JPH02160695A - ダイヤモンドの気相合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの気相合成法Info
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- JPH02160695A JPH02160695A JP31491588A JP31491588A JPH02160695A JP H02160695 A JPH02160695 A JP H02160695A JP 31491588 A JP31491588 A JP 31491588A JP 31491588 A JP31491588 A JP 31491588A JP H02160695 A JPH02160695 A JP H02160695A
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- Japan
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- single crystal
- base
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- crystal
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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】
［産業上の利用分野］
本発明は、有機化合物単独あるいは水素ガスとの混合ガ
スからなる原料ガス（以後単に有機化合物を含有する原
料ガスと呼ぶ）を、熱電子放射材あるいは放電により活
性化し、該活性種を銅単結晶基板（＝導くことＣ：よっ
て、銅単結晶基板上（；該基板の結晶と同じ結晶配向を
もうてダイヤモンドを成長させるダイヤモンドの気相合
成方法（＝関する。
スからなる原料ガス（以後単に有機化合物を含有する原
料ガスと呼ぶ）を、熱電子放射材あるいは放電により活
性化し、該活性種を銅単結晶基板（＝導くことＣ：よっ
て、銅単結晶基板上（；該基板の結晶と同じ結晶配向を
もうてダイヤモンドを成長させるダイヤモンドの気相合
成方法（＝関する。
［従来の技術］
従来、低圧で気相からダイヤモンドを合成する方法とし
て種々の方法が開発されているが、結晶方位を制御した
ダイヤモンドの気相合成方法は殆ど見当たらず、ま・た
銅の単結晶を基板として用いた例も見当たらない。結晶
方位について記載したものとしてわずか（二次の方法が
挙げられる。
て種々の方法が開発されているが、結晶方位を制御した
ダイヤモンドの気相合成方法は殆ど見当たらず、ま・た
銅の単結晶を基板として用いた例も見当たらない。結晶
方位について記載したものとしてわずか（二次の方法が
挙げられる。
１）１／４μｍのダイヤモンドペーストでポリシュシタ
シリコンウェハー上（二、マイクロ波ＣｖＤ法蛎二より
メタンガス濃度を変えて、成長速度が０．２〜０．３μ
ｍ ／ ｈ ｒでダイヤモンドを形成させる方法（ジャ
パン ニュー ダイヤモンド フォーラム発行の ファ
ースト インターナシ冒ナルコンフェランス オン デ
ニエータイヤモンド サイエンス アンド テクノロ
ジー プログラム アンド アブストラクツ Ｐ、 ９
２ （１９８８） ）。
シリコンウェハー上（二、マイクロ波ＣｖＤ法蛎二より
メタンガス濃度を変えて、成長速度が０．２〜０．３μ
ｍ ／ ｈ ｒでダイヤモンドを形成させる方法（ジャ
パン ニュー ダイヤモンド フォーラム発行の ファ
ースト インターナシ冒ナルコンフェランス オン デ
ニエータイヤモンド サイエンス アンド テクノロ
ジー プログラム アンド アブストラクツ Ｐ、 ９
２ （１９８８） ）。
２）表面処理を施したシリコンウェハー上Ｃ；マイクロ
波ＣＶＤ法により、（１００）面が基板面と平行となる
よう（二成長させて柱状構造をしたダイヤモンドを形成
させる方法（同前 Ｐ、 ５０ ）。
波ＣＶＤ法により、（１００）面が基板面と平行となる
よう（二成長させて柱状構造をしたダイヤモンドを形成
させる方法（同前 Ｐ、 ５０ ）。
しかしこれらの方法は、基板の結晶と同じ結晶配向をも
って、ダイヤモンドを成長させる技術（二ついては全く
記述していない。即ち、１）及び２）の方法ともシリコ
ンクエバーＣ二傷をいれてダイヤモンドの核発生密度を
増大させて、ダイヤモンドの結晶の形態（二対するメタ
ンガス濃度の影響（二ついて述べている（二過ぎない。
って、ダイヤモンドを成長させる技術（二ついては全く
記述していない。即ち、１）及び２）の方法ともシリコ
ンクエバーＣ二傷をいれてダイヤモンドの核発生密度を
増大させて、ダイヤモンドの結晶の形態（二対するメタ
ンガス濃度の影響（二ついて述べている（二過ぎない。
［発明が解決しようとする課題］
本発明は、半導体へのダイヤモンド薄膜の適用を実現す
るために、単結晶ダイヤモンド薄膜を形成するための糸
口として、ダイヤモンドの結晶方位を制御する技術を提
供することを目的としている。
るために、単結晶ダイヤモンド薄膜を形成するための糸
口として、ダイヤモンドの結晶方位を制御する技術を提
供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］
本発明は、ダイヤモンドの気相合成技術を広範な分野（
二適用する上で、根本的な問題であるダイヤモンドの核
発生及び成長（二ついて鋭意研究を重ねた結果１本発明
をなすに至った。即ち、各種材質の基板表面（二気相か
らダイヤモンドを析出させて、材質別（こダイヤモンド
の核発生の難易度及び析出したダイヤモンド結晶の形態
について注意深く観察を続けたところ、銅基板には比較
的低温においてもダイヤモンドの核発生が起こり、しか
も平滑な結晶面で囲まれた単結晶的なダイヤモンドの結
晶が容易（二得られることを見いだした。そこで銅単結
晶基板を用いたところ、銅単結晶の結晶と同じ結晶配向
をもって、ダイヤモンドを核発生及び成長させることが
できた。本発明は２以上のような知見（−基づいてなさ
れたものである。
二適用する上で、根本的な問題であるダイヤモンドの核
発生及び成長（二ついて鋭意研究を重ねた結果１本発明
をなすに至った。即ち、各種材質の基板表面（二気相か
らダイヤモンドを析出させて、材質別（こダイヤモンド
の核発生の難易度及び析出したダイヤモンド結晶の形態
について注意深く観察を続けたところ、銅基板には比較
的低温においてもダイヤモンドの核発生が起こり、しか
も平滑な結晶面で囲まれた単結晶的なダイヤモンドの結
晶が容易（二得られることを見いだした。そこで銅単結
晶基板を用いたところ、銅単結晶の結晶と同じ結晶配向
をもって、ダイヤモンドを核発生及び成長させることが
できた。本発明は２以上のような知見（−基づいてなさ
れたものである。
本発明では公知のダイヤモンドの気相合成技術をそのま
ま適用できる。
ま適用できる。
即ち、炭素供給源としては、メタン、エタン。
プロパン、ブタン、工ｔレン、ベンゼン等の炭化水素、
メチルアルコール、アセトン、ピリジン。
メチルアルコール、アセトン、ピリジン。
メチルメルカプタン等の分子中に酸素、窒素あるいは硫
黄を含む有機化合物、また四塩化炭素等のハロゲン化炭
素等の公知の化合物が用いられる。
黄を含む有機化合物、また四塩化炭素等のハロゲン化炭
素等の公知の化合物が用いられる。
あるいは、−酸化炭素及び二酸化炭素の無機ガス。
そして、グラファイトあるいは無定型炭素を用いること
もできる。
もできる。
また、前記炭素供給源に対して、アルゴン、ヘリウム、
水素、酸素あるいは水蒸気を必要に応じて混合して用い
ることができる。
水素、酸素あるいは水蒸気を必要に応じて混合して用い
ることができる。
そして、前記炭素供給源の活性化の手段として。
熱電子放射材あるいは直流、高周波及びマイクロ波によ
る放電が挙げられる。
る放電が挙げられる。
［作用コ
本発明は、ダイヤモンドの結晶構造と類似した格子定数
が３．６１５λで面心立方格子の銅単結晶を用いるから
、基板表面に傷をいれなくても比較的低温においてダイ
ヤモンドの核発生が起こり。
が３．６１５λで面心立方格子の銅単結晶を用いるから
、基板表面に傷をいれなくても比較的低温においてダイ
ヤモンドの核発生が起こり。
しかも銅単結晶と同じ結晶配向をもつ、平滑な結晶面で
囲まれた単結晶的なダイヤモンドの結晶を析出させる効
果がある。
囲まれた単結晶的なダイヤモンドの結晶を析出させる効
果がある。
［実施例］
以下Ｃ二本発明の実施例について説明する。
実施例１
まずは、溶融引き上げ法により［１１１１方向Ｃ二引き
上げた銅の単結晶丸棒（ＭＥＴＡＬ ＣＲＹＳＴＡＬＳ
＆ ０ＸＩＤＥＳ ＬＴＤ （英国）製）がら、放電加
工により（１１１）面を有する銅単結晶の円板を切り出
した。続いて、該銅単結晶の円板を１μｍダイヤモンド
ペーストを用いてパフ研磨した後、アセトン中で超音波
脱脂を行った。そしてその後、 １ｗｔ、９６濃度の燐
酸水溶液中で該銅単結晶の円板を陽極とし、そして外径
が６１１［ＩＩ＋のグラファイトの丸棒を陰極として、
常温において１０ ｍＡ／ｄｍ”の電流密度で６０分間
電解研磨を行った後に２本実施例の基板として用いた。
上げた銅の単結晶丸棒（ＭＥＴＡＬ ＣＲＹＳＴＡＬＳ
＆ ０ＸＩＤＥＳ ＬＴＤ （英国）製）がら、放電加
工により（１１１）面を有する銅単結晶の円板を切り出
した。続いて、該銅単結晶の円板を１μｍダイヤモンド
ペーストを用いてパフ研磨した後、アセトン中で超音波
脱脂を行った。そしてその後、 １ｗｔ、９６濃度の燐
酸水溶液中で該銅単結晶の円板を陽極とし、そして外径
が６１１［ＩＩ＋のグラファイトの丸棒を陰極として、
常温において１０ ｍＡ／ｄｍ”の電流密度で６０分間
電解研磨を行った後に２本実施例の基板として用いた。
図面において２反応容器１の内部に外径が４１ｍＩ＋の
トリウム含有タングステン電極２を陰極とし外径が５ｍ
ｍのノズル穴を有する水冷銅トーチノズル３を陽極とす
る市販の定電流非移行式直流アーク放電トーチ（大阪電
気株式会社製）４を設置し。
トリウム含有タングステン電極２を陰極とし外径が５ｍ
ｍのノズル穴を有する水冷銅トーチノズル３を陽極とす
る市販の定電流非移行式直流アーク放電トーチ（大阪電
気株式会社製）４を設置し。
それと向い合わせて基板ホルダー５に前記銅単結晶基板
６を設置した。そして該基板６の裏面に接点が接するよ
うに熱電対７を設置した。
６を設置した。そして該基板６の裏面に接点が接するよ
うに熱電対７を設置した。
反応容器１をＱ、１Ｔｏｒｒまでガス出口８から排気し
た後、アルゴンガスなアルゴンガス入口９から１０１！
／ｍｉｎの割合で供給し、トリウム含有タングステン電
極２と水冷銅トーチノズル３との間で６ＯＡの定電流直
流アーク放電を開始し高温プラズマ炎を発生させた。続
いて水素ガスを水素ガス入口ｌＯから１．５１！／ｍｉ
ｎの割合で供給した。
た後、アルゴンガスなアルゴンガス入口９から１０１！
／ｍｉｎの割合で供給し、トリウム含有タングステン電
極２と水冷銅トーチノズル３との間で６ＯＡの定電流直
流アーク放電を開始し高温プラズマ炎を発生させた。続
いて水素ガスを水素ガス入口ｌＯから１．５１！／ｍｉ
ｎの割合で供給した。
そして基板ホルダー５に固定した基板６をプラズマ炎中
１０００℃の位置に押し込み５分間基板６の表面の水素
還元を行った。その間に基板ホルダー５（二設置した基
板加熱ヒーター１５に交流電圧を印加して基板６を８０
０℃Ｃ二加熱した。そして水冷銅トーチノズル３の出口
から５ｍの位置（二設置した外径が０．５ ｔｍで長さ
が１２０ｍのタングステン線を加工して作った外径が３
閣のコイル１１Ｃ二交流電圧６ｖを印加して２１００℃
とした。そして、メタンガスをメタンガス人口１２から
１０ｍ１！／ｍｉｎの割合で供給し、前記コイル１２で
熱分解して活性化した。そして基板６をプラズマ炎中１
５００℃の位置に押し込み、活性種を高温プラズマ炎と
共Ｃ：基板６Ｃ二導いた。反応容器ｌの内圧が２５０
Ｔｏｒｒとなるよう（二排気量を調節しながら４０分間
化学蒸着を行った。
１０００℃の位置に押し込み５分間基板６の表面の水素
還元を行った。その間に基板ホルダー５（二設置した基
板加熱ヒーター１５に交流電圧を印加して基板６を８０
０℃Ｃ二加熱した。そして水冷銅トーチノズル３の出口
から５ｍの位置（二設置した外径が０．５ ｔｍで長さ
が１２０ｍのタングステン線を加工して作った外径が３
閣のコイル１１Ｃ二交流電圧６ｖを印加して２１００℃
とした。そして、メタンガスをメタンガス人口１２から
１０ｍ１！／ｍｉｎの割合で供給し、前記コイル１２で
熱分解して活性化した。そして基板６をプラズマ炎中１
５００℃の位置に押し込み、活性種を高温プラズマ炎と
共Ｃ：基板６Ｃ二導いた。反応容器ｌの内圧が２５０
Ｔｏｒｒとなるよう（二排気量を調節しながら４０分間
化学蒸着を行った。
その結果として、化学蒸着を施した基板を走査型電子顕
微鏡で観察したところ、平均粒径が８．３μｍの単結晶
的な粒子が２Ｘ１０ 個／ｃｍ”の核発生密度で析出
しているのが観察された。この粒子を顕微レーデ−ラマ
ン分光光度計によりビームを１μｍに絞って分析したと
ころ＊１３３３ｃｍ に鋭い吸収ピークが観察され純
度の高いダイヤモンドの結晶であることが確認された。
微鏡で観察したところ、平均粒径が８．３μｍの単結晶
的な粒子が２Ｘ１０ 個／ｃｍ”の核発生密度で析出
しているのが観察された。この粒子を顕微レーデ−ラマ
ン分光光度計によりビームを１μｍに絞って分析したと
ころ＊１３３３ｃｍ に鋭い吸収ピークが観察され純
度の高いダイヤモンドの結晶であることが確認された。
更（二走査型電子顕微鏡による観察結果を詳細に述べる
と。
と。
（１１１）面が基板と平行Ｃ：成長した六−八面体の単
結晶的なダイヤモンドの結晶が、析出したダイヤモンド
粒子数に対して６割の確率で存在しているのが確認され
た。
結晶的なダイヤモンドの結晶が、析出したダイヤモンド
粒子数に対して６割の確率で存在しているのが確認され
た。
比較例１
本比較例は、基板としてシリコンウェハーを用いて実施
例１と同じ条件で化学蒸着を行った。
例１と同じ条件で化学蒸着を行った。
まず、（１００）面を有するシリコンウェハー（信越化
学株式会社製）を１μｍのダイヤモンドペーストを用い
てパフ研磨を施した後、アセトン中で超音波脱脂を行っ
た。
学株式会社製）を１μｍのダイヤモンドペーストを用い
てパフ研磨を施した後、アセトン中で超音波脱脂を行っ
た。
続いて、実施例１で用いた装置をそのまま用いて、前記
シリコン基板を基板ホルダーＣ二設置した。
シリコン基板を基板ホルダーＣ二設置した。
そして、実施例１と同一の条件で化学蒸着を１０分間行
つた◎ その結果として、化学蒸着を施した基板を走査型電子顕
微鏡で観察したところ、結晶の稜が丸みを帯びた平均粒
径が１．０μｍのダイヤモンドの結晶が３Ｘ１０７個／
ｃｍ２の核発生密度で析出していた。しかし、成長した
ダイヤモンドの結晶の形態及び方位には全く規則性が見
られなかった。
つた◎ その結果として、化学蒸着を施した基板を走査型電子顕
微鏡で観察したところ、結晶の稜が丸みを帯びた平均粒
径が１．０μｍのダイヤモンドの結晶が３Ｘ１０７個／
ｃｍ２の核発生密度で析出していた。しかし、成長した
ダイヤモンドの結晶の形態及び方位には全く規則性が見
られなかった。
［発明の効果］
以上説明したように２本発明の方法によれば基板）二傷
をいれなくても高い核発生密度で比較的低温において、
銅単結晶基板の結晶と同じ結晶配向をもって、単結晶的
なダイヤモンドを成長させることができる。
をいれなくても高い核発生密度で比較的低温において、
銅単結晶基板の結晶と同じ結晶配向をもって、単結晶的
なダイヤモンドを成長させることができる。
図面は２本発明の実施例１で用いられたダイヤモンドを
合成するための反応装置の概略構成図である。 １・・・反応装置、２・・・トリウム含有タングステン
電極、３・・・水冷銅トーチノズル、４・・・定電流非
移行式直流アーク放電トーチ、５・・・基板ホルダー６
・・・基板、７・・・熱電対、８・・・ガス排出口、９
・・・アルゴンガス入口、１０・・・基板加熱ヒーター
、１１・・・水素ガス入口、１２・・・タングステン製
コイル。 １３・・・メタンガス入口、１４・・・冷却水入口、１
５・・・冷却水出口。
合成するための反応装置の概略構成図である。 １・・・反応装置、２・・・トリウム含有タングステン
電極、３・・・水冷銅トーチノズル、４・・・定電流非
移行式直流アーク放電トーチ、５・・・基板ホルダー６
・・・基板、７・・・熱電対、８・・・ガス排出口、９
・・・アルゴンガス入口、１０・・・基板加熱ヒーター
、１１・・・水素ガス入口、１２・・・タングステン製
コイル。 １３・・・メタンガス入口、１４・・・冷却水入口、１
５・・・冷却水出口。
Claims (1)
- 有機化合物を含有する原料ガスを活性化して、基板表面
にダイヤモンドを析出させるダイヤモンドの気相合成法
において、基板として銅の単結晶を用いることを特徴と
するダイヤモンドの気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31491588A JP2610505B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31491588A JP2610505B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02160695A true JPH02160695A (ja) | 1990-06-20 |
| JP2610505B2 JP2610505B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=18059176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31491588A Expired - Fee Related JP2610505B2 (ja) | 1988-12-15 | 1988-12-15 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2610505B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183529A (en) * | 1990-10-29 | 1993-02-02 | Ford Motor Company | Fabrication of polycrystalline free-standing diamond films |
| CN111661843A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-09-15 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 活化的纳米石墨粉体及其制备方法 |
-
1988
- 1988-12-15 JP JP31491588A patent/JP2610505B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5183529A (en) * | 1990-10-29 | 1993-02-02 | Ford Motor Company | Fabrication of polycrystalline free-standing diamond films |
| CN111661843A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-09-15 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 活化的纳米石墨粉体及其制备方法 |
| CN111661843B (zh) * | 2020-05-27 | 2022-12-13 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 活化的纳米石墨粉体及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2610505B2 (ja) | 1997-05-14 |
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