JPH0420879B2 - - Google Patents
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- JPH0420879B2 JPH0420879B2 JP30917286A JP30917286A JPH0420879B2 JP H0420879 B2 JPH0420879 B2 JP H0420879B2 JP 30917286 A JP30917286 A JP 30917286A JP 30917286 A JP30917286 A JP 30917286A JP H0420879 B2 JPH0420879 B2 JP H0420879B2
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、気相より加熱した基板表面にダイヤ
モンドを析出させる方法であつて、超高圧、高温
を用いないダイヤモンド合成法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 気相よりダイヤモンドを、ダイヤモンド以外の
材料からなる基板の表面に析出させる方法につい
ては、マイクロ波プラズマCVD法（特公昭59−
27754号公報）、高周波プラズマCVD法（特開昭
58−135117号公報）等の数多くの方法が知られて
いるが、工業的方法としては、量産性に優れ、設
備費用も安価な熱CVD法（特公昭59−27753号公
報）が一般的である。 特公昭59−27753号公報に記載の発明は、炭化
水素と水素との混合ガスを、1000℃以上に加熱し
た熱電子放射材によつて予熱して、これを500〜
1300℃に各熱した基板表面に導入して炭化水素を
熱分解することによつて、該基板表面にダイヤモ
ンドを析出させるダイヤモンド合成法である。こ
の際の熱電子放射材としては、Ｗ又はThを添加
したＷが挙げられており、この種方法の改良に係
わる特開昭61−117289号公報においては、混合ガ
スの予熱を行う発熱体にTaを用いることが提案
されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、従来のこの種のダイヤモンド合成法
において、混合ガスを予熱する発熱体は、一般に
は2000℃以上という超高温に曝されている。そこ
でこの発熱体としてはできるだけ融点の高い物質
が好ましい。又、雰囲気が炭化水素と水素との混
合ガス雰囲気であるため、該発熱体は速やかに炭
化してしまう。例えば、元素中、最も融点が高い
ものはＷであるがＷからなる発熱体の場合にはダ
イヤモンドを合成中にWCに変換される。WCの
融点は約2600℃とＷより大幅に低下し、発熱体の
温度に近いために、該発熱体をこれ以上の高温に
加熱すると発熱体自身が変形してしまい、発熱体
と基板との距離を一定に保つことが極めて困難で
あつた。 これに対し、前記のように特開昭61−117281号
公報ではTaを発熱体として用いることが提案さ
れている。Taそのものの融点はＷよりも低いも
ののTaの炭化物、すなわちTaCの融点は3780℃
と、WCよりも約1000℃以上高い。したがつて、
この方法では発熱体を2400℃程度まで加熱するこ
とが可能となり、これにより炭化水素と水素との
混合ガスを十分に予熱し得ることから、該混合ガ
ス中の炭化水素濃度を大きくしても、基板上にダ
イヤモンド以外の炭素の析出を抑えて、ダイヤモ
ンドを合成することにより成功している。 しかしながら、このようなTaの発熱体であつ
ても、2400℃という高温に加熱して長時間のダイ
ヤモンド被覆を行うと、やはり発熱体が変形し、
その寿命が工業的に満足できるものではないとい
う問題があつた。 本発明はこのような現状に鑑みて、従来のＷや
Taよりさらに高温に保持できる発熱体を用いる
ことで、熱CVD法によるダイヤモンド合成法を
改良せんと意図してなされたものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは鋭意研究の結果、熱CVD法によ
るダイヤモンド合成において、炭化水素と水素と
の混合ガスを予熱する発熱体として、TaとZr及
び／又はHfの合金からなるものを用いれば、従
来のＷやTaからなるものより高温に耐えること
ができに加え、より高温に加熱できることで基板
へのダイヤモンド以外の炭素析出が抑えられ、ダ
イヤモンド合成が非常に良好にできることを見出
した。 すなわち、本発明は (1) 炭化水素と水素との混合ガスを加熱された発
熱体により予備加熱した後、該加熱混合ガスを
加熱された基板表面に導入して、炭化水素の熱
分解によりダイヤモンドを析出させる方法にお
いて、発熱体がTaとZr及び／又はHfとの合金
からなり、かつTaが該合金の総量中重量比で
60％以上99％以下であることを特徴とするダイ
ヤモンド合成法、 である。 本発明においては該発熱体が1800℃以上2500℃
以下に加熱されており、混合ガス中の炭化水素濃
度が容量比で0.1％以上10％以下であることが特
に好ましい。 前述のように、熱CVD法によるダイヤモンド
の合成において、炭化水素と水素とからなる混合
ガスを予熱する発熱体としては、できるだけ融点
の高い物質であることが好ましい。 本発明者らは従来のTaCよりも高い融点を持
つ物質を求めて種々検討の結果、TaとZr又はTa
とHfの複炭化物がいずれもTaCより高い融点を
持つことに注目した。すなわち、TaC／ZrC系で
はZrCが20mol％のところで約4200〓、TaC／
HfC系が20mol％のところで約421〓と、TaCと
比較して約40〓高い融点を持つことである。 しかしながら、わずかに50〓の融点温度差で
は、実際のダイヤモンド合成における発熱体の寿
命には大きく影響はないであろうとの予想の下に
実験してみたのである。その結果、発熱体の温度
が2500℃を越えてしまうと、たしかにTa発熱体
の寿命と差がなかつたが、温度2500℃以下では、
意外にも、この50〓という僅かな温度差が大きく
影響して、発熱体の寿命が長くなることが判明し
たのである。 したがつて本発明では、TaとZr及び／又はHf
の合金からなる発熱体を2500℃以下、1800℃以上
の温度に加熱しておき、これにより炭化水素と水
素との混合ガスを予備加熱する。発熱体の温度が
1800℃未満では、ダイヤモンド以外の炭素の析出
が著るしく好ましくない。 本発明に用いる発熱体はTaとZr及び／又はHf
と合金からなり、TaへのZr及び／又はHfの添加
量としては、合金総重量の１〜40％の範囲にある
ことが好ましい。１重量％未満では効果が認めら
れず、40重量％を越えるとその複炭化物の融点
が、TaCのそれを下廻つてしまうからである。 本発明においては発熱体の材料と温度条件以外
は、一般的な熱CVD法によるダイヤモンド合成
の方法に従えばよい。例えば次のような条件が挙
げられる。 炭化水素としては、例えばCH4、C2H6、
C2H4、C2H2等種々の炭化水素を使用し得る。
又、炭化水素と水素との混合ガス中の炭化水素濃
度としては、0.1容量％〜10容量％の範囲が好ま
しい。0.1容量％未満ではダイヤモンドの合成速
度が十分ではなく、又、10容量％を越えるとダイ
ヤモンド以外の炭素の析出が多すぎ好ましくな
い。 その表面にダイヤモンドを析出させる基板の温
度としては、700〜1300℃の範囲が好ましい。700
℃未満ではダイヤモンドの合成が認められず、一
方1300℃を越えては、ダイヤモンド以外の炭素の
析出が多すぎ好ましくない。 なお、本発明に用いる基材としては、例えば単
結晶Siウエハー、金属Mo板、超硬合金等のよう
に700℃以上の処理温度に耐え得る材料であれば
任意に選択してよい。 本発明の具体的方法については、以下の実施例
について詳細に説明する。 〔実施例〕 実施例 １ 石英製反応容器内にTa−20mol％Zr製の直径
0.1mmのワイヤを用いて作成した発熱体を設け、
基板として超硬合金〔住友電工(株)製、材質H1、
型番SPG421、ISOK−10グレード、WC−5.5重
量％Co〕を該発熱体の直下に10mm離して設置い
た。該反応容器内を真空に排気した後、容器内に
H2とCH4との混合ガス（CH4濃度２容量％）を
150Torrで導入した。その後発熱体に通電して、
発熱体を2400℃まで加熱した。その際、基板の発
熱体に面している表面の温度は1050℃であつた。
この状態で１時間被覆を行つたところ、基板表面
には粒5μのダイヤモンド膜が、膜厚約10μでコー
テイングされていた。この被覆膜の同定はＸ線回
析及びラマン分光によつた。 以上と同条件の同一プロセスを100回繰り返し
たが、発熱体にはいささかの変形も見られなかつ
た。 比較のために同条件でTa発熱体を用いて同一
プロセスを繰り返したところ、26回目でTa発熱
体が変形してしまい、基板表面温度は1150℃に上
昇して、寿命となつてしまつた。 またＷ発熱体を用いて行つてみたところ、Ｗ発
熱体では2200℃以上の加熱ができず、その他条件
を同一にしてダイヤモンドを合成したところ、Ｘ
線回析ではダイヤモンドしか同定されなかつた
が、ラマン分光の結果グラフアイトによるスペク
トルが観察された。 実施例 ２ 表１に示すように種々の材質の発熱体Ａ〜Ｈを
用いて、その他の条件は実施例１と同一にしてダ
イヤモンドの被覆を行つた。このときの発熱体の
寿命を表１に合せて示す。
モンドを析出させる方法であつて、超高圧、高温
を用いないダイヤモンド合成法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 気相よりダイヤモンドを、ダイヤモンド以外の
材料からなる基板の表面に析出させる方法につい
ては、マイクロ波プラズマCVD法（特公昭59−
27754号公報）、高周波プラズマCVD法（特開昭
58−135117号公報）等の数多くの方法が知られて
いるが、工業的方法としては、量産性に優れ、設
備費用も安価な熱CVD法（特公昭59−27753号公
報）が一般的である。 特公昭59−27753号公報に記載の発明は、炭化
水素と水素との混合ガスを、1000℃以上に加熱し
た熱電子放射材によつて予熱して、これを500〜
1300℃に各熱した基板表面に導入して炭化水素を
熱分解することによつて、該基板表面にダイヤモ
ンドを析出させるダイヤモンド合成法である。こ
の際の熱電子放射材としては、Ｗ又はThを添加
したＷが挙げられており、この種方法の改良に係
わる特開昭61−117289号公報においては、混合ガ
スの予熱を行う発熱体にTaを用いることが提案
されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、従来のこの種のダイヤモンド合成法
において、混合ガスを予熱する発熱体は、一般に
は2000℃以上という超高温に曝されている。そこ
でこの発熱体としてはできるだけ融点の高い物質
が好ましい。又、雰囲気が炭化水素と水素との混
合ガス雰囲気であるため、該発熱体は速やかに炭
化してしまう。例えば、元素中、最も融点が高い
ものはＷであるがＷからなる発熱体の場合にはダ
イヤモンドを合成中にWCに変換される。WCの
融点は約2600℃とＷより大幅に低下し、発熱体の
温度に近いために、該発熱体をこれ以上の高温に
加熱すると発熱体自身が変形してしまい、発熱体
と基板との距離を一定に保つことが極めて困難で
あつた。 これに対し、前記のように特開昭61−117281号
公報ではTaを発熱体として用いることが提案さ
れている。Taそのものの融点はＷよりも低いも
ののTaの炭化物、すなわちTaCの融点は3780℃
と、WCよりも約1000℃以上高い。したがつて、
この方法では発熱体を2400℃程度まで加熱するこ
とが可能となり、これにより炭化水素と水素との
混合ガスを十分に予熱し得ることから、該混合ガ
ス中の炭化水素濃度を大きくしても、基板上にダ
イヤモンド以外の炭素の析出を抑えて、ダイヤモ
ンドを合成することにより成功している。 しかしながら、このようなTaの発熱体であつ
ても、2400℃という高温に加熱して長時間のダイ
ヤモンド被覆を行うと、やはり発熱体が変形し、
その寿命が工業的に満足できるものではないとい
う問題があつた。 本発明はこのような現状に鑑みて、従来のＷや
Taよりさらに高温に保持できる発熱体を用いる
ことで、熱CVD法によるダイヤモンド合成法を
改良せんと意図してなされたものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは鋭意研究の結果、熱CVD法によ
るダイヤモンド合成において、炭化水素と水素と
の混合ガスを予熱する発熱体として、TaとZr及
び／又はHfの合金からなるものを用いれば、従
来のＷやTaからなるものより高温に耐えること
ができに加え、より高温に加熱できることで基板
へのダイヤモンド以外の炭素析出が抑えられ、ダ
イヤモンド合成が非常に良好にできることを見出
した。 すなわち、本発明は (1) 炭化水素と水素との混合ガスを加熱された発
熱体により予備加熱した後、該加熱混合ガスを
加熱された基板表面に導入して、炭化水素の熱
分解によりダイヤモンドを析出させる方法にお
いて、発熱体がTaとZr及び／又はHfとの合金
からなり、かつTaが該合金の総量中重量比で
60％以上99％以下であることを特徴とするダイ
ヤモンド合成法、 である。 本発明においては該発熱体が1800℃以上2500℃
以下に加熱されており、混合ガス中の炭化水素濃
度が容量比で0.1％以上10％以下であることが特
に好ましい。 前述のように、熱CVD法によるダイヤモンド
の合成において、炭化水素と水素とからなる混合
ガスを予熱する発熱体としては、できるだけ融点
の高い物質であることが好ましい。 本発明者らは従来のTaCよりも高い融点を持
つ物質を求めて種々検討の結果、TaとZr又はTa
とHfの複炭化物がいずれもTaCより高い融点を
持つことに注目した。すなわち、TaC／ZrC系で
はZrCが20mol％のところで約4200〓、TaC／
HfC系が20mol％のところで約421〓と、TaCと
比較して約40〓高い融点を持つことである。 しかしながら、わずかに50〓の融点温度差で
は、実際のダイヤモンド合成における発熱体の寿
命には大きく影響はないであろうとの予想の下に
実験してみたのである。その結果、発熱体の温度
が2500℃を越えてしまうと、たしかにTa発熱体
の寿命と差がなかつたが、温度2500℃以下では、
意外にも、この50〓という僅かな温度差が大きく
影響して、発熱体の寿命が長くなることが判明し
たのである。 したがつて本発明では、TaとZr及び／又はHf
の合金からなる発熱体を2500℃以下、1800℃以上
の温度に加熱しておき、これにより炭化水素と水
素との混合ガスを予備加熱する。発熱体の温度が
1800℃未満では、ダイヤモンド以外の炭素の析出
が著るしく好ましくない。 本発明に用いる発熱体はTaとZr及び／又はHf
と合金からなり、TaへのZr及び／又はHfの添加
量としては、合金総重量の１〜40％の範囲にある
ことが好ましい。１重量％未満では効果が認めら
れず、40重量％を越えるとその複炭化物の融点
が、TaCのそれを下廻つてしまうからである。 本発明においては発熱体の材料と温度条件以外
は、一般的な熱CVD法によるダイヤモンド合成
の方法に従えばよい。例えば次のような条件が挙
げられる。 炭化水素としては、例えばCH4、C2H6、
C2H4、C2H2等種々の炭化水素を使用し得る。
又、炭化水素と水素との混合ガス中の炭化水素濃
度としては、0.1容量％〜10容量％の範囲が好ま
しい。0.1容量％未満ではダイヤモンドの合成速
度が十分ではなく、又、10容量％を越えるとダイ
ヤモンド以外の炭素の析出が多すぎ好ましくな
い。 その表面にダイヤモンドを析出させる基板の温
度としては、700〜1300℃の範囲が好ましい。700
℃未満ではダイヤモンドの合成が認められず、一
方1300℃を越えては、ダイヤモンド以外の炭素の
析出が多すぎ好ましくない。 なお、本発明に用いる基材としては、例えば単
結晶Siウエハー、金属Mo板、超硬合金等のよう
に700℃以上の処理温度に耐え得る材料であれば
任意に選択してよい。 本発明の具体的方法については、以下の実施例
について詳細に説明する。 〔実施例〕 実施例 １ 石英製反応容器内にTa−20mol％Zr製の直径
0.1mmのワイヤを用いて作成した発熱体を設け、
基板として超硬合金〔住友電工(株)製、材質H1、
型番SPG421、ISOK−10グレード、WC−5.5重
量％Co〕を該発熱体の直下に10mm離して設置い
た。該反応容器内を真空に排気した後、容器内に
H2とCH4との混合ガス（CH4濃度２容量％）を
150Torrで導入した。その後発熱体に通電して、
発熱体を2400℃まで加熱した。その際、基板の発
熱体に面している表面の温度は1050℃であつた。
この状態で１時間被覆を行つたところ、基板表面
には粒5μのダイヤモンド膜が、膜厚約10μでコー
テイングされていた。この被覆膜の同定はＸ線回
析及びラマン分光によつた。 以上と同条件の同一プロセスを100回繰り返し
たが、発熱体にはいささかの変形も見られなかつ
た。 比較のために同条件でTa発熱体を用いて同一
プロセスを繰り返したところ、26回目でTa発熱
体が変形してしまい、基板表面温度は1150℃に上
昇して、寿命となつてしまつた。 またＷ発熱体を用いて行つてみたところ、Ｗ発
熱体では2200℃以上の加熱ができず、その他条件
を同一にしてダイヤモンドを合成したところ、Ｘ
線回析ではダイヤモンドしか同定されなかつた
が、ラマン分光の結果グラフアイトによるスペク
トルが観察された。 実施例 ２ 表１に示すように種々の材質の発熱体Ａ〜Ｈを
用いて、その他の条件は実施例１と同一にしてダ
イヤモンドの被覆を行つた。このときの発熱体の
寿命を表１に合せて示す。
本発明は、いわゆる熱CVD方によるダイヤモ
ンド合成において、水素と炭化水素との混合ガス
を予熱する発熱体として、TaとZo及び／又はHf
の合金からなる発熱体を採用することにより、従
来法よりも発熱体の温度を高温に保つことが可能
となり、その結果、従来法に比べダイヤモンド以
外の炭素の析出を抑えて高品質なダイヤモンドを
被覆することが可能になり、かつ発熱体は工業的
に満足できる寿命を持つという、非常大きな効果
を奏するものである。
ンド合成において、水素と炭化水素との混合ガス
を予熱する発熱体として、TaとZo及び／又はHf
の合金からなる発熱体を採用することにより、従
来法よりも発熱体の温度を高温に保つことが可能
となり、その結果、従来法に比べダイヤモンド以
外の炭素の析出を抑えて高品質なダイヤモンドを
被覆することが可能になり、かつ発熱体は工業的
に満足できる寿命を持つという、非常大きな効果
を奏するものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化水素と水素との混合ガスを加熱された発
熱体により予備加熱した後、該加熱混合ガスを加
熱された基板表面に導入して、炭化水素の熱分解
によりダイヤモンドを析出させる方法において、
発熱体がTaとZr及び／又はHfとの合金からな
り、かつTaが該合金の総量中重量比で60％以上
99％以下であることを特徴とするダイヤモンド合
成法。 ２ 発熱体が1800℃以上2500℃以下に加熱されて
いる特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンド合
成法。 ３ 混合ガス中の炭化水素濃度が容量比で0.1％
以上10％以下である特許請求の範囲に第１項記載
のダイヤモンド合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30917286A JPS63166797A (ja) | 1986-12-27 | 1986-12-27 | ダイヤモンド合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30917286A JPS63166797A (ja) | 1986-12-27 | 1986-12-27 | ダイヤモンド合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63166797A JPS63166797A (ja) | 1988-07-09 |
| JPH0420879B2 true JPH0420879B2 (ja) | 1992-04-07 |
Family
ID=17989799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30917286A Granted JPS63166797A (ja) | 1986-12-27 | 1986-12-27 | ダイヤモンド合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63166797A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6827828B2 (en) | 2001-03-29 | 2004-12-07 | Honeywell International Inc. | Mixed metal materials |
-
1986
- 1986-12-27 JP JP30917286A patent/JPS63166797A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63166797A (ja) | 1988-07-09 |
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