JPH1095695A

JPH1095695A - ダイヤモンド自立膜の製造方法

Info

Publication number: JPH1095695A
Application number: JP26912096A
Authority: JP
Inventors: Michifumi Nika; 通文丹花; Masaru Inoue; 勝井上; Yoshio Uchiyama; 義夫内山
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 1998-04-14
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: JP3138222B2

Abstract

(57)【要約】【課題】気相合成法を用いてダイヤモンド自立膜を得よ
うとする場合、基体を除去する必要がない簡易な製造方
法を提供することを目的とする。また、ダイヤモンド自
立膜を二段成膜によって作成しようとする場合、ダイヤ
モンド第２被覆層の、ダイヤモンド第１被覆層との密着
面側の研磨が不必要な製造方法を提供する。【解決手段】（ａ）基体に微細凹凸を形成する第１工程
と、（ｂ）前記微細凹凸を有する基体の表面にダイヤモ
ンド第１被覆層を気相合成法により形成し前記基体の表
面を前記被覆層で被覆する第２工程と、（ｃ）前記被覆
第１層より結晶密度が高いダイヤモンドで形成されたダ
イヤモンド被覆第２層で前記第１被覆層の表面を被覆す
る第３工程と、（ｄ）前記第２被覆層の析出面側を研磨
する第４工程と、（ｅ）基体を除去する第５工程と、
（ｆ）前記第１層の、基体面との密着面側を研磨するこ
とにより、上記被覆第１層を除去し、上記被覆第２層の
裏面を平坦にする第６工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相合成法により
合成されたダイヤモンド自立膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気相合成法によりダイヤモンド自
立膜を形成する方法が各種提案されている。ダイヤモン
ド被覆層と基体との密着強度を上げるため、酸などエッ
チングによる化学反応を利用したものや、研磨砥粒など
による物理的に加工することにより基体の表面に微細凹
凸を形成する方法などが提案されている（特開平７−３
１５９８９号公報）。

【０００３】気相合成法によるダイヤモンド自立膜は成
長欠陥や真性の歪みに起因して引張り応力が発生する。
そのため、自立膜に反りが生じる。そのため、平坦な自
立膜の製造方法としては基体を除去したときに成長面側
が凸に反る条件で合成したダイヤモンド凸型膜と基体を
除去したときに成長面側が凹に反る条件で合成したダイ
ヤモンド凹型膜とを気相合成法によって形成した後、基
体を除去することによりダイヤモンド自立膜を製造する
方法などが提案されている（特開平７−２１５７９
６）。なお、ダイヤモンド自立膜は各種半導体デバイス
用のヒートシンクや耐摩部材などの用途をもっている。
ここで自立膜というのは、それだけで膜形状を保持でき
る膜を言い、その他の材料からなる基板に付着して膜形
状が保たれているものを含まないものとする。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】ダイヤモンド自立膜を気相合
成法を用いて形成するに際し、ダイヤモンド被覆層の析
出面側を研磨する必要があり、高速研磨が必要となって
くるので、ダイヤモンド被覆層と基体との密着性が低い
とダイヤモンド被覆層の剥離が発生するため、ダイヤモ
ンド被覆層と基体との密着強度が問題となってくる。

【０００５】一方でダイヤモンド自立膜を製造する場
合、自立膜に反りが生じるため、平坦なダイヤモンド自
立膜を得ようとする場合に、かかる反りを減少させるよ
うな、より効率的な方法が必要となってくる。

【０００６】また、気相合成法を用いてダイヤモンド自
立膜を得ようとすると、通常基体の上にダイヤモンドの
膜を形成するため、ダイヤモンド自立膜を得ようとする
場合、基体を除去する必要があり、除去するのに日数が
かかってしまうという問題があった。

【０００７】ダイヤモンド自立膜を二段成膜によって作
成しようとする場合、ダイヤモンド第２被覆層の、ダイ
ヤモンド第１被覆層との密着面（以下「裏面」とい
う。）側の研磨が必要である場合、前記第２層は非常に
固いため研磨が困難であった。本発明は上記の問題を解
決することを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決すべき手段】本発明の、気相合成法による
ダイヤモンド自立膜の製造方法は、（ａ）基体に微細凹
凸を形成する第１工程と、（ｂ）前記微細凹凸を有する
基体の表面にダイヤモンド第１被覆層を気相合成法によ
り形成し前記基体の表面を前記被覆層で被覆する第２工
程と、（ｃ）前記被覆第１層より結晶密度が高いダイヤ
モンドで形成されたダイヤモンド被覆第２層で前記第１
被覆層の表面を被覆する第３工程と、（ｄ）前記第２被
覆層の析出面側を研磨する第４工程と、（ｅ）基体を除
去する第５工程と、（ｆ）前記第１層の、基体面との密
着面側を研磨することにより、上記被覆第１層を除去
し、上記被覆第２層の裏面を平坦にする第６工程からな
ることを特徴とする。

【０００９】また、第２工程において、メタン５〜１０
ｖｏｌ％、水素９０〜９５ｖｏｌ％のガスと、第３工程
においてメタン０．１〜３ｖｏｌ％、水素９７〜９９．
９ｖｏｌ％からなる混合ガスを反応させる気相合成法に
よって、前記ダイヤモンド被覆層を形成することも望ま
しい。

【００１０】さらに、第５工程において前記基体をＣｏ
の含有量が１％未満のバインダレス超硬を基体として使
用することも好ましく、第５工程において前記基体をＣ
ｏの含有量が１〜５％である超硬体を基体として使用す
ることも好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】ダイヤモンド自立膜を製造する際
においては、基体にＣｏ含有量が１重量％未満のバイン
ダレス超硬体又はＣｏを１〜５重量％含有している超硬
体を用いる。Ｃｏが含有されていることにより熱伝導率
が低下するものの、ヒートシンクとして用いる場合には
高い値を有していると考えられる。また、ダイヤモンド
自立膜を製造する際に、基体を除去する必要がある。そ
の場合、Ｃｏを含有する基体を使用する場合には、基体
を除去する際かなり早く剥離するから、製造日数の短縮
を図ることができる。

【００１２】基体の放電加工面にはレーザーなどを用い
て微細凹凸を形成する。また、ワイヤー放電を用いても
よい。この微細凹凸が形成されることにより基体とダイ
ヤモンド被覆層との密着性が向上するという効果があ
る。また、平坦な自立膜を得ようとする場合、ダイヤモ
ンド被覆層の表面を研磨する必要があるため、ダイヤモ
ンド被覆層と基体との密着強度が向上することにより、
高速での研磨が可能になるという特徴を有する。また微
細凹凸の形状は公知形状でよく、例えばレーザーを用い
て微細スリットを形成する場合には、井形や波形などで
もよい。

【００１３】さらに、前記基体を使用することにより、
ダイヤモンド自立膜を形成する際、かかる膜が反りを生
じるという問題があったが、微細凹凸が形成されること
により応力が分散され、機械的に反りの発生を止めるこ
とができる。そのため平坦な自立膜を製造することが容
易になる

【００１４】次に、前記基体を使用してマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法で、最初に５〜１０ｖｏｌ％、水素９０〜
９５ｖｏｌ％のメタン濃度の高い気体を用いて、ダイヤ
モンド被覆第１層を形成する。この高メタン濃度成膜が
形成されることにより、核の発生が多く短時間で上記基
体の微細凹凸部を被覆することが可能となる利点があ
る。

【００１５】前記高メタン濃度成膜は結晶密度が低いた
め軟らかいという性質を有する。そのため、ダイヤモン
ド自立膜を得ようとした場合、裏面を研磨する際に軟ら
かく除去しやすいという特徴を有する。

【００１６】さらに前記高メタン濃度成膜の表面に、メ
タン濃度が０．１〜３ｖｏｌ％、水素９７〜９９．９％
の気体を用いてダイヤモンド第２被覆層を形成する。
尚、ダイヤモンド第２被覆層の形成方法としては、メタ
ン濃度が０．１〜３ｖｏｌ％であるという条件を除け
ば、高メタン濃度成膜の形成条件と同じである。

【００１７】ダイヤモンド第２被覆層の表面を、基体に
付着したままで析出面側の研磨を行う。研磨方法として
は公知方法を用いて行う。

【００１８】次の工程として、ダイヤモンド自立膜とす
るために基体の除去を行う。除去方法としては上記基体
をＨＦ＋ＨＮＯ3の混酸を用いて腐食させる方法で剥離
させることとした。Ｃｏが含有されている場合、従来よ
りも早く剥離することが確認された。

【００１９】最後にダイヤモンド第１被覆層を除去し、
裏面の研磨を行う。ダイヤモンドの熱伝導は格子振動に
よるが、核発生面側においては粒界が多く、不純物（非
ダイヤモンド炭素など）が多いことから熱伝導率が低下
するという欠点があった。そのため、裏面を研磨するこ
とによって熱伝導率の低下が防止できるという利点を有
する。

【００２０】本発明では、Ｃｏの含有量が１重量％未満
のバインダレス超硬体を使用することで熱伝導率の高い
ダイヤモンド自立膜を得ることができる。一方、本発明
においては、Ｃｏを１〜５重量％含有する超硬体を基体
に用いることにより熱伝導率の低下は多少見られるが、
ヒートシンク用としては十分な性能を有していると考え
られる一方、ダイヤモンド自立膜を形成する際に、基体
の剥離時間が短縮することができる。そのため製造効率
が高くなる。

【００２１】前記基体の表面に微細凹凸を形成すること
により基体とダイヤモンド被覆層との密着性が高くな
り、ダイヤモンド被覆層を平坦にするために高速で研磨
する際の前記被覆層と基体との密着強度が向上する。

【００２２】ダイヤモンド第１被覆層に高メタン成膜を
形成することにより、核発生が多く短時間で微細凹凸部
分までダイヤモンド被覆膜で覆うことができる。また、
自立膜とした後、前記第１被覆層を研磨する際に軟らか
いため除去しやすく、自立膜の形成が容易になる。

【００２３】

【実施例】以下、図１を参照しながら本発明を詳細に説
明する。（実施例１）（基体の作成）基体の材料としては超硬合
金やセラミックスなどのようにダイヤモンド膜の気相合
成法に耐え得るものを用いることができる。本発明にお
いてはＷＣを主成分とするバインダレス（バインダーを
添加していない）超硬基体を用い、Ｃｏの含有量が重量
％で１％未満のものを用いる。作成方法は、原料粉末と
してＷＣ粉末、Ｃｏ粉末を、焼結後に上記組成となるよ
うにこれらの原料粉末を配合して、湿式混合をし、乾燥
させた後、放電燒結法を用い、黒煙型に粉末を入れ６０
０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を加えながら、１５３０゜Ｃの温
度で６〜１０分間燒結し、上記燒結体を製造した。

【００２４】（微細凹凸の形成−第１工程）前記基体の
放電加工面に微細凹凸を形成する。本発明においては微
細スリットを形成した。かかる場合の形成方法としてレ
ーザーを用いて幅が５０μｍ、深さが１０μｍ、間隔は
２００μｍ程度が好ましい。尚レーザーの種類としては
公知のものでよく、例えばＹＡＧレーザー等でもよい。

【００２５】（ダイヤモンド第１被覆層形成−第２工
程）マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、前記基体を用
いて、以下の条件で気相合成法でダイヤモンド自立膜を
形成することとした。基体温度７００℃ 圧力７０ｔｏｒｒマイクロ波１２００Ｗまた、原料ガスにはメタン１０ｖｏｌ％、水素９０ｖｏ
ｌ％の混合ガスを用いた。ダイヤモンド膜の成長速度は
２μｍ／ｈｒであった。以上の条件で高メタン濃度成膜
を５０μｍのダイヤモンド膜を形成した。

【００２６】（ダイヤモンド第２被覆層−第３工程）次
に基本温度を９１０゜Ｃとして原料ガスがメタン１ｖｏ
ｌ％、水素９９ｖｏｌ％のガスを用いて行った。ダイヤ
モンド膜の成長速度は２μｍ／ｈｒであった。以上の条
件で３００μｍのダイヤモンド膜を形成した。

【００２７】（析出面の研磨−第４工程）ダイヤモンド
被覆層を基体に付着させたまま、ダイヤモンド第２被覆
層の析出面側の研磨を行った。

【００２８】（基体の除去−第５工程）次に基体の除去
を行う。除去の方法としてはフッ化水素酸（ＨＦ）と硝
酸（ＨＮＯ3）の混合酸を使用する。従来Ｃｏを含有し
ていないバインダレス超硬基体を使用していた場合、剥
離時間は約７日必要となるのに対し、Ｃｏを含有してい
る場合は２〜３日で剥離することが確認された。

【００２９】（裏面の研磨−第６工程）析出面の研磨と
同様の条件でダイヤモンド第１被覆層を除去した後、ダ
イヤモンド第２被覆層の裏面についても研磨を行う。ま
た、裏面の研磨を行った場合と研磨を行わなかった場合
との比較を行った。その結果を図２に示す。図２から両
面研磨を行ったものは熱電導率が優れていた。

【００３０】（熱伝導率の測定）熱伝導率の測定には以
下の方法で行った。光交流法熱定数測定装置（ＰＩＴ−
Ｒ２型真空理工株式会社製）を用いて、Ｃｏの含有量が
１重量％未満の超硬基体試料を使用して作成されたダイ
ヤモンド自立膜の熱拡散率を測定し、熱伝導率を求め
た。以上の実施例１の結果をまとめたものを表１に示
す。

【００３１】（実施例２〜１３）基体の材料としてＣｏ
の含有量を変化させた超硬基体を作成し、基体として使
用した以外は実施例１と同様の条件で試料を作成し、実
施例１と同様の条件で熱伝導率を測定した。その結果を
表１に示す。本発明の方法によって得られたダイヤモン
ド自立膜の製造方法に熱伝導率はいずれも比較例よりも
優れた値を示している。

【００３２】

【００３３】

【発明の効果】本発明によってバインダレス超硬を用い
ることによって熱伝導率の高いダイヤモンド自立膜を容
易に製造することができる。

【００３４】また本発明ではＣｏを１〜５重量％含有す
る超硬体を基体に用いることによって、多少、ダイヤモ
ンド自立膜の熱伝導率の低下が見られたもののヒートシ
ンク用としては高い値を示しているうえ、ダイヤモンド
被覆層と基体との剥離時間の短縮が可能となり製造効率
が向上する。

【００３５】レーザー等を用いて微細凹凸を形成するこ
とにより基体とダイヤモンド被覆層との密着性が高ま
り、ダイヤモンド第２被覆層の析出面を研磨する場合
に、ダイヤモンド被覆層と基体との密着強度性に優れる
ため、研磨が容易になる。

【００３６】ダイヤモンド第１被覆層に高濃度メタン成
膜を作成することにより短時間で微細凹凸部分の被覆が
可能となり、また、前記第１被覆層を研磨によって除去
する際に、高濃度メタン成膜が存在することにより、か
かる膜は軟らかいため除去が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を示した工程図である。

【図２】メタン濃度を変化させたときの熱伝導率の変化
を示したグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相合成法によるダイヤモンド自立膜の製
造方法であって、（ａ）基体に微細凹凸を形成する第１
工程と、（ｂ）前記微細凹凸を有する基体の表面にダイ
ヤモンド第１被覆層を気相合成法により形成し前記基体
の表面を前記被覆層で被覆する第２工程と、（ｃ）前記
被覆第１層より結晶密度が高いダイヤモンドで形成され
たダイヤモンド被覆第２層で前記第１被覆層の表面を被
覆する第３工程と、（ｄ）前記第２被覆層の析出面側を
研磨する第４工程と、（ｅ）基体を除去する第５工程
と、（ｆ）前記第１層の、基体面との密着面側を研磨す
ることにより、上記被覆第１層を除去し、上記被覆第２
層の裏面を平坦にする第６工程からなるダイヤモンド自
立膜の製造方法。
【請求項２】第２工程において、メタン５〜１０ｖｏｌ
％、水素９０〜９５ｖｏｌ％のガスと、第３工程におい
てメタン０．１〜３ｖｏｌ％、水素９７〜９９．９ｖｏ
ｌ％からなる混合ガスを反応させる気相合成法によっ
て、前記ダイヤモンド被覆層を形成する請求項１に記載
されるダイヤモンド自立膜の製造方法。
【請求項３】第５工程において前記基体をＣｏの含有量
が１％未満のバインダレス超硬を基体として使用するこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載するダイヤモンド
自立膜の製造方法。
【請求項４】第５工程において前記基体をＣｏの含有量
が１〜５％である超硬体を基体として使用することを特
徴とする請求項１又は２に記載するダイヤモンド自立膜
の製造方法。