JPH0597582A - ダイヤモンド薄膜の堆積方法 - Google Patents
ダイヤモンド薄膜の堆積方法Info
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- JPH0597582A JPH0597582A JP26178191A JP26178191A JPH0597582A JP H0597582 A JPH0597582 A JP H0597582A JP 26178191 A JP26178191 A JP 26178191A JP 26178191 A JP26178191 A JP 26178191A JP H0597582 A JPH0597582 A JP H0597582A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶性の良いダイヤモンド薄膜を堆積する方
法を提供する。 【構成】 シリコン基板１１にエッチング処理などの方
法で凹状の孔１２を1cm2当り1×107〜1×109個の密度で
形成し、その孔１２をダイヤモンドの成長核１３のサイ
トとして、前記シリコン基板１１の上にＣＶＤ法などの
方法によってダイヤモンド薄膜１４の堆積を行なう。
法を提供する。 【構成】 シリコン基板１１にエッチング処理などの方
法で凹状の孔１２を1cm2当り1×107〜1×109個の密度で
形成し、その孔１２をダイヤモンドの成長核１３のサイ
トとして、前記シリコン基板１１の上にＣＶＤ法などの
方法によってダイヤモンド薄膜１４の堆積を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子工業における半導体
や絶縁体及びコーティング膜形成などに用いられるダイ
ヤモンド薄膜の堆積方法に関するものである。
や絶縁体及びコーティング膜形成などに用いられるダイ
ヤモンド薄膜の堆積方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＶＤ法（化学気相成長法）など
の方法によって得られるダイヤモンド薄膜は電子工業に
おける半導体や絶縁体及びコーティング膜などに用いら
れ、工業的にも注目されている。
の方法によって得られるダイヤモンド薄膜は電子工業に
おける半導体や絶縁体及びコーティング膜などに用いら
れ、工業的にも注目されている。
【０００３】ダイヤモンド薄膜を堆積する場合、良質な
ダイヤモンド薄膜を堆積するためには、堆積初期過程に
おける成長核の制御が必要とされる。それ故に、単にダ
イヤモンド薄膜の成長法のみを検討するのではなく、膜
を成長させる基板素材及びその表面処理方法などをうま
く選択しなければならない。
ダイヤモンド薄膜を堆積するためには、堆積初期過程に
おける成長核の制御が必要とされる。それ故に、単にダ
イヤモンド薄膜の成長法のみを検討するのではなく、膜
を成長させる基板素材及びその表面処理方法などをうま
く選択しなければならない。
【０００４】現在、ダイヤモンド薄膜の堆積において
は、単結晶ダイヤモンドを基板素材として用いたホモ・
エピタキシャル成長法とダイヤモンド以外の材料例え
ば、シリコンなどを基板素材として用いたヘテロ・エピ
タキシャル成長が行なわれている。
は、単結晶ダイヤモンドを基板素材として用いたホモ・
エピタキシャル成長法とダイヤモンド以外の材料例え
ば、シリコンなどを基板素材として用いたヘテロ・エピ
タキシャル成長が行なわれている。
【０００５】前者は格子不整合などの影響がないため、
結晶性の良い膜が得られている。これに対し、後者はダ
イヤモンド薄膜の広い分野での利用や他の電子デバイス
とのハイブリッド化などの点で有利であるため盛んに研
究されているが、一般的にダイヤモンド砥石で基板素材
表面を荒すなど処理が行なわれているのみである。
結晶性の良い膜が得られている。これに対し、後者はダ
イヤモンド薄膜の広い分野での利用や他の電子デバイス
とのハイブリッド化などの点で有利であるため盛んに研
究されているが、一般的にダイヤモンド砥石で基板素材
表面を荒すなど処理が行なわれているのみである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】結晶性が良く、また欠
陥の少ないダイヤモンド薄膜を堆積する方法として、単
結晶ダイヤモンド基板を用いたホモ・エピタキシャル成
長法が挙げられるが、しかし単結晶ダイヤモンド基板は
非常に高価であるという問題点や大面積のものを得るこ
とが出来ないという問題点があった。
陥の少ないダイヤモンド薄膜を堆積する方法として、単
結晶ダイヤモンド基板を用いたホモ・エピタキシャル成
長法が挙げられるが、しかし単結晶ダイヤモンド基板は
非常に高価であるという問題点や大面積のものを得るこ
とが出来ないという問題点があった。
【０００７】また、ヘテロ・エピタキシャル技術によっ
てダイヤモンド薄膜を堆積する場合、核の発生密度の増
加や格子不整合の緩和を行なうために様々な試みが行な
われているが、ホモ・エピタキシィに比べ、膜全体の結
晶性が良くないという問題点があった。
てダイヤモンド薄膜を堆積する場合、核の発生密度の増
加や格子不整合の緩和を行なうために様々な試みが行な
われているが、ホモ・エピタキシィに比べ、膜全体の結
晶性が良くないという問題点があった。
【０００８】以上のように良質のダイヤモンド薄膜を堆
積するための方法として行なわれてきたものは一長一短
であり、特にヘテロ・エピタキシィにおいて成長核の制
御に大きな成果を上げた手法は今まで得られていない。
積するための方法として行なわれてきたものは一長一短
であり、特にヘテロ・エピタキシィにおいて成長核の制
御に大きな成果を上げた手法は今まで得られていない。
【０００９】本発明は基板素材となるシリコンの表面に
凹状の孔を形成することによって、堆積初期過程におけ
るダイヤモンドの成長核の数量および位置の制御を行な
い、より改善された結晶性のダイヤモンド薄膜を堆積す
る方法を提供することを目的とする。
凹状の孔を形成することによって、堆積初期過程におけ
るダイヤモンドの成長核の数量および位置の制御を行な
い、より改善された結晶性のダイヤモンド薄膜を堆積す
る方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】表面に1cm2当り1×107〜
1×109個の凹状の孔を持つシリコンを基板素材として用
いてダイヤモンド薄膜を堆積する。
1×109個の凹状の孔を持つシリコンを基板素材として用
いてダイヤモンド薄膜を堆積する。
【００１１】また、シリコン基板に有する凹状の孔の形
成を、シリコンをエッチング処理することによって行な
う。
成を、シリコンをエッチング処理することによって行な
う。
【００１２】さらに、シリコン基板の面方位を（１０
０）とする。
０）とする。
【００１３】
【作用】シリコン基板上に形成された孔はダイヤモンド
薄膜の堆積初期過程において成長核のサイトとなる。そ
の孔の数、大きさ、形、位置を人為的に形成することに
よって、ダイヤモンド薄膜堆積の際の成長核の制御が可
能になる。また、シリコン基板に有する凹状の孔の密度
としては1cm2当り1×107〜1×109個にすることによっ
て、得られた成長核同志が干渉しあわない程度でかつ、
膜形成に必要な数の成長核を確保することが出来る。そ
の結果、得られるダイヤモンド薄膜の膜質は無秩序に核
生成をした場合に比べて向上する。
薄膜の堆積初期過程において成長核のサイトとなる。そ
の孔の数、大きさ、形、位置を人為的に形成することに
よって、ダイヤモンド薄膜堆積の際の成長核の制御が可
能になる。また、シリコン基板に有する凹状の孔の密度
としては1cm2当り1×107〜1×109個にすることによっ
て、得られた成長核同志が干渉しあわない程度でかつ、
膜形成に必要な数の成長核を確保することが出来る。そ
の結果、得られるダイヤモンド薄膜の膜質は無秩序に核
生成をした場合に比べて向上する。
【００１４】また、第２の発明においては、シリコン基
板に有する凹状の孔の製造方法として、シリコンのエッ
チング処理によって行なうので、生産性・均質性の制御
性を高くすることができる。
板に有する凹状の孔の製造方法として、シリコンのエッ
チング処理によって行なうので、生産性・均質性の制御
性を高くすることができる。
【００１５】また、第３の発明においては、シリコン基
板の面方位が（１００）であるので、形成される孔の形
が核サイトとなり易い形状にすることが容易である。
板の面方位が（１００）であるので、形成される孔の形
が核サイトとなり易い形状にすることが容易である。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の理解を容易にするため、実施
例を用いてより詳細に本発明を説明する。
例を用いてより詳細に本発明を説明する。
【００１７】図１は本発明によるダイヤモンド薄膜堆積
の様子を示したの模式図である。まず、基板素材である
シリコン１１にエッチング処理などの方法で凹状の孔１
２を形成する。このような基板の上にＣＶＤ法などの方
法によってダイヤモンド薄膜の堆積を行なった場合、そ
の初期過程は基板表面に形成された孔１２が成長核のサ
イトとなるため、その部分にダイヤモンドの核１３が形
成される。その後、ダイヤモンドは成長し薄膜状１４と
なる。
の様子を示したの模式図である。まず、基板素材である
シリコン１１にエッチング処理などの方法で凹状の孔１
２を形成する。このような基板の上にＣＶＤ法などの方
法によってダイヤモンド薄膜の堆積を行なった場合、そ
の初期過程は基板表面に形成された孔１２が成長核のサ
イトとなるため、その部分にダイヤモンドの核１３が形
成される。その後、ダイヤモンドは成長し薄膜状１４と
なる。
【００１８】かかる手法によってシリコン基板に孔を形
成する場合、形成方法は特に限定しないが、通常エッチ
ング溶液を用いたウェット・エッチングやガスを用いた
ドライ・エッチングによる異方性エッチングが好ましく
用いられる。また、その際のエッチング溶液、反応ガス
としてはヒドラジン（(NH2)2）や水酸化カリウム（KO
H） および四塩化炭素（CCl4）などの塩素系のガスが好
ましく用いられる。
成する場合、形成方法は特に限定しないが、通常エッチ
ング溶液を用いたウェット・エッチングやガスを用いた
ドライ・エッチングによる異方性エッチングが好ましく
用いられる。また、その際のエッチング溶液、反応ガス
としてはヒドラジン（(NH2)2）や水酸化カリウム（KO
H） および四塩化炭素（CCl4）などの塩素系のガスが好
ましく用いられる。
【００１９】図２は本発明によるダイヤモンド薄膜堆積
に用いた装置の一例を示した概略図である。以下にその
構成について説明する。
に用いた装置の一例を示した概略図である。以下にその
構成について説明する。
【００２０】基板素材１１は石英管２１の中央部に設置
できるようになっている。また、石英管２１には内部を
排気するための真空ポンプ２２が接続されており、10-5
Torr台まで真空にできる。加えて、石英管２１にはダイ
ヤモンド薄膜の原料ガスをガスボンベ２３から供給する
ガス導入口２４が接続されている。ガス導入口２４より
導入されたガスはマイクロ波発振器２５より導波管２６
をへて石英管２１に入射された 2.45GHzのマイクロ波に
よってプラズマ状に分解され、基板素材１１上に薄膜状
のダイヤモンドを堆積することが出来る。
できるようになっている。また、石英管２１には内部を
排気するための真空ポンプ２２が接続されており、10-5
Torr台まで真空にできる。加えて、石英管２１にはダイ
ヤモンド薄膜の原料ガスをガスボンベ２３から供給する
ガス導入口２４が接続されている。ガス導入口２４より
導入されたガスはマイクロ波発振器２５より導波管２６
をへて石英管２１に入射された 2.45GHzのマイクロ波に
よってプラズマ状に分解され、基板素材１１上に薄膜状
のダイヤモンドを堆積することが出来る。
【００２１】かかる装置を用いて本発明方法を実施する
場合、成膜中の石英管内の圧力は 5〜50Torr程度が好ま
しく用いられる。また、原料ガスとしては水素（H2）で
1〜10% 程度に希釈されたメタン（CH4） や一酸化炭素
（CO）などが好ましく用いられる。
場合、成膜中の石英管内の圧力は 5〜50Torr程度が好ま
しく用いられる。また、原料ガスとしては水素（H2）で
1〜10% 程度に希釈されたメタン（CH4） や一酸化炭素
（CO）などが好ましく用いられる。
【００２２】ガスを分解するためのマイクロ波パワーと
しては250〜1500W程度が好ましく用いられる。その際、
基板素材１１の温度は入射されるマイクロ波のパワーに
依存し、前述の入射パワーの場合、 500〜1000℃の間に
制御される。
しては250〜1500W程度が好ましく用いられる。その際、
基板素材１１の温度は入射されるマイクロ波のパワーに
依存し、前述の入射パワーの場合、 500〜1000℃の間に
制御される。
【００２３】以下に図２に示した装置を用いて本発明方
法によりダイヤモンド薄膜を堆積した結果について更
に、具体的実施例を挙げて説明する。
法によりダイヤモンド薄膜を堆積した結果について更
に、具体的実施例を挙げて説明する。
【００２４】（実施例１）基板素材１１としてシリコン
基板を用い、図２の装置を使用して薄膜堆積を行なった
結果について述べる。シリコン基板上の凹状の孔は以下
のようにして形成した。まず、シリコン基板表面を酸化
し、酸化シリコンの層を形成した。その後、リソグラフ
ィ技術を用いて、約1μm 間隔に酸化シリコン層を除去
した一辺の大きさが約1μmの窓を形成し、アルゴンイオ
ンを照射することによって、その窓部分のシリコンだけ
をスッパッタリングした。最後に全体の酸化シリコン層
をエッチング処理によって除去することにより、アルゴ
ンイオンでスパッタリングした部分のみ凹状の孔を形成
した。
基板を用い、図２の装置を使用して薄膜堆積を行なった
結果について述べる。シリコン基板上の凹状の孔は以下
のようにして形成した。まず、シリコン基板表面を酸化
し、酸化シリコンの層を形成した。その後、リソグラフ
ィ技術を用いて、約1μm 間隔に酸化シリコン層を除去
した一辺の大きさが約1μmの窓を形成し、アルゴンイオ
ンを照射することによって、その窓部分のシリコンだけ
をスッパッタリングした。最後に全体の酸化シリコン層
をエッチング処理によって除去することにより、アルゴ
ンイオンでスパッタリングした部分のみ凹状の孔を形成
した。
【００２５】このようにしてシリコン基板表面に1cm2当
り約5×107個の孔が形成されたシリコン基板１１を図２
に示した装置に設置し、ダイヤモンド薄膜の堆積を行な
った。まず、石英管２１内を10-5Torr台になるまで真空
排気してから、水素で 10%に希釈された一酸化炭素ガス
を石英管に導入し、管内圧力が一定になるまで待機し
た。本装置の場合、トータル流量が 100sccmの時、管内
の圧力は35Torrで一定となった。その後、マイクロ波発
振器から発せられたマイクロ波を500wのパワーで石英管
２１に入射することにより、原料ガスが分解され薄膜状
のダイヤモンドが堆積された。その際の基板温度は約90
0℃であった。得られた膜の結晶性は、成長核の位置が
制御されたいるため、従来よりも改善されたいることが
確認された。
り約5×107個の孔が形成されたシリコン基板１１を図２
に示した装置に設置し、ダイヤモンド薄膜の堆積を行な
った。まず、石英管２１内を10-5Torr台になるまで真空
排気してから、水素で 10%に希釈された一酸化炭素ガス
を石英管に導入し、管内圧力が一定になるまで待機し
た。本装置の場合、トータル流量が 100sccmの時、管内
の圧力は35Torrで一定となった。その後、マイクロ波発
振器から発せられたマイクロ波を500wのパワーで石英管
２１に入射することにより、原料ガスが分解され薄膜状
のダイヤモンドが堆積された。その際の基板温度は約90
0℃であった。得られた膜の結晶性は、成長核の位置が
制御されたいるため、従来よりも改善されたいることが
確認された。
【００２６】（実施例２）基板素材１１としてシリコン
基板を用い、シリコン基板上の凹状の孔をエッチング処
理によって形成した場合について述べる。（実施例１）
と同様、酸化膜を形成した後、約1μm 間隔に窓をあけ
た基板を四塩化炭素などのエッチングガスを用いてドラ
イエッチング処理して孔の形成を行なった。そして、全
体の酸化膜を除去した。このようにして得られたシリコ
ン基板の上に（実施例１）と同様の条件でダイヤモンド
薄膜を堆積した結果、従来よりも結晶性が改善されてい
ることが確認された。また、この手法を用いることによ
って表面に孔を有するシリコン基板を生産性および均質
性良く作製することが可能であることも確認された。
基板を用い、シリコン基板上の凹状の孔をエッチング処
理によって形成した場合について述べる。（実施例１）
と同様、酸化膜を形成した後、約1μm 間隔に窓をあけ
た基板を四塩化炭素などのエッチングガスを用いてドラ
イエッチング処理して孔の形成を行なった。そして、全
体の酸化膜を除去した。このようにして得られたシリコ
ン基板の上に（実施例１）と同様の条件でダイヤモンド
薄膜を堆積した結果、従来よりも結晶性が改善されてい
ることが確認された。また、この手法を用いることによ
って表面に孔を有するシリコン基板を生産性および均質
性良く作製することが可能であることも確認された。
【００２７】（実施例３）基板素材１１として面方位が
（１００）のシリコン基板を用い、ヒドラジンなどのア
ルカリ性溶液を用いてシリコン基板をウェット・エッチ
ングし、基板に孔を形成した場合について述べる。用い
たエッチング液はヒドラジン50に対し、水50、イソプロ
ピルアルコール３の混合比である。このようなエッチン
グ液にシリコン基板を浸した場合、（１００）の面方位
が他の面方位よりも早くエッチングされるため、得られ
た孔の形状は（１１１）面に囲まれたピラミッド状のも
のになる。その大きさ及び密度はエッチング液の温度並
びにエッチング時間によって制御することが出来る。本
実施例においては液温40〜80℃、エッチング時間 5〜30
分で行なった。その結果、基板素材１１の表面には一辺
の大きさが0.1〜1μmのピラミッド状の孔が1×107〜1×
109個/cm2程度の密度でほぼ均一に形成されていること
を本発明者らは確認した。
（１００）のシリコン基板を用い、ヒドラジンなどのア
ルカリ性溶液を用いてシリコン基板をウェット・エッチ
ングし、基板に孔を形成した場合について述べる。用い
たエッチング液はヒドラジン50に対し、水50、イソプロ
ピルアルコール３の混合比である。このようなエッチン
グ液にシリコン基板を浸した場合、（１００）の面方位
が他の面方位よりも早くエッチングされるため、得られ
た孔の形状は（１１１）面に囲まれたピラミッド状のも
のになる。その大きさ及び密度はエッチング液の温度並
びにエッチング時間によって制御することが出来る。本
実施例においては液温40〜80℃、エッチング時間 5〜30
分で行なった。その結果、基板素材１１の表面には一辺
の大きさが0.1〜1μmのピラミッド状の孔が1×107〜1×
109個/cm2程度の密度でほぼ均一に形成されていること
を本発明者らは確認した。
【００２８】その後、（実施例１）と同様の条件でダイ
ヤモンド薄膜を堆積した結果、従来よりも結晶性が改善
されていることが確認された。また、この手法を用いる
ことによって、得られる孔の形状がピラミッド状である
ため、より成長核の制御が向上していることが確認され
た。
ヤモンド薄膜を堆積した結果、従来よりも結晶性が改善
されていることが確認された。また、この手法を用いる
ことによって、得られる孔の形状がピラミッド状である
ため、より成長核の制御が向上していることが確認され
た。
【００２９】
【発明の効果】本発明のダイヤモンド薄膜の堆積方法に
よれば、結晶性の良いダイヤモンド薄膜を得ることが可
能になる。
よれば、結晶性の良いダイヤモンド薄膜を得ることが可
能になる。
【００３０】また、表面に孔を有するシリコン基板を作
製する方法においてシリコンをエッチング処理によっ
て、生産性および均質性を高めることが可能になる。
製する方法においてシリコンをエッチング処理によっ
て、生産性および均質性を高めることが可能になる。
【００３１】また、用いるシリコン基板の面方位を（１
００）にとし、異方性エッチングすることによって、得
られる孔の形状がピラミッド状となるので、より高度な
成長核の制御が可能になる。
００）にとし、異方性エッチングすることによって、得
られる孔の形状がピラミッド状となるので、より高度な
成長核の制御が可能になる。
【００３２】従って、本発明方法によればダイヤモンド
薄膜を用いた様々な応用が可能となる。
薄膜を用いた様々な応用が可能となる。
【図１】本発明の一実施例における、ダイヤモンド薄膜
堆積の様子を示したの模式図
堆積の様子を示したの模式図
【図２】本発明の一実施例におけるダイヤモンド薄膜の
堆積方法を実施するために用いた装置の一例を示した概
略図
堆積方法を実施するために用いた装置の一例を示した概
略図
【符号の説明】 １１ シリコン基板 １２ 孔 １３ ダイヤモンド成長核 １４ ダイヤモンド薄膜 ２１ 石英管 ２２ 真空ポンプ ２３ ガスボンベ ２４ ガス導入口 ２５ マイクロ波発振器 ２６ 導波管
Claims (3)
- 【請求項１】表面に1cm2当り1×107〜1×109個の凹状の
孔を持つシリコンを基板素材として用いることを特徴と
するダイヤモンド薄膜の堆積方法。 - 【請求項２】基板素材に有する凹状の孔の形成を、シリ
コンをエッチング処理することにより行なう請求項１記
載のダイヤモンド薄膜の堆積方法。 - 【請求項３】基板素材として用いるシリコンの面方位が
（１００）である請求項１記載のダイヤモンド薄膜の堆
積方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26178191A JPH0597582A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26178191A JPH0597582A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597582A true JPH0597582A (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=17366615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26178191A Pending JPH0597582A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | ダイヤモンド薄膜の堆積方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0597582A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996034131A1 (fr) * | 1995-04-24 | 1996-10-31 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Articles possedant un revetement en diamant forme par synthese en phase vapeur |
| JP2010516602A (ja) * | 2007-01-17 | 2010-05-20 | コンシッリョ ナツィオナーレ デッレ リチェルケ | 電子および／または光電子デバイスおよび関連する製造プロセス実現化に適した半導体基板 |
| JP2015120610A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 国立大学法人金沢大学 | ダイヤモンド基板及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP26178191A patent/JPH0597582A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996034131A1 (fr) * | 1995-04-24 | 1996-10-31 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Articles possedant un revetement en diamant forme par synthese en phase vapeur |
| US5935323A (en) * | 1995-04-24 | 1999-08-10 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Articles with diamond coating formed thereon by vapor-phase synthesis |
| JP2010516602A (ja) * | 2007-01-17 | 2010-05-20 | コンシッリョ ナツィオナーレ デッレ リチェルケ | 電子および／または光電子デバイスおよび関連する製造プロセス実現化に適した半導体基板 |
| JP2015120610A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-07-02 | 国立大学法人金沢大学 | ダイヤモンド基板及びその製造方法 |
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