JP3470371B2 - ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高純度、大面積のダイ
ヤモンドの合成に関する。
ヤモンドの合成に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドの化学的気相合成（ＣＶ
Ｄ）法が確立されて以来、様々な気相合成プロセスが報
告されており、種々の熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
レーザーＣＶＤ法、イオンビーム法等が公知となってい
る。これらの多種多様なＣＶＤのなかで、代表的なもの
は熱フィラメントＣＶＤ法とマイクロ波プラズマＣＶＤ
法である。熱フィラメントＣＶＤ法では２０００℃程度
に加熱した金属フィラメントによりメタン（ＣＨ4 ）や
水素（Ｈ2 ）等の原料ガスを分解しラジカルを生成しダ
イヤモンドを成膜するものである。この方法では、ダイ
ヤモンドを大面積にわたって均一に成膜させることがで
き、高温大面積の成長が可能であるが、成長したダイヤ
モンド膜内にフィラメントからの金属不純物の混入が避
けられず、膜質の点ではマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
及ばなかった。熱フィラメントＣＶＤ法のこの弱点を克
服する為の方法として、黒鉛フィラメンを用いる方法が
考えられている（特開平４−２５４４９６公報）。これ
は通常用いられるタングステン（Ｗ）やタンタル（Ｔ
ａ）のフィラメントの代わりに黒鉛のフィラメントを用
いるものであり、金属不純物の混入の除去という点では
効果のある方法であった。しかし、黒鉛のフィラメント
を用いた場合には金属フィラメントの場合と比べて成長
速度が遅いだけでなく、膜質も十分によいものが得られ
ない。これは、ダイヤモンドの合成には活性種、特に原
子状水素が必要不可欠とされているが、黒鉛表面では、
金属フィラメント表面で得られるほど十分な量の活性種
が得られないためである。また、成長雰囲気下において
フィラメントの劣化が激しくフィラメントの温度の制御
等が困難であった。また、黒鉛フィラメントでは大量の
電流を流す必要があり電極等の構造が大がかりなものと
なる等の問題点があった。
Ｄ）法が確立されて以来、様々な気相合成プロセスが報
告されており、種々の熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
レーザーＣＶＤ法、イオンビーム法等が公知となってい
る。これらの多種多様なＣＶＤのなかで、代表的なもの
は熱フィラメントＣＶＤ法とマイクロ波プラズマＣＶＤ
法である。熱フィラメントＣＶＤ法では２０００℃程度
に加熱した金属フィラメントによりメタン（ＣＨ4 ）や
水素（Ｈ2 ）等の原料ガスを分解しラジカルを生成しダ
イヤモンドを成膜するものである。この方法では、ダイ
ヤモンドを大面積にわたって均一に成膜させることがで
き、高温大面積の成長が可能であるが、成長したダイヤ
モンド膜内にフィラメントからの金属不純物の混入が避
けられず、膜質の点ではマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
及ばなかった。熱フィラメントＣＶＤ法のこの弱点を克
服する為の方法として、黒鉛フィラメンを用いる方法が
考えられている（特開平４−２５４４９６公報）。これ
は通常用いられるタングステン（Ｗ）やタンタル（Ｔ
ａ）のフィラメントの代わりに黒鉛のフィラメントを用
いるものであり、金属不純物の混入の除去という点では
効果のある方法であった。しかし、黒鉛のフィラメント
を用いた場合には金属フィラメントの場合と比べて成長
速度が遅いだけでなく、膜質も十分によいものが得られ
ない。これは、ダイヤモンドの合成には活性種、特に原
子状水素が必要不可欠とされているが、黒鉛表面では、
金属フィラメント表面で得られるほど十分な量の活性種
が得られないためである。また、成長雰囲気下において
フィラメントの劣化が激しくフィラメントの温度の制御
等が困難であった。また、黒鉛フィラメントでは大量の
電流を流す必要があり電極等の構造が大がかりなものと
なる等の問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、熱フィ
ラメントＣＶＤ法においては、大面積合成は可能である
ものの、高純度ダイヤモンドの合成に関しては、マイク
ロ波プラズマＣＶＤに及ばないと云わざるを得ない状態
であった。これを改善すべく開発された黒鉛フィラメン
トを用いる方法も問題を解決できてはいない状況であっ
た。本発明の目的は、熱フィラメントＣＶＤ法によるダ
イヤモンド合成の利点、即ち大面積形成と、マイクロ波
プラズマＣＶＤ法で得られる高純度ダイヤモンドの合成
との２つを両立させる方法を提供することにある。
ラメントＣＶＤ法においては、大面積合成は可能である
ものの、高純度ダイヤモンドの合成に関しては、マイク
ロ波プラズマＣＶＤに及ばないと云わざるを得ない状態
であった。これを改善すべく開発された黒鉛フィラメン
トを用いる方法も問題を解決できてはいない状況であっ
た。本発明の目的は、熱フィラメントＣＶＤ法によるダ
イヤモンド合成の利点、即ち大面積形成と、マイクロ波
プラズマＣＶＤ法で得られる高純度ダイヤモンドの合成
との２つを両立させる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは原料ガスを
分解するために加熱する材質としてダイヤモンドを用い
ることにより大面積にわたって、均一かつ高純度で結晶
性に優れたダイヤモンドを成膜することができることを
見いだし、本発明を完成した。即ち、本発明は基材上に
ダイヤモンドを気相から合成させる方法であって、加熱
したダイヤモンド表面において、原料ガスからラジカル
を発生させることを含むことを特徴とするダイヤモンド
の合成法である。ここで、加熱したダイヤモンド表面と
しては、例えば、ダイヤモンドフィラメント又は周囲を
ダイヤモンドでコーティングした導体、例えば、０．１
μｍ〜１ｍｍの厚さ、好ましくは１μｍ〜１００μｍに
コーティングした導体を通電加熱または誘導加熱したも
の、半導体ダイヤモンドを通電加熱もしくは誘導加熱し
たもの、その表面層０．０１μｍ以上、好ましくは、１
μｍ〜１００μｍは絶縁体のダイヤモンドであって、内
部に半導体ダイヤモンド領域を設けたものを通電加熱ま
たは誘導加熱したもの等が挙げられる。上記の加熱され
るダイヤモンドは、通常は気相合成によって得ることが
でき、半導体ダイヤモンドは、例えば、硼素をドープす
ることによって得られる。又、ダイヤモンド表面の加熱
温度は、一般に２０００〜２３００℃の範囲が好まし
い。ダイヤモンドフィラメントを用いる場合には、フィ
ラメント温度を２０００℃以下にすることが望ましい。
これは、ダイヤモンドが黒鉛化するのを防ぐためであ
る。原料ガスとしては、通常はメタン（ＣＨ4 ）と水素
（Ｈ2 ）の混合ガスを用いる。その混合比は特に限定は
されないが、一般的には、ＣＨ4 濃度を０．５容積％以
上、好ましくは、１〜２容積％とする。ダイヤモンドで
コーティングすべき導体としては、タングステン
（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙
げられる。
分解するために加熱する材質としてダイヤモンドを用い
ることにより大面積にわたって、均一かつ高純度で結晶
性に優れたダイヤモンドを成膜することができることを
見いだし、本発明を完成した。即ち、本発明は基材上に
ダイヤモンドを気相から合成させる方法であって、加熱
したダイヤモンド表面において、原料ガスからラジカル
を発生させることを含むことを特徴とするダイヤモンド
の合成法である。ここで、加熱したダイヤモンド表面と
しては、例えば、ダイヤモンドフィラメント又は周囲を
ダイヤモンドでコーティングした導体、例えば、０．１
μｍ〜１ｍｍの厚さ、好ましくは１μｍ〜１００μｍに
コーティングした導体を通電加熱または誘導加熱したも
の、半導体ダイヤモンドを通電加熱もしくは誘導加熱し
たもの、その表面層０．０１μｍ以上、好ましくは、１
μｍ〜１００μｍは絶縁体のダイヤモンドであって、内
部に半導体ダイヤモンド領域を設けたものを通電加熱ま
たは誘導加熱したもの等が挙げられる。上記の加熱され
るダイヤモンドは、通常は気相合成によって得ることが
でき、半導体ダイヤモンドは、例えば、硼素をドープす
ることによって得られる。又、ダイヤモンド表面の加熱
温度は、一般に２０００〜２３００℃の範囲が好まし
い。ダイヤモンドフィラメントを用いる場合には、フィ
ラメント温度を２０００℃以下にすることが望ましい。
これは、ダイヤモンドが黒鉛化するのを防ぐためであ
る。原料ガスとしては、通常はメタン（ＣＨ4 ）と水素
（Ｈ2 ）の混合ガスを用いる。その混合比は特に限定は
されないが、一般的には、ＣＨ4 濃度を０．５容積％以
上、好ましくは、１〜２容積％とする。ダイヤモンドで
コーティングすべき導体としては、タングステン
（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙
げられる。
【０００５】
【作用】黒鉛フィラメントを用いた場合には、前述のよ
うにフィラメントからの不純物の混入は起こらないが、
成膜速度、膜質としては十分なものが得られない。これ
は、黒鉛表面が活性種をつくるのに適していないこと、
成膜雰囲気下において黒鉛が安定ではないことが原因で
あった。黒鉛はダイヤモンドと同じ炭素（Ｃ）原子から
できているため、ダイヤモンド成膜時に表面からＣ原子
がエッチングされても、不純物として成膜されるダイヤ
モンドに混入されることはない。しかしながら、成膜条
件の重要なパラメータであるガス内の炭素、水素の濃度
比が黒鉛フィラメントの変質により大きく影響され、成
膜条件の制御を複雑かつ困難なものとし、結果的に成膜
されたダイヤモンドの膜質を悪化させる。これに対し
て、本発明によりダイヤモンドを加熱し、これによりガ
スを分解せしめた場合には、膜内部への炭素以外の不純
物の混入を阻止できる点は同様であるが、黒鉛に対して
エッチングレートが小さいため成膜条件が安定となる。
また、ダイヤモンドは硼素等の添加により抵抗値を精度
よく制御できるが、黒鉛あるいは金属フィラメントに比
べて抵抗値は高いため、通電する電流は小さい。その結
果、加熱体に電流を供給する電極等の温度上昇等に消耗
される無駄な電力を少なく抑えることができる。
うにフィラメントからの不純物の混入は起こらないが、
成膜速度、膜質としては十分なものが得られない。これ
は、黒鉛表面が活性種をつくるのに適していないこと、
成膜雰囲気下において黒鉛が安定ではないことが原因で
あった。黒鉛はダイヤモンドと同じ炭素（Ｃ）原子から
できているため、ダイヤモンド成膜時に表面からＣ原子
がエッチングされても、不純物として成膜されるダイヤ
モンドに混入されることはない。しかしながら、成膜条
件の重要なパラメータであるガス内の炭素、水素の濃度
比が黒鉛フィラメントの変質により大きく影響され、成
膜条件の制御を複雑かつ困難なものとし、結果的に成膜
されたダイヤモンドの膜質を悪化させる。これに対し
て、本発明によりダイヤモンドを加熱し、これによりガ
スを分解せしめた場合には、膜内部への炭素以外の不純
物の混入を阻止できる点は同様であるが、黒鉛に対して
エッチングレートが小さいため成膜条件が安定となる。
また、ダイヤモンドは硼素等の添加により抵抗値を精度
よく制御できるが、黒鉛あるいは金属フィラメントに比
べて抵抗値は高いため、通電する電流は小さい。その結
果、加熱体に電流を供給する電極等の温度上昇等に消耗
される無駄な電力を少なく抑えることができる。
【０００６】半導体ダイヤモンドを用いる場合には、そ
の外側に０．０１μｍ以上のアンドープ層を設けること
がより望ましい。これには２つの理由がある。第一は、
ダイヤモンドフィラメントが成膜中にわずかにエッチン
グされる際に、表面層からエッチングされるので、内部
の半導体ダイヤモンドは影響を受けず、フィラメントの
抵抗値は全く変わらないことである。第二の理由は、半
導体ダイヤモンドフィラメントに含まれる不純物の、成
膜されるダイヤモンドへの混入をふせぐ点である。
の外側に０．０１μｍ以上のアンドープ層を設けること
がより望ましい。これには２つの理由がある。第一は、
ダイヤモンドフィラメントが成膜中にわずかにエッチン
グされる際に、表面層からエッチングされるので、内部
の半導体ダイヤモンドは影響を受けず、フィラメントの
抵抗値は全く変わらないことである。第二の理由は、半
導体ダイヤモンドフィラメントに含まれる不純物の、成
膜されるダイヤモンドへの混入をふせぐ点である。
【０００７】以下本発明の好ましい実施態様を添付の図
面に従って説明する。タングステンフィラメントを用い
た熱フィラメント法により多結晶Ｓｉ上に、所定の厚さ
にダイヤモンドを成長させる。ただし、最初と最後の所
定時間はドープせずに成長させてアンドープダイヤモン
ド層１とし、中間はＢをドープして半導体領域２とする
（図１）。Ｂのドープ量は一般的には１０〜３０００ｐ
ｐｍである。次いで、Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去し、厚さ１００〜５００μｍ程度の自立ダイ
ヤモンド膜を得る。得られたダイヤモンド膜１、２を図
２に示すように、チャンバー内でＳｉ基材３上に配置す
る。水素とメタンの混合ガスからなる原料ガスを導入
し、通電してダイヤモンド膜を所定温度（７００〜１２
００℃）に所定時間（１〜１０００時間）維持するとＳ
ｉ基材上にはダイヤモンド膜が成長する。
面に従って説明する。タングステンフィラメントを用い
た熱フィラメント法により多結晶Ｓｉ上に、所定の厚さ
にダイヤモンドを成長させる。ただし、最初と最後の所
定時間はドープせずに成長させてアンドープダイヤモン
ド層１とし、中間はＢをドープして半導体領域２とする
（図１）。Ｂのドープ量は一般的には１０〜３０００ｐ
ｐｍである。次いで、Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去し、厚さ１００〜５００μｍ程度の自立ダイ
ヤモンド膜を得る。得られたダイヤモンド膜１、２を図
２に示すように、チャンバー内でＳｉ基材３上に配置す
る。水素とメタンの混合ガスからなる原料ガスを導入
し、通電してダイヤモンド膜を所定温度（７００〜１２
００℃）に所定時間（１〜１０００時間）維持するとＳ
ｉ基材上にはダイヤモンド膜が成長する。
【０００８】以下、本発明の実施態様を要約して示す。
（１）１８００〜２０００℃に加熱した天然、人工又は
焼結ダイヤモンドの表面で、水素とメタンの原料ガスを
分解させる請求項１に記載のダイヤモンドの合成法。 （２）ダイヤモンド表面が１μｍ以上１ｍｍ以下の厚さ
のダイヤモンドでコーティングした導体のものである上
記（１）記載のダイヤモンドの合成法。 （３）ダイヤモンド表面が気相から合成されたダイヤモ
ンドである上記（１）又は（２）記載のダイヤモンドの
合成法。 （４）ダイヤモンド表面が半導体ダイヤモンドのもので
ある上記（１）〜（３）のいずれかに記載のダイヤモン
ドの合成法。 （５）ダイヤモンド表面がその表面層０．０１μｍ以上
は絶縁体のダイヤモンドであって、内部に半導体ダイヤ
モンド領域を設けたものである上記（１）記載のダイヤ
モンドの合成法。 （６）加熱したダイヤモンド表面がタングステン又はタ
ンタルフィラメントを用いた熱フィラメント法により多
結晶Ｓｉ基板上に成長されたダイヤモンド膜である請求
項１に記載のダイヤモンドの合成法。 （７）加熱温度が１８００〜２０００℃である上記
（６）に記載のダイヤモンドの合成法。 （８）多結晶Ｓｉ基板が板状又は半球状である上記
（６）又は（７）に記載のダイヤモンドの合成法。
焼結ダイヤモンドの表面で、水素とメタンの原料ガスを
分解させる請求項１に記載のダイヤモンドの合成法。 （２）ダイヤモンド表面が１μｍ以上１ｍｍ以下の厚さ
のダイヤモンドでコーティングした導体のものである上
記（１）記載のダイヤモンドの合成法。 （３）ダイヤモンド表面が気相から合成されたダイヤモ
ンドである上記（１）又は（２）記載のダイヤモンドの
合成法。 （４）ダイヤモンド表面が半導体ダイヤモンドのもので
ある上記（１）〜（３）のいずれかに記載のダイヤモン
ドの合成法。 （５）ダイヤモンド表面がその表面層０．０１μｍ以上
は絶縁体のダイヤモンドであって、内部に半導体ダイヤ
モンド領域を設けたものである上記（１）記載のダイヤ
モンドの合成法。 （６）加熱したダイヤモンド表面がタングステン又はタ
ンタルフィラメントを用いた熱フィラメント法により多
結晶Ｓｉ基板上に成長されたダイヤモンド膜である請求
項１に記載のダイヤモンドの合成法。 （７）加熱温度が１８００〜２０００℃である上記
（６）に記載のダイヤモンドの合成法。 （８）多結晶Ｓｉ基板が板状又は半球状である上記
（６）又は（７）に記載のダイヤモンドの合成法。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
明する。
【実施例１】ダイヤモンド焼結体を２０ｍｍ×１ｍｍ×
０．３ｍｍの形状に放電加工により切りだした。真空槽
に、５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍのＳｉを、さらに、その上
方５ｍｍのところに上記のダイヤモンド焼結体を配置し
た。水素９９ｓｃｃｍ（standard cubic cm/minute) 、
メタンを１ｓｃｃｍ流しながら、１３．３ｋＰａまで真
空引きして、ダイヤモンド焼結体を通電加熱することに
より１８００℃まで加熱した。１時間後、Ｓｉ基材を取
り出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面観察を行
ったところ、ダイヤモンドの微粒子が成長していること
が確認された。
０．３ｍｍの形状に放電加工により切りだした。真空槽
に、５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍのＳｉを、さらに、その上
方５ｍｍのところに上記のダイヤモンド焼結体を配置し
た。水素９９ｓｃｃｍ（standard cubic cm/minute) 、
メタンを１ｓｃｃｍ流しながら、１３．３ｋＰａまで真
空引きして、ダイヤモンド焼結体を通電加熱することに
より１８００℃まで加熱した。１時間後、Ｓｉ基材を取
り出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面観察を行
ったところ、ダイヤモンドの微粒子が成長していること
が確認された。
【００１０】
【実施例２】直径０．１ｍｍ、長さ５ｍｍモリブデンワ
イヤーに、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、厚さ３
０μｍのダイヤモンドを成長させた。モリブデンワイヤ
ーの周囲が完全にダイヤモンドで覆われていることをＳ
ＥＭにより確認した。真空槽に、５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍ
ｍのＳｉを、さらに、その上方５ｍｍのところに上記の
モリブデンを配置した。水素を９９ｓｃｃｍ、メタンを
１ｓｃｃｍ流しながら、１３．３ｋＰａまで真空引きし
て、モリブデンを通電加熱することによりダイヤモンド
は１９００℃まで加熱された。１時間後、Ｓｉ基材を取
り出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面観察を行
ったところ、ダイヤモンドの微粒子が成長していること
が確認された。
イヤーに、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、厚さ３
０μｍのダイヤモンドを成長させた。モリブデンワイヤ
ーの周囲が完全にダイヤモンドで覆われていることをＳ
ＥＭにより確認した。真空槽に、５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍ
ｍのＳｉを、さらに、その上方５ｍｍのところに上記の
モリブデンを配置した。水素を９９ｓｃｃｍ、メタンを
１ｓｃｃｍ流しながら、１３．３ｋＰａまで真空引きし
て、モリブデンを通電加熱することによりダイヤモンド
は１９００℃まで加熱された。１時間後、Ｓｉ基材を取
り出し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により表面観察を行
ったところ、ダイヤモンドの微粒子が成長していること
が確認された。
【００１１】
【実施例３】青色を呈する天然のダイヤモンドを３ｍｍ
×７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍにスライスした。このダイヤ
モンドはＳＩＭＳ、及びホール効果の測定により硼素が
含まれたｐ型の半導体ダイヤモンドであることがわかっ
た。真空槽に、上記ダイヤモンドを配置し、その３ｍｍ
下に１ｃｍ×１ｃｍのモリブデン基材を配置した。真空
槽に水素２００ｓｃｃｍ、アセチレン５ｓｃｃｍ、アル
ゴン５０ｓｃｃｍを導入しながら、ロータリーポンプで
排気することにより７．９８ｋＰａに維持した。ダイヤ
モンドの通電加熱により、ダイヤモンドは１９８０℃ま
で昇温し、モリブデン基材は最高８９０℃まで昇温され
た。この状態で１５時間維持したところ、基材上に厚さ
４μｍ以上のダイヤモンドが析出していることが確認さ
れた。
×７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍにスライスした。このダイヤ
モンドはＳＩＭＳ、及びホール効果の測定により硼素が
含まれたｐ型の半導体ダイヤモンドであることがわかっ
た。真空槽に、上記ダイヤモンドを配置し、その３ｍｍ
下に１ｃｍ×１ｃｍのモリブデン基材を配置した。真空
槽に水素２００ｓｃｃｍ、アセチレン５ｓｃｃｍ、アル
ゴン５０ｓｃｃｍを導入しながら、ロータリーポンプで
排気することにより７．９８ｋＰａに維持した。ダイヤ
モンドの通電加熱により、ダイヤモンドは１９８０℃ま
で昇温し、モリブデン基材は最高８９０℃まで昇温され
た。この状態で１５時間維持したところ、基材上に厚さ
４μｍ以上のダイヤモンドが析出していることが確認さ
れた。
【００１２】
【実施例４】タングステンフィラメントを用いた熱フィ
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚８００μｍ硼素（Ｂ）ドープダイヤモンドを成
長させた。ドープ量は８ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗
硝酸によりエッチングして除去、さらにＹＡＧレーザー
による切断加工を行い、５ｍｍ×３５ｍｍ×８００μｍ
の自立ダイヤモンド膜を４個用意した。４個のＢドープ
ダイヤモンドを真空槽内でＳｉ基材上５ｍｍのところに
配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入しトータル１２Ａの電流を流すこと
によりダイヤモンドは１９５０℃となった。１００時間
この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上には１００μｍ
の膜が成長していた。これがダイヤモンドであることを
ラマン、Ｘ線回折により確認した。
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚８００μｍ硼素（Ｂ）ドープダイヤモンドを成
長させた。ドープ量は８ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗
硝酸によりエッチングして除去、さらにＹＡＧレーザー
による切断加工を行い、５ｍｍ×３５ｍｍ×８００μｍ
の自立ダイヤモンド膜を４個用意した。４個のＢドープ
ダイヤモンドを真空槽内でＳｉ基材上５ｍｍのところに
配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入しトータル１２Ａの電流を流すこと
によりダイヤモンドは１９５０℃となった。１００時間
この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上には１００μｍ
の膜が成長していた。これがダイヤモンドであることを
ラマン、Ｘ線回折により確認した。
【００１３】
【実施例５】タングステンフィラメントを用いた熱フィ
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚２００μｍ硼素（Ｂ）ドープダイヤモンドを成
長させた。ドープ量は１０ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を
弗硝酸によりエッチングして除去、さらにＹＡＧレーザ
ーによる切断加工を行い、５ｍｍ×３５ｍｍ×８００μ
ｍの自立ダイヤモンド膜を４個用意した。４個のＢドー
プダイヤモンドを真空槽内でＳｉ基材上５ｍｍのところ
に配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍ
をチャンバー内に導入しトータル２４Ａの電流を流すこ
とによりダイヤモンドは２０００℃となった。１００時
間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上には１００μ
ｍの膜が成長していた。これがダイヤモンドであること
をラマン、Ｘ線回折により確認した。
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚２００μｍ硼素（Ｂ）ドープダイヤモンドを成
長させた。ドープ量は１０ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を
弗硝酸によりエッチングして除去、さらにＹＡＧレーザ
ーによる切断加工を行い、５ｍｍ×３５ｍｍ×８００μ
ｍの自立ダイヤモンド膜を４個用意した。４個のＢドー
プダイヤモンドを真空槽内でＳｉ基材上５ｍｍのところ
に配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍ
をチャンバー内に導入しトータル２４Ａの電流を流すこ
とによりダイヤモンドは２０００℃となった。１００時
間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上には１００μ
ｍの膜が成長していた。これがダイヤモンドであること
をラマン、Ｘ線回折により確認した。
【００１４】
【実施例６】タングステンフィラメントを用いた熱フィ
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚３５０μｍのダイヤモンドを成長させた。ただ
し、最初と最後の１５０μｍはドープせずに成長させ、
中間の５０μｍはＢをドープさせた（図１）。ドープ量
は５ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去した１０ｍｍ×７０ｍｍ×３５０μｍの自立
ダイヤモンド膜を５個用意した。得られた自立ダイヤモ
ンド膜を、図２のように、チャンバー内でＳｉ基材上５
ｍｍのところに配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン
１０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入しトータル１５Ａの
電流を流すことによりダイヤモンドは１９５０℃となっ
た。１００時間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上
には１００μｍの膜が成長していた。これがダイヤモン
ドであることをラマン、Ｘ線回折により確認した。ＳＩ
ＭＳにより、膜内の金属不純物濃度を測定したところ１
０ｐｐｍ以下であることが確認された。
ラメント法により１０ｍｍ×７０ｍｍの多結晶Ｓｉ上
に、膜厚３５０μｍのダイヤモンドを成長させた。ただ
し、最初と最後の１５０μｍはドープせずに成長させ、
中間の５０μｍはＢをドープさせた（図１）。ドープ量
は５ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去した１０ｍｍ×７０ｍｍ×３５０μｍの自立
ダイヤモンド膜を５個用意した。得られた自立ダイヤモ
ンド膜を、図２のように、チャンバー内でＳｉ基材上５
ｍｍのところに配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン
１０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入しトータル１５Ａの
電流を流すことによりダイヤモンドは１９５０℃となっ
た。１００時間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材上
には１００μｍの膜が成長していた。これがダイヤモン
ドであることをラマン、Ｘ線回折により確認した。ＳＩ
ＭＳにより、膜内の金属不純物濃度を測定したところ１
０ｐｐｍ以下であることが確認された。
【００１５】
【比較例１】タングステンフィラメントを、チャンバー
内でＳｉ基材上５ｍｍのところに配置した。水素４９０
ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入
し、トータル１１０Ａの電流を流すと、タングステンフ
ィラメントは２０５０℃、またＳｉ基材は９００℃とな
った。１００時間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材
上には９０μｍの膜が成長していた。これがダイヤモン
ドであることをラマン、Ｘ線回折により確認した。ＳＩ
ＭＳにより、膜内の不純物濃度を測定したところ１５０
ｐｐｍのタングステンと１０００ｐｐｍの水素が含まれ
ていることが確認された。
内でＳｉ基材上５ｍｍのところに配置した。水素４９０
ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍをチャンバー内に導入
し、トータル１１０Ａの電流を流すと、タングステンフ
ィラメントは２０５０℃、またＳｉ基材は９００℃とな
った。１００時間この状態に維持したところ、Ｓｉ基材
上には９０μｍの膜が成長していた。これがダイヤモン
ドであることをラマン、Ｘ線回折により確認した。ＳＩ
ＭＳにより、膜内の不純物濃度を測定したところ１５０
ｐｐｍのタングステンと１０００ｐｐｍの水素が含まれ
ていることが確認された。
【００１６】
【実施例７】タングステンフィラメントを用いた熱フィ
ラメント法により直径３０ｍｍの半球型多結晶Ｓｉ上
に、平均膜厚４５０μｍのダイヤモンドを成長させた。
ただし、最初と最後の２００μｍはドープせずに成長さ
せ、中間の５０μｍはＢをドープさせた。ドープ量は２
００ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去し自立ダイヤモンド半球膜を用意した。得ら
れた自立ダイヤモンド半球膜に、原料ガスの流れを妨げ
ないように、２００箇所、直径２ｍｍの穴をＹＡＧレー
ザーによりあけた。直径２０ｍｍのＳｉ基材を図３のよ
うにチャンバー内に配置し、Ｓｉ基材から５ｍｍ離して
配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入し５Ａの電流を流すことによりダイ
ヤモンドは１９５０℃となった。ダイヤモンド内の温度
差は高々１０Ｋ（ケルビン）であることを光温度計によ
り確認した。２０時間この状態に維持したところ、Ｓｉ
基材上には３０μｍの膜が成長していた。これがダイヤ
モンドであることをラマン、Ｘ線回析により確認した。
ＳＩＭＳにより、膜内の不純物濃度を測定したところ、
５０ｐｐｍの水素が含まれていたが、金属不純物は５ｐ
ｐｍ以下であることが確認された。
ラメント法により直径３０ｍｍの半球型多結晶Ｓｉ上
に、平均膜厚４５０μｍのダイヤモンドを成長させた。
ただし、最初と最後の２００μｍはドープせずに成長さ
せ、中間の５０μｍはＢをドープさせた。ドープ量は２
００ｐｐｍであった。Ｓｉ基材を弗硝酸によりエッチン
グして除去し自立ダイヤモンド半球膜を用意した。得ら
れた自立ダイヤモンド半球膜に、原料ガスの流れを妨げ
ないように、２００箇所、直径２ｍｍの穴をＹＡＧレー
ザーによりあけた。直径２０ｍｍのＳｉ基材を図３のよ
うにチャンバー内に配置し、Ｓｉ基材から５ｍｍ離して
配置した。水素４９０ｓｃｃｍ、メタン１０ｓｃｃｍを
チャンバー内に導入し５Ａの電流を流すことによりダイ
ヤモンドは１９５０℃となった。ダイヤモンド内の温度
差は高々１０Ｋ（ケルビン）であることを光温度計によ
り確認した。２０時間この状態に維持したところ、Ｓｉ
基材上には３０μｍの膜が成長していた。これがダイヤ
モンドであることをラマン、Ｘ線回析により確認した。
ＳＩＭＳにより、膜内の不純物濃度を測定したところ、
５０ｐｐｍの水素が含まれていたが、金属不純物は５ｐ
ｐｍ以下であることが確認された。
【００１７】
【発明の効果】加熱されたダイヤモンド表面において活
性種を発生させ、基材表面上にダイヤモンドを析出させ
ることにより、熱フィラメントＣＶＤによるダイヤモン
ド合成の利点である大面積形成と、マイクロ波プロズマ
ＣＶＤ法で得られる程度の高純度ダイヤモンドの合成と
の２つを両立させることができる。
性種を発生させ、基材表面上にダイヤモンドを析出させ
ることにより、熱フィラメントＣＶＤによるダイヤモン
ド合成の利点である大面積形成と、マイクロ波プロズマ
ＣＶＤ法で得られる程度の高純度ダイヤモンドの合成と
の２つを両立させることができる。
【図１】硼素ドープ及びアンドープのダイヤモンド層か
らなるダイヤモンドの模式断面図である。
らなるダイヤモンドの模式断面図である。
【図２】本発明のダイヤモンド合成法を実施する装置の
一具体例を示す概念図である。
一具体例を示す概念図である。
【図３】硼素ドープ及びアンドープのダイヤモンド層か
らなる半球状ダイヤモンドを用いたダイヤモンド成膜法
の模式図である。
らなる半球状ダイヤモンドを用いたダイヤモンド成膜法
の模式図である。
１．アンドープダイヤモンド
２．硼素ドープダイヤモンド
３．Ｓｉ基材
４．真空容器
５．真空ポンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−136568（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−25880（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−97988（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−92891（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−219397（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−254496（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−87691（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−144993（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−69795（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−161455（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
C23C 16/00 - 16/56
Claims (6)
- 【請求項１】 基材上にダイヤモンドを気相から合成さ
せる方法であって、加熱したダイヤモンド表面におい
て、原料ガスからラジカルを発生させることを含むこと
を特徴とするダイヤモンドの合成法。 - 【請求項２】 周囲を０．１μｍ以上１ｍｍ以下の厚さ
のダイヤモンドでコーティングした導体を通電加熱また
は誘導加熱することによってダイヤモンドを加熱する請
求項１に記載のダイヤモンドの合成法。 - 【請求項３】 加熱されるダイヤモンドが気相から合成
されたダイヤモンドである請求項１に記載のダイヤモン
ドの合成法。 - 【請求項４】 半導体ダイヤモンドを通電加熱もしくは
誘導加熱することによりダイヤモンドを加熱し、加熱さ
れたダイヤモンド表面上でダイヤモンドを成膜する為の
ガスを分解する請求項１に記載のダイヤモンドの合成
法。 - 【請求項５】 加熱されるダイヤモンドが、その表面層
０．０１μｍ以上は絶縁体のダイヤモンドであって、内
部に半導体ダイヤモンド領域を設けた請求項４に記載の
ダイヤモンドの合成法。 - 【請求項６】 半導体ダイヤモンドが１ｐｐｍ以上の硼
素をドープしたダイヤモンドである請求項４に記載のダ
イヤモンドの合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01431894A JP3470371B2 (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | ダイヤモンドの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01431894A JP3470371B2 (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | ダイヤモンドの合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07223898A JPH07223898A (ja) | 1995-08-22 |
| JP3470371B2 true JP3470371B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=11857746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01431894A Expired - Fee Related JP3470371B2 (ja) | 1994-02-08 | 1994-02-08 | ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470371B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010059488A (ja) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法及び成膜装置 |
| JP5807840B2 (ja) * | 2011-08-10 | 2015-11-10 | 住友電気工業株式会社 | 導電層付き単結晶ダイヤモンドおよびそれを用いた工具 |
-
1994
- 1994-02-08 JP JP01431894A patent/JP3470371B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07223898A (ja) | 1995-08-22 |
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