DE19718518C2

DE19718518C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Diamant auf einem Substrat und Verwendung

Info

Publication number: DE19718518C2
Application number: DE1997118518
Authority: DE
Inventors: Brigitte Konrad; Herbert Guettler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2017-05-03
Also published as: DE19718518A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung von Diamant auf einem Substrat bei tiefen Tempera turen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 16, wie es bspw. aus der gattungsbildend zugrundegelegten EP 286 306 B1 als bekannt hervorgeht.

Aus der gattungsbildend zugrundegelegten EP 286 306 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in ein aus Wasserstoff (H₂) und/oder einem Inertgas, insbesondere Helium gebildeten Plasma oder das adiabatisch entspannte Plasma ein kohlenstoffhaltiges Gas ein geleitet, hochionisiert und entsprechend aufbereitet wird. Als Beispiele für das kohlenstoffhaltige Gas werden hierbei expli zit ein bis 4 Kohlenstoffatome aufweisende Kohlenwasserstoffe wie bspw. das bevorzugte Methan, Alkohole mit ein bis vier Koh lenstoffe wie Äthanol, und andere Sauerstoff aufweisende Koh lenwasserstoffe mit ein bis vier Kohlenstoffatomen wie Aceton oder Kohlenmonoxid erwähnt. Der aus dem hochionisierten kohlen stoffhaltigen Gas gebildete Gasstrom wird auf ein Substrat ge leitet, das in einem Gebiet geringeren Druckes angeordnet ist. Der hochionisierte Gasstrom scheidet sich dann in der Form von Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff auf dem Substrat ab. Als repräsentative Materialien für das Substrat sind Sili zium, Nickel, Galliumarsenid, Titan, Kupfer, Kupfer- Kohlenstoff-Komposite, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Alumi nium-Silizium-Kohlenstoff Komposite, Aluminium, Molybdän, Gold, Spinell, Silicate, Wolfram, Graphit, Kupfer-Wolfram-Legierungen und Silizium-Eisen genannt.

Trotz der Vorzüge dieser Verfahren und Vorrichtungen ist die mit hiermit erreichbare Wachstumsgeschwindigkeit insbesondere bei Temperaturen unterhalb 450°C allenfalls relativ gering. Diese Wachstumsrate bei geringen Temperaturen ist aber insbe sondere bei der Beschichtung von bereits prozessierten mikro elektronischen Bauelementen mit gut wärmeleitendem und gleich zeitig elektrisch isolierendem Diamant wichtig, da ansonst die thermische Belastung der Bauelemente bei der Diamantabscheidung zur Zerstörung dieser Bauelemente führen kann.

In der DE 44 10 936 A1 ist die Abscheidung von Diamant auf ei nem Substrat aus z. B. Halbleitermaterialien durch eine Lichtbo gen-CVD beschrieben. Für das Plasmagas wird hierbei eine Mi schung aus 80-25 Vol.-% Ar, 20-70 Vol.-% H₂ und bis zu 5 Vol.-% Kohlenwasserstoff wie C₂H₂ bei 0,05 bis 500 mbar einge setzt. Die Substratoberfläche wird auf 300°C bis 1000°C ge kühlt, wobei das Substrat auf einem Substrathalter angeordnet ist, der von flüssigem Ar oder N₂ als Kühlmittel durchströmt wird.

In der EP 747 505 A2 wird ein Verfahren zur Plasmastrahl-CVD zur Abscheidung von Diamant beschrieben, in dem zur Substrat kühlung auf 500°C bis 1100°C auf der Beschichtungsseite und 10°C bis 500°C auf der Oberfläche des Kühlblocks eine Ein richtung vorgesehen ist, in der das Substrat unter Freilassung von Gaskühlkanälen von 0,1 mm bis 3 mm Höhe auf den Kühlblock aufgelegt und als Wärmeübertrager H₂ oder Ar eingesetzt wird.

In der US 5,486,380 A ist eine System zur Plasmastrahl-CVD von Diamant beschrieben, bei dem das Substrat über geregelten Wär metausch unter Verwendung von Kühlflüssigkeiten gekühlt wird.

Aus der US 5,314,540 A ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Diamant aus einer Gasphase mittels Lichtbogen-CVD bekannt, wo bei die Gasphase Ar, H₂ und CH₄ aufweist. Zur Abscheidung wird das auf einem wassergekühlten Substrathalter aufgelegte Substrat auf 600°C bis 1100°C gekühlt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine qualitativ vertretbare Diamantabscheidung guter Quali tät von zumindest polykristallinem Diamant bei Temperaturen kleiner 450°C mit möglichst hoher Wachstumsgeschwindigkeit er möglicht ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß mit den Verfahrens schritten des Anspruchs 1 bzw. mit einer Vorrichtung mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 16 gelöst.

Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen weiteren Ansprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen genauer erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer CVD-Anlage zur Abscheidung von Diamant auf Substraten,

Fig. 2 eine Detailzeichnung eines Substrathalters,

Fig. 3 eine Detailzeichnung einer Düse für das CVD-Verfahren mittels Arcjet und

Fig. 4 eine Detailzeichnung einer Abdeckung.

In Fig. 1 ist eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Be schichtung eines Substrats mit einer Diamantschicht und zwar in der Art einer Düsenstrahl-Plasma-Anlage dargestellt. Es handelt sich um eine CVD-Anlage mit einem Leistungsbereich zwischen 1 und 5 kW.

Der zylindrische Reaktor 10 (Rezipient) besteht aus nichtro stendem Stahl in doppelwandiger Ausführung, wodurch eine Küh lung mittels Wasser ermöglicht ist, die über einen Wasseran schluß 13 mit dem Reaktor verbunden ist.

Zur Evakuierung des Reaktorinnerns 14 weist die Vorrichtung ein mit einer Druckregelung 31 versehenes Pumpensystem 15 mit drei Einzelpumpen auf. Der erreichbare Druck liegt bei ca. 10^-3 mbar. Als Pumpen sind eine Drehschieberpumpe und zwei Wälzkol benpumpen vorgesehen.

Desweiteren weist die Vorrichtung ein Gasversorgungssystem 16 auf, mit dem die für ein Plasma benötigten Gase (Argon und Was serstoff) sowie die für das Diamantwachstum benötigten Prozeß gase, insbesondere Sauerstoff und Methan in das Reaktorinnere 14 gezielt eingeleitet werden können.

Zur Temperaturbestimmung des Substrats kann es sinnvoll sein, wenn die Vorrichtung ein Pyrometer aufweist.

Innerhalb des vorzugsweise evakuierbaren Reaktors 10 ist ein Substrathalter 1 angeordnet, der zur flächigen und gut wärme leitenden Aufnahme eines vorbehandelten und bereits bekeimten Substrats 2 vorgesehen ist. Die gegenständliche Ausbildung des Substrathalters 1 ist in Fig. 2 dargestellt.

Der Substrathalter 1 weist u. a. einen massiven, rotationssymme trischen und im Querschnitt T-förmig ausgebildeten Block 17 aus Cu auf. In der Mitte des Blocks ist ein Thermoelement 12, das vorzugsweise aus Chromel/Alumel (10Cr + 90Ni und 2Al + 94 Ni) gefertigt ist, zur Temperaturmessung des Substrats 2 hin durchgeführt. Die freie Fläche des größeren Querschnitts des Blocks 17 - im folgenden Substratseite 3 genannt - ist dem Substrat 2 zugewandt. Um seinen dünneren Querschnitt ist in en gem und gut wärmeleitenden Kontakt ein Kühlkörper 18 aus Cu an geordnet. Der Kühlkörper 18 weist in seinem Inneren fluidisch durchströmbare Kanäle 19 für eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser auf, die mit einem Kühlsystem 32 verbunden sind.

Aufgrund des gut wärmeleitenden Kupfers und des innenseitigen Kühlmittelflusses kann mit einem derartigen Substrathalter 1 ein darauf angeordnetes und insbesondere mit einer gut wärme leitenden Schicht, bspw. aus Leitsilber, versehenes Substrat 2 während einer Beschichtung mit Diamant auf Temperaturen gerin ger 450°C temperiert werden. Allerdings kann mit einer derar tigen Kühlung das Substrat 2, bei einer maximalen Temperatur des Wassers von ca. 100°C, nur etwa zwischen 400°C und 500°C temperiert werden. Des weiteren ist die mögliche Temperaturre gelung auch auf einen Bereich von ca. 85°K begrenzt.

Dies ist für eine Beschichtung bei tieferen Temperaturen, wie sie insbesondere bei der Diamantbeschichtung von bereits ferti gen mikroelektronischen Bauteilen und hierbei insbesondere von mit Leiterbahnen aus Aluminium versehenen mikroelektronischen Bauteilen notwendig sind, zumindest zum Teil unbefriedigend.

Um diesen Umstand zu verbessern, weist der erfindungsgemäße Substrathalter 1 auf seiner Substratseite 3 eine innenseitig (Strömungskanäle 11) mit einem Temperier-Gasstrom durchflossene Klimascheibe 4 auf, auf der das Substrat 2 angeordnet ist. Zwi schen der Klimascheibe 4 und der Substratseite 3 kann ggf. eine Wärmeisolierschicht 20 angeordnet sein.

Anstelle der Wärmeisolierschicht 20 kann - je nach Notwendig keit - auch Leitsilbers für einen besseren Wärmeübergang ange ordnet sein. Desweiteren ist es auch möglich, daß zwischen dem Substrat 2 und der Substratseite ein schmaler Spalt angeordnet ist, durch den ein Gas hindurchgeströmt wird, wobei die Tempe rierung dann durch Konvektion erfolgt. Da dieser Spalt zumeist unterhalb 1 mm beträgt, ist dieser Fall im Sinne dieser Anmel dung ebenfalls als direkte Wärmeleitung zu verstehen.

Da die Klimascheibe 4 nur mit Stegen 21 zumindest mittelbar an der Substratseite 3 anliegt, wird die Wärme zwischen der Klima scheibe 4 und der Substratseite 3 des Blocks 17 nur bereichs weise direkt kontaktgeleitet. Zwischen dem Block 17 und dem Kühlkörper 18 erfolgt der Wärmeübertrag vollflächig.

Ferner ist auch eine stegförmige Ausbildung der Klimascheibe 4 möglich, wobei durch die sich zwischen der Substratseite 3 und der Klimascheibe 4 bildenden Kanäle 22 das Temperier-Gas, ins besondere Luft hindurchgeleitet wird.

Allen Möglichkeiten und auch deren Kombinationen ist gemeinsam, daß die gesamte Ableitung von Wärme in den Substrathalter 11 gegenüber einem direkten und/oder vollflächigen Wärmeabfluß ge ringer ist. Dies ist daher von Vorteil, da in ungünstigen Fäl len die Kühlwirkung zu groß werden kann, wodurch die Substrat temperatur dann zu gering wird.

Obwohl die spez. Wärmekapazität des Temperier-Gases in etwa nur 25% von der spez. Wärmekapazität von Wasser beträgt, kann ein auf der Klimascheibe 4 und damit auf der Halteroberfläche 5 des Substrathalters 1 zumindest mittelbar angeordnetes Substrat 2 überraschender Weise auf Temperaturen unterhalb von 400°C, be vorzugt geringer 350°C und besonders bevorzugt geringer 300°C temperiert werden.

Hierdurch werden dann mikroelektronische Bauteile bei einer Diamantbeschichtung allenfalls geringfügig, insbesondere ver nachlässigbar belastet. Durch die geringere Temperatur bei der Beschichtung von mikroelektronischen Bauteilen mit Diamant ist die Ausschußrate nennenswert gesenkt. Des weiteren ist auch das Temperaturintervall, innerhalb dem das Substrat 2 temperiert werden kann, vergrößert.

Die Steuerung der Temperatur erfolgt über das strömende Luftvo lumen, wobei mit dem Kühlwasser die Grundeinstellung vorgenom men wird.

Obwohl der Vorteil des erfindungsgemäßen Substrathalters 1 an hand eines Düsenstrahl-Plasma-Verfahrens beschrieben wird, ist er auch für alle anderen CVD-Verfahren in gleicher Weise ver wendbar.

Dem Substrat 2 gegenüberliegend ist eine Düse 23 angeordnet, die zur Erzeugung eines das Substrat 2 mit Diamant beschichten den Gasstrahles geeignet ist. Derartige Düsen 23 wurden ur sprünglich für die Raumfahrt entwickelt, wobei bei diesem Ver wendungsfall die Dissoziation des Trägergases aus Wasserstoff einen hohen Verlust darstellt. Demgegenüber ist der Dissoziati onsgrad des Trägergases, das bei bspw. der Epitaxie von Diamant aus der Gasphase als Prozess- oder Gasstrahl aus Vormaterial bezeichnet wird, von Bedeutung.

Der Aufbau der Düse 23 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Düse 23 weist eine axial und zentrisch innenliegende sowie axial beweg liche Kathode 9 auf, die einen Schmelzpunkt von 3410°C auf weist und aus einer Wolframlegierung mit 2% Thorium besteht. Die Kathode 9 ist in der Form einer Düsennadel ausgebildet und fungiert gleichzeitig als strömungsbestimmendes Element der Dü senöffnung 24.

Im Bereich etwa der Mitte der Kathode 9 ist eine Gaseinlaßöff nung 25 für ein oder ggf. mehrere später ein Plasma bildendes Gas, insbesondere H₂ angeordnet. Am auslaßseitigen Bereich der Düse 23 ist eine Anode 8 angeordnet. Die eigentliche Düsenöff nung 24 wird durch einen Einsatz, das sogenannten verjüngende Teil (Konstriktor) 26 gebildet, der zur Anode 8 gehört. Im Be reich des verjüngenden Teils 26 wird der für die Plasmabildung benötigte elektrische Entladungsbogen stabilisiert.

Im Bereich der Nadelspitze der Kathode 9, also am Verschluß der Düsenöffnung 24, ist eine konzentrisch zur Kathode 9 angeordne te Injektorscheibe 27 als Gaseinlaß für ein oder mehrere Gase des Plasmas angeordnet, während außerhalb der Düsenöffnung 24 eine Injektorscheibe 28 für die Prozeßgase (CH₄ und O₂) angeord net ist.

Die Anode 8 der Düse ist domartig ausgebildet und im Bereich der Düsenöffnung 24 konzentrisch um die Kathode 9 herum ange ordnet. Die Anode 8 absorbiert den Elektronenstrom und ist starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Um die Belastungen zu reduzieren ist die Kontaktfläche der Anode 8 stark vergrö ßert, wodurch sich der Druckgradient im Expansionsbereich er höht. Durch den hohen Druckgradienten vergrößert sich die freie Weglänge und der Kontaktbereich der Anode 8 verschmiert.

Zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Düse 24 fällt der Druck von ca. 1 bar auf ca. 0.3 mbar, also zwischen 3 und 4 De kaden ab. Das gebildete Plasmagas wird stark entspannt, wodurch das ursprünglich ca. 20000 bis 30000°K heiße Plasma auf ca. 5000°K abgekühlt wird. Der statische Druck am Düsenaustritt ist größer als der Druck im Reaktor. Die Strahlgeschwindigkeit erreicht infolge der starken Expansion des Plasmas etwa ein- bis dreifache Schallgeschwindigkeit.

Im nachfolgenden wird kurz auf die Funktionsweise der Düse 23 - also des Arcjets - eingegangen. In der Düse 23 wird zwischen der Kathode 9 und der Anode 8 ein elektrisches Feld aufgebaut. Die aus der Kathode 9 kommenden Elektronen werden stark be schleunigt. Ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen wird über Stoßprozesse an das später das Plasma bildende Gas - im folgenden nur noch Wasserstoff genannt - abgegeben, wodurch es zur Ionisation und zur Dissoziation des Wasserstoffs kommt.

In der Mitte der nadelförmigen Kathode 9 wird der Wasserstoff tangential zur Kathode 9 eingeleitet, wodurch der Wasserstoff mit einem Drall versehen wird. Aufgrund der konvergierenden Geometrie des Gasraumes zwischen der Anode 8 und dem sie umge benden Gehäuse wird der Wasserstoff beschleunigt und kommt kurz vor dem verjüngenden Teil 26 in Kontakt mit dem von der Katho denspitze ausgehenden Entladungsbogen. Der relativ hohe Druck im Bereich des verjüngenden Teils 26 führt zu einer hohen Stoß rate und damit zu einem guten thermischen Kontakt zwischen den Elektronen des Entladungsbogen und des Wasserstoffs und zur Bildung des Plasmas. Nach der Düse 23 weitet sich der Plas mastrahl auf, so daß seine Energiedichte abnimmt.

In das schnell strömende Plasma wird von der vorderen, also ausströmseitigen Injektorscheibe 28 der Gasstrahl aus dem Vor material eingeleitet, dessen Energie im Plasma erhöht und von dem Gasstrom in Richtung des Substrats 2 geleitet, wo es sich als Diamant abscheidet.

Zwischen der Düse 23 und der zu beschichtenden Substratoberflä che 6 ist eine Abdeckung 7 angeordnet, die in Fig. 4 genauer dargestellt ist. Die plattenartige Abdeckung 7 weist in etwa eine Dreiecksform auf. Die Abdeckung 7 ist um einen parallel zur Flächennormalen des Substrats 2 ausgerichtete Schwenkachse 29 schwenkbar gehaltert. An einem Randbereich weist die Abdec kung 7 eine vorzugsweise kreisförmigen Beschichtungsöffnung 30 auf, welche an die Form des Substrats angepaßt ist. Am anderen Bereich, der den gleichen Abstand von der Schwenkachse wie die Beschichtungsöffnung 30 auf. Bis auf die Beschichtungsöffnung 30 ist die Abdeckung geschlossen ausgebildet, wobei der Durch messer der Beschichtungsöffnung 30 vorzugsweise ungefähr dem Durchmesser des Substrats 2 entspricht, insbesondere etwa grö ßer ist.

Mit der Abdeckung 7 wird die bekeimte Substratoberfläche 6 des Substrats 2 vor dem Zünden des Plasmas abgedeckt und erst nach Stabilisierung des Plasmas und/oder des beschichtend wirkenden Gasstroms aus Vormaterial wieder entfernt. Die Zeit des Abdec kens beträgt nach der Zündung des Plasmas zwischen 5 und 30 min. bevorzugt zwischen 10 und 20 min. besonders bevorzugt etwa 15 min.

Sinnvollerweise wird die Abdeckung 7 zumindest während des Ab deckens des Substrats 2 gekühlt. Die Kühlung erfolgt zweckmäßi gerweise mittels eines flüssigen Kühlmittels, vorzugsweise Was ser, daß durch Kanäle, die in der Abdeckung angeordnet sind, hindurchströmt.

Bei großtechnischen Anlagen, bei denen die Substrate schnell gewechselt werden müssen, wird die Abdeckung zweckmäßigerweise während des Wechsels zwischen den Substrathalter und das bren nende Plasma eingeschoben.

Desweiteren ist es von Vorteil, vor dem Zünden des Plasmas zu erst ein Inert-Gas, vorzugsweise ein Edelgas, besonders bevor zugt Argon (Ar) gasförmig zwischen eine Anode und eine Kathode gasförmig einzuströmen, das Argon zu zünden und daraus ein Ar- Plasma zu erzeugen. In das Ar-Plasma wird während einer Über leitphase Wasserstoff eingeleitet, gezündet und als Plasma- Material verwendet, wobei nach der Überleitphase das Argon ab gestellt wird.

Bei dieser Vorgehensweise wird das als Vormaterial verwendete Prozeßgas frühestens mit dem H₂, insbesondere frühestens nach der Überleitphase in das Plasma eingeströmt, wobei es insbeson dere bei tieferen Temperaturen sinnvoll ist, zusammen mit dem als Vormaterial verwendeten Prozeßgas Sauerstoff (O₂) einzu strömen.

Im der nachfolgenden Tabelle werden die Versuchsparameter bei verschiedenen Substratmaterialien und deren Ergebnisse darge stellt. Alle Substrate wurde vergleichbar vorbehandelt, insbe sondere gereinigt und vorbekeimt; die Keimdichte und die Größe der Wachstumskeime war vergleichbar.

Für die Tabelle wurden folgende Bezeichnungen verwendet:
Nr.: Nummer der Probe,
Sub.: Material des Substrats, wobei das mikroelektronische Bauteil ein MOSFET in SI/SiO2-Technik war, der vor und nach der Beschichtung noch vollkommen funktions tüchtig war,
CH₄/H₂: Verhältnis von Methan zu Wasserstoff in Prozent [%],
O₂/CH₄: Verhältnis von Sauerstoff zu Methan in Prozent [%]
H₂-Fluß: Gasfluß von Wasserstoff in [slm],
I_D: Stromfluß in der Düse zwischen der Anode und der Kathode in Ampere [A],
T_s: Substrattemperatur bei der Diamantabscheidung in [°C],
P_D: mittlere Leistung am Arcjet in [kW],
t_W: Prozeßdauer in [min],
d_S: mittlere Schichtdicke der Diamantschicht in [Mm]
v_S: Wachstumsgeschwindigkeit bzw. -rate in [µm/h] und
Haftung: Haftung der Diamantschicht auf dem jeweiligen Substrat.

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, konnten auf allen Substra ten hohe Wachstumsgeschwindigkeiten bzw. -raten erzielt werden, die gegenüber den bei diesen Temperaturen bekannten Wachstums geschwindigkeiten bzw. -raten um etwa eine Größenordnung höher sind.

Alle aufgeführten Proben wiesen eine gute Haftung der Diamant schicht mit dem Substrat auf. Dabei wurde die Haftung mit dem sogenannten Scotch-Tape-Test (ST-Test) ermittelt. Bei diesem Test wir die Diamantschicht mit einem Klebestreifen (Markenname Tesa-Film) überklebt. Löst sich beim Abziehen des Klebestrei fens die Diamantschicht nicht vom Substrat, so wird die Haftung als ausreichend betrachtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung können insbesondere zur Diamantbeschichtung von tribologisch beanspruchten Bauteilen und Werkzeugen eingesetzt werden. Ferner ist auch die Verwendung zur Diamantbeschichtung von zerspanenden bzw. spanabhebenden Werkzeugen, insbesondere von Schneidwerkzeugen wie Wendeschneideplatte, Bohrer usw. mög lich. Besonders ist es für Bauteile und Werkzeuge geeignet, die aus Wolframcarbid mit Co (WC-Co) gefertigt sind. In besonderer Weise können auch mikroelektronischen Bauteil, die eine Kompo sit-Struktur aufweisen, in einer akzeptablen Zeit mit Diamant beschichtet werden, ohne das deren Funktion gefährdet wäre. Da die Beschichtung bereits bei Temperaturen unterhalb von 450°C stattfinden kann gilt dies günstigerweise auch für mikroelek tronische Bauteile, die mit metallischen, insbesondere aus Alu minium gefertigten, Leiterbahnen versehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor richtung sind auch zur Diamantbeschichtung von Bauteilen und Werkzeugen günstig, die von aus Leichtmetallen und/oder deren Legierungen, insbesondere Aluminium und/oder Magnesium, und/oder von Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium, und/oder aus Metallegierungen, insbesondere WC-Co, gefertigt sind.

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von Diamant auf einem Substrat, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Verfahrensschritte,

1. das Substrat (2) wird reinigend vorbehandelt und mit Diamant zumindest bekeimt,
2. das vorbehandelte und mit Wachstumskeimen für Diamant bekeim te Substrat (2) wird auf einem wärmeleitenden Substrathalter (1) fixiert,
3. das fixierte Substrat (2) wird in einem evakuierbaren Reaktor (10) angeordnet,
4. in dem Reaktor (10) wird das Substrat (2) auf seiner bekeim ten Substratoberfläche (6) unter Zuhilfenahme einer Plasmabo gen-CVD, insbesondere eines Düsenstrahl-Plasma-Verfahrens (arcjet-Verfahren), mit Diamant versehen,
5. während der Abscheidung von Diamant wird der Substrathalter (1) durch ein strömendes Fluid temperiert, wobei das Substrat (2) über eine direkte Wärmeleitung oder eine Wärmekonvektion zwischen Substrat (2) und Substrathalter (1) gekühlt wird,
6. durch den Substrathalter (1) wird eine ihn geregelt temperie rende Temperier-Flüssigkeit hindurchgeleitet,
7. der Substrathalter (1) wird auf seiner dem Substrat (2) zuge wandten Fläche - im folgenden Substratseite (3) genannt - zu mindest mittelbar von einem Temperier-Gasstrom beaufschlagt,
8. vor dem Zünden des Plasmas wird die bekeimte Substratoberflä che (6) vor dem Plasma und/oder vor einem das Substrat (2) mit Diamant beschichtend wirkenden Gasstrom aus Vormaterial (Precursor-Material) zumindest mittelbar abgedeckt, und
9. die Abdeckung (7) wird nach Stabilisierung des Plasmas und/oder des beschichtend wirkenden Gasstroms entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) während des Abscheidens der Diamantschicht auf eine Temperatur geringer als 450°C, bevorzugt geringer als 350°C und besonders bevorzugt geringer als 300°C temperiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Temperier-Gasstrom eine Klimascheibe (4) temperiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme zwischen der Klimascheibe (4) und dem Substrat halter (1) zwischen der Substratseite (3) und der Klimascheibe (4) nur bereichsweise kontaktgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperier-Gasstrom durch die Klimascheibe (4) hindurch geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Halteroberfläche (5), auf der das Substrat unmittelbar angeordnet ist, gemessen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperier-Gas Luft, insbesondere Druckluft gewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperier-Flüssigkeit Wasser gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (2) eine Komposit-Struktur eines mikroelektro nischen Bauteils gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (2) eine Komposit-Struktur eines mit metalli schen, insbesondere aus Aluminium gefertigten, Leiterbahnen versehenen mikroelektronischen Bauteils gewählt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zündung des Plasmas die Abdeckung (7) zwischen 5 und 30 min. bevorzugt zwischen 10 und 20 min. besonders bevor zugt etwa 15 min aufrecht erhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) zumindest während des Abdeckens des Substrats (2) gekühlt, insbesondere von einem flüssigen Kühl mittel durchflossen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zünden des Plasmas zuerst ein Inert-Gas, vorzugs weise ein Edelgas, besonders bevorzugt Argon (Ar) gasförmig zwischen eine Anode (8) und eine Kathode (9) gasförmig einge strömt wird, das Argon gezündet und daraus ein Plasma erzeugt wird, daß in das Ar-Plasma während einer Überleitphase ein Was serstoffstrom (H₂) eingeleitet, gezündet und als Plasma- Material verwendet wird, und daß nach der Überleitphase das Ar gon abgestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das als Vormaterial verwendete Gas frühestens mit dem H₂, insbesondere frühestens nach der Überleitphase in das Plasma eingeströmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktor (10) zumindest zusammen mit dem als Vormate rial verwendeten Gas Sauerstoff (O₂) eingeströmt wird.

16. Vorrichtung zur Abscheidung von Diamant auf einem Substrat bei tiefen Temperaturen unter Zuhilfenahme eines Plasmabogen- CVD-Verfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale,

1. einem evakuierbaren Reaktor (10) innerhalb von dem wenigstens eine Anode und eine Kathode zur Zündung eines Plasmas ange ordnet ist,
2. mit Einlaßdüsen für die das Plasma bildenden Gase und ein sich als Diamant abscheidendes Prozeß- bzw. Vormaterial-Gas,
3. mit einem das Substrat (2) in fixierend aufnehmenden, fluid gekühlten und metallischen Substrathalter (1), der von einer Temperier-Flüssigkeit steuerbar durchflossen ist,
4. mit einer Klimascheibe (4), die auf der dem Substrat (2) zu gewandten Fläche - im folgenden Substratseite (3) genannt - des von einer Temperier-Flüssigkeit durchflossenen Substrat halters (1) angeordnet ist,
5. wobei die Klimascheibe (4) ihrerseits mittels eines Temperi er-Gases temperierbar ist und,
6. mit einer Abdeckung (7), die in einer die bekeimte Substrat oberfläche (6) abdeckenden Weise zwischen das Plasma und die bekeimte Substratoberfläche (6) einbringbar und entfernbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimascheibe (4) nur bereichsweise einen wärmeleitenden Kontakt mit der Substratseite (3) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimascheibe (4) integrierte Strömungskanäle (11) für das Temperier-Gas aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Halteroberfläche (5) der Klimascheibe (4) des Substrathalters (1), auf der das Substrat (2) angeordnet ist, eine Temperaturmeßeinheit, insbesondere ein Thermoelement (12) vorzugsweise aus Chromel/Alumel (10Cr + 90Ni / 2Al + 94Ni), angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein (Strahlungs-) Pyrometer zur Messung der Temperatur im Bereich des Substrats aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperier-Gas Luft, insbesondere Druckluft ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperier-Flüssigkeit Wasser ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (6) eine Kühlvorrichtung aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (6) integrierte Strömungskanäle für das sie kühlende Fluid, insbesondere Wasser aufweist.

25. Verwendung nach Anspruch 16 zur Diamantbeschichtung von tribologisch beanspruchten Bauteilen und Werkzeugen.

26. Verwendung nach Anspruch 25 zur Diamantbeschichtung eines zerspanenden Werkzeuges, insbesondere eines Schneidwerkzeuges, das bevorzugt aus Wolframcarbid mit Co (WC-Co) gefertigt ist.

27. Verwendung nach Anspruch 25 zur Diamantbeschichtung eines mikroelektronischen Bauteils, das eine Komposit-Struktur auf weist.

28. Verwendung nach Anspruch 25 zur Diamantbeschichtung eines mikroelektronischen Bauteils, das eine Komposit-Struktur auf weist und das mit metallischen, insbesondere aus Aluminium ge fertigten, Leiterbahnen versehenen ist.

29. Verwendung nach Anspruch 25 zur Diamantbeschichtung von aus Leichtmetallen und/oder deren Legierungen, - insbesondere aus Aluminium und/oder Magnesium und/oder deren Legierungen - und/oder von Halbleitermaterialien - insbesondere aus Silizium - und/oder aus Metallegierungen - insbesondere aus WC-Co - gefertigten Bauteilen und Werkzeugen.