DE19649409B4 - Verfahren zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat, mit folgenden
Schritten:
– Bilden einer ersten Pufferschicht (22) auf einem Substrat (21);
– Bilden einer zweiten Pufferschicht (23) mit höherer Ladungsübertragungsrate 1 als der des Substrats (21) und der ersten Pufferschicht (22) auf der ersten Pufferschicht (22);
– selektives Entfernen der zweiten und anschließend der ersten Pufferschicht (23, 22) zum selektiven Freilegen der Oberfläche des Substrats (21);
– Abscheiden von Diamant auf der gesamten resultierenden Oberfläche, wobei
– auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats (21) kristalliner Diamant (24) und
– auf der Oberfläche der zweiten Pufferschicht (23) Kohlenstoff als Rußschicht (24a) aufwächst;
– Entfernen der Rußschicht (24a) auf der zweiten Pufferschicht (23); und
– Entfernen der zweiten Pufferschicht (23).
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– Entfernen der zweiten Pufferschicht (23).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat.
- Diamantfilme werden im allgemeinen unter Verwendung eines Lasers oder eines Ionenstrahls hergestellt.
- Beim Prozess unter Verwendung eines Lasers wird ein Excimerlaser wie ein KrF- oder ArF-Laser verwendet. Der Laser arbeitet bei einer Frequenz von 50 – 100 Hz und wird dazu verwendet, in einem Diamantfilm von 10 μm Dicke ein tiefes Muster oder ein Loch auszubilden. Anders gesagt, wird ein Excimerlaserstrahl bei geeigneter Sauerstoffatmosphäre auf die Oberfläche des Films gestrahlt, um C-Kluster durch Verbrennen zumindest teilweise zu entfernen.
- Beim Prozess unter Verwendung eines Ionenstrahls wird dieser anstelle eines Laserstrahls verwendet. Ein gewünschtes Muster wird dadurch hergestellt, dass der Ionenstrahl in fokussierter Weise auf den Diamantfilm gestrahlt wird, um überflüssige Teile desselben zu entfernen. Anders gesagt, wird das Potential des Ionenstrahls von z. B. einer Ga-Ionenquelle auf 25 keV fixiert. Dann wird ein gewünschtes Muster durch kontinuierliches Einstrahlen des Ionenstrahls in einer Richtung auf die Teile des Diamantfilms, die entfernt werden sollen, ausgebildet.
- Jedoch leiden die vorstehenden herkömmlichen Bearbeitungsverfahren für Diamantfilme unter Verwendung eines Laser- oder eines Ionenstrahls unter den folgenden Problemen:
- – Erstens sind die Kosten erhöht, da beide Verfahren teure Anlagen benötigen.
- – Zweitens ist die Bearbeitungszeit beim Verfahren unter Verwendung eines Excimerlasers lang und hat keine enge Beziehung zu herkömmlichen Herstellprozessen für Halbleiter.
- – Drittens kommt es im Fall der Verwendung eines Ionenstrahls auch zu Sputtervorgängen, wodurch zusätzliche Schäden hervorgerufen werden.
- Die
EP 0 528 592 A1 beschreibt ein Verfahren für die selektive Abscheidung von CVD-Diamant auf einem Substrat, bei dem zunächst eine erste Schicht aufgebracht wird, die die Abscheidung von CVD-Diamant fördert. Auf diese Schicht wird dann eine Maskenschicht aus Kobalt oder einem anderen geeigneten Material aufgebracht, die entsprechend dem gewünschten Diamantfilmmuster die davon freizuhaltenden Substratbereiche abdeckt, während sie die erste, die CVD-Diamantabscheidung fördernde Schicht freiläßt, die im mit CVD-Diamant zu beschichtenden Bereich auf der Substratoberfläche vorgesehen ist. - Die
EP 0 613 963 A1 beschreibt ein weiteres CVD-Abscheideverfahren für Diamant, bei dem auf einem Substrat ein von einem Hydrid bildenden Metall gebildeter Diamantabscheidebereich von einem Bereich begrenzt wird, auf dem ein die Bildung von Graphit förderndes Metall aufgebracht ist. Als die Graphitabschei dung förderndes Metall kann dabei Eisen, Nickel oder Platin verwendet werden. - Die
GB 2 228 745 A - Die
DE 44 35 413 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung mechanischer Vorrichtungen und mikro-elektromechanischer Systeme, bei dem auf einem elektrisch leitenden Substrat eine elektrisch leitenden Kristallkeimbildungsschicht aufgebracht wird. Auf der Kristallkeimbildungsschicht wird eine Musterschicht aus Kupfer hergestellt, um anschließend auf der freiliegenden Oberfläche der Kristallkeimbildungsschicht Diamant abzuscheiden. - Die
US 5,298,286 beschreibt ein mit Kristallkeimen versehenes Substrat, das durch Aufstäuben von Diamantpulver auf die Oberfläche des Substrats hergestellt wurde. Dieses mit Kristallkeimen versehene Substrat wird einer Diamantabscheidung ausgesetzt, um eine einzige kristalline Diamantschicht darauf zu erhalten. - Die
US 5,236,545 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein heteroepitaxialer Diamantfilm auf einer ultradünnen Kohlenstoffschicht (0,8 bis 10 Monolagen) abgeschieden wird, der auf einem ein Siliziumsubstrat abdeckenden Bornitridfilm aufliegt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat zu schaffen, mit dem winzige Muster einfach hergestellt werden können.
- Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eines durch die
1A bis1C veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese Figuren sind Schnittansichten, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat veranschaulichen. - Als erstes werden gemäß
1A eine erste Pufferschicht22 und eine zweite Pufferschicht23 der Reihe nach auf einem Substrat21 hergestellt. Das Substrat21 besteht aus einem Halbleiter, einem Nichtleiter oder einem speziellen Metall. Auch die erste Pufferschicht22 wird unter Verwendung eines Halbleiters, eines Nichtleiters oder eines speziellen Metalls hergestellt. Als Nichtleitermaterialien können Oxide, Nitride oder Carbide (SiC) verwendet werden. Als spezielle Metalle können Au, W, Ta oder Ti verwendet werden. - Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Substrat
21 aus einem Halbleiter, die erste Pufferschicht22 aus einem Nichtleiter und die zweite Pufferschicht23 aus einem Metall wie Fe, Pt, Pd, Rh oder Ni. Da die zweite Pufferschicht23 nicht selektiv aufwächst, wird sie durch Sputtern hergestellt. Dann wird ein photoempfindlicher Film (in den Figuren nicht dargestellt) auf die Oberseite der zweiten Pufferschicht23 aufgetragen, um in einem Teil, in dem ein Diamantfilm aufgewachsen werden soll, ein Muster herzustellen, wie es in1B dargestellt ist. Die zweite Pufferschicht23 und die erste Pufferschicht22 werden unter Verwendung des mit einem Muster ausgebildeten photoempfindlichen Films als Maske sequentiell geätzt. Dabei wird die zweite Pufferschicht23 unter Verwendung eines Ätzmittels geätzt, das ein Halogengas wie BCl3, CCl4, Cl2, CCeF3, CF4, CBCF3 oder SF6 enthält. Die erste Pufferschicht22 wird unter Verwendung von CF4/H2, CHF3 oder C2F6 als Ätzmittel geätzt. Beim Ätzen der ersten Pufferschicht22 wird die Schicht überätzt, um das Substrat21 ausreichend freizulegen, damit gute Haftung zum Substrat21 erzielt wird. - Anschließend wird Diamant durch CVD abgeschieden. Dabei wächst ein Diamantkristall im Kontaktbereich zwischen dem Substrat
21 und der ersten Pufferschicht, wohingegen Diamant an der Oberfläche der zweiten Pufferschicht rußförmig (24a ) aufwächst. - Dies, da Diamant auf bestimmten Metallen mit hoher Ladungsübertragungsrate (z. B. Fe, Pt, Pd, Rh, Ni usw.) rußförmig aufwächst, während es auf der Oberfläche anderer Metalle (z. B. Au, W, Ta, Ti usw.), Halbleitern oder Nichtleitern kristallin aufwächst.
- Während des CVD-Prozesses von Diamant sollte die Temperatur auf 800°C oder weniger gehalten werden, und das bei der Abscheidung verwendete Gas kann eine Gaszusammensetzung sein, die 0,1–4 % CH4, 0–0,5 % O2 und H2 als Rest enthält.
- Anschließend werden der Diamantruß
24a an der Oberseite der zweiten Pufferschicht23 und diese zweite Pufferschicht aufeinanderfolgend entfernt, wie es in1C veranschaulicht ist. Dabei wird der Diamantruß24a durch Waschen entfernt, was aufgrund der schwachen Bindungskraft zwischen seinen Bestandteilen leicht erfolgen kann. - Wie oben beschrieben, ist der erfindungsgemäße Prozess zur Feinbearbeitung von Diamantfilmen dahingehend von Vorteil, dass er die Herstellung sehr feiner Muster von Diamant ermöglicht und keine teuren Anlagen benötigt, wobei außerdem die Bearbeitungszeit verkürzt ist.
Claims (14)
- Verfahren zum Herstellen eines Diamantfilms auf einem Substrat, mit folgenden Schritten: – Bilden einer ersten Pufferschicht (
22 ) auf einem Substrat (21 ); – Bilden einer zweiten Pufferschicht (23 ) mit höherer Ladungsübertragungsrate1 als der des Substrats (21 ) und der ersten Pufferschicht (22 ) auf der ersten Pufferschicht (22 ); – selektives Entfernen der zweiten und anschließend der ersten Pufferschicht (23 ,22 ) zum selektiven Freilegen der Oberfläche des Substrats (21 ); – Abscheiden von Diamant auf der gesamten resultierenden Oberfläche, wobei – auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats (21 ) kristalliner Diamant (24 ) und – auf der Oberfläche der zweiten Pufferschicht (23 ) Kohlenstoff als Rußschicht (24a ) aufwächst; – Entfernen der Rußschicht (24a ) auf der zweiten Pufferschicht (23 ); und – Entfernen der zweiten Pufferschicht (23 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (
21 ) ein solches aus einem Halbleiter, Nichtleiter oder Metall verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pufferschicht (
22 ) aus einem Halbleiter, einem Nichtleiter oder einem Metall hergestellt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pufferschicht (
23 ) aus Fe, Pt, Pd, Rh oder Ni hergestellt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantabscheidung durch CVD erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichtleiter ein Oxid, Nitrid oder Carbid (SiC) ist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der zweiten Pufferschicht (
23 ) ausgebildete Rußschicht (24a ) durch Waschen entfernt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die zweite Pufferschicht (
23 ) durch Sputtern hergestellt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantabscheidung bei einer Temperatur von 800°C oder weniger erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pufferschicht (
23 ) unter Verwendung eines Halogengas enthaltenden Ätzmittels geätzt wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Diamantabscheidung verwendete Gas 0,1–4% Ch4, 0–0,5% O2 und H2 enthält.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Au, W, Ta oder Ti ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nichtleiter unter Verwendung von Ch4/H2, CHF3 oder C2F6 als Ätzmittel geätzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halogengas BCl3, CCl4, CCeF3, CF4, CBCF3 oder SF6 ist.
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1996
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