JPH0789794A - 高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置 - Google Patents
高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置Info
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- JPH0789794A JPH0789794A JP26174393A JP26174393A JPH0789794A JP H0789794 A JPH0789794 A JP H0789794A JP 26174393 A JP26174393 A JP 26174393A JP 26174393 A JP26174393 A JP 26174393A JP H0789794 A JPH0789794 A JP H0789794A
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- Japan
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- thin film
- diamond thin
- highly oriented
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオンによる基板の損傷を回避し、結晶性が
良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成するこ
とができる高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置
を提供する。 【構成】 マイクロ波化学気相蒸着法によりダイヤモン
ド薄膜を合成する工程における当初の所定期間、基板２
及び基板と対向電極３との間に設置された格子状電極１
に、夫々基板用直流電源５及び格子状電極用直流電源６
により独立してバイアスを印加する。これにより、ダイ
ヤモンド薄膜を基板に対して一定方向に配向させる。
良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成するこ
とができる高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置
を提供する。 【構成】 マイクロ波化学気相蒸着法によりダイヤモン
ド薄膜を合成する工程における当初の所定期間、基板２
及び基板と対向電極３との間に設置された格子状電極１
に、夫々基板用直流電源５及び格子状電極用直流電源６
により独立してバイアスを印加する。これにより、ダイ
ヤモンド薄膜を基板に対して一定方向に配向させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トランジスタ及びダイ
オード等の電子部品、電子デバイス、サーミスタ及びホ
ール素子等のセンサー又はヒートシンク等に使用される
高配向性ダイヤモンド薄膜の形成方法及びその実施に使
用する装置に関する。
オード等の電子部品、電子デバイス、サーミスタ及びホ
ール素子等のセンサー又はヒートシンク等に使用される
高配向性ダイヤモンド薄膜の形成方法及びその実施に使
用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、大きなバンドギャッ
プ、高い飽和速度及び高い絶縁破壊電圧等の優れた電気
的特性を有すると共に、化学的不活性及び耐放射線性等
の耐環境性を兼ね備えた材料である。通常、ダイヤモン
ドは絶縁体であるが、ホウ素等の不純物を添加すること
により半導体特性を示す。また、気相合成により合成さ
れるダイヤモンド薄膜は任意の異種基板に形成できる。
これらの理由により、半導体ダイヤモンド薄膜は、高温
下、酸雰囲気又は原子炉内等で使用される耐環境性素
子、高周波又は高電界用素子等の電子部品、電子センサ
ー及び電子デバイス用の材料として極めて有用である。
プ、高い飽和速度及び高い絶縁破壊電圧等の優れた電気
的特性を有すると共に、化学的不活性及び耐放射線性等
の耐環境性を兼ね備えた材料である。通常、ダイヤモン
ドは絶縁体であるが、ホウ素等の不純物を添加すること
により半導体特性を示す。また、気相合成により合成さ
れるダイヤモンド薄膜は任意の異種基板に形成できる。
これらの理由により、半導体ダイヤモンド薄膜は、高温
下、酸雰囲気又は原子炉内等で使用される耐環境性素
子、高周波又は高電界用素子等の電子部品、電子センサ
ー及び電子デバイス用の材料として極めて有用である。
【０００３】ダイヤモンドを気相から合成する方法は公
知である（特開昭６１−３３２０）。しかし、この方法
はＳｉ基板を用いてダイヤモンド薄膜を合成する際、核
発生密度を増加させるために基板表面に傷つけ処理を行
っていたため、合成されたダイヤモンド薄膜は多結晶で
あり、電子デバイスへの応用に耐えうる品質のものでは
なかった。
知である（特開昭６１−３３２０）。しかし、この方法
はＳｉ基板を用いてダイヤモンド薄膜を合成する際、核
発生密度を増加させるために基板表面に傷つけ処理を行
っていたため、合成されたダイヤモンド薄膜は多結晶で
あり、電子デバイスへの応用に耐えうる品質のものでは
なかった。
【０００４】このため、結晶表面を破壊せずに核発生密
度を増加させる方法が開発された（S.Yugo, T.Kanai,
T.Kimura, T.Muto, Applied Physics Letters, Vol.58,
pp.1036-1038(1991)）。これは電界処理法とよばれ、
成膜直前に基板に負のバイアスを印加し、この状態で基
板をプラズマ中に一定時間曝し、その後通常の合成を行
うことにより未研磨のＳｉ基板上にダイヤモンド薄膜を
合成する技術である。その後、単結晶ＳｉＣ基板上への
配向成長（B.R.Stoner and J.T.Glass, AppliedPhysics
Letters, Vol.60, pp.698-700(1992)）、Ｓｉ基板上へ
の配向成長（S.D.Wolter, B.R.Stoner and J.T.Glass,
Applied Physics Letters, Vol.62, pp.1215-1217(199
3)）及びＳｉ基板上への配向成長（X.Jiang and C.P.Kl
ages, Diamond and Related Materials, Vol.2, pp.111
2-1113(1993)）が報告され、電子デバイスに利用可能な
大面積及び高品質のダイヤモンド薄膜を作製できる可能
性が示された。なお、高配向性ダイヤモンド薄膜とは基
板に対しほぼ一定方向に特定の面が配向して成長したダ
イヤモンド薄膜である。
度を増加させる方法が開発された（S.Yugo, T.Kanai,
T.Kimura, T.Muto, Applied Physics Letters, Vol.58,
pp.1036-1038(1991)）。これは電界処理法とよばれ、
成膜直前に基板に負のバイアスを印加し、この状態で基
板をプラズマ中に一定時間曝し、その後通常の合成を行
うことにより未研磨のＳｉ基板上にダイヤモンド薄膜を
合成する技術である。その後、単結晶ＳｉＣ基板上への
配向成長（B.R.Stoner and J.T.Glass, AppliedPhysics
Letters, Vol.60, pp.698-700(1992)）、Ｓｉ基板上へ
の配向成長（S.D.Wolter, B.R.Stoner and J.T.Glass,
Applied Physics Letters, Vol.62, pp.1215-1217(199
3)）及びＳｉ基板上への配向成長（X.Jiang and C.P.Kl
ages, Diamond and Related Materials, Vol.2, pp.111
2-1113(1993)）が報告され、電子デバイスに利用可能な
大面積及び高品質のダイヤモンド薄膜を作製できる可能
性が示された。なお、高配向性ダイヤモンド薄膜とは基
板に対しほぼ一定方向に特定の面が配向して成長したダ
イヤモンド薄膜である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
如く、高配向性膜の合成は成膜直前に基板に負のバイア
スを印加し、プラズマ中に一定時間曝した後、通常の合
成を行うことにより行われる。これは、基板に負のバイ
アスを印加することによりダイヤモンドの合成に必要な
活性な正イオンが数多く引き寄せられ、且つ適度なエネ
ルギーをもって衝突するため、基板を活性にするからで
あると考えられる。しかし、これらの正イオンは質量を
もっており、負バイアスにより加速されて基板に衝突
し、基板にダメージを引き起こす。つまり、基板の表面
の結晶性を破壊してしまう。また、この従来の方法で
は、正イオンの数とそのエネルギーを独立に制御するこ
とができないため、核発生に必要な正イオンの数を増や
すためにバイアス電圧を上げると、その一方でイオンの
エネルギーも増え、基板に与える損傷が大きくなる。通
常、高配向性ダイヤモンド薄膜の合成に必要なイオンを
引きつけるために印加する電圧は基板を活性にするのに
必要なエネルギーより大きい。従って、正イオンを引き
つけるためのバイアスの効果はイオンによる損傷で相殺
され、核発生密度及び結晶性が低下し、結晶性の良好な
高配向性膜を得ることができない。
如く、高配向性膜の合成は成膜直前に基板に負のバイア
スを印加し、プラズマ中に一定時間曝した後、通常の合
成を行うことにより行われる。これは、基板に負のバイ
アスを印加することによりダイヤモンドの合成に必要な
活性な正イオンが数多く引き寄せられ、且つ適度なエネ
ルギーをもって衝突するため、基板を活性にするからで
あると考えられる。しかし、これらの正イオンは質量を
もっており、負バイアスにより加速されて基板に衝突
し、基板にダメージを引き起こす。つまり、基板の表面
の結晶性を破壊してしまう。また、この従来の方法で
は、正イオンの数とそのエネルギーを独立に制御するこ
とができないため、核発生に必要な正イオンの数を増や
すためにバイアス電圧を上げると、その一方でイオンの
エネルギーも増え、基板に与える損傷が大きくなる。通
常、高配向性ダイヤモンド薄膜の合成に必要なイオンを
引きつけるために印加する電圧は基板を活性にするのに
必要なエネルギーより大きい。従って、正イオンを引き
つけるためのバイアスの効果はイオンによる損傷で相殺
され、核発生密度及び結晶性が低下し、結晶性の良好な
高配向性膜を得ることができない。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、イオンによる基板の損傷を回避し、結晶性
が良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成する
ことができる高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装
置を提供することを目的とする。
のであって、イオンによる基板の損傷を回避し、結晶性
が良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成する
ことができる高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装
置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高配向性ダ
イヤモンド薄膜形成方法は、マイクロ波化学気相蒸着法
によりダイヤモンド薄膜を合成する工程の初期の所定期
間、基板及び基板と対向電極との間に設置された格子状
電極に夫々独立してバイアスを印加することにより、前
記ダイヤモンド薄膜を基板に対して一定方向に配向させ
ることを特徴とする。
イヤモンド薄膜形成方法は、マイクロ波化学気相蒸着法
によりダイヤモンド薄膜を合成する工程の初期の所定期
間、基板及び基板と対向電極との間に設置された格子状
電極に夫々独立してバイアスを印加することにより、前
記ダイヤモンド薄膜を基板に対して一定方向に配向させ
ることを特徴とする。
【０００８】本発明に係る高配向性ダイヤモンド薄膜形
成装置は、チャンバと、このチャンバ内を排気する手段
と、前記チャンバ内に原料ガスを導入する手段と、前記
チャンバ内に設置された基板支持台と、この基板支持台
に対向する対向電極と、前記基板支持台と前記対向電極
との間に設けられた格子状電極と、前記基板及び前記格
子状電極に夫々独立にバイアスを印加する手段とを有す
ることを特徴とする。
成装置は、チャンバと、このチャンバ内を排気する手段
と、前記チャンバ内に原料ガスを導入する手段と、前記
チャンバ内に設置された基板支持台と、この基板支持台
に対向する対向電極と、前記基板支持台と前記対向電極
との間に設けられた格子状電極と、前記基板及び前記格
子状電極に夫々独立にバイアスを印加する手段とを有す
ることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明はダイヤモンドの合成に必要な活性な正
イオンを、基板の近傍にできるだけ多数引き寄せると共
に、基板の活性化に最適なエネルギーで基板に入射させ
ることを目的とするものである。このため、本発明にお
いては、格子状電極に負バイアスを印加することにより
基板に入射する正イオンの数を制御し、その背後に設置
した基板支持台を介して基板に電圧を印加することによ
りイオンの入射エネルギーを制御する。つまり、格子状
電極に印加された負バイアスにより引きつけたイオンを
基板に印加された電圧で減速し、最適なエネルギーで基
板に入射させることができる。これにより、合成に必要
な数の正イオンを引きつけるために格子状電極のバイア
ス電圧を上げても、基板を損傷させることなく基板をよ
り活性化させることができるエネルギーでイオンを基板
に到達させることができるため、高品質な高配向性膜を
得ることができる。
イオンを、基板の近傍にできるだけ多数引き寄せると共
に、基板の活性化に最適なエネルギーで基板に入射させ
ることを目的とするものである。このため、本発明にお
いては、格子状電極に負バイアスを印加することにより
基板に入射する正イオンの数を制御し、その背後に設置
した基板支持台を介して基板に電圧を印加することによ
りイオンの入射エネルギーを制御する。つまり、格子状
電極に印加された負バイアスにより引きつけたイオンを
基板に印加された電圧で減速し、最適なエネルギーで基
板に入射させることができる。これにより、合成に必要
な数の正イオンを引きつけるために格子状電極のバイア
ス電圧を上げても、基板を損傷させることなく基板をよ
り活性化させることができるエネルギーでイオンを基板
に到達させることができるため、高品質な高配向性膜を
得ることができる。
【００１０】本発明において使用するマイクロ波化学気
相蒸着法は、ダイヤモンド薄膜の気相合成法の１つとし
て広く知られている。このマイクロ波化学気相蒸着装置
としては、石英管反応容器を用いたものの他、ステンレ
ス製反応容器を使用したもの等でもよいことは勿論であ
る。
相蒸着法は、ダイヤモンド薄膜の気相合成法の１つとし
て広く知られている。このマイクロ波化学気相蒸着装置
としては、石英管反応容器を用いたものの他、ステンレ
ス製反応容器を使用したもの等でもよいことは勿論であ
る。
【００１１】基板及び格子状電極に印加するバイアス電
圧は直流電圧の他、交流電圧又は高周波電圧であっても
よい。この場合、印加する電圧の値は直流電圧の場合と
同じである必要はない。
圧は直流電圧の他、交流電圧又は高周波電圧であっても
よい。この場合、印加する電圧の値は直流電圧の場合と
同じである必要はない。
【００１２】基板には、単結晶シリコンの他、例えば、
炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン及び炭化タン
タル等の種々の炭化物又はチタニウムシリサイド、タン
グステンシリサイド及びタンタルムシリサイド等の種々
のシリサイド、並びにそれらを形成する単結晶チタン、
単結晶タングステン及び単結晶タンタルを使用する。ま
た、ダイヤモンドと格子定数が近い単結晶ニッケル、単
結晶銅又はニッケル−銅合金のいずれかを基板として使
用してもよい。
炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン及び炭化タン
タル等の種々の炭化物又はチタニウムシリサイド、タン
グステンシリサイド及びタンタルムシリサイド等の種々
のシリサイド、並びにそれらを形成する単結晶チタン、
単結晶タングステン及び単結晶タンタルを使用する。ま
た、ダイヤモンドと格子定数が近い単結晶ニッケル、単
結晶銅又はニッケル−銅合金のいずれかを基板として使
用してもよい。
【００１３】格子状電極とはイオンなどがその進路を妨
げられることなく通過できる隙間が存在する電極のこと
である。このため、その形状は格子状、網状、パンチン
グメタル等、任意である。
げられることなく通過できる隙間が存在する電極のこと
である。このため、その形状は格子状、網状、パンチン
グメタル等、任意である。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例についてその比較例と
比較して説明する。
比較して説明する。
【００１５】図１は本発明の実施例にて使用する石英管
型マイクロ波化学気相蒸着装置の概略を示す模式図であ
る。図１に示すように、この石英管型マイクロ波化学気
相蒸着装置は、チャンバ１３内に、支持棒１４に支持さ
れた基板支持台１５がその面を水平にして配置されてい
る。この基板支持台１５上には、基板２が載置されるよ
うになっており、支持棒１４の上下動により基板２の上
下位置が調節されるようになっている。そして、このチ
ャンバ１３内の基板２の近傍にマイクロ波を照射するた
めのマイクロ波導波管７がその長手方向を水平にしてチ
ャンバ外に設置されている。この導波管７の一端部に
は、マイクロ波電源１０と、このマイクロ波電源１０か
ら発振されたマイクロ波の反射波がマイクロ波電源１０
に入ることを防止するアイソレータ９と、この反射波が
最小となるよう調整するチューナ８とが設置されてい
る。また、導波管７の他端部には、マイクロ波の共振位
置を調整するか、又はプラズマ位置を調整するプランジ
ャ１６が配置されている。そして、チャンバ１３の上端
部には原料ガス１１の導入口１７が設けられており、そ
の下端部には排気１２を真空ポンプに排出するための排
気口１８が設けられている。これにより、排気口１８を
介してチャンバ内を真空排気すると共に、導入口１７を
介して原料ガスをチャンバ内に供給することができる。
また、チャンバ内の基板支持台１５の上方には、平板状
の電極３が基板支持台１５上の基板２と対向するように
配置されている。そして、この基板支持台１５と対向電
極３とは、外部の直流電源５に接続されていて、これに
より、基板２と電極３との間には所定の直流電圧が印加
されるようになっている。
型マイクロ波化学気相蒸着装置の概略を示す模式図であ
る。図１に示すように、この石英管型マイクロ波化学気
相蒸着装置は、チャンバ１３内に、支持棒１４に支持さ
れた基板支持台１５がその面を水平にして配置されてい
る。この基板支持台１５上には、基板２が載置されるよ
うになっており、支持棒１４の上下動により基板２の上
下位置が調節されるようになっている。そして、このチ
ャンバ１３内の基板２の近傍にマイクロ波を照射するた
めのマイクロ波導波管７がその長手方向を水平にしてチ
ャンバ外に設置されている。この導波管７の一端部に
は、マイクロ波電源１０と、このマイクロ波電源１０か
ら発振されたマイクロ波の反射波がマイクロ波電源１０
に入ることを防止するアイソレータ９と、この反射波が
最小となるよう調整するチューナ８とが設置されてい
る。また、導波管７の他端部には、マイクロ波の共振位
置を調整するか、又はプラズマ位置を調整するプランジ
ャ１６が配置されている。そして、チャンバ１３の上端
部には原料ガス１１の導入口１７が設けられており、そ
の下端部には排気１２を真空ポンプに排出するための排
気口１８が設けられている。これにより、排気口１８を
介してチャンバ内を真空排気すると共に、導入口１７を
介して原料ガスをチャンバ内に供給することができる。
また、チャンバ内の基板支持台１５の上方には、平板状
の電極３が基板支持台１５上の基板２と対向するように
配置されている。そして、この基板支持台１５と対向電
極３とは、外部の直流電源５に接続されていて、これに
より、基板２と電極３との間には所定の直流電圧が印加
されるようになっている。
【００１６】本実施例においては、特に基板支持台１５
の上方の近傍に、即ち基板支持台１５と対向電極３との
間の基板支持台１５の近傍に、格子状電極１が設置され
ている。そして、この格子状電極１には、外部の直流電
源６に接続されていて、格子状電極１には直流電源６に
より基板支持台１５（即ち、基板２）に対するバイアス
とは別に、独立して所定のバイアスを印加できるように
なっている。
の上方の近傍に、即ち基板支持台１５と対向電極３との
間の基板支持台１５の近傍に、格子状電極１が設置され
ている。そして、この格子状電極１には、外部の直流電
源６に接続されていて、格子状電極１には直流電源６に
より基板支持台１５（即ち、基板２）に対するバイアス
とは別に、独立して所定のバイアスを印加できるように
なっている。
【００１７】このように構成された合成装置において
は、チャンバ内を所定の減圧下の原料ガス雰囲気にし、
基板２及び格子状電極１に夫々所定の直流電圧を印加し
つつ、マイクロ波を照射すると、原料ガスが電離してプ
ラズマ４が基板２の近傍に発生する。このとき、プラズ
マ４中のイオンは、格子状電極１に印加されたバイアス
により基板２の近傍まで引き寄せられる。このようにし
て格子状電極１により引きつけられたイオンは、基板２
に印加された電圧により減速され、基板２へのイオンの
入射エネルギが抑制され、最適なエネルギでイオンが基
板２に入射する。これにより、基板２を損傷させること
なく、ダイヤモンド粒子を基板上に形成することがで
き、高配向性ダイヤモンド薄膜が基板上に形成される。
は、チャンバ内を所定の減圧下の原料ガス雰囲気にし、
基板２及び格子状電極１に夫々所定の直流電圧を印加し
つつ、マイクロ波を照射すると、原料ガスが電離してプ
ラズマ４が基板２の近傍に発生する。このとき、プラズ
マ４中のイオンは、格子状電極１に印加されたバイアス
により基板２の近傍まで引き寄せられる。このようにし
て格子状電極１により引きつけられたイオンは、基板２
に印加された電圧により減速され、基板２へのイオンの
入射エネルギが抑制され、最適なエネルギでイオンが基
板２に入射する。これにより、基板２を損傷させること
なく、ダイヤモンド粒子を基板上に形成することがで
き、高配向性ダイヤモンド薄膜が基板上に形成される。
【００１８】このようにして形成される高配向性ダイヤ
モンド薄膜を基板として、本実施例により、図３乃至図
８に示すようにダイヤモンドをエピタキシャル成長する
ことができる。
モンド薄膜を基板として、本実施例により、図３乃至図
８に示すようにダイヤモンドをエピタキシャル成長する
ことができる。
【００１９】図３は基板２１上に本実施例により絶縁性
高配向性ダイヤモンド薄膜２２が形成され、更にこの絶
縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２２を基板として絶縁性
ダイヤモンド薄膜２３が形成されている。
高配向性ダイヤモンド薄膜２２が形成され、更にこの絶
縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２２を基板として絶縁性
ダイヤモンド薄膜２３が形成されている。
【００２０】図４は基板２１の上の絶縁性高配向性ダイ
ヤモンド薄膜２２を基板として、半導体ダイヤモンド薄
膜２４が形成されている。
ヤモンド薄膜２２を基板として、半導体ダイヤモンド薄
膜２４が形成されている。
【００２１】図５は図３の半導体装置の絶縁性ダイヤモ
ンド薄膜２３の上に、半導体ダイヤモンド薄膜２４が形
成されたものである。
ンド薄膜２３の上に、半導体ダイヤモンド薄膜２４が形
成されたものである。
【００２２】これらの図３〜５の高配向性ダイヤモンド
薄膜２２は絶縁性であるが、図６に示すように、基板２
１の上に高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２５を形成す
ることもできる。
薄膜２２は絶縁性であるが、図６に示すように、基板２
１の上に高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２５を形成す
ることもできる。
【００２３】また、図７に示すように、基板２１上に絶
縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２２を形成した後、図８
に示すように、基板２１を除去し、高配向性ダイヤモン
ド薄膜２２を単体で得ることもできる。
縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２２を形成した後、図８
に示すように、基板２１を除去し、高配向性ダイヤモン
ド薄膜２２を単体で得ることもできる。
【００２４】次に、本実施例により高配向性ダイヤモン
ド薄膜を形成し、その特性を比較例と比較した結果につ
いて説明する。
ド薄膜を形成し、その特性を比較例と比較した結果につ
いて説明する。
【００２５】実施例１ 図１に示す本発明のマイクロ波化学気相蒸着装置を用い
て高配向性ダイヤモンド薄膜を合成した（実施例１）。
て高配向性ダイヤモンド薄膜を合成した（実施例１）。
【００２６】また、比較のため格子状電極を設けずに、
基板にのみバイアスを印加するようにした構造をもつマ
イクロ波化学気相蒸着装置で高配向性ダイヤモンド薄膜
の合成を行った（比較例１）。
基板にのみバイアスを印加するようにした構造をもつマ
イクロ波化学気相蒸着装置で高配向性ダイヤモンド薄膜
の合成を行った（比較例１）。
【００２７】高配向性ダイヤモンド薄膜の形成はＳｉ基
板を用いて次の３ステップにより行った。
板を用いて次の３ステップにより行った。
【００２８】（ステップ１）高配向性ダイヤモンド薄膜
を形成する基板として方位（１００）のシリコンウエハ
を用いた。基板をマイクロ波化学気相蒸着装置に入れ、
メタン５％、水素９５％、ガス圧２０Torr、ガス流量１
００cc/min、基板温度７５０℃で６０分間処理した。マ
イクロ波入力パワーはほぼ１０００Ｗであったが、基板
温度を７５０℃に維持するように微調整した。
を形成する基板として方位（１００）のシリコンウエハ
を用いた。基板をマイクロ波化学気相蒸着装置に入れ、
メタン５％、水素９５％、ガス圧２０Torr、ガス流量１
００cc/min、基板温度７５０℃で６０分間処理した。マ
イクロ波入力パワーはほぼ１０００Ｗであったが、基板
温度を７５０℃に維持するように微調整した。
【００２９】（ステップ２）ステップ１の終了後、基板
温度を７００℃に下げ、同時に実施例１では格子状電極
に−２００Ｖ、基板には−１３０Ｖを印加し、比較例１
では基板にのみ−２００Ｖの直流バイアスを印加した。
処理時間は１５分間である。負バイアスによる電流量
は、実施例１では格子状電極で、比較例１では基板で測
定した結果、いずれも約１５ｍＡ／ｃｍ2であった。
温度を７００℃に下げ、同時に実施例１では格子状電極
に−２００Ｖ、基板には−１３０Ｖを印加し、比較例１
では基板にのみ−２００Ｖの直流バイアスを印加した。
処理時間は１５分間である。負バイアスによる電流量
は、実施例１では格子状電極で、比較例１では基板で測
定した結果、いずれも約１５ｍＡ／ｃｍ2であった。
【００３０】（ステップ３）その後、メタン０．５％、
水素９９．４％、酸素０．１％、ガス圧３５Torr、ガス
流量１００cc/min、基板温度８００℃で２０時間合成を
続けた。この結果、膜厚が約１０μｍで高配向したダイ
ヤモンド薄膜が合成できた。
水素９９．４％、酸素０．１％、ガス圧３５Torr、ガス
流量１００cc/min、基板温度８００℃で２０時間合成を
続けた。この結果、膜厚が約１０μｍで高配向したダイ
ヤモンド薄膜が合成できた。
【００３１】以上のようにして作製した２種類の高配向
性ダイヤモンド薄膜を、下記条件で評価した。即ち、評
価は表面が（１００）面で覆われている率を配向率とし
て両者を比較した。同時に、両試料のラマン散乱測定を
行い、その半値幅を評価した。その結果を下記表１に示
す。この表１から明らかなように、実施例１ではイオン
の損傷を受けることがないため、良好な高配向性ダイヤ
モンド薄膜が形成されている。これに対し、比較例１の
場合は配向率が低く半値幅が広い。
性ダイヤモンド薄膜を、下記条件で評価した。即ち、評
価は表面が（１００）面で覆われている率を配向率とし
て両者を比較した。同時に、両試料のラマン散乱測定を
行い、その半値幅を評価した。その結果を下記表１に示
す。この表１から明らかなように、実施例１ではイオン
の損傷を受けることがないため、良好な高配向性ダイヤ
モンド薄膜が形成されている。これに対し、比較例１の
場合は配向率が低く半値幅が広い。
【００３２】
【表１】
【００３３】実施例２ 次に、格子状電極及び基板に印加するバイアス電圧を種
々に変化させて高配向性ダイヤモンド薄膜を合成した
（試料１から５）。また、比較のため格子状電極を設け
ず、基板にのみバイアス印加可能な構造をもつ装置でも
ダイヤモンド薄膜を合成した（試料６から１０）。
々に変化させて高配向性ダイヤモンド薄膜を合成した
（試料１から５）。また、比較のため格子状電極を設け
ず、基板にのみバイアス印加可能な構造をもつ装置でも
ダイヤモンド薄膜を合成した（試料６から１０）。
【００３４】（ステップ１）高配向性ダイヤモンド薄膜
を形成する基板として方位（１００）のシリコンウエハ
を用いた。基板をマイクロ波化学気相蒸着装置に入れ、
メタン３％、水素９７％、ガス圧２５Torr、ガス流量１
００cc/min、基板温度８３０℃で１２０分間処理した。
これと同時に基板に負バイアス電圧を印加した。負バイ
アスは試料１から５には格子状電極に−５０から−３５
０Ｖ、基板には２０から−２８０Ｖの範囲で、また試料
６から１０には基板に−５０から−３５０Ｖの範囲で印
加した。
を形成する基板として方位（１００）のシリコンウエハ
を用いた。基板をマイクロ波化学気相蒸着装置に入れ、
メタン３％、水素９７％、ガス圧２５Torr、ガス流量１
００cc/min、基板温度８３０℃で１２０分間処理した。
これと同時に基板に負バイアス電圧を印加した。負バイ
アスは試料１から５には格子状電極に−５０から−３５
０Ｖ、基板には２０から−２８０Ｖの範囲で、また試料
６から１０には基板に−５０から−３５０Ｖの範囲で印
加した。
【００３５】（ステップ２）その後、メタン０．５％、
水素９９．４％、酸素０．１％、ガス圧３５Torr、ガス
流量１００cc/min、基板温度８００℃で３０時間合成を
続けた。この結果、膜厚が約１５μｍで高配向したダイ
ヤモンド薄膜を合成できた。
水素９９．４％、酸素０．１％、ガス圧３５Torr、ガス
流量１００cc/min、基板温度８００℃で３０時間合成を
続けた。この結果、膜厚が約１５μｍで高配向したダイ
ヤモンド薄膜を合成できた。
【００３６】このようにして作製した試料１〜１０の１
０種類の高配向性ダイヤモンド薄膜の配向率を測定し
た。その結果を図２に示す。図２は横軸にステップ１の
バイアス電圧をとり、縦軸に配向率をとって両者の関係
を示す。試料１から５まではこのバイアス電圧は格子状
電極に印加した電圧であり、試料６から１０まではバイ
アス電圧とは基板に印加した電圧である。この図２から
明らかなように、本発明により、配向率が極めて高い高
配向性ダイヤモンド薄膜を安定して形成できる。
０種類の高配向性ダイヤモンド薄膜の配向率を測定し
た。その結果を図２に示す。図２は横軸にステップ１の
バイアス電圧をとり、縦軸に配向率をとって両者の関係
を示す。試料１から５まではこのバイアス電圧は格子状
電極に印加した電圧であり、試料６から１０まではバイ
アス電圧とは基板に印加した電圧である。この図２から
明らかなように、本発明により、配向率が極めて高い高
配向性ダイヤモンド薄膜を安定して形成できる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板がイオンによる損傷を受けることが少ないため、結
晶性が良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成
できる。
基板がイオンによる損傷を受けることが少ないため、結
晶性が良く、高品質な高配向性ダイヤモンド薄膜を形成
できる。
【図１】本発明の実施例に係る高配向性ダイヤモンド薄
膜形成装置の概略を示す模式図である。
膜形成装置の概略を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例の配向率を比較して
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
【図３】高配向性ダイヤモンド薄膜２２を基板として用
い、絶縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２３をエピタキシ
ャル成長させた積層構造を示す断面図である。
い、絶縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２３をエピタキシ
ャル成長させた積層構造を示す断面図である。
【図４】高配向性ダイヤモンド薄膜２２を基板として用
い、高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２４をエピタキシ
ャル成長させた積層構造を示す断面図である。
い、高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２４をエピタキシ
ャル成長させた積層構造を示す断面図である。
【図５】高配向性ダイヤモンド薄膜２２を基板として用
い、絶縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２３をエピタキシ
ャル成長させ、更に高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２
４をエピタキシャル成長させた積層構造を示す断面図で
ある。
い、絶縁性高配向性ダイヤモンド薄膜２３をエピタキシ
ャル成長させ、更に高配向性半導体ダイヤモンド薄膜２
４をエピタキシャル成長させた積層構造を示す断面図で
ある。
【図６】高配向性ダイヤモンド薄膜を基板として用い、
合成中にボロンを含むガスを添加することにより高配向
性半導体ダイヤモンド薄膜２５を形成した積層構造を示
す断面図である。
合成中にボロンを含むガスを添加することにより高配向
性半導体ダイヤモンド薄膜２５を形成した積層構造を示
す断面図である。
【図７】高配向性ダイヤモンド薄膜を単体で得るための
第１工程を示す断面図である。
第１工程を示す断面図である。
【図８】同じく高配向性ダイヤモンド薄膜を単体で得る
ための第２工程を示す断面図である。
ための第２工程を示す断面図である。
１；格子状電極 ２；基板 ３；対向電極 ４；プラズマ ５；基板用直流電源 ６；格子状電極用直流電源 ７；導波管 ８；チューナー ９；アイソレータ １０；マイクロ波電源 １７；ガス導入口 １８；真空排気口 ２１；基板 ２２；絶縁性高配向性ダイヤモンド薄膜 ２３；絶縁性ダイヤモンド薄膜 ２４；半導体ダイヤモンド薄膜 ２５；高配向性半導体ダイヤモンド薄膜
Claims (5)
- 【請求項１】 マイクロ波化学気相蒸着法によりダイヤ
モンド薄膜を合成する工程の初期の所定期間、基板及び
基板と対向電極との間に設置された格子状電極に夫々独
立してバイアスを印加することにより、前記ダイヤモン
ド薄膜を基板に対して一定方向に配向させることを特徴
とする高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法。 - 【請求項２】 前記バイアスを印加する前記所定期間に
おいて、ガスとして容量割合で０．１乃至１０％の水素
希釈した炭化水素を使用し、ガス圧を１乃至５０Torr、
基板温度を５００乃至１１００℃に設定し、前記格子状
電極に−１乃至−３５０Ｖの直流電圧を、前記基板に−
３５０乃至３５０Ｖの直流電圧を１乃至１５０分間印加
することを特徴とする請求項１に記載の高配向性ダイヤ
モンド薄膜形成方法。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド薄膜の合成工程の前
に、ガスとして容量割合で０．１乃至１０％の水素希釈
した炭化水素を使用し、ガス圧を１乃至５０Torr、基板
温度を６５０乃至１１００℃に設定したプラズマ中に前
記基板を１０乃至１５０分間置くことにより前記基板を
炭化処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の
高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法。 - 【請求項４】 チャンバと、このチャンバ内を排気する
手段と、前記チャンバ内に原料ガスを導入する手段と、
前記チャンバ内に設置された基板支持台と、この基板支
持台に対向する対向電極と、前記基板支持台と前記対向
電極との間に設けられた格子状電極と、前記基板及び前
記格子状電極に夫々独立にバイアスを印加する手段とを
有することを特徴とする高配向性ダイヤモンド薄膜形成
装置。 - 【請求項５】 前記基板支持台上には炭化処理した基板
を設置することを特徴とする請求項４に記載の高配向性
ダイヤモンド薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26174393A JPH0789794A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26174393A JPH0789794A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0789794A true JPH0789794A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=17366096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26174393A Pending JPH0789794A (ja) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 高配向性ダイヤモンド薄膜形成方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0789794A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2300425A (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-06 | Kobe Steel Europ Ltd | Nucleation of diamond films using an electrode |
| WO2008155087A2 (de) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | Universität Augsburg | Plasmareaktor und verfahren zur herstellung einkristalliner diamantschichten |
-
1993
- 1993-09-24 JP JP26174393A patent/JPH0789794A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2300425A (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-06 | Kobe Steel Europ Ltd | Nucleation of diamond films using an electrode |
| WO2008155087A2 (de) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | Universität Augsburg | Plasmareaktor und verfahren zur herstellung einkristalliner diamantschichten |
| WO2008155087A3 (de) * | 2007-06-20 | 2009-03-19 | Univ Augsburg | Plasmareaktor und verfahren zur herstellung einkristalliner diamantschichten |
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