JPH02137796A - 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
- JPH02137796A JPH02137796A JP28921888A JP28921888A JPH02137796A JP H02137796 A JPH02137796 A JP H02137796A JP 28921888 A JP28921888 A JP 28921888A JP 28921888 A JP28921888 A JP 28921888A JP H02137796 A JPH02137796 A JP H02137796A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- diamond
- phase synthesis
- plasma
- 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.)
- Pending
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- 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］
ダイヤモンドの気相合成方法に関し。
ダイヤモンドを高速に、滑らかで均一な厚さを有するよ
うに成膜させることを目的とし、直流又は交流アーク放
電を用いたプラズマトーチから噴射されるプラズマジェ
ットを減圧下の容器内にある基板の表面に照射して、該
基板上にダイヤモンドを成膜させる際、該基板の表面の
周囲を壁面で囲んで成膜を行うように構成する。
うに成膜させることを目的とし、直流又は交流アーク放
電を用いたプラズマトーチから噴射されるプラズマジェ
ットを減圧下の容器内にある基板の表面に照射して、該
基板上にダイヤモンドを成膜させる際、該基板の表面の
周囲を壁面で囲んで成膜を行うように構成する。
本発明はダイヤモンドの気相合成方法に関するものであ
る。
る。
近年、化学気相成長（ＣＶＤ）法によるダイヤモンド膜
合成の研究が盛んに行われるようになり、その高硬度を
利用して切削工具への被覆や、高音速の媒体としてスピ
ーカへの応用等にその成果は一部実用化されている。
合成の研究が盛んに行われるようになり、その高硬度を
利用して切削工具への被覆や、高音速の媒体としてスピ
ーカへの応用等にその成果は一部実用化されている。
又、ダイヤモンド膜は、熱伝導率が２０００Ｗ／ｍＫと
銅の４倍にもなり、更に硬度、絶縁性が優れているため
半導体素子用のヒートシンクや回路基板材料として理想
的な材料である。
銅の４倍にもなり、更に硬度、絶縁性が優れているため
半導体素子用のヒートシンクや回路基板材料として理想
的な材料である。
又、広い波長範囲で透光性に優れているため光学材料と
して用いられる。
して用いられる。
更に、ダイヤモンドは、パンドギャンプが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。
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膜を気相合成する方法として
ＣＶＤ法があるが、成膜速度が数μｍ／ｈと極めて遅い
という問題があった。
ＣＶＤ法があるが、成膜速度が数μｍ／ｈと極めて遅い
という問題があった。
ダイヤモンドを高い速度で気相合成させるには。
水素原子や、炭化水素ラジカル等の活性種を高い密度（
濃度）で基板上に供給しなければならない。
濃度）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
ことにより得られるが、熱プラズマはその温度が５００
０°Ｃ以上と高いため、そのまま基板上に供給すること
ができない。
ことにより得られるが、熱プラズマはその温度が５００
０°Ｃ以上と高いため、そのまま基板上に供給すること
ができない。
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させるという考えのちと
に、 ＤＣプラズマジェット化学気相成長（ＣＶＤ）法
を本出願人は開発した（特願昭６２−０８３３１８参照
）。
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させるという考えのちと
に、 ＤＣプラズマジェット化学気相成長（ＣＶＤ）法
を本出願人は開発した（特願昭６２−０８３３１８参照
）。
この方法は、 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照射すること
により熱プラズマを急冷し、基板上にダイヤモンドを高
速合成させる方法である。
ズマをプラズマジェットとして水冷基板に照射すること
により熱プラズマを急冷し、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。
ができた。
しかしながら、上記の方法では供給された原料のプラズ
マジェットは基板に照射された後、横方向に飛び敗って
しまう。このため、基板のジェットが当たる中心部分の
堆積が多くなり、中心部に厚い膜が形成さる。
マジェットは基板に照射された後、横方向に飛び敗って
しまう。このため、基板のジェットが当たる中心部分の
堆積が多くなり、中心部に厚い膜が形成さる。
本発明は、ダイヤモンド膜を高速に、且つ滑らかで均一
な厚さを有するように成長させることを目的とする。
な厚さを有するように成長させることを目的とする。
上記課題の解決は、直流又は交流アーク放電を用いたプ
ラズマトーチから噴射されるプラズマジェットを減圧下
の容器内にある基板の表面に照射して、該基板上にダイ
ヤモンドを成膜させる際。
ラズマトーチから噴射されるプラズマジェットを減圧下
の容器内にある基板の表面に照射して、該基板上にダイ
ヤモンドを成膜させる際。
該基板の表面の周囲を壁面で囲んで成膜を行うダイヤモ
ンドの気相合成方法により達成される。
ンドの気相合成方法により達成される。
第１図は本発明の原理図で１合成装置の模式断面図であ
る。
る。
図において、１は陽極、２は陰極、３は放電ガス、４は
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はチャンバ、９は基板ホルダ、ＩＯは被成長基
板、 １１はダイヤモンド膜、１２は基板囲いである。
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はチャンバ、９は基板ホルダ、ＩＯは被成長基
板、 １１はダイヤモンド膜、１２は基板囲いである。
チャンバ８内に円筒状の陽極１とその中心部に棒状の陰
極２を配置し、その下側に配置された基板ホルダ９上に
被成長基板１０を載せる。
極２を配置し、その下側に配置された基板ホルダ９上に
被成長基板１０を載せる。
陽極１と陰極２は放電ガス３の流入路を形成しここより
チャンバ８内に放電ガス３及び原料ガスを流入し、その
間にＤＣ電圧を印加してアーク５を発生させ１両電極の
先端部に形成されたノズル６よりプラズマジェット７を
被成長基板１０上に照射して、基板上にダイヤモンド膜
１１を成長する。
チャンバ８内に放電ガス３及び原料ガスを流入し、その
間にＤＣ電圧を印加してアーク５を発生させ１両電極の
先端部に形成されたノズル６よりプラズマジェット７を
被成長基板１０上に照射して、基板上にダイヤモンド膜
１１を成長する。
この場合１ノズル６より照射されたプラズマジェット７
は基板囲い１２に衝突し、再び基板１０の方向へ反射さ
れる。
は基板囲い１２に衝突し、再び基板１０の方向へ反射さ
れる。
〔作用］
従来法によると、ノズル６より照射されたプラズマジェ
ット７は基板１０に衝突し、ここでダイヤモンド膜１１
を成長し、その後横方向に飛び敗ってしまう。
ット７は基板１０に衝突し、ここでダイヤモンド膜１１
を成長し、その後横方向に飛び敗ってしまう。
本発明は、横方向に飛び敗るプラズマジェット７を基板
囲い１２に衝突させて再び基板上に導くことにより、始
めにプラズマジェット７が衝突した基板中心以外での堆
積が可能となり、均一な厚さの膜が形成できるようにし
たものである。
囲い１２に衝突させて再び基板上に導くことにより、始
めにプラズマジェット７が衝突した基板中心以外での堆
積が可能となり、均一な厚さの膜が形成できるようにし
たものである。
〔実施例］
第２図は本発明の一実施例によるダイヤモンドの気相合
成合成方法を説明する装置の模式断面図である。
成合成方法を説明する装置の模式断面図である。
図において、１３はトーチ用冷却水配管、１４はアーク
電源、１５は基板マニピュレータ、１６はトーチマニピ
ュレータ、 １７は流量計、１８はガスボンベ。
電源、１５は基板マニピュレータ、１６はトーチマニピ
ュレータ、 １７は流量計、１８はガスボンベ。
１９は放電ガス供給管、２０は冷却ガス供給管、２１は
冷却ガス噴出管、２２は陽極及び陰極で構成されるプラ
ズマトーチ、２３は排気口である。
冷却ガス噴出管、２２は陽極及び陰極で構成されるプラ
ズマトーチ、２３は排気口である。
５ ｃｍ角のＳｉ基板１０をプラズマトーチ２２の２０
ｍｍ下に置き、排気口２３よりロークリポンプでチャ
ンバ８内を１ ｘｔｏ−” Ｔｏｒｒまで排気し、放電
ガスとして）１□を２０ ＬＭ、原料ガスとしてＣ１＋
、を１１００５ＣＣ、冷却ガスとしてＨ２を５ ＬＭ流
し、放電電力２ ｋＷ、 チャンバ８内圧力３０ Ｔ
ｏｒｒで１時間成膜した。
ｍｍ下に置き、排気口２３よりロークリポンプでチャ
ンバ８内を１ ｘｔｏ−” Ｔｏｒｒまで排気し、放電
ガスとして）１□を２０ ＬＭ、原料ガスとしてＣ１＋
、を１１００５ＣＣ、冷却ガスとしてＨ２を５ ＬＭ流
し、放電電力２ ｋＷ、 チャンバ８内圧力３０ Ｔ
ｏｒｒで１時間成膜した。
この際、基板周囲には基板囲い１２が設けられているた
め、プラズマジェット７が始めに照射された中心部分と
１反射したプラズマジェットにより堆積した周囲部分と
にダイヤモンドの堆積が起こり、約２００μｍの厚さの
均一なダイヤモンド膜が作製できた。
め、プラズマジェット７が始めに照射された中心部分と
１反射したプラズマジェットにより堆積した周囲部分と
にダイヤモンドの堆積が起こり、約２００μｍの厚さの
均一なダイヤモンド膜が作製できた。
このときの厚さのばらつきは±１０％で、従来例の±３
０％に比し向上した。
０％に比し向上した。
実施例では、基板囲い１２は基板の四方に設けたが、そ
の形状は円筒形の壁や別の曲面を持った壁で囲って厚さ
の均一性を増すように実験的に決定することができる。
の形状は円筒形の壁や別の曲面を持った壁で囲って厚さ
の均一性を増すように実験的に決定することができる。
以上説明したように本発明によれば、プラズマトーチ）
ＣＶＤ法において、基板上に高速に均一な厚さのダイ
ヤモンド膜が作製できる。
ＣＶＤ法において、基板上に高速に均一な厚さのダイ
ヤモンド膜が作製できる。
第１図は本発明の原理図で１合成装置の模式断面図。
第２図は本発明の一実施例によるダイヤモンドの気相合
成方法を説明する装置の模式断面図である。 図において。 １は陽極、 ２は陰極。 ３は放電ガス、 ４は冷却ガス。 ５はアーク、 ６はノズル ７はプラズマジェット ８はチャンバ、 ９は基板ホルダ。 １０は被成長基板、 １１はダイヤモンド膜。 １２は基板囲い。 １３はトーチ用冷却水配管。 １４はアーク電源 １５は基板マニピュレータ １６はトーチマニピュレータ。 １７は流量計、１８はガスボンベ。 １９は放電ガス供給管、２０は冷却ガス供給管２１は冷
却ガス噴出管、２２はプラズマトーチ。 ２３は排気口 第 １２
成方法を説明する装置の模式断面図である。 図において。 １は陽極、 ２は陰極。 ３は放電ガス、 ４は冷却ガス。 ５はアーク、 ６はノズル ７はプラズマジェット ８はチャンバ、 ９は基板ホルダ。 １０は被成長基板、 １１はダイヤモンド膜。 １２は基板囲い。 １３はトーチ用冷却水配管。 １４はアーク電源 １５は基板マニピュレータ １６はトーチマニピュレータ。 １７は流量計、１８はガスボンベ。 １９は放電ガス供給管、２０は冷却ガス供給管２１は冷
却ガス噴出管、２２はプラズマトーチ。 ２３は排気口 第 １２
Claims (1)
- 直流又は交流アーク放電を用いたプラズマトーチから噴
射されるプラズマジェットを減圧下の容器内にある基板
の表面に照射して、該基板上にダイヤモンドを成膜させ
る際、該基板の表面の周囲を壁面で囲んで成膜を行うこ
とを特徴とするダイヤモンドの気相合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28921888A JPH02137796A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28921888A JPH02137796A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02137796A true JPH02137796A (ja) | 1990-05-28 |
Family
ID=17740311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28921888A Pending JPH02137796A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02137796A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013154504A3 (en) * | 2012-04-12 | 2014-08-28 | Iia Technologies Pte. Ltd. | Microwave plasma chemical vapour deposition apparatus |
-
1988
- 1988-11-16 JP JP28921888A patent/JPH02137796A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013154504A3 (en) * | 2012-04-12 | 2014-08-28 | Iia Technologies Pte. Ltd. | Microwave plasma chemical vapour deposition apparatus |
| JP2015518088A (ja) * | 2012-04-12 | 2015-06-25 | トゥーエイ テクノロジーズ プライベート リミテッド | マイクロ波プラズマ化学気相成長装置 |
| US10184192B2 (en) | 2012-04-12 | 2019-01-22 | Sunset Peak International Limited | Apparatus for growing diamonds by microwave plasma chemical vapour deposition process and substrate stage used therein |
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