JPS63112497A - ダイヤモンドの光化学的合成方法 - Google Patents
ダイヤモンドの光化学的合成方法Info
- Publication number
- JPS63112497A JPS63112497A JP25570486A JP25570486A JPS63112497A JP S63112497 A JPS63112497 A JP S63112497A JP 25570486 A JP25570486 A JP 25570486A JP 25570486 A JP25570486 A JP 25570486A JP S63112497 A JPS63112497 A JP S63112497A
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- diamond
- gas
- substrate
- reaction
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- Pending
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はダイヤモンドの光化学的合成方法に関する。
ダイヤモンドは高硬度である以外に、絶縁性、熱伝導性
、光の透過性、化学的安定性などに優れた機能材料であ
る。
、光の透過性、化学的安定性などに優れた機能材料であ
る。
従来から切削工具などに利用されている人工ダイヤモン
ドは、黒鉛を超高圧高温状態にすることによって合成さ
れているが、最近では、カーボンや炭化水素ガスにイオ
ンビームやプラズマを照射して合成する方法や、高熱状
態で熱化学的に炭化水素の化学結合を解離させる熱化学
的合成方法などが試みられている。
ドは、黒鉛を超高圧高温状態にすることによって合成さ
れているが、最近では、カーボンや炭化水素ガスにイオ
ンビームやプラズマを照射して合成する方法や、高熱状
態で熱化学的に炭化水素の化学結合を解離させる熱化学
的合成方法などが試みられている。
また、光化学反応を利用したダイヤモンドの合成方法は
、特開昭６０−１１２６９７号公報にみられるように、
炭化水素系の反応ガスに高出力紫外光を照射して基板上
にダイヤモンドを成長させる方法が知られている。しか
し、炭化水素系のガスを反応ガスとして用い、それらを
光化学反応で分解させる場合、それらのガス光吸収帯が
ほとんど真空紫外領域にあるため、光エネルギの光源の
制約により、そのエネルギ密度が不十分であり、基板上
のダイヤモンドの成長速度が遅いという問題があった。
、特開昭６０−１１２６９７号公報にみられるように、
炭化水素系の反応ガスに高出力紫外光を照射して基板上
にダイヤモンドを成長させる方法が知られている。しか
し、炭化水素系のガスを反応ガスとして用い、それらを
光化学反応で分解させる場合、それらのガス光吸収帯が
ほとんど真空紫外領域にあるため、光エネルギの光源の
制約により、そのエネルギ密度が不十分であり、基板上
のダイヤモンドの成長速度が遅いという問題があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕本発明の目的は、従
来よりも高速度でタイヤモンドを合成する方法を提供す
ることにある。
来よりも高速度でタイヤモンドを合成する方法を提供す
ることにある。
上記目的は、炭化水素系の反応ガスに、酸素を含むガス
を添加し、混合ガスに光エネルギを照射することにより
達成される。
を添加し、混合ガスに光エネルギを照射することにより
達成される。
本発明は紫外光および真空紫外光照射により炭化水素分
子を解離し、その際遊離する炭素原子を基板上に堆積さ
せ、ダイヤモンドを合成するものである。
子を解離し、その際遊離する炭素原子を基板上に堆積さ
せ、ダイヤモンドを合成するものである。
炭化水素分子はＣ−Ｈ結合波、Ｃ−Ｃ結合波、Ｃ＝Ｃ＝
Ｃ結合波びＣ＝ｃ結合結合り構成され、それぞれの結合
エネルギ以上のエネルギを与えることにより分解される
１例えば、ＣＨ４のＣ−Ｈ結合波を切断するには約３０
０ｎｍより短波長の光で、しかも、ＣＨａの光吸収帯が
ある１６０ｎ＋ｗ以下の光を照射することにより効率よ
＜ＣＨ４を分解することができる。この光を照射しうる
光源はフッ素レーザ（波長１５７ｎ＠）があるが、光源
の安定性、寿命などの点で実用上の問題がある。
Ｃ結合波びＣ＝ｃ結合結合り構成され、それぞれの結合
エネルギ以上のエネルギを与えることにより分解される
１例えば、ＣＨ４のＣ−Ｈ結合波を切断するには約３０
０ｎｍより短波長の光で、しかも、ＣＨａの光吸収帯が
ある１６０ｎ＋ｗ以下の光を照射することにより効率よ
＜ＣＨ４を分解することができる。この光を照射しうる
光源はフッ素レーザ（波長１５７ｎ＠）があるが、光源
の安定性、寿命などの点で実用上の問題がある。
ところが１反応ガスとして炭化水素系のガスに光化学反
応によって活性な酸素原子（ラジカル等）を生成するガ
スを添加した場合には、酸素原子が炭化水素の分解を促
進すると共に、基板上に副生するグラファイトを選択的
に除去することにより、ダイヤモンドの成長速度を向上
させることができる。
応によって活性な酸素原子（ラジカル等）を生成するガ
スを添加した場合には、酸素原子が炭化水素の分解を促
進すると共に、基板上に副生するグラファイトを選択的
に除去することにより、ダイヤモンドの成長速度を向上
させることができる。
活性な酸素原子を生成するガスには１例えば、亜酸化窒
素（ＮｚＯ）を用いることができ、このガスはアルゴン
フッ素（ＡｒＦ）レーザ（波長１９３ｎｍ）光で分解さ
れ、活性な酸素原子を生成する。従って、前述のＣＨ４
に添加することにより、ＣＨａの吸収帯がないＡｒＦレ
ーザ光でも効率的に分解することができる。また、レー
ザ光をレンズで集光することにより、基板上の局部にエ
ネルギを集中させ、二光子吸収過程による光分解も可能
で、基板上の任意の個所にダイヤモンドを形成させるこ
とも可能である。
素（ＮｚＯ）を用いることができ、このガスはアルゴン
フッ素（ＡｒＦ）レーザ（波長１９３ｎｍ）光で分解さ
れ、活性な酸素原子を生成する。従って、前述のＣＨ４
に添加することにより、ＣＨａの吸収帯がないＡｒＦレ
ーザ光でも効率的に分解することができる。また、レー
ザ光をレンズで集光することにより、基板上の局部にエ
ネルギを集中させ、二光子吸収過程による光分解も可能
で、基板上の任意の個所にダイヤモンドを形成させるこ
とも可能である。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
炭化水素と水素の混合ガスおよび酸素原子を含む無機ガ
スは反応ガスボンベ９から、それぞれ質量流量計８によ
り所定量、反応容器４内に連続的に供給される０反応容
器４内は真空排気システム７により所定反応圧に保たれ
ている。真空排気システム７の排気能力は、反応容器内
を１０’″７Ｔｏｒｒ以下にできるものが望ましい、光
化学反応用のレーザ光はレーザ光ｉ［１より、レンズシ
ステム２を介して反応容器４のレーザ光入射窓板３より
基板５上に照射される１反応ガスはレーザ光により光化
学反応によって分解され、その際遊離した炭素原子は基
板５上に堆積し、基板Ｓ上でダイヤモンド結晶が成長す
る。この結晶の成長速度は基板５の温度により大きく影
響されるため、基板５は加熱ヒータ６により所定温度に
保たれている。
スは反応ガスボンベ９から、それぞれ質量流量計８によ
り所定量、反応容器４内に連続的に供給される０反応容
器４内は真空排気システム７により所定反応圧に保たれ
ている。真空排気システム７の排気能力は、反応容器内
を１０’″７Ｔｏｒｒ以下にできるものが望ましい、光
化学反応用のレーザ光はレーザ光ｉ［１より、レンズシ
ステム２を介して反応容器４のレーザ光入射窓板３より
基板５上に照射される１反応ガスはレーザ光により光化
学反応によって分解され、その際遊離した炭素原子は基
板５上に堆積し、基板Ｓ上でダイヤモンド結晶が成長す
る。この結晶の成長速度は基板５の温度により大きく影
響されるため、基板５は加熱ヒータ６により所定温度に
保たれている。
反応ガスとして酸素原子を含むガス、例えば、亜酸化窒
素（ＮｚＯ）を使用した場合には、レーザ光によって光
化学分解され、活性な酸素ラジカルが生成する。この酸
素ラジカルは反応ガスとして供給される炭化水素の分解
反応を促進する効果と共に、基板上にダイヤモンドと共
に副生するグラファイトの除去効果があり、ダイヤモン
ドの結晶成長を促進するのに有効である。
素（ＮｚＯ）を使用した場合には、レーザ光によって光
化学分解され、活性な酸素ラジカルが生成する。この酸
素ラジカルは反応ガスとして供給される炭化水素の分解
反応を促進する効果と共に、基板上にダイヤモンドと共
に副生するグラファイトの除去効果があり、ダイヤモン
ドの結晶成長を促進するのに有効である。
炭化水素としてはメタン、エタン等が用いられるが、そ
の他用いるレーザ光の波長とその波長に対する吸収帯が
ある有機化合物であればどのようなものでもよい。
の他用いるレーザ光の波長とその波長に対する吸収帯が
ある有機化合物であればどのようなものでもよい。
光化学反応用の光源は紫外域の波長で高出方が得られる
ものが使用でき、一般には、エキシマレーザが好ましい
。また、基板上でのエネルギの高密度化や位置選択性を
持たせるために、光源をレンズシステムで任意のスボチ
ト径に絞ったり、コンビュータ制御された光源のスポッ
トの稼働装置と組合せることもできる。
ものが使用でき、一般には、エキシマレーザが好ましい
。また、基板上でのエネルギの高密度化や位置選択性を
持たせるために、光源をレンズシステムで任意のスボチ
ト径に絞ったり、コンビュータ制御された光源のスポッ
トの稼働装置と組合せることもできる。
以下、具体的例を用いて本発明を説明する。
〔比較例１〕
第１図に示した装置に基板として２０Ｘ１０ｍｍのシリ
コンウェハを用い、加熱ヒータにより約７５０℃に保っ
た。原料ガスはＣＨ番（Ｉ Ｖｏ１％）と水素（９９ｖ
ｏ１％）の混合ガスを用い、１１０００８ＣＣで反応容
器内に供給した。反応容器内は真空排気システムにより
ＩＴｏｏｒに保った。
コンウェハを用い、加熱ヒータにより約７５０℃に保っ
た。原料ガスはＣＨ番（Ｉ Ｖｏ１％）と水素（９９ｖ
ｏ１％）の混合ガスを用い、１１０００８ＣＣで反応容
器内に供給した。反応容器内は真空排気システムにより
ＩＴｏｏｒに保った。
レーザ光源はＣＨ４の吸収帯がある波長域のレーザ光が
発振可能なＦ２レーザ（波長１５７ｎ＋＊）を用いて基
板上に照射した。Ｆｘレーザは１０ｍＪ／パルス、３０
Ｈｚで玉子分間反応後、基板上の析出物を走査型電子顕
微鏡でＩｌ！察したが、わがかにダイヤモンドと同定さ
れる析出物が認められた。
発振可能なＦ２レーザ（波長１５７ｎ＋＊）を用いて基
板上に照射した。Ｆｘレーザは１０ｍＪ／パルス、３０
Ｈｚで玉子分間反応後、基板上の析出物を走査型電子顕
微鏡でＩｌ！察したが、わがかにダイヤモンドと同定さ
れる析出物が認められた。
〔実施例１〕
第１図に示した装置において、ｍ料ガスとしてＣＨａ
（ｌｖｏ１％）十水素（９９ｖｏ１％）混合ガスに加
えて、鉛酸化窒素（Ｎ ｚ ０１５ｖ０１％）＋Ａｒ（
残ＶｏＩ％）の混合ガスを用いた。基板は２０Ｘ１０■
のシリコンウェハを用い、加熱ヒータにより約７５０℃
に保った。
（ｌｖｏ１％）十水素（９９ｖｏ１％）混合ガスに加
えて、鉛酸化窒素（Ｎ ｚ ０１５ｖ０１％）＋Ａｒ（
残ＶｏＩ％）の混合ガスを用いた。基板は２０Ｘ１０■
のシリコンウェハを用い、加熱ヒータにより約７５０℃
に保った。
原料ガスの供給量はＣＨａ混合ガス１０００ Ｓｃｃ＋
ｎに対し、亜酸化窒素の混合ガス４０５ ＣＣｍであり
。
ｎに対し、亜酸化窒素の混合ガス４０５ ＣＣｍであり
。
反応容器内はＩ Ｔ ｏ ｒ ｒに保持した。
光化学反応用の光源は、ＣＨ番だけの場合には、その光
吸収特性から１６０ｒｖ＋以下の波長をもつ光を発振で
きるものとして、例えば、比較例に示したようなＦ２レ
ーザ（１５７ｎｍ）を用いなくてはならない、しかし、
この波長域のレーザ光を発振させる場合には、レーザ光
の発振出力を高くとることが困難で、しかも、レーザ光
の安定性が悪いという問題がある。さらに、レーザ光を
絞り込んで基板上に照射するためのレンズシステムの材
料も特殊なものになり、例えば、耐食性に問題があるな
ど、工業化する上で障害がある。
吸収特性から１６０ｒｖ＋以下の波長をもつ光を発振で
きるものとして、例えば、比較例に示したようなＦ２レ
ーザ（１５７ｎｍ）を用いなくてはならない、しかし、
この波長域のレーザ光を発振させる場合には、レーザ光
の発振出力を高くとることが困難で、しかも、レーザ光
の安定性が悪いという問題がある。さらに、レーザ光を
絞り込んで基板上に照射するためのレンズシステムの材
料も特殊なものになり、例えば、耐食性に問題があるな
ど、工業化する上で障害がある。
ところが、原料ガスに亜酸化窒素を添加した場合には、
その光吸収帯が約２００ｎｍ以下にあり、このガスを光
化学分解させる場合には、Ａ ｒ Ｆ（１９３ｒ＋＋＋
＋）エキシマレーザが使用できる。この波長の発振出力
はＦｚレーザに比べてはるかに大きく、また、光学シス
テムにも耐食性の良い合成石英が使えることから、工業
化する上でのメリットも大きい。
その光吸収帯が約２００ｎｍ以下にあり、このガスを光
化学分解させる場合には、Ａ ｒ Ｆ（１９３ｒ＋＋＋
＋）エキシマレーザが使用できる。この波長の発振出力
はＦｚレーザに比べてはるかに大きく、また、光学シス
テムにも耐食性の良い合成石英が使えることから、工業
化する上でのメリットも大きい。
この観点から５本実施例ではＡ ｒ Ｆレーザを用いた
。２００ｍＪ／パルス、３０ Ｈｚの周期で、３０分間
反応後、基板上の析出物を走査電子線顕微鏡で観察した
。この結果、基板上のほぼ全面に析出物が認められ、電
子線回折の分析結果からダイヤモンドであることが同定
できた。この結果、比較例に示した従来法に比べて、は
るかに効率よくダイヤモンドを基板上に成長させること
ができた。
。２００ｍＪ／パルス、３０ Ｈｚの周期で、３０分間
反応後、基板上の析出物を走査電子線顕微鏡で観察した
。この結果、基板上のほぼ全面に析出物が認められ、電
子線回折の分析結果からダイヤモンドであることが同定
できた。この結果、比較例に示した従来法に比べて、は
るかに効率よくダイヤモンドを基板上に成長させること
ができた。
第２図にプラズマ反応と光化学反応を組合わせてダイヤ
モンド合成を行なう場合の系統図を示す。
モンド合成を行なう場合の系統図を示す。
原料ガスに高周波を加えてプラズマ化し、これを利用し
てダイヤモンド合成を行なう場合原料ガスとして用いる
ことができる炭化水素の種類が多いなどのメリットがあ
るが、基板上の特定位置に析出させることは不可能であ
る。そこで、第２図に示す。構成にすることにより、プ
ラズマ反応により生成した活性種が基板上に付着して結
晶化する際、レーザ光により基板上の特定位置を励起し
ておくことにより、その位置に高速度で結晶化させるこ
とができる。１０は高周波コイル、１１は高周波発振器
。
てダイヤモンド合成を行なう場合原料ガスとして用いる
ことができる炭化水素の種類が多いなどのメリットがあ
るが、基板上の特定位置に析出させることは不可能であ
る。そこで、第２図に示す。構成にすることにより、プ
ラズマ反応により生成した活性種が基板上に付着して結
晶化する際、レーザ光により基板上の特定位置を励起し
ておくことにより、その位置に高速度で結晶化させるこ
とができる。１０は高周波コイル、１１は高周波発振器
。
原料ガスのうち、光化学反応で分解するガス、例えば、
亜酸化窒素はプラズマ反応領域の後段に加えることがで
きる。この構成の場合には、レーザ光により活性な酸素
原子が生成し、レーザ光照射部の副生するグラファイト
の除去により効果的で、結晶成長の促進に効果的である
。
亜酸化窒素はプラズマ反応領域の後段に加えることがで
きる。この構成の場合には、レーザ光により活性な酸素
原子が生成し、レーザ光照射部の副生するグラファイト
の除去により効果的で、結晶成長の促進に効果的である
。
本発明によれば、従来の光化学反応法によるダイヤモン
ド合成法に比べて高速度で基板上にダイヤモンドを成長
させることができる。
ド合成法に比べて高速度で基板上にダイヤモンドを成長
させることができる。
第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は本発明の
他の実施例の系統図である。 １・・・レーザ光源、２・・・レンズシステム。
他の実施例の系統図である。 １・・・レーザ光源、２・・・レンズシステム。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、反応容器内に炭化水素系の反応ガスに酸素を含むガ
スを添加した混合ガスを供給しながら、紫外域の波長を
もつ光エネルギを照射し、前記混合ガスを分解させ、基
板上に前記混合ガスの分解により遊離した炭素原子を堆
積させてダイヤモンド結晶および薄膜を成長させること
を特徴とするダイヤモンドの光化学的合成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記酸素を含むガスとして窒素酸化物、前記紫外域の波
長をもつ光エネルギとしてレーザ光を用いることを特徴
とするダイヤモンドの光化学的合成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、 光エネルギと共に、高周波、マイクロ波等の電磁エネル
ギを複合して印加させることを特徴とするダイヤモンド
の光化学的合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25570486A JPS63112497A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | ダイヤモンドの光化学的合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25570486A JPS63112497A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | ダイヤモンドの光化学的合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63112497A true JPS63112497A (ja) | 1988-05-17 |
Family
ID=17282473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25570486A Pending JPS63112497A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | ダイヤモンドの光化学的合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63112497A (ja) |
-
1986
- 1986-10-29 JP JP25570486A patent/JPS63112497A/ja active Pending
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