JPH05270977A - 平板ダイヤモンド結晶、及びその形成方法 - Google Patents
平板ダイヤモンド結晶、及びその形成方法Info
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- JPH05270977A JPH05270977A JP4068680A JP6868092A JPH05270977A JP H05270977 A JPH05270977 A JP H05270977A JP 4068680 A JP4068680 A JP 4068680A JP 6868092 A JP6868092 A JP 6868092A JP H05270977 A JPH05270977 A JP H05270977A
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Abstract
結晶を提供する。 【構成】 気相合成法(燃焼法又はCVD法)により、
炭素、酸素濃度、及び基体面の核発生密度を制御して結
晶を形成する。得られた結晶2は、高さhと幅lの比が
1:4以上で、かつ基体面1aと結晶面2aとのなす角
度θは10度以下の板状である。
Description
特性をもつ平板状ダイヤモンド結晶、及びその形成方法
に関する。
(5.5eV)、大きなキャリア移動度(電子1800
cm2 /V・S,正孔1600cm2 /V・S)、大き
な熱伝導度(20W/cm・K)を持ち、更に高硬度で
耐摩耗性に優れる等の他の材料では得られない種々の特
性を有している。
化学的気相析出法(CVD法)の研究が進んでいる。
ヤモンドには以下のようなものがあった。 (1)基体としての天然、または人工ダイヤモンド結晶
への、ホモエピタキシャル成長、及びダイヤモンド結晶
に近い結晶構造を持つ立方晶窒化ホウ素(c−BN)へ
のヘテロエピタキシャル成長によるもの。これらは共
に、下地基体とエピタキシャル関係と持ち、非常に平滑
性の高い単結晶膜が得られる。 (2)基体としてシリコン基板、モリブデン、タングス
テン、タンタル等高融点金属、石英基板などへの一般的
な合成条件でのダイヤモンド形成では、核形成密度や膜
厚、その他合成条件により析出ダイヤモンドの形態が異
なる。
結晶は、粒状に、又方位関係はランダムに析出する。
結晶は、凹凸の大きな多結晶膜状に析出する。
(炭素源濃度を比較的高く保つ)ことで、{100}面
が優勢な、配向性の高い多結晶膜が得られる。 (3)ニッケルやコバルト基体上へのヘテロエピタキシ
ャル成長。
ヤモンドが部分的にエピタキシャル成長する。このとき
の析出形態は粒子状で、核発生密度が小さく、均一膜と
はならない。
結晶には以下のような問題点があった。 (1)ダイヤモンドおよび立方晶窒化ホウ素基体へのエ
ピタキシャル成長で得られる単結晶膜は、平滑で結晶性
も良好であるが、基体が非常に高価なため実用的ではな
い。 (2)シリコン、高融点金属、石英基体への一般的な条
件でのダイヤモンド形成では、 i)核発生密度が低い場合、単結晶ではあるが、析出の
方位がランダムで、かつ粒子状(高さと横幅の比が1:
3以下、一般的には1:2以下)である。
多結晶膜となる。
体に対しほぼ並行で、又平滑性も良好な領域が認められ
るものの、本質的には多結晶膜であり、かつその膜中に
は多数の結晶欠陥(転位,欠陥,双晶)が存在する。 (3)ニッケルやコバルト基体へのエピタキシャル成長
では、下地とエピタキシャル関係のある単結晶粒子が得
られるが、析出形態は粒子状(高さと横幅の比が1:3
以下、代表的には1:2以下)であり、又特に{11
1}面が荒れやすく、結晶中に多数の結晶欠陥が存在す
る。
を解決するために種々検討した結果、本発明に想到し
た。即ち、本発明は、ダイヤモンド結晶の根本的な見直
しの結果なされたもので、ダイヤモンド結晶の高品質化
が、本発明の平板ダイヤモンド結晶の成長へ関与するこ
とを明らかにすることができたものである。
品等に有用な平板状のダイヤモンド結晶を提供すること
にある。
に、本発明は、気相合成法で基体上に形成された平板ダ
イヤモンド結晶であって、その基体面の上方向に沿った
長さと基体面方向に沿った長さの比が1:4〜1:10
00で、かつ基体面と前記結晶上面とがなす角度が0〜
10度である平板ダイヤモンド結晶を提供するものであ
る。
料ガスとする燃焼法による上記平板ダイヤモンド結晶の
形成方法において、主たる原料ガス中の酸素とアセチレ
ンとのモル比の値が0.9≦O2 /C2 H2 ≦1であ
り、かつ基体上に発生するダイヤモンドの核発生密度を
102 〜1×105 個/cm2 とするものである。
素、炭素、及び酸素の各元素を含む原料ガスを用いるC
VD法による上記の平板ダイヤモンド結晶の形成方法に
おいて、前記原料ガス中の炭素源濃度が0.01〜10
%で、かつ前記原料ガス中の酸素原子数と炭素原子数の
比の値が0.5≦O/C≦1.2で、更に基体上に発生
するダイヤモンドの核発生密度を104 〜2×106 個
/cm2 とするもので、CVD法が高周波、直流又はマ
イクロ波を励起源とするプラズマCVD法、もしくは熱
フィラメントを励起源とする熱フィラメントCVD法で
あることを含む。
より、平板ダイヤモンド結晶の上面を{111}面で形
成すること、基体温度を950〜1300℃とすること
により、平板ダイヤモンド結晶の上面を{100}面で
形成することを含む。
は炭素イオンを注入し、次いで上記記載の形成方法によ
り基体の所定の部位に選択的に平板ダイヤモンド結晶を
形成させるものである。
式図を図1に、又、従来例の粒子状ダイヤモンド結晶の
断面の模式図を図2に示す。
る平板ダイヤモンド結晶2が形成されている。この平板
ダイヤモンド結晶2の基体面上方向に沿った長さ(高
さ)hと、基体面方向に沿った長さ(横幅)lの比は
1:4以上、一般的には1:4.5以上、好ましくは
1:5〜1:1000である。また、基体面1aと結晶
上面2aとがなす角θは10度以下、好ましくは5度以
下のものである。
結晶を平板ダイヤモンド結晶と言う。
は、高さhと横幅lの比が1:3以下、一般的には1:
2以下となる。なお、3は基体である。
を粒子状ダイヤモンド結晶と言う。このとき、粒子上面
と基体3とがなす角θは、一般的にはランダムとなる。
(ニッケル、及びコバルト基体上では、下地基体の方位
とエピタキシャル関係となる。)本発明の平板ダイヤモ
ンド結晶の成長機構の詳細は不明であるが、この平板ダ
イヤモンド結晶の析出する合成条件が、非常に高品質の
ダイヤモンド結晶を合成する条件であることを考える
と、例えば高品質結晶合成条件では、ダイヤモンド結晶
のエッチングガスとして働く水素ラジカルやOHラジカ
ルが多数存在し、結晶上面の成長速度が抑制されるのに
対して、結晶側面は、エッチングの効果が弱まるため
(側面では単位面積あたりの水素ラジカルやOHラジカ
ルの量が減る、又は、基体などとの衝突により、エッチ
ングガスとしての働きを失ったガス種が多く存在する等
の理由が上げられる。)成長速度があまり抑制されず、
結果として側面のみが成長する等の機構を考えることが
できる。
は、3角形又は6角形のモルフォロジーを持つ{11
1}面、さらには、4角形又は8角形のモルフォロジー
を持つ{100}面である。又側面は{111}面、又
は{100}面よりなっている。
晶形成時の基体温度に依存する。この基体温度が400
℃以上、900℃以下のとき、望ましくは600℃以
上、750℃以下のときに、上面は主として3角形又は
6角形の{111}面となる。また、950℃以上、1
300℃以下のとき、望ましくは1000℃以上、12
00℃以下のとき、上面は4角形又は8角形の{10
0}面となる。又、ダイヤモンド合成雰囲気中の炭素源
濃度が低い場合、上面が{111}面に、又高い場合、
上面が{100}面になる傾向がある。
晶、又は平板中の双晶面が形成された双晶である。特に
基体温度が400℃以上、900℃以下で形成された、
上面が{111}面の平板ダイヤモンド結晶には、上面
に平行に双晶面が形成されているものが多い。これは、
双晶面の形成により凹入角が形成されるためで、凹入角
効果と呼ばれる働きにより、凹入角のある方向に結晶の
成長が促進されやすく、平板ダイヤモンドの形成が進む
ためと考えられる。なお、上面に平行に形成された双晶
面は一つだけではなく、2個以上形成されることもあ
る。
形成する方法は、気相合成法による。
焼炎法等がある。
クロ波プラズマCVD法、有磁場マイクロ波プラズマC
VD法、直流プラズマCVD法、RFプラズマCVD法
等がある。
としては、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の
炭化水素ガス、及びアルコール、アセトン等の液状有機
化合物、一酸化炭素又はハロゲン化炭素などを用いるこ
とができ、さらに適宜、水素、酸素、塩素、フッ素を含
むガスを添加することができる。 (1)CVD法による平板ダイヤモンド結晶の形成 原料ガスは、少なくとも水素、炭素及び酸素元素を含ん
でいることが必要で、1種の原料ガス中に上記全元素を
含んでいるガスを用いてもよく、またいずれかの元素を
含む原料ガスの複数種を組合わせて用いても良い。この
場合、その原料ガス中の炭素源濃度は10%以下とする
必要がある。ここで言う炭素源濃度とは、 である。炭素源ガス中の炭素原子数は、例えばメタン
(CH4 )なら1、プロパン(C3 H8 )なら3、アセ
トン(CH3 COCH3 )なら3となる。この炭素源濃
度を10%以下とする理由は、ダイヤモンド結晶の過飽
和度を抑え、特に高さ方向の結晶成長を抑制するためで
ある。下限は特にないが0.01%以下では、実用的な
平板ダイヤモンド結晶の形成速度が得られない場合があ
る。
酸素と炭素との原子数の比(O/C)を0.5≦O/C
≦1.2、望ましくは0.7≦O/C≦1.1とするも
のである。0.5未満では添加効果がなく、又1.2を
越えると酸素のエッチング効果で実用上使用可能なダイ
ヤモンド形成速度を得ることができない。上記O/C値
を調節するには、例えばO2 ,H2 O,N2 Oなどの酸
素添加ガスを原料ガス中に添加することもできる。
炭素源として用いる場合は、比較的低いO/C値でも、
平板ダイヤモンド結晶が形成可能である。例えば原料ガ
スとして水素とエタノール(C2 H5 OH)を用いた場
合、O/C=0.5で、良質な平板ダイヤモンド結晶が
形成可能である。この理由の詳細は不明であるが、酸素
含有有機化合物は、酸素の活性種(OHラジカル等)が
形成されやすいため、と考えられる。
素と炭素原子数の比の値(O/C)を上述の範囲とした
雰囲気ガス中で、圧力を1〜1000Torrとして、
公知の熱フィラメントCVD法、及びマイクロ波プラズ
マCVD法を行なう。さらには0.01〜10Torr
の範囲内で公知の有磁場マイクロ波プラズマCVD法を
用いるなどにより平板ダイヤモンド結晶を形成する。
較的低い核発生密度のときにのみ形成される。プラズマ
CVD法及び熱フィラメントCVD法では、2×106
個/mm2 以下のときにのみ、平板ダイヤモンド結晶が
形成される。この理由の詳細は不明であるが、本発明の
平板ダイヤモンド結晶の形成には、高さ方向の成長を抑
えるために、十分な量のエッチングガス(水素ラジカ
ル、又はOHラジカル)が必要であり、又横方向の成長
を促進させるため、側面にも十分な量のダイヤ形成に関
与する活性種(CHx ラジカル種等)が到達することが
必要である。このため、核発生密度を、低くしなければ
ならないと考えられる。 (2)燃焼炎法による平板ダイヤモンド結晶の形成 燃焼炎法では、酸素−アセチレン炎を用いるが、この主
たる原料ガス中の酸素とアセチレンとのモル比の値は
0.9≦O2 /C2 H2 ≦1.0となるように、好まし
くは0.95≦O2 /C2 H2 ≦0.99とすること
で、再現性良く、さらに比較的高い形成速度(数十μm
/hr:横幅の成長速度)でダイヤモンド結晶を得るこ
とができる。
の核発生密度は1×105 個/mm 2 以下、好ましくは
1×102 〜1×105 個/mm2 とする。燃焼炎法
で、特に、核発生密度を下げなければならない理由は、
燃焼炎法では熱フィラメントCVD法や、マイクロ波プ
ラズマCVD法に比べて、10倍以上(数十μm/h
r)平板ダイヤモンド結晶の横方向成長速度が速いため
である。熱フィラメントCVD法や種々のプラズマCV
D法においても、広い横幅を持つ平板ダイヤモンド結晶
を形成する場合は、適宜核発生密度を下げて、平板ダイ
ヤモンド結晶の間隔を十分開ける必要がある。必要な間
隔は、形成条件により一概には言えないが、平板ダイヤ
モンド結晶の横幅分(横幅が10μmなら10μm間
隔)程度である。
公知の各種方法が利用できる。
た場合の核発生密度は、約104 個/cm2 である。し
かし、基板の洗浄を十分に行なった場合(例えば硫酸−
過酸化水素水で煮沸後、フッ化水素酸で洗浄する)、核
発生密度は、約102 個/cm2 となる。これに対し
て、フッ化水素酸(1%)−エチルアルコール溶液で処
理すると、基板表面がハイドロカーボン修飾され、核発
生密度が105 〜106個/cm2 に向上する。
て、基板表面に傷付け処理を行なうと核発生密度は10
6 〜109 個/cm2 に向上する。この傷付け処理した
基板を、ウエットエッチング又はドライエッチングで表
面を数十〜数百nmエッチングすると、核発生密度が1
05 〜107 個/cm2 に減少する。
度を制御することができる。本発明は、上記の方法に限
定されることなくいかなる方法で核発生密度を制御して
もよい。しかしながら核発生密度を、本発明の範囲内に
することが必要である。
について説明する。
方法を用いて基体上の任意の部位に、選択的に形成でき
る。
ン、又は炭素イオンを注入する。イオン注入の方法とし
ては、集束イオンビーム装置で、基体上の任意の部位に
注入を行なう。又はレジストパターンを形成した基体上
全体にイオン注入装置を用いてイオン注入を行なった
後、レジストパターンを除去し、基体上にイオン注入し
た部位を作り分ける等の方法である。イオン注入のエネ
ルギーは、特に限定はないが、一般的には2KeVから
2MeV程度のものが用いられる。又、イオン注入量は
1×1016ions/cm2 以上、望ましくは1×10
17〜1020ions/cm2 で行なう。
部位に選択的に平板ダイヤモンドが形成される理由につ
いては不明な点が多いが、例えば、基体表面に炭素、又
はホウ素が存在することにより、ダイヤモンド形成に関
与する炭素系活性種(炭素源ガスに依存するが、CH3
ラジカルなどが考えられている)との反応が促進され、
ダイヤモンド核発生が増加するため、と考えることがで
きる。
しては、例えば本発明者らの特開平2−30697号公
報に開示した方法をあげることができるが、特にかかる
方法に限定されるものではない。
法は、基体表面全面に傷付け処理を施した後、基体にパ
ターン状にマスクを形成し、エッチング処理を行ない、
マスクを除去することにより傷付け処理した部位を基体
表面にパターン状に形成する方法である。なお、基体に
パターン状にマスク部材を設け、基体表面に傷付け処理
を施しエッチング処理によりパターン状に形成した該マ
スク部材を除去することにより、傷付け処理した部位を
パターン状に形成する方法でもよい。また基体表面に傷
付け処理を施した後、耐熱性を有するマスク部材をパタ
ーン状に形成することにより傷付け処理した部位をパタ
ーン状に形成する方法でもよい。
法は、特定の方法に限定されるものではなく、例えばダ
イヤモンド砥粒を用いて研磨を行なう、超音波処理を行
なう、又はサンドプラストを行なう等の方法がある。例
えば1μm以下のダイヤモンド砥粒と横ずり研磨器によ
りSi単結晶基板の傷付け処理を行なうと、107 個/
cm2 以上の核発生密度が得られる。又、超音波処理の
方法は、0.1〜1g/10mlの割合で、粒径1μm
〜50μmの砥粒を分散させた液体中に基体を入れ、5
分間〜4時間、望ましくは10分間から2時間程度、超
音波洗浄器等で超音波をかけることにより行なう。この
超音波処理法により、やはり107 個/cm2 以上の核
発生密度を得ることができる。
処理した部位をパターン状に形成することでダイヤモン
ドの選択堆積を行なう方法の一例について、図6(a)
〜(e)の模式図に従って説明する。
用いて均一に傷付け処理を施す(図6(a))。
(図6(b))。このマスクの材料としてはどのような
ものでもかまわないが、例えば、フォトリソグラフィー
法(光描画法)を用いてパターン状に形成されたレジス
トなどがあげられる。
るためには、このマスクの面積を10μm2 以下にする
必要がある。10μm2 以上の場合、このマスクパター
ン上に複数の核が発生し、多結晶化したダイヤモンドが
形成される。
チングすることにより傷付け処理を施した部位をパター
ン状に形成する(図6(c))。上記エッチングはドラ
イエッチングでもウェットエッチングでも、どちらでも
良い。ウェットエッチングの場合は、例えばフッ酸、硝
酸混液によるエッチングなどを挙げることができる。ま
たドライエッチングの場合は、プラズマエッチング、イ
オンビームエッチングなどを挙げることができる。プラ
ズマエッチングのエッチングガスとしては、CF4 ガ
ス、及びCF4 ガスに酸素、アルゴンなどのガスを加え
たものを用いることができる。イオンビームエッチング
のエッチングガスとしてはAr,He,Ne等の希ガス
や酸素、フッ素、水素、CF4 等のガスも可能である。
エッチング深さは100Å以上、望ましくは500〜1
0000Å、最適には800〜2000Å程度が好まし
い。
(d))、前述した条件下でダイヤモンドを形成する
と、傷付け処理を施した部位に選択的に平板ダイヤモン
ド結晶24が形成される(図6(e))。
体材料として用いるために、原料ガス中に適宜ドーピン
グガスを添加してもよい。ドーピングガスとしては、ホ
ウ素、リン、窒素、リチウム、アルミニウム等を含有し
たガスを用いることができる。
成用基体は、Si,Ge,GaAs等の半導体基体、
W,Mo,Ta,等の高融点金属、SiO2 ,Al2 O
3 等の酸化物基体、Cu,Ag,Au,Pt,Fe,C
o,Ni,Cr,Ti等の金属など種々の基体を用いる
ことができる。なかでも、ホウ素を含んだ基体、例えば
種々のホウ化物、さらにはホウ素が多量にドーピングさ
れたSi基体、又は炭化物を形成しにくい基体、例えば
Cu,Ag,AuやSiO2 ,Al2 O3 等の酸化物基
体において平板ダイヤモンド結晶ができやすい傾向があ
る。
て説明する。 <実施例1>本実施例では、燃焼炎法を用いた平板ダイ
ヤモンド結晶の形成方法について、図3を参照して説明
する。
た燃焼炎法を示す模式図であり、5はバーナー、6は基
体、7は内炎、8は外炎、9は基体ホルダーで、水冷に
より基体を冷却している。
角、ボロンドープ、比抵抗0.01Ω・cm)を用い
た。
O2 ;1.4l/minとし、基板温度は650℃、合
成時間は30分間とした。以上のようにして形成したダ
イヤモンド結晶は、6角形の{111}面を上面とし、
さらに高さと横幅の比が1:4以上、平均して1:4.
7の平板ダイヤモンド(平均横幅は25μm)であっ
た。なおこのときの核発生密度は2×104 個/cm2
であった。又、基板と上面のなす角は、10度以下であ
った。 <実施例2及び3,比較例1〜3>酸素ガス流量を変え
ること(実施例2及び3,比較例1)、又はダイヤモン
ド砥粒を分散させたアルコール中で超音波処理を行な
い、核発生密度を増加させること(比較例2及び3)以
外は実施例1と同様にしてダイヤモンド結晶を形成させ
た。酸素−アセチレン比が0.9以上の実施例2及び3
では平板ダイヤモンドが形成された。
87)の比較例1では、粒状ダイヤモンドが形成され
た。又、超音波処理により核発生密度を増加させた比較
例2及び3では、粒状ダイヤモンド、又は多結晶膜ダイ
ヤモンドが形成された。
ヤモンド結晶の上面と基板とのなす角は10°以下であ
った。
温度を1050℃とすること以外は実施例1と同様の方
法でダイヤモンド結晶を形成したところ、4角形の{1
00}面を上面として、高さと横幅の比が平均して1:
4.3で横幅が平均20μmの平板ダイヤモンド結晶が
得られた。このときの核発生密度は2×104 個/cm
2 であった。又、平板ダイヤモンド結晶の上面と、基板
とのなす角は10°以下であった。 <実施例5>本実施例では、熱フィラメントCVD法を
用いた平板ダイヤモンド結晶の形成例について、図4を
参照して説明する。
スとする熱フィラメントCVD法の一例を示す模式図
で、10は石英反応管、11は電気炉、12はタングス
テン製フィラメント、13は基体、14は原料ガス導入
口で、不図示のガスボンベ、及びアルコール気化装置、
流量調整器、バルブ等が接続されている。15はガス排
気口で、不図示のバルブ、圧力調整用バルブ、さらに排
気系(ターボ分子ポンプにロータリーポンプが接続され
たもの)が接続されている。
0.5mm、純度99.5%)を用いた。
n,C2 H5 OH:1ml/minで、フィラメント温
度:2000℃、基体温度:700℃,圧力:760T
orr、合成時間2時間とした。以上のようにして形成
したダイヤモンド結晶は6角形の{111}面を上面と
し、高さと横幅の比が、約1:4.5の平板ダイヤモン
ド結晶(平均横幅は、約5μm)であった。なお、この
ときの核発生密度は5×105 個/cm2 であった。
又、平板ダイヤモンド結晶の上面と基体面とがなす角
は、10度以下であった。 <実施例6>本実施例では、マイクロ波プラズマCVD
法を用いた平板ダイヤモンド結晶の形成例について、図
5を参照して説明する。
する、マイクロ波プラズマCVD法の一例を示す模式図
で、16は石英反応管、17は基体、18はガス導入系
で、ガスボンベや流量調整器が組み込まれている。19
はマイクロ波発振器で、2.45GHzのマイクロ波が
最大1.5KWまで印加可能である。20はマイクロ波
導波管、21は排気系でターボ分子ポンプとロータリー
ポンプが接続されている。
さ0.5mm)を用いた。原料ガス流量は、H2 :20
0ml/min,CH4 :2ml/min,O2 :0.
7ml/minとし、圧力:100Torr,マイクロ
波出力:600W,基板温度680℃、合成時間5時間
とした。
は、6角形の{111}面を上面とし、高さと横幅の比
が約1:4.6の平板ダイヤモンド結晶(平均横幅は、
約4μm)であった。なお、このときの核発生密度は8
×105 個/cm2 であった。又、平板ダイヤモンド結
晶の上面と基体面とがなす角は、10度以下であった。 <実施例7>マイクロ波出力を900Wとし、基板温度
を980℃とすること以外は実施例6と同様にし、ダイ
ヤモンド結晶を形成した。4角形の{100}面を上面
として、高さと横幅の比が約1:4.2で、横幅が約5
μmの平板ダイヤモンド結晶が形成された。
個/cm2 であり、又、平板ダイヤモンド結晶の上面と
基板とがなす角は、10度以下であった。 <実施例8〜12,比較例4〜7>原料ガスを、一酸化
炭素、水素混合ガスに変え、炭素源濃度を変化させるこ
と(実施例8及び9,比較例4)、又はO/C値を変化
させること(実施例10〜12,比較例5,6)、又は
ダイヤモンド砥粒を分散させたアルコール中で超音波処
理を行ない、核発生密度を増加させること(比較例7)
以外は実施例6と同様にしてダイヤモンド結晶を形成し
た。
施例8及び9では、平板ダイヤモンド結晶が形成された
ものの、10%以上(11.1%)の比較例4では、粒
状ダイヤモンドが形成された。
囲内とした実施例10〜12では、平板ダイヤモンド結
晶が形成されたが、O/Cが0.5未満の比較例6では
粒状ダイヤモンド結晶が、またO/Cが1.2より大き
い比較例5では、ダイヤモンドが析出しなかった。
発明の範囲外とした比較例7では、O/C値は満たして
いるものの粒状ダイヤモンド結晶が形成された。
ヤモンド結晶の上面が基板となす角は、10度以下であ
った。
選択堆積例について述べる。
チ、厚さ0.5mm、比抵抗1000Ω・cm以上)を
用いた。この基板に、集束イオンビーム(FIB)装置
でホウ素イオン(B+ イオン)を、20KeVの加速電
圧で注入した。注入領域は、3μm角で、20μmピッ
チの間隔で行ない、又注入量は1×1017ions/c
m2 とした。
ダイヤモンドの形成を行なった所、ホウ素の注入領域に
選択的に平板ダイヤモンド結晶が形成された。
角形の{111}面を上面とし、高さと横幅の比が約
1:4.5で、横幅が約4μmであった。又、平板ダイ
ヤモンド結晶の上面と基板とがなす角は、10度以下で
あった。 <実施例14>本実施例では、平板ダイヤモンド結晶の
別の選択堆積例について述べる。
結晶基板を用いた。
パターン形成プロセスにより、20μmピッチの間隔
で、2.5μm角のSi表面が露出するように、レジス
トパターンを形成した。さらに、イオン注入装置を用い
て、この基板に炭素イオン(C + イオン)を、加速電圧
10keV、注入量2×1017ions/cm2 で全面
に注入した。イオン注入後レジストパターンを除去し、
実施例6と同様な方法でダイヤモンドの形成を行なっ
た。このダイヤモンド形成により、イオン注入時にSi
表面が露出していた部位に、選択的に平板ダイヤモンド
結晶が形成された。
形の{111}面を上面とし、高さと横幅の比が約1:
4.5で、横幅が約4μmであった。又、平板ダイヤモ
ンド結晶の上面と基板とがなす角は10度以下であっ
た。 <実施例15>本実施例では、平板ダイヤモンド結晶の
さらに別の実施例を示す。
t )を、平均粒径15μmのダイヤモンド砥粒を分散さ
せたアルコール中に入れ、超音波洗浄器を用いて傷付け
処理を行なった。
用いて、直径2μmのPMMA系レジストパターンを、
15μmピッチで形成した。
置を用いて約1000Åの深さにエッチングを行なっ
た。なお、その際のエッチング条件は、加速電圧1k
V、エッチング時間10分間であった。
し、実施例8と同様の方法でダイヤモンドの形成を行な
った所、レジスト形成部位(未エッチング部位)のみに
選択的に平板ダイヤモンド結晶が形成された。
角形の{111}面を上面とし、高さと横幅の比が約
1:4.5で、横幅が6μmであった。又、平板ダイヤ
モンド結晶の上面と基板とがなす角は、10度以下であ
った。
で、かつ高さと横幅の比が1:4以上の平板ダイヤモン
ド結晶が得られる。このような平板ダイヤモンド結晶
は、特に電子材料としてすぐれたものである。
式的断面図である。
である。
である。
置の一例を示す模式図である。
D装置の一例を示す模式図である。
工程図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 気相合成法で基体上に形成された平板ダ
イヤモンド結晶であって、その基体面の上方向に沿った
長さと基体面方向に沿った長さの比が1:4〜1:10
00で、かつ基体面と前記結晶上面とがなす角度が0〜
10度であることを特徴とする平板ダイヤモンド結晶。 - 【請求項2】 酸素とアセチレンガスとを主たる原料ガ
スとする燃焼法による請求項1記載の平板ダイヤモンド
結晶の形成方法において、主たる原料ガス中の酸素とア
セチレンとのモル比の値が0.9≦O2 /C2 H2 ≦1
であり、かつ基体上に発生するダイヤモンドの核発生密
度を102 〜1×105 個/cm2 とすることを特徴と
する平板ダイヤモンド結晶の形成方法。 - 【請求項3】 少なくとも1種のガスからなり、水素、
炭素、及び酸素の各元素を含む原料ガスを用いるCVD
法による請求項1記載の平板ダイヤモンド結晶の形成方
法において、前記原料ガス中の炭素源濃度が0.01〜
10%で、かつ前記原料ガス中の酸素原子数と炭素原子
数の比の値が0.5≦O/C≦1.2で、更に基体上に
発生するダイヤモンドの核発生密度を104 〜2×10
6 個/cm2 とすることを特徴とする平板ダイヤモンド
結晶の形成方法。 - 【請求項4】 CVD法が高周波、直流又はマイクロ波
を励起源とするプラズマCVD法、、もしくは熱フィラ
メントを励起源とする熱フィラメントCVD法である請
求項3記載の平板ダイヤモンド結晶の形成方法。 - 【請求項5】 基体温度を400〜900℃とすること
により、平板ダイヤモンド結晶の上面を{111}面で
形成することを特徴とする請求項2又は3記載の平板ダ
イヤモンド結晶の形成方法。 - 【請求項6】 基体温度を950〜1300℃とするこ
とにより、平板ダイヤモンド結晶の上面を{100}面
で形成することを特徴とする請求項2又は3記載の平板
ダイヤモンド結晶の形成方法。 - 【請求項7】 基体の所定の部位にホウ素イオン又は炭
素イオンを注入し、次いで請求項2又は3記載の形成方
法により基体の所定の部位に選択的に平板ダイヤモンド
結晶を形成させることを特徴とする平板ダイヤモンド結
晶の選択堆積法。
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