JPH01164796A - ダイヤモンド膜の合成法 - Google Patents
ダイヤモンド膜の合成法Info
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- JPH01164796A JPH01164796A JP62320142A JP32014287A JPH01164796A JP H01164796 A JPH01164796 A JP H01164796A JP 62320142 A JP62320142 A JP 62320142A JP 32014287 A JP32014287 A JP 32014287A JP H01164796 A JPH01164796 A JP H01164796A
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Landscapes
- 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】
〔)既 要〕
熱プラズマ化学気相成長装置を使用して炭化水素を超高
温でラジカル化し、このガスを被処理基板に衝突させる
ことにより被処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成す
る方法に関し、 被処理基板上に均質なダイヤモンド膜を合成することを
目的とし、 陰極及び陽極を有するDCプラズマトーチを用い、この
陰陽極間に放電ガスを供給しながらアーク放電させ、生
ずるプラズマジェットを被処理基板に照射せしめ、該被
処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成せしめるにあた
り、少なくとも2つのプラズマトーチを用いて一つのト
ーチでは放電電圧の高いガスをプラズマ化し、残りのト
ーチでは放電電圧の低い反応性炭化水素ガスをプラズマ
化して基板上にて両プラズマをジェットとして衝突させ
てダイヤモンド膜を形成せしめる。
温でラジカル化し、このガスを被処理基板に衝突させる
ことにより被処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成す
る方法に関し、 被処理基板上に均質なダイヤモンド膜を合成することを
目的とし、 陰極及び陽極を有するDCプラズマトーチを用い、この
陰陽極間に放電ガスを供給しながらアーク放電させ、生
ずるプラズマジェットを被処理基板に照射せしめ、該被
処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成せしめるにあた
り、少なくとも2つのプラズマトーチを用いて一つのト
ーチでは放電電圧の高いガスをプラズマ化し、残りのト
ーチでは放電電圧の低い反応性炭化水素ガスをプラズマ
化して基板上にて両プラズマをジェットとして衝突させ
てダイヤモンド膜を形成せしめる。
本発明は均質なダイヤモンド膜を化学気相成長(CVD
)法により基板上に高効率で形成せしめるダイヤモンド
膜の合成法に関する。
)法により基板上に高効率で形成せしめるダイヤモンド
膜の合成法に関する。
ダイヤモンドは炭素(C)の同素体であり、いわゆるダ
イヤモンド構造を示し、モース(Mohs)硬度10と
大きく、絶縁性に優れ、また熱伝導度は1000W/m
k と他の材料より格段に優れている。
イヤモンド構造を示し、モース(Mohs)硬度10と
大きく、絶縁性に優れ、また熱伝導度は1000W/m
k と他の材料より格段に優れている。
これらのことから、近年CVD法でダイヤモンド膜が合
成され、エレクトロニクス分野など各種の用途が期待さ
れている。すなわち、熱伝導度が大きいのを利用して半
導体集積回路の搭載用基板材料などとして注目されてい
る。
成され、エレクトロニクス分野など各種の用途が期待さ
れている。すなわち、熱伝導度が大きいのを利用して半
導体集積回路の搭載用基板材料などとして注目されてい
る。
(従来の技術〕
ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素の気相合成法として
化学気相成長法(Chemical Vapor De
pos−4tion略して通称CVD法)、イオンブレ
ーティング法、イオン化蒸着法、スパッタリング法など
が提案され研究されている。
化学気相成長法(Chemical Vapor De
pos−4tion略して通称CVD法)、イオンブレ
ーティング法、イオン化蒸着法、スパッタリング法など
が提案され研究されている。
このうち、天然のダイヤモンドに近い特性を示す試料が
得られるのはCVD法であるが、これは反応ガスの励起
法により熱フイラメンI−CV D法、マイクロ波プラ
ズマCVD法、電子線照射CVD法などに分けることが
できる。
得られるのはCVD法であるが、これは反応ガスの励起
法により熱フイラメンI−CV D法、マイクロ波プラ
ズマCVD法、電子線照射CVD法などに分けることが
できる。
このように各種の成長方法があり、それぞれダイヤモン
ドの成長が認められているものの、ラマン分光法でダイ
ヤモンドのピークのめが検出されるような良質の薄膜の
成長速度は1μm/h以下と非常に遅い。
ドの成長が認められているものの、ラマン分光法でダイ
ヤモンドのピークのめが検出されるような良質の薄膜の
成長速度は1μm/h以下と非常に遅い。
また、ダイヤント状炭素でも10μm/h程度と遅く量
産の点で問題である。そのために成膜速度の速い成長方
法の開発が要望されている。
産の点で問題である。そのために成膜速度の速い成長方
法の開発が要望されている。
そこで、本発明者らは先きにプラズマ溶射の原理を利用
した大きな製膜速度で高効率でダイヤモンド膜を合成す
る方法を見出した(昭和62年4月3日出願の特願昭6
2−83318号出願参照)。
した大きな製膜速度で高効率でダイヤモンド膜を合成す
る方法を見出した(昭和62年4月3日出願の特願昭6
2−83318号出願参照)。
前記したように、従来のダイヤモンド膜の合成方法は工
業的な方法としては不充分なものであり、我々はプラズ
マ溶射の原理を利用したダイヤモンド膜の新たな合成方
法について発明し、基板上にダイヤモンド膜を工業的に
合成することを可能とした。
業的な方法としては不充分なものであり、我々はプラズ
マ溶射の原理を利用したダイヤモンド膜の新たな合成方
法について発明し、基板上にダイヤモンド膜を工業的に
合成することを可能とした。
しかしながら、この方法では、ガスとして例えば水素と
メタンの混合ガスを用い、これを熱プラズマCVD装置
を用いてダイヤモンド膜を化学気相成長されているが、
この方法にも、 ■水素の放電電圧が非常に高いこと、 ■メタンの分解による発熱及び体積膨張があること、 ■メタンの分解により発生した炭素が溶射装置の電極に
付着して電極と反応すること、 などの原因により放電が不安定になり安定なプラズマジ
ェットが得られず、その結果として基板温度や吹き付け
られるプラズマ量が変化し均質なダイヤモンド膜が合成
できないという問題があった。
メタンの混合ガスを用い、これを熱プラズマCVD装置
を用いてダイヤモンド膜を化学気相成長されているが、
この方法にも、 ■水素の放電電圧が非常に高いこと、 ■メタンの分解による発熱及び体積膨張があること、 ■メタンの分解により発生した炭素が溶射装置の電極に
付着して電極と反応すること、 などの原因により放電が不安定になり安定なプラズマジ
ェットが得られず、その結果として基板温度や吹き付け
られるプラズマ量が変化し均質なダイヤモンド膜が合成
できないという問題があった。
従って、本発明はかかる問題を解決して基板上に均質な
ダイヤモンド膜を高効率で化学気相成長させる方法に関
する。
ダイヤモンド膜を高効率で化学気相成長させる方法に関
する。
前記目的は、本発明に従えば、陰極及び陽極を有するD
Cプラズマトーチを用い、この陰陽極間に放電ガスを供
給しながらアーク放電させ、生ずるプラズマジェットを
被処理基板に照射せしめ、該被処理基板上にダイヤモン
ドの薄膜を形成せしめるにあたり、少なくとも2つのプ
ラズマトーチヲ用いて一つのトーチでは放電電圧の高イ
カスヲプラズマ化し、残りの1・−チでは放電電圧の低
い反応性炭化水素ガスをプラズマ化して基板上にて両プ
ラズマをジェットとして衝突させてダイヤモンド膜を形
成せしめることによって解決させる。
Cプラズマトーチを用い、この陰陽極間に放電ガスを供
給しながらアーク放電させ、生ずるプラズマジェットを
被処理基板に照射せしめ、該被処理基板上にダイヤモン
ドの薄膜を形成せしめるにあたり、少なくとも2つのプ
ラズマトーチヲ用いて一つのトーチでは放電電圧の高イ
カスヲプラズマ化し、残りの1・−チでは放電電圧の低
い反応性炭化水素ガスをプラズマ化して基板上にて両プ
ラズマをジェットとして衝突させてダイヤモンド膜を形
成せしめることによって解決させる。
〔作 用〕
本発明はセラミック微粉末の合成に研究されている熱プ
ラズマCVD装置を応用して被処理基板上にダイヤモン
ド薄膜の成長を行うものである。
ラズマCVD装置を応用して被処理基板上にダイヤモン
ド薄膜の成長を行うものである。
第1図は前記した熱プラズマCVD法の原理図であって
、陽極1と陰極2の間に放電ガス(H。
、陽極1と陰極2の間に放電ガス(H。
+CI+4)3を流しながら直流電源4で電圧を印加し
てアーク放電5を起こさせ、10000°C以上のアー
クプラズマを発生させる。
てアーク放電5を起こさせ、10000°C以上のアー
クプラズマを発生させる。
一方、プラズマトーチ11のアークプラズマ発生部に供
給された原料ガス3は急速に高温度にまで加熱されて活
性化し、密度の高いラジカルを発生し、また体積が膨張
してノズルから超高速のプラズマジェット6となって噴
射する。
給された原料ガス3は急速に高温度にまで加熱されて活
性化し、密度の高いラジカルを発生し、また体積が膨張
してノズルから超高速のプラズマジェット6となって噴
射する。
このような方法でプラズマジェット6を被処理基板7に
衝突させることにより短寿命のラジカルの消滅以前に基
板上で効率の良いCVD反応を行わせてダイヤモンド膜
8の形成を行わせるものである。なお、この目的のため
の基板7は水冷載板ボルダー9上に載置し、水冷ボルダ
−9へ供給される冷却水10で、例えば800〜120
0°Cの温度に冷却される。
衝突させることにより短寿命のラジカルの消滅以前に基
板上で効率の良いCVD反応を行わせてダイヤモンド膜
8の形成を行わせるものである。なお、この目的のため
の基板7は水冷載板ボルダー9上に載置し、水冷ボルダ
−9へ供給される冷却水10で、例えば800〜120
0°Cの温度に冷却される。
然るに前述の如く、この方法によれば基板上にダイヤモ
ンド膜を効率的に気相成長されることは出来るか、前記
した理由で安定なプラズマジェットが得られず、そのた
め均質なダイヤモンド膜が合成できないという問題があ
った。これに対し、本発明に従えば、第2図に示す如く
、プラズマトーチ12及び13を2個用意し、一方には
H2ガス(又は常法通り■−12とArなどの不活性ガ
スとの混合ガス)、他方にはメタン(CI+4 )ガス
(又はC114とArなどの不活性ガスとの混合ガス)
をそれぞれ導入し、それぞれ陽極14及び15並びに陰
極16及び17との間に直流電源18及び19により電
圧を印加してアーク放電を起こさせ、プラズマジェット
20及び21を噴射させる。これらのプラズマジェット
は水冷基板ボルダ−22」二に載置した基板23の上に
均質なダイヤモンド膜24が成長する。
ンド膜を効率的に気相成長されることは出来るか、前記
した理由で安定なプラズマジェットが得られず、そのた
め均質なダイヤモンド膜が合成できないという問題があ
った。これに対し、本発明に従えば、第2図に示す如く
、プラズマトーチ12及び13を2個用意し、一方には
H2ガス(又は常法通り■−12とArなどの不活性ガ
スとの混合ガス)、他方にはメタン(CI+4 )ガス
(又はC114とArなどの不活性ガスとの混合ガス)
をそれぞれ導入し、それぞれ陽極14及び15並びに陰
極16及び17との間に直流電源18及び19により電
圧を印加してアーク放電を起こさせ、プラズマジェット
20及び21を噴射させる。これらのプラズマジェット
は水冷基板ボルダ−22」二に載置した基板23の上に
均質なダイヤモンド膜24が成長する。
以下、実施例及び比較例に従って本発明を更に具体的に
説明するが、本発明の技術的範囲を以下の実施例に限定
するものでないことはいうまでもない。
説明するが、本発明の技術的範囲を以下の実施例に限定
するものでないことはいうまでもない。
実考雌すα剪り交升↓
第1図(比較例1)及び第2図(実施例1)に示す装置
を用いて10mm10mmX10.5 mm (厚)の
シリコン基板を冷却水で水冷された基板ホルダー上に載
せ、タングステンを電極として用いたプラズマトーチに
より基板上にダイヤモンド膜を成長させた。
を用いて10mm10mmX10.5 mm (厚)の
シリコン基板を冷却水で水冷された基板ホルダー上に載
せ、タングステンを電極として用いたプラズマトーチに
より基板上にダイヤモンド膜を成長させた。
第1図に示す装置では水素ガス2(112/min及び
メタンガス0.2j2/minの混合ガスを導入し放電
させたところ、放電電圧は90Vを中心として±20V
も変動し、プラズマジェットの形状も大きく変化したが
、1時間で厚さ180μmのダイヤモンド膜を基板」二
に成長させることができた。このものはX線回折とラマ
ン分光で分析したところ、ダイヤモンドのみのピークを
示した。
メタンガス0.2j2/minの混合ガスを導入し放電
させたところ、放電電圧は90Vを中心として±20V
も変動し、プラズマジェットの形状も大きく変化したが
、1時間で厚さ180μmのダイヤモンド膜を基板」二
に成長させることができた。このものはX線回折とラマ
ン分光で分析したところ、ダイヤモンドのみのピークを
示した。
一方、第2図に示す装置のように水素ガスと、メタンガ
スとを別々にトーチにし、水素20j2/min及びメ
タン0.2j2/minのガスをそれぞれの1ヘーチに
導入し放電させたところ、水素用トーチの放電電圧は1
00■±2V、メタン用トーチの放電電圧は30V±2
■と非常に安定でありプラズマジェットの形状も一定と
なり、均質な膜厚約150μmのダイヤモンド膜が得ら
れた。得られた膜は第1図の装置を用いた膜に比較して
極めて均質なものであった。
スとを別々にトーチにし、水素20j2/min及びメ
タン0.2j2/minのガスをそれぞれの1ヘーチに
導入し放電させたところ、水素用トーチの放電電圧は1
00■±2V、メタン用トーチの放電電圧は30V±2
■と非常に安定でありプラズマジェットの形状も一定と
なり、均質な膜厚約150μmのダイヤモンド膜が得ら
れた。得られた膜は第1図の装置を用いた膜に比較して
極めて均質なものであった。
以上説明したように、本発明によれば水素ガスとメタン
ガスなどの炭素化合物ガスを個々のプラズマジェットと
しで供給するのでダイヤモンドの薄膜を従来に比べて極
めて安定にしがも高い効率で成膜することができ、これ
によりLSI搭載用基板としての需要を満たずことがで
きる。なお、本発明によれば、反応性ガスに代えて加熱
フィラメント、マイクロ波放電、RF放電を利用するこ
ともできる。
ガスなどの炭素化合物ガスを個々のプラズマジェットと
しで供給するのでダイヤモンドの薄膜を従来に比べて極
めて安定にしがも高い効率で成膜することができ、これ
によりLSI搭載用基板としての需要を満たずことがで
きる。なお、本発明によれば、反応性ガスに代えて加熱
フィラメント、マイクロ波放電、RF放電を利用するこ
ともできる。
第1図は熱プラズマCVDで基板上にダイヤモンドを生
成させる概略図であり、 第2図は本発明を実施する熱プラズマCVD装置の模式
図である。 1.14及び15・・・陰極、2,15及び17・・・
陽極、3・・・混合ガス、4.18及び19・・・電源
、6.20及び21・・・プラズマジェット17.23
・・・基板、8.24・・・ダイヤモンド膜、9.22
・・・水冷基板ホルダーIQ (冷却水) 第1図 冷却水 第2図
成させる概略図であり、 第2図は本発明を実施する熱プラズマCVD装置の模式
図である。 1.14及び15・・・陰極、2,15及び17・・・
陽極、3・・・混合ガス、4.18及び19・・・電源
、6.20及び21・・・プラズマジェット17.23
・・・基板、8.24・・・ダイヤモンド膜、9.22
・・・水冷基板ホルダーIQ (冷却水) 第1図 冷却水 第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、陰極及び陽極を有するDCプラズマトーチを用い、
この陰陽極間に放電ガスを供給しながらアーク放電させ
、生ずるプラズマジェットを被処理基板に照射せしめ、
該被処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成せしめるに
あたり、少なくとも2つのプラズマトーチを用いて一つ
のトーチでは放電電圧の高いガスをプラズマ化し、残り
のトーチでは放電電圧の低い反応性炭化水素ガスをプラ
ズマ化して基板上にて両プラズマをジェットとして衝突
させてダイヤモンド膜を形成せしめることを特徴とする
ダイヤモンド膜の合成法。 2、放電電圧の高いガスが水素である特許請求の範囲第
1項記載の方法。 3、反応性炭化水素ガスがメタンガスである特許請求の
範囲第1項記載の方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62320142A JPH0729876B2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | ダイヤモンド膜の合成法 |
DE88302836T DE3884653T2 (de) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Diamant. |
EP88302836A EP0286306B1 (en) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
KR1019880003737A KR910006784B1 (ko) | 1987-04-03 | 1988-04-02 | 다이어몬드 증착장치와 방법 |
US07/177,504 US5368897A (en) | 1987-04-03 | 1988-04-04 | Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond |
US07/905,226 US5403399A (en) | 1987-04-03 | 1992-06-29 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62320142A JPH0729876B2 (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | ダイヤモンド膜の合成法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01164796A true JPH01164796A (ja) | 1989-06-28 |
JPH0729876B2 JPH0729876B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=18118178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62320142A Expired - Fee Related JPH0729876B2 (ja) | 1987-04-03 | 1987-12-19 | ダイヤモンド膜の合成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0729876B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5314540A (en) * | 1991-03-22 | 1994-05-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Apparatus for forming diamond film |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS638294A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-14 | Yoichi Hirose | 気相法によるダイヤモンド合成法 |
-
1987
- 1987-12-19 JP JP62320142A patent/JPH0729876B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS638294A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-14 | Yoichi Hirose | 気相法によるダイヤモンド合成法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5314540A (en) * | 1991-03-22 | 1994-05-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Apparatus for forming diamond film |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0729876B2 (ja) | 1995-04-05 |
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