JP2780495B2 - Method for forming diamond film on Si substrate by CVD method - Google Patents

Method for forming diamond film on Si substrate by CVD method

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JP2780495B2
JP2780495B2 JP530491A JP530491A JP2780495B2 JP 2780495 B2 JP2780495 B2 JP 2780495B2 JP 530491 A JP530491 A JP 530491A JP 530491 A JP530491 A JP 530491A JP 2780495 B2 JP2780495 B2 JP 2780495B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はCVD法によるSi基板
へのダイヤモンド膜形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a diamond film on a Si substrate by a CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは知られている物質の中で
最も硬度が硬く、熱伝導度が最も良く、電気的な絶縁性
も高く、透明度が良く化学的にも安定な物質であるの
で、切削工具、耐摩耗部品、太陽電池の保護膜、半導体
装置の放熱板等への応用が研究されている。
2. Description of the Related Art Diamond is the hardest material among known materials, has the highest thermal conductivity, has high electrical insulation, is transparent, and is chemically stable. Applications to tools, wear-resistant parts, protective films for solar cells, heat sinks for semiconductor devices, and the like have been studied.

【0003】従来、ダイヤモンドの低圧合成法として
は、固体または液体の原料を、蒸発、昇華等の方法で気
体にし、この気体から結晶成長させるPVD法(物理的
蒸着法)と、炭素を含む化合物気体を熱やプラズマによ
って分解して結晶を得るCVD法(化学的蒸着法)とが
ある。
[0003] Conventionally, as a low-pressure synthesis method of diamond, a solid or liquid raw material is converted into a gas by a method such as evaporation or sublimation, and a PVD method (physical vapor deposition method) in which crystals are grown from the gas, and a compound containing carbon. There is a CVD method (chemical vapor deposition method) in which a gas is decomposed by heat or plasma to obtain a crystal.

【0004】すなわち、後者のCVD法では、炭化水素
と水素との混合ガスを原料とし、大気圧あるいは1To
rr以上の減圧下で熱、マイクロ波または高周波等を用
いて原料ガスを励起し、600〜1000℃に加熱され
た基板上に導いて炭化水素の熱分解と、活性化した水素
の作用により、ダイヤモンド構造の炭素を基板上に析出
させるものである。
[0004] That is, in the latter CVD method, a mixed gas of hydrocarbon and hydrogen is used as a raw material at atmospheric pressure or 1 ton.
Under reduced pressure of rr or more, heat, microwave or high frequency or the like is used to excite the raw material gas, and then guided on a substrate heated to 600 to 1000 ° C. to thermally decompose hydrocarbons, and by the action of activated hydrogen, This is to deposit carbon having a diamond structure on a substrate.

【0005】具体的には例えば、基板をフィラメントで
加熱する熱フィラメントCVD法、原料ガスと水素の分
解をプラズマを用いて行うマイクロ波プラズマCVD
法、炭化水素と水素の混合原料ガスに紫外レーザ光を照
射する光CVD法などがある。
More specifically, for example, a hot filament CVD method in which a substrate is heated with a filament, a microwave plasma CVD method in which a source gas and hydrogen are decomposed using plasma.
And a photo-CVD method of irradiating an ultraviolet laser beam to a mixed raw material gas of hydrocarbon and hydrogen.

【0006】一方、PVD法では、炭化水素ガス中での
グロー放電、イオンビームを用いたものが代表的なもの
であって、例えば電子ビーム等で炭素を蒸発させ基板に
イオンビームを照射するイオンビームスパッタ法、原料
ガスや原料の原子をイオン化し、電界により引き出して
基板上に膜を形成するイオンビーム蒸着法等がある。
On the other hand, in the PVD method, a method using a glow discharge in a hydrocarbon gas and an ion beam is typical. For example, an ion beam for irradiating a substrate with an ion beam by evaporating carbon with an electron beam or the like is used. There are a beam sputtering method, an ion beam evaporation method of forming a film on a substrate by ionizing a source gas and atoms of the source, and extracting the ion by an electric field.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記低圧気相合成法に
よるダイヤモンド膜は、ダイヤモンド基板上には、エピ
タキシャル成長可能であるほか、ダイヤモンドの生成が
確認されている基板は、モリブデン、タングステン、
金、銅、ジルコニウム、シリコンなどの単体、超硬合
金、シリカガラス、サファイヤなどの化合物のほか、炭
化珪素、炭化チタン、窒化ホウ素、窒化珪素などのセラ
ミックスがある。
The diamond film formed by the low-pressure vapor-phase synthesis method can be epitaxially grown on a diamond substrate. In addition, molybdenum, tungsten,
In addition to simple substances such as gold, copper, zirconium, and silicon, compounds such as cemented carbide, silica glass, and sapphire, there are ceramics such as silicon carbide, titanium carbide, boron nitride, and silicon nitride.

【0008】しかしながら、ダイヤモンド構造の結晶構
造を持つシリコン基板の上でも、現在のところエピタキ
シャル成長を起こす技術は確立されていない。その上、
前記の熱フィラメントCVD法、マイクロ波プラズマC
VD法または光CVD法等のCVD法で得られるダイヤ
モンド膜中には、粒径が約1〜10μm前後のダイヤモ
ンド結晶の集合体が形成されるので、表面の凹凸の激し
い膜しか得られない。
[0008] However, even on a silicon substrate having a crystal structure of a diamond structure, a technique for causing epitaxial growth has not been established at present. Moreover,
The above hot filament CVD method, microwave plasma C
In a diamond film obtained by a CVD method such as a VD method or a photo-CVD method, an aggregate of diamond crystals having a grain size of about 1 to 10 μm is formed, so that only a film having a severe surface irregularity can be obtained.

【0009】すなわち、ダイヤモンド膜は、その形成過
程において、先ず第1段階でSi基板上に多数のダイヤ
モンド核が発生し、その後その核が粒成長して大きな結
晶粒となり、やがて結晶粒と結晶粒とがくっつき、膜を
形成しはじめる。その後はSi基板に対して垂直方向に
成長し、膜は次第に厚くなる。このような成長過程を経
ているために、ダイヤモンド膜は多結晶の集まった、表
面凹凸の激しい膜となるのである。
That is, in the process of forming a diamond film, a large number of diamond nuclei are first generated on a Si substrate in the first stage, and then the nuclei grow into large crystal grains. Attachment starts to form a film. Thereafter, the film grows in a direction perpendicular to the Si substrate, and the film gradually becomes thicker. Due to such a growth process, the diamond film becomes a film in which polycrystals are gathered and surface roughness is severe.

【0010】ところで、ダイヤモンドの核生成は基板の
表面の影響を受け、基板表面をダイヤモンドの粉末剤で
傷つけ処理を行うことによって、Si基板では104
/cm2から108〜109個/cm2程度まで核発生数が
増加することが知られている。
By the way, the nucleation of diamond affected surface of the substrate, the substrate surface by performing the scratching treatment with diamond powder, from 10 4 / cm 2 in the Si substrate 10 8 to 10 9 / It is known that the number of nuclei increases to about cm 2 .

【0011】すなわち、2〜10μmのダイヤモンド粉
末で摩擦することによって、核発生密度は最大109
/cm2程度に高まり、粒子の成長が進行すると互いに
接触、凝集して膜状のダイヤモンドが形成されることが
報告されている(エレクトロニクス、昭和62年11月
号、68頁)。
That is, by rubbing with diamond powder of 2 to 10 μm, the nucleation density is increased to a maximum of about 10 9 / cm 2 , and as the particles grow, they come into contact with each other and aggregate to form a film-like diamond. (Electronics, November 1987, p. 68).

【0012】また、特開昭61−201698号公報で
は、基板表面を10μm以下のダイヤモンド、窒化物、
炭化物等の無機パウダーで擦り、1μm以下の大きさの
傷を付けておくことにより、表面粗さ0.4μ以下の平
滑なダイヤモンド膜を得ている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-201698, diamond, nitride or the like having a substrate surface of 10 μm or less is used.
A smooth diamond film having a surface roughness of 0.4 μm or less is obtained by rubbing with an inorganic powder such as a carbide and making a scratch having a size of 1 μm or less.

【0013】さらに、特開昭60−86096号公報で
は、Si基板を2μm以下のダイヤモンド粉末で摩擦し
て鋭利な傷を発生させ、マイクロ波CVD法により、3
μm/hrの成長速度で微細な結晶粒子よりなるダイヤ
モンド膜を得ている。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-86096, a sharp scratch is generated by rubbing a Si substrate with diamond powder having a size of 2 μm or less.
A diamond film made of fine crystal grains is obtained at a growth rate of μm / hr.

【0014】しかしながら、前記のごとくダイヤモンド
膜の気相合成に先立って、Si基板の表面に傷付け処理
を施す従来方法では、ダイヤモンドの核発生密度はせい
ぜい1000Å平方当たり1個程度(1010個/cm2
に当たる)であって、得られたダイヤモンド膜を半導体
膜あるいは摩耗膜として使用するには、核発生密度を向
上させて、さらに表面の凹凸を平滑にする必要がある。
However, as described above, according to the conventional method in which the surface of the Si substrate is scratched prior to the vapor phase synthesis of the diamond film, the nucleation density of diamond is at most about one per 1,000 squared (10 10 / cm 2). Two
In order to use the obtained diamond film as a semiconductor film or a wear film, it is necessary to improve the nucleation density and to smooth the surface irregularities.

【0015】本発明はSi基板上にCVD法によりダイ
ヤモンド膜を形成する場合の前記のごとき問題点を解決
すべくなされたものであって、Si基板上にダイヤモン
ドの核発生密度を増やし、表面の凹凸を減らして平滑な
ダイヤモンド皮膜の得られるCVD法によるSi基板へ
のダイヤモンド膜形成方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems when a diamond film is formed on a Si substrate by a CVD method. An object of the present invention is to provide a method for forming a diamond film on a Si substrate by a CVD method capable of obtaining a smooth diamond film by reducing unevenness.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】発明者は、基板表面に傷
を付けることがダイヤモンドの核発生密度の増加に有効
であることから、基板表面に段差を設けてやれば、この
段差部でダイヤモンド核発生のエネルギーが低下して、
ダイヤモンドの核が生成し易いことに着目した。そこ
で、ダイヤモンドの核発生の起点となる基板表面の段差
の密度と深さについて鋭意研究を重ねた。その結果、基
板表面の段差部の密度を所望の数にする手法を見出すと
共に、段差部の深さについても最適範囲を見出すことに
より、本発明を完成するに到ったものである。
The inventor of the present invention has found that, since it is effective to damage the substrate surface to increase the nucleation density of diamond, if a step is provided on the substrate surface, the diamond is formed at the step. The energy of nuclear generation decreases,
We focused on the fact that diamond nuclei are easily formed. Accordingly, the present inventors have conducted intensive studies on the density and depth of the steps on the substrate surface, which are the starting points of nucleation of diamond. As a result, the present inventors have found a method of setting the density of the steps on the substrate surface to a desired number, and have found an optimum range for the depth of the steps, thereby completing the present invention.

【0017】本発明のCVD法によるSi基板へのダイ
ヤモンド膜形成方法は、Si基板上に50〜200Åの
結晶粒度の多結晶Si層を形成させた後、Siの結晶面
異方性エッチング液を用いて、前記多結晶Si層の特定
面をエッチングし、10〜50Åの深さのエッチピット
を形成させ、隣会うエッチピット間の距離を50〜20
0Åとした後、前記多結晶Si層上にダイヤモンド核を
形成させることを要旨とする。
According to the method of forming a diamond film on a Si substrate by the CVD method of the present invention, a polycrystalline Si layer having a crystal grain size of 50 to 200 ° is formed on a Si substrate, and then a Si crystal plane anisotropic etching solution is applied. Then, a specific surface of the polycrystalline Si layer is etched to form etch pits having a depth of 10 to 50 °, and a distance between adjacent etch pits is set to 50 to 20.
The point is to form diamond nuclei on the polycrystalline Si layer after the angle is set to 0 °.

【0018】本発明において、Si基板上に多結晶Si
層を形成させるには、真空蒸着法、スパッタリング法、
プラズマCVD法等を用いることができる。Si基板上
に多結晶Si層を形成する際に、真空蒸着法であれば基
板温度、スパッタリング法であればアルゴン圧および基
板温度、プラズマCVD法の場合はグロー放電条件およ
びシランガス濃度を適宜選択することにより、多結晶S
i層の結晶粒度を調整することができる。
In the present invention, the polycrystalline Si on the Si substrate
To form a layer, a vacuum deposition method, a sputtering method,
A plasma CVD method or the like can be used. When forming a polycrystalline Si layer on a Si substrate, appropriately select a substrate temperature in the case of a vacuum deposition method, an argon pressure and a substrate temperature in the case of a sputtering method, a glow discharge condition and a silane gas concentration in the case of a plasma CVD method. As a result, the polycrystalline S
The crystal grain size of the i-layer can be adjusted.

【0019】多結晶Si層の結晶粒度を50〜200Å
としたのは、結晶粒度が50Å未満であると、エッチン
グにより所望の深さのエッチピットを形成することがで
きないからであり、200Åを越えると所望の密度のエ
ッチピットを形成することができないからである。ま
た、多結晶Si層の厚さは1000〜2000Åとする
ことが好ましい。1000Å未満では結晶粒が充分に成
長しないからであり、2000Åを越えるとSi層に歪
みが発生し基板から剥離するおそれがあるからである。
The crystal grain size of the polycrystalline Si layer is 50 to 200 °
The reason is that if the crystal grain size is less than 50 °, etch pits of a desired depth cannot be formed by etching, and if it exceeds 200 °, etch pits of a desired density cannot be formed. It is. Further, it is preferable that the thickness of the polycrystalline Si layer be 1000 to 2000 °. If the thickness is less than 1000 °, the crystal grains do not grow sufficiently. If the thickness exceeds 2000 °, the Si layer is distorted and may be separated from the substrate.

【0020】Siの異方性エッチング液としては、例え
ばエチレンジアミン(NH2(CH22NH2)とピロカ
テコール(C64(OH)2)の水溶液を用いることが
できる。この水溶液は多結晶Si層の内(100)面の
みを10〜50μmの深さまでV型にエッチングするこ
とができる。なお、このエッチング液によるSiの各面
方位でのエッチング速度は、(100)面で50μm/
hであるのに対し、(110)面で30μm/h、(1
11)面で3μm/hであって、多結晶Si層の(11
0)面および(111)面は殆どエッチングされない。
As the anisotropic etching solution for Si, for example, an aqueous solution of ethylenediamine (NH 2 (CH 2 ) 2 NH 2 ) and pyrocatechol (C 6 H 4 (OH) 2 ) can be used. This aqueous solution can etch only the (100) plane of the polycrystalline Si layer into a V-shape to a depth of 10 to 50 μm. The etching rate of the Si in each plane direction by this etchant was 50 μm / (100) plane.
h on the (110) plane, 30 μm / h, (1
(11) plane, 3 μm / h, and (11) of the polycrystalline Si layer
The 0) plane and the (111) plane are hardly etched.

【0021】異法性エッチング液としては、その他に水
酸化カリウム(KOH)、ヒドラジン(N24)、アン
モニア水(NH4OH)などのアルカリ水溶液を用い、
緩衝剤にはイソプロパノール(CH3COOHCH3)な
どのアルコールを用いることもできる。
As an illegal etching solution, an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide (KOH), hydrazine (N 2 H 4 ), or ammonia water (NH 4 OH) may be used.
Alcohol such as isopropanol (CH 3 COOHCH 3 ) can be used as the buffer.

【0022】多結晶Si層に形成されるエッチピットの
深さを10〜50Åとしたのは、深さが10Å未満であ
るとダイヤモンド核が発生しなくなるからであり、深さ
が50Åを越えると生成するダイヤモンド膜のSi基板
への密着性が悪くなるからである。
The reason why the depth of the etch pit formed in the polycrystalline Si layer is 10 to 50 ° is that if the depth is less than 10 °, diamond nuclei will not be generated. This is because the resulting diamond film has poor adhesion to the Si substrate.

【0023】基板処理後のダイヤモンド膜の形成方法に
ついては、熱CVD法のほか、マイクロ波CVD法、レ
ーザCVD法、高周波プラズマCVD法、高周波アーク
プラズマCVD法、EACVD法等種々の方法のいずれ
でも同様の効果を引き出すことができる。
The method of forming the diamond film after the substrate processing may be any of various methods such as a microwave CVD method, a laser CVD method, a high frequency plasma CVD method, a high frequency arc plasma CVD method, and an EACVD method, in addition to the thermal CVD method. Similar effects can be obtained.

【0024】[0024]

【作用】本発明の作用を図3の本発明の工程図に従って
説明する。先ず、工程Aにおいてダイヤモンド膜を形成
する基板にはSi基板1を用い、表面をRCA洗浄(重
金属、油脂、無機を除去する洗浄方法)する。次に、工
程Bにおいて熱CVD法によりSi基板1の表面に結晶
粒度が50〜200Åの多結晶Si層2を形成する。次
に、工程Cにおいて多結晶Si層2の特定結晶面をエッ
チングする異方性エッチング液を用いエッチング深さ1
0〜50Åのエッチピット3を形成する。
The operation of the present invention will be described with reference to the flow chart of the present invention shown in FIG. First, in step A, a Si substrate 1 is used as a substrate on which a diamond film is formed, and the surface is subjected to RCA cleaning (a cleaning method for removing heavy metals, oils, and inorganics). Next, in step B, a polycrystalline Si layer 2 having a crystal grain size of 50 to 200 ° is formed on the surface of the Si substrate 1 by a thermal CVD method. Next, in Step C, an anisotropic etching solution that etches a specific crystal plane of the polycrystalline Si layer 2 is used to etch at a depth of 1
An etch pit 3 of 0 to 50 ° is formed.

【0025】続いて、工程DにおいてCVD法によりダ
イヤモンド膜を形成すると、Si基板1に形成された多
結晶Si層2の表面にはエッチピット3との間に段差部
が多数形成されているので、この段差部がダイヤモンド
核発生の起点となり、3.3×1012個/cm2程度の
核発生密度で、ダイヤモンド核4が発生し、工程Fにお
いてSi基板1の表面に平滑なダイヤモンド膜5が形成
される。
Subsequently, when a diamond film is formed by the CVD method in step D, a large number of steps are formed between the etch pits 3 on the surface of the polycrystalline Si layer 2 formed on the Si substrate 1. The step portion serves as a starting point of diamond nucleation, and diamond nuclei 4 are generated at a nucleation density of about 3.3 × 10 12 / cm 2 , and a smooth diamond film 5 is formed on the surface of the Si substrate 1 in step F. Is formed.

【0026】[0026]

【実施例】本発明の実施例を従来例と比較して説明し、
本発明の効果を明らかにする。Si基板をRCA洗浄し
た後、熱CVD法によりSi基板表面上に結晶粒度50
〜200Åの多結晶Si層を2000Åの厚さで堆積さ
せた。次いで、Siの異方性エッチング液として、エチ
レンジアミン(NH2(CH22NH2)とピロカテコー
ル(C64(OH)2)の水溶液を用い、エッチング温
度10℃でエッチング時間2秒間で、この多結晶Si層
をエッチングしたところ、(100)面の選択的エッチ
ングにより、25Åの深さで微細なV型のエッチピット
が50〜200Åの幅で形成された。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in comparison with a conventional example.
The effect of the present invention will be clarified. After the RCA cleaning of the Si substrate, a crystal grain size of 50 is formed on the surface of the Si substrate by a thermal CVD method.
A Å200 ° polycrystalline Si layer was deposited to a thickness of 2000 °. Next, an aqueous solution of ethylenediamine (NH 2 (CH 2 ) 2 NH 2 ) and pyrocatechol (C 6 H 4 (OH) 2 ) was used as a Si anisotropic etching solution at an etching temperature of 10 ° C. for an etching time of 2 seconds. Then, when this polycrystalline Si layer was etched, fine V-shaped etch pits having a depth of 25 ° and a width of 50 to 200 ° were formed by selective etching of the (100) plane.

【0027】図4は本実施例に用いた熱フィラメントC
VD装置の概略図である。真空反応室10は排気ポンプ
16により真空排気されており、真空反応室16の中央
には埋め込みヒータ14と熱電対15を内蔵した基板ホ
ルダ13が設置され、基板1が固定される。基板ホルダ
13に固定された基板1に対向してTaフィラメント1
1が設けられ、さらに、基板1に向けてマスフローコン
トローラ6およびバルブ7を取り付けた原料ガス供給管
からCH4ガス8およびH2ガス9が供給される。
FIG. 4 shows the hot filament C used in this embodiment.
It is a schematic diagram of a VD device. The vacuum reaction chamber 10 is evacuated by an exhaust pump 16. A substrate holder 13 having a built-in heater 14 and a thermocouple 15 is installed in the center of the vacuum reaction chamber 16, and the substrate 1 is fixed. The Ta filament 1 faces the substrate 1 fixed to the substrate holder 13.
1 is provided, and a CH 4 gas 8 and a H 2 gas 9 are supplied toward the substrate 1 from a source gas supply pipe provided with a mass flow controller 6 and a valve 7.

【0028】表面に形成した多結晶Si膜に25Åの深
さで微細なV型のエッチピットを50〜200Åの幅で
形成したSi基板1を基板ホルダ13にセットした後、
埋め込みヒータ14とTaフィラメント11とに通電
し、Taフィラメント11は1800℃以上、基板1は
熱電対15によって900℃に保持した。その後原料ガ
スであるCH4ガス5cc/minと、H2ガス500c
c/minを、マスフローコントローラ6で所定の流量
に調整し、バルブ7を通して真空反応室10に供給し、
Taフィラメント11でガスを活性化し、分解して基板
1の上にダイヤモンド核の形成およびダイヤモンド膜の
形成を行った。
After the Si substrate 1 in which fine V-shaped etch pits having a depth of 25 ° and a width of 50 to 200 ° are formed on the polycrystalline Si film formed on the surface is set on the substrate holder 13,
Electricity was supplied to the embedded heater 14 and the Ta filament 11, and the Ta filament 11 was maintained at 1800 ° C. or higher, and the substrate 1 was maintained at 900 ° C. by the thermocouple 15. Thereafter, 5 cc / min of CH 4 gas, which is a source gas, and 500 c of H 2 gas
c / min is adjusted to a predetermined flow rate by the mass flow controller 6, supplied to the vacuum reaction chamber 10 through the valve 7,
The gas was activated and decomposed by the Ta filament 11 to form a diamond nucleus and a diamond film on the substrate 1.

【0029】また、比較のために従来例として表面を2
5μmの粉末ダイヤモンドで傷付け処理を行ったSi基
板についても、図4に示すと同じ熱フィラメントCVD
装置を用いて、ダイヤモンド膜の形成を行った。得られ
た本発明例と従来例のダイヤモンド膜について、核発生
密度および表面粗さのついて測定したところ、図1およ
び図2に示すような結果を得た。
For comparison, the surface was set to 2 as a conventional example.
The same hot filament CVD as shown in FIG. 4 was applied to the Si substrate that had been scratched with 5 μm powdered diamond.
A diamond film was formed using an apparatus. When the nucleation density and the surface roughness of the obtained diamond films of the present invention and the conventional example were measured, the results shown in FIGS. 1 and 2 were obtained.

【0030】核発生密度については、図1から明らかな
ように、25μmの粉末ダイヤモンドで傷付け処理を行
った従来例が1010個/cm2であったのに対し、本発
明例は本発明方法による基板処理により多数の段差部が
形成されたので、核発生密度は3.3×1012個/cm
2であって、本発明の効果が確認された。また、表面粗
さについては、従来例が1500〜3500Åであった
のに対し、本発明例は600〜1200Åであって、核
発生密度が高いことに関連して、本発明方法によれば平
滑なダイヤモンド膜の得られることが明らかとなった。
As apparent from FIG. 1, the nucleation density was 10 10 / cm 2 in the conventional example subjected to a scratching treatment with 25 μm powdered diamond, whereas the present invention example was the method of the present invention. Nucleation density is 3.3 × 10 12 / cm
2 , which confirmed the effect of the present invention. Regarding the surface roughness, the conventional example had a surface roughness of 1500 to 3500 °, while the present invention example had a surface roughness of 600 to 1200 °. It became clear that a perfect diamond film could be obtained.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明のCVD法によるSi基板へのダ
イヤモンド膜形成方法は、以上説明したように、Si基
板上に50〜200Åの結晶粒度の多結晶Si層を形成
させた後、Siの結晶面異方性エッチング液を用いて、
前記多結晶Si層の特定面をエッチングし、10〜50
Åの深さのエッチピットを形成させることにより、Si
基板の表面にダイヤモンド核の発生の起点となる段差部
を多数形成するものであって、この表面処理したSi基
板上にCVD法によりダイヤモンド皮膜を形成する工程
により、ダイヤモンドの核発生密度が著しく増加すると
ともに表面の平滑なダイヤモンド膜が得られる。
According to the method for forming a diamond film on a Si substrate by the CVD method of the present invention, as described above, after forming a polycrystalline Si layer having a crystal grain size of 50 to 200 ° on a Si substrate, Using a crystal plane anisotropic etchant,
Etching a specific surface of the polycrystalline Si layer, 10 to 50
By forming an etch pit with a depth of Å, Si
The step of forming a large number of steps on the surface of the substrate, which is the starting point of the generation of diamond nuclei. The step of forming a diamond film on the surface-treated Si substrate by the CVD method significantly increases the nucleation density of diamond. And a diamond film having a smooth surface is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来例と本発明例のダイヤモンド核発生密度を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing diamond nucleus generation densities of a conventional example and an example of the present invention.

【図2】従来例と本発明例のダイヤモンド膜の表面粗さ
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the surface roughness of a diamond film according to a conventional example and an example of the present invention.

【図3】本発明方法を説明する工程図である。FIG. 3 is a process chart for explaining the method of the present invention.

【図4】実施例に用いた熱フィラメントCVD装置の概
略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a hot filament CVD apparatus used in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 多結晶Si層 3 Si基板のエッチピット 4 ダイヤモンド
核 5 ダイヤモンド膜 8 CH4ガス 9 H2ガス 10 真空反応室 11 Taフィラメント 13 基板ホルダ 14 埋め込みヒータ 16 排気ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si substrate 2 Polycrystalline Si layer 3 Etch pit of Si substrate 4 Diamond nucleus 5 Diamond film 8 CH 4 gas 9 H 2 gas 10 Vacuum reaction chamber 11 Ta filament 13 Substrate holder 14 Embedded heater 16 Exhaust pump

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 Si基板上に50〜200Åの結晶粒度
の多結晶Si層を形成させた後、Siの結晶面異方性エ
ッチング液を用いて、前記多結晶Si層の特定面をエッ
チングし、10〜50Åの深さのエッチピットを形成さ
せ、隣会うエッチピット間の距離を50〜200Åとし
た後、前記多結晶Si層上にダイヤモンド核を形成させ
ることを特徴とするCVD法によるSi基板上へのダイ
ヤモンド膜形成方法。
After a polycrystalline Si layer having a crystal grain size of 50 to 200 ° is formed on a Si substrate, a specific surface of the polycrystalline Si layer is etched by using an anisotropic Si crystal plane etching solution. Forming an etch pit having a depth of 10 to 50 °, a distance between adjacent etch pits of 50 to 200 °, and then forming a diamond nucleus on the polycrystalline Si layer. A method for forming a diamond film on a substrate.
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