JPH04331796A - ダイヤモンド薄膜の堆積方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜の堆積方法Info
- Publication number
- JPH04331796A JPH04331796A JP3100042A JP10004291A JPH04331796A JP H04331796 A JPH04331796 A JP H04331796A JP 3100042 A JP3100042 A JP 3100042A JP 10004291 A JP10004291 A JP 10004291A JP H04331796 A JPH04331796 A JP H04331796A
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- JP
- Japan
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- thin film
- atoms
- diamond thin
- gas containing
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子工業における半導体
や絶縁体及びコーティング膜形成などに用いられるダイ
ヤモンド薄膜の堆積方法に関するものである。
や絶縁体及びコーティング膜形成などに用いられるダイ
ヤモンド薄膜の堆積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】結晶性の良い良質なダイヤモンド薄膜を
堆積するには、単に成長法のみを検討するのではなく、
堆積膜と基板素材との間の格子不整合の影響などを考慮
する必要から、膜を成長させる基板素材及びその表面処
理方法などをうまく選択しなければならない。ダイヤモ
ンド薄膜の堆積では、単結晶ダイヤモンドを基板素材と
して用いたホモ・エピタキシャル成長法とダイヤモンド
以外の材料例えば、シリコンなどを基板素材として用い
たヘテロ・エピタキシャル成長が行なわれている。
堆積するには、単に成長法のみを検討するのではなく、
堆積膜と基板素材との間の格子不整合の影響などを考慮
する必要から、膜を成長させる基板素材及びその表面処
理方法などをうまく選択しなければならない。ダイヤモ
ンド薄膜の堆積では、単結晶ダイヤモンドを基板素材と
して用いたホモ・エピタキシャル成長法とダイヤモンド
以外の材料例えば、シリコンなどを基板素材として用い
たヘテロ・エピタキシャル成長が行なわれている。
【０００３】前者は格子不整合などの影響がないため、
結晶性の良い膜が得られている。これに対し、後者はダ
イヤモンド薄膜の広い分野での利用や他の電子デバイス
とのハイブリッド化などの点で有利であるため盛んに研
究されているが、一般的にダイヤモンド砥石で基板素材
表面を荒すなどの基板素材の前処理を必要としている。
結晶性の良い膜が得られている。これに対し、後者はダ
イヤモンド薄膜の広い分野での利用や他の電子デバイス
とのハイブリッド化などの点で有利であるため盛んに研
究されているが、一般的にダイヤモンド砥石で基板素材
表面を荒すなどの基板素材の前処理を必要としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、結晶性が
良く、また欠陥の少ないダイヤモンド薄膜を堆積する方
法として、単結晶ダイヤモンド基板を用いたホモ・エピ
タキシャル成長法が挙げられるが、しかし単結晶ダイヤ
モンド基板は非常に高価であるという課題や大面積のも
のを得ることが出来ないという課題があった。
良く、また欠陥の少ないダイヤモンド薄膜を堆積する方
法として、単結晶ダイヤモンド基板を用いたホモ・エピ
タキシャル成長法が挙げられるが、しかし単結晶ダイヤ
モンド基板は非常に高価であるという課題や大面積のも
のを得ることが出来ないという課題があった。
【０００５】また、ヘテロ・エピタキシャル技術によっ
てダイヤモンド薄膜を堆積する場合、核の発生密度の増
加や格子不整合の緩和を行なうために様々な試みが行な
われているが、ホモ・エピタキシィに比べ、膜全体の結
晶性が良くないという課題があった。
てダイヤモンド薄膜を堆積する場合、核の発生密度の増
加や格子不整合の緩和を行なうために様々な試みが行な
われているが、ホモ・エピタキシィに比べ、膜全体の結
晶性が良くないという課題があった。
【０００６】以上のように良質のダイヤモンド薄膜を堆
積するための方法として行なわれてきた従来の方法は、
一長一短であり、特にヘテロ・エピタキシィにおいて結
晶性・配向性の制御に大きな成果を上げた手法は今まで
得られていない。
積するための方法として行なわれてきた従来の方法は、
一長一短であり、特にヘテロ・エピタキシィにおいて結
晶性・配向性の制御に大きな成果を上げた手法は今まで
得られていない。
【０００７】本発明は、このような従来のダイヤモンド
薄膜堆積方法の課題を考慮し、ヘテロ・エピタキシィに
おいて、優れた結晶性を実現したダイヤモンド薄膜の堆
積方法を提供することを目的とするものである。
薄膜堆積方法の課題を考慮し、ヘテロ・エピタキシィに
おいて、優れた結晶性を実現したダイヤモンド薄膜の堆
積方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明に係るダイヤモンド
薄膜の堆積方法は、基板素材の最上層にダイヤモンドと
格子の不整合性の少ない、例えば、窒化ホウ素膜を配し
、その層を介して格子不整合性の大きい基板素材上に良
質なダイヤモンド薄膜を連続的に堆積するという手段を
用いる。
薄膜の堆積方法は、基板素材の最上層にダイヤモンドと
格子の不整合性の少ない、例えば、窒化ホウ素膜を配し
、その層を介して格子不整合性の大きい基板素材上に良
質なダイヤモンド薄膜を連続的に堆積するという手段を
用いる。
【０００９】
【作用】一般的に、堆積される膜と基板素材の格子定数
に差がある場合、格子欠陥の少ない良質な膜を堆積する
ことは非常に困難である。それ故に、従来ダイヤモンド
薄膜の堆積用基板素材として広く用いられているもの、
例えばシリコンなどの上にダイヤモンド膜を堆積した場
合、格子定数の不整合性が大きいため良質な膜を得るこ
とができない。その点において、例えば窒化ホウ素膜は
ダイヤモンドと格子定数が近いので有利である。本発明
では、基板素材の最上層の、例えば窒化ホウ素膜は、基
板素材と堆積されるダイヤモンド膜の間の格子不整合を
緩和する緩衝層としての働きをする。特に、ダイヤモン
ド薄膜堆積に先立って形成される窒化ホウ素膜の構造が
結晶質で、そしてその結晶形態が立方晶である場合、そ
の効果は大きい。
に差がある場合、格子欠陥の少ない良質な膜を堆積する
ことは非常に困難である。それ故に、従来ダイヤモンド
薄膜の堆積用基板素材として広く用いられているもの、
例えばシリコンなどの上にダイヤモンド膜を堆積した場
合、格子定数の不整合性が大きいため良質な膜を得るこ
とができない。その点において、例えば窒化ホウ素膜は
ダイヤモンドと格子定数が近いので有利である。本発明
では、基板素材の最上層の、例えば窒化ホウ素膜は、基
板素材と堆積されるダイヤモンド膜の間の格子不整合を
緩和する緩衝層としての働きをする。特に、ダイヤモン
ド薄膜堆積に先立って形成される窒化ホウ素膜の構造が
結晶質で、そしてその結晶形態が立方晶である場合、そ
の効果は大きい。
【００１０】本発明の利点は以上明らかなように、基板
素材とダイヤモンド膜の格子の不整合性を緩和し、結晶
性の良いダイヤモンド薄膜のヘテロ・エピタキシャル成
長を行なうことが出来ることである。
素材とダイヤモンド膜の格子の不整合性を緩和し、結晶
性の良いダイヤモンド薄膜のヘテロ・エピタキシャル成
長を行なうことが出来ることである。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例におけるダイヤモンド薄膜
の堆積方法に関して図面を用いて詳しく説明する。
の堆積方法に関して図面を用いて詳しく説明する。
【００１２】図１は請求項１の本発明のダイヤモンド薄
膜の堆積方法に用いる装置の概略断面図である。
膜の堆積方法に用いる装置の概略断面図である。
【００１３】この装置を用いて、ダイヤモンド薄膜を堆
積する手順について、具体例を挙げて説明する。
積する手順について、具体例を挙げて説明する。
【００１４】まず、基板素材１０４としてシリコン基板
を基板台１０５の上にセットする。基板台１０５には基
板素材１０４を加熱するためのヒーターが組み込まれて
いる。それら基板台１０５、基板素材１０４を収納した
反応槽１０１をポンプ１０６によって真空に排気し、基
板素材１０４を所定の温度に加熱した後に、ガスボンベ
１０７から少なくとも窒素原子及びホウ素原子を構成原
子として有するガス、あるいは少なくとも窒素原子を構
成原子として有するガスと少なくともホウ素原子を構成
原子として有するガス、またはそれらを含む混合ガスを
導入する。ここではアンモニアとジボラン及び水素を用
いている。
を基板台１０５の上にセットする。基板台１０５には基
板素材１０４を加熱するためのヒーターが組み込まれて
いる。それら基板台１０５、基板素材１０４を収納した
反応槽１０１をポンプ１０６によって真空に排気し、基
板素材１０４を所定の温度に加熱した後に、ガスボンベ
１０７から少なくとも窒素原子及びホウ素原子を構成原
子として有するガス、あるいは少なくとも窒素原子を構
成原子として有するガスと少なくともホウ素原子を構成
原子として有するガス、またはそれらを含む混合ガスを
導入する。ここではアンモニアとジボラン及び水素を用
いている。
【００１５】基板素材１０４の上方にはフィラメント１
０２が設置されており、交流電源１０３より電流を流す
ことによって、千度〜二千数百度に加熱されている。導
入された混合ガスはこの加熱されたフィラメントによっ
て分解し、基板素材１０４上に窒素とホウ素からなる膜
を形成する。その際、基板台１０５とフィラメント１０
２の間に直流バイアスを印加しておくと膜特性の向上に
効果が見られる。このようにして膜を堆積した後に、ガ
スを少なくとも炭素原子を構成元素として有するガス、
あるいはそれを含む混合ガスに切り換える。このような
炭素源ガスとしては例えば、一酸化炭素やメタンと水素
の混合ガスを用いる。真空槽１０１内に導入された炭素
源ガスは先に導入されたガス同様、フィラメントによっ
て分解・反応し、その結果、基板素材１０４上にダイヤ
モンドが堆積する。このようにして堆積されたダイヤモ
ンド膜は、シリコン基板に直接堆積した場合と比べて、
結晶性の改善が認められた。
０２が設置されており、交流電源１０３より電流を流す
ことによって、千度〜二千数百度に加熱されている。導
入された混合ガスはこの加熱されたフィラメントによっ
て分解し、基板素材１０４上に窒素とホウ素からなる膜
を形成する。その際、基板台１０５とフィラメント１０
２の間に直流バイアスを印加しておくと膜特性の向上に
効果が見られる。このようにして膜を堆積した後に、ガ
スを少なくとも炭素原子を構成元素として有するガス、
あるいはそれを含む混合ガスに切り換える。このような
炭素源ガスとしては例えば、一酸化炭素やメタンと水素
の混合ガスを用いる。真空槽１０１内に導入された炭素
源ガスは先に導入されたガス同様、フィラメントによっ
て分解・反応し、その結果、基板素材１０４上にダイヤ
モンドが堆積する。このようにして堆積されたダイヤモ
ンド膜は、シリコン基板に直接堆積した場合と比べて、
結晶性の改善が認められた。
【００１６】なお、本発明の緩衝膜は、窒化ホウ素膜と
はいえないが、少なくとも窒素原子及びホウ素原子を構
成原子として有するガス、あるいは少なくとも窒素原子
を構成原子として有するガスと少なくともホウ素原子を
構成原子として有するガス、またはそれらを含む混合ガ
スを反応槽内で分解・反応させて出来る膜を含む。
はいえないが、少なくとも窒素原子及びホウ素原子を構
成原子として有するガス、あるいは少なくとも窒素原子
を構成原子として有するガスと少なくともホウ素原子を
構成原子として有するガス、またはそれらを含む混合ガ
スを反応槽内で分解・反応させて出来る膜を含む。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたところ明らかなように、本発
明によれば、基板素材上に、少なくとも窒素原子及びホ
ウ素原子を構成原子として有するガス、あるいは少なく
とも窒素原子を構成原子として有するガスと少なくとも
ホウ素原子を構成原子として有するガス、またはそれら
を含む混合ガスより緩衝膜を形成し、そして引続き連続
的にダイヤモンド薄膜を堆積することによって、堆積さ
れるダイヤモンド薄膜と前記基板素材の間の格子不整合
の影響を少なくすることが出来る。その結果、基板素材
上への良質なダイヤモンド薄膜ヘテロエピタキシャル成
長が可能になる。
明によれば、基板素材上に、少なくとも窒素原子及びホ
ウ素原子を構成原子として有するガス、あるいは少なく
とも窒素原子を構成原子として有するガスと少なくとも
ホウ素原子を構成原子として有するガス、またはそれら
を含む混合ガスより緩衝膜を形成し、そして引続き連続
的にダイヤモンド薄膜を堆積することによって、堆積さ
れるダイヤモンド薄膜と前記基板素材の間の格子不整合
の影響を少なくすることが出来る。その結果、基板素材
上への良質なダイヤモンド薄膜ヘテロエピタキシャル成
長が可能になる。
【００１８】これによって結晶性の良いダイヤモンド薄
膜が異種基板上に大面積で得られると共に、ハイブリッ
ド・デバイスの可能性を開くことが出来る。
膜が異種基板上に大面積で得られると共に、ハイブリッ
ド・デバイスの可能性を開くことが出来る。
【図１】請求項１の本発明のダイヤモンド薄膜堆積に用
いる装置の概略を示す略示断面図である。
いる装置の概略を示す略示断面図である。
１０１ 反応槽
１０２ フィラメント
１０３ 交流電源
１０４ 基板素材
１０５ 基板台
１０６ ポンプ
１０７ ボンベ
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも窒素原子及びホウ素原子を
構成原子として有するガス、あるいは少なくとも窒素原
子を構成原子として有するガスと少なくともホウ素原子
を構成原子として有するガス、またはそれらを含む混合
ガスを反応槽内で分解・反応させ、基板素材の最上層に
緩衝膜を形成した後に、前記反応槽内に導入するガスを
、少なくとも炭素原子を構成元素として有するガス、あ
るいはそれを含む混合ガスに切り換えて、連続的に膜の
堆積を行なうことを特徴とするダイヤモンド薄膜の堆積
方法。 - 【請求項２】 少なくとも窒素原子を構成原子として
有するガスとして、アンモニアを用いることを特徴とす
る請求項１のダイヤモンド薄膜の堆積方法。 - 【請求項３】 少なくともホウ素原子を構成原子とし
て有するガスとして、ジボランを用いることを特徴とす
る請求項１のダイヤモンド薄膜の堆積方法。 - 【請求項４】 緩衝膜は、窒化ホウ素膜であって結晶
質で、その結晶形態が立方晶であることを特徴とする請
求項１のダイヤモンド薄膜の堆積方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100042A JPH04331796A (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100042A JPH04331796A (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331796A true JPH04331796A (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=14263465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3100042A Pending JPH04331796A (ja) | 1991-05-01 | 1991-05-01 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04331796A (ja) |
-
1991
- 1991-05-01 JP JP3100042A patent/JPH04331796A/ja active Pending
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