magnesium oxide single crystal, spinel single crystal, lithium niobate single crystal, lithium tantalate single crystal, strontium titanate single crystal or the like can be used.

【0020】本発明ではダイヤモンド結晶のエピタキシ
ャル成長させるためには、SiC単結晶膜を基体上に形
成することが必要である。この場合、その膜厚は10n
m以上にすることが望ましい。これは10nm未満では
プラズマ処理中にSiC膜が飛散する等、SiC膜形成
の効果がなくなりダイヤモンド結晶のエピタキシャル成
長が見られなくなるためである。このため、SiC膜厚
は10nm以上、好ましくは50nm以上とする。Si
C膜の形成方法は特定の方法に限定されるものではな
く、基体上に単結晶SiC層を形成することができれば
いかなる方法でも良いが、例えば、熱CVD法、プラズ
マCVD法、光CVD法、イオンプレーティング蒸着
法、高周波スパッタ法、直流スパッタ法、マグネトロン
スパッタ法、対向スパッタ法等を用いることができる。
合成条件は各合成方法により異なり、一概には言えない
が、例えば、熱CVD法の場合、C38 −SiH2
2 −H2 系混合ガスを原料ガスとして、圧力:常圧、
反応温度:1050℃とすることで、シリコン単結晶基
体上にSiC単結晶膜を形成することができる。
In the present invention, it is necessary to form a SiC single crystal film on a substrate in order to epitaxially grow a diamond crystal. In this case, the film thickness is 10n
It is desirable to make it m or more. This is because if the thickness is less than 10 nm, the SiC film is scattered during the plasma treatment, and the effect of forming the SiC film is lost, so that epitaxial growth of diamond crystals cannot be seen. Therefore, the SiC film thickness is set to 10 nm or more, preferably 50 nm or more. Si
The method for forming the C film is not limited to a specific method, and any method may be used as long as a single crystal SiC layer can be formed on the substrate. For example, a thermal CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, An ion plating vapor deposition method, a high frequency sputtering method, a direct current sputtering method, a magnetron sputtering method, a facing sputtering method or the like can be used.
The synthesis conditions differ depending on each synthesis method and cannot be generally stated. For example, in the case of the thermal CVD method, C 3 H 8 —SiH 2 C is used.
The l 2 -H 2 gas mixture as a raw material gas, pressure: atmospheric pressure,
By setting the reaction temperature to 1050 ° C., the SiC single crystal film can be formed on the silicon single crystal substrate.

【0021】次に、本発明で用いる絶縁性マスクパター
ンとしては、比抵抗が108Ω・cm程度以上のもので
あり、酸化けい素、窒化けい素、酸化アルミ、窒化けい
素、チタン酸ストロンチウム、酸化ジルコニア等、種々
の酸化物、窒化物及びこれらの含有物を用いることがで
きる。モリブデンや炭化けい素等は用いることができな
い。これらのマスクパターンの形成方法は、公知の光描
画法等を用いることができる。これらの絶縁性マスクパ
ターン上にはプラズマ処理時のバイアス印加の効果が生
じないため、ダイヤモンドの核発生が生じない。このた
めダイヤモンド結晶はマスクパターンを形成した以外の
部位(半導体結晶層領域)にのみ選択的に形成される。
Next, the insulating mask pattern used in the present invention has a specific resistance of about 10 8 Ω · cm or more, and silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, silicon nitride, strontium titanate. , Various oxides, such as zirconia oxide, nitrides, and inclusions thereof can be used. Molybdenum and silicon carbide cannot be used. As a method of forming these mask patterns, a known optical drawing method or the like can be used. Since the effect of bias application during plasma processing does not occur on these insulating mask patterns, diamond nucleation does not occur. Therefore, the diamond crystal is selectively formed only in the portion (semiconductor crystal layer region) other than where the mask pattern is formed.

【0022】また、本発明において気相合成法によるダ
イヤモンド結晶は、以下で述べるCVD(化学的気相蒸
着法)法及び燃焼炎法を用いて形成することができる。
Further, in the present invention, the diamond crystal by the vapor phase synthesis method can be formed by using the CVD (chemical vapor deposition method) and the combustion flame method described below.

【0023】CVD法としては熱フィラメントCVD
法、マイクロ波CVD法、有磁場マイクロ波CVD法、
直流プラズマCVD法、RFプラズマCVD法等を採用
することができる。
As the CVD method, hot filament CVD is used.
Method, microwave CVD method, magnetic field microwave CVD method,
A direct current plasma CVD method, an RF plasma CVD method or the like can be adopted.

【0024】上記CVD法を用いる原料ガスの炭素源と
してはメタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化
水素ガス、及びアルコール、アセトン等の液状有機化合
物、一酸化炭素またはハロゲン炭素などを用いることが
できる。さらに適宜、水素、酸素、塩素、フッ素を含む
ガスを添加することができる。
As the carbon source of the raw material gas using the above CVD method, hydrocarbon gas such as methane, ethane, ethylene and acetylene, liquid organic compound such as alcohol and acetone, carbon monoxide or halogen carbon can be used. . Further, a gas containing hydrogen, oxygen, chlorine, or fluorine can be added as appropriate.

【0025】しかしながら、高品質のダイヤモンド結晶
エピタキシャル単結晶膜を形成する場合、原料ガスは、
少なくとも水素、炭素及び酸素元素を含んでいることが
必要である。この場合、1種の原料ガス中に上記全元素
を含んでいてもよく、またいずれかの元素を含む原料ガ
スの複数種を組み合わせても良い。この場合、その原料
ガス中の炭素源濃度は20%以下とするとよい。ここで
言う炭素源濃度とは、(炭素源ガス流量)×(炭素源ガ
ス中の炭素原子数)/(全原料ガス流量)×100で表
わされる濃度である。炭素源ガス中の炭素原子数は、た
とえばメタン(CH 4 )なら1、プロパン(C38
なら3、アセトン(CH3 COCH3 )なら3となる。
この炭素源濃度を20%以下とする理由は、ダイヤモン
ド結晶の過飽和度を抑え、アモルファス炭素の成長を抑
制するためである。下限は特にないが0.01%以下で
は実用的なダイヤモンド結晶の形成速度が得られない場
合がある。
However, high quality diamond crystals
When forming an epitaxial single crystal film, the source gas is
Contain at least hydrogen, carbon and oxygen elements
is necessary. In this case, all of the above elements in one source gas
The raw material gas containing any element may also be included.
You may combine two or more types of the cloth. In this case, the raw material
The carbon source concentration in the gas may be 20% or less. here
The carbon source concentration is defined as (carbon source gas flow rate) x (carbon source gas
The number of carbon atoms in the gas) / (total raw material gas flow rate) x 100
It is the concentration passed. The number of carbon atoms in the carbon source gas is
For example, methane (CH Four ) Is 1, propane (C3 H8 )
Then 3, acetone (CH3 COCH3 ) Will be 3.
The reason why the carbon source concentration is 20% or less is that the diamond
Suppresses the degree of supersaturation of crystal and suppresses the growth of amorphous carbon
It is to control. There is no lower limit, but 0.01% or less
Is when a practical diamond crystal formation rate cannot be obtained.
There is a match.

【0026】更に、CVD法において、原料ガス中の酸
素と炭素の原子数の比(O/C)を0.2≦O/C≦
1.2、望ましくは0.5≦O/C≦1.1とすること
が好ましい。0.2未満では添加効果がなく、良質のダ
イヤモンド結晶を得ることができず、また1.2を越え
ると酸素のエッチング効果で実用上使用可能なダイヤモ
ンド形成速度を得ることができないことがある。上記O
/C値を調節するには、例えば、O2 ,H2 O,N2
などの酸素添加ガスを原料ガス中に添加することができ
る。
Further, in the CVD method, the ratio (O / C) of the number of atoms of oxygen and carbon in the source gas is 0.2 ≦ O / C ≦
1.2, preferably 0.5 ≦ O / C ≦ 1.1 is preferable. If it is less than 0.2, it may not be possible to obtain a high-quality diamond crystal due to no effect of addition, and if it exceeds 1.2, it may not be possible to obtain a practically usable diamond formation rate due to the etching effect of oxygen. O above
To adjust the / C value, for example, O 2 , H 2 O, N 2 O
An oxygen-added gas such as the above can be added to the raw material gas.

【0027】燃焼炎法では、酸素−アセチレン炎を用い
るが、この主たる原料ガス中の酸素とアセチレンとのモ
ル比の値は0.85≦O2 /C22 ≦1.0となるよ
うに、好ましくは、0.9≦O2 /C22 ≦0.99
とすることで、良質な結晶性を有し、さらに比較的高い
成長速度(数十μm/hr)でダイヤモンド結晶膜を形
成することができる。
In the combustion flame method, an oxygen-acetylene flame is used, and the value of the molar ratio of oxygen and acetylene in the main raw material gas is 0.85≤O 2 / C 2 H 2 ≤1.0. And preferably 0.9 ≦ O 2 / C 2 H 2 ≦ 0.99
With this, it is possible to form a diamond crystal film having good crystallinity and a relatively high growth rate (tens of μm / hr).

【0028】本発明のダイヤモンド結晶選択成長膜及び
選択エピタキシャル膜は、特にヒートシンク(脱熱材)
及び半導体装置として好適である。ダイヤモンド結晶
は、常温で物質中一番の熱伝導率[2000W/(m・
k)]を有しているため、ダイヤモンド結晶エピタキシ
ャル膜上に種々の半導体装置、例えば、マイクロ波発振
器、レーザーダイオード等を作成または装着することに
より、半導体装置の放熱効果を大幅に向上させることが
できる。また、自然界では、原子量12の12Cと原子量
13の13Cの2つの同位体がそれぞれ98.9%と1.
1%の割合で存在している。上述したダイヤモンド結晶
の熱伝導率は、「自然界の炭素」を用いた場合である
が、原子量12の12Cの割合を増やすことにより、更に
熱伝導率が向上する。例えば13Cの場合を0.1%程度
まで減らすことにより熱伝導率は、3000W/(m・
K)まで向上する。本発明においても、同位体的な純度
の高い炭素原料を用いることにより更に熱伝導率の高い
好適なヒートシンクを作成することができる。
The diamond crystal selective growth film and the selective epitaxial film of the present invention are especially heat sinks (heat removal materials).
And is suitable as a semiconductor device. Diamond crystals have the highest thermal conductivity [2000 W / (m
k)], it is possible to significantly improve the heat dissipation effect of the semiconductor device by creating or mounting various semiconductor devices, such as a microwave oscillator and a laser diode, on the diamond crystal epitaxial film. it can. Also, in nature, the two isotopes 13 C of 12 C and the atomic weight 13 of atomic weight 12 98.9%, respectively and 1.
It is present at a rate of 1%. The thermal conductivity of the diamond crystal described above is the case when "natural carbon" is used, but the thermal conductivity is further improved by increasing the ratio of 12 C having an atomic weight of 12. For example, by reducing the case of 13 C to about 0.1%, the thermal conductivity will be 3000 W / (m ·
Improve to K). Also in the present invention, a suitable heat sink having higher thermal conductivity can be prepared by using a carbon raw material having high isotope purity.

【0029】更に、ダイヤモンド結晶選択成長膜及び選
択エピタキシャル結晶膜中に適度なドーバンドを添加す
ることにより、半導体ダイヤモンド結晶を形成すること
ができる。この半導体ダイヤモンド結晶層は、基体上に
形成しても良いし、基体上に絶縁性ダイヤモンド結晶層
を形成した後に半導体ダイヤモンド結晶層を積層しても
良い。ダイヤモンド選択エピタキシャル結晶層は、単結
晶層であるので、電子及び正孔の移動度が大きく良好な
半導体特性を有する。なお、p型半導体層を形成するた
めには、原料ガス中にホウ素を含有するガスを印加する
方法、またアルコール等に液体炭素源を用いる場合は液
体炭素源中にほう酸等のホウ素源を添加する方法、更に
はホウ素イオンをダイヤモンド結晶に注入するイオン注
入法等を用いることができる。また、n型半導体層を形
成するためには、原料ガス中に燐、リチウム、ナトリウ
ムを含有するガスを印加する方法、またアルコール等の
液体炭素源を用いる場合は液体炭素源中に燐、リチウ
ム、ナトリウム等の含有物を添加する方法、更には燐、
リチウム、ナトリウムイオンをダイヤモンド結晶に注入
するイオン注入法等を用いることができる。
Further, a semiconductor diamond crystal can be formed by adding an appropriate do band into the diamond crystal selective growth film and the selective epitaxial crystal film. This semiconductor diamond crystal layer may be formed on the base body, or the semiconductor diamond crystal layer may be laminated after forming the insulating diamond crystal layer on the base body. Since the diamond selective epitaxial crystal layer is a single crystal layer, it has high electron and hole mobilities and good semiconductor characteristics. In order to form the p-type semiconductor layer, a method of applying a gas containing boron in the raw material gas, and when a liquid carbon source is used for alcohol or the like, a boron source such as boric acid is added to the liquid carbon source. And the ion implantation method of implanting boron ions into the diamond crystal can be used. Further, in order to form the n-type semiconductor layer, a method of applying a gas containing phosphorus, lithium, and sodium in the source gas, and when a liquid carbon source such as alcohol is used, phosphorus and lithium are contained in the liquid carbon source. , A method of adding a content such as sodium, further phosphorus,
An ion implantation method in which lithium or sodium ions are implanted into a diamond crystal can be used.

【0030】[0030]

【実施例】次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in detail based on examples.

【0031】<実施例1>本実施例において、プラズマ
処理及びダイヤモンド結晶の合成は図3に示すマイクロ
波プラズマCVD法を用いておこなった。
Example 1 In this example, the plasma treatment and the synthesis of diamond crystals were performed by using the microwave plasma CVD method shown in FIG.

【0032】図3中、31は石英製反応管、32は原料
ガス導入口で不図示のガスボンベ、ガス流量調節器、バ
ルブが接続されている。33はガス排気口で不図示のタ
ーボ分子ポンプ、ドライポンプ、更にバルブ及び圧力調
整用バルブが接続されている。34はマイクロ波導波管
で不図示のマイクロ波電源が接続されている。35はメ
ッシュ電極でアースに接地されている。36は基体、3
7は基体ホルダーで基体バイアス印加用電源38が接続
されている。
In FIG. 3, 31 is a quartz reaction tube, 32 is a raw material gas introduction port, to which a gas cylinder (not shown), a gas flow rate controller, and a valve are connected. A gas exhaust port 33 is connected to a turbo molecular pump (not shown), a dry pump, a valve, and a pressure adjusting valve. A microwave waveguide 34 is connected to a microwave power source (not shown). A mesh electrode 35 is grounded to the ground. 36 is a base, 3
Reference numeral 7 denotes a substrate holder to which a substrate bias applying power source 38 is connected.

【0033】まず、シリコン単結晶基板(1インチ径、
{100}面)上に公知の光描画法、及びプラズマCV
D法を用いて酸化けい素マスクパターンを幅10μm、
10μmピッチの間隔、厚さ200nmで形成した。こ
の基板をマイクロ波プラズマCVD装置に入れ、まず、
プラズマ処理を行う。プラズマ処理条件は、メタン(2
5%)−水素系ガスを用い、圧力:30Torr、マイクロ
波出力:250W、基板バイアス:−75V、処理時
間:30分間とした。シリコン単結晶基板の露出した領
域に形成されたダイヤモンド結晶核を走査型電子顕微鏡
により観察した結果、径10〜50nmのダイヤモンド
結晶核が約2×108個/cm2形成されていた。
First, a silicon single crystal substrate (1 inch diameter,
Known optical drawing method on the (100) plane and plasma CV
A silicon oxide mask pattern having a width of 10 μm is formed by using the D method.
The layers were formed with a pitch of 10 μm and a thickness of 200 nm. This substrate is put in a microwave plasma CVD apparatus, and first,
Plasma treatment is performed. Plasma treatment conditions are methane (2
5%)-Hydrogen gas was used, pressure was 30 Torr, microwave output was 250 W, substrate bias was -75 V, and treatment time was 30 minutes. As a result of observing the diamond crystal nuclei formed in the exposed region of the silicon single crystal substrate with a scanning electron microscope, about 2 × 10 8 diamond crystal nuclei having a diameter of 10 to 50 nm / cm 2 were formed.

【0034】続いて、同一の装置を用いてダイヤモンド
結晶を形成した。ダイヤモンド結晶の形成条件は、エチ
ルアルコール(1%)−水素系で、圧力:50Torr、マ
イクロ波出力:600W、基板温度:850℃,合成時
間は5時間、基板電位はアースとした。以上のようにし
て得られたダイヤモンド結晶を走査型電子顕微鏡観察を
行った所、酸化けい素マスクパターン形成部以外の領域
に選択的にダイヤモンド膜が約4μm厚形成されている
ことが確認できた。
Subsequently, diamond crystals were formed using the same apparatus. The conditions for forming diamond crystals were ethyl alcohol (1%)-hydrogen system, pressure: 50 Torr, microwave output: 600 W, substrate temperature: 850 ° C., synthesis time: 5 hours, and substrate potential: earth. When the diamond crystal obtained as described above was observed by a scanning electron microscope, it was confirmed that a diamond film was selectively formed in a thickness of about 4 μm in a region other than the silicon oxide mask pattern forming portion. .

【0035】<実施例2−5,比較例1−2>マスクパ
ターン材質を変化させる以外は、実施例1と同様にして
プラズマ処理及びダイヤモンド結晶を形成した。マスク
パターンは、いずれも公知のプラズマCVD、スパッタ
法、又は蒸着法等で形成したもので、アモルファス又は
多結晶の膜である。また、析出物したダイヤモンド結晶
は走査型電子顕微鏡で観察した。結果を表1に示す。
<Example 2-5, Comparative Example 1-2> Plasma treatment and diamond crystals were formed in the same manner as in Example 1 except that the mask pattern material was changed. The mask patterns are all formed by known plasma CVD, sputtering, vapor deposition, or the like, and are amorphous or polycrystalline films. The deposited diamond crystals were observed with a scanning electron microscope. The results are shown in Table 1.

【0036】[0036]

【表1】 表1に明らかなように、実施例2−4において、絶縁性
のマスクパターンを用いることによりマスクパターン以
外の領域で良好な選択性でダイヤモンド結晶形成され
た。また、比較例1及び2の金属又は半導体のマスクパ
ターンを用いた場合、選択性は見られず、基板表面全体
にダイヤモンド結晶が形成された。
[Table 1] As is clear from Table 1, in Example 2-4, by using the insulating mask pattern, diamond crystals were formed with good selectivity in the region other than the mask pattern. Further, when the metal or semiconductor mask patterns of Comparative Examples 1 and 2 were used, selectivity was not observed and diamond crystals were formed on the entire surface of the substrate.

【0037】<実施例5>まず、シリコン単結晶基板
(1インチ径、{111}面)上に公知の熱CVD法を
用いて炭化けい素単結晶膜を500nmの厚さで形成し
た。
Example 5 First, a silicon carbide single crystal film having a thickness of 500 nm was formed on a silicon single crystal substrate (1 inch diameter, {111} plane) by a known thermal CVD method.

【0038】次に、この基板上に、公知の光描画法を用
いて、酸化けい素のパターンを形成する。パターン膜厚
は0.5μmで、線幅:10μmde10μmピッチと
した。
Next, a silicon oxide pattern is formed on this substrate by a known optical drawing method. The pattern film thickness was 0.5 μm, and the line width was 10 μm de 10 μm pitch.

【0039】この基板を公知のECRプラズマCVD装
置に入れ、まず、プラズマ処理を行う。プラズマ処理条
件は、エチルアルコール(20%)−水素−アルゴン系
ガスを用い、圧力:1Torr、マイクロ波出力:300
W、基板バイアス:−75V、処理時間:1時間とし
た。
This substrate is put in a known ECR plasma CVD apparatus, and plasma treatment is first performed. The plasma treatment conditions are ethyl alcohol (20%)-hydrogen-argon gas, pressure: 1 Torr, microwave output: 300.
W, substrate bias: -75 V, processing time: 1 hour.

【0040】続いて、同一の装置を用いてダイヤモンド
結晶を形成した。ダイヤモンド結晶の形成条件は、一酸
化炭素(5%)−水素系で、圧力:0.5Torr、マイク
ロ波出力:800W、基板温度:850℃、合成時間は
8時間、基板電位はアースとした。以上のようにして得
られたダイヤモンド結晶を走査型電子顕微鏡観察を行っ
た所、平坦性の良好なダイヤモンド結晶が酸化けい素パ
ターン以外の部分にのみ選択的に約4μm厚形成されて
いることが分かった。更に、このダイヤモンド結晶膜を
反射型電子線回析装置を用いて調べた所、ダイヤモンド
{111}面にエピタキシャル成長した単結晶膜である
ことが分かった。
Subsequently, diamond crystals were formed using the same apparatus. The conditions for forming the diamond crystal were carbon monoxide (5%)-hydrogen system, pressure: 0.5 Torr, microwave output: 800 W, substrate temperature: 850 ° C., synthesis time: 8 hours, and substrate potential was earth. When the diamond crystal thus obtained was observed by a scanning electron microscope, it was found that the diamond crystal having good flatness was selectively formed in a thickness of about 4 μm only on the portion other than the silicon oxide pattern. Do you get it. Further, when this diamond crystal film was examined by using a reflection type electron beam diffractometer, it was found to be a single crystal film epitaxially grown on the diamond {111} plane.

【0041】<実施例6−11,比較例3−5>プラズ
マ処理時の基板バイアスを変化させる以外は実施例5と
同様にしてダイヤモンド結晶の形成を行った。なお、実
施例9においては、直流バイアスの換わりに、13.5
6MHzの高周波バイアスを印加し、その自己バイアス
の値をバイアス電圧とした。なお、析出物は走査型電子
顕微鏡で観察し、更に結晶性は反射型電子線回析装置に
より評価した。結果を表2に示す。
<Example 6-11, Comparative Example 3-5> Diamond crystals were formed in the same manner as in Example 5 except that the substrate bias during the plasma treatment was changed. In the ninth embodiment, 13.5 is used instead of the DC bias.
A high frequency bias of 6 MHz was applied, and the value of the self bias was used as the bias voltage. The precipitate was observed with a scanning electron microscope, and the crystallinity was evaluated with a reflection electron beam diffractometer. The results are shown in Table 2.

【0042】[0042]

【表2】 表2に明らかなように、実施例6−11において、平坦
性の良好なダイヤモンド結晶エピタキシャルを得ること
ができた。また、比較例3−5に示すように基板バイア
スが0または低い場合、ダイヤモンド核発生の増加は認
められず、平坦性の良い均一膜を得ることができなかっ
た。
[Table 2] As is clear from Table 2, in Example 6-11, it was possible to obtain a diamond crystal epitaxial layer having good flatness. Further, as shown in Comparative Example 3-5, when the substrate bias was 0 or low, an increase in diamond nucleus generation was not observed, and a uniform film with good flatness could not be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上、説明したように、基体上に、炭素
源プラズマ中での基体のバイアスプラズマ処理の効果に
よりダイヤモンド結晶核を導電性の領域(半導体結晶基
体の露出した領域)に形成する一方、バイアス処理の効
果を生じず、ダイヤモンド結晶核を生じない領域(絶縁
性マスクの形成された領域)を作ることにより、多数の
ダイヤモンド結晶核が存在する領域ではダイヤモンド結
晶の成長が促進されたので、「傷つけ処理」を実施する
ことなくダイヤモンド結晶の選択成長法を実現すること
ができた。
As described above, the diamond crystal nuclei are formed on the substrate in the conductive region (the exposed region of the semiconductor crystal substrate) by the effect of the bias plasma treatment of the substrate in the carbon source plasma. On the other hand, the growth of diamond crystals was promoted in the region where a large number of diamond crystal nuclei existed by forming the region (the region where the insulating mask was formed) which did not produce the effect of the bias treatment and did not form the diamond crystal nuclei. Therefore, the selective growth method of the diamond crystal could be realized without carrying out the "damage treatment".

【0044】また、前述の選択成長法と同様の原理に基
づき、更にダイヤモンド結晶核が形成される領域をSi
C単結晶層とすることにより、マスタパターン以外の部
位に選択的にダイヤモンド結晶をエピタキシャル成長さ
せる選択エピタキシャル成長が可能となった。
Further, based on the same principle as the selective growth method described above, a region where diamond crystal nuclei are formed is further made into Si.
By using the C single crystal layer, selective epitaxial growth in which a diamond crystal is selectively epitaxially grown in a portion other than the master pattern has become possible.

【0045】このようなダイヤモンド結晶は、特に電子
材料、ヒートシンクとして優れたものである。
Such a diamond crystal is particularly excellent as an electronic material and a heat sink.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるダイヤモンド結晶エピタキシャル
成長法の模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a diamond crystal epitaxial growth method according to the present invention.

【図2】本発明によるダイヤモンド結晶の選択エピタキ
シャル成長法の模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a selective epitaxial growth method for diamond crystals according to the present invention.

【図3】本発明の実施例におけるマイクロ波プラズマC
VD法によるダイヤモンド形成の模式図である。
FIG. 3 is a microwave plasma C according to an embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram of diamond formation by the VD method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 基体 2.23 絶縁性マスクパターン 3 タイヤモンド結晶核 4 多結晶タイヤモンド層 22 SiC単結晶層 24 ダイヤモンドエピタキシャル結晶核 25 ダイヤモンドエピタキシャル結晶層 31 石英反応管 32 原料ガス導入口 33 ガス排出口 34 マイクロ波導波管 35 メッシュ電極 36 基体 37 基体ホルダー 38 バイアス印加用電源 1, 21 Substrate 2.23 Insulating mask pattern 3 Tiremond crystal nucleus 4 Polycrystalline tire mond layer 22 SiC single crystal layer 24 Diamond epitaxial crystal nucleus 25 Diamond epitaxial crystal layer 31 Quartz reaction tube 32 Raw material gas inlet 33 Gas outlet 34 microwave waveguide 35 mesh electrode 36 substrate 37 substrate holder 38 bias power supply

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気相合成法を用いた、ダイヤモンド結晶
の選択成長法において、半導体基板上に絶縁性マスクを
形成した後に、少なくとも炭素を含有するプラズマ中で
前記基体に−20V〜−400Vまたは40V〜400
Vのバイアス電圧を印加してダイヤモンド結晶核を形成
するプラズマ処理を施した後に、気相合成法を用いて前
記絶縁性マスクパターン以外の部分に選択的にダイヤモ
ンド結晶を形成することを特徴とするダイヤモンド結晶
の選択成長法。
1. In a selective growth method of diamond crystals using a vapor phase synthesis method, after forming an insulating mask on a semiconductor substrate, the substrate is -20 V to -400 V or at least in a plasma containing carbon. 40V-400
The method is characterized in that, after applying a bias voltage of V to perform a plasma treatment for forming diamond crystal nuclei, a diamond crystal is selectively formed on a portion other than the insulating mask pattern by using a vapor phase synthesis method. Selective growth method for diamond crystals.
【請求項2】 気相合成法を用いた、ダイヤモンド結晶
の選択エピタキシャル成長法において、半導体または絶
縁体単結晶基体上にSiC層をエピタキシャル成長させ
た後に、前記SiC層上に絶縁性マスクパターンを形成
し、更に少なくとも炭素を含有するプラズマ中で前記基
体に−20V〜−400Vまたは40V〜400Vのバ
イアス電圧を印加してダイヤモンド結晶核を形成するプ
ラズマ処理を施し、更にその後に、気相合成法を用いて
前記絶縁性マスクパターン以外の部分に選択的にダイヤ
モンド結晶のエピタキシャル層を形成することを特徴と
するダイヤモンド結晶の選択エピタキシャル成長法。
2. In a selective epitaxial growth method for diamond crystals using a vapor phase synthesis method, after an SiC layer is epitaxially grown on a semiconductor or insulator single crystal substrate, an insulating mask pattern is formed on the SiC layer. A plasma treatment for forming diamond crystal nuclei by applying a bias voltage of -20 V to -400 V or 40 V to 400 V to the substrate in a plasma containing at least carbon, and then using a gas phase synthesis method. A selective epitaxial growth method for diamond crystals, wherein an epitaxial layer of diamond crystals is selectively formed on a portion other than the insulating mask pattern.
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