JPH06158323A - 硬質炭素被膜の気相合成方法 - Google Patents
硬質炭素被膜の気相合成方法Info
- Publication number
- JPH06158323A JPH06158323A JP31729892A JP31729892A JPH06158323A JP H06158323 A JPH06158323 A JP H06158323A JP 31729892 A JP31729892 A JP 31729892A JP 31729892 A JP31729892 A JP 31729892A JP H06158323 A JPH06158323 A JP H06158323A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard carbon
- diamond
- carbon coating
- coating film
- glow discharge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 目的熱フィラメント法で析出した硬質炭素被
膜中の、非ダイヤモンド成分の含有量を少なくする。 【構成】 内部電極間のグロー放電により生成する低温
プラズマ中で、熱フィラメント法による硬質炭素被膜の
合成を行った。 【効果】 グロー放電により水素ラジカルの生成量を増
やし、非ダイヤモンド成分のエッチング除去を促進し
た。
膜中の、非ダイヤモンド成分の含有量を少なくする。 【構成】 内部電極間のグロー放電により生成する低温
プラズマ中で、熱フィラメント法による硬質炭素被膜の
合成を行った。 【効果】 グロー放電により水素ラジカルの生成量を増
やし、非ダイヤモンド成分のエッチング除去を促進し
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、硬質炭素被膜の合成方
法に係わり、特にダイヤモンドを主成分とする被膜の形
成方法に関する。
法に係わり、特にダイヤモンドを主成分とする被膜の形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは高硬度，高熱伝導性，高
絶縁性，ワイドバンドギャップ等の特徴を有し、切削・
研磨材，ヒートシンクとして利用されている他、青色発
光素子や高温用の半導体素子等への応用も期待されてい
る。
絶縁性，ワイドバンドギャップ等の特徴を有し、切削・
研磨材，ヒートシンクとして利用されている他、青色発
光素子や高温用の半導体素子等への応用も期待されてい
る。
【０００３】近年、気相法によるダイヤモンド膜の形成
（特許第１２７２９２９号など）が可能となり、バルク
材からの加工では考えられなかった応用、例えばダイヤ
モンドコート工具（特公昭６１−４７９０３など）やド
ーピングによる半導体化（例えば、ＪＯＵＲＮＡＬ Ｏ
Ｆ ＣＲＹＳＴＡＬ ＧＲＯＷＴＨ誌，第５２巻，１
号，１９８１年，２１９−２２６頁）が現実化してい
る。
（特許第１２７２９２９号など）が可能となり、バルク
材からの加工では考えられなかった応用、例えばダイヤ
モンドコート工具（特公昭６１−４７９０３など）やド
ーピングによる半導体化（例えば、ＪＯＵＲＮＡＬ Ｏ
Ｆ ＣＲＹＳＴＡＬ ＧＲＯＷＴＨ誌，第５２巻，１
号，１９８１年，２１９−２２６頁）が現実化してい
る。
【０００４】気相からのダイヤモンド合成は一般に、炭
素源となる炭化水素ガスおよび非ダイヤモンド成分の除
去を目的とした水素ガス，酸素ガスを原料として行って
いる。硬質炭素被膜の気相合成の原理は、外部からエネ
ルギーを供給して原料ガスを励起させ、適切な温度の基
体上にダイヤモンド成分とグラファイト等の非ダイヤモ
ンド成分を共析出させ、両者の水素ラジカルや酸素ラジ
カルとの反応速度の差を利用して、選択的に非ダイヤモ
ンド成分を除去することで合成している。総説として豊
田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー（２５巻，３号（１９９
０．９），２０−４８頁）などに詳しく書かれている。
現在、この気相からのダイヤモンド合成方法として熱フ
ィラメント法，ＥＡ−ＣＶＤ法，燃焼炎法，マイクロ波
ＣＶＤ法，高周波プラズマ法，ＤＣアーク放電プラズマ
法などが知られている。その中で、低コストかつ簡便な
熱フィラメント法は、工業的に実用化している。
素源となる炭化水素ガスおよび非ダイヤモンド成分の除
去を目的とした水素ガス，酸素ガスを原料として行って
いる。硬質炭素被膜の気相合成の原理は、外部からエネ
ルギーを供給して原料ガスを励起させ、適切な温度の基
体上にダイヤモンド成分とグラファイト等の非ダイヤモ
ンド成分を共析出させ、両者の水素ラジカルや酸素ラジ
カルとの反応速度の差を利用して、選択的に非ダイヤモ
ンド成分を除去することで合成している。総説として豊
田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー（２５巻，３号（１９９
０．９），２０−４８頁）などに詳しく書かれている。
現在、この気相からのダイヤモンド合成方法として熱フ
ィラメント法，ＥＡ−ＣＶＤ法，燃焼炎法，マイクロ波
ＣＶＤ法，高周波プラズマ法，ＤＣアーク放電プラズマ
法などが知られている。その中で、低コストかつ簡便な
熱フィラメント法は、工業的に実用化している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の様に熱フィラメ
ント法は、簡便かつ低コストで硬質炭素被膜を形成する
ことができる。しかし、図２に示した従来例の熱フィラ
メント法で形成された硬質炭素被膜のラマンスペクトル
から判明する様に、１５００〜１６００ｃｍ−１にブロ
ードなピークを有する非ダイヤモンド成分（ｉカーボン
成分）を多く含有しており、非ダイヤモンド成分を含有
する硬質炭素被膜は、熱伝導率や絶縁性が劣るなどの課
題を有していた。また、半導体素子への応用を考えた場
合にも、素子性能を阻害することが予想される。
ント法は、簡便かつ低コストで硬質炭素被膜を形成する
ことができる。しかし、図２に示した従来例の熱フィラ
メント法で形成された硬質炭素被膜のラマンスペクトル
から判明する様に、１５００〜１６００ｃｍ−１にブロ
ードなピークを有する非ダイヤモンド成分（ｉカーボン
成分）を多く含有しており、非ダイヤモンド成分を含有
する硬質炭素被膜は、熱伝導率や絶縁性が劣るなどの課
題を有していた。また、半導体素子への応用を考えた場
合にも、素子性能を阻害することが予想される。
【０００６】そこで本発明の目的は、熱フィラメント法
の実用性を損なわずに、非ダイヤモンド成分の混入が少
ない硬質炭素被膜を形成させることである。
の実用性を損なわずに、非ダイヤモンド成分の混入が少
ない硬質炭素被膜を形成させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、合成装置内に内部電極を設けてグロー放電を生じさ
せ、その低温プラズマ中ないし近傍に熱フィラメントを
設置し、硬質炭素被膜を形成させた。
に、合成装置内に内部電極を設けてグロー放電を生じさ
せ、その低温プラズマ中ないし近傍に熱フィラメントを
設置し、硬質炭素被膜を形成させた。
【０００８】
【作用】炭化水素ガスからのダイヤモンド析出におい
て、水素ラジカルが重要な役割を演じている事は広く認
識されている。無機材質研究所研究報告書第３９号「ダ
イヤモンドに関する研究」３０頁から引用すると、”原
子状水素が不飽和結合や芳香族の炭素を飽和結合に変え
たり再ガス化して黒鉛構造の生成を抑制している”と記
されている。即ち、水素ラジカルないし水素ラジカルイ
オン濃度を増加させることで、グラファイト成分の少な
い硬質炭素被膜を形成することが可能となる。
て、水素ラジカルが重要な役割を演じている事は広く認
識されている。無機材質研究所研究報告書第３９号「ダ
イヤモンドに関する研究」３０頁から引用すると、”原
子状水素が不飽和結合や芳香族の炭素を飽和結合に変え
たり再ガス化して黒鉛構造の生成を抑制している”と記
されている。即ち、水素ラジカルないし水素ラジカルイ
オン濃度を増加させることで、グラファイト成分の少な
い硬質炭素被膜を形成することが可能となる。
【０００９】本発明では、熱フィラメントからの（熱
的）励起以外に、反応装置内に設置した内部電極のグロ
ー放電による水素ラジカルを生成させ、被覆しようとす
る基体表面近傍の水素ラジカル濃度の増加を図り、非ダ
イヤモンド成分の少ない硬質炭素被膜の形成を可能とし
た。
的）励起以外に、反応装置内に設置した内部電極のグロ
ー放電による水素ラジカルを生成させ、被覆しようとす
る基体表面近傍の水素ラジカル濃度の増加を図り、非ダ
イヤモンド成分の少ない硬質炭素被膜の形成を可能とし
た。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、合成装置の概略図である。被覆しよう
とする基体１と熱フィラメント２を挟んでチャンバー３
内部に、グロー放電を発生させるための内部電極４，５
（本実施例ではタングステン円盤を水平対向させて使用
し、電極の材質は、スパッタされ難い重金属を用い
た。）が設けてある。なお、両電極はチャンバー３に対
して絶縁されている。放電用の電源には、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波発振器６（最大出力５ｋｗ）を使用した。
明する。図１は、合成装置の概略図である。被覆しよう
とする基体１と熱フィラメント２を挟んでチャンバー３
内部に、グロー放電を発生させるための内部電極４，５
（本実施例ではタングステン円盤を水平対向させて使用
し、電極の材質は、スパッタされ難い重金属を用い
た。）が設けてある。なお、両電極はチャンバー３に対
して絶縁されている。放電用の電源には、１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波発振器６（最大出力５ｋｗ）を使用した。
【００１１】実施例での原料ガスには水素とメタンガス
を用いたが、熱フィラメント法で使用している他のガ
ス、例えばメタン以外の炭化水素ガス−水素ガス系，一
酸化炭素−二酸化炭素−水素ガス系，アルコール−水素
ガス系なども原理的に問題無く使用できる。前記ガス流
量をマスフローコントローラー７で制御し、排気側に設
けた流量調節バルブ８で圧力調整を行った。基体１に
は、ダイヤモンド粉末でスクラッチ処理したシリコンウ
ェハ片を使用した。タングステンからなるフィラメント
２の温度は光高温計により測定し、チャンバー３からア
イソレートされている加熱用電源９の出力を調整してコ
ントロールした。
を用いたが、熱フィラメント法で使用している他のガ
ス、例えばメタン以外の炭化水素ガス−水素ガス系，一
酸化炭素−二酸化炭素−水素ガス系，アルコール−水素
ガス系なども原理的に問題無く使用できる。前記ガス流
量をマスフローコントローラー７で制御し、排気側に設
けた流量調節バルブ８で圧力調整を行った。基体１に
は、ダイヤモンド粉末でスクラッチ処理したシリコンウ
ェハ片を使用した。タングステンからなるフィラメント
２の温度は光高温計により測定し、チャンバー３からア
イソレートされている加熱用電源９の出力を調整してコ
ントロールした。
【００１２】チャンバー内を排気後、水素ガス２９７ｓ
ｃｃｍ，メタンガス３ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力
０．００１〜１０Ｔｏｒｒの範囲に保った。次に、フィ
ラメントに通電し約２１００゜Ｃの温度に制御しながら
高周波を印加し、グロー放電を発生させた。なお、出力
については両極板間がプラズマで満たされかつ放電を維
持できる最小出力に固定したため、圧力が高い合成条件
ほど大きな出力となっている。
ｃｃｍ，メタンガス３ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力
０．００１〜１０Ｔｏｒｒの範囲に保った。次に、フィ
ラメントに通電し約２１００゜Ｃの温度に制御しながら
高周波を印加し、グロー放電を発生させた。なお、出力
については両極板間がプラズマで満たされかつ放電を維
持できる最小出力に固定したため、圧力が高い合成条件
ほど大きな出力となっている。
【００１３】２時間の析出後、析出物のＳＥＭ観察およ
びラマンスペクトルの測定を行った。圧力が０．００１
〜０．０１Ｔｏｒｒの範囲では、ウェハ上に薄くパウダ
ー状の物質が析出していたが、ラマンスペクトルにはピ
ークが認められなかった。ＥＤＸによる分析結果よりタ
ングステンが検出されたことより、電極がスパッタされ
たものと推測される。０．１〜１Ｔｏｒｒの圧力範囲で
は、自形面の良く発達した硬質炭素被膜が得られ、ラマ
ンスペクトルでも１３３３ｃｍ-1にダイヤモンドの鋭い
ピークが観察され、１５００ｃｍ-1付近に見られるｉカ
ーボンのブロードなピークは極めて弱いものであった。
しかし、１０Ｔｏｒｒでは放電が安定せず、合成を断念
した。図２に本発明による実施例で、１Ｔｏｒｒの圧力
で合成した被膜のラマンスペクトルを、図３に従来例で
同一条件（グロー放電なし）において合成した被膜のス
ペクトルを各々示した。図より明らかな様に、本発明に
より非ダイヤモンド成分（ｉカーボン）の少ない良質の
硬質炭素被膜が形成される。
びラマンスペクトルの測定を行った。圧力が０．００１
〜０．０１Ｔｏｒｒの範囲では、ウェハ上に薄くパウダ
ー状の物質が析出していたが、ラマンスペクトルにはピ
ークが認められなかった。ＥＤＸによる分析結果よりタ
ングステンが検出されたことより、電極がスパッタされ
たものと推測される。０．１〜１Ｔｏｒｒの圧力範囲で
は、自形面の良く発達した硬質炭素被膜が得られ、ラマ
ンスペクトルでも１３３３ｃｍ-1にダイヤモンドの鋭い
ピークが観察され、１５００ｃｍ-1付近に見られるｉカ
ーボンのブロードなピークは極めて弱いものであった。
しかし、１０Ｔｏｒｒでは放電が安定せず、合成を断念
した。図２に本発明による実施例で、１Ｔｏｒｒの圧力
で合成した被膜のラマンスペクトルを、図３に従来例で
同一条件（グロー放電なし）において合成した被膜のス
ペクトルを各々示した。図より明らかな様に、本発明に
より非ダイヤモンド成分（ｉカーボン）の少ない良質の
硬質炭素被膜が形成される。
【００１４】実施例では、原料ガスとその流量およびフ
ィラメント温度について詳細を検討していないが、グロ
ー放電の併用が何れの合成条件でも非ダイヤモンド成分
除去に効果があることが、容易に推測される。また、実
施例では内部電極の容量結合方式で低温プラズマを生成
させたが、誘導結合方式を採用しても同様な効果が得ら
れることは自明である。
ィラメント温度について詳細を検討していないが、グロ
ー放電の併用が何れの合成条件でも非ダイヤモンド成分
除去に効果があることが、容易に推測される。また、実
施例では内部電極の容量結合方式で低温プラズマを生成
させたが、誘導結合方式を採用しても同様な効果が得ら
れることは自明である。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように熱フィラ
メント法の合成装置に内部電極を設置し、グロー放電で
水素ラジカル濃度を増加させて硬質炭素被膜を形成する
ことで、非ダイヤモンド成分の少ない良質の硬質炭素被
膜が得られるという効果がある。
メント法の合成装置に内部電極を設置し、グロー放電で
水素ラジカル濃度を増加させて硬質炭素被膜を形成する
ことで、非ダイヤモンド成分の少ない良質の硬質炭素被
膜が得られるという効果がある。
【図１】本発明で使用した合成装置の概略説明図であ
る。
る。
【図２】従来の熱フィラメント法で形成した硬質炭素被
膜のラマンスペクトル図である。
膜のラマンスペクトル図である。
【図３】本発明で形成した硬質炭素被膜のラマンスペク
トル図である。
トル図である。
１ 基体 ２ 熱フィラメント ３ チャンバー ４，５ 部電極 ６ 高周波発振器 ７ マスフローコントローラー ８ 流量調節バルブ ９ 加熱用電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 瑞明 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 炭素を含有する原料ガスを熱分解し、基
体表面に硬質炭素被膜を形成する熱フィラメント法にお
いて、反応容器内に設置した内部電極で、グロー放電を
生じさせながら被覆を行うことを特徴とする硬質炭素被
膜の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31729892A JPH06158323A (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 硬質炭素被膜の気相合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31729892A JPH06158323A (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 硬質炭素被膜の気相合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06158323A true JPH06158323A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18086667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31729892A Pending JPH06158323A (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 硬質炭素被膜の気相合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06158323A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10259482A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 硬質炭素被膜の形成方法 |
| US6528115B1 (en) | 1997-03-19 | 2003-03-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hard carbon thin film and method of forming the same |
| US8007909B2 (en) * | 2004-04-19 | 2011-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Carbon film |
-
1992
- 1992-11-26 JP JP31729892A patent/JPH06158323A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10259482A (ja) * | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 硬質炭素被膜の形成方法 |
| US6528115B1 (en) | 1997-03-19 | 2003-03-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Hard carbon thin film and method of forming the same |
| US8007909B2 (en) * | 2004-04-19 | 2011-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Carbon film |
| US8501276B2 (en) | 2004-04-19 | 2013-08-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Carbon film |
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