JPH09309794A - ダイヤモンド膜およびその合成方法 - Google Patents
ダイヤモンド膜およびその合成方法Info
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- JPH09309794A JPH09309794A JP12969296A JP12969296A JPH09309794A JP H09309794 A JPH09309794 A JP H09309794A JP 12969296 A JP12969296 A JP 12969296A JP 12969296 A JP12969296 A JP 12969296A JP H09309794 A JPH09309794 A JP H09309794A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶性の優れたダイヤモンド膜およびその合
成方法を提供する。 【解決手段】 立方晶の半導体、金属、炭化物、酸化物
基板上に｛１１１｝または｛１１０｝からなる凹凸のパ
ターンが形成された基板に、金属をヘテロエピタキシャ
ル成長させ、さらにその上にダイヤモンドを成長させる
ことにより結晶性の優れたダイヤモンド膜を成長させる
ことができる。
成方法を提供する。 【解決手段】 立方晶の半導体、金属、炭化物、酸化物
基板上に｛１１１｝または｛１１０｝からなる凹凸のパ
ターンが形成された基板に、金属をヘテロエピタキシャ
ル成長させ、さらにその上にダイヤモンドを成長させる
ことにより結晶性の優れたダイヤモンド膜を成長させる
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ダイヤモンド膜
およびその合成方法に関し、より特定的には、半導体デ
バイス用の基板、高熱伝導のヒートシンクまたは高光透
過特性の光学部品として利用可能な高品質のダイヤモン
ド膜およびその合成方法に関するものである。
およびその合成方法に関し、より特定的には、半導体デ
バイス用の基板、高熱伝導のヒートシンクまたは高光透
過特性の光学部品として利用可能な高品質のダイヤモン
ド膜およびその合成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド膜を異種の基板上に成長さ
せるためには、まずダイヤモンド粒子が核発生し、続い
て成長が始まる。ヘテロエピタキシャル成長において
は、核発生させた後に配向条件で成長させるという方法
がとられる。
せるためには、まずダイヤモンド粒子が核発生し、続い
て成長が始まる。ヘテロエピタキシャル成長において
は、核発生させた後に配向条件で成長させるという方法
がとられる。
【０００３】たとえば、｛１００｝エピタキシャル成長
においては、ダイヤモンド膜の｛１００｝の成長速度を
他の方位面の成長速度に比較して大きい条件で成長させ
ることができる。
においては、ダイヤモンド膜の｛１００｝の成長速度を
他の方位面の成長速度に比較して大きい条件で成長させ
ることができる。
【０００４】ダイヤモンド膜のヘテロエピタキシャル成
長が報告されているのは、立方晶窒化硼素（Koizumi et
al. Appl. Phys. Lett. 57 （1990）563 ）、珪素（Ji
angand Klages Diamond and Related Mater.2（1993）1
112）、炭化珪素（Stoner and Glass Appl. Phys. Lett
60（1992）698 ）、ニッケル（藤田ら、ダイヤモンド
シンポジウム予稿集）、銅、白金、黒鉛、酸化ベリリウ
ム、イリジウム（犬塚ら 応用物理学会 １９９６春、
東洋大学）などである。
長が報告されているのは、立方晶窒化硼素（Koizumi et
al. Appl. Phys. Lett. 57 （1990）563 ）、珪素（Ji
angand Klages Diamond and Related Mater.2（1993）1
112）、炭化珪素（Stoner and Glass Appl. Phys. Lett
60（1992）698 ）、ニッケル（藤田ら、ダイヤモンド
シンポジウム予稿集）、銅、白金、黒鉛、酸化ベリリウ
ム、イリジウム（犬塚ら 応用物理学会 １９９６春、
東洋大学）などである。
【０００５】このうちケイ素、炭化ケイ素、イリジウム
については、Yugoらにより提唱された基板負バイアス処
理が用いられている。これは、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法において基板にプラズマに対して負の電位を与える
ものである。
については、Yugoらにより提唱された基板負バイアス処
理が用いられている。これは、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法において基板にプラズマに対して負の電位を与える
ものである。
【０００６】その機構は、イオン障壁の効果やラジカル
濃縮化の効果などが提案されているが、詳細はわかって
いない。この方法で均一に核発生させるためには、プラ
ズマが均一に発生し、なおかつ基板の表面上で均一な電
界が生じなければならないため、非常に困難な方法であ
る。
濃縮化の効果などが提案されているが、詳細はわかって
いない。この方法で均一に核発生させるためには、プラ
ズマが均一に発生し、なおかつ基板の表面上で均一な電
界が生じなければならないため、非常に困難な方法であ
る。
【０００７】最近、新谷（１９９５年秋季応用物理学
会：予稿集２６ａ−ＰＡ−１）により、ダイヤモンド膜
が白金基板上にもヘテロエピタキシャル成長することが
報告された（応用物理学会 １９９５年８月 金沢工
大）。これは、基板上への核発生処理が比較的再現性の
高い超音波傷付け処理（Yugoら）を用いている。
会：予稿集２６ａ−ＰＡ−１）により、ダイヤモンド膜
が白金基板上にもヘテロエピタキシャル成長することが
報告された（応用物理学会 １９９５年８月 金沢工
大）。これは、基板上への核発生処理が比較的再現性の
高い超音波傷付け処理（Yugoら）を用いている。
【０００８】基板負バイアス処理のように面積的な限界
のない核発生処理方法でヘテロエピタキシャル成長して
いる点で注目され、新たな基板として期待されている。
のない核発生処理方法でヘテロエピタキシャル成長して
いる点で注目され、新たな基板として期待されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た成長方法の問題点としては、白金上のエピタキシャル
成長では、｛１１１｝面のみ可能である点が挙げられ
る。
た成長方法の問題点としては、白金上のエピタキシャル
成長では、｛１１１｝面のみ可能である点が挙げられ
る。
【００１０】これは、白金がダイヤモンド膜の成膜が始
まると同時に｛１１１｝配向となろうとするためであ
る。すなわち、白金もしくは白金膜の表面がたとえば
｛１００｝の状態であっても、最も表面エネルギの小さ
い結晶面が｛１１１｝であるため、表面近傍の白金結晶
が｛１１１｝の表面に形成されるように並び換わって多
結晶化するため、その上に成長するダイヤモンドは多結
晶となってしまう。
まると同時に｛１１１｝配向となろうとするためであ
る。すなわち、白金もしくは白金膜の表面がたとえば
｛１００｝の状態であっても、最も表面エネルギの小さ
い結晶面が｛１１１｝であるため、表面近傍の白金結晶
が｛１１１｝の表面に形成されるように並び換わって多
結晶化するため、その上に成長するダイヤモンドは多結
晶となってしまう。
【００１１】ダイヤモンドのホモエピタキシャル成長で
も、｛１００｝基板上に最もよい結晶性のダイヤモンド
が成長することが知られており、ヘテロエピタキシャル
成長においても｛１００｝エピタキシャル成長が望まれ
ている。
も、｛１００｝基板上に最もよい結晶性のダイヤモンド
が成長することが知られており、ヘテロエピタキシャル
成長においても｛１００｝エピタキシャル成長が望まれ
ている。
【００１２】｛１１１｝エピタキシャル成長では、ホモ
エピタキシャル成長においてさえ、１８０°（６０°）
回転した成分（｛１１１｝双晶）を含んでしまい、良好
な結晶を成長させることは困難であり、したがって白金
上へのヘトロエピタキシャル成長膜は１８０°回転した
成分を多く含むものとなっている。
エピタキシャル成長においてさえ、１８０°（６０°）
回転した成分（｛１１１｝双晶）を含んでしまい、良好
な結晶を成長させることは困難であり、したがって白金
上へのヘトロエピタキシャル成長膜は１８０°回転した
成分を多く含むものとなっている。
【００１３】Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｉｒ基板上に基板負バイア
ス処理を用いて核発生させる場合には、均一な核発生が
困難でり、白金やニッケルを基板として傷付け処理を用
いて核発生させる場合には｛１１１｝成長は可能である
が｛１００｝成長を行なうことが不可能であった。さら
に、基板として黒鉛や酸化ベリリウムを用いた場合は、
結晶構造の対称性から、ダイヤモンド膜の成長は｛１１
１｝にしか期待することができない。
ス処理を用いて核発生させる場合には、均一な核発生が
困難でり、白金やニッケルを基板として傷付け処理を用
いて核発生させる場合には｛１１１｝成長は可能である
が｛１００｝成長を行なうことが不可能であった。さら
に、基板として黒鉛や酸化ベリリウムを用いた場合は、
結晶構造の対称性から、ダイヤモンド膜の成長は｛１１
１｝にしか期待することができない。
【００１４】このように、一部の金属では、｛１１１｝
のみヘテロエピタキシャル成長が可能であり、｛１１
１｝成長では、双晶形成が避けられないことが問題であ
る。
のみヘテロエピタキシャル成長が可能であり、｛１１
１｝成長では、双晶形成が避けられないことが問題であ
る。
【００１５】ヘテロエピタキシャル成長では、まず核発
生を起こし、続いて配向成長条件での成長を行なうこと
が多い。たとえば、｛１００｝ヘテロエピタキシャル成
長では、核発生の時点においては方位の乱れた核も発生
するが、｛１００｝面の成長速度の速い条件で成長する
ことにより、図４に示すように、非エピタキシャル成分
は埋込まれてしまう。
生を起こし、続いて配向成長条件での成長を行なうこと
が多い。たとえば、｛１００｝ヘテロエピタキシャル成
長では、核発生の時点においては方位の乱れた核も発生
するが、｛１００｝面の成長速度の速い条件で成長する
ことにより、図４に示すように、非エピタキシャル成分
は埋込まれてしまう。
【００１６】なお、図４において、１は、異種基材
（｛１００｝）基板を示し、２は、ヘテロエピタキシャ
ル成長したダイヤモンド膜を示し、３は、方位の乱れた
ダイヤモンド膜を示している。
（｛１００｝）基板を示し、２は、ヘテロエピタキシャ
ル成長したダイヤモンド膜を示し、３は、方位の乱れた
ダイヤモンド膜を示している。
【００１７】一方、｛１１１｝ヘテロエピタキシャル成
長においては、｛１１１｝の成長速度が大きい条件が選
ばれる。しかし、｛１１１｝膜の成長において正常に成
長した成分と双晶成分とはいずれも図５および図６に示
すように、｛１１１｝となるため、双晶成分は淘汰され
ることなく生き残ってしまう。
長においては、｛１１１｝の成長速度が大きい条件が選
ばれる。しかし、｛１１１｝膜の成長において正常に成
長した成分と双晶成分とはいずれも図５および図６に示
すように、｛１１１｝となるため、双晶成分は淘汰され
ることなく生き残ってしまう。
【００１８】なお、図５および図６は、｛１１１｝配向
条件における｛１１１｝ヘテロエピタキシャル成長を示
す模式図であり、図５は、上面図、図６は断面図を示し
ており、図中において４は異種基材（｛１１１｝）基板
を示し、５は、ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモ
ンド膜を示し、６は、双晶ダイヤモンド膜を示し、７
は、全く方位の乱れたダイヤモンド膜を示している。
条件における｛１１１｝ヘテロエピタキシャル成長を示
す模式図であり、図５は、上面図、図６は断面図を示し
ており、図中において４は異種基材（｛１１１｝）基板
を示し、５は、ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモ
ンド膜を示し、６は、双晶ダイヤモンド膜を示し、７
は、全く方位の乱れたダイヤモンド膜を示している。
【００１９】したがって、本発明の目的は、ダイヤモン
ド膜をヘテロエピタキシャル成長を用いて｛１００｝の
大面積基板上に成長させることのできるダイヤモンド膜
およびその合成方法を提供することにある。
ド膜をヘテロエピタキシャル成長を用いて｛１００｝の
大面積基板上に成長させることのできるダイヤモンド膜
およびその合成方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】この発明に基づいたダイ
ヤモンド膜の合成方法においては、まず、 立方晶の半
導体、金属、炭化物あるいは酸化物であり、かつ、法線
方向が＜１００＞または＜１００＞から１０°以内であ
る基板の表面に、｛１１１｝または｛１１０｝からなる
凹凸パターンが形成される。その後、この凹凸パターン
の表面に、ヘテロエピタキシャル成長により金属膜が形
成される。次に、この金属膜の上にダイヤモンド膜が成
長される。
ヤモンド膜の合成方法においては、まず、 立方晶の半
導体、金属、炭化物あるいは酸化物であり、かつ、法線
方向が＜１００＞または＜１００＞から１０°以内であ
る基板の表面に、｛１１１｝または｛１１０｝からなる
凹凸パターンが形成される。その後、この凹凸パターン
の表面に、ヘテロエピタキシャル成長により金属膜が形
成される。次に、この金属膜の上にダイヤモンド膜が成
長される。
【００２１】また、好ましくは、上述した基板は、４族
元素からなる半導体または３族および５族からなる半導
体が用いられる。
元素からなる半導体または３族および５族からなる半導
体が用いられる。
【００２２】また、好ましくは、上述した金属膜を形成
する工程においては、金属膜として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ
ｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＡｕおよびＡｇからなるグループから
選択された少なくとも１つの材料が用いられ、かつ、金
属膜の膜厚差は０．１μｍ以上１０μｍ以下に形成され
る。
する工程においては、金属膜として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃ
ｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＡｕおよびＡｇからなるグループから
選択された少なくとも１つの材料が用いられ、かつ、金
属膜の膜厚差は０．１μｍ以上１０μｍ以下に形成され
る。
【００２３】また、好ましくは、上述した凹凸パターン
は、その凹凸パターンの幅が１０μｍ以下の線状の領
域、もしくは面積１０００μｍ2 以下の正方形または長
方形の領域もしくはこれらの組合せから形成されてい
る。
は、その凹凸パターンの幅が１０μｍ以下の線状の領
域、もしくは面積１０００μｍ2 以下の正方形または長
方形の領域もしくはこれらの組合せから形成されてい
る。
【００２４】また、好ましくは、上記したダイヤモンド
膜を成長させる工程においては、上述した金属膜の上に
大きさ０．１μｍ3 以下のダイヤモンド粒子を塗布する
か、または金属膜の上にダイヤモンド粒子を用いて傷付
けを行なった後にダイヤモンド膜が成膜される。
膜を成長させる工程においては、上述した金属膜の上に
大きさ０．１μｍ3 以下のダイヤモンド粒子を塗布する
か、または金属膜の上にダイヤモンド粒子を用いて傷付
けを行なった後にダイヤモンド膜が成膜される。
【００２５】次に、この発明に基づいたダイヤモンド膜
によれば、気相合成法により成長した連続膜からなるダ
イヤモンド膜であって、全体的には｛１００｝に平行で
あり、かつ微視的には｛１１１｝からなる凹凸状の界面
において金属膜と接する構造を有している。
によれば、気相合成法により成長した連続膜からなるダ
イヤモンド膜であって、全体的には｛１００｝に平行で
あり、かつ微視的には｛１１１｝からなる凹凸状の界面
において金属膜と接する構造を有している。
【００２６】このように、本発明に基づくダイヤモンド
膜およびその合成方法においては、予め基板上に凹凸を
形成させているため、１μｍ以下といった薄膜に対して
平面の平坦なものを得ることは困難であるが、１０μｍ
以上の厚い膜厚を成長させるうちに初期の凹凸を解消さ
せることができるため、特に数十μｍ以上の厚い膜を成
長させるにあたって有力となる。したがって、｛１１
１｝エピタキシャル成長のみが可能な金属を用いて、な
おかつ双晶成分の成長を抑制して、｛１００｝エピタキ
シャル成長を得ることが可能となる。
膜およびその合成方法においては、予め基板上に凹凸を
形成させているため、１μｍ以下といった薄膜に対して
平面の平坦なものを得ることは困難であるが、１０μｍ
以上の厚い膜厚を成長させるうちに初期の凹凸を解消さ
せることができるため、特に数十μｍ以上の厚い膜を成
長させるにあたって有力となる。したがって、｛１１
１｝エピタキシャル成長のみが可能な金属を用いて、な
おかつ双晶成分の成長を抑制して、｛１００｝エピタキ
シャル成長を得ることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、この発明に基づいたダイヤ
モンド膜およびその合成方法について、図を参照しなが
ら説明する。
モンド膜およびその合成方法について、図を参照しなが
ら説明する。
【００２８】まず、図１を参照して、立方晶の半導体の
｛１００｝基板８上に形成された｛１１１｝からなる凹
凸面８ａに、ヘテロエピタキシャル成長により金属膜９
が形成されている。金属膜９と凹凸面８ａとは同一の方
位をとっているから、基板８の＜１００＞方向は金属膜
９にとっても＜１００＞方向となる。
｛１００｝基板８上に形成された｛１１１｝からなる凹
凸面８ａに、ヘテロエピタキシャル成長により金属膜９
が形成されている。金属膜９と凹凸面８ａとは同一の方
位をとっているから、基板８の＜１００＞方向は金属膜
９にとっても＜１００＞方向となる。
【００２９】すなわち、金属膜８に注目すると、法線方
向はマクロには＜１００＞であるが、ミクロには｛１１
１｝からなる形状である。したがって、表面エネルギを
小さくしようとする性質は、｛１１１｝小面からなって
いることで満足されることになる。
向はマクロには＜１００＞であるが、ミクロには｛１１
１｝からなる形状である。したがって、表面エネルギを
小さくしようとする性質は、｛１１１｝小面からなって
いることで満足されることになる。
【００３０】次に、図２を参照して、金属膜９の上にヘ
テロエピタキシャル成長によりダイヤモンド１０を核発
生させると、｛１１１｝基板の上のヘテロエピタキシャ
ル成長と同様に１８０°回転した双晶ダイヤモンド１１
が混じることになる。
テロエピタキシャル成長によりダイヤモンド１０を核発
生させると、｛１１１｝基板の上のヘテロエピタキシャ
ル成長と同様に１８０°回転した双晶ダイヤモンド１１
が混じることになる。
【００３１】しかしながらマクロな基板面方位は、正常
に成長したダイヤモンド１０に関しては、＜１００＞と
なるのに対して、１８０°回転した双晶ダイヤモンド１
１に関しては、＜１１２＞方向となる。
に成長したダイヤモンド１０に関しては、＜１００＞と
なるのに対して、１８０°回転した双晶ダイヤモンド１
１に関しては、＜１１２＞方向となる。
【００３２】｛１１１｝上の場合では、正常な成分と双
晶成分の成長方向はともに＜１１１＞であるが、｛１０
０｝上の｛１１１｝小面の上の成長では２つの成長方向
は異なるものとなる。
晶成分の成長方向はともに＜１１１＞であるが、｛１０
０｝上の｛１１１｝小面の上の成長では２つの成長方向
は異なるものとなる。
【００３３】したがって、図３に示すように、＜１００
＞の成長速度が速い条件で成長させれば、双晶ダイヤモ
ンド１１はダイヤモンド１０によって埋込まれることに
なる。＜１００＞の成長速度が速い条件は、成長方法に
もよるが、比較的過飽和度の高い条件が好ましい。
＞の成長速度が速い条件で成長させれば、双晶ダイヤモ
ンド１１はダイヤモンド１０によって埋込まれることに
なる。＜１００＞の成長速度が速い条件は、成長方法に
もよるが、比較的過飽和度の高い条件が好ましい。
【００３４】｛１１１｝小面の大きさは０．１μｍ〜１
μｍ程度が好ましい。これは、小さすぎると、｛１１
１｝小面の効果が現れず、大きすぎると双晶成分の淘汰
に時間がかかりすぎるからである。
μｍ程度が好ましい。これは、小さすぎると、｛１１
１｝小面の効果が現れず、大きすぎると双晶成分の淘汰
に時間がかかりすぎるからである。
【００３５】次に、本発明に基づいたダイヤモンド膜お
よびその合成方法の具体的な実施例について以下説明す
る。
よびその合成方法の具体的な実施例について以下説明す
る。
【００３６】
【実施例】実施例１ まず、鏡面研磨したＳｉ（１００）基板を準備する。基
板のサイズは面積２５ｍｍφ、厚さ１ｍｍである。この
基板を純水中に１％に希釈したフッ酸（ＨＦ）に浸すこ
とにより基板の表面の酸化層を除去する。この基板をＥ
ＰＷ（エチレンジアミン（ピロカテコール））液または
ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等を用い
て異方性エッチングを行なうことにより、逆ピラミッド
状（凹凸状）に（１１１）面が表面上に現れた表面形状
を得ることができる。ピラミッドのおおよそのサイズ
は、約０．３μｍ程度である。このとき、ＳｉＯ2 等の
マスクとを用いて規則正しい凹凸状を形成することも可
能である。
板のサイズは面積２５ｍｍφ、厚さ１ｍｍである。この
基板を純水中に１％に希釈したフッ酸（ＨＦ）に浸すこ
とにより基板の表面の酸化層を除去する。この基板をＥ
ＰＷ（エチレンジアミン（ピロカテコール））液または
ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等を用い
て異方性エッチングを行なうことにより、逆ピラミッド
状（凹凸状）に（１１１）面が表面上に現れた表面形状
を得ることができる。ピラミッドのおおよそのサイズ
は、約０．３μｍ程度である。このとき、ＳｉＯ2 等の
マスクとを用いて規則正しい凹凸状を形成することも可
能である。
【００３７】このようにして用意した基板および参照試
料（１辺１０ｍｍの正三角形状のＳｉ（１１１）基板、
（厚さ０．５ｍｍ））の上にＡｕを膜厚５μｍまで基板
温度９００℃で真空蒸着法により成長させ、さらに基板
温度９５０℃でＮｉを１０μｍ成長させる。なお、ＡＵ
の成長はスパッタ法を用いてもかまわない。
料（１辺１０ｍｍの正三角形状のＳｉ（１１１）基板、
（厚さ０．５ｍｍ））の上にＡｕを膜厚５μｍまで基板
温度９００℃で真空蒸着法により成長させ、さらに基板
温度９５０℃でＮｉを１０μｍ成長させる。なお、ＡＵ
の成長はスパッタ法を用いてもかまわない。
【００３８】Ｓｉ（１１１）基板表面をＸＰＳ（Ｘ線光
電子分光）で測定したところ、表面にはＮｉのみが現わ
れており、ＲＨＥＥＤ（反射光速電子解析）観察したと
ころＮｉの結晶方位はＳｉ（１１１）基板と同じ、すな
わち （１１１）Si//（１１１）Ni ［１０１］Si//［１０１］Ni の関係を満たしていることがわかった。
電子分光）で測定したところ、表面にはＮｉのみが現わ
れており、ＲＨＥＥＤ（反射光速電子解析）観察したと
ころＮｉの結晶方位はＳｉ（１１１）基板と同じ、すな
わち （１１１）Si//（１１１）Ni ［１０１］Si//［１０１］Ni の関係を満たしていることがわかった。
【００３９】試料については直径３〜５μｍのダイヤモ
ンド粒子を混入させたアルコール溶液中に入れて超音波
処理を行なった。この上にダイヤモンドの成長を行なっ
た。ダイヤモンド膜の成膜はマイクロ波プラズマＣＶＤ
法により、 基板温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ２５ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃ
ｍ 時間 ３０時間 の条件で行なった。
ンド粒子を混入させたアルコール溶液中に入れて超音波
処理を行なった。この上にダイヤモンドの成長を行なっ
た。ダイヤモンド膜の成膜はマイクロ波プラズマＣＶＤ
法により、 基板温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ２５ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃ
ｍ 時間 ３０時間 の条件で行なった。
【００４０】その結果、基板全面にわたって膜厚５０μ
ｍ〜６０μｍのダイヤモンド膜が成長していた。ダイヤ
モンド膜の結晶方位は基板と同じ方位であることがＳＥ
Ｍにより確認された。基板のケイ素と金、ニッケルを王
水とフッ硝酸により除去することによって、ダイヤモン
ド膜の自立膜を得た。この膜の光透過特性を調べたとこ
ろ、２２５ｎｍの吸収端で鋭く立上がる特性を示すこと
がわかった。
ｍ〜６０μｍのダイヤモンド膜が成長していた。ダイヤ
モンド膜の結晶方位は基板と同じ方位であることがＳＥ
Ｍにより確認された。基板のケイ素と金、ニッケルを王
水とフッ硝酸により除去することによって、ダイヤモン
ド膜の自立膜を得た。この膜の光透過特性を調べたとこ
ろ、２２５ｎｍの吸収端で鋭く立上がる特性を示すこと
がわかった。
【００４１】（比較例１）上記実施例１で言及した金と
ニッケルとを成長させたＳｉ（１１１）基板を同様にダ
イヤモンド粒子を混入されたアルコール溶液中に入れて
超音波処理を行なった。この上にダイヤモンド膜の成長
を行なった。ダイヤモンド膜の成膜はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により、 基板温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ５ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃｍ 時間 ６０時間 の条件で行なった。
ニッケルとを成長させたＳｉ（１１１）基板を同様にダ
イヤモンド粒子を混入されたアルコール溶液中に入れて
超音波処理を行なった。この上にダイヤモンド膜の成長
を行なった。ダイヤモンド膜の成膜はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法により、 基板温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ５ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃｍ 時間 ６０時間 の条件で行なった。
【００４２】その結果、基板全面にわたって膜厚２０μ
ｍ程度のダイヤモンド膜が成長していることが確認でき
た。ダイヤモンド膜の結晶方位は基板と１８０°回転し
たものが半分程度ＳＥＭにより観察された。
ｍ程度のダイヤモンド膜が成長していることが確認でき
た。ダイヤモンド膜の結晶方位は基板と１８０°回転し
たものが半分程度ＳＥＭにより観察された。
【００４３】実施例２ 鏡面研磨したＧａＡｓ（１００）基板を用意した。基板
のサイズは面積２５ｎｍπ、厚さ０．５ｎｍである。こ
の基材をＢｒ2 −ＣＨ3 ＯＨ液を用いて異方性エッチン
グを行なうことにより、線状に（１１０）面が表面上に
現われた表面形状が得られた。線の幅はおおよそ０．１
μｍ程度であった。
のサイズは面積２５ｎｍπ、厚さ０．５ｎｍである。こ
の基材をＢｒ2 −ＣＨ3 ＯＨ液を用いて異方性エッチン
グを行なうことにより、線状に（１１０）面が表面上に
現われた表面形状が得られた。線の幅はおおよそ０．１
μｍ程度であった。
【００４４】この試料の上に基板温度６５０℃、イリジ
ウムを２０μｍ成長させた。この試料の上にマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜の核発生処理と
成膜を行なった。
ウムを２０μｍ成長させた。この試料の上にマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜の核発生処理と
成膜を行なった。
【００４５】核発生処理は、 基材温度 ６００℃ ガス流量ＣＨ4 １０ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃｍ 基板バイアス −２００Ｖ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ 時間 ３分 成膜条件は、 基板温度 ７００℃ ガス流量 ＣＨ4 ２０ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃ
ｍ 圧力 ６０Ｔｏｒｒ 時間 ３０時間 の条件で行なった。
ｍ 圧力 ６０Ｔｏｒｒ 時間 ３０時間 の条件で行なった。
【００４６】その結果、基板全面にわたって膜厚２０μ
ｍ〜２３μｍのダイヤモンド膜が成長していた。ダイヤ
モンド膜の結晶方位は基板と同じ方位であることがＳＥ
Ｍにより確認された。
ｍ〜２３μｍのダイヤモンド膜が成長していた。ダイヤ
モンド膜の結晶方位は基板と同じ方位であることがＳＥ
Ｍにより確認された。
【００４７】実施例３ 鏡面研磨したＳｉ（１００）基板を用意した。基板のサ
イズは面積５０ｍｍφ、厚さ１ｍｍである。この基板を
純水中に１％に希釈したフッ酸（ＨＦ）にさらすことに
より表面の酸化層を除去し、さらにヒドラジンとイソプ
ロピルアルコールの混合溶液を用いて異方性エッチング
を行なうことにより、ピラミッド状（凹凸状）に（１１
１）面が表面上に現われた表面形状が得られた。ピラミ
ッドのおおよそのサイズは０．２μｍ程度であった。
イズは面積５０ｍｍφ、厚さ１ｍｍである。この基板を
純水中に１％に希釈したフッ酸（ＨＦ）にさらすことに
より表面の酸化層を除去し、さらにヒドラジンとイソプ
ロピルアルコールの混合溶液を用いて異方性エッチング
を行なうことにより、ピラミッド状（凹凸状）に（１１
１）面が表面上に現われた表面形状が得られた。ピラミ
ッドのおおよそのサイズは０．２μｍ程度であった。
【００４８】このＳｉ基板をメタン雰囲気下で９８０℃
で１時間加熱したところ表面の｛１１１｝からなる凹凸
形状はほぼそのまま維持されており、ＸＰＳ測定から表
面層は炭化ケイ素が形成されていることがわかった。
で１時間加熱したところ表面の｛１１１｝からなる凹凸
形状はほぼそのまま維持されており、ＸＰＳ測定から表
面層は炭化ケイ素が形成されていることがわかった。
【００４９】この試料の上にＰｔを膜厚８μｍ、基板温
度９５０℃でスパッタ蒸着法により成長させた後に、径
３〜５μｍのダイヤモンド粒子を混入させたアルコール
溶液中に入れて超音波処理を行なった後にダイヤモンド
膜の成長を行なった。
度９５０℃でスパッタ蒸着法により成長させた後に、径
３〜５μｍのダイヤモンド粒子を混入させたアルコール
溶液中に入れて超音波処理を行なった後にダイヤモンド
膜の成長を行なった。
【００５０】ダイヤモンド膜の成膜は熱フィラメントＣ
ＶＤ法により、 フィラメント温度 ２１００℃ フィラメント−基板距離 １０ｍｍ 基材温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ２０ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃ
ｍ 時間 ３００時間 の条件で行なった。ただし、フィラメントの断線による
中断１回を含んでいる。
ＶＤ法により、 フィラメント温度 ２１００℃ フィラメント−基板距離 １０ｍｍ 基材温度 ９００℃ ガス流量 ＣＨ4 ２０ｓｃｃｍ、水素 ５００ｓｃｃ
ｍ 時間 ３００時間 の条件で行なった。ただし、フィラメントの断線による
中断１回を含んでいる。
【００５１】その結果、基板全面にわたって２５０μｍ
の膜厚のダイヤモンドが成長しており、基材と同じ方位
のダイヤモンド膜が成長していることがＳＥＭにより確
認された。Ｘ線回折により、ダイヤモンド膜の粒子の
（４００）回析の強度分布を調べたところ、法線方向を
中心に半値幅５°に分布していることがわかった。ラマ
ン分光によりダイヤモンド膜のピーク（１３３２ｃ
ｍ-1）の半値幅を測定したところ２．７ｃｍ-1であり非
常に鋭いピークであり良好な結晶性を示唆した。
の膜厚のダイヤモンドが成長しており、基材と同じ方位
のダイヤモンド膜が成長していることがＳＥＭにより確
認された。Ｘ線回折により、ダイヤモンド膜の粒子の
（４００）回析の強度分布を調べたところ、法線方向を
中心に半値幅５°に分布していることがわかった。ラマ
ン分光によりダイヤモンド膜のピーク（１３３２ｃ
ｍ-1）の半値幅を測定したところ２．７ｃｍ-1であり非
常に鋭いピークであり良好な結晶性を示唆した。
【００５２】なお、上記実施例において、基板には（１
００）面の基板を用いたが、（０１０）面および（００
１）面の基板を用いても同様の作用効果を得ることがで
きる。また、基板の法線方向は＜１００＞のみに限られ
ず、＜１００＞から１０°以内であれば同様の作用効果
を得ることができる。
００）面の基板を用いたが、（０１０）面および（００
１）面の基板を用いても同様の作用効果を得ることがで
きる。また、基板の法線方向は＜１００＞のみに限られ
ず、＜１００＞から１０°以内であれば同様の作用効果
を得ることができる。
【００５３】また、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本願発明の範囲は上記した説明ではなく、特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本願発明の範囲は上記した説明ではなく、特
許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の
意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
【図１】本発明に基づいたダイヤモンド膜合成方法の第
１工程を示す断面図である。
１工程を示す断面図である。
【図２】本発明に基づいたダイヤモンド膜合成方法の第
２工程を示す断面図である。
２工程を示す断面図である。
【図３】本発明に基づいたダイヤモンド膜合成方法の第
３工程を示す断面図である。
３工程を示す断面図である。
【図４】｛１００｝配向条件における｛１００｝ヘテロ
エピタキシャル成長の模式図である。
エピタキシャル成長の模式図である。
【図５】｛１１１｝配向条件における｛１１１｝ヘテロ
エピタキシャル成長の上面から見た模式図である。
エピタキシャル成長の上面から見た模式図である。
【図６】｛１１１｝配向条件における｛１１１｝ヘテロ
エピタキシャル成長の断面を示す模式図である。
エピタキシャル成長の断面を示す模式図である。
１ 異種基材（｛１００｝）基板 ２ ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモンド膜 ３ 方位の乱れたダイヤモンド膜 ４ 異種基材（｛１１１｝）基板 ５ ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモンド膜 ６ 双晶ダイヤモンド膜 ７ 全く方位の乱れたダイヤモンド膜 ８ 異種基材（｛１００｝）基板 ９ ヘテロエピタキシャル成長した金属 １０ ヘテロエピタキシャル成長したダイヤモンド １１ 双晶ダイヤモンド
Claims (6)
- 【請求項１】 ダイヤモンドを基板の上に成長させるダ
イヤモンド合成方法であって、 立方晶の半導体、金属、炭化物あるいは酸化物であり、
かつ、法線方向が＜１００＞または＜１００＞から１０
°以内である前記基板の表面に、｛１１１｝または｛１
１０｝からなる凹凸パターンを形成する工程と、 前記凹凸パターンの表面に、ヘテロエピタキシャル成長
により金属膜を形成する工程と、 前記金属膜の上にダイヤモンド膜を成長させる工程と、
を備える、ダイヤモンド膜の合成方法。 - 【請求項２】 前記基板は、４族元素からなる半導体ま
たは３族および５族からなる半導体である、請求項１に
記載のダイヤモンド膜の合成方法。 - 【請求項３】 前記ヘテロエピタキシャル成長により金
属膜を形成する工程は、 前記金属膜が、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕお
よびＡｇからなるグループから選択された少なくとも１
つの材料であり、かつ、前記金属膜の膜厚は、０．１μ
ｍ以上１０μｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモ
ンド膜の合成方法。 - 【請求項４】 前記｛１１１｝または｛１１０｝からな
る凹凸パターンは、 その凹凸パターンの領域が、幅１０μｍ以下の線状の領
域または面積１０００μｍ2 以下の正方形または長方形
の領域、またはこれらの組合せからなる、請求項１に記
載のダイヤモンド膜の合成方法。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド膜を成長させる工程
は、 前記金属膜の上に大きさ０．１μｍ3 以下のダイヤモン
ド粒子を塗布するか、または、ダイヤモンド粒子を用い
て、前記金属膜の表面を傷付けた後に前記ダイヤモンド
膜を成長させる、請求項１に記載のダイヤモンド膜の合
成方法。 - 【請求項６】 気相合成法により成長した連続膜からな
るダイヤモンド膜であって、 前記ダイヤモンド膜は、全体的には｛１００｝に平行で
あり、かつ微視的には｛１１１｝からなる凹凸状の界面
において金属膜と接する構造を有する、ダイヤモンド
膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12969296A JPH09309794A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | ダイヤモンド膜およびその合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12969296A JPH09309794A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | ダイヤモンド膜およびその合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09309794A true JPH09309794A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15015840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12969296A Pending JPH09309794A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | ダイヤモンド膜およびその合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09309794A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000086391A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-03-28 | Kobe Steel Ltd | 単結晶ダイヤモンド合成用基板 |
| WO2003106743A1 (ja) * | 2002-06-01 | 2003-12-24 | 住友電気工業株式会社 | ｎ型半導体ダイヤモンド製造方法及び半導体ダイヤモンド |
| JP2009242214A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Kobe Steel Ltd | 高配向ダイヤモンド膜及びその製造方法 |
| 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 |
| US20140137795A1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | National Chiao Tung University | Method for growing epitaxial diamond |
| CN104499047A (zh) * | 2014-12-20 | 2015-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种异质外延生长大尺寸单晶金刚石的衬底及其制备方法 |
| JP2015067517A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 単結晶ダイヤモンドの製造方法 |
| JP2016108590A (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | プラズマ成膜装置とプラズマ成膜方法 |
| US10847364B2 (en) | 2018-05-10 | 2020-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laminated body and semiconductor device |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP12969296A patent/JPH09309794A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7172957B2 (en) | 2002-06-18 | 2007-02-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating n-type semiconductor diamond, and semiconductor diamond |
| US7476895B2 (en) | 2002-06-18 | 2009-01-13 | Sumitomo Electric Industries., Ltd. | Method of fabricating n-type semiconductor diamond, and semiconductor diamond |
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| US10847364B2 (en) | 2018-05-10 | 2020-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laminated body and semiconductor device |
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20050622 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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