JPH04124090A - ダイヤモンド膜の形成方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の形成方法Info
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- JPH04124090A JPH04124090A JP24384490A JP24384490A JPH04124090A JP H04124090 A JPH04124090 A JP H04124090A JP 24384490 A JP24384490 A JP 24384490A JP 24384490 A JP24384490 A JP 24384490A JP H04124090 A JPH04124090 A JP H04124090A
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- Japan
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- diamond film
- substrate
- mask
- pattern
- diamond
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- Pending
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- 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〕
気相成長法により所定パターンのダイヤモンド膜を形成
する方法に関し、 密着性の良い所定パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な
工程を必要とせずに安定して形成する方法を提供するこ
とを目的とし、 所定ダイヤモンド膜パターンの反転パターンを有するマ
スクを基板上に密接載置し、この状態の基板上にダイヤ
モンドを気相成長させた後、該マスクを該基板から取り
外すことにより、該基板上に該所定パターンのダイヤモ
ンド膜を形成するように構成する。
する方法に関し、 密着性の良い所定パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な
工程を必要とせずに安定して形成する方法を提供するこ
とを目的とし、 所定ダイヤモンド膜パターンの反転パターンを有するマ
スクを基板上に密接載置し、この状態の基板上にダイヤ
モンドを気相成長させた後、該マスクを該基板から取り
外すことにより、該基板上に該所定パターンのダイヤモ
ンド膜を形成するように構成する。
本発明は、気相成長法により所定パターンのダイヤモン
ド膜を形成する方法に関する。
ド膜を形成する方法に関する。
ダイヤモンドはビッカース硬さ約１００００と地球上で
最も硬い材料であり、ヤング率も高く、耐摩耗性および
化学的安定性にも優れている。更に、熱伝導率も２００
０ｗ／ｍｋと銅の４倍も高く、絶縁性に優れ、誘電率も
低い、また、赤外域から紫外域までの広い波長範囲で透
明であり、しかも不純物のドーピングにより半導体にも
なる。
最も硬い材料であり、ヤング率も高く、耐摩耗性および
化学的安定性にも優れている。更に、熱伝導率も２００
０ｗ／ｍｋと銅の４倍も高く、絶縁性に優れ、誘電率も
低い、また、赤外域から紫外域までの広い波長範囲で透
明であり、しかも不純物のドーピングにより半導体にも
なる。
このように多くの優れた性質を有するダイヤモンドは、
工具材料としてハイテク産業に必要不可欠な存在である
ばかりでなく、耐摩耗性コーティング、スピーカの振動
板、光学部品の透明コーティング、半導体素子のパッシ
ベーション膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境トラン
ジスタ、青色発光ダイオード等極めて広い分野での応用
が期待されている。
工具材料としてハイテク産業に必要不可欠な存在である
ばかりでなく、耐摩耗性コーティング、スピーカの振動
板、光学部品の透明コーティング、半導体素子のパッシ
ベーション膜、ヒートシンク、回路基板、耐環境トラン
ジスタ、青色発光ダイオード等極めて広い分野での応用
が期待されている。
このように広い用途で気相合成ダイヤモンドを用いるた
めには、各用途で必要とする形態に応したパターンでダ
イヤモンド膜を形成するノ〈ターニング技術が不可欠で
ある。
めには、各用途で必要とする形態に応したパターンでダ
イヤモンド膜を形成するノ〈ターニング技術が不可欠で
ある。
［従来の技術〕
一般的に、気相成長したダイヤモンド膜は基板との密着
力が弱く、ダイヤモンドと基板材料との熱膨張係数の差
に起因する熱歪みによって、成長途中あるいは成長後に
室温まで冷却する際に基板から剥離したり割れたりし易
い。基板上に成長させるダイヤモンド膜の面積が大きい
程、熱歪みが大きくなり、剥離や割れの発生が助長され
る。したがって、基板上の広い面積に成長させたダイヤ
モンド膜を、何らかの手段によって後からバターニング
して所定パターンのダイヤモンド膜を得ることは、実用
的にはほとんど採用できない。
力が弱く、ダイヤモンドと基板材料との熱膨張係数の差
に起因する熱歪みによって、成長途中あるいは成長後に
室温まで冷却する際に基板から剥離したり割れたりし易
い。基板上に成長させるダイヤモンド膜の面積が大きい
程、熱歪みが大きくなり、剥離や割れの発生が助長され
る。したがって、基板上の広い面積に成長させたダイヤ
モンド膜を、何らかの手段によって後からバターニング
して所定パターンのダイヤモンド膜を得ることは、実用
的にはほとんど採用できない。
気相成長によって始めから必要パターンのダイヤモンド
膜を形成する方法としては、基板表面にダイヤモンド粒
子等で傷つけたりイオン注入により損傷を与えたりした
場所ではダイヤモンドの核発生が起こるが、それ以外の
場所では核発生が起こらないという現象を利用する方法
がある。
膜を形成する方法としては、基板表面にダイヤモンド粒
子等で傷つけたりイオン注入により損傷を与えたりした
場所ではダイヤモンドの核発生が起こるが、それ以外の
場所では核発生が起こらないという現象を利用する方法
がある。
しかしこの方法では、ダイヤモンドを形成したくない場
所での成長を必ずしも確実に防止することができないた
め、所定パターンのダイヤモンド膜が安定して得られな
いという問題があった。
所での成長を必ずしも確実に防止することができないた
め、所定パターンのダイヤモンド膜が安定して得られな
いという問題があった。
その解決策として、例えば特開平１−１２３４２２号公
報および１−１２３４２３号公報等に、ネガパターン膜
を形成した基板上にダイヤモンド膜を成長させた後、ネ
ガパターン膜を酸等で溶解除去することにより、所定パ
ターンのダイヤモンド膜を形成する方法が提案されてい
る。
報および１−１２３４２３号公報等に、ネガパターン膜
を形成した基板上にダイヤモンド膜を成長させた後、ネ
ガパターン膜を酸等で溶解除去することにより、所定パ
ターンのダイヤモンド膜を形成する方法が提案されてい
る。
しかし上記方法では、−旦基板上にマスクを製膜し、ダ
イヤモンド膜成長後にこれを除去するための処理を行う
必要があるため、工程上非常に煩雑であり、それだけ生
産性が低く、製造コストも高くならざるを得ないという
欠点があった。
イヤモンド膜成長後にこれを除去するための処理を行う
必要があるため、工程上非常に煩雑であり、それだけ生
産性が低く、製造コストも高くならざるを得ないという
欠点があった。
本発明は、上記従来の問題を解消し、密着性の良い所定
パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な工程を必要とセず
に安定して形成する方法を提供することを目的とする。
パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な工程を必要とセず
に安定して形成する方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段］
上記の目的は、本発明によれば、所定ダイヤモンド膜パ
ターンの反転パターンを有するマスクを基板上に密接載
置し、この状態の基板上にダイヤモンドを気相成長させ
た後、該マスクを該基板から取り外すことにより、該基
板上に該所定パターンのダイヤモンド膜を形成すること
を特徴とするダイヤモンド膜の形成方法によって達成さ
れる。
ターンの反転パターンを有するマスクを基板上に密接載
置し、この状態の基板上にダイヤモンドを気相成長させ
た後、該マスクを該基板から取り外すことにより、該基
板上に該所定パターンのダイヤモンド膜を形成すること
を特徴とするダイヤモンド膜の形成方法によって達成さ
れる。
本発明で行う気相成長法は、基板上にダイヤモンド膜を
成長させることができる気相成長法であればよく、例え
ばマイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フイラメントＣＶＤ
法等、従来からダイヤモンド膜の気相成長法あるいは気
相合成法として行われていた方法を用いることができる
。
成長させることができる気相成長法であればよく、例え
ばマイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フイラメントＣＶＤ
法等、従来からダイヤモンド膜の気相成長法あるいは気
相合成法として行われていた方法を用いることができる
。
本発明に用いるマスクは、気相成長中の基板温度で融解
または分解しない材質で作製する。上記のような現在用
いられているダイヤモンド膜の気相成長法では、一般に
基板温度を５００°Ｃ以上とする必要があるので、５０
０°Ｃ以上の融点または分解温度を有する材料で作られ
たマスクを用いる。
または分解しない材質で作製する。上記のような現在用
いられているダイヤモンド膜の気相成長法では、一般に
基板温度を５００°Ｃ以上とする必要があるので、５０
０°Ｃ以上の融点または分解温度を有する材料で作られ
たマスクを用いる。
マスクの少な（とも表面部分が、炭素を固溶する金属を
主成分とする材料で作られていることが望ましい。この
ような材料で作られたマスク上にはダイヤモンドが核発
生せず、マスク上での不要なダイヤモンド膜の成長を防
止できる。このようなマスク材料としては、鉄、ニッケ
ル、コバルト、およびこれらの少なくとも１種を主成分
とする合金から成る群から選択された金属が、炭素固溶
度が大きいので特に望ましい。
主成分とする材料で作られていることが望ましい。この
ような材料で作られたマスク上にはダイヤモンドが核発
生せず、マスク上での不要なダイヤモンド膜の成長を防
止できる。このようなマスク材料としては、鉄、ニッケ
ル、コバルト、およびこれらの少なくとも１種を主成分
とする合金から成る群から選択された金属が、炭素固溶
度が大きいので特に望ましい。
予め実験により、成長途中および成長後冷却中の熱歪み
によるダイヤモンド膜の割れおよび基板からの剥離が生
じないようにダイヤモンド膜パターンを設定し、その反
転パターンのマスクを作製することが特に有利である。
によるダイヤモンド膜の割れおよび基板からの剥離が生
じないようにダイヤモンド膜パターンを設定し、その反
転パターンのマスクを作製することが特に有利である。
本発明では、所定ダイヤモンド膜パターンの反転パター
ンを有するマスクを基板上に密接載置し、この状態の基
板上にダイヤモンドを気相成長させた後、マスクを基板
から取り外すことにより、基板上に所定パターンのダイ
ヤモンド膜を形成するので、安定して所定パターンのダ
イヤモンド膜を形成できる。しかも、マスクは基板上に
製膜するのではなく別途作製したものを基板上に載置し
て用いるので、従来のように一旦基板上にマスクパター
ンを製膜することも、ダイヤモンド膜成長後ニマスクパ
ターンを除去する処理を行うことも必要としないため、
工程が煩雑になることがない。
ンを有するマスクを基板上に密接載置し、この状態の基
板上にダイヤモンドを気相成長させた後、マスクを基板
から取り外すことにより、基板上に所定パターンのダイ
ヤモンド膜を形成するので、安定して所定パターンのダ
イヤモンド膜を形成できる。しかも、マスクは基板上に
製膜するのではなく別途作製したものを基板上に載置し
て用いるので、従来のように一旦基板上にマスクパター
ンを製膜することも、ダイヤモンド膜成長後ニマスクパ
ターンを除去する処理を行うことも必要としないため、
工程が煩雑になることがない。
更に、予め実験により、成長途中および成長後冷却中の
熱歪みによるダイヤモンド膜の割れおよび基板からの剥
離が生じないように設定したパターンでダイヤモンド膜
を形成することができるので、ダイヤモンド膜の剥離や
割れを確実に防止することができる。
熱歪みによるダイヤモンド膜の割れおよび基板からの剥
離が生じないように設定したパターンでダイヤモンド膜
を形成することができるので、ダイヤモンド膜の剥離や
割れを確実に防止することができる。
以下に、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
［実施例１〕
第１図を参照して、本発明に従ってダイヤモンド膜を形
成した一例を説明する。同図（ａ）〜（Ｃ）は以下で説
明する工程（ａ）〜（ｃ）に対応する。
成した一例を説明する。同図（ａ）〜（Ｃ）は以下で説
明する工程（ａ）〜（ｃ）に対応する。
気相成長を行うための装置としては、第２図に示したＤ
ＣプラズマジェットＣＶＤ装置を用いた。この装置は本
出願人が特開昭６４−３３０９６号公報に開示したもの
である。それぞれ直流電源７に接続された筒状のアノー
ド４およびそれに挿入された棒状のカソード５の各々の
先端間でアーク放電１１が発生する。筒状アノード４内
のカソード５との間の空間に供給された原料ガス６がこ
のアーク１１に晒されて高密度の活性種となり、これが
アノード先端のノズルから高速のプラズマジェット８と
なって、水冷基板ホルダ１０に保持された基板１上に吹
き付けられ、ダイヤモンド膜９が形成される。これによ
り実用的に十分な高速の製膜速度が得られる。
ＣプラズマジェットＣＶＤ装置を用いた。この装置は本
出願人が特開昭６４−３３０９６号公報に開示したもの
である。それぞれ直流電源７に接続された筒状のアノー
ド４およびそれに挿入された棒状のカソード５の各々の
先端間でアーク放電１１が発生する。筒状アノード４内
のカソード５との間の空間に供給された原料ガス６がこ
のアーク１１に晒されて高密度の活性種となり、これが
アノード先端のノズルから高速のプラズマジェット８と
なって、水冷基板ホルダ１０に保持された基板１上に吹
き付けられ、ダイヤモンド膜９が形成される。これによ
り実用的に十分な高速の製膜速度が得られる。
以下、第１図の工程を追って説明する。
工程（ａ）：
第２図のＣＶＤ装置に、基板ｌとして２０Ｘ２０Ｘ０．
５ｍのＳｉウェハをセットし、所定ダイヤモンド膜パタ
ーンの反転パターンを有する厚さ０．２閣のＮｆマスク
２を基板１上に密接載置した。
５ｍのＳｉウェハをセットし、所定ダイヤモンド膜パタ
ーンの反転パターンを有する厚さ０．２閣のＮｆマスク
２を基板１上に密接載置した。
工程（ｂ）：
この状態の基板１上にダイヤモンド膜を製膜した。製膜
条件は、原料ガス：水素５０１ ／＋ｗｉｎ ＋メタン
１１ ／ｓ＋ｉｎ 、圧カニ ５０Ｔｏｒｒ、電源出カ
ニ２ｋｍ、基板温度：１０００’Ｃ１製膜時間：３０分
とした。
条件は、原料ガス：水素５０１ ／＋ｗｉｎ ＋メタン
１１ ／ｓ＋ｉｎ 、圧カニ ５０Ｔｏｒｒ、電源出カ
ニ２ｋｍ、基板温度：１０００’Ｃ１製膜時間：３０分
とした。
工程（Ｃ）：
ＣＶＤ装置から基板１を取り出したところ、Ｎｉマスク
２上にはダイヤモンドは成長していなかった。マスク２
を基板１から取り外し、基板１上のダイヤモンド膜を走
査電子顕微鏡により観察したところ、膜厚１００μ■の
所定パターンのダイヤモンド膜３が形成されていた０割
れや剥離は全く観察されなかった。
２上にはダイヤモンドは成長していなかった。マスク２
を基板１から取り外し、基板１上のダイヤモンド膜を走
査電子顕微鏡により観察したところ、膜厚１００μ■の
所定パターンのダイヤモンド膜３が形成されていた０割
れや剥離は全く観察されなかった。
〔実施例２〕
Ｎｉマスク２の代わりにＭｏマスクを用いた他は実施例
１と同様な手順および条件でダイヤモンド膜を製膜した
。
１と同様な手順および条件でダイヤモンド膜を製膜した
。
この場合、Ｍｏマスク上にもダイヤモンド膜が成長した
が、実施例１と同様に膜厚１００μ腸の所定パターンの
ダイヤモンド膜が形成されていた。
が、実施例１と同様に膜厚１００μ腸の所定パターンの
ダイヤモンド膜が形成されていた。
割れや剥離は全く観察されなかった。
〔実施例３〕
第３図を参照して、本発明に従ってダイヤモンドを形成
した別の例を説明する。
した別の例を説明する。
気相成長を行うための装置としては、通常のマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置を用いた。
プラズマＣＶＤ装置を用いた。
マスクとして、第３図（ａ）に示すようにＣｒ板１３０
反転パターン開口部に線間隔２０μ鱈のＮｉメツシュ１
２を張ったスクリーンメタルマスク２”を用いた。
反転パターン開口部に線間隔２０μ鱈のＮｉメツシュ１
２を張ったスクリーンメタルマスク２”を用いた。
基板１として１０Ｘ１０Ｘ０．５ｍのＳｉウェハを用い
、その上に上記スクリーンマスク２゛を密接載置した状
態で上記ＣＶＤ装置にセ・ノドし、ダイヤモンドを合成
した。合成条件は、原料ガス：水素ガス１１００５ＣＣ
＋メタンガス０，５ＳＣＣＭ、圧カニ ３０Ｔｏｒｒ、
基板温度：９００°Ｃ１合成時間：５時間とした。
、その上に上記スクリーンマスク２゛を密接載置した状
態で上記ＣＶＤ装置にセ・ノドし、ダイヤモンドを合成
した。合成条件は、原料ガス：水素ガス１１００５ＣＣ
＋メタンガス０，５ＳＣＣＭ、圧カニ ３０Ｔｏｒｒ、
基板温度：９００°Ｃ１合成時間：５時間とした。
ＣＶＤ装置から基板１を取り出し、マスク２゛を基板１
から取り外し、基板１上のダイヤモンドを走査電子顕微
鏡により観察したところ、第３図（ｂ）に示すようにマ
スク２゛の各メ・ンシュ穴に対応した位置にそれぞれ直
径約５μ−の粒状ダイヤモンド１４が形成されていた。
から取り外し、基板１上のダイヤモンドを走査電子顕微
鏡により観察したところ、第３図（ｂ）に示すようにマ
スク２゛の各メ・ンシュ穴に対応した位置にそれぞれ直
径約５μ−の粒状ダイヤモンド１４が形成されていた。
剥離による脱落や各粒子の割れは全く観察されなかった
。
。
このようにダイヤモンドが粒状に分散して多数形成され
たものは、例えばダイヤモンドを砥粒とする研磨ディス
ク等として有用である。
たものは、例えばダイヤモンドを砥粒とする研磨ディス
ク等として有用である。
比較のため、マスク２を用いない他は実施例１と同様な
手順および条件でダイヤモンド膜を製膜した。
手順および条件でダイヤモンド膜を製膜した。
製膜後のダイヤモンド膜には多数の剥離や割れが観察さ
れた。
れた。
以上説明したように、本発明によれば、密着性の良い所
定パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な工程を必要とせ
ずに安定して形成することができる。
定パターンのダイヤモンド膜を、煩雑な工程を必要とせ
ずに安定して形成することができる。
第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明に従ってダイヤモンド
膜を形成する手順の一例を示す断面図、第２図は、本発
明のダイヤモンド膜を気相成長させるための装置の一例
を示す断面図、および第３図（ａ）および（ｂ）は、（
ａ）スクリーンメタルマスクを示す断面図および（ｂ）
このマスクを用いて本発明の方法により形成されたダイ
ヤモンド膜を示す断面図である。 に基板、２．２“ ：マスク、 ３：ダイヤモンド膜、 １２：Ｎｉメツシュ、１３：Ｃｒ板、 １４：ダイヤモンド粒子。
膜を形成する手順の一例を示す断面図、第２図は、本発
明のダイヤモンド膜を気相成長させるための装置の一例
を示す断面図、および第３図（ａ）および（ｂ）は、（
ａ）スクリーンメタルマスクを示す断面図および（ｂ）
このマスクを用いて本発明の方法により形成されたダイ
ヤモンド膜を示す断面図である。 に基板、２．２“ ：マスク、 ３：ダイヤモンド膜、 １２：Ｎｉメツシュ、１３：Ｃｒ板、 １４：ダイヤモンド粒子。
Claims (5)
- １．所定ダイヤモンド膜パターンの反転パターンを有す
るマスクを基板上に密接載置し、この状態の基板上にダ
イヤモンドを気相成長させた後、該マスクを該基板から
取り外すことにより、該基板上に該所定パターンのダイ
ヤモンド膜を形成することを特徴とするダイヤモンド膜
の形成方法。 - ２．前記マスクが、５００℃以上の融点または分解温度
を有する材料で作られていることを特徴とする請求項１
記載のダイヤモンド膜の形成方法。 - ３．前記マスクの少なくとも表面部分が、炭素を固溶す
る金属を主成分とする材料で作られていることを特徴と
する請求項１または２に記載のダイヤモンド膜の形成方
法。 - ４．前記炭素を固溶する金属が、鉄、ニッケル、コバル
ト、およびこれらの少なくとも１種を主成分とする合金
から成る群から選択された金属であることを特徴とする
請求項３記載のダイヤモンド膜の形成方法。 - ５．予め実験により成長途中および成長後冷却中の熱歪
みによるダイヤモンド膜の割れおよび基板からの剥離が
生じないようにダイヤモンド膜パターンを設定し、前記
マスクとして該設定パターンの反転パターンのマスクを
用いることを特徴とする請求項１から４までのいずれか
１項に記載のダイヤモンド膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24384490A JPH04124090A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | ダイヤモンド膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24384490A JPH04124090A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | ダイヤモンド膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124090A true JPH04124090A (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=17109793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24384490A Pending JPH04124090A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | ダイヤモンド膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04124090A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565031A (en) * | 1994-05-09 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Method for low temperature selective growth of silicon or silicon alloys |
| US5843224A (en) * | 1994-08-05 | 1998-12-01 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Composite structure comprising a semiconductor layer arranged on a diamond or diamond-like layer and process for its production |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP24384490A patent/JPH04124090A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5565031A (en) * | 1994-05-09 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Method for low temperature selective growth of silicon or silicon alloys |
| US5843224A (en) * | 1994-08-05 | 1998-12-01 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft | Composite structure comprising a semiconductor layer arranged on a diamond or diamond-like layer and process for its production |
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