JPH10139590A - Structural body having diamond thin film and its production - Google Patents

Structural body having diamond thin film and its production

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JPH10139590A
JPH10139590A JP8303138A JP30313896A JPH10139590A JP H10139590 A JPH10139590 A JP H10139590A JP 8303138 A JP8303138 A JP 8303138A JP 30313896 A JP30313896 A JP 30313896A JP H10139590 A JPH10139590 A JP H10139590A
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JP
Japan
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diamond
substrate
particles
thin film
support substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8303138A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsukasa Itani
司 井谷
Kazuaki Kurihara
和明 栗原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structural body having diamond thin films enhanced in the adhesion property to a substrate and a method for producing the same. SOLUTION: An embedment region 3 consisting of a material having the adhesiveness higher than the adhesiveness of diamond to the front surface of the supporting substrate 1 is formed atop the supporting substrate 1. Diamond particles 2 are embedded in the embendment region 3. These diamond particles 2 are distributed like islands within the front surface of the supporting substrate 1 and their surfaces are partly exposed on the surface of the embedment region 3. The diamond thin film 4 is directly formed on the embedment region and the diamond particles.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド薄膜
を有する構造体及びその製造方法に関する。ダイヤモン
ドは地球上で最も固い材料であり、耐磨耗性に優れてい
る。さらに、化学安定性、熱伝導性、光学的特性、半導
体的特性等において、他の材料にはない優れた特性を有
する。このため、ダイヤモンド薄膜は、耐磨耗性コーテ
ィング、半導体集積回路チップのボンディングツール、
ヒートシンク等への応用が期待されている。
The present invention relates to a structure having a diamond thin film and a method for manufacturing the same. Diamond is the hardest material on earth and has excellent wear resistance. Furthermore, it has excellent properties not found in other materials, such as chemical stability, thermal conductivity, optical properties, and semiconductor properties. For this reason, diamond thin films are used for wear-resistant coatings, bonding tools for semiconductor integrated circuit chips,
Application to heat sinks and the like is expected.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ励起型化学気相堆積(PE−C
VD)によりダイヤモンド薄膜を形成する技術が知られ
ている。
2. Description of the Related Art Plasma-excited chemical vapor deposition (PE-C)
A technique for forming a diamond thin film by VD) is known.

【0003】しかし、PE−CVDにより気相合成され
たダイヤモンド薄膜は、基板との密着性が悪く、機械的
強度の必要とされる工具等への応用は困難である。ま
た、半導体集積回路チップのボンディングツール、ヒー
トシンクにおいては、ダイヤモンド薄膜形成後にその表
面を研磨する必要がある。ダイヤモンド薄膜と基板との
密着性が悪いと、研磨時にダイヤモンド薄膜が剥離して
しまう場合もある。このため、ボンディングツール、ヒ
ートシンク等への応用も容易ではない。
However, a diamond thin film synthesized in a vapor phase by PE-CVD has poor adhesion to a substrate, and is difficult to apply to a tool or the like that requires mechanical strength. Further, the surface of a bonding tool and a heat sink for a semiconductor integrated circuit chip needs to be polished after the diamond thin film is formed. If the adhesion between the diamond thin film and the substrate is poor, the diamond thin film may peel off during polishing. Therefore, application to a bonding tool, a heat sink, and the like is not easy.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
との密着性を高めたダイヤモンド薄膜を有する構造体及
びその製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a structure having a diamond thin film having improved adhesion to a substrate, and a method of manufacturing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、上面を有する支持基板と、前記支持基板の上面の上
に形成され、前記支持基板の上面に対して、ダイヤモン
ドよりも強い密着性を有する材料からなる埋め込み領域
と、前記埋め込み領域内に埋め込まれ、前記支持基板の
上面内で島状に分布し、表面の一部が前記埋め込み領域
の表面上に露出しているダイヤモンド粒子と、前記埋め
込み領域及び前記ダイヤモンド粒子の上に直接形成され
たダイヤモンド薄膜とを有するダイヤモンド薄膜構造体
が提供される。
According to one aspect of the present invention, a support substrate having an upper surface, and a stronger adhesion than the diamond to the upper surface of the support substrate, the support substrate being formed on the upper surface of the support substrate. A buried region made of a material having, diamond particles embedded in the buried region, distributed in an island shape in the upper surface of the support substrate, a part of the surface is exposed on the surface of the buried region, A diamond thin film structure is provided having the buried region and a diamond thin film formed directly on the diamond particles.

【0006】ダイヤモンド粒子は、埋め込み領域内に埋
め込まれて基板に強固に密着する。ダイヤモンド薄膜
は、ダイヤモンド粒子に強固に結合する。
The diamond particles are buried in the buried region and firmly adhere to the substrate. The diamond film is strongly bonded to the diamond particles.

【0007】本発明の他の観点によると、支持基板上に
ダイヤモンドの原料を供給し、支持基板の表面内で島状
に分布するダイヤモンド粒子を支持基板の表面上に形成
する工程と、前記支持基板上に金属粒子またはセラミッ
クス粒子を溶射し、前記支持基板の表面のうち前記ダイ
ヤモンド粒子の形成されていない領域上に、金属または
セラミックスからなる埋め込み領域を形成するととも
に、前記ダイヤモンド粒子の表面の一部を露出させた状
態とする工程と、前記ダイヤモンド粒子の表面の一部が
露出した状態の表面上に、ダイヤモンド薄膜を堆積する
工程とを有するダイヤモンド薄膜形成方法が提供され
る。
According to another aspect of the present invention, a step of supplying a diamond raw material onto a supporting substrate and forming diamond particles distributed in an island shape on the surface of the supporting substrate on the surface of the supporting substrate; Metal particles or ceramic particles are sprayed on the substrate to form a buried region made of metal or ceramic on a region of the surface of the support substrate where the diamond particles are not formed. A method of forming a diamond thin film, comprising: a step of exposing a portion of the diamond particle; and a step of depositing a diamond thin film on the surface of the diamond particle with a part of the surface exposed.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1を参照して、本発明の実施例
によるダイヤモンド薄膜の形成方法について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a diamond thin film according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0009】図1(A)に示すように、ダイヤモンドの
合成温度700〜1100℃に耐えられる材料、例え
ば、金属、金属複合材料、またはセラミックス材料から
なる基板1を準備する。
As shown in FIG. 1A, a substrate 1 made of a material that can withstand a diamond synthesis temperature of 700 to 1100 ° C., for example, a metal, a metal composite material, or a ceramic material is prepared.

【0010】図1(B)に示すように、基板1の表面上
にダイヤモンドの原料を含むプラズマジェットを照射す
る。例えばメタンとキャリアガスのプラズマジェットを
照射する。基板1の表面に付着したダイヤモンド核が膜
化する前に、プラズマジェットの照射を停止する。基板
1の表面上に、島状に分布するダイヤモンド粒子2が形
成される。
As shown in FIG. 1B, the surface of the substrate 1 is irradiated with a plasma jet containing a diamond material. For example, a plasma jet of methane and a carrier gas is applied. Before the diamond nuclei attached to the surface of the substrate 1 are turned into a film, the irradiation of the plasma jet is stopped. Diamond particles 2 distributed in an island shape are formed on the surface of the substrate 1.

【0011】図1(C)に示すように、基板1の表面上
に金属粒子またはセラミックス粒子を溶射する。基板1
の表面のうちダイヤモンド粒子2の形成されていない領
域上に、金属またはセラミックスからなる埋め込み領域
3が形成される。埋め込み領域3の厚さは、ダイヤモン
ド粒子2の表面の一部が埋め込み領域3の表面上に露出
する程度の厚さとする。
As shown in FIG. 1C, metal particles or ceramic particles are sprayed on the surface of the substrate 1. Substrate 1
A buried region 3 made of metal or ceramic is formed on a region of the surface where no diamond particles 2 are formed. The thickness of the buried region 3 is set so that a part of the surface of the diamond particle 2 is exposed on the surface of the buried region 3.

【0012】溶射粒子として、炭素と固溶体を形成しな
い金属、例えばTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、M
o、W等もしくはこれらの金属複合材料を用いることが
できる。ただし、炭素と固溶体を形成する金属、例えば
Ni、Co、Fe等であっても、溶射粒子に10%以下
の濃度となるように添加物として加えるのであれば問題
はない。これらの添加物は、埋め込み領域3と基板1と
の密着性を高める場合がある。てもよい。
Metals which do not form a solid solution with carbon, such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, M
o, W, or the like, or a metal composite material thereof can be used. However, there is no problem even if a metal that forms a solid solution with carbon, for example, Ni, Co, Fe, or the like is added as an additive to the sprayed particles so as to have a concentration of 10% or less. These additives may increase the adhesion between the buried region 3 and the substrate 1 in some cases. You may.

【0013】埋め込み領域3を堆積したのち、アルゴン
等のプラズマジェットで基板1の表面を加熱し、焼結を
行う。プラズマジェットで基板加熱を行うため、溶射粒
子の温度を短時間に焼結温度まで上昇させることができ
る。このため、ダイヤモンドの炭化が生じる前に、溶射
粒子間または溶射粒子と基板間で強い結合を生じさせる
ことができる。
After the buried region 3 is deposited, the surface of the substrate 1 is heated by a plasma jet of argon or the like to perform sintering. Since the substrate is heated by the plasma jet, the temperature of the spray particles can be raised to the sintering temperature in a short time. Therefore, a strong bond can be generated between the spray particles or between the spray particles and the substrate before the carbonization of the diamond occurs.

【0014】図1(D)に示すように、ダイヤモンド粒
子2の表面の一部が露出した状態の基板表面上に、ダイ
ヤモンドの原料、例えばメタン等をキャリアガスと共に
供給しダイヤモンド薄膜4を堆積する。ダイヤモンド薄
膜4はダイヤモンド粒子2と強固に結合する。また、ダ
イヤモンド粒子2は、埋め込み領域3に埋め込まれてお
り、埋め込み領域3は基板1の表面に強く結合している
ため、ダイヤモンド粒子2は基板1に強固に固定され
る。
As shown in FIG. 1D, a diamond material, for example, methane, is supplied together with a carrier gas to deposit a diamond thin film 4 on the surface of the substrate where a part of the surface of the diamond particles 2 is exposed. . The diamond thin film 4 is firmly bonded to the diamond particles 2. The diamond particles 2 are buried in the buried region 3, and the buried region 3 is strongly bonded to the surface of the substrate 1, so that the diamond particles 2 are firmly fixed to the substrate 1.

【0015】ダイヤモンド薄膜を基板1の表面上に直接
堆積する場合には、ダイヤモンド薄膜と基板表面との密
着性は弱い。図1(D)に示すように、基板1の表面と
の密着性の強い埋め込み領域3に埋め込まれたダイヤモ
ンド粒子2にダイヤモンド薄膜4を強く結合させること
により、ダイヤモンド薄膜の基板表面への密着度を高め
ることができる。
When a diamond thin film is directly deposited on the surface of the substrate 1, the adhesion between the diamond thin film and the substrate surface is weak. As shown in FIG. 1 (D), the diamond thin film 4 is strongly bonded to the diamond particles 2 embedded in the buried region 3 having a high adhesion to the surface of the substrate 1 so that the degree of adhesion of the diamond thin film to the substrate surface is improved. Can be increased.

【0016】次に、上記実施例によるダイヤモンド薄膜
の形成方法を用いてダイヤモンド薄膜を形成した評価実
験について説明する。
Next, an evaluation experiment in which a diamond thin film is formed using the method for forming a diamond thin film according to the above embodiment will be described.

【0017】図2は、評価実験で用いたDCプラズマジ
ェットCVD装置の概略図を示す。マニピュレータ12
により、基板ホルダ13がチャンバ10内に昇降可能に
支持されている。成膜時には、基板ホルダ13の上面に
基板14が載置される。基板ホルダ13の中には冷却水
路が設けられており、基板ホルダ13及び基板14を水
冷することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram of a DC plasma jet CVD apparatus used in the evaluation experiment. Manipulator 12
Thereby, the substrate holder 13 is supported in the chamber 10 so as to be able to move up and down. At the time of film formation, the substrate 14 is placed on the upper surface of the substrate holder 13. A cooling water passage is provided in the substrate holder 13 so that the substrate holder 13 and the substrate 14 can be water-cooled.

【0018】基板ホルダ13の上にプラズマトーチ20
が配置されている。プラズマトーチ20は、中心導体2
1、筒状の内部導体22、及び筒状の外部導体23を含
んで構成される。内部導体22は中心導体21の外周を
取り囲み、外部導体23は、さらに内部導体22の外周
を取り囲んでいる。外部導体23のチャンバ10内側の
端部は、ノズル状の形状とされている。
The plasma torch 20 is placed on the substrate holder 13.
Is arranged. The plasma torch 20 includes the center conductor 2
1. It includes a cylindrical inner conductor 22 and a cylindrical outer conductor 23. The inner conductor 22 surrounds the outer periphery of the center conductor 21, and the outer conductor 23 further surrounds the outer periphery of the inner conductor 22. The end of the outer conductor 23 inside the chamber 10 is shaped like a nozzle.

【0019】内部導体22及び外部導体23に対して正
の直流バイアス24が中心導体に印加される。内部導体
22の内部空洞内にダイヤモンド成膜の原料ガスを供給
する。中心導体21と内部導体22との先端相互間でア
ーク放電が生じ、原料ガスのプラズマが発生する。チャ
ンバ10内は減圧雰囲気とされており、原料ガスのプラ
ズマがチャンバ10内に噴射し、原料ガスのプラズマジ
ェットが基板14の表面を照射する。残留ガスは、排気
管11から外部に排出される。
A positive DC bias 24 is applied to the center conductor with respect to the inner conductor 22 and the outer conductor 23. A source gas for diamond film formation is supplied into the internal cavity of the internal conductor 22. Arc discharge occurs between the tips of the center conductor 21 and the inner conductor 22, and plasma of the source gas is generated. The inside of the chamber 10 is set to a reduced pressure atmosphere, and a plasma of a source gas is injected into the chamber 10, and a plasma jet of the source gas irradiates the surface of the substrate 14. The residual gas is exhausted from the exhaust pipe 11 to the outside.

【0020】内部導体22と外部導体23との間の空洞
内に、溶射粒子をキャリアガスと共に供給する。プラズ
マトーチ20の先端に生じているアーク放電により、溶
射粒子が融解し、外部導体23のノズル状先端部からチ
ャンバ10内に噴出する。溶射粒子が基板14の表面に
衝突し付着する。
The spray particles are supplied together with the carrier gas into the cavity between the inner conductor 22 and the outer conductor 23. The sprayed particles are melted by the arc discharge generated at the tip of the plasma torch 20 and ejected into the chamber 10 from the nozzle-like tip of the outer conductor 23. The thermal spray particles collide with and adhere to the surface of the substrate 14.

【0021】プラズマジェットもしくは溶射粒子の衝突
による基板14の加熱と冷却水による冷却とにより、基
板14の温度が一定に保たれる。マニピュレータ12に
よって基板ホルダ13とプラズマトーチ20との間隔を
調節することにより、基板温度を制御することができ
る。例えば、基板ホルダ13をプラズマトーチ20に近
づけると基板14の温度が上昇し、遠ざけると低下す
る。
The temperature of the substrate 14 is kept constant by heating the substrate 14 by the collision of the plasma jet or spray particles and cooling by the cooling water. The substrate temperature can be controlled by adjusting the distance between the substrate holder 13 and the plasma torch 20 by the manipulator 12. For example, when the substrate holder 13 is brought closer to the plasma torch 20, the temperature of the substrate 14 rises, and when it gets farther away, it falls.

【0022】以下、図1及び図2を参照しながら、評価
実験について説明する。まず、第1の評価実験について
説明する。図1(A)に示す基板1として、一辺の長さ
が10mm、厚さ2mmの正三角形のモリブデン(M
o)製のバイトチップを用いた。
Hereinafter, the evaluation experiment will be described with reference to FIGS. First, a first evaluation experiment will be described. As a substrate 1 shown in FIG. 1A, an equilateral triangular molybdenum (M) having a side length of 10 mm and a thickness of 2 mm is used.
o) was used.

【0023】図1(B)に示す工程では、ダイヤモンド
原料ガスとして流量30slmのアルゴンガス、流量3
0slmの水素ガス、及び水素に対する体積濃度0.5
%のメタンガスの混合ガスを用いた。チャンバ10内の
圧力を30Torr、放電出力を10kW、基板温度を
900℃とした条件で約6分間のダイヤモンド粒子の形
成を行った。アルゴンガスはキャリアガスであり、水素
ガスは、ダイヤモンドの成長中に形成されるグラファイ
トを除去する作用を有する。上記条件で形成された各ダ
イヤモンド粒子2の粒径は約2〜3μmであった。
In the step shown in FIG. 1 (B), an argon gas having a flow rate of 30 slm and a flow rate of 3
0 slm hydrogen gas and a volume concentration of 0.5 for hydrogen
% Methane gas was used. The diamond particles were formed for about 6 minutes under the conditions that the pressure in the chamber 10 was 30 Torr, the discharge output was 10 kW, and the substrate temperature was 900 ° C. Argon gas is a carrier gas, and hydrogen gas has an effect of removing graphite formed during the growth of diamond. The diameter of each diamond particle 2 formed under the above conditions was about 2-3 μm.

【0024】図1(C)に示す工程では、図2の内部導
体22内の空洞にアルゴンと水素の混合ガスを供給し、
内部導体22と外部導体23との間の空洞に平均粒径約
0.8μmのMo粒子をアルゴンガスと共に供給し、約
5分間の溶射を行った。その後、Mo粒子の供給を停止
し、マニピュレータ12を調節して基板温度を1500
℃とし、約30秒間の焼結を行った。この条件で約2〜
3μmの厚さのMoの埋め込み領域3が形成された。
In the step shown in FIG. 1C, a mixed gas of argon and hydrogen is supplied to the cavity in the inner conductor 22 of FIG.
Mo particles having an average particle diameter of about 0.8 μm were supplied to the cavity between the inner conductor 22 and the outer conductor 23 together with the argon gas, and spraying was performed for about 5 minutes. Thereafter, the supply of the Mo particles is stopped, and the manipulator 12 is adjusted to adjust the substrate temperature to 1500.
C. and sintering was performed for about 30 seconds. About 2 ~
The Mo buried region 3 having a thickness of 3 μm was formed.

【0025】図1(D)に示す工程では、図1(B)と
同様の条件でダイヤモンド薄膜の堆積を行い、厚さ約1
0〜20μmのダイヤモンド薄膜4を形成した。
In the step shown in FIG. 1D, a diamond thin film is deposited under the same conditions as in FIG.
A diamond thin film 4 having a thickness of 0 to 20 μm was formed.

【0026】ダイヤモンド薄膜を形成したMo製のバイ
トチップを用いて切削試験を行った。被削材として、A
l−Si合金(Si濃度12%)(AC8A−T6)を
用いた。切削方法は外周長手連続旋削、切削速度は10
00m/分、送りは0.2mm/回転、切り込み0.5
mmである。上記条件で10000mの切削を行ったと
ころ、逃げ面磨耗幅は数μm程度であり、ダイヤモンド
薄膜の剥離は生じなかった。
A cutting test was performed using a Mo bite tip having a diamond thin film formed thereon. As work material, A
An l-Si alloy (Si concentration 12%) (AC8A-T6) was used. The cutting method is continuous turning on the outer circumference, cutting speed is 10
00m / min, feed 0.2mm / rotation, cut 0.5
mm. When cutting was performed for 10,000 m under the above conditions, the flank wear width was about several μm, and no peeling of the diamond thin film occurred.

【0027】これに対し、市販の焼結ダイヤモンドバイ
トチップで同様の切削を行ったところ、逃げ面磨耗幅は
約数十μmであった。これは、市販のダイヤモンドバイ
トチップが焼結ダイヤモンドであるのに対し、第1の評
価実験により形成したバイトチップの表面が多結晶ダイ
ヤモンド薄膜であるためである。
On the other hand, when the same cutting was carried out using a commercially available sintered diamond bite tip, the flank wear width was about several tens μm. This is because the surface of the bite chip formed by the first evaluation experiment is a polycrystalline diamond thin film, while the commercially available diamond bite tip is a sintered diamond.

【0028】上記第1の評価実験からわかるように、高
硬度でかつ剥離しにくいダイヤモンド薄膜を形成するこ
とが可能になる。
As can be seen from the above-mentioned first evaluation experiment, it is possible to form a diamond thin film having high hardness and hard to peel off.

【0029】次に、第2の評価実験について説明する。
図1(A)に示す基板1として、一辺の長さが10m
m、厚さ2mmの正三角形のタングステンカーバイド
(WC)製のバイトチップを用いた。なお、このバイト
チップは、バインダとして数%のCoを含む。ダイヤモ
ンド粒子の形成の前に、濃硫酸を用いてバイトチップ表
面に存在するCoをエッチング除去した。Coが残留し
ていると、ダイヤモンドが成長しにくくなるためであ
る。
Next, a second evaluation experiment will be described.
As the substrate 1 shown in FIG. 1A, the length of one side is 10 m.
An equilateral triangular tungsten carbide (WC) bit tip having a thickness of 2 mm and a thickness of 2 mm was used. Note that this byte chip contains several% of Co as a binder. Prior to the formation of diamond particles, Co present on the bite chip surface was removed by etching using concentrated sulfuric acid. This is because if Co remains, it becomes difficult for diamond to grow.

【0030】図1(B)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。図1(C)に示す工程では、平均粒径約
0.8μmのW粒子を約5分間溶射し、その後基板温度
を2000℃として30秒間の焼結を行った。この条件
で約2〜3μmの厚さのWの埋め込み領域3が形成され
た。
The step shown in FIG. 1B is the same as in the first evaluation experiment. In the step shown in FIG. 1 (C), W particles having an average particle diameter of about 0.8 μm were sprayed for about 5 minutes, and thereafter sintering was performed at a substrate temperature of 2000 ° C. for 30 seconds. Under these conditions, a W buried region 3 having a thickness of about 2 to 3 μm was formed.

【0031】図1(D)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。次に、第3の評価実験について説明す
る。用いた基板は、第2の評価実験で使用したものと同
様のWC製のバイトチップである。第2の評価実験と同
様に、濃硫酸を用いてバイトチップ表面に存在するCo
をエッチング除去した。
The process shown in FIG. 1D is the same as in the first evaluation experiment. Next, a third evaluation experiment will be described. The substrate used was a WC byte chip similar to that used in the second evaluation experiment. As in the second evaluation experiment, the concentration of Co2
Was removed by etching.

【0032】図1(B)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。図1(C)に示す工程では、平均粒径約
0.8μmのMo粒子とCo粒子との混合粒子(Moと
Coとの混合比は85:15)を約5分間溶射し、その
後基板温度を1500℃として30秒間の焼結を行っ
た。この条件で約2〜3μmの厚さのMoCoの埋め込
み領域3が形成された。Coがバインダとして作用する
ため、埋め込み領域3と基板1との密着性をより強くす
ることができる。
The process shown in FIG. 1B is the same as in the first evaluation experiment. In the step shown in FIG. 1C, mixed particles of Mo particles and Co particles having an average particle diameter of about 0.8 μm (mixing ratio of Mo and Co is 85:15) are sprayed for about 5 minutes, and then the substrate temperature is reduced. At 1500 ° C. for 30 seconds. Under these conditions, an embedded region 3 of MoCo having a thickness of about 2 to 3 μm was formed. Since Co acts as a binder, the adhesion between the buried region 3 and the substrate 1 can be further enhanced.

【0033】図1(D)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。次に、第4の評価実験について説明す
る。用いた基板は、第2の評価実験で使用したものと同
様のWC製のバイトチップである。図1(B)に示す工
程の前に、平均粒径0.8μmのMo粒子を溶射し、厚
さ約2〜3μmのMo薄膜を堆積した。Mo薄膜を堆積
するため、バイトチップ表面のCoのエッチングは不要
である。
The step shown in FIG. 1D is the same as in the first evaluation experiment. Next, a fourth evaluation experiment will be described. The substrate used was a WC byte chip similar to that used in the second evaluation experiment. Prior to the step shown in FIG. 1B, Mo particles having an average particle diameter of 0.8 μm were sprayed to deposit a Mo thin film having a thickness of about 2 to 3 μm. Since the Mo thin film is deposited, it is not necessary to etch Co on the surface of the bite chip.

【0034】図1(B)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。図1(C)に示す工程では、平均粒径約
0.8μmのMo粒子を約5分間溶射し、その後基板温
度を1500℃として30秒間の焼結を行った。この条
件で約2〜3μmの厚さのMoの埋め込み領域3が形成
された。
The process shown in FIG. 1B is the same as in the first evaluation experiment. In the step shown in FIG. 1C, Mo particles having an average particle diameter of about 0.8 μm were sprayed for about 5 minutes, and thereafter, sintering was performed at a substrate temperature of 1500 ° C. for 30 seconds. Under these conditions, a Mo buried region 3 having a thickness of about 2 to 3 μm was formed.

【0035】図1(D)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。次に、第5の評価実験について説明す
る。用いた基板は、第2の評価実験で使用したものと同
様のWC製のバイトチップである。第2の評価実験と同
様に、濃硫酸を用いてバイトチップ表面に存在するCo
をエッチング除去した。
The step shown in FIG. 1D is the same as in the first evaluation experiment. Next, a fifth evaluation experiment will be described. The substrate used was a WC byte chip similar to that used in the second evaluation experiment. As in the second evaluation experiment, the concentration of Co2
Was removed by etching.

【0036】図1(B)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。図1(C)に示す工程では、平均粒径約
0.8μmのWC粒子とCo粒子との混合粒子(WCと
Coとの混合比は85:15)を約5分間溶射し、その
後基板温度を2000℃として30秒間の焼結を行っ
た。この条件で約2〜3μmの厚さのWCCoの埋め込
み領域3が形成された。
The step shown in FIG. 1B is the same as in the first evaluation experiment. In the step shown in FIG. 1C, a mixed particle of WC particles and Co particles having an average particle diameter of about 0.8 μm (mixing ratio of WC and Co is 85:15) is sprayed for about 5 minutes, and then the substrate temperature is increased. At 2000 ° C. for 30 seconds. Under this condition, a buried region 3 of WCCo having a thickness of about 2 to 3 μm was formed.

【0037】図1(D)に示す工程は、第1の評価実験
と同様である。上記第2〜5の評価実験による方法で作
製したバイトチップを用い、第1の評価実験の場合と同
様の切削試験を行ったところ、第1の評価実験の場合と
同様、ダイヤモンド薄膜の剥離は生じなかった。また、
逃げ面磨耗幅も同程度であった。
The step shown in FIG. 1D is the same as in the first evaluation experiment. A cutting test similar to that of the first evaluation experiment was performed using a bite chip manufactured by the method according to the second to fifth evaluation experiments. As in the case of the first evaluation experiment, peeling of the diamond thin film did not occur. Did not occur. Also,
The flank wear width was also about the same.

【0038】上記評価実験で形成された島状に分布する
ダイヤモンド粒子の粒径は約2〜3μmであったが、作
製可能な粒径は、基板の種類、作製条件等によって異な
る。種々の実験結果から、ダイヤモンド粒子の粒径は
0.5〜10μm程度になると考えられる。
The diameter of the diamond particles distributed in the form of islands formed in the above-described evaluation experiment was about 2 to 3 μm, but the particle diameter that can be produced differs depending on the type of substrate, production conditions and the like. From various experimental results, it is considered that the diameter of the diamond particles is about 0.5 to 10 μm.

【0039】上記評価実験では、バイトチップの表面を
ダイヤモンド薄膜で被覆する場合を説明したが、バイト
チップ以外の工具、例えばドリルの刃、エンドミルの刃
等の表面をダイヤモンド薄膜で被覆してもよい。密着度
の高いダイヤモンド薄膜で被覆することにより、工具の
寿命を長くすることができる。また、インナーリードボ
ンディングツールの表面をダイヤモンド薄膜で被覆して
もよい。ダイヤモンド薄膜の密着度が高いため、薄膜形
成後に研磨加工を行うことができ、表面平坦性を向上さ
せることが可能になる。
In the above evaluation experiment, the case where the surface of the bite tip is coated with the diamond thin film has been described. However, the surface of a tool other than the bite tip, for example, the surface of a drill blade, end mill blade or the like may be coated with the diamond thin film. . The life of the tool can be prolonged by coating with a diamond thin film having a high degree of adhesion. Further, the surface of the inner lead bonding tool may be covered with a diamond thin film. Since the degree of adhesion of the diamond thin film is high, polishing can be performed after the formation of the thin film, and the surface flatness can be improved.

【0040】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板表面上に形成するダイヤモンド薄膜の基板への密着
度を高めることができる。
As described above, according to the present invention,
The degree of adhesion of the diamond thin film formed on the substrate surface to the substrate can be increased.

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

【図1】本発明の実施例によるダイヤモンド薄膜を形成
する方法を説明するための基板の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of forming a diamond thin film according to an embodiment of the present invention.

【図2】DCプラズマジェットCVD装置の概略図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram of a DC plasma jet CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ダイヤモンド粒子 3 埋め込み領域 4 ダイヤモンド薄膜 10 チャンバ 11 排気管 12 マニピュレータ 13 基板ホルダ 14 基板 20 プラズマトーチ 21 中心導体 22 内部導体 23 外部導体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Diamond particle 3 Embedding area 4 Diamond thin film 10 Chamber 11 Exhaust pipe 12 Manipulator 13 Substrate holder 14 Substrate 20 Plasma torch 21 Central conductor 22 Internal conductor 23 External conductor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面を有する支持基板と、 前記支持基板の上面の上に形成され、前記支持基板の上
面に対して、ダイヤモンドよりも強い密着性を有する材
料からなる埋め込み領域と、 前記埋め込み領域内に埋め込まれ、前記支持基板の上面
内で島状に分布し、表面の一部が前記埋め込み領域の表
面上に露出しているダイヤモンド粒子と、 前記埋め込み領域及び前記ダイヤモンド粒子の上に直接
形成されたダイヤモンド薄膜とを有するダイヤモンド薄
膜構造体。
A support substrate having an upper surface; an embedded region formed on the upper surface of the support substrate, the embedded region being made of a material having stronger adhesion than diamond to the upper surface of the support substrate; Diamond particles that are buried in and distributed like islands in the upper surface of the support substrate and a part of the surface is exposed on the surface of the buried region; and formed directly on the buried region and the diamond particles. And a diamond thin film structure.
【請求項2】 支持基板上にダイヤモンドの原料を供給
し、支持基板の表面内で島状に分布するダイヤモンド粒
子を支持基板の表面上に形成する工程と、 前記支持基板上に金属粒子またはセラミックス粒子を溶
射し、前記支持基板の表面のうち前記ダイヤモンド粒子
の形成されていない領域上に、金属またはセラミックス
からなる埋め込み領域を形成するとともに、前記ダイヤ
モンド粒子の表面の一部を露出させた状態とする工程
と、 前記ダイヤモンド粒子の表面の一部が露出した状態の表
面上に、ダイヤモンド薄膜を堆積する工程とを有するダ
イヤモンド薄膜形成方法。
2. A step of supplying a diamond raw material on a support substrate and forming diamond particles distributed in an island shape on the surface of the support substrate on the surface of the support substrate; and forming metal particles or ceramics on the support substrate. Spraying the particles, forming a buried region made of metal or ceramic on the region of the surface of the support substrate where the diamond particles are not formed, and exposing a part of the surface of the diamond particles. And a step of depositing a diamond thin film on the surface of the diamond particles with a part of the surface being exposed.
【請求項3】 前記埋め込み領域を形成する工程が、金
属粒子またはセラミック粒子を溶射した後、基板表面に
プラズマジェットを照射し、前記埋め込み領域の焼結温
度以上まで埋め込み領域を加熱する工程を含む請求項2
に記載のダイヤモンド薄膜形成方法。
3. The step of forming the buried region includes, after spraying metal particles or ceramic particles, irradiating the surface of the substrate with a plasma jet to heat the buried region to a temperature equal to or higher than the sintering temperature of the buried region. Claim 2
3. The method for forming a diamond thin film according to item 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013082956A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Toyota Motor Corp Sliding member and method for producing the same
JP2017002948A (en) * 2015-06-05 2017-01-05 株式会社クボタ Slide member and pump

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