JP2722716B2 - 単結晶ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンドの製造方法Info
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- JP2722716B2 JP2722716B2 JP25609089A JP25609089A JP2722716B2 JP 2722716 B2 JP2722716 B2 JP 2722716B2 JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP 25609089 A JP25609089 A JP 25609089A JP 2722716 B2 JP2722716 B2 JP 2722716B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特に半導体分野等において利用される単
結晶ダイヤモンドの製造方法に関する。
結晶ダイヤモンドの製造方法に関する。
従来、ダイヤモンド薄膜を形成する方法としては、熱
フィラメントCVD法やマイクロ波CVD法等がある。熱フィ
ラメントCVD法では、フィラメント及び基板が設けられ
た反応室内を数十Torrに保持するとともに、この反応室
内に反応ガスを導入し、これらをフィラメントにより加
熱し、成膜を行うようにしている。また、マイクロ波CV
D法では、基板の設置された反応室内にマイクロ波及び
反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用いて発生させた
プラズマにより反応ガスの分解を行い、成膜を行うよう
にしている。
フィラメントCVD法やマイクロ波CVD法等がある。熱フィ
ラメントCVD法では、フィラメント及び基板が設けられ
た反応室内を数十Torrに保持するとともに、この反応室
内に反応ガスを導入し、これらをフィラメントにより加
熱し、成膜を行うようにしている。また、マイクロ波CV
D法では、基板の設置された反応室内にマイクロ波及び
反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用いて発生させた
プラズマにより反応ガスの分解を行い、成膜を行うよう
にしている。
前記のような従来のダイヤモンド薄膜の製造方法で
は、異種基板上へは多結晶膜した生成されていない。し
かも、成膜前に基板の傷付け処理を行わなけらばならな
い。多結晶膜は、第6A図や第6B図で示すように、ダイヤ
モンド10の各グレインの大きさ、成長過程にばらつきが
あり、単純な柱状構造ではない。したがって、均一な膜
質や膜厚が必要となる場合には、その製造が非常に困難
であった。
は、異種基板上へは多結晶膜した生成されていない。し
かも、成膜前に基板の傷付け処理を行わなけらばならな
い。多結晶膜は、第6A図や第6B図で示すように、ダイヤ
モンド10の各グレインの大きさ、成長過程にばらつきが
あり、単純な柱状構造ではない。したがって、均一な膜
質や膜厚が必要となる場合には、その製造が非常に困難
であった。
そこで最近、シリコン等で用いられている選択性成長
法がダイヤモンド薄膜の製造にも応用されてきている。
法がダイヤモンド薄膜の製造にも応用されてきている。
選択性成長法は、シリコン酸化膜等の絶縁層でシリコ
ン基板上にパターニングを行い、基板上でダイヤモンド
の核形成位置の制御を行うものである。
ン基板上にパターニングを行い、基板上でダイヤモンド
の核形成位置の制御を行うものである。
しかし、前記選択性成長法においては、パターニング
の前に基板への傷付け処理が必要不可欠である。この傷
付け処理は、ダイヤモンドペーストで基板表面を磨いた
り、ダイヤモンド砥粒をアルコールに入れ超音波処理を
施したりするものであるが、この処理は非常に手間がか
かる。また、パターニングの後に基板傷付け処理を行う
方法もあるが、この処理においても、アルゴンビームを
照射して行う等の作業が必要となり、手間がかかるとい
う問題がある。
の前に基板への傷付け処理が必要不可欠である。この傷
付け処理は、ダイヤモンドペーストで基板表面を磨いた
り、ダイヤモンド砥粒をアルコールに入れ超音波処理を
施したりするものであるが、この処理は非常に手間がか
かる。また、パターニングの後に基板傷付け処理を行う
方法もあるが、この処理においても、アルゴンビームを
照射して行う等の作業が必要となり、手間がかかるとい
う問題がある。
この発明の目的は、傷付け処理を全く行うことなく単
結晶ダイヤモンドを製造することができる単結晶ダイヤ
モンドの製造方法を提供することにある。
結晶ダイヤモンドを製造することができる単結晶ダイヤ
モンドの製造方法を提供することにある。
この考案に係る単結晶ダイヤモンドの製造方法は、次
の工程を含んでいる。
の工程を含んでいる。
◎導電性基板の表面に所定の間隔で微小穴を有する絶縁
層を形成すること。
層を形成すること。
◎前記基板の配置された反応室内圧力をバイアス効果の
現れる低圧力範囲に設定すること。
現れる低圧力範囲に設定すること。
◎前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつダイヤモン
ド成膜条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド薄膜を気相
成長させること。
ド成膜条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド薄膜を気相
成長させること。
本発明においては、パターン加工によりダイヤモンド
の核を生成する場所を指定する。パターン加工は従来の
選択性成長法と同様に行われるが、このパターン加工を
行った基板を、傷付け処理なしに、バイアス効果が起こ
る低圧力（10Torr以下）で、しかも基板に正のバイアス
電圧を印加しつつダイヤモンド生成条件で生成を行う。
の核を生成する場所を指定する。パターン加工は従来の
選択性成長法と同様に行われるが、このパターン加工を
行った基板を、傷付け処理なしに、バイアス効果が起こ
る低圧力（10Torr以下）で、しかも基板に正のバイアス
電圧を印加しつつダイヤモンド生成条件で生成を行う。
すると、基板上の絶縁層の部分は電気的にフローティ
ング状態となっているためプラズマ電位より低くなる。
このため、この絶縁層の部分にはイオンしか到達しなく
なり、ダイヤモンドは生成されない。一方、パターン加
工により形成された微小穴の部分、つまり基板が露出し
ている部分には、正のバイアス電圧がかかっているため
に電子が集まり、ダイヤモンドはこの部分にのみ生成さ
れる。この穴の大きさを適当な大きさにすることによ
り、その中央部に単結晶ダイヤモンドが成長する。
ング状態となっているためプラズマ電位より低くなる。
このため、この絶縁層の部分にはイオンしか到達しなく
なり、ダイヤモンドは生成されない。一方、パターン加
工により形成された微小穴の部分、つまり基板が露出し
ている部分には、正のバイアス電圧がかかっているため
に電子が集まり、ダイヤモンドはこの部分にのみ生成さ
れる。この穴の大きさを適当な大きさにすることによ
り、その中央部に単結晶ダイヤモンドが成長する。
第４図は本発明の一実施例によるダイヤモンドの製造
方法が適用される成膜装置の断面概略構成図である。プ
ラズマ室１は、空洞共振器（キャビティ）構造となって
おり、このプラズマ室１には、導波管２を介してマイク
ロ波源としてマグネトロン（図示せず）が接続されてい
る。また、プラズマ室１には、反応ガス供給口1aが設け
られ、この反応ガス供給口1aを介して反応ガスが導入さ
れるようになっている。ここで、反応ガスとしては、一
酸化炭素ガス（CO）と水素ガス（H2）の混合ガスが用い
られる。前記プラズマ室１の周囲には、電磁石3a及び3b
が配置されており、この電磁石3a及び3bによる磁界の強
度は、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件
がプラズマ室１内部で成立するように設定されている。
方法が適用される成膜装置の断面概略構成図である。プ
ラズマ室１は、空洞共振器（キャビティ）構造となって
おり、このプラズマ室１には、導波管２を介してマイク
ロ波源としてマグネトロン（図示せず）が接続されてい
る。また、プラズマ室１には、反応ガス供給口1aが設け
られ、この反応ガス供給口1aを介して反応ガスが導入さ
れるようになっている。ここで、反応ガスとしては、一
酸化炭素ガス（CO）と水素ガス（H2）の混合ガスが用い
られる。前記プラズマ室１の周囲には、電磁石3a及び3b
が配置されており、この電磁石3a及び3bによる磁界の強
度は、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件
がプラズマ室１内部で成立するように設定されている。
また、プラズマ室１の内の電子サイクロトロン共鳴の
条件が設立する位置の近傍には、ダイヤモンドを生成す
べき基板５が配置されている。この基板５は、基板ホル
ダ６に保持されており、基板ホルダ６にはヒータ７が設
けられている。さらに、前記基板５には、外部のDCバイ
アス電源８を介して正のDCバイアス電圧が印加され得る
ようになっている。
条件が設立する位置の近傍には、ダイヤモンドを生成す
べき基板５が配置されている。この基板５は、基板ホル
ダ６に保持されており、基板ホルダ６にはヒータ７が設
けられている。さらに、前記基板５には、外部のDCバイ
アス電源８を介して正のDCバイアス電圧が印加され得る
ようになっている。
次に、単結晶ダイヤモンドの製造方法について説明す
る。
る。
まず、第1A図の平面図及び第1B図の断面図で示すよう
に、Si基板５上に、絶縁層としてのSiO2膜をPCVD法ある
いは熱酸化法等により形成し、パターニングを施して等
間隔に微小穴4aを形成する。この穴4aの間隔Ｌは10μｍ
程度とし、穴4aの径ｌは１μｍ程度とする。ここで、穴
4aの間隔Ｌは、最終的に形成したい膜厚により変化させ
ればよいが、穴4aの径ｌは、大きくしすぎると生成され
るダイヤモンドが１個の単結晶ではなく、２個以上ある
いは多結晶状となってしまう。５μｍ以上にすれば複数
個になりやすい。
に、Si基板５上に、絶縁層としてのSiO2膜をPCVD法ある
いは熱酸化法等により形成し、パターニングを施して等
間隔に微小穴4aを形成する。この穴4aの間隔Ｌは10μｍ
程度とし、穴4aの径ｌは１μｍ程度とする。ここで、穴
4aの間隔Ｌは、最終的に形成したい膜厚により変化させ
ればよいが、穴4aの径ｌは、大きくしすぎると生成され
るダイヤモンドが１個の単結晶ではなく、２個以上ある
いは多結晶状となってしまう。５μｍ以上にすれば複数
個になりやすい。
次に、前記SiO2膜の形成された基板５を、プラズマ室
内１の基板ホルダ６に装着する。そして、プラズマ室１
内を真空排気後、一酸化炭素ガス及び水素ガスを導入
し、圧力をバイアス効果が起こり得る低圧力（0.1Tor
r）程度にする。なお、バイアス効果とは、基板に正の
バイアス電圧を印加したときはダイヤモンドが生成さ
れ、負になった場合はダイヤモンドが生成されないとい
う低圧力下特有の効果である。
内１の基板ホルダ６に装着する。そして、プラズマ室１
内を真空排気後、一酸化炭素ガス及び水素ガスを導入
し、圧力をバイアス効果が起こり得る低圧力（0.1Tor
r）程度にする。なお、バイアス効果とは、基板に正の
バイアス電圧を印加したときはダイヤモンドが生成さ
れ、負になった場合はダイヤモンドが生成されないとい
う低圧力下特有の効果である。
次に、マグネトロンからマイクロ波を発生させ、これ
を導波管２を介してプラズマ室１内に導入するととも
に、電磁石3a及び3bに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、プラズマ室１内の所定の位置では、電子サイク
ロトロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良く
エネルギーを吸収し、低圧下にてプラズマ領域が形成さ
れる。また、基板５には、DCバイアス電源８により、10
〜60V程度の正のDCバイアスを印加する。なお、生成条
件は、前記のような低圧力（0.1Torr）での標準条件が
よく、たとえばマイクロ波パワーとしては1300W、基板
温度は650℃、CO/CO＋H2＝５％とすればよい。
を導波管２を介してプラズマ室１内に導入するととも
に、電磁石3a及び3bに電流を流して磁場を形成する。こ
のとき、プラズマ室１内の所定の位置では、電子サイク
ロトロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良く
エネルギーを吸収し、低圧下にてプラズマ領域が形成さ
れる。また、基板５には、DCバイアス電源８により、10
〜60V程度の正のDCバイアスを印加する。なお、生成条
件は、前記のような低圧力（0.1Torr）での標準条件が
よく、たとえばマイクロ波パワーとしては1300W、基板
温度は650℃、CO/CO＋H2＝５％とすればよい。
前記のような状態で生成を行うと、前述のように、基
板５上のSiO2膜４の部分は電気的にフローティング状態
となる。このためにプラズマ電位よりも低くなり、SiO2
膜４の部分には、第２図に示すように、イオンしか到達
しなくなる。したがって、ダイヤモンドは生成されな
い。一方、穴4aの部分で基板５が露出している部分に
は、基板５に正のバイアス電圧がかかっているために電
子が集まり、この部分にのみダイヤモンドが生成される
こととなる。そして、生成開始後、約２時間で各穴4aの
中央部に１個ずつ単結晶ダイヤモンド10が生成する。こ
の状態を第3A図に示している。そしてさらに、このまま
生成を続けると、各粒子同士がぶつかり合い、第3B図の
状態を経て第3C図に示すようにほぼ平坦な膜となる。こ
のときの膜厚ｔは、各穴4aの間隔によって決まってく
る。
板５上のSiO2膜４の部分は電気的にフローティング状態
となる。このためにプラズマ電位よりも低くなり、SiO2
膜４の部分には、第２図に示すように、イオンしか到達
しなくなる。したがって、ダイヤモンドは生成されな
い。一方、穴4aの部分で基板５が露出している部分に
は、基板５に正のバイアス電圧がかかっているために電
子が集まり、この部分にのみダイヤモンドが生成される
こととなる。そして、生成開始後、約２時間で各穴4aの
中央部に１個ずつ単結晶ダイヤモンド10が生成する。こ
の状態を第3A図に示している。そしてさらに、このまま
生成を続けると、各粒子同士がぶつかり合い、第3B図の
状態を経て第3C図に示すようにほぼ平坦な膜となる。こ
のときの膜厚ｔは、各穴4aの間隔によって決まってく
る。
（ａ） 前記実施例では、SiO2膜４は、基板５の表面に
つけたままとしているが、前記SiO2膜４は、核が一旦形
成されると除去してもよい。すなわち、SiO2膜４を除去
した後は、何ら処理がされていない基板が露出してくる
ので、生成を続行しても、この部分にダイヤモンドの核
は生成されない。
つけたままとしているが、前記SiO2膜４は、核が一旦形
成されると除去してもよい。すなわち、SiO2膜４を除去
した後は、何ら処理がされていない基板が露出してくる
ので、生成を続行しても、この部分にダイヤモンドの核
は生成されない。
（ｂ） 前記実施例では、パターニングによって形成す
る穴4aの間隔を等間隔としたが、穴4aの間隔は等間隔に
する必要はなく、必要に応じて適宜変更すればよい。
る穴4aの間隔を等間隔としたが、穴4aの間隔は等間隔に
する必要はなく、必要に応じて適宜変更すればよい。
たとえば、MES−FETを作成する場合には、ダイヤモン
ドを導線として使用することがある。第5A図に示すよう
なFETを作成する場合は、第5B図に示すような間隔で穴4
bを形成し、導線用のパターニングとすればよい。な
お、第5A図において、11はゲート、12,13はソース、ド
レイン、14a,14bと導線としてのダイヤモンド膜であ
る。
ドを導線として使用することがある。第5A図に示すよう
なFETを作成する場合は、第5B図に示すような間隔で穴4
bを形成し、導線用のパターニングとすればよい。な
お、第5A図において、11はゲート、12,13はソース、ド
レイン、14a,14bと導線としてのダイヤモンド膜であ
る。
（ｃ） 前述の実施例によって生成されたダイヤモンド
は、基板５表面に取り付けて使用するだけでなく、エッ
チング等により基板５から取り外し、砥粒として使用す
ることもできる。このとき、基板５上のパターンを等間
隔にしておくと、粒径のそろった砥粒が作成できる。
は、基板５表面に取り付けて使用するだけでなく、エッ
チング等により基板５から取り外し、砥粒として使用す
ることもできる。このとき、基板５上のパターンを等間
隔にしておくと、粒径のそろった砥粒が作成できる。
（ｄ） 前記実施例では、CVD法として有磁場CVD法を使
用したが、特に有磁場である必要はなく、低圧力下で成
膜ができるものであれば限定されない。
用したが、特に有磁場である必要はなく、低圧力下で成
膜ができるものであれば限定されない。
以上のように本発明では、正のDCバイアスを印加しつ
つ低圧力下でダイヤモンド生成を行うため、従来必要不
可欠であった基板への傷付け処理が全く不要となり、作
業が簡単化される。また、基板の穴の中央部から核が発
生するために基板との密着性がよい。
つ低圧力下でダイヤモンド生成を行うため、従来必要不
可欠であった基板への傷付け処理が全く不要となり、作
業が簡単化される。また、基板の穴の中央部から核が発
生するために基板との密着性がよい。
第1A図は本実施例方法に用いられるパターニング加工さ
れた基板の平面図、第1B図はそのIB−IB線断面図、第２
図は基板に正のDCバイアス電圧を印加した場合の作用を
説明するための図、第3A図、第3B図及び第3C図はダイヤ
モンド単結晶の成長の様子を示す断面図、第４図は本実
施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図、第5A
及び第5B図は本発明の他の実施例を説明するための図、
第6A図は従来方法によって製造されたダイヤモンドの平
面図、第6B図はその断面図である。 ４……SiO2膜（絶縁層）、５……基板、８……DCバイア
ス電源。
れた基板の平面図、第1B図はそのIB−IB線断面図、第２
図は基板に正のDCバイアス電圧を印加した場合の作用を
説明するための図、第3A図、第3B図及び第3C図はダイヤ
モンド単結晶の成長の様子を示す断面図、第４図は本実
施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図、第5A
及び第5B図は本発明の他の実施例を説明するための図、
第6A図は従来方法によって製造されたダイヤモンドの平
面図、第6B図はその断面図である。 ４……SiO2膜（絶縁層）、５……基板、８……DCバイア
ス電源。
Claims (1)
- 【請求項１】導電性基板の表面に所定の間隔で微小穴を
有する絶縁層を形成することと、前記基板の配置された
反応室内圧力をバイアス効果の現れる低圧力範囲に設定
することと、前記基板に正のバイアス電圧を印加しつつ
ダイヤモンド生成条件で前記基板に単結晶ダイヤモンド
を気相生長させることとを含む単結晶ダイヤモンドの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25609089A JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215392A JPH03215392A (ja) | 1991-09-20 |
| JP2722716B2 true JP2722716B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17287753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25609089A Expired - Fee Related JP2722716B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2722716B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001913A1 (en) * | 1994-07-11 | 1996-01-25 | The Curators Of The University Of Missouri | Monocrystalline diamond film production by chemical vapor deposition |
| JP4885274B2 (ja) | 2007-06-26 | 2012-02-29 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | アモルファス複合酸化膜、結晶質複合酸化膜、アモルファス複合酸化膜の製造方法および結晶質複合酸化膜の製造方法 |
| US8664126B2 (en) * | 2011-06-10 | 2014-03-04 | Applied Materials, Inc. | Selective deposition of polymer films on bare silicon instead of oxide surface |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25609089A patent/JP2722716B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03215392A (ja) | 1991-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |