JPH01203294A

JPH01203294A - ダイヤモンド膜の製造方法

Info

Publication number: JPH01203294A
Application number: JP2575588A
Authority: JP
Inventors: Keiji Hirabayashi; 敬二平林; Yasushi Taniguchi; 靖谷口; Noriko Kurihara; 栗原　紀子; Keiko Ikoma; 生駒　圭子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、反応室内で原料ガスを高励起状態にして、基
体上にダイヤモンド膜を形成する方法に関する。

［従来の技術］ダイヤモンド膜の気相合成による高速成膜の方法には、
例えば第２図に示すような装置を用いる高周波プラズマ
法（無機材研・松本ら、第３４回応用物理学関係連合講
演会（１９８７年）　２８ａ−Ｇ−１等）が知られてい
る。この方法は、高周波コイル３で発生させた高周波に
よりプラズマ１３を発生させ、基体ホルダー５上の基体
４にダイヤモンド膜を形成する方法である。

一方、第３図に示すような装置を用いる直流プラズマジ
ェット法（富士通研究所・栗原ら、第４８回応用物理学
会学術講演会（１９８７年）　＋８ｐ−Ｔ−３等）など
の高速成膜方法も知られている。この方法は、直流電源
８から直流アーク放電用電極２に電流を流してアーク放
電を起させてプラズマジェット１２を発生させ、基体ホ
ルダー５上の基体４にダイヤモンド膜を形成する方法で
ある。

なお、上記両方法は、圧力を１００　Ｔｏｒｒ以上にし
て、高周波放電あるいはアーク放電により熱プラズマを
発生させ、原料ガス（水素とメタンの混合ガス）を高励
起状態にし、基体上にダイヤモンド膜を高速に析出させ
る方法である。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記両方法は、放電状態（プラズマ状態
）が不安定になりやすいので、長時間にわたる成膜、均
一性に優れた成膜には適さない。

また、特に第３図に示した直流プラズマジェット法にお
いては、通常、安定したアーク放電を得るには大きなア
ーク電流が必要とされ、大アーク電流を用いると直流電
極の構成材料が直流電極から遊離し、不純物として気相
中に混入してしまう場合が多い。また、直流プラズマジ
ェット法は大面積基板への成膜には適さない。

本発明はそのような課題を解決するためになされたもの
であり、その目的は、安定した放電下で、均一性に優れ
、かつ大面積に成膜可能なダイヤモンド膜の製造方法を
提供することにある。　　−〔課題を解決するための手
段〕本発明は、減圧にし得る堆積室内に、炭素含有化合物を
含む原料ガスを導入し、該原料ガス雰囲気中で直流アー
ク放電と、高周波放電とを生起させることで、前記堆積
室内に設置された基体上にダイヤモンド膜を形成するこ
とを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法である。

本発明の方法は直流アーク放電および高周波放電を併用
するので、アーク放電のみによって成膜な行なう従来の
直流プラズマジェット法に比べて、アーク放電の電流が
小さな値でも安定した放電状態を保つことができる。そ
の結果、アーク電極からその電極材料が不純物として遊
離する等の欠点が解消される。また、高周波のみによっ
て成膜を行なう従来の高周波プラズマ法に比べて、高周
波の出力が小さな値でも安定した放電状態を保つことが
できる。

以下、第１図を参照しつつ、本発明の方法を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の方法に用いる装置の一例を示す模式
的断面図である。この装置“は、直流アーク放電を発生
させる系と高周波放電を発生させる系の両方を有する。

反応室１内には、直流アーク放電用電極２が設けられて
おり、その電極２は直流電源８に接続されている。また
、反応室１にはガス導入口９．１０および排気口１１が
接続されており、排気口１１から不図示の排気系により
排気できるようになっている。また、反応室１外の所定
の位置に高周波コイル３が設けられており、そのコイル
３には高周波整合器６、高周波電源７が接続されている
。また、直流アーク放電用電極２および高周波コイル３
により高励起状態にされた原料ガスが効率良く基体４と
接するような位置に基体４を調製することのできる基体
ホルダー５が設けられている。また、反応室１は、不図
示の冷却系により反応室１全体を冷却水で冷却できるよ
うになっている。

以上のような直流アーク放電を発生させる系と高周波放
電を発生させる系の両方を有する装置を用いて本発明の
方法によりダイヤモンド膜を形成できる。

直流アーク放電用電極２の材質としては、例えばグラフ
ァイト、タングステン、モリブデン等を挙げることがで
きる。なお、電極２の形状は第１図に示した装置に限定
されるものではなく、安定した放電が得られる形状であ
ればどのような形状でもよい。

また高周波放電の方法も、第１図に示したような方法に
限定されるものではない。

また、アーク放電と高周波放電との位置関係は、高周波
放電を基板近傍に配設することが望ましい。更に、アー
ク放電出力は、高周波放電が安定化するために必要な最
低限の出力（〜ＩＯＡ程度）を印加するのみでよい。

成膜の際の反応室１内の圧力は、１０Ｔｏｒｒ以上、望
ましくは５０Ｔｏｒｒ以上で、７６０Ｔｏｒｒ（大気圧
）以下が安定な放電プラズマを得るために好ましい。

原料ガスは、ガス導入口９およびガス導入口ｌＯのうち
のどちらから導入してもかまわないが、ガス導入口９か
らは放電安定の目的でＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを混入
したガスを導入することが好ましい。なお、ガス導入口
の位置は、第１図に示した装置に限定されるものではな
く、例えばガス導入口ｌＯを高周波コイル３の途中や高
周波コイル３よりも基体４に近い側に取り付けてもよい
。また、原料ガスとしての炭素含有ガスは、例えばメタ
ン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガスや
アルコール、アセトン等の酸素含有炭化水素等を挙げる
ことができる。

基体温度は、プラズマと基板位置との関係により、好適
な値が異なるが、６００℃以上、望ましくは８００℃以
上１２００”ｃ以下の範囲であることが結晶性の高いダ
イヤモンドを得るには好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

実施例１第１図に示した装置を用いて、本発明の方法により、以
下の条件で、ダイヤモンド膜を成膜した。

基板はシリコン単結晶（直径１インチ、厚さ０、５ｍｍ
）を用いた。ガス導入口９からアルゴンガスと水素ガス
を同時に各々１β／分づつ導入し、ガス導入口ｌＯから
水素ガスとメタンガスを同時に各々２β／分、５０ｍｊ
！／分づつ導入し、圧力は４００Ｔｏｒｒとした。また
、直流アーク放電用電極２としてモリブデン製の直流電
極を用い、アーク電流はＩＯＡとした。高周波は１３．
５６Ｍ　Ｈｚ、高周波出力は２０ｋＷとした。

・以上の条件でアーク放電と高周波とを同時に付与して
プラズマを発生させ５時開成膜を行なった。なお成膜の
際に、基板の温度はプラズマにより１０００℃に上昇し
た。

成膜中の放電は非常に安定であり、放電が止まってしま
うことは一度も無かった。ダイヤモンド膜は基板全面に
均一に成膜され、その厚さは３００〜４００μｍであっ
た。そのダイヤモンド膜は、Ｘ線回折、電子線回折から
ダイヤモンド多結晶であることが確認された。

実施例２成膜条件のうちのガス導入を、ガス導入口９から、水素
ガス、エタンガス、アルゴンガスな各々４β／分、　１
００ｍＡ／分、２Ｉ２／分の割合いで導入し、圧力を１
５０Ｔｏｒｒにした以外は実施例１と同様にして５時開
成膜を行なった。

成膜中の放電は非常に安定であり、放電が止まってしま
うことは一度も無かった。ダイヤモンド膜は基板全面に
均一に成膜され、その厚さは２５０〜３００μｍであっ
た。また、そのダイヤモンド膜をＸＭＡ　（Ｘ線マイク
ロアナリシス）により元素分析したところ、アーク電極
の材料であるモリブデン等の不純物は分析範囲内では認
められなかった。

比較例１高周波は用いず、アーク放電のみにより放電を行なう以
外は実施例１と同様の条件で成膜を行なった。なお、そ
の成膜の際の基板の位置は、実施例１の際よりもアーク
電極の近く（電極から２　ｃｍ）にした。

以上の条件による放電は不安定であり、良好な成膜が行
なえなかった。そこで、アーク電流をＩＯＡから２５Ａ
に上げたところ、放電は３０分間程度安定化したので３
０分間成膜を行なった。得られたダイヤモンド膜は、直
径１インチの基板の中心部５ｍｍ径程度に、厚さ２０μ
程度のものであり均一性の劣るものであった。また、そ
の膜をＸＭＡによる元素分析した結果、アーク電極の材
料であるモリブデンが膜内に混入していることが認めら
れた。

比較例２アーク放電は用いず、高周波のみにより放電を行なう以
外は実施例１と同様の条件で成膜を行なった。その際の
放電は不安定であり、良好な成膜が行なえなかった。そ
こで、高周波出力を２０ｋＷから４０ｋＷに上げたが、
数分間〜数十分間しか放電は安定しなかったので、２０
μｍの薄いダイヤモンド膜しか形成できなかった。

〔発明の効果］以上説明したように、本発明の方法によれば、直流アー
ク放電および高周波放電を併用するので、アーク放電の
電流が小さな値でも安定した放電状態を保つことができ
る。その結果、アーク電極からその電極材料が不純物と
して遊離する等の欠点が解消される。また、高周波の出
力が小さな値でも安定した放電状態を保つことができる
。更には放電が安定するので均一性に優れたダイヤモン
ド膜を形成することができ、更には大面積の成膜も可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法に用いる装置の一例を示す模式
的断面図、第２図は従来の高周波プラズマ法を例示する
模式的断面図、第３図は従来の直流プラズマジェット法
を例示する模式的断面図である。１・・・・・・反応室２・・・・・・直流アーク放電用電極３・・・・・・高周波コイル　　　４・・・・・・基体
５・・・・・・基体ホルダー　　　６・・・・・・高周
波整合器７・・・・・・高周波電源　　　　８・・・・
・・直流電源９．１０・・・ガス導入口　　　　１１・
・・・・・排気口１２・・・・・・プラズマジェット　
１３・・・・・・プラズマ特許出願人　　キャノン株式
会社

Claims

【特許請求の範囲】

減圧にし得る堆積室内に、炭素含有化合物を含む原料ガ
スを導入し、該原料ガス雰囲気中で直流アーク放電と、
高周波放電とを生起させることで、前記堆積室内に設置
された基体上にダイヤモンド膜を形成することを特徴と
するダイヤモンド膜の製造方法。