JP4326422B2 - Manufacturing method of diamond laminated silicon wafer - Google Patents
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Description
本発明は、ダイヤモンド膜が積層されたシリコンウエハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon wafer Ha diamond films are laminated.
ダイヤモンドは、室温において銅及びアルミニウムの数倍の熱伝導度を有し、機械的強度、耐化学薬品性及び絶縁耐性が優れた材料である。また、ダイヤモンドは不純物のドーピングにより導電性を付与することができる。これらの特性を活かして、特に、ＣＶＤ（化学気相成長法）により形成されたダイヤモンド膜を、シリコン等の半導体材料と組み合わせて、又はダイヤモンド膜自体を半導体化して、電子デバイス用の材料として応用することが提案されている。 Diamond has a thermal conductivity several times that of copper and aluminum at room temperature, and is a material excellent in mechanical strength, chemical resistance, and insulation resistance. Diamond can impart conductivity by doping impurities. Taking advantage of these characteristics, especially diamond films formed by CVD (chemical vapor deposition) are combined with semiconductor materials such as silicon, or diamond films themselves are made into semiconductors and applied as materials for electronic devices. It has been proposed to do.
この場合に、現状の電子デバイスの作成技術においては、基本的にシリコンウエハの使用が前提となっており、このため、図２に示すように、シリコンウエハ１の表面にダイヤモンド薄膜２を気相合成により成膜して、シリコンウエハ１とダイヤモンド薄膜２とを組み合わせたものを電子デバイス用の基板として使用することが一般的である。
In this case, in the current electronic device fabrication technology, it is basically assumed that a silicon wafer is used. For this reason, a diamond
一方、電子デバイスの分野においては、半導体シリコン材料に関連して、電気的絶縁材料として酸化シリコン及び窒化シリコンが使用されている。従って、半導体シリコン基板の上に酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜のような電気的絶縁膜を形成したものを、ダイヤモンド薄膜と組み合わせたものが、電子デバイス用の構成材料として有用である。 On the other hand, in the field of electronic devices, silicon oxide and silicon nitride are used as electrically insulating materials in connection with semiconductor silicon materials. Therefore, a material obtained by combining an electrically insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film on a semiconductor silicon substrate with a diamond thin film is useful as a constituent material for an electronic device.
このようなシリコンと電気的絶縁膜とダイヤモンド薄膜とを組み合わせた基板が、特許文献１（特開平１１−３０７７４７号公報）に開示されている。この特許文献１には、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の活性層の結晶欠陥密度の低減を目的として、図３に示すように、低酸素濃度のシリコンウエハ１の表面上に酸化シリコン膜４を形成し、酸化シリコン膜４の下方のシリコンウエハ表層部に水素イオンを注入し、ダイヤモンド等の支持基板３を酸化シリコン膜上に貼り合わせ接合し、水素イオン注入部でシリコン基板を分離し、酸化シリコン膜上の活性層であるシリコン層（残存シリコン）の結晶欠陥生成を抑制した技術が開示されている。 A substrate in which such a silicon, an electrical insulating film, and a diamond thin film are combined is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-307747). In Patent Document 1, for the purpose of reducing the crystal defect density of an active layer of an SOI (Silicon on Insulator) substrate, a silicon oxide film 4 is formed on the surface of a low oxygen concentration silicon wafer 1 as shown in FIG. Then, hydrogen ions are implanted into the surface layer of the silicon wafer below the silicon oxide film 4, and a support substrate 3 such as diamond is bonded and bonded onto the silicon oxide film, and the silicon substrate is separated at the hydrogen ion implanted portion, and oxidized. A technique that suppresses generation of crystal defects in a silicon layer (residual silicon) that is an active layer on a silicon film is disclosed.
しかし、ダイヤモンド支持基板と酸化シリコン膜とを貼り合わせ接合するためには、ダイヤモンド支持基板の表面の平坦性が酸化シリコン膜の表面と同等になるように、ダイヤモンド支持基板表面を平坦加工する必要があるが、高硬度のダイヤモンド表面を平坦加工することは、製造コストが高くなるという難点がある。また、ダイヤモンド支持基板表面と酸化シリコン膜表面との間の化学的な親和性を確保することが難しい。 However, in order to bond and bond the diamond support substrate and the silicon oxide film, it is necessary to flatten the surface of the diamond support substrate so that the flatness of the surface of the diamond support substrate is equivalent to the surface of the silicon oxide film. However, flattening a high-hardness diamond surface has the drawback of high manufacturing costs. In addition, it is difficult to ensure chemical affinity between the diamond support substrate surface and the silicon oxide film surface.
一方、シリコン基板の表面上にダイヤモンド膜を気相合成により形成する方法が特許文献２（特開平５−３１９９８６号公報）に開示されている。この特許文献２には、シリコン基板上に選択的にダイヤモンド膜をパターン形成する際に、ダイヤモンドの初期核の発生密度を増大させ、密着性が優れたダイヤモンド膜を形成するために、シリコン基板上にマスキング材でパターンを形成し、マスキング材で覆われていないシリコン基板表面を電界プラズマ処理し、その後、マスキング材を除去した後、又は除去しないで、ダイヤモンドを気相合成する方法が開示されている。このマスキング材として、ＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４等の絶縁材料が開示されている。
On the other hand, a method of forming a diamond film on the surface of a silicon substrate by vapor phase synthesis is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-319986). In
しかしながら、上記特許文献２は、シリコン基板表面の初期核の発生密度を増大させて、ダイヤモンド薄膜とシリコン基板との密着性を向上させるもので、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜からなる電気絶縁膜上に、ダイヤモンド薄膜を形成するものではない。むしろ、特許文献２においては、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜は、シリコン基板上にダイヤモンドを選択成長させるためのマスクとして形成されている。即ち、従来は、ダイヤモンド薄膜を気相合成する際に、シリコン基板の表面に比して、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の表面は、ダイヤモンドが核形成され難いことを利用して、ダイヤモンドを成長させたくない領域にマスク材料としてこれらの酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を形成している。特に、酸化シリコン膜は、その表面にダイヤモンド薄膜を気相合成しにくいことは、従来の常識であった。
However, the above-mentioned
しかし、電子デバイスにおいては、前述の如く、シリコン基板の上に、電気的絶縁膜が存在し、熱伝導性が高いというダイヤモンド膜の利点を電子デバイスにも適用しようとしたときに、電気的絶縁膜の上にダイヤモンド膜を形成することができなければ、電子デバイスにダイヤモンド膜を利用する際の適用の自由度が著しく制限されてしまう。 However, in an electronic device, as described above, when an electrical insulating film exists on a silicon substrate and the advantage of the diamond film, which has high thermal conductivity, is applied to the electronic device, the electrical insulating film is used. If a diamond film cannot be formed on the film, the degree of freedom of application when using the diamond film in an electronic device is significantly limited.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、シリコンウエハの表面上の一部又は全域に形成された酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜からなる電気的絶縁膜の上に、ダイヤモンド膜が、高密着性で、かつ低コストで気相合成されたダイヤモンド積層シリコンウエハの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and a diamond film is formed on an electrical insulating film made of a silicon oxide film or a silicon nitride film formed on a part or all of the surface of a silicon wafer. , with high adhesion, and an object to provide a method for producing a vapor-phase synthesized diamond laminated silicon wafer Ha at a low cost.
本発明に係るダイヤモンド積層シリコンウエハの製造方法は、シリコンウエハの表面の全域又は一部の領域上に、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる電気的絶縁膜を形成する工程と、前記電気的絶縁膜上又は前記シリコンウエハ及び前記電気的絶縁膜上にダイヤモンド膜をマイクロ波化学気相成長法により成膜する工程とを有し、前記マイクロ波化学気相成長法による前記ダイヤモンド膜の成膜条件は、マイクロ波投入電力密度がシリコンウエハ表面の単位面積当たり３乃至１０ｋＪ／ｍｍ ２ 、総投入量が５０乃至１７５ＭＪであることを特徴とする。 Producing a diamond layered silicon wafer according to the present invention, on the whole or a part of a region of the surface of the sheet Rikon'ueha, forming an electrical insulating film made of oxidation silicon or silicon nitride, the electrical insulating film possess a step of Li Cheng film by the diamond film to the microwave chemical vapor deposition in or on the silicon wafer and the electrically insulating film, formation of the diamond film by the microwave chemical vapor deposition The conditions are characterized in that the microwave input power density is 3 to 10 kJ / mm 2 per unit area of the silicon wafer surface , and the total input amount is 50 to 175 MJ .
前記電気的絶縁膜の厚さは、例えば、０．０１乃至５μｍである。また、前記気相合成されたダイヤモンド膜の膜厚は、例えば、０．１乃至５μｍである。又は、前記気相合成されたダイヤモンド膜の膜厚は１０乃至３００μｍとすることができる。 The thickness of the electrical insulating film is, for example, 0.01 to 5 μm. The film thickness of the diamond film synthesized by vapor phase is, for example, 0.1 to 5 μm. Alternatively, the film thickness of the gas phase synthesized diamond film may be 10 to 300 μm.
本発明においては、マイクロ波化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により電気的絶縁膜の上にダイヤモンド膜を気相合成するが、この場合に、マイクロ波の投入電力量を比較的高くして高エネルギーを与える。これにより、高エネルギーがマイクロ波プラズマに供給され、ダイヤモンドの原料である炭素含有ガスが十分に分解され、ダイヤモンドが基材である電気的絶縁膜の表面に気相から到達する。しかし、マイクロ波プラズマのエネルギー密度が不足すると、ダイヤモンドは基材表面に十分に供給されず、電気的絶縁膜の表面における化学反応が支配的となって、従来のようにダイヤモンドが成膜されない。本発明においては、高エネルギーのマイクロ波ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を成膜するので、電気的絶縁膜の上にダイヤモンド膜を高密着性でかつ低コストで形成することができる。 In the present invention, a diamond film is vapor-phase synthesized on an electrical insulating film by microwave chemical vapor deposition (CVD), but in this case, the microwave input power is relatively high. And give high energy. Thereby, high energy is supplied to the microwave plasma, the carbon-containing gas that is a raw material of diamond is sufficiently decomposed, and the diamond reaches the surface of the electrical insulating film that is the base material from the gas phase. However, when the energy density of the microwave plasma is insufficient, diamond is not sufficiently supplied to the surface of the base material, and the chemical reaction on the surface of the electrical insulating film becomes dominant, and diamond is not formed as in the conventional case. In the present invention, since the diamond film is formed by a high energy microwave CVD method, the diamond film can be formed on the electrical insulating film with high adhesion and at low cost.
前述の如く、マイクロ波の投入電力を高くし、マイクロ波プラズマに高エネルギー密度を与えて成膜すると、電気的絶縁膜の表面上にダイヤモンド膜を気相合成することができる。この高エネルギーの総投入電力量は５０ＭＪ以上である。また、シリコンウエハ表面の単位面積あたりのマイクロ波投入電力密度は３乃至１０ｋＪ／ｍｍ２である。 As described above, when the microwave input power is increased and the microwave plasma is applied with a high energy density, a diamond film can be vapor-phase synthesized on the surface of the electrical insulating film. The total energy consumption of this high energy is 50 MJ or more. The microwave input power density per unit area of the silicon wafer surface is 3 to 10 kJ / mm 2 .
本発明によれば、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜からなる電気的絶縁膜の上に、マイクロ波化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により、ダイヤモンド膜を直接気相合成する。この場合に、マイクロ波ＣＶＤ法における投入電力量及び投入電力密度を適切に規定するので、電気的絶縁膜上にダイヤモンド膜を高密着性で成膜することができ、しかも、従来のようなダイヤモンド支持基板の貼り合わせではないので、その製造コストが高くなることもない。 According to the present invention, a diamond film is directly vapor-phase synthesized on an electrical insulating film made of a silicon oxide film or a silicon nitride film by microwave chemical vapor deposition (CVD). In this case, since the input power amount and input power density in the microwave CVD method are appropriately defined, a diamond film can be formed on the electrical insulating film with high adhesion, and diamond like conventional ones can be formed. Since the support substrate is not bonded, the manufacturing cost does not increase.
このように、本発明によれば、電気的絶縁膜の上にダイヤモンド薄膜を優れた密着性で形成することができるので、シリコンウエハ、電気的絶縁膜及びダイヤモンド膜からなるダイヤモンド積層シリコンウエハを初めて実用化することができる。これにより、耐酸化性、化学的安定性、高電気伝導性を備えたダイヤモンド薄膜の利点を活かして、ダイヤモンドの適用範囲を著しく拡大することが可能となる。 As described above, according to the present invention, a diamond thin film can be formed on an electrical insulating film with excellent adhesion. Therefore, a diamond laminated silicon wafer comprising a silicon wafer, an electrical insulating film and a diamond film is the first time. It can be put into practical use. This makes it possible to significantly expand the application range of diamond by taking advantage of the diamond thin film having oxidation resistance, chemical stability, and high electrical conductivity.
例えば、ダイヤモンドは優れた化学的安定性を有し、ほぼ全ての酸、アルカリ、有機薬剤に対して耐性がある。しかし、ダイヤモンドの唯一の弱点として、６８０Ｋ以上の高温で、酸素が存在すると、ダイヤモンドは酸化されて一酸化炭素又は二酸化炭素に変化する。しかし、このような酸素含有の高温雰囲気下において、ダイヤモンド膜に積層された酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜がダイヤモンド膜を高温酸化雰囲気から保護することができる。これにより、ダイヤモンド薄膜の応用範囲が広がる。 For example, diamond has excellent chemical stability and is resistant to almost all acids, alkalis and organic drugs. However, the only weakness of diamond is that when oxygen is present at a high temperature of 680 K or higher, diamond is oxidized to carbon monoxide or carbon dioxide. However, in such an oxygen-containing high temperature atmosphere, the silicon oxide film or the silicon nitride film laminated on the diamond film can protect the diamond film from the high temperature oxidation atmosphere. Thereby, the application range of a diamond thin film is expanded.
また、ダイヤモンド薄膜を基材としたデバイスにおいては、絶縁膜は光学的に透明な波長範囲が広いので、例えば、本発明をダイヤモンド紫外線センサに適用した場合には、絶縁膜は透明保護膜として活用することができる。 Also, in devices based on diamond thin films, the insulating film has a wide optically transparent wavelength range. For example, when the present invention is applied to a diamond ultraviolet sensor, the insulating film is used as a transparent protective film. can do.
更に、本発明によれば、半導体ウエハ及び半導体デバイスの作成プロセスにおいて、設計の自由度を著しく向上させることができる。例えば、絶縁膜が酸化シリコン膜であると、これを接着層として、本発明のダイヤモンド薄膜を別の半導体チップ又は半導体ウエハと貼り合わせ接合することも容易である。また、ダイヤモンド薄膜を微細加工して半導体デバイスを作成する際に必要なドライエッチングプロセスにおいて、ダイヤモンド膜の下層の絶縁膜をストッパとして使用することができる。 Furthermore, according to the present invention, the degree of freedom in design can be remarkably improved in the process for producing semiconductor wafers and semiconductor devices. For example, when the insulating film is a silicon oxide film, it is easy to bond and bond the diamond thin film of the present invention to another semiconductor chip or semiconductor wafer using this as an adhesive layer. In addition, in a dry etching process necessary for producing a semiconductor device by finely processing a diamond thin film, an insulating film under the diamond film can be used as a stopper.
次に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は夫々本発明の第１及び第２実施の形態に係るダイヤモンド積層シリコンウエハを示す断面図である。図１（ａ）に示すダイヤモンド積層シリコンウエハは、半導体シリコン基板（ウエハ）１０の表面上の全域に、絶縁膜１１が形成されており、この絶縁膜１１上にダイヤモンド膜１２がマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜されている。また、図１（ｂ）に示すダイヤモンド積層シリコンウエハは、半導体シリコン基板１０の表面上の一部の領域に、絶縁膜１３が選択的に形成されており、この絶縁膜１３及び半導体シリコン基板１０上にダイヤモンド膜１４がマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜されている。
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIGS. 1A and 1B are sectional views showing diamond laminated silicon wafers according to the first and second embodiments of the present invention, respectively. In the diamond laminated silicon wafer shown in FIG. 1A, an insulating
電気的絶縁膜１１，１３の厚さは０．０１乃至５μｍの範囲であることが好ましい。電気的絶縁膜１１，１３の厚さが０．０１μｍ未満では、ダイヤモンド膜１２，１４の気相合成において電気的絶縁膜１１，１３が蒸発してしまう虞がある。また、電気的絶縁膜１１，１３の厚さが５μｍを超えると、ダイヤモンド膜１２，１４を気相合成する際に、絶縁膜１１，１３の下方の半導体シリコン基板１０の作用が無きに等しいものになり、ダイヤモンド膜は所望の形では形成されにくい。また、ダイヤモンド膜が剥離したり、割れたりしてしまう虞がある。
The thickness of the electrical insulating
ダイヤモンド膜３の厚さは０．１乃至５μｍであることが好ましい。ダイヤモンド膜３の厚さが０．１μｍ未満では、ピンホールがないダイヤモンド膜３を連続膜として形成することが困難である。また、ダイヤモンド膜３の厚さが５μｍを超えると、ダイヤモンド膜３と電気絶縁膜２との熱膨張率及び熱伝導率の差異に起因して、ダイヤモンド膜３が剥離したり、又は破損する可能性がある。
The thickness of the diamond film 3 is preferably 0.1 to 5 μm. If the thickness of the diamond film 3 is less than 0.1 μm, it is difficult to form the diamond film 3 having no pinholes as a continuous film. Further, when the thickness of the diamond film 3 exceeds 5 μm, the diamond film 3 may be peeled off or damaged due to the difference in thermal expansion coefficient and thermal conductivity between the diamond film 3 and the electrical
一方、ダイヤモンド膜３の厚さを１０乃至３００μｍの範囲とすることにより、半自立性のダイヤモンド膜を得ることができる。ダイヤモンド膜３を厚さが１０μｍ以上の半自立膜とすることにより、ダイヤモンド膜３自身が十分な機械的強度を有するようになり、ウエハ及び半導体デバイス製造プロセス上の取り扱いが容易になる。一方、ダイヤモンド膜３の厚さが３００μｍを超えることは、コストが嵩むだけで工業的には無意味である。このため、ダイヤモンド膜１２，１４の厚さを厚くするときは、１０乃至３００μｍとすることが好ましい。
On the other hand, when the thickness of the diamond film 3 is in the range of 10 to 300 μm, a semi-self-supporting diamond film can be obtained. By making the diamond film 3 a semi-self-supporting film having a thickness of 10 μm or more, the diamond film 3 itself has sufficient mechanical strength, and handling in the wafer and semiconductor device manufacturing process becomes easy. On the other hand, when the thickness of the diamond film 3 exceeds 300 μm, the cost is increased and it is meaningless industrially. For this reason, when the thickness of the
なお、絶縁膜１１，１３とダイヤモンド薄膜１２，１４との界面に、例えば、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｃ−Ｏ、Ｓｉ−Ｃ−Ｎなどの混晶、非晶質、又は水素含有層が存在する場合がある。しかし、これらは、気相合成時の反応生成物であり、本発明において、必要な層ではない。
Note that, for example, a mixed crystal, amorphous, or hydrogen-containing layer such as Si—C, Si—C—O, or Si—C—N exists at the interface between the insulating
本発明のダイヤモンド積層シリコンウエハの製造方法においては、シリコンウエハの表面の全域又は一部の領域上に、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる電気的絶縁膜を形成し、その後、前記電気的絶縁膜上又は前記シリコンウエハ及び前記電気的絶縁膜上にダイヤモンド膜をマイクロ波化学気相成長法により成膜する。電気的絶縁層の形成は、通常の熱酸化又はＣＶＤ蒸着等の方法により形成することができる。一方、前記マイクロ波化学気相成長法による前記ダイヤモンド膜の成膜条件は、マイクロ波投入電力密度がシリコンウエハ表面の単位面積当たり３乃至１０ｋＪ／ｍｍ２、総投入量が５０ＭＪ以上である。ダイヤモンドを酸化シリコン又は窒化シリコンのような絶縁膜表面に気相合成するためには、高いエネルギーをマイクロ波プラズマに供給し、ダイヤモンドの原料である炭素含有ガスを十分に分解した上で、基材である絶縁膜表面に気相から到達させることが必要である。マイクロ波プラズマのエネルギー密度が不足すると、ダイヤモンドは基材表面に十分に供給されず、絶縁膜表面における化学反応が支配的となって、ダイヤモンドを成膜することができない。このため、本発明においては、ダイヤモンド膜のプラズマＣＶＤによる気相合成において、マイクロ波投入電力密度をシリコンウエハ表面の単位面積当たり３〜１０ｋＪ／ｍｍ２とし、マイクロ波電力総投入量を５０ＭＪ以上にする。マイクロ波投入電力密度がシリコンウエハ表面の単位面積当たり３ｋＪ／ｍｍ２未満であるか、又は総投入量が５０ＭＪ未満であると、絶縁膜上にダイヤモンドを気相合成することができない。マイクロ波投入電力密度がシリコンウエハ表面の単位面積当たり１０ｋＪ／ｍｍ２を超えると、エネルギー密度が大き過ぎて基板温度が高くなり過ぎ、ダイヤモンド膜が成膜されず、黒鉛状炭素が生成されてしまうという問題点がある。 In the method for producing a diamond laminated silicon wafer according to the present invention, an electrical insulating film made of silicon oxide or silicon nitride is formed on the entire surface or a partial region of the surface of the silicon wafer, and then on the electrical insulating film. Alternatively, a diamond film is formed on the silicon wafer and the electrical insulating film by a microwave chemical vapor deposition method. The electrically insulating layer can be formed by a method such as ordinary thermal oxidation or CVD deposition. On the other hand, the conditions for forming the diamond film by the microwave chemical vapor deposition method include a microwave input power density of 3 to 10 kJ / mm 2 per unit area of the silicon wafer surface and a total input amount of 50 MJ or more. In order to gas-phase synthesize diamond on the surface of an insulating film such as silicon oxide or silicon nitride, high energy is supplied to microwave plasma, and the carbon-containing gas that is the raw material of diamond is sufficiently decomposed before the substrate It is necessary to reach the surface of the insulating film from the gas phase. When the energy density of the microwave plasma is insufficient, diamond is not sufficiently supplied to the substrate surface, and a chemical reaction on the surface of the insulating film becomes dominant, so that diamond cannot be formed. Therefore, in the present invention, in the gas phase synthesis of diamond film by plasma CVD, the microwave input power density is 3 to 10 kJ / mm 2 per unit area of the silicon wafer surface, and the total input power of microwave power is 50 MJ or more. To do. When the microwave input power density is less than 3 kJ / mm 2 per unit area of the silicon wafer surface or the total input amount is less than 50 MJ, diamond cannot be vapor-phase synthesized on the insulating film. When the microwave input power density exceeds 10 kJ / mm 2 per unit area of the silicon wafer surface, the energy density is too high, the substrate temperature becomes too high, the diamond film is not formed, and graphitic carbon is generated. There is a problem.
なお、ダイヤモンド膜を電気的絶縁層表面に直接、気相合成する際に、特段の前処理は必要ない。しかし、微小なダイヤモンド粉末を電気的絶縁膜表面に予め配置することにより、また、微小なダイヤモンド粉末を使って電気的絶縁層表面を予め研磨することにより、ダイヤモンドの核形成を促すことができ、ＣＶＤダイヤモンドが成膜し始めるまでの時間を短縮することができる。 When the diamond film is directly vapor-phase synthesized on the surface of the electrical insulating layer, no special pretreatment is required. However, by arranging fine diamond powder in advance on the surface of the electrically insulating film, and by polishing the surface of the electrically insulating layer in advance using minute diamond powder, diamond nucleation can be promoted, The time until the CVD diamond starts to be deposited can be shortened.
絶縁膜は、図１（ａ）のように、半導体シリコン基板１０の表面の全域を覆うように形成されていてもよいが、図１（ｂ）のように、半導体シリコン基板１０の表面の一部を覆っているだけでもよい。ウエハ表面に絶縁膜を選択的に形成した場合は、ダイヤモンド膜１４と半導体シリコン基板１０とが直接接触する領域が形成される。
The insulating film may be formed so as to cover the entire surface of the
ダイヤモンドは、高温における酸化耐性が低い。しかし、本発明のように、ダイヤモンド膜に絶縁膜が接触しているので、この酸化シリコン又は窒化シリコン膜等の絶縁膜がダイヤモンド膜の高温酸化に対する保護膜として機能する。例えば、図１（ａ）、（ｂ）の半導体シリコン基板１０の一部をエッチング除去し、絶縁膜１１，１３を露出させておき、これを８８０Ｋの大気中に曝した場合、酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁膜が保護膜として作用するので、ダイヤモンドが酸化されて二酸化炭素となって消失することはない。これにより、本発明を、例えば、紫外線センサ等の光学センサへ応用することが可能になる。これに対し、図２に示すように、シリコン基板１の上にダイヤモンド膜２を形成した場合は、ダイヤモンド膜２が露出しているので、これを８８０Ｋの大気中に曝した場合は、ダイヤモンドが酸化されて二酸化炭素となって消失してしまう。また、酸化シリコン又は窒化シリコンからなる絶縁膜１１，１３は、半導体シリコン基板１０を薄膜化のためにエッチング除去する工程において、ストッパ膜として機能する。
Diamond has low oxidation resistance at high temperatures. However, since the insulating film is in contact with the diamond film as in the present invention, this insulating film such as a silicon oxide or silicon nitride film functions as a protective film against high-temperature oxidation of the diamond film. For example, when a part of the
また、本発明により、半導体シリコン基板１０の表面に絶縁膜１１を直接形成し、更にこの絶縁膜１１の上に本発明方法によりダイヤモンド膜１２を直接気相合成した後、絶縁膜１１をストッパ膜として半導体シリコン基板１０を除去し、別の半導体シリコン基板を、絶縁膜１１を接着層として貼り合わせ接合することができる。具体的には、絶縁膜１１の表面と別の半導体シリコン基板とを重ねた後、真空中で７８０Ｋの温度に保持しながら、パルス電圧（例えば、直流４００Ｖ，パルス幅及びパルス間隔がいずれも０．５秒）を印加することにより、絶縁膜１１と別の半導体シリコン基板とを接合することができる。このように、絶縁膜形成時の半導体シリコン基板を一旦除去した後、別の半導体シリコン基板を貼り合わせ接合することにより、ダイヤモンド膜を、より高品質のものを半導体シリコン基板と組み合わせることができ、またダイヤモンド膜と組み合わされる半導体シリコン基板として、任意の厚さのものを使用することができる。これにより、放熱部品への熱伝達に優れたダイヤモンド伝熱層（即ち、ヒートスプレッダ）を備えた半導体シリコンウエハを得ることができ、超高集積度回路の作製に寄与する。
Further, according to the present invention, the insulating
本発明の実施例について説明して、本発明の効果について説明する。先ず、シリコンウエハの表面の一部又は全域に酸化シリコン又は窒化シリコンからなる電気的絶縁膜を、熱酸化法又はＣＶＤ蒸着法等の既知の方法により形成した。次に、表面の一部又は全部に電気的絶縁膜が形成されたシリコンウエハ上にマイクロ波ＣＶＤ法にてダイヤモンド膜を気相合成した。 Examples of the present invention will be described to explain the effects of the present invention. First, an electrical insulating film made of silicon oxide or silicon nitride was formed on a part or the entire surface of the silicon wafer by a known method such as a thermal oxidation method or a CVD deposition method. Next, a diamond film was vapor-phase synthesized by a microwave CVD method on a silicon wafer having an electrically insulating film formed on part or all of the surface.
なお、ダイヤモンドのＣＶＤ条件は、半導体シリコン基板が１５０ｍｍ径の場合、原料ガスとして、水素で１〜５体積％に希釈したメタン等の炭素含有ガスを使用し、この原料ガスを真空容器内で０．０１〜０．０２ＭＰａに保ち、マイクロ波を２０〜２００ＭＪ投入して成膜した。 The diamond CVD conditions are as follows. When the semiconductor silicon substrate has a diameter of 150 mm, a carbon-containing gas such as methane diluted with hydrogen to 1 to 5% by volume is used as the source gas. The film was formed by keeping microwaves at 20 to 200 MJ while maintaining the pressure at 0.01 to 0.02 MPa.
ＣＶＤダイヤモンドの成膜時のシリコンウエハの表面温度は、赤外線放射温度計にて測定したところ、８８０〜１２００Ｋであった。また、ＣＶＤダイヤモンドの成膜速度は最大で３μｍ／時を超えた。 The surface temperature of the silicon wafer during film formation of CVD diamond was 880 to 1200 K as measured with an infrared radiation thermometer. Moreover, the film formation rate of CVD diamond exceeded 3 μm / hour at the maximum.
但し、マイクロ波の投入電力の総投入量が５０ＭＪ未満又は１７５ＭＪを超えると、電気的絶縁膜がエッチングされるのみで、ダイヤモンド膜は成膜されなかった。 However, when the total input power of the microwave input was less than 50 MJ or exceeded 175 MJ, the electrical insulating film was only etched, and no diamond film was formed.
１；シリコンウエハ
２；ダイヤモンド薄膜
３；支持基板
４：酸化シリコン膜
１０：半導体シリコン基板
１１、１３：電気的絶縁膜
１２、１４：ダイヤモンド膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1;
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