JPH0518800B2 - - Google Patents
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- JPH0518800B2 JPH0518800B2 JP60050938A JP5093885A JPH0518800B2 JP H0518800 B2 JPH0518800 B2 JP H0518800B2 JP 60050938 A JP60050938 A JP 60050938A JP 5093885 A JP5093885 A JP 5093885A JP H0518800 B2 JPH0518800 B2 JP H0518800B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- substrate
- radicals
- methyl
- neutral
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、気相からダイヤモンドを基板上に析
出させる方法に関する。
出させる方法に関する。
（従来技術とその問題点）
炭素化合物気体の熱分解によつてダイヤモンド
を合成する方法として、従来数種の方法が知られ
ている。例えば、1982年発行のジヤパニーズ・ジ
ヤーナル・オブ・アプライド・フイジクス誌
（Japanese Journal of Applied Physics）第21
巻第L183ページ記載の論文には、約2000℃に加
熱したタングステン・ヒーターに水素をキヤリ
ア・ガスとして、メタンガスを接触加熱し、熱分
解させ、シリコン、モリブデン、ないしは石英ガ
ラス基板上にダイヤモンドを析出させる方法が述
べられている。この方法は、ダイヤモンド以外の
物質上にダイヤモンドを析出させることができる
点で優れた方法であるが、タングステン・ヒータ
ーが約2000℃という高温に加熱されているため
に、タングステン自体の蒸気圧も高くなり、短時
間で消耗したり、蒸発したタングステンが、ダイ
ヤモンド表面に付着したりする問題もある。ま
た、一度加熱したタングステン・ヒーターはタン
グステンとカーボンの反応やガス分子の吸蔵等に
より、極めてもろくなり、簡単に切断されやすく
なるため頻繁にタングステン・ヒーターを交換せ
ねばならず、長時間装置を運転するのが困難であ
る。また、タングステン・ヒーター線の経時変化
は、反応ガスの熱分解条件の変動を招き、広い面
積に均一に、膜状ダイヤモンドを析出させるのは
困難である。更に、ダイヤモンドの析出温度は高
く、室温付近での合成は不可能である欠点を有し
ている。
を合成する方法として、従来数種の方法が知られ
ている。例えば、1982年発行のジヤパニーズ・ジ
ヤーナル・オブ・アプライド・フイジクス誌
（Japanese Journal of Applied Physics）第21
巻第L183ページ記載の論文には、約2000℃に加
熱したタングステン・ヒーターに水素をキヤリ
ア・ガスとして、メタンガスを接触加熱し、熱分
解させ、シリコン、モリブデン、ないしは石英ガ
ラス基板上にダイヤモンドを析出させる方法が述
べられている。この方法は、ダイヤモンド以外の
物質上にダイヤモンドを析出させることができる
点で優れた方法であるが、タングステン・ヒータ
ーが約2000℃という高温に加熱されているため
に、タングステン自体の蒸気圧も高くなり、短時
間で消耗したり、蒸発したタングステンが、ダイ
ヤモンド表面に付着したりする問題もある。ま
た、一度加熱したタングステン・ヒーターはタン
グステンとカーボンの反応やガス分子の吸蔵等に
より、極めてもろくなり、簡単に切断されやすく
なるため頻繁にタングステン・ヒーターを交換せ
ねばならず、長時間装置を運転するのが困難であ
る。また、タングステン・ヒーター線の経時変化
は、反応ガスの熱分解条件の変動を招き、広い面
積に均一に、膜状ダイヤモンドを析出させるのは
困難である。更に、ダイヤモンドの析出温度は高
く、室温付近での合成は不可能である欠点を有し
ている。
更に、他の方法として、1980年発行のジヤーナ
ル・オブ・ノン・クリスタリン・ソリツズ誌
（Journal of Non−Crystalline Solids）第35＆
36巻第435ページ記載の論文には、ガラスないし
は、モリブデンをガラス上に蒸着したものを基板
に用い、圧力0.9トール、ガス流量毎分0.5〜1.0
c.c.、基板温度25〜375℃、放電電流0.8〜2mA、放
電電圧300〜400Vの条件下で、アセチレンを直流
グロー放電により分解し、アモルフアス・カーボ
ン膜を得たことを述べている。前記のアモルフア
ス・カーボン膜の電気抵抗率は、最大1016Ωcmで
あり、絶縁性のカーボン膜が得られている点では
優れているが、膜厚が1μmを越えたり、熱処理し
たりすると、カーボン膜が基板からはがれる欠点
がある。また、基板温度が高い場合には、カーボ
ン膜は黒色になり、グラフアイト状になる欠点が
ある。更に結晶性のダイヤモンド膜を合成できな
い欠点を有している。
ル・オブ・ノン・クリスタリン・ソリツズ誌
（Journal of Non−Crystalline Solids）第35＆
36巻第435ページ記載の論文には、ガラスないし
は、モリブデンをガラス上に蒸着したものを基板
に用い、圧力0.9トール、ガス流量毎分0.5〜1.0
c.c.、基板温度25〜375℃、放電電流0.8〜2mA、放
電電圧300〜400Vの条件下で、アセチレンを直流
グロー放電により分解し、アモルフアス・カーボ
ン膜を得たことを述べている。前記のアモルフア
ス・カーボン膜の電気抵抗率は、最大1016Ωcmで
あり、絶縁性のカーボン膜が得られている点では
優れているが、膜厚が1μmを越えたり、熱処理し
たりすると、カーボン膜が基板からはがれる欠点
がある。また、基板温度が高い場合には、カーボ
ン膜は黒色になり、グラフアイト状になる欠点が
ある。更に結晶性のダイヤモンド膜を合成できな
い欠点を有している。
更に、別な方法として、減圧状態の反応気体を
マイクロ波放電ないしは高周波放電によつてプラ
ズマを発生せしめ、直接プラズマ中にないしは、
プラズマのアフターグロー中に基板を設置し、基
板上にダイヤモンドを析出させる方法や、イオン
化した炭素を基板に衝突させることによつて膜状
ダイヤモンドを合成する方法もあるが、前者の方
法は、ダイヤモンド相を得るには基板を高温にし
なければならない欠点を有している。更に、プラ
ズマ中に基板を設置する為、基板のプラズマ損傷
が避けられない。後者の方法は、常温付近でダイ
ヤモンドを合成できる方法で、優れた方法である
が、装置が高価である欠点を有している。更にイ
オンのみを用いている為、ダイヤモンド合成に必
要な活性種であるメチルラジカル、原子状水素を
利用できず、非ダイヤモンド状炭素が混在する欠
点を有している。
マイクロ波放電ないしは高周波放電によつてプラ
ズマを発生せしめ、直接プラズマ中にないしは、
プラズマのアフターグロー中に基板を設置し、基
板上にダイヤモンドを析出させる方法や、イオン
化した炭素を基板に衝突させることによつて膜状
ダイヤモンドを合成する方法もあるが、前者の方
法は、ダイヤモンド相を得るには基板を高温にし
なければならない欠点を有している。更に、プラ
ズマ中に基板を設置する為、基板のプラズマ損傷
が避けられない。後者の方法は、常温付近でダイ
ヤモンドを合成できる方法で、優れた方法である
が、装置が高価である欠点を有している。更にイ
オンのみを用いている為、ダイヤモンド合成に必
要な活性種であるメチルラジカル、原子状水素を
利用できず、非ダイヤモンド状炭素が混在する欠
点を有している。
（発明の目的）
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、低温でダイヤモンドだけを選択的に析
出させ、基板上に薄膜として付着させるダイヤモ
ンドの合成法を提供することにある。
せしめて、低温でダイヤモンドだけを選択的に析
出させ、基板上に薄膜として付着させるダイヤモ
ンドの合成法を提供することにある。
（発明の構成）
本発明によれば、炭素化合物の中性及びイオン
化したラジカルの混合流を作り、これを基板に照
射することによつてダイヤモンドを析出させるダ
イヤモンドの気相合成法と、炭素化合物の中性及
びイオン化したラジカルの混合流に加えて、中性
及びイオン化した原子状水素ビームを同時に基板
に照射し、ダイヤモンドを析出させるダイヤモン
ドの気相合成法が得られる。
化したラジカルの混合流を作り、これを基板に照
射することによつてダイヤモンドを析出させるダ
イヤモンドの気相合成法と、炭素化合物の中性及
びイオン化したラジカルの混合流に加えて、中性
及びイオン化した原子状水素ビームを同時に基板
に照射し、ダイヤモンドを析出させるダイヤモン
ドの気相合成法が得られる。
（構成の詳細な説明）
本発明は、上述の構成をとることにより、従来
技術の問題点を解決した。
技術の問題点を解決した。
気相からのダイヤモンド析出プロセスは、熱力
学的に準安定な相を安定化せしめる人工的操作を
要求されるが、反応ガスの熱分解からだけ遊離炭
素原子を得ようとすると、基板上に非ダイヤモン
ド炭素が析出するのは自明である。また、プラズ
マを利用する方法においても、プラズマの内部エ
ネルギー範囲は広く、ダイヤモンドとなるべき活
性種だけを作るのは困難で、非ダイヤモンド炭素
が析出しやすくなるのも自明であろう。
学的に準安定な相を安定化せしめる人工的操作を
要求されるが、反応ガスの熱分解からだけ遊離炭
素原子を得ようとすると、基板上に非ダイヤモン
ド炭素が析出するのは自明である。また、プラズ
マを利用する方法においても、プラズマの内部エ
ネルギー範囲は広く、ダイヤモンドとなるべき活
性種だけを作るのは困難で、非ダイヤモンド炭素
が析出しやすくなるのも自明であろう。
本発明においては、ダイヤモンド生成に有効な
メチルラジカル、メチル陽イオン、原子状水素の
みを質量分離後のイオンビームに電子を供給する
ことによつて作り、非ダイヤモンド炭素の析出を
完全に除去できる基板７の合成法を提供してい
る。
メチルラジカル、メチル陽イオン、原子状水素の
みを質量分離後のイオンビームに電子を供給する
ことによつて作り、非ダイヤモンド炭素の析出を
完全に除去できる基板７の合成法を提供してい
る。
メチルラジカル、メチル陽イオン、原子状水素
のビームを作り出す為には、これらの活性種の陽
イオンを作らなければならない。本発明では、ソ
ースとして炭化水素及び水素ガスを用い、これを
電子衝撃してイオン化している。また、メチルラ
ジカル、メチル陽イオン、原子状水素を同時に基
板に照射できる様に、二つのビーム系を採用し、
一方で、水素イオンビームに加熱したタングステ
ン線から放射される電子を浴びせて原子状水素ビ
ームを作り、他の一つでまずメチル陽イオンビー
ムを作り、これを加熱したタングステン線から放
射される電子を浴びせて中性化して、メチルラジ
カルとメチル陽イオンの混合ビームを作つた。ま
たタングステンの温度を制御することによりメチ
ルラジカルとメチル陽イオンの比を制御できるよ
うになつている。
のビームを作り出す為には、これらの活性種の陽
イオンを作らなければならない。本発明では、ソ
ースとして炭化水素及び水素ガスを用い、これを
電子衝撃してイオン化している。また、メチルラ
ジカル、メチル陽イオン、原子状水素を同時に基
板に照射できる様に、二つのビーム系を採用し、
一方で、水素イオンビームに加熱したタングステ
ン線から放射される電子を浴びせて原子状水素ビ
ームを作り、他の一つでまずメチル陽イオンビー
ムを作り、これを加熱したタングステン線から放
射される電子を浴びせて中性化して、メチルラジ
カルとメチル陽イオンの混合ビームを作つた。ま
たタングステンの温度を制御することによりメチ
ルラジカルとメチル陽イオンの比を制御できるよ
うになつている。
炭化水素ガスとしてはメタン、エタンその他を
用いることができる。また電子の供給はタングス
テン線以外にもホウ化ランタンや電界放出型電子
供給源を用いることもできる。
用いることができる。また電子の供給はタングス
テン線以外にもホウ化ランタンや電界放出型電子
供給源を用いることもできる。
以下図面を用いて、本発明に使用した装置の例
及び製造工程を説明する。
及び製造工程を説明する。
バリアブルリークバルブ８，９を閉じて、高真
空排気装置２，１７を用いて、イオン源１０，１
１質量分離器１２，１３及び真空槽１内を10-7ト
ール以下に予備真空後、バリアブルリークバルブ
を調整し、メタンボンベ６、水素ボンベ７より反
応ガスを所定の圧力でイオン源１０，１１の中へ
導入する。イオン源１０，１１と質量分離器１
２，１３及び真空槽１はオリフイス１６を用いる
ことによつて差動排気されている。反応ガス導入
後の圧力は、イオン源１０，１１側は約10-4トー
ル、真空槽側は約10-6トールであつた。メタン
は、イオン源１１により分解及びイオン化し、質
量分離器１３により、メチル陽イオンのみが分離
され、タングステン線１５から放射された電子が
付着して、メチルラジカルの中性及び陽イオンの
混合ビームとなり、基板４に照射される。
空排気装置２，１７を用いて、イオン源１０，１
１質量分離器１２，１３及び真空槽１内を10-7ト
ール以下に予備真空後、バリアブルリークバルブ
を調整し、メタンボンベ６、水素ボンベ７より反
応ガスを所定の圧力でイオン源１０，１１の中へ
導入する。イオン源１０，１１と質量分離器１
２，１３及び真空槽１はオリフイス１６を用いる
ことによつて差動排気されている。反応ガス導入
後の圧力は、イオン源１０，１１側は約10-4トー
ル、真空槽側は約10-6トールであつた。メタン
は、イオン源１１により分解及びイオン化し、質
量分離器１３により、メチル陽イオンのみが分離
され、タングステン線１５から放射された電子が
付着して、メチルラジカルの中性及び陽イオンの
混合ビームとなり、基板４に照射される。
一方、水素は、イオン源１０により分解及びイ
オン化し、質量分離器１２により、プロトンのみ
が分離され、タングステン線１４から放射された
電子を付着することにより、原子状水素ビームと
なり基板４にメチルラジカルの中性及び陽イオン
の混合ビームと共に照射される。基板４は、基板
支持台３上に設置され、基板加熱ヒーター５によ
り加熱できる様になつている。
オン化し、質量分離器１２により、プロトンのみ
が分離され、タングステン線１４から放射された
電子を付着することにより、原子状水素ビームと
なり基板４にメチルラジカルの中性及び陽イオン
の混合ビームと共に照射される。基板４は、基板
支持台３上に設置され、基板加熱ヒーター５によ
り加熱できる様になつている。
実施例
基板は、シリコン、モリブデン、石英ガラスを
用い、100℃〜500℃まで加熱した。ビーム照射時
間は30分とし、基板温度とタングステン線の温度
を変化させ析出した膜の評価を透過型電子顕微鏡
で調べた。タングステン線の温度を放射温度計を
用いて測定し、析出した膜との相関を調べると、
メチルラジカルの中性及び陽イオンの混合ビーム
だけを基板に照射する場合、タングステン線１５
の温度が1600℃程度でダイヤモンドが得られた。
また原子状水素ビームを同時に照射する場合タン
グステン線１４の温度が約1700℃、タングステン
線１５の温度が約1500℃の場合、ダイヤモンド膜
が析出した。タングステン線の温度が低い場合に
はグラフアイトないしはアモルフアスカーボンが
ダイヤモンドに混合した膜が得られた。基板温度
と析出した膜との相関はみられず、基板温度が
100℃でも均質なダイヤモンドが得られた。また
３種類の基板の間に差はなかつた。この膜の膜厚
をエリプソメーターで測定すると最大１ミクロン
で、成長速度は、毎分330オングストロームであ
つた。またここで用いたタングステン線は真空度
の高い付態で使用され、また温度も低いため長時
間消耗することはない。
用い、100℃〜500℃まで加熱した。ビーム照射時
間は30分とし、基板温度とタングステン線の温度
を変化させ析出した膜の評価を透過型電子顕微鏡
で調べた。タングステン線の温度を放射温度計を
用いて測定し、析出した膜との相関を調べると、
メチルラジカルの中性及び陽イオンの混合ビーム
だけを基板に照射する場合、タングステン線１５
の温度が1600℃程度でダイヤモンドが得られた。
また原子状水素ビームを同時に照射する場合タン
グステン線１４の温度が約1700℃、タングステン
線１５の温度が約1500℃の場合、ダイヤモンド膜
が析出した。タングステン線の温度が低い場合に
はグラフアイトないしはアモルフアスカーボンが
ダイヤモンドに混合した膜が得られた。基板温度
と析出した膜との相関はみられず、基板温度が
100℃でも均質なダイヤモンドが得られた。また
３種類の基板の間に差はなかつた。この膜の膜厚
をエリプソメーターで測定すると最大１ミクロン
で、成長速度は、毎分330オングストロームであ
つた。またここで用いたタングステン線は真空度
の高い付態で使用され、また温度も低いため長時
間消耗することはない。
（発明の効果）
本発明により、ダイヤモンド単一相の薄膜を基
板上に析出させることができる。成長速度も毎分
330オングストロームと実用上問題のない速さで
ある。しかも従来技術では、600℃程度と高い基
板温度を必要とするが、本発明による方法では、
100℃に温度を低下することができ、半導体プロ
セスの処理温度に比べ低いため、デバイスを作製
した後、パツシベーシヨン膜としても析出させる
ことが可能となつた。その他、耐摩耗用コーテイ
ング、IC基板用放熱材としても用いることがで
き、実用上極めて有益である。
板上に析出させることができる。成長速度も毎分
330オングストロームと実用上問題のない速さで
ある。しかも従来技術では、600℃程度と高い基
板温度を必要とするが、本発明による方法では、
100℃に温度を低下することができ、半導体プロ
セスの処理温度に比べ低いため、デバイスを作製
した後、パツシベーシヨン膜としても析出させる
ことが可能となつた。その他、耐摩耗用コーテイ
ング、IC基板用放熱材としても用いることがで
き、実用上極めて有益である。
第１図は、本発明の方法に直接使用する装置の
概略図。 １…真空槽、２…高真空排気装置、３…基板支
持台、４…基板、５…基板加熱ヒーター、６…メ
タンボンベ、７…水素ボンベ、８，９…バリアブ
ルリークバルブ、１０，１１…イオン源、１２，
１３…質量分離器、１４，１５…タングステン
線、１６…オリフイス、１７…高真空排気装置。
概略図。 １…真空槽、２…高真空排気装置、３…基板支
持台、４…基板、５…基板加熱ヒーター、６…メ
タンボンベ、７…水素ボンベ、８，９…バリアブ
ルリークバルブ、１０，１１…イオン源、１２，
１３…質量分離器、１４，１５…タングステン
線、１６…オリフイス、１７…高真空排気装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素化合物の中性及びイオン化したラジカル
の混合流を基板にあてることによつて該基板上に
ダイヤモンドを析出させることを特徴とするダイ
ヤモンドの気相合成法。 ２ 炭素化合物の中性及びイオン化したラジカル
はメチルラジカル及びメチル陽イオンである特許
請求の範囲第１項記載のダイヤモンドの気相合成
法。 ３ 炭素化合物の中性及びイオン化したラジカル
の混合流と、中性及びイオン化した原子状水素ビ
ームを同時に基板にあてて、該基板上にダイヤモ
ンドを析出させることを特徴とするダイヤモンド
の気相合成法。 ４ 炭素化合物の中性及びイオン化したラジカル
はメチルラジカル及びメチル陽イオンである特許
請求の範囲第３項記載のダイヤモンドの気相合成
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5093885A JPS61209990A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5093885A JPS61209990A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61209990A JPS61209990A (ja) | 1986-09-18 |
| JPH0518800B2 true JPH0518800B2 (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=12872762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5093885A Granted JPS61209990A (ja) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61209990A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62223096A (ja) * | 1986-03-25 | 1987-10-01 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | ダイヤモンドの低圧気相合成法 |
| US5127983A (en) * | 1989-05-22 | 1992-07-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing single crystal of high-pressure phase material |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927753B2 (ja) * | 1981-11-25 | 1984-07-07 | 科学技術庁無機材質研究所長 | ダイヤモンドの合成法 |
| JPS5927754B2 (ja) * | 1981-12-17 | 1984-07-07 | 科学技術庁無機材質研究所長 | ダイヤモンドの合成法 |
-
1985
- 1985-03-14 JP JP5093885A patent/JPS61209990A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61209990A (ja) | 1986-09-18 |
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