JP3136307B2 - 電子用途用ダイヤモンド載置基板 - Google Patents
電子用途用ダイヤモンド載置基板Info
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- polycrystalline diamond
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/279—Diamond only control of diamond crystallography
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
- C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は、一般に集積回路装置の製造に関するもの
である。更に詳しくは、この発明は、基板と多結晶ダイ
ヤモンド（PCD）層とから構成され、増強された結晶配
向および高い電気抵抗率を有する被覆基板製品およびそ
の製造方法に関するものである。
である。更に詳しくは、この発明は、基板と多結晶ダイ
ヤモンド（PCD）層とから構成され、増強された結晶配
向および高い電気抵抗率を有する被覆基板製品およびそ
の製造方法に関するものである。
発明の背景 超大規模集積（VLSI）回路装置は非常に密度の高いも
のとなったため、例えば現在では1.0ミクロンより小さ
い半導体回路が用いられている。集積回路装置の密度の
増加による欠点の１つは、１つの回路と他のものとの電
気的絶縁を維持するのが困難なことである。１つの回路
が他の回路と不意に電気的に対合すると、その装置は不
調となり、誤りが記録されることとなる。例えば通信衛
星におけるように放射線が共存する場合、この種の不首
尾は正常な操作において相当な程度で発生する。集積回
路の密度の増加による他の欠点は、チップにより生成さ
れた熱の不十分な散逸であり、この結果接合温度が上昇
する。この接合温度の上昇により効率や信頼性が低下
し、場合によってはチップの短絡が起こる。
のとなったため、例えば現在では1.0ミクロンより小さ
い半導体回路が用いられている。集積回路装置の密度の
増加による欠点の１つは、１つの回路と他のものとの電
気的絶縁を維持するのが困難なことである。１つの回路
が他の回路と不意に電気的に対合すると、その装置は不
調となり、誤りが記録されることとなる。例えば通信衛
星におけるように放射線が共存する場合、この種の不首
尾は正常な操作において相当な程度で発生する。集積回
路の密度の増加による他の欠点は、チップにより生成さ
れた熱の不十分な散逸であり、この結果接合温度が上昇
する。この接合温度の上昇により効率や信頼性が低下
し、場合によってはチップの短絡が起こる。
回路の電気的絶縁およびチップの熱散逸効率を改良す
る試みの中で、電子工業界では、１以上の層のPCDによ
り被覆された多層複合構造による実験が行われた。これ
らのPCD膜は、熱フィラメントCVD（HFCVD）、RFプラズ
マ補助CVD、マイクロ波プラズマ補助CVD、DCプラズマ補
助CVD、DCプラズマジェットおよびレーザー補助CVDを含
む多数の化学気相蒸着（CVD）技術を使用して成功裡に
蒸着された。前記した技術により蒸着されたPCD層の抵
抗率や破壊電圧のような電気的性質は一般には低いもの
であり、このため電子工業では受入れ得ないものであ
る。
る試みの中で、電子工業界では、１以上の層のPCDによ
り被覆された多層複合構造による実験が行われた。これ
らのPCD膜は、熱フィラメントCVD（HFCVD）、RFプラズ
マ補助CVD、マイクロ波プラズマ補助CVD、DCプラズマ補
助CVD、DCプラズマジェットおよびレーザー補助CVDを含
む多数の化学気相蒸着（CVD）技術を使用して成功裡に
蒸着された。前記した技術により蒸着されたPCD層の抵
抗率や破壊電圧のような電気的性質は一般には低いもの
であり、このため電子工業では受入れ得ないものであ
る。
多数の論文や特許が刊行されており、これらには種々
の技術により製造された多結晶ダイヤモンド（PCD）の
蒸着および特性が記載されている。例えば、ビー・ブイ
・スピチンらによる「ダイヤモンドおよび他の表面上で
のダイヤモンドの気相成長」と題されたJournal of C
rystal Growth,Vol.52,pp.219−226（1981）に掲載さ
れた技術論文、ディー・ビー・フェドセーブらによる
「熱力学的準安定領域におけるダイヤモンドの合成」と
題されたRussian Chemical Reviews,Vol.53（５）,p
p.435−444（1984）に掲載された技術論文、ビー・ブイ
・デージャギンとディ・ビー・フェドセーブらによる
「低圧でのダイヤモンドの合成」と題されScientific
American,Vol.235（５）,pp.102−９（1975）に掲載さ
れた技術論文では、多数の基板上におけるダイヤモンド
の蒸着が論じられている。これらの論文はいずれも、増
強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸着する方
法を開示も示唆もするものではなく、結局これらの論文
の著者は、この種の方法の利点を全く認識していなかっ
た。
の技術により製造された多結晶ダイヤモンド（PCD）の
蒸着および特性が記載されている。例えば、ビー・ブイ
・スピチンらによる「ダイヤモンドおよび他の表面上で
のダイヤモンドの気相成長」と題されたJournal of C
rystal Growth,Vol.52,pp.219−226（1981）に掲載さ
れた技術論文、ディー・ビー・フェドセーブらによる
「熱力学的準安定領域におけるダイヤモンドの合成」と
題されたRussian Chemical Reviews,Vol.53（５）,p
p.435−444（1984）に掲載された技術論文、ビー・ブイ
・デージャギンとディ・ビー・フェドセーブらによる
「低圧でのダイヤモンドの合成」と題されScientific
American,Vol.235（５）,pp.102−９（1975）に掲載さ
れた技術論文では、多数の基板上におけるダイヤモンド
の蒸着が論じられている。これらの論文はいずれも、増
強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸着する方
法を開示も示唆もするものではなく、結局これらの論文
の著者は、この種の方法の利点を全く認識していなかっ
た。
エム・ダブリュ・ゲイスにより、ダイヤモンドのシー
ドを使用し平滑な基板上に（111）組織のダイヤモンド
膜を蒸着することが、「付着されたシード結晶からの外
来基板上における組織化ダイヤモンド膜の成長」と題さ
れたAppl.Phys.Lett,Vol.55（６）,pp.550−552（198
9）に掲載された論文に記載された。この論文には（11
1）方向に対して（220）または（311）および（400）方
向に増強された結晶配向を有するか、または、高い電気
的抵抗率を有するダイヤモンドを蒸着させる方法は記載
されていない。
ドを使用し平滑な基板上に（111）組織のダイヤモンド
膜を蒸着することが、「付着されたシード結晶からの外
来基板上における組織化ダイヤモンド膜の成長」と題さ
れたAppl.Phys.Lett,Vol.55（６）,pp.550−552（198
9）に掲載された論文に記載された。この論文には（11
1）方向に対して（220）または（311）および（400）方
向に増強された結晶配向を有するか、または、高い電気
的抵抗率を有するダイヤモンドを蒸着させる方法は記載
されていない。
1984年２月28日に発行された米国特許第4,434,188号
およびケー・イトーらによる「一酸化炭素および水素ガ
スの混合物を使用するマイクロ波プラズマCVD法による
ダイヤモンドの合成（Ｉ）」と題されChemistry Lette
rs,pp.589−592（1988）に掲載された論文には、水素お
よび炭化水素または水素および一酸化炭素の混合物を使
用するマイクロ波プラズマCVD技術によるダイヤモンド
膜の蒸着が記載されている。これらの参考文献は、増強
された結晶配向および高い抵抗率を備えるダイヤモンド
膜の蒸着を開示するものではない。
およびケー・イトーらによる「一酸化炭素および水素ガ
スの混合物を使用するマイクロ波プラズマCVD法による
ダイヤモンドの合成（Ｉ）」と題されChemistry Lette
rs,pp.589−592（1988）に掲載された論文には、水素お
よび炭化水素または水素および一酸化炭素の混合物を使
用するマイクロ波プラズマCVD技術によるダイヤモンド
膜の蒸着が記載されている。これらの参考文献は、増強
された結晶配向および高い抵抗率を備えるダイヤモンド
膜の蒸着を開示するものではない。
ビー・シンらによる「ダイヤモンドの中空カソードプ
ラズマ使用化学気相蒸着」と題するAppl.Phys.Lett.,Vo
l.52（20）,pp.1658−1660（1988）に掲載された技術論
文には、水素と炭化水素との混合物を使用する熱カソー
ドプラズマCVDによるダイヤモンド膜の蒸着が記載され
ている。1989年６月21日に刊行されたヨーロッパ特許公
告第0320657号には、熱フィラメントとマイクロ波CVD技
術との組合せを使用するダイヤモンドの蒸着が開示され
ている。これらの参考文献は、増強された結晶配向また
は高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方
法を開示するものではない。
ラズマ使用化学気相蒸着」と題するAppl.Phys.Lett.,Vo
l.52（20）,pp.1658−1660（1988）に掲載された技術論
文には、水素と炭化水素との混合物を使用する熱カソー
ドプラズマCVDによるダイヤモンド膜の蒸着が記載され
ている。1989年６月21日に刊行されたヨーロッパ特許公
告第0320657号には、熱フィラメントとマイクロ波CVD技
術との組合せを使用するダイヤモンドの蒸着が開示され
ている。これらの参考文献は、増強された結晶配向また
は高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方
法を開示するものではない。
エー・サワベらにより、水素とメタンとの混合物を使
用するDCプラズマCVDによるダイヤモンド膜の蒸着が、
「DC放電プラズマにおけるダイヤモンド薄膜の成長」と
題するApplied Surface Science,Vol.33/34,pp.539−
545（1988）に掲載された論文に記載されている。この
論文は、増強された結晶配向を有するかまたは高い電気
抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示す
るものではない。
用するDCプラズマCVDによるダイヤモンド膜の蒸着が、
「DC放電プラズマにおけるダイヤモンド薄膜の成長」と
題するApplied Surface Science,Vol.33/34,pp.539−
545（1988）に掲載された論文に記載されている。この
論文は、増強された結晶配向を有するかまたは高い電気
抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示す
るものではない。
1989年３月10日に公開された特開昭64（1989）−6509
2号および1987年９月７日に公開された特開昭62（198
7）−202897号には、PVDにより基板上に蒸着された金属
または金属カーバイド内部層を使用して基板上へ薄い付
着性ダイヤモンド膜を蒸着する方法が記載されている。
1988年３月８日に公開された特開昭64（1989）−61397
号には、最初に工具基板上にダイヤモンド微粒子を埋設
することにより切削工具上に付着的に薄いダイヤモンド
膜を蒸着する方法が記載されている。これらの特許出願
には、増強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸
着する方法は記載されておらず、このような膜の利点も
論じられていない。
2号および1987年９月７日に公開された特開昭62（198
7）−202897号には、PVDにより基板上に蒸着された金属
または金属カーバイド内部層を使用して基板上へ薄い付
着性ダイヤモンド膜を蒸着する方法が記載されている。
1988年３月８日に公開された特開昭64（1989）−61397
号には、最初に工具基板上にダイヤモンド微粒子を埋設
することにより切削工具上に付着的に薄いダイヤモンド
膜を蒸着する方法が記載されている。これらの特許出願
には、増強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸
着する方法は記載されておらず、このような膜の利点も
論じられていない。
エス・マツモトらによる多数の技術論文が、「メタン
−水素ガスからのダイヤモンド粒子の成長」と題してJ.
Materials Service,Vol.17,pp.3106−3122（1982）に
掲載され、「メタン−水素ガスからのダイヤモンドの化
学気相蒸着」がProc.7th ICVM,東京、日本、pp.386−3
91（1982）に掲載され、「メタンからのダイヤモンド粒
子の蒸着」がJapanese Journal of Applied Physic
s,Vol.21,No.4,pp.L183−L185（1982）に掲載され、熱
フィラメントCVD技術によるダイヤモンド膜の蒸着が記
載されている。ビー・シンらにより「熱フィラメント化
学気相蒸着による多結晶ダイヤモンド粒子および膜の成
長」と題して掲載のためにJ.Vac.Sci.Tech.（1988）に
提出された技術論文、およびAppl.Phys.Lett.,Vol.52
（６）,pp.451−452（1988年２月）に掲載された「ダイ
ヤモンドの低圧化学気相合成におけるフィラメントおよ
び反応器壁材料の効果」にも、熱フィラメントCVD技術
によるダイヤモンド膜の蒸着が記載されている。前記し
た論文はいずれも、増強された結晶配向を有するか高い
電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開
示するものではない。
−水素ガスからのダイヤモンド粒子の成長」と題してJ.
Materials Service,Vol.17,pp.3106−3122（1982）に
掲載され、「メタン−水素ガスからのダイヤモンドの化
学気相蒸着」がProc.7th ICVM,東京、日本、pp.386−3
91（1982）に掲載され、「メタンからのダイヤモンド粒
子の蒸着」がJapanese Journal of Applied Physic
s,Vol.21,No.4,pp.L183−L185（1982）に掲載され、熱
フィラメントCVD技術によるダイヤモンド膜の蒸着が記
載されている。ビー・シンらにより「熱フィラメント化
学気相蒸着による多結晶ダイヤモンド粒子および膜の成
長」と題して掲載のためにJ.Vac.Sci.Tech.（1988）に
提出された技術論文、およびAppl.Phys.Lett.,Vol.52
（６）,pp.451−452（1988年２月）に掲載された「ダイ
ヤモンドの低圧化学気相合成におけるフィラメントおよ
び反応器壁材料の効果」にも、熱フィラメントCVD技術
によるダイヤモンド膜の蒸着が記載されている。前記し
た論文はいずれも、増強された結晶配向を有するか高い
電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開
示するものではない。
ピー・オー・ジョフレウらにより、Ｒ＆HM,pp.186−1
94（1988年12月）に掲載された「耐火性金属上における
低圧ダイヤモンド成長」と題する論文中に、耐火性金属
上にダイヤモンド膜を蒸着する熱フィラメントCVD法が
開示されている。Solid State Ionics,Vol.32/33,pp.
861−868（1989）に掲載された「炭化水素のフィラメン
ト使用CVDによる多結晶ダイヤモンド膜の成長における
タングステンフィラメントの役割」と題するティ・ディ
・モウスカタスによる他の論文には、ダイヤモンド膜を
蒸着させるHFCVD法が記載されている。これらの論文も
やはり、増強された結晶配向または高い電気抵抗率を有
するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示するものでは
ない。
94（1988年12月）に掲載された「耐火性金属上における
低圧ダイヤモンド成長」と題する論文中に、耐火性金属
上にダイヤモンド膜を蒸着する熱フィラメントCVD法が
開示されている。Solid State Ionics,Vol.32/33,pp.
861−868（1989）に掲載された「炭化水素のフィラメン
ト使用CVDによる多結晶ダイヤモンド膜の成長における
タングステンフィラメントの役割」と題するティ・ディ
・モウスカタスによる他の論文には、ダイヤモンド膜を
蒸着させるHFCVD法が記載されている。これらの論文も
やはり、増強された結晶配向または高い電気抵抗率を有
するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示するものでは
ない。
「熱フィラメント化学気相蒸着によるダイヤモンド膜
の成長」と題されSPIE,Vol.969 Diamond Optics,pp.2
4−31（1988）に掲載されたイー・エヌ・ファラバーら
による技術論文には、HFCVDによりダイヤモンド膜を蒸
着させる方法が開示されている。これらのダイヤモンド
膜は広範囲の温度を使用して蒸着され、Ｘ線回折により
分析され、好適な結晶配向を有さないことが示された。
したがって、この論文は、増強された結晶配向または高
い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を
開示するものではない。
の成長」と題されSPIE,Vol.969 Diamond Optics,pp.2
4−31（1988）に掲載されたイー・エヌ・ファラバーら
による技術論文には、HFCVDによりダイヤモンド膜を蒸
着させる方法が開示されている。これらのダイヤモンド
膜は広範囲の温度を使用して蒸着され、Ｘ線回折により
分析され、好適な結晶配向を有さないことが示された。
したがって、この論文は、増強された結晶配向または高
い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を
開示するものではない。
米国特許第4,707,384号および第4,734,339号には、種
々の基板上に１以上の多結晶ダイヤモンド層を蒸着させ
るHFCVD法が開示されている。これらの特許は、増強さ
れた結晶配向を有するか高い電気抵抗率を有するダイヤ
モンド膜を蒸着する方法を開示するものではない。
々の基板上に１以上の多結晶ダイヤモンド層を蒸着させ
るHFCVD法が開示されている。これらの特許は、増強さ
れた結晶配向を有するか高い電気抵抗率を有するダイヤ
モンド膜を蒸着する方法を開示するものではない。
1987年１月６日に公開された特開昭62（1987）−119
号には、種々の内部層を用いて基板上にダイヤモンド膜
を蒸着させるHFCVD法が開示されている。1987年７月28
日に公開された特開昭62（1987）−171993号には、有機
化合物とホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモンまたはビ
スマスの少なくとも１種を含有する反応ガスとの混合物
を使用してダイヤモンド膜を蒸着させるCVD法が開示さ
れている。1988年12月５日に公開された特開昭63（198
8）−297299号には、水素、炭化水素、塩素および不活
性ガスの混合物を使用してダイヤモンド膜を蒸着させる
方法が開示されている。1988年６月27日に公開された特
開昭63（1988）−153815号には、タングステンフィラメ
ントを使用してダイヤモンド膜を蒸着させるHFCVD法が
開示されている。前記した特許出願はいずれも、増強さ
れた結晶配向または高い電気抵抗率を有するダイヤモン
ド膜を蒸着する方法を開示するものではない。
号には、種々の内部層を用いて基板上にダイヤモンド膜
を蒸着させるHFCVD法が開示されている。1987年７月28
日に公開された特開昭62（1987）−171993号には、有機
化合物とホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、タリウム、窒素、リン、ヒ素、アンチモンまたはビ
スマスの少なくとも１種を含有する反応ガスとの混合物
を使用してダイヤモンド膜を蒸着させるCVD法が開示さ
れている。1988年12月５日に公開された特開昭63（198
8）−297299号には、水素、炭化水素、塩素および不活
性ガスの混合物を使用してダイヤモンド膜を蒸着させる
方法が開示されている。1988年６月27日に公開された特
開昭63（1988）−153815号には、タングステンフィラメ
ントを使用してダイヤモンド膜を蒸着させるHFCVD法が
開示されている。前記した特許出願はいずれも、増強さ
れた結晶配向または高い電気抵抗率を有するダイヤモン
ド膜を蒸着する方法を開示するものではない。
1988年７月９日に公開された特開昭63（1988）−1667
97号には、HFCVD法におけるフィラメント寿命を増強す
るためTa、Zrおよび／またはHfにより作成されたフィラ
メントを使用することが開示されている。この出願は、
増強された結晶配向を有するか高い電気抵抗率を有する
ダイヤモンド膜の蒸着を開示するものではない。
97号には、HFCVD法におけるフィラメント寿命を増強す
るためTa、Zrおよび／またはHfにより作成されたフィラ
メントを使用することが開示されている。この出願は、
増強された結晶配向を有するか高い電気抵抗率を有する
ダイヤモンド膜の蒸着を開示するものではない。
1988年７月２日に公開された特開昭63（1988）−1592
92号には、大きな表面積または湾曲した表面を有する基
板上にダイヤモンド膜を蒸着するDC電流バイアスHFCVD
法が開示されている。これは増強された結晶配向を有す
るか高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜の形成を開
示するものではない。
92号には、大きな表面積または湾曲した表面を有する基
板上にダイヤモンド膜を蒸着するDC電流バイアスHFCVD
法が開示されている。これは増強された結晶配向を有す
るか高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜の形成を開
示するものではない。
アール・ジー・ブクレイらによってJ.Appl.Phys.,66
（８）,3595−3599（1989）に掲載された「ラマンスペ
クトルを使用するフィラメント補助化学気相蒸着ダイヤ
モンド膜の特徴付け」と題する論文には、ダイヤモンド
膜を蒸着するHFCVD法が開示されている。ティ・カワト
とケー・コンドによってJapanese Journal of Appli
ed Physics,Part I,Vol.2.（９）,pp.1429−1432（19
87）に掲載された「CVDダイヤモンド合成に対する酸素
の効果」と題する論文には、HFCVDにより蒸着されたダ
イヤモンド膜に対する供給ガス混合物と共に酸素を添加
する効果が開示されている。これらの論文は、増強され
た結晶配向または高い電気抵抗率を有するダイヤモンド
膜を蒸着する方法を開示するものではない。
（８）,3595−3599（1989）に掲載された「ラマンスペ
クトルを使用するフィラメント補助化学気相蒸着ダイヤ
モンド膜の特徴付け」と題する論文には、ダイヤモンド
膜を蒸着するHFCVD法が開示されている。ティ・カワト
とケー・コンドによってJapanese Journal of Appli
ed Physics,Part I,Vol.2.（９）,pp.1429−1432（19
87）に掲載された「CVDダイヤモンド合成に対する酸素
の効果」と題する論文には、HFCVDにより蒸着されたダ
イヤモンド膜に対する供給ガス混合物と共に酸素を添加
する効果が開示されている。これらの論文は、増強され
た結晶配向または高い電気抵抗率を有するダイヤモンド
膜を蒸着する方法を開示するものではない。
米国特許第4,816,286号およびワイ・ヒロセとワイ・
テラサワによるJapanese Journal of Applied Phys
ics,Vol.25（６）,pp.L519−L521（1986）に掲載された
「有機化合物を使用する熱CVDによるダイヤモンド薄膜
の合成」と題するものには、水素および炭素を含有する
有機化合物の混合物、水素および酸素および窒素の少な
くとも１つを使用してダイヤモンド膜を蒸着するCVD法
が開示されている。1989年１月26日に公開された特開昭
64（1989）−24093号には、有機化合物と水蒸気との混
合物を使用してダイヤモンド膜を蒸着させるCVD法が開
示されている。1988年12月14日に公開された特公昭63
（1988）−307195号には、有機化合物とアンモニアを含
有する原料ガスとの混合物を使用してダイヤモンド膜を
蒸着させるCVD法が開示されている。これらの参照文献
には、増強された結晶配向を有するか高い電気抵抗率を
有するダイヤモンド膜を蒸着する方法は記載されていな
い。
テラサワによるJapanese Journal of Applied Phys
ics,Vol.25（６）,pp.L519−L521（1986）に掲載された
「有機化合物を使用する熱CVDによるダイヤモンド薄膜
の合成」と題するものには、水素および炭素を含有する
有機化合物の混合物、水素および酸素および窒素の少な
くとも１つを使用してダイヤモンド膜を蒸着するCVD法
が開示されている。1989年１月26日に公開された特開昭
64（1989）−24093号には、有機化合物と水蒸気との混
合物を使用してダイヤモンド膜を蒸着させるCVD法が開
示されている。1988年12月14日に公開された特公昭63
（1988）−307195号には、有機化合物とアンモニアを含
有する原料ガスとの混合物を使用してダイヤモンド膜を
蒸着させるCVD法が開示されている。これらの参照文献
には、増強された結晶配向を有するか高い電気抵抗率を
有するダイヤモンド膜を蒸着する方法は記載されていな
い。
米国特許第4,859,490号並びにヨーロッパ特許公告第0
254312号および第0254560号には、ダイヤモンド膜を蒸
着するHFCVD法が開示されている。これらの参考文献に
は、高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜はHFCVDに
よっては製造できず、高い抵抗率のダイヤモンド膜は、
化学気相蒸着に際してマイクロ波またはDC放電により生
成されたプラズマと熱フィラメントとの組合せを使用す
ることによってのみ製造できることが教示されている。
これらの特許は、HFCVD法を使用して、増強された結晶
配向および高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を製
造することからは、離れた教示をなすものである。
254312号および第0254560号には、ダイヤモンド膜を蒸
着するHFCVD法が開示されている。これらの参考文献に
は、高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜はHFCVDに
よっては製造できず、高い抵抗率のダイヤモンド膜は、
化学気相蒸着に際してマイクロ波またはDC放電により生
成されたプラズマと熱フィラメントとの組合せを使用す
ることによってのみ製造できることが教示されている。
これらの特許は、HFCVD法を使用して、増強された結晶
配向および高い電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を製
造することからは、離れた教示をなすものである。
米国特許第4,783,368号は、第２欄第22〜32行におい
て、多結晶ダイヤモンドの薄膜をCVD技術により蒸着し
た場合に得られる極めて貧弱な電気絶縁特性、特に誘電
破壊に言及している。この参考文献には更に、基板に対
するDC電圧およびRF電力並びに基板表面に平行な磁界を
印加することにより、基板上でダイヤモンドまたはダイ
ヤモンド様炭素材料およびIVA族の元素からなる絶縁層
を製造する方法が記載され、特許請求の範囲に記載され
ている。実施例が示され、そこではダイヤモンド様炭素
層の伝達電子解析は、天然ダイヤモンドの（111）およ
び（220）に対応した。この特許は、増強された結晶配
向を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示するも
のではない。
て、多結晶ダイヤモンドの薄膜をCVD技術により蒸着し
た場合に得られる極めて貧弱な電気絶縁特性、特に誘電
破壊に言及している。この参考文献には更に、基板に対
するDC電圧およびRF電力並びに基板表面に平行な磁界を
印加することにより、基板上でダイヤモンドまたはダイ
ヤモンド様炭素材料およびIVA族の元素からなる絶縁層
を製造する方法が記載され、特許請求の範囲に記載され
ている。実施例が示され、そこではダイヤモンド様炭素
層の伝達電子解析は、天然ダイヤモンドの（111）およ
び（220）に対応した。この特許は、増強された結晶配
向を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開示するも
のではない。
1988年12月14日に公開された特開昭63（1988）−3071
96号は、多層ダイヤモンド膜を蒸着するプラズマCVD法
を開示するものである。基板上に蒸着される第１の層は
ダイヤモンドの微結晶により作成され、第１の層の頂部
に蒸着される第２の層は（110）または（200）配向を有
する結晶性ファセットにより形成される。この出願は、
供給ガス中のメタン濃度が約１％より小さい場合、蒸着
された膜は無作為に配向した結晶を有することを開示す
る。しかしながら、メタンの濃度が１％より高い場合、
膜は（220）方向に増強された結晶配向を示す。蒸着さ
れた膜は良好な熱電導度を有することが開示されてい
る。この特許は、（220）または（311）方向および（40
0）方向の両者の増強された結晶配向を有するか、高い
電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開
示するものではない。
96号は、多層ダイヤモンド膜を蒸着するプラズマCVD法
を開示するものである。基板上に蒸着される第１の層は
ダイヤモンドの微結晶により作成され、第１の層の頂部
に蒸着される第２の層は（110）または（200）配向を有
する結晶性ファセットにより形成される。この出願は、
供給ガス中のメタン濃度が約１％より小さい場合、蒸着
された膜は無作為に配向した結晶を有することを開示す
る。しかしながら、メタンの濃度が１％より高い場合、
膜は（220）方向に増強された結晶配向を示す。蒸着さ
れた膜は良好な熱電導度を有することが開示されてい
る。この特許は、（220）または（311）方向および（40
0）方向の両者の増強された結晶配向を有するか、高い
電気抵抗率を有するダイヤモンド膜を蒸着する方法を開
示するものではない。
ケー・コバシらにより、Physical Review Bulletin
of the American Physical Society,Vol.38
（６）,pp.4067−4084（1988）に掲載された「マイクロ
波プラズマ化学気相蒸着の使用によるダイヤモンドの合
成：ダイヤモンド膜の成長の形態学」と題する論文、お
よびJ.Vac.Sci.Techn.Vol.A6（３）,pp.1816−1817（19
80）に掲載された「概要要約：ダイヤモンド膜の形態学
と成長」と題する論文に、（100）または（400）方向に
増強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸着する
マイクロ波プラズマCVD法が開示されている。これらの
論文は、メタン濃度＜0.4％で（111）結晶配向を有する
膜、および0.4％を越えるメタン濃度で（100）方向に配
向するダイヤモンド結晶を含有する膜を蒸着することを
開示するものである。メタン濃度〜1.6％で蒸着した膜
は構造を有さないことが示されている。ダブリュ・ズー
らにより、J.Mater.Res.,Vol.4（３）,pp.659−663（19
89）に掲載された「CVDダイヤモンド膜に対するプロセ
スパラメータの効果」と題された論文に、（111）また
は（100）方向に増強された結晶配向を有するダイヤモ
ンド膜を蒸着するマイクロ波プラズマCVD法が開示され
ている。この論文は、910〜950℃の間の温度で水素中２
％未満のメタンを用いて（110）方向に増強された結晶
配向を有するダイヤモンド膜の蒸着を開示するものであ
る。より高い温度（＞1000℃）が、（111）方向に配向
した結晶の形成に好ましいことが特許請求の範囲に記載
されている。中間的な温度（950〜1000℃）は、いずれ
が優勢という訳ではないものの（111）および（100）方
向に配向した結晶の形成に好ましいことが示されてい
る。エヌ・サタカにより、J.Mater.Res.,Vol.4,No.3,p
p.664−670（1989）に掲載された「気相に由来するダイ
ヤモンド合成とその成長プロセス」と題する論文に、ダ
イヤモンド膜を蒸着するCVD法が開示されている。この
論文には、0.5％のメタンを用いて蒸着した膜は（111）
および（100）方向に配向した結晶を含有していたこと
が開示されている。またこれには、メタン濃度が３％に
近づくにつれ、（111）に対する（220）方向の結晶配向
の顕著な増強が認められることが開示されている。これ
らの論文の著者は（111）面に対する１つの面における
増強された結晶配向を認識しているが、これらはいずれ
も、（111）面に対する少なくとも２つの面における増
強された結晶配向を有するダイヤモンド膜の形成を開示
せず、またこの種の結晶配向並びに高い電気抵抗率を有
するダイヤモンド膜を達成する方法を開示するものでも
ない。
of the American Physical Society,Vol.38
（６）,pp.4067−4084（1988）に掲載された「マイクロ
波プラズマ化学気相蒸着の使用によるダイヤモンドの合
成：ダイヤモンド膜の成長の形態学」と題する論文、お
よびJ.Vac.Sci.Techn.Vol.A6（３）,pp.1816−1817（19
80）に掲載された「概要要約：ダイヤモンド膜の形態学
と成長」と題する論文に、（100）または（400）方向に
増強された結晶配向を有するダイヤモンド膜を蒸着する
マイクロ波プラズマCVD法が開示されている。これらの
論文は、メタン濃度＜0.4％で（111）結晶配向を有する
膜、および0.4％を越えるメタン濃度で（100）方向に配
向するダイヤモンド結晶を含有する膜を蒸着することを
開示するものである。メタン濃度〜1.6％で蒸着した膜
は構造を有さないことが示されている。ダブリュ・ズー
らにより、J.Mater.Res.,Vol.4（３）,pp.659−663（19
89）に掲載された「CVDダイヤモンド膜に対するプロセ
スパラメータの効果」と題された論文に、（111）また
は（100）方向に増強された結晶配向を有するダイヤモ
ンド膜を蒸着するマイクロ波プラズマCVD法が開示され
ている。この論文は、910〜950℃の間の温度で水素中２
％未満のメタンを用いて（110）方向に増強された結晶
配向を有するダイヤモンド膜の蒸着を開示するものであ
る。より高い温度（＞1000℃）が、（111）方向に配向
した結晶の形成に好ましいことが特許請求の範囲に記載
されている。中間的な温度（950〜1000℃）は、いずれ
が優勢という訳ではないものの（111）および（100）方
向に配向した結晶の形成に好ましいことが示されてい
る。エヌ・サタカにより、J.Mater.Res.,Vol.4,No.3,p
p.664−670（1989）に掲載された「気相に由来するダイ
ヤモンド合成とその成長プロセス」と題する論文に、ダ
イヤモンド膜を蒸着するCVD法が開示されている。この
論文には、0.5％のメタンを用いて蒸着した膜は（111）
および（100）方向に配向した結晶を含有していたこと
が開示されている。またこれには、メタン濃度が３％に
近づくにつれ、（111）に対する（220）方向の結晶配向
の顕著な増強が認められることが開示されている。これ
らの論文の著者は（111）面に対する１つの面における
増強された結晶配向を認識しているが、これらはいずれ
も、（111）面に対する少なくとも２つの面における増
強された結晶配向を有するダイヤモンド膜の形成を開示
せず、またこの種の結晶配向並びに高い電気抵抗率を有
するダイヤモンド膜を達成する方法を開示するものでも
ない。
前記した参考文献に記載された技術により蒸着された
多結晶ダイヤモンド膜は良好な熱伝導性（すなわち50W/
mk以上）を有することが示されているにも拘らず、電子
工業におけるその使用は電気的特性が貧弱であるために
限定されていた。良好な電気的特性を有する多結晶ダイ
ヤモンド膜を製造するため、多数の研究者により幾つか
の試みが成されたが、成功は限られたものであった。例
えば、１つはPMAC,Electrochem Soc.,24−37（1989）
に掲載され「CVDダイヤモンド膜を使用する絶縁体技術
におけるシリコン」と題され、もう１つはAppl.Phys.Le
tter,Vol.55（10）,pp.975−977（1989）に掲載され
「化学気相蒸着ダイヤモンド膜の抵抗率」と題されたケ
ー・ブイ・ラビおよびエム・アイ・ランドシュトラスに
よる２つの最近の論文には、DCプラズマおよびマイクロ
波プラズマ蒸着多結晶ダイヤモンド膜の貧弱な電気的特
性は、溶解した水素の存在によることが開示されてい
る。著者らは、アニーリングにより溶解した水素を膜か
ら除去することができ、これにより電気的特性を改良す
ることを開示している。著者らは、熱フィラメント蒸着
多結晶ダイヤモンド膜の電気的特性は与えておらず、ま
たHFCVD膜の電気的特性に対するアニーリングの効果も
記載していない。更に、著者らは、増強された結晶配向
を有するダイヤモンド膜の形成は開示していない。
多結晶ダイヤモンド膜は良好な熱伝導性（すなわち50W/
mk以上）を有することが示されているにも拘らず、電子
工業におけるその使用は電気的特性が貧弱であるために
限定されていた。良好な電気的特性を有する多結晶ダイ
ヤモンド膜を製造するため、多数の研究者により幾つか
の試みが成されたが、成功は限られたものであった。例
えば、１つはPMAC,Electrochem Soc.,24−37（1989）
に掲載され「CVDダイヤモンド膜を使用する絶縁体技術
におけるシリコン」と題され、もう１つはAppl.Phys.Le
tter,Vol.55（10）,pp.975−977（1989）に掲載され
「化学気相蒸着ダイヤモンド膜の抵抗率」と題されたケ
ー・ブイ・ラビおよびエム・アイ・ランドシュトラスに
よる２つの最近の論文には、DCプラズマおよびマイクロ
波プラズマ蒸着多結晶ダイヤモンド膜の貧弱な電気的特
性は、溶解した水素の存在によることが開示されてい
る。著者らは、アニーリングにより溶解した水素を膜か
ら除去することができ、これにより電気的特性を改良す
ることを開示している。著者らは、熱フィラメント蒸着
多結晶ダイヤモンド膜の電気的特性は与えておらず、ま
たHFCVD膜の電気的特性に対するアニーリングの効果も
記載していない。更に、著者らは、増強された結晶配向
を有するダイヤモンド膜の形成は開示していない。
ケー・ブイ・ラビおよびエム・アイ・ランドシュトラ
スの教示に反し、HFCVDにより蒸着されたダイヤモンド
膜は（DCプラズマまたはマイクロ波プラズマCVDにより
蒸着された膜と比較して）出発するには痕跡量の水素の
みを含有するものであり、アニーリングプロセスはその
電気的特性の周辺的な改良に帰結するのみである。しか
しながら、本発明にあっては、多結晶ダイヤモンド膜の
電気的特性（すなわち電気的抵抗率および破壊電圧）
は、増強された配向をもってダイヤモンド結晶を蒸着す
ることにより従来技術のこの種の多結晶ダイヤモンド系
を越えて顕著に改良し得ることを突き止めた。
スの教示に反し、HFCVDにより蒸着されたダイヤモンド
膜は（DCプラズマまたはマイクロ波プラズマCVDにより
蒸着された膜と比較して）出発するには痕跡量の水素の
みを含有するものであり、アニーリングプロセスはその
電気的特性の周辺的な改良に帰結するのみである。しか
しながら、本発明にあっては、多結晶ダイヤモンド膜の
電気的特性（すなわち電気的抵抗率および破壊電圧）
は、増強された配向をもってダイヤモンド結晶を蒸着す
ることにより従来技術のこの種の多結晶ダイヤモンド系
を越えて顕著に改良し得ることを突き止めた。
更に、従来技術の方法により蒸着された多結晶ダイヤ
モンド膜は、無作為に配向したファセット結晶の存在の
ために貧弱な表面仕上げを有している。よって、多結晶
ダイヤモンド膜の表面仕上げも、少なくとも２つの面に
おける増強された配向を有するダイヤモンド結晶を蒸着
することにより顕著に増強することができる。
モンド膜は、無作為に配向したファセット結晶の存在の
ために貧弱な表面仕上げを有している。よって、多結晶
ダイヤモンド膜の表面仕上げも、少なくとも２つの面に
おける増強された配向を有するダイヤモンド結晶を蒸着
することにより顕著に増強することができる。
発明の要旨 本発明の改良された多層複合構造は、従来技術の方法
に随伴する欠点および不備を実質的に低減または除去す
るものである。この発明は、親基板と、工業等級のダイ
ヤモンド粉末を越える少なくとも２つの面で増強された
結晶配向を有する多結晶ダイヤモンド層とから構成され
た被覆基板製品を開示するものであり、（ｉ）１つの電
子装置と他のものとの、およびベース基板との優れた電
気的絶縁および（ii）優れた表面仕上げを与えるもので
ある。
に随伴する欠点および不備を実質的に低減または除去す
るものである。この発明は、親基板と、工業等級のダイ
ヤモンド粉末を越える少なくとも２つの面で増強された
結晶配向を有する多結晶ダイヤモンド層とから構成され
た被覆基板製品を開示するものであり、（ｉ）１つの電
子装置と他のものとの、およびベース基板との優れた電
気的絶縁および（ii）優れた表面仕上げを与えるもので
ある。
またこの発明は、この基板製品を製造する方法をも含
む。この方法によれば、多結晶ダイヤモンド層は所定の
蒸着パラメータを用いてHFCVD技術により基板上に化学
気相蒸着され、その際、多結晶ダイヤモンド膜は、増強
された結晶配向並びに優れた電気的特性および表面仕上
げを備えるものとして蒸着される。本発明の膜の（11
1）に対する（220）または（311）方向および（400）方
向における（HKL）反射の強度は、工業等級のダイヤモ
ンドのものを越えて増強される。この発明のダイヤモン
ド膜は、特に高い電気抵抗率および破壊電圧を示すもの
である。
む。この方法によれば、多結晶ダイヤモンド層は所定の
蒸着パラメータを用いてHFCVD技術により基板上に化学
気相蒸着され、その際、多結晶ダイヤモンド膜は、増強
された結晶配向並びに優れた電気的特性および表面仕上
げを備えるものとして蒸着される。本発明の膜の（11
1）に対する（220）または（311）方向および（400）方
向における（HKL）反射の強度は、工業等級のダイヤモ
ンドのものを越えて増強される。この発明のダイヤモン
ド膜は、特に高い電気抵抗率および破壊電圧を示すもの
である。
図面の簡単な説明 更なる特徴および利点は、添付図面に示されるように
この発明の好適な態様の以下のより詳細な説明から明ら
かとなるものであるが、ここで、 図１は、本発明の方法を実施するのに使用する所定形
式のHFCVD反応器の簡略化した断面図であり、図２〜10
は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによって蒸着し
た多結晶ダイヤモンド膜のレーザーラマンスペクトル図
であり、 図11〜12は、従来技術の方法によりモリブデン上にHF
CVDによって蒸着した多結晶ダイヤモンド膜のレーザー
ラマンスペクトル図であり、 図13〜14は、従来技術の方法によりモリブデン上にHF
CVDによって蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡
大走査電子顕微鏡写真であり、 図15〜28は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによ
って蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡大走査電
子顕微鏡写真であり、 図29〜30は、それぞれ本発明による電気抵抗率対（22
0）および（400）方向における多結晶ダイヤモンド膜結
晶配向のグラフであり、 図31は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによって
蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の電気抵抗率対蒸着温度
のグラフであり、 図32は、本発明によりシリコン上にHFCVDによって蒸
着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡大走査電子顕微
鏡写真である。
この発明の好適な態様の以下のより詳細な説明から明ら
かとなるものであるが、ここで、 図１は、本発明の方法を実施するのに使用する所定形
式のHFCVD反応器の簡略化した断面図であり、図２〜10
は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによって蒸着し
た多結晶ダイヤモンド膜のレーザーラマンスペクトル図
であり、 図11〜12は、従来技術の方法によりモリブデン上にHF
CVDによって蒸着した多結晶ダイヤモンド膜のレーザー
ラマンスペクトル図であり、 図13〜14は、従来技術の方法によりモリブデン上にHF
CVDによって蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡
大走査電子顕微鏡写真であり、 図15〜28は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによ
って蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡大走査電
子顕微鏡写真であり、 図29〜30は、それぞれ本発明による電気抵抗率対（22
0）および（400）方向における多結晶ダイヤモンド膜結
晶配向のグラフであり、 図31は、本発明によりモリブデン上にHFCVDによって
蒸着した多結晶ダイヤモンド膜の電気抵抗率対蒸着温度
のグラフであり、 図32は、本発明によりシリコン上にHFCVDによって蒸
着した多結晶ダイヤモンド膜の5000倍拡大走査電子顕微
鏡写真である。
発明の詳細な説明 本発明の構成は多層複合構造にあり、これは親基板と
多結晶ダイヤモンド層とからなるものである。ダイヤモ
ンド膜を蒸着する基板は、ダイヤモンド、シリコンカー
バイド、シリコン、サファイアおよび類似材料のような
単結晶、シリコンのような多結晶、タングステン、モリ
ブデン、チタンおよびタンタル、銅等のような金属、タ
ングステンとモリブデン、タングステンと銅、モリブデ
ンと銅等のような金属の混合物、熱間プレス、焼結また
はシリコンカーバイド、シリコンニトリド、多結晶ダイ
ヤモンド、焼結炭化物、アルミナ等を含む化学気相製造
セラミックスのようなセラミック材料またはこれらの混
合物からなるものである。この基板は集積回路を構成す
る種々の他の層および構造を含むことができる。この種
の層および構造は、多結晶ダイヤモンド層の構成の前ま
たは後に形成することができる。
多結晶ダイヤモンド層とからなるものである。ダイヤモ
ンド膜を蒸着する基板は、ダイヤモンド、シリコンカー
バイド、シリコン、サファイアおよび類似材料のような
単結晶、シリコンのような多結晶、タングステン、モリ
ブデン、チタンおよびタンタル、銅等のような金属、タ
ングステンとモリブデン、タングステンと銅、モリブデ
ンと銅等のような金属の混合物、熱間プレス、焼結また
はシリコンカーバイド、シリコンニトリド、多結晶ダイ
ヤモンド、焼結炭化物、アルミナ等を含む化学気相製造
セラミックスのようなセラミック材料またはこれらの混
合物からなるものである。この基板は集積回路を構成す
る種々の他の層および構造を含むことができる。この種
の層および構造は、多結晶ダイヤモンド層の構成の前ま
たは後に形成することができる。
好ましくは多結晶ダイヤモンド層は、従来の蒸着技術
により基板上に化学気相蒸着するものとし、その際、ダ
イヤモンド層が（220）および（400）方向に増強された
結晶配向を示すようにする。特に（220）および（400）
方向における（HKL）反射の強度は、本発明の膜につ
き、100に標準化して、（111）強度に対してそれぞれ少
なくとも47および12パーセントとする。よって、この結
果得られる構造は、多結晶ダイヤモンド層の高い電気絶
縁特性および他の優れた電気的特性により互いの間やベ
ース基板からの回路およびシリコン装置の絶縁を可能と
し、実質的にファセット結晶を低減することにより優れ
た表面仕上げを示す。
により基板上に化学気相蒸着するものとし、その際、ダ
イヤモンド層が（220）および（400）方向に増強された
結晶配向を示すようにする。特に（220）および（400）
方向における（HKL）反射の強度は、本発明の膜につ
き、100に標準化して、（111）強度に対してそれぞれ少
なくとも47および12パーセントとする。よって、この結
果得られる構造は、多結晶ダイヤモンド層の高い電気絶
縁特性および他の優れた電気的特性により互いの間やベ
ース基板からの回路およびシリコン装置の絶縁を可能と
し、実質的にファセット結晶を低減することにより優れ
た表面仕上げを示す。
本発明の方法により、当業者がこの発明の基板製品を
製造することが可能となる。この発明の好適な態様で
は、多結晶ダイヤモンド層は、単結晶、多結晶材料、硬
質金属、金属合金、金属の混合物、セラミック基板また
はこれらの混合物上に化学気相蒸着され、その際、多結
晶ダイヤモンド層が、工業等級のダイヤモンドのものを
越えて（220）または（311）方向および（400）方向に
増強された結晶配向を示すものとする。「化学気相蒸
着」という記載により、グラファイト炭素の蒸着を実質
的に回避するような様式で活性化された気相から優先的
に水素と炭素化合物、好ましくは炭化水素との混合物が
ダイヤモンド生成炭素原子に熱分解することに起因する
多結晶ダイヤモンドの層を意図する。この方法に有用な
特定種類の炭素化合物には、メタン、エタン、プロパン
等のようなC1〜C4飽和炭化水素、アセチレン、エチレ
ン、プロピレン等のようなC1〜C4不飽和炭化水素、一酸
化炭素および二酸化炭素のようなＣおよびＯを含有する
ガス、ベンゼン、トルエン、キシレン等のような芳香族
化合物、メタノール、エタノール、プロパノール、ジメ
チルエーテル、ジエチルエーテル、メチルアミン、エチ
ルアミン、アセトンおよび類似材料のようなＣ、Ｈおよ
び少なくとも１つの酸素および／または窒素を含有する
有機化合物が包含される（増強された結晶配向を有する
ダイヤモンド層を蒸着するのに使用し得る有機化合物の
詳細な一覧は米国特許第4,816,286号に与えられてお
り、この特許を参考としてここに取り入れる）。有機化
合物は、1989年１月26日に公開された特開昭64（1989）
−24093号に記載されているように水との混合物とする
ことができ、この特許を参考としてここに取り入れる。
水素ガス中の炭素化合物の濃度は、約0.1％〜約５％、
好ましくは約0.2％〜３％、更に好ましくは約0.5％〜２
％に変化させることができる。このような蒸着方法の結
果得られるダイヤモンド層は、結晶内付着バインダを実
質的に含有しない付着性の個々のクリスタライトまたは
クリスタライトの層様塊状物の形態である。
製造することが可能となる。この発明の好適な態様で
は、多結晶ダイヤモンド層は、単結晶、多結晶材料、硬
質金属、金属合金、金属の混合物、セラミック基板また
はこれらの混合物上に化学気相蒸着され、その際、多結
晶ダイヤモンド層が、工業等級のダイヤモンドのものを
越えて（220）または（311）方向および（400）方向に
増強された結晶配向を示すものとする。「化学気相蒸
着」という記載により、グラファイト炭素の蒸着を実質
的に回避するような様式で活性化された気相から優先的
に水素と炭素化合物、好ましくは炭化水素との混合物が
ダイヤモンド生成炭素原子に熱分解することに起因する
多結晶ダイヤモンドの層を意図する。この方法に有用な
特定種類の炭素化合物には、メタン、エタン、プロパン
等のようなC1〜C4飽和炭化水素、アセチレン、エチレ
ン、プロピレン等のようなC1〜C4不飽和炭化水素、一酸
化炭素および二酸化炭素のようなＣおよびＯを含有する
ガス、ベンゼン、トルエン、キシレン等のような芳香族
化合物、メタノール、エタノール、プロパノール、ジメ
チルエーテル、ジエチルエーテル、メチルアミン、エチ
ルアミン、アセトンおよび類似材料のようなＣ、Ｈおよ
び少なくとも１つの酸素および／または窒素を含有する
有機化合物が包含される（増強された結晶配向を有する
ダイヤモンド層を蒸着するのに使用し得る有機化合物の
詳細な一覧は米国特許第4,816,286号に与えられてお
り、この特許を参考としてここに取り入れる）。有機化
合物は、1989年１月26日に公開された特開昭64（1989）
−24093号に記載されているように水との混合物とする
ことができ、この特許を参考としてここに取り入れる。
水素ガス中の炭素化合物の濃度は、約0.1％〜約５％、
好ましくは約0.2％〜３％、更に好ましくは約0.5％〜２
％に変化させることができる。このような蒸着方法の結
果得られるダイヤモンド層は、結晶内付着バインダを実
質的に含有しない付着性の個々のクリスタライトまたは
クリスタライトの層様塊状物の形態である。
多結晶ダイヤモンド層は、0.5μｍ〜250μｍの厚さと
することができる。好ましくはダイヤモンド層の厚さは
約0.5μｍ〜約50μｍの厚さとする。更に好ましくはこ
れは約３μｍ〜15μｍとする。
することができる。好ましくはダイヤモンド層の厚さは
約0.5μｍ〜約50μｍの厚さとする。更に好ましくはこ
れは約３μｍ〜15μｍとする。
本発明の多結晶ダイヤモンド膜は、図１に示す反応器
１のようなHFCVD反応器を使用することにより好適な方
法で蒸着することができる。HFCVD技術には、加熱した
フィラメントにより炭化水素および水素の混合物を含有
する供給ガス状混合物を活性化し、加熱した基板上に活
性化したガス状混合物を流して多結晶ダイヤモンド膜を
蒸着することが含まれる。水素中に0.1〜約５％の炭化
水素を含有する供給ガス混合物は、Ｗ、Ta、Mo、Reまた
はこれらの混合物から作成された加熱したフィラメント
を使用することにより、準大気圧（≦100torr）の下で
熱活性化して炭化水素ラジカルおよび原子状水素を生成
させる。フィラメントは、約1800゜〜2250℃の範囲の温
度に電気的に加熱する。膜を蒸着すべき基板は、約650
゜〜825℃の範囲の温度に加熱する。825℃以下における
基板または蒸着温度の制御は、増強された結晶配向、優
れた電気的特性および優れた表面仕上げを有する多結晶
ダイヤモンド膜を蒸着するのに臨界的である。825℃を
越える蒸着温度を使用すると、結果的に無作為の配向の
多結晶ダイヤモンド結晶が得られることが認められた。
一方、650℃未満の蒸着温度を使用すると、結果的に非
常に遅く実際的でない速度でダイヤモンド膜が蒸着され
るのが認められた。
１のようなHFCVD反応器を使用することにより好適な方
法で蒸着することができる。HFCVD技術には、加熱した
フィラメントにより炭化水素および水素の混合物を含有
する供給ガス状混合物を活性化し、加熱した基板上に活
性化したガス状混合物を流して多結晶ダイヤモンド膜を
蒸着することが含まれる。水素中に0.1〜約５％の炭化
水素を含有する供給ガス混合物は、Ｗ、Ta、Mo、Reまた
はこれらの混合物から作成された加熱したフィラメント
を使用することにより、準大気圧（≦100torr）の下で
熱活性化して炭化水素ラジカルおよび原子状水素を生成
させる。フィラメントは、約1800゜〜2250℃の範囲の温
度に電気的に加熱する。膜を蒸着すべき基板は、約650
゜〜825℃の範囲の温度に加熱する。825℃以下における
基板または蒸着温度の制御は、増強された結晶配向、優
れた電気的特性および優れた表面仕上げを有する多結晶
ダイヤモンド膜を蒸着するのに臨界的である。825℃を
越える蒸着温度を使用すると、結果的に無作為の配向の
多結晶ダイヤモンド結晶が得られることが認められた。
一方、650℃未満の蒸着温度を使用すると、結果的に非
常に遅く実際的でない速度でダイヤモンド膜が蒸着され
るのが認められた。
適当な長さのダイヤモンド蒸着時間の後、反応性ガス
状混合物の流れを止め、不活性ガス、すなわちアルゴ
ン、ヘリウム等に前記被覆基板上を通過させ、一方フィ
ラメントは反応器から活性化されたガス状混合物をパー
ジする時間の間電気的に帯電させたままとし、その後フ
ィラメントから帯電を除去することにより被覆された基
板を冷却し、この間不活性ガスによる基板上の通過を継
続するものとする。
状混合物の流れを止め、不活性ガス、すなわちアルゴ
ン、ヘリウム等に前記被覆基板上を通過させ、一方フィ
ラメントは反応器から活性化されたガス状混合物をパー
ジする時間の間電気的に帯電させたままとし、その後フ
ィラメントから帯電を除去することにより被覆された基
板を冷却し、この間不活性ガスによる基板上の通過を継
続するものとする。
ここで図１を参照すると、ダイヤモンド膜を基板７上
に化学気相蒸着させるHFCVD反応器１は、ガス分散シス
テム25、フィラメントネットワーク26および開口支持プ
レート27からなる。ガス分散システム25および開口支持
プレート27は、その表面が反応帯域28を介するガスの流
れの軸に対して垂直となるよう反応器１内で配向するも
のとする。被覆される基板７は、開口基板ヒータ29上に
載置された開口支持プレート27により支持される。基板
ヒータ29は調整可能ロッド30に取り付けられ、これらは
反応器ベース31に埋設されている。基板ヒータ29はリー
ド線32を備え、これに適当な加熱源33から電気加熱電流
が流れる。また基板ヒータ29は、基板温度を測定する熱
電対38および接続電気リード線39（これを介して熱電対
の出力が外部の読出または記録コントローラ40に伝達さ
れる）を備える。本発明の方法の臨界的範囲内で複数の
基板７の温度を正確に記録し制御するため、熱電対38の
先端は図１に示すように基板の１つの頂部表面に直ぐに
隣接させて配置する。
に化学気相蒸着させるHFCVD反応器１は、ガス分散シス
テム25、フィラメントネットワーク26および開口支持プ
レート27からなる。ガス分散システム25および開口支持
プレート27は、その表面が反応帯域28を介するガスの流
れの軸に対して垂直となるよう反応器１内で配向するも
のとする。被覆される基板７は、開口基板ヒータ29上に
載置された開口支持プレート27により支持される。基板
ヒータ29は調整可能ロッド30に取り付けられ、これらは
反応器ベース31に埋設されている。基板ヒータ29はリー
ド線32を備え、これに適当な加熱源33から電気加熱電流
が流れる。また基板ヒータ29は、基板温度を測定する熱
電対38および接続電気リード線39（これを介して熱電対
の出力が外部の読出または記録コントローラ40に伝達さ
れる）を備える。本発明の方法の臨界的範囲内で複数の
基板７の温度を正確に記録し制御するため、熱電対38の
先端は図１に示すように基板の１つの頂部表面に直ぐに
隣接させて配置する。
反応器１の端部は着脱可能な底部プレート31および頂
部プレート42により封止され、これらにより、回りの周
囲雰囲気から内部漏れを特に伴わずに内部を排気し得る
よう反応器１を隔離する。反応帯域28内のガス圧力を制
御し反応生成物ガスを除去するため、底部プレート31は
穿設された開口43を備え、これを介して排気口チューブ
44を真空ポンプ45に適切に連結する。ライン内でこれに
真空計46を接続して反応器隔室内の圧力を表示させるも
のとする。真空ポンプ45を適切に運転することにより、
反応器隔室内のガス圧力を所望に応じて制御することが
できる。
部プレート42により封止され、これらにより、回りの周
囲雰囲気から内部漏れを特に伴わずに内部を排気し得る
よう反応器１を隔離する。反応帯域28内のガス圧力を制
御し反応生成物ガスを除去するため、底部プレート31は
穿設された開口43を備え、これを介して排気口チューブ
44を真空ポンプ45に適切に連結する。ライン内でこれに
真空計46を接続して反応器隔室内の圧力を表示させるも
のとする。真空ポンプ45を適切に運転することにより、
反応器隔室内のガス圧力を所望に応じて制御することが
できる。
ガス入口チューブ47を設け、これは頂部プレート42を
貫通して延在するものとする。ガス入口チューブ47は、
ガス供給ライン48によりガス分散システム25に適切に接
続される。ガス入口チューブ47をガス供給システム（図
示せず）に接続して反応体ガスを所望の流速で反応器に
導入する。
貫通して延在するものとする。ガス入口チューブ47は、
ガス供給ライン48によりガス分散システム25に適切に接
続される。ガス入口チューブ47をガス供給システム（図
示せず）に接続して反応体ガスを所望の流速で反応器に
導入する。
支持プレート27は開口54を含み、ヒータ29はヒータ29
内に図１に示すような開口54と共に整列した開口56を含
み、支持プレート27を介して反応体ガスを流す手段と
し、基板７に隣接する半径方向（滞留地点）流れの程度
を低減すると共に、ここにおける被覆の均一性を改良す
るものとする。支持プレート27および基板ヒータ装置29
は調整可能支持ロッド30を備えるものとし、基板７とフ
ィラメントネットワーク26との間の距離を変化させ、ま
た支持ロッド30は着脱可能に取り付けられたロックナッ
ト60を備えるねじポストよりなるものとする。
内に図１に示すような開口54と共に整列した開口56を含
み、支持プレート27を介して反応体ガスを流す手段と
し、基板７に隣接する半径方向（滞留地点）流れの程度
を低減すると共に、ここにおける被覆の均一性を改良す
るものとする。支持プレート27および基板ヒータ装置29
は調整可能支持ロッド30を備えるものとし、基板７とフ
ィラメントネットワーク26との間の距離を変化させ、ま
た支持ロッド30は着脱可能に取り付けられたロックナッ
ト60を備えるねじポストよりなるものとする。
記載した反応器装置を用い、ガス入口チューブ47およ
びガス供給ライン48を介して反応体ガスを反応器隔室に
導入する。ガス供給ライン47はガス分散システム25に接
続され、これにより実質的に均一な軸方向ガス速度およ
び温度として反応器の反応帯域28に反応体ガスを導入す
る。ガス分散システム25は、反応器キャップ42に適切に
接続された一対の調整可能ロッド73により反応器内に支
持され、ロッド73は着脱可能に取り付けられた適切なロ
ックナット70を備えるねじポストよりなるものとする。
びガス供給ライン48を介して反応体ガスを反応器隔室に
導入する。ガス供給ライン47はガス分散システム25に接
続され、これにより実質的に均一な軸方向ガス速度およ
び温度として反応器の反応帯域28に反応体ガスを導入す
る。ガス分散システム25は、反応器キャップ42に適切に
接続された一対の調整可能ロッド73により反応器内に支
持され、ロッド73は着脱可能に取り付けられた適切なロ
ックナット70を備えるねじポストよりなるものとする。
ガス分散システム25は、開口した底部表面75を備える
薄いハウジング74よりなり、フィラメントネットワーク
26上に反応体ガスを導入し均一に分布させるものであ
る。
薄いハウジング74よりなり、フィラメントネットワーク
26上に反応体ガスを導入し均一に分布させるものであ
る。
フィラメントネットワーク26も、調整可能ロッド73の
１つにより反応帯域28内に支持されている。フィラメン
トネットワーク26はリード線76を備え、これに適切な加
熱源77から加熱電流が流される。フィラメントネットワ
ーク26は反応器の反応帯域28を横断して延在し、フィラ
メントネットワーク26の最大断面積が反応帯域28内のガ
スの流れの軸腺に対して垂直となるよう配向されてい
る。
１つにより反応帯域28内に支持されている。フィラメン
トネットワーク26はリード線76を備え、これに適切な加
熱源77から加熱電流が流される。フィラメントネットワ
ーク26は反応器の反応帯域28を横断して延在し、フィラ
メントネットワーク26の最大断面積が反応帯域28内のガ
スの流れの軸腺に対して垂直となるよう配向されてい
る。
本発明の方法で使用する反応系の形式の更なる詳細
は、1990年３月20日に出願された同時係属中の特許出
願、米国出願番号第497,159号（整理番号723PUS04211）
に認められ、この詳細な説明を参考としてここに取り入
れる。
は、1990年３月20日に出願された同時係属中の特許出
願、米国出願番号第497,159号（整理番号723PUS04211）
に認められ、この詳細な説明を参考としてここに取り入
れる。
本発明の方法の特定の利点および構造は、多結晶ダイ
ヤモンド層が（111）方向に対して（220）または（31
1）方向および（400）方向に増強された結晶配向を示す
よう多結晶ダイヤモンド層を基板上に化学気相蒸着する
点に存在する。ダイヤモンド層の幾つかは、（220）お
よび（400）方向に加えて（311）方向に増強された結晶
配向を示す。この結果、多結晶ダイヤモンド層は特に高
い電気抵抗率（すなわち106ohm−cmより大きい）、高い
破壊電圧（すなわち100ボルトより大きい）および優れ
た表面仕上げを示し、従来技術を越える顕著な改良を与
えるものである。
ヤモンド層が（111）方向に対して（220）または（31
1）方向および（400）方向に増強された結晶配向を示す
よう多結晶ダイヤモンド層を基板上に化学気相蒸着する
点に存在する。ダイヤモンド層の幾つかは、（220）お
よび（400）方向に加えて（311）方向に増強された結晶
配向を示す。この結果、多結晶ダイヤモンド層は特に高
い電気抵抗率（すなわち106ohm−cmより大きい）、高い
破壊電圧（すなわち100ボルトより大きい）および優れ
た表面仕上げを示し、従来技術を越える顕著な改良を与
えるものである。
以下に示す実施例は、この発明の方法およびこれによ
り製造される被覆基板製品を説明するものである。これ
らの実施例は説明の目的のためのみであり、請求の範囲
に記載した範囲を如何なる様式によっても限定するもの
ではない。
り製造される被覆基板製品を説明するものである。これ
らの実施例は説明の目的のためのみであり、請求の範囲
に記載した範囲を如何なる様式によっても限定するもの
ではない。
実施例Ａ〜Ｍおよび対照例Ｎ〜Ｏ 表１に記載したように、多数の多結晶ダイヤモンド蒸
着実験を図１に示す型のHFCVD反応器中で実施した。こ
れらの実験では、２つの長さ1.35インチ×幅0.387イン
チ×厚さ0.062インチのモリブデン試験片をホルダ上に
配置した。超音波浴中で所定の時間の間エチルアルコー
ル中に約80μｍのダイヤモンド粒子を含有するスラリを
用いてこの試験片を予備エッチングした。その後直径約
1mmのチタン線で作成したフィラメント（これは試験片
の約10mm上に配置した）を使用して670゜〜850℃の範囲
の温度に試験片を加熱した。AC電力供給によりこのフィ
ラメントを1850゜〜2260℃の範囲の温度に加熱した。フ
ィラメント温度は複式波長高温計を使用することにより
決定した。ただし基板温度は、図１に示すように１つの
試験片の頂部表面の隣に熱電対を配置することにより決
定した。
着実験を図１に示す型のHFCVD反応器中で実施した。こ
れらの実験では、２つの長さ1.35インチ×幅0.387イン
チ×厚さ0.062インチのモリブデン試験片をホルダ上に
配置した。超音波浴中で所定の時間の間エチルアルコー
ル中に約80μｍのダイヤモンド粒子を含有するスラリを
用いてこの試験片を予備エッチングした。その後直径約
1mmのチタン線で作成したフィラメント（これは試験片
の約10mm上に配置した）を使用して670゜〜850℃の範囲
の温度に試験片を加熱した。AC電力供給によりこのフィ
ラメントを1850゜〜2260℃の範囲の温度に加熱した。フ
ィラメント温度は複式波長高温計を使用することにより
決定した。ただし基板温度は、図１に示すように１つの
試験片の頂部表面の隣に熱電対を配置することにより決
定した。
表１に記載した反応パラメータをこれらの実験で使用
した。蒸着時間を約19時間とした実施例Ａを除き、全て
の実施例および対照例につき約15時間の蒸着時間の後、
供給ガスの流れを10SCCMのH2中の１％CH4から約50SCCM
のHeに切り替えた。約1/2時間後にフィラメントの電力
を切り、Heガスの流れの下で被覆した試験片を冷却し
た。
した。蒸着時間を約19時間とした実施例Ａを除き、全て
の実施例および対照例につき約15時間の蒸着時間の後、
供給ガスの流れを10SCCMのH2中の１％CH4から約50SCCM
のHeに切り替えた。約1/2時間後にフィラメントの電力
を切り、Heガスの流れの下で被覆した試験片を冷却し
た。
これらの実験で蒸着した多結晶ダイヤモンド（PCD）
膜をレーザーラマンスペクトルにより分析してその性状
を決定した。本発明の幾つかのPCD膜のレーザーラマン
スペクトルを図２〜図10に示し、対照例ＮおよびＯの膜
を図11および図12に示す。いずれのスペクトルも約1332
cm-1に強いピークを示したが、これは多結晶ダイヤモン
ドの特徴的な性質である。またデータは少数の膜におい
て1580cm-1付近のマイナーハンプの存在を示し、膜中の
アモルファス炭素を存在を示した。（データを解釈する
際には、アモルファス炭素に対するレーザーラマン応答
は、ダイヤモンドのものの約50倍であることを銘記しな
ければならない。）しかしながら約1580cm-1のハンプの
大きさは非常に小さく、これらの膜中に存在するアモル
ファス炭素の量は寧ろ少ないことを示唆している。した
がってレーザーラマンスペクトルにより、これらの膜が
主として結晶性ダイヤモンドからなることが確認され
た。
膜をレーザーラマンスペクトルにより分析してその性状
を決定した。本発明の幾つかのPCD膜のレーザーラマン
スペクトルを図２〜図10に示し、対照例ＮおよびＯの膜
を図11および図12に示す。いずれのスペクトルも約1332
cm-1に強いピークを示したが、これは多結晶ダイヤモン
ドの特徴的な性質である。またデータは少数の膜におい
て1580cm-1付近のマイナーハンプの存在を示し、膜中の
アモルファス炭素を存在を示した。（データを解釈する
際には、アモルファス炭素に対するレーザーラマン応答
は、ダイヤモンドのものの約50倍であることを銘記しな
ければならない。）しかしながら約1580cm-1のハンプの
大きさは非常に小さく、これらの膜中に存在するアモル
ファス炭素の量は寧ろ少ないことを示唆している。した
がってレーザーラマンスペクトルにより、これらの膜が
主として結晶性ダイヤモンドからなることが確認され
た。
試験片上に蒸着したPCD膜を切片とし、金属組織学的
に分析してその厚さを決定した。試験片は、厚さ２μｍ
〜５μｍのモリブデンカーバイド内部層を有することが
認められた。また、表１に示すように、試験片は４μｍ
〜10μｍの厚さのダイヤモンド被覆が蒸着されているこ
とが認められた。
に分析してその厚さを決定した。試験片は、厚さ２μｍ
〜５μｍのモリブデンカーバイド内部層を有することが
認められた。また、表１に示すように、試験片は４μｍ
〜10μｍの厚さのダイヤモンド被覆が蒸着されているこ
とが認められた。
Ｘ線解析によりPCD膜の特徴を調べ、結晶の配向を決
定した。Ｘ線解析の結果を表２にまとめる。参考の目的
で工業等級ダイヤモンドの結晶の配向を表２に併せて示
す。この値は粉末解析カード＃PDF6−675から得られ、
（HKL）強度の無作為の分布を表す。
定した。Ｘ線解析の結果を表２にまとめる。参考の目的
で工業等級ダイヤモンドの結晶の配向を表２に併せて示
す。この値は粉末解析カード＃PDF6−675から得られ、
（HKL）強度の無作為の分布を表す。
試験片温度をそれぞれ830゜および850℃とした対照例
ＮおよびＯの結晶の配向は、（111）方向に対して（22
0）および（400）方向でやや増強されていた。しかしな
がら、対照例についての（400）ピーク強度は工業等級
ダイヤモンド粉末（無作為配向）で示されたものに極め
て近かった。これらのPCD対照例膜の表面仕上げは、500
0倍拡大の走査電子顕微鏡写真により図13および図14に
示すように、非常に貧弱であることが示された。
ＮおよびＯの結晶の配向は、（111）方向に対して（22
0）および（400）方向でやや増強されていた。しかしな
がら、対照例についての（400）ピーク強度は工業等級
ダイヤモンド粉末（無作為配向）で示されたものに極め
て近かった。これらのPCD対照例膜の表面仕上げは、500
0倍拡大の走査電子顕微鏡写真により図13および図14に
示すように、非常に貧弱であることが示された。
一方実施例Ａ〜ＭのPCD膜は、表２に示すように（11
1）方向に対して（220）および（400）方向で大きく増
強されたのが認められた。実施例Ａ〜ＥおよびＧのPCD
膜も、表２に示すように（111）方向と比較すると（31
1）方向で大きく増強された。更に、実施例Ａ〜Ｍで製
造したPCD膜は、5000倍拡大の走査電子顕微鏡写真に示
すように（図15〜27参照）、対照例ＮおよびＯで与えら
れた仕上げと比較するとより平滑な表面仕上げを示し
た。
1）方向に対して（220）および（400）方向で大きく増
強されたのが認められた。実施例Ａ〜ＥおよびＧのPCD
膜も、表２に示すように（111）方向と比較すると（31
1）方向で大きく増強された。更に、実施例Ａ〜Ｍで製
造したPCD膜は、5000倍拡大の走査電子顕微鏡写真に示
すように（図15〜27参照）、対照例ＮおよびＯで与えら
れた仕上げと比較するとより平滑な表面仕上げを示し
た。
PCD膜の電気的性質（厚さ方向、すなわち基板表面に
垂直な方向で測定）を表２にまとめる。（111）方向に
対して（220）および（400）方向でやや増強された対照
例ＮおよびＯの膜は、低い電気抵抗率および低い破壊電
圧を示したことが銘記される。これらの低い抵抗率およ
び破壊電圧の値に対して、（220）および（400）方向で
結晶が大きく増強された本発明の実施例Ａ〜ＭのPCD膜
は、非常に高い電気抵抗率および破壊電圧の値を示し
た。
垂直な方向で測定）を表２にまとめる。（111）方向に
対して（220）および（400）方向でやや増強された対照
例ＮおよびＯの膜は、低い電気抵抗率および低い破壊電
圧を示したことが銘記される。これらの低い抵抗率およ
び破壊電圧の値に対して、（220）および（400）方向で
結晶が大きく増強された本発明の実施例Ａ〜ＭのPCD膜
は、非常に高い電気抵抗率および破壊電圧の値を示し
た。
対照例Ｏ並びに実施例ＨおよびＬで蒸着したPCD膜
を、窒素核反応（NNR）分析技術を使用することにより
水素含有量について分析した。対照例Ｏの膜は、0.2原
子パーセントの水素を含有することが認められた。この
量は低いものであり、対照例Ｏで製造した膜の電気的性
質の低減を生起するものではないと考えられる。これに
対して、実施例ＨおよびＬで製造した膜はそれぞれ0.4
および0.3原子パーセントの水素を含有することが認め
られた。実施例ＨおよびＬで製造した膜は対照例Ｏの膜
より高い量の水素を含有していたにも拘らず、それらの
電気的特性は対照例Ｏの膜より遥かに優れていた。この
事実は、膜の水素含有量は、発明の背景として前記言及
したケー・ブイ・ラビとエム・アイ・ランドシュトラウ
スによる論文に記載されている程には重要ではないこと
を示したものである。更に、前記したデータから、電気
的特性の改良は（220）および（400）方向または（22
0）、（311）および（400）方向での結晶配向の増強に
関する筈であるという結論に帰着する。
を、窒素核反応（NNR）分析技術を使用することにより
水素含有量について分析した。対照例Ｏの膜は、0.2原
子パーセントの水素を含有することが認められた。この
量は低いものであり、対照例Ｏで製造した膜の電気的性
質の低減を生起するものではないと考えられる。これに
対して、実施例ＨおよびＬで製造した膜はそれぞれ0.4
および0.3原子パーセントの水素を含有することが認め
られた。実施例ＨおよびＬで製造した膜は対照例Ｏの膜
より高い量の水素を含有していたにも拘らず、それらの
電気的特性は対照例Ｏの膜より遥かに優れていた。この
事実は、膜の水素含有量は、発明の背景として前記言及
したケー・ブイ・ラビとエム・アイ・ランドシュトラウ
スによる論文に記載されている程には重要ではないこと
を示したものである。更に、前記したデータから、電気
的特性の改良は（220）および（400）方向または（22
0）、（311）および（400）方向での結晶配向の増強に
関する筈であるという結論に帰着する。
それぞれ図29および30に示すように、PCD膜の電気抵
抗率を、（220）および（400）方向における膜の結晶増
強に対してプロットした。図29および30は、（220）お
よび（400）方向における膜の結晶配向の増加に伴う膜
抵抗率の増加を示すものである。またこれらの図は、
（220）および（400）方向における結晶の相対強度は、
高い電気抵抗率および高い破壊電圧（すなわちそれぞれ
１×106Ohm−cmおよび100ボルトより大きい）を有するP
CD膜を蒸着するためには、それぞれ約47および約11.3以
上でなければならないことを示す。
抗率を、（220）および（400）方向における膜の結晶増
強に対してプロットした。図29および30は、（220）お
よび（400）方向における膜の結晶配向の増加に伴う膜
抵抗率の増加を示すものである。またこれらの図は、
（220）および（400）方向における結晶の相対強度は、
高い電気抵抗率および高い破壊電圧（すなわちそれぞれ
１×106Ohm−cmおよび100ボルトより大きい）を有するP
CD膜を蒸着するためには、それぞれ約47および約11.3以
上でなければならないことを示す。
図31に示すように、実施例Ａ〜Ｍおよび対照例Ｎおよ
びＯで製造したPCD膜の電気抵抗率を蒸着温度に対して
プロットした。図31は、増強された結晶配向、高い電気
抵抗率および高い破壊電圧を有するPCD膜を製造するた
めには、蒸着温度は約825℃未満に制御しなければなら
ないことを示す。これは予期せぬ顕著な発見である。
びＯで製造したPCD膜の電気抵抗率を蒸着温度に対して
プロットした。図31は、増強された結晶配向、高い電気
抵抗率および高い破壊電圧を有するPCD膜を製造するた
めには、蒸着温度は約825℃未満に制御しなければなら
ないことを示す。これは予期せぬ顕著な発見である。
実施例Ｐ 図１に示した型のHFCVD反応器中で表１に記載した他
のPCD蒸着実験を実施した。実施例Ａ〜Ｍおよび比較例
ＮおよびＯに記載したものに類似する２つのモリブデン
試験片をホルダ上に配置し、2200゜〜2220℃の範囲のフ
ィラメント温度、808゜〜820℃で変化する基板温度、30
torrの全圧および10SCCMの水素中の１％CH4を使用して
約14時間ダイヤモンドを蒸着した。前記した手順を同様
に使用してダイヤモンドスラリを用いて試験片を予備エ
ッチングした。被覆された試験片のそれぞれは、図28に
示すように極めて平滑な表面仕上げを有していた。更
に、試験片は約９μｍの厚さのダイヤモンドの膜の下に
約４μｍの厚さのモリブデンカーバイドの内部膜を有し
ていた。表２に示すように、PCD膜の結晶は、（111）方
向に対して（220）、（311）および（400）方向に強く
配向していた。膜の電気的性質は測定しなかったが、こ
れらは優れているものと考えられる。したがってこの実
施例は、低い蒸着温度を使用して、優れた電気的性質お
よび良好な表面仕上げを有する高い配向のPCD膜を蒸着
することができることを示したものである。
のPCD蒸着実験を実施した。実施例Ａ〜Ｍおよび比較例
ＮおよびＯに記載したものに類似する２つのモリブデン
試験片をホルダ上に配置し、2200゜〜2220℃の範囲のフ
ィラメント温度、808゜〜820℃で変化する基板温度、30
torrの全圧および10SCCMの水素中の１％CH4を使用して
約14時間ダイヤモンドを蒸着した。前記した手順を同様
に使用してダイヤモンドスラリを用いて試験片を予備エ
ッチングした。被覆された試験片のそれぞれは、図28に
示すように極めて平滑な表面仕上げを有していた。更
に、試験片は約９μｍの厚さのダイヤモンドの膜の下に
約４μｍの厚さのモリブデンカーバイドの内部膜を有し
ていた。表２に示すように、PCD膜の結晶は、（111）方
向に対して（220）、（311）および（400）方向に強く
配向していた。膜の電気的性質は測定しなかったが、こ
れらは優れているものと考えられる。したがってこの実
施例は、低い蒸着温度を使用して、優れた電気的性質お
よび良好な表面仕上げを有する高い配向のPCD膜を蒸着
することができることを示したものである。
実施例Ｑ 図１に示した型のHFCVD反応器中で他のPCD蒸着実験を
実施した。この実験では、２つの長さ1.35インチ×幅0.
387インチのシリコンウェーハの小片をホルダに配置し
た。蒸着の前に、エチルアルコール中に80μｍのダイヤ
モンド粒子を含むスラリを用いて１時間小片をエッチン
グした。その後、試験片の上〜10mmに配置した〜1mm直
径のタンタル線から作成したフィラメントを使用し、こ
れらを750℃の温度に加熱した。AC電源を使用してフィ
ラメントを〜1950℃の温度に加熱した。水素中の１％メ
タンの〜10SCCMの流れを使用し、ダイヤモンドを20時間
蒸着した。この蒸着時間の後、供給ガスの流れを、10SC
CMのH2中の１％CH4から50SCCMのHeに切り替えた。〜1/2
時間後にフィラメントの電力を切り、被覆した小片をガ
スの流れの下で冷却した。
実施した。この実験では、２つの長さ1.35インチ×幅0.
387インチのシリコンウェーハの小片をホルダに配置し
た。蒸着の前に、エチルアルコール中に80μｍのダイヤ
モンド粒子を含むスラリを用いて１時間小片をエッチン
グした。その後、試験片の上〜10mmに配置した〜1mm直
径のタンタル線から作成したフィラメントを使用し、こ
れらを750℃の温度に加熱した。AC電源を使用してフィ
ラメントを〜1950℃の温度に加熱した。水素中の１％メ
タンの〜10SCCMの流れを使用し、ダイヤモンドを20時間
蒸着した。この蒸着時間の後、供給ガスの流れを、10SC
CMのH2中の１％CH4から50SCCMのHeに切り替えた。〜1/2
時間後にフィラメントの電力を切り、被覆した小片をガ
スの流れの下で冷却した。
シリコン小片は、厚さ≦１μｍのシリコンカーバイド
内部層を有することが認められた。また、小片は均一で
付着性の厚さ〜４μｍのダイヤモンド被覆が蒸着されて
いることが認められた。この被覆は図32に示すように平
滑な表面仕上げを有していた。Ｘ線回折分析により、
（311）および（400）方向における増強された結晶配向
が明らかとなった（表３参照）。更に、表３に示すよう
に、PCD膜は極めて高い電気抵抗率を示した。
内部層を有することが認められた。また、小片は均一で
付着性の厚さ〜４μｍのダイヤモンド被覆が蒸着されて
いることが認められた。この被覆は図32に示すように平
滑な表面仕上げを有していた。Ｘ線回折分析により、
（311）および（400）方向における増強された結晶配向
が明らかとなった（表３参照）。更に、表３に示すよう
に、PCD膜は極めて高い電気抵抗率を示した。
したがってこの実施例は、（311）および（400）方向
に増強された結晶配向および優れた電気的性質を有する
PCD膜をシリコン基板上に蒸着することができることを
示したものである。
に増強された結晶配向および優れた電気的性質を有する
PCD膜をシリコン基板上に蒸着することができることを
示したものである。
前記した説明から、当業者であれば、本発明は、単結
晶、多結晶材料、金属、金属合金、金属の混合物または
セラミック材料とし得る基板と、（111）方向に対して
（220）および（400）方向に増強された結晶配向を有す
る多結晶ダイヤモンド膜とから構成されたダイヤモンド
載置基板製品を製造する新規な方法を提供するものであ
ることを容易に確認することができる。この発明は、多
結晶ダイヤモンドの電気的性質を十分に利用して、１つ
の電子装置および回路と他のものとの、またベース基板
との電気的絶縁を与えることを可能とするものである。
晶、多結晶材料、金属、金属合金、金属の混合物または
セラミック材料とし得る基板と、（111）方向に対して
（220）および（400）方向に増強された結晶配向を有す
る多結晶ダイヤモンド膜とから構成されたダイヤモンド
載置基板製品を製造する新規な方法を提供するものであ
ることを容易に確認することができる。この発明は、多
結晶ダイヤモンドの電気的性質を十分に利用して、１つ
の電子装置および回路と他のものとの、またベース基板
との電気的絶縁を与えることを可能とするものである。
対照例ＮおよびＯの貧弱な電気的特性は、無作為の結
晶配向、粒子境界に存在する不純物、および膜の（11
1）面に存する多数の積層欠陥や対合のような構造的不
備に関連させ得る。実施例Ａ〜Ｍの膜の電気的性質の改
良は、（111）に対する（220）および（400）方向また
は（220）、（311）および（400）方向の増強された結
晶配向に関連するものである。またこれは、粒子境界に
存在する不純物の低減や、膜の（111）面上に存する積
層欠陥や対合の数が少ないことのような構造的不備の程
度が低いことに関連させ得る。また改良された電気的性
質は、内部結合粒子境界の全体数の低減に関連させ得
る。一般に、（220）および（400）方向または（22
0）、（311）および（400）方向の増強された結晶配向
を有するPCD膜は、相当程度の結晶完備を有することが
でき、この結果無作為に配向した膜と比較すると改良さ
れた電気的性質を有するPCD膜が得られるものである。
晶配向、粒子境界に存在する不純物、および膜の（11
1）面に存する多数の積層欠陥や対合のような構造的不
備に関連させ得る。実施例Ａ〜Ｍの膜の電気的性質の改
良は、（111）に対する（220）および（400）方向また
は（220）、（311）および（400）方向の増強された結
晶配向に関連するものである。またこれは、粒子境界に
存在する不純物の低減や、膜の（111）面上に存する積
層欠陥や対合の数が少ないことのような構造的不備の程
度が低いことに関連させ得る。また改良された電気的性
質は、内部結合粒子境界の全体数の低減に関連させ得
る。一般に、（220）および（400）方向または（22
0）、（311）および（400）方向の増強された結晶配向
を有するPCD膜は、相当程度の結晶完備を有することが
でき、この結果無作為に配向した膜と比較すると改良さ
れた電気的性質を有するPCD膜が得られるものである。
この発明の精神および範囲を逸脱することなく、当業
者であれば種々の用途や条件に適合すべく、この発明に
対して種々の変更や改変をなし得るであろう。いずれに
しろ、このような変更や改変は、適式に、公正にかつ意
図されたものとして以下の請求の範囲の均等物の全範囲
内に存するものである。
者であれば種々の用途や条件に適合すべく、この発明に
対して種々の変更や改変をなし得るであろう。いずれに
しろ、このような変更や改変は、適式に、公正にかつ意
図されたものとして以下の請求の範囲の均等物の全範囲
内に存するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツァイ ウィルマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クーパーティノ ステンダール レーン 740 (72)発明者 ダイア ポール ナイジェル アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 18103 アレンタウン プレザント ア ベニュー 3920 (72)発明者 キーモック フレッド エム アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 18062 マクンギー マグノリア サー クル 2961 (72)発明者 イアムピエトロ ロバート エル アメリカ合衆国 ペンシルバニア州 18049 エメイアス サウス フォース ストリート 210 (56)参考文献 特開 平３−93695（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−277776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 31/00 - 31/06 C23C 14/06 C23C 16/27 C30B 29/04 B32B 9/00 H01L 21/205 H01L 23/14
Claims (4)
- 【請求項１】親基板と多結晶ダイヤモンド層とから構成
され、前記親基板が単結晶、多結晶材料、金属、金属合
金、金属の混合物、セラミック材料およびこれらの混合
物よりなる群から選択される材料を含み、前記多結晶ダ
イヤモンド層が前記親基板上に化学気相蒸着され、平滑
な表面仕上げ、工業等級のダイヤモンド粉末と比較して
（111）方向に対して（220）および（400）方向に増強
された結晶配向を含む少なくとも２つの面で増強された
結晶配向並びに高い電気抵抗率および破壊電圧を有し、
100に標準化した（111）方向に対してそれぞれ少なくと
も47％及び11.3％の（220）及び（400）方向における反
射強度を示す被覆基板製品。 - 【請求項２】被覆基板製品を製造するための化学気相蒸
着方法において、単結晶、多結晶材料、金属、金属合
金、金属の混合物、セラミック材料およびこれらの混合
物よりなる群から選択される材料を含む親基板を用い、
熱フィラメントの存在下で前記親基板上に多結晶ダイヤ
モンド層を化学気相蒸着し、その際の条件を前記ダイヤ
モンド層が平滑な表面仕上げ、工業等級のダイヤモンド
粉末と比較して（111）方向に対して（220）および（40
0）方向に増強された結晶配向を含む少なくとも２つの
面で増強された結晶配向並びに高い電気抵抗率および破
壊電圧を有し、100に標準化した（111）方向に対してそ
れぞれ少なくとも47％及び11.3％の（220）及び（400）
方向における反射強度を示すものとする化学気相蒸着方
法。 - 【請求項３】被覆基板製品を製造するための化学気相蒸
着方法において、単結晶、多結晶材料、金属、金属合
金、金属の混合物、セラミック材料およびこれらの混合
物よりなる群から選択される材料を含む親基板を熱フィ
ラメント化学気相蒸着反応器中に配置し、通電して約18
00〜2250℃の範囲を温度としたフィラメントにより約65
0〜825℃の範囲の温度に前記親基板を加熱し、加熱した
基板上に多結晶ダイヤモンド層を化学気相蒸着する時間
の間前記反応器中に炭化水素と水素とのガス状混合物を
通過させ、前記ガス状混合物を前記反応器から除去する
時間の間前記フィラメントに通電させたままとしつつ前
記被覆した基板上に不活性ガスを通過させ、前記フィラ
メントへの通電を停止して基板上における不活性ガスの
通過を継続することにより前記基板を冷却し、高い電気
抵抗率および破壊電圧を示し、工業等級のダイヤモンド
粉末と比較して（111）方向に対して（220）および（40
0）方向に増強された結晶配向を示すもの、（311）およ
び（400）方向に増強された結晶配向を示すもの及び（2
20）、（311）および（400）方向に増強された結晶配向
を示すものよりなる群から選択される約0.5μｍ〜約50
μｍの平滑な多結晶ダイヤモンド層が被覆された基板を
回収することを特徴とする化学気相蒸着方法。 - 【請求項４】親基板と、それぞれの層が実質的に均一な
微細構造及び高い電気抵抗率を有する、別々に蒸着され
た複数の多結晶ダイヤモンド層とから構成され、前記親
基板は単結晶、多結晶材料、金属、金属合金、金属の混
合物、セラミック材料およびこれらの混合物よりなる群
から選択される材料を含み、前記ダイヤモンド層は、第
一の多結晶ダイヤモンド層と少なくとも第二の多結晶ダ
イヤモンド層とを含み前記第一の多結晶ダイヤモンド層
は少なくとも１セットの２サイクルのうちの第一のサイ
クルの間に前記親基板上に化学気相蒸着され、平滑な表
面仕上げ、工業等級のダイヤモンド粉末と比較して（11
1）方向に対して（220）および（400）方向に増強され
た配向を含む少なくとも２つの面で少なくとも部分的に
規則的な結晶配向並びに高い電気抵抗率および破壊電圧
を有し、100に標準化した（111）方向に対してそれぞれ
少なくとも47％及び11.3％の（220）及び（400）方向に
おける反射強度を示し、前記第二の多結晶ダイヤモンド
層は蒸着条件が第一のサイクルのものとは大巾に異な
る、第二のサイクルの間に前記被覆基板に化学気相蒸着
されものである被覆基板製品。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US49716190A | 1990-03-20 | 1990-03-20 | |
| US497,161 | 1990-03-20 | ||
| PCT/US1991/001828 WO1991014572A1 (en) | 1990-03-20 | 1991-03-18 | Diamond-on-a-substrate for electronic applications |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05506064A JPH05506064A (ja) | 1993-09-02 |
| JP3136307B2 true JP3136307B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=23975715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03507272A Expired - Lifetime JP3136307B2 (ja) | 1990-03-20 | 1991-03-18 | 電子用途用ダイヤモンド載置基板 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5126206A (ja) |
| EP (1) | EP0526468B1 (ja) |
| JP (1) | JP3136307B2 (ja) |
| AT (1) | ATE167428T1 (ja) |
| DE (1) | DE69129625T2 (ja) |
| WO (1) | WO1991014572A1 (ja) |
Families Citing this family (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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