JPH06199596A - ダイヤモンド膜の合成方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の合成方法Info
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- JPH06199596A JPH06199596A JP22484793A JP22484793A JPH06199596A JP H06199596 A JPH06199596 A JP H06199596A JP 22484793 A JP22484793 A JP 22484793A JP 22484793 A JP22484793 A JP 22484793A JP H06199596 A JPH06199596 A JP H06199596A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】メタンあるいは一酸化炭素の高濃度の原料ガス
を用いてダイヤモンド膜のプラズマＣＶＤ法による合成
を可能にし、メタン濃度の選択範囲を広くする。 【構成】メタンと水素のほかに酸素を混合する場合にメ
タン濃度を従来より高い20％以上にしても、原料ガス中
の酸素分をｘ％、メタン分をｙ％、水素分をｚ％とした
とき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１で、ｙ＞２ｘ−0.１、ｙ＜２ｘ＋
0.05に調整すると良質のダイヤモンド膜が得られる。20
％以上の高濃度の一酸化炭素と水素、酸素との混合ガス
を原料ガスに用いる場合は、酸素濃度を1.５％以下に抑
えることで良質のダイヤモンド膜が得られる。またプラ
ズマの発光スペクトルを成膜条件の決定の目安にするこ
ともできる。
を用いてダイヤモンド膜のプラズマＣＶＤ法による合成
を可能にし、メタン濃度の選択範囲を広くする。 【構成】メタンと水素のほかに酸素を混合する場合にメ
タン濃度を従来より高い20％以上にしても、原料ガス中
の酸素分をｘ％、メタン分をｙ％、水素分をｚ％とした
とき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１で、ｙ＞２ｘ−0.１、ｙ＜２ｘ＋
0.05に調整すると良質のダイヤモンド膜が得られる。20
％以上の高濃度の一酸化炭素と水素、酸素との混合ガス
を原料ガスに用いる場合は、酸素濃度を1.５％以下に抑
えることで良質のダイヤモンド膜が得られる。またプラ
ズマの発光スペクトルを成膜条件の決定の目安にするこ
ともできる。
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合成方法に関す
る。
用が注目されているダイヤモンド膜の合成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】代表的な宝石であるダイヤモンドが最も
硬い物質であることはよく知られ、切削工具や研磨材な
どとして工業的にも重要な材料の一つとなっている。こ
の他にも、ダイヤモンドはSiやGeと同じ周期表ＩＶ族に
属し、半導体としての性質も有する。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
も大きいことなどは以前より報告されていた。このダイ
ヤモンドの優れた性質を利用することにより、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
して応用が期待されていたが、良質で大面積のダイヤモ
ンド膜が合成できなかった。近年、このダイヤモンド膜
を気相合成 (ＣＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体
素子としての応用が注目されている。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。
硬い物質であることはよく知られ、切削工具や研磨材な
どとして工業的にも重要な材料の一つとなっている。こ
の他にも、ダイヤモンドはSiやGeと同じ周期表ＩＶ族に
属し、半導体としての性質も有する。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
も大きいことなどは以前より報告されていた。このダイ
ヤモンドの優れた性質を利用することにより、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
して応用が期待されていたが、良質で大面積のダイヤモ
ンド膜が合成できなかった。近年、このダイヤモンド膜
を気相合成 (ＣＶＤ) 法で作る技術が開発され、半導体
素子としての応用が注目されている。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。こ
れは、ＣＨ4 やＣＯなどの炭素から構成されるガスと多
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。Ｈ
2 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。しかし、ダイヤモンド膜中にグラファイト等
の成分が少量残り、天然のダイヤモンドに比較してその
結晶性等が劣っている。Ｈ2 ガスを用いないでＯ2 ガス
を活性化して原子状酸素とすると、この原子状酸素はダ
イヤモンド以外のグラファイト成分などの炭素を選択的
に除去する作用が水素に比較して非常に強いとされてい
る。そして、ＣＨ4 あるいはＣＯとＨ2 のほかに数％の
酸素を添加すると、ダイヤモンドの膜質の向上や膜の成
長速度の増加が報告されている。また、特開平４−2140
94号公報には、炭素化合物のＣＨ4 あるいはＣＯ0.１％
〜20％、Ｏ2 が１ppm 〜10％、残部Ｈ2 であるＣＯ／Ｏ
2 ／Ｈ2 系ガスを用いてダイヤモンド膜を合成したこと
が述べられている。
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。こ
れは、ＣＨ4 やＣＯなどの炭素から構成されるガスと多
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。Ｈ
2 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。しかし、ダイヤモンド膜中にグラファイト等
の成分が少量残り、天然のダイヤモンドに比較してその
結晶性等が劣っている。Ｈ2 ガスを用いないでＯ2 ガス
を活性化して原子状酸素とすると、この原子状酸素はダ
イヤモンド以外のグラファイト成分などの炭素を選択的
に除去する作用が水素に比較して非常に強いとされてい
る。そして、ＣＨ4 あるいはＣＯとＨ2 のほかに数％の
酸素を添加すると、ダイヤモンドの膜質の向上や膜の成
長速度の増加が報告されている。また、特開平４−2140
94号公報には、炭素化合物のＣＨ4 あるいはＣＯ0.１％
〜20％、Ｏ2 が１ppm 〜10％、残部Ｈ2 であるＣＯ／Ｏ
2 ／Ｈ2 系ガスを用いてダイヤモンド膜を合成したこと
が述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｈ2 ガスを用いたＣＶ
Ｄ法でダイヤモンド膜を合成する際にＯ2 ガスを用いれ
ば、ＣＨ4 ガス濃度が高いときに発生する多量の炭素成
分を取り除くことができると考えられるが、ＣＨ4 −Ｏ
2 ガス系ではＣＶＤ装置の部材、例えばパッキングや真
空オイルなどの酸化による変質が起こり作業上の支障に
なる。また、ＣＨ 4 ガスを多量に混合した原料ガスを用
いてのダイヤモンド膜の合成については知られていな
い。ＣＯガスを多量に混合した原料ガスを用いてのダイ
ヤモンド膜の合成についても知られていない。
Ｄ法でダイヤモンド膜を合成する際にＯ2 ガスを用いれ
ば、ＣＨ4 ガス濃度が高いときに発生する多量の炭素成
分を取り除くことができると考えられるが、ＣＨ4 −Ｏ
2 ガス系ではＣＶＤ装置の部材、例えばパッキングや真
空オイルなどの酸化による変質が起こり作業上の支障に
なる。また、ＣＨ 4 ガスを多量に混合した原料ガスを用
いてのダイヤモンド膜の合成については知られていな
い。ＣＯガスを多量に混合した原料ガスを用いてのダイ
ヤモンド膜の合成についても知られていない。
【０００５】本発明の目的は、上述の問題を解決し、炭
化水素濃度あるいは一酸化炭素濃度の高い原料ガスを用
い、多量の炭素成分を取り除く良質のダイヤモンド膜を
合成する方法を提供することにある。
化水素濃度あるいは一酸化炭素濃度の高い原料ガスを用
い、多量の炭素成分を取り除く良質のダイヤモンド膜を
合成する方法を提供することにある。
【０００６】
【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、本発明のダイヤモンド膜の合成方法は、メタン、
酸素および水素を混合した原料ガスをプラズマ放電によ
り活性化して基板上にダイヤモンド膜を気相合成する方
法において、メタン濃度が20％以上であり原料ガス中の
酸素分がｘ％、メタン分がｙ％、水素分がｚ％のとき、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ならばｙ＞２ｘ−0.１であることが有効
である。また、ｙ＜２ｘ＋0.05であることも有効であ
る。あるいは、一酸化炭素、酸素および水素を混合した
原料ガスをプラズマ放電により活性化して基板上にダイ
ヤモンド膜を気相合成する方法において、原料ガス中の
一酸化炭素濃度が20％以上、水素濃度が５％以上で、か
つ酸素濃度が1.５％以下であるものとする。原料ガス中
の一酸化炭素分がｐ％、酸素分がｑ％、水素分がｒ％の
とき、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１ならばｐ＞0.４ｑ＋0.３であるこ
とが有効である。いずれの方法においても、プラズマ発
光スペクトルの波長618nm にピークがあらわれないプラ
ズマ条件で成膜を行うことが有効である。
めに、本発明のダイヤモンド膜の合成方法は、メタン、
酸素および水素を混合した原料ガスをプラズマ放電によ
り活性化して基板上にダイヤモンド膜を気相合成する方
法において、メタン濃度が20％以上であり原料ガス中の
酸素分がｘ％、メタン分がｙ％、水素分がｚ％のとき、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ならばｙ＞２ｘ−0.１であることが有効
である。また、ｙ＜２ｘ＋0.05であることも有効であ
る。あるいは、一酸化炭素、酸素および水素を混合した
原料ガスをプラズマ放電により活性化して基板上にダイ
ヤモンド膜を気相合成する方法において、原料ガス中の
一酸化炭素濃度が20％以上、水素濃度が５％以上で、か
つ酸素濃度が1.５％以下であるものとする。原料ガス中
の一酸化炭素分がｐ％、酸素分がｑ％、水素分がｒ％の
とき、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１ならばｐ＞0.４ｑ＋0.３であるこ
とが有効である。いずれの方法においても、プラズマ発
光スペクトルの波長618nm にピークがあらわれないプラ
ズマ条件で成膜を行うことが有効である。
【０００７】
【作用】炭化水素を高濃度に含む原料ガスを用いてダイ
ヤモンド膜を気相合成する場合、原料ガス中の酸素ガス
濃度を高めれば所定の法則に従えばＣＨ4 ガスの濃度を
高めても良質のダイヤモンド膜を合成できる。また、原
料ガスに一酸化炭素、水素、酸素を用いるときには、酸
素ガス濃度を1.５％以下に抑えれば、５％以上の高濃度
で一酸化炭素を含む場合にも成膜でき、発生する多量の
炭素成分を取り除いて良質のダイヤモンド膜を合成でき
る。この場合も、原料ガス中の酸素ガス濃度が上記の枠
内で高めれば、それに応じてＣＯガス濃度を高めても良
質の膜が合成できる。
ヤモンド膜を気相合成する場合、原料ガス中の酸素ガス
濃度を高めれば所定の法則に従えばＣＨ4 ガスの濃度を
高めても良質のダイヤモンド膜を合成できる。また、原
料ガスに一酸化炭素、水素、酸素を用いるときには、酸
素ガス濃度を1.５％以下に抑えれば、５％以上の高濃度
で一酸化炭素を含む場合にも成膜でき、発生する多量の
炭素成分を取り除いて良質のダイヤモンド膜を合成でき
る。この場合も、原料ガス中の酸素ガス濃度が上記の枠
内で高めれば、それに応じてＣＯガス濃度を高めても良
質の膜が合成できる。
【０００８】
【実施例】原料ガスとしてＣＨ4 、Ｏ2 、Ｈ2 の混合ガ
スを用い、混合比を変化させて次の条件でμ波プラズマ
ＣＶＤ法により、基板としてのダイヤモンド粉を用いて
超音波により表面の傷付処理をしたシリコン板上にダイ
ヤモンド膜を合成した。 原料ガス流量 １００ sccm 反応圧力 ３０ Torr μ波出力 約２５０ Ｗ 基板温度 約８５０ ℃ 合成時間 ３ 時間 基板上に合成した膜中のダイヤモンドの存在は、Ｘ線回
折と走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ) を用いて確認した。図
１はその結果を示し、ｘ％のＯ2 ガス、ｙ％のＣＨ4 ガ
ス、残りＨ2 ガスの原料ガスを用い、□印は良質のダイ
ヤモンド膜、○印はダイヤモンドを含む膜、●印はダイ
ヤモンドを含まない膜が合成されたことを示し、＋印は
膜が合成されない場合である。図から明らかなように、
Ｏ2 ガス濃度ｘが０のとき、すなわち原料ガスがＣＨ4
とＨ2 のみよりなるときには、ＣＨ4 ガス濃度ｙは５％
までに抑えなければ良質のダイヤモンド膜は合成できな
かった。これに対し、Ｏ2 ガスを混ぜることにより60％
以上のＣＨ4 ガス濃度でも良質のダイヤモンド膜を合成
できる。図中の線１はｙ＝２ｘ−0.１、線２はｙ＝２ｘ
＋0.05であり、線30はｘ＋ｙ＝１、すなわちＨ2 ガスを
含まない場合である。
スを用い、混合比を変化させて次の条件でμ波プラズマ
ＣＶＤ法により、基板としてのダイヤモンド粉を用いて
超音波により表面の傷付処理をしたシリコン板上にダイ
ヤモンド膜を合成した。 原料ガス流量 １００ sccm 反応圧力 ３０ Torr μ波出力 約２５０ Ｗ 基板温度 約８５０ ℃ 合成時間 ３ 時間 基板上に合成した膜中のダイヤモンドの存在は、Ｘ線回
折と走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ) を用いて確認した。図
１はその結果を示し、ｘ％のＯ2 ガス、ｙ％のＣＨ4 ガ
ス、残りＨ2 ガスの原料ガスを用い、□印は良質のダイ
ヤモンド膜、○印はダイヤモンドを含む膜、●印はダイ
ヤモンドを含まない膜が合成されたことを示し、＋印は
膜が合成されない場合である。図から明らかなように、
Ｏ2 ガス濃度ｘが０のとき、すなわち原料ガスがＣＨ4
とＨ2 のみよりなるときには、ＣＨ4 ガス濃度ｙは５％
までに抑えなければ良質のダイヤモンド膜は合成できな
かった。これに対し、Ｏ2 ガスを混ぜることにより60％
以上のＣＨ4 ガス濃度でも良質のダイヤモンド膜を合成
できる。図中の線１はｙ＝２ｘ−0.１、線２はｙ＝２ｘ
＋0.05であり、線30はｘ＋ｙ＝１、すなわちＨ2 ガスを
含まない場合である。
【０００９】これより、ダイヤモンドを含む膜を得るに
は、ｙ＞２ｘ−0.１であることが必要であり、ＳＥＭ観
察により明確な自形をもつことが確認される良質のダイ
ヤモンド膜を得るには、さらにｙ＜２ｘ＋0.05の条件を
付け加えることが必要なことが分かる。図２は、μ波プ
ラズマＣＶＤ法での成膜時に、反応容器の窓と光ファイ
バ分光器とを連結した高速スペクトル解析装置を用いて
得られたプラズマ発光スペクトルのＣＨ4 ガス濃度40％
の場合の例で、ｘの値が高くなると、波長618nm に見ら
れるＯＨに関係すると思われるピークがあらわれる。こ
れは過剰にＯ2 ガスがあると、Ｈ2 と反応してＯＨを形
成するためと思われる。このようなピークがあらわれる
と図１からわかるように膜が合成されない。良質なダイ
ヤモンド膜はそれよりややＯ2 ガス濃度が低いときに得
られるので、このプラズマ発光スペクトルを観察してＯ
2 ガス濃度を調整すれば良質のダイヤモンド膜が合成で
きる。
は、ｙ＞２ｘ−0.１であることが必要であり、ＳＥＭ観
察により明確な自形をもつことが確認される良質のダイ
ヤモンド膜を得るには、さらにｙ＜２ｘ＋0.05の条件を
付け加えることが必要なことが分かる。図２は、μ波プ
ラズマＣＶＤ法での成膜時に、反応容器の窓と光ファイ
バ分光器とを連結した高速スペクトル解析装置を用いて
得られたプラズマ発光スペクトルのＣＨ4 ガス濃度40％
の場合の例で、ｘの値が高くなると、波長618nm に見ら
れるＯＨに関係すると思われるピークがあらわれる。こ
れは過剰にＯ2 ガスがあると、Ｈ2 と反応してＯＨを形
成するためと思われる。このようなピークがあらわれる
と図１からわかるように膜が合成されない。良質なダイ
ヤモンド膜はそれよりややＯ2 ガス濃度が低いときに得
られるので、このプラズマ発光スペクトルを観察してＯ
2 ガス濃度を調整すれば良質のダイヤモンド膜が合成で
きる。
【００１０】別の実施例では、原料ガスとして、ＣＯ、
Ｏ2 、Ｈ2 の混合ガスを用い、混合比を変化させて上記
と同一条件で、傷付処理をしたシリコン板上にμ波プラ
ズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を合成した。以上の
ようにして基板上に合成した膜は、Ｘ線回折、ラマン分
光とＳＥＭ観察によりダイヤモンドであることを確認し
た。図３はその結果をまとめたものである。＊印は膜が
合成できない条件を表し、●印と○印の条件で合成した
膜はそれぞれＸ線回折よりダイヤモンドを含まない膜と
ダイヤモンドを含む膜であることがわかった。また、線
３で囲まれた区域内のΔ印および□印の膜はＸ線回折お
よびラマン分光より良質のダイヤモンド膜であり、そし
てそれぞれＳＥＭ観察によりダイヤモンドの自形がある
膜とない膜である。
Ｏ2 、Ｈ2 の混合ガスを用い、混合比を変化させて上記
と同一条件で、傷付処理をしたシリコン板上にμ波プラ
ズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を合成した。以上の
ようにして基板上に合成した膜は、Ｘ線回折、ラマン分
光とＳＥＭ観察によりダイヤモンドであることを確認し
た。図３はその結果をまとめたものである。＊印は膜が
合成できない条件を表し、●印と○印の条件で合成した
膜はそれぞれＸ線回折よりダイヤモンドを含まない膜と
ダイヤモンドを含む膜であることがわかった。また、線
３で囲まれた区域内のΔ印および□印の膜はＸ線回折お
よびラマン分光より良質のダイヤモンド膜であり、そし
てそれぞれＳＥＭ観察によりダイヤモンドの自形がある
膜とない膜である。
【００１１】また、1333cm-1に現れるダイヤモンドから
のラマン散乱ピークの強度と約1500cm-1に現れる非ダイ
ヤモンド炭素のブロードなラマン散乱ピークの強度との
比は、ダイヤモンドの膜質の評価に利用される。図４は
このラマン散乱ピーク強度比の酸素濃度依存性をＣＯが
５％と60％についてそれぞれ線４および５に示す。酸素
濃度の増加とともにダイヤモンド散乱の割合が増え、膜
質が向上している。ＣＯが60％の高濃度においても酸素
を添加するとＣＯが５％の場合を上回る特性が得られ
る。
のラマン散乱ピークの強度と約1500cm-1に現れる非ダイ
ヤモンド炭素のブロードなラマン散乱ピークの強度との
比は、ダイヤモンドの膜質の評価に利用される。図４は
このラマン散乱ピーク強度比の酸素濃度依存性をＣＯが
５％と60％についてそれぞれ線４および５に示す。酸素
濃度の増加とともにダイヤモンド散乱の割合が増え、膜
質が向上している。ＣＯが60％の高濃度においても酸素
を添加するとＣＯが５％の場合を上回る特性が得られ
る。
【００１２】以上より、原料ガス中の一酸化炭素ガス濃
度が20％以上で水素濃度が５％以上のとき、酸素ガス濃
度が1.５％以下であるとダイヤモンド膜の合成できるこ
とがわかる。また、原料ガス中の一酸化炭素濃度がｐ
％、酸素濃度がｑ％、水素濃度がｒ％のとき、ｐ＋ｑ＋
ｒ＝１ならばｐ＞0.4 ｑ＋0.3 で、良質のダイヤモンド
膜が合成できた。
度が20％以上で水素濃度が５％以上のとき、酸素ガス濃
度が1.５％以下であるとダイヤモンド膜の合成できるこ
とがわかる。また、原料ガス中の一酸化炭素濃度がｐ
％、酸素濃度がｑ％、水素濃度がｒ％のとき、ｐ＋ｑ＋
ｒ＝１ならばｐ＞0.4 ｑ＋0.3 で、良質のダイヤモンド
膜が合成できた。
【００１３】図５は、μ波プラズマＣＶＤ法での成膜時
に、分光器と光ファイバよりなる高速スペクトル解析装
置を反応容器の窓と連結し、得られたプラズマ発光スペ
クトルのＣＯガス濃度ｐが60％の場合の例である。酸素
濃度の値が高くなると、図５におけるように波長618nm
に見られるＯＨのピークが現れる。このようなピークが
現れるとやはり図３からわかるように膜が合成されな
い。良質なダイヤモンド膜はそれよりやや酸素ガス濃度
が低い時に得られるので、このプラズマ発光スペクトル
を観察して酸素ガス濃度を調整すれば良質なダイヤモン
ド膜が合成できる。また、波長618nm 以外にもＯＨのピ
ークが現れるが、ＣＯのピーク等と重なるので、このピ
ークが観察に適している。
に、分光器と光ファイバよりなる高速スペクトル解析装
置を反応容器の窓と連結し、得られたプラズマ発光スペ
クトルのＣＯガス濃度ｐが60％の場合の例である。酸素
濃度の値が高くなると、図５におけるように波長618nm
に見られるＯＨのピークが現れる。このようなピークが
現れるとやはり図３からわかるように膜が合成されな
い。良質なダイヤモンド膜はそれよりやや酸素ガス濃度
が低い時に得られるので、このプラズマ発光スペクトル
を観察して酸素ガス濃度を調整すれば良質なダイヤモン
ド膜が合成できる。また、波長618nm 以外にもＯＨのピ
ークが現れるが、ＣＯのピーク等と重なるので、このピ
ークが観察に適している。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、ＣＶＤ法に用いる原料
ガスに炭化水素、水素のほかに酸素を加える場合、酸素
の濃度と炭化水素の濃度の関係を所定の範囲内に保つこ
とにより、良質のダイヤモンド膜を得ることができた。
この結果良質のダイヤモンド膜を得るための成膜条件の
自由度が高くなり、また酸素、水素の双方を原料ガスに
含ませるためにＣＶＤ装置部材の寿命を長くすることが
可能になった。また、本発明によれば、酸素ガス濃度を
1.５％以下に抑えることにより、一酸化炭素の濃度を高
め、水素との混合ガスによってダイヤモンドを合成する
ことができるようになった。この結果、良質のダイヤモ
ンド膜を得るための成膜条件の自由度が高くなった。そ
のほか、プラズマ発光スペクトルを利用すれば、成膜の
可否が判断でき、膜質の制御も可能で成膜操作の管理が
容易になった。
ガスに炭化水素、水素のほかに酸素を加える場合、酸素
の濃度と炭化水素の濃度の関係を所定の範囲内に保つこ
とにより、良質のダイヤモンド膜を得ることができた。
この結果良質のダイヤモンド膜を得るための成膜条件の
自由度が高くなり、また酸素、水素の双方を原料ガスに
含ませるためにＣＶＤ装置部材の寿命を長くすることが
可能になった。また、本発明によれば、酸素ガス濃度を
1.５％以下に抑えることにより、一酸化炭素の濃度を高
め、水素との混合ガスによってダイヤモンドを合成する
ことができるようになった。この結果、良質のダイヤモ
ンド膜を得るための成膜条件の自由度が高くなった。そ
のほか、プラズマ発光スペクトルを利用すれば、成膜の
可否が判断でき、膜質の制御も可能で成膜操作の管理が
容易になった。
【図１】原料ガス中のＯ2 ガスおよびＣＨ4 ガス濃度と
合成された膜の性質との関係線図
合成された膜の性質との関係線図
【図２】ＣＨ4 ガス濃度40％でＯ2 ガス濃度をパラメー
タとしたプラズマ発光スペクトル図
タとしたプラズマ発光スペクトル図
【図３】原料ガス中のＯ2 ガスおよびＨ2 ガス濃度と合
成された膜の性質との関係線図
成された膜の性質との関係線図
【図４】ＣＯガス濃度をパラメータとしてダイヤモンド
のラマン散乱ピーク強度と非ダイヤモンド炭素のラマン
散乱ピーク強度の比と酸素ガス濃度との関係線図
のラマン散乱ピーク強度と非ダイヤモンド炭素のラマン
散乱ピーク強度の比と酸素ガス濃度との関係線図
【図５】ＣＯガス濃度60％でＯ2 ガス濃度をパラメータ
としたプラズマ発光スペクトル図
としたプラズマ発光スペクトル図
Claims (5)
- 【請求項１】メタン、酸素および水素を混合した原料ガ
スをプラズマ放電により活性化して基板上にダイヤモン
ド膜を気相合成する方法において、原料ガス中の酸素分
がｘ％、メタン分がｙ％、水素分がｚ％のとき、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１ならばｙ＞２ｘ−0.１であるダイヤモンド膜の
合成方法。 - 【請求項２】ｙ＜２ｘ＋0.05である請求項１記載のダイ
ヤモンド膜の合成方法。 - 【請求項３】一酸化炭素、酸素および水素を混合した原
料ガスをプラズマ放電により活性化して基板上にダイオ
ード膜を気相合成する方法において、原料ガス中の一酸
化炭素濃度が20％以上、水素濃度が５％以上で、かつ酸
素濃度が1.５％以下であることを特徴とするダイヤモン
ド膜の合成方法。 - 【請求項４】原料ガス中の一酸化炭素分がｐ％、酸素分
がｑ％、水素分ｒ％のとき、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１ならばｐ＞
0.４ｑ＋0.３である請求項３記載のダイヤモンド膜の合
成方法。 - 【請求項５】プラズマ発光スペクトルの波長618nm にピ
ークがあらわれないプラズマ条件で成膜を行う請求項１
ないし４記載のダイヤモンド膜の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22484793A JPH06199596A (ja) | 1992-09-11 | 1993-09-10 | ダイヤモンド膜の合成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24243992 | 1992-09-11 | ||
| JP4-242439 | 1992-09-11 | ||
| JP22484793A JPH06199596A (ja) | 1992-09-11 | 1993-09-10 | ダイヤモンド膜の合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06199596A true JPH06199596A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=26526295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22484793A Pending JPH06199596A (ja) | 1992-09-11 | 1993-09-10 | ダイヤモンド膜の合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06199596A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059798A (ja) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド電子素子の製造方法 |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP22484793A patent/JPH06199596A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009059798A (ja) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド電子素子の製造方法 |
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