JPH03199379A - 化学蒸着法を用いる微結晶固体粒子の蒸着方法 - Google Patents

化学蒸着法を用いる微結晶固体粒子の蒸着方法

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JPH03199379A
JPH03199379A JP2284501A JP28450190A JPH03199379A JP H03199379 A JPH03199379 A JP H03199379A JP 2284501 A JP2284501 A JP 2284501A JP 28450190 A JP28450190 A JP 28450190A JP H03199379 A JPH03199379 A JP H03199379A
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gas
heating conductor
solid particles
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carbide
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ウド ブリングマン
Claus-Peter Klages
クラウス―ペーター クラゲス
Rolf Six
ロルフ ジックス
Lothar Schafer
シェーファー ローター
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は蒸着させる微結晶固体粒子を10−5〜1バー
ルの範囲の圧力で、450〜1200℃の範囲の温度に
加熱された基体上に蒸着し且つ化学気相反応を抵抗加熱
導体により熱的に励起される気相中で行う、微結晶固体
粒子を炭素質ガスを含む気相から化学蒸着法を使用して
蒸着する方法に関するものである。
(従来の技術) 化学蒸着法を使用し気相から微結晶固体物質を蒸着する
方法は自立プレフォームの製造または種々の基体上に被
膜を形成する広範囲の分野で用いられている。
一般に、CVD法の特徴は、ガス混合物が比較的高い温
度で基体表面と相互反応し、この間ガス混合物の少くと
も1種のガス形成部分を分解し基体表面上に固相の反応
生成物を析出することである。
従来のCVD法は高い温度、反応性ガスおよびかかる方
法を行うのに適する装置を必要とする。代表的プロセス
 パラメータは450〜2500℃の範囲の温度、10
−5〜1バールの範囲の圧力および少くとも1種の反応
性ガスと他のガス、例えば不活性ガス、酸化性ガスまた
は還元性ガスのプロセス ガス混合物である。
反応生成物(固体粒子)は、 熱分解(例えばCH+5iCh→SiC+3HC1)、
還元 (例えばWF6+3)!z→旧68F)酸化 (
例えばSiH,+02→5i(h+211□)または共
還元(例えばTic14+2Bch+511z→TiB
z+10HC1)により相当して得られる。
例えばプラズマにより形成される励起領域(最高エネル
ギー量の気相範囲)で行われる反応器内のプロセス ガ
ス混合物にエネルギーを与えることはマイクロ波;即ち 高周波エネルギー或いは直流電界からのエネルギーに電
流により加熱されるワイヤまたはフレームを経て結合す
ることにより得られる。励起領域において気相反応は刺
激され、次いで励起領域から若干の距離に位置するのが
好ましい基体上に反応生成物の析出が起り、この際上記
基体は、従来の方法で温度制御される基体支持体上に配
置される。残留ガスは真空ポンプにより反応器から除去
される。
ジャブ、ジェイ、アプル、フイズ(Jap、T、App
l。
Phys、) 21 (1982) No、4ページL
183〜L185には、第1図にメタン/水素気相から
CvDを用いダイヤモンド粒子を析出する装置の概要が
示されており、この装置では反応ガス混合物に、約20
00″Cの温度に加熱されたタングステン フィラメン
トにより構成される抵抗加熱導体によりエネルギーが与
えられる。
CVO法を使用し多結晶ダイヤモンド層を蒸着するため
本発明の範囲内で行った試験において、抵抗加熱導体の
材料(好ましくはモリブデン、タングステンまたはタン
タル)がプロセス条件(炭化水素ガス/水素雰囲気、2
000℃以上の温度)で極めて短い期間内(約10時間
の処理時間後)脆くなり、僅かにふるかまたはされられ
る場合自発的に破壊する。例えば欧州特許出願公開明細
書第272418号には、例えばかかる方法およびこの
方法に適する装置が開示されている。この方法では高融
点金属または炭素から成り、1000〜2500℃の範
囲の温度に加熱される基体に熱CVD法を用い炭素/水
素雰囲気からダイヤモンド粒子を蒸着するが、この方法
では反応ガスは2000″Cの温度を有するタングステ
ン加熱導体により励起される。
気相が加熱した抵抗ワイヤを介して励起されるこの方法
(或いはまた適切な文献におけるフィラメント法を意味
する)は、簡単であるから、現在ダイヤモンド被覆をつ
くるために最も広く使用される方法の一つである。戊辰
の線速度は、炭素質ガスとしてメタンを使用する場合に
は、1μm/hの大きさのオーダーである。反応ガス混
合物に対する炭素供給源として、他の有機化合物、例え
ばアルコール、エーテル、ケトン、アミンを使用する場
合には蒸着速度は1オーダーの大きさで増すことができ
る。然し、これ等の方法においては約10時間の連続処
理時間は殆んど越えることができず、普通使用される高
融点金属、例えばタングステ7、モリブデンおよびタン
タルの如き金属の抵抗加熱導体はこの処理期間中に、既
に述べた如く、月危くなる。
この脆化は、抵抗加熱導体の金属が反応性気相と化学的
に反応し、この間炭化物を形成することにより生じ、次
いで抵抗加熱導体における付随する構造の変化により望
ましくない機械的不安定を生ずる。従って、高融点金属
から成る抵抗加熱導体を使用する場合には、比較的短い
処理時間後導体を交換することがすすめられ、このこと
は蒸着操作を中断しなければならないことを意味し、こ
の場合連続的処理で比較的厚い(> 100μm)均一
な固体粒子層をつくることは殆んど不可能であるかまた
は抵抗加熱導体を交換することなく薄い固体粒子層を複
数層重ねて蒸着することは殆んど不可能である。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的はCVO法により、抵抗加熱導体を交換す
ることを必要とせず、比較的長い連続処理期間が達成さ
れる程度に、炭素質ガスを含有する気相から微結晶固体
粒子を蒸着する序文に記載した方法を改善することにあ
る。
(課題を解決するための手段) 本発明において、この目的は炭化物の化学量論的組成に
ほぼ相当する含有量で2000″Cより高い融点を有す
る元素の周期律表(PTE)のB亜族(seconda
ry groups)第1Va 〜Via族の少くとも
1種の遷移金属の炭化物から成る抵抗加熱導体を使用す
ることで達成される。
本発明の方法の他の有利な展開により、遷移金属、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、
タンタル、モリブデンおよび/またはタングステンの炭
化物または混合炭化物から戊る抵抗加熱導体が使用され
る。
元素の周期律表のIVa〜Via族の高融点金属からの
炭化物の形威および更に炭化物の処理方法は知られてい
る(ウルマンズ エンサイクロペディア デル チクニ
ジエン ヘミ−23版1954参照)。
然し十分に可能である場合には、化学量論的組成に少く
ともほぼ相当する結合炭素量を有する炭化物を抵抗加熱
導体の出発物質として使用することに注意すべきである
。少くとも88χの密度を有する機械的に極めて安定な
プレフォームを、かかる炭化物粉末から、特に高温等方
加圧により形威し、これを加圧後さらなる機械的処理工
程で処理して適当な所望形状を有する抵抗加熱導体を困
難なく製造することができる。また抵抗加熱導体の製造
に対して粉末冶金から知られている以外の変形技術を用
いることができることも勿論である。
本発明の他の好適例においては、炭化物またはダイヤモ
ンド粒子を固体粒子として蒸着する。
本発明の他の好適例においては、水素と<30χの炭素
質ガス、好ましくはメチル基を有するような炭化水素ガ
スを含有するガスから蒸着することができる。
本発明は、本発明における抵抗加熱を用いる場合に、1
0時間より長い連続処理時間を有するCVD蒸着法を行
い、これで相当して厚さの厚い蒸着固体粒子から均一な
層を得ることができるだけでなく、また処理を全体的に
費用を少くして行うことができ、一方抵抗加熱導体の操
作寿命が長いので、反応性気相と化学的に反応する高融
点金属(例えばタングステン モリブデンまたはタンタ
ル)のフィラメントを使用する従来法における如く抵抗
加熱導体を交換することがそれほどしばしば必要としな
い。
他の利点は、粉末冶金により知られているすべての製造
法によって炭化物または混合炭化物からなる抵抗加熱導
体を製造することができる。高温等方加圧により変形さ
れる例えば炭化物の抵抗加熱導体は、機械的に極めて安
定であり、任意所望の、更に特に大きい形状を有するこ
とができるので、これ等を用いてCVD−反応器におけ
る大きい範囲の励起領域を相当して均一に加熱すること
ができる。
多結晶ガイヤモンド粒子をタングステン基体上に析出さ
せるためCVD法で炭化タングステンからなる抵抗加熱
導体を用いることを本発明の具体例として記載する。
(実施例) 焼結法で炭化タングステンからつくった1閣の直径およ
び50mmの長さを有する抵抗加熱導体と、先ずlzの
メタンと99%の水素のガス混合物中約66ミリバール
(mbar)の圧力で2500℃の温度に3時間直流に
より加熱して不純物を除去し、処理する間結合および/
または焼結助剤並びに揮発性不純物を抵抗加熱導体から
除去した。これに続き直ちに抵抗加熱導体を、従来使用
されている高融点金属の加熱器フィラメントの代りに、
多結晶ダイヤモンドと蒸着するためにCVD反応器に取
付けた。
炭化タングステンの抵抗加熱導体を使用して、螺旋状タ
ンタル ワイヤを使用して反応気相を励起する場合の如
く、多結晶ダイヤモンド層を堆積するためCVD法で同
じ結果(例えば蒸着速度、形態)を得た。炭化タングス
テンの抵抗加熱導体を使用して、平均して7時間の少く
とも12回の蒸着処理を行い、加熱導体はその機械的安
定性を全く失わなかった。タンタル ワイヤは、極めて
僅かな機械的衝撃を受けた場合小片に破壊されたと同じ
条件下で10時間の処理後かかる脆化を立証したい。
蒸着法は次のパラメータを使用して行った;プロセス 
ガス混合物:0.5χメタン含有水素;抵抗加熱導体の
操作温度: 2200℃;プロセス ガス混合物の全流
速:200cII13:反応器内の全圧カニ401リバ
ール; 基体表面の温度二850℃; 連続処理時間7時間後に堆積したダイヤモンド層の厚さ
:5μm。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.蒸着させる微結晶固体粒子を10^−^5〜1バー
    ルの範囲の圧力で、450〜1200℃の範囲の温度に
    加熱された基体上に蒸着し且つ化学気相反応を抵抗加熱
    導体により熱的に励起される気相中で行う、微結晶固体
    粒子を炭素質ガスを含む気相から化学蒸着法を使用して
    蒸着するに当り、炭素の化学量論的組成物にほぼ相当す
    る含有量で元素の周期律表(PTE)のIVa〜VIa族の
    少くとも1種の遷移金属とからの>2000℃の融点を
    有する炭化物から構成された抵抗加熱導体を用いること
    を特徴とする化学蒸着法を用いる微結晶固体粒子の蒸着
    方法。
  2. 2.固体粒子として炭化物を蒸着することを特徴とする
    請求項1記載の方法。
  3. 3.固体粒子としてダイヤモンド微結晶を蒸着すること
    を特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 4.ダイヤモンド微結晶を、水素および30%の炭素質
    ガスを含有する気相から基体に蒸着することを特徴とす
    る請求項3記載の方法。
  5. 5.0.5%の炭化水素ガスを添加した水素を反応ガス
    として使用することを特徴とする請求項4記載の方法。
  6. 6.メチル基を有する炭化水素ガスを、炭化水素ガスと
    して使用することを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 7.メタンを炭化水素ガスとして使用することを特徴と
    する請求項6記載の方法。
  8. 8.遷移金属、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バ
    ナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよび/また
    はタングステンの炭化物または混合炭化物から成る抵抗
    加熱導体を使用することを特徴とする請求項1〜7のい
    ずれか一つの項に記載の方法。
JP2284501A 1989-10-27 1990-10-24 化学蒸着法を用いる微結晶固体粒子の蒸着方法 Pending JPH03199379A (ja)

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