JPH06264264A - ダイヤモンド被覆体およびその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド被覆体およびその製造方法Info
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- JPH06264264A JPH06264264A JP7884893A JP7884893A JPH06264264A JP H06264264 A JPH06264264 A JP H06264264A JP 7884893 A JP7884893 A JP 7884893A JP 7884893 A JP7884893 A JP 7884893A JP H06264264 A JPH06264264 A JP H06264264A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多結晶ダイヤモンド膜で被覆されたダイヤモ
ンド被覆体として、ダイヤモンド膜の結晶粒が微細で、
表面平滑性、緻密性、密着性の優れたものを提供する。 【構成】 少なくとも表面部分が立方晶窒化ホウ素の多
結晶膜からなる中間層が基材上に形成され、その中間層
の表面に接するように多結晶ダイヤモンド膜が形成され
てなるダイヤモンド被覆体。またイオンビーム促進蒸着
法等によって立方晶窒化ホウ素の多結晶膜を生成した
後、その表面に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド
膜を生成させる方法。
ンド被覆体として、ダイヤモンド膜の結晶粒が微細で、
表面平滑性、緻密性、密着性の優れたものを提供する。 【構成】 少なくとも表面部分が立方晶窒化ホウ素の多
結晶膜からなる中間層が基材上に形成され、その中間層
の表面に接するように多結晶ダイヤモンド膜が形成され
てなるダイヤモンド被覆体。またイオンビーム促進蒸着
法等によって立方晶窒化ホウ素の多結晶膜を生成した
後、その表面に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド
膜を生成させる方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、各種工具や光学部
品、半導体、各種熱伝導部材、その他装飾品等に用いる
ために基材上に多結晶ダイヤモンド膜を形成したダイヤ
モンド被覆体およびその製法に関し、特に表面のダイヤ
モンド膜の密着性、平滑性、緻密性に優れたダイヤモン
ド被覆体およびその製法に関するものである。
品、半導体、各種熱伝導部材、その他装飾品等に用いる
ために基材上に多結晶ダイヤモンド膜を形成したダイヤ
モンド被覆体およびその製法に関し、特に表面のダイヤ
モンド膜の密着性、平滑性、緻密性に優れたダイヤモン
ド被覆体およびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のようにダイヤモンドは極めて硬質
であり、また熱伝導率が著しく高いとともに光の透過性
が極めて良好である等の優れた特性を有している。一方
最近では工業的に人工的に基材上にダイヤモンド膜を形
成することも可能となっている。そこで前述のような優
れた特性を活用して基材上にダイヤモンド膜を形成した
ダイヤモンド被覆体を種々の用途に適用することが考え
られ、また一部では実用化も進められている。例えばダ
イヤモンド膜が硬質であることを利用して、各種工具や
精密部品装飾品等に適用されつつあり、また高熱伝導率
を有するところから、半導体ヒートシンクその他の伝熱
部材に適用することが進められており、さらに光透過性
を利用して、各種光学機器のレンズの保護膜等に用いる
ことが考えられている。そのほか、ダイヤモンドはＰ型
半導体とすることが可能であるため、高バンドギャップ
半導体として、耐熱耐放射線半導体に適用することも考
えられている。
であり、また熱伝導率が著しく高いとともに光の透過性
が極めて良好である等の優れた特性を有している。一方
最近では工業的に人工的に基材上にダイヤモンド膜を形
成することも可能となっている。そこで前述のような優
れた特性を活用して基材上にダイヤモンド膜を形成した
ダイヤモンド被覆体を種々の用途に適用することが考え
られ、また一部では実用化も進められている。例えばダ
イヤモンド膜が硬質であることを利用して、各種工具や
精密部品装飾品等に適用されつつあり、また高熱伝導率
を有するところから、半導体ヒートシンクその他の伝熱
部材に適用することが進められており、さらに光透過性
を利用して、各種光学機器のレンズの保護膜等に用いる
ことが考えられている。そのほか、ダイヤモンドはＰ型
半導体とすることが可能であるため、高バンドギャップ
半導体として、耐熱耐放射線半導体に適用することも考
えられている。
【０００３】このようなダイヤモンド膜の生成方法とし
ては、一般には、炭素含有化合物と水素ガス等を用いて
反応させて基材上にダイヤモンドを合成させる化学的気
相合成法（ＣＶＤ法）が用いられている。
ては、一般には、炭素含有化合物と水素ガス等を用いて
反応させて基材上にダイヤモンドを合成させる化学的気
相合成法（ＣＶＤ法）が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにＣＶＤ法
によって基材表面にダイヤモンド膜を生成させようとす
る場合、ダイヤモンドの核生成密度が極めて低い問題が
ある。例えば、基材として表面を鏡面に仕上げたＳｉ単
結晶を用いて、ＣＶＤ法によってその鏡面Ｓｉ単結晶上
にダイヤモンド膜を生成する場合、核生成密度は最大で
も１０5 ／cm2 程度に過ぎない。一方核生成密度を高め
るための一般的な手段としては、基材表面にダイヤモン
ド砥粒等を衝突させて微細な凹凸を形成する傷付け処理
を予め行なっておく方法があるが、基材としてこのよう
な傷付け処理を行なったＳｉ単結晶を用いた場合でも、
ダイヤモンドの核生成密度は１０8 ／mm2 程度に過ぎな
い。
によって基材表面にダイヤモンド膜を生成させようとす
る場合、ダイヤモンドの核生成密度が極めて低い問題が
ある。例えば、基材として表面を鏡面に仕上げたＳｉ単
結晶を用いて、ＣＶＤ法によってその鏡面Ｓｉ単結晶上
にダイヤモンド膜を生成する場合、核生成密度は最大で
も１０5 ／cm2 程度に過ぎない。一方核生成密度を高め
るための一般的な手段としては、基材表面にダイヤモン
ド砥粒等を衝突させて微細な凹凸を形成する傷付け処理
を予め行なっておく方法があるが、基材としてこのよう
な傷付け処理を行なったＳｉ単結晶を用いた場合でも、
ダイヤモンドの核生成密度は１０8 ／mm2 程度に過ぎな
い。
【０００５】そしてこのように核生成密度が低いことか
ら、ダイヤモンド生成膜は１〜数μｍの大きさのダイヤ
モンド結晶粒子の集合体として、表面に微細な凹凸が残
って平滑性に欠けるとともに、各粒子間に空隙が存在し
て緻密性に欠ける膜となり、またグラファイト等の不純
物相を多く含む膜となってしまう。そしてこれらの結果
として、基材に対するダイヤモンド膜の密着性も低くな
って、工具等に使用するに問題が生じ、また膜の熱伝導
率もダイヤモンド本来の値よりもかなり低い値となって
しまうため、伝熱部材として良好な特性を発揮できなく
なり、さらには光の透過性も低くなってレンズ等の光学
用保護膜として不適当となってしまう。
ら、ダイヤモンド生成膜は１〜数μｍの大きさのダイヤ
モンド結晶粒子の集合体として、表面に微細な凹凸が残
って平滑性に欠けるとともに、各粒子間に空隙が存在し
て緻密性に欠ける膜となり、またグラファイト等の不純
物相を多く含む膜となってしまう。そしてこれらの結果
として、基材に対するダイヤモンド膜の密着性も低くな
って、工具等に使用するに問題が生じ、また膜の熱伝導
率もダイヤモンド本来の値よりもかなり低い値となって
しまうため、伝熱部材として良好な特性を発揮できなく
なり、さらには光の透過性も低くなってレンズ等の光学
用保護膜として不適当となってしまう。
【０００６】ダイヤモンド膜の表面の平滑性を高めるた
めの手法としては、前述のようにＣＶＤ法によりダイヤ
モンド膜を形成した後、改めてプラズマエッチングや機
械的研磨等を施して平面を平滑化することが行なわれて
いるが、この場合工程数が多くなって生産コストの著し
い増大を招くばかりでなく、プラズマエッチング等の平
滑化処理によって基材の損傷を招くおそれがあり、さら
にこの方法ではダイヤモンド膜の密着性および緻密性は
改善されないから、根本的な解決策とはならない。
めの手法としては、前述のようにＣＶＤ法によりダイヤ
モンド膜を形成した後、改めてプラズマエッチングや機
械的研磨等を施して平面を平滑化することが行なわれて
いるが、この場合工程数が多くなって生産コストの著し
い増大を招くばかりでなく、プラズマエッチング等の平
滑化処理によって基材の損傷を招くおそれがあり、さら
にこの方法ではダイヤモンド膜の密着性および緻密性は
改善されないから、根本的な解決策とはならない。
【０００７】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、表面に多結晶ダイヤモン膜が形成されたダイ
ヤモンド被覆体として、ダイヤモンド膜の平滑性（平坦
性）、密着性、緻密性に優れたものを提供することを目
的としたものである。
たもので、表面に多結晶ダイヤモン膜が形成されたダイ
ヤモンド被覆体として、ダイヤモンド膜の平滑性（平坦
性）、密着性、緻密性に優れたものを提供することを目
的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するべく、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、
Ｓｉ等の基材の表面にダイヤモンド膜を直接形成するの
ではなく、基材上に多結晶立方晶窒化ホウ素（ｃ−Ｂ
Ｎ）膜を予め形成しておき、そのｃ−ＢＮ膜表面にＣＶ
Ｄ法によりダイヤモンド膜を形成することによって、ダ
イヤモンドの核生成密度を従来よりも飛躍的に高め、こ
れによって密着性、平滑性、緻密性に優れた多結晶ダイ
ヤモンド膜を生成し得ることを見出し、この発明をなす
に至った。
するべく、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、
Ｓｉ等の基材の表面にダイヤモンド膜を直接形成するの
ではなく、基材上に多結晶立方晶窒化ホウ素（ｃ−Ｂ
Ｎ）膜を予め形成しておき、そのｃ−ＢＮ膜表面にＣＶ
Ｄ法によりダイヤモンド膜を形成することによって、ダ
イヤモンドの核生成密度を従来よりも飛躍的に高め、こ
れによって密着性、平滑性、緻密性に優れた多結晶ダイ
ヤモンド膜を生成し得ることを見出し、この発明をなす
に至った。
【０００９】具体的には、請求項１の発明のダイヤモン
ド被覆体は、少なくとも表面部分が立方晶窒化ホウ素の
多結晶膜からなる中間層が基材上に形成され、その中間
層の表面に接するように多結晶ダイヤモンド膜が形成さ
れていることを特徴とするものである。
ド被覆体は、少なくとも表面部分が立方晶窒化ホウ素の
多結晶膜からなる中間層が基材上に形成され、その中間
層の表面に接するように多結晶ダイヤモンド膜が形成さ
れていることを特徴とするものである。
【００１０】また請求項２の発明のダイヤモンド被覆体
は、請求項１の発明において、前記中間層が、その表面
部分を構成する前記立方晶窒化ホウ素多結晶膜と、基材
および立方晶窒化ホウ素に対する密着性の良好な下地層
とを積層した構成とされたものである。
は、請求項１の発明において、前記中間層が、その表面
部分を構成する前記立方晶窒化ホウ素多結晶膜と、基材
および立方晶窒化ホウ素に対する密着性の良好な下地層
とを積層した構成とされたものである。
【００１１】さらに請求項３の発明のダイヤモンド被覆
体は、請求項２の発明のダイヤモンド被覆体において、
前記下地層として、アモルファス窒化ホウ素膜もしくは
六方晶窒化ホウ素膜が用いられているものである。
体は、請求項２の発明のダイヤモンド被覆体において、
前記下地層として、アモルファス窒化ホウ素膜もしくは
六方晶窒化ホウ素膜が用いられているものである。
【００１２】また請求項４の発明のダイヤモンド被覆体
は、請求項１の発明のダイヤモンド被覆体において、前
記中間層の全体が、前記立方晶窒化ホウ素多結晶膜で構
成されているものである。
は、請求項１の発明のダイヤモンド被覆体において、前
記中間層の全体が、前記立方晶窒化ホウ素多結晶膜で構
成されているものである。
【００１３】さらに請求項５の発明のダイヤモンド被覆
体は、請求項１の発明のダイヤモンド被覆体において、
前記中間層の立方晶窒化ホウ素多結晶膜の結晶粒径が１
μｍ以下とされたものである。
体は、請求項１の発明のダイヤモンド被覆体において、
前記中間層の立方晶窒化ホウ素多結晶膜の結晶粒径が１
μｍ以下とされたものである。
【００１４】一方請求項６〜請求項８の発明は、いずれ
もダイヤモンド被覆体の製造方法についてのものであっ
て、そのうち請求項６の発明のダイヤモンド被覆体の製
造方法は、基材上に、少なくとも表面部分が立方晶窒化
ホウ素の多結晶膜からなる中間層を形成した後、その中
間層表面に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を
生成させることを特徴とするものである。
もダイヤモンド被覆体の製造方法についてのものであっ
て、そのうち請求項６の発明のダイヤモンド被覆体の製
造方法は、基材上に、少なくとも表面部分が立方晶窒化
ホウ素の多結晶膜からなる中間層を形成した後、その中
間層表面に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド膜を
生成させることを特徴とするものである。
【００１５】また請求項７の発明の製造方法は、請求項
６の製造方法において、前記中間層を形成するにあたっ
て、先ず基材表面にアモルファス窒化ホウ素膜もしくは
六方晶窒化ホウ素膜を形成し、その上に立方晶窒化ホウ
素の多結晶膜を形成するものである。
６の製造方法において、前記中間層を形成するにあたっ
て、先ず基材表面にアモルファス窒化ホウ素膜もしくは
六方晶窒化ホウ素膜を形成し、その上に立方晶窒化ホウ
素の多結晶膜を形成するものである。
【００１６】さらに請求項８の発明の製造方法は、請求
項６の製造方法において、前記中間層を形成するにあた
って、前記立方晶窒化ホウ素の多結晶膜を、イオンプレ
ーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム促進蒸
着法のいずれかによって生成させるものである。
項６の製造方法において、前記中間層を形成するにあた
って、前記立方晶窒化ホウ素の多結晶膜を、イオンプレ
ーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム促進蒸
着法のいずれかによって生成させるものである。
【００１７】
【作用】この発明のダイヤモンド被覆体においては、多
結晶ダイヤモンド膜は、少なくとも表面部分が立方晶窒
化ホウ素の多結晶膜からなる中間層の表面に接するよう
に形成される。すなわち、多結晶ダイヤモンド膜は、立
方晶窒化ホウ素膜の表面上に形成される。
結晶ダイヤモンド膜は、少なくとも表面部分が立方晶窒
化ホウ素の多結晶膜からなる中間層の表面に接するよう
に形成される。すなわち、多結晶ダイヤモンド膜は、立
方晶窒化ホウ素膜の表面上に形成される。
【００１８】ここで、窒化ホウ素としては、一般に六方
晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）、立方晶窒化ホウ素（ｃ−Ｂ
Ｎ）があり、またこのほか非晶質窒化ホウ素（アモルフ
ァスＢＮ）もあるが、これらのうちｃ−ＢＮの結晶構造
は、閃亜鉛鉱型であってダイヤモンドと同じ結晶構造を
有し、格子定数ａもダイヤモンドが３．５６７オングス
トロームであるのに対しｃ−ＢＮが３．６１５オングス
トロームであって、両者は極めて近い格子定数を有して
いる。このためｃ−ＢＮ膜上にはダイヤモンド膜がエピ
タキシャル成長しやすいものと考えられる。
晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）、立方晶窒化ホウ素（ｃ−Ｂ
Ｎ）があり、またこのほか非晶質窒化ホウ素（アモルフ
ァスＢＮ）もあるが、これらのうちｃ−ＢＮの結晶構造
は、閃亜鉛鉱型であってダイヤモンドと同じ結晶構造を
有し、格子定数ａもダイヤモンドが３．５６７オングス
トロームであるのに対しｃ−ＢＮが３．６１５オングス
トロームであって、両者は極めて近い格子定数を有して
いる。このためｃ−ＢＮ膜上にはダイヤモンド膜がエピ
タキシャル成長しやすいものと考えられる。
【００１９】一方多結晶ｃ−ＢＮ膜自体は、化学的気相
合成法（ＣＶＤ法）、物理的気相成長法（ＰＶＤ法）の
いずれでも生成可能であるが、全体として平坦でかつ緻
密な膜を容易に生成させることができ、また結晶粒も膜
生成条件によって小さくすることができ、通常は数１０
オングストローム程度までは微細な結晶粒とすることも
可能である。
合成法（ＣＶＤ法）、物理的気相成長法（ＰＶＤ法）の
いずれでも生成可能であるが、全体として平坦でかつ緻
密な膜を容易に生成させることができ、また結晶粒も膜
生成条件によって小さくすることができ、通常は数１０
オングストローム程度までは微細な結晶粒とすることも
可能である。
【００２０】そして上述のように結晶粒が微細な多結晶
ｃ−ＢＮ膜上にダイヤモンド膜をプラズマＣＶＤ法、あ
るいは熱フィラメントＣＶＤ法等の気相合成法によって
生成させれば、エピタキシャル成長によって多結晶ダイ
ヤモンド膜が生成される。ここで、ｃ−ＢＮ膜の結晶粒
が微細であることによって、ダイヤモンドの核生成密度
は、従来よりも格段に大きくなり、またこれに伴なって
ダイヤモンド膜の結晶粒径も小さくなる。具体的には、
ダイヤモンドの核生成密度は１０10〜１０11／cm2 とな
って、従来の鏡面Ｓｉ単結晶上への成膜の場合と比較し
て５桁以上、傷付け処理したＳｉ単結晶上への成膜の場
合と比較して２桁以上大きくなり、また結晶粒径を１，
０００オングストローム以下と微細にすることができ
る。そしてこのように核生成密度が大きく、結晶粒径が
小さいところから、緻密でかつ平坦なダイヤモンド膜を
得ることができる。また上述のようにｃ−ＢＮ膜表面で
の核生成密度が高くてダイヤモンド膜が緻密であるた
め、ｃ−ＢＮ膜に対する密着性も極めて良好となる。そ
してまたダイヤモンド膜が、緻密であるため、その結晶
粒間の隙間が少なくかつグラファイト等の不純物相も少
ないものとなり、その結果光の透過性に優れるととも
に、半導体としても利用することが可能となる。特に半
導体として利用する場合、ダイヤモンド膜はＰ型とする
ことしかできないが、ｃ−ＢＮ膜はＰ型、Ｎ型のいずれ
も実現可能であるから、ダイヤモンド膜とｃ−ＢＮ膜と
の界面をＰＮ接合界面とした半導体を構成することが可
能となる。
ｃ−ＢＮ膜上にダイヤモンド膜をプラズマＣＶＤ法、あ
るいは熱フィラメントＣＶＤ法等の気相合成法によって
生成させれば、エピタキシャル成長によって多結晶ダイ
ヤモンド膜が生成される。ここで、ｃ−ＢＮ膜の結晶粒
が微細であることによって、ダイヤモンドの核生成密度
は、従来よりも格段に大きくなり、またこれに伴なって
ダイヤモンド膜の結晶粒径も小さくなる。具体的には、
ダイヤモンドの核生成密度は１０10〜１０11／cm2 とな
って、従来の鏡面Ｓｉ単結晶上への成膜の場合と比較し
て５桁以上、傷付け処理したＳｉ単結晶上への成膜の場
合と比較して２桁以上大きくなり、また結晶粒径を１，
０００オングストローム以下と微細にすることができ
る。そしてこのように核生成密度が大きく、結晶粒径が
小さいところから、緻密でかつ平坦なダイヤモンド膜を
得ることができる。また上述のようにｃ−ＢＮ膜表面で
の核生成密度が高くてダイヤモンド膜が緻密であるた
め、ｃ−ＢＮ膜に対する密着性も極めて良好となる。そ
してまたダイヤモンド膜が、緻密であるため、その結晶
粒間の隙間が少なくかつグラファイト等の不純物相も少
ないものとなり、その結果光の透過性に優れるととも
に、半導体としても利用することが可能となる。特に半
導体として利用する場合、ダイヤモンド膜はＰ型とする
ことしかできないが、ｃ−ＢＮ膜はＰ型、Ｎ型のいずれ
も実現可能であるから、ダイヤモンド膜とｃ−ＢＮ膜と
の界面をＰＮ接合界面とした半導体を構成することが可
能となる。
【００２１】なお多結晶ｃ−ＢＮ膜自体は、多結晶ダイ
ヤモンド膜と比較すれば各種材料の表面への密着性が良
好であり、したがって多結晶ｃ−ＢＮ膜を基材表面に直
接形成すること、すなわち基材と表面のダイヤモンド膜
との間の中間層を、多結晶ｃ−ＢＮ膜のみの単層構造と
しても良いが、一般には基材上に中間層の下地層とし
て、基材および多結晶ｃ−ＢＮ膜との密着性が良好な層
を形成しておき、その下地層の上に中間層の上層として
ｃ−ＢＮ膜を形成することが好ましく、このようにする
ことによって基材に対するｃ−ＢＮ膜の密着性を高め、
ひいてはダイヤモンド膜の密着性をより向上させること
ができる。
ヤモンド膜と比較すれば各種材料の表面への密着性が良
好であり、したがって多結晶ｃ−ＢＮ膜を基材表面に直
接形成すること、すなわち基材と表面のダイヤモンド膜
との間の中間層を、多結晶ｃ−ＢＮ膜のみの単層構造と
しても良いが、一般には基材上に中間層の下地層とし
て、基材および多結晶ｃ−ＢＮ膜との密着性が良好な層
を形成しておき、その下地層の上に中間層の上層として
ｃ−ＢＮ膜を形成することが好ましく、このようにする
ことによって基材に対するｃ−ＢＮ膜の密着性を高め、
ひいてはダイヤモンド膜の密着性をより向上させること
ができる。
【００２２】この場合の下地層は、基材の種類に応じて
選択することができるが、通常は上層のｃ−ＢＮ層との
密着性やｃ−ＢＮ膜の生成の容易性等の観点から、ｃ−
ＢＮ以外の窒化ホウ素、例えば六方晶窒化ホウ素（ｈ−
ＢＮ）あるいは非晶質窒化ホウ素（アモルファスＢＮ）
を用いることが望ましく、これらのうちでもアモルファ
スＢＮが最も適当である。中間層の下地層として、アモ
ルファスＢＮやｈ−ＢＮを用いる場合、下地層と上層の
ｃ−ＢＮ膜とは、同じ方法を適用しつつ成膜条件を変え
るだけで続けて連続的に形成することができ、しかも同
じＢＮを用いているため下地層と上層のｃ−ＢＮ膜との
密着性を良好にすることができ、特に両層間を傾斜組成
として一体化することが容易に可能であり、この場合に
は、より一層両層の密着性を高めることができる。
選択することができるが、通常は上層のｃ−ＢＮ層との
密着性やｃ−ＢＮ膜の生成の容易性等の観点から、ｃ−
ＢＮ以外の窒化ホウ素、例えば六方晶窒化ホウ素（ｈ−
ＢＮ）あるいは非晶質窒化ホウ素（アモルファスＢＮ）
を用いることが望ましく、これらのうちでもアモルファ
スＢＮが最も適当である。中間層の下地層として、アモ
ルファスＢＮやｈ−ＢＮを用いる場合、下地層と上層の
ｃ−ＢＮ膜とは、同じ方法を適用しつつ成膜条件を変え
るだけで続けて連続的に形成することができ、しかも同
じＢＮを用いているため下地層と上層のｃ−ＢＮ膜との
密着性を良好にすることができ、特に両層間を傾斜組成
として一体化することが容易に可能であり、この場合に
は、より一層両層の密着性を高めることができる。
【００２３】この発明において、多結晶ｃ−ＢＮ膜とし
ては、結晶粒が微細であるほどダイヤモンド膜の核生成
密度を大きくすることができるが、一般にはｃ−ＢＮ膜
の結晶粒径は１μｍ（１０，０００オングストローム）
以下であればよく、さらには０．１μｍ（１，０００オ
ングストローム）以下であることが望ましい。このよう
な０．１μｍ以下の結晶粒径のｃ−ＢＮ膜は、前述のよ
うにＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法によって容易に得ること
ができる。
ては、結晶粒が微細であるほどダイヤモンド膜の核生成
密度を大きくすることができるが、一般にはｃ−ＢＮ膜
の結晶粒径は１μｍ（１０，０００オングストローム）
以下であればよく、さらには０．１μｍ（１，０００オ
ングストローム）以下であることが望ましい。このよう
な０．１μｍ以下の結晶粒径のｃ−ＢＮ膜は、前述のよ
うにＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法によって容易に得ること
ができる。
【００２４】なおｃ−ＢＮ膜の厚み、および中間層を積
層構造とする場合の下地層の厚みは、いずれも特に限定
しないが、通常はｃ−ＢＮ膜は０．０１〜０．１μｍ程
度、下地層は０．１〜１μｍ程度であれば良い。
層構造とする場合の下地層の厚みは、いずれも特に限定
しないが、通常はｃ−ＢＮ膜は０．０１〜０．１μｍ程
度、下地層は０．１〜１μｍ程度であれば良い。
【００２５】なおまた、ｃ−ＢＮ膜上への多結晶ダイヤ
モンド膜の生成のための気相合成法としては、プラズマ
ＣＶＤ法、その他各種のＣＶＤ法、あるいはＰＶＤ法を
用いることができるが、プラズマＣＶＤ法が最も適当で
ある。
モンド膜の生成のための気相合成法としては、プラズマ
ＣＶＤ法、その他各種のＣＶＤ法、あるいはＰＶＤ法を
用いることができるが、プラズマＣＶＤ法が最も適当で
ある。
【００２６】一方、基材の種類は目的とする用途に応じ
て選択すれば良く、いずれの基材の場合でも、この発明
によれば、多結晶ダイヤモンド膜を基材上に直接形成す
る場合よりも密着性が良好でかつ平滑性、緻密性に優れ
たダイヤモンド膜を形成することができる。
て選択すれば良く、いずれの基材の場合でも、この発明
によれば、多結晶ダイヤモンド膜を基材上に直接形成す
る場合よりも密着性が良好でかつ平滑性、緻密性に優れ
たダイヤモンド膜を形成することができる。
【００２７】
【実施例】図１に示すように、Ｓｉ基板からなる基材１
上に、積層構造の中間層２とて、下地層としてのアモル
ファスＢＮ層３および上層としての多結晶ｃ−ＢＮ膜４
をイオンビーム促進蒸着法によって連続して形成し、さ
らにその上にプラズマＣＶＤ法によって多結晶ダイヤモ
ンド膜５を形成した実施例を以下に示す。なおアモルフ
ァスＢＮ層およびｃ−ＢＮ膜の連続形成は、イオンプレ
ーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム促進蒸
着法等によって可能であるが、ここでは成膜条件を正確
に制御することが容易なイオンビーム促進蒸着法を適用
した。
上に、積層構造の中間層２とて、下地層としてのアモル
ファスＢＮ層３および上層としての多結晶ｃ−ＢＮ膜４
をイオンビーム促進蒸着法によって連続して形成し、さ
らにその上にプラズマＣＶＤ法によって多結晶ダイヤモ
ンド膜５を形成した実施例を以下に示す。なおアモルフ
ァスＢＮ層およびｃ−ＢＮ膜の連続形成は、イオンプレ
ーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム促進蒸
着法等によって可能であるが、ここでは成膜条件を正確
に制御することが容易なイオンビーム促進蒸着法を適用
した。
【００２８】図２に、イオンビーム促進蒸着法によって
中間層２、すなわちアモルファスＢＮ層３および多結晶
ｃ−ＢＮ膜４を形成する装置の概要を示す。図２に示さ
れるように、スパッタ用イオン源６からのイオンによっ
てホウ素焼結体からなるターゲット７をスパッタして、
ホルダ８に保持されたＳｉ基板１上に２，０００オング
ストローム／hrの速度でホウ素膜を形成しながら、これ
と同時にイオンボンバード用イオン源９によって窒素と
アルゴンの混合イオンビーム（イオン源への供給ガス流
量比Ｎ2 ／Ａｒ＝１）をＳｉ基板１上に照射し、イオン
ボンバードメントを行なった。ボンバードイオンの加速
電圧は５００Ｖ、基板温度は３５０℃とした。ここで、
ボンバードイオンの電流密度は、初期は２０μＡ／cm2
とし、１５分毎に４０μＡ／cm2 、６０μＡ／cm2 、８
０μＡ／cm2 、１００μＡ／cm2、と逐次増加させ、最
終的に１００μＡ／cm2 で２時間成膜させた。このよう
に電流密度を逐次増加させたのは、下層側のアモルファ
スＢＮと表面層側のｃ−ＢＮを傾斜組成で形成するため
であり、電流密度が２０〜６０μＡ／cm2 の段階では主
にアモルファスＢＮが形成され、８０μＡ／cm2 以上で
は主にｃ−ＢＮが形成され、最終的に１００μＡ／cm2
ではｃ−ＢＮのみが形成される。
中間層２、すなわちアモルファスＢＮ層３および多結晶
ｃ−ＢＮ膜４を形成する装置の概要を示す。図２に示さ
れるように、スパッタ用イオン源６からのイオンによっ
てホウ素焼結体からなるターゲット７をスパッタして、
ホルダ８に保持されたＳｉ基板１上に２，０００オング
ストローム／hrの速度でホウ素膜を形成しながら、これ
と同時にイオンボンバード用イオン源９によって窒素と
アルゴンの混合イオンビーム（イオン源への供給ガス流
量比Ｎ2 ／Ａｒ＝１）をＳｉ基板１上に照射し、イオン
ボンバードメントを行なった。ボンバードイオンの加速
電圧は５００Ｖ、基板温度は３５０℃とした。ここで、
ボンバードイオンの電流密度は、初期は２０μＡ／cm2
とし、１５分毎に４０μＡ／cm2 、６０μＡ／cm2 、８
０μＡ／cm2 、１００μＡ／cm2、と逐次増加させ、最
終的に１００μＡ／cm2 で２時間成膜させた。このよう
に電流密度を逐次増加させたのは、下層側のアモルファ
スＢＮと表面層側のｃ−ＢＮを傾斜組成で形成するため
であり、電流密度が２０〜６０μＡ／cm2 の段階では主
にアモルファスＢＮが形成され、８０μＡ／cm2 以上で
は主にｃ−ＢＮが形成され、最終的に１００μＡ／cm2
ではｃ−ＢＮのみが形成される。
【００２９】このようにして形成された中間層について
調べたところ、平滑でかつ緻密であり、しかもＳｉ基板
からの剥離や内部での剥離もなく、良好な密着性を示し
ていることが判明した。また赤外線吸収スペクトルおよ
び透過電子顕微鏡による観察の結果、生成された中間層
の表面層はｃ−ＢＮのみからなり、結晶粒径が１００〜
２００オングストロームと、極めて微細な多結晶組織と
なっていることが判明した。なお中間層のうち、下地層
のアモルファスＢＮ層の厚みは約２，０００オングスト
ローム、表面部分のｃ−ＢＮ膜の厚みは約５００オング
ストロームであった。
調べたところ、平滑でかつ緻密であり、しかもＳｉ基板
からの剥離や内部での剥離もなく、良好な密着性を示し
ていることが判明した。また赤外線吸収スペクトルおよ
び透過電子顕微鏡による観察の結果、生成された中間層
の表面層はｃ−ＢＮのみからなり、結晶粒径が１００〜
２００オングストロームと、極めて微細な多結晶組織と
なっていることが判明した。なお中間層のうち、下地層
のアモルファスＢＮ層の厚みは約２，０００オングスト
ローム、表面部分のｃ−ＢＮ膜の厚みは約５００オング
ストロームであった。
【００３０】次に、以上のようにして中間層２が形成さ
れた基板１を図３に示すようにマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置のホルダ１０に保持させ、２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を用いたマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって中
間層の上に多結晶ダイヤモンド膜を形成した。原料ガス
としては水素希釈メタンガス（メタン０．５％）を用
い、マイクロ波投入電力２kW、全圧０．６５Torr、基板
温度は８００℃とした。
れた基板１を図３に示すようにマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置のホルダ１０に保持させ、２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を用いたマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって中
間層の上に多結晶ダイヤモンド膜を形成した。原料ガス
としては水素希釈メタンガス（メタン０．５％）を用
い、マイクロ波投入電力２kW、全圧０．６５Torr、基板
温度は８００℃とした。
【００３１】その結果、粒径１，０００オングストロー
ム以下（核生成密度１０10〜１０11／cm2 に相当する）
以下の微細な結晶粒からなる平滑かつ緻密な膜が形成さ
れ、この膜についてラマン分光分析を行なった結果、ダ
イヤモンド膜であることが確認された。
ム以下（核生成密度１０10〜１０11／cm2 に相当する）
以下の微細な結晶粒からなる平滑かつ緻密な膜が形成さ
れ、この膜についてラマン分光分析を行なった結果、ダ
イヤモンド膜であることが確認された。
【００３２】比較のため、従来の通常の方法によってダ
イヤモンドペーストを用いて傷付け処理を行なったＳｉ
基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって上記と
同じ条件で直接ダイヤモンド膜を成膜させる実験を行な
ったが、この場合にはダイヤモンド膜の結晶粒径は８，
０００〜１２，０００オングストロームと粗大であるこ
とが確認された。
イヤモンドペーストを用いて傷付け処理を行なったＳｉ
基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって上記と
同じ条件で直接ダイヤモンド膜を成膜させる実験を行な
ったが、この場合にはダイヤモンド膜の結晶粒径は８，
０００〜１２，０００オングストロームと粗大であるこ
とが確認された。
【００３３】以上の結果から、この発明に従ってｃ−Ｂ
Ｎ膜上にダイヤモンド膜を成膜した場合には、直接基板
上にダイヤモンド膜を成膜した場合と比較して、格段に
結晶粒径が小さく、緻密で平滑なダイヤモンド膜を生成
し得ることが明らかである。
Ｎ膜上にダイヤモンド膜を成膜した場合には、直接基板
上にダイヤモンド膜を成膜した場合と比較して、格段に
結晶粒径が小さく、緻密で平滑なダイヤモンド膜を生成
し得ることが明らかである。
【００３４】
【発明の効果】この発明のダイヤモンド被覆体は、表面
が多結晶ダイヤモンド膜で覆われたダイヤモンド被覆体
として、多結晶ダイヤモンド膜の結晶粒径が著しく微細
であって、そのダイヤモンド膜の表面平滑性、緻密性に
優れるとともに密着性が優れており、また上述のように
緻密性に優れていて、不純物相も少ないところから、ダ
イヤモンド膜における光の透過性も優れるとともに、熱
伝導率も充分に高い。
が多結晶ダイヤモンド膜で覆われたダイヤモンド被覆体
として、多結晶ダイヤモンド膜の結晶粒径が著しく微細
であって、そのダイヤモンド膜の表面平滑性、緻密性に
優れるとともに密着性が優れており、また上述のように
緻密性に優れていて、不純物相も少ないところから、ダ
イヤモンド膜における光の透過性も優れるとともに、熱
伝導率も充分に高い。
【００３５】したがってこの発明のダイヤモンド被覆体
は、ダイヤモンド膜を硬質コーティング膜あるいは保護
膜とした各種工具、精密部品、あるいはレンズや窓部材
等の光学部品として最適であり、また半導体ヒートシン
ク等の伝熱部材としても有用であり、さらには半導体と
しても使用可能である。
は、ダイヤモンド膜を硬質コーティング膜あるいは保護
膜とした各種工具、精密部品、あるいはレンズや窓部材
等の光学部品として最適であり、また半導体ヒートシン
ク等の伝熱部材としても有用であり、さらには半導体と
しても使用可能である。
【００３６】そしてまたこの発明の製造方法によれば、
気相合成法により多結晶ダイヤモンド膜を成膜したまま
の状態で表面の平滑性が優れるため、従来のようにダイ
ヤモンド膜成膜後に特にプラズマエッチング等の平滑化
処理を施す必要がなく、そのため平滑化処理によって基
材が損傷したりすることがなく、また工程的にも簡単化
される。
気相合成法により多結晶ダイヤモンド膜を成膜したまま
の状態で表面の平滑性が優れるため、従来のようにダイ
ヤモンド膜成膜後に特にプラズマエッチング等の平滑化
処理を施す必要がなく、そのため平滑化処理によって基
材が損傷したりすることがなく、また工程的にも簡単化
される。
【図１】この発明の一実施例のダイヤモンド被覆体を示
す模式的な断面図である。
す模式的な断面図である。
【図２】この発明の実施例において、中間層をイオンビ
ーム促進蒸着法により成膜する状況を示す略解図であ
る。
ーム促進蒸着法により成膜する状況を示す略解図であ
る。
【図３】この発明の実施例において、多結晶ダイヤモン
ド膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜する状況
を示す略解図である。
ド膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜する状況
を示す略解図である。
１ 基材（Ｓｉ基板） ２ 中間層 ３ アモルファスＢＮ層（下地層） ４ ｃ−ＢＮ膜 ５ 多結晶ダイモンド膜
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも表面部分が立方晶窒化ホウ素
の多結晶膜からなる中間層が基材上に形成され、その中
間層の表面に接するように多結晶ダイヤモンド膜が形成
されていることを特徴とするダイヤモンド被覆体。 - 【請求項２】 前記中間層が、その表面部分を構成する
前記立方晶窒化ホウ素多結晶膜と、基材および立方晶窒
化ホウ素に対する密着性の良好な下地層とを積層した構
成とされている、請求項１に記載のダイヤモンド被覆
体。 - 【請求項３】 前記下地層として、アモルファス窒化ホ
ウ素膜もしくは六方晶窒化ホウ素膜が用いられている、
請求項２に記載のダイヤモンド被覆体。 - 【請求項４】 前記中間層の全体が、前記立方晶窒化ホ
ウ素多結晶膜で構成されている、請求項１に記載のダイ
ヤモンド被覆体。 - 【請求項５】 前記中間層の立方晶窒化ホウ素多結晶膜
の結晶粒径が１μｍ以下である、請求項１に記載のダイ
ヤモンド被覆体。 - 【請求項６】 基材上に、少なくとも表面部分が立方晶
窒化ホウ素の多結晶膜からなる中間層を形成した後、そ
の中間層表面に気相合成法によって多結晶ダイヤモンド
膜を生成させることを特徴とするダイヤモンド被覆体の
製造方法。 - 【請求項７】 前記中間層を形成するにあたって、先ず
基材表面にアモルファス窒化ホウ素膜もしくは六方晶窒
化ホウ素膜を形成し、その上に立方晶窒化ホウ素の多結
晶膜を形成する、請求項６に記載のダイヤモンド被覆体
の製造方法。 - 【請求項８】 前記立方晶窒化ホウ素の多結晶膜を、イ
オンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビー
ム促進蒸着法のいずれかによって生成させる、請求項６
に記載のダイヤモンド被覆体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07884893A JP3252926B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | ダイヤモンド被覆体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07884893A JP3252926B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | ダイヤモンド被覆体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264264A true JPH06264264A (ja) | 1994-09-20 |
| JP3252926B2 JP3252926B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=13673253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07884893A Expired - Fee Related JP3252926B2 (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | ダイヤモンド被覆体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3252926B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10130865A (ja) * | 1996-09-06 | 1998-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 |
| US6572936B1 (en) | 1996-06-09 | 2003-06-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hard carbon film-coated substrate and method for fabricating the same |
| EP3577657A1 (en) * | 2017-02-01 | 2019-12-11 | Malcolm Robert Snowball | High dielectric strength insulator |
| WO2020089648A3 (en) * | 2018-11-01 | 2020-08-13 | Ultra Biotecs Limited | Applications for diamond coated boron nitride |
| CN111710752A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-25 | 吉林大学 | 基于立方氮化硼厚膜的msm型深紫外光电探测器及制备方法 |
| CN117051475A (zh) * | 2022-05-07 | 2023-11-14 | 常州第六元素半导体有限公司 | 一种自支撑多晶金刚石制备方法 |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP07884893A patent/JP3252926B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6572936B1 (en) | 1996-06-09 | 2003-06-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hard carbon film-coated substrate and method for fabricating the same |
| JPH10130865A (ja) * | 1996-09-06 | 1998-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 硬質炭素被膜基板及びその形成方法 |
| EP3577657A1 (en) * | 2017-02-01 | 2019-12-11 | Malcolm Robert Snowball | High dielectric strength insulator |
| WO2020089648A3 (en) * | 2018-11-01 | 2020-08-13 | Ultra Biotecs Limited | Applications for diamond coated boron nitride |
| GB2582044A (en) * | 2018-11-01 | 2020-09-09 | Ultra Biotecs Ltd | Applications for diamond coated boron nitride |
| CN111710752A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-25 | 吉林大学 | 基于立方氮化硼厚膜的msm型深紫外光电探测器及制备方法 |
| CN117051475A (zh) * | 2022-05-07 | 2023-11-14 | 常州第六元素半导体有限公司 | 一种自支撑多晶金刚石制备方法 |
| CN117051475B (zh) * | 2022-05-07 | 2026-04-21 | 常州第六元素半导体有限公司 | 一种自支撑多晶金刚石制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3252926B2 (ja) | 2002-02-04 |
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