JPH0772119B2 - ダイヤモンドの気相合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの気相合成法Info
- Publication number
- JPH0772119B2 JPH0772119B2 JP61264719A JP26471986A JPH0772119B2 JP H0772119 B2 JPH0772119 B2 JP H0772119B2 JP 61264719 A JP61264719 A JP 61264719A JP 26471986 A JP26471986 A JP 26471986A JP H0772119 B2 JPH0772119 B2 JP H0772119B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- gas
- phase synthesis
- vapor phase
- substrate
- Prior art date
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイヤモンドの気相合成法に関するものであ
る。
る。
［従来の技術］ ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して古くは切
削工具用途を中心に広く使用されてきた。一方近年で
は、熱伝導度が大きいこと、不純物ドーピングにより半
導体として利用可能性があること等に着目され、前者の
特性を利用するものとしてIC（集積回路）基板のヒート
シンク（冷却用放熱器）への適用が検討され、また後者
の特性を利用するものとして半導体素子等の電子技術分
野にも応用されるに至り、ダイヤモンドを形成する為の
技術が急速に開発されつつある。
削工具用途を中心に広く使用されてきた。一方近年で
は、熱伝導度が大きいこと、不純物ドーピングにより半
導体として利用可能性があること等に着目され、前者の
特性を利用するものとしてIC（集積回路）基板のヒート
シンク（冷却用放熱器）への適用が検討され、また後者
の特性を利用するものとして半導体素子等の電子技術分
野にも応用されるに至り、ダイヤモンドを形成する為の
技術が急速に開発されつつある。
ダイヤモンドの合成法としては、黒鉛を炭素原料とし、
Ni,Cr,Mn等を触媒として４〜７万気圧,1000〜2000℃の
高温・高圧で行なう高圧法が知られているが、その他気
体状炭素水素を炭素原料として低圧条件下で行なう気相
合成法も開発されている。気相合成法によるダイヤモン
ドの合成は、高圧法と比べてダイヤモンドの結晶が小さ
くなるという欠点が従来より指摘されてきたが、上述し
た様な電子技術分野への応用が進められると、却って薄
膜の形成が容易であるという利点が着目され、有用な技
術であると位置付けられている。
Ni,Cr,Mn等を触媒として４〜７万気圧,1000〜2000℃の
高温・高圧で行なう高圧法が知られているが、その他気
体状炭素水素を炭素原料として低圧条件下で行なう気相
合成法も開発されている。気相合成法によるダイヤモン
ドの合成は、高圧法と比べてダイヤモンドの結晶が小さ
くなるという欠点が従来より指摘されてきたが、上述し
た様な電子技術分野への応用が進められると、却って薄
膜の形成が容易であるという利点が着目され、有用な技
術であると位置付けられている。
第１図はダイヤモンド気相合成装置の一例を示す概略説
明図である。当該装置はマイクロ波を応用した技術であ
り、その概略が下記の如くである。
明図である。当該装置はマイクロ波を応用した技術であ
り、その概略が下記の如くである。
第１図において、マグネトロン発振機１から発信された
マイクロ波（2.45GHz）は、アイソレータ２、パワーモ
ニタ３、チューナ４及び導波管５をこの記載順序で導か
れ、前記導波管５を貫通して設けられる石英製の反応管
６内に設置された基板７に照射される。前記基板７とし
てはTa,Co,W,Mo等の金属材料が用いられる場合もある
が、一般的にはSiウエハが用いられ、該基板７は石英製
の支持台９によって所定位置に配置されている。そして
反応管６内には反応管入口11側から、H2ガスとCH4ガス
を所定割合に混合（例えばCH4１％‐H299％）した混合
ガスが約100SCCM（Standard Cubic Centimeters Per Mi
nute）の流量で導入される。導入された混合ガスは排気
口13側から所定量吸引排気され、反応管６内は予め定め
た圧力（例えば40〜50Torr）とされる。
マイクロ波（2.45GHz）は、アイソレータ２、パワーモ
ニタ３、チューナ４及び導波管５をこの記載順序で導か
れ、前記導波管５を貫通して設けられる石英製の反応管
６内に設置された基板７に照射される。前記基板７とし
てはTa,Co,W,Mo等の金属材料が用いられる場合もある
が、一般的にはSiウエハが用いられ、該基板７は石英製
の支持台９によって所定位置に配置されている。そして
反応管６内には反応管入口11側から、H2ガスとCH4ガス
を所定割合に混合（例えばCH4１％‐H299％）した混合
ガスが約100SCCM（Standard Cubic Centimeters Per Mi
nute）の流量で導入される。導入された混合ガスは排気
口13側から所定量吸引排気され、反応管６内は予め定め
た圧力（例えば40〜50Torr）とされる。
この様にして混合ガスが供給された反応管６内にマイク
ロ波の様な振動電波（約300W）が導入されると、高エネ
ルギー電子によって混合ガス成分分子が原子・イオン・
ラジカルに分解され、反応管６内には定常的なプラズマ
が発生する。前記基板７はプラズマ発生領域14に配置さ
れており、当該基板７上には混合ガス中の炭素を原料と
してダイヤモンド結晶が析出する。そして基板７の種類
や処理条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なった形
態のダイヤモンドが得られる。
ロ波の様な振動電波（約300W）が導入されると、高エネ
ルギー電子によって混合ガス成分分子が原子・イオン・
ラジカルに分解され、反応管６内には定常的なプラズマ
が発生する。前記基板７はプラズマ発生領域14に配置さ
れており、当該基板７上には混合ガス中の炭素を原料と
してダイヤモンド結晶が析出する。そして基板７の種類
や処理条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なった形
態のダイヤモンドが得られる。
第１図に示したダイヤモンド気相合成装置において、例
えば基板７としてSiウエハを用いた場合には、上述した
処理条件で基板温度が約850℃となり、基板７上に約0.3
μm/時間の成長速度で結晶性ダイヤモンドが析出する。
尚第１図中の参照符号15はプランジャーであり、基板７
が正確にプラズマ発生領域14の中央に位置する様にマイ
クロ波の反射を調整する為のものである。又参照符号20
で示されている部材はアプリケーターであり、冷却水を
供給管21から供給しつつ排出管22から排出して反応管６
が過度に加熱されるのを防ぐ機能を果たす。
えば基板７としてSiウエハを用いた場合には、上述した
処理条件で基板温度が約850℃となり、基板７上に約0.3
μm/時間の成長速度で結晶性ダイヤモンドが析出する。
尚第１図中の参照符号15はプランジャーであり、基板７
が正確にプラズマ発生領域14の中央に位置する様にマイ
クロ波の反射を調整する為のものである。又参照符号20
で示されている部材はアプリケーターであり、冷却水を
供給管21から供給しつつ排出管22から排出して反応管６
が過度に加熱されるのを防ぐ機能を果たす。
［発明が解決しようとする問題点］ 第１図に示した気相合成装置における炭素原料として
は、上述したメタン（CH4）の他、アセチレン，エチレ
ン，エタン，ベンゼン等の様な炭化水素が一般的に用い
られていた。これは、上記の様な炭化水素を用いた場合
に反応室内で進行するプラズマ反応による副生成物が、
水素，炭素，炭化水素等に限定され、且つこれらは強い
毒性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であるという消
極的理由からである。
は、上述したメタン（CH4）の他、アセチレン，エチレ
ン，エタン，ベンゼン等の様な炭化水素が一般的に用い
られていた。これは、上記の様な炭化水素を用いた場合
に反応室内で進行するプラズマ反応による副生成物が、
水素，炭素，炭化水素等に限定され、且つこれらは強い
毒性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であるという消
極的理由からである。
しかしながら、上述した様な炭化水素は高価とは言えな
い迄も、大量に消費できる程安価なものとは言えなかっ
た。従ってこれらの炭化水素を炭素原料として大量に用
いた場合は、原料コストが無視できないものとなってく
る。
い迄も、大量に消費できる程安価なものとは言えなかっ
た。従ってこれらの炭化水素を炭素原料として大量に用
いた場合は、原料コストが無視できないものとなってく
る。
本発明の目的は、ダイヤモンド合成する為に要する費用
を少しでも安価にできる様な気相合成法を提供すること
にある。
を少しでも安価にできる様な気相合成法を提供すること
にある。
［問題点を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、ダイヤモンドの気相
合成に当たり、炭素原料として二酸化炭素を用い、該二
酸化炭素と水素の混合ガスを気相合成装置に導入しつ
つ、圧力が40Torrから50Torrの範囲で気相合成を行なう
点に要旨を有するダイヤモンド気相合成法である。
合成に当たり、炭素原料として二酸化炭素を用い、該二
酸化炭素と水素の混合ガスを気相合成装置に導入しつ
つ、圧力が40Torrから50Torrの範囲で気相合成を行なう
点に要旨を有するダイヤモンド気相合成法である。
［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要は炭素原料として
二酸化炭素（CO2）を用いた点に最大の特徴を有するも
のである。即ち本発明者らは、炭化水素に代り得る炭素
原料で且つ炭化水素よりも安価なものがないかと種々検
討した結果、炭素原料として炭化水素よりも安価なCO2
ガスを用いた場合にも、炭化水素を用いる場合と同様に
ダイヤモンドが得られることを見出し本発明を完成した
ものである。
二酸化炭素（CO2）を用いた点に最大の特徴を有するも
のである。即ち本発明者らは、炭化水素に代り得る炭素
原料で且つ炭化水素よりも安価なものがないかと種々検
討した結果、炭素原料として炭化水素よりも安価なCO2
ガスを用いた場合にも、炭化水素を用いる場合と同様に
ダイヤモンドが得られることを見出し本発明を完成した
ものである。
一方従来の技術で述べた様に炭素原料としてCH4ガスを
用いた場合には、CH4ガスはH2ガスによって希釈されて
いるが、このH2ガスはダイヤモンドと同時に発生するグ
ラファイト等の非ダイヤモンド性物質を除去する作用を
発揮するものとして利用されていた。即ち、H2ガスがプ
ラズマ中で分解して生じる原子状水素はダイヤモンドよ
りもグラファイトと結合し易く、気相合成の際にダイヤ
モンドと同時に発生するグラファイトは前記原子状水素
によってエッチング除去される。一方本発明において
は、H2ガスはそのまま必要とされ、炭素原料としてのCO
2ガスはH2ガスによって希釈されて気相合成装置に導入
される。尚CO2ガスとH2ガスの混合割合は何ら限定する
ものではないが、H2ガス量が少なすぎると（相対的にＣ
が多すぎると）グラファイト等の非ダイヤモンド性物質
が発生し易くなるので、その点を考慮するとCO2/H2は0.
001〜0.5程度であるのが好ましい。
用いた場合には、CH4ガスはH2ガスによって希釈されて
いるが、このH2ガスはダイヤモンドと同時に発生するグ
ラファイト等の非ダイヤモンド性物質を除去する作用を
発揮するものとして利用されていた。即ち、H2ガスがプ
ラズマ中で分解して生じる原子状水素はダイヤモンドよ
りもグラファイトと結合し易く、気相合成の際にダイヤ
モンドと同時に発生するグラファイトは前記原子状水素
によってエッチング除去される。一方本発明において
は、H2ガスはそのまま必要とされ、炭素原料としてのCO
2ガスはH2ガスによって希釈されて気相合成装置に導入
される。尚CO2ガスとH2ガスの混合割合は何ら限定する
ものではないが、H2ガス量が少なすぎると（相対的にＣ
が多すぎると）グラファイト等の非ダイヤモンド性物質
が発生し易くなるので、その点を考慮するとCO2/H2は0.
001〜0.5程度であるのが好ましい。
本発明は上述した様に炭素原料としてCO2ガスを用いる
ものであるが、このCO2ガスを気相合成装置の水素プラ
ズマ雰囲気中に導入すると、CO2分子の分解によってＣ
が生じ、このＣがダイヤモンドの成長に寄与するもので
ある。更に好ましいことには、炭素原料としてCO2ガス
を用いた場合には、CO2の分解によって生じた酸素原子
・イオン種は非ダイヤモンド性物質との反応性が高く、
従来の場合よりも更に効率的に非ダイヤモンド性物質の
除去が達成されるという効果をも有する。
ものであるが、このCO2ガスを気相合成装置の水素プラ
ズマ雰囲気中に導入すると、CO2分子の分解によってＣ
が生じ、このＣがダイヤモンドの成長に寄与するもので
ある。更に好ましいことには、炭素原料としてCO2ガス
を用いた場合には、CO2の分解によって生じた酸素原子
・イオン種は非ダイヤモンド性物質との反応性が高く、
従来の場合よりも更に効率的に非ダイヤモンド性物質の
除去が達成されるという効果をも有する。
尚本発明方法を実施するに当たっては、格別の装置を別
途設ける必要はなく、基本的には前記第１図に示した装
置を用いればよい。即ち第１図に示した様な装置におい
て、CH4+H2の混合ガスの代りに、所定の割合に混合した
CO2+H2混合ガスを用い、該混合ガスを反応管６に導入し
つつ気相合成を行なう様にすればよい。
途設ける必要はなく、基本的には前記第１図に示した装
置を用いればよい。即ち第１図に示した様な装置におい
て、CH4+H2の混合ガスの代りに、所定の割合に混合した
CO2+H2混合ガスを用い、該混合ガスを反応管６に導入し
つつ気相合成を行なう様にすればよい。
また本発明の気相合成法において圧力は、前述の従来技
術と同様40Torrから50Torrの範囲とする。
術と同様40Torrから50Torrの範囲とする。
［実施例］ 第１図に示した装置を用い、本発明方法を実施した。
CO2ガスを10容量％となる様にH2ガスで希釈した混合ガ
スを用い、第１図に示した反応管６に供給して気相合成
に供した。混合ガスの流量は100SCCMとし、反応管６の
内圧は40Torrに保ち、マイクロ波の出力を350Wとした。
基板７としては0.5mm厚のSi（111）ウエハを1/4μｍの
ダイヤモンドペーストで１時間研磨したものを用い（20
×10mm）、プランジャー15の調節によって基板７がプラ
ズマ発生領域14のほぼ中央になる様にした。尚装置運転
中の基板温度は830℃であった。
スを用い、第１図に示した反応管６に供給して気相合成
に供した。混合ガスの流量は100SCCMとし、反応管６の
内圧は40Torrに保ち、マイクロ波の出力を350Wとした。
基板７としては0.5mm厚のSi（111）ウエハを1/4μｍの
ダイヤモンドペーストで１時間研磨したものを用い（20
×10mm）、プランジャー15の調節によって基板７がプラ
ズマ発生領域14のほぼ中央になる様にした。尚装置運転
中の基板温度は830℃であった。
この様にして合成反応を７時間行なった後に、Si基板表
面を走査型電子顕微鏡（SEM,Scanning Electron Micros
cope）で観察したところ、基板７上に約２μｍ厚のダイ
ヤモンド薄膜が成長しているのが確認された。
面を走査型電子顕微鏡（SEM,Scanning Electron Micros
cope）で観察したところ、基板７上に約２μｍ厚のダイ
ヤモンド薄膜が成長しているのが確認された。
［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、炭素原料としてCO2ガ
スを用いることによって、より安価にタイヤモンドが得
られる様になった。
スを用いることによって、より安価にタイヤモンドが得
られる様になった。
第１図はダイヤモンド気相合成装置の例を示す概略説明
図である。 １……マグネトロン発振機 ５……導波管、６……反応管 ７……基板、14……プラズマ発生領域 15……プランジャー
図である。 １……マグネトロン発振機 ５……導波管、６……反応管 ７……基板、14……プラズマ発生領域 15……プランジャー
Claims (1)
- 【請求項１】ダイヤモンドの気相合成に当たり、炭素原
料として二酸化炭素を用い、該二酸化炭素と水素の混合
ガスを気相合成装置に導入しつつ、圧力が40Torrから50
Torrの範囲で気相合成を行なうことを特徴とするダイヤ
モンドの気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61264719A JPH0772119B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61264719A JPH0772119B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63117994A JPS63117994A (ja) | 1988-05-21 |
| JPH0772119B2 true JPH0772119B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=17407231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61264719A Expired - Lifetime JPH0772119B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ダイヤモンドの気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772119B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5258206A (en) * | 1989-01-13 | 1993-11-02 | Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. | Method and apparatus for producing diamond thin films |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62265198A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-18 | Hitachi Ltd | ダイヤモンドの合成方法 |
-
1986
- 1986-11-05 JP JP61264719A patent/JPH0772119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63117994A (ja) | 1988-05-21 |
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