JPH03115194A - 多結晶ダイヤモンド薄膜の製造方法 - Google Patents

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〕 この発明は、多結晶ダイヤモンド薄膜の製造方法に関し
、特にダイヤモンド領域選択性成長法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ダイヤモンド薄膜を形成する方法としては、熱フ
イラメントＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法、等がある。

熱フイラメントＣＶＤ法では、フィラメント及び基板が
設けられた反応室内を数十Ｔｏｒｒに保持するとともに
、この反応室内に反応ガスを導入し、これらをフィラメ
ントにより加熱し、成膜を行うようにしている。また、
マイクロ波ＣＶＤ法では、基板の載置された反応室内に
マイクロ波及び反応ガスを導入し、前記マイクロ波を用
いて発生させたプラズマにより反応ガスの分解を行い、
成膜を行うようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、最近シリコン等において選択性成長法が研究
されてきている。この選択性成長法は、シリコン酸化膜
等の絶縁層でシリコン基板上にパターニングを行い、基
板上でダイヤモンドの核形成位置の制御を行うものであ
る。

従来の選択性成長法によるダイヤモンド薄膜の製造にお
いては、基板に前処理を行った後にパターニングを行い
、これにより成膜したい領域のみを露出させるようにし
ている。しかし、前記前処理は、ダイヤモンドペースト
で研磨したり、あるいはアルコールと砥粒による縣濁液
中に基板を入れ、超音波処理をして基板表面に傷付は処
理を行っていた。そしてその後、イオンエツチングによ
り、パターンニングを行っていた。このように前処理を
行った後にイオンエツチングを行うと、装置内にダスト
が発生するという問題がある。

また逆に、パターンニングした後に前述のような前処理
を行うと、従来の高い圧力（ｌ　ＯＴｏ　ｒｒ以上）の
ＣＶＤ法では、第５図に示すように、基板５上だけでな
く、パターンニングを施したマスク４の表面にもダイヤ
モンド１０が成長してしまうという問題があった。

この発明の目的は、選択領域にのみダイヤモンドを成膜
することができ、しかも、ダストの発生を抑えることが
できる多結晶ダイヤモンド薄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〕 この発明に係る多結晶ダイヤモンド薄膜の製造方法は、
以下の工程を含んでいる。

◎導電性基板の表面に、ダイヤモンド形成領域に対応す
る穴を有する絶縁層を形成すること。

◎前記絶縁層の形成された基板に傷付は前処理を行うこ
と。

◎前記基板の配置された反応室内圧力をバイアス効果の
現れる低圧力範囲に設定すること。

◎前記基板に正の直流バイアス電圧を印加しつつ、ダイ
ヤモンド成膜条件で前記基板に多結晶ダイヤモンド薄膜
を気相成長させること。

〔作用〕

この発明においては、導電性基板の表面にパターンニン
グを施した後、バイアス効果の現れる低圧力下で前記基
板に正のＤＣバイアスを印加しつつ成膜を行う。

これにより、マスク面としての絶縁層には傷付は処理が
施されてしまうが、低圧下で、しかも基板に正のＤＣバ
イヤスを印加しているので、基板表面のうちの、穴が形
成されたダイヤモンド形成領域にのみ電子が集中し、ま
た絶縁層はフローティング状態となる。したがって、傷
付は処理が施された絶縁層は、プラズマ電位以下となっ
てイオンが集中する。このために、絶縁層上にはダイヤ
モンドは形成されない。

〔実施例〕

第４図は本発明の一実施例による多結晶ダイヤモンド薄
膜の製造方法が適用される成膜装置の断面構成図である
。

図において、プラズマ室１は空洞共振器（キヤ・ビティ
）構造となっており、このプラズマ室ｌには、導波管２
を介してマイクロ波源としてのマグネトロン（図示せず
）が接続されている。また、プラズマ室ｌには反応ガス
供給孔１ａが設けられ、この反応ガス供給孔１ａを介し
て反応ガスが導入されるようになっている。ここで、前
記反応ガスとしては、−酸化炭素ガス（ＣＯ）と水素ガ
ス（Ｈ２）との混合ガスが用いられる。

前記プラズマ室ｌの周囲には、電磁石３ａ及び３ｂが配
置されており、この電磁石３ａ及び３ｂによる磁界の強
度は、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件
がプラズマ室ｌ内部で成立するように設定されている。

また、プラズマ室１内の電子サイクロトロン共鳴の条件
が成立する位置の近傍には、成膜すべき基板５が載置さ
れており、この基板５は基板ホルダ６に保持されている
。基板ホルダ６にはヒータ７が設けられている。

また、前記基板５には、ＤＣバイアス電源８が接続され
ており、これにより基板５に正のＤＣバイアス電圧が印
加できるようになっている。一方、プラズマ室１は接地
されている。

次に、多結晶ダイヤモンド薄膜の製造方法の一例につい
て説明する。

まず、導電性基板としてのシリコン基板５上に、絶縁層
としてのシリコン酸化膜（Ｓｔｏｗ）をＰＣＶＤ法や熱
酸化法によって形成する０次に、第１Ａ図及びこのＩＢ
−ＩＢ線断面図である第１Ｂ図で示すように、ダイヤモ
ンド膜を形成したい領域に対応してパターンニングを行
い、Ｓ　ｉ　Ｏｘ　ＪＩＪｉ　４に穴４ａ〜４ｂを形成
する。したがって、この人４ａ〜４Ｃの部分は、基板５
が露出している。そして、Ｓｉｎ、膜４が形成され、パ
ターンニング処理の施された基板５を、ダイヤモンド砥
粒をアルコールに入れて作った縣濁液に入れ、超音波処
理を行って表面を水洗する。そして、乾燥後にこの基板
をプラズマ室内１の基板ホルダ６に装着する。

次に、プラズマ室１内を真空排気後、−酸化炭素ガス及
び水素ガスを導入し、圧力をバイアス効果が起こり得る
低圧力（０，ＩＴｏｒｒ）’程度にする。なお、バイア
ス効果とは、基板に正のバイアス電圧を印加した時はダ
イヤモンドが生成され、負になった場合はダイヤモンド
が生成されないという低圧力下特有の効果である。

次に、マグネトロンからマイクロ波を発生させ、これを
導波管２を介してプラズマ室ｌ内に導入するとともに、
電磁石３ａ及び３ｂに電流を流して磁場を形成する。こ
の時、プラズマ室１内の所定の位置では、電子サイクロ
トロン共鳴を起こし、電子がマイクロ波から効率良くエ
ネルギーを吸収し、低圧下にてプラズマ領域が形成され
る。また、基板５には、ＤＣバイアス電源８により、１
０〜６０Ｖ程度の正のバイアスを印加する。

このような状態で成膜を行うと、第２図に示すように、
基板５表面のうちの、ＳｉＯよ・Ｍ４の穴４ａ〜４Ｃの
部分に電子が集中し、一方Ｓｉｎｇ膜４は電気的にフロ
ーティング核層となり、プラズマ電位以下となってイオ
ンが集中してくる。このために、前述のようにＳｉＯ□
Ｍ４には前処理として傷付は処理を行っているにもかか
わらず、ダイヤモンドは発生しない。

これに対して、基Ｆｉ５が露出している穴４ａ〜４ｃの
部分には、第３図に示すようにダイヤモンド膜ｌＯが成
長する。なお、成膜条件は前述のような低圧力（０，Ｉ
Ｔｏｒｒ）での標準条件でよい０例えば、マイクロ波パ
ワーは１３００Ｗ、基板温度は６５０℃、ＣＯ／　ＣＯ
＋　Ｈｚ　＝　５％とすればよい。

〔他の実施例〕

（ａ）　　前記実施例では、導電性基板としてシリコン
基板を用いたが、たとえば、ＭｏあるいはＡｌｌなどの
基板の一部にダイヤモンドをコーティングしたい場合に
も、ダイヤモンドの不要なところへ絶縁層を形成し、前
述と同様にして成膜をすることにより、選択的に、しか
もダストの発生なしにダイヤモンド成膜を行うことがで
きる。

（ｂ）　　前記実施例では、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に
本発明を適用したが、他のマイクロ波プラズマＣＶＤ法
や通常のＣＶＤ法にも本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕 以上のように本発明では、低圧下で、しかも基板に正の
ＤＣバイアス電圧を印加することにより、絶縁層上にダ
イヤモンド薄膜は形成されず、下地の基板が露出してい
るところにのみ選択的にダイヤモンドを成長させること
ができる。

また、パターンニングは傷付は処理の前に行われるので
、ダストの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本実施例に用いられる基板の平面図、第１Ｂ
図はそのＩＢ−ＩＢ＆５１断面図、第２図は基板にバイ
アス電圧を印加した場合の作用を示すための図、第３図
はダイヤモンド薄膜の成長過程を示す図、第４図は本実
施例方法が適用される成膜装置の概略断面構成図、第５
図は従来方法によって基板上にダイヤモンド薄膜を形成
した場合の断面図である。 ｌ・・・プラズマ室、４・・・Ｓ　ｉ　ＯＨ膜（絶縁層
）、５・・・Ｓｔ基板、８・・・バイアス電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性基板の表面にダイヤモンドを形成するため
   の穴を有する絶縁層を形成することと、前記絶縁層の形
   成された基板に傷付け前処理を行うことと、前記基板の
   配置された反応室内圧力をバイアス効果の現れる低圧力
   範囲に設定することと、前記基板に正の直流バイアス電
   圧を印加しつつダイヤモンド成膜条件で前記基板に多結
   晶ダイヤモンド薄膜を気相成長させることとを含む多結
   晶ダイヤモンド薄膜の製造方法。