JP4217522B2 - Diamond film-forming silicon and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ダイヤモンドで成膜されたシリコンおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ダイヤモンドは、宝石、装飾品に用いられる光輝的特性を有するとともに、地球上で知られている最も硬い物質の一つであり、耐磨耗性、耐薬品性、耐圧力性等の優れた物理化学的安定性を示す物質である。この物理化学的安定性を応用した身近なものとしては、ガラスのダイヤモンドカッター、ドリルの刃、グラインダーの刃等数多くの応用品がある。
【0003】
またさらに、ダイヤモンドの炭素は、シリコンと同じ第IV族の元素である。このため、炭素がダイヤモンド構造(sp3結晶系)を形成すると、シリコンと同様に半導体特性を示し、原子間の結合力が強く、荷電子の束縛エネルギーに対応し、室温で約5.5eVという大きなバンドギャップを持つようになる。そして、シリコンと同様に、硼素等の第III族の元素をドーパントとして用いることによりp型の半導体となり、また、窒素、リン等の第V族の元素をドーパントとして用いることによりn型の半導体となるため、ダイヤモンド電子デバイスの応用研究が進められている(非特許文献1参照)。純粋なダイヤモンドは、優れた絶縁体であるが、このドーパントの量を調整することにより、絶縁体から金属並みの導電性まで、任意の導電性を示すものに変更可能な材料である。
【0004】
近年、このダイヤモンドは、前記の物理化学特性や半導体特性以外に、特異的な電気化学特性をもつことが明らかにされ始めている。ダイヤモンドを電極として用いた場合、水溶液中では大きな絶対過電圧値でしか酸素と水素の双方の発生が起こらず、従って広い熱力学の窓を示すことが明らかにされている。熱力学的計算からは、水素発生過電圧は水素標準参照電極(SHE)に対して0Vであり、酸素発生過電圧は+1.2Vであるため、熱力学の窓の広さは1.2Vとなる。電解液の条件にもよるが、この熱力学の窓は、例えば白金電極を用いた場合は1.6〜2.2V、グラッシーカーボン電極を用いた場合は約2.8Vであるのに対して、ダイヤモンド電極の場合は3.2〜3.5Vである。この広い熱力学の窓は、酸素と水素を発生させるのには不向きな電極であることを意味するが、その他の反応が電極で進行しうることになる。例えば、このダイヤモンド電極を排水処理に用いた場合は、排水の化学的酸素要求量(COD)を高効率で除去できることが知られている(特許文献1参照)。これは、ダイヤモンド電極の表面に多くのOHラジカルが発生し、このOHラジカルがCOD成分を炭酸ガス等までに無機化するメカニズムが関与しているものと考えられている(特許文献2参照)。このOHラジカルが電極表面で多く発生するため、ダイヤモンド電極を用いた飲料用、プール用、冷却棟用等など水の殺菌方法が開発されつつある。
【0005】
さらにダイヤモンドの特異的な電気化学特性として、バックグランド電流(残容電流)が他の電極と比較すると非常に低い点が挙げられる。バックグランド電流が低く、熱力学の窓が広いため、ダイヤモンドは水溶液中に含まれている金属、生態系物質の微量センサー用電極としての用途が期待されている。
【0006】
ところで、基材にダイヤモンドを成膜してダイヤモンド電極を製造する方法としては、ケミカルベーパーデポジション(CVD)が用いられ、現在主にホットフィラメントCVDとマイクロ波プラズマCVDの二種類の方法が用いられている。これらの方法は、双方とも高圧をかけない減圧下での人口ダイヤモンドの合成法である。
【0007】
マイクロ波プラズマCVDでは、水素雰囲気下で数百ppmから数%のメタン、アセトン、その他ダイヤモンドの炭素原となる有機物気体に2.4GHz程度のマイクロ波を照射してプラズマを発生させる。発生するプラズマ近傍に600〜1000℃の温度に維持した基板をおくと、この基板上にタイヤモンド膜が成長する。ダイヤモンド膜に導電性を持たせるために、水素雰囲気下にメタンガス以外に例えばジボラン、酸化硼素等の硼素源を混在させると、p型の半導体ダイヤモンド膜が成長する。マイクロ波プラズマCVDにより、主にシリコンウエハー基板にダイヤモンドが成膜されており、センサー等の用途開発が期待されている。なお、シリコンとダイヤモンドは同じ第IV族の元素であるため、結晶構造も近いためダイヤモンド膜のシリコン基板への密着性が良好であるとされている。シリコン上にダイヤモンドを成膜すると、非常に薄いシリコンカーバイドの中間層(インターレイヤー)が自然に生成され、このインターレイヤーによりダイヤモンド膜がシリコンウエハー基板に密着されることとなる。このマイクロ波プラズマCVDで生成するダイヤモンド膜は、比較的安定であり高品質なものであることが知られている(特許文献3参照)。
【0008】
一方、ホットフィラメントCVDでは、炭素原として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、不飽和炭化水素等の一種類以上の炭化水素、エタノール等のアルコール類、またはアセトン等のケトン類が、数%含まれている水素ガス雰囲気下で、タングステン、タンタルまたはルテニウム等のフィラメントを約2000℃までに加熱すると、フィラメント近傍に設置してある基板にダイヤモンド膜が成長する。この基板上に長いフィラメントを配置する事によって、大面積のダイヤモンド膜を製造することが可能となる。例えば、1m2の基板を成膜する場合、成膜チャンバーに挿入されている基板の上に、長さ1mのフィラメントを5cm間隔で20本設置すればよい。マイクロ波プラズマCVDと同様に、硼素源をメタン等とともに供給すると、p型の半導体がダイヤモンド膜が成長する。この時の基板温度は、約800℃に維持される。ホットフィラメントCVDは、このような大面積成膜が可能なため、サイズ的制限がない金属基板へ成膜する技術が開発されている(特許文献4参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開平7−299467号公報
【特許文献2】
特開2000−254650号公報
【特許文献3】
特開平10−167888号公報
【特許文献4】
特開平9−124395号公報
【非特許文献1】
大串秀世、「未来材料」、2002年、第2巻、第10号、p.6−13
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ダイヤモンド電極に用いられているシリコン基材は、シリコンウエハーを用いたものが多く、その表面積はきわめて小さいものであった。即ち、現在市販されているシリコンウエハーの主流サイズは直径が8インチ(200mm)であり、最も大きなシリコンウエハーサイズでも、直径が300mmである。従って、シリコンを基材とする大きな表面積を有するダイヤモンド電極を製造することには、限界があった。さらに、マイクロ波プラズマCVDを用いた場合は、数センチ角の小さな基板には問題なくダイヤモンドを成膜できるが、大型サイズの基板、例えばメーター角の基板となると、基板全面にダイヤモンド膜を形成させるのは非常に困難であるのが現状である。即ち、この大面積化の難しさは、このようなメーター角サイズの基板全面をカバーするプラズマを発生する技術的な難しさに起因している。
【0011】
さらに、これらシリコンウエハーの厚さは通常約725μm以上であるため、面積の大きな導電性支持基材にダイヤモンドで成膜したシリコンウエハーを接合させて大面積の電極を作製しようとしても、シリコンウエハーの可撓性が少ないため接合が容易でなく、また、シリコンウエハーの導電性もその厚みのために低くならざるを得ず、電極として用いることには問題があった。
【0012】
また、基板に単結晶ダイヤモンドを用いれば、マイクロ波プラズマCVDではホモエピタキシアル構造のダイヤモンドの成長が可能であるが、シリコンウエハー上に造られているダイヤモンド膜は、ほとんどの場合多結晶ダイヤモンド膜であった。
【0013】
一方、上述したように、ホットフィラメントCVDではサイズ的制限がない金属基板へ成膜する技術が開発され、金属基板としては、タンタル、ニオブ、タングステンが用いられている。
【0014】
しかし、これらの基板金属の結晶構造は、ダイヤモンドのエピタキシアル結晶構造とは完全に異なるものである。従ってこの金属基板にダイヤモンドを密着させるのには、金属とタイヤモンドを接合する強固なインターレイヤー(中間層)が必須である。例えば、金属板であるニオブにダイヤモンドを成膜する場合、ニオブカーバイドのインターレイヤーを造る必要性があるが、このニオブカーバイドの層は、シリコンカーバイドのように容易に形成されないため、ダイヤモンド成膜を開始する前に、別途ニオブカーバイド層を成膜するステップを設ける必要がある。このような金属カーバイドの成膜条件は、基板金属の前処理、成膜温度、ガス組成条件によって大きく影響され、操作条件が複雑であり、各操作因子が形成される金属カーバイドに与える影響は、まだ完全に明らかになっていないのが現状である。そして、金属カーバイド層の状態によって成膜させるダイヤモンド層の品質、特に安定性(耐久性)が大きく影響されるという問題があった。また、金属カーバイド層に直接ホットフィラメントCVDでダイヤモンドを成膜し始めても、結晶化が遅いため、通常は種結晶としてダイヤモンド微粉末を金属カーバイド層に埋め込む必要があった。
【0015】
さらに、例えば、ニオブ基材のダイヤモンド電極を製造する場合は、最終的な電極と同じ形状にした導電性支持基材を準備し、この上にダイヤモンド膜を直接成膜していた。この成膜は800℃以上の高温で行われるため、導電性支持基材に熱ひずみ等が起こり、設計どおりの電極が得られないという問題があった。そして、電極が3次元的なものであると、この熱による変形がさらに顕著なものとなる。
【0016】
さらに、従来のダイヤモンド電極の製造方法は、基本的にはバッチ式である。即ち、シリコンウエハーまたは金属母材を1ロットごとCVD装置に搬入し、CVD装置の減圧、昇温、成膜、降温、昇圧等を繰り返し、その製造方法に多大にエネルギーのロスがあった。そのため、これらの課題が特にダイヤモンド電極の量産化を妨げ、ダイヤモンド電極が普及しない理由の一つとなっていた。
【0017】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、工業的に利用可能なダイヤモンド電極に用いるダイヤモンド成膜シリコン、さらにこれらの製造方法を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、一定の厚さのシリコン基材に導電性ダイヤモンドを成膜したシリコンを用いることにより、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0019】
即ち、本発明は、厚さが500μm以下のシリコン基材の少なくとも1部を導電性ダイヤモンドで成膜したダイヤモンド成膜シリコンであって、シリコン基材が板状結晶成長法により製造されることを特徴とするダイヤモンド製膜シリコンである。
【0020】
また、本発明は、厚さが500μm以下のシリコン基材の少なくとも1部をケミカルベーパーデポジションにより導電性ダイヤモンドで成膜することを特徴とするダイヤモンド成膜シリコンの製造方法である。
【0021】
さらに、本発明は、板状結晶成長法により厚さが500μm以下のシリコン基材を製造する工程、
前記製造されたシリコン基材の少なくとも1部をケミカルベーパーデポジションにより導電性ダイヤモンドで成膜する工程、
を含むことを特徴とするダイヤモンド成膜シリコンの製造方法である。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる板状結晶成長法とは、板状のシリコン基材を得る方法を意味し、厚さが500μm以下のシリコン基材を得られるものであれば特に制限はない。板状結晶成長法の具体例としては、EFG法(Edge−defined Film−fed Growth法)、ストリングリボン法またはデンドリティックウェブ法等が好ましい例としてあげることができ、この中でデンドリティックウェブ法がより好ましい例としてあげることができる。ここで、EFG法は、シリコン融液を、融液の供給と結晶形状を規定する型であるダイのスリットを毛細管現象によって上昇させ、そこに種結晶を接触させて固化させたものを引き上げることにより、シリコン基材を得る方法である。また、ストリングリボン法は、シリコン融液中から複数のストリング(紐)を垂直方向に引き上げて、ストリングの間に表面張力で支えられた膜を固化させたものを引き上げることにより、シリコン基材を得る方法である。また、デンドリティックウェブ法は、ダイを用いずにシリコン融液に直接種結晶を接触させ、種結晶から伸びた複数のデンドライト(樹枝状結晶)の間に表面張力で支えられた薄い膜(ウェブ)を固化させたものを引き上げることにより、シリコン基材を得る方法である(特開昭63−144187号公報、特開2000−319088号公報参照)。
【0023】
これらの板状結晶成長法によれば、表面積の大きなシリコン基材を得ることが容易であり、工業的に用いられる表面積の大きな電極に、本発明のダイヤモンド成膜シリコンを用いる場合には、特に有利となる。
【0024】
また、本発明に用いるシリコン基材の厚さの下限は、特に制限はないが、取り扱いやすさの観点から、0.1μm以上のものが好ましい。即ち、本発明に用いるシリコン基材の厚さとしては、好ましくは0.1〜500μm、より好ましくは10〜300μm、さらに好ましくは50〜200μmである。なお、厚さが500μmを超えると電気抵抗が高くなり、電極に用いた場合は不利となる。また、500μmを超えると可撓性が少なくなるため、壊れやすく、さらに高電流密度で使用した場合に発生する熱による熱膨張を吸収できずに、割れやすくなるという問題がある。
【0025】
また、本発明に用いるシリコン基材は、単結晶、多結晶またはアモルファスのいずれであってもよいが、ダイヤモンド膜が成膜しやすく、密着性が優れるという観点から単結晶が好ましい。
【0026】
長さの長いダイヤモンド成膜シリコンを製作する場合には、後述する図2、図4に示した実施の形態を用いればよい。また、センサー等に用いるより小さなダイヤモンド成膜シリコンが必要な場合は、ダイヤモンドカッター等で任意に小さく切断することにより得ることができる。
【0027】
本発明のダイヤモンド成膜シリコンは、厚さが500μm以下のシリコン基材の少なくとも1部をCVDにより導電性ダイヤモンドで成膜することにより製造することができる。以下に、本発明のダイヤモンド成膜シリコンの製造方法について、図面を参照して説明する。
【0028】
図1に、本発明の製造方法の実施形態の一例を示す。この実施形態では、板状結晶成長法1による厚さ500μm以下のシリコン基材の製造工程、CVDダイヤモンド成膜の前処理工程2、ダイヤモンド成膜工程3で構成される。その後、電極を製造する場合には、導電性支持基材の前処理工程4、導電性接合体を用いたダイヤモンド成膜シリコンと導電性支持基材の接合工程5、および電極組立て工程6が行われる。
【0029】
シリコン原料とドーパントを投入し、板状結晶成長法1により厚さが500μm以下のシリコン基材が製造される(工程(a))。p型のシリコン基材を製造する場合は、ドーパントとして硼素原料、ガリウム原料、インジウム原料が好ましく用いられる。n型のシリコン基材を製造する場合は、ドーパントとしてリン原料、アンチモン原料、ヒ素原料が好ましく用いられる。ドーパントは、シリコン基材の電気抵抗(体積抵抗率)が10Ωcm以下、好ましくは50mΩcm以下、さらに好ましくは15mΩcm以下になるように添加することが望ましい。なお、シリコン基材を溶融炉から引き上げた後に、イオン注入法でドーピングしてもよく、この場合はドーパントを溶融炉に入れる必要性はない。
【0030】
シリコン基材の幅は、通常1mm〜300mm、好ましくは5mm〜200mm、さらに好ましくは10mm〜150mmである。幅が1mm未満では、機械的な強度が弱いため、ダイヤモンド成膜が困難となる場合がある。また幅が300mmを超えると、均一なシリコン基材が得られにくい場合がある。ここで製造されるシリコン基材の長さはエンドレスであるため、連続的にダイヤモンド成膜の前処理工程2、さらに、シリコン基材の少なくとも1部をCVDにより導電性ダイヤモンドで成膜する工程(工程(e))に、コンベヤ等で送ってもよい。この場合、工程(a)と工程(e)が連続して行われることとなる。
【0031】
なお、シリコン基材の引き抜き速度は一定であるため、成膜するダイヤモンドの厚さによっては、成膜速度が追いつかない場合がある。即ち、CVDでタイヤモンド膜を成膜する場合の成膜速度は通常0.1〜5μm/h程度であるので、例えば3μmのダイヤモンド膜厚を1μm/hで成膜する場合、CVDチャンバーの滞留時間が3時間近く必要となる。このような場合は、溶融炉から取り出した直後に、シリコン基材を所定の長さにダイヤモンドカッター等で切断することが好ましい。なお、ここで切断する長さは、最終的な電極の形状、用途または後述するCVD装置の構成に合わせることもできる。所定の長さに切断されたシリコン基材は、バッチ式で前処理工程2に送られる。
【0032】
なお、溶融炉から引き抜いた直後のシリコン基材はまだ高温であるため、一旦50°C/h以下の緩やかな降温速度で冷却することが好ましい。常温近い温度にまで冷却されたシリコン基材は、前処理工程2に送られ、ここでシリコン基材の表面近傍に付着している金属不純物や酸化ケイ素皮膜等をクリーニングおよびエッチングされる。金属不純物の除去には、通常塩酸水溶液等が、酸化ケイ素皮膜の除去には通常フッ酸水溶液が、それぞれ用いられる。なお、エッチング後数時間放置することにより酸化ケイ素の皮膜が自然に形成されるため、この酸化ケイ素の除去作業は、ダイヤモンド成膜工程3に送る直前に行うことが好ましい。
【0033】
本発明において、ダイヤモンド成膜の工程は、連続式またはバッチ式のいずれでも行うことができる。連続式で行う場合はマイクロ波プラズマCVDを用いることが好ましく、バッチ式で行う場合はホットフィラメントCVDで行うことが好ましいが、これらの組み合わせに限定されるものではない。
【0034】
図2、図4、図5に、シリコン基材のタイヤモンド成膜工程の一例を示す。図2は1m〜20m、図4は20m〜300m、図5は2m以下の長さのシリコン基材をダイヤモンド成膜するのに適した例であるが、これらの寸法は目安であり、厳密に守る必要性はない。
【0035】
図2は、マイクロ波プラズマCVDで長さ1m〜20mのシリコン基材をダイヤモンド成膜するのに適した例である。マイクロ波発生部は、マイクロ波発生源20、マイクロ波の導波管21、マイクロ波を透過させる窓22で構成されている。マイクロ波発生源20は通常使用されている2.45GHzのものでもよく、またはより高周波のものを用いてもよい。窓22は、サファイヤ、石英等のマイクロ波が透過し、且つ圧力的に遮断でるものであれば特に制限はない。所定の温度、圧力においてCVDチャンバー23内に水素、メタン等の炭素源、ドーパント源で構成される反応ガス24を挿入してマイクロ波照射を行うと、プラズマボール26が発生し、シリコン基材27の表面でダイヤモンドの成膜が進行する。
【0036】
ダイヤモンド成膜時のシリコン基材の温度は、600〜1000℃の所定温度に制御することが好ましい。シリコン基材の温度制御を行うために、ヒーター33を設けてもよい。
【0037】
CVDチャンバー23をダイヤモンド成膜時に常に一定の圧力に維持するために、または装置のスタートアップ時のクリーニング等で高真空引きをするために、CVDチャンバーは、経路25を介して真空ポンプに連結されている。CVD装置には、マイクロ波発生部の他に、シリコン基材27が搬入、排出される部分に別途真空チャンバー30および31を設けることが好ましい。真空チャンバー30は30a、30b、30c、また真空チャンバー31は31a、31b、31cと、圧力と温度が異なった3のパーティションに区別されている。パーティション30a、30b、31bおよび31cには、個別に圧力を調整するための真空ポンプ、圧力制御機構が設けられている。チャンバー30および31は、CVDチャンバー23と開口部32によって区切られており、パーティション30cおよび31aの圧力は、CVDチャンバー23と同圧である。パーティション30bおよび31bの圧力は、CVDチャンバー23より高圧に維持される。例えば、CVDチャンバー23が1.3kPaで運転される場合は、パーティション30bおよび31bの圧力は、13.3kPaに維持させる。この時パーティション30aおよび31cの圧力は、例えば43.2kPaに設定される。このようにCVDチャンバー23の圧力と外気圧とを、パーティションを介して段階的に減圧となる機構を設けることが好ましい。これは、シリコン基材と同伴して空気等がCVDチャンバー23に漏れないようにするためである。なお、パーティション30a、30b、30cのいずれかによる圧力の調整は、本発明の少なくとも1回圧力を調整する工程(d)を構成し、また、パーティション31a、31b、31cのいずれかによる圧力の調整は、本発明の少なくとも1回圧力を調整する工程(f)を構成する。
【0038】
さらにこれらのパーティションには、空気の進入を防ぐためにゴムダンパー29が設けられている。図3に、ゴムダンパー部分の詳細を示す。ゴムダンパー29は、上下に取り付けられている2枚のゴム板29aおよび29bで構成されており、パーティション30aの壁面に接着されて、さらにネジ止めされている。この上下のゴム板29aおよび29bは、重なり合う部分があり、この重なった部分の間にシリコン基材27が挟まれる。またゴム板29aおよび29bが約90度屈曲した場所に間隔があくので、この部分はタッパー29cで密閉されている。このゴムダンパー29は、片側が減圧になっているため、圧力の差によってシリコン基材27に密着し、空気の進入を防ぐ機構として働く。ゴムダンパー29の材料には天然ゴム、シリコンゴム等の各種ゴム材料を用いることができるが、好ましくは耐熱性、耐薬品性に優れているフッ素系のゴムが使用される。このゴムダンパー29を用いた空気の遮断機構は、厚さが500μm以下のシリコン基材を用いることで初めて可能になるものである。従来の1mm近い厚み、径300mmの丸いシリコンウエハーで実現できないものである。パーティション30cおよび31aの長さは、シリコン基材の搬入スピードにより適宜決定されるものであるが、通常は50cm程度である。なお、パーティション30cおよび31aの長さを極端に短くすると、これらのゴム材料を用いた場合でも、温度が150℃以上になると密閉性が低くなる場合がある。なお、この実施の形態の例では、これらのパーティションの温度を制御する機構を設ける必要はないが、精密な温度制御を行う場合は、温度制御機構を設けてもよい。
【0039】
真空チャンバー30および31は、導入するシリコン基材の厚さが500μm以下と薄いため、高さを低く、例えば1mm以下とすることができ、コンパクトな装置構造が可能となる。開口部32は、マイクロ波を遮断でき且つシリコン基材が挿入できるに高さであり、ダイヤモンド成膜するシリコン基材の厚みによって可変できるゲート構造を設けることもできる。開口部32の幅も成膜するシリコン基材に適宜あわせることができ、通常は300mm以下である。この開口幅は比較的広いが高さが低いため、マイクロ波が外気または真空チャンバー30および31に漏れる心配はない。この開口部32およびCVDチャンバー23は、マイクロ波を遮断するために金属性であることが好ましい。また、シリコン基材は可撓性を有するため、CVDチャンバー23のヒーター33の上には、金網またはすのこ構造の支えを設けることが好ましい。
【0040】
シリコン基材のCVDチャンバー23の通過速度は、CVDチャンバー23の前後にある回転機構28で調整される。成膜開始時には、入り口側の回転機構28aでシリコン基材27の先端をプラズマボール26の下まで押し出し、ダイヤモンド成膜シリコンが出口側の回転機構28bに到達した後に、この出口側の回転機構28bでチャンバー通過速度の調整を行ってもよい。シリコン基材27のCVDチャンバー23内での滞留時間は、この回転機構28で可変でき、ダイヤモンド成膜の厚さの調整が可能となる。例えば、シリコン基材27の通過速度としては、1mm/h〜500mm/hを挙げることができる。なお、技術の発展により、より高速でダイヤモンド成長できるCVD技術が今後開発されると、この通過速度はより高速化できることは無論である。なお、シリコン基材27は、CVDチャンバー23内のプラズマボール26の下方に到達して、初めてダイヤモンド成膜が開始される。従って、シリコン基材27がプラズマボールの下方に到達するまでは、より高速で挿入しても差し支えない。CVDチャンバー23の壁面に別途、石英等の覗き窓を設けてプラズマボール26に到達したことを確認してもよい。この場合、電子レンジに用いるような金網または金網状に金属を印刷したマイクロ波遮断機構を窓に設けることが好ましい。
【0041】
なお、マイクロ波プラズマCVDでは、特に大面積のプラズマを発生、制御することが難しいため、この実施の形態の例で用いられるシリコン基材の幅は、通常300mm以下、好ましくは200mm以下、さらに好ましくは150mm以下である。
【0042】
本発明では、厚さが500μm以下のシリコン基材を成膜基材として用いることにより、マイクロ波プラズマCVDで連続的且つ容易にダイヤモンド成膜が可能となり、後述の電極の量産製造に寄与するものである。
【0043】
図4に、長さ20m以上のシリコン基材をダイヤモンド成膜するのに好ましい実施の形態を示す。図4では、CVDチャンバー23およびマイクロ波発生部は図2と同様であるが、シリコン基材の搬入および排出機構が異なる。板状結晶成長法によりシリコン基材27を製造した後、シリコン基材を巻き取る工程(b)により、シリコン基材27はドラム41に巻きつけられた状態におかれる。ドラム41の径は、通常50mm以上、好ましくは300mm以上、さらに好ましくは600mm以上である。径が50mm未満の場合は、特に単結晶のシリコン基材において曲げによる亀裂が入りやすくなる。また、ダイヤモンド成膜シリコンは、ドラム43に巻物として回収され、このドラム43の径も50mm以上とすることが好ましい。また、成膜されるダイヤモンド膜の厚さは通常20μm、好ましく10μm以下、より好ましく5μm以下である。ドラム42に回収されるため、ダイヤモンド膜の厚さが20μm以上であると、ダイヤモンド膜部分に亀裂が起こりやすくなる。また、ドラム42の設置方法としては、ダイヤモンド成膜された面が外側になるようにすることが好ましい。これは、ダイヤモンドの熱膨張率がシリコンより低いためである。すなわち、ダイヤモンドが成膜される600〜1000℃のCVDチャンバー内では、シリコン基材は伸びた状態になっている。これを常温付近までに降温するとダイヤモンド層はシリコン基材の縮小により、加圧された状態になる。ドラムボックス42でダイヤモンドが成膜されている面を中向きして巻きつけると、さらにこのダイヤモンド成膜層を加圧することになり、ダイヤモンド層に不安定性を与える要因になる。
【0044】
シリコン基材27のロード、アンロードはバッチ式であるが、一旦セットされれば長いシリコン基材を連続的に成膜できるため、後述の電極の量産化に十分その役割を果たす。ドラムボックス40および42、通路44および45の圧力は、CVDチャンバー23と基本的に同圧になっており、圧力的に外気と隔離できる構造となっている。成膜をスタートするときは、ドラムボックス40、42を開放し、シリコン基材27を巻物状としたドラム41を設置し、巻き取り開始を可能にするためシリコン基材の先端をドラム43まで張る。この時、プラズマボール26の下方からドラム43までのシリコン基材は、成膜されず無題になるので、ここでは他の材料のダミーをシリコン基材27の先端に接合して用いても良い。ドラム41を設置後、経路25につながっている真空ポンプを用いて0.013kPa以下までに系全体を減圧し、空気を除きとる。ついで反応ガス24をCVDチャンバー23に挿入し、ガス流量と真空ポンプの調整を行い、所定の減圧下でマイクロ波発生装置を稼動させて成膜操作を開始する。なお、シリコン基材27のCVDチャンバー23内の通過速度は、回転機構46を用いて制御させることが好ましい。ドラム43の回転は、シリコン基材をたるみ無く巻きとれる程度のトルクをかけておき、滞留時間の制御には回転機構46の回転数で調整する。ドラム43の回転数を一定にしておいてもダイヤモンド成膜シリコンが巻き取られるのに伴い、径が大きくなり、通過速度が一定に制御できないためである。通過速度は、成膜したいダイヤモンド膜の厚みによって調整できるが、通常は1mm/h〜500mm/hである。なお、技術の発展により、より高速でダイヤモンド成長できるCVD技術が今後開発されると、この通過速度はより高速できることは無論である。なお、回転機構46によりシリコン基材27をCVDに搬入する工程は、本発明の巻き取ったシリコン基材をCVD装置に供給する工程(c)を構成する。また、ドラム43にダイヤモンド成膜シリコンを巻き取る工程は、本発明のダイヤモンド成膜シリコンを巻き取る工程(h)を構成する。
【0045】
本発明では、図2および図4に示した例から明らかなように、通常は大面積での成膜が困難であるマイクロ波プラズマCVDを用いても、連続的なダイヤモンド成膜が可能となり、後述の電極の量産化に大きく貢献することとなる。
【0046】
次に図5に、ホットフィラメントCVDを用いた場合の本発明の実施の形態の一例を示す。これは、シリコン基材の長さが2m以下の場合に適した成膜方法および装置である。成膜装置は、CVDチャンバー51、ロードチャンバー52、アンロードチャンバー53、ヒーティングチャンバー54、クーリングチャンバー55で構成され、ロードおよびアンロードチャンバーはゲート56およびゲート57により圧力的に完全に隔離できる構造となっている。さらにロードチャンバー52はシリコン基材27の搬入用のゲート58を、アンロードチャンバー55はダイヤモンド成膜シリコンの取り出し用のゲート59を有する。各チャンバー下部には、シリコン基材27の搬送用の金属製のコンベヤ60、61、62が設置されている。CVD成膜のためのタングステンフィラメント50が、シリコン基材27の長さ方向と直角になるように、CVDチャンバー51の上部に設置されている。タングステンフィラメントは、必ずしも直角に設置する必要性はないが、直角に設置するのが好ましい。即ち、シリコン基材27の長さが1m以上の場合、同じ方向に設置しようとするとフィラメントも1m以上のものを設置する必要性が出てくるが、ダイヤモンド成膜時はこのフィラメント温度が約2000℃もの高温になり、フィラメント自体もたるみが出てくる。このため、できるだけ短いフィラメントで設置できるよう、直角に位置することが好ましい。CVDチャンバー51には反応ガス24の挿入用の配管と、真空引きするための経路25が設置されている。ロードチャンバー52、アンロードチャンバー53には、水素挿入ライン63および64が設置されており、さらに真空引きするライン65および66が設置されている。またCVDチャンバー51には、ダイヤモンド成膜時のシリコン基材温度を制御するためのヒーター33が設けられており、ダイヤモンド成膜時のシリコン基材温度は600℃〜1000℃の範囲に制御される。
【0047】
ヒーティングチャンバー54およびクーリングチャンバー55は、図6に示すように、CVDチャンバー51のシリコン基材温度(TCVD)から室温(RT)までに急激な昇温または降温が起こらないような構造となっている。これは、温度ショック等によりシリコン基材27に破損を生じさせないためである。さらに、ダイヤモンド成膜シリコンでは、ダイヤモンド層とシリコンの熱膨張率の違いに起因する降温操作により生じた応力を緩和させる必要性があるためである。この降温または昇温速度は、シリコン基材温度の変化が50℃/h以下になるようにすることが好ましい。ヒーティングチャンバー54およびクーリングチャンバー55ではCVDチャンバー51の放熱、熱滞留により自然にこのような温度分布が通常形成されるが、より正確な温度分布維持をする場合は、補助用のヒーターまたは間接冷却機構をヒーティングチャンバー54および/またはクーリングチャンバー55の下部に設けてもよい。
【0048】
次に、この実施の形態におけるシリコン基材の成膜操作について説明する。定常状態では、CVDチャンバー51、ヒーティングチャンバー54およびクーリングチャンバー55内に、水素ガス、数%のメタン、数100〜数1000ppmのドーパント源が、0.67〜13.3kPaの圧力に維持されている。CVDチャンバー51では、フィラメント50の温度が2000℃近傍、基材温度が800℃近傍に維持されており、ダイヤモンド成膜が行われる。ゲート56は閉となっており、ゲート57は開となっている。シリコン基材27の挿入には、まずロードチャンバー52内を真空引き(0.013kPaまで)し、反応ガスをロードチャンバー52内から除去する。ついでロードチャンバー52に空気を、水素ラインとは別経路(図示は省略)により挿入して常圧にする。常圧になって初めてゲート58が開けられ、シリコン基材27がロードチャンバー52に挿入される。図5にはシリコン基材を1枚のみロードしてあるが、挿入する数は複数であってもよい。シリコン基材27を挿入後、ゲート58は密閉され、真空引きを行い、ロードチャンバー52内から空気が除去される。ついでライン63から水素を挿入してCVDチャンバー51の圧力と同圧にしておき、この状態で成膜スタンバイとなる。CVDチャンバー51内では順次シリコン基材27が成膜されており、成膜が終了したダイヤモンド成膜シリコンは連結しているクーリングチャンバー55に移り、緩やかな冷却で室温近い温度まで降温される。ゲート57は開となっているため、冷却が終了したダイヤモンド成膜シリコンがアンロードチャンバー53に近づいてくると、アンロード操作が開始される。ダイヤモンド成膜シリコンがアンロードチャンバー53に近づくと、まずダイヤモンド成膜シリコンが完全にアンロードチャンバー53内に入るように、コンベヤ60の送り操作が行われる。このダイヤモンド成膜シリコンがアンロードチャンバー53に近づいたことは、各種市販されているレーザー等の位置センサーで感知できる。アンロードチャンバー53にダイヤモンド成膜シリコンが完全に挿入されると、ゲート57が閉じられ、ライン66の真空引きにより反応ガスが除去される。ついでアンロードチャンバー53に、水素ラインとは別の経路(図示は省略)により空気が挿入され、ゲート59を開放してダイヤモンド成膜シリコンが取り出される。アンロード操作開始のゲート57が閉となった時点で、ロードチャンバー52にスタンバイ状態になっていたシリコン基材27のロード操作が行われる。ロード操作では、ゲート56が開放されコンベヤ61の送り操作が行われる。この時ヒーティングチャンバー54のコンベヤ60は常に一定の速度で移動しているため、完全にシリコン基材27が昇温チャンバーに移るのには時間が掛かる。完全に昇温チャンバーに移ったことを、レーザー等の位置センサーで確認することが好ましい。ヒーティングチャンバー54にシリコン基材が完全に移ると、ゲート56が閉じられる。またアンロードチャンバー53からダイヤモンド成膜シリコンの取り出しが終ると、ゲート59は密閉され、アンロードチャンバー53内の空気は真空引きにより除去される。ついで、水素ガスがライン64より導入され、CVDチャンバー51と同圧にされる。同圧になった事が確認された後に、ゲート57が開放される。このような操作を繰り返しながら、半連続的にホットフィラメントCVDでダイヤモンド成膜が行われる。この実施の形態の例では、ロードおよびアンロード操作で同圧にするために水素ガスを充填しているが、水素ガスのかわりに反応ガスそのものを充填してもよい。なお、炭素源が含まれている反応ガスが、300〜600℃の中温雰囲気下に置かれるとすすが発生する傾向があるので、好ましくは水素ガスがロードおよびアンロード操作で用いられる。ロードおよびアンロードチャンバーの大きさは、シリコン基材27がコンベヤの上に入り込めるものあればよいため、高さを低くすることができる。このため、真空引き、水素ガスを充填する容量が少なくて済み、コンパクトなロードおよびアンロードチャンバーの設計が可能である。すなわち、従来のホットフィラメントCVD装置のように、CVDチャンバー全体の真空引きの必要性がない。また、本実施例によるとCVDのフィラメントおよびCVDチャンバーの温度は常に略一定である。従来のホットフィラメントCVD装置および方法のように、基材ごとに昇温、降温、真空引きを繰り返す必要性がなく、電気代等の成膜コストを著しく低減でき、さらにフィラメントも長寿命化される。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンド電極に用いるためのダイヤモンド成膜シリコンを容易に製造することができる。また、本発明のダイヤモンド成膜シリコンを用いることにより、大面積の電極あるいは3次元形状の電極を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明のダイヤモンド成膜シリコンおよび電極の製造工程の概略を示す図である。
【図2】 図2は、マイクロ波プラズマCVDを用いたダイヤモンド成膜シリコンの製造工程を示す図である。
【図3】 図3は、ゴムダンパー部分の詳細を示す図である。
【図4】 図4は、マイクロ波プラズマCVDを用いたダイヤモンド成膜シリコンの製造工程を示す図である。
【図5】 図5は、ホットフィラメントCVDを用いたダイヤモンド成膜シリコンの製造工程を示す図である。
【図6】 図6は、ホットフィラメントCVDを用いた各工程における温度変化を示す図である。
【符号の説明】
20 マイクロ波発生源
21 マイクロ波の導波管
23 CVDチャンバー
24 反応ガス
26 プラズマボール
27 シリコン基材
28 回転機構
29 ゴムダンパー
29a ゴム板
29b ゴム板
29c タッパー
30 真空チャンバー
30a パーティション
31c パーティション
33 ヒーター
41 ドラム
42 ドラム
46 回転機構
50 タングステンフィラメント
51 CVDチャンバー
52 ロードチャンバー
53 アンロードチャンバー
54 ヒーティングチャンバー
55 クーリングチャンバー
56〜58 ゲート
60〜62 コンベア
63、64 水素挿入ライン
65、66 真空引きライン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to silicon formed from conductive diamond and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Diamond is one of the hardest materials known on the earth, and has excellent physical properties such as wear resistance, chemical resistance and pressure resistance. It is a substance that exhibits chemical stability. Familiar products applying this physicochemical stability include many applied products such as glass diamond cutters, drill blades, and grinder blades.
[0003]
Still further, diamond carbon is the same group IV element as silicon. For this reason, when carbon forms a diamond structure (sp3 crystal system), it exhibits semiconductor characteristics similar to silicon, has strong bonding strength between atoms, corresponds to the binding energy of valence electrons, and is as large as about 5.5 eV at room temperature. Have a band gap. Similarly to silicon, a group III element such as boron is used as a dopant to form a p-type semiconductor, and a group V element such as nitrogen or phosphorus is used as a dopant to form an n-type semiconductor. Therefore, applied research on diamond electronic devices is underway (see Non-Patent Document 1). Pure diamond is an excellent insulator, but by adjusting the amount of this dopant, the material can be changed from an insulator to a metal-like conductivity to any conductivity.
[0004]
In recent years, it has begun to be revealed that this diamond has specific electrochemical characteristics in addition to the physicochemical characteristics and semiconductor characteristics. When diamond is used as an electrode, it has been clarified that both oxygen and hydrogen are generated in an aqueous solution only at a large absolute overvoltage value, and thus show a wide thermodynamic window. From the thermodynamic calculation, the hydrogen generation overvoltage is 0V with respect to the hydrogen standard reference electrode (SHE), and the oxygen generation overvoltage is + 1.2V, so the thermodynamic window is 1.2V wide. Depending on the conditions of the electrolyte, this thermodynamic window is 1.6-2.2 V when using a platinum electrode, for example, and about 2.8 V when using a glassy carbon electrode. In the case of a diamond electrode, it is 3.2 to 3.5V. This wide thermodynamic window means that the electrode is unsuitable for generating oxygen and hydrogen, but other reactions can proceed at the electrode. For example, when this diamond electrode is used for wastewater treatment, it is known that chemical oxygen demand (COD) of wastewater can be removed with high efficiency (see Patent Document 1). This is considered that many OH radicals generate | occur | produce on the surface of a diamond electrode, and the mechanism in which this OH radical mineralizes COD component to a carbon dioxide gas etc. is concerned (refer patent document 2). Since many of these OH radicals are generated on the electrode surface, water sterilization methods using diamond electrodes such as for beverages, pools, and cooling buildings are being developed.
[0005]
Furthermore, as a specific electrochemical characteristic of diamond, the background current (residual current) is very low compared to other electrodes. Due to its low background current and wide thermodynamic window, diamond is expected to be used as an electrode for trace sensors of metals and ecosystem substances contained in aqueous solutions.
[0006]
By the way, as a method of producing a diamond electrode by forming a diamond film on a base material, chemical vapor deposition (CVD) is used, and currently, two types of methods, hot filament CVD and microwave plasma CVD, are mainly used. ing. Both of these methods are methods for synthesizing artificial diamond under reduced pressure without applying high pressure.
[0007]
In microwave plasma CVD, plasma is generated by irradiating an organic gas which is carbon source of several hundred ppm to several percent of methane, acetone, and other diamonds with a microwave of about 2.4 GHz in a hydrogen atmosphere. When a substrate maintained at a temperature of 600 to 1000 ° C. is placed in the vicinity of the generated plasma, a tiremond film grows on the substrate. If a boron source such as diborane or boron oxide is mixed in a hydrogen atmosphere in addition to methane gas in order to make the diamond film conductive, a p-type semiconductor diamond film grows. Diamond is mainly formed on a silicon wafer substrate by microwave plasma CVD, and development of applications such as sensors is expected. Since silicon and diamond are the same Group IV elements, the crystal structure is close, and therefore the adhesion of the diamond film to the silicon substrate is said to be good. When diamond is deposited on silicon, a very thin silicon carbide intermediate layer (interlayer) is naturally generated, and the diamond film is brought into close contact with the silicon wafer substrate by this interlayer. It is known that the diamond film produced by the microwave plasma CVD is relatively stable and of high quality (see Patent Document 3).
[0008]
On the other hand, in hot filament CVD, carbon source contains several percent of methane, ethane, propane, butane, unsaturated hydrocarbons such as unsaturated hydrocarbons, alcohols such as ethanol, or ketones such as acetone. When a filament of tungsten, tantalum, ruthenium or the like is heated to about 2000 ° C. in a hydrogen gas atmosphere, a diamond film grows on the substrate installed in the vicinity of the filament. By disposing a long filament on this substrate, a large-area diamond film can be manufactured. For example, 1m 2 When the substrate is formed, 20 filaments each having a length of 1 m may be installed on the substrate inserted in the deposition chamber at intervals of 5 cm. Similar to microwave plasma CVD, when a boron source is supplied together with methane or the like, a diamond film grows on a p-type semiconductor. The substrate temperature at this time is maintained at about 800.degree. Since hot filament CVD enables such large-area film formation, a technique for forming a film on a metal substrate without size limitation has been developed (see Patent Document 4).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-299467
[Patent Document 2]
JP 2000-254650 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-167888
[Patent Document 4]
JP-A-9-124395
[Non-Patent Document 1]
Ogushi Hideyo, “Future Materials”, 2002, Vol. 2, No. 10, p. 6-13
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, many silicon substrates used for diamond electrodes use silicon wafers, and their surface area is extremely small. That is, the mainstream size of silicon wafers currently on the market is 8 inches (200 mm) in diameter, and the largest silicon wafer size is 300 mm in diameter. Therefore, there is a limit to manufacturing a diamond electrode having a large surface area based on silicon. Furthermore, when microwave plasma CVD is used, diamond can be formed on a small substrate of several centimeters square without problems, but when a large-sized substrate, for example, a meter-angle substrate is formed, a diamond film is formed on the entire surface of the substrate. This is very difficult at present. That is, the difficulty in increasing the area is due to the technical difficulty of generating plasma that covers the entire surface of the meter-sized substrate.
[0011]
Furthermore, since the thickness of these silicon wafers is usually about 725 μm or more, even if an attempt is made to produce a large area electrode by bonding a silicon wafer formed with diamond to a conductive support base having a large area, Since the flexibility is low, bonding is not easy, and the conductivity of the silicon wafer has to be lowered due to its thickness, and there is a problem in using it as an electrode.
[0012]
In addition, if single crystal diamond is used for the substrate, diamond having a homoepitaxial structure can be grown by microwave plasma CVD, but the diamond film formed on a silicon wafer is almost always a polycrystalline diamond film. there were.
[0013]
On the other hand, as described above, a technique for forming a film on a metal substrate having no size limitation in hot filament CVD has been developed, and tantalum, niobium, and tungsten are used as the metal substrate.
[0014]
However, the crystal structure of these substrate metals is completely different from the epitaxial crystal structure of diamond. Therefore, in order for diamond to adhere to the metal substrate, a strong interlayer (intermediate layer) for joining the metal and the tiremond is essential. For example, when forming a diamond film on niobium, which is a metal plate, it is necessary to create a niobium carbide interlayer, but this niobium carbide layer is not easily formed like silicon carbide. Before starting, it is necessary to provide a separate step of forming a niobium carbide layer. Such metal carbide film formation conditions are greatly influenced by the pretreatment of the substrate metal, the film formation temperature, and the gas composition conditions, the operation conditions are complicated, and the influence of each operation factor on the metal carbide formed is The current situation is not yet fully understood. And there existed a problem that the quality of diamond layer formed into a film by the state of a metal carbide layer, especially stability (durability) was influenced greatly. Further, even when diamond is directly formed on the metal carbide layer by hot filament CVD, crystallization is slow, and it is usually necessary to embed diamond fine powder as a seed crystal in the metal carbide layer.
[0015]
Furthermore, for example, when manufacturing a diamond electrode of a niobium substrate, a conductive support substrate having the same shape as the final electrode was prepared, and a diamond film was directly formed thereon. Since this film formation is performed at a high temperature of 800 ° C. or higher, there is a problem that heat distortion or the like occurs in the conductive support base material, and an electrode as designed cannot be obtained. And if an electrode is a three-dimensional thing, the deformation | transformation by this heat will become still more remarkable.
[0016]
Furthermore, the conventional diamond electrode manufacturing method is basically a batch type. That is, a silicon wafer or a metal base material is carried into a CVD apparatus for each lot, and the CVD apparatus is repeatedly reduced in pressure, raised in temperature, formed into a film, lowered in temperature, raised in pressure, and the production method has a great energy loss. For this reason, these problems have hindered mass production of diamond electrodes, and have become one of the reasons why diamond electrodes are not popularized.
[0017]
The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide diamond-deposited silicon used for a diamond electrode that can be used industrially, and a method for producing the same.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using silicon obtained by forming a conductive diamond film on a silicon substrate having a certain thickness, and have completed the present invention.
[0019]
That is, the present invention relates to diamond-coated silicon in which at least a part of a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less is formed with conductive diamond, and the silicon substrate is manufactured by a plate-like crystal growth method. It is a diamond film silicon characterized.
[0020]
In addition, the present invention is a method for producing diamond-coated silicon, characterized in that at least a part of a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less is formed with conductive diamond by chemical vapor deposition.
[0021]
Furthermore, the present invention provides a process for producing a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less by a plate crystal growth method,
Depositing at least one part of the manufactured silicon substrate with conductive diamond by chemical vapor deposition;
A method for producing diamond-deposited silicon.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The plate-like crystal growth method used in the present invention means a method for obtaining a plate-like silicon substrate, and is not particularly limited as long as a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less can be obtained. Specific examples of the plate-like crystal growth method include an EFG method (Edge-defined Film-fed Growth method), a string ribbon method, a dendritic web method, and the like. Among these, the dendritic web method is a preferred example. More preferable examples can be given. Here, the EFG method raises the silicon melt by raising the slit of the die, which is a mold that defines the supply of the melt and the crystal shape, by capillarity, and bringing the seed crystal into contact therewith and solidifying it. Thus, a silicon substrate is obtained. In the string ribbon method, a plurality of strings (strings) are pulled up in a vertical direction from a silicon melt, and a film obtained by solidifying a film supported by surface tension between the strings is pulled up. How to get. In the dendritic web method, the seed crystal is directly contacted with the silicon melt without using a die, and a thin film (web) supported by surface tension between a plurality of dendrites (dendritic crystals) extending from the seed crystal. This is a method of obtaining a silicon substrate by pulling up a solidified material (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-144187 and 2000-319088).
[0023]
According to these plate-like crystal growth methods, it is easy to obtain a silicon substrate having a large surface area, particularly when the diamond-coated silicon of the present invention is used for an electrode having a large surface area that is used industrially. It will be advantageous.
[0024]
The lower limit of the thickness of the silicon substrate used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more from the viewpoint of ease of handling. That is, the thickness of the silicon substrate used in the present invention is preferably 0.1 to 500 μm, more preferably 10 to 300 μm, and still more preferably 50 to 200 μm. In addition, when the thickness exceeds 500 μm, the electrical resistance increases, which is disadvantageous when used for an electrode. Further, when the thickness exceeds 500 μm, the flexibility is reduced, and therefore, there is a problem that it is fragile, and cannot easily absorb thermal expansion caused by heat generated when used at a high current density, and is easily broken.
[0025]
The silicon substrate used in the present invention may be single crystal, polycrystalline, or amorphous, but a single crystal is preferable from the viewpoint that a diamond film can be easily formed and adhesion is excellent.
[0026]
In the case of producing a diamond film having a long length, the embodiments shown in FIGS. 2 and 4 described later may be used. In addition, when a smaller diamond-deposited silicon used for a sensor or the like is necessary, it can be obtained by arbitrarily cutting it with a diamond cutter or the like.
[0027]
The diamond-coated silicon of the present invention can be produced by depositing at least a part of a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less with conductive diamond by CVD. Below, the manufacturing method of the diamond film formation silicon | silicone of this invention is demonstrated with reference to drawings.
[0028]
In FIG. 1, an example of embodiment of the manufacturing method of this invention is shown. In this embodiment, the method includes a manufacturing process of a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less by the plate crystal growth method 1, a pretreatment process 2 for CVD diamond film formation, and a diamond film formation process 3. Then, when manufacturing an electrode, the pretreatment process 4 of a conductive support base material, the diamond deposition silicon | silicone and conductive support base material joining process 5 using an electroconductive joined body, and the electrode assembly process 6 are performed. Is called.
[0029]
A silicon raw material and a dopant are introduced, and a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less is manufactured by the plate crystal growth method 1 (step (a)). When producing a p-type silicon substrate, a boron raw material, a gallium raw material, or an indium raw material is preferably used as a dopant. When manufacturing an n-type silicon substrate, a phosphorus raw material, an antimony raw material, and an arsenic raw material are preferably used as a dopant. The dopant is desirably added so that the electric resistance (volume resistivity) of the silicon substrate is 10 Ωcm or less, preferably 50 mΩcm or less, more preferably 15 mΩcm or less. In addition, after pulling up a silicon base material from a melting furnace, you may dope by an ion implantation method. In this case, it is not necessary to put a dopant in a melting furnace.
[0030]
The width | variety of a silicon base material is 1 mm-300 mm normally, Preferably it is 5 mm-200 mm, More preferably, it is 10 mm-150 mm. When the width is less than 1 mm, the diamond film formation may be difficult because the mechanical strength is weak. If the width exceeds 300 mm, it may be difficult to obtain a uniform silicon substrate. Since the length of the silicon base material produced here is endless, the diamond pretreatment step 2 is continuously performed, and further, the step of depositing at least a part of the silicon base material with conductive diamond by CVD ( You may send to a process (e)) with a conveyor. In this case, the step (a) and the step (e) are performed continuously.
[0031]
In addition, since the drawing speed of the silicon substrate is constant, the film forming speed may not be able to catch up depending on the thickness of diamond to be formed. That is, since the film formation speed when forming a tiremond film by CVD is usually about 0.1 to 5 μm / h, for example, when a 3 μm diamond film is formed at 1 μm / h, the residence of the CVD chamber Approximately 3 hours are required. In such a case, it is preferable to cut the silicon substrate into a predetermined length with a diamond cutter or the like immediately after taking out from the melting furnace. In addition, the length cut | disconnected here can also be matched with the shape of a final electrode, a use, or the structure of the CVD apparatus mentioned later. The silicon substrate cut to a predetermined length is sent to the pretreatment step 2 in a batch manner.
[0032]
In addition, since the silicon substrate immediately after being pulled out from the melting furnace is still at a high temperature, it is preferable that the silicon substrate is once cooled at a moderate temperature decrease rate of 50 ° C./h or less. The silicon substrate cooled to a temperature close to room temperature is sent to the pretreatment step 2 where the metal impurities and silicon oxide film adhering to the vicinity of the surface of the silicon substrate are cleaned and etched. An aqueous hydrochloric acid solution or the like is usually used for removing metal impurities, and an aqueous hydrofluoric acid solution is usually used for removing the silicon oxide film. In addition, since the silicon oxide film is naturally formed by being left for several hours after the etching, it is preferable to perform the silicon oxide removal operation immediately before sending it to the diamond film forming step 3.
[0033]
In the present invention, the diamond film forming step can be performed either continuously or batchwise. When performing by a continuous system, it is preferable to use microwave plasma CVD, and when performing by a batch system, it is preferable to perform by hot filament CVD, but it is not limited to these combinations.
[0034]
FIG. 2, FIG. 4, and FIG. 5 show an example of a tire base film forming process of a silicon substrate. FIG. 2 is an example suitable for forming a diamond film on a silicon substrate having a length of 1 m to 20 m, FIG. 4 is 20 m to 300 m, and FIG. 5 is a length of 2 m or less. There is no need to protect.
[0035]
FIG. 2 shows an example suitable for forming a diamond film on a silicon substrate having a length of 1 m to 20 m by microwave plasma CVD. The microwave generation unit includes a microwave generation source 20, a microwave waveguide 21, and a window 22 that transmits the microwave. The microwave generation source 20 may be a commonly used 2.45 GHz one or a higher frequency one. The window 22 is not particularly limited as long as it can transmit microwaves such as sapphire and quartz and can be blocked by pressure. When a reaction gas 24 composed of a carbon source such as hydrogen and methane and a dopant source is inserted into the CVD chamber 23 at a predetermined temperature and pressure, and a microwave irradiation is performed, a plasma ball 26 is generated and a silicon substrate 27 is formed. The film formation of diamond proceeds on the surface.
[0036]
The temperature of the silicon substrate during diamond film formation is preferably controlled to a predetermined temperature of 600 to 1000 ° C. A heater 33 may be provided to control the temperature of the silicon substrate.
[0037]
The CVD chamber is connected to a vacuum pump via a path 25 in order to maintain the CVD chamber 23 at a constant pressure at the time of diamond film formation, or to perform a high vacuum at the start-up of the apparatus. Yes. In the CVD apparatus, it is preferable to separately provide vacuum chambers 30 and 31 in a portion where the silicon base material 27 is carried in and out in addition to the microwave generating portion. The vacuum chamber 30 is divided into 30a, 30b, and 30c, and the vacuum chamber 31 is divided into 31a, 31b, and 31c, and three partitions having different pressures and temperatures. The partitions 30a, 30b, 31b and 31c are provided with a vacuum pump and a pressure control mechanism for individually adjusting the pressure. The chambers 30 and 31 are separated by the CVD chamber 23 and the opening 32, and the pressures of the partitions 30c and 31a are the same as those of the CVD chamber 23. The pressures of the partitions 30 b and 31 b are maintained at a higher pressure than the CVD chamber 23. For example, the CVD chamber 23 1.3 kPa When operating on, the pressure in partitions 30b and 31b is 13.3 kPa To maintain. At this time, the pressure of the partitions 30a and 31c is, for example, 43.2kPa Set to Thus, it is preferable to provide a mechanism for reducing the pressure of the CVD chamber 23 and the external atmospheric pressure stepwise through the partition. This is to prevent air or the like from leaking into the CVD chamber 23 along with the silicon substrate. The adjustment of the pressure by any of the partitions 30a, 30b, and 30c constitutes the step (d) of adjusting the pressure at least once according to the present invention, and the adjustment of the pressure by any of the partitions 31a, 31b, and 31c. Constitutes step (f) of adjusting the pressure at least once according to the present invention.
[0038]
These partitions are further provided with rubber dampers 29 to prevent air from entering. FIG. 3 shows details of the rubber damper portion. The rubber damper 29 is composed of two rubber plates 29a and 29b attached up and down, and is bonded to the wall surface of the partition 30a and further screwed. The upper and lower rubber plates 29a and 29b have overlapping portions, and the silicon base material 27 is sandwiched between the overlapping portions. Further, since the rubber plates 29a and 29b are spaced apart by about 90 degrees, this portion is sealed with the tapper 29c. Since the rubber damper 29 is depressurized on one side, the rubber damper 29 comes into close contact with the silicon base material 27 due to the pressure difference and functions as a mechanism for preventing air from entering. Various rubber materials such as natural rubber and silicon rubber can be used as the material of the rubber damper 29. Preferably, fluorine-based rubber having excellent heat resistance and chemical resistance is used. The air blocking mechanism using the rubber damper 29 is only possible when a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less is used. This cannot be realized with a conventional round silicon wafer having a thickness of nearly 1 mm and a diameter of 300 mm. The lengths of the partitions 30c and 31a are appropriately determined depending on the carry-in speed of the silicon base material, but are usually about 50 cm. If the lengths of the partitions 30c and 31a are extremely shortened, even when these rubber materials are used, the sealing performance may be lowered when the temperature is 150 ° C. or higher. In the example of this embodiment, there is no need to provide a mechanism for controlling the temperature of these partitions, but a temperature control mechanism may be provided when precise temperature control is performed.
[0039]
The vacuum chambers 30 and 31 have a silicon substrate to be introduced as thin as 500 μm or less, so the height can be reduced to, for example, 1 mm or less, and a compact device structure is possible. The opening 32 can be provided with a gate structure that can block microwaves and is high enough to insert a silicon substrate, and can vary depending on the thickness of the silicon substrate on which the diamond film is formed. The width of the opening 32 can be appropriately adjusted to the silicon substrate to be formed, and is usually 300 mm or less. Since this opening width is relatively wide but low in height, there is no fear that microwaves leak into the outside air or the vacuum chambers 30 and 31. The opening 32 and the CVD chamber 23 are preferably metallic in order to block microwaves. Further, since the silicon base material has flexibility, it is preferable to provide a support of a wire net or a slat structure on the heater 33 of the CVD chamber 23.
[0040]
The passing speed of the silicon base material through the CVD chamber 23 is adjusted by a rotation mechanism 28 located before and after the CVD chamber 23. At the start of film formation, the entrance-side rotation mechanism 28a pushes the tip of the silicon base material 27 to the bottom of the plasma ball 26, and after the diamond film formation silicon reaches the exit-side rotation mechanism 28b, the exit-side rotation mechanism 28b. May adjust the chamber passing speed. The residence time of the silicon base material 27 in the CVD chamber 23 can be changed by the rotating mechanism 28, and the thickness of the diamond film can be adjusted. For example, the passing speed of the silicon base material 27 can be 1 mm / h to 500 mm / h. Of course, if a CVD technique capable of growing diamond at a higher speed is developed in the future due to the development of the technique, this passage speed can be further increased. The silicon substrate 27 reaches the lower side of the plasma ball 26 in the CVD chamber 23, and diamond film formation is started for the first time. Therefore, it may be inserted at a higher speed until the silicon base material 27 reaches below the plasma ball. An observation window made of quartz or the like may be separately provided on the wall surface of the CVD chamber 23 to confirm that the plasma ball 26 has been reached. In this case, it is preferable that the window be provided with a wire mesh used for a microwave oven or a microwave blocking mechanism in which metal is printed in a wire mesh shape.
[0041]
In microwave plasma CVD, since it is difficult to generate and control a plasma having a particularly large area, the width of the silicon substrate used in the example of this embodiment is usually 300 mm or less, preferably 200 mm or less, more preferably. Is 150 mm or less.
[0042]
In the present invention, by using a silicon substrate having a thickness of 500 μm or less as a film formation substrate, diamond film formation can be continuously and easily performed by microwave plasma CVD, which contributes to mass production of electrodes described later. It is.
[0043]
FIG. 4 shows a preferred embodiment for forming a diamond film of a silicon substrate having a length of 20 m or more. In FIG. 4, the CVD chamber 23 and the microwave generation unit are the same as those in FIG. 2, but the silicon substrate carry-in and discharge mechanisms are different. After the silicon substrate 27 is manufactured by the plate crystal growth method, the silicon substrate 27 is wound around the drum 41 by the step (b) of winding the silicon substrate. The diameter of the drum 41 is usually 50 mm or more, preferably 300 mm or more, more preferably 600 mm or more. When the diameter is less than 50 mm, a crack due to bending is likely to occur particularly in a single crystal silicon substrate. The diamond-coated silicon is collected as a roll on the drum 43, and the diameter of the drum 43 is preferably 50 mm or more. The thickness of the diamond film to be formed is usually 20 μm, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. Since the diamond film is recovered by the drum 42, if the thickness of the diamond film is 20 μm or more, the diamond film portion is likely to crack. Further, as a method of installing the drum 42, it is preferable that the surface on which the diamond film is formed be on the outside. This is because diamond has a lower coefficient of thermal expansion than silicon. That is, the silicon substrate is stretched in a 600 to 1000 ° C. CVD chamber where diamond is deposited. When the temperature is lowered to near room temperature, the diamond layer is in a pressurized state due to the shrinkage of the silicon substrate. When the surface on which the diamond film is formed is wound in the drum box 42 so as to face the surface, the diamond film formation layer is further pressurized, which causes instability to the diamond layer.
[0044]
The loading and unloading of the silicon base material 27 is a batch type, but once set, a long silicon base material can be continuously formed, so that it sufficiently plays a role in mass production of electrodes described later. The pressures in the drum boxes 40 and 42 and the passages 44 and 45 are basically the same as those in the CVD chamber 23, and can be separated from the outside air in terms of pressure. When starting the film formation, the drum boxes 40 and 42 are opened, the drum 41 having the silicon base material 27 as a roll is installed, and the tip of the silicon base material is stretched up to the drum 43 in order to start winding. . At this time, the silicon base material from the lower side of the plasma ball 26 to the drum 43 is not formed and is untitled. Therefore, a dummy of another material may be joined to the tip of the silicon base material 27 here. After installing the drum 41, using a vacuum pump connected to the path 25 0.013 kPa Depressurize the entire system to remove air. Next, the reaction gas 24 is inserted into the CVD chamber 23, the gas flow rate and the vacuum pump are adjusted, the microwave generator is operated under a predetermined reduced pressure, and the film forming operation is started. Note that the passing speed of the silicon base material 27 in the CVD chamber 23 is preferably controlled using the rotation mechanism 46. The rotation of the drum 43 is applied with a torque sufficient to wind the silicon substrate without sagging, and is adjusted by the number of rotations of the rotation mechanism 46 for controlling the residence time. This is because even if the rotation speed of the drum 43 is kept constant, the diameter increases as the diamond film-forming silicon is wound up, and the passage speed cannot be controlled to be constant. The passing speed can be adjusted by the thickness of the diamond film to be formed, but is usually 1 mm / h to 500 mm / h. Of course, if a CVD technique capable of growing diamond at a higher speed is developed in the future due to the development of the technique, this passage speed can be increased. The step of carrying the silicon substrate 27 into the CVD by the rotation mechanism 46 constitutes the step (c) of supplying the wound silicon substrate of the present invention to the CVD apparatus. Further, the step of winding the diamond-coated silicon around the drum 43 is performed by winding the diamond-coated silicon of the present invention. Step (h) Configure.
[0045]
In the present invention, as is apparent from the examples shown in FIG. 2 and FIG. 4, continuous diamond film formation is possible even using microwave plasma CVD, which is usually difficult to form in a large area, This will greatly contribute to the mass production of electrodes described later.
[0046]
Next, FIG. 5 shows an example of an embodiment of the present invention when hot filament CVD is used. This is a film forming method and apparatus suitable when the length of the silicon substrate is 2 m or less. The film forming apparatus includes a CVD chamber 51, a load chamber 52, an unload chamber 53, a heating chamber 54, and a cooling chamber 55, and the load and unload chambers can be completely isolated in pressure by a gate 56 and a gate 57. It has become. Further, the load chamber 52 has a gate 58 for carrying in the silicon base material 27, and the unload chamber 55 has a gate 59 for taking out diamond-coated silicon. Metal conveyors 60, 61, and 62 for conveying the silicon base material 27 are installed at the bottom of each chamber. A tungsten filament 50 for CVD film formation is installed on the upper portion of the CVD chamber 51 so as to be perpendicular to the length direction of the silicon substrate 27. The tungsten filament is not necessarily installed at a right angle, but is preferably installed at a right angle. That is, when the length of the silicon base material 27 is 1 m or more, it is necessary to install a filament having a length of 1 m or more when attempting to install in the same direction. The filament itself becomes too hot and the filament itself becomes slack. For this reason, it is preferable to be positioned at a right angle so that it can be installed with as short a filament as possible. The CVD chamber 51 is provided with a piping for inserting the reaction gas 24 and a path 25 for evacuation. In the load chamber 52 and the unload chamber 53, hydrogen insertion lines 63 and 64 are installed, and lines 65 and 66 for vacuuming are installed. The CVD chamber 51 is provided with a heater 33 for controlling the temperature of the silicon substrate at the time of diamond film formation, and the silicon substrate temperature at the time of diamond film formation is controlled in the range of 600 ° C. to 1000 ° C. .
[0047]
As shown in FIG. 6, the heating chamber 54 and the cooling chamber 55 are formed of a silicon substrate temperature (T CVD ) To room temperature (RT) so that the temperature does not increase or decrease rapidly. This is because the silicon base material 27 is not damaged by a temperature shock or the like. Furthermore, in diamond-coated silicon, it is necessary to relieve the stress caused by the temperature lowering operation caused by the difference in thermal expansion coefficient between the diamond layer and silicon. The temperature drop or temperature rise rate is preferably set so that the change in the silicon substrate temperature is 50 ° C./h or less. In the heating chamber 54 and the cooling chamber 55, such a temperature distribution is normally formed naturally due to heat radiation and heat retention of the CVD chamber 51. However, in order to maintain a more accurate temperature distribution, an auxiliary heater or indirect cooling is used. A mechanism may be provided below the heating chamber 54 and / or the cooling chamber 55.
[0048]
Next, the film forming operation of the silicon substrate in this embodiment will be described. In the steady state, in the CVD chamber 51, the heating chamber 54 and the cooling chamber 55, hydrogen gas, several percent methane, several hundred to several thousand ppm dopant source are 0.67 to 13.3 kPa Is maintained at a pressure of In the CVD chamber 51, the temperature of the filament 50 is maintained near 2000 ° C. and the substrate temperature is maintained near 800 ° C., and diamond film formation is performed. The gate 56 is closed and the gate 57 is open. To insert the silicon base material 27, first, the load chamber 52 is evacuated ( 0.013 kPa Until the reaction gas is removed from the load chamber 52. Next, air is inserted into the load chamber 52 through a path (not shown) separate from the hydrogen line to bring it to normal pressure. The gate 58 is opened only after the atmospheric pressure is reached, and the silicon substrate 27 is inserted into the load chamber 52. Although only one silicon substrate is loaded in FIG. 5, a plurality of inserts may be inserted. After inserting the silicon substrate 27, the gate 58 is sealed and evacuated to remove air from the load chamber 52. Next, hydrogen is inserted from the line 63 to maintain the same pressure as the pressure in the CVD chamber 51, and in this state, a film formation standby is performed. The silicon substrate 27 is sequentially formed in the CVD chamber 51, and the diamond-deposited silicon after the film formation is transferred to the connected cooling chamber 55, and the temperature is lowered to a temperature close to room temperature by gentle cooling. Since the gate 57 is open, the unloading operation is started when the diamond deposited silicon that has finished cooling approaches the unload chamber 53. When the diamond deposited silicon approaches the unload chamber 53, first, the conveyor 60 is fed so that the diamond deposited silicon completely enters the unload chamber 53. The approach of the diamond-deposited silicon to the unload chamber 53 can be detected by various commercially available position sensors such as lasers. When the diamond deposited silicon is completely inserted into the unload chamber 53, the gate 57 is closed and the reaction gas is removed by evacuation of the line 66. Next, air is inserted into the unload chamber 53 through a path (not shown) different from the hydrogen line, and the gate 59 is opened to take out the diamond-formed silicon. When the gate 57 for starting the unload operation is closed, the load operation of the silicon base material 27 that has been in the standby state in the load chamber 52 is performed. In the loading operation, the gate 56 is opened and the conveyor 61 is fed. At this time, since the conveyor 60 of the heating chamber 54 is constantly moving at a constant speed, it takes time for the silicon substrate 27 to completely move to the temperature raising chamber. It is preferable to confirm with a position sensor such as a laser that the temperature has been completely transferred to the temperature raising chamber. When the silicon substrate is completely transferred to the heating chamber 54, the gate 56 is closed. When the diamond film formation silicon is taken out from the unload chamber 53, the gate 59 is sealed, and the air in the unload chamber 53 is removed by evacuation. Next, hydrogen gas is introduced from the line 64 and is brought to the same pressure as the CVD chamber 51. After confirming that the pressure is the same, the gate 57 is opened. While repeating such operations, diamond film formation is performed semi-continuously by hot filament CVD. In the example of this embodiment, hydrogen gas is filled in order to obtain the same pressure during loading and unloading operations, but the reaction gas itself may be filled instead of hydrogen gas. In addition, since there exists a tendency for a soot to generate | occur | produce when the reaction gas containing a carbon source is put in 300-600 degreeC medium temperature atmosphere, Preferably hydrogen gas is used by loading and unloading operation. The size of the load and unload chambers can be reduced because the silicon substrate 27 only needs to be able to enter the conveyor. For this reason, the capacity for vacuuming and filling with hydrogen gas is small, and a compact load and unload chamber can be designed. That is, unlike the conventional hot filament CVD apparatus, there is no need to vacuum the entire CVD chamber. Further, according to the present embodiment, the temperatures of the CVD filament and the CVD chamber are always substantially constant. Unlike conventional hot filament CVD equipment and methods, there is no need to repeat heating, cooling, and evacuation for each substrate, film formation costs such as electricity bills can be significantly reduced, and filament life is also extended. .
[0049]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the diamond film formation silicon | silicone for using for a diamond electrode can be manufactured easily. Further, by using the diamond-deposited silicon of the present invention, a large-area electrode or a three-dimensional electrode can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a process for producing diamond-coated silicon and electrodes according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of diamond-deposited silicon using microwave plasma CVD.
FIG. 3 is a diagram showing details of a rubber damper portion.
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of diamond-coated silicon using microwave plasma CVD.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of diamond-deposited silicon using hot filament CVD.
FIG. 6 is a diagram showing a temperature change in each process using hot filament CVD.
[Explanation of symbols]
20 Microwave source
21 Microwave waveguide
23 CVD chamber
24 reaction gas
26 Plasma Ball
27 Silicone substrate
28 Rotating mechanism
29 Rubber damper
29a Rubber plate
29b Rubber plate
29c Tapper
30 Vacuum chamber
30a partition
31c partition
33 Heater
41 drums
42 drums
46 Rotating mechanism
50 Tungsten filament
51 CVD chamber
52 Load chamber
53 Unload chamber
54 Heating chamber
55 Cooling chamber
56-58 gate
60-62 conveyor
63, 64 Hydrogen insertion line
65, 66 Vacuuming line

Claims (5)

ダイヤモンド成膜シリコンの製造方法であって、
(a)EFG法、ストリングリボン法およびデンドリティックウェブ法からなる群から選ばれる少なくとも1種の板状結晶成長法により、厚さが0.1μm〜500μm、幅が10mm〜150mmの単結晶シリコン基材を製造する工程、
(d)前記工程(a)で製造されたシリコン基材を、少なくとも1つのパーティションを有する搬入用真空チャンバーに挿入して、外気圧からCVD(ケミカルベーパーデポジション)チャンバーの運転圧力へ少なくとも1回圧力を減圧調整する工程、
(e)前記工程(d)で減圧された搬入用真空チャンバーから、一定圧力に維持され、反応ガスが供給されたCVDチャンバーにシリコン基材を挿入して、連続的または半連続的にCVD法によりシリコン基材上に膜厚20μm以下の導電性ダイヤモンドを成膜する工程、
(f)前記工程(e)で導電性ダイヤモンドで成膜されたシリコン基材を、CVDチャンバーから、少なくとも1つのパーティションを有する搬出用真空チャンバーに挿入し、CVDチャンバーの運転圧力から外気圧へ少なくとも1回圧力を昇圧調整する工程、
(g)前記工程(f)で昇圧された導電性ダイヤモンド成膜シリコン基材を搬出用真空チャンバーから取り出す工程、
を含むことを特徴とする方法。
A method for producing diamond-coated silicon,
(A) A single crystal silicon group having a thickness of 0.1 μm to 500 μm and a width of 10 mm to 150 mm by at least one plate crystal growth method selected from the group consisting of EFG method, string ribbon method and dendritic web method The process of manufacturing the material,
(D) The silicon substrate manufactured in the step (a) is inserted into a loading vacuum chamber having at least one partition, and at least once from the atmospheric pressure to the operating pressure of the CVD (chemical vapor deposition) chamber. Adjusting the pressure to a reduced pressure;
(E) The silicon substrate is inserted into the CVD chamber maintained at a constant pressure and supplied with the reaction gas from the vacuum chamber for loading reduced in the step (d), and continuously or semi-continuously CVD A step of forming a conductive diamond film having a film thickness of 20 μm or less on a silicon substrate,
(F) The silicon substrate formed of conductive diamond in the step (e) is inserted from the CVD chamber into an unloading vacuum chamber having at least one partition, and at least from the operating pressure of the CVD chamber to the external pressure. A step of adjusting the pressure once,
(G) The step of taking out the conductive diamond film-formed silicon substrate whose pressure has been increased in the step (f) from the vacuum chamber for carrying out,
A method comprising the steps of:
請求項1に記載のダイヤモンド成膜シリコンの製造方法であって、
前記外気圧からCVDチャンバーの運転圧力へ少なくとも1回圧力を減圧調整する工程(d)および/または前記CVDチャンバーの運転圧力から外気圧へ少なくとも1回圧力を昇圧調整する工程(f)において、前記少なくとも1つのパーティションに重なりあった2枚のゴム板からなるゴムダンパーを設け、該ゴムダンパーを介してシリコン基材が搬入、もしくはダイヤモンド成膜シリコンが搬出される空気進入防止方法を、さらに含むことを特徴とする方法。
It is a manufacturing method of the diamond film formation silicon according to claim 1,
In the step (d) of adjusting the pressure at least once from the external pressure to the operating pressure of the CVD chamber and / or the step (f) of adjusting the pressure at least once from the operating pressure of the CVD chamber to the external pressure, The method further includes an air intrusion prevention method in which a rubber damper including two rubber plates overlapped with at least one partition is provided, and a silicon base material is carried in or diamond-formed silicon is carried out through the rubber damper. A method characterized by.
請求項1に記載のダイヤモンド成膜シリコンの製造方法であって、
前記工程(a)の後に、
(b)前記工程(a)で製造された単結晶シリコン基材を直径50mm以上のドラムに巻き取る工程、
(c)前記工程(b)で巻き取った単結晶シリコン基材を前記工程(d)の搬入用真空チャンバーに挿入する工程、
さらに、前記工程(g)の後に
(h)前記工程(f)で搬出用真空チャンバーに搬出された導電性ダイヤモンド成膜シリコン基材を、ダイヤモンド成膜した面を外側にして直径50mm以上のドラムに巻き取る工程を、
含むことを特徴とする方法。
It is a manufacturing method of the diamond film formation silicon according to claim 1,
After the step (a)
(B) a step of winding the single crystal silicon substrate manufactured in the step (a) around a drum having a diameter of 50 mm or more;
(C) inserting the single crystal silicon substrate wound up in the step (b) into the carrying-in vacuum chamber in the step (d);
Further, after the step (g), (h) a drum having a diameter of 50 mm or more, with the diamond-coated surface of the conductive diamond-coated silicon substrate unloaded in the unloading vacuum chamber in the step (f). The process of winding
A method characterized by comprising.
請求項1に記載のダイヤモンド成膜シリコンの製造方法であって、
前記工程(e)において、CVD法がホットフィラメントCVD法であり、タングステンフィラメントをシリコン基材の長さ方向と直角になるようにCVDチャンバー上部に設けることを特徴とする方法。
It is a manufacturing method of the diamond film formation silicon according to claim 1,
In the step (e), the CVD method is a hot filament CVD method, and a tungsten filament is provided above the CVD chamber so as to be perpendicular to the length direction of the silicon substrate.
請求項1に記載のダイヤモンド成膜シリコンの製造方法であって、
前記工程(a)で製造されるシリコン基材の長さが1m〜300mであることを特徴とする方法。
It is a manufacturing method of the diamond film formation silicon according to claim 1,
The length of the silicon substrate produced in the step (a) is 1 m to 300 m.
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