JPS6054996A - ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成法Info
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- JPS6054996A JPS6054996A JP58164766A JP16476683A JPS6054996A JP S6054996 A JPS6054996 A JP S6054996A JP 58164766 A JP58164766 A JP 58164766A JP 16476683 A JP16476683 A JP 16476683A JP S6054996 A JPS6054996 A JP S6054996A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】
z′
本発明は化学気相析出法によるダイヤモンドの合成法に
関する。
関する。
従来、常圧以下の低圧領域におけるダイヤモンドの合成
法としては、次のような方法が知られている。
法としては、次のような方法が知られている。
1)、減圧下で炭化水素を加熱した基板表面に通じ、そ
の熱エネルギーで熱分解して遊離炭素を生成速、さらに
集束して基板表面に衝突させてダイヤモンドを析出させ
るイオンビーム法。
の熱エネルギーで熱分解して遊離炭素を生成速、さらに
集束して基板表面に衝突させてダイヤモンドを析出させ
るイオンビーム法。
5)、水素ガスと炭化水素ガスとの混合ガスに、30M
Hz以下、例えば13.5MHzの高周波を導通して高
周波プラズマを発生せしめ、プラズマの高エネルギーの
荷電粒+Kよって炭化水素の化学結合を解き放すと同時
に励起状態の炭素原子または励起状態の炭化水素を生成
せしめ、基板衣Q X ゛−′−相析出法。
Hz以下、例えば13.5MHzの高周波を導通して高
周波プラズマを発生せしめ、プラズマの高エネルギーの
荷電粒+Kよって炭化水素の化学結合を解き放すと同時
に励起状態の炭素原子または励起状態の炭化水素を生成
せしめ、基板衣Q X ゛−′−相析出法。
4)、黒鉛、基板及び水素を封管中に黒鉛を高温部に、
基板を低温部に設置して封入し、水素ガスを熱的あるい
は放電によって原子状水素を生成せしめ、不均化反応を
利用して基板表面にダイヤモンドを析出させる化学輸送
法。
基板を低温部に設置して封入し、水素ガスを熱的あるい
は放電によって原子状水素を生成せしめ、不均化反応を
利用して基板表面にダイヤモンドを析出させる化学輸送
法。
などがある。
たダイヤモンドを合成するためには、析出の操作と酸素
または水素ガスを導入して基板表面に析出した黒鉛状炭
素を除去する操作とを、屑期的に繰返し行うことが必要
である。従って析出速度が遅く、また基板がダイヤモン
ドに限定される欠点がある。
または水素ガスを導入して基板表面に析出した黒鉛状炭
素を除去する操作とを、屑期的に繰返し行うことが必要
である。従って析出速度が遅く、また基板がダイヤモン
ドに限定される欠点がある。
前記2)のイオンビーム法は、常温で各種材料の基板表
面にダイヤそンドを析出させることができ!i、’47
利点はあるが、炭素の正イオンビームを発生させる装置
及びその集束装置Nが高価であり、また放電持続に用い
るアルゴンガス等の不活性ガスの原子がダイヤモンド格
子中に混入するなどの欠点がある。
面にダイヤそンドを析出させることができ!i、’47
利点はあるが、炭素の正イオンビームを発生させる装置
及びその集束装置Nが高価であり、また放電持続に用い
るアルゴンガス等の不活性ガスの原子がダイヤモンド格
子中に混入するなどの欠点がある。
前記5)の高周波プラズマ化学気相析出法は、プラズマ
を発生させるだめには、反応系の圧力が低い圧力の狭い
範囲であることが必要であり、圧力続操業を行うことが
できない欠点がある。
を発生させるだめには、反応系の圧力が低い圧力の狭い
範囲であることが必要であり、圧力続操業を行うことが
できない欠点がある。
本発明者らは、これらの従来法の欠点を改善すべく研究
の結果、さきに、(1)水素をマイクロ波無極放電中を
通過させた後炭化水素を混合した混合ガス、または水素
と炭化水素との混合ガスをマイクロ波無極放電中を通過
させた混合ガスを、300〜1300℃に加熱した基板
上1で導き、炭化水素の分解によりダイヤモンドを基板
上に析出させる方’−,,”jl’¥)(特願昭56−
204321号)を見出した。
の結果、さきに、(1)水素をマイクロ波無極放電中を
通過させた後炭化水素を混合した混合ガス、または水素
と炭化水素との混合ガスをマイクロ波無極放電中を通過
させた混合ガスを、300〜1300℃に加熱した基板
上1で導き、炭化水素の分解によりダイヤモンドを基板
上に析出させる方’−,,”jl’¥)(特願昭56−
204321号)を見出した。
しかし、この方法によると、合成したダイヤモンド中に
、乱れた構造を有する炭素あるいは水ご素? 本発明の目的は前記問題点を解消せんとするものである
。
、乱れた構造を有する炭素あるいは水ご素? 本発明の目的は前記問題点を解消せんとするものである
。
本発明者らは、この問題点を克服すべく更に研の発振機
ではプラズマを維持し、且つ基板温度をダイヤモンド合
成温度(300〜1300℃)に適し九温度に保つ出力
のマイクロ波を発振させプラズマを発生させて導波管で
基板忙導くようにすると、高品質のダイヤモンドが基板
上に析出し得られることを究明し得た。この知見に基い
て本発明を完成した。
ではプラズマを維持し、且つ基板温度をダイヤモンド合
成温度(300〜1300℃)に適し九温度に保つ出力
のマイクロ波を発振させプラズマを発生させて導波管で
基板忙導くようにすると、高品質のダイヤモンドが基板
上に析出し得られることを究明し得た。この知見に基い
て本発明を完成した。
本発明の要旨は、
(5)
電を用いて基板上にダイヤモンドを析出させる方法にお
いて、2個のマイクル波導入用導波管を用い、一方の導
波管でガスの励起、解離を効率よく行う高出力のマイク
ロ波を導入してプラズマを発生させ、他方の導波管でプ
ラズマを維持し、基板温度をダイヤモンド合成に適した
300〜1300℃の温度に保つ出力のマイクロ波を発
振させ導波管させるために用いる出力は大きい程よいが
、200W〜5kW、好ましくは500 W〜2 kW
で、ガスに300MHz〜1000GHzのマイクロ波
を導入してプラズマを発生させる。
いて、2個のマイクル波導入用導波管を用い、一方の導
波管でガスの励起、解離を効率よく行う高出力のマイク
ロ波を導入してプラズマを発生させ、他方の導波管でプ
ラズマを維持し、基板温度をダイヤモンド合成に適した
300〜1300℃の温度に保つ出力のマイクロ波を発
振させ導波管させるために用いる出力は大きい程よいが
、200W〜5kW、好ましくは500 W〜2 kW
で、ガスに300MHz〜1000GHzのマイクロ波
を導入してプラズマを発生させる。
また、基板をダイヤモンド合成に適する300〜130
0℃に保持させるための出力は100 W〜1.5kW
、好ましくは100W〜1kWで、300MHz〜1
000GHzのマイクロ波を導入する。
0℃に保持させるための出力は100 W〜1.5kW
、好ましくは100W〜1kWで、300MHz〜1
000GHzのマイクロ波を導入する。
(6)
シ、水素と炭化水素ガスの励起・解離は高まり、かつダ
イヤモンドの化学結合を生せしめる十分な反応エネルギ
ーを持った炭素原子となる。下部のマイ(クロ波導波管
から導かれたマイクロ波プラズマまた、マイクロ波プラ
ズマ中で発生した励起状態または原子状態の水素は、黒
鉛及び黒鉛状炭素を成長させる原因となるSp 、 S
p結合を持つ炭素原子と反応して炭化水素を生成すると
同時に基板表面からこれらを離脱し、基板面の清浄化の
作用を行う。前記2つの作用が相俟って、ダイヤモンド
中に不純物及び乱れた構造の炭素が混入することが防止
し得られ、高品質のダイヤモンドを析出持合の材質を誘
電率及び誘電正接の値によって選択する。例えば、アル
ミナの代りに六方晶窒化はう素を用いることで50℃か
ら200℃の低い温度が得られる。または基板支持金の
周りに、マイクロ波の吸収剤例えば、黒鉛、ステンレス
を置いだ漫、あるいは支持台を1#接冷媒で冷却するよ
うにすることKよって、より正確に調整し得られる。
イヤモンドの化学結合を生せしめる十分な反応エネルギ
ーを持った炭素原子となる。下部のマイ(クロ波導波管
から導かれたマイクロ波プラズマまた、マイクロ波プラ
ズマ中で発生した励起状態または原子状態の水素は、黒
鉛及び黒鉛状炭素を成長させる原因となるSp 、 S
p結合を持つ炭素原子と反応して炭化水素を生成すると
同時に基板表面からこれらを離脱し、基板面の清浄化の
作用を行う。前記2つの作用が相俟って、ダイヤモンド
中に不純物及び乱れた構造の炭素が混入することが防止
し得られ、高品質のダイヤモンドを析出持合の材質を誘
電率及び誘電正接の値によって選択する。例えば、アル
ミナの代りに六方晶窒化はう素を用いることで50℃か
ら200℃の低い温度が得られる。または基板支持金の
周りに、マイクロ波の吸収剤例えば、黒鉛、ステンレス
を置いだ漫、あるいは支持台を1#接冷媒で冷却するよ
うにすることKよって、より正確に調整し得られる。
本発明において使用する炭化水素と12では、マイ1ク
ロ波プラズマ中で励起・解離する炭化水素で・あ、れば
よい。例えば、メタン、エタン、プロパン。
ロ波プラズマ中で励起・解離する炭化水素で・あ、れば
よい。例えば、メタン、エタン、プロパン。
・1(;・
几工)チレン、アセチ1/ン、ベンゼン等の飽和、不飽
和の脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素が挙げられる。
和の脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素が挙げられる。
炭化水素(A)と水素ガス(B)の容量割合は、%=1
000〜0.001の広い範囲で使用し得られる。
000〜0.001の広い範囲で使用し得られる。
しかし、黒鉛状炭素の析出を防止するという観点から、
その」二限は10以下であることが奸才しい。
その」二限は10以下であることが奸才しい。
基板の湿度は300〜1300℃の範囲であることが必
要である。300℃より低いと、析出したダイヤ−M、
:%ノド中に水素が混入する恐れがあシ、130011
::を超えると析出したダイヤモンドが黒鉛に逆転移す
る欠点が生ずる。最も好ましい範囲は500〜1200
℃である。マイクロ波は前記した通りの300 MHz
〜1000 GHzの範囲で、マイクロ波出力範囲は
前記した通りの範囲であることが好ましい。
要である。300℃より低いと、析出したダイヤ−M、
:%ノド中に水素が混入する恐れがあシ、130011
::を超えると析出したダイヤモンドが黒鉛に逆転移す
る欠点が生ずる。最も好ましい範囲は500〜1200
℃である。マイクロ波は前記した通りの300 MHz
〜1000 GHzの範囲で、マイクロ波出力範囲は
前記した通りの範囲であることが好ましい。
マイクロ波プラズマを発生させる管内の圧力は、プラズ
マを安定に維持するために、0.05〜400Torr
であることが好ましい。まだダイヤモンド■“−一 1.’:I板全面に均一に析出させる1基板の支持合成
に本発明の方法を実施する装置の態様を第1図に基いて
説明する。第1図はその態様を示す概要図である。図中
、1はガス供給装置で、10゜11はそれぞれ、炭化水
素ガス及び水素ガスの供給管に設けたパルプで、12は
混合ガスの供給管に設けたパルプである。3及び5はマ
イクロ波発振機で、マイクロ波はそれぞれ導波管4及び
6を通り、反応室7内に導かれる。8は基板、9は支(
9) ”、、、?、2は排気装置、13は排気バルブ、14は
マイクロ波吸収剤である。
マを安定に維持するために、0.05〜400Torr
であることが好ましい。まだダイヤモンド■“−一 1.’:I板全面に均一に析出させる1基板の支持合成
に本発明の方法を実施する装置の態様を第1図に基いて
説明する。第1図はその態様を示す概要図である。図中
、1はガス供給装置で、10゜11はそれぞれ、炭化水
素ガス及び水素ガスの供給管に設けたパルプで、12は
混合ガスの供給管に設けたパルプである。3及び5はマ
イクロ波発振機で、マイクロ波はそれぞれ導波管4及び
6を通り、反応室7内に導かれる。8は基板、9は支(
9) ”、、、?、2は排気装置、13は排気バルブ、14は
マイクロ波吸収剤である。
反応室7内の支持台9上に基板8を設Wt−た後、排気
装置2を作動l〜て反応室7内を減圧にすると共に1バ
ルブ10 、11 、12及び13を調整して水素ガス
、炭化水素の流量ならびに反応室内の圧力を所定の値に
保持する。次にマイクロ波発振機3及び5を所定の出力
で起動させ、導波管4及び6を通じて反応室7内にプラ
ズマを発生させる叉共に基板8の加熱を行う。基板8の
温度はマイ実施例1゜ 第1図に示す装置を用い、基板8としてシリコンウェハ
ーを、ガスとしてメタン及び水素を使用した。シリコン
ウェハーを支持台9」二に設置t t、、排気装置2を
作動して反応室7を減圧にした。次いでガス供給袋ft
flより水素とメタンをそれぞれ毎分子occ、1cc
の流量で供給し、バルブ13を調整して反応室7内の圧
力を40 Torr Kfllli整しC10) 、:た;。次いでマイクロ波発振機5の周波数2.45
GHz、800Wの出力で無極放電を発生させ、導波管
6により反応室内に導きガスを励起させると共に、マイ
クロ波発振機30周波数2.45GHz。
装置2を作動l〜て反応室7内を減圧にすると共に1バ
ルブ10 、11 、12及び13を調整して水素ガス
、炭化水素の流量ならびに反応室内の圧力を所定の値に
保持する。次にマイクロ波発振機3及び5を所定の出力
で起動させ、導波管4及び6を通じて反応室7内にプラ
ズマを発生させる叉共に基板8の加熱を行う。基板8の
温度はマイ実施例1゜ 第1図に示す装置を用い、基板8としてシリコンウェハ
ーを、ガスとしてメタン及び水素を使用した。シリコン
ウェハーを支持台9」二に設置t t、、排気装置2を
作動して反応室7を減圧にした。次いでガス供給袋ft
flより水素とメタンをそれぞれ毎分子occ、1cc
の流量で供給し、バルブ13を調整して反応室7内の圧
力を40 Torr Kfllli整しC10) 、:た;。次いでマイクロ波発振機5の周波数2.45
GHz、800Wの出力で無極放電を発生させ、導波管
6により反応室内に導きガスを励起させると共に、マイ
クロ波発振機30周波数2.45GHz。
400Wの出力で無極放電を発生させ、導波管4によシ
反応室内に導き、基板8を900℃に加熱した。
反応室内に導き、基板8を900℃に加熱した。
3時間析出させたところ約10μmのダイヤモンド粒子
が基板8土に析出した。ダイヤモンド粒子ンド粉末でき
ずをつけたシリコンウェハーを、ガスとしてメタン及び
水素を使用し、水素及びメタンをそれぞれ毎分80 c
cs O,24ccの流量で供給し、反応室7内の圧力
を30 Torrにした。マイクロ波発振機5は周波数
2.45 GHz、 1 kWの出力、マイクロ波発振
機3は周波数2.45GHz。
が基板8土に析出した。ダイヤモンド粒子ンド粉末でき
ずをつけたシリコンウェハーを、ガスとしてメタン及び
水素を使用し、水素及びメタンをそれぞれ毎分80 c
cs O,24ccの流量で供給し、反応室7内の圧力
を30 Torrにした。マイクロ波発振機5は周波数
2.45 GHz、 1 kWの出力、マイクロ波発振
機3は周波数2.45GHz。
500 Wの出力で行い、支持台中に水を通して基板の
温度を930℃とした。50時間析出させたとこに析出
した。膜状ダイヤモンド中には乱れた構造の炭素あるい
は水素と結合l−だ炭素が光学的に観察されなかった。
温度を930℃とした。50時間析出させたとこに析出
した。膜状ダイヤモンド中には乱れた構造の炭素あるい
は水素と結合l−だ炭素が光学的に観察されなかった。
本発明の方法によると、2個のマイクロ波導入用導波管
を用い、一方の導波管でガスの励起解離に適したマイク
ロ波を導入してプラズマを発生させ、他方の導波管でプ
ラズマを維持し、かつ基板温1度をダイヤモンド合成に
適した湿度に保持するま た;め、極めて適正にダイヤモンド合成に適する条智 る。
を用い、一方の導波管でガスの励起解離に適したマイク
ロ波を導入してプラズマを発生させ、他方の導波管でプ
ラズマを維持し、かつ基板温1度をダイヤモンド合成に
適した湿度に保持するま た;め、極めて適正にダイヤモンド合成に適する条智 る。
第1図は本発明の方法を実施する装置の概要図である。
1:ガス供給装置、2:排気装置、
3.5:マイクロ発振機、4..6:導波管、7;反応
室、 8:基板、 9:支持台、 す11や・11・12・13 : ′Op 7’・14
:マイクロ波吸収剤。 (13) 第 1 図
室、 8:基板、 9:支持台、 す11や・11・12・13 : ′Op 7’・14
:マイクロ波吸収剤。 (13) 第 1 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 水素と炭化水素の混合ガスのマイクロ波無極放電を
用いて基板上にダイヤモンドを析出させる方法において
、2個のマイクロ波導入用導波管を用い、一方の導波管
でガスの励起、解離を効率よく行う高出力のマイクロ波
を導入してプラズマを発生させ、他方の導波管でプラズ
マを維持し、基板温度をダイヤモンド合成に適した30
0〜1300℃の温度に保つ出力のマイクロ波を発振さ
せ導波管で導入してプラズマを発生させて、基板上にダ
イヤモンドを析出させるようにしたことを特徴とするダ
イヤモンドの合成法。 2 基板の周囲に冷却材またはマイクロ波吸収材を配置
して基板温度を制御するようにした特許請求の範囲第1
項記載のダイヤモンドの合成法。 (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164766A JPS6054996A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164766A JPS6054996A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6054996A true JPS6054996A (ja) | 1985-03-29 |
| JPS62120B2 JPS62120B2 (ja) | 1987-01-06 |
Family
ID=15799517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58164766A Granted JPS6054996A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6054996A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62198277U (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | ||
| US4940015A (en) * | 1988-07-30 | 1990-07-10 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Plasma reactor for diamond synthesis |
| US4984534A (en) * | 1987-04-22 | 1991-01-15 | Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. | Method for synthesis of diamond |
| WO1992005867A1 (en) * | 1990-10-01 | 1992-04-16 | Idemitsu Petrochemical Company Limited | Device for generating microwave plasma and method of making diamond film utilizing said device |
| US5271971A (en) * | 1987-03-30 | 1993-12-21 | Crystallume | Microwave plasma CVD method for coating a substrate with high thermal-conductivity diamond material |
| EP0839928A1 (de) * | 1996-10-30 | 1998-05-06 | Schott Glaswerke | Remote-Plasma-CVD-Verfahren |
| KR100459531B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2004-12-04 | 박수길 | 마이크로웨이브 플라즈마 씨브이디에 의한 대결정다이아몬드 박막의 제조방법 |
-
1983
- 1983-09-07 JP JP58164766A patent/JPS6054996A/ja active Granted
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62198277U (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | ||
| US5271971A (en) * | 1987-03-30 | 1993-12-21 | Crystallume | Microwave plasma CVD method for coating a substrate with high thermal-conductivity diamond material |
| US4984534A (en) * | 1987-04-22 | 1991-01-15 | Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. | Method for synthesis of diamond |
| US4940015A (en) * | 1988-07-30 | 1990-07-10 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Plasma reactor for diamond synthesis |
| WO1992005867A1 (en) * | 1990-10-01 | 1992-04-16 | Idemitsu Petrochemical Company Limited | Device for generating microwave plasma and method of making diamond film utilizing said device |
| EP0839928A1 (de) * | 1996-10-30 | 1998-05-06 | Schott Glaswerke | Remote-Plasma-CVD-Verfahren |
| US5985378A (en) * | 1996-10-30 | 1999-11-16 | Schott Glaswerke | Remote-plasma-CVD method for coating or for treating large-surface substrates and apparatus for performing same |
| KR100459531B1 (ko) * | 2001-12-27 | 2004-12-04 | 박수길 | 마이크로웨이브 플라즈마 씨브이디에 의한 대결정다이아몬드 박막의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62120B2 (ja) | 1987-01-06 |
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