JPH0542398B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0542398B2 JPH0542398B2 JP61120587A JP12058786A JPH0542398B2 JP H0542398 B2 JPH0542398 B2 JP H0542398B2 JP 61120587 A JP61120587 A JP 61120587A JP 12058786 A JP12058786 A JP 12058786A JP H0542398 B2 JPH0542398 B2 JP H0542398B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- diamond
- phase synthesis
- reaction chamber
- crystalline carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ダイヤモンドに代表される様な結晶
性炭素の気相合成法に関するものである。
性炭素の気相合成法に関するものである。
［従来の技術］
ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して
古くは切削工具用途を中心に広く使用されてき
た。一方近年では、熱伝導度が大きいこと、不純
物ドーピングにより半導体としての利用可能性が
あること等に着目され、前者の特性を利用するも
のとしてIC（集積回路）基板のヒートシンク（冷
却用放熱器）への適用が検討され、また後者の特
性を利用するものとして半導体素子等の電子技術
分野にも応用されるに至り、ダイヤモンド膜を形
成する為の技術が急速に開発されつつある。
古くは切削工具用途を中心に広く使用されてき
た。一方近年では、熱伝導度が大きいこと、不純
物ドーピングにより半導体としての利用可能性が
あること等に着目され、前者の特性を利用するも
のとしてIC（集積回路）基板のヒートシンク（冷
却用放熱器）への適用が検討され、また後者の特
性を利用するものとして半導体素子等の電子技術
分野にも応用されるに至り、ダイヤモンド膜を形
成する為の技術が急速に開発されつつある。
ダイヤモンドの合成法としては、黒鉛を炭素原
料とし、Ni、Cr、Mn等を触媒として４〜７万気
圧、1000〜2000℃の高温・高圧で行なう高圧法が
知られているが、その他気体状炭化水素を炭素原
料として低圧条件下で行なう気相合成法も開発さ
れている。気相合成法によるダイヤモンドの合成
は、高圧法と比べてダイヤモンドの結晶が小さく
なるという欠点が従来より指摘されてきたが、上
述した様な電子技術分野への応用が進められる
と、却って薄膜の形成が容易であるという利点が
着目され、有用な技術であると位置付けられてい
る。
料とし、Ni、Cr、Mn等を触媒として４〜７万気
圧、1000〜2000℃の高温・高圧で行なう高圧法が
知られているが、その他気体状炭化水素を炭素原
料として低圧条件下で行なう気相合成法も開発さ
れている。気相合成法によるダイヤモンドの合成
は、高圧法と比べてダイヤモンドの結晶が小さく
なるという欠点が従来より指摘されてきたが、上
述した様な電子技術分野への応用が進められる
と、却って薄膜の形成が容易であるという利点が
着目され、有用な技術であると位置付けられてい
る。
第１図はダイヤモンド気相合成装置の一例を示
す概略説明図である。当該装置はマイクロ波を応
用した技術であり、その概略は下記の如くであ
る。第１図において、マイクロ波照射装置１から
発信されたマイクロ波は導波管２を通つて反応室
３内に導かれる。一方H2供給装置５及びCH4供
給装置６からは夫々H2ガス及びCH4ガスが所定
量流出され所定割合に混合（例えばCH41％−
H299％）されつつ供給管７を介して前記反応室
３内に供給される。一方反応室３内は所定量の混
合ガスが吸引排気されることによつて、予め定め
た圧力（例えば40〜50Torr）とされる（８は排
気装置を示す）。反応室３内には、支持棒１０に
よつて所定位置に固定された支持台１１が設けら
れており、この支持台１１上にはSiウエハ等のダ
イヤモンド析出用基板１５が配置される。
す概略説明図である。当該装置はマイクロ波を応
用した技術であり、その概略は下記の如くであ
る。第１図において、マイクロ波照射装置１から
発信されたマイクロ波は導波管２を通つて反応室
３内に導かれる。一方H2供給装置５及びCH4供
給装置６からは夫々H2ガス及びCH4ガスが所定
量流出され所定割合に混合（例えばCH41％−
H299％）されつつ供給管７を介して前記反応室
３内に供給される。一方反応室３内は所定量の混
合ガスが吸引排気されることによつて、予め定め
た圧力（例えば40〜50Torr）とされる（８は排
気装置を示す）。反応室３内には、支持棒１０に
よつて所定位置に固定された支持台１１が設けら
れており、この支持台１１上にはSiウエハ等のダ
イヤモンド析出用基板１５が配置される。
この様にして混合ガスが供給された反応室３内
にマイクロ波の様な振動電波が導入されると、高
エネルギー電子によつて混合ガス成分分子が原
子・イオン・ラジカルに分解され、反応室３内に
は定常的なプラズマが発生する。前記基板１５は
プラズマ発生領域に配置されており、当該基板１
５上には混合ガス中の炭素を原料としてダイヤモ
ンド結晶が析出する。そして基板１５の種類や処
理条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なつた
形態のものが得られ、一方混合ガスの混合割合を
変化させることによつて結晶性ダイヤモンド、ダ
イヤモンド状結晶及びグラフアイト等の結晶構造
の異なる結晶性炭素が得られる。尚図中１３は反
射板であり、反応室３内を拡散するマイクロ波を
反射させる作用を果たす。
にマイクロ波の様な振動電波が導入されると、高
エネルギー電子によつて混合ガス成分分子が原
子・イオン・ラジカルに分解され、反応室３内に
は定常的なプラズマが発生する。前記基板１５は
プラズマ発生領域に配置されており、当該基板１
５上には混合ガス中の炭素を原料としてダイヤモ
ンド結晶が析出する。そして基板１５の種類や処
理条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なつた
形態のものが得られ、一方混合ガスの混合割合を
変化させることによつて結晶性ダイヤモンド、ダ
イヤモンド状結晶及びグラフアイト等の結晶構造
の異なる結晶性炭素が得られる。尚図中１３は反
射板であり、反応室３内を拡散するマイクロ波を
反射させる作用を果たす。
ダイヤモンド気相合成装置の他の例としては、
第２図に示される様な高周波を利用する技術も開
発されている。当該技術においては、第１図に示
したマイクロ波照射装置１の代りに高周波電源２
０を用い、高周波電源２０からの高周波を作動コ
イル２１に導通して反応室３内に高周波プラズマ
を発生させるものである。その他の基本的な原理
は第４図に示した技術と同様であり、対応する部
分には同一の参照符号を付して重複説明を避け
る。
第２図に示される様な高周波を利用する技術も開
発されている。当該技術においては、第１図に示
したマイクロ波照射装置１の代りに高周波電源２
０を用い、高周波電源２０からの高周波を作動コ
イル２１に導通して反応室３内に高周波プラズマ
を発生させるものである。その他の基本的な原理
は第４図に示した技術と同様であり、対応する部
分には同一の参照符号を付して重複説明を避け
る。
［発明が解決しようとする問題点］
第１，２図に示した気相合成装置における炭素
性原料としては、上述したメタン（CH4）の他、
アセチレン、エチレン、エタン、ベンゼン等の様
な炭化水素が一般的に用いられていた。これは、
上記の様な炭化水素を用いた場合に反応室内で進
行するプラズマ反応による副生成物が、水素、炭
素、炭化水素等に限定され、且つこれらは強い毒
性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であるとい
う消極的理由からである。又基板上に成長する結
晶性炭素の格子欠陥、表面、粒界等に取り込まれ
るものは水素原子や水素分子程度の大きさのもの
に限られ、結晶性炭素の結晶構造に大きな影響を
与えることがないと予想されるからである。
性原料としては、上述したメタン（CH4）の他、
アセチレン、エチレン、エタン、ベンゼン等の様
な炭化水素が一般的に用いられていた。これは、
上記の様な炭化水素を用いた場合に反応室内で進
行するプラズマ反応による副生成物が、水素、炭
素、炭化水素等に限定され、且つこれらは強い毒
性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であるとい
う消極的理由からである。又基板上に成長する結
晶性炭素の格子欠陥、表面、粒界等に取り込まれ
るものは水素原子や水素分子程度の大きさのもの
に限られ、結晶性炭素の結晶構造に大きな影響を
与えることがないと予想されるからである。
しかしながら、上述した様な炭化水素を炭素原
料として用いた場合には、結晶性炭素の結晶成長
速度が小さいという問題があつた。即ち、上記気
相合成法においては炭化水素分子と高エネルギー
電子との相互作用、取りわけ近距離相互作用によ
る電子と分子の衝突がプラズマ生成に寄与するの
であるが、炭素原料として炭化水素を用いた場合
には反応性衝突断面積が小さく結晶性炭素に必要
な原子・イオン・プラズマ種の生成効率が低くな
る。
料として用いた場合には、結晶性炭素の結晶成長
速度が小さいという問題があつた。即ち、上記気
相合成法においては炭化水素分子と高エネルギー
電子との相互作用、取りわけ近距離相互作用によ
る電子と分子の衝突がプラズマ生成に寄与するの
であるが、炭素原料として炭化水素を用いた場合
には反応性衝突断面積が小さく結晶性炭素に必要
な原子・イオン・プラズマ種の生成効率が低くな
る。
本発明はこうした従来技術の持つ問題点を解決
する為になされたものであつて、その目的とする
ところは結晶性炭素の結晶成長速度を大きくする
様にした気相合成法を提供する点にある。
する為になされたものであつて、その目的とする
ところは結晶性炭素の結晶成長速度を大きくする
様にした気相合成法を提供する点にある。
［問題点を解決する為の手段］
上記問題点を解決し得た本発明の構成とは、結
晶性炭素の気相合成に当たり、Ｆ元素を分子内に
含む有極性有機物質を炭素性原料として用いる点
に要旨を有するものである。
晶性炭素の気相合成に当たり、Ｆ元素を分子内に
含む有極性有機物質を炭素性原料として用いる点
に要旨を有するものである。
［作用］
本発明は上述の如く構成されるが、要はＦ元素
を分子内に含む有極性有機物質を炭素性原料とし
て用いて気相合成することにより結晶性炭素の結
晶成長速度を大きくし得たものである。ここで上
記有極性有機物質とは、例えばCH3Fの様に一般
式ClHnXo（ｌ、ｍ、ｎはｌ≧２、ｍ≧３、ｎ≧１
である整数）、で表わされる弗素化有機物質を総
称するものである。
を分子内に含む有極性有機物質を炭素性原料とし
て用いて気相合成することにより結晶性炭素の結
晶成長速度を大きくし得たものである。ここで上
記有極性有機物質とは、例えばCH3Fの様に一般
式ClHnXo（ｌ、ｍ、ｎはｌ≧２、ｍ≧３、ｎ≧１
である整数）、で表わされる弗素化有機物質を総
称するものである。
本発明で選ばれる有極性有機物質は、大きな双
極子モーメントを持つ。例えばCH3Fの双極子モ
ーメントは、1.85×10-18esu・cmである。電子と
双極子モーメントとの相互作用エネルギーは、電
子−双極子モーメント距離をγとすると、γ-2に
比例する。そして前述の有極有機物質は、この相
互作用が比較的大きく、そこでその解離速度は一
般の炭化水素に比べて大きい。又上記有極性有機
物質は、原子半径の大きいＦ原子を分子内に含む
為電子の衝突断面積も大きく、それだけ分子解離
が促進されるという利点がある。
極子モーメントを持つ。例えばCH3Fの双極子モ
ーメントは、1.85×10-18esu・cmである。電子と
双極子モーメントとの相互作用エネルギーは、電
子−双極子モーメント距離をγとすると、γ-2に
比例する。そして前述の有極有機物質は、この相
互作用が比較的大きく、そこでその解離速度は一
般の炭化水素に比べて大きい。又上記有極性有機
物質は、原子半径の大きいＦ原子を分子内に含む
為電子の衝突断面積も大きく、それだけ分子解離
が促進されるという利点がある。
一方解離されたＦ原子は、副次反応につて
HF、F2分子或はその他の有機分子として排気さ
れる。そして通常の処理条件では、極めて微量の
有極性有機物質しか消費されないので、前述の様
に排気されるＦ原子は通常の吸着処理法やチラー
処理法等で容易に十分除去できる。又Ｆ原子の原
子半径は大きいので、結晶性炭素中に取り込まれ
るＦ原子量は極微量である。
HF、F2分子或はその他の有機分子として排気さ
れる。そして通常の処理条件では、極めて微量の
有極性有機物質しか消費されないので、前述の様
に排気されるＦ原子は通常の吸着処理法やチラー
処理法等で容易に十分除去できる。又Ｆ原子の原
子半径は大きいので、結晶性炭素中に取り込まれ
るＦ原子量は極微量である。
本発明は、炭素原料として前記有極性有機物質
を用いたものであるが、本発明方法の実施に当つ
ては格別の装置である必要がなく、基本的には第
１図及び第２図に示した装置を用いればよい。即
ちCH4供給装置６の代りにCH3F等の有極性有機
物質を単独又はH2ガスと共に所定の混合割合に
して反応室３内に供給する様にすればよい。そし
て本発明方法を実施した場合は、従来用いられて
いる一般的な装置をもつてしてもわずかなマイク
ロ波又は高周波電力で有極性有機物質の解離が進
行するので、結晶性炭素の気相合成におけるコス
ト低減を図ることができる。
を用いたものであるが、本発明方法の実施に当つ
ては格別の装置である必要がなく、基本的には第
１図及び第２図に示した装置を用いればよい。即
ちCH4供給装置６の代りにCH3F等の有極性有機
物質を単独又はH2ガスと共に所定の混合割合に
して反応室３内に供給する様にすればよい。そし
て本発明方法を実施した場合は、従来用いられて
いる一般的な装置をもつてしてもわずかなマイク
ロ波又は高周波電力で有極性有機物質の解離が進
行するので、結晶性炭素の気相合成におけるコス
ト低減を図ることができる。
［実施例］
マイクロ波CVD装置を用いて、ダイヤモンド
薄膜の結晶成長実験を行なつた。
薄膜の結晶成長実験を行なつた。
炭素性原料として、CH4ガスとCH3Fガスを用
い、夫々の場合を比較した。尚上記炭素性原料ガ
スは、H2によつて１％になる様に希釈し、混合
ガスとして気相合成に供した。
い、夫々の場合を比較した。尚上記炭素性原料ガ
スは、H2によつて１％になる様に希釈し、混合
ガスとして気相合成に供した。
混合ガス流量は100SCCM（Standard Cubic
Centimeter）とし、反応室３の内圧は40Torrに
保ち、マイクロ波のパワーは300wとした。基板
１５としては、表面処理を施したSiウエハを用
い、装置運転中の基板温度は850℃であつた。
Centimeter）とし、反応室３の内圧は40Torrに
保ち、マイクロ波のパワーは300wとした。基板
１５としては、表面処理を施したSiウエハを用
い、装置運転中の基板温度は850℃であつた。
この様にして６時間に亘り基板１５上にダイヤ
モンド薄膜を形成させた後、SEM（Scanning
Electron Microscope）で薄膜断面を観察した。
５箇所で膜厚を測定したところ、炭素性原料とし
てCH4ガスを用いた場合の平均膜厚は2.1μｍであ
つたのに対し、CH3Fガスを用いた場合の平均膜
厚は2.4μｍであつた。
モンド薄膜を形成させた後、SEM（Scanning
Electron Microscope）で薄膜断面を観察した。
５箇所で膜厚を測定したところ、炭素性原料とし
てCH4ガスを用いた場合の平均膜厚は2.1μｍであ
つたのに対し、CH3Fガスを用いた場合の平均膜
厚は2.4μｍであつた。
この結果から明らかであるが、炭素性原料とし
てCH3Fガスを用いた場合は、従来用いられてい
た様な炭化水素（CH4等）を用いた場合に比べ、
結晶成長速度が約19％をも増大することが理解さ
れる。
てCH3Fガスを用いた場合は、従来用いられてい
た様な炭化水素（CH4等）を用いた場合に比べ、
結晶成長速度が約19％をも増大することが理解さ
れる。
［発明の効果］
以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を
採用することによつて、結晶性炭素の結晶成長速
度を大きくする様にした気相合成法が実現でき
た。
採用することによつて、結晶性炭素の結晶成長速
度を大きくする様にした気相合成法が実現でき
た。
第１図及び第２図は気相合成装置の例を示す概
略説明図である。 １……マイクロ波照射装置、２……導波管、３
……反応室、１５……基板、２０……高周波電
源。
略説明図である。 １……マイクロ波照射装置、２……導波管、３
……反応室、１５……基板、２０……高周波電
源。
Claims (1)
- １ 結晶性炭素の気相合成に当たり、Ｆ元素を分
子内に含む有極性有機物質を炭素性原料として用
いることを特徴とする結晶性炭素の気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12058786A JPS62278193A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12058786A JPS62278193A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62278193A JPS62278193A (ja) | 1987-12-03 |
| JPH0542398B2 true JPH0542398B2 (ja) | 1993-06-28 |
Family
ID=14789964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12058786A Granted JPS62278193A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62278193A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5071677A (en) * | 1990-05-24 | 1991-12-10 | Houston Advanced Research Center | Halogen-assisted chemical vapor deposition of diamond |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5930709A (ja) * | 1982-08-13 | 1984-02-18 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 炭素膜及び／又は炭素粒子の製造方法 |
| JPS61222915A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-03 | Asahi Chem Ind Co Ltd | ダイヤモンドの気相合成方法 |
-
1986
- 1986-05-26 JP JP12058786A patent/JPS62278193A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62278193A (ja) | 1987-12-03 |
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