JPS62235295A - ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成法Info
- Publication number
- JPS62235295A JPS62235295A JP7810386A JP7810386A JPS62235295A JP S62235295 A JPS62235295 A JP S62235295A JP 7810386 A JP7810386 A JP 7810386A JP 7810386 A JP7810386 A JP 7810386A JP S62235295 A JPS62235295 A JP S62235295A
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- JP
- Japan
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- gas
- oxygen
- diamond
- hydrogen
- hydrocarbon
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はダイヤモンドの低圧合成法に関する。
ダイヤモンドは硬度以外に、絶縁性、熱伝導性。
紫外、赤外光の透過性、化学的安定性など機能材料とし
て優れた特性をもっている。
て優れた特性をもっている。
ダイヤモンドの合成法には、高圧法と低圧法とがある。
高圧法は、１５００℃以上の高温、六方気圧以上の高圧
条件下、グラファイトの結晶により合成する方法である
。粒子状ダイヤモンドが合成でき、研摩材、工具等忙利
用されている。これに対し、低圧法は粒子に限らず、膜
状ダイヤモンドの合成も可能であり、半導体素子の放熱
基板や工作機器のコーテングなど幅広い用途が考えられ
る。
条件下、グラファイトの結晶により合成する方法である
。粒子状ダイヤモンドが合成でき、研摩材、工具等忙利
用されている。これに対し、低圧法は粒子に限らず、膜
状ダイヤモンドの合成も可能であり、半導体素子の放熱
基板や工作機器のコーテングなど幅広い用途が考えられ
る。
ダイヤモンド低圧合成の従来技術は、特開５８−１６４
７６５号、２２−２２７６７８号公報にみられるように
、メタン、又は、炭化水素と水素との混合ガスを減圧化
された反応器に導入し、プラズマ分解し、数千℃に加熱
された基板上で合成する−＃体−ｒｓ、ｓｔ入− この技術によれば、数μ／ｈの速度で粒子状ないし膜状
ダイヤモンドの合成が可能である。
７６５号、２２−２２７６７８号公報にみられるように
、メタン、又は、炭化水素と水素との混合ガスを減圧化
された反応器に導入し、プラズマ分解し、数千℃に加熱
された基板上で合成する−＃体−ｒｓ、ｓｔ入− この技術によれば、数μ／ｈの速度で粒子状ないし膜状
ダイヤモンドの合成が可能である。
シカし、ダイヤモンド膜付半導体デバイスや工具等の量
産性を考えた場合、さらに早い速度でのダイヤモンド合
成が必要となる。
産性を考えた場合、さらに早い速度でのダイヤモンド合
成が必要となる。
本発明の目的は、従来より数倍ないし土数倍早い速度で
ダイヤモンドを低圧合成する方法を提供することにある
。
ダイヤモンドを低圧合成する方法を提供することにある
。
上記目的は、炭化水素、水素の混合ガスに微量の酸素又
は酸素を含有する無機ガスを添加し、この混合ガスをプ
ラズマ分解することにより達成される。
は酸素を含有する無機ガスを添加し、この混合ガスをプ
ラズマ分解することにより達成される。
炭化水素−水素の混合ガス中に微量添加される酸素、又
は、酸素を含有する無機ガスはプラズマ中で活性な酸素
原子（ラジカルなど）に分解し、この酸素原子は炭化水
素の分解を促進し、又、基板上でのダイヤモンドの生成
反応では、ダイヤモンドより反応し易い副生グラファイ
トと選択的に反応し、これを−酸化炭素、又は、二酸化
炭素として除去する。このため、従来より多量の炭化水
素の反応器への供給が可能となり、ダイヤモンドの生長
速度を早めることができる。
は、酸素を含有する無機ガスはプラズマ中で活性な酸素
原子（ラジカルなど）に分解し、この酸素原子は炭化水
素の分解を促進し、又、基板上でのダイヤモンドの生成
反応では、ダイヤモンドより反応し易い副生グラファイ
トと選択的に反応し、これを−酸化炭素、又は、二酸化
炭素として除去する。このため、従来より多量の炭化水
素の反応器への供給が可能となり、ダイヤモンドの生長
速度を早めることができる。
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
炭化水素１、水素２、酸素、又は、酸素を含む無機ガス
３Ｆｉ質量流量計４により計量されたのち混合され、プ
ラズマ反応器５に供給される。プラズマ反応器５は真空
ポンプ１１により減圧されている。プラズマ反応器５に
供給された混合ガスは、高周波発振器６から１３．５６
ＭＨ２の高周波が印加され、プラズマ化する。プラズマ
７中で水素及び酸素は分解しラジカルを生成する。炭化
水素はこれらのラジカルによる水素引き抜１反応により
、又は、プラズマ中の高エネルギをもつ電子によシ分解
し、数百℃に加熱された基板上８にダイヤモンド及びグ
ラファイトを析出させる。グラファイトは、酸素ラジカ
ル及び水素ラジカルと反応して除去され、ダイヤモンド
が選択的にシリコン基板上に生成される。
３Ｆｉ質量流量計４により計量されたのち混合され、プ
ラズマ反応器５に供給される。プラズマ反応器５は真空
ポンプ１１により減圧されている。プラズマ反応器５に
供給された混合ガスは、高周波発振器６から１３．５６
ＭＨ２の高周波が印加され、プラズマ化する。プラズマ
７中で水素及び酸素は分解しラジカルを生成する。炭化
水素はこれらのラジカルによる水素引き抜１反応により
、又は、プラズマ中の高エネルギをもつ電子によシ分解
し、数百℃に加熱された基板上８にダイヤモンド及びグ
ラファイトを析出させる。グラファイトは、酸素ラジカ
ル及び水素ラジカルと反応して除去され、ダイヤモンド
が選択的にシリコン基板上に生成される。
炭化水素としては、メタン、エタン、プロパン等の飽和
炭化水素、及び、エチレン、アセチレン等の不飽和炭化
水素が用いられる。
炭化水素、及び、エチレン、アセチレン等の不飽和炭化
水素が用いられる。
酸素を含む無機ガスには、亜酸化窒素、−酸化窒素、二
酸化窒素等の窒素酸化物及び水が用いられる。
酸化窒素等の窒素酸化物及び水が用いられる。
又、プラズマを発生するエネルギ源には高周波に限らず
、マイクロ波やラジオ波、さらには、直流高電圧源等が
用いられる。
、マイクロ波やラジオ波、さらには、直流高電圧源等が
用いられる。
〔実施例１〕
図の装置を用いてダイヤモンドの低圧合成実験を行なっ
た。プラズマ反応器は内径４９ｍｍφ。
た。プラズマ反応器は内径４９ｍｍφ。
長さ１ｍの石英ガラス展である。基板には１０１０ｍｍ
Ｘ１０のシリコン基板上を用いた。実験は、原料ガスと
してメタン−水素混合ガスの場合、メタン−水素−酸素
混合ガスの場合の二ケースについて行なった。実験条件
を表１に示す。ケース■は従来法によるものであり、ケ
ース■は本発明による方法である。
Ｘ１０のシリコン基板上を用いた。実験は、原料ガスと
してメタン−水素混合ガスの場合、メタン−水素−酸素
混合ガスの場合の二ケースについて行なった。実験条件
を表１に示す。ケース■は従来法によるものであり、ケ
ース■は本発明による方法である。
実験終了後、電子線回折により析出物の同定を行なった
。ケースエの実験ではガス供給量２００ｍＬ／ｍ ｉ
ｎ のときダイヤモンドのみが析出したが、ガス供給量
５００ ｍｔ／ｍｉｎのときにはダイヤモンド以外に多
量のグラファイトが析出した。また、ガス供給量１０１
００Ｏ／ｍｉｎ のときＫは、はとんどがグラファイト
であった。ガス供給量２００ｍｔ／ｍｉｎの条件下での
ダイヤモンド成長速度は約１μ／ｈであつ次。
。ケースエの実験ではガス供給量２００ｍＬ／ｍ ｉ
ｎ のときダイヤモンドのみが析出したが、ガス供給量
５００ ｍｔ／ｍｉｎのときにはダイヤモンド以外に多
量のグラファイトが析出した。また、ガス供給量１０１
００Ｏ／ｍｉｎ のときＫは、はとんどがグラファイト
であった。ガス供給量２００ｍｔ／ｍｉｎの条件下での
ダイヤモンド成長速度は約１μ／ｈであつ次。
これに対し、ケース２の場合には、いずれのガス供給量
の条件下でもダイヤモンドが析出し、析出速度はガス供
給量に比例し、１０１００Ｏ／ｍｉｎの条件での成長速
度は１０μ／ｈで、従来法に比べ約十倍速い速度である
。図中９Ｖｉ高周波コイル、１０はヒータ、１１は真空
ポンプ。
の条件下でもダイヤモンドが析出し、析出速度はガス供
給量に比例し、１０１００Ｏ／ｍｉｎの条件での成長速
度は１０μ／ｈで、従来法に比べ約十倍速い速度である
。図中９Ｖｉ高周波コイル、１０はヒータ、１１は真空
ポンプ。
〔実施例２〕
実施例１と同じ装置を用い、水素−メタン−酸素の混合
ガスを原料に、混合ガス中の酸素原子数と炭素原子数の
比０／Ｃｔ−０，０１〜５．０の範囲で変化させ、ダイ
ヤモンド析出速度に及ぼす影響について調べた。混合ガ
スはペースガスが水素で９７９６一定として作成した。
ガスを原料に、混合ガス中の酸素原子数と炭素原子数の
比０／Ｃｔ−０，０１〜５．０の範囲で変化させ、ダイ
ヤモンド析出速度に及ぼす影響について調べた。混合ガ
スはペースガスが水素で９７９６一定として作成した。
実験条件は、圧力ＩＴｏｒｒ 、基板温度８００℃、高
周波出力５００Ｗ。
周波出力５００Ｗ。
反応時間一時間とした。
実験の結果、酸素原子数と炭素原子数との比０／Ｃが０
．０５〜２０の範囲で従来法より速いダイヤモンドの成
長速度が確認された。
．０５〜２０の範囲で従来法より速いダイヤモンドの成
長速度が確認された。
〔実施例３〕
実施例１と同じ装ｆｉｔ？用い、原料ガス組成のメタン
の代りにエタン、エチレン、アセチレンを、酸素の代り
に窒素酸化物（Ｈ２Ｏ、Ｎ Ｏ、ＮＣｈ ） 。
の代りにエタン、エチレン、アセチレンを、酸素の代り
に窒素酸化物（Ｈ２Ｏ、Ｎ Ｏ、ＮＣｈ ） 。
スチームを用いてダイヤモンドの合成実験を行なった。
実験条件は、圧力Ｉ Ｔｏｒｒ 、基板温度ＳＯＯ℃、
０／Ｃ０，５，高周波出力５００Ｗ、反応時間を一時間
とした。基板にはシリコンウェハ・Ｉｇｌｏｏ面〕を用
いた。
０／Ｃ０，５，高周波出力５００Ｗ、反応時間を一時間
とした。基板にはシリコンウェハ・Ｉｇｌｏｏ面〕を用
いた。
実験後、電子線回折による析出物の同定及び走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）による観察にもとづいて析出速度を求
めた。その結果、炭化水素はメタンに限らずエタンや、
エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素でもよく、ま
た、酸素原子数を含有する無機化合物は酸素に限らず窒
素酸化物、スチームでよいことが明らかとなった。
顕微鏡（ＳＥＭ）による観察にもとづいて析出速度を求
めた。その結果、炭化水素はメタンに限らずエタンや、
エチレン、アセチレン等の不飽和炭化水素でもよく、ま
た、酸素原子数を含有する無機化合物は酸素に限らず窒
素酸化物、スチームでよいことが明らかとなった。
ダイヤモンド合成の炭素源として、従来の炭化水素（メ
タン、エタン、エチレン、アセチレンなど）やアルコー
ル（メタノール、エタノールなど）の代りて有機金属化
合物、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａ ｔ （Ｃ
Ｈｓ）ｓ−）、 ）リエチルアルミニウム（Ａｔ （Ｃ
ｔ Ｈａ ’Ｉｓ ）等を使用する方法を提案する。こ
れら有機金属化合物は、熱やプラズマによって容易に分
解し、ダイヤモンド合成の基本的活性種である炭化水素
ラジカルを容易に生成するのでダイヤモンドの合成速度
の向上が期待できる。
タン、エタン、エチレン、アセチレンなど）やアルコー
ル（メタノール、エタノールなど）の代りて有機金属化
合物、例えば、トリメチルアルミニウム（Ａ ｔ （Ｃ
Ｈｓ）ｓ−）、 ）リエチルアルミニウム（Ａｔ （Ｃ
ｔ Ｈａ ’Ｉｓ ）等を使用する方法を提案する。こ
れら有機金属化合物は、熱やプラズマによって容易に分
解し、ダイヤモンド合成の基本的活性種である炭化水素
ラジカルを容易に生成するのでダイヤモンドの合成速度
の向上が期待できる。
本発明によれば、シリコンウェハ等の基板上に従来より
も十倍以上速い速度でダイヤモンドを合成することがで
きる。
も十倍以上速い速度でダイヤモンドを合成することがで
きる。
図は本発明の一実施例の系統図である。
１・・・炭化水素、２・・・水素、３・・・酸素又は酸
素含有ガス、６・・・高周波発振器、８・・・シリコン
ウェハ、５・・・プラズマ反応器。
素含有ガス、６・・・高周波発振器、８・・・シリコン
ウェハ、５・・・プラズマ反応器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、減圧された反応器に炭化水素ガス、水素ガス、酸素
ガス又は酸素を含有する無機ガスを供給し、これらの混
合ガスに高周波、マイクロ波等の電磁エネルギを印加し
てプラズマ反応を生起せしめることを特徴とするダイヤ
モンドの合成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記酸素ガス又は
前記酸素を含有する無機ガス中の酸素原子数と炭化水素
ガス中の炭素原子数との比が０．０５〜２．０の範囲で
あることを特徴とするダイヤモンドの合成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記炭化水素ガス
がメタン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレンで
あり、前記酸素を含有する無機ガスが窒素酸化物、スチ
ーム、過酸化水素であることを特徴とするダイヤモンド
の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7810386A JPS62235295A (ja) | 1986-04-07 | 1986-04-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7810386A JPS62235295A (ja) | 1986-04-07 | 1986-04-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62235295A true JPS62235295A (ja) | 1987-10-15 |
Family
ID=13652546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7810386A Pending JPS62235295A (ja) | 1986-04-07 | 1986-04-07 | ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62235295A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6321292A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-28 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製造方法 |
| JPS6321291A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-28 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製造方法 |
| US4981671A (en) * | 1988-02-09 | 1991-01-01 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for preparing diamond or diamond-like carbon by combustion flame |
| US5705271A (en) * | 1994-04-01 | 1998-01-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for producing diamond coated member |
| JPH107492A (ja) * | 1996-06-25 | 1998-01-13 | Kobe Steel Ltd | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
| WO2007102444A1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Ebara Corporation | Method for production of diamond electrodes |
-
1986
- 1986-04-07 JP JP7810386A patent/JPS62235295A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6321292A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-28 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製造方法 |
| JPS6321291A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-28 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製造方法 |
| US4981671A (en) * | 1988-02-09 | 1991-01-01 | National Institute For Research In Inorganic Materials | Method for preparing diamond or diamond-like carbon by combustion flame |
| US5705271A (en) * | 1994-04-01 | 1998-01-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for producing diamond coated member |
| US5863606A (en) * | 1994-04-01 | 1999-01-26 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for producing diamond coated member |
| JPH107492A (ja) * | 1996-06-25 | 1998-01-13 | Kobe Steel Ltd | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
| WO2007102444A1 (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Ebara Corporation | Method for production of diamond electrodes |
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