JPH055179A - ダイヤモンド膜と混合物層の製造方法および装置 - Google Patents
ダイヤモンド膜と混合物層の製造方法および装置Info
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- JPH055179A JPH055179A JP32354891A JP32354891A JPH055179A JP H055179 A JPH055179 A JP H055179A JP 32354891 A JP32354891 A JP 32354891A JP 32354891 A JP32354891 A JP 32354891A JP H055179 A JPH055179 A JP H055179A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイヤモンド膜の製造方法に関し、被処理基
板との密着性の向上を目的とする。 【構成】 被処理基板上に気相合成法（CVD 法) を用い
てこの基板の構成材料またはこの基板構成材料の炭化物
よりなる層を形成した後、引き続いて構成材料または炭
化物とダイヤモンドとの中間層を表面に行くほどダイヤ
モンドリッチの組成となるよう形成し、続いてこの中間
層上にダイヤモンド膜を形成することを特徴としてダイ
ヤモンド膜の製造方法を構成する。
板との密着性の向上を目的とする。 【構成】 被処理基板上に気相合成法（CVD 法) を用い
てこの基板の構成材料またはこの基板構成材料の炭化物
よりなる層を形成した後、引き続いて構成材料または炭
化物とダイヤモンドとの中間層を表面に行くほどダイヤ
モンドリッチの組成となるよう形成し、続いてこの中間
層上にダイヤモンド膜を形成することを特徴としてダイ
ヤモンド膜の製造方法を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板との密着性を改良し
たダイヤモンド膜の製造方法に関する。ダイヤモンドは
炭素（Ｃ）の同素体であり、所謂るダイヤモンド構造を
示し、ビッカース硬度は10,000kg／mm2 と大きく、また
熱伝導度は2000Ｗ／m K と他の材料に較べて格段に優れ
ており、またバルクを伝播する音速は18,000 m/sと他の
材料に較べて格段に速いなどの特徴をもっている。
たダイヤモンド膜の製造方法に関する。ダイヤモンドは
炭素（Ｃ）の同素体であり、所謂るダイヤモンド構造を
示し、ビッカース硬度は10,000kg／mm2 と大きく、また
熱伝導度は2000Ｗ／m K と他の材料に較べて格段に優れ
ており、またバルクを伝播する音速は18,000 m/sと他の
材料に較べて格段に速いなどの特徴をもっている。
【０００２】そのため、この性質を利用して各種の用途
が検討されている。すなわち、硬度が高いのを利用して
ドリルの刃やバイトへの使用が検討されているが、ダイ
ヤモンド膜としては硬度が高いのを利用して耐摩耗性コ
ーティング、熱伝導度の高いのを利用して半導体素子の
ヒートシンク(Heat-sink) の構成材、また音速が速いこ
とを利用してスピーカーの振動板などへの実用化が進め
られている。
が検討されている。すなわち、硬度が高いのを利用して
ドリルの刃やバイトへの使用が検討されているが、ダイ
ヤモンド膜としては硬度が高いのを利用して耐摩耗性コ
ーティング、熱伝導度の高いのを利用して半導体素子の
ヒートシンク(Heat-sink) の構成材、また音速が速いこ
とを利用してスピーカーの振動板などへの実用化が進め
られている。
【０００３】
【従来の技術】ダイヤモンド膜の合成法としては高圧合
成法と低圧合成法が知られている。こゝで、高圧合成法
は単結晶を育成するのに適した方法であるが、装置が大
掛かりであり、成長速度が著しく遅く、そのためコスト
が高くつくと云う問題がある。
成法と低圧合成法が知られている。こゝで、高圧合成法
は単結晶を育成するのに適した方法であるが、装置が大
掛かりであり、成長速度が著しく遅く、そのためコスト
が高くつくと云う問題がある。
【０００４】これに対し、低圧合成法にはマイクロ波プ
ラズマ気相成長法( 略してマイクロ波プラズマCVD 法)
があり、被処理基板上に微結晶の形で製膜できる点に特
徴がある。
ラズマ気相成長法( 略してマイクロ波プラズマCVD 法)
があり、被処理基板上に微結晶の形で製膜できる点に特
徴がある。
【０００５】然し、気相成長法（CVD 法) で成長させた
ダイヤモンド膜も製膜速度が0.1 〜10μm / 時と小さい
ことが問題であった。そこで、発明者等はDCプラズマジ
ェットCVD 法を開発し、新しいダイヤモンドの気相合成
方法を提供している。( 特開昭64-33096,特開平1-3309
6)この方法を使用すれば、製膜速度が 200 μm / 時と
大きく、然も核発生密度が高いために基板面上に均一な
ダイヤモンド膜を高速に被覆することができる。
ダイヤモンド膜も製膜速度が0.1 〜10μm / 時と小さい
ことが問題であった。そこで、発明者等はDCプラズマジ
ェットCVD 法を開発し、新しいダイヤモンドの気相合成
方法を提供している。( 特開昭64-33096,特開平1-3309
6)この方法を使用すれば、製膜速度が 200 μm / 時と
大きく、然も核発生密度が高いために基板面上に均一な
ダイヤモンド膜を高速に被覆することができる。
【０００６】然し、気相合成ダイヤモンド膜は基板との
密着性が極めて小さいと云う問題がある。そこで、発明
者等はDCプラズマジェットCVD 法を発展させ、ダイヤモ
ンド合成時にプラズマ中に高融点金属やセラミックスの
粉末を供給することにより中間層としてダイヤモンドを
含む溶射膜を形成する方法を提案している。（特開平2-
22471)この方法を使用すると、基板と高い密着力をもつ
ダイヤモンド膜を作ることができる。
密着性が極めて小さいと云う問題がある。そこで、発明
者等はDCプラズマジェットCVD 法を発展させ、ダイヤモ
ンド合成時にプラズマ中に高融点金属やセラミックスの
粉末を供給することにより中間層としてダイヤモンドを
含む溶射膜を形成する方法を提案している。（特開平2-
22471)この方法を使用すると、基板と高い密着力をもつ
ダイヤモンド膜を作ることができる。
【０００７】図２は従来の製造装置の断面構成図であっ
て、先ず、ダイヤモンド膜を形成する基板１を冷却水２
によって水冷された載置台３の上に位置決めする。こゝ
で、反応室４の上部にはプラズマジェット５を形成する
ための陽極６と陰極７があり、この間を通ってダイヤモ
ンド合成用のプラズマ形成用ガス８が供給され、また中
間層の形成を可能とするために外筒９と陽極６との間に
粉末材料を含むキャリアガス10が供給できるようになっ
ている。
て、先ず、ダイヤモンド膜を形成する基板１を冷却水２
によって水冷された載置台３の上に位置決めする。こゝ
で、反応室４の上部にはプラズマジェット５を形成する
ための陽極６と陰極７があり、この間を通ってダイヤモ
ンド合成用のプラズマ形成用ガス８が供給され、また中
間層の形成を可能とするために外筒９と陽極６との間に
粉末材料を含むキャリアガス10が供給できるようになっ
ている。
【０００８】また、陽極６と陰極７を繋いで両電極間に
電圧を印加して電力を供給する直流電源11があり、反応
室４の下端には排気口12がある。さて、基板１の上にダ
イヤモンド膜13の成長を行うには、陽極６と陰極７の間
に水素（H2）と炭化水素ガス例えばメタン（CH4)とを混
合したプラズマ形成用ガス８を反応室４に供給すると共
に、排気系を動作して排気口12より排気し、反応室４の
中を低真空に保持した状態で陽陰極間にアーク放電を行
わせてプラズマ形成用ガスをプラズマ化し、両電極間か
ら噴射させてプラズマジェット５を作る。
電圧を印加して電力を供給する直流電源11があり、反応
室４の下端には排気口12がある。さて、基板１の上にダ
イヤモンド膜13の成長を行うには、陽極６と陰極７の間
に水素（H2）と炭化水素ガス例えばメタン（CH4)とを混
合したプラズマ形成用ガス８を反応室４に供給すると共
に、排気系を動作して排気口12より排気し、反応室４の
中を低真空に保持した状態で陽陰極間にアーク放電を行
わせてプラズマ形成用ガスをプラズマ化し、両電極間か
ら噴射させてプラズマジェット５を作る。
【０００９】このプラズマジェット５は基板１に当た
り、微結晶からなるダイヤモンド膜13が基板１の上に成
長する。また、セラミックスまたは金属とダイヤモンド
との混合物よりなる中間層を成長させるには外筒９を通
じてセラミックスまたは金属の微粉末をアルゴン(Ar)の
ような不活性ガスに乗せてプラズマジェット５の中に供
給すればよい。
り、微結晶からなるダイヤモンド膜13が基板１の上に成
長する。また、セラミックスまたは金属とダイヤモンド
との混合物よりなる中間層を成長させるには外筒９を通
じてセラミックスまたは金属の微粉末をアルゴン(Ar)の
ような不活性ガスに乗せてプラズマジェット５の中に供
給すればよい。
【００１０】発明者等が提案している方法は第４図に示
すように基板１の上に中間層16を作り、この上にダイヤ
モンド膜13を形成することにより密着力を向上するもの
である。
すように基板１の上に中間層16を作り、この上にダイヤ
モンド膜13を形成することにより密着力を向上するもの
である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】発明者等が先に提案し
ている方法を用いると基板との密着性の優れたダイヤモ
ンド膜を高速に形成することができる。
ている方法を用いると基板との密着性の優れたダイヤモ
ンド膜を高速に形成することができる。
【００１２】然し、ダイヤモンドの成膜速度は200 μm
／時程度であるため、ダイヤモンドの成膜速度に合わせ
てセラミック微粉末や高融点金属の微粉末を供給するこ
とは難しく、ダイヤモンドと溶射物との混合物である中
間層の組成制御を正確にできないことが問題であった。
／時程度であるため、ダイヤモンドの成膜速度に合わせ
てセラミック微粉末や高融点金属の微粉末を供給するこ
とは難しく、ダイヤモンドと溶射物との混合物である中
間層の組成制御を正確にできないことが問題であった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題は陰極７を包
囲する陽極６があり、この両電極間にプラズマ形成用ガ
ス８を供給し、アーク放電によりプラズマ化し、ノズル
部よりプラズマを噴射してプラズマジェット５を形成す
ると共に、このプラズマジェット５の中に粉末材料を含
むキャリアガス10を供給して耐熱性基板１上にダイヤモ
ンドを含む中間層とダイヤモンド膜13とを層形成するダ
イヤモンド膜の形成方法において、粉末材料を含むキャ
リアガス10に代えて中間層となる原料化合物ガスを含む
供給ガス14を用い、この供給ガス14の供給量を逓減して
耐熱性基板１上に傾斜機能膜15を作り、この傾斜機能膜
15の上にダイヤモンド膜13を層形成することを特徴とし
てダイヤモンド膜の製造方法を構成することにより解決
することができる。
囲する陽極６があり、この両電極間にプラズマ形成用ガ
ス８を供給し、アーク放電によりプラズマ化し、ノズル
部よりプラズマを噴射してプラズマジェット５を形成す
ると共に、このプラズマジェット５の中に粉末材料を含
むキャリアガス10を供給して耐熱性基板１上にダイヤモ
ンドを含む中間層とダイヤモンド膜13とを層形成するダ
イヤモンド膜の形成方法において、粉末材料を含むキャ
リアガス10に代えて中間層となる原料化合物ガスを含む
供給ガス14を用い、この供給ガス14の供給量を逓減して
耐熱性基板１上に傾斜機能膜15を作り、この傾斜機能膜
15の上にダイヤモンド膜13を層形成することを特徴とし
てダイヤモンド膜の製造方法を構成することにより解決
することができる。
【００１４】
【作用】従来は炭化タングステン（WC) のような材料の
微粉末をArのようなキャリアガスの流れに乗せてプラズ
マジェットに供給していたために、成長速度の遅いダイ
ヤモンド膜の成長に合致せず、溶射材料が縞状に分布し
ていることから、本発明においては粉末材料に代えて六
塩化タングステン(WCl6)や六弗化タングステン(WF6)の
ように加熱によりガス化するものを供給ガスとして使用
するものである。
微粉末をArのようなキャリアガスの流れに乗せてプラズ
マジェットに供給していたために、成長速度の遅いダイ
ヤモンド膜の成長に合致せず、溶射材料が縞状に分布し
ていることから、本発明においては粉末材料に代えて六
塩化タングステン(WCl6)や六弗化タングステン(WF6)の
ように加熱によりガス化するものを供給ガスとして使用
するものである。
【００１５】すなわち、ガスの状態でプラズマジェット
に混入させることにより均等に分布させると共に、プラ
ズマジェットが投射された基板上ではWCのような個体材
料になるものを使用する。
に混入させることにより均等に分布させると共に、プラ
ズマジェットが投射された基板上ではWCのような個体材
料になるものを使用する。
【００１６】このように、中間層となるべき材料をガス
状にして供給することによりダイヤモンドとの組成比を
容易に調節することが可能となる。本発明は図３に示す
ように高融点材料の濃度分布が基板１の側では圧倒的に
多く、上に行くに従って逓減してダイヤモンドのみとな
る傾斜機能膜（Functionally Gradient Diamond Film)1
5 を基板１の上に設けるものである。
状にして供給することによりダイヤモンドとの組成比を
容易に調節することが可能となる。本発明は図３に示す
ように高融点材料の濃度分布が基板１の側では圧倒的に
多く、上に行くに従って逓減してダイヤモンドのみとな
る傾斜機能膜（Functionally Gradient Diamond Film)1
5 を基板１の上に設けるものである。
【００１７】このような方法をとることにより密着性の
よいダイヤモンド膜13を作ることができる。なお、図４
に示した従来のダイヤモンド膜の形成に当たって、プラ
ズマ形成用ガス８として炭化水素ガスとH2の混合ガス
を、また、粉末材料を送るキャリアガス10としてArを用
いたが、プラズマ形成用ガス８としてArとH2の混合ガス
を、また、粉末材料を送るキャリアガス10としてArと炭
化水素の混合ガスを用いても結果は同じである。
よいダイヤモンド膜13を作ることができる。なお、図４
に示した従来のダイヤモンド膜の形成に当たって、プラ
ズマ形成用ガス８として炭化水素ガスとH2の混合ガス
を、また、粉末材料を送るキャリアガス10としてArを用
いたが、プラズマ形成用ガス８としてArとH2の混合ガス
を、また、粉末材料を送るキャリアガス10としてArと炭
化水素の混合ガスを用いても結果は同じである。
【００１８】次に、発明者等はこの傾斜機能膜を基板上
に設ける方法をマイクロ波プラズマCVD 法, 高速ガスフ
レームジェットCVD 法, 熱フィラメント法など、従来よ
りダイヤモンド膜形成可能とされている方法に適用した
結果、何れも基板との密着性の優れたダイヤモンド膜を
形成することができた。
に設ける方法をマイクロ波プラズマCVD 法, 高速ガスフ
レームジェットCVD 法, 熱フィラメント法など、従来よ
りダイヤモンド膜形成可能とされている方法に適用した
結果、何れも基板との密着性の優れたダイヤモンド膜を
形成することができた。
【００１９】例えば、タングステン・カーバイド(WC)を
基板とし、マイクロ波プラズマCVD法で形成する場合に
ついて言えば、原料ガスを当初はメタン(CH4) と弗化タ
ングステン(WF6) として所定の厚さにWC層を形成した
後、WF6 の流量を徐々に減少させて最後にCH4 のみとす
ることによりWCよりダイヤモンドに連続的に組成が変化
した傾斜機能ダイヤモンド膜を得ることができる。
基板とし、マイクロ波プラズマCVD法で形成する場合に
ついて言えば、原料ガスを当初はメタン(CH4) と弗化タ
ングステン(WF6) として所定の厚さにWC層を形成した
後、WF6 の流量を徐々に減少させて最後にCH4 のみとす
ることによりWCよりダイヤモンドに連続的に組成が変化
した傾斜機能ダイヤモンド膜を得ることができる。
【００２０】このことは高速ガスフレームジェットCVD
法など他の方法についても同じである。
法など他の方法についても同じである。
【００２１】
実施例１：(DC プラズマジェットCVD 法への適用例) 図１に示す装置を用い、大きさが20×20mm、厚さが５mm
でWC/10 ％Coよりなる超硬基板を基板１として用い、水
冷された載置台３に固定した。
でWC/10 ％Coよりなる超硬基板を基板１として用い、水
冷された載置台３に固定した。
【００２２】先ず、基板１をプラズマジェット５を発生
するトーチから充分に離した状態で排気系を動作させて
反応室を10-3 torr まで排気した。次に、プラズマ形成
用ガス８としてArを30リットル／分，H2を20リットル／
分の流量で導入してプラズマトーチに点火した。
するトーチから充分に離した状態で排気系を動作させて
反応室を10-3 torr まで排気した。次に、プラズマ形成
用ガス８としてArを30リットル／分，H2を20リットル／
分の流量で導入してプラズマトーチに点火した。
【００２３】この時のアーク出力は４ kＷ, 反応室内の
圧力は100 torrであり、放電が安定した後、基板をトー
チに近づけて基板温度を900 ℃とし、直ちに供給ガスと
してWCl6を0.2 リットル／分，メタン（CH4)を0.3 リッ
トル／分の流量で導入した。
圧力は100 torrであり、放電が安定した後、基板をトー
チに近づけて基板温度を900 ℃とし、直ちに供給ガスと
してWCl6を0.2 リットル／分，メタン（CH4)を0.3 リッ
トル／分の流量で導入した。
【００２４】この状態で30分間に亙って基板上にWCを製
膜した後、60分かけてWCl6を0.2 リットル／分から０リ
ットル／分に変化させ、更に供給ガスをCH4 のみとして
60分に亙ってダイヤモンド膜を製膜した。
膜した後、60分かけてWCl6を0.2 リットル／分から０リ
ットル／分に変化させ、更に供給ガスをCH4 のみとして
60分に亙ってダイヤモンド膜を製膜した。
【００２５】このようにして作成した試料の断面を走査
電子顕微鏡(SEM)で組織を観察し、EPMA(Electric Probe
Micro Analysis) で組成分析を行うと共にＸ線回折に
より構造を調べ、また試料を500 ℃に加熱後に水冷する
熱衝撃試験を行った。
電子顕微鏡(SEM)で組織を観察し、EPMA(Electric Probe
Micro Analysis) で組成分析を行うと共にＸ線回折に
より構造を調べ、また試料を500 ℃に加熱後に水冷する
熱衝撃試験を行った。
【００２６】その結果、SEM 観察とEPMA分析によると、
膜構成はWC層が150 μm ,WC とダイヤモンドの混合層が
約100 μm , ダイヤモンド層が約100 μm であり、混合
層はWCからダイヤモンドに徐々に変化して傾斜機能膜を
形成していた。
膜構成はWC層が150 μm ,WC とダイヤモンドの混合層が
約100 μm , ダイヤモンド層が約100 μm であり、混合
層はWCからダイヤモンドに徐々に変化して傾斜機能膜を
形成していた。
【００２７】図５はEPMAによる線分析の結果である。ま
たW 層と混合層および混合層とダイヤモンド層の境目は
はっきりしていなかった。
たW 層と混合層および混合層とダイヤモンド層の境目は
はっきりしていなかった。
【００２８】一方、Ｘ線回折ではWCとダイヤモンドのみ
が検出され、Ｗやグラファイトは検出されなかった。ま
た、熱衝撃試験では20回のサイクル後においても膜の剥
離や割れは発生しなかった。 比較例１：図２に示す装置を用い、実施例１と同様にし
てWC/10 ％Coよりなる超硬基板を基板１としてダイヤモ
ンド膜の製膜を行った。
が検出され、Ｗやグラファイトは検出されなかった。ま
た、熱衝撃試験では20回のサイクル後においても膜の剥
離や割れは発生しなかった。 比較例１：図２に示す装置を用い、実施例１と同様にし
てWC/10 ％Coよりなる超硬基板を基板１としてダイヤモ
ンド膜の製膜を行った。
【００２９】こゝで、プラズマ形成用ガス８としてCH4
を0.3リットル／分，H2を20リットル／分の流量で、ま
た、外筒９と陽極６との間に平均粒径１μm のWCを30リ
ットル／分の流量のArキャリアガスに混入して導入し、
ダイヤモンド膜を製膜した。
を0.3リットル／分，H2を20リットル／分の流量で、ま
た、外筒９と陽極６との間に平均粒径１μm のWCを30リ
ットル／分の流量のArキャリアガスに混入して導入し、
ダイヤモンド膜を製膜した。
【００３０】その結果、試料断面のSEM 観察では中間層
の所々に縞模様が見られ、ダイヤモンドとWCが不均一に
分布していた。図６はEPMAによる線分析の結果を示して
いるが、組成の変化がスムーズに行われていないことが
判る。
の所々に縞模様が見られ、ダイヤモンドとWCが不均一に
分布していた。図６はEPMAによる線分析の結果を示して
いるが、組成の変化がスムーズに行われていないことが
判る。
【００３１】また、20回の熱衝撃試験を行ったところ、
膜表面に割れが観察され、また、試料の断面を顕微鏡で
観察したところ、中間層の所々で剥離が生じていること
が判った。 実施例２：（マイクロ波プラズマCVD 法への適用例) 図７はマイクロ波プラズマCVD 装置の構成を示す模式図
であって、CVD 装置は石英管20で構成されており、この
中央に被処理基板21が載置され、これに導波管22を通し
てマイクロ波発振器23よりマイクロ波を照射して加熱す
るよう構成さている。
膜表面に割れが観察され、また、試料の断面を顕微鏡で
観察したところ、中間層の所々で剥離が生じていること
が判った。 実施例２：（マイクロ波プラズマCVD 法への適用例) 図７はマイクロ波プラズマCVD 装置の構成を示す模式図
であって、CVD 装置は石英管20で構成されており、この
中央に被処理基板21が載置され、これに導波管22を通し
てマイクロ波発振器23よりマイクロ波を照射して加熱す
るよう構成さている。
【００３２】また、装置の上方よりは中間層およびダイ
ヤモンド層形成のための反応ガス24が被処理基板21に供
給され、図示を省略した排気系により排気されている。
この実施例においては、被処理基板21としては10mm角の
Si基板を用い、反応ガスとしてはH2とCH4 とシラン(S
H4) を用いた。
ヤモンド層形成のための反応ガス24が被処理基板21に供
給され、図示を省略した排気系により排気されている。
この実施例においては、被処理基板21としては10mm角の
Si基板を用い、反応ガスとしてはH2とCH4 とシラン(S
H4) を用いた。
【００３３】先ず、H2を100ml/分,SH4を５ml/分,CH4を
５ml/分の流量で装置内に供給すると共に排気系を動作
させて30 torr に減圧し、この状態でマククロ波発振器
23よりマイクロ波を照射して10000 ℃になるように出力
を上げた。
５ml/分の流量で装置内に供給すると共に排気系を動作
させて30 torr に減圧し、この状態でマククロ波発振器
23よりマイクロ波を照射して10000 ℃になるように出力
を上げた。
【００３４】この時のマイクロ波の出力は800 Ｗであっ
たが、この状態で１時間保持してSi基板上にCVD による
炭化硅素(SiC) 膜を成長させた。次に、SH4 の流量を５
時間かけて徐々に低下させて０ml/分にし、CH4 も同様
に５時間かけて２ml/分まで低下させSiC よりダイヤモ
ンドへと膜を変化させ、この状態で10時間保持してダイ
ヤモンド膜を成長させた。
たが、この状態で１時間保持してSi基板上にCVD による
炭化硅素(SiC) 膜を成長させた。次に、SH4 の流量を５
時間かけて徐々に低下させて０ml/分にし、CH4 も同様
に５時間かけて２ml/分まで低下させSiC よりダイヤモ
ンドへと膜を変化させ、この状態で10時間保持してダイ
ヤモンド膜を成長させた。
【００３５】このようにして形成した傾斜機能ダイヤモ
ンド膜をＸ線回折法により組成を調べると共にＸ線マイ
クロアナライザ（XMA)を用いて成分分析を行い、また透
過電子顕微鏡(TEM) 観察も行った。
ンド膜をＸ線回折法により組成を調べると共にＸ線マイ
クロアナライザ（XMA)を用いて成分分析を行い、また透
過電子顕微鏡(TEM) 観察も行った。
【００３６】その結果、Ｘ線回折から膜はSiとSiC とダ
イヤモンドからなることが判り、XMA 分析からはSiC 層
とダイヤモンド層の間でSiおよびＣの組成が徐々に変化
していることが判った。
イヤモンドからなることが判り、XMA 分析からはSiC 層
とダイヤモンド層の間でSiおよびＣの組成が徐々に変化
していることが判った。
【００３７】また、傾斜組成層をTEM により調べた結
果、この層がSiC とダイヤモンドと非晶質からなってい
ることが判った。次に、引張り試験法によりダイヤモン
ド膜の密着強度を測定したところ、150Kg/ cm2 であ
り、Si基板とSiC 層との界面で剥離が生じていた。
果、この層がSiC とダイヤモンドと非晶質からなってい
ることが判った。次に、引張り試験法によりダイヤモン
ド膜の密着強度を測定したところ、150Kg/ cm2 であ
り、Si基板とSiC 層との界面で剥離が生じていた。
【００３８】なお、従来のようにSi基板に直接にダイヤ
モンドを成膜した場合の密着強度は約20Kg/ cm2 であ
り、これより密着強度が大幅に向上したことが判る。 実施例３：（高速ガスフレームジェットCVD への適用
例) 図８は高速ガスフレームジェットCVD 装置の構成を示す
模式図であって、チャンバ26の上部には内燃式トーチ27
があり、この中央に水冷基板ホルダ28があって被処理基
板29が載置されており、また下部には図示を省略した排
気系があってチャンバ26を減圧するよう構成されてい
る。
モンドを成膜した場合の密着強度は約20Kg/ cm2 であ
り、これより密着強度が大幅に向上したことが判る。 実施例３：（高速ガスフレームジェットCVD への適用
例) 図８は高速ガスフレームジェットCVD 装置の構成を示す
模式図であって、チャンバ26の上部には内燃式トーチ27
があり、この中央に水冷基板ホルダ28があって被処理基
板29が載置されており、また下部には図示を省略した排
気系があってチャンバ26を減圧するよう構成されてい
る。
【００３９】こゝで、反応ガス30としてはO2と弗化タン
グステン(WF6) ガスとプロピレン(C 3H6)ガスを用い、ま
た被処理基板29としては10mm角のWC-10％Coよりなる超
硬合金を用い、水冷基板ホルダ28にセットした。
グステン(WF6) ガスとプロピレン(C 3H6)ガスを用い、ま
た被処理基板29としては10mm角のWC-10％Coよりなる超
硬合金を用い、水冷基板ホルダ28にセットした。
【００４０】先ず、O2を10リットル／分,C3H6 を16リッ
トル／分の流量で装置内に供給して燃焼炎を発生させた
後、チャンバ26を密閉して排気系を動作させ、圧力を20
0 torrとした。
トル／分の流量で装置内に供給して燃焼炎を発生させた
後、チャンバ26を密閉して排気系を動作させ、圧力を20
0 torrとした。
【００４１】次に、WF6 を１リットル／分の流量で供給
し、被処理基板29をトーチに近づけて基板温度を1000℃
とし、この状態で10分間保持して超硬基板上にCVD によ
るタングステン・カーバイド(WC)膜を成長させた。
し、被処理基板29をトーチに近づけて基板温度を1000℃
とし、この状態で10分間保持して超硬基板上にCVD によ
るタングステン・カーバイド(WC)膜を成長させた。
【００４２】次に、WF6の流量を１時間かけて徐々に低
下させて０ml/分にし、WCよりダイヤモンドへと膜を変
化させ、この状態で１時間保持してダイヤモンド膜を成
長させた。
下させて０ml/分にし、WCよりダイヤモンドへと膜を変
化させ、この状態で１時間保持してダイヤモンド膜を成
長させた。
【００４３】このようにして形成した傾斜機能ダイヤモ
ンド膜をＸ線回折法により組成を調べると共にＸ線マイ
クロアナライザ（XMA)を用いて成分分析を行い、また透
過電子顕微鏡(TEM) 観察も行った。
ンド膜をＸ線回折法により組成を調べると共にＸ線マイ
クロアナライザ（XMA)を用いて成分分析を行い、また透
過電子顕微鏡(TEM) 観察も行った。
【００４４】その結果、Ｘ線回折から膜はWC,Co,W と
ダイヤモンドが検出された。また、XMA 分析からはCVD
層とダイヤモンド層の間でＷおよびＣの組成が徐々に変
化していることが判った。
ダイヤモンドが検出された。また、XMA 分析からはCVD
層とダイヤモンド層の間でＷおよびＣの組成が徐々に変
化していることが判った。
【００４５】また、傾斜組成層をTEM により調べた結
果、この層がWCとダイヤモンドと非晶質からなっている
ことが判った。次に、引張り試験法によりダイヤモンド
膜の密着強度を測定したところ、150Kg/ cm2 であり、
基板とCVD 膜との界面で剥離が生じていた。
果、この層がWCとダイヤモンドと非晶質からなっている
ことが判った。次に、引張り試験法によりダイヤモンド
膜の密着強度を測定したところ、150Kg/ cm2 であり、
基板とCVD 膜との界面で剥離が生じていた。
【００４６】なお、超硬基板に直接にダイヤモンドを成
膜した場合は成膜後に基板を冷却するだけでダイヤモン
ド膜は剥離してしまい、これにより密着強度が大幅に向
上したことが判る。
膜した場合は成膜後に基板を冷却するだけでダイヤモン
ド膜は剥離してしまい、これにより密着強度が大幅に向
上したことが判る。
【００４７】
【発明の効果】本発明の実施により、基板とダイヤモン
ド膜との間に組成比を精度よく調節した傾斜機能膜を設
けることができ、これによりダイヤモンド膜の密着性が
向上すると共に量産に当たって再現性と信頼性を向上す
ることができる。
ド膜との間に組成比を精度よく調節した傾斜機能膜を設
けることができ、これによりダイヤモンド膜の密着性が
向上すると共に量産に当たって再現性と信頼性を向上す
ることができる。
【図１】本発明に係るダイヤモンド膜製造装置の断面構
成図である。
成図である。
【図２】従来のダイヤモンド膜製造装置の断面構成図で
ある。
ある。
【図３】本発明を適用したダイヤモンド膜の断面模式図
である。
である。
【図４】従来のダイヤモンド膜の断面模式図である。
【図５】実施例でのダイヤモンド膜断面のEPMA分析結果
である。
である。
【図６】比較例でのダイヤモンド膜断面のEPMA分析結果
である。
である。
【図７】マイクロ波プラズマCVD 装置の断面模式図であ
る。
る。
【図８】高速ガスフレームジェットCVD 装置の断面模式
図である。
図である。
１ 基板 ５ プラズマジェット ６ 陽極 ７ 陰極 ８ プラズマガス 10 キャリアガス 13 ダイヤモンド膜 14 供給ガス 15 傾斜機能膜 16 中間層 21,29 被処理基板 23 マイクロ波発振器 24,30 反応ガス 27 内燃式トーチ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 気相合成法(CVD法) でダイヤモンド膜を
形成する際、基板とダイヤモンド膜との間にダイヤモン
ドとダイヤモンド以外の材料からなる混合物の中間層を
ダイヤモンドと同時にCVD 法で形成することを特徴とす
るダイヤモンド膜の製造方法。 【請求項２】 被処理基板上に気相合成法（CVD 法) を
用いて該基板の構成材料または該基板構成材料の炭化物
よりなる層を形成した後、引き続いて該構成材料または
該炭化物とダイヤモンドとの中間層を表面に行くほどダ
イヤモンドリッチの組成となるよう形成し、続いて該中
間層上にダイヤモンド膜を形成することを特徴とする請
求項１記載のダイヤモンド膜の製造方法。 【請求項３】 前記気相合成法がDCプラズマジェットCV
D 法であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモン
ド膜の製造方法。 【請求項４】 前記プラズマジェットCVD 法が陰極（7)
と陽極(6) 間のアーク放電により形成されたプラズマジ
エット(5) を基板(1) に照射し、基板(1) 上にダイヤモ
ンド膜(13)を形成する方法であり、中間層となる材料の
原料ガスをプラズマジェット(5)中に供給することによ
り中間層を形成することを特徴とする請求項２記載のダ
イヤモンド膜の製造方法。 【請求項５】 陽極(6) と陰極(7) の間にアーク放電を
発生させ、このアーク放電を通るようにプラズマ用放電
ガスを供給し、アーク放電によりプラズマとし、ノズル
部より噴射する手段と、中間層となる材料の原料ガスを
含む供給ガス(14)を前記プラズマジェット(5) 中に供給
する手段と、載置台(3) の上に基板(1) を置き、該基板
(1) 上に前記プラズマジェット(5) を照射してプラズマ
ジェット(5) 中の炭素または炭素化合物ラジカルをダイ
ヤモンドに変換する手段とを含んで構成されていること
を特徴とするダイヤモンド膜の製造装置。 【請求項６】 前記気相合成法がマイクロ波プラズマCV
D 法であることを特徴とする請求項１記載のダイヤモン
ド膜の製造方法。 【請求項７】 前記マイクロ波プラズマCVD 法がプラズ
マCVD 装置内に基板(1) を置き、マイクロ波発振器(23)
よりマイクロ波を照射して基板加熱を行いながら中間層
となる材料の原料ガスを供給して中間層を形成した後、
ダイヤモンド形成用原料ガスを供給してダイヤモンド膜
を形成することを特徴とする請求項６記載のダイヤモン
ド膜の製造方法。 【請求項８】 前記気相合成法が高速ガスフレームジェ
ットCVD 法であることを特徴とする請求項１記載のダイ
ヤモンド膜の製造方法。 【請求項９】 前記高速ガスフレームジェットCVD 法が
CVD 装置内の基板ホルダに基板を置き、ダイヤモンド形
成用の原料ガスよりなる燃焼炎中に中間層となる材料の
原料ガスを供給して中間層を形成した後、該ガスを低減
してダイヤモンド形成用原料ガスのみとし、ダイヤモン
ド膜を形成することを特徴とする請求項８記載のダイヤ
モンド膜の製造方法。 【請求項１０】 プラズマ中に気体状の炭素化合物と気
体状の遷移金属元素を含むハロゲン化合物または気体状
の高融点金属元素を含むハロゲン化合物とを供給し、ダ
イヤモンドと化学気相反応により形成された炭素と該遷
移金属元素を含有する金属炭化物または炭素と該高融点
金属元素を含有する金属炭化物からなる混合物の層を基
板状に形成することを特徴とするダイヤモンドと金属炭
化物からなる混合物層の製造方法。 【請求項１１】 プラズマ中に気体状の炭素化合物と気
体状の遷移金属元素を含むハロゲン化合物または気体状
の高融点金属元素を含むハロゲン化合物とを供給し、ダ
イヤモンドと化学気相反応により形成された炭素と該遷
移金属元素を含有する金属炭化物または炭素と該高融点
金属元素を含有する金属炭化物と、該遷移金属または該
高融点金属からなる混合物の層を基板上に形成すること
を特徴とするダイヤモンドと金属炭化物と金属の混合物
よりなる混合物層の製造方法。 【請求項１２】 プラズマ中に気体状の炭素化合物と気
体状の遷移金属元素を含むハロゲン化合物または気体状
の高融点金属元素を含むハロゲン化合物を供給し、化学
気相反応により炭素と該遷移金属元素を含有する金属炭
化物または炭素と該高融点金属元素を含有する金属炭化
物の層を基板上に形成することを特徴とする金属炭化物
層の製造方法。 【請求項１３】 上記プラズマが水素プラズマであるこ
とを特徴とする請求項１０，１１および１２記載の製造
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP679991 | 1991-01-24 | ||
| JP3-6799 | 1991-01-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055179A true JPH055179A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=11648230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32354891A Withdrawn JPH055179A (ja) | 1991-01-24 | 1991-12-09 | ダイヤモンド膜と混合物層の製造方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH055179A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62205662A (ja) * | 1986-03-05 | 1987-09-10 | Nec Corp | 電荷転送装置 |
| CN100453696C (zh) * | 2007-02-01 | 2009-01-21 | 南京航空航天大学 | Cvd金刚石膜连续制备系统 |
-
1991
- 1991-12-09 JP JP32354891A patent/JPH055179A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62205662A (ja) * | 1986-03-05 | 1987-09-10 | Nec Corp | 電荷転送装置 |
| CN100453696C (zh) * | 2007-02-01 | 2009-01-21 | 南京航空航天大学 | Cvd金刚石膜连续制备系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990311 |