JPH03215392A - 単結晶ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンドの製造方法Info
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- JPH03215392A JPH03215392A JP25609089A JP25609089A JPH03215392A JP H03215392 A JPH03215392 A JP H03215392A JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP H03215392 A JPH03215392 A JP H03215392A
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- Junction Field-Effect Transistors (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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、特に半導体分野等において利用される単結
晶ダイヤモンドの製造方法に関する。
晶ダイヤモンドの製造方法に関する。
従来、ダイヤモンド薄膜を形成する方法としては、熱フ
ィラメントＣＶＤ法やマイクロ波ＣＶＤ法等がある．熱
フィラメントＣＶＤ法では、フィラメント及び基板が設
けられた反応室内を数十Ｔｏｒｒに保持するとともに、
この反応室内に反応ガスを導入し、これらをフィラメン
トにより加熱し、成膜を行うようにしている。また、マ
イクロ波ＣＶＤ法では、基板の設置された反応室内にマ
イクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用い
て発生させたプラズマにより反応ガスの分解を行い、成
膜を行うようにしている。
ィラメントＣＶＤ法やマイクロ波ＣＶＤ法等がある．熱
フィラメントＣＶＤ法では、フィラメント及び基板が設
けられた反応室内を数十Ｔｏｒｒに保持するとともに、
この反応室内に反応ガスを導入し、これらをフィラメン
トにより加熱し、成膜を行うようにしている。また、マ
イクロ波ＣＶＤ法では、基板の設置された反応室内にマ
イクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用い
て発生させたプラズマにより反応ガスの分解を行い、成
膜を行うようにしている。
前記のような従来のダイヤモンド薄膜の製造方法では、
異種基板上へは多結晶膜しか生成されていない。しかも
、成膜前に基板の傷付け処理を行わなければならない。
異種基板上へは多結晶膜しか生成されていない。しかも
、成膜前に基板の傷付け処理を行わなければならない。
多結晶膜は、第６Ａ図や第６Ｂ図で示すように、ダイヤ
モンド１０の各グレインの大きさ、成長過程にばらつき
があり、単純な柱状構造ではない。したがって、均一な
膜質や膜厚が必要となる場合には、その製造が非常に困
難であった。
モンド１０の各グレインの大きさ、成長過程にばらつき
があり、単純な柱状構造ではない。したがって、均一な
膜質や膜厚が必要となる場合には、その製造が非常に困
難であった。
そこで最近、シリコン等で用いられている選択性成長法
がダイヤモンド薄膜の製造にも応用されてきている。
がダイヤモンド薄膜の製造にも応用されてきている。
選択性成長法は、シリコン酸化膜等の絶縁層でシリコン
基板上にパターニングを行い、基板上でダイヤモンドの
核形成位置の制御を行うものであ′る。
基板上にパターニングを行い、基板上でダイヤモンドの
核形成位置の制御を行うものであ′る。
しかし、前記選択性成長法においては、パターニングの
前に基板への傷付け処理が必要不可欠である。この傷付
け処理は、ダイヤモンドペーストで基板表面を磨いたり
、ダイヤモンド砥粒をアルコールに入れ超音波処理を施
したりするものであるが、この処理は非常に手間がかか
る。また、バ付 ターニングの後に基板傷令け処理を行う方法もあるが、
この処理においても、アルゴンビームを照射して行う等
の作業が必要となり、手間がかかるという問題がある。
前に基板への傷付け処理が必要不可欠である。この傷付
け処理は、ダイヤモンドペーストで基板表面を磨いたり
、ダイヤモンド砥粒をアルコールに入れ超音波処理を施
したりするものであるが、この処理は非常に手間がかか
る。また、バ付 ターニングの後に基板傷令け処理を行う方法もあるが、
この処理においても、アルゴンビームを照射して行う等
の作業が必要となり、手間がかかるという問題がある。
この発明の目的は、傷付け処理を全く行うことなく単結
晶ダイヤモンドを製造することができる単結晶ダイヤモ
ンドの製造方法を提供することにある。
晶ダイヤモンドを製造することができる単結晶ダイヤモ
ンドの製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この考案に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法は、次の
工程を含んでいる。
工程を含んでいる。
◎導電性基板の表面に所定の間隔で微小穴を有する絶縁
層を形成すること。
層を形成すること。
◎前記基板の配置された反応室内圧力をバイアス効果の
現れる低圧力範囲に設定すること。
現れる低圧力範囲に設定すること。
Ｏ前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつダイヤモン
ド成膜条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド薄膜を気相
成長させること。
ド成膜条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド薄膜を気相
成長させること。
本発明においては、パターン加工によりダイヤモンドの
核を生成する場所を指定する。パターン加工は従来の選
択性成長法と同様に行われるが、このパターン加工を行
った基板を、傷付け処理なしに、バイアス効果が起こる
低圧力（１ ０Ｔｏ ｒｒ以下）で、しかも基板に正の
バイアス電圧を印加しつつダイヤモンド生成条件で生成
を行う。
核を生成する場所を指定する。パターン加工は従来の選
択性成長法と同様に行われるが、このパターン加工を行
った基板を、傷付け処理なしに、バイアス効果が起こる
低圧力（１ ０Ｔｏ ｒｒ以下）で、しかも基板に正の
バイアス電圧を印加しつつダイヤモンド生成条件で生成
を行う。
すると、基板上の絶縁層の部分は電気的にフローティン
グ状態となっているためプラズマ電位より低くなる。こ
のため、この絶縁層の部分にはイオンしか到達しなくな
り、ダイヤモンドは生成されない。一方、パターン加工
により形成された微小穴の部分、つまり基板が露出して
いる部分には、正のバイアス電圧がかかっているために
電子が集まり、ダイヤモンドはこの部分にのみ生成され
る。
グ状態となっているためプラズマ電位より低くなる。こ
のため、この絶縁層の部分にはイオンしか到達しなくな
り、ダイヤモンドは生成されない。一方、パターン加工
により形成された微小穴の部分、つまり基板が露出して
いる部分には、正のバイアス電圧がかかっているために
電子が集まり、ダイヤモンドはこの部分にのみ生成され
る。
この穴の大きさを適当な大きさにすることにより、その
中央部に単結晶ダイヤモンドが成長する。
中央部に単結晶ダイヤモンドが成長する。
第４図は本発明の一実施例によるダイヤモンドの製造方
法が適用される成膜装置の断面概略構成図である。プラ
ズマ室１は、空洞共振器（キャビティ）構造となってお
り、このプラズマ室１には、導波管２を介してマイクロ
波源としてのマグネトロン（図示せず）が接続されてい
る。また、プラズマ室１には、反応ガス供給口１ａが設
けられ、この反応ガス供給口１ａを介して反応ガスが導
入されるようになっている。ここで、反応ガスとしては
、一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（ＨＥ）の混合ガ
スが用いられる。前記プラズマ室１の周囲には、電磁石
３ａ及び３ｂが配置されており、この電磁石３ａ及び３
ｂによる磁界の強度は、マ？ク口波による電子サイクロ
トロン共鳴の条件がプラズマ室ｌ内部で成立するように
設定されている。
法が適用される成膜装置の断面概略構成図である。プラ
ズマ室１は、空洞共振器（キャビティ）構造となってお
り、このプラズマ室１には、導波管２を介してマイクロ
波源としてのマグネトロン（図示せず）が接続されてい
る。また、プラズマ室１には、反応ガス供給口１ａが設
けられ、この反応ガス供給口１ａを介して反応ガスが導
入されるようになっている。ここで、反応ガスとしては
、一酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガス（ＨＥ）の混合ガ
スが用いられる。前記プラズマ室１の周囲には、電磁石
３ａ及び３ｂが配置されており、この電磁石３ａ及び３
ｂによる磁界の強度は、マ？ク口波による電子サイクロ
トロン共鳴の条件がプラズマ室ｌ内部で成立するように
設定されている。
また、プラズマ室１の内の電子サイクロトロン共鳴の条
件が成立する位置の近傍には、ダイヤモンドを生成すべ
き基板５が配置されている．この基板５は、基板ホルダ
６に保持されており、基板ホルダ６にはヒータ７が設け
られている。さらに、前記基板５には、外部のＤＣバイ
アス電源８を介して正のＤＣバイアス電圧が印加され得
るようになっている。
件が成立する位置の近傍には、ダイヤモンドを生成すべ
き基板５が配置されている．この基板５は、基板ホルダ
６に保持されており、基板ホルダ６にはヒータ７が設け
られている。さらに、前記基板５には、外部のＤＣバイ
アス電源８を介して正のＤＣバイアス電圧が印加され得
るようになっている。
次に、単結晶ダイヤモンドの製造方法について説明する
。
。
まず、第ＩＡ図の平面図及び第ＩＢ図の断面図で示すよ
うに、Ｓｉ基板５上に、絶縁層としてのＳｉＯ■膜４を
ＰＣＶＤ法あるいは熱酸化法等により形成し、バターニ
ングを施して等間隔に微小穴４ａを形成する。この穴４
ａの間隔Ｌは１０μｍ程度とし、穴４ａの径ｌは１μｍ
程度とする。
うに、Ｓｉ基板５上に、絶縁層としてのＳｉＯ■膜４を
ＰＣＶＤ法あるいは熱酸化法等により形成し、バターニ
ングを施して等間隔に微小穴４ａを形成する。この穴４
ａの間隔Ｌは１０μｍ程度とし、穴４ａの径ｌは１μｍ
程度とする。
ここで、穴４ａの間隔Ｌは、最終的に形成したい？厚に
より変化させればよいが、穴４ａの径！は、大きくしす
ぎると生成されるダイヤモンドが１個の単結晶ではなく
、２個以上あるいは多結晶状となってしまう。５μｍ以
上にすれば複数個になりやすい。
より変化させればよいが、穴４ａの径！は、大きくしす
ぎると生成されるダイヤモンドが１個の単結晶ではなく
、２個以上あるいは多結晶状となってしまう。５μｍ以
上にすれば複数個になりやすい。
次に、前記ＳｉＯ■膜の形成された基板５を、プラズマ
室内ｌの基板ホルダ６に装着する。そして、プラズマ室
１内を真空排気後、一酸化炭素ガス及び水素ガスを導入
し、圧力をバイアス効果が起こり得る低圧力（０．ＩＴ
ｏｒｒ）程度にする。
室内ｌの基板ホルダ６に装着する。そして、プラズマ室
１内を真空排気後、一酸化炭素ガス及び水素ガスを導入
し、圧力をバイアス効果が起こり得る低圧力（０．ＩＴ
ｏｒｒ）程度にする。
なお、バイアス効果とは、基板に正のバイアス電圧を印
加したときはダイヤモンドが生成され、負になった場合
はダイヤモンドが生成されないという低圧力下特有の効
果である。
加したときはダイヤモンドが生成され、負になった場合
はダイヤモンドが生成されないという低圧力下特有の効
果である。
次に、マグネトロンからマイクロ波を発生させ、これを
導波管２を介してプラズマ室１内に導入するとともに、
電磁石３ａ及び３ｂに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、プラズマ室１内の所定の位置では、電子サイク
ロトロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良く
エネルギーを吸収？、低圧下にてプラズマ領域が形成さ
れる。また、基Ｆｉ５には、ＤＣバイアス電源８により
、１０〜６０Ｖ程度の正のＤＣバイアスを印加する。な
お、生成条件は、前記のような低圧力（０，ＩＴｏｒｒ
）での標準条件でよく、たとえばマイクロ波パワーとし
ては１３００Ｗ、基板温度は６５０゜Ｃ、ＧＯ／ＣＯ＋
Ｈｚ ＝５％とすればよい。
導波管２を介してプラズマ室１内に導入するとともに、
電磁石３ａ及び３ｂに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、プラズマ室１内の所定の位置では、電子サイク
ロトロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良く
エネルギーを吸収？、低圧下にてプラズマ領域が形成さ
れる。また、基Ｆｉ５には、ＤＣバイアス電源８により
、１０〜６０Ｖ程度の正のＤＣバイアスを印加する。な
お、生成条件は、前記のような低圧力（０，ＩＴｏｒｒ
）での標準条件でよく、たとえばマイクロ波パワーとし
ては１３００Ｗ、基板温度は６５０゜Ｃ、ＧＯ／ＣＯ＋
Ｈｚ ＝５％とすればよい。
前記のような状態で生成を行うと、前述のように、基板
５上のＳｉｎ．膜４の部分は電気的にフローティング状
態となる。このためにプラズマ電位よりも低くなり、Ｓ
ｉＯ■膜４の部分には、第２図に示すように、イオンし
か到達しなくなる。
５上のＳｉｎ．膜４の部分は電気的にフローティング状
態となる。このためにプラズマ電位よりも低くなり、Ｓ
ｉＯ■膜４の部分には、第２図に示すように、イオンし
か到達しなくなる。
したがって、ダイヤモンドは生成されない。一方、穴４
ａの部分で基板５が露出している部分には、基板５に正
のバイアス電圧がかかっているために電子が集まり、こ
の部分にのみダイヤモンドが生成されることとなる。そ
して、生成開始後、約２時間で各穴４ａの中央部に１個
ずつ単結晶ダイヤモンド１０が生成する。この状態を第
３Ａ図に示している。そしてさらに、このまま生成を続
ける？、各粒子同士がぶつかり合い、第３Ｂ図の状態を
経て第３Ｃ図に示すようにほぼ平坦な膜となる。
ａの部分で基板５が露出している部分には、基板５に正
のバイアス電圧がかかっているために電子が集まり、こ
の部分にのみダイヤモンドが生成されることとなる。そ
して、生成開始後、約２時間で各穴４ａの中央部に１個
ずつ単結晶ダイヤモンド１０が生成する。この状態を第
３Ａ図に示している。そしてさらに、このまま生成を続
ける？、各粒子同士がぶつかり合い、第３Ｂ図の状態を
経て第３Ｃ図に示すようにほぼ平坦な膜となる。
このときの膜厚ｔは、各穴４ａの間隔によって決まって
くる。
くる。
〔他の実施例〕
（ａ） 前記実施例では、ＳｉＯ■膜４は、基板５の
表面につけたままとしているが、前記ＳｉＯ■膜４は、
核が一旦形成されると除去してもよい。すなわち、Ｓｉ
ｎｔ膜４を除去した後は、何ら処理がされていない基板
が露出してくるので、生成を続行しても、この部分にダ
イヤモンドの核は生成されない。
表面につけたままとしているが、前記ＳｉＯ■膜４は、
核が一旦形成されると除去してもよい。すなわち、Ｓｉ
ｎｔ膜４を除去した後は、何ら処理がされていない基板
が露出してくるので、生成を続行しても、この部分にダ
イヤモンドの核は生成されない。
（ｂ） 前記寅施例では、パターニングによって形成
する穴４ａの間隔を等間隔としたが、穴４ａの間隔は等
間隔にする必要はなく、必要に応じて適宜変更すればよ
い。
する穴４ａの間隔を等間隔としたが、穴４ａの間隔は等
間隔にする必要はなく、必要に応じて適宜変更すればよ
い。
たとえば、ＭＥＳ−ＦＥＴを作成する場合には、ダイヤ
モンドを導線として使用することがある。
モンドを導線として使用することがある。
第５Ａ図に示すようなＦＥＴを作成する場合は、第５Ｂ
図に示すような間隔で穴４ｂを形成し、導線用のパター
ニングとすればよい。なお、第５Ａ図において、１１は
ゲート、１２．１３はソース、ドレイン、１４ａ，１４
ｂと導線としてのダイヤモンド膜である。
図に示すような間隔で穴４ｂを形成し、導線用のパター
ニングとすればよい。なお、第５Ａ図において、１１は
ゲート、１２．１３はソース、ドレイン、１４ａ，１４
ｂと導線としてのダイヤモンド膜である。
（Ｃ） 前述の実施例によって生成されたダイヤモン
ドは、基板５表面に取り付けて使用するだけでなく、エ
ッチング等により基板５から取り外し、砥粒として使用
することもできる。このとき、基板５上のパターンを等
間隔にしておくと、粒径のそろった砥粒が作成できる。
ドは、基板５表面に取り付けて使用するだけでなく、エ
ッチング等により基板５から取り外し、砥粒として使用
することもできる。このとき、基板５上のパターンを等
間隔にしておくと、粒径のそろった砥粒が作成できる。
（ｄ） 前記実施例では、ＣＶＤ法として有磁場Ｃｖ
Ｄ法を使用したが、特に有磁場である必要はなく、低圧
力下で成膜ができるものであれば限定されない。
Ｄ法を使用したが、特に有磁場である必要はなく、低圧
力下で成膜ができるものであれば限定されない。
以上のように本発明では、正のＤＣバイアスを印加しつ
つ低圧力下でダイヤモンド生成を行うため、従来必要不
可欠であった基板への傷付け処理が全く不要となり、作
業が簡単化される。また、基板の穴の中央部から核が発
生するためにａｈとの密着性がよい。
つ低圧力下でダイヤモンド生成を行うため、従来必要不
可欠であった基板への傷付け処理が全く不要となり、作
業が簡単化される。また、基板の穴の中央部から核が発
生するためにａｈとの密着性がよい。
第ＩＡ図は本実施例方法に用いられるパターニング加工
された基板の平面図、第ＩＢ図はそのＩＢ−ＩＢ線断面
図、第２図は基板に正のＤＣバイアス電圧を印加した場
合の作用を説明するための図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は
ダイヤモンド単結晶の成長の様子を示す断面図、第４図
は本実施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図
、第５Ａ及び第５Ｂ図は本発明の他の実施例を説明する
ための図、第６Ａ図は従来方法によって製造されたダイ
ヤモンドの平面図、第６Ｂ図はその断面図である。 ４・・・Ｓｉｎ．膜（絶縁層）、５・・・基板、８・・
・ＤＣバイアス電源。
された基板の平面図、第ＩＢ図はそのＩＢ−ＩＢ線断面
図、第２図は基板に正のＤＣバイアス電圧を印加した場
合の作用を説明するための図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は
ダイヤモンド単結晶の成長の様子を示す断面図、第４図
は本実施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図
、第５Ａ及び第５Ｂ図は本発明の他の実施例を説明する
ための図、第６Ａ図は従来方法によって製造されたダイ
ヤモンドの平面図、第６Ｂ図はその断面図である。 ４・・・Ｓｉｎ．膜（絶縁層）、５・・・基板、８・・
・ＤＣバイアス電源。
Claims (1)
- （１）導電性基板の表面に所定の間隔で微小穴を有する
絶縁層を形成することと、前記基板の配置された反応室
内圧力をバイアス効果の現れる低圧力範囲に設定するこ
とと、前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつダイヤ
モンド生成条件で前記基板に単結晶ダイヤモンドを気相
成長させることとを含む単結晶ダイヤモンドの製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215392A true JPH03215392A (ja) | 1991-09-20 |
| JP2722716B2 JP2722716B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17287753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25609089A Expired - Fee Related JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2722716B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001913A1 (en) * | 1994-07-11 | 1996-01-25 | The Curators Of The University Of Missouri | Monocrystalline diamond film production by chemical vapor deposition |
| JP2014524139A (ja) * | 2011-06-10 | 2014-09-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 酸化物表面でなくベアシリコンへのポリマー膜の選択的堆積 |
| KR20160063403A (ko) | 2007-06-26 | 2016-06-03 | 제이엑스금속주식회사 | 아모르퍼스 복합 산화막, 결정질 복합 산화막, 아모르퍼스 복합 산화막의 제조 방법, 결정질 복합 산화막의 제조 방법 및 복합 산화물 소결체 |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25609089A patent/JP2722716B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001913A1 (en) * | 1994-07-11 | 1996-01-25 | The Curators Of The University Of Missouri | Monocrystalline diamond film production by chemical vapor deposition |
| KR20160063403A (ko) | 2007-06-26 | 2016-06-03 | 제이엑스금속주식회사 | 아모르퍼스 복합 산화막, 결정질 복합 산화막, 아모르퍼스 복합 산화막의 제조 방법, 결정질 복합 산화막의 제조 방법 및 복합 산화물 소결체 |
| JP2014524139A (ja) * | 2011-06-10 | 2014-09-18 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 酸化物表面でなくベアシリコンへのポリマー膜の選択的堆積 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2722716B2 (ja) | 1998-03-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |