JPH01172294A - ダイヤモンドの気相合成方法 - Google Patents
ダイヤモンドの気相合成方法Info
- Publication number
- JPH01172294A JPH01172294A JP62330130A JP33013087A JPH01172294A JP H01172294 A JPH01172294 A JP H01172294A JP 62330130 A JP62330130 A JP 62330130A JP 33013087 A JP33013087 A JP 33013087A JP H01172294 A JPH01172294 A JP H01172294A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- diamond
- jets
- vapor phase
- diamond film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
ダイヤモンドを高い成長速度で気相合成する方法に関し
、 ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面の平滑な均一の膜と
して成長させる方法を提供することを目的とし、 、 複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プラズマジェ
ットを相互に衝突させ、該プラズマジェット中で炭素含
有化合物をプラズマ化し、これを急冷して基板に照射し
、基板上に均一で、平滑なダイヤモンド膜を作製するよ
うに構成する。
、 ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面の平滑な均一の膜と
して成長させる方法を提供することを目的とし、 、 複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プラズマジェ
ットを相互に衝突させ、該プラズマジェット中で炭素含
有化合物をプラズマ化し、これを急冷して基板に照射し
、基板上に均一で、平滑なダイヤモンド膜を作製するよ
うに構成する。
本発明は、ダイヤモンドを高い成長速度で気相合成する
方法に関する。
方法に関する。
ダイヤモンド膜は、熱伝導率が２０００Ｗ／ｓ＋にと銅
の４倍にも相当し、しかも硬度、絶縁性もすぐれており
、半導体用のヒートシンク、回路基板材料として、理想
的な材料である。
の４倍にも相当し、しかも硬度、絶縁性もすぐれており
、半導体用のヒートシンク、回路基板材料として、理想
的な材料である。
また、広い波長範囲で透光性にすぐれており、光学材料
としてすぐれている。さらにダイヤモンドは、バンドギ
ャップが５．４ｅＶと広く、キャリア移動度の高い半導
体でもあり高温トランジスタ、高速トランジスタ等の高
性能デバイスとしても注目されている。従来、良質のダ
イヤモンドを気相合成する方法として化学気相成長法（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、
ＣＶＤ法）があるが、製膜速度が数−／ｈと遅いとい
う欠点があった。
としてすぐれている。さらにダイヤモンドは、バンドギ
ャップが５．４ｅＶと広く、キャリア移動度の高い半導
体でもあり高温トランジスタ、高速トランジスタ等の高
性能デバイスとしても注目されている。従来、良質のダ
イヤモンドを気相合成する方法として化学気相成長法（
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、
ＣＶＤ法）があるが、製膜速度が数−／ｈと遅いとい
う欠点があった。
ダイヤモンドを高い速度で気相合成するには、水素原子
や炭化水素ラジカルなどの活性種を高い密度で基板上に
供給しなければならない。このような高いラジカル濃度
は熱プラズマを発生させることによりえられるが、熱プ
ラズマはその温度が５０００℃以上と高いため、そのま
ま基板上に供給することはできない。そこで熱プラズマ
を急冷し、高温での高いガス解離率をそのまま凍結させ
た、低温でも高いラジカル濃度を有する非平衡プラズマ
を基板上に供給するＤＣプラズマジェットＣｖＤ法は、
ＤＣアーク放電により発生させた熱プラズマをプラズマ
ジェットとして水冷基板にぶつけるか、あるいはプラズ
マジェットに冷却ガスを吹きつけることにより熱プラズ
マを急冷させ、基板上にダイヤモンドを高速合成させる
方法である。
や炭化水素ラジカルなどの活性種を高い密度で基板上に
供給しなければならない。このような高いラジカル濃度
は熱プラズマを発生させることによりえられるが、熱プ
ラズマはその温度が５０００℃以上と高いため、そのま
ま基板上に供給することはできない。そこで熱プラズマ
を急冷し、高温での高いガス解離率をそのまま凍結させ
た、低温でも高いラジカル濃度を有する非平衡プラズマ
を基板上に供給するＤＣプラズマジェットＣｖＤ法は、
ＤＣアーク放電により発生させた熱プラズマをプラズマ
ジェットとして水冷基板にぶつけるか、あるいはプラズ
マジェットに冷却ガスを吹きつけることにより熱プラズ
マを急冷させ、基板上にダイヤモンドを高速合成させる
方法である。
この方法によりダイヤモンド膜を高速に作製することが
できた。１つのプラズマジェットを噴射する方法では、
基板上に生成したダイヤモンド粒子は選択的に成長して
、一部の粒子のみの粒径が大きくなり、滑らかで均一な
表面をもつ膜を作製することが難かしかった。
できた。１つのプラズマジェットを噴射する方法では、
基板上に生成したダイヤモンド粒子は選択的に成長して
、一部の粒子のみの粒径が大きくなり、滑らかで均一な
表面をもつ膜を作製することが難かしかった。
本発明は、ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面の平滑な
均一の膜として成長させる方法を提供することを目的と
する。
均一の膜として成長させる方法を提供することを目的と
する。
上記問題点は、複数のプラズマトーチを使用し、複数の
熱プラズマジェットを相互に衝突させ、該プラズマジェ
ット中で炭素源をプラズマ化して、ダイヤモンドを形成
することを特徴とするダイヤモンドの気相合成方法によ
って解決することができる。
熱プラズマジェットを相互に衝突させ、該プラズマジェ
ット中で炭素源をプラズマ化して、ダイヤモンドを形成
することを特徴とするダイヤモンドの気相合成方法によ
って解決することができる。
複数の熱プラズマジェットを相互に衝突させ、プラズマ
ジェット中で炭素含有化合物をプラズマ化し、これを急
冷することにより、多数の微細なダイヤモンド核が生成
すると考えられる。そのために、従来のように、一部の
ダイヤモンド核のみが成長して、ダイヤモンド膜の表面
が凹凸を示すことがなく、均一性にすぐれた平滑なダイ
ヤモンド膜を作製することができる。
ジェット中で炭素含有化合物をプラズマ化し、これを急
冷することにより、多数の微細なダイヤモンド核が生成
すると考えられる。そのために、従来のように、一部の
ダイヤモンド核のみが成長して、ダイヤモンド膜の表面
が凹凸を示すことがなく、均一性にすぐれた平滑なダイ
ヤモンド膜を作製することができる。
第１図は１つの熱プラズマＣＶＤ装置にさらに１つの熱
プラズマジェット発生トーチをとりつけた装置の原理図
である。
プラズマジェット発生トーチをとりつけた装置の原理図
である。
１は陽極、２は陰極、３は放電ガスまたは原料ガスを含
む放電ガス、４は冷却ガスまたは原料ガスを含む冷却ガ
ス、５はアーク、６はノズル、７はプラズマジェット、
８は真空チャンバ、９は基板ホルダ、ＩＯは基板、■■
はダイヤモンド膜である。
む放電ガス、４は冷却ガスまたは原料ガスを含む冷却ガ
ス、５はアーク、６はノズル、７はプラズマジェット、
８は真空チャンバ、９は基板ホルダ、ＩＯは基板、■■
はダイヤモンド膜である。
第２図は本発明を実施する装置の全体図である。
１２は第１のプラズマトーチ、１３は第２のプラズマト
ーチ、１４ 、１５は各トーチのアーク電源、１６ 、
１７は各トーチ用冷却水配置、１８は基板マニピュレー
タ、１９はトーチマニピュレータ、２０は排気系、２１
はガスボンベ、２２は流量計、２３は放電ガスまたは原
料ガスを含む放電ガス供給管、２４は原料ガスおよび／
または冷却ガス供給管、２５は冷却ガス噴出管である。
ーチ、１４ 、１５は各トーチのアーク電源、１６ 、
１７は各トーチ用冷却水配置、１８は基板マニピュレー
タ、１９はトーチマニピュレータ、２０は排気系、２１
はガスボンベ、２２は流量計、２３は放電ガスまたは原
料ガスを含む放電ガス供給管、２４は原料ガスおよび／
または冷却ガス供給管、２５は冷却ガス噴出管である。
５（Ｊ角のＳｔ基板１０をトーチ１２の１００ｍ下にセ
ットし、ロータリーポンプでＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ
まで排気後、トーチ１２に放電ガスＨ２を５０ＳＬＭ、
原料ガスＣＨａを５００ＳＣＣＭで供給し、放電電力３
ｋＷ、系内圧力１００Ｔｏｒｒで、また、トーチ１３に
は、放電ガスＨｔを２０ＳＬＭ、原料ガスを１１００５
ＣＣで供給し、放電電力１ｋＷで基板とトーチとの距離
３５ｍｍ、基板面との角度６０”で１時間製膜した。
ットし、ロータリーポンプでＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ
まで排気後、トーチ１２に放電ガスＨ２を５０ＳＬＭ、
原料ガスＣＨａを５００ＳＣＣＭで供給し、放電電力３
ｋＷ、系内圧力１００Ｔｏｒｒで、また、トーチ１３に
は、放電ガスＨｔを２０ＳＬＭ、原料ガスを１１００５
ＣＣで供給し、放電電力１ｋＷで基板とトーチとの距離
３５ｍｍ、基板面との角度６０”で１時間製膜した。
この膜を、Ｘ線回折、ラマン分光により分析したところ
、ダイヤモンドのピークを示す膜が作製された。第３図
は本発明によって２つのプラズマト−チで作製したダイ
ヤモンド膜を示し膜厚は３０−であり、製膜速度は１１
００Ｉ／ｈｒであった。第４図は比較の方法でプラズマ
トーチ１２のみを用いて作製したダイヤモンド膜を示す
。本発明によれば、このように、滑らかでかつ均一な表
面を持つダイヤモンドを高速に作製することが出来た。
、ダイヤモンドのピークを示す膜が作製された。第３図
は本発明によって２つのプラズマト−チで作製したダイ
ヤモンド膜を示し膜厚は３０−であり、製膜速度は１１
００Ｉ／ｈｒであった。第４図は比較の方法でプラズマ
トーチ１２のみを用いて作製したダイヤモンド膜を示す
。本発明によれば、このように、滑らかでかつ均一な表
面を持つダイヤモンドを高速に作製することが出来た。
上記実施例では放電ガス供給管２３より水素、原料ガス
供給管２４より、メタンをプラズマトーチ１２ 、１３
に供給する例をあげたが、放電ガス供給管２３より水素
とメタンを両方供給する、あるいは原料ガス供給管２４
より冷却ガスＨ２とメタンを供給することもできる。ま
た一方のプラズマトーチのみには放電ガスおよび原料ガ
スを供給し、他方のプラズマトーチには放電ガスのみを
供給する等積々の変形例を実施し得る。要は複数のプラ
ズマジェットを照射し、該プラズマ中で炭素源をプラズ
マ化し、基板上にダイヤモンドを形成することである。
供給管２４より、メタンをプラズマトーチ１２ 、１３
に供給する例をあげたが、放電ガス供給管２３より水素
とメタンを両方供給する、あるいは原料ガス供給管２４
より冷却ガスＨ２とメタンを供給することもできる。ま
た一方のプラズマトーチのみには放電ガスおよび原料ガ
スを供給し、他方のプラズマトーチには放電ガスのみを
供給する等積々の変形例を実施し得る。要は複数のプラ
ズマジェットを照射し、該プラズマ中で炭素源をプラズ
マ化し、基板上にダイヤモンドを形成することである。
また複数のプラズマジェットの角度としては、一方が基
板に対して垂直であるのが成長速度の点で好ましいもの
の、最適な所定の角度に任意に設定することができる。
板に対して垂直であるのが成長速度の点で好ましいもの
の、最適な所定の角度に任意に設定することができる。
上記複数のプラズマジェットとして、好ましいものとし
て直流アーク放電による、直流プラズマジェットをあげ
たが、高周波放電によるＲＦプラズマジェット、レーザ
ビームによる光アーク放電による光アークプラズマジェ
ット、マイクロ放電によるマイクロ波プラズマジェット
交流放電によ−るプラズマジェット等の多様な複数のプ
ラズマを組合せて用いることも可能である。プラズマ発
生雰囲気として減圧下が好ましいものの、大気圧または
加圧下でもダイヤモンド生成に用いうる。さらにはダイ
ヤモンド粉末の合成にも適用することができる。
て直流アーク放電による、直流プラズマジェットをあげ
たが、高周波放電によるＲＦプラズマジェット、レーザ
ビームによる光アーク放電による光アークプラズマジェ
ット、マイクロ放電によるマイクロ波プラズマジェット
交流放電によ−るプラズマジェット等の多様な複数のプ
ラズマを組合せて用いることも可能である。プラズマ発
生雰囲気として減圧下が好ましいものの、大気圧または
加圧下でもダイヤモンド生成に用いうる。さらにはダイ
ヤモンド粉末の合成にも適用することができる。
本発明によれば、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法におい
て、ダイヤモンド膜を高速にかつ表面の滑らかな均一な
膜を作製することができ、コーチくングの応用範囲を大
幅に広げることができる。
て、ダイヤモンド膜を高速にかつ表面の滑らかな均一な
膜を作製することができ、コーチくングの応用範囲を大
幅に広げることができる。
半導体装置用のダイヤモンドヒートシンクやダイヤモン
ド回路基板の実現を大きく前進させることができる。
ド回路基板の実現を大きく前進させることができる。
第１図は本発明の熱プラズマジェットＣＶＤの原理図で
あり、 第２図は本発明の熱プラズマジェットＣＶＤを実施する
装置の全体図であり、 第３図は本発明によるダイヤモンド膜結晶の構造であり
、 第４図は従来の方法によるダイヤモンド膜結晶の構造で
ある。 １・・・陽極、 ２・・・陰極、３・・・
放電ガス、または原料ガスを含む放電ガス、４・・・冷
却ガス、または原料ガスを含む冷却ガス、５・・・アー
ク、 ６・・・ノズル、７・・・プラズマジ
ェット、８川真空チヤンバ、９・・・基板ホルダ、
ＩＯ・・・基板、１１・・・ダイヤモンド膜、 １２・・・第１のプラズマトーチ、 １３・・・第２のプラズマトーチ、 １４ 、１５・・・アーク電源、 １６ 、１７・・・トーチ用冷却水配管、１８・・・基
板マニピュレータ、 １９・・・トーチマニピュレータ、 ２０・・・排気
系、 ２１・・・ガスボンベ、２２・・・流量
計、 ２３・・・放電ガス供給管、２４−・・原
料ガス供給管、２５・・・冷却ガス噴出管。
あり、 第２図は本発明の熱プラズマジェットＣＶＤを実施する
装置の全体図であり、 第３図は本発明によるダイヤモンド膜結晶の構造であり
、 第４図は従来の方法によるダイヤモンド膜結晶の構造で
ある。 １・・・陽極、 ２・・・陰極、３・・・
放電ガス、または原料ガスを含む放電ガス、４・・・冷
却ガス、または原料ガスを含む冷却ガス、５・・・アー
ク、 ６・・・ノズル、７・・・プラズマジ
ェット、８川真空チヤンバ、９・・・基板ホルダ、
ＩＯ・・・基板、１１・・・ダイヤモンド膜、 １２・・・第１のプラズマトーチ、 １３・・・第２のプラズマトーチ、 １４ 、１５・・・アーク電源、 １６ 、１７・・・トーチ用冷却水配管、１８・・・基
板マニピュレータ、 １９・・・トーチマニピュレータ、 ２０・・・排気
系、 ２１・・・ガスボンベ、２２・・・流量
計、 ２３・・・放電ガス供給管、２４−・・原
料ガス供給管、２５・・・冷却ガス噴出管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プラズマ
ジェットを相互に衝突させ、該プラズマジェット中で炭
素源をプラズマ化して、ダイヤモンドを形成することを
特徴とするダイヤモンドの気相合成方法。 ２、複数のプラズマトーチを使用し、炭素化合物をプラ
ズマ化し、複数の熱プラズマジェットを相互に衝突させ
、該プラズマジェット中でこれを急冷して基板に照射し
、基板上に均一で平滑なダイヤモンド膜を作製すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンド
膜の気相合成方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330130A JPH01172294A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
| DE88302836T DE3884653T2 (de) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Diamant. |
| EP88302836A EP0286306B1 (en) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
| KR1019880003737A KR910006784B1 (ko) | 1987-04-03 | 1988-04-02 | 다이어몬드 증착장치와 방법 |
| US07/177,504 US5368897A (en) | 1987-04-03 | 1988-04-04 | Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond |
| US07/905,226 US5403399A (en) | 1987-04-03 | 1992-06-29 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330130A JPH01172294A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172294A true JPH01172294A (ja) | 1989-07-07 |
| JPH0449520B2 JPH0449520B2 (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=18229143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62330130A Granted JPH01172294A (ja) | 1987-04-03 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01172294A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5200231A (en) * | 1989-08-17 | 1993-04-06 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing polycrystalline diamond layers |
| US5481081A (en) * | 1992-03-30 | 1996-01-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus of synthesizing diamond in vapor phaase |
| EP3159641A1 (en) | 2009-12-22 | 2017-04-26 | Kao Corporation | Method for cooling liquid |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP62330130A patent/JPH01172294A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5200231A (en) * | 1989-08-17 | 1993-04-06 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing polycrystalline diamond layers |
| US5481081A (en) * | 1992-03-30 | 1996-01-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus of synthesizing diamond in vapor phaase |
| US5539176A (en) * | 1992-03-30 | 1996-07-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus of synthesizing diamond in vapor phase |
| EP3159641A1 (en) | 2009-12-22 | 2017-04-26 | Kao Corporation | Method for cooling liquid |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0449520B2 (ja) | 1992-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5368897A (en) | Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond | |
| RU2032765C1 (ru) | Способ нанесения алмазного покрытия из паровой фазы и устройство для его осуществления | |
| JPH0477710B2 (ja) | ||
| JPH01172294A (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法 | |
| JPH01179789A (ja) | ダイヤモンドの気相成長方法と熱プラズマ堆積方法およびプラズマ噴射装置 | |
| JPH0372038B2 (ja) | ||
| KR920018251A (ko) | 화학 증착에 의해 다이아몬드를 제조하기 위한 개선된 장치 및 그로부터 제조된 제품 | |
| JPH0226895A (ja) | ダイヤモンド気相合成方法及びその装置 | |
| JP2646439B2 (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法および装置 | |
| JPH01201481A (ja) | 高圧相窒化ほう素の気相合成方法及び装置 | |
| JPS63277767A (ja) | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 | |
| JPS63310795A (ja) | マイクロ波プラズマジェットによるダイヤモンド気相合成方法 | |
| JPS63270393A (ja) | ダイヤモンドの合成方法 | |
| JPH01100092A (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法及び装置 | |
| JPH0660411B2 (ja) | 光プラズマ気相合成方法及び装置 | |
| JP2646438B2 (ja) | ダイヤモンド気相合成方法 | |
| JPH01164796A (ja) | ダイヤモンド膜の合成法 | |
| JPH0449517B2 (ja) | ||
| JP2633640B2 (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法 | |
| JPH03208892A (ja) | ダイヤモンド膜の合成方法および装置 | |
| JPH01239090A (ja) | ダイヤモンド熱プラズマ気相合成方法及び装置 | |
| JPS63282200A (ja) | ダイヤモンドの化学気相成長方法 | |
| JPS62171995A (ja) | ダイヤモンドの製造方法 | |
| JPH01157498A (ja) | 高温プラズマによるダイヤモンドの製造法 | |
| JPH02137796A (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |