JPS616198A - ダイヤモンド薄膜の製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ダイヤモンドＰＩＦおよびその製造法に関し
、さらに詳しくは水素でパシベート（作成）され主構造
がＣ−Ｃ結合を有する微粒子の集合体ダイヤモンド薄膜
とその製造法に関するものである。

〔従来技術〕

ダイヤモンドは地球上に存在する固体物質の中で最高の
硬度を有し、電気的には絶縁体であり３０〜６５０℃で
熱伝導率が最も高く（例えば銅の約５倍）、また光学的
には赤外領域の一部を除いて紫外、可視、赤外線領域に
戸る広い範囲で光透ボ率が優れている。

また特定の不純物をドープすると半導体特性を示すこと
も知られている。

このように広い分野において優れた特性を有するため、
例えば硬度を利用してダイヤモンドペースト、カッター
などに使用されているが、その合成法がもっばら高圧法
に依存しているため平板状のものは得られず、実用−ヒ
の観漬から電子デバイス技術分野江おいての利用がなさ
れないでいる、しかし、ダイヤモンドは、バンドギャッ
プが広いため適当な不純物ドーピングによりｐ型、ｎ型
のダイヤモンド薄膜ができ、ｐ−ｎ接合ができれば動作
温度に制約を受けるＳ　ｉ　、ＧａＡｓ等を主体として
いる現在の半導体デバイスに代って熱的に安定な材料と
して使用できるし、太陽電池の窓材にも使用できる。さ
らにまた、現在強く希求、されているＧａＡｓのパシベ
ーション膜にもつとも有望と期待される。

最近では、上述の要ＲＶＣ応じることのできる材料を提
供するため圧気相からの合成法が研究されているが、こ
れらは総てＣＶＤ法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ）を使い原料ガスと
してＣＨ４’、　Ｃ２Ｈ，などのハイドロカーボンとＨ
２の混合ガスをプラズマ放電分解させ、あるいはおよそ
２０００℃以上に加熱したタングステンフィラメント上
で熱分解させることＫより薄膜ができるとされている。

しかし、これらの方法は、その条件あるいはその効率な
どの面において非常に困難な要素を含んでおり研究室的
規模はともかく工業化することは難かしい。

このような情況の中で本発明者らは先に高周波電力を印
加してスパッタを行うこと罠よりダイヤモンド薄膜を得
る方法を提供（特願昭５８−２２２２１８号）したが、
この方法は未だ次のような改良されなければならない点
を有していた。

１、　高周波電力を印加するためコンデンサおよびリア
クタンスでマツチングをとらねば−ｊＣらず、効率的に
電力が供給されない、。

２　実際にターゲットにどの程度の常、力が投入されて
いるか正確にわからない。　　　′６　任童の電力にコ
ントロールすることがむすかＩ−い。

４　基板にバイアス重圧をかける場合、高周波スパッタ
ではプラズマが大きく広がってしまうためバイアス効契
−が明確でない。

５、　缶周ｅ　ｖ、源が必要となり設備が太きｙｒもの
となろ２． ６、　　？現性が、Ｐ、い。

Ｚ　専門ケ、ガスの水素は、戸「の数ｋ　Ｑ−ａｐ　Ｋ
比較しＰ１０Ω−鎖と非常に放電インピーダンスが低い
ため、ＲＦ放電ではマツチングがとりにくい。

〔発明の目的〕

本発明は、ト述の状況に鑑み種々検討の結果、スパッタ
リングの際に直流雷汗を印加するという手法をとり入れ
ることによりダイヤモンド薄膜を製造し得ることを見出
し完成したものである、〔発明の概要〕 具体的には、例えば０．０１Ｔｏｒｒの水素雰囲気に維
持されているプレーナ型マグネトロンスパッタ装置でＩ
　Ｋ　Ｖ　、陽極電流０．２Ａの直流電力により水素プ
ラズマを作り励起されたト１イオンやラジカルによって
グラファイトターゲット（７５門φ）をたたくこと罠よ
り基板上にダイヤモンド微粒子が堆積１．その表面ＫＣ
８以下のアルキル基が結合したダイヤモンド！膜を形成
することが認められた、このダイヤモンドの形成過程は
、例えば励起されたＩ４イオンがグラファイトをたたい
たときＣとトＩが半結合したプラズマ種を作りこれが基
板、ヒに堆積して前述の如き特異な構造を有するダイヤ
モンドを作るものと推論された。

本発明によって得た薄膜の赤外吸収ン（ぺ）ｒ　ｌ、ル
からこの膜にはアルキル基を有しているが有機高分子膜
ではなく、またこのアルキル基のＣ数は６以下であるこ
とが判明した。この膜は、有機溶媒や無機酸に対しても
おかされることはなかった。

また８００℃、１時間でアニーリング処理を行ったのち
も表面にある結合の弱い一部の１（は離脱するが、本質
的ｔ「ダイヤモンド構造の変化は認められず、一方、元
素分析の結果からこの膜は、Ｃ１Ｈ及び微−敬のＮしか
含んでいないことがＳ認された。

光透過性も２２５−、に吸収帯をもち、４００＝、＝付
近と赤外領域に吸収をもつ＋２７’ｌ）　４７．、優れ
た光透過性を示した。また透過電子顕微鏡による観察で
は、数ηｍの微粒子の存在を確認し、′竺子線回折パタ
ーンはダイヤモンド多結晶のリングパターンを示１７た
。さらｊ（この％ｌ樺表面は、走査電子苅微鉾轡ゼ（分
解能１０．、、）により何等の構造を認め得ないほど驚
異的な平滑度を示した。

なお、この薄膜は、Ｎを含むことと紫外線によるフォト
ルミネッセンスにより■ｂ型半導体ダイヤモンドと判断
できろ。またＮの混入のないものは無色透明であり絶縁
体とみられる。

以上説明したように本発明によって得たダイヤモンド薄
膜は、その暦法の簡便さ、作製温度の低さ、戸のモルフ
オロジー（平滑度）などにおいて従来用いられていたＣ
ＶＤ法忙よるものに比較して極めてユニー、りでありか
りｒ゛−ピングも簡単に行え電子デバイスへの応用に大
いに貢献し、得るものである。

〔発明の実施例〕

以下実施例によって更に本発明の構成を具体的に説明す
る。

実施例１ 第１図にその概念的断面図を示したスパッタ装置の真空
室１内に７５闘φのグラファイトティスフターゲット２
を用い対向電極との距峠を約４５ｙｚＫとった。基板材
質３としてＳＩ、ガラス、Ａ／。

ＴＩＱ２を用（・これを対向電極上につりつけた４、ｐ
−９宇をあらかじめＩ　Ｘ　１Ｑ−’　Ｔｏｒｒまで■
空にしたのち純度９９．９９９％のト１□を雰１用気ガ
ス導）、Ｗ４より導入し０．０１Ｔｏｒｒ＜＠つた。陽
極電圧１に■の直流電圧を電源６から供給し２時間スパ
ッタを行ったがこの時の電流は０．２Ａであった、スパ
ッタ期間中、基板温度は１００℃を超えないように制御
した、 処理を終了した時、基板。ヒに透明膜が得られた。

この膜は、幅広い光透過性を有し、吸収端は約２２５？
Ｌ？ＦＬであった。赤外吸収スペクトルからこの膜は炭
素数６以下のアルキル基を含むカーボン膜テチリ、Ｘ線
回折及び電子線回折からダイヤモンド構造を含む膜であ
ることが確認された。

実施例２ 真空室に１４２を導入したのち真空度を０．１Ｔｏｒｒ
に保ち、スパッタリング付の電圧を１Ｋ　Ｖ　、　０．
３Ａとしたほかは実施例１０手順を繰返した、基板上に
は、透明膜が得られた。このものの各物性挙動は実施例
１と同じ挙動を示した。雰囲気ガスの圧力が低い程、微
結晶カーボンまたはアモルファスカーボンに結合してい
るＨの量が少なくなり、また人力電力が少ない程Ｈの量
が少なくなる傾向が認められた。

実施例ろ 第１（２）Ｋモデル的に示した装置のターゲット２と基
板３との間にステンレス金網を　おき直流２００■のバ
イアス電圧を印加した状態で実施例２を繰返１７た。

このようＫして得た膜の表面状態は、ｉＺ４アス電圧を
印加しない時に比較して未殉アルキル基の量が少なく、
ダイヤモンド構造をとり易い傾向が認められた。

〔発明の効果〕 以上の如き構成からなる本発明のｌ゛イヤモンド薄膜製
造法は、従来行われていた（”　Ｖ　Ｄ法などＫよるも
のと比較し７て勝るとも劣らず、具体的には次のような
効果を有するも恥である。

１、　再現性が良い。

２、　　ｒｌＩ流電圧電圧用するため電源が安価であり
かつ制御が容易である。

６、　基板にバイアス電圧をかける場合直流であるため
制御が容易でかつスパッタ部２・芋板部を独守して制御
することがでとる。

４、　様々な膜質の薄膜を得ることができろ。

５、　プラズマの広がりを抑制することができ、より均
質な膜となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレー−ト型マグネトロンスパック装置の断面
図であろ（１ １・・・真空室　２・・グラファイトターゲット５・・
基板 代理人　弁理士　木　村　ヨ　朗 第１図 手続補正書

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. グラファイトターゲットをもつスパッタリング装置中で
   水素圧力が１０＾−＾３〜１０＾−＾１Ｔｏｒｒの条件
   下で直流電圧を印加してスパッタすることにより基板上
   に表面をアルキル基（炭素数３以下）がとりまき内部が
   ４配位炭素によるダイヤモンド構造をもつ微粒子ダイヤ
   モンド薄膜を形成させることからなるダイヤモンド薄膜
   の製造法。