JPH0226894A - ダイヤモンドの気相合成方法および装置 - Google Patents

ダイヤモンドの気相合成方法および装置

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JPH0226894A
JPH0226894A JP17259088A JP17259088A JPH0226894A JP H0226894 A JPH0226894 A JP H0226894A JP 17259088 A JP17259088 A JP 17259088A JP 17259088 A JP17259088 A JP 17259088A JP H0226894 A JPH0226894 A JP H0226894A
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Kazuaki Kurihara
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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】 〔概 要〕 直流プラズマCVD法によるダイヤモンド膜の気相合成
方法および装置に関し、 ダイヤモンド気相成長中の放電状態を安定に維持しおよ
び大面積の基板に厚いダイヤモンド膜を成長させること
を目的とし、 対向電極間に直流電圧を印加し、グローアーク移行領域
の放電をおこし、水素および炭素を含有するガスからダ
イヤモンドを合成する方法において、陽極をメツシュ状
金属電極としてガス通過可能にし、水冷基板ホルダに搭
載された基板を該陽極の外側近傍に配置し、ダイヤモン
ド膜を該基板上に成長させるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はダイヤモンドの気相合成に関し、より詳しくは
、直流プラズマCVD法によるダイヤモンド膜の気相合
成方法および装置に関する。
ダイヤモンド膜は、熱伝導率が2000 W /m K
であって、銅の4倍にも相当し、しかも、硬度および絶
縁性もすぐれており、半導体素子用のヒートシンク、回
路基板の材料として、理想的な材料である。また、広い
波長範囲にわたり透光性にすぐれており、光学材料とし
てもすぐれている。さらに、ダイヤモンドはバンドギャ
ップが5.45eVと広く、キャリア移動度の高い半導
体であるので、高温トランジスタ、高速トランジスタな
どの高性能デバイスとしても注目されている。
〔従来の技術〕
ダイヤモンド膜を基板上に気相合成する方法としては、
熱フイラメントCVD法、高周波CVD法、マイクロ波
CVD法、電子衝撃CVD法などがあり、成膜(成長)
速度が比較的高い方法として直流プラズマCVD法があ
る【例えば、K、5uzuki、 A、Sawabe、
 HlYasuda and T、Inuzuka :
Grovth of diamond thin fi
lms by dc plasmachemical 
vapor deposition、  Appl、P
hys、Lett、5Q(12)、 23 March
 1987参照)。
従来の直流プラズマCVD法のダイヤモンド気相合成装
置は、第2図に示すように、真空ポンプなどの排気系に
接続されたチャンバ1と、チャンバ1内に対向して配置
された陰極2および基板ホルダを兼ねた陰極3と、これ
ら電極間にグローアーク移行領域の放電をおこす直流電
源4と、水素ガスおよびメタンなどの炭化水素ガスの反
応ガスをチャンバ内に流入させるガス導入管5とからな
る。陽極である基板ホルダ3は、その上にダイヤモンド
膜を被着させる基板6が搭載されている。
そして、陰極2および陽極3は冷却水7で水冷されてい
る。
コノタイヤモンド気相合成装置では、チャンバ1内を減
圧状態にし、ガス導入管5から水素ガスとメチタ(CH
4)ガスを導入し、直流電源4からの電流を陰極2およ
び陽極3 (基板6)の対向電極間に流してグローアー
ク移行領域の放電を起こし、第2図に示すように、陽光
柱8が発生する。
この状態で、基板6上にダイヤモンド膜を成長させるわ
けである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した装置でのダイヤモンド膜形成に右いては、基板
ホルダ3上に固定されている基板6が陽極3の一部とな
っているために、絶縁体であるダイヤモンド膜が厚く成
長すると、放電状態が変化したり、さらには放電が停止
したりする。また、基板の大型化(すなわち、ダイヤモ
ンド膜の面積を大きくすること)は容易ではない。
本発明の課題は、ダイヤモンド気相成長(合成)中の放
電状態を安定(一定)に維持できるようにすることであ
る。
また、本発明の別の課題は、大面積の基板に厚いダイヤ
モンド膜を成長させることである。
〔課題を解決するための手段〕
上述の課題が、対向電極間に直流電圧を印加し、グロー
アーク移行領域の放電をおこし、水素および炭素を含有
するガスからダイヤモンドを合成する方法において、陽
極をメツシュ状金属電極としてガス通過可能にし、水冷
基板ホルダに搭載された基板を該陽極の外側近傍に配置
し、ダイヤモンド膜を該基板上に成長させることを特徴
とするダイヤモンドの気相合成方法によって達成される
また、上述の課題が、排気系に接続されたチャンバと、
該チャンバ内に対向して配置された陽極および陰極と、
該陽極および陰極間にグローアーク移行領域の放電をお
こす直流電源と、ダイヤモンド膜を被着させることにな
る基板と、該基板を搭載する基板ホルダと、反応ガスを
前記チャンバ内に流入させるガス導入管とからなるダイ
ヤモンドの気相合成装置において、前記陽極がメツシュ
状金属電極であって、前記陰極と前記基板との間で該基
板の近傍に配置されていることを特徴とするダイヤモン
ド気相合成装置によっても達成できる。
〔作 用〕
本発明のダイヤモンド気相合成は直流プラズマCVD法
において陽極を基板と分離しかつメツシュ状金属にして
いるので、基板上に成長したダイヤモンド膜が放電状態
に影響を与えることなく、メツシュ状金属電極を反応ガ
スが通過して基板上のダイヤモンド膜成長が継続進行す
る。さらに、基板を搭載している基板ホルダを可動にす
ることによって、陽極下方で基板を移動させながらダイ
ヤモンド膜成長を行なうことで大面積基板への膜成長が
可能となる。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明に係る直流プラズマCVD法ダイヤモ
ンド気相合成装置の概略図である。
この装置は真空ポンプの排気系につなぐ排気管11のつ
いたチャンバ12を備え、その中に水冷陰極13が固定
配置されている。該陰極13に対向して所定間隙でメツ
シュ状金属電極の陽極14が固定配置されている。これ
ら陰極13および陽極14が直流室R15に接続されて
いる。この場合には、水冷基板ホルダ16がマニュプレ
ークとして少なくとも前後・左右に可動できるようにな
っており、ホルダ16上に搭載した基板17を移動させ
ることができる。そして、基板17がメツシュ状陽極1
4の下側近傍に存在するようになっている。反応ガスで
ある水素ガスと炭化水素ガスとをチャンバ12内に流入
させるガス導入管18がチャンバ12に取付けられかつ
陰極13および基板ホルダ16が冷却水19で水冷され
ている。
陽極のメツシュ状金属電極14はタングステン、モリブ
デンなどでできており、ダイヤモンド膜が成長する基板
17はシリコン、モリブデンなどである。
この合成装置でダイヤモンド膜を形成するには、従来の
合成装置と同様に、チャンバ12内を減圧状態にし、ガ
ス導入管18から反応ガスを導入し、直流電源15から
の電流を陰極13およびメツシュ状陽極14間に流して
グローアーク移行領域の放電を起こし、第1図に示すよ
うに、陽光柱20を発生させる。この陽光柱20の一部
は陰極13側だけでなく基板17側にも広がって発生し
、この状態で基板17上にダイヤモンド膜を成長させる
ことができる。この成長時に、基板ホルダ16を前後・
左右に移動させてその上の基板17も移動させるならば
、メツシュ状陽極のサイズよりも大きな面積の基板17
上にダイヤモンド膜を形成することができる。
実施例1 第1図に示した構造のダイヤモンド気相合成装置におい
て、陰極13を水冷モリブデン製円板(直径20mm)
とし、陽極14をダンゲステンメツシュ(金網)(直径
2On++n)とし、これら対向電極間距離を10mm
とした。基板ホルダ16はその頂面サイズが50mmX
50mmで、前後・左右にそれぞれ±30加かつ上下に
100謳移動できるマニュブレークを用いた。
基板ホルダ16に30mmX30玉X 0.5 mmの
シリコンウェハ(基板)17を搭載し、チャンバ12内
を真空ポンプ(図示せず)にて2X10−3Torrま
で排気した後に1、ガス導入管18より水素(H2)ガ
ス(10GSCCM)およびメタン(CH4)ガス(2
SCCM)の反応ガスを流し、チャンバ12内圧力を2
00Torrに保持した。定電流電源15より電圧1.
2 k Vで5Aの電流を対向電極間に流して放電を起
こして陽光柱20を発生させた。放電が安定してから、
基板ホルダ16であるマニュプレークによってシリコン
基板17をメツシュ状陽極14に2mmの間隙位置まで
近づけ、この状態でシリコン基板17を前後・左右にゆ
っくり移動させながら10時間ダイヤモンドの合成を行
なった。
その結果、30nm角の基板17全体に厚さ約300用
のダイヤモンド膜が得られた。得られたダイヤモンド膜
をX線回折、ラマン分光で調べたところ、ダイヤモンド
のみのピークが検出され、良質のダイヤモンドであるこ
とがわかった。
実施例2 実施例1でのダイヤモンド気相合成装置を用いて、15
mmX 15mmX0.5mmのシリコンウェハ(基板
)を用い、基板ホルダ16を前後・左右には移動させず
に、実施例1での製膜条件で24時間ダイヤモンドの合
成を行なった。24時間の合成中、放電の状態が大きく
変化することなく、また、放電が停止することもなかっ
た。得られたダイヤモンド膜の厚さは約1.2mmであ
った。さらに、X線回折、ラマン分光で調べたところ、
良質のダイヤモンドであることがわかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るダイヤモンド気相合成装置の概
略図であり、 第2図は、従来のダイヤモンド気相合成装置の概略図で
ある。 12・・・チャンバ、   13・・・陰極、14・・
・陽極(メツシュ状金属電極)、15・・・電源、  
   16・・・基板ホルダ、17・・・基板、   
  20・・・陽光柱。 〔発明の効果〕 本発明によれば、直流プラズマCVD法でメツシュ状陽
極を用い、基板をこの陽極近傍で離して配置することに
よって、従来この方法では3oota厚さまでしか成長
しえなかったものが1.2化の厚さまで、さらにこれ以
上の膜厚のダイヤモンド膜を合成できる。また、メツシ
ュ状陽極と基板とは離れているので、基板を移動させる
ことができて、従来電極サイズ以上の基板には製膜でき
なかったのに対してより大面積の製膜が可能となった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、対向電極間に直流電圧を印加し、グローアーク移行
    領域の放電をおこし、水素および炭素を含有するガスか
    らダイヤモンドを合成する方法において、陽極をメッシ
    ュ状金属電極としてガス通過可能にし、水冷基板ホルダ
    に搭載された基板を該陽極の外側近傍に配置し、ダイヤ
    モンド膜を該基板上に成長させることを特徴とするダイ
    ヤモンドの気相合成方法。 2、排気系に接続されたチャンバと、該チャンバ内に対
    向して配置された陽極および陰極と、該陽極および陰極
    間にグローアーク移行領域の放電をおこす直流電源と、
    ダイヤモンド膜を被着させることになる基板と、該基板
    を搭載する基板ホルダと、反応ガスを前記チャンバ内に
    流入させるガス導入管とからなるダイヤモンドの気相合
    成装置において、前記陽極(14)がメッシュ状金属電
    極であって、前記陰極(13)と前記基板(17)との
    間で該基板(17)の近傍に配置されていることを特徴
    とするダイヤモンド気相合成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10251857A (ja) * 1997-03-12 1998-09-22 Ulvac Japan Ltd 撥水性窓材とその製造方法
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