JPH05310497A - ダイヤモンド膜の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH05310497A JPH05310497A JP11780992A JP11780992A JPH05310497A JP H05310497 A JPH05310497 A JP H05310497A JP 11780992 A JP11780992 A JP 11780992A JP 11780992 A JP11780992 A JP 11780992A JP H05310497 A JPH05310497 A JP H05310497A
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- diamond film
- plasma
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Abstract
(57)【要約】
【目的】μ波プラズマＣＶＤ装置でダイヤモンドを合成
する場合に成膜基板の種類にかかわらず、同様なプラズ
マ状態から同様なダイヤモンド多結晶膜を形成する。 【構成】成膜基板がSiＯ2 のような絶縁物あるいは電気
伝導率の低い材料を用いるときに、基板支持体の表面
に、プラズマにより上昇する基板温度において基板の材
料より高電気伝導率を示す、高融点金属あるいは半導体
などよりなる板を置いて基板温度を均一に近づける。
する場合に成膜基板の種類にかかわらず、同様なプラズ
マ状態から同様なダイヤモンド多結晶膜を形成する。 【構成】成膜基板がSiＯ2 のような絶縁物あるいは電気
伝導率の低い材料を用いるときに、基板支持体の表面
に、プラズマにより上昇する基板温度において基板の材
料より高電気伝導率を示す、高融点金属あるいは半導体
などよりなる板を置いて基板温度を均一に近づける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子としての応
用が注目されているダイヤモンド膜の製造方法に関す
る。
用が注目されているダイヤモンド膜の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】代表的な宝石であるダイヤモンドは最も
硬い物質であるため、よく知られているように工業的に
切削工具や研磨材などに利用されている。この他にも、
ダイヤモンドはSiやGeと同じＩＶ族に属し、半導体の性
質も有する。Siと比較するとエネルギー・ギャップが大
きいばかりでなく、キャリア移動度、飽和ドリフト速
度、絶縁破壊電界や熱伝導率なども大きく、高温動作デ
バイス、高パワーデバイス、青色発光素子等の材料とし
て有望である。近年、このダイヤモンドを気相合成(Ｃ
ＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体素子としての応
用がさらに注目されている。実際に、サーミスタ、ショ
ットキーダイオード、ＦＥＴ、発光素子などの試作が盛
んに行われている。
硬い物質であるため、よく知られているように工業的に
切削工具や研磨材などに利用されている。この他にも、
ダイヤモンドはSiやGeと同じＩＶ族に属し、半導体の性
質も有する。Siと比較するとエネルギー・ギャップが大
きいばかりでなく、キャリア移動度、飽和ドリフト速
度、絶縁破壊電界や熱伝導率なども大きく、高温動作デ
バイス、高パワーデバイス、青色発光素子等の材料とし
て有望である。近年、このダイヤモンドを気相合成(Ｃ
ＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体素子としての応
用がさらに注目されている。実際に、サーミスタ、ショ
ットキーダイオード、ＦＥＴ、発光素子などの試作が盛
んに行われている。
【０００３】ダイヤモンドは炭素原子からなる結晶であ
るが、通常の環境下において安定相でない。準安定相で
あるダイヤモンドを合成する手法がＣＶＤ法である。Ｃ
Ｈ4などの炭素を構成元素とするガスと多量のＨ2 ガス
を活性化し、 600〜1200℃の高温にしたSiなどの基板上
にダイヤモンドを成膜する方法である。Ｈ2 ガスは活性
化されると反応性の高い原子状水素となり、ダイヤモン
ドと同時に析出する安定相であるグラファイト成分を再
蒸発させる。これらのガスを活性化するやり方が種々考
案され、熱フィラメントＣＶＤ法、μ波プラズマＣＶＤ
法、直流プラズマ・ジェットＣＶＤ法などと名付けられ
ている。合成されたダイヤモンドは、基板がダイヤモン
ドやｃ−ＢＮからなる場合を除いて多結晶となる。
るが、通常の環境下において安定相でない。準安定相で
あるダイヤモンドを合成する手法がＣＶＤ法である。Ｃ
Ｈ4などの炭素を構成元素とするガスと多量のＨ2 ガス
を活性化し、 600〜1200℃の高温にしたSiなどの基板上
にダイヤモンドを成膜する方法である。Ｈ2 ガスは活性
化されると反応性の高い原子状水素となり、ダイヤモン
ドと同時に析出する安定相であるグラファイト成分を再
蒸発させる。これらのガスを活性化するやり方が種々考
案され、熱フィラメントＣＶＤ法、μ波プラズマＣＶＤ
法、直流プラズマ・ジェットＣＶＤ法などと名付けられ
ている。合成されたダイヤモンドは、基板がダイヤモン
ドやｃ−ＢＮからなる場合を除いて多結晶となる。
【０００４】図１はμ波プラズマＣＶＤ装置を概念的に
示し、原料ガス２を流す通常石英でできた反応管１とマ
グネトロン３で発生したマイクロ波を導く導波管４を有
する。被成膜基板５は、通常Si、SiＯ2 、Mo、Cu等から
なり、反応管１の導液管４およびプランジャ６に対向す
る位置にある、通常石英でできた基板ホルダ７の上に置
かれる。原料ガス２はこの基板５の周囲を通って真空排
気口８に向けて流れるが、導波管４を通してマイクロ波
を加えることによってプラズマ化し、基板５の上にダイ
ヤモンドが合成される。
示し、原料ガス２を流す通常石英でできた反応管１とマ
グネトロン３で発生したマイクロ波を導く導波管４を有
する。被成膜基板５は、通常Si、SiＯ2 、Mo、Cu等から
なり、反応管１の導液管４およびプランジャ６に対向す
る位置にある、通常石英でできた基板ホルダ７の上に置
かれる。原料ガス２はこの基板５の周囲を通って真空排
気口８に向けて流れるが、導波管４を通してマイクロ波
を加えることによってプラズマ化し、基板５の上にダイ
ヤモンドが合成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような装置でダイ
ヤモンドを合成する際、基板５の種類によって反応管１
内のプラズマの状態および合成されたダイヤモンド膜質
に相違が現れる。特に、プラズマによって自然加熱され
る基板５の温度およびその分布、さらに基板５上に合成
されたダイヤモンドの結晶粒径における相違が著しい。
ヤモンドを合成する際、基板５の種類によって反応管１
内のプラズマの状態および合成されたダイヤモンド膜質
に相違が現れる。特に、プラズマによって自然加熱され
る基板５の温度およびその分布、さらに基板５上に合成
されたダイヤモンドの結晶粒径における相違が著しい。
【０００６】本発明の目的は、このような基板の種類に
よってプラズマの状態およびダイヤモンド膜質に現れる
相違を抑制することのできるダイヤモンド膜の製造方法
を提供することにある。
よってプラズマの状態およびダイヤモンド膜質に現れる
相違を抑制することのできるダイヤモンド膜の製造方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、炭素化合物を含むガスをプラズマ化
し、そのガスの流れの中に置いた基板表面にダイヤモン
ド膜を合成する方法において、基板支持体の少なくとも
表面層が600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材料よ
り電気伝導率の高い材料からなるものとする。そして、
600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材料より電気伝
導率の高い材料が高融点金属であるか、あるいは半導体
であることが有効である。また、プラズマをμ波の電場
中で形成し、基板を板面がμ波の電場の振動方向に垂直
になるように配置することが有効である。
めに、本発明は、炭素化合物を含むガスをプラズマ化
し、そのガスの流れの中に置いた基板表面にダイヤモン
ド膜を合成する方法において、基板支持体の少なくとも
表面層が600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材料よ
り電気伝導率の高い材料からなるものとする。そして、
600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材料より電気伝
導率の高い材料が高融点金属であるか、あるいは半導体
であることが有効である。また、プラズマをμ波の電場
中で形成し、基板を板面がμ波の電場の振動方向に垂直
になるように配置することが有効である。
【０００８】
【作用】基板の種類によるプラズマ状態および合成され
たダイヤモンド膜質の相違は、基板の電気伝導率の相違
による。この相違によってμ波の電場の分布が変化する
ため、反応管中のプラズマの状態が変わり、合成された
ダイヤモンドの膜質にも影響が現れる。それ故、ダイヤ
モンドの合成温度である600 ℃〜1200℃において基板の
材料より電気伝導率の高い、高融点金属あるいは半導体
などの材料より基板支持体の少なくとも表面層を形成す
れば、基板の材料の電気伝導率の如何に拘らずプラズマ
の状態が一定となり、同様な膜質を有するダイヤモンド
膜を製造できる。
たダイヤモンド膜質の相違は、基板の電気伝導率の相違
による。この相違によってμ波の電場の分布が変化する
ため、反応管中のプラズマの状態が変わり、合成された
ダイヤモンドの膜質にも影響が現れる。それ故、ダイヤ
モンドの合成温度である600 ℃〜1200℃において基板の
材料より電気伝導率の高い、高融点金属あるいは半導体
などの材料より基板支持体の少なくとも表面層を形成す
れば、基板の材料の電気伝導率の如何に拘らずプラズマ
の状態が一定となり、同様な膜質を有するダイヤモンド
膜を製造できる。
【０００９】
【実施例】以下、図１に示したμ波プラズマＣＶＤ装置
を用いた本発明の実施例について説明する。ダイヤモン
ドの合成は、流量１sccMのＣＨ4 ガスと流量99sccMのＨ
2 ガスの混合ガス２を反応管１中を流し、マグネトロン
３で発生した2.45GHz 、300 〜400Ｗのμ波をＨ01モー
ドで導波管４を通して反応管１に導き、原料ガスをプラ
ズマ化することによって行われる。プラズマ発生位置に
表面をμ波の振動方向に対して垂直にして置かれた石英
製の基板ホルダ７上に0.５mm厚のMo板71を置き、その上
にSiあるいはSiＯ2 からなる基板５を配した。各基板は
ダイヤモンドパウダーを用い超音波中30分の傷付処理を
行ったものを用いた。また、反応時の圧力は30Torr、合
成時間は６時間であった。基板はプラズマによって自然
加熱され、温度が950 ℃になるようにμ波を調整した。
温度測定は図示しない放射熱温度計で行った。さらに、
比較のためにMo板71を除いた場合についても同様な実験
を行った。基板温度分布の測定結果を図２に示す。
を用いた本発明の実施例について説明する。ダイヤモン
ドの合成は、流量１sccMのＣＨ4 ガスと流量99sccMのＨ
2 ガスの混合ガス２を反応管１中を流し、マグネトロン
３で発生した2.45GHz 、300 〜400Ｗのμ波をＨ01モー
ドで導波管４を通して反応管１に導き、原料ガスをプラ
ズマ化することによって行われる。プラズマ発生位置に
表面をμ波の振動方向に対して垂直にして置かれた石英
製の基板ホルダ７上に0.５mm厚のMo板71を置き、その上
にSiあるいはSiＯ2 からなる基板５を配した。各基板は
ダイヤモンドパウダーを用い超音波中30分の傷付処理を
行ったものを用いた。また、反応時の圧力は30Torr、合
成時間は６時間であった。基板はプラズマによって自然
加熱され、温度が950 ℃になるようにμ波を調整した。
温度測定は図示しない放射熱温度計で行った。さらに、
比較のためにMo板71を除いた場合についても同様な実験
を行った。基板温度分布の測定結果を図２に示す。
【００１０】図２において、線21は基板５にSi基板を用
いた場合、あるいは石英 (SiＯ2 )からなる基板ホルダ
７の上にMo板71を置いた場合であり、基板５にSiＯ2 基
板を用いた場合にもMo板71を置くことによって、基板温
度は中心付近が高く、周囲へ向かうに従ってゆるやかに
低下する。一方、線22はSiＯ2 基板ホルダ７の上にMo板
71を置かないでSiＯ2 基板を用いた場合を示し、中心部
の方が温度が低く、温度分布の範囲も大きい。また、合
成されたダイヤモンドの結晶粒径は、表１に示すように
Si基板を用いるかあるいはMo板を基板ホルダ上に置いた
場合は直径約１μｍであるのに対し、基板および基板ホ
ルダ共に絶縁体の場合には直径約1.５μｍになってい
る。
いた場合、あるいは石英 (SiＯ2 )からなる基板ホルダ
７の上にMo板71を置いた場合であり、基板５にSiＯ2 基
板を用いた場合にもMo板71を置くことによって、基板温
度は中心付近が高く、周囲へ向かうに従ってゆるやかに
低下する。一方、線22はSiＯ2 基板ホルダ７の上にMo板
71を置かないでSiＯ2 基板を用いた場合を示し、中心部
の方が温度が低く、温度分布の範囲も大きい。また、合
成されたダイヤモンドの結晶粒径は、表１に示すように
Si基板を用いるかあるいはMo板を基板ホルダ上に置いた
場合は直径約１μｍであるのに対し、基板および基板ホ
ルダ共に絶縁体の場合には直径約1.５μｍになってい
る。
【００１１】
【表１】 さらに、Mo板71の代わりにSi板をSiＯ2 基板ホルダ上に
置いた場合も、SiＯ2 基板の温度分布はMo板を置いた図
２の線21と同様の結果を得た。なお、Mo板71の代わりに
Ｗ板あるいはTa板を用いることもでき、Si板の代わりに
Ge板を用いることができる。ただし、Ge板を用いる場合
は、基板温度は900 ℃を超えないようにする。
置いた場合も、SiＯ2 基板の温度分布はMo板を置いた図
２の線21と同様の結果を得た。なお、Mo板71の代わりに
Ｗ板あるいはTa板を用いることもでき、Si板の代わりに
Ge板を用いることができる。ただし、Ge板を用いる場合
は、基板温度は900 ℃を超えないようにする。
【００１２】比較のために、基板面がμ波電場方向に平
行となるように配して上記の実施例と同様の操作を行っ
たところ、基板上にダイヤモンド膜が合成されなかっ
た。
行となるように配して上記の実施例と同様の操作を行っ
たところ、基板上にダイヤモンド膜が合成されなかっ
た。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマＣＶＤによる
ダイヤモンド膜の成膜基板の支持体の少なくとも基板に
接する表面層に、プラズマより加熱されたときの基板温
度において基板材料より高電気伝導率である材料を用い
ることにより、基板材料に絶縁物あるいは低電気伝導率
の材料を用いたときにも、基板温度の基板面内のばらつ
きが少なく、つねに１μｍ程度の結晶粒径をもつ多結晶
ダイヤモンド膜が各種の基板上に製造可能になった。
ダイヤモンド膜の成膜基板の支持体の少なくとも基板に
接する表面層に、プラズマより加熱されたときの基板温
度において基板材料より高電気伝導率である材料を用い
ることにより、基板材料に絶縁物あるいは低電気伝導率
の材料を用いたときにも、基板温度の基板面内のばらつ
きが少なく、つねに１μｍ程度の結晶粒径をもつ多結晶
ダイヤモンド膜が各種の基板上に製造可能になった。
【図１】本発明の実施に用いられるμ波プラズマＣＶＤ
装置の概念的断面図
装置の概念的断面図
【図２】成膜時の基板温度分布線図
１ 反応管 ２ 原料ガス ３ マグネトロン ４ 導液管 ５ 基板 ７ 基板ホルダ ８ 真空排気口 ７１ Ｍｏ板
Claims (4)
- 【請求項１】炭素化合物を含むガスをプラズマ化し、そ
のガスの流れの中の支持体上に置いた基板表面にダイヤ
モンド膜を合成する方法において、基板支持体の少なく
とも表面層が600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材
料より電気伝導率の高い材料からなることを特徴とする
ダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項２】600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材
料より電気伝導率の高い材料が高融点金属である請求項
１記載のダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項３】600 ℃ないし1200℃の温度範囲で基板の材
料より電気伝導率の高い材料が半導体である請求項１記
載のダイヤモンド膜の製造方法。 - 【請求項４】プラズマをマイクロ波の電場中で形成し、
基板を板面がマイクロ波の電場の振動方向に垂直になる
ように配置する請求項１、２あるいは３記載のダイヤモ
ンド膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11780992A JPH05310497A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11780992A JPH05310497A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05310497A true JPH05310497A (ja) | 1993-11-22 |
Family
ID=14720807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11780992A Pending JPH05310497A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05310497A (ja) |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP11780992A patent/JPH05310497A/ja active Pending
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