JPH0519520B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は均一で緻密なダイヤモンド薄膜を有す
るダイヤモンド薄膜基板およびその製法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a diamond thin film substrate having a uniform and dense diamond thin film and a method for manufacturing the same.
従来、マイクロ波CVD法、熱フイラメント
CVD法などの気相合成法によつて、ダイヤモン
ド、シリコン、Mo、W、Ti、Taなどからなる
基板上にダイヤモンド薄膜が形成されている。し
かし、基板としてダイヤモンドでないものを用い
たばあいには、ダイヤモンドの核発生密度が小さ
く、膜状のダイヤモンドがえられないという欠点
を有している。
Conventional, microwave CVD method, thermal filament
A diamond thin film is formed on a substrate made of diamond, silicon, Mo, W, Ti, Ta, etc. by a vapor phase synthesis method such as a CVD method. However, when a substrate other than diamond is used, the disadvantage is that the diamond nucleation density is low and film-like diamond cannot be obtained.
この問題を解決するため
(1) 基板を粒径1〜100μm程度のダイヤモンドパ
ウダーによつて研磨し、そののち気相合成法に
よりダイヤモンド薄膜を形成させる方法
(2) 粒径1〜100μm程度のダイヤモンドパウダー
をエタノール中に分散させたもので基板を超音
波研磨し、そののちダイヤモンド薄膜を形成さ
せる方法
などの方法が開発されている。 To solve this problem, (1) a method of polishing the substrate with diamond powder with a particle size of about 1 to 100 μm, and then forming a diamond thin film using a vapor phase synthesis method (2) using diamond powder with a particle size of about 1 to 100 μm Methods have been developed, such as a method in which a substrate is ultrasonically polished using a powder dispersed in ethanol, and then a diamond thin film is formed.
これらの方法によると未処理の基板と比較して
核発生密度は向上するが、やはり緻密なダイヤモ
ンド薄膜はえられにくく、1μm以下の膜厚では膜
状物がえられないという問題や、均一な核発生密
度のものがえられず、面内において核発生密度の
分布が生じ、均一な膜が形成できないという問題
がある。また電気的特性においても、粒界などの
影響のためか天然ダイヤモンドと比べてかなり特
性の劣つたものしかえられないという問題があ
る。 Although these methods improve the nucleation density compared to untreated substrates, it is still difficult to obtain a dense diamond thin film, and there are problems such as the inability to obtain a film with a film thickness of 1 μm or less, and the problem of uniformity. There is a problem in that the nucleation density cannot be obtained, and the nucleation density is distributed within the plane, making it impossible to form a uniform film. In addition, there is a problem in terms of electrical properties, such as the fact that due to the influence of grain boundaries, diamonds have considerably inferior properties compared to natural diamonds.
本発明者らは、これらの従来法によつてえられ
るダイヤモンド薄膜基板の欠点を改善すべく鋭意
研究を重ねた結果、アニールしたアモルフアスま
たは微結晶を含むアモルフアスシリコンカーバイ
ド膜を中間層として設けたのち、特定の条件でダ
イヤモンド薄膜を形成させることにより、ダイヤ
モンドペーストまたはダイヤモンドパウダーによ
つて基板の前処理をしなくても、均一で緻密で電
気的特性の良好なダイヤモンド薄膜がえられるこ
とを見出し、本発明に到達した。
As a result of intensive research to improve the drawbacks of diamond thin film substrates obtained by these conventional methods, the inventors of the present invention provided an amorphous silicon carbide film containing annealed amorphous or microcrystals as an intermediate layer. Later, it was discovered that by forming a diamond thin film under specific conditions, a uniform, dense diamond film with good electrical properties could be obtained without pre-treating the substrate with diamond paste or diamond powder. , arrived at the present invention.
すなわち本発明は、
基板上に設けられた膜厚10Å〜100μmのアニー
ルしたアモルフアスまたは微結晶を含むアモルフ
アスシリコンカーバイドからなる中間膜、さらに
その上に設けられた核発生密度が107個/cm2以上
のダイヤモンド薄膜からなるダイヤモンド薄膜基
板および
前記ダイヤモンド薄膜基板を製造するに際し、
CVD法によつてダイヤモンド薄膜を形成するこ
とを特徴とするダイヤモンド薄膜基板の製法に関
する。 That is, the present invention provides an intermediate film formed of annealed amorphous amorphous or amorphous silicon carbide containing microcrystals with a film thickness of 10 Å to 100 μm provided on a substrate, and further provided thereon with a nucleation density of 10 7 /cm. A diamond thin film substrate consisting of two or more diamond thin films, and when manufacturing the diamond thin film substrate,
The present invention relates to a method for manufacturing a diamond thin film substrate, characterized in that a diamond thin film is formed by a CVD method.
本発明に用いられる基板としては、たとえば
Cu、W、Mo、Ti、Ta、Cu合金、Al合金、Ti合
金、TiC、TiNなどの金属製の基板、バイコー
ル、ミオセラム、アルミナ、ジルコニア、マグネ
シアなどのセラミツクス製の基板、結晶Si、
GaAs、InPなどの半導体基板などがあげられる
が、これらに限定されるものではない。
Examples of the substrate used in the present invention include
Metal substrates such as Cu, W, Mo, Ti, Ta, Cu alloy, Al alloy, Ti alloy, TiC, TiN, ceramic substrates such as Vycor, Myoceram, alumina, zirconia, magnesia, crystalline Si,
Examples include semiconductor substrates such as GaAs and InP, but are not limited to these.
本発明においては、前記基板上に膜厚10Å〜
100μm、好ましくは100Å〜10μmのアニールした
アモルフアスまたは微結晶を含むアモルフアスシ
リコンカーバイドからなる中間膜が形成された基
板が用いられる。 In the present invention, on the substrate, a film with a thickness of 10 Å to
A substrate on which an intermediate film of annealed amorphous or amorphous silicon carbide containing microcrystals of 100 μm, preferably 100 Å to 10 μm is formed is used.
前記膜厚が10Å未満になると均一なアニールし
たアモルフアスまたは微結晶を含むアモルフアス
シリコンカーバイド膜がえられず島状になり、
100μmをこえると応力の値が大きくなり、基板の
そりが大きくなる。 When the film thickness is less than 10 Å, a uniform annealed amorphous silicon carbide film or an amorphous silicon carbide film containing microcrystals cannot be obtained and becomes island-like.
If it exceeds 100 μm, the stress value increases and the warpage of the substrate increases.
前記シリコンカーバイドとは、炭素含量が好ま
しくは40atm%以上(ケイ素と炭素との合計量に
対する割合、以下同様)、さらに好ましくは50〜
70atm%、ケイ素含量が好ましくは60atm%以下
(ケイ素と炭素との合計量に対する割合、以下同
様)、さらに好ましくは30〜50atm%で、水素原
子、ハロゲン原子などを好ましくは10atm%以下
(全原子に対する割合)、さらに好ましくは5atm
%以下の範囲で含有しているものであり、水素原
子、ハロゲン原子などとして、とくに水素原子を
5atm%以下の範囲で含有するものが好ましい。 The silicon carbide preferably has a carbon content of 40 atm% or more (ratio to the total amount of silicon and carbon, the same applies hereinafter), and more preferably 50 to 50 atm%.
70 atm%, silicon content is preferably 60 atm% or less (ratio to the total amount of silicon and carbon, the same applies hereinafter), more preferably 30 to 50 atm%, and hydrogen atoms, halogen atoms, etc. are preferably 10 atm% or less (total atoms ), more preferably 5 atm
% or less, and especially contains hydrogen atoms as hydrogen atoms, halogen atoms, etc.
The content is preferably 5 atm% or less.
前記中間膜がアニールしたアモルフアスまたは
微結晶を含むアモルフアスシリコンカーバイド膜
であるため、核発生密度が向上するなどの効果が
えられる。 Since the intermediate film is an annealed amorphous or amorphous silicon carbide film containing microcrystals, effects such as improved nucleation density can be obtained.
前記シリコンカーバイド膜の形成方法にはとく
に限定はなく、基板上に所定のシリコンカーバイ
ド膜を形成したものをアニールしたものであるか
ぎりいかなる方法によつて形成してもよいが、成
膜方法、成膜時の条件などにより形成されたシリ
コンカーバイド膜の構造などが異なるため、適宜
選択して採用するのが好ましい。 There is no particular limitation on the method of forming the silicon carbide film, and it may be formed by any method as long as it is formed by annealing a predetermined silicon carbide film formed on a substrate. Since the structure of the silicon carbide film formed differs depending on the conditions during film formation, etc., it is preferable to select and employ the film as appropriate.
前記成膜方法としては、たとえばスパツター
法、蒸着法、CVD法、プラズマCVD法などの方
法があげられるが、これらのうちではたとえば第
7図に示すような装置を用いたプラズマCVD法
で形成するのが、より低温で緻密なアモルフアス
または微結晶を含むアモルフアスシリコンカーバ
イド膜が形成されるため好ましい。 Examples of the film forming method include a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, and a plasma CVD method. Among these methods, for example, a plasma CVD method using an apparatus as shown in FIG. 7 is used. This is preferable because an amorphous silicon carbide film containing dense amorphous or microcrystals is formed at a lower temperature.
第7図はRFを用いてアモルフアスまたは微結
晶を含むアモルフアスシリコンカーバイド膜を形
成させる装置の一例を説明するための図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining an example of an apparatus for forming an amorphous silicon carbide film containing amorphous or microcrystals using RF.
RF電源1、マツチング回路2およびRF電極3
により発振せしめられたRFにより、反応ガス入
口4から導入されたCH4+SiH4+H2などの反応
ガスをOES(プラズマ分光分析)により制御しな
がらプラズマ化し、ヒーター5上の基板6にアモ
ルフアスまたは微結晶を含むアモルフアスシリコ
ンカーバイドを推積させ、排気ガスは排気ガス出
口7より排出される。 RF power supply 1, matching circuit 2 and RF electrode 3
The RF oscillated by the reactant gas inlet 4 converts the reactant gas such as CH 4 +SiH 4 +H 2 into plasma while controlling it by OES (plasma spectroscopy), and the substrate 6 on the heater 5 is coated with amorphous or amorphous gas. Amorphous silicon carbide containing crystals is deposited, and the exhaust gas is discharged from the exhaust gas outlet 7.
プラズマCVD法でアモルフアスまたは微結晶
を含むアモルフアスシリコンカーバイド膜を形成
する際の条件としては、成膜時の基板温度が300
〜800℃であるのが緻密なアモルフアスまたは微
結晶を含むアモルフアスシリコンカーバイド膜を
均一にうるという点から好ましく、500〜800℃で
あるのがさらに好ましい。また反応圧力としては
通常0.1〜10Torr程度、好ましくは0.3〜2Torr程
度が採用される。 The conditions for forming an amorphous or amorphous silicon carbide film containing microcrystals using the plasma CVD method are that the substrate temperature during film formation is 300°C.
The temperature is preferably 800°C to 800°C from the viewpoint of uniformly obtaining an amorphous silicon carbide film containing dense amorphous or microcrystals, and more preferably 500 to 800°C. Further, the reaction pressure is usually about 0.1 to 10 Torr, preferably about 0.3 to 2 Torr.
プラズマCVD法により形成したアモルフアス
または微結晶を含むアモルフアスシリコンカーバ
イド膜は処理なしに中間膜として使用可能である
が、アニール処理によつて膜の耐熱性、膜のネツ
トワーク化をさらに進めることにより一層緻密な
膜をうることができ、より好ましいアモルフアス
または微結晶を含むアモルフアスシリコンカーバ
イド膜を形成しうる。アニール時の雰囲気として
は、真空中またはN2中が好ましい。 Amorphous or amorphous silicon carbide films containing microcrystals formed by the plasma CVD method can be used as intermediate films without treatment, but annealing can improve the heat resistance of the film and further improve the network structure of the film. A more dense film can be obtained, and a more preferable amorphous silicon carbide film containing amorphous or microcrystals can be formed. The atmosphere during annealing is preferably vacuum or N 2 .
前記アニール処理の条件としては、700〜1400
℃で2時間程度の条件が一般的で、700〜1000℃
で2時間程度アニールするのが好ましい。 The conditions for the annealing treatment are 700 to 1400
℃ for about 2 hours is common, and the temperature is 700 to 1000℃.
It is preferable to anneal for about 2 hours.
本発明のダイヤモンド薄膜基板は前記シリコン
カーバイド膜上にダイヤモンド薄膜が設けられた
基板である。 The diamond thin film substrate of the present invention is a substrate in which a diamond thin film is provided on the silicon carbide film.
前記ダイヤモンド薄膜とは、ラマンスペクトル
法、X線回折法によりダイヤモンドと同定可能な
もので、実質的に無定形炭素(アモルフアスカー
ボン)やグラフアイトを含まないダイヤモンドが
基板面上の所望の部分に実質的に均一かつ緻密に
形成され、薄膜状態になつているもののことであ
り、膜厚としては通常0.1〜300μm程度、好まし
くは0.2〜100μm程度、核発生密度としては107
個/cm2程度以上、好ましくは108個/cm2程度以上
のものである。 The diamond thin film is a film that can be identified as diamond by Raman spectroscopy or X-ray diffraction, and diamond that does not substantially contain amorphous carbon or graphite is deposited on a desired portion of the substrate surface. It is a thin film that is formed substantially uniformly and densely, and the film thickness is usually about 0.1 to 300 μm, preferably about 0.2 to 100 μm, and the nucleation density is 10 7
The number of particles/cm 2 or more is about 10 8 pieces/cm 2 or more, preferably about 10 8 pieces/cm 2 or more.
本発明におけるダイヤモンド薄膜は、前記のご
ときダイヤモンドが通常は107〜1010個/cm2程度
形成されたものであるため、従来のダイヤモンド
ペーストなどを用いて研磨してえられたダイヤモ
ンド薄膜などと比較して、均一でより緻密やダイ
ヤモンド薄膜がえられる。 The diamond thin film used in the present invention usually has about 10 7 to 10 10 diamonds/cm 2 as described above, so it is different from a diamond thin film obtained by polishing using a conventional diamond paste or the like. In comparison, a more uniform and denser diamond film can be obtained.
前記膜厚が0.1μm程度未満になると膜になりに
くくなり傾向が生じ、300μm程度をこえるとダイ
ヤモンド薄膜の応力で基板から剥離しやすくなる
傾向が生じる。 When the film thickness is less than about 0.1 μm, it tends to become difficult to form a film, and when it exceeds about 300 μm, it tends to easily peel off from the substrate due to the stress of the diamond thin film.
つぎにダイヤモンド薄膜の成膜方法について説
明する。 Next, a method for forming a diamond thin film will be explained.
ダイヤモンド薄膜の成膜には現在用いられてい
るいずれの方法(プラズマCVD法、熱フイラメ
ント法、熱プラズマ法など)を用いてもよいが、
プラズマCVD法、とくにたとえば第8図に示す
ような装置を用いたマイクロ波CVD法が安定性、
均一性などの点から優れている。 Any method currently used (plasma CVD method, thermal filament method, thermal plasma method, etc.) may be used to form the diamond thin film.
The plasma CVD method, especially the microwave CVD method using the equipment shown in Figure 8, is stable.
Excellent in terms of uniformity, etc.
第8図はマイクロ波励起プラズマを用いてダイ
ヤモンド薄膜を形成させる装置の一例を説明する
ための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of an apparatus for forming a diamond thin film using microwave-excited plasma.
通常、2450MHzのマイクロ波発振機8で発振せ
しめられたマイクロ波がアイソレーター9を経由
し、整合器11でマツチング調整されたのち、導
波管12をとおつてプラズマゾーン14に導か
れ、反応ガス入口13から導入されたCH4+H2
などの反応ガスをOES(プラズマ分光分析)によ
り制御しながらプラズマ化し、アニールしたアモ
ルフアスまたは微結晶を含むアモルフアスシリコ
ンカーバイド膜を有する基板15上に推積させ、
排気ガスは排気ガス出口16より排出される。こ
の際、冷却水入口17より冷却水を供給し、プラ
ンジヤー18を用いてプラズマが基板上に発生す
るように調整される。なお、図中、10は電力モ
ニターである。 Normally, microwaves oscillated by a 2450 MHz microwave oscillator 8 pass through an isolator 9, are matched and adjusted by a matching box 11, and are then guided to a plasma zone 14 through a waveguide 12, and are introduced into the reactant gas inlet. CH 4 + H 2 introduced from 13
A reactive gas such as is turned into plasma while being controlled by OES (plasma spectroscopy), and deposited on a substrate 15 having an amorphous silicon carbide film containing annealed amorphous or microcrystals,
The exhaust gas is discharged from the exhaust gas outlet 16. At this time, cooling water is supplied from the cooling water inlet 17, and adjustments are made using the plunger 18 so that plasma is generated on the substrate. In addition, in the figure, 10 is a power monitor.
ダイヤモンド薄膜は、たとえば基板温度600〜
1000℃程度、好ましくは700〜1000℃程度、さら
に好ましくは850〜900℃程度、反応圧力5〜
300Torr程度、好ましくは20〜100Torr程度で、
好ましくは300W〜1kW程度のマイクロ波を用い
たマイクロ波CVD法のごとき方法によるのがよ
い。 For example, a diamond thin film has a substrate temperature of 600°C or more.
About 1000℃, preferably about 700~1000℃, more preferably about 850~900℃, reaction pressure 5~
About 300 Torr, preferably about 20 to 100 Torr,
Preferably, a method such as a microwave CVD method using microwaves of about 300 W to 1 kW is preferable.
このようにしてえられたダイヤモンド薄膜基板
は、比抵抗1013〜1015Ωcm、誘電率5〜6、屈折
率2.38〜2.40、硬度>8000、密度3.4〜3.6g/cm3の
ごとき特性を有し、半導体ヒートシンク、バイト
またはカツタードリルの保護膜、赤外線用反射防
止膜、スピーカー用振動板などの用途に好適に使
用されうる。 The diamond thin film substrate thus obtained has properties such as specific resistance of 10 13 to 10 15 Ωcm, dielectric constant of 5 to 6, refractive index of 2.38 to 2.40, hardness >8000, and density of 3.4 to 3.6 g/cm 3 . However, it can be suitably used for applications such as semiconductor heat sinks, protective films for cutting tools or cutter drills, antireflection films for infrared rays, and diaphragms for speakers.
つぎに本発明の基板を実施例に基づき説明す
る。 Next, the substrate of the present invention will be explained based on examples.
実施例1および比較例1
第7図に示すようなプラズマCVD装置を用い
て、CH475SCCM、SiH415SCCM、
H2100SCCM、圧力1Torr、基板温度350℃、RF
パワー400Wなる成膜条件にて基板である単結晶
シリコン面(511)上に3000Åの厚さのシリコン
カーバイド膜を堆積させた。Example 1 and Comparative Example 1 CH 4 75SCCM, SiH 4 15SCCM,
H2 100SCCM, pressure 1Torr, substrate temperature 350℃, RF
A silicon carbide film with a thickness of 3000 Å was deposited on the single-crystal silicon surface (511) serving as the substrate under film-forming conditions with a power of 400 W.
堆積させた膜中のC量をX線電子分光(XPS)
法にて調べたところ、60atm%で、反射型の
FTIR法により求めた膜中の水素量は10atm%で
あつた。 The amount of C in the deposited film was measured using X-ray electron spectroscopy (XPS).
According to the method, it was 60 atm%, and it was reflective type.
The amount of hydrogen in the film determined by FTIR method was 10 atm%.
そののち、電気炉を用いて昇温速度20℃/min
で昇温し、900℃で2時間保持したのち冷却速度
℃/minで冷却してアニールした。 After that, use an electric furnace at a heating rate of 20℃/min.
The temperature was raised at 900°C, held for 2 hours, and then cooled and annealed at a cooling rate of °C/min.
アニール後の膜中の水素量は2atm%であつた。
また、X線回折法により結晶性を調べたが、明瞭
なピークは存在しておらず、アモルフアス構造で
あることを確認した。 The amount of hydrogen in the film after annealing was 2 atm%.
In addition, the crystallinity was examined by X-ray diffraction, but no clear peaks were found, confirming that it had an amorphous structure.
つぎに、第8図に示すようなマイクロ波CVD
装置のBN製のホルダー上に前記シリコンカーバ
イド膜を形成したシリコン基板をセツトし、
CH415SCCM、O23SCCM、H2100SCCM、圧力
40Torr、マイクロ波(MW)パワー400W、基板
温度850℃なる成膜条件でダイヤモンド薄膜を形
成させた。 Next, microwave CVD as shown in Figure 8
Set the silicon substrate on which the silicon carbide film is formed on the BN holder of the device,
CH4 15SCCM, O2 3SCCM, H2 100SCCM, pressure
A diamond thin film was formed under the deposition conditions of 40Torr, microwave (MW) power of 400W, and substrate temperature of 850℃.
えられたダイヤモンド薄膜を形成させた基板表
面を走査電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した
ところ、第1図および第2図(それぞれえられた
ダイヤモンド薄膜の5000倍および400倍のSEM写
真で、薄膜を構成するダイヤモンド粒子の構造
(形状)、分布状態などを示す)に示すように、表
面全体に均質かつ高密度にダイヤモンドが形成さ
れたダイヤモンド薄膜基板がえられていた。な
お、ダイヤモンド薄膜の核発生密度は107〜108
個/cm2であつた。 When the surface of the substrate on which the obtained diamond thin film was formed was observed using a scanning electron microscope (SEM), Figures 1 and 2 (SEM photographs of the obtained diamond thin film at 5000x and 400x, respectively, As shown in the figure (showing the structure (shape), distribution state, etc. of the diamond particles constituting the thin film), a diamond thin film substrate was obtained in which diamonds were uniformly and densely formed over the entire surface. The nucleation density of the diamond thin film is 10 7 to 10 8
pieces/ cm2 .
えられたダイヤモンド薄膜基板をラマンスペク
トル法およびX線回折法にしたがつて評価したと
ころ、無定形炭素(アモルフアスカーボン)やグ
ラフアイトを含まないダイヤモンドであつた。 When the obtained diamond thin film substrate was evaluated using Raman spectroscopy and X-ray diffraction, it was found to be diamond containing no amorphous carbon or graphite.
比較のためにシリコンカーバイド膜を設けてい
ない他は前記と同様にして作製したダイヤモンド
薄膜のSEM写真を第3図および第4図(それぞ
れ5000倍および400倍)に示す。なお、シリコン
基板はダイヤモンドペーストにて研磨していない
ものを用いた。 For comparison, FIGS. 3 and 4 (5000x and 400x magnification, respectively) show SEM photographs of diamond thin films produced in the same manner as described above, except that no silicon carbide film was provided. Note that the silicon substrate used was one that had not been polished with diamond paste.
第1図〜第4図から、アニールしたアモルフア
スシリコンカーバイド膜を中間層として設けるこ
とにより、飛躍的に核発生密度が増加することが
わかる。 From FIGS. 1 to 4, it can be seen that by providing an annealed amorphous silicon carbide film as an intermediate layer, the nucleation density increases dramatically.
実施例 2
第7図に示すような装置を用いて、
CH470SCCM、SiH420SCCM、H2100SCCM、圧
力1Torr、基板温度400℃、RFパワー400Wなる
成膜条件にて、実施例1と同様にして基板である
単結晶シリコン(111)上に膜厚1000Åのシリコ
ンカーバイド膜を堆積させた。Example 2 Using an apparatus as shown in Fig. 7,
A film was deposited on a single crystal silicon (111) substrate in the same manner as in Example 1 under the following film forming conditions: CH 4 70 SCCM, SiH 4 20 SCCM, H 2 100 SCCM, pressure 1 Torr, substrate temperature 400°C, and RF power 400 W. A 1000 Å silicon carbide film was deposited.
堆積させた膜中のC量をXPS法にて調べてと
ころ、55atm%で、反射型のFTIR法より求めた
膜中の水素量は8atm%であつた。 When the amount of C in the deposited film was examined using the XPS method, it was found to be 55 atm %, and the amount of hydrogen in the film determined by reflection type FTIR method was 8 atm %.
そののち、電気炉を用いて昇温速度20℃/min
で昇温し、900℃で2時間保持したのち冷却速度
20℃/minで冷却してアニールした。 After that, use an electric furnace at a heating rate of 20℃/min.
After heating at 900°C for 2 hours, the cooling rate was
Annealing was performed by cooling at 20°C/min.
アニール後の膜中の水素量は1atm%であつた。
また、X線回折法によりアモルフアス構造である
ことを確認した。 The amount of hydrogen in the film after annealing was 1 atm%.
Furthermore, it was confirmed by X-ray diffraction that it had an amorphous structure.
つぎに、ダイヤモンドペーストにてシリコンカ
ーバイド膜を形成した基板を2分間程度研磨し
た。 Next, the substrate on which the silicon carbide film was formed was polished for about 2 minutes using diamond paste.
SEM(5万倍)で研磨後の表面状態を調べた
が、シリコンカーバイド膜上に傷などは観察され
ず、またシリコンカーバイド膜のはがれも全く認
められなかつた。 The surface condition after polishing was examined using SEM (50,000x magnification), but no scratches were observed on the silicon carbide film, and no peeling of the silicon carbide film was observed at all.
そののち、第8図に示す装置を用い、実施例1
と同様にしてCH415SCCM、O23SCCM、
H2100SCCM、圧力40Torr、MWパワー400W、
基板温度850℃なる成膜条件でダイヤモンド薄膜
を形成させた。 Thereafter, using the apparatus shown in FIG. 8, Example 1
Similarly, CH 4 15SCCM, O 2 3SCCM,
H2 100SCCM, pressure 40Torr, MW power 400W,
A diamond thin film was formed under film formation conditions where the substrate temperature was 850°C.
えられたダイヤモンド薄膜を形成させた基板表
面をSEMを用いて観察したところ、第5図(え
られたダイヤモンド薄膜の1000倍のSEM写真)
に示すように、表面全体に均質かつ高密度にダイ
ヤモンドが形成されたダイヤモンド薄膜基板がえ
られていた。なお、ダイヤモンド薄膜の核発生密
度は108〜109個/cm2であつた。 When the surface of the substrate on which the obtained diamond thin film was formed was observed using a SEM, the results were as shown in Figure 5 (SEM photograph of the obtained diamond thin film at 1000 times magnification).
As shown in Figure 2, a diamond thin film substrate was obtained with diamonds uniformly and densely formed over the entire surface. Note that the nucleation density of the diamond thin film was 10 8 to 10 9 nuclei/cm 2 .
えられたダイヤモンド薄膜基板の結晶性を実施
例1と同様にして評価したところ、無定形炭素お
よびグラフアイトを含まないダイヤモンド薄膜で
あつた。 When the crystallinity of the obtained diamond thin film substrate was evaluated in the same manner as in Example 1, it was found that the diamond thin film did not contain amorphous carbon and graphite.
比較のためにシリコンカーバイド膜を設けず、
シリコンウエハーをダイヤモンドペーストで同様
に2分間研磨し、第8図に示す装置を用いて同条
件にてダイヤモンドを堆積させてえられたダイヤ
モンド薄膜の1000倍のSEM写真を第6図に示す。 For comparison, no silicon carbide film was provided.
Figure 6 shows a 1000x SEM photograph of a diamond thin film obtained by polishing a silicon wafer with diamond paste for 2 minutes and depositing diamond under the same conditions using the apparatus shown in Figure 8.
第5図および第6図から、アニールしたアモル
フアスシリコンカーバイド膜を中間層とすること
により緻密なダイヤモンド薄膜がえられることが
わかる。 It can be seen from FIGS. 5 and 6 that a dense diamond thin film can be obtained by using an annealed amorphous silicon carbide film as an intermediate layer.
なお、実施例1〜2と同様にして作製した厚さ
8μmのシリコンカーバイド膜のビツカース硬度
は、3000〜4000で、単結晶シリコンカーバイドと
同程度に高硬度のものであつた。 In addition, the thickness produced in the same manner as Examples 1 and 2
The 8 μm silicon carbide film had a Bitkers hardness of 3000 to 4000, which was as hard as single crystal silicon carbide.
ダイヤモンドペーストにてシリコンカーバイド
膜を研磨する効果は、より硬いものをダイヤモン
ドでペーストすることにより一層鋭利な傷が発生
し、核発生密度が増加したと考えられる。 It is thought that the effect of polishing the silicon carbide film with diamond paste is that by pasting a harder material with diamond, sharper scratches are generated and the nucleation density is increased.
本発明のダイヤモンド薄膜基板は、基板上にア
ニールしたアモルフアスまたは微結晶を含むアモ
ルフアスシリコンカーバイド膜を設けた上に、実
質的に無定形炭素やグラフアイトを含まないダイ
ヤモンドを設けた従来存在しなかつたダイヤモン
ド薄膜基板である。このような基板が本発明の方
法によりえられる。
The diamond thin film substrate of the present invention has an annealed amorphous silicon carbide film containing annealed amorphous or microcrystals on the substrate, and then diamond that does not substantially contain amorphous carbon or graphite is provided. This is a diamond thin film substrate. Such a substrate can be obtained by the method of the invention.
第1図および第2図はそれぞれ実施例1でえら
れた本発明のダイヤモンド薄膜基板表面を5000倍
および400倍で観察したばあいのSEM写真で、薄
膜を構成するダイヤモンド粒子の構造(形状)、
分布状態などを示す写真、第3図および第4図は
それぞれ比較例1でえられた基板表面を5000倍お
よび400倍で観察したばあいのSEM写真で、薄膜
を構成するダイヤモンド粒子の構造(形状)、分
布状態などを示す写真、第5図は実施例2でえら
れた本発明のダイヤモンド薄膜基板表面を1000倍
で観察したばあいのSEM写真、第6図は比較例
2でえられた基板表面を1000倍で観察したばあい
のSEM写真、第7図はシリコンカーバイド膜を
形成するのに用いるRFプラズマCVD装置の一例
に関する説明図、第8図はダイヤモンド薄膜を形
成するのに用いるMWプラズマCVD装置の一例
に関する説明図である。
(図面の主要符号) 6:基板、5:シリコン
カーバイド膜を有する基板。
Figures 1 and 2 are SEM photographs of the surface of the diamond thin film substrate of the present invention obtained in Example 1, observed at 5000x and 400x, respectively, showing the structure (shape) of the diamond particles constituting the thin film;
Figures 3 and 4 are SEM photographs taken at 5000x and 400x magnification, respectively, of the substrate surface obtained in Comparative Example 1, showing the structure (shape) of the diamond particles constituting the thin film. ), a photograph showing the distribution state, etc., Fig. 5 is an SEM photograph of the surface of the diamond thin film substrate of the present invention obtained in Example 2, observed at 1000x magnification, and Fig. 6 is a photograph showing the substrate obtained in Comparative Example 2. SEM photograph of the surface observed at 1000x magnification, Figure 7 is an explanatory diagram of an example of RF plasma CVD equipment used to form a silicon carbide film, and Figure 8 is MW plasma CVD used to form a diamond thin film. It is an explanatory diagram regarding an example of a device. (Main symbols in the drawings) 6: Substrate, 5: Substrate having a silicon carbide film.
Claims (1)
ールしたアモルフアスまたは微結晶を含むアモル
フアスシリコンカーバイドからなる中間膜、さら
にその上に設けられた核発生密度が107個/cm2以
上のダイヤモンド薄膜からなるダイヤモンド薄膜
基板。 2 請求項1記載のダイヤモンド薄膜基板を製造
するに際し、CVD法によつてダイヤモンド薄膜
を形成することを特徴とするダイヤモンド薄膜基
板の製法。[Claims] 1. An intermediate film made of annealed amorphous silicon carbide or amorphous silicon carbide containing microcrystals with a film thickness of 10 Å to 100 μm provided on a substrate, and further provided thereon with a nucleation density of 10 7 A diamond thin film substrate consisting of a diamond thin film of /cm 2 or more. 2. A method for manufacturing a diamond thin film substrate, characterized in that, in manufacturing the diamond thin film substrate according to claim 1, the diamond thin film is formed by a CVD method.
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JP14890388A JPH01317197A (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Diamond thin film substrate and production thereof |
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JPH01317197A JPH01317197A (en) | 1989-12-21 |
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-
1988
- 1988-06-16 JP JP14890388A patent/JPH01317197A/en active Granted
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JPH01317197A (en) | 1989-12-21 |
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