JPS60231498A - ダイヤモンド低圧合成法 - Google Patents
ダイヤモンド低圧合成法Info
- Publication number
- JPS60231498A JPS60231498A JP8805284A JP8805284A JPS60231498A JP S60231498 A JPS60231498 A JP S60231498A JP 8805284 A JP8805284 A JP 8805284A JP 8805284 A JP8805284 A JP 8805284A JP S60231498 A JPS60231498 A JP S60231498A
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- hydrogen
- pressure
- low
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体等の基板上にダイヤモンドを析出させ
る方法に関する。
る方法に関する。
ダイヤモンドは最も硬度の大きい物質として知られてい
るが、硬度以外の点でも、電気的に高絶縁体（比抵抗１
０１２Ω・ｃｒｎ）であシながら熱の良導体（常温で銅
の６倍）であり、また紫外から赤外までに及ぶ広範囲の
光に対して透明であり、化学的にも安定であるなど、機
能材料として優れた特性を持っている。
るが、硬度以外の点でも、電気的に高絶縁体（比抵抗１
０１２Ω・ｃｒｎ）であシながら熱の良導体（常温で銅
の６倍）であり、また紫外から赤外までに及ぶ広範囲の
光に対して透明であり、化学的にも安定であるなど、機
能材料として優れた特性を持っている。
ダイヤモンドは現在、主として筒圧法により合成されて
いる。高圧法とは、１５００℃以上の高温、６万気圧以
上の高圧条件下で黒鉛の結晶転移により合成する方法で
ある。この方法によシ粒子状ダイヤモンドが合成でき、
これらは研摩材、工具等に利用されている。
いる。高圧法とは、１５００℃以上の高温、６万気圧以
上の高圧条件下で黒鉛の結晶転移により合成する方法で
ある。この方法によシ粒子状ダイヤモンドが合成でき、
これらは研摩材、工具等に利用されている。
これに対し、最近、１気圧以下の低圧条件下でもダイヤ
モンドが合成できる低圧法が示された（下の註参照）。
モンドが合成できる低圧法が示された（下の註参照）。
低圧法では粒子に限らず膜状ダイヤモンドの合成も可能
であシ、幅広い応用が考えられる。その一つは、半導体
素子の放熱基板への応用である。ＩＣの高集積化に伴い
半導体装置の三次元化が推進されているが、このために
は半導体素子をつなぐと共に、素子で発生した熱を速や
かに外へ伝える絶縁材料が必要で、それにはダイヤモン
ド膜が最適である。
であシ、幅広い応用が考えられる。その一つは、半導体
素子の放熱基板への応用である。ＩＣの高集積化に伴い
半導体装置の三次元化が推進されているが、このために
は半導体素子をつなぐと共に、素子で発生した熱を速や
かに外へ伝える絶縁材料が必要で、それにはダイヤモン
ド膜が最適である。
（註）
（１）昭和５８年１０月５日新技術開発事業団主催のダ
イヤモンド低圧合成に関する説明会における科学技術庁
無機材質研究所瀬高信雄報告「ダイヤモンド膜の低圧気
相合成技術」の配布資料（２）１９８３年４月４日応用
物理学会における科学技術庁無機材質研究所加茂原料、
瀬高信雄発表「マイクロ波プラズマ法による膜状ダイヤ
モンドの合成」、講演予稿集第２１５頁 （３１Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ。
イヤモンド低圧合成に関する説明会における科学技術庁
無機材質研究所瀬高信雄報告「ダイヤモンド膜の低圧気
相合成技術」の配布資料（２）１９８３年４月４日応用
物理学会における科学技術庁無機材質研究所加茂原料、
瀬高信雄発表「マイクロ波プラズマ法による膜状ダイヤ
モンドの合成」、講演予稿集第２１５頁 （３１Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ。
ｖｏｌ、 ２１． Ａ４ 、 Ａｐｒｉｌ １９８２．
ｐｐ、Ｌ１８３−Ｌ１８５第２図に既に発表されたダ
イヤモンド低圧合成技術を示す。メタン（濃度工ないし
数％）、残り水素の混合ガス１が反応管２に供給される
。反応管２は真空＝ｅ７ｆ９により数十Ｔｏｒｒに減圧
されている。マイクロ波発振器５で発生したマイクロ波
はアイソレータ６で波形が調整され、ノ９ワーモニタ７
で出力が測定された後、導波管１５を通って反応管２に
送られる。このマイクロ波によってメタンと水素との上
記混合ガスがプラズマ化され、その分解によって生成し
た励起炭素が反応管２内の台座４上のシリコンウエノ・
等の基板３の上にダイヤモンド結晶を析出させる。排ガ
スは真空ポンプ９によって系外に排気される。上記の反
応時にシリコンウエノ・等の基板３はメタン−水素プラ
ズマによシフ００〜９００℃とに加熱される。
ｐｐ、Ｌ１８３−Ｌ１８５第２図に既に発表されたダ
イヤモンド低圧合成技術を示す。メタン（濃度工ないし
数％）、残り水素の混合ガス１が反応管２に供給される
。反応管２は真空＝ｅ７ｆ９により数十Ｔｏｒｒに減圧
されている。マイクロ波発振器５で発生したマイクロ波
はアイソレータ６で波形が調整され、ノ９ワーモニタ７
で出力が測定された後、導波管１５を通って反応管２に
送られる。このマイクロ波によってメタンと水素との上
記混合ガスがプラズマ化され、その分解によって生成し
た励起炭素が反応管２内の台座４上のシリコンウエノ・
等の基板３の上にダイヤモンド結晶を析出させる。排ガ
スは真空ポンプ９によって系外に排気される。上記の反
応時にシリコンウエノ・等の基板３はメタン−水素プラ
ズマによシフ００〜９００℃とに加熱される。
上記した方法によれば、数時間で数μｍ径又は厚の粒子
状ないし膜状ダイヤモンドの合成が可能であるが、しか
しながら、メタンと水素を同時にプラズマ分解するので
水素ラジカル、水嵩イオン以外に炭素ラジカル、炭素イ
オンも生成し、シリコンウェハ等の基板がエツチングあ
るいはスバ、タリングされてシリコンカーバイトが生成
し易い。
状ないし膜状ダイヤモンドの合成が可能であるが、しか
しながら、メタンと水素を同時にプラズマ分解するので
水素ラジカル、水嵩イオン以外に炭素ラジカル、炭素イ
オンも生成し、シリコンウェハ等の基板がエツチングあ
るいはスバ、タリングされてシリコンカーバイトが生成
し易い。
このため、ダイヤモンド生成の結晶核となる励起炭素が
消費されてし一部いダイヤモンドの成長が抑制されると
いう欠点があった。
消費されてし一部いダイヤモンドの成長が抑制されると
いう欠点があった。
本発明は前記した既提案技術の欠点を改善するためにな
されたものであシ、その目的はシリコンカーバイトの生
成を抑制し、ダイヤモンドを効率よく成長させるダイヤ
モンド低圧合成法を提供することにある。
されたものであシ、その目的はシリコンカーバイトの生
成を抑制し、ダイヤモンドを効率よく成長させるダイヤ
モンド低圧合成法を提供することにある。
本発明のダイヤモンド低圧合成法は、低圧の反応容器内
で水素ガスのみをプラズマにょシ分解して水素ラジカル
等の励起水素原子をっくシ、次にこの励起水素原子に炭
化水素を接触させることによシ炭化水素を分解して炭化
水素ラジカルを生成せしめ、この炭化水素ラジカルをシ
リコンウェハ等の基板上に吸着させて熱分解にょシ該炭
化水素うジカル中の残存する水素原子を分離してダイヤ
モンドを生成するものである。
で水素ガスのみをプラズマにょシ分解して水素ラジカル
等の励起水素原子をっくシ、次にこの励起水素原子に炭
化水素を接触させることによシ炭化水素を分解して炭化
水素ラジカルを生成せしめ、この炭化水素ラジカルをシ
リコンウェハ等の基板上に吸着させて熱分解にょシ該炭
化水素うジカル中の残存する水素原子を分離してダイヤ
モンドを生成するものである。
第１図に本発明の実施に用いた装置の例を示す。
水素がス１０が反応管１４の上方に導入される。
この水素ガスは反応管１４内でマイクロ波発振器５から
第２図と同様１（シて送られたマイクロ波によシ励起さ
れ水素プラズマ１２を生成する。
第２図と同様１（シて送られたマイクロ波によシ励起さ
れ水素プラズマ１２を生成する。
一方、この水素プラズマ発生面バよシ下流側において、
メタンがス１１がメタン供給管１６よシ反応器１４にプ
ラズマ化されてｂない状態で入る。
メタンがス１１がメタン供給管１６よシ反応器１４にプ
ラズマ化されてｂない状態で入る。
このメタンガスはシリコンウェハ等の基板３の上方部で
上記の励起水素原子と反応しメタンの構成元素である水
素が一部除去されてメチル、メチレン、メチン等の炭化
水素ラジカルを生成する。こレラ炭化水素ラジカルは、
シリコンウェハ等の基板３に吸着された後、ヒータ１３
による加熱又は励起水素原子等の作用を受けてさらにこ
れら炭化水素ラジカル中に残存する水素原子が除去され
、ダイヤモンド又はグラファイトの結晶核を形成する。
上記の励起水素原子と反応しメタンの構成元素である水
素が一部除去されてメチル、メチレン、メチン等の炭化
水素ラジカルを生成する。こレラ炭化水素ラジカルは、
シリコンウェハ等の基板３に吸着された後、ヒータ１３
による加熱又は励起水素原子等の作用を受けてさらにこ
れら炭化水素ラジカル中に残存する水素原子が除去され
、ダイヤモンド又はグラファイトの結晶核を形成する。
これら結晶核のうちグラファイトの結晶核はラジカル等
の励起水素原子又は水素分子と反応し易いので選択的に
これと反応してメタンを生成して除去され、ダイヤモン
ドだけが基板３上に成長する。
の励起水素原子又は水素分子と反応し易いので選択的に
これと反応してメタンを生成して除去され、ダイヤモン
ドだけが基板３上に成長する。
以下、本発明の具体的実施例を説明する。
〔実施例１〕
内径１３割、長さ３００ｗＲの石英ガラス管に水素及び
メタンの供給管を設けた第１図に示す構成の装置を用い
、上述したように水素だけをプラズマ化し、基板をヒー
タにより加熱する方法でダイヤモンドの析出実験を行な
った。基板には［ｏＯ：］面のシリコンウェハを用いた
。表ＩＫ実験条件を示す。
メタンの供給管を設けた第１図に示す構成の装置を用い
、上述したように水素だけをプラズマ化し、基板をヒー
タにより加熱する方法でダイヤモンドの析出実験を行な
った。基板には［ｏＯ：］面のシリコンウェハを用いた
。表ＩＫ実験条件を示す。
表１ 実験条件
圧力は５ Ｔｏｒｒ刻み、基板温度はｌ ００’刻み、
時間はｌｈｒ刻みで変えた値で実験した。マイクロ波は
４０Ｗ又は１００Ｗとした。
時間はｌｈｒ刻みで変えた値で実験した。マイクロ波は
４０Ｗ又は１００Ｗとした。
実＃終了後、シリコンウェハ表面をＳＥＭによシ観察し
たところ第３図に示したように約１μｍ径の角ばった析
出物が見られ＊、 （第３図は反応時間３ｈｒのもの）
。析出物の形状や大きさは析出条件によって変化するが
表１に示した実験条件の範囲内でいずれの場合にも析出
物が得られた。析出物の電子線回折像の解析によ請求め
た結晶の各面間距離は立方晶ダイヤモンドの各面間距離
に一致し、析出物はダイヤモンドであると判定される。
たところ第３図に示したように約１μｍ径の角ばった析
出物が見られ＊、 （第３図は反応時間３ｈｒのもの）
。析出物の形状や大きさは析出条件によって変化するが
表１に示した実験条件の範囲内でいずれの場合にも析出
物が得られた。析出物の電子線回折像の解析によ請求め
た結晶の各面間距離は立方晶ダイヤモンドの各面間距離
に一致し、析出物はダイヤモンドであると判定される。
なお、析出時間を長くする（ ６ ｈｒ ）と、第４図
に示すように粒子状析出物が合体して膜状化して行くの
がみられた。なお、１０００℃を越えるとダイヤモンド
折用の速度が極めて遅くなり、また６００℃以下では、
黒鉛が析出してダイヤモンドにならないことが確認され
た。
に示すように粒子状析出物が合体して膜状化して行くの
がみられた。なお、１０００℃を越えるとダイヤモンド
折用の速度が極めて遅くなり、また６００℃以下では、
黒鉛が析出してダイヤモンドにならないことが確認され
た。
〔実施例２〕
実施例１と同一装置を用い、メタンの代りにエタン又は
ゾロノーンを用いて同一条件下で実験を行なったところ
、実施例１と同様にダイヤモンドの析出か観測された。
ゾロノーンを用いて同一条件下で実験を行なったところ
、実施例１と同様にダイヤモンドの析出か観測された。
〔比較例１〕
比較のため、内径１３惰、長さ２００簡の石英カラス管
１／ｉＣ５ｔｍｎ Ｘ ５ ｙｅｎのシリコンウェハ［
１００面〕を設置し、第２図に示した従来法、すなわち
メタンと水素の混合ガス全同時にプラズマ分解する方法
によりダイヤモンドの析出実験を行なった。
１／ｉＣ５ｔｍｎ Ｘ ５ ｙｅｎのシリコンウェハ［
１００面〕を設置し、第２図に示した従来法、すなわち
メタンと水素の混合ガス全同時にプラズマ分解する方法
によりダイヤモンドの析出実験を行なった。
表２に実験条件を示す・
表２ 実験条件
実験終了後、シリコンウェハ表面及び反応管壁を電子線
回折によシ分析を行なったところ、シリコンカーバイト
の強い回折像が得られたが表２に示した実験条件範囲内
ではダイヤモンドに相当する回折像は得られなかった。
回折によシ分析を行なったところ、シリコンカーバイト
の強い回折像が得られたが表２に示した実験条件範囲内
ではダイヤモンドに相当する回折像は得られなかった。
また、シリコンウェハ表面のＳＥＭ （走査型電照）に
よる観察結果では、激しいエツチング跡が見られた。
よる観察結果では、激しいエツチング跡が見られた。
本発明の方法によれば、シリコンウェハ等の基板上にシ
リコンカーバイト等の析出を抑制して効率よくダイヤモ
ンドを析出させることができる。
リコンカーバイト等の析出を抑制して効率よくダイヤモ
ンドを析出させることができる。
第１図は本発明のダイヤモンド低圧合成法に用いられる
装置の模式図、第２図は既提案のダイヤモンド低圧合成
法に用いられる装置の模式図、第３図および第４図は本
発明の実施によシ得られたダイヤモンドのＳＥＭ写真で
ある。 ２・・・反応管 ３・・・シリコンウェハ４・・・台座
５・・・マイクロ波発振器、９・・・真空ボンデ ｌ
Ｏ・・・導波管１３・・・ヒータ 第１図 第２図 第３図 第４図 と広 手続補正書（方式） 昭和５９年２月、２９［ 昭和！９年特 許願第ｐ〆）号 ３ 補正をする者 ｉ１ｃ件どの１ツｊ係 出 願 人 ４、代理人 住 所 東京都千代Ｆ月区丸の内２丁目６番２号丸の内
へ千洲ビル３３０８ＩＩＩＩＢＧの２而の前！バな説明
の欄８ 補正の内容 別紙の切６つ 補 正 書 本願明細書中下記事項を補正いたします。 記 ■、第第１貢 「ダイヤモυドのＳＩＩＥＭ写真である。」とあるを［
ダイヤ七ンドの粒子構造を示す走査型電子顕微鏡（ Ｓ
ＥＭ ）写真である。」と訂正する。
装置の模式図、第２図は既提案のダイヤモンド低圧合成
法に用いられる装置の模式図、第３図および第４図は本
発明の実施によシ得られたダイヤモンドのＳＥＭ写真で
ある。 ２・・・反応管 ３・・・シリコンウェハ４・・・台座
５・・・マイクロ波発振器、９・・・真空ボンデ ｌ
Ｏ・・・導波管１３・・・ヒータ 第１図 第２図 第３図 第４図 と広 手続補正書（方式） 昭和５９年２月、２９［ 昭和！９年特 許願第ｐ〆）号 ３ 補正をする者 ｉ１ｃ件どの１ツｊ係 出 願 人 ４、代理人 住 所 東京都千代Ｆ月区丸の内２丁目６番２号丸の内
へ千洲ビル３３０８ＩＩＩＩＢＧの２而の前！バな説明
の欄８ 補正の内容 別紙の切６つ 補 正 書 本願明細書中下記事項を補正いたします。 記 ■、第第１貢 「ダイヤモυドのＳＩＩＥＭ写真である。」とあるを［
ダイヤ七ンドの粒子構造を示す走査型電子顕微鏡（ Ｓ
ＥＭ ）写真である。」と訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、低圧反応容器内において、水素ガスをプラズマ状態
にし、このプラズマ状態の水素ガスに別に用意された分
解によ勺炭素を放出する炭化水素のガスを混合して該炭
化水素中の水素を除去した炭化水素ラジカルを生せしめ
、この炭化水素ラジカルを該反応容器内で６００℃ない
し１０００℃に加熱された基板に接触させて該基板上に
ダイヤモンドを析出させることを特徴とするダイヤモン
ド低圧合成法。 ２、炭化水素がメタン、エタン又はゾロ）４ンＣある特
許請求の範囲第１項記載のダイヤモンド低圧合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8805284A JPS60231498A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | ダイヤモンド低圧合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8805284A JPS60231498A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | ダイヤモンド低圧合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60231498A true JPS60231498A (ja) | 1985-11-18 |
| JPH0448757B2 JPH0448757B2 (ja) | 1992-08-07 |
Family
ID=13932061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8805284A Granted JPS60231498A (ja) | 1984-05-01 | 1984-05-01 | ダイヤモンド低圧合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60231498A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882138A (en) * | 1987-03-30 | 1989-11-21 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| US5015528A (en) * | 1987-03-30 | 1991-05-14 | Crystallume | Fluidized bed diamond particle growth |
| US5075095A (en) * | 1987-03-30 | 1991-12-24 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| FR2678956A1 (fr) * | 1991-07-12 | 1993-01-15 | Pechiney Recherche | Dispositif et procede de depot de diamant par dcpv assiste par plasma microonde. |
| US5372799A (en) * | 1988-10-20 | 1994-12-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Process for the synthesis of granular diamond |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58110494A (ja) * | 1981-12-17 | 1983-07-01 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | ダイヤモンドの合成法 |
-
1984
- 1984-05-01 JP JP8805284A patent/JPS60231498A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58110494A (ja) * | 1981-12-17 | 1983-07-01 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | ダイヤモンドの合成法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882138A (en) * | 1987-03-30 | 1989-11-21 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| US5015528A (en) * | 1987-03-30 | 1991-05-14 | Crystallume | Fluidized bed diamond particle growth |
| US5075095A (en) * | 1987-03-30 | 1991-12-24 | Crystallume | Method for preparation of diamond ceramics |
| US5372799A (en) * | 1988-10-20 | 1994-12-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Process for the synthesis of granular diamond |
| FR2678956A1 (fr) * | 1991-07-12 | 1993-01-15 | Pechiney Recherche | Dispositif et procede de depot de diamant par dcpv assiste par plasma microonde. |
| US5360485A (en) * | 1991-07-12 | 1994-11-01 | Pechiney Recherche | Apparatus for diamond deposition by microwave plasma-assisted CVPD |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0448757B2 (ja) | 1992-08-07 |
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