JPS63220525A - Method of etching diamond semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ダイヤモンドよりなる半導体のエツチング方
法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of etching a semiconductor made of diamond.
り冑ヤモンドはシリコン等と同様の結晶構造を有する■
族半導体であり、バンドギャップが５．５ｅＶと大キく
、比誘電率が５．７と小さく、熱伝導率が物質中で最大
であり、電子と正孔の移動度が約１８００の／Ｖ’ｓｅ
ｃ及び約１６００偏／■・ｓｅｃと共に大きい等の優れ
た特徴を有している。このため、ダイヤモンド半導体は
、従来のシリコンやガリウム砒素等の半導体に比べて、
一層高温に強く、高速で大電力の半導体素子を作製でさ
る可能性があると考えられている。Diamond has a crystal structure similar to silicon etc.■
It is a group semiconductor with a large band gap of 5.5 eV, a small dielectric constant of 5.7, the highest thermal conductivity among materials, and a mobility of electrons and holes of about 1800/V. 'se
It has excellent characteristics such as being large with c and about 1600 sec/sec. Therefore, compared to conventional semiconductors such as silicon and gallium arsenide, diamond semiconductors are
It is believed that this technology has the potential to create semiconductor devices that are more resistant to high temperatures, faster, and have higher power.
然るに、このダイヤモンドに半導体素子を作成するには
、微細加工を行なう上でダイヤモンドのエツチング技術
が不可欠である。しかも、半導体素子製造のためのエツ
チングにおいては、マスク等を用いた選択的エツチング
が可能であること、エツチング速度が大さく且つ再現性
よく制御でさること、エツチング後の表面が清浄である
こと等の条件が要求される。However, in order to create semiconductor elements using diamond, diamond etching technology is essential for microfabrication. Moreover, in etching for manufacturing semiconductor devices, selective etching using a mask or the like is possible, the etching speed is high and can be controlled with good reproducibility, and the surface after etching is clean. The following conditions are required.
一方、従来から知られているダイヤモンドの加工技術と
しては、ダイヤモンドの粉末を砥粒として研磨を行なう
方法、レーザーや電子ビーム等のエネルギー集中により
空気中でダイヤモンドの酸化反応をおこさせてＣＯ等の
酸化物として除去する方法、及び５００ Ｃ以上のＬｉ
Ｎ０ 等の溶融塩中でエツチングする方法がある程度
であった。On the other hand, conventionally known diamond processing techniques include polishing using diamond powder as abrasive grains, and oxidizing diamond in the air by concentrating the energy of lasers, electron beams, etc. Method for removing Li as oxide and Li above 500 C
To some extent, there was a method of etching in a molten salt such as N0.
かかる従来のダイヤモンド加工技術のうち、ダイヤモン
ド砥粒による研磨及び溶融塩でのエツチングでは前記し
た半導体素子製造のためのエツチング条件を満足させる
ことがでさず、レーザー等のエネルギー集中による方法
ではエネルギー集中個所でダイヤモンドのグラファイト
化が避けられない欠点があった。Among these conventional diamond processing techniques, polishing with diamond abrasive grains and etching with molten salt cannot satisfy the etching conditions described above for manufacturing semiconductor devices, and methods using energy concentration such as lasers cannot satisfy the etching conditions described above. The drawback was that the diamond inevitably turned into graphite in some places.
」二記の如〈従来のダイヤモンド加工技術は何れもダイ
ヤモンド半導体のエツチング方法として採用することが
できず、そのため半導体として優れた性質を有するダイ
ヤモンドから半導体素子を製造することが極めて困難な
状況にあった。As mentioned in Section 2, none of the conventional diamond processing techniques can be used as a method for etching diamond semiconductors, and as a result, it is extremely difficult to manufacture semiconductor elements from diamond, which has excellent properties as a semiconductor. Ta.
本発明は、かかる事情に鑑み、半導体素子の微（３）′
Ｉ＼
細加工に不可欠なエツチング方法として、エツチング速
度が大キく、エツチング後の表面を清浄に維持できる、
ダイヤモンド半導体のエツチング方法を提供することを
目的とする０
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のダイヤモンド半導体のエツチング方法は、ダイ
ヤモンドよりなる半導体を酸素又は酸素を含む反応ガス
のプラズマを用いてエツチングすることを特徴とする。In view of the above circumstances, the present invention provides micro(3)′ of semiconductor elements.
I\ As an etching method essential for fine processing, the etching speed is high and the surface can be kept clean after etching.
[Means for solving the problems] The method for etching a diamond semiconductor of the present invention is to provide a method for etching a diamond semiconductor by using a plasma of oxygen or a reactive gas containing oxygen. It is characterized by etching.
使用する反応ガスとしては、シリコン半導体のプラズマ
エツチングに用いるＣＦ 等のハロゲン化物やイオン
ビームエツチングに用いるＡｒ等の不活性ガスであって
もエツチングが起きるが、実用的なエツチング速度を得
るためには酸素又は酸素を含む反応ガスを使用する必要
がある。Etching occurs even if the reactive gas used is a halide such as CF used for plasma etching of silicon semiconductors or an inert gas such as Ar used for ion beam etching, but in order to obtain a practical etching rate, etching may occur. It is necessary to use oxygen or a reactive gas containing oxygen.
又、本発明のエツチング方法は、酸素又は酸素を含む反
応ガスのプラズマを用いる方法であれば良く、直流又は
高周波を用いた平行平板型電極放電によるプラズマエツ
チングのほか、このプラズマに電圧を印加して加速する
イオンビーム型の工（４’）′＼
ツチングであっても実施できる。Further, the etching method of the present invention may be any method using plasma of oxygen or a reactive gas containing oxygen, and may include plasma etching by parallel plate electrode discharge using direct current or high frequency, or by applying a voltage to this plasma. An ion beam-type process (4')'\ which is accelerated by the ion beam can also be carried out.
ダイヤモンドをエツチングするためには、非常に強固に
結合している構成元素の炭素を表面から物理的又は化学
的に取り除くことが必要であり、本発明者等は種々の方
法について検討を加えた。In order to etch diamond, it is necessary to physically or chemically remove the constituent element carbon, which is extremely strongly bonded, from the surface, and the inventors have investigated various methods.
例えば、従来からシリコンのエツチングに使用されてい
るイオンビームエツチングによっても、不活性ガスのイ
オンに数ＫｅＶ以上の高エネルギーを与えてダイヤモン
ド表面に衝突させることにより、純粋に物理的な衝撃力
で炭素原子を取り除くことが可能であった。しかし、こ
の様な高エネルギー粒子を低圧下でダイヤモンドに衝突
させると、ダイヤモンド表面でグラファイトへの相転移
が発生してしまう。そこで、イオンのエネルギーは５Ｋ
ｅＶ以下に抑える必要があったが、この程度のエネルギ
ーで番まエツチング速度が極めて低くなり、実用的では
なかった。For example, even with ion beam etching, which has traditionally been used for silicon etching, inert gas ions are given high energy of several KeV or more and collided with the diamond surface. It was possible to remove atoms. However, when such high-energy particles collide with diamond under low pressure, a phase transition to graphite occurs on the diamond surface. Therefore, the energy of the ion is 5K
Although it was necessary to suppress the energy to below eV, the etching rate became extremely low at this level of energy, making it impractical.
本発明方法によれば、酸素から発生した酸素イオンや酸
素ラジカル等の活性種がダイヤモンドを構成する炭素原
子と速やかに反応して、ＣＯ、ＣＯ２等の分子種となっ
て気相中に拡散するので、非常に大きなエツチング速度
でダイヤモンドをエツチングすることができる。例えば
、反応ガスとして酸素のみを用いた場合、５０μＡフイ
塀のイオンビーム電流量で３ ＫｅＶのエネルギーの条
件で１３０ Ａ／ｍｉｎのエツチング速度が得られる。According to the method of the present invention, active species such as oxygen ions and oxygen radicals generated from oxygen quickly react with carbon atoms constituting diamond, becoming molecular species such as CO and CO2, and diffusing into the gas phase. Therefore, diamond can be etched at a very high etching speed. For example, when only oxygen is used as the reactive gas, an etching rate of 130 A/min can be obtained at an ion beam current of 50 μA and an energy of 3 KeV.
このエツチング速度は、ハロゲンガスのみを用いた場合
よりも大きな値である。This etching rate is higher than when only halogen gas is used.
又、酸素雰囲気中でのエツチングによりダイヤモンドが
加熱されるとダイヤモンドのグラファイト化現象が発生
しやすいが、この場合には水素、一酸化炭素、二酸化炭
素、水蒸気、ハロゲンガス、炭素原子２個以下の炭化水
素ガス及び炭素原子１個のハロゲン化炭化水素ガスのう
ちの少なくとも一種を、酸素と混合した混合ガスを用い
ることによって、このグラファイト化を防ぐことができ
る。Furthermore, when diamond is heated by etching in an oxygen atmosphere, graphitization of diamond tends to occur; This graphitization can be prevented by using a mixed gas in which at least one of a hydrocarbon gas and a halogenated hydrocarbon gas having one carbon atom is mixed with oxygen.
又、マスクとして酸素のプラズマに対して耐ｅ化性の金
属蒸着被膜等を用いることにより、ダイヤモンドの選択
的エツチングも可能である。In addition, selective etching of diamond is also possible by using as a mask a metal vapor deposited film that is resistant to oxygen plasma.
実施例１
平行平板電極型のプラズマエツチング装置を用いて、種
々の反応ガスにより単結晶ダイヤモンドのエツチングを
行なった。Example 1 Single crystal diamond was etched using various reactive gases using a parallel plate electrode type plasma etching apparatus.
即ち、片方の平板電極上に２．５ Ｘ ２．５ Ｘ ０
．３ ｍｍの単結晶ダイヤモンドの板を載置し、装置内
を排気してＩ Ｘ １０ ”’ｔｏｒｒ以下の高真空と
した後、反応ガスを装置内に導入して圧力を０．０２
ｔｏｒｒに保持し、１３．５６ ＭＨｚで２５ Ｗから
１００ Ｗの高周波により電ｔｌに放電を起こしてダイ
ヤモンドをエツチングした。That is, 2.5 x 2.5 x 0 on one flat electrode
．． A 3 mm single-crystal diamond plate was placed, and the inside of the apparatus was evacuated to create a high vacuum of less than I x 10'' torr, and then a reaction gas was introduced into the apparatus to reduce the pressure to 0.02
torr, and the diamond was etched by generating electric discharge at 13.56 MHz with a high frequency of 25 W to 100 W.
使用した反応ガスは、ｏ２．０゜−１−Ａｒ （０２／
Ａｒ ＝ １．）、ＣＦ 及びＡｒであった。図面に
、印加する高周波出力を変化させた場合のエツチング速
度を各反応ガス毎に示した。このグラフから、０ 及び
○＋Ａｒによるエツチング速度はＯＦ 及びＡｒよりも
ｏ２で３４倍及びＯ＋Ａｒで２．５倍に達することが判
る。The reaction gas used was o2.0゜-1-Ar (02/
Ar=1. ), CF and Ar. The drawing shows the etching rate for each reaction gas when the applied high-frequency power was varied. From this graph, it can be seen that the etching rate with O2 and O+Ar is 34 times faster with O2 and 2.5 times faster with O+Ar than with OF and Ar.
実施例２
イオンビーム型のプラズマエツチング装置を用（力 、
−Ｎ
いて、種々の反応ガスにより単結晶ダイヤモンドのエツ
チングを行ない、エツチング後の表面状態を比較観察し
た。Example 2 Using an ion beam type plasma etching device (force,
-N, single-crystal diamond was etched using various reactive gases, and the surface condition after etching was comparatively observed.
即ち、反応ガスとして０２．０２＋Ａｒ（０２／Ａｒ＝
１）、０ ＋ＣＦ （ＯｙａＦ＝ｉ）及びＡｒを使用し
、この反応ガスのプラズマを３ ＫｅＶで３００μＡの
イオンビームとして１．ＯＸｌ、５Ｘ０．２ ａｒｍの
単結晶ダイヤモンドの板を３０分間エツチングした。尚
、これ以外の条件は実施例１と同様であった。That is, 02.02+Ar (02/Ar=
1), using 0 + CF (OyaF=i) and Ar, the plasma of this reaction gas was converted into an ion beam of 300 μA at 3 KeV. A plate of OXl, 5×0.2 arm single crystal diamond was etched for 30 minutes. Note that the other conditions were the same as in Example 1.
エツチング後の表面を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、０＋ＣＦ の場合が最も表面が滑らかで清浄であり
、次にＯの場合が良好であったが、更に０−１−Ａｒ及
びＡｒの順序で表面の荒れが大きくなった。When the surface after etching was observed using a scanning electron microscope, it was found that the surface was the smoothest and cleanest in the case of 0+CF, followed by the case of O, but in the order of 0-1-Ar and Ar. The surface roughness has increased.
又、これらのダイヤモンドのエツチング表面をラマンス
ペクトルで測定したところ、０＋Ａｒ及びＡｒでエツチ
ングしたものはダイヤモンドのスペクトル以外にグラフ
ァイト及びアモルファス状カーボンのスペクトルが観察
された。Furthermore, when the etched surfaces of these diamonds were measured by Raman spectroscopy, spectra of graphite and amorphous carbon were observed in addition to the spectrum of diamond in those etched with 0+Ar and Ar.
〔発明の効果〕
本発明によれば、大きなエツチング速度で、しかもエツ
チングによる表面の損傷が少ない状態で、ダイヤモンド
半導体のエツチングを行なうことができる。[Effects of the Invention] According to the present invention, a diamond semiconductor can be etched at a high etching rate and with less damage to the surface caused by etching.
従って、本発明によりダイヤモンド半導体にエツチング
による微細加工を施すことも可能となるので、ダイヤモ
ンドを半導体材料として耐熱性の小型大電力素子や高速
素子等を容易に作製できるようになり、新たな半導体素
子の開発が進展するものと期待される。Therefore, the present invention makes it possible to microfabricate diamond semiconductors by etching, making it possible to easily fabricate small, heat-resistant high-power devices, high-speed devices, etc. using diamond as a semiconductor material, and creating new semiconductor devices. It is expected that development will progress.
図面は反応ガス別に高周波出力とエツチング速度との関
係を示したグラフであ′る。
高置波出力（Ｗ）The figure is a graph showing the relationship between high frequency output and etching rate for each reaction gas. High wave output (W)
Claims (2)
含む反応ガスのプラズマを用いてエッチングすることを
特徴とする、ダイヤモンド半導体のエッチング方法。(1) A method for etching a diamond semiconductor, which comprises etching a semiconductor made of diamond using plasma of oxygen or a reactive gas containing oxygen.
炭素、水蒸気、ハロゲンガス、炭素原子２個以下の炭化
水素ガス及び炭素原子１個のハロゲン化炭化水素ガスの
うちの少なくとも一種との混合ガスであることを特徴と
する、特許請求の範囲（１）項記載のダイヤモンド半導
体のエッチング方法。(2) The reaction gas is oxygen and at least one of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, halogen gas, hydrocarbon gas having 2 or less carbon atoms, and halogenated hydrocarbon gas having 1 carbon atom. A method for etching a diamond semiconductor according to claim (1), characterized in that the mixed gas is:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5443387A JPS63220525A (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Method of etching diamond semiconductor |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63220525A true JPS63220525A (en) | 1988-09-13 |
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|---|---|---|---|
| JP5443387A Pending JPS63220525A (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Method of etching diamond semiconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63220525A (en) |
Cited By (7)
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-
1987
- 1987-03-09 JP JP5443387A patent/JPS63220525A/en active Pending
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