JP3008092B2 - Growth substrate having growth nuclei made of diamond or diamond-like carbon and provided on a growth surface, and method for uniform nucleation of growth substrates - Google Patents

Growth substrate having growth nuclei made of diamond or diamond-like carbon and provided on a growth surface, and method for uniform nucleation of growth substrates

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JP3008092B2
JP3008092B2 JP10042760A JP4276098A JP3008092B2 JP 3008092 B2 JP3008092 B2 JP 3008092B2 JP 10042760 A JP10042760 A JP 10042760A JP 4276098 A JP4276098 A JP 4276098A JP 3008092 B2 JP3008092 B2 JP 3008092B2
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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、ダイヤモンド又はダイ
ヤモンドに類似の炭素から成り成長表面に設められる成
長核を持つ成長基板、及び成長表面の均一な核生成方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a growth substrate made of diamond or diamond-like carbon and having a growth nucleus provided on the growth surface, and a method for uniform nucleation of the growth surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】このような成長基板及び核生成方法は、
論文Wolter et al.,″Nucleati
on of high oriented diamo
ndon silicon via an alter
nating current substrat b
ias″,Appl.Phys.Lett.Vol.6
8,No.25,17 June 1996,pp 3
558〜3560から公知である。この文献から、ダイ
ヤモンド又はダイヤモンドに類似の炭素から成る成長核
を持つダイヤモンドから成り排気された反応器内に設け
られかつ前処理された成長基板の核生成のためのプラズ
マCVD法において、交流電圧の形のバイアス電圧を印
加することが公知である。この手段により、他の点では
対比可能な条件において、直流状バイアス電圧に比較し
て、高精度の方位を持つ成長核の高い核密度が成長基板
上に得られる。高精度の方位とは、ミラー指数(h,
k,l)に従つて成長基板により規定される結晶方位か
ら10゜以下だけ相違する方位を持つ成長核を意味す
る。高い核密度にもかかわらず、核生成は高度に不均一
である。即ち成長基板の全成長表面にわたつて、高精度
の方位を持つ成長核の密度に著しい横変動が現われる。
2. Description of the Related Art Such a growth substrate and a nucleation method are as follows.
Dissertation Wolter et al. , "Nucleati
on of high oriented diamond
ndon silicon via an alter
naming current substrat b
ias ", Appl. Phys. Lett. Vol.
8, No. 25, 17 June 1996, pp 3
558-3560. From this document, an AC voltage is used in a plasma CVD process for nucleation of a growth substrate which has been placed in an evacuated reactor made of diamond with growth nuclei of diamond or diamond-like carbon and which has been pretreated. It is known to apply a bias voltage of the form: By this means, a high nucleus density of a growth nucleus having a highly accurate orientation can be obtained on the growth substrate as compared with a DC bias voltage under conditions which are otherwise comparable. The high-precision bearing is the Miller index (h,
(k, l) means a growth nucleus having an orientation different from the crystal orientation defined by the growth substrate by 10 ° or less. Despite the high nuclear density, nucleation is highly heterogeneous. That is, remarkable lateral fluctuations appear in the density of the growth nuclei having a high precision orientation over the entire growth surface of the growth substrate.

【0003】国際特許出願第W094/08076号明
細書から、シリコン成長基板の核生成のためこの成長基
板を前処理し、続いてプラズマCVD法で気相から核生
成することが公知である。前処理のため、成長基板が反
応器へ入れられ、反応器がなるべく10−9mbar以
下に排気され、成長基板が950℃以上に加熱される。
その代りに又はそれに加えて、成長表面がプラズマ処理
され、この処理がなるべくほぼ100%の水素プラズマ
により300ないし1100℃の基板温度で行われる。
この場合成長基板へ、+50ないし−300V特に約−
50Vのバイアス電圧を印加するのが有利である。浄化
後公知のように核生成が開始され、その際有利なように
バイアス電圧が維持される。プロセスガスとして例えば
COとCH、COH、アセチレンとアセトン又
は例えばCFとメタンを使用することができる。好ま
しい組合わせは水素とメタンである。
It is known from International Patent Application No. WO09 / 08076 to pretreat a silicon growth substrate for nucleation of the silicon growth substrate and subsequently to nucleate it from the gas phase by a plasma CVD method. For pre-treatment, the growth substrate is placed in a reactor, the reactor is evacuated to below 10 −9 mbar as much as possible, and the growth substrate is heated to above 950 ° C.
Alternatively or additionally, the growth surface is plasma-treated, preferably with a near 100% hydrogen plasma at a substrate temperature of 300 to 1100 ° C.
In this case, +50 to -300 V, particularly about-
It is advantageous to apply a bias voltage of 50V. After purification, nucleation is started in a known manner, with the bias voltage being advantageously maintained. For example, CO and CH 4 , C 2 H 5 OH, acetylene and acetone or, for example, CF 4 and methane can be used as process gases. A preferred combination is hydrogen and methane.

【0004】この方法で得られる核密度は高いが、成長
基板の中心には高精度の方位を持つ成長核が僅かしか又
は全く形成されないので、核生成は高度に不均一であ
る。
[0004] Although the nuclei density obtained by this method is high, nucleation is highly non-uniform because few or no growth nuclei with high precision orientation are formed at the center of the growth substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
のものより一層均一な核密度の成長表面を持つ成長基板
を製造することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to produce a growth substrate having a growth surface with a more uniform nuclear density than in the prior art.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
成長基板に関して本発明によれば、成長基板の中心とこ
の中心から15mm離れた所との間における核密度が最
大80%だけ変化する。また製造方法に関して本発明に
よれば、バイアス電圧の周波数として0.5ないし50
0Hzの周波数を設定し、バイアス電圧の負のピーク電
圧を−30Vより小さく選び、1つの周期内でそれぞれ
所定の動作時間の間−30Vより小さい値でバイアス電
圧を印加し、同じ周期内で特定の休止時間の間−30V
より大きいでバイアス電圧を印加する。
According to the invention, in order to solve this problem, according to the invention, the nucleus density between the center of the growth substrate and a point 15 mm away from this center varies by up to 80%. . According to the present invention with respect to the manufacturing method, the frequency of the bias voltage is 0.5 to 50%.
A frequency of 0 Hz is set, and a negative peak voltage of the bias voltage is selected to be smaller than -30 V, and a bias voltage is applied at a value smaller than -30 V for a predetermined operation time in one cycle, and specified in the same cycle. -30V during idle time
Apply a bias voltage with a larger value .

【0007】本発明のそれ以上の有効な構成は従属請求
項からわかる。更に図に示されている例により本発明が
以下に説明される。
Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims. The invention is further described below by way of examples shown in the figures.

【0008】[0008]

【実施例】以下に示されている成長基板の核生成は、排
気された反応器で大幅に同じCVDプロセス条件により
行われる。ただ1つの相違は、交流バイアス電圧の周波
数である。
Detailed Description of the Preferred Embodiments The nucleation of a growth substrate shown below is performed in an evacuated reactor under substantially the same CVD process conditions. The only difference is the frequency of the AC bias voltage.

【0009】原理的なプロセス過程は、成長表面を浄化
するためのプラズマエツチングである。このため反応器
が約10−8mbar排気され、810℃の基板温度で
バイアス電圧なしにHプラズマ中でプラズマエツチン
グが行われる。
[0009] The principle process step is plasma etching for cleaning the growth surface. For this, the reactor is evacuated by approximately 10 −8 mbar and plasma etching is carried out in a H 2 plasma at a substrate temperature of 810 ° C. without a bias voltage.

【0010】プラズマエツチングに続いてバイアス前処
理が行われる。この場合基板に、230Vの値の最大振
幅を持つ0.5ないし500Hzの周期的な交流電圧が
印加される。プロセスガスとしてH、CH、N
びOが使用される。特にシリコンから形成される成長
基板は870ないし890℃の温度に加熱される。Si
成長基板の成長表面に、平均バイアス電流の値の増大に
より、ダイヤモンドによる充分な核生成が検出される
と、バイアス前処理が終了される。
Following the plasma etching, a pre-bias treatment is performed. In this case, a periodic alternating voltage of 0.5 to 500 Hz with a maximum amplitude of 230 V is applied to the substrate. H 2 , CH 4 , N 2 and O 2 are used as process gases. In particular, a growth substrate formed from silicon is heated to a temperature of 870 to 890 ° C. Si
When sufficient nucleation by diamond is detected on the growth surface of the growth substrate by increasing the value of the average bias current, the bias pretreatment is terminated.

【0011】バイアス前処理にダイヤモンド層の成長が
続き、その際成長パラメータαが次式 α=√3・v100/v111 に従つて2ないし3の値に設定される。ここでV100
は<100>方向における成長速度、V111は<11
1>方向における成長速度であり、<a,b,c>は結
晶学におけるミラー指数に相当する。
The bias pretreatment is followed by the growth of the diamond layer, where the growth parameter α is set to a value between 2 and 3 according to the following equation: α = √3 · v 100 / v 111 Where V 100
Is the growth rate in the <100> direction, and V111 is the <11>
The growth rate in the 1> direction, where <a, b, c> corresponds to the Miller index in crystallography.

【0012】図1には、シリコン成長基板の核生成中
(図2参照)に印加されるような交流電圧状(Ac)バ
イアス電圧の時間的推移が示されている。このバイアス
電圧を実現するため、50Hzの周波数の正弦波電圧が
全波整流される。成長基板に印加される最大電圧は0V
であり、最小電圧は−200Vである。従つて電圧の最
大値は200Vである。
FIG. 1 shows the time course of an alternating voltage (Ac) bias voltage applied during nucleation of a silicon growth substrate (see FIG. 2). In order to realize this bias voltage, a sine wave voltage having a frequency of 50 Hz is full-wave rectified. The maximum voltage applied to the growth substrate is 0V
And the minimum voltage is -200V. Therefore, the maximum value of the voltage is 200V.

【0013】図2には、図1によるバイアス電圧で核生
成された成長表面の部分が、成長基板の中心から約15
mm離れた所で10,000倍に拡大して示されてい
る。
FIG. 2 shows that the portion of the growth surface nucleated with the bias voltage according to FIG.
It is shown at 10,000 mm magnification at a distance of mm.

【0014】形成される成長核の僅かな百分率がよく相
違し、即ち成長基板により規定される結晶軸に対して1
0゜以下相違する結晶軸で、相違しているだけなので、
核生成の質は比較的悪い。核生成後試料は、1時間の間
成長条件α=2・・・3のもとで被覆される。続いて走
査電子顕微鏡撮影(REM)により、10%以下の面内
(inplane)誤方位を持つ核を手で数えることに
よつて、核密度が求められる。定方位の核の数は80%
以上である。核の大きさは被覆時間に関係するので、こ
の大きさについての情報はあまり有効でない。
The small percentage of growth nuclei formed differs well, ie, 1 to the crystal axis defined by the growth substrate.
Since the crystal axes differ only by 0 ° or less,
Nucleation quality is relatively poor. The sample after nucleation is coated for one hour under growth conditions α = 2. Subsequently, by scanning electron microscopy (REM), the nucleus having an in-plane misorientation of 10% or less is manually counted to determine the nucleus density. 80% of oriented nuclei
That is all. Since the size of the nucleus is related to the coating time, information about this size is not very useful.

【0015】図3には、図4によるシリコン成長基板の
核生成中に印加されるような交流電圧状(AC)のバイ
アス電圧の時間的推移が示されている。バイアス電圧と
して50Hzの周波数の通常の正弦波電圧が使用され
る。成長基板に印加されるそれぞれの最大電圧は200
V、最小電圧は−200Vである。従つて電圧の最大値
は200Vである。
FIG. 3 shows the time course of an alternating voltage (AC) bias voltage as applied during the nucleation of the silicon growth substrate according to FIG. A normal sinusoidal voltage with a frequency of 50 Hz is used as the bias voltage. Each maximum voltage applied to the growth substrate is 200
V, the minimum voltage is -200V. Therefore, the maximum value of the voltage is 200V.

【0016】図4には、図3によるバイアス電圧で核生
成される成長表面の一部が、成長基板の中心から約10
mm離れた所で10,000倍拡大して示されている。
形成される高度に定方位の成長核の百分率が高いので、
核生成の質は図2の実施例の質より良い。
FIG. 4 shows that a part of the growth surface nucleated by the bias voltage according to FIG.
It is shown at 10,000 mm magnification at a distance of mm.
Since the percentage of highly oriented nuclei formed is high,
The nucleation quality is better than that of the embodiment of FIG.

【0017】図5には、図6によるシリコン成長基板の
核生成中に印加されるような交流(AC)電圧状バイア
ス電圧の時間的推移が示されている。このバイアス電圧
を実現するため、50Hzの周波数の正弦波電圧が半波
整流されるので、負の半波のみが使用される。成長基板
に印加される最大電圧は0V、最小電圧は−200Vで
ある。従つて電圧の最大値は200Vである。
FIG. 5 shows the time course of an alternating current (AC) voltage-like bias voltage as applied during the nucleation of the silicon growth substrate according to FIG. In order to realize this bias voltage, a sine wave voltage having a frequency of 50 Hz is half-wave rectified, so that only a negative half wave is used. The maximum voltage applied to the growth substrate is 0V, and the minimum voltage is -200V. Therefore, the maximum value of the voltage is 200V.

【0018】バイアス電圧のこの好ましい波形では、負
のピーク電圧が−30Vより小さく、特に−50Vより
小さく、1つの周期内でそれぞれ規定可能な動作時間t
onのためのバイアス電圧が−30Vより小さい値で印
加され、同じ周期内で特定の休止時間toffのための
バイアス電圧が−30Vの間隔にあるように、波形を設
定するのが特に有利である。
In this preferred waveform of the bias voltage, the negative peak voltage is smaller than -30 V, especially smaller than -50 V, and each of the operation times t which can be specified in one cycle.
It is particularly advantageous to set the waveform such that the bias voltage for on is applied at a value less than -30 V and the bias voltage for a particular dwell time t off is at -30 V intervals within the same period. is there.

【0019】図6には、図5によるバイアス電圧で核生
成される成長表面の一部が、成長基板の中心から約10
mm離れた所で10,000倍に拡大して示されてい
る。核生成の質は今まで得られたもののうちで最良であ
る。形成される成長核の百分率は最高である。
FIG. 6 shows that a part of the growth surface nucleated by the bias voltage according to FIG.
It is shown at 10,000 mm magnification at a distance of mm. The nucleation quality is the best ever obtained. The percentage of growth nuclei formed is the highest.

【0020】バイアス電圧の同様な波形ただし異なる周
波数において核生成される5つの例(試料1ないし試料
5)が以下に示されている。試料1では周波数が0.5
Hz、試料2では周波数が5Hz、試料3では周波数が
50Hz及び試料4では周波数が500Hzである。バ
イアス電圧の値はすべての試料1ないし4において0な
いし200Vであり、休止時間toff中に電圧は0V
である。休止時間toffがほぼ動作時間tonの持続
時間に一致するように、バイアス電圧の波形が設定され
る。
Five examples (samples 1 to 5) of similar waveforms of the bias voltage but nucleated at different frequencies are shown below. Sample 1 has a frequency of 0.5
Hz, the frequency of sample 2 is 5 Hz, the frequency of sample 3 is 50 Hz, and the frequency of sample 4 is 500 Hz. The value of the bias voltage is 0 to 200 V for all the samples 1 to 4, and the voltage is 0 V during the dwell time t off.
It is. To match the rest time t off approximately operation duration of the time t on, the waveform of the bias voltage is set.

【0021】図7及び8には、試料1の成長表面の中心
から異なる距離の所にある成長表面のそれぞれ一部が示
されている。核生成のため0.5Hzのバイアス電圧が
試料1に印加されるが、このバイアス電圧は上記の判断
基準を満たし、やり方において図5にほぼ一致する。図
7及び8は10,000倍の拡大を示している。
FIGS. 7 and 8 show portions of the growth surface at different distances from the center of the growth surface of sample 1, respectively. A bias voltage of 0.5 Hz is applied to sample 1 for nucleation, which satisfies the criteria described above and, in manner, approximately corresponds to FIG. 7 and 8 show a 10,000-fold magnification.

【0022】プラズマCVD法による試料1の核生成の
条件を表1に示す。
Table 1 shows the conditions for nucleation of Sample 1 by the plasma CVD method.

【表1】 [Table 1]

【0023】試料1の成長表面の中心の範囲における核
生成は、図7に示すように、小さい島に限定されてい
る。成長表面の中心から10mm離れた所における成長
表面の核生成が図8に示され、中心における核生成に比
較して改善されている。
Nucleation in the center area of the growth surface of sample 1 is limited to small islands, as shown in FIG. Nucleation of the growth surface at 10 mm from the center of the growth surface is shown in FIG. 8 and is improved compared to nucleation at the center.

【0024】図17には、試料1の成長表面上の定方位
の核の核密度が、中心からの距離に関係して示され、核
密度がcm当り10個の核で記入され、試料1の成
長基板の成長表面の中心からの距離がmmで記入されて
いる。
[0024] Figure 17 is a nuclear density of the oriented nuclei on the growth surface of the sample 1 is shown in relation to distance from the center, the nucleus density is entered in cm 2 per 10 8 nuclei, The distance from the center of the growth surface of the growth substrate of Sample 1 is indicated in mm.

【0025】図17による線図からわかるように、試料
1の核密度は中心からの距離の増大と共に改善され、中
心から約14〜15mm離れた所で、cm当り約2.
2・10個の核の核密長を持つ最高点を持つている。
続いて核密度は再び減少するが、約20mm離れた所で
もなおcm当り1.1・10個の核の核密度を持つ
ている。試料1の中心における核密度は所定の単位では
言及に値しない。
[0025] As can be seen from the diagram according to FIG. 17, the nuclear density of the sample 1 is improved with increasing distance from the center, where the center distance of about 14~15Mm, cm 2 per about 2.
And with the highest point with a nuclear dense length of 2 · 10 8 of the nucleus.
Following nucleation density is decreased again, but with a nuclear density also at a distance of about 20mm Note cm 2 per 1.1 · 10 8 nuclei. The nuclear density at the center of the sample 1 is not worth mentioning in a given unit.

【0026】全体として言えば、試料1の成長表面にわ
たる核密度の均一性は、中心から10ないし20mm離
れた所においてのみ良い値を持ち、10mm離れた所ま
での中心の範囲では悪い。
As a whole, the uniformity of the nucleus density over the growth surface of the sample 1 has a good value only at a distance of 10 to 20 mm from the center, and is poor in the center range up to 10 mm away.

【0027】図17及び図18ないし21による線図を
作成するために、REM撮影の評価により核密度が求め
られる。そのため成長基板に対して100°以下傾けら
れるか回される方位を持つ結晶が手によりすべて定方位
のものと称される。
In order to produce the diagrams according to FIGS. 17 and 18 to 21, the nuclear density is determined by evaluation of REM photography. Therefore, all the crystals having an orientation tilted or rotated by 100 ° or less with respect to the growth substrate are referred to as having a fixed orientation by hand.

【0028】図9及び10には、試料2の成長表面の中
心から異なる距離の所における成長表面の一部がそれぞ
れ示されている。ここでは試料1とは異なり、5Hzの
バイアス電圧の周波数で核生成が行われる。図9及び1
0はここでも10,000倍に拡大されている。
FIGS. 9 and 10 show portions of the growth surface at different distances from the center of the growth surface of sample 2, respectively. Here, unlike the sample 1, nucleation is performed at a frequency of a bias voltage of 5 Hz. 9 and 1
0 is again magnified 10,000 times.

【0029】プラズマCVDによる試料2の核生成の際
の条件は次の通りである。
The conditions for the nucleation of sample 2 by plasma CVD are as follows.

【表2】 [Table 2]

【0030】試料2の成長表面の中心の範囲における核
生成は、図9に示すように良い。中心から10mm離れ
た所における成長表面の核生成が図10に示され、中心
における核生成に対して一層改善されている。図18に
は、試料2の成長表面における定方位の核の核密度が、
中心からの距離に関係して示され、核密度がcm当り
10個の核で記入され、試料2の成長基板の成長表面
の中心からの距離がmmで記入されている。
The nucleation in the center area of the growth surface of the sample 2 is good as shown in FIG. The nucleation of the growth surface at 10 mm away from the center is shown in FIG. 10 and is further improved with respect to nucleation at the center. FIG. 18 shows that the nuclei density of oriented nuclei on the growth surface of sample 2 is
Shown in relation to the distance from the center, the nucleus density is entered at 10 8 nuclei per cm 2 and the distance from the center of the growth surface of the growth substrate of sample 2 is entered in mm.

【0032】図18による線図からわかるように、中心
における試料2の核密度はcm当り3・6・10
の核の値を持つている。ここでも核密度は、中心からの
距離の増大と共に連続的に増大し、中心から約14〜1
5mm離れた所で、cm当り約4・8・10個の核
の核密度を持つ最高点を持つている。続いて核密度は急
激に減少し、約20mm離れた所ではcm 当り約0・
2・10 個の核の核密度しか持つていない。試料2で
は、中心における核密良と最大核出度との差はcm
り約1・2・10個の核従つて約25%である。全体
として言えば、試料2の成長表面にわたる均一性は、試
料1〜4のうち最良の結果を持つている。
[0032] As can be seen from the diagram according to FIG. 18, the nuclear density of the sample 2 in the center is with a value per cm 2 3.6 · 10 8 nuclei. Again, the nuclear density increases continuously with increasing distance from the center, about 14 to 1 from the center.
At a distance 5 mm, and with the highest point with a nuclear density per cm 2 to about 4, 8, 10 8 nuclei. Then the nuclear density suddenly
Reduced to intense, about 0 · per cm 2 is at a distance of about 20mm
Nuclear density of 2 · 10 8 of the nucleus not only with. Sample 2, the difference between the nuclear HisokaRyo and maximum nuclear Dedo in the center is about 1, 2, 10 8 nuclei accordance connexion about 25% per cm 2. Overall, the uniformity over the growth surface of Sample 2 has the best results of Samples 1-4.

【0033】図11及び12には、試料3の灰長表面の
中心から異なる距離の所における成長表面の一部がそれ
ぞれ示されている。試料1及び2とは異なり、試料3の
核生成は50Hzのバイアス電圧の周波数で行われる。
図11及び12はここでも10,000倍に拡大されて
いる。
FIGS. 11 and 12 show portions of the growth surface at different distances from the center of the ash-long surface of sample 3, respectively. Unlike Samples 1 and 2, nucleation of Sample 3 is performed at a frequency of 50 Hz bias voltage.
11 and 12 are again magnified 10,000 times.

【0034】プラズマCVDによる試料3の核生成の際
における条件は次の通りである。
The conditions for the nucleation of sample 3 by plasma CVD are as follows.

【表3】 [Table 3]

【0035】試料3の成長表面の中心の範囲における核
生成は、図11に示すように、試料1におけるより良い
が、試料2におけるより悪い。中心から10mm離れた
所における成長表面の核生成が図12に示され、中心に
おける核生成より改善されている。
The nucleation in the center area of the growth surface of sample 3 is better in sample 1 but worse in sample 2 as shown in FIG. Nucleation of the growth surface 10 mm away from the center is shown in FIG. 12 and is an improvement over nucleation at the center.

【0036】図19には、試料3の成長表面の定方位の
核の核密度が、中心からの距離に関係して示され、核密
度がcm当り10個の核で記入され、試料3の成長
基板の成長表面の中心からの距離がmmで記入されてい
る。
[0036] Figure 19 is a nuclear density of the oriented nuclei of the growth surface of the sample 3 is shown in relation to distance from the center, the nucleus density is entered in cm 2 per 10 8 nuclei, the sample The distance from the center of the growth surface of the growth substrate No. 3 is written in mm.

【0037】図19による線図からわかるように、中心
における試料3の核密度はcm当り約1・10個の
核の値を持つている。核密度は中心からの距離の増大と
共に連続的に強く増大し、中心から約14〜15mm離
れた所で、cm当り約4.4・10個の核の核密度
を持つ最高点を持つている。続いて核密度はここでも急
激に減少し、約20mm離れた所でまだcm当り約
2.2・10個の核の核密度を持つている。最大値後
における核密度の減少は、試料2における減少より少な
い。全体として言えば、核密度の均一性は試料2におけ
るより悪いが、特に中心から約0.5ないし20mm離
れた範囲では良いとみなすことができる。
[0037] As can be seen from the diagram according to FIG. 19, the nuclear density of the sample 3 at the center is has a value of about 1 · 10 8 nuclei per cm 2. The nuclear density increases continuously and continuously with increasing distance from the center, and at a distance of about 14 to 15 mm from the center, it has the highest point with a nuclear density of about 4.4 · 10 8 nuclei per cm 2 ing. Followed by nuclear density decreases again rapidly, and with the nuclear density of about 20mm away still cm 2 per about 2.2 · 10 8 nucleus in place. The decrease in nuclear density after the maximum is less than in Sample 2. As a whole, the uniformity of the nuclear density is worse than that of the sample 2, but it can be regarded as good especially in the range of about 0.5 to 20 mm away from the center.

【0038】図13及び14には、試料4の成長表面の
中心から異なる距離の所における成長表面の一部がそれ
ぞれ示されている。今まで扱つた試料1ないし3とは異
なり、試料4の核生成は500Hzのバイアス電圧の周
波数で行われる。図13及び14はここでも10,00
0倍に拡大されている。
FIGS. 13 and 14 show portions of the growth surface at different distances from the center of the growth surface of sample 4, respectively. Unlike the samples 1 to 3 which have been used up to now, the nucleation of the sample 4 is performed at a frequency of a bias voltage of 500 Hz. Figures 13 and 14 again show 10,000
It has been magnified 0 times.

【0039】プラズマCVDによる試料4の核生成にお
ける条件は次の通りである。
The conditions for nucleation of sample 4 by plasma CVD are as follows.

【表4】 [Table 4]

【0040】試料4の灰長表面の範囲における核生成
は、図13に示すように、縁で一部互いに結合される個
々の島に限定されている。原理的には、核生成は試料1
(図7参照)のように見えるが、ここには一層大きい核
密度が存在するので、一層良い。中心から10mm離れ
た所における成長表面の核生成は図14に示され、中心
における核生成に対して改善されている。
The nucleation in the area of the ash-long surface of Sample 4 is limited to individual islands that are partially joined together at the edges, as shown in FIG. In principle, nucleation is sample 1
It looks like (see FIG. 7), but is better because there is a higher nuclear density here. The nucleation of the growth surface at 10 mm from the center is shown in FIG. 14 and is an improvement over nucleation at the center.

【0041】図20には、試料4の成長表面における定
方位の核の核密度が、中心からの距離に関係して示さ
れ、核密度がcm当り10個の核で記入され、試料
4の成長基板の成長表面の中心からの距離がmmで記入
されている。
FIG. 20 shows the nuclear density of oriented nuclei on the growth surface of sample 4 as a function of the distance from the center. The nuclear density is plotted at 10 8 nuclei per cm 2. The distance from the center of the growth surface of the growth substrate of No. 4 is entered in mm.

【0042】図20による線図からわかるように、中心
における試料4の核密度は、cm当り1・10個の
単位では言及に値しない値を持つている。核密度は中心
からの距離の増大と共に連続的に非常に強く増大し、中
心から約14〜15mm触れた所で、cm当り約3.
4・10の核の核密度を持つ最高点を持つている。続
いて核密度はここでも急激に減少し、約20mm離れた
所でまだcm当り約0.8・10の核の核密度を持
つている。全体として言えば、核密度の均一性は試料1
及び2におけるより悪いが、中心から約0.5ないし2
0mm離れた範囲では許容できるものとみなすことがで
きる。一般にこの試料4の核密度の均一性は試料1の均
一性より良い。
[0042] As can be seen from the diagram according to FIG. 20, the nuclear density of the sample 4 at the center, in cm 2 per 1 · 10 8 units are having not worth mentioning value. The nucleus density increases very strongly continuously with increasing distance from the center, about 3.15 mm from the center, about 3.15 per cm 2 .
And with the highest point with a nucleus density of nuclei 4-10 8. Subsequently, the nucleus density again decreases sharply, and still has a nucleus density of about 0.8 · 10 8 per cm 2 at a distance of about 20 mm. In general, the uniformity of the nuclear density is
Worse at 2 and 2, but about 0.5 to 2 from center
A range of 0 mm away can be regarded as acceptable. Generally, the uniformity of the nuclear density of the sample 4 is better than the uniformity of the sample 1.

【0043】図15及び16には、試料5の成長表面の
中心から異なる距離の所における成長表面の一部がそれ
ぞれ示されている。核生成は10Hzのバイアス電圧の
周波数で行われる。図15及び16はここでも10,0
00倍拡大されている。
FIGS. 15 and 16 show portions of the growth surface at different distances from the center of the growth surface of sample 5, respectively. Nucleation takes place at a frequency of a bias voltage of 10 Hz. Figures 15 and 16 again show 10,0
It is enlarged by 00 times.

【0044】プラズマCVDによる試料5の核生成にお
ける条件は次の通りである。
The conditions for the nucleation of sample 5 by plasma CVD are as follows.

【表5】 [Table 5]

【0045】表5からわかるように、試料5の結果は試
料1ないし4の結果とは直接対比可能ではない。なぜな
らば、プラズマの形状寸法が少し異なり、試料は続い
て、即ち本来の核生成後、5時間被覆されるからであ
る。
As can be seen from Table 5, the results for Sample 5 are not directly comparable to the results for Samples 1-4. This is because the plasma dimensions are slightly different and the sample is subsequently coated, ie 5 hours after the original nucleation.

【0046】図21からわかるように、ここでも定方位
の核密度の非常に良好な半径方向均一性が極めて明らか
に認められる。核密度の絶対値は、以前の試料と比較し
て、少し小さい値へ移動しており、これは大きい層厚に
帰因する。
As can be seen from FIG. 21, a very good radial uniformity of the nuclei density in a fixed orientation is again very clearly evident here. The absolute value of the nuclear density has shifted to a slightly smaller value compared to the previous sample, which is attributable to the larger layer thickness.

【0047】試料5の中心の範囲における核生成は、図
15に示すように良い。中心から10mm離れた所にお
ける成長表面の遮断は、図16に示すように同様に良
い。
The nucleation in the center area of the sample 5 is good as shown in FIG. Blocking of the growth surface at a distance of 10 mm from the center is equally good as shown in FIG.

【0048】図21には、試料5の成長表面の核密度が
中心からの距離に関係して示され、核密度はcm当り
10個の核の核密度で記入され、試料5の成長基板の
成長表面の中心からの距離がmmで記入されている。同
様にこの線図には、合計核密度が点で示され、高度に定
方位の核の核密度も正方形の点で示されている。
FIG. 21 shows the nucleus density of the growth surface of the sample 5 in relation to the distance from the center. The nucleus density is entered at a nucleus density of 10 8 nuclei per cm 2 , The distance from the center of the growth surface of the substrate is entered in mm. Similarly, in the diagram, the total nuclear density is indicated by dots, and the nuclear density of highly oriented nuclei is also indicated by square points.

【0049】図21による線図からわかるように、試料
5の定方位の核の核密度は、中心においてcm当り約
2.4・10の核の値を持ち、合計核密度はcm
り約3.4・10の核である。以前の試料1ないし4
とは異なり、ここでは核密度の最大値は形成されない。
中心から20mm離れた所における定方位の核密度はc
当り約3.8・10の核であり、合計核密度はc
当り約5.8・10の核である。全体として言え
ば、試料5の成長表面にわたる核密度の均一性は良く、
中心から10ないし15mm離れた所から始まつて、合
計核密度は定方位の核密度より強く増大する。
[0049] As can be seen from the diagram according to FIG. 21, the nuclear density of the oriented nuclei of the sample 5 has a value of nuclei per cm 2 to about 2.4 · 10 8 in the center, the total nuclear density cm 2 is the core of per about 3.4 · 10 8. Previous samples 1 to 4
Unlike this, no maximum of the nuclear density is formed here.
The nucleus density in a fixed orientation at a distance of 20 mm from the center is c
There are about 3.8 · 10 8 nuclei per m 2 and the total nuclear density is c
is the core of m 2 per about 5.8 · 10 8. Overall, the uniformity of nucleus density over the growth surface of sample 5 is good,
Starting from 10 to 15 mm away from the center, the total nuclear density increases more strongly than the oriented nuclear density.

【0050】試料1ないし5について要約すれば、核密
度の均一性は周波数の関数であり、約500Hzまで周
波数の増大と共に改善が認められ、5Hz近くの周波数
範囲では最良の結果を示す。
In summary for Samples 1-5, the uniformity of nuclear density is a function of frequency, with improvement seen with increasing frequency up to about 500 Hz, with best results in the frequency range near 5 Hz.

【0051】結晶シリコンから成る成長基板の代わり
に、結晶β炭化シリコン(β−SiC)から成る成長基
板も選ぶことができる。
Instead of a growth substrate made of crystalline silicon, a growth substrate made of crystalline β silicon carbide (β-SiC) can be selected.

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

【図1】バイアス電圧として全波整流された正弦波電圧
を示す。
FIG. 1 shows a sine wave voltage that is full-wave rectified as a bias voltage.

【図2】図1によるバイアス電圧で核生成されたシリコ
ン成長基板の成長表面を示す。
2 shows a growth surface of a silicon growth substrate nucleated with a bias voltage according to FIG. 1;

【図3】バイアス電圧としての正弦波電圧を示す。FIG. 3 shows a sine wave voltage as a bias voltage.

【図4】図3によるバイアス電圧で核生成されたシリコ
ン成長基板の成長表面を示す。
4 shows a growth surface of a silicon growth substrate nucleated with a bias voltage according to FIG. 3;

【図5】バイアス電圧として半波整流された正弦波電圧
を示す。
FIG. 5 shows a half-wave rectified sine wave voltage as a bias voltage.

【図6】図5によるバイアス電圧で核生成されたシリコ
ン成長基板の成長表面を示す。
6 shows a growth surface of a silicon growth substrate nucleated with a bias voltage according to FIG. 5;

【図7】0.5Hzの半波整流されたバイアス電圧にお
いてダイヤモンドで核生成された成長表面の中心を示
す。
FIG. 7 shows the center of a growth surface nucleated with diamond at a half-wave rectified bias voltage of 0.5 Hz.

【図8】中心から約10mm離れた所における図7の成
長基板の成長表面を示す。
FIG. 8 shows the growth surface of the growth substrate of FIG. 7 at a distance of about 10 mm from the center.

【図9】5Hz半波整流されたバイアス電圧においてダ
イヤモンドで核生成された成長表面の中心を示す。
FIG. 9 shows the center of the growth surface nucleated with diamond at 5 Hz half-wave rectified bias voltage.

【図10】中心から約10mm離れた所における図9の
成長基板の成長表面を示す。
FIG. 10 shows the growth surface of the growth substrate of FIG. 9 at a distance of about 10 mm from the center.

【図11】50Hzの半波整流されたバイアス電圧にお
いてダイヤモンドで核生成された成長表面の中心を示
す。
FIG. 11 shows the center of the diamond nucleated growth surface at 50 Hz half-wave rectified bias voltage.

【図12】中心から約10mm離れた所における図11
の成長基板の成長表面を示す。
FIG. 11 shows a position about 10 mm away from the center;
3 shows a growth surface of a growth substrate of FIG.

【図13】500Hzの半波整流されたバイアス電圧に
おいてダイヤモンドで核生成された成長基板の成長表面
を示す。
FIG. 13 shows the growth surface of a diamond nucleated growth substrate at 500 Hz half-wave rectified bias voltage.

【図14】中心から約10mm触れた所における図13
の成長基板の成長表面を示す。
FIG. 14 is a view of FIG.
3 shows a growth surface of a growth substrate of FIG.

【図15】10Hzの半波整流されたバイアス電圧にお
いてダイヤモンドで核生成された成長基板の成長表面を
示す。
FIG. 15 shows the growth surface of a diamond nucleated growth substrate at 10 Hz half-wave rectified bias voltage.

【図16】中心から約10mm離れた所における図15
の成長基板の成長表面を示す。
FIG. 16 at about 10 mm away from the center
3 shows a growth surface of a growth substrate of FIG.

【図17】図7による成長基板における中心からの距離
に関係する核密度の推移を示す。
FIG. 17 shows the evolution of the nuclear density as a function of the distance from the center in the growth substrate according to FIG.

【図18】図9による成長基板における中心からの距離
に関係する核密度の推移を示す。
18 shows the evolution of the nuclear density in relation to the distance from the center in the growth substrate according to FIG.

【図19】図11による成長基板における中心からの距
離に関係する核密度の推移を示す。
19 shows the evolution of the nuclear density in relation to the distance from the center in the growth substrate according to FIG.

【図20】図13による成長基板における中心からの距
離に関係する核密度の推移を示す。
20 shows the evolution of the nuclear density in relation to the distance from the center in the growth substrate according to FIG.

【図21】図15による成長基板における中心からの距
離に関係する核密度の推移を示す。
21 shows the evolution of the nuclear density in relation to the distance from the center in the growth substrate according to FIG.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グントマール・シユルツ ドイツ連邦共和国ブルラフインゲン・ホ プフエンガルテン21 (72)発明者 ラインハルト・ザーシヤイ ドイツ連邦共和国グンツブルク・アム・ フアレンベルク5アー (72)発明者 ペーテル・ボド・グルーシエ ドイツ連邦共和国ノイ−ウルム・カツセ ルネンシユトラーセ56 (72)発明者 エルハルト・コーン ドイツ連邦共和国ウルム−レア・ラート ゲブヴエーク21 (72)発明者 パウル・ツイーマン ドイツ連邦共和国エルバツハ・ブレンオ ツフエンヴエーク36 (56)参考文献 特表 平8−504479(JP,A) S.D.Wolter et a l.,”The nucleation of highly oriente d diamond on silic on via an alternat ing current substr ate bias”,Applied Physics Letters,Vo l.68,No.25,17 June 1996,pp.3558−3560 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 29/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Gundtmar Schürz, Germany Bluffingen Hopfengarten 21 (72) Inventor Reinhard Saashayi, Gunzburg am Huarenberg 5a, Germany (72) Inventor Peter Bodo Gruissier Neu-Ulm Katsuse, Germany 56 Renensichturasse 56 (72) Inventor Erhard Korn Ulm-Leah Rad Gebweig 21 (72) Inventor Paul Twimann Erbatsch, Germany Brenau Tufenweg 36 (56) References Special Tables Hei 8-504479 (JP, A) D. Wolter et al. , "The nucleation of highly oriente d diamond on silicon on via an alternating current substrate biases", Applied Physics Letters, Vol. 68, no. 25, 17 June 1996, pp. 3558-3560 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 29/04

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 成長核の50%以上の方位が、ミラー指
数(h,1,1)に従って成長核により規定される結晶
方位から10°以下だけ相違している、成長基板におい
て、成長基板の中心とこの中心から15mm離れた所の
間における核密度が最大80%だけ変化することを特徴
とする、ダイヤモンド又はダイヤモンドに類似の炭素か
ら成り成長表面上に設けられる成長核を持つ成長基板。
1. A growth substrate wherein the orientation of 50% or more of the growth nuclei differs from the crystal orientation defined by the growth nuclei by 10 ° or less according to the Miller index (h, 1,1). A growth substrate comprising a growth nucleus made of diamond or diamond-like carbon and provided on a growth surface, characterized in that the nucleus density between the center and 15 mm away from the center varies by up to 80%.
【請求項2】 成長基板の中心とこの中心から15mm
離れた所との間における核密度が最大50%だけ変化す
ることを特徴とする、請求項1に記載の成長基板。
2. The center of the growth substrate and 15 mm from this center
2. The growth substrate according to claim 1, characterized in that the nucleus density between remote locations varies by up to 50%.
【請求項3】 成長基板の中心とこの中心から15mm
離れた所との間における核密度が最大30%だけ変化す
ることを特徴とする、請求項1に記載の成長基板。
3. The center of the growth substrate and 15 mm from the center
2. The growth substrate according to claim 1, characterized in that the nucleus density with a distance varies by up to 30%.
【請求項4】 成長基板の中心とこの中心から15mm
離れた所との間における核密度が最大20%だけ変化す
ることを特徴とする、請求項1に記載の成長基板。
4. The center of the growth substrate and 15 mm from the center
The growth substrate according to claim 1, characterized in that the nucleus density between the remote locations varies by up to 20%.
【請求項5】 成長基板の中心における核密度がcm
当たり少なくとも1・10であることを特徴とする、
請求項1に記載の成長基板。
5. The nucleus density at the center of the growth substrate is cm 2
Wherein the contact is at least 1 · 10 8,
The growth substrate according to claim 1.
【請求項6】 成長基板の中心における核密度がcm
当たり少なくとも3・10であることを特徴とする、
請求項1に記載の成長基板。
6. The nucleus density at the center of the growth substrate is cm 2.
Wherein the contact of at least 3 · 10 8,
The growth substrate according to claim 1.
【請求項7】 成長基板の中心とこの中心から15mm
離れた所との間における核密度がcm当たり1・10
ないし5・10であることを特徴とする、請求項1
に記載の成長基板。
7. The center of the growth substrate and 15 mm from the center
The nucleus density between distant places is 1.10 per cm 2
2. The method according to claim 1, wherein the number is from 8 to 5.108.
A growth substrate according to claim 1.
【請求項8】 成長基板の中心とこの中心から15mm
離れた所との間における核密度がcm当たり3.5・
10ないし5・10であることを特徴とする、請求
項1に記載の成長基板。
8. The center of the growth substrate and 15 mm from the center
3.5 Nuclear density per cm 2 between the away
Wherein the 10 8 to a 5-10 8, the growth substrate according to claim 1.
【請求項9】 気相からダイヤモンド又はダイヤモンド
に類似の炭素を持つ成長表面に均一に核生成する方法で
あって、成長核を形成するため、排気された反応器内に
設けられて前処理された成長基板へ、交流電圧の形のバ
イアス電圧を印加し、成長基板の成長表面へ普通のプロ
セスガスを供給するものにおいて、バイアス電圧の周波
数として0.5ないし500Hzの周波数を設定し、バ
イアス電圧の負のピーク電圧を−30Vより小さく選
び、1つの周期内でそれぞれ所定の動作時間(ton
の間−30Vより小さい値でバイアス電圧を印加し、同
じ周期内で特定の休止時間(toff)の間−30Vよ
り大きいでバイアス電圧を印加することを特徴とす
る、成長基板の均一な核生成方法。
9. A method for uniformly nucleating a growth surface having diamond or diamond-like carbon from a gas phase, said method being provided in an evacuated reactor and pretreated to form growth nuclei. A bias voltage in the form of an AC voltage is applied to the grown substrate, and a normal process gas is supplied to the growth surface of the grown substrate. The bias voltage is set to a frequency of 0.5 to 500 Hz. negative chosen smaller than -30V peak voltages, respectively predetermined operating time within one period of (t on)
A bias voltage is applied between -30V smaller value, is at -30V greater than during a particular dwell time within the same period (t off) and applying a bias voltage, a growth substrate uniform Nucleation method.
【請求項10】 休止時間(toff)におけるバイア
ス電圧を±30V以内の間隔で印加することを特徴とす
る、請求項9に記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein the bias voltage during the pause time (t off ) is applied at an interval of ± 30 V or less.
【請求項11】 1ないし100Hzの周波数を選ぶこ
とを特徴とする、請求項9に記載の方法。
11. The method according to claim 9, wherein a frequency between 1 and 100 Hz is selected.
【請求項12】 1ないし10Hzの周波数を選ぶこと
を特徴とする、請求項9に記載の方法。
12. The method according to claim 9, wherein a frequency of 1 to 10 Hz is selected.
【請求項13】 1つの周期内でそれぞれ特定の動作時
間(ton)の間、バイアス電圧を−30Vより小さい
値で印加し、同じ周期内で特定の休止時間(toff
の間±30V以内の間隔でバイアス電圧を印加し、動作
時間(ton)を休止時間(toff)とほぼ同じに設
定することを特徴とする、請求項9に記載の方法。
13. A bias voltage is applied at a value less than -30 V for a specific operation time (t on ) in one cycle, and a specific pause time (t off ) in the same cycle.
The method according to claim 9, wherein a bias voltage is applied at an interval of ± 30 V or less, and the operation time (t on ) is set to be approximately equal to the pause time (t off ).
【請求項14】 1つの周期内でそれぞれ特定の体止時
間(ton)の間−30Vより小さい値でバイアス電圧
を印加し、同じ周期内で特定の休止時間(toff)の
間±30V以内の間隔でバイアス電圧を印加し、この周
期の持続時間として動作時間と休止時間との和を選ぶこ
とを特徴とする、請求項9に記載の方法。
14. One cycle in each specific body stop time a bias voltage is applied with -30V smaller value between (t on), between ± 30 V for a particular dwell time within the same period (t off) 10. The method according to claim 9, wherein the bias voltage is applied at intervals of less than or equal to, and the sum of the operating time and the idle time is selected as the duration of this cycle.
【請求項15】 1つの周期内でバイアス電圧をそれぞ
れ特定の時間(ton)印加し、かつ特定の時間(t
off)遮断することを特徴とする、請求項9に記載の
方法。
15. A bias voltage is applied for a specific time (t on ) within one period, and the bias voltage is applied for a specific time (t on ).
off ) blocking.
【請求項16】 シリコンから成る成長基板を選ぶこと
を特徴とする、請求項9に記載の方法。
16. The method according to claim 9, wherein a growth substrate made of silicon is selected.
【請求項17】 β炭化シリコン(β−SiC)から成
る成長基板を選ぶことをことを特徴とする、請求項9に
記載の方法。
17. The method according to claim 9, wherein a growth substrate made of β silicon carbide (β-SiC) is selected.
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