JPS61151096A - ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法 - Google Patents

ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法

Info

Publication number
JPS61151096A
JPS61151096A JP27172784A JP27172784A JPS61151096A JP S61151096 A JPS61151096 A JP S61151096A JP 27172784 A JP27172784 A JP 27172784A JP 27172784 A JP27172784 A JP 27172784A JP S61151096 A JPS61151096 A JP S61151096A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
film
substrate
carbon
electron beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27172784A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadao Inuzuka
犬塚 直夫
Atsuhito Sawabe
厚仁 澤邊
Yoshinori Kuwae
桑江 良昇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP27172784A priority Critical patent/JPS61151096A/ja
Publication of JPS61151096A publication Critical patent/JPS61151096A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は各種基体の表面にダイヤモンド膜又はダイヤモ
ンド状炭素膜を形成する方法に関し、更に詳しくは、非
常に簡単な方法で天然ダイヤモンドとその特性が近似す
る人造のダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を形
成する方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ダイヤモンドは、現在知られている物質の中では、硬度
、熱伝導率が最も大きく、また、極めて高い弾性率、圧
縮強さ、電気絶縁性を備え、かつ透明で化学的にも安定
な物質である。したがってその優れた特性を生かすべく
、治工具への耐摩耗コーティング、太陽電池の保護膜、
光学レンズ又は半導体の放熱板などへの用途開発が研究
されている。しかしながら、天然のダイヤモンドは産出
量も少なく極めて高価であるため到底工業用素材として
利用するわけにはいかない。
そのため、人造ダイヤモンドの製造研究が盛んζこ行な
われているが、従来知られている高温・高圧下にあける
方法で製造された人造ダイヤモンドも高価であって、工
業用素材としての有用性には乏しい。しかも、これら天
然ダイヤモンド、人造ダイヤモンドはいずれもその形状
が一般に塊状若しくは粒状であって膜の製造は困難であ
るため、ダイヤモンドが備える有用な特性を充分活用し
得ていない。
このようなことから最近では、低温・低圧下にあっても
ダイヤモンドを製造する、しかもダイヤモンド膜を製造
する研究が活発に進められている。
その主要な方法は以下の4つである。すなわち、第1は
、真空中でダイヤモンド粉末にレーザ光又は電子線を照
射してそれを加熱蒸発せしめ、その蒸気を基体表面に被
着せしめてダイヤモンド状炭素膜を形成する真空蒸着法
、第2は、加熱した基体の表面にメタン、エチレン、ア
セチレンのような炭化水素を導入し、基体に近設した熱
フィラメントの熱エネルギーで該炭化水素を熱分解して
活性種を生成せしめ、もって基体表面にダイヤモンドを
析出させるという化学気相成長法、第3は、プラズマの
中で炭化水素を分解して活性種を生成せしめ、もって基
体表面にダイヤモンドを析出させるというプラズマ化学
気相成長法、第4は、炭化水素若しくは黒鉛から炭素を
含む正イオンを生成せしめ、これら正イオンを集束して
基体表面に射突せしめ、もって基体表面にダイヤモンド
又はダイヤモンド状炭素を析出させるというイオンビー
ム法、などである。
これらの方法はいずれも低温・低圧下で行なわれるので
工業的には有利であるが、しかし、これらの方法により
基体の表面に形成されたダイヤモンド膜又はダイヤモン
ド状炭素膜はいずれも高品質のものではなく、以下に列
挙するような欠点を少なくとも1つは有している。すな
わち、それら欠点とは、■黒鉛や無定形炭素などの非ダ
イヤモンド炭素が比較的多量に混在する、■比較的硬度
が低い、■電気絶縁性が劣る、■膜厚が均一ではない、
■ダイヤモンドの析出速度、つまり膜の成長速度が小さ
い、■膜面の平滑性が劣る、■基体との密着性が悪く剥
離し易すい、■黒色不透明になり易すい、■熱的に不安
定であって、例えば  750℃の温度で黒鉛に転化し
てしまう、[相]とくに第2の方法として示した化学気
相成長法にあっては、炭化水素への熱エネルギーの供給
手段である熱フィラメント(通常、タングステンが使用
される)からその成分が蒸発して基体及び膜を汚染する
危険性が存在する、■また第4の方法として示したイオ
ンビーム法にあっては、収束ビームの衝突によって基体
及び膜の表面が損傷を受けることがある、などの問題で
ある。
このような問題は、例えば超硬合金を基体としその表面
をダイヤモンド膜で被覆して耐摩耗性が一層優れた治工
具を製造する場合や、半導体の放熱用基板を製造する場
合にあっては致命的な弱点を構成してしまう。
したがって低温・低圧下にあっても上記した欠点を有し
ない人造のダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を
基体の表面に形成する方法が強く要請されている。
〔発明の目的〕
本発明は、上記要請に応えてなされたものであって、天
然ダイヤモンドに近似した良質な特性を備える人造のダ
イヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を形成する方法
の提供を目的とする。
〔発明の概要〕
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研寄を重ねた結
果、基体上に電子線を無放電(気体放電が超らない状態
)下で照射しながらダイヤモンドを生成させたところ該
基体上にダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜が形
成されるという、従来の方法とは全く異なる方法を見い
出し、本発明方法を開発するに到った。
すなわち、本発明のダイヤモンド膜又はダイヤモンド状
炭素膜の形成方法は、反応容器の中に基体を配置しここ
に少なくとも1種の炭化水素を含有する反応ガスを導入
し該基体上に電子線を気体放電が起こらない状態で照射
して該基体上にダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素
膜を形成することを特徴とする。
本発明方法を行なうに当っては、まず通常の気相成長法
で用いられている反応容器の中に基体を配置する。基体
の材料としては、ポリエチレン。
ポリアセチレン、ポリテトラフルオルエチレンのような
各種の有機物材料:各種の単体金属1合金。
セラミックス、ガラスなどの無機質材料:または複合材
料であってよく格別限定されるものではない。
ついで反応容器の中に反応ガスを導入する。反応ガスと
しては、ダイヤモンド源として少なくとも1種の炭化水
素を含有していることが必要である。炭化水素としては
、比較的低分子室のものが好適で、具体的にはメタン、
エタン、プロパン。
エチレン、アセチレン、ブタジェン、ベンゼンをあげる
ことができる。また、反応ガスの中に水素を所定量混入
させると、ダイヤモンドの析出速度が大きくなりまた形
成されたダイヤモンド膜、又はダイヤモンド状炭素膜の
特性が向上するので有効である。混入させる水素の適量
はその他の反応条件によっても左右され、格別限定され
ぬものではないが、例えば体積比で炭化水素:水素=1
:0.1〜1:100を好適なものとしてあげることが
できる。これは、後述の電子線照射によって励起して分
離生成した活性水素が、炭化水素の励起2分解を促進し
たり、または副生する黒鉛、無定形炭素などの非ダイヤ
モンド成分と反応してこれらを除去するためであろうと
推定される。
なあ、反応容器内のガス圧は反応ガスの構成Iこよって
異なり、格別限定されるものではないが、例えば10 
〜10  Torr  を好適なものとしてあげること
ができる。また、基体は加熱してもしなくてもよいが、
加熱するとダイヤモンド膜の成長速度も大きくなり、膜
特性も良質になるので有効である。加熱方法としては、
外部に加熱体を設けてもよいが、後述の電子線そのもの
で加熱してもよく、あるいは両者を併用してもよい。ま
た電子線強度が大きすぎて、基体が不適当に過熱される
場合は、外部に冷却体を設けて該基体を冷却してもよい
。     □ その後、基体Jζ所定加速電圧および所定電流密度の電
子線を無放電下で照射して反応ガス中の炭化水素を励起
及び分解せしめる。この電子線照射の手段は特番こ限定
されないが例えば、通常の電子銃を好適なものとして挙
げることができる。また電子線の照射条件は気体放電が
起こらない条件であれば適宜選択できるが、実用上、加
速電圧を100〜100OV 、電流密度を20〜50
0 m1Vcdとする事が好ましい。
なお、反応ガス導入開始と電子線照射開始の順序は上述
のものとは逆でもよく、また同時でも良い。さらに、形
成操作を終了する際番こは反応ガス導入を先にやめても
よく、逆に電子線照射を先にやめてもよい。また同時に
やめてもよい。
かくして反応ガス中の炭化水素は励起及び分解して活性
な化学種となり、それが基体表面に順次沈着してダイヤ
モンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を形成することにな
る。また、基体が比較的大きな面積を有する場合であっ
ても、この電子線の走査照射等によって表面活性を高め
ると、その広面積にも比較的容易にダイヤモンド膜又は
ダイヤモンド状炭素膜を形成することができる。
なお、本発明方法において“ダイヤモンド状炭素膜”と
は、裏全体がダイヤモンドで構成されているのではなく
、ダイヤモンドとともに黒鉛又は無定形炭素等の非ダイ
ヤモンド成分が多少混在する膜を指す。
〔発明の実施例〕
第1図に示す如く基体ホルダー8に保持されたシリコン
ウェハーを基体1とし、これを反応容器2の中に配置し
て室温に保持した。ついで電子銃室5に設けられた電子
銃3を用いて電子線4を基体表面に照射した。この時の
電子線の加速電圧は800vであり、電流密度は200
mA/d に設定した。この電子線照射により、基体温
度は約600CJこ上昇した。な勿7は排気口を示す。
ついで、反応容器2内にメタンと水素の混合ガス体積比
1:10)を20mL/minの流量でガス人口9から
ガス出口10へ流入し続け、容器内を10−”Torr
に維持した。この状態で1時間保持した所、基体1の表
面には平均厚み5μmのダイヤモンド膜が形成された。
なお11は必要に応じ使用する加熱体を示す。得られた
膜につきX線回折。
電子線回折、ラマンスペクトル、赤外線吸収スペクトル
、エネルギ損失スペクトルを測定してその結晶形を判定
し、あわせて電気抵抗、熱伝導度。
ヴイッカース硬度、黒鉛化温度、膜表面の平滑性。
基体への密着性を測定・評価した。
な詔、膜表面の平滑性は、JISBO601に規定する
方法で最大高さくRmax)を測定し、Rma 幼11
、0 a m未満の場合を良、Rmaxが1.04m以
上3.0μm未満の場合を普通、几maxが3.0μm
以上の場合を不良として判定した。また、密着性に関し
ては、基体を厚み方向に切断してその切断面を研磨し、
膜と基体との間に露出した隙間の存在割合をもって評価
し、隙間の存在割合が10%未満の場合を良、io*以
上50チ未満の場合を普通、50%以上の場合を不良と
判定した。
以上の結果を一括して第1表に示した。なお、表には膜
の析出成長速度も記した。また、参考のために天然ダイ
ヤモンドの各特性も併記した。
以下余白 第  1  表 〔発明の効果〕 以上の説明で明らかなように、本発明方法は基体の表面
番と天然ダイヤモンドの特性に近似した良質な特性を備
えた人造のダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を
高い生産性で容易に形成することができる。
本発明方法は、ダイヤモンド源たる炭化水素を電子線で
無放電状態で励起及び分解させるので、■単一エネルギ
ー照射がほぼ可能なためタイヤモンドへの未反応は単純
で反応のブランチングは少ない、■反応は、主要には電
子線の加速電圧と電流密度で制御できる、■生成膜への
衝撃による損傷は通常ない、■反応選択性が良好である
、■また、加熱するとしても比較的低温なので加熱手段
からの膜への汚染は抑止される、などの利点を備えてお
り、その工業的な価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るダイヤモンド膜またはダイヤモン
ド状炭素膜を製造する方法の一例を示す概略図である。 1・・・・・・基体 2・・・・・・反応容器 3・・・・・・電子銃 4・・・・・・電子線 5・・・・・・電子銃室 6・・・・・・電子線出口 ア・・・・・・排気口 8・・・・・・基体ホルダー 9・・・・・・ガス入口 10・・・・・・ガス出口 11・・・・・・加熱体 代理人 弁理士 則 近 憲 佑(他1名)第  1 
 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応容器の中に基体を配置し、ここに少なくとも
    1種の炭化水素を含有する反応ガスを導入し該基体上に
    電子線を気体放電が起こらない状態で照射して該基体上
    にダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜を形成する
    ことを特徴とするダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭
    素膜の形成方法。
  2. (2)該反応ガスには水素が含有されている特許請求の
    範囲第1項記載のダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭
    素膜の形成方法。
  3. (3)電子銃を用いて電子線を照射することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載のダイヤモンド膜又はダイ
    ヤモンド状炭素膜の形成方法。
JP27172784A 1984-12-25 1984-12-25 ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法 Pending JPS61151096A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27172784A JPS61151096A (ja) 1984-12-25 1984-12-25 ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27172784A JPS61151096A (ja) 1984-12-25 1984-12-25 ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61151096A true JPS61151096A (ja) 1986-07-09

Family

ID=17503997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27172784A Pending JPS61151096A (ja) 1984-12-25 1984-12-25 ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61151096A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4816286A (en) * 1985-11-25 1989-03-28 Showa Denko Kabushiki Kaisha Process for synthesis of diamond by CVD
US5192523A (en) * 1989-06-07 1993-03-09 Universal Energy Systems, Inc. Method for forming diamondlike carbon coating
US5252174A (en) * 1989-06-19 1993-10-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing substrates for depositing diamond thin films
US5662877A (en) * 1989-08-23 1997-09-02 Tdk Corporation Process for forming diamond-like thin film

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4816286A (en) * 1985-11-25 1989-03-28 Showa Denko Kabushiki Kaisha Process for synthesis of diamond by CVD
US5192523A (en) * 1989-06-07 1993-03-09 Universal Energy Systems, Inc. Method for forming diamondlike carbon coating
US5252174A (en) * 1989-06-19 1993-10-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing substrates for depositing diamond thin films
US5662877A (en) * 1989-08-23 1997-09-02 Tdk Corporation Process for forming diamond-like thin film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rother et al. Preparation and characterization of ion-plated boron nitride
JPS62202897A (ja) ダイヤモンドの製造方法
JPS61151096A (ja) ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法
Claeyssens et al. Phosphorus carbide thin films: experiment and theory
JPS62171993A (ja) 半導体ダイヤモンドの製造方法
Hofsäss et al. 1X Thin Films Prepared By Mass Separated Ion Beam Deposition
Ullmann et al. Diamond-like amorphous carbon films prepared by rf sputtering in argon
JP3557455B2 (ja) 窒素炭素珪素系硬質材料、その製造方法及びその用途
JPS6355197A (ja) 高純度ダイヤモンドの製造方法
JP2535886B2 (ja) 炭素系膜の被覆方法
JPS62132799A (ja) ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法
JP2582765B2 (ja) ダイヤモンド製造装置
JP2579926B2 (ja) ダイヤモンドの製造方法
JPS62171994A (ja) ダイヤモンドの形成方法
JPS61146791A (ja) ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の形成方法
JPS61146793A (ja) 基板
JPS62176991A (ja) ダイヤモンドの形成方法
JPS62275093A (ja) ダイヤモンドの製造方法
JPS62108798A (ja) ダイヤモンド膜又はダイヤモンド状炭素膜の製造方法
Stenberg et al. Chemical vapour deposition of hard aC: H films from CH2I2
JPS63206390A (ja) ダイヤモンド薄膜の作製方法
JPH0397847A (ja) 窒化ホウ素膜の形成方法
JPS6355196A (ja) 高熱伝導性ダイヤモンドの製造方法
JPH06313800A (ja) X線透過用フィルム
JPS63282198A (ja) 高純度ダイヤモンドの高速製造方法