JPH05330986A - ダイアモンド薄膜の製造方法 - Google Patents
ダイアモンド薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JPH05330986A JPH05330986A JP14029492A JP14029492A JPH05330986A JP H05330986 A JPH05330986 A JP H05330986A JP 14029492 A JP14029492 A JP 14029492A JP 14029492 A JP14029492 A JP 14029492A JP H05330986 A JPH05330986 A JP H05330986A
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- JP
- Japan
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- thin film
- diamond thin
- substrate
- gas
- sputtering
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】良質のダイアモンド薄膜を安価に、しかも大面
積基板上に均一に形成することが可能なスパッタ法によ
るダイアモンド薄膜の製造方法を提供する。 【構成】マイクロ波によって生成されるプラズマを利用
するスパッタ装置の内部に基板を設置し、炭素もしくは
炭素を主成分とし所定のドーピング成分を含む固体の炭
素材料をターゲットとして用い、プラズマ放電ガスとし
て、水素ガスもしくは水素と不活性ガスとの混合ガスを
用いてスパッタすることにより基板上にダイアモンド薄
膜を形成する方法。 【効果】熱的安定性が良く、機械的性質および電子・光
特性に優れた良質のダイアモンド薄膜を、安価に、大面
積基板上に均一に形成させることができる。
積基板上に均一に形成することが可能なスパッタ法によ
るダイアモンド薄膜の製造方法を提供する。 【構成】マイクロ波によって生成されるプラズマを利用
するスパッタ装置の内部に基板を設置し、炭素もしくは
炭素を主成分とし所定のドーピング成分を含む固体の炭
素材料をターゲットとして用い、プラズマ放電ガスとし
て、水素ガスもしくは水素と不活性ガスとの混合ガスを
用いてスパッタすることにより基板上にダイアモンド薄
膜を形成する方法。 【効果】熱的安定性が良く、機械的性質および電子・光
特性に優れた良質のダイアモンド薄膜を、安価に、大面
積基板上に均一に形成させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、材料表面のコーティン
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大面積に形成するのに好適なダイア
モンド薄膜の製造方法に関する。
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大面積に形成するのに好適なダイア
モンド薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイアモンド薄膜は、良好な熱的安定性
および機械的性質に加え、優れた電子・光特性を有する
ので、各種電子素子への応用が期待されている。これら
の応用分野に適用するためには、良質のダイアモンドの
薄膜化が強く望まれている。従来のダイアモンド薄膜の
製造方法は、熱フィラメントを用いた化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、あるいはマイクロ波プラ
ズマを利用したＣＶＤ法等で形成されていた。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て用い、メタンガス等を分解するこ
とによってダイアモンド薄膜を形成していた。この方法
では、原料が炭化水素系のガスに限られるため、電子素
子等へ応用する場合に不可欠とする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には、大規模
な排気ガスの再処理行程を必要とし、かならずしも技術
的、経済的に優れた製造方法とは言えないという問題が
あった。
および機械的性質に加え、優れた電子・光特性を有する
ので、各種電子素子への応用が期待されている。これら
の応用分野に適用するためには、良質のダイアモンドの
薄膜化が強く望まれている。従来のダイアモンド薄膜の
製造方法は、熱フィラメントを用いた化学気相成長（Ｃ
ＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、あるいはマイクロ波プラ
ズマを利用したＣＶＤ法等で形成されていた。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て用い、メタンガス等を分解するこ
とによってダイアモンド薄膜を形成していた。この方法
では、原料が炭化水素系のガスに限られるため、電子素
子等へ応用する場合に不可欠とする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には、大規模
な排気ガスの再処理行程を必要とし、かならずしも技術
的、経済的に優れた製造方法とは言えないという問題が
あった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の問題点を解消し、良質のダイアモンド薄膜を
安価に、しかも大面積基板上に形成することができるダ
イアモンド薄膜の製造方法を提供することにある。
した従来の問題点を解消し、良質のダイアモンド薄膜を
安価に、しかも大面積基板上に形成することができるダ
イアモンド薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明のダイアモンド薄膜の製造方法は、
マイクロ波によって生成されるプラズマ放電を利用する
スパッタ装置の内部に所定の基板を設置し、グラファイ
ト等の炭素質のターゲットに負の電圧を印加してスパッ
タを行い、上記基板上にダイアモンド薄膜を形成する方
法であって、上記炭素質のターゲットとして、炭素もし
くは炭素を主成分とし所定のドーピング成分を含む固体
の炭素材料を用い、かつプラズマ放電ガスとして、水素
ガス、もしくは水素とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの
うちから選ばれる少なくとも１種の不活性ガスとの混合
ガスを用いるものである。このような条件でダイアモン
ド薄膜を所定の基板上に形成させることにより、良質の
ダイアモンド薄膜を、安価に、しかも大面積基板上であ
っても容易に形成させることができる。そして、本発明
のダイアモンド薄膜の製造方法において、マイクロ波に
よって生成されるプラズマ放電は、磁場を印加して行う
ことがスパッタにより良質のダイアモンド薄膜を形成す
る上で、より好ましい。
するために、本発明のダイアモンド薄膜の製造方法は、
マイクロ波によって生成されるプラズマ放電を利用する
スパッタ装置の内部に所定の基板を設置し、グラファイ
ト等の炭素質のターゲットに負の電圧を印加してスパッ
タを行い、上記基板上にダイアモンド薄膜を形成する方
法であって、上記炭素質のターゲットとして、炭素もし
くは炭素を主成分とし所定のドーピング成分を含む固体
の炭素材料を用い、かつプラズマ放電ガスとして、水素
ガス、もしくは水素とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの
うちから選ばれる少なくとも１種の不活性ガスとの混合
ガスを用いるものである。このような条件でダイアモン
ド薄膜を所定の基板上に形成させることにより、良質の
ダイアモンド薄膜を、安価に、しかも大面積基板上であ
っても容易に形成させることができる。そして、本発明
のダイアモンド薄膜の製造方法において、マイクロ波に
よって生成されるプラズマ放電は、磁場を印加して行う
ことがスパッタにより良質のダイアモンド薄膜を形成す
る上で、より好ましい。
【０００５】
【作用】本発明のダイアモンド薄膜の製造方法によれ
ば、安価なグラファイト等の固体を出発原料としてダイ
アモンド薄膜を形成することができることから、産業上
極めて有利な特徴を持っている。さらに、ダイアモンド
の合成に必要とする原子状水素を生成させるのに、従来
の熱フィラメントを使用せず、マイクロ波プラズマを用
いるため大面積にわたって均一なダイアモンド薄膜が生
成できる特徴がある。しかも、素子構成上重要な不純物
ドーピングにおいても、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るか、あるいは炭素とドー
ピング原料の混合物を用いてスパッタを行うだけで、所
望する成分を含む良質のダイアモンド薄膜を容易に、か
つ大量に形成させることができる。
ば、安価なグラファイト等の固体を出発原料としてダイ
アモンド薄膜を形成することができることから、産業上
極めて有利な特徴を持っている。さらに、ダイアモンド
の合成に必要とする原子状水素を生成させるのに、従来
の熱フィラメントを使用せず、マイクロ波プラズマを用
いるため大面積にわたって均一なダイアモンド薄膜が生
成できる特徴がある。しかも、素子構成上重要な不純物
ドーピングにおいても、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るか、あるいは炭素とドー
ピング原料の混合物を用いてスパッタを行うだけで、所
望する成分を含む良質のダイアモンド薄膜を容易に、か
つ大量に形成させることができる。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図１に、本実施例で用いたダイ
アモンド薄膜形成用のスパッタ装置の構成の一例を示
す。本実施例においては、表１および表２に示す実施例
１〜１９の中の実施例２を中心にして説明する。図１に
示すごとく、ダイアモンド薄膜形成用スパッタ装置の真
空槽１０は、プラズマ生成室１と試料室２からなり、そ
のプラズマ生成室１の外周に配置した磁気コイル３によ
って、プラズマ生成室１内に磁場を印加する。プラズマ
生成室１内には、石英からなるマイクロ波導入窓４を介
してマイクロ波導波管５、整合器および電力計（図示せ
ず）を通してマイクロ波発信器（図示せず）より２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を投入する。磁気コイル３による
磁束１２の方向は、プラズマ生成室１から試料室２の方
向とし、プラズマ生成室１内で生成されたプラズマを試
料室２方向に効率よく輸送するようにする。この時、プ
ラズマ生成室１内に印加する磁束密度は、マイクロ波導
入窓４の部分で、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）磁
場が２．４５ＧＨｚの場合には８７５Ｇ以上となるよう
に設定する。この磁束密度は、ガス圧が１．３Ｐａ（１
０ｍＴｏｒｒ）より高い場合にはＥＣＲ条件が満たされ
なくなるが、高密度のプラズマを生成するために必要で
ある。また、プラズマ生成室１の大きさは、ＴＥ１１モ
ードのマイクロ波導波管５の大きさを考慮して、内径１
５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水冷円筒を用いた。試料室
２内には、１５０ｍｍ径の基板ホルダ８を配置し、その
上に、例えば５０ｍｍ径のＳｉ（１００）基板９を設置
して薄膜を形成した。上記プラズマ生成室１の出口で試
料室２側には、純炭素（グラファイト）からなる筒状の
ターゲット７を配置し、負の電圧を印加し、プラズマ中
のイオンを引き込んでスパッタを行った。プラズマ生成
室１には、純水素ガス、もしくは水素とＨｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、あるいはＸｅとの混合ガスを導入した。ここ
で放電ガスとして、Ｈｅ濃度１０％となるように水素と
Ｈｅの混合ガスを、ガス導入口６から導入して基板周囲
のガス圧を１０Ｐａに設定した。磁気コイル３によっ
て、マイクロ波導入窓４の中心で約１５００Ｇの磁束密
度を印加した。投入する連続モード（ＣＷ）のマイクロ
波の電力を３００Ｗとし、ターゲットには−２００Ｖの
直流電圧を印加した。この時、ターゲット放電電流は
０．３Ａであった。基板温度は、基板ホルダ内に設置し
た基板ヒータにより７５０℃に設定した。この時、堆積
速度１０ｎｍ／ｍｉｎで、５０ｍｍ径の基板上に、均一
にほぼ純粋なダイアモンド薄膜を形成することができ
た。ダイアモンド薄膜を形成する際のパラメータは、ガ
ス圧、不活性ガス濃度、スパッタ電力、基板温度、マイ
クロ波電力等であるが、単相のダイアモンド薄膜を得る
には、おおむねガス圧１〜１００Ｐａ、不活性ガス濃度
４０％以下、基板温度は６００から９５０℃、基板バイ
アスの絶対値は１００Ｖ以下が望ましかった。その理由
は、表２の比較例に示したように、グラファイト相が析
出したり、あるいは基板との反応が促進されるためであ
る。表１および表２の実施例１〜１９に、ダイアモンド
形成条件と、得られた生成膜の状態をまとめて示した。
さらに詳細に説明する。図１に、本実施例で用いたダイ
アモンド薄膜形成用のスパッタ装置の構成の一例を示
す。本実施例においては、表１および表２に示す実施例
１〜１９の中の実施例２を中心にして説明する。図１に
示すごとく、ダイアモンド薄膜形成用スパッタ装置の真
空槽１０は、プラズマ生成室１と試料室２からなり、そ
のプラズマ生成室１の外周に配置した磁気コイル３によ
って、プラズマ生成室１内に磁場を印加する。プラズマ
生成室１内には、石英からなるマイクロ波導入窓４を介
してマイクロ波導波管５、整合器および電力計（図示せ
ず）を通してマイクロ波発信器（図示せず）より２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を投入する。磁気コイル３による
磁束１２の方向は、プラズマ生成室１から試料室２の方
向とし、プラズマ生成室１内で生成されたプラズマを試
料室２方向に効率よく輸送するようにする。この時、プ
ラズマ生成室１内に印加する磁束密度は、マイクロ波導
入窓４の部分で、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）磁
場が２．４５ＧＨｚの場合には８７５Ｇ以上となるよう
に設定する。この磁束密度は、ガス圧が１．３Ｐａ（１
０ｍＴｏｒｒ）より高い場合にはＥＣＲ条件が満たされ
なくなるが、高密度のプラズマを生成するために必要で
ある。また、プラズマ生成室１の大きさは、ＴＥ１１モ
ードのマイクロ波導波管５の大きさを考慮して、内径１
５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水冷円筒を用いた。試料室
２内には、１５０ｍｍ径の基板ホルダ８を配置し、その
上に、例えば５０ｍｍ径のＳｉ（１００）基板９を設置
して薄膜を形成した。上記プラズマ生成室１の出口で試
料室２側には、純炭素（グラファイト）からなる筒状の
ターゲット７を配置し、負の電圧を印加し、プラズマ中
のイオンを引き込んでスパッタを行った。プラズマ生成
室１には、純水素ガス、もしくは水素とＨｅ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｋｒ、あるいはＸｅとの混合ガスを導入した。ここ
で放電ガスとして、Ｈｅ濃度１０％となるように水素と
Ｈｅの混合ガスを、ガス導入口６から導入して基板周囲
のガス圧を１０Ｐａに設定した。磁気コイル３によっ
て、マイクロ波導入窓４の中心で約１５００Ｇの磁束密
度を印加した。投入する連続モード（ＣＷ）のマイクロ
波の電力を３００Ｗとし、ターゲットには−２００Ｖの
直流電圧を印加した。この時、ターゲット放電電流は
０．３Ａであった。基板温度は、基板ホルダ内に設置し
た基板ヒータにより７５０℃に設定した。この時、堆積
速度１０ｎｍ／ｍｉｎで、５０ｍｍ径の基板上に、均一
にほぼ純粋なダイアモンド薄膜を形成することができ
た。ダイアモンド薄膜を形成する際のパラメータは、ガ
ス圧、不活性ガス濃度、スパッタ電力、基板温度、マイ
クロ波電力等であるが、単相のダイアモンド薄膜を得る
には、おおむねガス圧１〜１００Ｐａ、不活性ガス濃度
４０％以下、基板温度は６００から９５０℃、基板バイ
アスの絶対値は１００Ｖ以下が望ましかった。その理由
は、表２の比較例に示したように、グラファイト相が析
出したり、あるいは基板との反応が促進されるためであ
る。表１および表２の実施例１〜１９に、ダイアモンド
形成条件と、得られた生成膜の状態をまとめて示した。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【表２】
【０００９】上記の実施例で示したごとく、本発明のダ
イアモンド薄膜の製造方法は、固体を出発原料としたタ
ーゲット材料を用いることによりダイアモンド薄膜の形
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。さらに、マイクロ波放電を利用するため、
大面積の基板全面にわたって、均一で良質のダイアモン
ド薄膜を高速に形成することができる。また、各種の元
素、例えばＢ、Ｐ等のドーピングを行う場合において
も、ターゲットの上にドーピング原料を置くか、あるい
は炭素とドーピング元素を含む化合物または混合物をタ
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
はダイアモンド薄膜の形成方法として、円筒状のターゲ
ットを用いた場合のみについて説明したが、他の方法、
例えば、さらにターゲットを追加したり、平板状ターゲ
ットを組み合わせた場合でもよく、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電力であっても本実施例と同様の効果が得ら
れる。
イアモンド薄膜の製造方法は、固体を出発原料としたタ
ーゲット材料を用いることによりダイアモンド薄膜の形
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。さらに、マイクロ波放電を利用するため、
大面積の基板全面にわたって、均一で良質のダイアモン
ド薄膜を高速に形成することができる。また、各種の元
素、例えばＢ、Ｐ等のドーピングを行う場合において
も、ターゲットの上にドーピング原料を置くか、あるい
は炭素とドーピング元素を含む化合物または混合物をタ
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
はダイアモンド薄膜の形成方法として、円筒状のターゲ
ットを用いた場合のみについて説明したが、他の方法、
例えば、さらにターゲットを追加したり、平板状ターゲ
ットを組み合わせた場合でもよく、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電力であっても本実施例と同様の効果が得ら
れる。
【００１０】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明のダ
イアモンド薄膜の製造方法によれば、グラファイト等の
炭素もしくは炭素に所望のドーピング成分を加えた固体
のターゲットを用い、スパッタ法で、熱的安定性が良く
機械的性質および電子・光特性に優れた良質のダイアモ
ンド薄膜を、安価に大面積基板上に均一にしかも容易に
形成させることができるので、各種の素子ならびに電子
・光部品の製造上の技術的、経済的価値は極めて大き
い。
イアモンド薄膜の製造方法によれば、グラファイト等の
炭素もしくは炭素に所望のドーピング成分を加えた固体
のターゲットを用い、スパッタ法で、熱的安定性が良く
機械的性質および電子・光特性に優れた良質のダイアモ
ンド薄膜を、安価に大面積基板上に均一にしかも容易に
形成させることができるので、各種の素子ならびに電子
・光部品の製造上の技術的、経済的価値は極めて大き
い。
【図１】本発明の実施例で用いたダイアモンド薄膜形成
用スパッタ装置の構成の一例を示す模式図。
用スパッタ装置の構成の一例を示す模式図。
１…プラズマ生成室 ２…試料室 ３…磁気コイル ４…マイクロ波導入窓 ５…マイクロ波導波管 ６…ガス導入口 ７…ターゲット ８…基板ホルダ ９…基板 １０…真空槽 １１…ターゲットホルダ １２…磁束 １３…絶縁部 １４…ターゲット電源 １５…基板バイアス電源
Claims (2)
- 【請求項１】マイクロ波によって生成されるプラズマ放
電を利用するスパッタ装置の内部に所定の基板を設置
し、炭素質のターゲットに負の電圧を印加してスパッタ
を行い上記基板上にダイアモンド薄膜を形成する方法で
あって、上記炭素質のターゲットとして、炭素もしくは
炭素を主成分とし所定のドーピング成分を含む固体の炭
素材料を用い、上記プラズマ放電ガスとして、水素ガ
ス、もしくは水素とＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのう
ちから選ばれる少なくとも１種の不活性ガスとの混合ガ
スを用いることを特徴とするダイアモンド薄膜の製造方
法。 - 【請求項２】請求項１記載のダイアモンド薄膜の製造方
法において、マイクロ波によって生成されるプラズマ放
電は磁場を印加して行うことを特徴とするダイアモンド
薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14029492A JPH05330986A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ダイアモンド薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14029492A JPH05330986A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ダイアモンド薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05330986A true JPH05330986A (ja) | 1993-12-14 |
Family
ID=15265447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14029492A Pending JPH05330986A (ja) | 1992-06-01 | 1992-06-01 | ダイアモンド薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05330986A (ja) |
-
1992
- 1992-06-01 JP JP14029492A patent/JPH05330986A/ja active Pending
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