JPH05330987A - Production of thin film of diamond - Google Patents

Production of thin film of diamond

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JPH05330987A
JPH05330987A JP13868792A JP13868792A JPH05330987A JP H05330987 A JPH05330987 A JP H05330987A JP 13868792 A JP13868792 A JP 13868792A JP 13868792 A JP13868792 A JP 13868792A JP H05330987 A JPH05330987 A JP H05330987A
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JP
Japan
Prior art keywords
diamond
substrate
thin film
atom
hydrogen
Prior art date
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Pending
Application number
JP13868792A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Takashima
耕司 高嶋
Hiroshi Nakai
宏 中井
Katsumi Suzuki
勝美 鈴木
Joshi Shinohara
譲司 篠原
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.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Publication of JPH05330987A publication Critical patent/JPH05330987A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a thin film of diamond having excellent controllability, given thickness and area and improved crystallinity on a substrate by feeding a carbon atom and a hydrogen atom from different supply sources, respectively to a vacuum container in which the substrate is arranged. CONSTITUTION:In a vacuum container l, H2 is decomposed by an ionic gun 2 and H<+> is removed by an ionic filter 5 to give an excited H atom, which is fed to the surface of a substrate 4. On the other hand, a carbon atom supply source 3 such as methanol is heated, evaporated and decomposed by a high-frequency coil 7 to give a C atom, which is supplied to the substrate 4. The C atom is deposited on the substrate 4 to pile the thin film of diamond. In the operation, graphite, etc., piled together with the diamond are bonded to the H atom and discharged to improve crystallinity of diamond. The supply source of hydrogen atom such as the ionic gun 2 and the feed source 3 of carbon atom are readily controlled respectively and separately.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド薄膜の製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a diamond thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ダイヤモンド薄膜の製造方法とし
て、図2に示すように真空容器8内の基板4近傍に熱フ
ィラメント9を配置し、熱フィラメント9を2000℃程度
に赤熱させた状態で真空容器8内にメタンやアルコ−ル
等と水素ガスとを混合した原料気体を供給し、原料気体
を炭素原子Cと水素原子Hとに熱分解させることにより
基板4表面にダイヤモンドを堆積させる熱フィラメント
法、図3に示すように真空容器10にマイクロ波発生器
11を取り付け、容器10内に供給された上記と同様の
原料気体をマイクロ波で炭素原子Cと水素原子Hとに分
解させることにより基板4表面にダイヤモンドを堆積さ
せるマイクロ波プラズマCVD法、などが知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for manufacturing a diamond thin film, a hot filament 9 is arranged near a substrate 4 in a vacuum container 8 as shown in FIG. 2, and the hot filament 9 is evacuated to about 2000 ° C. and vacuumed. A hot filament for depositing diamond on the surface of the substrate 4 by supplying a raw material gas in which hydrogen gas is mixed with methane, alcohol or the like into the container 8 and thermally decomposing the raw material gas into carbon atoms C and hydrogen atoms H. Method, by attaching a microwave generator 11 to the vacuum container 10 as shown in FIG. 3 and decomposing a raw material gas similar to the above supplied into the container 10 into carbon atoms C and hydrogen atoms H by microwaves. A microwave plasma CVD method for depositing diamond on the surface of the substrate 4 is known.

【0003】この種の堆積によるダイヤモンド薄膜の製
造方法は、メタンやアルコールを炭素原子Cと水素原子
Hに分解してダイヤモンド結晶を基板4上に付着させる
ことによりダイヤモンド薄膜を得ようとするものである
が、ダイヤモンド薄膜形成の際、基板4上にはグラファ
イトや不定形炭素も同時に付着することになる。水素ガ
スを導入する理由は、グラファイトや不定形炭素を排出
するためである。すなわち、水素原子Hは、炭化水素の
水素の引き抜き作用や炭素に対するエッチング作用があ
るが、ダイヤモンドは他の炭素に比べてエッチング速度
が著しく小さいとされており、ダイヤモンド薄膜が形成
される過程において、ダイヤモンド以外の炭素は水素原
子Hと結合して排出され、ダイヤモンドだけが基板4表
面に堆積して薄膜を形成するのである。したがって、結
晶性の良いダイヤモンド薄膜を得るには、水素原子H過
剰の適正な成分比の雰囲気中でダイヤモンドを堆積させ
る必要がある。
The method for producing a diamond thin film by this type of deposition is to obtain a diamond thin film by decomposing methane or alcohol into carbon atoms C and hydrogen atoms H and depositing diamond crystals on the substrate 4. However, when the diamond thin film is formed, graphite and amorphous carbon are also deposited on the substrate 4 at the same time. The reason for introducing hydrogen gas is to discharge graphite and amorphous carbon. That is, the hydrogen atom H has the action of extracting hydrogen of hydrocarbons and the action of etching carbon, but diamond is said to have a significantly lower etching rate than other carbons, and in the process of forming a diamond thin film, Carbon other than diamond is discharged by being combined with hydrogen atoms H, and only diamond is deposited on the surface of the substrate 4 to form a thin film. Therefore, in order to obtain a diamond thin film having good crystallinity, it is necessary to deposit diamond in an atmosphere having an appropriate composition ratio of hydrogen atoms H excess.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のダイヤ
モンド薄膜の製造方法においては、原料気体としてメタ
ンやアルコ−ル等と水素との混合気体を用いるため、こ
れが分解することによって生成される炭素原子Cと水素
原子Hの量をそれぞれ独立に制御することは難しい。そ
こで、メタンやアルコールが分解するのに最適な条件と
なるように図2のフィラメント9及び図3のマイクロ波
電源(放電)を制御することが望ましいが、メタンやア
ルコールと水素とが混合されている場合には水素にもエ
ネルギーが与えられることになり、メタンやアルコール
(炭素原料)にその分解に最適なエネルギーが与えられ
ているか否か判断することができない。そのため、反応
の制御性に乏しく、ダイヤモンド薄膜を所望の厚さ・面
積で結晶性良く形成することができないという問題があ
った。
However, in the conventional method for producing a diamond thin film, since a mixed gas of methane, alcohol or the like and hydrogen is used as a raw material gas, carbon atoms generated by decomposition of the carbon atom are generated. It is difficult to independently control the amounts of C and hydrogen atoms H. Therefore, it is desirable to control the filament 9 of FIG. 2 and the microwave power source (discharge) of FIG. 3 so that the optimum conditions for the decomposition of methane and alcohol are obtained. When hydrogen is present, energy is also given to hydrogen, and it is impossible to judge whether or not methane or alcohol (carbon raw material) is given the optimum energy for its decomposition. Therefore, there is a problem that the controllability of the reaction is poor and the diamond thin film cannot be formed in a desired thickness and area with good crystallinity.

【0005】本発明は、上記課題を解消すべく創案され
たものであり、炭素原子Cと水素原子Hの量をそれぞれ
独立に制御することができる反応制御性の良いダイヤモ
ンド薄膜の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention was devised to solve the above problems, and provides a method for producing a diamond thin film having good reaction controllability, in which the amounts of carbon atoms C and hydrogen atoms H can be independently controlled. The purpose is to do.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のダイヤモンド薄膜の製造方法においては、
炭素を主体とする原料と水素原子をそれぞれ別の供給源
より真空容器内に供給して容器内の基板表面にダイヤモ
ンドを堆積させるようにしたものである。
In order to achieve the above object, in the method for producing a diamond thin film of the present invention,
A raw material mainly composed of carbon and hydrogen atoms are supplied from different sources into the vacuum container to deposit diamond on the surface of the substrate in the container.

【0007】[0007]

【作用】炭素を主体とする原料と水素原子Hをそれぞれ
別の供給源より真空容器内に供給することにより、真空
容器内に供給する炭素原子Cおよび水素原子Hの量をそ
れぞれの供給源において独立に制御することができるの
で、ダイヤモンドの堆積に供される雰囲気を水素原子H
過剰の適正な成分比に調節して結晶性の良いダイヤモン
ド薄膜を得ることができる。
By supplying the raw materials mainly composed of carbon and the hydrogen atoms H into the vacuum vessel from different sources, the amounts of the carbon atoms C and the hydrogen atoms H to be fed into the vacuum vessel can be adjusted in the respective sources. Since it can be controlled independently, the atmosphere used for diamond deposition can be controlled by hydrogen atoms H.
A diamond thin film having good crystallinity can be obtained by adjusting the component ratio to be excessive.

【0008】[0008]

【実施例】次に、本発明の一実施例について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.

【0009】図1に、本発明の方法によってダイヤモン
ド薄膜を製造するための製造装置の一構成例を示す。真
空容器1の側壁上部には水素原子Hの供給源であるイオ
ン銃2がそのイオン出射口2aを容器内に臨ませて取付
けられ、真空容器1内の底部中央には炭素原子Cの供給
源であるメタンやアルコ−ルなどが入った原料カップ3
が設けられている。この原料カップ3の上方近傍には高
周波コイル7が設けられている。ダイヤモンドを堆積さ
せるための基板4は、真空容器1内の原料カップ3の直
上で且つイオン出射口2aよりも若干高い位置に水平に
設置されている。イオン出射口2aと基板4との間には
イオンフィルタ(メッシュ状の電極)5が設けられてい
る。このイオンフィルタ5は負にバイアスされ、上記基
板4は正にバイアスされている。なお、6は真空容器1
の底部に形成された排気口であり、容器1内はこの排気
口6より排気されて一定の真空度に維持される。
FIG. 1 shows a structural example of a manufacturing apparatus for manufacturing a diamond thin film by the method of the present invention. An ion gun 2 as a supply source of hydrogen atoms H is attached to the upper part of the side wall of the vacuum container 1 with its ion emission port 2a facing the inside of the vacuum container 1, and a carbon atom C supply source is provided in the center of the bottom of the vacuum container 1. Raw material cup 3 containing methane, alcohol, etc.
Is provided. A high frequency coil 7 is provided near the upper portion of the raw material cup 3. The substrate 4 for depositing diamond is horizontally installed right above the raw material cup 3 in the vacuum container 1 and at a position slightly higher than the ion emission port 2a. An ion filter (mesh-shaped electrode) 5 is provided between the ion emission port 2 a and the substrate 4. The ion filter 5 is negatively biased and the substrate 4 is positively biased. In addition, 6 is a vacuum container 1
This is an exhaust port formed at the bottom of the container 1, and the inside of the container 1 is exhausted from the exhaust port 6 to maintain a constant degree of vacuum.

【0010】イオン銃2は、本来、水素分子H2 などを
分解することにより水素イオンH+ を生成するよう構成
されたものであるが、その水素イオンH+ の生成の際に
はイオン化されない励起された水素原子Hも所定の割合
で生成される。したがって、真空容器1内へは水素イオ
ンH+ と励起された水素原子Hとが混合状態で供給され
る。そして、ダイヤモンド結晶の成長を阻害する水素イ
オンH+ はイオンフィルタ5でトラップされ、励起され
た水素原子Hのみ電極5を通過して基板4の周囲へ供給
されることになる。
The ion gun 2 is originally constructed so as to generate hydrogen ions H + by decomposing hydrogen molecules H 2 and the like, but excitation that is not ionized when the hydrogen ions H + are generated The generated hydrogen atoms H are also generated at a predetermined rate. Therefore, hydrogen ions H + and excited hydrogen atoms H are supplied into the vacuum chamber 1 in a mixed state. Then, the hydrogen ions H + which inhibit the growth of the diamond crystal are trapped by the ion filter 5, and only the excited hydrogen atoms H pass through the electrode 5 and are supplied to the periphery of the substrate 4.

【0011】一方、原料カップ3から気化して上昇する
メタンやアルコ−ルなどは、高周波コイル7を通過する
際および、励起された水素原子Hによる水素の引き抜き
作用により分解されて基板4の周囲へ供給される。
On the other hand, the methane, alcohol, etc. that evaporate and rise from the raw material cup 3 are decomposed when passing through the high frequency coil 7 and by the action of extracting hydrogen by the excited hydrogen atoms H, and the surroundings of the substrate 4. Is supplied to.

【0012】かくして、基板4はイオン銃2からの励起
された水素原子Hと、原料カップ3からの炭素原子Cお
よび水素原子Hとからなる水素原子H過剰の雰囲気に晒
され、その表面(ここでは下面)にダイヤモンドとグラ
ファイトなどが堆積する。そして、ダイヤモンド以外の
炭素は励起された水素原子Hと結合して排出されること
になる。励起された水素原子Hの状態並びに供給量は、
イオン銃2により制御することができる。雰囲気中に混
入した水素イオンH+ などの正イオンは正にバイアスさ
れた基板1自体によって排斥されるので、結晶性の良い
ダイヤモンド薄膜を得ることができる。イオン銃2から
の水素原子Hの供給量および原料カップ3からのメタン
やアルコ−ルなどの気化量をそれぞれ調節することによ
って、上記雰囲気中の炭素原子Cと水素原子Hの量をそ
れぞれ独立に制御することができるので、結晶成長の際
の反応制御性が良い。したがって、この装置によれば所
望の厚さ・面積のダイヤモンド薄膜を得ることができ
る。
Thus, the substrate 4 is exposed to an atmosphere in which hydrogen atoms H excited by the ion gun 2 and carbon atoms C and hydrogen atoms H from the raw material cup 3 are in excess of the hydrogen atoms H, and the surface thereof (here Then, diamond and graphite are deposited on the bottom surface. Then, carbon other than diamond combines with the excited hydrogen atom H and is discharged. The state and supply amount of the excited hydrogen atom H are
It can be controlled by the ion gun 2. Positive ions such as hydrogen ions H + mixed in the atmosphere are rejected by the positively biased substrate 1 itself, so that a diamond thin film with good crystallinity can be obtained. By adjusting the supply amount of hydrogen atom H from the ion gun 2 and the vaporization amount of methane, alcohol, etc. from the raw material cup 3, the amounts of carbon atom C and hydrogen atom H in the atmosphere can be independently adjusted. Since it can be controlled, the reaction controllability during crystal growth is good. Therefore, according to this apparatus, a diamond thin film having a desired thickness and area can be obtained.

【0013】なお、上記イオン銃2の代わりにプラズマ
銃を用い、真空容器1内へ電子e- や水素イオンH+
どとの混合状態で励起された水素原子Hを供給するよう
にしてもよい。その場合においても、水素イオンH+
イオンフィルタ5でトラップされることになる。電子e
- はイオンフィルタ5を通過することになるが、ダイヤ
モンド薄膜の形成の際に電子e- の存在はむしろ有利に
働くとされている。
A plasma gun may be used instead of the ion gun 2 to supply the excited hydrogen atoms H into the vacuum chamber 1 in a mixed state with the electrons e and hydrogen ions H +. .. Even in that case, the hydrogen ion H + is trapped by the ion filter 5. Electronic e
The − passes through the ion filter 5, but it is said that the existence of the electron e is rather advantageous in forming the diamond thin film.

【0014】以上のようにして製造されるダイヤモンド
薄膜の用途は多岐にわたる。以下に、ダイヤモンド薄膜
が有する特徴的な性質を利用した主な用途例を挙げてお
く。
The diamond thin film produced as described above has various applications. The following are examples of main applications that utilize the characteristic properties of diamond thin films.

【0015】(1) 極めて固いという性質を利用し、切削
工具などの刃先にコ−ティングして工具寿命を延ばす。
(1) Utilizing the property of being extremely hard, the tool edge is extended by coating the cutting edge of a cutting tool or the like.

【0016】(2) 熱伝導率が高いという性質を利用し、
半導体レ−ザ素子などの冷却用ヒ−トシンク(放熱板)
に用いる。
(2) Utilizing the property of high thermal conductivity,
Heat sink (heat sink) for cooling semiconductor laser devices, etc.
Used for.

【0017】(3) 屈折率が高いという性質を利用し、光
学用の窓材に用いる。
(3) Utilizing the property of having a high refractive index, it is used as an optical window material.

【0018】(4) バンドギャップが大きいという性質を
利用し、青色光の発光素子に応用する。
(4) It is applied to a blue light emitting device by utilizing the property that the band gap is large.

【0019】(5) 音響特性を利用し、スピ−カのコ−ン
にコ−ティングして重低音域のスピ−カ特性を向上させ
る。
(5) Utilizing the acoustic characteristic, the speaker characteristic is improved by coating the speaker cone with the speaker characteristic.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上要するに、本発明のダイヤモンド薄
膜の製造方法によれば、炭素原子Cと水素原子Hをそれ
ぞれ別の供給源より真空容器内に供給することにより、
真空容器内に供給する炭素原子Cおよび水素原子Hの量
をそれぞれの供給源において独立に制御することができ
るので、ダイヤモンドの堆積に供される雰囲気を水素原
子H過剰の適正な成分比に調節して結晶性の良い所望の
厚さ・面積のダイヤモンド薄膜を得ることができる。
In summary, according to the method for producing a diamond thin film of the present invention, carbon atoms C and hydrogen atoms H are supplied from different sources into the vacuum container, respectively.
Since the amounts of carbon atoms C and hydrogen atoms H supplied into the vacuum chamber can be controlled independently in each supply source, the atmosphere used for diamond deposition is adjusted to a proper component ratio of hydrogen atom H excess. Thus, a diamond thin film having a desired crystallinity and a desired thickness and area can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法によってダイヤモンド薄膜を製造
するための製造装置の一実施例を示す概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a manufacturing apparatus for manufacturing a diamond thin film by the method of the present invention.

【図2】従来例を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a conventional example.

【図3】従来例を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 水素原子の供給源 3 炭素原子の供給源 4 基板 5 イオンフィルタ 1 Vacuum container 2 Hydrogen atom supply source 3 Carbon atom supply source 4 Substrate 5 Ion filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 譲司 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Joji Shinohara 3-15-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries Ltd. Technical Research Institute

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素原子と水素原子をそれぞれ別の供給
源より真空容器内に供給して容器内の基板表面にダイヤ
モンドを堆積させるようにしたことを特徴とするダイヤ
モンド薄膜の製造方法。
1. A method for producing a diamond thin film, wherein carbon atoms and hydrogen atoms are supplied from different sources into a vacuum container to deposit diamond on the surface of a substrate in the container.
JP13868792A 1992-05-29 1992-05-29 Production of thin film of diamond Pending JPH05330987A (en)

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