JPH05320895A - ダイアモンド薄膜の形成装置および形成方法 - Google Patents
ダイアモンド薄膜の形成装置および形成方法Info
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- JPH05320895A JPH05320895A JP15758792A JP15758792A JPH05320895A JP H05320895 A JPH05320895 A JP H05320895A JP 15758792 A JP15758792 A JP 15758792A JP 15758792 A JP15758792 A JP 15758792A JP H05320895 A JPH05320895 A JP H05320895A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良質なダイアモンド薄膜を安価に提供するこ
と。 【構成】 ガス導入口８および排気口を有する真空槽６
内に負の電位が与えられるターゲット９，１０および基
板７を備えた装置において、膜を堆積する基板７の直上
に熱電子の放出および基板を加熱するためのフィラメン
ト３を設けたダイアモンド薄膜の形成装置及び水素ある
いは水素と不活性ガスとの混合ガスを用いて放電を行う
ダイアモンド薄膜の形成方法。
と。 【構成】 ガス導入口８および排気口を有する真空槽６
内に負の電位が与えられるターゲット９，１０および基
板７を備えた装置において、膜を堆積する基板７の直上
に熱電子の放出および基板を加熱するためのフィラメン
ト３を設けたダイアモンド薄膜の形成装置及び水素ある
いは水素と不活性ガスとの混合ガスを用いて放電を行う
ダイアモンド薄膜の形成方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面コーティングや、
各種電子・光部品への応用分野に用いられるダイアモン
ド薄膜を安価に形成する装置、および形成方法に関す
る。
各種電子・光部品への応用分野に用いられるダイアモン
ド薄膜を安価に形成する装置、および形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ダイアモンド薄膜は、良好な熱的安定
性、機械的性質に加え、優れた電子・光特性を有し、各
種素子への応用が期待されている。それらの応用分野に
提供するために、良質な薄膜化が強く望まれている。従
来、ダイアモンド薄膜は、熱フィラメントを用いた化学
気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ、あるいはマイ
クロ波プラズマを利用したＣＶＤ等で形成されている。
いずれもメタン（ＣＨ4 ）等の炭化水素ガスと水素ガス
との混合ガスを原料とし、メタンガス等の分解によって
ダイアモンドを形成していた。この方法では、原料がガ
スに限られるため、電子素子へ応用する場合に不可欠な
不純物ドーピングが特定の元素に限られてしまうこと
や、メタン等のガスを原料とすることから、工業的に応
用する場合、大規模な排気ガスの再処理行程が必要であ
るため、かならずしも経済的に優れた方法とは言い難か
った。
性、機械的性質に加え、優れた電子・光特性を有し、各
種素子への応用が期待されている。それらの応用分野に
提供するために、良質な薄膜化が強く望まれている。従
来、ダイアモンド薄膜は、熱フィラメントを用いた化学
気相成長（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ、あるいはマイ
クロ波プラズマを利用したＣＶＤ等で形成されている。
いずれもメタン（ＣＨ4 ）等の炭化水素ガスと水素ガス
との混合ガスを原料とし、メタンガス等の分解によって
ダイアモンドを形成していた。この方法では、原料がガ
スに限られるため、電子素子へ応用する場合に不可欠な
不純物ドーピングが特定の元素に限られてしまうこと
や、メタン等のガスを原料とすることから、工業的に応
用する場合、大規模な排気ガスの再処理行程が必要であ
るため、かならずしも経済的に優れた方法とは言い難か
った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題を
改善するために提案されたもので、その目的は、良質な
ダイアモンド薄膜を安価に、しかも手軽に提供すること
にある。
改善するために提案されたもので、その目的は、良質な
ダイアモンド薄膜を安価に、しかも手軽に提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はガス導入口および排気口を有する真空槽内
に負の電位が与えられるターゲットおよび基板を備えた
装置において、膜を堆積する基板の直上に熱電子の放出
および基板を加熱するためのフィラメントを設けたこと
を特徴とするダイアモンド薄膜の形成装置を発明の要旨
とするものである。さらに、本発明はガス導入口および
排気口を有する真空槽内に負の電位が与えられるターゲ
ットおよび基板を備え、かつ前記基板の直上にフィラメ
ントを設けたスパッタ装置を用い、前記ターゲットがグ
ラファイト等の炭素あるいは炭素との混合物で構成し、
水素、あるいは水素とＸｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ等
の不活性ガスとの混合ガスを用いて放電を行うことを特
徴とするダイアモンド薄膜の形成方法を発明の要旨とす
るものである。
め、本発明はガス導入口および排気口を有する真空槽内
に負の電位が与えられるターゲットおよび基板を備えた
装置において、膜を堆積する基板の直上に熱電子の放出
および基板を加熱するためのフィラメントを設けたこと
を特徴とするダイアモンド薄膜の形成装置を発明の要旨
とするものである。さらに、本発明はガス導入口および
排気口を有する真空槽内に負の電位が与えられるターゲ
ットおよび基板を備え、かつ前記基板の直上にフィラメ
ントを設けたスパッタ装置を用い、前記ターゲットがグ
ラファイト等の炭素あるいは炭素との混合物で構成し、
水素、あるいは水素とＸｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ等
の不活性ガスとの混合ガスを用いて放電を行うことを特
徴とするダイアモンド薄膜の形成方法を発明の要旨とす
るものである。
【０００５】
【作用】本発明のダイアモンド薄膜の形成装置および形
成方法によれば、安価なグラファイト等の固体を出発原
料としてダイアモンドを形成できることから、産業上極
めて有利な特徴を持っている。しかも素子構成上重要な
不純物ドーピングも、グラファイト等の炭素固体原料の
上にドーピング原料をのせて、あるいは炭素との混合物
を用いてスパッタを行うだけで容易に、しかも大量に実
現できる。
成方法によれば、安価なグラファイト等の固体を出発原
料としてダイアモンドを形成できることから、産業上極
めて有利な特徴を持っている。しかも素子構成上重要な
不純物ドーピングも、グラファイト等の炭素固体原料の
上にドーピング原料をのせて、あるいは炭素との混合物
を用いてスパッタを行うだけで容易に、しかも大量に実
現できる。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 〔実施例１〕図１に、２個のターゲットを有する第１の
実施例を示す。図において、、１はターゲット、２は基
板ホルダー、３はフィラメント、４はプラズマ生成部、
５はターゲットホルダー、６は真空槽、７は基板、８は
ガス導入口、９は平板ターゲット、１０は円筒ターゲッ
ト、１１は円筒アノード、１２はプラズマ生成室、１３
は試料室、１４は磁気コイル、１５は磁束、１６は絶縁
部を示す。しかして平板ターゲット９，円筒ターゲット
１０，円筒アノード１１を含むプラズマ生成室１２と基
板ホルダー２を有する試料室１３からなる真空槽６の外
周に、磁気コイル１４を設置する。平板ターゲット９と
基板７とは対向する位置にあり、磁気コイル１４で発生
した磁束１５は平板ターゲット９と円筒ターゲット１０
の両表面を横切るように構成される。基板７に対しては
発散磁場構成をとり、生成されたプラズマが効率的に基
板方向に輸送される。基板７上部にはフィラメント３を
配置し、熱電子の放出によるガスの分解と、基板への電
子照射を促進する。ここでは、そのフィラメント３に
０．５ｍｍ径のタングステンワイヤーを、直径５ｍｍの
スパイラル状に８回巻いたものを用いた。
実施例を示す。図において、、１はターゲット、２は基
板ホルダー、３はフィラメント、４はプラズマ生成部、
５はターゲットホルダー、６は真空槽、７は基板、８は
ガス導入口、９は平板ターゲット、１０は円筒ターゲッ
ト、１１は円筒アノード、１２はプラズマ生成室、１３
は試料室、１４は磁気コイル、１５は磁束、１６は絶縁
部を示す。しかして平板ターゲット９，円筒ターゲット
１０，円筒アノード１１を含むプラズマ生成室１２と基
板ホルダー２を有する試料室１３からなる真空槽６の外
周に、磁気コイル１４を設置する。平板ターゲット９と
基板７とは対向する位置にあり、磁気コイル１４で発生
した磁束１５は平板ターゲット９と円筒ターゲット１０
の両表面を横切るように構成される。基板７に対しては
発散磁場構成をとり、生成されたプラズマが効率的に基
板方向に輸送される。基板７上部にはフィラメント３を
配置し、熱電子の放出によるガスの分解と、基板への電
子照射を促進する。ここでは、そのフィラメント３に
０．５ｍｍ径のタングステンワイヤーを、直径５ｍｍの
スパイラル状に８回巻いたものを用いた。
【０００７】次に、この実施例の装置を用いてダイアモ
ンドを形成する方法について、表１中の実施例Ｎｏ．１
−３を基に説明する。グラファイトターゲット９，１０
として、直径８０ｍｍの円盤、内径１００ｍｍ、高さ４
０ｍｍの円筒ターゲットを用い、基板７にＳｉを用い
た。放電ガスとしてＨｅが濃度５％となるように水素と
Ｈｅの混合ガスをガス導入口８から導入し、基板周囲の
ガス圧を１２００Ｐａに設定した。円筒アノード１１は
通常接地電位とした。また，磁気コイルによって平板タ
ーゲット９の中心で約５００Ｇの磁束密度を印加した。
ターゲットには−１００Ｖの直流電圧を印加し、この時
の放電電流は０．５Ａであった。０．５ｍｍ径のタング
ステンからなるフィラメントに電流を流し、フィラメン
トにエミッション電圧として−７０Ｖを印加した。フィ
ラメントには１６Ａの直流電流を流し、この時のフィラ
メントエミッション電流は０．２Ａであった。フィラメ
ントと基板表面との距離は、ダイアモンド形成速度に大
きく影響するが、ここでは５ｍｍに設定した。この時、
基板温度は７５０℃に達し、堆積速度１０ｎｍ／ｍｉｎ
でほぼ純粋なダイアモンド膜が形成できた。ダイアモン
ドを形成する際のパラメータは、ガス圧、不活性ガス濃
度、フィラメント電流、フィラメント電圧、スパッタ電
力、フィラメントと基板との距離等であるが、単相のダ
イアモンド膜を得るには、ガス圧８００Ｐａ以上、不活
性ガス濃度２０％以下、フィラメント電流で制御される
基板温度は６００から９００℃、フィラメントエミッシ
ョン電圧として、＋５０から−７０Ｖが望ましい。その
理由は、表１に示したように、それ以外の条件ではグラ
ファイト相が析出してくるためである。表１にダイアモ
ンド形成条件と、得られた膜の状態をまとめた。
ンドを形成する方法について、表１中の実施例Ｎｏ．１
−３を基に説明する。グラファイトターゲット９，１０
として、直径８０ｍｍの円盤、内径１００ｍｍ、高さ４
０ｍｍの円筒ターゲットを用い、基板７にＳｉを用い
た。放電ガスとしてＨｅが濃度５％となるように水素と
Ｈｅの混合ガスをガス導入口８から導入し、基板周囲の
ガス圧を１２００Ｐａに設定した。円筒アノード１１は
通常接地電位とした。また，磁気コイルによって平板タ
ーゲット９の中心で約５００Ｇの磁束密度を印加した。
ターゲットには−１００Ｖの直流電圧を印加し、この時
の放電電流は０．５Ａであった。０．５ｍｍ径のタング
ステンからなるフィラメントに電流を流し、フィラメン
トにエミッション電圧として−７０Ｖを印加した。フィ
ラメントには１６Ａの直流電流を流し、この時のフィラ
メントエミッション電流は０．２Ａであった。フィラメ
ントと基板表面との距離は、ダイアモンド形成速度に大
きく影響するが、ここでは５ｍｍに設定した。この時、
基板温度は７５０℃に達し、堆積速度１０ｎｍ／ｍｉｎ
でほぼ純粋なダイアモンド膜が形成できた。ダイアモン
ドを形成する際のパラメータは、ガス圧、不活性ガス濃
度、フィラメント電流、フィラメント電圧、スパッタ電
力、フィラメントと基板との距離等であるが、単相のダ
イアモンド膜を得るには、ガス圧８００Ｐａ以上、不活
性ガス濃度２０％以下、フィラメント電流で制御される
基板温度は６００から９００℃、フィラメントエミッシ
ョン電圧として、＋５０から−７０Ｖが望ましい。その
理由は、表１に示したように、それ以外の条件ではグラ
ファイト相が析出してくるためである。表１にダイアモ
ンド形成条件と、得られた膜の状態をまとめた。
【表１】
【０００８】〔実施例２〕図２に、ダイアモンド膜形成
のための第２の装置構成例を示す。符号１，２，３，
４，５，６，７、８、１６は、図１で示したものと同じ
ものを表す。真空槽６内には、負の電位を印加してスパ
ッタを行う平板ターゲット１と、それに対向する面に基
板ホルダー２とを備え、その基板の直上にフィラメント
３を設置した。本実施例では、そのフィラメント３に
０．５ｍｍ径のタングステンワイヤーを、直径５ｍｍの
スパイラル状に８回巻いたものを用いた。本実施例では
ターゲット１と基板ホルダー２間のプラズマ生成部４に
は特に磁界を印加しなかったが、ターゲットのホルダー
５内に、ターゲット表面に磁界を漏洩させ、マグネトロ
ン放電を利用する構造をとることも可能である。さら
に、真空槽６外に磁気コイルを設置して、ターゲットか
ら基板への粒子輸送を効率よく行うこともできる。
のための第２の装置構成例を示す。符号１，２，３，
４，５，６，７、８、１６は、図１で示したものと同じ
ものを表す。真空槽６内には、負の電位を印加してスパ
ッタを行う平板ターゲット１と、それに対向する面に基
板ホルダー２とを備え、その基板の直上にフィラメント
３を設置した。本実施例では、そのフィラメント３に
０．５ｍｍ径のタングステンワイヤーを、直径５ｍｍの
スパイラル状に８回巻いたものを用いた。本実施例では
ターゲット１と基板ホルダー２間のプラズマ生成部４に
は特に磁界を印加しなかったが、ターゲットのホルダー
５内に、ターゲット表面に磁界を漏洩させ、マグネトロ
ン放電を利用する構造をとることも可能である。さら
に、真空槽６外に磁気コイルを設置して、ターゲットか
ら基板への粒子輸送を効率よく行うこともできる。
【０００９】次に、本実施例の形成装置でダイアモンド
膜を形成する方法を表１中の実施例Ｎｏ．２−３を基に
説明する。ターゲット１として、直径１００ｍｍのグラ
ファイト円盤を用い、基板７にＳｉを用いる。放電ガス
としてＡｒ濃度が３％となるように水素とＡｒの混合ガ
スをガス導入口８から導入し、基板周囲のガス圧を１２
００Ｐａに設定した。ターゲットには−２００Ｖの直流
電圧を印加し、この時の放電電流は０．５Ａであった。
０．５ｍｍ径のタングステンからなるフィラメントに電
流を流し、フィラメントにエミッション電圧として−５
０Ｖを印加した。フィラメントには１６Ａの直流電流を
流し、この時のフィラメントエミッション電流は０．２
Ａであった。フィラメントと基板表面との距離は、５ｍ
ｍに設定した。この時、基板温度は８００℃に達し、堆
積速度８ｎｍ／ｍｉｎでほぼ純粋なダイアモンド膜が形
成できた。表１にダイアモンド形成条件と、得られた膜
の状態をまとめた。
膜を形成する方法を表１中の実施例Ｎｏ．２−３を基に
説明する。ターゲット１として、直径１００ｍｍのグラ
ファイト円盤を用い、基板７にＳｉを用いる。放電ガス
としてＡｒ濃度が３％となるように水素とＡｒの混合ガ
スをガス導入口８から導入し、基板周囲のガス圧を１２
００Ｐａに設定した。ターゲットには−２００Ｖの直流
電圧を印加し、この時の放電電流は０．５Ａであった。
０．５ｍｍ径のタングステンからなるフィラメントに電
流を流し、フィラメントにエミッション電圧として−５
０Ｖを印加した。フィラメントには１６Ａの直流電流を
流し、この時のフィラメントエミッション電流は０．２
Ａであった。フィラメントと基板表面との距離は、５ｍ
ｍに設定した。この時、基板温度は８００℃に達し、堆
積速度８ｎｍ／ｍｉｎでほぼ純粋なダイアモンド膜が形
成できた。表１にダイアモンド形成条件と、得られた膜
の状態をまとめた。
【００１０】上記、２例の実施例に示すように、本発明
は固体を出発原料としたダイアモンド膜の形成が容易に
できることから、産業上極めて有利な特徴を持ってい
る。また、各種元素、例えばＢ，Ｐ等のドーピングを行
う場合でも、ターゲットの上にドーピング原料を置く
か、炭素との化合物をターゲットとして用いればよく、
容易に、多量のドーピング元素を混入させることが可能
である。また本実施例では膜の形成法として２種類のス
パッタ法についてのみ述べたが、他のスパッタ法、例え
ば制御電極を追加した３極あるいは４極スパッタ装置等
でもよく、ターゲットに投入する電力も直流である必要
はなく、１３．５６ＭＨｚの周波数のｒｆ電力でも、本
実施例と同様の結果が得られる。
は固体を出発原料としたダイアモンド膜の形成が容易に
できることから、産業上極めて有利な特徴を持ってい
る。また、各種元素、例えばＢ，Ｐ等のドーピングを行
う場合でも、ターゲットの上にドーピング原料を置く
か、炭素との化合物をターゲットとして用いればよく、
容易に、多量のドーピング元素を混入させることが可能
である。また本実施例では膜の形成法として２種類のス
パッタ法についてのみ述べたが、他のスパッタ法、例え
ば制御電極を追加した３極あるいは４極スパッタ装置等
でもよく、ターゲットに投入する電力も直流である必要
はなく、１３．５６ＭＨｚの周波数のｒｆ電力でも、本
実施例と同様の結果が得られる。
【００１１】
【発明の効果】叙上のように、本発明のダイアモンド薄
膜の形成装置および形成方法によれば、安価なグラファ
イト等の固体を出発原料としてダイアモンドを形成でき
ることから、産業上極めて有利な特徴を持っている。し
かも素子構成上重要な不純物ドーピングも、グラファイ
ト等の炭素固体原料の上にドーピング原料をのせて、あ
るいは炭素との混合物を用いてスパッタを行うだけで容
易に、しかも大量に実現できる効果を有するものであ
る。
膜の形成装置および形成方法によれば、安価なグラファ
イト等の固体を出発原料としてダイアモンドを形成でき
ることから、産業上極めて有利な特徴を持っている。し
かも素子構成上重要な不純物ドーピングも、グラファイ
ト等の炭素固体原料の上にドーピング原料をのせて、あ
るいは炭素との混合物を用いてスパッタを行うだけで容
易に、しかも大量に実現できる効果を有するものであ
る。
【図１】本発明のダイアモンド薄膜の形成装置の第１実
施例を示す。
施例を示す。
【図２】本発明のダイアモンド薄膜の形成装置の第２実
施例を示す。
施例を示す。
１ ターゲット ２ 基板ホルダー ３ フィラメント ４ プラズマ生成部 ５ ターゲットホルダー ６ 真空槽 ７ 基板 ８ ガス導入口 ９ 平板ターゲット １０ 円筒ターゲット １１ 円筒アノード １２ プラズマ生成室 １３ 試料室 １４ 磁気コイル １５ 磁束 １６ 絶縁部 １７ シールド
Claims (2)
- 【請求項１】 ガス導入口および排気口を有する真空槽
内に負の電位が与えられるターゲットおよび基板を備え
た装置において、膜を堆積する基板の直上に熱電子の放
出および基板を加熱するためのフィラメントを設けたこ
とを特徴とするダイアモンド薄膜の形成装置。 - 【請求項２】 ガス導入口および排気口を有する真空槽
内に負の電位が与えられるターゲットおよび基板を備
え、かつ前記基板の直上にフィラメントを設けたスパッ
タ装置を用い、前記ターゲットがグラファイト等の炭素
あるいは炭素との混合物で構成し、水素、あるいは水素
とＸｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ等の不活性ガスとの混
合ガスを用いて放電を行うことを特徴とするダイアモン
ド薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15758792A JPH05320895A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | ダイアモンド薄膜の形成装置および形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15758792A JPH05320895A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | ダイアモンド薄膜の形成装置および形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05320895A true JPH05320895A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15652969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15758792A Pending JPH05320895A (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | ダイアモンド薄膜の形成装置および形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05320895A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002356770A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Ulvac Japan Ltd | 高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び形成方法 |
| CN101905489A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-12-08 | 深圳市昌红模具科技股份有限公司 | 金刚石涂层刀具对精密细小石墨电极的加工方法 |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP15758792A patent/JPH05320895A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002356770A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Ulvac Japan Ltd | 高密度へリコンプラズマを利用した緻密な硬質薄膜の形成装置及び形成方法 |
| CN101905489A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-12-08 | 深圳市昌红模具科技股份有限公司 | 金刚石涂层刀具对精密细小石墨电极的加工方法 |
| CN101905489B (zh) | 2010-07-21 | 2012-05-09 | 上海昌美精机有限公司 | 金刚石薄膜涂层刀具对精密细小石墨电极的加工方法 |
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