Método para formar una película de diamante
Descripción general
 Cuando se forma una película de diamante sobre un sustrato, es posible controlar el tamaño de grano del diamante que se va a formar o controlar la densidad de nucleación del diamante para obtener una alta densidad de nucleación. ] El gas que contiene gases y átomos de carbono que contienen átomos de silicio, se introdujeron en una región donde la presencia del sustrato a la que un material conductor que se calienta a 1.150 1.500 ° C, formando una capa de SiC sobre el sustrato por descomposición térmica del gas introducido , Introduciendo un gas que contiene carbono diluido con hidrógeno en la región donde el sustrato calentado que tiene la capa de SiC está presente y formando un diamante a presión reducida, un método para formar una película de diamante formada en el sustrato con polvo de diamante , La película de diamante se forma de la misma manera que la descrita anteriormente, excepto que se realiza el tratamiento de rascado.
Campo técnico
La presente invención forma un termistor, en la fabricación de un semiconductor que tiene una película de diamante utilizado tal semiconductor de alta temperatura o dispositivos ópticos, Si, película de diamante sobre un sustrato de metal o de grafito, u otro material conductor distinto de Si Método.
Antecedentes de la técnica
Una película de diamante se produce al descomponer un gas de un compuesto compuesto de carbono diluido con hidrógeno, hidrógeno u oxígeno, o ambos mediante la generación de plasma con la energía de la energía térmica, microondas o arco en el vacío En el sustrato.
En primer lugar, un solo cristal oblea de Si y el sustrato, se genera plasma en el gas metano diluido con hidrógeno en un película de diamante microondas se describirá como ejemplo un método de formar sobre un sustrato.
En primer lugar, un sustrato de oblea de Si se cortó en un tamaño predeterminado, se sumerge en agua que contiene polvo de diamante dispersado y se sonicó a chocar con polvo de diamante sobre la superficie del sustrato de Si, la realización de rayado. El sustrato de Si que ha sido dañado por el diamante se coloca en un tubo de vidrio de cuarzo insertado en un dispositivo que genera microondas de 2,35 GHz. A continuación, el vacío por encima de primera 10-3torr a través del tubo de vidrio, a continuación, varios torr mediante la introducción de 1% de gas metano diluido con gas hidrógeno a decenas torr, Después de eso, introduzca un poder, sustrato de Si , La temperatura del sustrato aumenta y el diamante se forma en el sustrato. Recientemente, se ha confirmado que se forma una película de diamante sobre el metal incluso cuando se usa un metal como Ni como sustrato.
Además, cuando la formación de diamante como otro ejemplo conocido, un cuerpo sinterizado de cerámica como un sustrato, un método de proporcionar un carburo se da a conocer en el documento JP-A-61 106 478 como una capa interna para formar el diamante.
Además, la solicitud de patente japonesa abierta a consulta por el público n. ° 153275 describe un método de formación de diamante mediante la interposición de una película de carburo de silicio entre un sustrato especificado como sustrato de alúmina y una capa de diamante.
Tarea de solución
En el método anterior de formación de diamante en el sustrato de Si después de rayar el sustrato de Si, es necesario controlar la temperatura del sustrato cuando se cambia el diámetro de partícula, pero como se correlaciona con la potencia del microondas, la potencia se reduce Entonces sucede a menudo que no te conviertes en un diamante.
Además, si usted no quiere arañado por un diamante, por ejemplo, el diamante de Si SiC o cuando el dispositivo semiconductor de SiC diamante gusta formado de manera continua, hay un problema que no se puede aplicar el método.
Además, en la JP 61 uno centenar de y de seis mil de cuatro centenar de setenta y ocho y JP 63 153275 da a conocer un método de controlar el tamaño de partícula del diamante formada sobre la capa de SiC con el fin de utilizar diamante como un semiconductor, un SiC diamante material conductor un método de formación de una capa, tenga en cuenta el método de formación de las condiciones de formación de SiC y adecuado para el mismo película de diamante, no se ha descrito para tal uso agresivo de la semejanza estructural de la relación entre el SiC y diamante, también la El problema no se ha considerado mucho más que antes.
Solución
Como resultado de intensas investigaciones a la vista de los problemas anteriores, los presentes inventores estudiaron un método para controlar el diámetro de partícula del diamante y un método para formar diamante sin rayar el tratamiento con diamante, y para cualquier método Se descubrió que el SiC efectivamente funciona y la presente invención se ha completado.
Es decir, la presente invención proporciona un gas que contiene gases y átomos de carbono que contienen átomos de silicio, 1150 1500 introduce en ℃ región existente del sustrato hecho de un material conductor que se calienta a, sobre el sustrato por descomposición térmica del gas introducido después de haber formado una capa de SiC, mediante la introducción de un gas que contiene carbono se diluye con hidrógeno a un área calentada donde la presencia del sustrato a la que tiene la capa de SiC, un método de formación de una película de diamante bajo presión reducida (en adelante, forma una película de diamante a ese método a), a partir de un gas que contiene gases y átomos de carbono que contienen átomos de silicio, 1150 1500 y se introduce en una región existente del sustrato hecho de un material conductor que se calienta a ° C, sobre el sustrato por descomposición térmica del gas introducido , La superficie de la capa de SiC se daña por el polvo de diamante y luego el calentamiento con la capa de SiC Y la introducción de un gas que contiene carbono diluido en el hidrógeno presencia a la zona del sustrato, un método de formación de una película de diamante bajo presión reducida (en adelante, referido como método B para formar una película de diamante) sobre.
En el método A para formar la película de diamante de la presente invención, la densidad de nucleación de la película de diamante formada sobre la misma puede cambiarse cambiando la temperatura de formación de la capa de SiC formada sobre el sustrato.
Además, en el método B para formar la película de diamante al dañar la capa de SiC formada con el polvo de diamante, es posible controlar el tamaño de partícula del diamante formado cambiando la temperatura de formación de la capa de SiC.
En la presente invención, se usa un material conductor como sustrato.
Los ejemplos del material conductor incluyen grafito, silicio, tungsteno, molibdeno y similares.
Cuando se usa grafito como el material conductor del sustrato, su forma es preferiblemente similar a una placa.
En el caso de usar Si como material conductor, dado que el punto de fusión del silicio es 1414ºC, el SiC debe formarse a 1400ºC o menos.
Para formar una capa de SiC sobre el sustrato mediante descomposición térmica, se introduce un gas que contiene átomos de silicio y un gas que contiene átomos de carbono en la región donde está presente el sustrato.
Gas que contiene átomos de silicio utilizados como materia prima para formar una capa de SiC en la presente invención es, por ejemplo, compuesto de Si se descompone fácilmente a temperaturas elevadas solo o el compuesto de Si que se diluye con un gas.
Los ejemplos del compuesto de Si incluyen tetracloruro de silicio, silano, trimetilsilano y similares, y los ejemplos del gas diluyente incluyen hidrógeno y argón.
De forma similar, un gas que contiene un átomo de carbono utilizado como materia prima es un compuesto de carbono que se descompone fácilmente a alta temperatura, o un compuesto obtenido diluyendo el compuesto de carbono con un gas.
Los ejemplos del compuesto de carbono incluyen metano, propano, etileno, acetileno y similares, y el gas diluyente incluye hidrógeno y argón.
A continuación, se mezclan el gas que contiene átomos de silicio y el gas que contiene átomos de carbono, pero la proporción de mezcla es tal que la relación de Si / C (relación atómica) es 0,7 1,3, más preferiblemente 0,9 1,1 Es preferible porque está cerca de la relación de equivalencia química. Además, el contenido total del compuesto de Si y el compuesto de carbono como materia prima de reacción en el gas de dilución es preferiblemente 5 30% en volumen, más preferiblemente 10 20% en volumen con el fin de obtener una tasa de deposición apropiada.
El gas diluyente se puede mezclar y diluir antes de mezclar e introducir el compuesto de Si y el compuesto de carbono en el recipiente sin mezclarlos de antemano.
La presión del gas mixto introducido sobre el sustrato es preferiblemente 1 20 Torr, más preferiblemente 5 15 Torr, y la temperatura es preferiblemente 1150 1500ºC.
Cuando la temperatura del sustrato es inferior a 1150 ° C, no se forma SiC. Por otra parte, si la temperatura del sustrato excede los 1500ºC, la irregularidad de la superficie del SiC formado es indeseable.
Se encontró por análisis de difracción de rayos X que se produce la siguiente tendencia en la temperatura del sustrato y la orientación del cristal de la capa de SiC a formar.
Así, por ejemplo cuando se utiliza grafito como el sustrato, con la temperatura mencionada anteriormente de entre 1150 1500 ° C. del sustrato se muestra en la ○ en la Fig. 2, en la proximidad de la temperatura del substrato de 1150 1250 ° C, el eje de cristal [111] dirección del eje , El SiC cúbico orientado en la dirección del eje [220] tiende a formarse a medida que la temperatura aumenta gradualmente, y cuando se examina mediante difracción de rayos X cerca de 1250 a 1300ºC, , El pico correspondiente al eje [111] y el pico correspondiente a [220] tienen la misma intensidad. En función de los incrementos de temperatura todavía un sustrato, [220] La cantidad de cristales orientados en las ampliaciones de los ejes, la temperatura alrededor de 1350 1400 ° C, la relación de intensidad del pico correspondiente a [220] eje (220 / {(220 ) + (111)}) tiene el valor más alto de 0.7 0.9.
Sin embargo, cuando la temperatura aumenta aún más, el pico correspondiente al eje [111] aumenta nuevamente, y en la proximidad de 1500 ° C la relación de intensidad máxima se convierte en aproximadamente 0,5.
De esta manera, la capa de SiC se forma sobre el material conductor, pero la orientación de la capa de SiC afecta en gran medida a la formación de la película de diamante que se describe más adelante.
A continuación, se calienta el sustrato sobre el que se forma la capa de SiC, se introduce un gas que contiene carbono diluido con hidrógeno y se forma una película de diamante a presión reducida.
A medida que el carbono que contiene gas diluido con hidrógeno se utiliza para formar la película de diamante, tales como monóxido de carbono, metano, gas diluido y similares, con compuestos de carbono de hidrógeno, tal como alcohol metílico.
El contenido de monóxido de carbono diluido con hidrógeno es preferiblemente 0,5 10% en volumen, más preferiblemente alrededor de 5%. (Diferente en el caso cuando el monóxido de carbono y metano. La causa. Se cree que es debido a la competencia del efecto de grabado de bonos SP3 y H2 y O2) la capa de SiC está formada de un gas que contiene el carbono La presión es preferiblemente de varios Torr 100 Torr, más preferiblemente de 50 Torr, y la temperatura es de 900 980ºC cuando se introduce sobre el sustrato.
Como método de formación de una película de diamante, por ejemplo, un método de formación mediante la generación de plasma por un método de resonancia electroporación ciclotrón (ECR), un método de quemador de gas, un método de pulverización de plasma, etc. Entre éstos microondas, el método de filamento caliente,, un gas que contiene carbono Cualquiera de los métodos anteriores se puede usar mientras esté activado.
En el método de generación de plasma por microondas, generalmente se usa un microondas de 2,35 GHz.
Cuando se forma una película de diamante por el método, el tamaño de partícula de diamante que se forme, densidad de nucleación está muy influenciado por la orientación de la capa de SiC que sirve como sustrato cuando se forma la película de diamante. Es decir, cuando se forma una capa de SiC sobre un material conductor, a pesar de la orientación de la capa de SiC formada sobre el sustrato por la temperatura del sustrato se menciona antes de la diferente, la capa de SiC al sustrato hecho de un material conductor Y la densidad de nucleación de los granos de diamante a formar, como se muestra en la figura 2 de la realización, por ejemplo. Es decir, por ejemplo, cuando se usa grafito como sustrato, la densidad de nucleación del diamante es proporcional a la cantidad de cristales orientados sustancialmente al eje [220]. Que esto, cambiando la temperatura para la formación de una capa de SiC en el sustrato en el intervalo de 1150 1500 ° C, densidad de nucleación controlada en la formación de un diamante por lo general en el intervalo de 2 × 105 2 × 108 células / cm2 Tu puedes
Como el método A para formar la película de diamante anteriormente, hetero mediante la formación de un diamante sobre la misma sin dañar la capa de SiC, por ejemplo, por tres semiconductor o dos semiconductor SiC diamante Si SiC diamante formado Se pueden construir dispositivos estructurales, y los dispositivos anteriores se pueden usar para termistores, semiconductores de alta temperatura, dispositivos ópticos y similares.
En el método anteriormente descrito, para formar una película de diamante cualquier sin realizar el procesamiento de capa de SiC formado en el material conductor, después de realizar un tratamiento de rascarse por polvo de diamante superficie de capa de SiC, el diamante en la capa de SiC Una película puede ser formada.
Como un método de realizar el rayado, por ejemplo sumergido en agua que contiene polvo de diamante dispersado, un método de tratamiento de heridas por colisión polvo de diamante superficie de la capa de SiC mediante la aplicación de ondas ultrasónicas, y un método de pulido de una pasta de diamante y similares .
El efecto de rayado no está claro lo que el por, no se adhieren grandes arañazos visibles microscópicamente, se cree que enrejado tensión, defectos de la red, tal como se generan grietas microscópicas.
Después de realizar la superficie de la capa de SiC tratamiento arañazos, incluso cuando se forma una película de diamante sobre la capa de SiC, el tamaño de partícula del diamante que se forme se ve afectada por las propiedades físicas de la capa de SiC que sirve como un sustrato sobre el cual se forma de diamante.
Es decir, como se muestra en la figura 1, a medida que aumenta la temperatura en el momento de formar la capa de SiC, el diámetro de partícula de diamante formado sustancialmente en proporción disminuye y el diamante precipita sin cambiar las condiciones de formación de diamante. El diámetro de la partícula se puede cambiar. De esta forma, dependiendo de la temperatura de formación de la capa de SiC formada en el sustrato, el tamaño de partícula del diamante a formar puede controlarse dentro del intervalo de 0,5 2 μm. En este caso, el espesor de la película de diamante formada es de 2 μm en 3 horas. Controlando el tamaño de partícula de la película de diamante formada de esta manera, es posible controlar las características de partes tales como termistores, semiconductores de alta temperatura que usan policristales, elementos ópticos y similares.
De aquí en adelante, la presente invención se describirá en base a ejemplos específicos.
Ejemplo 1 2 se calentó 20 mm × 20 mm del grafito (sustrato) a 1200 ° C en un horno de vacío, gas hidrógeno a 300 cc / min en el horno, 80 cc / min tetracloruro de silicio y 80 cc / min de metano introducida por mezcla, a 10torr eliminado después de 60 minutos, se examinó por difracción de rayos X, se encontró que el eje de cristal SiC cúbico está orientado en la se precipita [111] dirección. El espesor de la capa de SiC fue de 3,5 μm.
El polvo de diamante se sumergió en agua en la que se suspendió el polvo de diamante, se aplicaron ondas ultrasónicas para colisionar el polvo de diamante sobre la superficie de SiC, y se llevó a cabo un tratamiento de rayado con diamante. Después de eso, se colocó en un tubo de vidrio de cuarzo colocado en una guía de ondas de microondas y se sometió a vacío. Entonces, en el 30 torr introducción de 5% de gas CO diluido con hidrógeno para generar un plasma por una frecuencia de microondas 2,35 GHz, para formar una película de diamante sobre la capa de SiC y una temperatura del substrato de 950 ° C .. Realizando el tratamiento anterior durante 3 horas, se formó un diamante que tenía un diámetro de aproximadamente 2 μm con un espesor de aproximadamente 2 μm (Ejemplo 1).
densidad de nucleación de diamante cuando se forma un diamante en las mismas condiciones que en el Ejemplo 1 sin la superficie SiC hecha de diamante se rascó la muy pequeña como 2 × 105 células / cm ^ 2, sólo cantidades muy pequeñas de diamante no formada (Ejemplo 2).
Ejemplo 3 4] similar al grafito utilizado en el Ejemplo 1 en un horno de vacío que se calentó a 1300 ° C, gas de hidrógeno a 300 cc / min en el horno, tetracloruro de 80cc / min de silicio, y 80cc / min mediante la mezcla de gas metano se introdujo, la extracción a 60 minutos después de la 10 torr, se examinó por difracción de rayos X, el eje de cristal [111] cúbicos de SiC picos de precipitación de aproximadamente la misma altura que el [220] Descubrí eso. El espesor de la capa de SiC fue de 25 μm.
Esto se sumergió en agua en la que el polvo de diamante se suspendió de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se aplicaron ondas ultrasónicas para colisionar el polvo de diamante sobre la superficie de SiC para raspar. Después de eso, se colocó en un tubo de vidrio de cuarzo colocado en una guía de ondas de microondas y se sometió a vacío. Luego, el 5% del gas CO diluido con hidrógeno se introdujo a 30 torr, el plasma se generó mediante microondas de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se formó diamante sobre SiC. 3 horas el procesamiento de aproximadamente un diámetro de aproximadamente 1.5μm sobre diamante mediante la realización se forma a un espesor de aproximadamente 2 m [mu] (Ejemplo 3).
Por otro lado, cuando el diamante se formó bajo las mismas condiciones que en el Ejemplo 3 sin realizar el tratamiento de raspado con diamante, se formó un diamante, pero la densidad de nucleación fue escasa como 7x106 / cm2 (Ejemplo 4) .
[Ejemplo 5] era de grafito calentado 1.400 ° C en un horno de vacío, para formar un SiC cúbico de la misma manera que en el Ejemplo 1, se examinó por difracción de rayos X, el eje de cristal está orientado en la [220] Se encontró que se precipitó. Sin tratamiento de raspado con diamante, el plasma se generó mediante microondas de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se formó diamante sobre SiC. Al realizar el tratamiento anterior durante 3 horas, se formó un diamante de aproximadamente 6 μm de diámetro para dejar huecos en algunos lugares. En este momento, la densidad de nucleación era 7 × 10 7 / cm 2.
La Fig. 1 muestra la relación entre la temperatura de formación de SiC cúbico y el diámetro aproximado de las partículas de diamante cuando la superficie cúbica de SiC se raya con diamante.
Como puede verse por esta relación, el diámetro de las partículas de diamante puede controlarse mediante la temperatura de formación del SiC sin cambiar las condiciones de formación del diamante. Sin embargo, no se formó SiC cuando la temperatura de formación de SiC era de 1100ºC o inferior. Además, cuando la temperatura de formación de SiC supera los 1500ºC, la irregularidad de la superficie se vuelve rígida en las condiciones de formación de SiC. Por lo tanto, es preferible 1150 a 1500ºC como la temperatura de formación de SiC.
La razón por la se puede controlar el tamaño de partícula del diamante por la temperatura de formación de la SiC, en el caso donde se forma la constante de red de SiC a 1200 ° C. es 4.377A, en caso de formar a 1500 ° C en un 4.358A Mientras tanto, la constante de retícula puede estar relacionada desde el punto en que disminuye continuamente a medida que la temperatura de la formación aumenta y se aproxima a la constante reticular de diamante (3.567 A).
También, una relación de pico de intensidad de la cara del cristal de SiC cúbico tal como se mide por difracción de rayos X en la Fig. 2 como una función de temperatura de formación, mostró densidad de nucleación cuando no arañar tratamiento por un diamante al mismo tiempo.
Efecto de la invención
Como se describió anteriormente, en el Método B para formar una película de diamante sometido al rayado tratamiento de la capa de SiC formado en el sustrato de la presente invención, es posible cambiar el tamaño de partícula del diamante por la temperatura de formación de la SiC, termistores, policristalino Semiconductores de alta temperatura y elementos ópticos que utilizan los materiales mencionados anteriormente.
En el Método A para formar una película de diamante sin diamante rascarse por el tratamiento de la capa de SiC de la presente invención, es posible controlar la densidad de nucleación de las partículas de diamante mediante el recubrimiento de toda la superficie del sustrato con partículas de diamante por un tiempo más largo de la formación Se puede obtener un dispositivo de diamante que tiene un diámetro grande.
Además, al no realizar el proceso de esta manera daño por el diamante capa de SiC, ya que después de la formación de la capa de SiC para formar un diamante en un vacío continuo, por tres semiconductor o diamante SiC dos semiconductores de Si SiC Diamond Es posible construir un dispositivo de heteroestructura.
Breve descripción de los dibujos
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un gráfico que muestra la relación entre la temperatura de formación de una capa de SiC y el diámetro de partícula de diamante en la presente invención.
Es un gráfico que muestra la relación entre la relación de intensidad de pico y la densidad de nucleación de la temperatura de formación y la difracción de rayos X de la capa de SiC en la figura invención.
Reclamo
El gas que contiene gases y átomos de carbono, incluyendo las reivindicaciones 1 átomo de silicio, se introduce en una región donde la presencia del sustrato a la que un material conductor que se calienta a 1.150 1.500 ° capa C, SiC sobre el sustrato por descomposición térmica del gas introducido Y a continuación, se introduce un carbono que contiene gas diluido con hidrógeno en la región en la que está presente el sustrato calentado que tiene la capa de SiC y se forma una película de diamante a presión reducida.
El gas que contiene gases y átomos de carbono, incluyendo las reivindicaciones 2 átomos de silicio, se introduce en una región donde la presencia del sustrato a la que un material conductor que se calienta a 1.150 1.500 ° capa C, SiC sobre el sustrato por descomposición térmica del gas introducido La superficie de la capa de SiC se dañó con polvo de diamante y luego se introdujo un gas que contenía carbono diluido con hidrógeno en la región en la que estaba presente el sustrato calentado que tenía la capa de SiC. Método para formar una película de diamante.
Dibujo :
Application number :1994-002139
Inventors :三菱電機株式会社
Original Assignee :内海良和、奥村正富