(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド表面と金属片との接合を、金属片とダイヤモンド表面の非結合面に、当該金属片を覆いつくす当該金属片より面積の大きいＲｕ被膜を設けることにより保護したダイヤモンド表面と金属片との接合保護構造であって、前記ダイヤモンドが電気伝導性であり、前記金属片と前記電気伝導性のダイヤモンドとがオーム性の電気伝導界面を持つことを特徴とする接合保護構造。
【請求項２】
前記電気伝導性ダイヤモンドがダイヤモンド半導体である請求項１に記載された接合保護構造。
【請求項３】
オーミック電極を形成する前記金属片がＴｉ／Ｐｔの積層構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載された接合保護構造。
【請求項４】
前記Ｒｕ被膜上にさらに異なる金属被膜を設置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載された接合保護構造。
【請求項５】
前記Ｒｕ被膜上に設置される前記金属被膜がＴｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｍｏから選ばれる金属であることを特徴とする請求項４に記載された接合保護構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドと金属片との密着性、高温安定性、薬品耐性に関するものであり、応用例としては、工具、電極、電子デバイスがあげられる。とくに、ボンディングの機械強度、高温での金属片の剥離、強酸・強アルカリ中において、ダイヤモンドと金属片による構造を強固に保持することが要求される状況に適する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、高温あるいは極限環境下でも利用できる材料として知られ、センサや電極としての応用が広範囲にわたって開発されている。ところが、ダイヤモンドと金属片とを同時に利用するような構造を要する場面においては、金属片とダイヤモンドの界面の強度、金属片自身の高温ないし薬品中での脆弱性により、極限環境での利用には制限がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題を解決すべく本発明では、Ru被膜によるダイヤモンド上の金属片、例えば電極、素子をRu被膜により保護することで、高温あるいは強反応性化学物質中においても金属片とダイヤモンド表面との接合を保持したまま、機能を発揮する構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、ダイヤモンド表面と金属片との接合を接合の面積より大きな面積のRu被膜によって保護することで、高強度、高温、耐薬品性のある信頼性の高い構造を見出すに至った。
すなわち、本発明は、ダイヤモンド表面と金属片との接合を、金属片とダイヤモンド表面の非結合面に、当該金属片を覆いつくす当該金属片より面積の大きいRu被膜を設けることにより保護したダイヤモンド表面と金属片との接合保護構造である。
また本発明では、ダイヤモンドを電気伝導性とすることができる。
さらに本発明では、金属片と、電気伝導性ダイヤモンドとがオーム性の電気伝導界面を持たせることができる。
また本発明では、電気伝導性ダイヤモンドをダイヤモンド半導体とすることができる。
さらに本発明では、ダイヤモンドを絶縁性とすることができる。
また本発明では、Ru被膜として、Ruそのもの（純度９９．９以上）を適用することができる。
さらに本発明では、オーミック電極を形成する金属がTi/Ptの積層構造である請求項3に記載したダイヤモンド表面と金属片との接合保護構造。
また本発明では、Ru被膜上にさらに異なる金属被膜を設置したダイヤモンド表面と金属片との接合保護構造とすることができる。
さらに本発明では、Ru被膜上に設置される金属被膜をTi, Pt, Au, Ni, Moから選ばれる金属とすることができる。
また本発明では、金属片が電極であり、ダイヤモンドをダイヤモンド半導体とすることができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、Ru被膜により覆われた金属片は良好に保護され、例えばダイヤモンド表面上の電極のボンディング強度を向上させるだけでなく、高温長期信頼性、HFのような強酸中でも、ダイヤモンド表面上の電極の構造保持を行うことが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、ダイヤモンド表面と金属片との接合を接合の面積より大きな面積のRu被膜によって保護する構造であり、ダイヤモンドが電気伝導性の場合も絶縁性の場合も同様の効果が得られる。また、金属片と、伝導性ダイヤモンドとがオーム性の電気伝導界面を持つ素子構造である場合、伝導性ダイヤモンドが半導体である電子素子が含まれる。また、ダイヤモンドが絶縁性であるとき、ダイヤモンド表面上に設置した金属片をRu被膜により被覆した構造も含まれる。そのうえ、金属片がRuそのものである構造にも適用できる。電極としては、オーミック電極を形成する金属がTi/Ptの積層構造である上記半導体ダイヤモンド上の電極への適用も含まれる。この構造の適用には、Ru被膜上にさらに異なる金属を設置した構造も同様である。そのため、Ru被膜上に設置される金属がTi, Pt, Au, Ni, Moである構造も含まれる。すなわち、このような構造が電極の役割をする場合、半導体デバイスの機能を持つ構造を適用することが出来る。
本発明において、特に強酸中に曝す場合、設置後のRu被膜には焼鈍として、200℃〜800℃の範囲で加熱を行うことが望ましい。
さらに本発明では、Ru被膜の面積が被覆を要する金属の面積よりも大きな事が望ましい。
本発明でダイヤモンド表面上に設置するRu被膜の設置方法は、どのような方法でも良いが例としてイオンビームスパッタ法、パルスレーザー堆積法、RFスパッタ法によって作製される。厚さは特に規定しない。
形状は、どのようなものでも良いが、実施例では100μm間隔で島状に点在するφ30μmの電極を配置した。
【０００７】
本発明においては、ダイヤモンドとは、天然のもの、人工のものを問わない。
また、ダイヤモンドはどのような結晶系のもの、どのような終端構造のものであっても良い。
【０００８】
本発明では、ダイヤモンド表面と金属片でオーミック伝導を形成する場合、オーミック電極の作成についても、周知の材料と周知方法を用いてどのような手順で行っても良い。
【０００９】
さらに本発明においては、天然、人工を問わず、ダイヤモンドならどのタイプのものでも良く、表面の結晶構造は（００１）、（１１１）、（１１０）などが挙げられる。
【００１０】
さらに本発明におけるダイヤモンド表面は、炭素終端ダイヤモンド、水素終端ダイヤモンド、酸素終端ダイヤモンドなどが挙げられる。また、単層から２〜３層であれば、シリコン化合物のような極薄中間層が入っても良い。
【００１１】
アニールを行わなくても良い密着性を示すが、Ru被膜の設置後、真空・あるいは不活性ガス雰囲気中400℃以上でアニールすることで、より高い強度を持たせることが出来る。
本発明について実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
ダイヤモンド上に、電子線描画装置を利用し、円形φ30μmのパターンを用意し、そこへ真空蒸着気によりTiを30nm蒸着し、リフトオフ工程を経ることでTiの金属片を1600個用意した。次に、ダイヤモンド上に、電子線描画装置を利用し、円形φ20μmのパターンを用意し、そこへ真空蒸着気によりRuを20nm蒸着し、リフトオフ工程を経ることでTiの金属片を1600個用意した。そのパターンと正確に中心が一致、重なり合うように、Ruの円形パターンφ30μmを描画し、RFスパッタ法によりRuを200nm成膜した。次にリフトオフ工程で不要な部分を取り除いた後、アセトンの入っているビーカーに入れ、超音波洗浄機を行い、次に別のテフロン（登録商標）製の容器に入れたHF液中に曝露した。
【００１３】
(比較例)
ダイヤモンド上に、一般にダイヤモンドとの密着性が良いとされるTiで構成するφ30μmの電極をRFスパッタ法により設置し、アセトンの入っているビーカーに入れ、超音波洗浄機を行い、次に別のテフロン（登録商標）製の容器に入れたHF液中に曝露した。
【００１４】
実施例１で得られたものは、図1に示すように、超音波、HFに対して、良い機械的、化学的耐性を示した。
【実施例２】
【００１５】
ダイヤモンド上に、一般にダイヤモンドとの密着性が良いTiで構成するφ20μmの電極に加えて、密着性は良くないが、電子デバイス用途として用いられることの多いAuで構成するφ20μmの電極をそれぞれ電子線描画とRFスパッタ法を用いることで、厚さ30nmで1600個ずつ設置し、それらの上に、φ30μmのRu(99.9%)で構成するφ30μmの電極をRFスパッタ法により、厚さ200 nm設置し、アセトンの入っているビーカーに入れ、超音波洗浄機で洗浄した。また、テフロン（登録商標）製ビーカーに入れ、HF液中に曝露した。
【００１６】
(比較例)
ダイヤモンド上に、一般にダイヤモンドとの密着性が良いTiに加えて、密着性は良くないが、電子デバイス用途として用いられることの多いAuで構成するφ30μmの電極をRFスパッタ法により厚さ200nmで設置し、アセトンの入っているビーカーに入れ、超音波洗浄機で洗浄した。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明はダイヤモンド表面と金属片との接合の機械的強度が強くすることができ、接合は強酸耐性があるため、ダイヤモンド工具の接着、MEMS装置、表面デバイス、バルク半導体デバイス、電極として、さまざまな構造、耐久性を持たせることができ、ダイヤモンドの化学的安定性を利用する高信頼性PHセンサや、電気分解用電極、分子認識デバイス、パワーデバイス、Ruや多種金属のもつ触媒機能等を組み合わせた複合機能性デバイスへの応用、また、それらの高温度動作を可能とすることができ、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ショットキー電極周囲に不活化のための保護絶縁膜を設けた構造
【図２】それぞれの金属片より大きな面積のRu被膜で被覆した後の耐久性試験。各種環境下におけるダイヤモンド表面上の金属残存率(%)
【図１】
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【図２】
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