JPH0477710B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0477710B2
JPH0477710B2 JP62220437A JP22043787A JPH0477710B2 JP H0477710 B2 JPH0477710 B2 JP H0477710B2 JP 62220437 A JP62220437 A JP 62220437A JP 22043787 A JP22043787 A JP 22043787A JP H0477710 B2 JPH0477710 B2 JP H0477710B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
thermal plasma
nozzle
diamond
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62220437A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6433096A (en
Inventor
Kazuaki Kurihara
Kenichi Sasaki
Motonobu Kawarada
Nagaaki Etsuno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP62220437A priority Critical patent/JPS6433096A/en
Priority to DE88302836T priority patent/DE3884653T2/en
Priority to EP88302836A priority patent/EP0286306B1/en
Priority to SU884355493A priority patent/RU2032765C1/en
Priority to KR1019880003737A priority patent/KR910006784B1/en
Priority to US07/177,504 priority patent/US5368897A/en
Publication of JPS6433096A publication Critical patent/JPS6433096A/en
Priority to US07/905,226 priority patent/US5403399A/en
Publication of JPH0477710B2 publication Critical patent/JPH0477710B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔概 要〕 本発明は、ダイヤモンドの気相合成する方法に
関し、 成膜速度の高いダイヤモンドの気相合成法を提
供することを目的とし、 陽極および陰極を有する熱プラズマ発生装置に
水素および気体の炭素化合物を含むガスを供給
し、電極間の直流アーク放電によつてこのガスを
ラジカル化して熱プラズマとし、減圧チヤンバ内
に熱プラズマジエツトとして噴出し、この熱プラ
ズマジエツトを、冷却された基板に衝突させて急
冷し、基板上にダイヤモンド膜を気相成長させる
ように構成する。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイヤモンドを気相合成する方法に
関する。 ダイヤモンドは、熱伝導率が2000W/mKであ
つて、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ヤツプが5.45eVと
広く、キヤ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〕 従来、良質のダイヤモンドを気相合成する方法
としては、熱フイラメント法(S.Matsumoto et
al.,Japan.J.Appl.Phys.21(1981)L183)、マイ
クロ波プラズマCVD法(M.Kamo et al.,J.
Gryst.Growth.62(1983)642)、電子線照射CVD
法(A.Sawabe et al.,Appl.Phys.Lett.46(1985)
146)などの気相成長(CVD)法がある。 しかし、これらの製法ではダイヤモンドの成膜
速度が数μm/h以下とく、安価な装置、原材料
を使つていながら、生産性が悪いのでコストが高
く、実用化がおくれていた。また加茂らの高周波
熱プラズマCVD法(応用物理学会春季講演会
1987年3月)は、1μm/minと高い成膜速度を有
するが、膜厚が30μm以上となると、表面がグラ
フアイト化する欠点があり、厚い膜を作ることが
できない。高周波により発生する熱プラズマは、
流速が低いために基板を熱プラズマに接するよう
に配置しなくてはならない。このため、基板表面
の温度が高くなりやすく、厚い膜を作ることがで
きない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は高い成膜速度で十分な膜厚を有し、膜
質の良好なダイヤモンドを生成する気相合成法を
提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点は、水素および気体の炭素化合物を
含むガスを噴出するノズルを陽極とし、ノズルの
内部にあつて開口に近接して位置する陰極との間
に直流アーク放電させ、このガスをラジカル化し
て熱プラズマとし、減圧チヤンバ内に熱プラズマ
ジエツトとして噴出し、冷却された基板に衝突さ
せて急冷し、基板上にダイヤモンド膜を気相成長
させることを特徴とする、ダイヤモンドの気相合
成方法」および「水素を含むガスを噴出するノズ
ルを陽極とし、ノズルの内部にあつて開口に近接
して位置する陰極との間に直流アーク放電させ、
このガスをラジカル化して熱プラズマとし、減圧
チヤンバ内に熱プラズマジエツトとして噴出し、
この熱プラズマジエツトに炭素化合物を含むガス
を供給してラジカル化し、冷却された基板に衝突
させて急冷し、基板上にダイヤモンド膜を気相成
長させることを特徴とする、ダイヤモンドの気相
合成方法によつて解決することができる。 〔作 用〕 CVD法によるダイヤモンドの合成は、炭素化
合物、たとえばメタン、アセチレン、アルコー
ル、アセトンなどと、水素との混合ガスを分解し
て活性化し、ダイヤモンドの気相成長に適する温
度、すなわち400〜1500℃の基板上に、ダイヤモ
ンドを成長させる方法である。ダイヤモンドの合
成では、気相中の水素原子、メチル基などの活性
種が重要な働きをしていると言われており、ダイ
ヤモンドの成長速度を高めるためには、このよう
な活性種の密度の高いプラズマを作り、基板表面
に供給すれば良い。 ガス分子の解離度が高く、極めて活性度の高い
プラズマとしては、プラズマ中のイオン、電子、
中性粒子など各化学種の温度がほぼ等しく、その
温度が5000K以上の熱プラズマが知られている。
第3図は、水素分子の解離反応 H22H の平衡定数K=(PH2/PH2の温度変化を示したも
のであるが、5000Kにおいては、ほとんどすべて
の水素分子が水素原子に解離していることがわか
る。しかしながら、この温度の熱プラズマをその
まま基板に接触させると、熱プラズマの強さに応
じて、基板の温度を適切に制御しない場合はダイ
ヤモンドを合成することが困難である。 第1図は、本発明による直流アーク放電熱プラ
ズマジエツトCVD法によるダイヤモンド合成の
説明図である。 水素3と炭素化合物ガス4を含むガスを流しな
がら、ガスを噴出するノズルである陽極1と、ノ
ズルの内部にあつて開口に近接して位置する陰極
2との間に直流電圧を印加し、アーク5を放電さ
せると、このガスは狭い極間で急激に加熱されて
ノズル6付近で10000℃以上の熱プラズマとなる。
この際、急激な温度上昇によつて体積が膨張し、
熱プラズマは、超音速のプラズマジエツト7とな
り、ノズル6から減圧下のチヤンバ8内に噴出す
る。 効率良く冷却されている基板10にこのプラズ
マジエツト7を衝突させ、プラズマジエツトを急
冷させることにより、寿命の短かい水素原子など
の活性種が消滅する前に基板上で反応して、ダイ
ヤモンド膜1を合成する。 さらに、基板上での反応には、アーク放電に際
して発生する強力な紫外線による光励起と超音速
粒子の衝突による運動エネルギーとが加わる。 こうして、本発明では、ノズルの外部に位置す
る陽極1と陰極との間にアーク放電させる従来の
方法に比べて、極めて高い効率で化学反応をおこ
させるので、高い成長速度でダイヤモンドを合成
することができる。 本発明において、原料ガスとしては、炭素化合
物であれば、どのようなものでもかまわないが、
炭化水素、または分子内に酸素、窒素もしくはハ
ロゲンを含む炭化水素またはハロゲン化炭素が好
ましい。 放電ガスの水素および原料ガスの炭素化合物の
他にアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを混合
して、アーク放電の安定性を向上させることがで
きる。この場合、成膜速度は低下するが、膜の表
面の均一性が高まる利点がある。 また酸素、水、過酸化水素、一酸化炭素などの
酸化性ガスを少量混合して、非ダイヤモンド炭素
をエツチングして除去する効果を高めることがで
きる。 原料ガス4は、放電ガス3の水素とともに電極
間に供給してもよいが、第2図に示すように、電
極間から噴出した熱プラズマジエツト7中に、供
給してもよい。ただし、この場合は、熱プラズマ
ジエツト中に均一に原料ガスを供給することが必
要である。 放電ガスとして、第3図に示すようにイオン化
ポテンシヤルが高く、放電しにくい水素を用いる
ためばかりでなく、ノズル自身が陽極1であり、
陰極2がノズル内部にあつて開口に近接して位置
するので、噴出する熱プラズマが高温のジエツト
となる。そのため電極材としては、耐熱性が高い
ものが良い。希土類元素酸化物たとえば酸化ラン
タン、酸化イツトリウム、酸化セリウムなどを添
加したタングステンが電極材として、すぐれてい
る。さらに電極からの不純物混入をきらう場合
は、高純度の炭素電極を用いると良い。 強力な熱プラズマジエツトを受ける基板は、従
来の方法の加熱とは反対に、冷却して適切な温度
となることが必要である。 〔実施例〕 実施例 1 ノズルを構成する陽極1と、ノズル内部にあつ
て開口に近接して位置する陰極2とも、2重量%
酸化イツトリウム添加タングステン製で、水冷構
造のプラズマトーチを形成し、チヤンバ8内で図
示しないマニユブレータに固定されており、ノズ
ル6の向きを変えることができる。 水冷基板ホルダ9は、上下に移動でき、ノズル
−基板間距離を変えることができる。 基板ホルダ9に、5mm角、厚さ0.2mmのシリコ
ンウエハ10を固定し、チヤンバ8内を2×
10-3Torrまで排気後、第1図に示すように、放
電ガス3として、H2を1Kg/cm2の圧力で20/
min、原料ガス4としてCH4を1Kg/cm2の圧力で
40c.c./minの流量で極間に流し、チヤンバ8内の
圧力を100Torrに保持した。定電流アーク電源に
より、10Aの電流を極間に流し、電圧が一定とな
るまで、約5分、保持した。この時の電圧は72V
であつた。 水冷基板ホルダ9をゆつくり、ノズル6に近づ
け、ノズル−基板間距離を5mmに固定し、この状
態で1時間ダイヤモンドの合成を行なつた。そし
て、合成したダイヤモンドを走査電子顕微鏡写真
(SEM)、X線回折、ラマン分光、および硬度測
定により、評価した。 ダイヤモンド膜の表面は、第4図のSEMに示
すように、規則正しく配列されたダイヤモンド結
晶が集合していることがわかる。また第5図の
SEMは、中央部がダイヤモンド膜の断面、下部
がシリコン基板の断面を示し、上部がダイヤモン
ド膜の表面を示す。ダイヤモンド膜の表面は均一
に形成されていて凹凸が少ないことがわかる。第
6図はダイヤモンド膜のX線回折パターンを示
し、ダイヤモンド結晶面の111,220,31
1が極めて明瞭に現われており、331および4
00も認められる。第7図はダイヤモンド膜のラ
マンスペクトルを示し、波数1333cm-1においてダ
イヤモンド特有のピークが認められ、しかも、そ
の他の炭素質、グラフアイトのピークが現われて
いないことがわかる。 また、ビツカース硬度Hv500は、試料の硬度が
高く、圧痕の判定が困難であつたが、8000Kg/cm2
以上であつた。以上のデータより、合成されたダ
イヤモンドは、良質の多結晶膜であることがわか
る。また、膜厚は80μmであり、80μm/hと、従
来の10倍以上の高速で、良質のダイヤモンド膜を
合成できた。 さらに、この条件で、10時間の合成を行なつた
ところ、膜厚は基板中心部で約1mm、周辺部でも
0.6mmとなつた。また、X線、ラマン分光で測定
しても、ダイヤモンドのみのピークが得られ、グ
ラフアイトの存在は認められなかつた。 実施例 2 基板として、10×10×0.2mmにMo板を用い、第
2図に示すように、放電ガス3としてH2ガスを
20/min、Arガス20/min、プラズマジエツ
トへの原料ガス4として、アセトンを2%含む
Arガスを2/min供給し、アーク電流20A、電
圧60V、ノズル−基板間距離を10mmに固定し、1
時間ダイヤモンドを合成した。膜厚は、60μmで
あり、膜質は実施例1と同程度であつた。 実施例 3〜8 さらに極間供給ガスを変えたり、あるいは極間
で生成する熱プラズマジエツト中へガスを供給す
るなど、反応条件を変えた場合のダイヤモンド成
膜速度を次表に一括して変す。各実施例において
得られたダイヤモンド膜の膜質は実施例1と同程
度であつた。
[Summary] The present invention relates to a method for vapor phase synthesis of diamond, and an object of the present invention is to provide a method for vapor phase synthesis of diamond with a high film formation rate. A gas containing a carbon compound is supplied, and this gas is radicalized by direct current arc discharge between the electrodes to form a thermal plasma, which is ejected as a thermal plasma jet into a vacuum chamber, and this thermal plasma jet is then cooled. The structure is such that it collides with a substrate and is rapidly cooled to grow a diamond film on the substrate in a vapor phase. [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for vapor phase synthesis of diamond. Diamond has a thermal conductivity of 2000 W/mK, which is four times that of copper, and it also has excellent hardness and insulation properties, making it an ideal material for heat sinks for semiconductor devices and circuit boards. It is. It also has excellent translucency over a wide wavelength range, making it an excellent optical material. Furthermore, diamond has a wide band gap of 5.45eV and is a semiconductor with high carrier mobility.
It is also attracting attention as a high-performance device such as high-temperature transistors and high-speed transistors. [Conventional technology] Conventionally, the thermal filament method (S.Matsumoto et al.
al., Japan.J.Appl.Phys.21 (1981) L183), microwave plasma CVD method (M.Kamo et al., J.
Gryst.Growth.62 (1983) 642), electron beam irradiation CVD
(A. Sawabe et al., Appl. Phys. Lett. 46 (1985)
There are chemical vapor deposition (CVD) methods such as 146). However, these manufacturing methods have a diamond deposition rate of several μm/h or less, and although they use inexpensive equipment and raw materials, they have poor productivity, resulting in high costs, and their practical application has been delayed. In addition, Kamo et al.'s high-frequency thermal plasma CVD method (Japan Society of Applied Physics Spring Conference
(March 1987) has a high film formation rate of 1 μm/min, but when the film thickness exceeds 30 μm, the surface becomes graphite, making it impossible to form a thick film. Thermal plasma generated by high frequency waves is
Due to the low flow rate, the substrate must be placed in contact with the thermal plasma. Therefore, the temperature of the substrate surface tends to increase, making it impossible to form a thick film. [Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to provide a vapor phase synthesis method that produces diamond having a sufficient film thickness and good film quality at a high film formation rate. [Means for solving the problem] The above problem is solved by using a nozzle that spouts gas containing hydrogen and gaseous carbon compounds as an anode, and a cathode located inside the nozzle close to the opening. A direct current arc discharge is used to radicalize this gas to form a thermal plasma, which is ejected as a thermal plasma jet into a vacuum chamber, collides with a cooled substrate, and quenches it, thereby growing a diamond film on the substrate in a vapor phase. ``Method for vapor phase synthesis of diamonds'' and ``A direct current arc discharge is generated between a nozzle that spouts hydrogen-containing gas as an anode and a cathode located inside the nozzle close to the opening.
This gas is converted into radicals and turned into thermal plasma, which is ejected into the vacuum chamber as a thermal plasma jet.
Diamond vapor phase synthesis is characterized by supplying a gas containing a carbon compound to this thermal plasma jet to radicalize it, colliding with a cooled substrate to rapidly cool it, and growing a diamond film on the substrate in vapor phase. This can be solved by a method. [Operation] Diamond synthesis by the CVD method involves decomposing and activating a gas mixture of carbon compounds such as methane, acetylene, alcohol, acetone, etc. and hydrogen, at a temperature suitable for the vapor phase growth of diamonds, i.e. 400~400°C. This method grows diamond on a substrate at 1500℃. In the synthesis of diamond, active species such as hydrogen atoms and methyl groups in the gas phase are said to play an important role.In order to increase the growth rate of diamond, it is necessary to increase the density of these active species. All you have to do is create a high-temperature plasma and supply it to the substrate surface. Plasma with a high degree of dissociation of gas molecules and extremely high activity includes ions, electrons,
A thermal plasma is known in which the temperature of each chemical species, such as neutral particles, is approximately equal and the temperature is over 5000K.
Figure 3 shows the temperature change of the equilibrium constant K = (P H ) 2 /P H2 for the dissociation reaction H 2 2H of hydrogen molecules.At 5000K, almost all hydrogen molecules become hydrogen atoms. It can be seen that it is dissociated. However, if thermal plasma at this temperature is directly brought into contact with a substrate, it is difficult to synthesize diamond unless the temperature of the substrate is appropriately controlled depending on the intensity of the thermal plasma. FIG. 1 is an explanatory diagram of diamond synthesis by direct current arc discharge thermal plasma jet CVD method according to the present invention. While flowing a gas containing hydrogen 3 and carbon compound gas 4, a DC voltage is applied between an anode 1, which is a nozzle that spouts the gas, and a cathode 2, which is located inside the nozzle and close to the opening, When the arc 5 is discharged, this gas is rapidly heated between the narrow electrodes and becomes a thermal plasma of 10,000° C. or more near the nozzle 6.
At this time, the volume expands due to the rapid temperature rise,
The thermal plasma becomes a supersonic plasma jet 7 and is ejected from a nozzle 6 into a chamber 8 under reduced pressure. By colliding this plasma jet 7 with the efficiently cooled substrate 10 and rapidly cooling the plasma jet, active species such as short-lived hydrogen atoms react on the substrate before they disappear, forming diamonds. Synthesize membrane 1. Furthermore, the reaction on the substrate is affected by photoexcitation due to strong ultraviolet light generated during arc discharge and kinetic energy due to collisions of supersonic particles. In this way, the present invention allows a chemical reaction to occur with extremely high efficiency compared to the conventional method in which arc discharge is performed between the anode 1 and the cathode located outside the nozzle, so diamond can be synthesized at a high growth rate. I can do it. In the present invention, the raw material gas may be any carbon compound, but
Hydrocarbons, or hydrocarbons or halogenated carbons containing oxygen, nitrogen or halogen in the molecule are preferred. The stability of arc discharge can be improved by mixing an inert gas such as argon or helium in addition to the hydrogen of the discharge gas and the carbon compound of the source gas. In this case, although the film formation rate decreases, there is an advantage that the uniformity of the surface of the film increases. Furthermore, the effect of etching and removing non-diamond carbon can be enhanced by mixing a small amount of oxidizing gas such as oxygen, water, hydrogen peroxide, or carbon monoxide. The raw material gas 4 may be supplied between the electrodes together with the hydrogen of the discharge gas 3, or may be supplied into a thermal plasma jet 7 ejected from between the electrodes, as shown in FIG. However, in this case, it is necessary to uniformly supply the source gas into the thermal plasma jet. As the discharge gas, as shown in Fig. 3, hydrogen is used, which has a high ionization potential and is difficult to discharge, and the nozzle itself is the anode 1.
Since the cathode 2 is located inside the nozzle and close to the opening, the ejected thermal plasma becomes a high temperature jet. Therefore, the electrode material should preferably have high heat resistance. Tungsten to which rare earth element oxides such as lanthanum oxide, yttrium oxide, and cerium oxide are added is excellent as an electrode material. Furthermore, if contamination with impurities from the electrode is to be avoided, it is preferable to use a high-purity carbon electrode. Substrates subjected to intense thermal plasma jets require cooling to the appropriate temperature, as opposed to heating in conventional methods. [Example] Example 1 Both the anode 1 constituting the nozzle and the cathode 2 located inside the nozzle and close to the opening contain 2% by weight.
The plasma torch is made of tungsten doped with yttrium oxide and has a water-cooled structure, and is fixed to a manubrator (not shown) within the chamber 8, so that the direction of the nozzle 6 can be changed. The water-cooled substrate holder 9 can be moved up and down to change the distance between the nozzle and the substrate. A 5 mm square, 0.2 mm thick silicon wafer 10 is fixed to the substrate holder 9, and the inside of the chamber 8 is 2×
After exhausting to 10 -3 Torr, as shown in Fig. 1, H 2 is discharged as discharge gas 3 at a pressure of 1 Kg/cm 2 at a pressure of 20/cm 2.
min, CH 4 as raw material gas 4 at a pressure of 1Kg/cm 2
It was flowed between the poles at a flow rate of 40 c.c./min, and the pressure inside the chamber 8 was maintained at 100 Torr. A current of 10 A was applied between the electrodes using a constant current arc power source, and was maintained for approximately 5 minutes until the voltage became constant. The voltage at this time is 72V
It was hot. The water-cooled substrate holder 9 was slowly moved closer to the nozzle 6, and the distance between the nozzle and the substrate was fixed at 5 mm, and diamond synthesis was carried out for one hour in this state. The synthesized diamond was then evaluated using scanning electron micrographs (SEM), X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and hardness measurements. As shown in the SEM image of FIG. 4, it can be seen that regularly arranged diamond crystals are gathered on the surface of the diamond film. Also, in Figure 5
In the SEM, the center part shows a cross section of the diamond film, the bottom part shows a cross section of the silicon substrate, and the top part shows the surface of the diamond film. It can be seen that the surface of the diamond film is uniform and has few irregularities. Figure 6 shows the X-ray diffraction pattern of the diamond film, showing the diamond crystal planes 111, 220, 31.
1 appears very clearly, 331 and 4
00 is also accepted. FIG. 7 shows the Raman spectrum of the diamond film, and it can be seen that a peak unique to diamond is observed at a wave number of 1333 cm -1 , and that other carbonaceous and graphite peaks do not appear. In addition, for the Bitkers hardness Hv 500 , the hardness of the sample was high and it was difficult to judge the indentation, but the hardness was 8000Kg/cm 2
That's all. From the above data, it can be seen that the synthesized diamond is a polycrystalline film of good quality. In addition, the film thickness was 80 μm, and a high-quality diamond film could be synthesized at a speed of 80 μm/h, more than 10 times faster than conventional methods. Furthermore, when synthesis was carried out for 10 hours under these conditions, the film thickness was approximately 1 mm at the center of the substrate, and even at the periphery.
It became 0.6mm. Furthermore, even when measured by X-ray and Raman spectroscopy, only diamond peaks were obtained, and the presence of graphite was not observed. Example 2 A Mo plate with a size of 10 x 10 x 0.2 mm was used as the substrate, and H 2 gas was used as the discharge gas 3, as shown in Figure 2.
20/min, Ar gas 20/min, containing 2% acetone as raw material gas 4 to the plasma jet
Ar gas is supplied at 2/min, arc current is 20A, voltage is 60V, and the distance between nozzle and substrate is fixed at 10mm.
Synthesized time diamond. The film thickness was 60 μm, and the film quality was comparable to that of Example 1. Examples 3 to 8 The following table summarizes the diamond film formation speed when the reaction conditions are changed, such as by changing the gas supplied between the electrodes or by supplying gas into the thermal plasma jet generated between the electrodes. Change. The film quality of the diamond film obtained in each Example was comparable to that in Example 1.

【表】【table】

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明による熱プラズマジエツトCVD法によ
れば、従来の方法に比べて極めて高い80μm/h
という速度で良質のダイヤモンドを成長させるこ
とができ、気相合成による安価なダイヤモンドの
実用化に向けて、大きく前進させることができ
た。この方法により合成されたダイヤモンドを半
導体のヒートシンクや、回路基板に使用すれば、
大幅なコストダウンおよび性能向上が期待され
る。
According to the thermal plasma jet CVD method according to the present invention, an extremely high rate of 80 μm/h is achieved compared to conventional methods.
It was possible to grow high-quality diamonds at such a speed, and a major step forward was made toward the practical application of inexpensive diamonds by vapor phase synthesis. If diamonds synthesized using this method are used in semiconductor heat sinks and circuit boards,
Significant cost reductions and performance improvements are expected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は熱プラズマ気相合成方法の1つの態様
の説明図であり、第2図は、熱プラズマ気相合成
方法の他の態様の説明図であり、第3図は水素分
子の解離反応平衡定数の温度変化のグラフであ
り、第4図はダイヤモンド膜の表面の結晶の構造
を示する写真であり、第5図はダイヤモンド膜の
断面の結晶の構造を示す写真であり、第6図はダ
イヤモンド膜のX線回折結果を示すグラフでであ
り、第7図はダイヤモンド膜のラマンスペクトル
を示すグラフである。 1…陽極、2…陰極、3…放電ガス、4…原料
ガス、5…アーク、6…ノズル、7…プラズマジ
エツト、8…チヤンバ、9…基板ホルダ、10…
基板、11…ダイヤモンド膜。
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of the thermal plasma vapor phase synthesis method, FIG. 2 is an explanatory diagram of another embodiment of the thermal plasma vapor phase synthesis method, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the dissociation reaction of hydrogen molecules. FIG. 4 is a photograph showing the crystal structure on the surface of the diamond film, FIG. 5 is a photograph showing the crystal structure in the cross section of the diamond film, and FIG. is a graph showing the X-ray diffraction results of the diamond film, and FIG. 7 is a graph showing the Raman spectrum of the diamond film. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Anode, 2... Cathode, 3... Discharge gas, 4... Source gas, 5... Arc, 6... Nozzle, 7... Plasma jet, 8... Chamber, 9... Substrate holder, 10...
Substrate, 11...diamond film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 水素および気体の炭素化合物を含むガスを噴
出するノズルを陽極とし、ノズルの内部にあつて
開口に近接して位置する陰極との間に直流アーク
放電させ、このガスをラジカル化して熱プラズマ
とし、減圧チヤンバ内に熱プラズマジエツトとし
て噴出し、冷却された基板に衝突させて急冷し、
基板上にダイヤモンド膜を気相成長させることを
特徴とする、ダイヤモンドの気相合成方法。 2 気体の炭素化合物が、炭化水素、または分子
内に酸素、窒素もしくはハロゲンを含む炭化水素
である、特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 水素または気体の炭素化合物を含むガスが、
不活性ガスおよび/または酸化性ガスをさらに含
む、特許請求の範囲第1項記載の方法。 4 陽極ノズルから噴出する熱プラズマジエツト
に不活性ガスおよび/または酸化性ガスを供給す
る、特許請求の範囲第1または2項記載の方法。 5 不活性ガスがアルゴンまたはヘリウムであ
る、特許請求の範囲第3または4項記載の方法。 6 酸化性ガスが酸素、水、過酸化水素または一
酸化炭素である、特許請求の範囲第3または4項
記載の方法。 7 炭素電極または希土類元素酸化物を含むタン
グステン電極を電極として、直流アーク放電させ
る、特許請求の範囲第1〜6項のいずれかに記載
の方法。 8 水素を含むガスを噴出するノズルを陽極と
し、ノズルの内部にあつて開口に近接して位置す
る陰極との間に直流アーク放電させ、このガスを
ラジカル化して熱プラズマとし、減圧チヤンバ内
に熱プラズマジエツトとして噴出し、この熱プラ
ズマジエツトに炭素化合物を含むガスを供給して
ラジカル化し、冷却された基板に衝突させて急冷
し、基板上にダイヤモンド膜を気相成長させるこ
とを特徴とする、ダイヤモンドの気相合成方法。 9 気体の炭素化合物が、炭化水素、または分子
内に酸素、窒素もしくはハロゲンを含む炭化水素
である特許請求の範囲第8項記載の方法。 10 水素または気体の炭素化合物を含むガス
が、不活性ガスおよび/または酸化性ガスをさら
に含む、特許請求の範囲第8項記載の方法。 11 陽極ノズルから噴出する熱プラズマジエツ
トに不活性ガスおよび/または酸化性ガスを供給
する、特許請求の範囲第8または9項記載の方
法。 12 不活性ガスがアルゴンまたはヘリウムであ
る、特許請求の範囲第10または11項記載の方
法。 13 酸化性ガスが酸素、水、過酸化水素または
一酸化炭素である、特許請求の範囲第10または
11項記載の方法。 14 炭素電極または希土類元素酸化物を含むタ
ングステン電極を電極として、直流アーク放電さ
せる、特許請求の範囲第8〜13項のいずれかに
記載の方法。
[Claims] 1. A nozzle that spouts gas containing hydrogen and a gaseous carbon compound is used as an anode, and a direct current arc is discharged between the cathode located inside the nozzle and close to the opening, and this gas is It is converted into radicals and becomes a thermal plasma, which is ejected as a thermal plasma jet into a vacuum chamber, collides with a cooled substrate, and is rapidly cooled.
A diamond vapor phase synthesis method characterized by vapor phase growth of a diamond film on a substrate. 2. The method according to claim 1, wherein the gaseous carbon compound is a hydrocarbon or a hydrocarbon containing oxygen, nitrogen, or halogen in the molecule. 3 A gas containing hydrogen or a gaseous carbon compound is
The method according to claim 1, further comprising an inert gas and/or an oxidizing gas. 4. The method according to claim 1 or 2, wherein an inert gas and/or an oxidizing gas is supplied to the thermal plasma jet ejected from the anode nozzle. 5. The method according to claim 3 or 4, wherein the inert gas is argon or helium. 6. The method according to claim 3 or 4, wherein the oxidizing gas is oxygen, water, hydrogen peroxide or carbon monoxide. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein DC arc discharge is performed using a carbon electrode or a tungsten electrode containing a rare earth element oxide as an electrode. 8 A nozzle that spouts gas containing hydrogen is used as an anode, and a direct current arc is discharged between the cathode located inside the nozzle and close to the opening, and this gas is turned into radicals and turned into thermal plasma, which is then injected into the vacuum chamber. It is characterized by ejecting as a thermal plasma jet, supplying gas containing carbon compounds to this thermal plasma jet, turning it into radicals, colliding with a cooled substrate to rapidly cool it, and growing a diamond film on the substrate in a vapor phase. A method for vapor phase synthesis of diamond. 9. The method according to claim 8, wherein the gaseous carbon compound is a hydrocarbon or a hydrocarbon containing oxygen, nitrogen, or halogen in the molecule. 10. The method according to claim 8, wherein the gas containing hydrogen or a gaseous carbon compound further contains an inert gas and/or an oxidizing gas. 11. The method according to claim 8 or 9, wherein an inert gas and/or an oxidizing gas is supplied to the thermal plasma jet ejected from the anode nozzle. 12. The method according to claim 10 or 11, wherein the inert gas is argon or helium. 13. The method according to claim 10 or 11, wherein the oxidizing gas is oxygen, water, hydrogen peroxide, or carbon monoxide. 14. The method according to any one of claims 8 to 13, wherein DC arc discharge is performed using a carbon electrode or a tungsten electrode containing a rare earth element oxide as an electrode.
JP62220437A 1987-04-03 1987-09-04 Gaseous phase synthesis for diamond Granted JPS6433096A (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62220437A JPS6433096A (en) 1987-04-03 1987-09-04 Gaseous phase synthesis for diamond
DE88302836T DE3884653T2 (en) 1987-04-03 1988-03-30 Method and device for the vapor deposition of diamond.
EP88302836A EP0286306B1 (en) 1987-04-03 1988-03-30 Method and apparatus for vapor deposition of diamond
SU884355493A RU2032765C1 (en) 1987-04-03 1988-04-01 Method of diamond coating application from vapor phase and a device for it realization
KR1019880003737A KR910006784B1 (en) 1987-04-03 1988-04-02 Method and apparatus for vapor deposition of diamond
US07/177,504 US5368897A (en) 1987-04-03 1988-04-04 Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond
US07/905,226 US5403399A (en) 1987-04-03 1992-06-29 Method and apparatus for vapor deposition of diamond

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8331887 1987-04-03
JP62220437A JPS6433096A (en) 1987-04-03 1987-09-04 Gaseous phase synthesis for diamond

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6433096A JPS6433096A (en) 1989-02-02
JPH0477710B2 true JPH0477710B2 (en) 1992-12-09

Family

ID=26424365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62220437A Granted JPS6433096A (en) 1987-04-03 1987-09-04 Gaseous phase synthesis for diamond

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6433096A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019035438A1 (en) * 2017-08-15 2020-09-03 住友電気工業株式会社 Solid carbon-containing material processed product, its manufacturing method and its manufacturing equipment

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990005701A1 (en) * 1988-11-16 1990-05-31 Andrew Carey Good Diamond production
US5256205A (en) * 1990-05-09 1993-10-26 Jet Process Corporation Microwave plasma assisted supersonic gas jet deposition of thin film materials
US5356672A (en) * 1990-05-09 1994-10-18 Jet Process Corporation Method for microwave plasma assisted supersonic gas jet deposition of thin films
JP2938552B2 (en) * 1990-10-17 1999-08-23 富士通株式会社 Coating film manufacturing method and coating film manufacturing apparatus
JP2840699B2 (en) * 1990-12-12 1998-12-24 株式会社 半導体エネルギー研究所 Film forming apparatus and film forming method
EP0491521B1 (en) * 1990-12-15 1997-03-12 Fujitsu Limited Process for producing diamond film
US5356673A (en) * 1991-03-18 1994-10-18 Jet Process Corporation Evaporation system and method for gas jet deposition of thin film materials
US5565249A (en) * 1992-05-07 1996-10-15 Fujitsu Limited Method for producing diamond by a DC plasma jet
US5571332A (en) * 1995-02-10 1996-11-05 Jet Process Corporation Electron jet vapor deposition system
KR101600108B1 (en) * 2008-02-28 2016-03-04 바스프 에스이 Graphite nanoplatelets and compositions
WO2012144580A1 (en) * 2011-04-20 2012-10-26 Ntn株式会社 Amorphous carbon film and method for forming same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5930709A (en) * 1982-08-13 1984-02-18 Toa Nenryo Kogyo Kk Method for synthesizing carbon film and carbon granule in vapor phase
JPS60118693A (en) * 1983-11-25 1985-06-26 Mitsubishi Metal Corp Method for synthesizing diamond under low pressure
JPS60127299A (en) * 1983-12-14 1985-07-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas-phase synthesis of diamond
JPS61183198A (en) * 1984-12-29 1986-08-15 Kyocera Corp Production of diamond film
JPS61222915A (en) * 1985-03-29 1986-10-03 Asahi Chem Ind Co Ltd Vapor-phase synthesis of diamond
JPS62158195A (en) * 1985-12-27 1987-07-14 Natl Inst For Res In Inorg Mater Synthesizing method of diamond

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5930709A (en) * 1982-08-13 1984-02-18 Toa Nenryo Kogyo Kk Method for synthesizing carbon film and carbon granule in vapor phase
JPS60118693A (en) * 1983-11-25 1985-06-26 Mitsubishi Metal Corp Method for synthesizing diamond under low pressure
JPS60127299A (en) * 1983-12-14 1985-07-06 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas-phase synthesis of diamond
JPS61183198A (en) * 1984-12-29 1986-08-15 Kyocera Corp Production of diamond film
JPS61222915A (en) * 1985-03-29 1986-10-03 Asahi Chem Ind Co Ltd Vapor-phase synthesis of diamond
JPS62158195A (en) * 1985-12-27 1987-07-14 Natl Inst For Res In Inorg Mater Synthesizing method of diamond

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2019035438A1 (en) * 2017-08-15 2020-09-03 住友電気工業株式会社 Solid carbon-containing material processed product, its manufacturing method and its manufacturing equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6433096A (en) 1989-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR910006784B1 (en) Method and apparatus for vapor deposition of diamond
KR960006263B1 (en) Plasma assisted apparatus and method of diamond synthesis
JPH0477710B2 (en)
US5314540A (en) Apparatus for forming diamond film
RU2032765C1 (en) Method of diamond coating application from vapor phase and a device for it realization
JPH01242141A (en) High pressure microwave plasma reactor
JPH01179789A (en) Vapor growth method for diamond and thermal plasma deposition method and plasma injection device
JPH0372038B2 (en)
JP2646439B2 (en) Method and apparatus for vapor phase synthesis of diamond
JPH0449517B2 (en)
JP2646438B2 (en) Diamond vapor phase synthesis method
JPH01100092A (en) Diamond vapor-phase synthesis and device therefor
JPH0226895A (en) Method and device for synthesizing diamond in vapor phase
JP2633640B2 (en) Gas phase synthesis of diamond
RU2788258C1 (en) Gas jet method for deposition of diamond films with activation in microwave discharge plasma
JPH0255295A (en) Apparatus for vapor synthesis of diamond and method therefor
JPH01239090A (en) Method for thermal plasma vapor-phase synthesis of diamond and apparatus therefor
JP3039880B2 (en) Carbon film formation method
JPS63310795A (en) Vapor phase synthesis method for diamond by microwave plasma jet
JPH0449520B2 (en)
KR100312008B1 (en) How to make diamond at high speed using plasma jet
JPH0674199B2 (en) Diamond synthesis method
JPH01201481A (en) Method and apparatus for vapor phase synthesis of high-pressure phase boron nitride
JPH02160695A (en) Vapor phase synthesis of diamond
JP2023168473A (en) High-frequency plasma cvd apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071209

Year of fee payment: 15