JP3185289B2 - ダイヤモンドの成膜方法 - Google Patents
ダイヤモンドの成膜方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種機器のコーティン
グ材料、またはヒートシンク、静電チャック等の材料に
用いて好適なダイヤモンドの成膜方法に係わる。
グ材料、またはヒートシンク、静電チャック等の材料に
用いて好適なダイヤモンドの成膜方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、高い耐磨耗性を有する
ために、例えば磁気ヘッド或いはビデオ用シリンダ等の
各種コーティング材料として注目されており、また熱伝
導性及び絶縁性が良好であることから、半導体のヒート
シンクや或いはウェファの静電チャック等の構成材料と
して用いることが試みられている。
ために、例えば磁気ヘッド或いはビデオ用シリンダ等の
各種コーティング材料として注目されており、また熱伝
導性及び絶縁性が良好であることから、半導体のヒート
シンクや或いはウェファの静電チャック等の構成材料と
して用いることが試みられている。
【０００３】このようなダイヤモンドを例えばＳｉ基板
上に形成する方法としては、例えば１０μｍ〜４０μｍ
程度の粒径のダイヤモンドパウダーとＳｉ基板とをエタ
ノール溶液中に入れて超音波洗浄器で振動を与えること
により、基板表面に直径７００Å、深さ１００Å程度の
溝を形成し、その溝をダイヤモンド結晶核中心として、
ダイヤモンドの合成を行っていた。
上に形成する方法としては、例えば１０μｍ〜４０μｍ
程度の粒径のダイヤモンドパウダーとＳｉ基板とをエタ
ノール溶液中に入れて超音波洗浄器で振動を与えること
により、基板表面に直径７００Å、深さ１００Å程度の
溝を形成し、その溝をダイヤモンド結晶核中心として、
ダイヤモンドの合成を行っていた。
【０００４】しかしながら、この方法では、溝の分布が
一様ではなく、溝のサイズも自由にコントロールできな
いために、ダイヤモンド結晶の核発生密度分布が広くな
るという問題があり、また、この方法では核発生密度は
５×１０3／ｃｍ2 が限界であった。
一様ではなく、溝のサイズも自由にコントロールできな
いために、ダイヤモンド結晶の核発生密度分布が広くな
るという問題があり、また、この方法では核発生密度は
５×１０3／ｃｍ2 が限界であった。
【０００５】このような低い核発生密度でダイヤモンド
が成長した場合、膜厚１μｍ以下ではダイヤモンド粒子
が点在しているだけで連続膜にならず、膜厚３μｍまで
成長させても膜表面には大きな凹凸が存在し、膜厚のば
らつきは３インチφの基板上で±２０％と比較的大きか
った。
が成長した場合、膜厚１μｍ以下ではダイヤモンド粒子
が点在しているだけで連続膜にならず、膜厚３μｍまで
成長させても膜表面には大きな凹凸が存在し、膜厚のば
らつきは３インチφの基板上で±２０％と比較的大きか
った。
【０００６】また、メタン・水素混合プラズマ中に、表
面が平滑に加工され、負のバイアス電圧を印加したＳｉ
基板をさらすことによって単層膜の上にダイヤモンドを
合成したという報告がある（Y.Yugo et al.Appl.Pyhs.L
ett.58(10),11 March 1991 pp1036-1038）。この方法に
おいては、基板表面における炭素の過飽和度は高くなる
が、質量数の大きなＣ+ 、ＣＨ+ 等のイオンによるエッ
チングと炭素原子の付着が同時に進行するために炭素膜
を形成した後の表面には、直径６０ｎｍ〜８０ｎｍ、深
さ５ｎｍ〜１０ｎｍの溝が形成されており、ダイヤモン
ド結晶の核発生密度は５×１０10／ｃｍ2が限界であっ
た。
面が平滑に加工され、負のバイアス電圧を印加したＳｉ
基板をさらすことによって単層膜の上にダイヤモンドを
合成したという報告がある（Y.Yugo et al.Appl.Pyhs.L
ett.58(10),11 March 1991 pp1036-1038）。この方法に
おいては、基板表面における炭素の過飽和度は高くなる
が、質量数の大きなＣ+ 、ＣＨ+ 等のイオンによるエッ
チングと炭素原子の付着が同時に進行するために炭素膜
を形成した後の表面には、直径６０ｎｍ〜８０ｎｍ、深
さ５ｎｍ〜１０ｎｍの溝が形成されており、ダイヤモン
ド結晶の核発生密度は５×１０10／ｃｍ2が限界であっ
た。
【０００７】またこの方法により厚さ３μｍのダイヤモ
ンドを成膜した場合、３インチφの基板上で±１０％の
膜厚のばらつきがあった。
ンドを成膜した場合、３インチφの基板上で±１０％の
膜厚のばらつきがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うなダイヤモンドの成膜方法において、ダイヤモンド結
晶核の発生密度を高め、成膜後の膜厚のばらつきを抑制
して、より均一なダイヤモンド膜を得ることを目的とす
る。
うなダイヤモンドの成膜方法において、ダイヤモンド結
晶核の発生密度を高め、成膜後の膜厚のばらつきを抑制
して、より均一なダイヤモンド膜を得ることを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明ダイヤモンドの成
膜方法は、無機耐熱性基体上に、気相化学成長法を用い
てダイヤモンド膜を形成するダイヤモンドの成膜方法に
おいて、その一例の一製造工程図を図１に示すように、
無機耐熱性基体１の表面に、予め水素プラズマの照射に
より多数の微小な凹部２を形成した後ダイヤモンドを成
膜する。
膜方法は、無機耐熱性基体上に、気相化学成長法を用い
てダイヤモンド膜を形成するダイヤモンドの成膜方法に
おいて、その一例の一製造工程図を図１に示すように、
無機耐熱性基体１の表面に、予め水素プラズマの照射に
より多数の微小な凹部２を形成した後ダイヤモンドを成
膜する。
【００１０】本発明の他の一によるダイヤモンドの成膜
方法は、上述の成膜方法において、凹部２の開口幅Ｗを
５〜５０ｎｍ、深さＤを２〜５０ｎｍとして、この凹部
２の密度を１×１０9 〜１×１０12／ｃｍ2 とする。
方法は、上述の成膜方法において、凹部２の開口幅Ｗを
５〜５０ｎｍ、深さＤを２〜５０ｎｍとして、この凹部
２の密度を１×１０9 〜１×１０12／ｃｍ2 とする。
【００１１】また本発明の他の一によるダイヤモンドの
成膜方法は、上述の成膜方法において、凹部の開口幅を
２〜５０ｎｍ、深さを１〜５０ｎｍとし、この凹部の密
度を１×１０9 〜１×１０13／ｃｍ2 として、この凹部
上に、予め厚さを１〜３０ｎｍで且つ上記凹部の深さ以
下の厚さとされ、主としてアモルファス及び／又はグラ
ファイトから成る炭素膜を形成した後ダイヤモンドを成
膜する。
成膜方法は、上述の成膜方法において、凹部の開口幅を
２〜５０ｎｍ、深さを１〜５０ｎｍとし、この凹部の密
度を１×１０9 〜１×１０13／ｃｍ2 として、この凹部
上に、予め厚さを１〜３０ｎｍで且つ上記凹部の深さ以
下の厚さとされ、主としてアモルファス及び／又はグラ
ファイトから成る炭素膜を形成した後ダイヤモンドを成
膜する。
【００１２】
【作用】上述したように、本発明によるダイヤモンドの
成膜方法においては、ダイヤモンドを成膜する無機耐熱
性基体１上に例えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置やマイクロ波ＣＶＤ装置
等を用いて発生させた水素プラズマを予め照射して凹部
２を形成するものであり、このように水素プラズマを照
射する場合は、その水素ガス圧や基体へのバイアス電圧
を適切に選定することによって、基体１の表面に形成す
る凹部２の直径及び深さを適切に制御することができる
ものである。つまり、前述の従来方法のように、メタン
・水素の混合ガスを用いることなく質量数の小さいＨ+
イオンによりエッチングを行うため、目的とする深さ及
び開口幅の凹部２を、無機耐熱性基体１の表面に形成す
ることができる。従って、ダイヤモンド結晶の核発生中
心となる微細な凹部２を、比較的大面積の基体上に一様
に形成することができ、これにより、ダイヤモンドをＣ
ＶＤ法等により成膜するときにその膜厚のばらつきを抑
制することができて、均一な膜厚のダイヤモンドを成膜
することができる。
成膜方法においては、ダイヤモンドを成膜する無機耐熱
性基体１上に例えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置やマイクロ波ＣＶＤ装置
等を用いて発生させた水素プラズマを予め照射して凹部
２を形成するものであり、このように水素プラズマを照
射する場合は、その水素ガス圧や基体へのバイアス電圧
を適切に選定することによって、基体１の表面に形成す
る凹部２の直径及び深さを適切に制御することができる
ものである。つまり、前述の従来方法のように、メタン
・水素の混合ガスを用いることなく質量数の小さいＨ+
イオンによりエッチングを行うため、目的とする深さ及
び開口幅の凹部２を、無機耐熱性基体１の表面に形成す
ることができる。従って、ダイヤモンド結晶の核発生中
心となる微細な凹部２を、比較的大面積の基体上に一様
に形成することができ、これにより、ダイヤモンドをＣ
ＶＤ法等により成膜するときにその膜厚のばらつきを抑
制することができて、均一な膜厚のダイヤモンドを成膜
することができる。
【００１３】また本発明の他の一による成膜方法によれ
ば、上述の成膜方法において、特に凹部２の開口幅Ｗを
５〜５０ｎｍ、深さＤを２〜５０ｎｍと選定し、この凹
部２の密度を１×１０9 〜１×１０12／ｃｍ2 とするこ
とによって、１×１０9 〜１×１０11／ｃｍ2 程度の従
来に比し高い核発生密度でダイヤモンドを生成すること
ができた。
ば、上述の成膜方法において、特に凹部２の開口幅Ｗを
５〜５０ｎｍ、深さＤを２〜５０ｎｍと選定し、この凹
部２の密度を１×１０9 〜１×１０12／ｃｍ2 とするこ
とによって、１×１０9 〜１×１０11／ｃｍ2 程度の従
来に比し高い核発生密度でダイヤモンドを生成すること
ができた。
【００１４】これは、凹部２の開口幅Ｗが５ｎｍ未満
で、深さＤが２ｎｍ未満のときはダイヤモンド結晶が成
長して臨界核のサイズになる前に水素プラズマでエッチ
ングされる確率が高く、核発生密度が低くなる。また、
凹部２の開口幅Ｗ又は深さＤが５０ｎｍを越える場合は
エッチングされる確率は低くなるものの、凹部２の密度
が低くなるため核発生密度が５×１０8 ／ｃｍ2以下に
なり目的とする核発生密度が得られない。従って、上述
したように凹部２の開口幅Ｗ及び深さＤを選定すること
によって、高い核発生密度が得られるものと思われる。
で、深さＤが２ｎｍ未満のときはダイヤモンド結晶が成
長して臨界核のサイズになる前に水素プラズマでエッチ
ングされる確率が高く、核発生密度が低くなる。また、
凹部２の開口幅Ｗ又は深さＤが５０ｎｍを越える場合は
エッチングされる確率は低くなるものの、凹部２の密度
が低くなるため核発生密度が５×１０8 ／ｃｍ2以下に
なり目的とする核発生密度が得られない。従って、上述
したように凹部２の開口幅Ｗ及び深さＤを選定すること
によって、高い核発生密度が得られるものと思われる。
【００１５】この本発明によりダイヤモンド膜を成膜し
た場合、膜厚３００ｎｍで連続膜となり、厚さ３μｍの
ときの膜厚のばらつきは、３インチφの基体上で±７％
以内とすることができ、従来に比し均一な膜厚で、しか
も基体との密着力の大きいダイヤモンド膜を得ることが
できた。
た場合、膜厚３００ｎｍで連続膜となり、厚さ３μｍの
ときの膜厚のばらつきは、３インチφの基体上で±７％
以内とすることができ、従来に比し均一な膜厚で、しか
も基体との密着力の大きいダイヤモンド膜を得ることが
できた。
【００１６】更にまた本発明の他の一による成膜方法に
よれば、上述の成膜方法において、凹部の開口幅を２〜
５０ｎｍ、深さを１〜５０ｎｍとして、この凹部の密度
を１×１０9 〜１×１０13／ｃｍ2 とし、更にこの上に
適切な厚さの炭素膜を成膜することによって、更に小さ
い凹部を核発生中心とすることができて、３×１０9 〜
１×１０12／ｃｍ2 程度と従来に比し格段に高い核発生
密度でダイヤモンドを生成することできた。
よれば、上述の成膜方法において、凹部の開口幅を２〜
５０ｎｍ、深さを１〜５０ｎｍとして、この凹部の密度
を１×１０9 〜１×１０13／ｃｍ2 とし、更にこの上に
適切な厚さの炭素膜を成膜することによって、更に小さ
い凹部を核発生中心とすることができて、３×１０9 〜
１×１０12／ｃｍ2 程度と従来に比し格段に高い核発生
密度でダイヤモンドを生成することできた。
【００１７】この場合、凹部の開口幅が２ｎｍ未満で、
深さが１ｎｍ未満のときは、炭素膜の生成により凹部が
平坦化されてしまい、表面における炭素の過飽和度は高
くなるが核発生密度が５×１０8 ／ｃｍ2 以下となって
しまう。また開口幅又は深さが５０ｎｍを越えるとき
は、上述の本発明と同様に、エッチングされる確率は低
くなるものの、凹部の密度が低くなるため核発生密度が
５×１０8 ／ｃｍ2 以下になり目的とする核発生密度が
得られない。
深さが１ｎｍ未満のときは、炭素膜の生成により凹部が
平坦化されてしまい、表面における炭素の過飽和度は高
くなるが核発生密度が５×１０8 ／ｃｍ2 以下となって
しまう。また開口幅又は深さが５０ｎｍを越えるとき
は、上述の本発明と同様に、エッチングされる確率は低
くなるものの、凹部の密度が低くなるため核発生密度が
５×１０8 ／ｃｍ2 以下になり目的とする核発生密度が
得られない。
【００１８】また炭素膜の厚さを１ｎｍ未満とする場
合、無機耐熱性基体の表面の炭素の過飽和度を高くする
効果が小さく、凹部のサイズ即ち開口幅及び深さにかか
わらず、核発生密度の増加は観察されない。一方炭素膜
の厚さが３ｎｍを越える場合は、予め形成しておいた凹
部が平坦化されるためにダイヤモンドの核発生密度が低
くなり、更にその上に形成したダイヤモンドに不定形炭
素が多く含まれ、結晶の自形面が見られなくなる等、結
晶性の低下を招く。
合、無機耐熱性基体の表面の炭素の過飽和度を高くする
効果が小さく、凹部のサイズ即ち開口幅及び深さにかか
わらず、核発生密度の増加は観察されない。一方炭素膜
の厚さが３ｎｍを越える場合は、予め形成しておいた凹
部が平坦化されるためにダイヤモンドの核発生密度が低
くなり、更にその上に形成したダイヤモンドに不定形炭
素が多く含まれ、結晶の自形面が見られなくなる等、結
晶性の低下を招く。
【００１９】このため、上述したように凹部の開口幅及
び深さ、更にこの上に形成する炭素膜の厚さを選定する
ことによって、高い核発生密度が得られるものと思われ
る。
び深さ、更にこの上に形成する炭素膜の厚さを選定する
ことによって、高い核発生密度が得られるものと思われ
る。
【００２０】この本発明によりダイヤモンド膜を成膜し
た場合、厚さ３μｍのときの膜厚のばらつきは、３イン
チφの基体上で±５％以内と更に小さくすることがで
き、より均一な膜厚のダイヤモンドを得ることができ
た。
た場合、厚さ３μｍのときの膜厚のばらつきは、３イン
チφの基体上で±５％以内と更に小さくすることがで
き、より均一な膜厚のダイヤモンドを得ることができ
た。
【００２１】
【実施例】以下本発明によるダイヤモンドの成膜方法の
各例を、その理解を容易にするために従来方法による比
較例と共に詳細に説明する。
各例を、その理解を容易にするために従来方法による比
較例と共に詳細に説明する。
【００２２】先ず、図２に示すＥＣＲマイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置を用いて、反応ガスに水素を使用し、水素
ガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、マイクロ波入力を１ｋＷ、
無機耐熱性基体のバイアス電圧を−３０Ｖ、図示しない
がヒーター等の加熱手段により基体を１００℃に加熱し
て水素プラズマを照射した。図２において、１０は真空
容器、１１は反応ガスのガス導入管、１２はマグネトロ
ン、１３はターボポンプ等の排気手段（図示せず）に接
続される排気口、１４はプラズマ反応室、１５はヒータ
ー等の加熱手段（図示せず）が設けられた基体１の載置
台、１６はバイアス電圧印加用の電源を示し、矢印ｍは
マイクロ波、矢印ｈは反応ガス、矢印ａは排気ガスの流
れをそれぞれ示す。この場合、無機耐熱性基体１として
抵抗率が０．０２ΩｃｍのＳｉ（１００）基体を用い
て、上述の表面処理を５分間行った。この表面処理前の
ＡＦＭ(Atomic Force Microscopy) 像と、表面処理後の
ＡＦＭ像との模式図を図３及び図４に示す。これらから
わかるように、図３に示す未処理の基体表面は非常に平
滑であるに対し、図４に示す本発明成膜方法による表面
処理後の基体上面には、開口幅２０ｎｍ、深さ１０ｎｍ
程度の凹部が一様に形成されていることがわかる。
マＣＶＤ装置を用いて、反応ガスに水素を使用し、水素
ガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、マイクロ波入力を１ｋＷ、
無機耐熱性基体のバイアス電圧を−３０Ｖ、図示しない
がヒーター等の加熱手段により基体を１００℃に加熱し
て水素プラズマを照射した。図２において、１０は真空
容器、１１は反応ガスのガス導入管、１２はマグネトロ
ン、１３はターボポンプ等の排気手段（図示せず）に接
続される排気口、１４はプラズマ反応室、１５はヒータ
ー等の加熱手段（図示せず）が設けられた基体１の載置
台、１６はバイアス電圧印加用の電源を示し、矢印ｍは
マイクロ波、矢印ｈは反応ガス、矢印ａは排気ガスの流
れをそれぞれ示す。この場合、無機耐熱性基体１として
抵抗率が０．０２ΩｃｍのＳｉ（１００）基体を用い
て、上述の表面処理を５分間行った。この表面処理前の
ＡＦＭ(Atomic Force Microscopy) 像と、表面処理後の
ＡＦＭ像との模式図を図３及び図４に示す。これらから
わかるように、図３に示す未処理の基体表面は非常に平
滑であるに対し、図４に示す本発明成膜方法による表面
処理後の基体上面には、開口幅２０ｎｍ、深さ１０ｎｍ
程度の凹部が一様に形成されていることがわかる。
【００２３】そしてこの無機耐熱性基体１上に、ＥＣＲ
マイクロ波プラズマＣＶＤ法、或いは例えばマイクロ波
ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等による種々のＣＶ
Ｄ装置によってダイヤモンドの合成を行った。このとき
核発生密度は１×１０10〜３×１０10／ｃｍ2 程度であ
った。
マイクロ波プラズマＣＶＤ法、或いは例えばマイクロ波
ＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等による種々のＣＶ
Ｄ装置によってダイヤモンドの合成を行った。このとき
核発生密度は１×１０10〜３×１０10／ｃｍ2 程度であ
った。
【００２４】一方、上述のＥＣＲマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、従来方法により無機耐熱性基体に表
面処理を施した場合の基体表面のＡＦＭ像の模式図を図
５に示す。この場合、溶液中に１０〜３０μｍの粒径の
ダイヤモンドパウダーとＳｉより成る基体とを入れて１
０分間超音波振動を加えた後、有機溶剤で２０分間超音
波洗浄を行ったものである。図５からわかるように、こ
の場合Ｓｉ基体上には開口幅５０〜１００ｎｍ、深さ５
〜２０ｎｍ程度の凹部が形成されており、この方法によ
り形成した凹部は一様ではなく、密度も場所によってま
ばらとなる。この無機耐熱性基体上にＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法等によ
りダイヤモンドの合成を行ったところ、ダイヤモンドの
結晶核発生密度は１×１０8 〜５×１０8 ／ｃｍ2 程度
であり、また無機耐熱性基体上の場所により核発生密度
にばらつきが生じる。
ＶＤ装置を用いて、従来方法により無機耐熱性基体に表
面処理を施した場合の基体表面のＡＦＭ像の模式図を図
５に示す。この場合、溶液中に１０〜３０μｍの粒径の
ダイヤモンドパウダーとＳｉより成る基体とを入れて１
０分間超音波振動を加えた後、有機溶剤で２０分間超音
波洗浄を行ったものである。図５からわかるように、こ
の場合Ｓｉ基体上には開口幅５０〜１００ｎｍ、深さ５
〜２０ｎｍ程度の凹部が形成されており、この方法によ
り形成した凹部は一様ではなく、密度も場所によってま
ばらとなる。この無機耐熱性基体上にＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法等によ
りダイヤモンドの合成を行ったところ、ダイヤモンドの
結晶核発生密度は１×１０8 〜５×１０8 ／ｃｍ2 程度
であり、また無機耐熱性基体上の場所により核発生密度
にばらつきが生じる。
【００２５】これに対し、前述の本発明成膜方法による
表面処理を行った無機耐熱性基体１に対して、上述のＥ
ＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２
％、二酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、
そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０
℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３
０Ｖとしてダイヤモンドを膜厚２０００Åまで成膜し
た。この場合、図６に示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
による顕微鏡写真に基づくパターン図からわかるよう
に、ほぼ一様な密度でダイヤモンド結晶核が発生し、連
続膜を構成していることがわかる。そしてこのときのダ
イヤモンド膜のラマンスペクトルを測定した結果、図７
に示すように、１３３３ｃｍ-1のピークｐが見られ、不
定形炭素を殆ど含まない良質のダイヤモンド結晶である
ことがわかる。また、ダイヤモンド結晶の（１１１）結
晶面間隔は２．０６０Åであるが、上述のダイヤモンド
膜のＸ線回折測定を行ったところ、この結晶面間隔は
２．０５９Åとなり、ダイヤモンド結晶であることを確
認できた。
表面処理を行った無機耐熱性基体１に対して、上述のＥ
ＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２
％、二酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、
そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０
℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３
０Ｖとしてダイヤモンドを膜厚２０００Åまで成膜し
た。この場合、図６に示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
による顕微鏡写真に基づくパターン図からわかるよう
に、ほぼ一様な密度でダイヤモンド結晶核が発生し、連
続膜を構成していることがわかる。そしてこのときのダ
イヤモンド膜のラマンスペクトルを測定した結果、図７
に示すように、１３３３ｃｍ-1のピークｐが見られ、不
定形炭素を殆ど含まない良質のダイヤモンド結晶である
ことがわかる。また、ダイヤモンド結晶の（１１１）結
晶面間隔は２．０６０Åであるが、上述のダイヤモンド
膜のＸ線回折測定を行ったところ、この結晶面間隔は
２．０５９Åとなり、ダイヤモンド結晶であることを確
認できた。
【００２６】次に、Ｓｉ（１００）基体とβ−ＳｉＣ
（１００）基体とを用いて、前述のＥＣＲマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置により、水素ガス圧、基体のバイアス
電圧及び表面処理時間を変え、平均的なサイズ即ち開口
幅及び深さの異なる凹部を形成した後ダイヤモンド合成
を行い、それぞれの場合の凹部の平均的な開口幅及び深
さと、ダイヤモンド結晶の核発生密度との関係を調べ
た。この結果を図８に示す。図８からわかるように、開
口幅５〜５０ｎｍ、深さ２〜２０ｎｍのサイズの凹部を
設ける場合、Ｓｉ（１００）基体上には実線ａで示すよ
うに１×１０9 〜５×１０10／ｃｍ2 、β−ＳｉＣ（１
００）基体上には実線ｂで示すように１×１０10〜１×
１０11／ｃｍ2 程度の核発生密度と従来に比し高い密度
でダイヤモンド結晶が成長し、より均一な膜厚のダイヤ
モンド膜を得ることができた。
（１００）基体とを用いて、前述のＥＣＲマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置により、水素ガス圧、基体のバイアス
電圧及び表面処理時間を変え、平均的なサイズ即ち開口
幅及び深さの異なる凹部を形成した後ダイヤモンド合成
を行い、それぞれの場合の凹部の平均的な開口幅及び深
さと、ダイヤモンド結晶の核発生密度との関係を調べ
た。この結果を図８に示す。図８からわかるように、開
口幅５〜５０ｎｍ、深さ２〜２０ｎｍのサイズの凹部を
設ける場合、Ｓｉ（１００）基体上には実線ａで示すよ
うに１×１０9 〜５×１０10／ｃｍ2 、β−ＳｉＣ（１
００）基体上には実線ｂで示すように１×１０10〜１×
１０11／ｃｍ2 程度の核発生密度と従来に比し高い密度
でダイヤモンド結晶が成長し、より均一な膜厚のダイヤ
モンド膜を得ることができた。
【００２７】また、各種無機耐熱性材料より成る基体上
に、水素プラズマ照射によって開口幅２０ｎｍ、深さ１
０ｎｍの凹部を形成した後、上述の成膜条件即ちＥＣＲ
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２％、二
酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、そのガ
ス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０℃、マイ
クロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３０Ｖとし
てダイヤモンド膜を成膜したときの核発生密度を測定し
た結果を下記の表１に示す。
に、水素プラズマ照射によって開口幅２０ｎｍ、深さ１
０ｎｍの凹部を形成した後、上述の成膜条件即ちＥＣＲ
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２％、二
酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、そのガ
ス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０℃、マイ
クロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３０Ｖとし
てダイヤモンド膜を成膜したときの核発生密度を測定し
た結果を下記の表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】この結果からわかるように、本発明成膜方
法による場合は、１×１０9 ／ｃｍ 2 程度以上の高いダ
イヤモンド結晶の核発生密度が得られ、これにより均一
な膜厚のダイヤモンド膜を合成することができる。
法による場合は、１×１０9 ／ｃｍ 2 程度以上の高いダ
イヤモンド結晶の核発生密度が得られ、これにより均一
な膜厚のダイヤモンド膜を合成することができる。
【００３０】次に、本発明の他の一による成膜方法につ
いて測定した結果を示す。この場合、水素プラズマによ
り表面処理を施した無機耐熱性基体上に、ＥＣＲマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法により、メタン５０％、水素５０
％の反応ガスを用いて反応ガス圧０．０５Ｔｏｒｒ、基
体の温度６５０℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイ
アス電圧を＋５０Ｖとして厚さ１０ｎｍの炭素膜を被着
した後、メタン２％、二酸化炭素４％、水素９４％の反
応ガスを用いて、そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体
の温度を６５０℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイ
アス電圧を＋３０Ｖとしてダイヤモンド膜を成膜した。
この場合基体としてＳｉ（１００）とβ−ＳｉＣ（１０
０）を用いて、それぞれ凹部の平均サイズと核発生密度
との関係を測定した。この結果を図９に示す。図９から
わかるように、開口幅３〜５０ｎｍ、深さ１〜２０ｎｍ
の凹部を設ける場合、Ｓｉ（１００）基体上には実線ｃ
で示すように３×１０9 〜１×１０11／ｃｍ2 、β−Ｓ
ｉＣ（１００）基体上には実線ｄで示すように３×１０
10〜１×１０12／ｃｍ2 程度と格段に高い核発生密度で
ダイヤモンド結晶核が発生し、これにより更に均一な膜
厚のダイヤモンド膜を得ることができた。
いて測定した結果を示す。この場合、水素プラズマによ
り表面処理を施した無機耐熱性基体上に、ＥＣＲマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法により、メタン５０％、水素５０
％の反応ガスを用いて反応ガス圧０．０５Ｔｏｒｒ、基
体の温度６５０℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイ
アス電圧を＋５０Ｖとして厚さ１０ｎｍの炭素膜を被着
した後、メタン２％、二酸化炭素４％、水素９４％の反
応ガスを用いて、そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体
の温度を６５０℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイ
アス電圧を＋３０Ｖとしてダイヤモンド膜を成膜した。
この場合基体としてＳｉ（１００）とβ−ＳｉＣ（１０
０）を用いて、それぞれ凹部の平均サイズと核発生密度
との関係を測定した。この結果を図９に示す。図９から
わかるように、開口幅３〜５０ｎｍ、深さ１〜２０ｎｍ
の凹部を設ける場合、Ｓｉ（１００）基体上には実線ｃ
で示すように３×１０9 〜１×１０11／ｃｍ2 、β−Ｓ
ｉＣ（１００）基体上には実線ｄで示すように３×１０
10〜１×１０12／ｃｍ2 程度と格段に高い核発生密度で
ダイヤモンド結晶核が発生し、これにより更に均一な膜
厚のダイヤモンド膜を得ることができた。
【００３１】また、各種無機耐熱性材料より成る基体上
に、水素プラズマ照射によって開口幅２０ｎｍ、深さ１
０ｎｍの凹部を一様に形成した後上述の成膜条件即ちＥ
ＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２
％、二酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、
そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０
℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３
０Ｖとして、ダイヤモンド膜を成膜した場合の核発生密
度を測定した結果を下記の表２に示す。
に、水素プラズマ照射によって開口幅２０ｎｍ、深さ１
０ｎｍの凹部を一様に形成した後上述の成膜条件即ちＥ
ＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により、メタン２
％、二酸化炭素４％、水素９４％の反応ガスを用いて、
そのガス圧を０．０５Ｔｏｒｒ、基体の温度を６５０
℃、マイクロ波入力１ｋＷ、基体のバイアス電圧を＋３
０Ｖとして、ダイヤモンド膜を成膜した場合の核発生密
度を測定した結果を下記の表２に示す。
【００３２】
【表２】
【００３３】この結果からわかるように、本発明成膜方
法による場合は、１×１０10／ｃｍ 2 程度以上の高いダ
イヤモンド結晶の核発生密度が得られ、これにより均一
な膜厚のダイヤモンド膜を合成することができる。
法による場合は、１×１０10／ｃｍ 2 程度以上の高いダ
イヤモンド結晶の核発生密度が得られ、これにより均一
な膜厚のダイヤモンド膜を合成することができる。
【００３４】尚、上述の各例においては、ＥＣＲマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を成膜した
場合について測定したが、本発明はその他マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等種々のＣＶ
Ｄ法により成膜する場合に適用することができる。また
更に、炭素膜の成膜方法としては、上述のＥＣＲマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法の他例えば蒸着法、スパッタリン
グ法等の種々の成膜方法を用いることができる。
ロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を成膜した
場合について測定したが、本発明はその他マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等種々のＣＶ
Ｄ法により成膜する場合に適用することができる。また
更に、炭素膜の成膜方法としては、上述のＥＣＲマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法の他例えば蒸着法、スパッタリン
グ法等の種々の成膜方法を用いることができる。
【００３５】また、無機耐熱性基体の材料としては、上
述したＳｉ、ＳｉＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＷＣ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｐｔ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮの他、各種材
料を用いることができる。
述したＳｉ、ＳｉＣ、Ｍｏ、Ｗ、ＷＣ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆ
ｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｐｔ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮの他、各種材
料を用いることができる。
【００３６】
【発明の効果】上述したように、本発明ダイヤモンドの
成膜方法によれば、水素プラズマ照射を行うことによっ
て従来に比し小なる開口幅及び深さの凹部を形成するこ
とができ、これにより高い核発生密度をもってダイヤモ
ンド結晶核を発生させることができて、より均一な膜厚
のダイヤモンド膜を成膜することができる。
成膜方法によれば、水素プラズマ照射を行うことによっ
て従来に比し小なる開口幅及び深さの凹部を形成するこ
とができ、これにより高い核発生密度をもってダイヤモ
ンド結晶核を発生させることができて、より均一な膜厚
のダイヤモンド膜を成膜することができる。
【００３７】特に凹部の開口幅及び深さを、水素プラズ
マ照射条件を適切に制御して所要のサイズとすることに
よって、より確実に核発生密度を高め、ダイヤモンド膜
厚の均一性を向上することができる。
マ照射条件を適切に制御して所要のサイズとすることに
よって、より確実に核発生密度を高め、ダイヤモンド膜
厚の均一性を向上することができる。
【００３８】更に、基体上に凹部を形成した後炭素膜を
設けることによって、更にダイヤモンド結晶核の核発生
密度を高めることができて、格段に均一な膜厚のダイヤ
モンド膜を得ることができる。
設けることによって、更にダイヤモンド結晶核の核発生
密度を高めることができて、格段に均一な膜厚のダイヤ
モンド膜を得ることができる。
【図１】本発明ダイヤモンド成膜方法の一例の一製造工
程図である。
程図である。
【図２】ＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の一例の
構成図である。
構成図である。
【図３】Ｓｉ（１００）基体の表面のＡＦＭ像を示す模
式図である。
式図である。
【図４】本発明ダイヤモンドの成膜方法による表面処理
後のＳｉ（１００）基体の表面のＡＦＭ像を示す模式図
である。
後のＳｉ（１００）基体の表面のＡＦＭ像を示す模式図
である。
【図５】従来のダイヤモンド成膜方法による表面処理後
のＳｉ（１００）基体の表面のＡＦＭ像を示す模式図で
ある。
のＳｉ（１００）基体の表面のＡＦＭ像を示す模式図で
ある。
【図６】本発明ダイヤモンドの成膜方法によるダイヤモ
ンド膜の顕微鏡写真に基づくパターン図である。
ンド膜の顕微鏡写真に基づくパターン図である。
【図７】本発明ダイヤモンドの成膜方法によるダイヤモ
ンド膜のラマンスペクトルを示す図である。
ンド膜のラマンスペクトルを示す図である。
【図８】凹部の開口幅及び深さと核発生密度との関係を
示す図である。
示す図である。
【図９】凹部の開口幅及び深さと核発生密度との関係を
示す図である。
示す図である。
１ 無機耐熱性基体 ２ 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿蘇 興一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−263791（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C30B 29/04
Claims (3)
- 【請求項１】 無機耐熱性基体上に、気相化学成長法を
用いてダイヤモンド膜を形成するダイヤモンドの成膜方
法において、 上記無機耐熱性基体の表面に、予め水素プラズマの照射
により多数の微小な凹部を形成した後ダイヤモンドを成
膜することを特徴とするダイヤモンドの成膜方法。 - 【請求項２】 上記特許請求項１に記載のダイヤモンド
の成膜方法において、 上記凹部の開口幅を５〜５０ｎｍ、深さを２〜５０ｎｍ
とし、 上記凹部の密度を１×１０9 〜１×１０12／ｃｍ2 とす
ることを特徴とするダイヤモンドの成膜方法。 - 【請求項３】 上記特許請求項１に記載のダイヤモンド
の成膜方法において、 上記凹部の開口幅を２〜５０ｎｍ、深さを１〜５０ｎｍ
とし、 上記凹部の密度を１×１０9 〜１×１０13／ｃｍ2 とし
て、 上記凹部上に、予め厚さ１〜３０ｎｍで且つ上記凹部の
深さ以下の厚さとされ、主としてアモルファス及び／又
はグラファイトから成る炭素膜を形成した後ダイヤモン
ドを成膜することを特徴とするダイヤモンドの成膜方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31903391A JP3185289B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | ダイヤモンドの成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31903391A JP3185289B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | ダイヤモンドの成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05156445A JPH05156445A (ja) | 1993-06-22 |
| JP3185289B2 true JP3185289B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=18105766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31903391A Expired - Fee Related JP3185289B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | ダイヤモンドの成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3185289B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0844319A4 (en) * | 1996-06-12 | 2001-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | DIAMOND FILM AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| JPH10158815A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Nissin Electric Co Ltd | 静電チャック用被保持物配置部材及びその製造方法並びに静電チャック |
| JP4646484B2 (ja) * | 2002-07-31 | 2011-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンドの製造方法 |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP31903391A patent/JP3185289B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05156445A (ja) | 1993-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |