JPH01501142A - ダイヤモンド層の蒸着方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイヤモンド層の蒸着方法 発明の背景 本発明は、薄膜の蒸着、とくにダイヤモンド薄膜の蒸着に関する。

ダイヤモンドは炭素の同素結晶体であり、ここでは炭素原子は共有結合され、か つダイヤモンド立方晶格子内に配列されている。自生ダイヤモンドは多面体結晶 として存在し、一般に宝石としてよく知られている。塊状のダイヤモンドは合成 的に製造することができる。そして自生ダイヤモンド及び合成ダイヤモンドは、 いずれも堅く、耐摩耗性があるため、切削具などに使用されている。

ダイヤモンドは、マイクロエレクトロニクスや光学機器に有効であると思われる 物理的及び化学的な性質を有している。

ダイヤモンドは、このような用途では、代表的にはｏ、ｏｏｔインチ未満の薄い 層として存在し、比較的薄い基板で支持されている。ダイヤモンド層は、その使 用されるダイヤモンドの性質に応じて、この機器を通して電流や光が通るような 機器の活性要素として機能し、あるいはダイヤモンド層はヒートシンクのような 受動的な要素とも成り得る。

ダイヤモンドがマイクロエレクトロニクスや工学機器中で広い範囲にわたって使 用しうることが見出されれば、基板上に薄いダイヤモンド層を蒸着する技術が発 展されなければならない。自生の及び合成の塊状ダイヤモンドでは、塊の状態か ら１０００分の１インチ未満の厚さの層を自由に作りこれを基板に結合するよう なことができないので、これをこれらの用途に使用することはできない。

ダイヤモンドの薄膜は、各種技術により基板上に直接蒸着される。例えば、ダイ ヤモンド層は、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）により基板上に蒸着され、ここではキ ャリアガスと混合した各種原材料を加熱基板上に通過せしめる。原材料を正しく 選定し、蒸着条件を正しく設定すれば、ダイヤモンド層は原材料の炭素原子から 蒸着形成される。最も広く使用されている原材料はメタンであるが、カーボンテ トラクロライド、アセトン、アルコール類、エーテル類、アセテート類、アルデ ヒド類、アミン類、及び他の有機化合物もまた、その成功率は異なるものの、使 用可能である。

グラファイトは、炭素の同素体の一つであるが、化学的気相蒸着により薄膜中に 蒸着する。グラファイトを蒸着する反応は、ダイヤモンドを蒸着する反応と競合 する。そして多くの条件下では、グラファイトは、ダイヤモンドよりも蒸着しや すい。そして一旦蒸着された場合でも、ダイヤモンドは、エネルギー的にグラフ ァイトに変換しやすい。しかもグラファイトがダイヤモンドに変換する逆反応は 熱力学的に不利である。従って、ダイヤモンド層は、グラファイトの形成により その蒸着が妨害される。このグラファイトは、ダイヤモンドとはまったく異なる 電気的、及び光学的及び物理的な性質を持ち、この存在により、多くの用途での ダイヤモンドの実施可能性が破壊される。ダイヤモンドの蒸着中に形成されたグ ラファイトを除去する方法として、ガス状水素を化学的気相蒸着装置内に導入し てグラファイトと反応させてメタンを形成し、このことにより、除去を連続的あ るいは断続的におこなう技術がある。

公知のダイヤモンド蒸着技術は比較的蒸着速度が遅く、代表的には１時間当り約 １マイクロメーターのオーダーである。

このように蒸着速度が遅いと、薄膜ダイヤモンド技術の商業的な開発が抑制され てしまう。また多くの場合、断続的な水素反応サイクルで蒸着グラフフィトを除 去して、あるいは原材料ガスをこの目的のために水素で希釈してダイヤモンド層 の成長を妨害する必要がある。ダイヤモンドの薄膜を蒸着する現在の技術は、蒸 着速度が遅く、かつ信頼性にやや欠ける。

これは主に蒸着過程で他の炭素同素体が形成されるためである。

従って、基板上にダイヤモンドの薄膜又はフィルムを蒸着する技術の改良が要請 されている。本発明は、この要請を満たし、さらにこれに関連する利点を有する ものである。

発明の概要 本発明は、基板上にダイヤモンドの層を蒸着する方法を具体化したものであり、 この方法では従来方法の場合よりも蒸着速度が大きい。グラファイトの形成が著 しく減少し、蒸着層が確実に微細量のグラファイト含むことなく純粋なダイヤモ ンドであるようになる。ダイヤモンドの完全性及びその下にある基板とのエピタ キシーは一マイクロエレクトロニクス（こ使用されるダイヤモンドの層にとって 重要な事項であり、これちまた改良される。

本発明によれば、基板上にダイヤモンドの層を蒸着する方法は、炭化水素源材料 （全ての炭素原子が飽和され、炭素原子に結合された水素原子の比が２未満であ る）の蒸気を供給する工程と、基板（基板は加熱されており、これにより原材料 の分解を促進して基板表面にダイヤモンドを形成する）上に原材料の蒸気を蒸着 する工程と、を具備している。

ダイヤモンド立方構造中の炭素原子は、共有単結合により四面体形態中で互いに 結合されている。ここでは一つの電子対が隣接して結合された炭素原子により共 有されている。

各結合間の角度は約１０９．５度（より正確にいえば１０９°２８゛である）。

これは、規則的な四面体の中心からその各頂点に伸びる隣接する線の間の角度と して幾何学的に決定される。この幾何学の結論は、基本的に３次元的に結合され た炭素原子の列であるということである。

これに対して、グラファイト中の炭素原子は、約３．４オングストローム離れた 平行層状に配置されている。各層内の炭素原子間の結合は、比較的強固であるが 、隣接する層間内の炭素原子間の結合は比較的弱い。各層内の結晶は六方晶板で 、隣接する層中の結晶から容易に分離することができる。

従ってグラファイトは、基本的に弱い結合板の２次元構造を呈し、この板は３次 元的に積み重ねられているものである。

本発明の蒸気原材料の構造は、グラフフィト構造というよりむしろ蒸着ダイヤモ ンド構造の形成を促進するために選択されている。原材料中の炭素原子は、四面 体的に配置された単結合により互いに結合され、そのため各炭素原子は蒸着層中 の隣接炭素原子に対して４つの四面体的に配置された単結合を形成する傾向が自 然にある。単純にいえば、原材料には、蒸着ダイヤモンドの構造と比較できる結 合構造を持つものであって、かつ蒸着やこれに続くエネルギ付与工程での炭素結 合の破壊、弛緩及び再配置を最少限とするものが選択される。

これに対して、蒸気状態で二重又は三重結合（または炭化水素中のように、分離 された単／二重結合）を持つ炭素原子は、二重又は三重結合を破壊し、炭素結合 を四面体結合状態に再形成することによってのみ蒸着ダイヤモンド形態に変換さ れる。この工程は、蒸着される各炭素原子に対して実質的にエネルギーの消費が 必要とされ、各蒸着炭素原子には、乗り越えなければならないエネルギー障害が あるため、蒸着過程が遅くなる。さらに、二重又は三重結合を持つ原材料の蒸着 を試みた場合、原子毎に蒸着がなされなければならない。

というのは、原子が結合される時、各二重又は三重結合は、破壊されかつ再配置 されなければならないためである。仮に二重結合又は三重結合が、蒸着中に破壊 せずに再配置されたならば、結合の破壊と再配置に必要とされるエネルギーを考 慮すれば、グラファイト構造のようなものが生じることは、予期できないことで はない。

本発明では、原材料中の炭素原子に結合された水素原子の数の比は２未満である 。この比に関するこの数の最大値は、任意に選択されるものではない。これは、 本発明に関連する原材料として使用可能な炭化水素に密接に関係がある。単結合 という制限及びこの制限により、蒸着グラファイトを形成する傾向のある原材料 が排除される。たとえば、この制限１′−より、分岐又は分岐されていない直鎖 アルカン炭化水素（Ｃ−Ｈ２−＋２）が排除される、これは、Ｘが０から増加す る時、炭素原子に対する結合水素原子の比が４から２に減少する。また、環状ア ルカン類（（ＣＨ２）−）は、炭素原子に対する結合水素原子の比は正確に２で ある。これら及び類似の構造はガス相中で熱分解して不飽和な誘導体を作る。こ れは、芳香族炭化水素を形成するのに有利である。芳香族炭化水素は２次元グラ ファイト状態で順次蒸着する傾向にある。

これは、先に述べた理由から希望する結果とは逆のものである。

炭素原子に対する結合水素の比が低い仕様のものも、蒸着される炭素原子の総量 に対して、蒸着に際して蒸気原材料から除去されなければならない水素原子の数 が減少する。順次除去されなければならない水素原子の数が減少することにより 、蒸着比率を下げる傾向にある基板の表面から水素原子が逆流するのが減少する 。炭素水素結合を破壊するに必要とされるエネルギーもまた減少される。

原材料は、水素と炭素原子から形成された炭化水素である。

ここでは、炭素原子に対して置換されまたは官能基中で置換された他の原子を含 むような関連化合物は、使用されない。

ただし、以下のパラグラフで説明されるドーピングを考慮したものは除く。例え ば、酸素含有化合物（例えば、エーテル類、ヒドロキシル類、カルボニル類）は 、ここに含まれる酸素が水素と反応して水を形成するので、使用されない。これ は蒸着の障害である。同様に、窒素含有化合物（例えばアミン類）は、使用され ない。

炭化水素原材料は、別の炭化水素構造に結合されたドープ原子を少量含む修正ド ープ原材料とともに共蒸着される。ボロン、燐又は窒素のようなドープ原子は、 炭化水素分子中に、所望の少量組込まれた、ドープ原材料を形成することができ る。これらドープ原材料は多量の純粋原材料と混合されて共蒸着される。そのこ とにより、ダイヤモンド層は、蒸着の進行にともなって、少量のコントロール可 能な量で連続的及び均一にドープされる。従って、これに続いて別の拡散ドープ 工程を必要としない。

このドープ処理では、ドープ原子は、先に述べた基準に従って、ダイヤモンドの 蒸着に好適なように選択された構造内に結合される。対比されることは、より一 般的なドープ方法は、炭化水素とは別のガスを混合している（例えば、原材料に 燐をドープする為のＰＨ３のような構造的に異なるガスを混合している）。本発 明は、これらのガスドープによる方法及び従来の拡散方法のいずれでも操作可能 である。しかし好適な方法は、炭化水素内に結合されたドープ剤を使用して、構 造的に好ましいダイヤモンドの蒸着をおこなうのがよい。

飽和四面体の炭素結合についての限度、及び炭素原子に対する結合水素の比が２ 未満であるという制限があるが、これは、ポリサイクリックアルカン類が満足し ている。本発明の好適な原材料は、上記制限を満たすものであるが、それらはア ダマンタン、コンブレラサン、キュパン、及びバスケラタンが好ましい。これら 原材料は、それぞれ固体又は液体の状態で十分高い蒸気圧を有しており、操作可 能な蒸気量を、反応器に導入されるガス蒸気内に提供することができる。これら 炭化水素の各分子は、多数の炭素原子を持っている。これら炭素原子は、蒸着ダ イヤモンドの３次元列と近似し又はマツチしている３次元列内にある他の炭素原 子と結合されている。アダマンタンやコンブレラサンは、特に好適である。とい うのは、これらの芯の構造は、同じダイヤモンドの立方配置を有する炭素原子を 備え、結合角度が蒸着ダイヤモンドに要求される１０９．５度の角度である。キ ュパンやバスケタンの結合は、９０度の方位であり、ダイヤモンドとして蒸着す るためには、若干緩和させなければならない。

したがって、ダイヤモンドの層は、水素原子をアダマンタンやコンブレラサン分 子から取除き、残りの炭素原子をいかなる炭素−炭素結合の破壊や再配置を生ず ることなく表面上に蒸着することにより、形成される。好適な炭化水素を使用す ることにより、メタンを使用する場合にくらべてその蒸着速度を相当増加するこ とができる。例えば、メタン１分子当り１炭素原子が蒸着されるにすぎないが、 アダマンタンでは１分子当り１０炭素原子が蒸着される。またアダマンタンに蒸 着された炭素原子当り１．６水素のみが除去されなければならないが、この比は 、コンブレラサンでは１．４３１、バスケラタンでは１．２で、キュパンでは１ である。これに対して、メタンの場合は、これは従来よく使用される原材料であ るが、蒸着炭素原子当り４水素原子を除去しなければならない。

本発明の方法により、従来方法に比べてより急速にダイヤモンド層の蒸着をおこ なうことができることが認識される。

炭化水素原材料の炭素原子は、所望ダイヤモンド立方構造内で容易に蒸着するよ うに、すなわち幾何学的な適合がよく、結合を破壊したり再形成する必要がない ような状態でその方位を互いに形成している。水素量を減少することにより分子 が比較的大きな寸法となるので、その蒸着速度が増加する。

本発明の別の形態及び利点は、以下に好適な具体例でより詳細に述べ、この具体 例は、添附図面と関連しており、この図面は実施例により本発明の原理を示して いる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明を実施する化学的気相蒸着装置の側面図である。

第２図は、ダイヤモンド結晶構造とともに、参考のためにアダマンクンの炭素分 子を重ね合せ、強調した斜視図である。

第３図は、ダイヤモンドの結晶構造とともに、参考のためにコンブレラサンの炭 素分子を重ね合せ、強調した斜視図である。

第４図は、キュパン分子中の炭素原子の斜視図である。

第５図は、バスケラタン分子中の炭素原子の斜視図である。

好適な具体例の詳細な説明 ダイヤモンドの性質は、所定の半導体装置での使用に対して大変好ましいもので ある。ダイヤモンドは、熱伝導性が銅の約５倍径度と高いため、ヒートシンクと して使用できる。

熱製造装置の下にあるダイヤモンド層、あるいは装置間にあるダイヤモンドの塊 は、その源から熱を急速に除去する。したがって、熱製造装置は、チップ上によ り密に充填することができる。

ダイヤモンドの電気的特性から、装置の活性要素としての使用を推定できる。と くに、高温で使用される装置や苛酷な放熱環境での使用を推定できる。ダイヤモ ンドの結合ギャップは、５．２ｅＶである。そのホール易動性は、約１６００ｃ ｍ２秒−１ボルドー１であり、一方、電気易動性は、ある。ダイヤモンドは、極 性がなく、チャージキャリアのｃｍである。誘電率はシリコンの約１．５である 。

またダイヤモンドは、大変興味ある光学的及び物理的な特性を有している。これ は、赤外線から紫外線に近いところまでの広い範囲の波長にわたって透過性があ り、反射指数が２．３８であるということである。ダイヤモンドは最も堅い自然 材料であり、物理的な損傷に対して抵抗性がある。ダイヤモンドは放熱し難く、 散乱断面が低い。その溶融点は３５００℃を越える。そして、より低い温度では 、変態しない。従って、ダイヤモンドは、半導体や電気−光学装置、とくに高温 抵抗や放熱にさらされる装置に使用するのに大きなポテンシャルを有する。この ダイヤモンドの薄膜は、柔らかい層上の耐摩耗層としての用途、例えば機械のツ ール、ドリル、ジェムなどの耐摩耗層としての用途が期待される。

最も多くの約束された用途を実現するために、薄く高い品質のダイヤモンドの層 を急速に蒸着する技術が必要である。

その好適な具体例では、本発明は、化学的気相蒸着を使用してダイヤモンドの薄 膜を蒸着した。一般に化学的気相蒸着では、基板は、この上にこの層が蒸着され るものであるが、加熱されあるいは活性化され、表面を通過する反応源ガスが分 解して、成長膜に原子を蒸着する。

第１図は、装置１０を示し、この装置は基板１４上にダイヤモンド層１２を化学 的気相蒸着するのに適切なものである。

この基板は、伝導ホルダー１６上に載置され、台１８に沿う伝導により加熱され る。台は、回転可能に載置され、このことにより層１２が均一に蒸着するように している。その代わり、第１図に示すように、ホルダー１６は、感受体としても 機能し、ホルダー１６を囲む高周波コイル２０に流れる高周波信号により加熱さ れる。また高周波信号は、原ガスに影響を与え、ここから蒸着が生じる。これは 多分ガス相分子を活性化してその分解を促進することによる。特に水素原子は、 高温と高周波コイル２０の高周波力とにより、炭化水素ガス分子から剥がされる 。

基板１４、ホルダー１６及び支持体１８は、反応チューブ２２の内側に置かれて いる。これは一般的には、溶融石英などの非伝導性のガラス質材料、原ガスによ る化学的な損傷に対して抵抗性があるシリカのようなセラミックである。ガスの 流れは入口２４から反応器チューブの内部内に導入され、基板を通過して流れ、 出口２６から排出される。目視窓２８は、目視にて蒸着をモニターするためのも のである。

炭化水素を含む原ガスは、ここから炭素原子が、成長しているダイヤモンド層１ ２に蒸着するものであるが、キャリアーガス（通常水素）との混合物中に導入さ れる。原ガスとキャリアーガスとの混合物は、原ガスの固体源上に水素を通過さ せ、または原ガスの液体源を通して水素を泡だでることにより用意される。この ことにより所望制御量の原ガスが固体又は液体の蒸気圧の駆動力の下で気化され る。ガス蒸気中の原ガスの量は、すでに確立された技術を使用して、キャリアー ガスの流速や蒸発温度を変えることによりコントロール可能である。代表的には 、炭化水素含有原ガスは、ガス総量に対して約１〜約４容量％である。

２又はそれ以上のガスをキャリアガスと混合して、基板１４を通過するガスの流 れを形成することもできる。例えば、本発明の原ガスに第二の炭化水素原ガスを 混合して蒸着速度や蒸着ダイヤモンド層１２の化学量論を改良することもできる 。第二の炭化水素原ガスは、本発明による第二の原ガスでも、本発明によらない 原ガス、例えばメタンでもよい。ダイヤモンド層１２を蒸着する手段として、純 粋な炭化水素ではない第二の原ガスをガスの流れ内に混合することもできる。

この原ガスは、ガス相分子中に結合された窒素、燐、又はボロンの如きドープ剤 を含むことができる。このためドープ剤第２図は、層１２内で得られなければな らないダイヤモンド結晶構造を示す。このダイヤモンド構造は、炭素原子四面体 が規則的に繰り返される３次元配置で、単結合により隣接する炭素原子と結合さ れている。この結合配置では、炭素軌道は、ｓ　ｐ　３状態にある。任意の一つ の炭素原子の４つの結合間の角度は、四面体幾何により示されるように、全て約 １０９．５度である。

原ガスを提供する好適な原材料の一つは、アダマンクンで、Ｃ１゜ＨＩ３という 大きな分子成分を有している。アダマンタン中の炭素原子の構造は、また第２図 に示され、これはダイヤモンド構造上に、陰をつけた原子として重ね合わされて いる。アダマンタン分子は、線形ではない。しかしそれに代えて、４つの炭素原 子が３つの他の炭素原子に結合されていることにより、より緻密である。（残り の６つの炭素原子は、各２つの他の炭素原子に結合されている。）２つの他の炭 素原子よりも多い炭素原子に対し、炭素原子のいくつかが結合する結果、炭素原 子当りの結合水素原子の数が平均で２未満である。アダマンタンは、１０炭素原 子で形成され、それぞれ単結合により四面体的に結合され、その炭素結合間の角 度を１０９．５度としている。他の炭素原子への結合に関与しないこれら炭素原 子の電子は、水素原子が炭素原子に結合するのを助け、炭素原子を飽和する。

従って、アダマンタンの炭素原子は　ｓ　ｐ　３炭素軌道で四面体的に結合され 、これはダイヤモンド構造を形成するのに要求されるまさにそのものである。ア ダマンタン分子からダイヤモンド構造を形成するのに、炭素−炭素結合の破壊や 再配置がないことが要求されるが、アダマンタンから作ったものは、この要求ど おりのものである。ダイヤモンド構造の単位は、アダマンタンの分子から水素原 子を除去し、残りの炭素原子をダイヤモンドの成長層上に直接蒸着することによ り形成することができる。そのように蒸着された各分子に対して１０の炭素原子 がダイヤモンド層に加えられる。これと比較すると、従来の方法で各メタン分子 を蒸着する為には、成長ダイヤモンド層に対して単に単一炭素原子が加えられる にすぎない。

別の好適な原材料は、コンブレラサンである。これらの構造は、第３図に示され 、これはダイヤモンドの構造に重ね合わされている。コンブレラサンは％Ｃ１４ Ｈ２Ｏの粗い分子構造を持ち、アダマンタンのように四面体結合炭素原子を有し 、その結果光に述べたようにアダマンタンと同じ利点を有している。

結合角度が１０９．５度でｓ　ｐ　３状態であって、炭素原子が全て四面体結合 である別のより複雑な炭化水素分子も予想される。しかし、分子の原子質量を増 加させると、一般にその蒸気圧が減少し、その結果十分な量の蒸気をキャリアガ ス中に導入して層１２を高い蒸着速度で得ることが段々難しくなる。アダマンク ンは、現在知られた最も低い質量であり、これはまた１０９．５度の結合角度で 結合された四面体の炭素原子を持ち、炭素原子に対して結合された水素原子の比 は、２未満である。

他の炭化水素分子としては、炭素原子が飽和され、炭素原子当り２未満の水素原 子を有しているものが知られている。

しかし、これら分子は、炭素結合の角度１０９．５度以外の角度に歪められてお り、炭素−炭素結合角度は、ダイヤモンド結合を形成するためには、弛緩させな ければならない。この観点から、このような分子は、アダマンタンやコンブレラ サンよりも好ましいものではない。しかし他の観点からみれば、これらはより好 ましい。特にこれら他の分子は、アダマンタンやコンブレラサンよりも炭素原子 に対する水素原子の数の比が低く、かつ原子量が低いために蒸気圧力が高い。そ の結果、これらもまた本発明の好適な具体例である。使用される炭化水素の正確 な選択は、蒸着の環境によってきまる。

このような炭化水素の一つは、キュパンであり、これらの構造は、第４図に示さ れている。キュパンは、その分子式がｃ、Ｈ，であり、炭素−炭素結合角度は９ ０度である。各炭素原子は、他の３つの炭素原子と単結合により結合されており 、１つの水素原子を有して残りん結合を飽和している。炭素−炭素結合は、少な くとも再配置されて、１０９．５度の結合角度を持つダイヤモンド結合としなけ ればならないことは明らかである。しかし単に単結合を含み、再配置は小さい。

理論的には、キュパン分子の２つの平行なエツジを開くことにより、炭素−炭素 結合対が９０度から１０９．５度に弛緩するのを自由におこなうことができる。

キュパンは、アダマンタンのように、３次元結合構造を持ち、２次元グラファイ ト構造よりも３次元ダイヤモンド形成するのを促進する。キュパンは、炭素原子 に対する水素原子の比は１であり、アダマンタンよりも小さい。

キュパンの変形例は、バスケタンであ、これらは分子式がｃｌｏ　Ｈｌ　２であ る。バスケタンの分子構造は、第５図に示され、これはキュパンの変形例のよう に見え、ここでは、２つの炭素原子が、水素原子で飽和された他の２つの炭素原 子を持っている。バスケタンでは、２つの炭素原子は、２つの他の炭素原子にそ れぞれ結合され、８つの炭素原子が３つの他の炭素原子にそれぞれ結合している 。残りの炭素軌道は、水素原子に結合している。キュパンのように、炭素原子は 、その結合角度が１０９．５度ではない。キュパンのように単に単結合を含み、 結合角度の弛緩は少ないが、バスケタンからダイヤモンドを蒸着するのに、炭素 −炭素結合の再配置が必要とされる。キュパンのように、炭素原子に対する水素 原子の比は小さく、バスケタンでは１．２である。キュパンやバスケタンに対す る軌道結合状態は、ｓ　ｐ　３状態の混成であると考えられる。このような中間 の混成では自由エネルギーが高く、その結果分子を「開く」のが比較的容易であ り、結合角度を必要とする１０９．５度でｓ　ｐ　３状態に弛緩するのが容易で ある。

さらに水素原子の数を減少することは、原材料の蒸気圧力を増加させる利点を生 じる。しかし、小さな分子は、所望しない方法で幾何学的に限定される傾向にあ るので、炭素−炭素結合角度は、ダイヤモンドのそれとは大変異なる。低い質量 の炭化水素は、蒸着分子当りの炭素原子が少なくなる。さらに重要なことは、質 量の小さな炭化水素は、ダイヤモンド構造の蒸着よりもグラフフィト構造の蒸着 をしやすいということである。例えば、ベンゼン構造に基く炭化水素は、四面体 結合ではない炭素原子を持ち、本発明の要求に合わない。

ボリアセン類は、ベンゼンの縮合製品であるが、２次元結合構造を形成し、その 結果グラフフィトの特性の板を３次元的に積層した構造を持つ。したがって、グ ラファイト蒸着をしやすい。

化学的気相蒸着用の炭化水素原材料を注意深く選択すれば、グラファイト構造よ りもむしろダイヤモンド構造を促進するという重要な利点をもたらす。３次元列 中で四面体結合炭素原子を持つガス分子は、炭素原子間の結合角度が約１０９． ５度、すなわちダイヤモンドの結合角度であり、グラファイト蒸着よりもダイヤ モンド蒸着をしやすい。このような蒸気源では、結合の再配置は少し、あるいは 全くない。

蒸着付近から除去されなければならない水素原子もまた減少し、蒸着速度が増加 する。他の炭化水素もその要求に合うことが予想されるが、４つの特に好適な炭 化水素、アダマンタン、コンブレラサン、キュパン、及びバスケブタンは、要求 に合うものとして特定されるものである。本発明の特定の具体例は実例を示す目 的から詳細に述べられたが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で各種の変 形をなすことができる。従って、本発明は、以下の請求の範囲以外のものには限 定されない。

国際調査報告 Ｉ＃ｌ−一−＾＃崗−一一　Ｐσ／ＵＳ　８７１０２７５１ＳＡ　１９３６８

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上にダイヤモンドの層を蒸着する方法であって、全ての炭素原子が飽和 され、炭素原子に結合されている水素原子の比が２未満である炭化水素原材料の 蒸気を用意する工程と、 加熱されて原材料の分解を促進し、表面上にダイヤモンドを形成するものである 基板上に、原材料の蒸気を蒸着する工程と、 を具備してなる方法。
2. ２．請求の範囲第１項の蒸着方法において、原材料は、アダマンタン、コングレ ッサン、キュバン、及びバスケッタンから選択されたものである上記方法。
3. ３．請求の範囲第１項の蒸着方法において、原材料の蒸気は、ドープ原子を含む 化合物の蒸気と混合されている上記方法。
4. ４．請求の範囲第１項の蒸着方法において、基板は、ダイヤモンド、シリコン、 二酸化シリコン、モリブデン、ガリウム砒素化合物、及び酸化アルミニウムから なる群から選択されている上記方法。
5. ５．請求の範囲第１項の蒸着方法において、上記蒸着工程は、高周波場内で基板 に対してなされる上記方法。
6. ６．請求の範囲第１項の蒸着方法において、上記蒸着工程は、出発材料の上記を キャリアガスと混合し、蒸気とキャリアガスとの混合物を基板上に流す副工程を 具備している上記方法。
7. ７．基板上にダイヤモンドの層を蒸着する方法であって、全ての炭素原子がｓｐ ３混成軌道により結合され、炭素原子に結合されている水素原子の比が２未満で ある炭化水素原材料の蒸気を用意する工程と、 基板表面で原材料の蒸気を分解して炭素原子を基板上に蒸着し、水素原子を解放 する工程と、 を具備してなる方法。
8. ８．請求の範囲第７項の蒸着方法において、原材料は、アダマンタン、コングレ ッサン、キュバン、及びバスケッタンから選択されたものである上記方法。
9. ９．請求の範囲第７項の蒸着方法において、原材料の蒸気は、ドープ原子を含む 化合物の蒸気と混合されている上記方法。
10. １０．請求の範囲第７項の蒸着方法において、基板は、ダイヤモンド、シリコン 、二酸化シリコン、モリブデン、ガリウム砒素化合物、及び酸化アルミニウムか らなる群から選択されている上記方法。
11. １１．基板上にダイヤモンドの層を蒸着する方法であって、アダマンタン、コン グレッサン、キュバン、及びバスケッタンからなる群から選択された化合物の出 発蒸気を用意する工程と、 出発蒸気を化学的気相蒸着により基板と反応させて基板上にダイヤモンドを蒸着 させる工程と、を具備している方法。
12. １２．請求の範囲第１１項記載の蒸着方法において、出発蒸気は、ドープ原子を 含む化合物の蒸気と混合されている上記方法。
13. １３．請求の範囲第１１項記載の蒸着方法において、基板は、ダイヤモンド、シ リコン、二酸化シリコン、モリブデン、ガリウム砒素化合物、及び酸化アルミニ ウムからなる群から選択されている上記方法。
14. １４．請求の範囲第１１項記載の蒸着方法において、上記反応工程は、高周波場 内で基板に対してなされる上記方法。
15. １５．請求の範囲第１１項記載の蒸着方法において、上記反応工程は、出発蒸気 をキャリアガスと混合し、出発原料とキャリアガスとの混合物を基板上に流す副 工程を具備している上記方法。