JP3071854B2 - ダイヤモンド膜作製方法およびその評価方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜作製方法およびその評価方法Info
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- JP3071854B2 JP3071854B2 JP3087775A JP8777591A JP3071854B2 JP 3071854 B2 JP3071854 B2 JP 3071854B2 JP 3087775 A JP3087775 A JP 3087775A JP 8777591 A JP8777591 A JP 8777591A JP 3071854 B2 JP3071854 B2 JP 3071854B2
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Description
【０００１】
【発明上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド膜作製に
関して、該ダイヤモンド膜中に含まれている水素原子量
とダイヤモンド膜の基板に対する密着強度に関する。
関して、該ダイヤモンド膜中に含まれている水素原子量
とダイヤモンド膜の基板に対する密着強度に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ダイヤモンド膜をＣＶＤ法、例え
ばマイクロ波プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣＶＤ
法などによって作製する際に、水素で炭素原子を含む原
料ガスを希釈することによって質の良い膜が得られるこ
とが知られている。例えば、水素を希釈ガスとしてメタ
ンを炭素原子を含む原料ガスとして用いるのであれば、
0.5〜1.5 ％が最も膜質の良いダイヤモンド膜を得るこ
とができるメタン濃度である。炭素原料がアルコール類
であれば10％以上のアルコール濃度であっても良質の膜
が得られることが知られている。
ばマイクロ波プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣＶＤ
法などによって作製する際に、水素で炭素原子を含む原
料ガスを希釈することによって質の良い膜が得られるこ
とが知られている。例えば、水素を希釈ガスとしてメタ
ンを炭素原子を含む原料ガスとして用いるのであれば、
0.5〜1.5 ％が最も膜質の良いダイヤモンド膜を得るこ
とができるメタン濃度である。炭素原料がアルコール類
であれば10％以上のアルコール濃度であっても良質の膜
が得られることが知られている。
【０００３】また、従来では、基板とダイヤモンド膜の
密着強度向上のために、基板とダイヤモンド膜の界面に
着目して基板の前処理で酸処理を用いたり、ダイヤモン
ド膜作製時の成膜条件の最適化などが行われてきた。
密着強度向上のために、基板とダイヤモンド膜の界面に
着目して基板の前処理で酸処理を用いたり、ダイヤモン
ド膜作製時の成膜条件の最適化などが行われてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
はダイヤモンド膜と基板の間で十分な密着力を得ること
ができず、なかには自然剥離を起こすダイヤモンド膜さ
えも存在した。さらにはダイヤモンド膜のどのような物
性が基板との密着力に影響を与えているのかはっきりし
なかった。それゆえ、成膜条件の最適化には困難をとも
なっていた。
はダイヤモンド膜と基板の間で十分な密着力を得ること
ができず、なかには自然剥離を起こすダイヤモンド膜さ
えも存在した。さらにはダイヤモンド膜のどのような物
性が基板との密着力に影響を与えているのかはっきりし
なかった。それゆえ、成膜条件の最適化には困難をとも
なっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、Ｃ
ＶＤ法によるダイヤモンド膜が水素希釈によって作製さ
れていることに着目し、ダイヤモンド膜の物性値とし
て、膜中に含まれている水素原子濃度と、ダイヤモンド
膜と基板の密着強度の関係を調べることにより、ダイヤ
モンド膜と基板の間で十分な密着力を得ることができる
ようになった。
ＶＤ法によるダイヤモンド膜が水素希釈によって作製さ
れていることに着目し、ダイヤモンド膜の物性値とし
て、膜中に含まれている水素原子濃度と、ダイヤモンド
膜と基板の密着強度の関係を調べることにより、ダイヤ
モンド膜と基板の間で十分な密着力を得ることができる
ようになった。
【０００６】すなわち、ダイヤモンド膜中に含まれてい
る水素原子濃度が低くなれば、基板に対する密着強度が
向上することがわかった。しかしながら、ダイヤモンド
膜中から水素原子を全く除去することは不可能であっ
た。ダイヤモンド膜中の水素原子がダイヤモンド膜中の
どの部分に含まれているかはわからなかったが、ダイヤ
モンド膜が多結晶であれば粒界に多く含まれていると思
われ、これはダイヤモンド膜中の内部応力と関係してい
ると考えられる。
る水素原子濃度が低くなれば、基板に対する密着強度が
向上することがわかった。しかしながら、ダイヤモンド
膜中から水素原子を全く除去することは不可能であっ
た。ダイヤモンド膜中の水素原子がダイヤモンド膜中の
どの部分に含まれているかはわからなかったが、ダイヤ
モンド膜が多結晶であれば粒界に多く含まれていると思
われ、これはダイヤモンド膜中の内部応力と関係してい
ると考えられる。
【０００７】ダイヤモンド膜中から、水素原子を除去す
るための方法としては希釈濃度を高くして水素濃度を反
応ガス中で低くする方法がある。また、ＯＨ基が反応ガ
ス中に存在するような成膜条件でダイヤモンド膜を作製
し、該ダイヤモンド膜中から水素原子の脱離を行えば良
い。
るための方法としては希釈濃度を高くして水素濃度を反
応ガス中で低くする方法がある。また、ＯＨ基が反応ガ
ス中に存在するような成膜条件でダイヤモンド膜を作製
し、該ダイヤモンド膜中から水素原子の脱離を行えば良
い。
【０００８】以下に実施例を示し、さらに本発明を説明
する。
する。
【０００９】
【実施例】本実施例では図１に示す有磁場マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置を用いた。反応ガスはメタノールと水
素の混合ガスを用いて、反応圧力およびガス混合比（メ
タノール流量／総流量の％表示）の変化によるダイヤモ
ンド膜中の水素原子濃度の変化を調べた。そのときの、
ダイヤモンド膜と基板との密着強度を評価した。メタノ
ールを用いたのはＯＨ基を持っているのでダイヤモンド
膜中の水素原子除去に有効であると考えたからである。
他の成膜条件を以下に示す。基板はφ100mmSiウェハー
を用いた。基板温度は 800℃、マイクロ波（ 2.45GHz）
出力は４ｋＷ、成膜時間は４ｈｒ、最大磁場強度は２kG
aussとした。
ラズマＣＶＤ装置を用いた。反応ガスはメタノールと水
素の混合ガスを用いて、反応圧力およびガス混合比（メ
タノール流量／総流量の％表示）の変化によるダイヤモ
ンド膜中の水素原子濃度の変化を調べた。そのときの、
ダイヤモンド膜と基板との密着強度を評価した。メタノ
ールを用いたのはＯＨ基を持っているのでダイヤモンド
膜中の水素原子除去に有効であると考えたからである。
他の成膜条件を以下に示す。基板はφ100mmSiウェハー
を用いた。基板温度は 800℃、マイクロ波（ 2.45GHz）
出力は４ｋＷ、成膜時間は４ｈｒ、最大磁場強度は２kG
aussとした。
【００１０】ダイヤモンド針をダイヤモンド膜表面に接
触させて該ダイヤモンド針に荷重を加えダイヤモンド膜
が剥離した荷重で密着力を評価した。すなわち、剥離発
生荷重が高いダイヤモンド膜ほど密着強度が強いことを
意味している。
触させて該ダイヤモンド針に荷重を加えダイヤモンド膜
が剥離した荷重で密着力を評価した。すなわち、剥離発
生荷重が高いダイヤモンド膜ほど密着強度が強いことを
意味している。
【００１１】上記成膜条件で作製したダイヤモンド膜の
剥離発生荷重と圧力およびガス混合比の関係を図２に示
す。図２から、反応圧力が高いほど密着強度の強いダイ
ヤモンド膜が作製され、ガス混合比が高いほど密着強度
の強いダイヤモンド膜が作製されることがわかる。これ
らのダイヤモンド膜のラマンスペクトルを図３に示す。
図３から、ガス混合比が１７％の場合は、反応圧力０．
５Ｔｏｒｒにおいてダイヤモンドの結晶を示すピークが
顕著に確認され、ガス混合比が３３％の場合は、反応圧
力０．３Ｔｏｒｒ以上においてダイヤモンドの結晶を示
すピークが顕著に確認されている。成膜圧力が高いほど
膜質が良くなり、またガス混合比が高いほど膜質がよく
なっていることがわかる。さらに、成膜の際にプラズマ
発光分光を行い、ＯＨラジカル（ 309nm）、Ｈα（ 656
nm）、ＣＨ（ 431nm）の強度比の変化を測定し、プラズ
マ中の水素原子の存在を確認した。また、このことか
ら、プラズマ中の水素原子の存在量と、膜中に取り込ま
れる水素原子の存在量の比較を行った。図４にＯＨラジ
カル、Ｈα、ＣＨの強度比と反応圧力およびガス混合比
の関係を示した。反応圧力が高くなるにつれてＯＨ、Ｈ
αともに強度が強くなっているが、ＯＨ強度のほうがＨ
αの強度よりも増加率が高い。このことは、圧力が高く
なってくるとＯＨ効果によりダイヤモンド膜中からの水
素原子引き抜き反応が大きくなっていることを示してい
る。ガス混合比が高くなるにつれてＨαの強度が減少し
ているが、ＯＨ強度が増加していることがわかる。すな
わち、ガス混合比が高くなるにつれてＯＨのダイヤモン
ド膜中からの水素原子引き抜き反応が大きくなることを
示している。
剥離発生荷重と圧力およびガス混合比の関係を図２に示
す。図２から、反応圧力が高いほど密着強度の強いダイ
ヤモンド膜が作製され、ガス混合比が高いほど密着強度
の強いダイヤモンド膜が作製されることがわかる。これ
らのダイヤモンド膜のラマンスペクトルを図３に示す。
図３から、ガス混合比が１７％の場合は、反応圧力０．
５Ｔｏｒｒにおいてダイヤモンドの結晶を示すピークが
顕著に確認され、ガス混合比が３３％の場合は、反応圧
力０．３Ｔｏｒｒ以上においてダイヤモンドの結晶を示
すピークが顕著に確認されている。成膜圧力が高いほど
膜質が良くなり、またガス混合比が高いほど膜質がよく
なっていることがわかる。さらに、成膜の際にプラズマ
発光分光を行い、ＯＨラジカル（ 309nm）、Ｈα（ 656
nm）、ＣＨ（ 431nm）の強度比の変化を測定し、プラズ
マ中の水素原子の存在を確認した。また、このことか
ら、プラズマ中の水素原子の存在量と、膜中に取り込ま
れる水素原子の存在量の比較を行った。図４にＯＨラジ
カル、Ｈα、ＣＨの強度比と反応圧力およびガス混合比
の関係を示した。反応圧力が高くなるにつれてＯＨ、Ｈ
αともに強度が強くなっているが、ＯＨ強度のほうがＨ
αの強度よりも増加率が高い。このことは、圧力が高く
なってくるとＯＨ効果によりダイヤモンド膜中からの水
素原子引き抜き反応が大きくなっていることを示してい
る。ガス混合比が高くなるにつれてＨαの強度が減少し
ているが、ＯＨ強度が増加していることがわかる。すな
わち、ガス混合比が高くなるにつれてＯＨのダイヤモン
ド膜中からの水素原子引き抜き反応が大きくなることを
示している。
【００１２】図５にＳＩＭＳ分析によるダイヤモンド膜
中の水素原子量の比較を行った。高圧合成のダイヤモン
ドはほとんど水素原子が含まれていないと考えてよいの
で、高圧合成ダイヤモンドの水素原子量がバック・グラ
ウンドである。そのため、他のダイヤモンド膜中の水素
原子濃度の大小関係は図５に示されているもので十分に
有意差があると考えられる。すなわち、反応圧力が高く
なるにつれて、ダイヤモンド膜中に含まれる水素原子濃
度は低下し、またガス混合比が高くなるにつれてダイヤ
モンド膜中に含まれる水素原子濃度は低下していること
がわかる。これは、プラズマ中に含まれる水素原子濃度
と同じ傾向を示している。すなわち、プラズマ中に水素
原子が増えれば膜中の水素原子も増えることを意味して
いる。このことから、プラズマ発光分光により、成膜さ
れるダイヤモンド膜の情報を前もって得ることができ
る。
中の水素原子量の比較を行った。高圧合成のダイヤモン
ドはほとんど水素原子が含まれていないと考えてよいの
で、高圧合成ダイヤモンドの水素原子量がバック・グラ
ウンドである。そのため、他のダイヤモンド膜中の水素
原子濃度の大小関係は図５に示されているもので十分に
有意差があると考えられる。すなわち、反応圧力が高く
なるにつれて、ダイヤモンド膜中に含まれる水素原子濃
度は低下し、またガス混合比が高くなるにつれてダイヤ
モンド膜中に含まれる水素原子濃度は低下していること
がわかる。これは、プラズマ中に含まれる水素原子濃度
と同じ傾向を示している。すなわち、プラズマ中に水素
原子が増えれば膜中の水素原子も増えることを意味して
いる。このことから、プラズマ発光分光により、成膜さ
れるダイヤモンド膜の情報を前もって得ることができ
る。
【００１３】一方、反応圧力が高くなるにつれて基板と
ダイヤモンド膜の密着強度は強くなり、またガス混合比
が高くなるにつれて基板とダイヤモンド膜の密着強度が
強くなっているので、ダイヤモンド膜中の水素原子が減
ってくると密着強度が強くなってくることがわかる。
ダイヤモンド膜の密着強度は強くなり、またガス混合比
が高くなるにつれて基板とダイヤモンド膜の密着強度が
強くなっているので、ダイヤモンド膜中の水素原子が減
ってくると密着強度が強くなってくることがわかる。
【００１４】また、図３のダイヤモンド膜のラマンスペ
クトルよりダイヤモンド膜中の水素原子濃度が低くなれ
ば膜質が良いと考えられる。
クトルよりダイヤモンド膜中の水素原子濃度が低くなれ
ば膜質が良いと考えられる。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ダイ
ヤモンド膜中の水素原子量を減ずることによって、基板
とダイヤモンド膜の密着強度を強くできるようになっ
た。また、ダイヤモンド膜が成膜される前にあらかじめ
プラズマ発光分光によって、成膜されるダイヤモンド膜
の特性がわかるようになった。
ヤモンド膜中の水素原子量を減ずることによって、基板
とダイヤモンド膜の密着強度を強くできるようになっ
た。また、ダイヤモンド膜が成膜される前にあらかじめ
プラズマ発光分光によって、成膜されるダイヤモンド膜
の特性がわかるようになった。
【図１】本実験で用いた有磁場マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置の概略図である。
Ｄ装置の概略図である。
【図２】ダイヤモンド膜の剥離発生荷重と圧力およびガ
ス混合比の関係を表した図である。
ス混合比の関係を表した図である。
【図３】反応圧力およびガス混合比を変化させたときの
ダイヤモンド膜のラマンスペクトルを表した図である。
ダイヤモンド膜のラマンスペクトルを表した図である。
【図４】（Ａ）ＯＨ、Ｈα、ＣＨの強度比と反応圧力の
関係を表した図である。（Ｂ）ＯＨ、Ｈα、ＣＨの強度
比とガス混合比の関係を表した図である。
関係を表した図である。（Ｂ）ＯＨ、Ｈα、ＣＨの強度
比とガス混合比の関係を表した図である。
【図５】反応圧力およびガス混合比を変化させたときの
ＳＩＭＳ分析によるダイヤモンド膜中の水素原子量の関
係を表した図である。
ＳＩＭＳ分析によるダイヤモンド膜中の水素原子量の関
係を表した図である。
２ ガス導入口 ４ 基板 ５ 排気 ６ マイクロ波導波管 ７ 磁場コイル ８ 浮遊電位
Claims (3)
- 【請求項１】 水素およびＯＨ基を含む反応ガスを用い
た有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモン
ド膜を作製する方法において、 ダイヤモンド膜を作製する前または作製する際に、プラ
ズマ発光分光法によりプラズマ中の水素原子の存在量を
測定することを特徴とするダイヤモンド膜作製方法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記OH基を含む反応
ガスの混合比は１７％以上であることを特徴とするダイ
ヤモンド膜作製方法。 - 【請求項３】 水素およびＯＨ基を含む反応ガスを用い
て有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモン
ド膜を作製する前または作製する際に、プラズマ発光分
光法によりプラズマ中の水素原子の存在量を測定するこ
とを特徴とするダイヤモンド膜の評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3087775A JP3071854B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンド膜作製方法およびその評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3087775A JP3071854B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンド膜作製方法およびその評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04300287A JPH04300287A (ja) | 1992-10-23 |
| JP3071854B2 true JP3071854B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=13924358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3087775A Expired - Fee Related JP3071854B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ダイヤモンド膜作製方法およびその評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3071854B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0134942B1 (ko) * | 1993-06-11 | 1998-06-15 | 이다가끼 유끼오 | 비정질 경질 탄소막 및 그 제조 방법 |
| AU2011230930B2 (en) * | 2010-03-25 | 2013-11-21 | National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology | Method for engrafting germ cells |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3087775A patent/JP3071854B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04300287A (ja) | 1992-10-23 |
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