JP2780497B2 - ＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイヤモンド膜形成方法 - Google Patents
ＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイヤモンド膜形成方法Info
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Description
【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。
へのダイヤモンド膜形成方法に関する。
【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、熱伝導度が物質中もっとも良く、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。
最も硬度が硬く、熱伝導度が物質中もっとも良く、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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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個
／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。しかして、ダイヤモンド
の核発生密度が増加すれば、結晶粒子の微細化により、
表面の凹凸が平滑なダイヤモンド膜が得られる。
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個
／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。しかして、ダイヤモンド
の核発生密度が増加すれば、結晶粒子の微細化により、
表面の凹凸が平滑なダイヤモンド膜が得られる。
【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個
／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）。
末で摩擦することによって、核発生密度は最大１０9個
／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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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、さらに表面の凹
凸を平滑にする必要がある。
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、さらに表面の凹
凸を平滑にする必要がある。
【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、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。
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、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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】発明者は、Ｓｉ基板上に
形成されるダイヤモンド膜の表面の凹凸が激しいのは、
発生するダイヤモンド核の結晶方位がランダムであり、
核結晶方位によりダイヤモンド膜の生成速度に差がある
ことに、その原因があることを見出した。そこで、Ｓｉ
基板表面上に発生するダイヤモンド核のうち、特定の結
晶面を有するダイヤモンド核のみ残すことについて、鋭
意研究を重ねた。その結果、特定結晶面のもののみ残
し、他の結晶面を有するダイヤモンド核を除去する手法
を見出すことにより本発明を完成した。
形成されるダイヤモンド膜の表面の凹凸が激しいのは、
発生するダイヤモンド核の結晶方位がランダムであり、
核結晶方位によりダイヤモンド膜の生成速度に差がある
ことに、その原因があることを見出した。そこで、Ｓｉ
基板表面上に発生するダイヤモンド核のうち、特定の結
晶面を有するダイヤモンド核のみ残すことについて、鋭
意研究を重ねた。その結果、特定結晶面のもののみ残
し、他の結晶面を有するダイヤモンド核を除去する手法
を見出すことにより本発明を完成した。
【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、ＣＶＤ法によりＳｉ基板上に面
方位がランダムなダイヤモンド核を３０〜２００Åまで
成長させる工程と、Ｏ2ガス中で電子ビームエッチング
することにより前記ダイヤモンド核の（１１０）面をエ
ッチングし、Ｈ2ガス中で電子ビームエッチングするこ
とにより前記ダイヤモンド核の（１００）面をエッチン
グする工程と、ＣＶＤ法により前記Ｓｉ基板上に残され
た（１１１）面からなるダイヤモンド核を成長させる工
程とからなることを要旨とする。
ヤモンド膜形成方法は、ＣＶＤ法によりＳｉ基板上に面
方位がランダムなダイヤモンド核を３０〜２００Åまで
成長させる工程と、Ｏ2ガス中で電子ビームエッチング
することにより前記ダイヤモンド核の（１１０）面をエ
ッチングし、Ｈ2ガス中で電子ビームエッチングするこ
とにより前記ダイヤモンド核の（１００）面をエッチン
グする工程と、ＣＶＤ法により前記Ｓｉ基板上に残され
た（１１１）面からなるダイヤモンド核を成長させる工
程とからなることを要旨とする。
【００１８】ダイヤモンド核を発生させるＣＶＤ法は、
熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法などの何れのＣＶＤ法を用いても良い。
なお、ダイヤモンド核の発生密度を増加させるために、
Ｓｉ基板の表面にダイヤモンド砥粒を用いて疵付け処理
を施すことが好ましい。成長させるダイヤモンド核を３
０〜２００Åとしたのは、３０Å未満であるとその後の
ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜が充分に形成されないか
らであり、２００Åを越えると除去すべき結晶面のダイ
ヤモンド核がエッチングにより充分に除去できなくなる
からである。
熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法などの何れのＣＶＤ法を用いても良い。
なお、ダイヤモンド核の発生密度を増加させるために、
Ｓｉ基板の表面にダイヤモンド砥粒を用いて疵付け処理
を施すことが好ましい。成長させるダイヤモンド核を３
０〜２００Åとしたのは、３０Å未満であるとその後の
ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜が充分に形成されないか
らであり、２００Åを越えると除去すべき結晶面のダイ
ヤモンド核がエッチングにより充分に除去できなくなる
からである。
【００１９】電子ビームエッチングは従来から公知の電
子ビーム銃を用いた電子ビーム加工装置を用いて行う。
エッチング中の反応ガスとして酸素ガスを用いると、ダ
イヤモンド核の（１１０）面が、また水素ガスを用いる
とダイヤモンド核の（１００）面が選択的にエッチング
されることがわかっている。なお、電子ビームエッチン
グに限らず、ダイヤモンド核の結晶面が選択的にエッチ
ングできれば、他のエッチング方法でも用いることがで
きる。
子ビーム銃を用いた電子ビーム加工装置を用いて行う。
エッチング中の反応ガスとして酸素ガスを用いると、ダ
イヤモンド核の（１１０）面が、また水素ガスを用いる
とダイヤモンド核の（１００）面が選択的にエッチング
されることがわかっている。なお、電子ビームエッチン
グに限らず、ダイヤモンド核の結晶面が選択的にエッチ
ングできれば、他のエッチング方法でも用いることがで
きる。
【００２０】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。
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。
【００２１】
【作用】本発明の作用を図４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Ｓｉ基板１の表面をダイヤモンド砥粒で傷
付け処理を行った後、ＣＶＤ法によりＳｉ基板１の表面
に３０〜２００Åの結晶方位がランダムであるダイヤモ
ンド核２を成長させる。続いて工程Ｃにおいて酸素ガス
中での電子ビームエッチングにより基板表面に生成した
ダイヤモンド核の（１１０）面をエッチングし、水素ガ
ス中での電子ビームエッチングにより（１００）面をエ
ッチングし、Ｓｉ基板表面には（１１１）面のダイヤモ
ンド核３のみを残す。
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Ｓｉ基板１の表面をダイヤモンド砥粒で傷
付け処理を行った後、ＣＶＤ法によりＳｉ基板１の表面
に３０〜２００Åの結晶方位がランダムであるダイヤモ
ンド核２を成長させる。続いて工程Ｃにおいて酸素ガス
中での電子ビームエッチングにより基板表面に生成した
ダイヤモンド核の（１１０）面をエッチングし、水素ガ
ス中での電子ビームエッチングにより（１００）面をエ
ッチングし、Ｓｉ基板表面には（１１１）面のダイヤモ
ンド核３のみを残す。
【００２２】続いて、工程ＤにおいてＣＶＤ法によりＳ
ｉ基板上に残った（１１１）面のダイヤモンド核３をも
とに、（１１１）面のみからなるダイヤモンドの多結晶
膜４を形成する。得られたダイヤモンド膜４は、ほぼ
（１１１）面のみからなり、結晶粒の成長速度が同じで
あったために、表面の凹凸が少なくなり、Ｓｉ基板１の
表面に平滑なダイヤモンド膜４が形成される。
ｉ基板上に残った（１１１）面のダイヤモンド核３をも
とに、（１１１）面のみからなるダイヤモンドの多結晶
膜４を形成する。得られたダイヤモンド膜４は、ほぼ
（１１１）面のみからなり、結晶粒の成長速度が同じで
あったために、表面の凹凸が少なくなり、Ｓｉ基板１の
表面に平滑なダイヤモンド膜４が形成される。
【００２３】
【実施例】本発明の実施例を従来例と比較しつつ説明
し、本発明の効果を明らかにする。Ｓｉ基板をＲＣＡ洗
浄した後、ダイヤモンド砥粒で表面傷付け処理を施し
た。傷付け処理は２０〜３０μｍのダイヤモンド砥粒と
０．５ｇエタノールを満たした５０ｃｃビーカ中に基板
と共に入れ、温度４０℃で１時間の超音波洗浄すること
により行った。続いてこの基板を熱フィラメントＣＶＤ
装置に入れて、ランダムな結晶方位を持つダイヤモンド
核を直径３０〜２００Åまで成長させた。
し、本発明の効果を明らかにする。Ｓｉ基板をＲＣＡ洗
浄した後、ダイヤモンド砥粒で表面傷付け処理を施し
た。傷付け処理は２０〜３０μｍのダイヤモンド砥粒と
０．５ｇエタノールを満たした５０ｃｃビーカ中に基板
と共に入れ、温度４０℃で１時間の超音波洗浄すること
により行った。続いてこの基板を熱フィラメントＣＶＤ
装置に入れて、ランダムな結晶方位を持つダイヤモンド
核を直径３０〜２００Åまで成長させた。
【００２４】図５は本実施例で用いられた電子ビームエ
ッチング装置の概略図である。図５において、反応室５
は真空排気１１され電子銃となるカソード８とアノード
１０が対向して配置され、カソード８には高圧電源９が
接続され、アノード１０には基板１が固定され冷却水１
２により水冷されている。反応室５には反応ガス６が供
給される。なお、カソード８は曲率半径２００ｍｍの凹
球面形であり、電子ビームが自己集束するようになって
いる。
ッチング装置の概略図である。図５において、反応室５
は真空排気１１され電子銃となるカソード８とアノード
１０が対向して配置され、カソード８には高圧電源９が
接続され、アノード１０には基板１が固定され冷却水１
２により水冷されている。反応室５には反応ガス６が供
給される。なお、カソード８は曲率半径２００ｍｍの凹
球面形であり、電子ビームが自己集束するようになって
いる。
【００２５】この電子ビームエッチング装置のアノード
１０に、表面にランダムな結晶方位を持つダイヤモンド
核を直径３０〜２００Åまで成長させたＳｉ基板１をセ
ットし、反応室５の圧力を１．０Ｔｏｒｒに保持し、反
応ガス６としてＨｅで希釈した１０％Ｏ2ガスを４０ｃ
ｃ／ｍｉｎで供給し、電圧１００Ｖ、電流１０Ａで電子
ビームエッチングをＳｉ基板１に施し、表面のダイヤモ
ンド核のうち（１１０）面を持つ結晶のみを選択的にエ
ッチング除去した。
１０に、表面にランダムな結晶方位を持つダイヤモンド
核を直径３０〜２００Åまで成長させたＳｉ基板１をセ
ットし、反応室５の圧力を１．０Ｔｏｒｒに保持し、反
応ガス６としてＨｅで希釈した１０％Ｏ2ガスを４０ｃ
ｃ／ｍｉｎで供給し、電圧１００Ｖ、電流１０Ａで電子
ビームエッチングをＳｉ基板１に施し、表面のダイヤモ
ンド核のうち（１１０）面を持つ結晶のみを選択的にエ
ッチング除去した。
【００２６】続いて、反応室５の圧力を１．０Ｔｏｒｒ
に保持し、反応ガス６としてＨｅで希釈した１０％Ｈ2
ガスを６０ｃｃ／ｍｉｎで供給し、電圧１００Ｖ、電流
１０Ａで電子ビームエッチングをＳｉ基板１に施し、表
面のダイヤモンド核のうち（１００）面を持つ結晶のみ
を選択的にエッチング除去した。
に保持し、反応ガス６としてＨｅで希釈した１０％Ｈ2
ガスを６０ｃｃ／ｍｉｎで供給し、電圧１００Ｖ、電流
１０Ａで電子ビームエッチングをＳｉ基板１に施し、表
面のダイヤモンド核のうち（１００）面を持つ結晶のみ
を選択的にエッチング除去した。
【００２７】表面のダイヤモンド核を電子ビームエッチ
ングにより選択的にエッチングしたＳｉ基板を熱フィラ
メントＣＶＤ装置の基板ホルダにセットし、フィラメン
トを１８００℃以上、基板を９００℃に保持して、原料
ガスであるＣＨ4ガス５ｃｃ／ｍｉｎと、Ｈ2ガス５００
ｃｃ／ｍｉｎを供給し、フィラメントでガスを活性化し
分解して、Ｓｉ基板上に残った（１１１）面のダイヤモ
ンド核をもとに、（１１１）面のみからなるダイヤモン
ドの多結晶膜を形成した。
ングにより選択的にエッチングしたＳｉ基板を熱フィラ
メントＣＶＤ装置の基板ホルダにセットし、フィラメン
トを１８００℃以上、基板を９００℃に保持して、原料
ガスであるＣＨ4ガス５ｃｃ／ｍｉｎと、Ｈ2ガス５００
ｃｃ／ｍｉｎを供給し、フィラメントでガスを活性化し
分解して、Ｓｉ基板上に残った（１１１）面のダイヤモ
ンド核をもとに、（１１１）面のみからなるダイヤモン
ドの多結晶膜を形成した。
【００２８】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、同じ熱フィラメントＣＶＤ装置を用い
て、同じＣＶＤ条件で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、
Ｘ線回折および表面粗さについて測定した。従来例で得
られたダイヤモンド膜のＸ線回折は図２に、本発明例で
得られたダイヤモンド膜のＸ線回折は図３に、従来例お
よび本発明例の表面粗さについては図１に併せて示し
た。
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、同じ熱フィラメントＣＶＤ装置を用い
て、同じＣＶＤ条件で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、
Ｘ線回折および表面粗さについて測定した。従来例で得
られたダイヤモンド膜のＸ線回折は図２に、本発明例で
得られたダイヤモンド膜のＸ線回折は図３に、従来例お
よび本発明例の表面粗さについては図１に併せて示し
た。
【００２９】ダイヤモンド膜のＸ線回折については、従
来例では（１１１）面のほかに（２２０）面、（３１
１）面および（４００）面においてピークが認められた
のに対して、本発明例では、（１１１）面のピークと
（３１１）面の極僅かのピークが認められる以外は、そ
の他の面のピークが全て消滅していた。そのため、本発
明例で形成されたダイヤモンド膜はほぼ（１１１）面の
みからなることが確認された。
来例では（１１１）面のほかに（２２０）面、（３１
１）面および（４００）面においてピークが認められた
のに対して、本発明例では、（１１１）面のピークと
（３１１）面の極僅かのピークが認められる以外は、そ
の他の面のピークが全て消滅していた。そのため、本発
明例で形成されたダイヤモンド膜はほぼ（１１１）面の
みからなることが確認された。
【００３０】表面粗さについては、図１に示したように
従来例が１５００〜３５００Åであったのに対し、本発
明例は形成されたダイヤモンド膜はほぼ（１１１）面の
みからなり、結晶粒の成長速度が同じであったため、表
面粗さが３００〜１０００Åであって、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。
従来例が１５００〜３５００Åであったのに対し、本発
明例は形成されたダイヤモンド膜はほぼ（１１１）面の
みからなり、結晶粒の成長速度が同じであったため、表
面粗さが３００〜１０００Åであって、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。
【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、ＣＶＤ
法によりＳｉ基板上に面方位がランダムなダイヤモンド
核を３０〜２００Åまで成長させ、Ｏ2ガス中およびＨ2
ガス中で電子ビームエッチングすることにより前記ダイ
ヤモンド核の（１１０）面および（１００）面を選択的
にエッチングし、Ｓｉ基板上に残された（１１１）面の
結晶をもとにＣＶＤ法により結晶成長させてダイヤモン
ド皮膜を形成するものであって、形成された膜は（１１
１）面のみからなるので、結晶粒の成長速度が等しく、
表面の平滑なダイヤモンド膜が得られる。また、本発明
方法によれば同じ大きさの結晶粒から成長させるので、
製造上ダイヤモンド膜の再現性が良く、結晶粒の大きさ
が同じで面方位が揃っているので、粒界の影響を均一に
することができ、電気電導度等の制御が容易である。
イヤモンド膜形成方法は、以上説明したように、ＣＶＤ
法によりＳｉ基板上に面方位がランダムなダイヤモンド
核を３０〜２００Åまで成長させ、Ｏ2ガス中およびＨ2
ガス中で電子ビームエッチングすることにより前記ダイ
ヤモンド核の（１１０）面および（１００）面を選択的
にエッチングし、Ｓｉ基板上に残された（１１１）面の
結晶をもとにＣＶＤ法により結晶成長させてダイヤモン
ド皮膜を形成するものであって、形成された膜は（１１
１）面のみからなるので、結晶粒の成長速度が等しく、
表面の平滑なダイヤモンド膜が得られる。また、本発明
方法によれば同じ大きさの結晶粒から成長させるので、
製造上ダイヤモンド膜の再現性が良く、結晶粒の大きさ
が同じで面方位が揃っているので、粒界の影響を均一に
することができ、電気電導度等の制御が容易である。
【図１】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。
を示す図である。
【図２】従来例で得られたダイヤモンド膜のＸ線回折図
である。
である。
【図３】本発明例で得られたダイヤモンド膜のＸ線回折
図である。
図である。
【図４】本発明方法を説明する工程図である。
【図５】実施例に用いた電子ビームエッチング装置の概
略図である。
略図である。
１ Ｓｉ基板 ２ ランダムな結晶方位のダイヤモンド核 ３ （１１１）面のみからなるダイヤモンド核 ４ ダイヤモンド膜 ５ 反応室 ６ 反応ガス ８ カソード １０ アノード
Claims (1)
- 【請求項１】 ＣＶＤ法によりＳｉ基板上に面方位がラ
ンダムなダイヤモンド核を３０〜２００Åまで成長させ
る工程と、Ｏ2ガス中で電子ビームエッチングすること
により前記ダイヤモンド核の（１１０）面をエッチング
し、Ｈ2ガス中で電子ビームエッチングすることにより
前記ダイヤモンド核の（１００）面をエッチングする工
程と、ＣＶＤ法により前記Ｓｉ基板上に残された（１１
１）面からなるダイヤモンド核を成長させる工程とから
なることを特徴とするＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイ
ヤモンド膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP658091A JP2780497B2 (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | ＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイヤモンド膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP658091A JP2780497B2 (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | ＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイヤモンド膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240190A JPH04240190A (ja) | 1992-08-27 |
| JP2780497B2 true JP2780497B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=11642268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP658091A Expired - Fee Related JP2780497B2 (ja) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | ＣＶＤ法によるＳｉ基板へのダイヤモンド膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2780497B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10101481A (ja) * | 1996-08-27 | 1998-04-21 | Samsung Electron Co Ltd | ダイアモンド薄膜のヘテロエピタクシサイクリックテクスチャー成長法 |
| JP5979478B2 (ja) * | 2012-01-16 | 2016-08-24 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | ３層構造積層ダイヤモンド系基板、パワー半導体モジュール用放熱実装基板およびそれらの製造方法 |
-
1991
- 1991-01-23 JP JP658091A patent/JP2780497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04240190A (ja) | 1992-08-27 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |