JP4535956B2 - Method for producing highly oriented diamond film - Google Patents

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Description

本発明は、結晶粒子が高度に配向した高配向性ダイヤモンド膜及びその製造方法に関し、特にトランジスタ及びダイオード等の電子デバイス用途に好適な高配向性ダイヤモンド膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a highly oriented diamond film in which crystal grains are highly oriented and a method for producing the same, and more particularly to a method for producing a highly oriented diamond film suitable for use in electronic devices such as transistors and diodes.

ダイヤモンドは、(a)室温における熱伝導率が物質中で最も高い、(b)バンドギャップが5.5eVと広い、(c)電子及びホールの移動度並びに飽和速度が大きい、(d)絶縁破壊電界が高い、(e)誘電率及び誘電損失が小さい、(f)耐熱性が高い、(g)放射線損失が小さい等、他の半導体材料に比べて、電子デバイスに必要とされる特性が格段に優れている。このため、ダイヤモンドは、超高性能の耐環境電子デバイス及び高周波デバイス等への応用が期待されている。   Diamond has (a) the highest thermal conductivity at room temperature in materials, (b) a wide band gap of 5.5 eV, (c) a high electron and hole mobility and saturation rate, and (d) dielectric breakdown. Compared to other semiconductor materials such as high electric field, (e) low dielectric constant and dielectric loss, (f) high heat resistance, and (g) low radiation loss, the characteristics required for electronic devices are remarkably high. Is excellent. Therefore, diamond is expected to be applied to ultra-high performance environment-resistant electronic devices and high-frequency devices.

ダイヤモンドをこのような分野に応用するためには、表面が平坦で、欠陥密度が小さく、且つ大面積のダイヤモンド膜が必要であり、このようなダイヤモンド膜としては、単結晶ダイヤモンドにより構成されていることが望ましい。しかしながら、現在作製されている単結晶ダイヤモンド膜の面積は数mm角程度であり、これ以上の面積拡大を実現するためには、多くの技術的課題がある。   In order to apply diamond to such a field, a diamond film having a flat surface, a low defect density, and a large area is required. Such a diamond film is composed of single crystal diamond. It is desirable. However, the area of the currently produced single crystal diamond film is about several mm square, and there are many technical problems in order to realize further area expansion.

そこで、近時、単結晶ダイヤモンド膜の代替として、高配向性ダイヤモンド膜が検討されている。図3は高配向性ダイヤモンド膜の表面のSEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)写真である。高配向性ダイヤモンド膜は、広義には多結晶膜に分類されるが、図3に示すように、四角形状のダイヤモンド(100)結晶面の全てが略同一方向を向いており、また各面の膜表面に対する傾きも略5゜以下であり、膜表面は比較的平坦である。このように、高配向性ダイヤモンド膜は、結晶粒子の方位が略揃っているため、粒子間におけるキャリア(電子及び正孔)の散乱並びにトラップが少なく、電気的特性が優れているという特徴がある。また、高配向性ダイヤモンド膜は、通常の多結晶膜に比べて表面近傍における結晶欠陥密度が小さく、表面近傍でのキャリア移動度が多結晶膜に比べて2桁程度大きくなることも知られている。   Thus, recently, highly oriented diamond films have been studied as an alternative to single crystal diamond films. FIG. 3 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of the surface of the highly oriented diamond film. Highly oriented diamond films are broadly categorized as polycrystalline films, but as shown in FIG. 3, all of the square diamond (100) crystal planes face substantially the same direction, The inclination with respect to the film surface is about 5 ° or less, and the film surface is relatively flat. As described above, since the orientation of crystal grains is substantially uniform, the highly oriented diamond film is characterized in that there are few scattering and trapping of carriers (electrons and holes) between the grains and the electrical characteristics are excellent. . It is also known that a highly oriented diamond film has a lower crystal defect density near the surface than a normal polycrystalline film, and the carrier mobility near the surface is about two orders of magnitude higher than that of a polycrystalline film. Yes.

従来、このような高配向性ダイヤモンド膜を形成する方法が提案されている(例えば特許文献1乃至3参照)。特許文献1には、単結晶シリコン基板表面を炭素含有プラズマに曝して前処理し、基板表面上の核生成の完了をモニターしながら、この前処理した表面にバイアスを印加して、配向性ダイヤモンド結晶を成長させるための基板表面の核生成を行った後、炭素含有プラズマから核生成した表面に結晶ダイヤモンドを蒸着させる配向性ダイヤモンド膜の形成方法が開示されている。   Conventionally, methods for forming such highly oriented diamond films have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3). In Patent Document 1, a single crystal silicon substrate surface is pretreated by exposure to a carbon-containing plasma, and a bias is applied to the pretreated surface while monitoring the completion of nucleation on the substrate surface. A method of forming an oriented diamond film is disclosed in which crystal diamond is deposited on a surface nucleated from a carbon-containing plasma after nucleation of the substrate surface for crystal growth.

また、特許文献2には、原料ガスとして体積割合で0.1乃至10%の水素希釈した炭化水素を使用し、ガス圧を0.13乃至6.6kPa(1乃至50Torr)、基板温度を500乃至1100℃にすると共に、基板に−100乃至−350Vの直流電圧を20乃至240分間印加する高配向性ダイヤモンド薄膜の形成方法が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a hydrogen diluted hydrocarbon of 0.1 to 10% by volume is used as a source gas, a gas pressure is 0.13 to 6.6 kPa (1 to 50 Torr), and a substrate temperature is 500. A method for forming a highly oriented diamond thin film is disclosed in which a DC voltage of −100 to −350 V is applied to a substrate for 20 to 240 minutes while the temperature is set to 1100 ° C.

更に、特許文献3に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法は、少なくとも2段階の(001)面選択条件による高配向性ダイヤモンド膜合成工程を有し、第1段階のダイヤモンド膜合成工程の成膜速度を、それ以降に行われる第2段階のダイヤモンド膜合成工程の成膜速度の10分の1以下としている。そして、特許文献3には、全ての高配向性ダイヤモンド膜の合成工程が終了した後、第1段階の高配向性ダイヤモンド膜合成工程により得られた高配向性ダイヤモンド膜を研磨により取り除くことが開示されている。   Furthermore, the method for producing a highly oriented diamond film described in Patent Document 3 includes a highly oriented diamond film synthesizing process under at least two (001) plane selection conditions, and the first stage diamond film synthesizing process is performed. The film speed is set to 1/10 or less of the film formation speed in the second stage diamond film synthesis process performed thereafter. Patent Document 3 discloses that after the synthesis process of all highly oriented diamond films is completed, the highly oriented diamond film obtained by the first stage of highly oriented diamond film synthesis process is removed by polishing. Has been.

特許第3194820号公報Japanese Patent No. 3194820 特許第3124422号公報Japanese Patent No. 3124422 特開2004−299997号公報JP 2004-299997 A

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。図3に示す従来の高配向性ダイヤモンド膜の表面には、各粒子間に0.5μm程度の段差があり、更に各粒子間に深さ1μm程度の溝が存在する場合もある。このため、特許文献3に記載されているように、従来の高配向性ダイヤモンド膜の形成方法においては、表面を更に平坦化するために、得られたダイヤモンド膜をその表面から数μm乃至数十μm程度だけ研磨除去している。図4は研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜表面のSEM写真である。図4に示すように、研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜の表面には、各粒子間に存在する深い溝及び隣接する粒子の境界部に存在する浅い溝が除去されずに残っている。また、研磨処理を実施すると、高配向性ダイヤモンド膜の表面に原子レベルでの多くの欠陥が生じることも知られている。   However, the conventional techniques described above have the following problems. The surface of the conventional highly oriented diamond film shown in FIG. 3 has a step of about 0.5 μm between each particle, and there may be a groove of about 1 μm depth between each particle. Therefore, as described in Patent Document 3, in the conventional method for forming a highly oriented diamond film, the obtained diamond film is several μm to several tens of micrometers from the surface in order to further planarize the surface. Only about μm is removed by polishing. FIG. 4 is an SEM photograph of the surface of the highly oriented diamond film after the polishing treatment. As shown in FIG. 4, on the surface of the highly oriented diamond film after the polishing treatment, deep grooves existing between the particles and shallow grooves existing at the boundary between adjacent particles remain without being removed. It is also known that when the polishing process is performed, many defects at the atomic level are generated on the surface of the highly oriented diamond film.

高配向性ダイヤモンド膜表面に、図4で確認されるようなマクロな欠陥及び研磨処理により生じる表面疵、並びに原子レベルでのミクロな欠陥が存在すると、表面に凹凸があるため、その上に電子デバイスを形成する際に精密な微細加工ができないという問題点がある。また、高配向性ダイヤモンド膜上に、更に、ダイヤモンド層を積層する場合には、下地となる高配向性ダイヤモンド膜表面の原子レベルの欠陥を引き継いで、積層したダイヤモンド層にも原子レベルの欠陥が生じるという問題点もある。このため、高配向性ダイヤモンド膜を使用した従来の電子デバイスでは、十分な特性が得られていない。   When the surface of the highly oriented diamond film has macro defects as shown in FIG. 4, surface defects caused by the polishing process, and micro defects at the atomic level, the surface has irregularities. There is a problem that precise microfabrication cannot be performed when forming a device. Further, when a diamond layer is further laminated on the highly oriented diamond film, the atomic level defects on the surface of the underlying highly oriented diamond film are inherited, and the laminated diamond layer also has atomic level defects. There is also a problem that occurs. For this reason, in the conventional electronic device using a highly oriented diamond film, sufficient characteristics are not obtained.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、表面が平坦で、且つ表面欠陥が少ない高品質な高配向性ダイヤモンド膜が得られる高配向性ダイヤモンド膜の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provides a method for producing a highly oriented diamond film from which a high quality highly oriented diamond film having a flat surface and few surface defects can be obtained. Objective.

本発明に係るダイヤモンド膜の製造方法は、高配向性ダイヤモンド膜を合成する工程と、前記高配向性ダイヤモンド膜の表面を研磨する工程と、この表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施して、研磨疵による凹凸及び研磨により生じた表面欠陥部分にダイヤモンドを蒸着させて前記高配向性ダイヤモンド膜の表面を平坦化するバイアス印加成長処理工程と、を有することを特徴とする。 The method for producing a diamond film according to the present invention includes a step of synthesizing a highly oriented diamond film, a step of polishing the surface of the highly oriented diamond film, and the surface-polished highly oriented diamond film, while applying a negative bias voltage, and facilities microwave plasma treatment in a gas containing the diluted carbon atoms with hydrogen gas, and the diamond is vapor-deposited surface defect caused by irregularities and polishing by the polishing scratches the And a bias application growth treatment step of flattening the surface of the highly oriented diamond film .

本発明においては、表面が研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施しているため、高配向性ダイヤモンド膜の表面を平坦化することができると共に、研磨により生じた表面欠陥の密度を低減することができる。   In the present invention, the highly oriented diamond film whose surface is polished is subjected to microwave plasma treatment in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage. The surface of the highly oriented diamond film can be flattened, and the density of surface defects caused by polishing can be reduced.

この高配向性ダイヤモンド膜の製造方法は、前記バイアス印加成長処理工程の前に、前記表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加せずに、水素ガス中又は水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施す第1のプラズマ処理工程、及び/又は、前記バイアス印加成長処理工程後の高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加せずに、水素ガス中又は水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施す第2のプラズマ処理工程を有していてもよい。これにより、高配向性ダイヤモンド膜の表面をより平坦化することができると共に、研磨により生じた表面欠陥の密度を大幅に低減することができる。   This method for producing a highly oriented diamond film is performed in hydrogen gas or hydrogen without applying a negative bias voltage to the surface-polished highly oriented diamond film before the bias application growth treatment step. A negative bias voltage is applied to the first plasma treatment step in which microwave plasma treatment is performed in a gas containing carbon atoms diluted with a gas and / or the highly oriented diamond film after the bias application growth treatment step. A second plasma treatment process may be performed in which microwave plasma treatment is performed in hydrogen gas or in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas, without applying. As a result, the surface of the highly oriented diamond film can be further planarized, and the density of surface defects generated by polishing can be greatly reduced.

また、前記バイアス印加成長処理工程において使用する水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスは、炭素原子の量(モル)と水素原子の量(モル)との比(C/H)を100乃至260000ppmとすることができる。これにより、効率的に高配向性ダイヤモンド膜の表面平坦化すると共に、表面欠陥の密度を低減することができる。 The gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas used in the bias application growth treatment step has a ratio (C / H) of the amount of carbon atoms (mol) to the amount of hydrogen atoms (mol) (C / H) of 100 to 100. It can be 260000 ppm. Thus, the planarizing the surface of efficiently highly-oriented diamond film, it is possible to reduce the density of surface defects.

また、前記バイアス印加成長処理工程において、前記水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスのガス圧を1333乃至16000Paとしてもよい。これにより、効率的に高配向性ダイヤモンド膜の表面平坦化すると共に、表面欠陥の密度を低減することができる。 In the bias application growth treatment step, the gas pressure of the gas containing carbon atoms diluted with the hydrogen gas may be 1333 to 16000 Pa. Thus, the planarizing the surface of efficiently highly-oriented diamond film, it is possible to reduce the density of surface defects.

更に、前記水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスは、例えばメタンガスを水素ガスで希釈したものであり、その場合、前記メタンガスの濃度が0.5体積%以下とすることが好ましく、より好ましくは、メタンガス濃度が0.1体積%以下である。   Furthermore, the gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas is, for example, methane gas diluted with hydrogen gas. In that case, the concentration of the methane gas is preferably 0.5% by volume or less, more preferably. Has a methane gas concentration of 0.1% by volume or less.

一方、前記負のバイアス電圧は、例えば−300乃至−100Vとすることができる。これにより、効率的に高配向性ダイヤモンド膜の表面平坦化すると共に、表面欠陥の密度を低減することができる。 On the other hand, the negative bias voltage can be set to, for example, −300 to −100V. Thus, the planarizing the surface of efficiently highly-oriented diamond film, it is possible to reduce the density of surface defects.

また、前記バイアス印加成長処理工程における前記マイクロ波プラズマ処理の時間は、5乃至60分間としてもよい。これにより、効率的に高配向性ダイヤモンド膜の表面平坦化すると共に、表面欠陥の密度を低減することができる。 Further, the microwave plasma processing time in the bias application growth processing step may be 5 to 60 minutes. Thus, the planarizing the surface of efficiently highly-oriented diamond film, it is possible to reduce the density of surface defects.

本発明によれば、表面が研磨された高配向性ダイヤモンド膜を、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理しているため、表面が平坦で且つ表面欠陥が少ない高品質な高配向性ダイヤモンド膜を得ることができる。   According to the present invention, a highly oriented diamond film whose surface is polished is subjected to microwave plasma treatment in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage. It is possible to obtain a high-quality highly oriented diamond film that is flat and has few surface defects.

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜について説明する。本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜は、周知の方法で成膜された高配向性ダイヤモンド膜を表面研磨した後、更に、この表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理するバイアス印加成長(BEG:Bias Enhanced Growth)処理を施したものである。図1は本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の表面を示すSEM写真である。なお、図1においては、あえて結晶粒子間に深い溝が残っている領域を示している。図1に示すように、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜は、図4に示す研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面が平坦で且つ表面の欠陥の密度が低くなっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, the highly oriented diamond film of the first embodiment of the present invention will be described. The highly oriented diamond film of the present embodiment is obtained by polishing the surface of the highly oriented diamond film formed by a well-known method and then applying a negative bias voltage to the surface oriented high oriented diamond film. And Bias Enhanced Growth (BEG) treatment in which microwave plasma treatment is performed in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas. FIG. 1 is a SEM photograph showing the surface of the highly oriented diamond film of the present embodiment. FIG. 1 shows a region where deep grooves remain between crystal grains. As shown in FIG. 1, the highly oriented diamond film of this embodiment has a flat surface and a lower density of surface defects than the highly oriented diamond film after the polishing treatment shown in FIG. .

本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜は、表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜にバイアス印加成長処理を施しているため、従来の高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面を平坦化することができると共に、表面欠陥を低減することができる。その結果、電子デバイス用途に適用した場合でも、優れた特性を得ることができる。   In the highly oriented diamond film of this embodiment, the surface-polished highly oriented diamond film is subjected to a bias applied growth treatment, so that the surface can be flattened compared to the conventional highly oriented diamond film. At the same time, surface defects can be reduced. As a result, excellent characteristics can be obtained even when applied to electronic device applications.

次に、本発明の第2の実施形態として、前述の第1の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法について説明する。本発明者等は、表面研磨した高配向性ダイヤモンド膜を、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でプラズマ処理することにより、研磨疵による凹凸及び研磨により生じた表面欠陥部分にダイヤモンドが蒸着され、膜表面が平坦化されると共に、表面欠陥の密度が低減されることを見出した。   Next, as a second embodiment of the present invention, a method for producing a highly oriented diamond film according to the first embodiment will be described. The inventors of the present invention have carried out a plasma treatment on a highly-oriented diamond film whose surface has been polished in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage, so that irregularities and polishing by a polishing rod can be achieved. It has been found that diamond is deposited on the surface defect caused by the above, the surface of the film is flattened, and the density of surface defects is reduced.

そこで、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、先ず、例えば表面が平滑な鋳鉄にダイヤモンド砥粒を分散させ、これにダイヤモンド膜を押し付けて研磨する方法等、周知の方法により成膜された高配向性ダイヤモンド膜の表面を研磨する。次に、この表面研磨された高配向性ダイヤモンドに対して、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理(バイアス印加成長処理)を施す。   Therefore, in the method for producing a highly oriented diamond film according to the present embodiment, first, for example, diamond abrasive grains are dispersed in cast iron having a smooth surface, and the diamond film is pressed against this to polish the diamond film. The surface of the formed highly oriented diamond film is polished. Next, microwave plasma treatment (bias applied growth treatment) is performed on the surface-polished highly oriented diamond in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage. .

研磨処理された高配向性ダイヤモンド膜に対するバイアス印加成長処理は、例えば、無機材研型のマイクロ波プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相蒸着)装置により実施することができる。図2はBEG処理に使用するマイクロ波プラズマCVD装置の概略を示す図である。図2に示すように、本実施形態において使用するマイクロ波プラズマCVD装置は、チャンバ6内に、支持棒9に支持された基板支持台10がその面を水平にして配置されている。この基板支持台10上には、基板11が載置されるようになっており、支持棒9の上下動により基板11の上下位置が調節させるようになっている。   The biased growth process for the highly oriented diamond film that has been subjected to the polishing process can be performed by, for example, an inorganic material type microwave plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. FIG. 2 is a schematic diagram of a microwave plasma CVD apparatus used for BEG processing. As shown in FIG. 2, in the microwave plasma CVD apparatus used in the present embodiment, a substrate support 10 supported by a support bar 9 is disposed in a chamber 6 with its surface horizontal. A substrate 11 is placed on the substrate support 10, and the vertical position of the substrate 11 is adjusted by the vertical movement of the support bar 9.

そして、基板11の近傍のチャンバ6外には、マイクロ波を照射するためのマイクロ波導波管4がその長手方向を水平にして設置されている。この導波管4の一方の端部には、マイクロ波電源1と、このマイクロ波電源1から発振されたマイクロ波の反射波がマイクロ波電源1に入ることを防止するアイソレータ2と、この反射波が最小となるように調整するチューナ3とが設置されている。また、導波管4の他方の端部には、マイクロ波の共振位置を調整するか、又はプラズマ13の発生位置を調整するプランジャ5が配置されている。   And outside the chamber 6 in the vicinity of the substrate 11, a microwave waveguide 4 for irradiating microwaves is installed with its longitudinal direction horizontal. At one end of the waveguide 4, a microwave power source 1, an isolator 2 that prevents a reflected wave of the microwave oscillated from the microwave power source 1 from entering the microwave power source 1, and this reflection A tuner 3 for adjusting the wave to be minimized is installed. In addition, a plunger 5 that adjusts the resonance position of the microwave or adjusts the generation position of the plasma 13 is disposed at the other end of the waveguide 4.

更に、チャンバ6の上端部には、処理用ガスの導入口7が設けられており、その下端部には真空ポンプに連結された排気口8が設けられている。これにより、排気口8を介してチャンバ6内を真空排気すると共に、導入口7を介して処理用ガスをチャンバ6内に供給する。また、チャンバ6内の基板ホルダ10の近傍には、平板上の電極12が基板ホルダ10上の基板11と対向するように配置されている。そして、この基板ホルダ10と対向電極12とは、外部の交流電源14に接続されており、これにより、基板11と電極12との間には、交流電圧が印加されるようになっている。   Furthermore, a processing gas introduction port 7 is provided at the upper end of the chamber 6, and an exhaust port 8 connected to a vacuum pump is provided at the lower end thereof. Thus, the inside of the chamber 6 is evacuated through the exhaust port 8 and the processing gas is supplied into the chamber 6 through the introduction port 7. Further, in the vicinity of the substrate holder 10 in the chamber 6, an electrode 12 on a flat plate is disposed so as to face the substrate 11 on the substrate holder 10. The substrate holder 10 and the counter electrode 12 are connected to an external AC power supply 14, whereby an AC voltage is applied between the substrate 11 and the electrode 12.

本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、バイアス印加成長処理する際に使用する水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス(以下、BEG処理用ガスともいう)の組成は、炭素原子の量(モル)と水素原子の量との比(C/H)が100乃至260000ppmであることが好ましい。C/Hが100ppm未満であるガスを使用した場合、水素プラズマによってダイヤモンド膜の表面が著しくエッチングされ、平坦な表面が得られないことがある。一方、C/Hが260000ppmを超えるガスを使用した場合、研磨面上に再度ダイヤモンドが合成され、高配向性ダイヤモンド膜を構成する各ダイヤモンド結晶粒子が不均一に成長し、却って表面に凹凸が生じ、研磨前の表面状態に戻ってしまうことがある。なお、このBEG処理用ガスの原子組成におけるC/Hの範囲が広いのは、高配向性ダイヤモンド膜を平坦化するための最適条件が、プラズマ処理時間及び基板温度等のガス組成以外の処理条件に強く影響されるためである。   In the method for producing a highly oriented diamond film of the present embodiment, the composition of a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas (hereinafter also referred to as BEG processing gas) used for bias applied growth treatment is carbon. The ratio (C / H) between the amount of atoms (mole) and the amount of hydrogen atoms (C / H) is preferably 100 to 260000 ppm. When a gas having C / H of less than 100 ppm is used, the surface of the diamond film may be significantly etched by hydrogen plasma, and a flat surface may not be obtained. On the other hand, when a gas with C / H exceeding 260000 ppm is used, diamond is synthesized again on the polished surface, and each diamond crystal particle constituting the highly oriented diamond film grows unevenly, resulting in unevenness on the surface. The surface state before polishing may return. The C / H range in the atomic composition of the BEG processing gas is wide because the optimum conditions for flattening the highly oriented diamond film are processing conditions other than the gas composition such as plasma processing time and substrate temperature. It is because it is strongly influenced by.

また、BEG処理用ガスにおける炭素原子の量(モル)と水素原子(モル)の量との比(C/H)は、100乃至2000ppmであることがより好ましい。但し、バイアス印加成長処理において最適なガス組成は、前述したように、プラズマ処理時間、基板温度、ガス圧及び成膜装置の構造等の各種処理条件に強く依存するため、このC/Hのより好ましい範囲は、単なる指針にすぎない。   Further, the ratio (C / H) between the amount (mole) of carbon atoms and the amount of hydrogen atoms (mole) in the BEG processing gas is more preferably 100 to 2000 ppm. However, the optimum gas composition in the bias application growth process strongly depends on various processing conditions such as the plasma processing time, the substrate temperature, the gas pressure, and the structure of the film forming apparatus, as described above. The preferred range is merely a guide.

このような原子組成をもつBEG処理用ガスとしては、例えば、メタン(CH)ガス濃度が0.5体積%以下、より好ましくは0.1体積%以下になるように水素(H)ガスで希釈したもの等が挙げられる。 As the BEG processing gas having such an atomic composition, for example, hydrogen (H 2 ) gas so that the methane (CH 4 ) gas concentration is 0.5 volume% or less, more preferably 0.1 volume% or less. And those diluted with 1.

更に、バイアス印加成長処理時のBEG処理用ガスの圧力は、1333乃至16000Paとすることが好ましい。BEG処理用ガスの圧力が1333Pa未満の場合、高配向性ダイヤモンド膜の表面にバイアス電界によるイオンダメージが生じることがある。一方、BEG処理用ガスの圧力が16000Paを超えると、バイアス電界の効果が消失することがある。   Furthermore, the pressure of the BEG processing gas during the bias application growth processing is preferably 1333 to 16000 Pa. When the pressure of the BEG processing gas is less than 1333 Pa, ion damage due to a bias electric field may occur on the surface of the highly oriented diamond film. On the other hand, when the pressure of the BEG processing gas exceeds 16000 Pa, the effect of the bias electric field may disappear.

更にまた、バイアス印加成長処理時のBEG処理用ガス圧が上述の範囲である場合、研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜に印加される負のバイアス電圧は−300乃至−100Vであることが望ましい。負のバイアス電圧が−100Vを超える低バイアスの場合、バイアス効果が殆ど見られず、高配向性ダイヤモンド膜表面は、エッチングされて荒れるか、不均一成長により凹凸が著しくなることがある。同様に、負のバイアス電圧が−300V未満の高バイアスの場合も、高配向性ダイヤモンド膜表面は、エッチングされて荒れるか又は不均一成長により凹凸が著しくなることがある。なお、これらの現象は、プラズマ処理時間、基板温度及びガス圧等の他の条件を変えても発生することがある。   Furthermore, when the BEG processing gas pressure during the bias application growth processing is in the above range, the negative bias voltage applied to the highly oriented diamond film after the polishing processing is desirably −300 to −100V. . When the negative bias voltage is a low bias exceeding −100 V, the bias effect is hardly observed, and the surface of the highly oriented diamond film may be roughened by etching, or unevenness may become remarkable due to uneven growth. Similarly, when the negative bias voltage is a high bias of less than −300 V, the surface of the highly oriented diamond film may be etched and rough, or unevenness may become remarkable due to non-uniform growth. These phenomena may occur even when other conditions such as the plasma processing time, the substrate temperature, and the gas pressure are changed.

このバイアス印加成長処理時間(負のバイアス印加時間)は5乃至60分間であることが望ましい。バイアス印加成長処理時間が5分間よりも短いと、高配向性ダイヤモンド膜表面が十分に平坦化されないことがある。一方、バイアス印加成長処理時間が60分間よりも長いと、研磨面上に再度ダイヤモンドが合成され、表面の凹凸大きくなり、研磨前の状態に戻ってしまうことがある。なお、バイアス印加成長処理時間のより好ましい範囲は、10乃至30分間である。   The bias application growth processing time (negative bias application time) is preferably 5 to 60 minutes. When the bias application growth processing time is shorter than 5 minutes, the surface of the highly oriented diamond film may not be sufficiently planarized. On the other hand, when the bias application growth processing time is longer than 60 minutes, diamond is synthesized again on the polished surface, the surface irregularities become large, and the state before polishing may be restored. A more preferable range of the bias application growth processing time is 10 to 30 minutes.

更にまた、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、表面を研磨した後、バイアス印加成長処理を施しているが、表面を研磨していない高配向性ダイヤモンド膜に対して前述の方法及び条件でバイアス印加成長処理を施しても、物理的な凹凸を解消することができず、表面が平坦で表面欠陥が少ない高配向性ダイヤモンド膜は得られない。即ち、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜のような、平坦で欠陥が少ない表面状態を得るためには、研磨処理も重要な要素である。   Furthermore, in the method for producing a highly oriented diamond film of the present embodiment, the surface is polished and then biased growth treatment is performed. Even if the bias application growth treatment is performed according to the method and conditions, physical unevenness cannot be eliminated, and a highly oriented diamond film with a flat surface and few surface defects cannot be obtained. That is, in order to obtain a flat surface state with few defects like the highly oriented diamond film of this embodiment, the polishing treatment is also an important factor.

本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、表面研磨した高配向性ダイヤモンド膜を、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理するバイアス印加成長処理を施しているため、このバイアス印加成長処理を施していない表面研磨しただけの高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面が平坦で且つ表面の欠陥の密度が低い高品質な高配向性ダイヤモンド膜が得られる。その結果、この方法で製造された本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜は、電子デバイスに応用した際に優れた特性が得られる。   In the method for producing a highly oriented diamond film of the present embodiment, the surface-polished diamond film is subjected to microwave plasma in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage. Since the biased growth process is performed, the surface is flat and the defect density of the surface is low compared to a highly oriented diamond film that has not been subjected to the biased growth process and is simply polished. A highly oriented diamond film is obtained. As a result, the highly oriented diamond film of this embodiment manufactured by this method can obtain excellent characteristics when applied to an electronic device.

なお、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、図2に示す無機材研型のマイクロ波プラズマCVD装置を使用してバイアス印加成長処理を施しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理できればよく、図2に示すマイクロ波プラズマCVD装置以外の装置を使用してもよい。   In the manufacturing method of the highly oriented diamond film of the present embodiment, the bias application growth treatment is performed using the inorganic material-type microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. There is no limitation as long as microwave plasma treatment can be performed in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas while applying a negative bias voltage, and an apparatus other than the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 2 is used. May be.

次に、本発明の第3の実施形態に係る高配向性ダイヤモンド膜の製造方法について説明する。前述の第2の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法においては、研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜に対して、バイアス印加成長処理を施しているが、このバイアス印加成長処理の前及び/又は後に、負のバイアス電圧を印加せずに、水素ガス中又は水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理してもよい。これにより、前述の第2の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法よりも、更に、高配向性ダイヤモンド膜表面を平坦化することができる。例えば、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理した場合は、高配向性ダイヤモンド表面に高品質のダイヤモンド層が積層され、更に合成条件によっては面内方向のダイヤモンド成長が進む。   Next, a method for manufacturing a highly oriented diamond film according to the third embodiment of the present invention will be described. In the manufacturing method of the highly oriented diamond film of the second embodiment described above, the biased growth process is performed on the highly oriented diamond film after the polishing process. After that, microwave plasma treatment may be performed in hydrogen gas or a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas without applying a negative bias voltage. As a result, the surface of the highly oriented diamond film can be further planarized as compared with the method for producing the highly oriented diamond film of the second embodiment described above. For example, when microwave plasma treatment is performed in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas, a high-quality diamond layer is laminated on the highly oriented diamond surface, and depending on the synthesis conditions, diamond growth in the in-plane direction may occur. move on.

本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法において、バイアス印加成長処理の前及び/又は後に実施されるマイクロ波プラズマ処理の際に、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスを使用する場合は、炭素原子の量(モル)と水素原子の量(モル)との比(C/H)が260000ppm以下である組成とすることが好ましい。C/Hが260000ppmを超えるガスを使用した場合、研磨面上に再度ダイヤモンドが合成され、高配向性ダイヤモンド膜を構成する各ダイヤモンド結晶粒子が不均一に成長し、却って表面に凹凸が生じ、研磨前の表面状態に戻ってしまうことがある。   In the method for manufacturing a highly oriented diamond film of the present embodiment, when a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas is used in the microwave plasma processing performed before and / or after the bias application growth processing. Is preferably a composition in which the ratio (C / H) of the amount (mole) of carbon atoms to the amount (mole) of hydrogen atoms is 260000 ppm or less. When a gas with C / H exceeding 260,000 ppm is used, diamond is synthesized again on the polished surface, and each diamond crystal particle constituting the highly oriented diamond film grows unevenly. It may return to the previous surface condition.

また、バイアス印加成長処理前に実施する第1のプラズマ処理用のガスはC/Hが2000ppm以下である組成とし、BEG処理用ガスはC/Hが100乃至260000ppmである組成とし、バイアス印加成長処理後に実施する第2のプラズマ処理用のガスは、C/Hが2000ppm以下である組成とすることがより好ましい。但し、前述したように、これらの処理において最適なガス組成は、プラズマ処理時間、基板温度、ガス圧及び成膜装置の構造等の各種処理条件に強く依存するため、ここで示したC/Hのより好ましい範囲は、単なる指針にすぎない。   Further, the first plasma processing gas to be implemented before the bias application growth processing has a composition with C / H of 2000 ppm or less, and the BEG processing gas has a composition with C / H of 100 to 260000 ppm. More preferably, the second plasma treatment gas to be implemented after the treatment has a composition in which C / H is 2000 ppm or less. However, as described above, the optimum gas composition in these processes strongly depends on various processing conditions such as the plasma processing time, the substrate temperature, the gas pressure, and the structure of the film forming apparatus. The more preferable range is merely a guideline.

なお、本実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法における上記以外の構成及び効果は、前述の第2の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法と同様である。   The configuration and effects other than those described above in the method for producing a highly oriented diamond film of the present embodiment are the same as those of the method for producing a highly oriented diamond film of the second embodiment described above.

以下、本発明の実施例の効果について説明する。先ず、本発明の第1実施例として、図2に示すマイクロ波プラズマCVD装置を使用し、前述の第2の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法により、高配向性ダイヤモンド膜を作製した。本実施例においては、先ず、従来技術に従って、縦1cm、横1cmで、低抵抗のp型シリコン基板上に、膜厚が約45μmの高配向性ダイヤモンド膜を形成した。次に、この高配向性ダイヤモンド膜の表面を、約5μm研磨して平坦化した。研磨により得られたダイヤモンド膜の表面は、図4に示すダイヤモンド膜の表面に類似しているが、図4に示すような深いピットは見られなかった。   The effects of the embodiments of the present invention will be described below. First, as a first example of the present invention, a highly oriented diamond film was produced by the method for producing a highly oriented diamond film of the second embodiment described above using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. . In this example, first, a highly oriented diamond film having a thickness of about 45 μm was formed on a low resistance p-type silicon substrate having a length of 1 cm and a width of 1 cm according to the prior art. Next, the surface of this highly oriented diamond film was polished and planarized by about 5 μm. The surface of the diamond film obtained by polishing was similar to the surface of the diamond film shown in FIG. 4, but no deep pits as shown in FIG. 4 were found.

次に、この表面研磨後の高配向性ダイヤモンド膜を、図2に示すマイクロ波CVD装置を使用して、バイアス印加成長処理した。その際、マイクロ波の波長は2.45GHzとし、BEG処理用ガスとしては、CHガス濃度が0.075体積%になるようにHガスで希釈したもの(C/H=380ppm)を使用した。また、BEG処理用ガス圧を2666Pa、基板11の温度を750乃至800℃とし、基板11と対向電極12との間に−150Vの電圧を印加した。 Next, the highly oriented diamond film after the surface polishing was subjected to a bias application growth process using a microwave CVD apparatus shown in FIG. At that time, the wavelength of the microwave is 2.45 GHz, and the BEG processing gas is diluted with H 2 gas so that the CH 4 gas concentration becomes 0.075 vol% (C / H = 380 ppm). did. Further, the gas pressure for BEG treatment was 2666 Pa, the temperature of the substrate 11 was 750 to 800 ° C., and a voltage of −150 V was applied between the substrate 11 and the counter electrode 12.

前述の条件でバイアス印加成長処理を20分行ったところ、図1に示す高配向性ダイヤモンド膜と同様に、高配向性ダイヤモンド膜表面を全面にわたって平坦化することができた。また、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)により、バイアス印加成長処理前後の高配向性ダイヤモンド膜の表面の算出表面粗さRaを測定した。その結果を下記表1に示す。   When the bias application growth treatment was performed for 20 minutes under the above-described conditions, the surface of the highly oriented diamond film could be flattened over the entire surface, similarly to the highly oriented diamond film shown in FIG. Further, the calculated surface roughness Ra of the surface of the highly oriented diamond film before and after the bias application growth treatment was measured by an atomic force microscope (AFM). The results are shown in Table 1 below.

Figure 0004535956
Figure 0004535956

上記表1に示すように、バイアス印加成長処理前後の高配向性ダイヤモンド膜は、処理前の高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面の算出表面粗さRaが1/3程度に低減しており、粒界に対応する領域においても、表面が平坦化されていた。   As shown in Table 1 above, the highly oriented diamond film before and after the bias application growth treatment has a calculated surface roughness Ra of about 1/3 that of the highly oriented diamond film before the treatment. In the region corresponding to the grain boundary, the surface was flattened.

また、バイアス印加成長処理前後の高配向性ダイヤモンド膜の表面について、ラマンスペクトル、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)、カソードルミネッセンス、TEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)及びLEED(Low Energy Electron Diffraction)を測定し、表面欠陥の変化を調べたところ、いずれの測定においても、バイアス印加成長処理後の高配向性ダイヤモンド膜は、電子線回折及びカソードルミネッセンスの測定によれば、処理前の高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面欠陥が低減していた。   In addition, the surface of the highly oriented diamond film before and after the bias application growth treatment is subjected to Raman spectrum, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), cathode luminescence, TEM (Transmission Electron Microscope) and LEED (Low Energy Electron Diffraction). ) And the change in surface defects was examined. In any measurement, the highly oriented diamond film after the bias applied growth treatment was highly oriented before the treatment according to the measurement of electron diffraction and cathodoluminescence. The surface defects were reduced as compared with the conductive diamond film.

次に、本発明の第2実施例として、図2に示すマイクロ波プラズマCVD装置を使用し、前述の第3の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法により、高配向性ダイヤモンド膜を作製した。本実施例においては、先ず、従来技術に従って、縦1cm、横1cmで、低抵抗のp型シリコン基板上に、膜厚が約45μmの高配向性ダイヤモンド膜を形成した。次に、この高配向性ダイヤモンド膜の表面を、約5μm研磨して平坦化した。研磨により得られたダイヤモンド膜の表面は、図4に示すダイヤモンド膜の表面に類似しているが、図4に示すような深いピットは見られなかった。   Next, as a second example of the present invention, a highly oriented diamond film is produced by the method for producing a highly oriented diamond film of the third embodiment described above, using the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. did. In this example, first, a highly oriented diamond film having a thickness of about 45 μm was formed on a low resistance p-type silicon substrate having a length of 1 cm and a width of 1 cm according to the prior art. Next, the surface of this highly oriented diamond film was polished and planarized by about 5 μm. The surface of the diamond film obtained by polishing was similar to the surface of the diamond film shown in FIG. 4, but no deep pits as shown in FIG. 4 were found.

次に、この表面研磨後の高配向性ダイヤモンド膜を、図2に示すマイクロ波CVD装置を使用して、CHガス濃度が0.03積%になるようにHガスで希釈したガス(C/H=150ppm)を使用し、負のバイアスを印加せずに、30分間マイクロ波プラズマ処理を行った。この第1のプラズマ処理の間に、基板11の温度は、600℃から800℃に上昇した。引き続き、図2に示すマイクロ波CVD装置を使用して、CHガス濃度が0.10体積%になるようにHガスで希釈したガス(C/H=500ppm)を使用し、基板11と対向電極12との間に−150Vの電圧を印加し、バイアス印加成長処理を15分間行った。このバイアス印加成長処理の間は、基板11の温度は略800℃であった。更に、図2に示すマイクロ波CVD装置を使用して、CHガス濃度が0.03積%になるようにHガスで希釈したガス(C/H=150ppm)を使用し、負のバイアスを印加せずに、15分間マイクロ波プラズマ処理を行った。この第2のプラズマ処理の間は、基板11の温度は略800℃であった。なお、いずれの処理においても、マイクロ波の波長は2.45GHz、ガス圧は2666Paとした。 Next, the highly oriented diamond film after surface polishing is diluted with H 2 gas so that the CH 4 gas concentration becomes 0.03% by volume using the microwave CVD apparatus shown in FIG. C / H = 150 ppm), and a microwave plasma treatment was performed for 30 minutes without applying a negative bias. During this first plasma treatment, the temperature of the substrate 11 rose from 600 ° C. to 800 ° C. Subsequently, by using the microwave CVD apparatus shown in FIG. 2, a gas diluted with H 2 gas (C / H = 500 ppm) so that the CH 4 gas concentration becomes 0.10% by volume is used. A voltage of −150 V was applied between the counter electrode 12 and a bias application growth process was performed for 15 minutes. During this bias application growth process, the temperature of the substrate 11 was approximately 800 ° C. Further, using the microwave CVD apparatus shown in FIG. 2, a gas (C / H = 150 ppm) diluted with H 2 gas so that the CH 4 gas concentration becomes 0.03% product% is used, and a negative bias is applied. The microwave plasma treatment was performed for 15 minutes without applying. During this second plasma treatment, the temperature of the substrate 11 was approximately 800 ° C. In any treatment, the wavelength of the microwave was 2.45 GHz, and the gas pressure was 2666 Pa.

本実施例の高配向性ダイヤモンド膜においては、図1に示す高配向性ダイヤモンド膜と同様に、その表面を全面にわたって平坦化することができた。また、AFMにより、各処理段階における高配向性ダイヤモンド膜の表面の算出表面粗さRaを測定した。その結果を下記表2に示す。   In the highly oriented diamond film of this example, as in the highly oriented diamond film shown in FIG. Further, the calculated surface roughness Ra of the surface of the highly oriented diamond film in each treatment stage was measured by AFM. The results are shown in Table 2 below.

Figure 0004535956
Figure 0004535956

上記表2に示すように、処理が進むに従い、高配向性ダイヤモンド膜の表面が平坦化していることが確認された。具体的には、バイアス印加成長処理の前後に、負のバイアス電圧を印加せずに水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理することにより、表面研磨しただけの高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面の算術平均粗さRaを1/4程度まで低減することができた。   As shown in Table 2 above, it was confirmed that the surface of the highly oriented diamond film was flattened as the treatment progressed. Specifically, before and after the bias application growth treatment, high orientation that is simply surface-polished by microwave plasma treatment in a gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas without applying a negative bias voltage. As compared with the conductive diamond film, the arithmetic average roughness Ra of the surface could be reduced to about 1/4.

更に、前述の第1実施例と同様の方法で、各処理段階における高配向性ダイヤモンド膜表面の欠陥密度を調べたところ、本実施例の高配向性ダイヤモンド膜は、研磨処理しか行っていない高配向性ダイヤモンド膜に比べて、表面欠陥密度が大幅に減少していた。これは、負のバイアス電圧を印加せずにマイクロ波プラズマ処理した後、バイアス印加成長処理を行い、更にその後に、負のバイアス電圧を印加せずにマイクロ波プラズマ処理することにより、機械的研磨により生じた表面欠陥が低減することを示している。更にまた、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスの代わりに水素ガスを使用して、それ以外は本実施例と同様の条件で、バイアス印加成長処理の前後に、負のバイアス電圧を印加せずにマイクロ波プラズマ処理を行ったところ、本実施例と同様の効果が得られた。   Further, when the defect density on the surface of the highly oriented diamond film in each processing step was examined by the same method as in the first example, the highly oriented diamond film of this example was subjected only to polishing treatment. Compared with the oriented diamond film, the surface defect density was greatly reduced. This is because mechanical treatment is performed by performing a microwave plasma treatment without applying a negative bias voltage, followed by a bias application growth treatment, and then performing a microwave plasma treatment without applying a negative bias voltage. This shows that the surface defects caused by the above are reduced. Furthermore, using a hydrogen gas instead of a gas containing carbon atoms diluted with a hydrogen gas, a negative bias voltage is applied before and after the bias application growth process under the same conditions as in this example except for that. When the microwave plasma treatment was performed without the same effect, the same effect as in this example was obtained.

本発明の第1の実施形態の高配向性ダイヤモンド膜の表面の図面代用写真である(SEM写真)。It is a drawing substitute photograph (SEM photograph) of the surface of the highly oriented diamond film of the 1st Embodiment of this invention. BEG処理に使用するマイクロ波プラズマCVD装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the microwave plasma CVD apparatus used for BEG processing. 従来の高配向性ダイヤモンド膜の表面の図面代用写真である(SEM写真)。It is a drawing substitute photograph of the surface of the conventional highly oriented diamond film (SEM photograph). 研磨処理後の高配向性ダイヤモンド膜表面の図面代用写真である(SEM写真)。It is a drawing substitute photograph of the surface of the highly oriented diamond film after the polishing treatment (SEM photograph).

符号の説明Explanation of symbols

1;マイクロ波電源
2;アイソレータ
3;チューナー
4;導波管
5;プランジャー
6;チャンバー
7;導入口
8;排気口
9;支持棒
10;基板支持台
11;基板
12;対向電極
13;プラズマ
14;交流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Microwave power source 2; Isolator 3; Tuner 4; Waveguide 5; Plunger 6; Chamber 7; Inlet 8; Exhaust port 9; Support rod 10; Substrate support 11; Substrate 12; 14; AC power supply

Claims (9)

高配向性ダイヤモンド膜を合成する工程と、前記高配向性ダイヤモンド膜の表面を研磨する工程と、この表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加しながら、水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施して、研磨疵による凹凸及び研磨により生じた表面欠陥部分にダイヤモンドを蒸着させて前記高配向性ダイヤモンド膜の表面を平坦化するバイアス印加成長処理工程と、を有することを特徴とする高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 A step of synthesizing a highly oriented diamond film, a step of polishing the surface of the highly oriented diamond film, and applying a negative bias voltage to the surface-polished highly oriented diamond film while applying a hydrogen gas in and facilities microwave plasma treatment with a gas containing a diluted carbon atoms, to flatten the surface of the highly oriented diamond film by depositing diamond on the surface defect portion caused by irregularity and polishing by the polishing flaws A method for producing a highly oriented diamond film, comprising: a bias application growth treatment step. 前記バイアス印加成長処理工程の前に、前記表面研磨された高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加せずに、水素ガス中又は水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施す第1のプラズマ処理工程を有することを特徴とする請求項1に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 In the gas containing carbon atoms diluted in hydrogen gas or hydrogen gas without applying a negative bias voltage to the surface-polished highly-oriented diamond film before the bias application growth treatment step. 2. The method for producing a highly oriented diamond film according to claim 1, further comprising a first plasma processing step of performing a microwave plasma processing. 前記バイアス印加成長処理工程後の高配向性ダイヤモンド膜に対して、負のバイアス電圧を印加せずに、水素ガス中又は水素ガスで希釈された炭素原子を含むガス中でマイクロ波プラズマ処理を施す第2のプラズマ処理工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 The highly oriented diamond film after the bias application growth treatment step is subjected to microwave plasma treatment in a hydrogen gas or a gas containing carbon atoms diluted with a hydrogen gas without applying a negative bias voltage. The method for producing a highly oriented diamond film according to claim 1, further comprising a second plasma treatment step. 前記バイアス印加成長処理工程において使用する水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスは、炭素原子の量(モル)と水素原子の量(モル)との比(C/H)が100乃至260000ppmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 The gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas used in the bias application growth process step has a ratio (C / H) of the amount (mol) of carbon atoms to the amount (mol) of hydrogen atoms of 100 to 260000 ppm. The method for producing a highly oriented diamond film according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記バイアス印加成長処理工程において、前記水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスのガス圧を1333乃至16000Paとすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 5. The high orientation property according to claim 1, wherein in the bias application growth treatment step, a gas pressure of the gas containing carbon atoms diluted with the hydrogen gas is set to 1333 to 16000 Pa. 6. Diamond film manufacturing method. 前記水素ガスで希釈された炭素原子を含むガスは、メタンガスを水素ガスで希釈したものであり、前記メタンガスの濃度が0.5体積%以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 6. The gas containing carbon atoms diluted with hydrogen gas is obtained by diluting methane gas with hydrogen gas, and the concentration of the methane gas is 0.5% by volume or less. 2. A method for producing a highly oriented diamond film according to claim 1. メタンガス濃度が0.1体積%以下であることを特徴とする請求項6に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 The method for producing a highly oriented diamond film according to claim 6, wherein the methane gas concentration is 0.1% by volume or less. 前記負のバイアス電圧が−300乃至−100Vであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 The method for producing a highly oriented diamond film according to claim 1, wherein the negative bias voltage is −300 to −100V. 前記バイアス印加成長処理工程において、前記マイクロ波プラズマ処理を5乃至60分間行うことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の高配向性ダイヤモンド膜の製造方法。 9. The method for producing a highly oriented diamond film according to claim 1, wherein the microwave plasma treatment is performed for 5 to 60 minutes in the bias application growth treatment step.
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