JPH05892A - Diamond crystal and substrate for forming diamond - Google Patents

Diamond crystal and substrate for forming diamond

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JPH05892A
JPH05892A JP3150318A JP15031891A JPH05892A JP H05892 A JPH05892 A JP H05892A JP 3150318 A JP3150318 A JP 3150318A JP 15031891 A JP15031891 A JP 15031891A JP H05892 A JPH05892 A JP H05892A
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diamond
substrate
graphite layer
forming
crystal
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敬二 平林
Masaaki Matsushima
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Abstract

PURPOSE:To obtain a clean diamond crystal free from unevenness and voids by deposition even in case of a small thickness by forming a diamond crystal on a substrate with a formed graphite layer. CONSTITUTION:When a diamond single crystal is selectively formed on a substrate 21, a graphite layer 22 is first formed on the substrate 21. A mask 23 of a resist, etc., is then formed on the layer 22 by beam drawing or the like and the layer 22 is etched by reactive ion etching with oxygen-contg. gas or ion beam etching with rare gas such as Ar. The mask 23 is removed and diamond formation is carried out. Diamond 24 can selectively be formed only on the graphite layer.

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、電子材料として優れた
特性をもつダイヤモンド結晶及びその形成用基体に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond crystal having excellent characteristics as an electronic material and a substrate for forming the diamond crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは、大きなバンドギャップ
(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
熱伝導率(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。
2. Description of the Related Art Diamond has a large band gap (5.5 eV) and a large carrier mobility (electrons 1800).
cm 2 / V · S, hole 1600 cm 2 / V · S), large thermal conductivity (20 W / cm · k), high hardness and excellent wear resistance, and other materials that cannot be obtained with other materials. It has the characteristics of

【0003】近年、ダイヤモンドの気相からの合成が進
み、化学的気相析出法(CVD法)により、ダイヤモン
ド膜ができるようになってきた。
In recent years, the synthesis of diamond from the vapor phase has progressed, and it has become possible to form a diamond film by the chemical vapor deposition method (CVD method).

【0004】この技術においては通常、鏡面研磨された
基板が用いられている。
In this technique, a mirror-polished substrate is usually used.

【0005】しかしながら、鏡面研磨されたシリコン基
板においては、ダイヤモンドの結晶核形成密度が小さい
ため、従来、ダイヤモンド砥粒により基板表面に傷付
け処理を行ったり、あるいは、ダイヤモンド砥粒を含
んだ液体(アルコール、水等)中で、超音波振動を与え
て基板表面に傷付け処理を行ったりすることにより、核
形成密度を増大させ、膜状ダイヤモンド結晶を得てい
た。
However, in a mirror-polished silicon substrate, since the crystal nucleus formation density of diamond is low, conventionally, the substrate surface is scratched with diamond abrasive grains, or a liquid (alcohol containing diamond abrasive grains) is used. , Water, etc.) to give a film-like diamond crystal by increasing the nucleation density by subjecting the substrate surface to a scratch treatment by applying ultrasonic vibration.

【0006】又、傷付け処理により、基板に微細な凹凸
の形成された部位と微細な凹凸の形成されない部位とを
作り分けることによりダイヤモンド結晶の選択堆積が可
能となっている。例えば、本発明者らの出願特開平2−
30697号によれば、基板の傷付け処理と、エッチン
グ処理とを組み合わせることによりダイヤモンド結晶を
任意の場所に形成することが可能となっている。
[0006] In addition, selective deposition of diamond crystals is possible by separately forming a region on the substrate on which fine irregularities are formed and a region on which fine irregularities are not formed by the scratching process. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-
According to 30697, it is possible to form a diamond crystal at an arbitrary location by combining a substrate scratching process and an etching process.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た、基板表面に傷付け処理を行う技術では、研磨剤、研
磨くずが基板に残存したり、傷に沿ってダイヤモンドの
核発生が起きたりするため、ダイヤモンド析出にムラが
生じやすかった。特に、ダイヤモンド膜厚が、1μm以
下と薄い場合は、このムラのために、析出ぬけ(ダイヤ
モンドの形成されない領域)が生じやすかった。
However, in the above-described technique of scratching the surface of the substrate, since abrasives and polishing debris remain on the substrate and diamond nucleation occurs along the scratch, The diamond precipitation was likely to be uneven. In particular, when the diamond film thickness is as thin as 1 μm or less, precipitation unevenness (region where diamond is not formed) is likely to occur due to this unevenness.

【0008】また、研磨剤、研磨くずの残存、例えば非
常にクリーンな状況が必要とされる半導体製造工程に用
いる際に、大きな障害になる。
[0008] In addition, the polishing agent and polishing debris remain, for example, when it is used in a semiconductor manufacturing process that requires a very clean condition, it becomes a major obstacle.

【0009】さらに、傷付け処理により、核発生を増加
させる技術では、結晶の方位を制御することがむずかし
かった。
Furthermore, it has been difficult to control the crystal orientation in the technique of increasing nucleation by the scratching process.

【0010】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、ダイヤモンド膜厚が1μm以下と薄い場合であって
も、析出ムラ、析出ぬけがなく、かつクリーンなダイヤ
モンド結晶及びダイヤモンド形成用基体を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a diamond crystal and a diamond-forming substrate which are clean and free from uneven deposition or precipitation even when the diamond film thickness is as thin as 1 μm or less. The purpose is to do.

【0011】本発明のさらなる目的は、基板傷付け処理
を必要としない選択堆積ダイヤモンド結晶及び選択堆積
ダイヤモンド形成用基体を提供することである。
A further object of the present invention is to provide a selectively deposited diamond crystal and a substrate for selective diamond formation that does not require a substrate scratching process.

【0012】本発明のさらなる別の目的は、方位制御さ
れたダイヤモンド結晶及び方位制御ダイヤモンド形成用
基体を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a controlled orientation diamond crystal and a controlled orientation diamond forming substrate.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンド結
晶は、グラファイト層が形成された基体上に形成された
ことを特徴とする。
The diamond crystal of the present invention is characterized by being formed on a substrate having a graphite layer formed thereon.

【0014】又、本発明のダイヤモンド結晶は、C軸配
向性グラファイト層が形成された基体上に形成され、さ
らに、{111}面配向性をもつことを特徴とする。
Further, the diamond crystal of the present invention is characterized in that it is formed on a substrate on which a C-axis oriented graphite layer is formed and has a {111} plane orientation.

【0015】本発明のダイヤモンド形成用基体は、厚さ
2nm以上のグラファイト層が形成されたことを特徴と
する。
The diamond forming substrate of the present invention is characterized in that a graphite layer having a thickness of 2 nm or more is formed.

【0016】又、本発明のダイヤモンド形成用基体は厚
さ2nm以上のC軸配向性グラファイト層が形成された
ことを特徴とする。
The diamond-forming substrate of the present invention is characterized in that a C-axis oriented graphite layer having a thickness of 2 nm or more is formed.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically described below.

【0018】本発明者らは、平滑性が高く、結晶配向性
を有するダイヤモンド結晶の形成のため、ダイヤモンド
結晶を形成する基体の前処理法について鋭意検討した結
果、基体上にグラファイト層を形成することにより、ダ
イヤモンドの核発生が増加し、平滑性の高いダイヤモン
ド膜が形成されることを見い出した。本発明はこのこと
に基づきなされた。
The present inventors diligently studied a pretreatment method of a substrate for forming a diamond crystal in order to form a diamond crystal having high smoothness and crystal orientation, and as a result, a graphite layer is formed on the substrate. As a result, it was found that diamond nucleation was increased and a diamond film with high smoothness was formed. The present invention is based on this.

【0019】本発明で用いるグラファイトとは結晶性を
有するものである。非晶質カーボンは、ダイヤモンド形
成雰囲化では、簡単に飛散してしまい、ダイヤモンド形
成には役立たない。これに対し、結晶性を有するグラフ
ァイトはダイヤモンド形成雰囲気下である程度の安定性
をもち、ダイヤモンド形成を助ける働きがある。
The graphite used in the present invention has crystallinity. Amorphous carbon easily scatters in a diamond forming atmosphere and is not useful for diamond formation. On the other hand, crystalline graphite has a certain degree of stability in a diamond forming atmosphere and has a function of assisting diamond formation.

【0020】本発明に用いられる基体上へのグラファイ
ト形成方法は、特に制限されるものではないが、例え
ば、CH4等の炭化水素を主成分とするガスの雰囲気中
において1気圧下で基体を1200℃以上に加熱する方
法又はメタン等の炭化水素ガス又は炭化水素ガスと
2,He,Ar,等の希釈ガスをプラズマ状態にして
500℃以上に加熱した基体に吹きつける方法等があ
る。
The method for forming graphite on the substrate used in the present invention is not particularly limited, but for example, the substrate is formed at 1 atm in an atmosphere of a gas containing a hydrocarbon such as CH 4 as a main component. There is a method of heating to 1200 ° C. or higher, a method of spraying a hydrocarbon gas such as methane or a hydrocarbon gas and a diluent gas such as H 2 , He, Ar, etc. to a substrate heated to 500 ° C. or higher.

【0021】又、グラファイト層をC軸配向させる方法
として比較的高い温度下でグラファイト層を形成するこ
とがあげられる。
Further, as a method for orienting the graphite layer in the C-axis, it is possible to form the graphite layer at a relatively high temperature.

【0022】例えば、図1に示すようなイオンビーム蒸
着装置を用いれば容易にグラファイト層を形成すること
が可能である。
For example, a graphite layer can be easily formed by using an ion beam vapor deposition apparatus as shown in FIG.

【0023】図1に基づきグラファイトの形成法の一例
を示す。
An example of a method for forming graphite will be described with reference to FIG.

【0024】1は真空槽、2はイオンビーム源、3はガ
ス導入口で、不図示のガスボンベ及びガス流量調節器が
ついている。4は排気口で、不図示のターボ分子ポンプ
及びロータリーポンプに接続して10-6Torrまで排
気可能である。5はイオンビームで、6は基板加熱ホル
ダーで、不図示の電源及び温度調節器で1000℃まで
加熱可能である。7は基体である。まず、排気装置を用
いて真空槽1中を5×10-6Torrまで排気した後基
体を600℃に加熱し、イオンビーム源に、メタンガス
を5×10-4Torrの圧力で導入しイオン化を行い5
KVの加速電圧ビーム電流0.5mA/cm2で基体に
メタンイオンビームを照射する。このとき、10分間の
照射で約2000Åのグラファイト層が形成される。基
体の加熱は500℃以上望ましくは600℃以上、C軸
配向させるためには700℃以上望ましくは750℃以
上とする。
Reference numeral 1 is a vacuum chamber, 2 is an ion beam source, 3 is a gas inlet, and a gas cylinder and a gas flow rate controller (not shown) are attached. An exhaust port 4 is connected to a turbo molecular pump and a rotary pump (not shown) and can exhaust up to 10 −6 Torr. Reference numeral 5 is an ion beam, and 6 is a substrate heating holder, which can be heated up to 1000 ° C. by a power source and a temperature controller not shown. 7 is a base. First, the inside of the vacuum chamber 1 was evacuated to 5 × 10 −6 Torr using an exhaust device, the substrate was heated to 600 ° C., and methane gas was introduced into the ion beam source at a pressure of 5 × 10 −4 Torr for ionization. Do 5
The substrate is irradiated with a methane ion beam at an acceleration voltage beam current of KV of 0.5 mA / cm 2 . At this time, a graphite layer of about 2000 liters is formed by irradiation for 10 minutes. The substrate is heated to 500 ° C. or higher, preferably 600 ° C. or higher, and 700 ° C. or higher, preferably 750 ° C. or higher for C-axis orientation.

【0025】500℃以下では膜がグラファイトとなら
ずアモルファスカーボンとなり、本発明の効果は得られ
ない。グラファイト層の形成条件は上記条件に限定され
るものではなく、原料ガスとして、例えばエチレン、ア
セチン、ベンゼン等の他の炭化水素ガス及び炭化水素ガ
スにH2,Ar,He等の添加ガスを導入してもよい。
又、加速電圧は0.1KVから50KVの範囲で選ぶこ
とができる。
At temperatures below 500 ° C., the film does not become graphite but amorphous carbon, and the effect of the present invention cannot be obtained. The conditions for forming the graphite layer are not limited to the above-mentioned conditions. For example, as a raw material gas, another hydrocarbon gas such as ethylene, acetin, benzene, etc., and an additive gas such as H 2 , Ar, or He are introduced into the hydrocarbon gas. You may.
The acceleration voltage can be selected in the range of 0.1 KV to 50 KV.

【0026】又、グラファイト層の形成方法は、上記方
法に限定されるものではなく、他の熱CVD法、プラズ
マCVD法等によっても本発明を達成することができ
る。グラファイト層の厚さは2nm以上で、望ましくは
10nmから1μmさらに望ましくは50nmから50
0nmである。2nm以下ではダイヤモンド形成雰囲気
下で飛散し本発明の効果が十分得られず、又1μm以上
の厚さにしても本発明効果の向上はない。
The method for forming the graphite layer is not limited to the above method, and the present invention can be achieved by other thermal CVD method, plasma CVD method, or the like. The thickness of the graphite layer is 2 nm or more, preferably 10 nm to 1 μm, and more preferably 50 nm to 50 nm.
It is 0 nm. If the thickness is 2 nm or less, the effect of the present invention is not sufficiently obtained due to scattering in a diamond forming atmosphere, and even if the thickness is 1 μm or more, the effect of the present invention is not improved.

【0027】ダイヤモンド気相合成法としては、例えば
CVD法(化学的気相堆積法)が挙げられる。もちろん
他の方法を用いてもよい。図2に、ダイヤモンドを形成
するCVD装置例を示す。11は石英製反応管、12は
ヒーター、13はタングステン製フィラメント、14は
表面を多孔質化されたシリコン基板、15はガス導入
口、16は排気口で、排気装置および圧力調整バルブ
(図示せず)に接続されたいる。ダイヤモンド結晶形成
のための原料ガスとしては、例えば炭化水素ガス(メタ
ン、エタン等)または、液状有機化合物(アルコール、
アセトン等)を加熱ガス化したものを用いることができ
る。また、これら原料ガスには必要に応じて水素、酸
素、等に希釈して導入してもよい。また、半導体ダイヤ
モンドを形成するために、必要に応じて、ホウ素、リ
ン、窒素等を含んだ化合物を原料中に添加してもよい。
これら原料ガス・添加ガスは2000℃程度に加熱され
たフィラメント13により分解され、基体上にダイヤモ
ンドが形成される。本発明のダイヤモンド形成方法は、
上記方法に限定されるものではなく、マイクロ波プラズ
マCVD法、高周波プラズマCVD法、直流プラズマC
VD法、有磁場マイクロ波プラズマCVD法、燃焼炎法
などの方法によっても本発明を達成することができる。
Examples of the diamond vapor phase synthesis method include a CVD method (chemical vapor deposition method). Of course, other methods may be used. FIG. 2 shows an example of a CVD apparatus for forming diamond. Reference numeral 11 is a quartz reaction tube, 12 is a heater, 13 is a tungsten filament, 14 is a silicon substrate having a porous surface, 15 is a gas introduction port, 16 is an exhaust port, and an exhaust device and a pressure control valve (not shown). Connected). Examples of raw material gas for forming diamond crystals include hydrocarbon gas (methane, ethane, etc.) or liquid organic compound (alcohol,
Acetone and the like) which has been heated and gasified can be used. Further, these raw material gases may be diluted with hydrogen, oxygen, etc. and introduced as necessary. Further, in order to form semiconductor diamond, a compound containing boron, phosphorus, nitrogen or the like may be added to the raw material, if necessary.
These raw material gas and additive gas are decomposed by the filament 13 heated to about 2000 ° C., and diamond is formed on the substrate. The diamond forming method of the present invention is
The method is not limited to the above-mentioned method, but may be a microwave plasma CVD method, a high frequency plasma CVD method, a direct current plasma C
The present invention can also be achieved by methods such as the VD method, the magnetic field microwave plasma CVD method, and the combustion flame method.

【0028】なお、本発明においては、グラファイト層
は基体の一部分にパターン状に形成してもよい。グラフ
ァイト層を基体の一部分のみに形成する方法としては、
耐熱性を有するマスクを基体上に形成した後グラファイ
ト層を形成し、かかる後、マスクをグラファイト層ごと
除去する方法、さらには、グラファイト層を基体全面に
形成した後に、マスクを形成し、イオンエッチング等の
手法でグラファイト層を除去する方法等がある。
In the present invention, the graphite layer may be formed in a pattern on a part of the substrate. As a method of forming the graphite layer only on a part of the substrate,
A method of forming a graphite layer after forming a heat-resistant mask on the substrate, and then removing the mask together with the graphite layer, and further forming a mask after forming the graphite layer on the entire surface of the substrate and performing ion etching. There is a method of removing the graphite layer by such a method.

【0029】又、このときグラファイト層が形成される
領域の面積を0.5μm2〜20μm2、望ましくは1〜
10μm2、最適には2〜5μm2にすることによりグラ
ファイト層上に単一のダイヤモンド単結晶のみを選択的
に形成させることも可能である。0.5μm2以下では
析出のヌケが生じやすく選択性が悪化する。又20μm
2以上ではダイヤモンド核が複数個形成され多結晶化し
て単結晶粒子が得られない。ダイヤモンド単結晶を選択
的に形成させる工程を図3に示す。まず基体21上にグ
ラファイト層22を形成し(図3(1))、次に光描画
法などを用いてレジスト等のマスク23を形成する(図
3(2))。
At this time, the area of the region where the graphite layer is formed is 0.5 μm 2 to 20 μm 2 , preferably 1 to
It is also possible to selectively form only a single diamond single crystal on the graphite layer by setting it to 10 μm 2 , and optimally 2 to 5 μm 2 . When it is 0.5 μm 2 or less, precipitation is liable to occur and the selectivity is deteriorated. 20 μm
When it is 2 or more, a plurality of diamond nuclei are formed and polycrystallized, so that single crystal particles cannot be obtained. A process for selectively forming a diamond single crystal is shown in FIG. First, the graphite layer 22 is formed on the substrate 21 (FIG. 3 (1)), and then the mask 23 such as a resist is formed by using an optical drawing method or the like (FIG. 3 (2)).

【0030】この基体を酸素系ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング又はAr等の希ガスを用いたイオンビーム
エッチング(図1装置を用いることができる。)により
グラファイト層をエッチングする(図3(3))。その
後、レジストマスク23を除去しダイヤモンド形成を行
えば、グラファイト層上のみに選択的にダイヤモンド2
4が形成される(図3(4))。
The graphite layer is etched from this substrate by reactive ion etching using an oxygen-based gas or ion beam etching using a rare gas such as Ar (the apparatus shown in FIG. 1 can be used) (FIG. 3 (3)). )). Then, if the resist mask 23 is removed and diamond is formed, the diamond 2 is selectively formed only on the graphite layer.
4 is formed (FIG. 3 (4)).

【0031】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳
細に説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to specific examples.

【0032】(実施例1)まず図1のイオンビーム装置
を用いて基体上にグラファイト層を形成した。基体とし
て、φ25で、厚さ0.5mmの{100}面方位を有
するシリコン単結晶基板を用いた。グラファイト層の形
成条件は、基板温度580℃、圧力4×10-4Torr
メタンガス50SCCM導入で加速電圧4KV、イオン
ビーム電流密度0.5mA/cm2とした。2分間の成
膜で約400Åのグラファイト層が形成された。
Example 1 First, a graphite layer was formed on a substrate by using the ion beam apparatus shown in FIG. As the base, a silicon single crystal substrate having a diameter of 25 mm and a thickness of 0.5 mm and having a {100} plane orientation was used. The formation conditions for the graphite layer are: substrate temperature 580 ° C., pressure 4 × 10 −4 Torr.
By introducing methane gas of 50 SCCM, the acceleration voltage was 4 KV and the ion beam current density was 0.5 mA / cm 2 . About 400 liters of graphite layer was formed by film formation for 2 minutes.

【0033】次に、図2に示すダイヤモンド合成装置内
に、グラファイト層が形成された基板14を設置し、C
VD法によりダイヤモンドを形成した。
Next, the substrate 14 on which the graphite layer was formed was placed in the diamond synthesizing apparatus shown in FIG.
Diamond was formed by the VD method.

【0034】その詳細を以下に述べる。まず、排気装置
を用いて石英反応管8内を10-3Torrまで排気し
た。次に、ガスボンベより、水素とメタンガスをそれぞ
れ200ml/min、2ml/minづつ石英反応管
8に導入し、圧力調整用バルブで反応管内圧力を100
Torrにした。次に、ヒーター12により基板14を
800℃まで加熱した後、タングステン製フィラメント
13を不図示の電源により2000℃程度に加熱した。
この加熱されたフィラメントにより、メタンおよび水素
ガスの分解が生じ、基板14上に膜状のダイヤモンド結
晶が形成される。
The details will be described below. First, the inside of the quartz reaction tube 8 was evacuated to 10 −3 Torr using an exhaust device. Next, from the gas cylinder, hydrogen and methane gas were introduced into the quartz reaction tube 8 at a rate of 200 ml / min and 2 ml / min, respectively, and the pressure inside the reaction tube was adjusted to 100 by a pressure adjusting valve.
I chose Torr. Next, after heating the substrate 14 to 800 ° C. by the heater 12, the tungsten filament 13 was heated to about 2000 ° C. by a power source (not shown).
The heated filament decomposes methane and hydrogen gas to form a film-shaped diamond crystal on the substrate 14.

【0035】1時間の成膜後、基板上には約0.8μm
のダイヤモンド多結晶膜が基板全面に形成された。
After forming the film for 1 hour, about 0.8 μm is formed on the substrate.
The polycrystalline diamond film of was formed on the entire surface of the substrate.

【0036】(比較例1)シリコン基板にグラファイト
層形成処理を行わない他は、実施例1と同様にしてダイ
アモンドの形成を行った処、粒径3μm前後の粒状ダイ
ヤが基板上に500個/mm2程度に点在しているのみ
で、膜状ダイヤモンドを得ることはできなかった。
(Comparative Example 1) Diamond was formed in the same manner as in Example 1 except that the graphite layer formation treatment was not performed on the silicon substrate. As a result, 500 granular diamond particles having a particle size of about 3 μm were formed on the substrate. It was not possible to obtain a film-shaped diamond because it was only scattered about mm 2 .

【0037】(比較例2)横ずり研磨器を用いて、5〜
10μmダイヤ砥粒によりシリコン基板の研磨を30分
行った。この基板を用いて実施例1と同様にダイヤモン
ド形成を行った処、膜厚約1μmのダイヤモンドが形成
されたが、析出ムラがあり、数μm巾の析出ぬけ(ダイ
ヤモンドが形成されていない部分)が約200個/mm
2認められた。
(Comparative Example 2) Using a lateral polishing machine,
The silicon substrate was polished for 30 minutes with 10 μm diamond abrasive grains. When diamond was formed in the same manner as in Example 1 using this substrate, a diamond film having a film thickness of about 1 μm was formed, but there was uneven deposition, and a few μm-wide precipitates (a part where no diamond was formed). Is about 200 pieces / mm
2 accepted.

【0038】(実施例2)グラファイト層形成時の基板
温度を750℃としてC軸配向性グラファイト層を形成
する以外は実施例1と同様にしてダイヤモンド結晶の形
成を行った処、{111}配向性を有する多結晶ダイヤ
モンド膜が基板全面に形成された(ここで配向性の測定
はX線回折法により行った。)。
(Example 2) Diamond crystals were formed in the same manner as in Example 1 except that the C-axis oriented graphite layer was formed at a substrate temperature of 750 ° C during formation of the graphite layer, and the {111} orientation was obtained. A polycrystalline diamond film having properties was formed on the entire surface of the substrate (here, the orientation was measured by the X-ray diffraction method).

【0039】(実施例3)実施例1と同様にグラファイ
ト層を形成した基体上に光描画法(フォトリソグラフィ
ー)で、φ2μmのPMMA系レジストマスクを10μ
mピッチで形成しAr+イオンビームエッチングを行
い、グラファイト層のエッチングを行った。なお、その
際のAr+イオンビームの加速電圧は0.5KVでエッ
チング時間は5分間とした。
(Embodiment 3) As in Embodiment 1, a φ2 μm PMMA-based resist mask of 10 μm was formed on a substrate having a graphite layer formed thereon by optical drawing (photolithography).
The graphite layer was formed at m pitches, Ar + ion beam etching was performed, and the graphite layer was etched. At that time, the acceleration voltage of the Ar + ion beam was 0.5 KV and the etching time was 5 minutes.

【0040】次いでアセトンを用いてレジストを除去
し、Si基板上にマイクロ波プラズマCVD法によりダ
イヤモンド形成を行った。その際のダイヤモンド合成条
件は、マイクロ波出力500W、メタン、水素の流量を
それぞれ1SCCM、200SCCMとし、基板温度8
50℃、圧力60Torrとした。
Next, the resist was removed using acetone, and diamond was formed on the Si substrate by the microwave plasma CVD method. The diamond synthesizing conditions at that time were as follows: microwave power of 500 W, methane and hydrogen flow rates of 1 SCCM and 200 SCCM, respectively, and a substrate temperature of 8
The temperature was 50 ° C. and the pressure was 60 Torr.

【0041】以上のダイヤモンド形成により、マスク形
成部(グラファイト残存部)に選択的にダイヤモンド単
結晶粒子が形成された。なお単結晶粒子は配向性を示さ
ず方位はランダムであった。
By the above diamond formation, diamond single crystal grains were selectively formed in the mask forming portion (graphite remaining portion). The single crystal particles did not show orientation and the orientation was random.

【0042】(実施例4)実施例2と同様にしてC軸配
向したグラファイト層を形成したSi基板上に実施例3
と同様の条件でマスク形成及びエッチング処理及びダイ
ヤモンド形成を行った処、グラファイト層残存部に選択
的にダイヤモンド単結晶粒子が形成された。なおX線回
回折法によれば得られたダイヤモンド結晶は{111}
面配向性を示している事が分った。
(Embodiment 4) Similar to Embodiment 2, Embodiment 3 is carried out on a Si substrate on which a C-axis oriented graphite layer is formed.
When the mask formation, the etching treatment, and the diamond formation were performed under the same conditions as in (1), diamond single crystal particles were selectively formed in the remaining portion of the graphite layer. The diamond crystals obtained by the X-ray diffraction method are {111}
It was found that they showed plane orientation.

【0043】(実施例5〜14、比較例3〜5)実施例
1と同一の装置で、種々の温度、厚さにグラファイト層
を形成して実施例1と同条件でダイヤモンド結晶を形成
した。実施例5〜8、比較例3については基板全体にグ
ラファイト層を形成した。又、実施例9〜14、比較例
4〜5については、実施例3と同様な方法で種々のパタ
ーン径でグラファイト層パターンを形成した。
(Examples 5 to 14, Comparative Examples 3 to 5) Using the same apparatus as in Example 1, a graphite layer was formed at various temperatures and thicknesses to form diamond crystals under the same conditions as in Example 1. . In Examples 5 to 8 and Comparative Example 3, a graphite layer was formed on the entire substrate. Further, in Examples 9 to 14 and Comparative Examples 4 to 5, graphite layer patterns having various pattern diameters were formed in the same manner as in Example 3.

【0044】表1にグラファイト形成条件、パターン径
サイズによるダイヤモンド膜均一性、ダイヤモンド単結
晶選択性の結果を示す(膜均一性でXは比較例2の結果
より悪いことを示す。)。
Table 1 shows the results of the diamond film uniformity and the diamond single crystal selectivity depending on the graphite forming conditions, the pattern diameter size (in the film uniformity, X indicates that it is worse than the result of Comparative Example 2).

【0045】これら実施例においてはグラファイト層を
形成する基板としてSi基板を使用したが、グラファイ
ト層を形成する基板としてはSi基板の他、石英ガラ
ス、サファイヤ、スピネル等の酸化物、モリブデン、タ
ングステン、鉄、ニッケル等の金属を用いることができ
る。
In these examples, the Si substrate was used as the substrate for forming the graphite layer, but as the substrate for forming the graphite layer, in addition to the Si substrate, oxides such as quartz glass, sapphire and spinel, molybdenum, tungsten, Metals such as iron and nickel can be used.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のダイヤモ
ンド結晶は析出ムラがなく、平担性のよい優れた特性を
有するものである。
As described above, the diamond crystal of the present invention is free from uneven deposition and has excellent flatness and excellent characteristics.

【0048】又、本発明のダイヤモンド結晶は配向性の
制御された優れた特性を有するものである。
Further, the diamond crystal of the present invention has excellent characteristics with controlled orientation.

【0049】本発明のダイヤモンド形成用基体は良質な
結晶性ダイヤモンドを形成するのに有用なものである。
The diamond-forming substrate of the present invention is useful for forming good quality crystalline diamond.

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

【図1】グラファイト層の形成に使用しうるイオンビー
ム蒸着装置の1例を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an ion beam vapor deposition apparatus that can be used for forming a graphite layer.

【図2】ダイヤモンド形成装置の1例を示す模式図。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a diamond forming apparatus.

【図3】選択的なダイヤモンド形成工程を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing a selective diamond forming step.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 グラファイト層が形成された基体上に形
成されたダイヤモンド結晶。
1. A diamond crystal formed on a substrate on which a graphite layer is formed.
【請求項2】 C軸配向グラファイト層が形成された基
体上に形成された{111}面配向ダイヤモンド結晶。
2. A {111} plane-oriented diamond crystal formed on a substrate on which a C-axis oriented graphite layer is formed.
【請求項3】 前記グラファイト層又はC軸配向グラフ
ァイト層の厚さが2nm以上である請求項1あるいは請
求項2に記載のダイヤモンド結晶。
3. The diamond crystal according to claim 1, wherein the graphite layer or the C-axis oriented graphite layer has a thickness of 2 nm or more.
【請求項4】 前記グラファイト層がパターン状に形成
され、かつ該パターン面積が0.5から20μm2の範
囲にある請求項1あるいは請求項2に記載のダイヤモン
ド結晶。
4. The diamond crystal according to claim 1 or 2, wherein the graphite layer is formed in a pattern, and the pattern area is in the range of 0.5 to 20 μm 2 .
【請求項5】 厚さ2nm以上のグラファイト層が形成
されたダイヤモンド形成用基体。
5. A diamond-forming substrate on which a graphite layer having a thickness of 2 nm or more is formed.
【請求項6】 厚さ2nm以上のC軸配向性グラファイ
ト層が形成されたダイヤモンド形成用基体。
6. A diamond-forming substrate on which a C-axis oriented graphite layer having a thickness of 2 nm or more is formed.
【請求項7】 前記グラファイト層がパターン状に形成
され、かつ該パターン面積が0.5から20μm2の範
囲にある請求項5あるいは請求項6に記載のダイヤモン
ド形成用基体。
7. The diamond-forming substrate according to claim 5, wherein the graphite layer is formed in a pattern and the pattern area is in the range of 0.5 to 20 μm 2 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007034665A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond covered substrate, filtration filter, and electrode
JP2007084892A (en) * 2005-09-26 2007-04-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond-coated substrate, filter and electrode
JP2016025068A (en) * 2014-07-24 2016-02-08 株式会社カネカ Wiring material, production method of wiring material and production method of wiring board using wiring material
US20210407883A1 (en) * 2018-12-28 2021-12-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Graphite thin film/silicon substrate laminated assembly, process for producing the same, and substrate for enhanced heat discharge type electronic devices

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