JPH11100295A - ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜方法、および成膜装置 - Google Patents

ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜方法、および成膜装置

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JPH11100295A
JPH11100295A JP26170397A JP26170397A JPH11100295A JP H11100295 A JPH11100295 A JP H11100295A JP 26170397 A JP26170397 A JP 26170397A JP 26170397 A JP26170397 A JP 26170397A JP H11100295 A JPH11100295 A JP H11100295A
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Japan
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film
diamond
substrate
laser
formation
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JP26170397A
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Nobuo Saito
信雄 斎藤
H Jayatissa A
エイチ ジャヤティッサ エイ
Shiro Sato
史郎 佐藤
Hiroyuki Onishi
弘幸 大西
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のダイヤモンド膜またはDLC膜の成膜
方法によれば、良質な膜を再現性よく成膜することはで
きなかった。 【解決手段】 グラファイトターゲット3をレーザ光で
照射し、基板7上にダイヤモンド膜またはDLC膜をレ
ーザアブレーション法により成膜する成膜方法ないし成
膜装置において、レーザ光としては波長193nmのA
rFエキシマレーザが使用され、上記グラファイトター
ゲット3と上記基板7とは相互に6cm以上離間してレ
ーザ照射雰囲気中に配置され、レーザ照射雰囲気中に水
素ガスが供給され、そして基板7の温度は、成膜中にお
いて400℃以上に保たれるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド膜ま
たはダイヤモンド状炭素(DLC)膜のレーザアブレー
ション法を用いた成膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンドは、硬く、化学的安定性に
優れ、高温での電気的特性の劣化が少なく、かつ熱伝導
度が高いという性質を有するため、コーティング材料、
耐環境デバイスあるいはヒートシンクとしての応用に向
けた研究が盛んに進められてきた。
【0003】さらに、最近になってダイヤモンド膜は、
優れた電子放出特性も有していることが見出され(例え
ば、F.J. Himpsel, et al."Quantum photoyield of dia
mond(III) −A stable negative-affinity emitter" Ph
ys. Rev. B, 20 624 (1979)参照)、この方面において
も、一層盛んに研究が進められている。
【0004】また、ダイヤモンド状炭素(以下、DLC
という)膜は、ダイヤモンドと類似の性質を有し、しか
も非晶質であるため、結晶質のダイヤモンドよりはるか
に容易に人工的に成膜できることから、天然あるいは人
工のダイヤモンドに劣らぬ注目を集め、その成膜方法や
応用に関する研究が活発に行なわれている。特に、構造
的には非晶質性を保ったまま、その他の性質がダイヤモ
ンドに近くなるようなDLCの成膜法が現在の研究の中
心である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、ダイヤモンド膜
やDLC膜を人工的に成膜するには、化学的気相堆積法
(CVD)が中心となっていた。この方法では、およそ
800℃以上の高温のプロセスが必要とされ、また成膜
速度が遅いという欠点があった。この欠点を克服するた
めにレーザアブレーション法が提案され、近年、CVD
法により成膜した膜と同様の性質を有する薄膜が成膜さ
れるようになってきている(例えば、Fulin Xiong et a
l. "Pulsed laser deposition of amorphous diamond-l
ike carbonfilms with ArF (193nm) excimer laser" J.
Mater. Res.8, 2265 (1993) 参照) 。
【0006】しかし、上述したレーザアブレーション法
による従来のダイヤモンド膜ないしDLC膜の成膜にお
いては、未だ、成膜条件と得られた膜の特性との間の関
係が十分に解明されておらず、その結果、どのようにす
ればレーザアブレーション法による良好な性質を有する
人工のダイヤモンド膜またはDLC膜が得られるかが分
かっていない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、本発明者らが
レーザアブレーション法によって成膜したダイヤモンド
膜およびDLC膜について、それら膜の成膜条件と膜特
性との間の関係を突き止め、具体的には、成膜した膜の
ラマン分光測定結果に現れる2つのピーク(Dピークと
Gピーク)の強さの比が、ダイヤモンドの膜特性を表す
ということを突き止め、その結果に基づいて、良好な特
性を有するダイヤモンド膜およびDLC膜を成膜できる
よう使用するレーザ光の波長、基板−グラファイトター
ゲット間の距離、成膜時のレーザ照射雰囲気、基板温度
を最適の値に設定したものである。
【0008】すなわち、本発明ダイヤモンド膜またはダ
イヤモンド状炭素膜の成膜方法は、グラファイトターゲ
ットをレーザ光で照射し、基板上にダイヤモンド膜また
はダイヤモンド状炭素膜をレーザアブレーション法によ
り成膜する成膜方法において、前記レーザ光としては、
波長193nmのArFエキシマレーザが使用され、前
記グラファイトターゲットと前記基板とは相互に6cm
以上離間してレーザ照射雰囲気中に配置され、前記レー
ザ照射雰囲気中には水素ガスが供給され、そして前記基
板の温度は、成膜中において400℃以上に保たれるこ
とを特徴とするものである。
【0009】また、本発明ダイヤモンド膜またはダイヤ
モンド状炭素膜の成膜方法は、前記水素ガスが活性化し
て供給されることを特徴とするものである。
【0010】また、本発明ダイヤモンド膜またはダイヤ
モンド状炭素膜の成膜方法は、前記活性化がECRプラ
ズマにより与えられることを特徴とするものである。
【0011】また、本発明ダイヤモンド膜またはダイヤ
モンド状炭素膜の成膜装置は、少なくともレーザ光源
と、内部にグラファイトターゲットと基板が配置され、
窓を通して前記レーザ光源からのレーザ光が前記グラフ
ァイトターゲットを照射するような構成の真空室とを具
え、前記グラファイトターゲットを前記レーザ光で照射
し、前記基板上にダイヤモンド膜またはダイヤモンド状
炭素膜をレーザアブレーション法により成膜する成膜装
置において、前記レーザ光としては、波長193nmの
ArFエキシマレーザが使用され、前記グラファイトタ
ーゲットと前記基板とは相互に6cm以上離間してレー
ザ照射雰囲気中に配置され、前記レーザ照射雰囲気中に
は水素ガスが供給され、そして前記基板の温度は、成膜
中において400℃以上に保たれることを特徴とするも
のである。
【0012】また、本発明ダイヤモンド膜またはダイヤ
モンド状炭素膜の成膜装置は、前記水素ガスが活性化し
て供給されることを特徴とするものである。
【0013】また、本発明ダイヤモンド膜またはダイヤ
モンド状炭素膜の成膜装置は、前記活性化がECRプラ
ズマにより与えられることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図1は
本発明に適用されるダイヤモンド膜またはDLC膜の成
膜装置の一実施形態を概念図で示している。図1におい
て、1は、台上に置かれたレーザ光の発生源であり、こ
の発生源1から発生したレーザ光で真空室2中に配置さ
れたグラファイトターゲット3を集光照射するために、
レーザ光は集光レンズ4を介して気密を保持し透明な窓
5から真空室2に導入される。
【0015】この成膜装置においては、また、図示のよ
うに真空室2は排気され、かつ水素(H2 )ガスが供給
され(水素ガスが供給されることは本発明の一構成要件
を有している)、また、レーザ光の照射によってグラフ
ァイトターゲット3から蒸発したグラファイトが被着す
る、ヒータ6で加熱された基板7が配置されている。
【0016】なお、本発明においては、レーザ光は波長
193nmのArFエキシマレーザであり、相対するグ
ラファイトターゲット3と基板7とは6cm以上離間し
て配置されている。また、成膜中において、基板7はヒ
ータ6によって加熱され、400℃以上に保たれている
ことも要件としている。
【0017】本発明者らは、上述した成膜装置を用いて
種々の成膜条件下で成膜実験を行った。以下に、4通り
の実験結果を、それぞれ実施例1から実施例4として説
明し、それから、本発明方法ないし装置が最適のもので
あることを説明する。
【0018】実施例1:グラファイトターゲット3を照
射するレーザ光の波長として248nm(KrFエキシ
マレーザ)および193nm(ArFエキシマレーザ)
を用いて成膜した場合にできたDLC膜のラマンスペク
トルを、それぞれ図2(a)および(b)に示す。この
結果から、波長193nmのArFエキシマレーザを照
射した方(図2(b))が、Dピーク(1350cm-1
付近)の強さとGピーク(1570cm-1付近)の強さ
(単位:arb. units)との比が大きく、よりダイヤモン
ドに近いといえる。
【0019】従って、使用するレーザ光の波長は短けれ
ば短いほど好ましいが、一方、波長が短くなると光学素
子および空気での吸収が著しく増大するため、ArFエ
キシマレーザ(波長193nm)が実用的なレーザ光の
下限である。
【0020】実施例2:グラファイトターゲット3を照
射するレーザ光の波長を193nm(ArFエキシマレ
ーザ)とし、基板7とグラファイトターゲット3間の距
離dを5cmにして成膜したDLC膜のラマンスペクト
ルと6cmにして成膜したDLC膜のラマンスペクトル
とを、それぞれドット△および■で図3に示す。この結
果から、距離dが大きいほど、Dピークの強さとGピー
クの強さとの比が大きく(△の場合の方が、■の場合よ
り大きい)、よりダイヤモンドに近いといえる。
【0021】しかも、距離dを6cmとして成膜した場
合のDLC膜のラマンスペクトルには、ダイヤモンド特
有の1332cm-1のピークが重畳されていて、この条
件で成膜した場合には、DLC膜中にダイヤモンドと同
一特性の物質が含まれていることがわかる。このこと
は、RHEED(反射型高速電子線回折)測定によって
も確認された。
【0022】実施例3:成膜時のレーザ照射雰囲気を、
真空(5×10-7Torr )、水素ガス(5×10-3
Torr )、ECRプラズマ(マイクロ波パワー50
W)で分解した水素ガス(5×10-3Torr )としてそ
れぞれ成膜したDLC膜のラマンスペクトルを、それぞ
れ一点鎖線、実線および破線で図4に示す。との場
合でのスペクトルの違いは小さいが、の場合ではDピ
ークの強さとGピークの強さとの比が大きくなってお
り、よりダイヤモンドに近いDLC膜が成膜されたとい
える。
【0023】これは、水素ガスがグラファイト中の炭素
の二重結合を分解してダイヤモンド化を促進し、しかも
それはその効果が分子状の水素よりもプラズマで分解さ
れた水素の方が一層大きいことに基づいている。
【0024】実施例4:上述の実施例1、2、3はとも
に基板6の温度を400℃にたもって成膜した場合であ
ったが、基板6を加熱せず室温のままで行った場合に
は、基板上にグラファイトの膜は形成されなかった。
【0025】従って、成膜時の基板温度は高ければ高い
ほど好ましいが、一方では、耐熱性の低い基板を使用し
たいという要望もあることから、400℃を実用的な下
限とした。
【0026】
【発明の効果】本発明によるダイヤモンド膜またはDL
C膜の成膜方法ないし成膜装置によれば、良質なダイヤ
モンド膜またはDLC膜を容易、かつ再現性よく成膜す
ることができる。また、本発明により成膜したダイヤモ
ンド膜またはDCL膜は、電子放出素子として用いるこ
とができるほか、さまざまな分野に用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に適用されるダイヤモンド膜またはDL
C膜の成膜装置の一実施形態を概念図で示している。
【図2】(a), (b) に、グラファイトターゲットを照
射するレーザ光の波長をそれぞれ248nmおよび19
3nmとして成膜した場合のDLC膜のラマンスペクト
ルを示している。
【図3】ドット△および■により、基板とグラファイト
ターゲット間の距離をそれぞれ5cmおよび6cmとし
て成膜した場合のDLC膜のラマンスペクトルを示して
いる。
【図4】一点鎖線、実線および破線により、成膜時のレ
ーザ照射雰囲気をそれぞれ真空、水素ガス、およびEC
Rプラズマで分解した水素ガスとして成膜した場合のD
LC膜のラマンスペクトルを示している。
【符号の説明】
1 レーザ光の発生源 2 真空室 3 グラファイトターゲット 4 集光レンズ 5 透明な窓 6 ヒータ 7 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 弘幸 東京都世田谷区砧1丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グラファイトターゲットをレーザ光で照
    射し、基板上にダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭
    素膜をレーザアブレーション法により成膜する成膜方法
    において、 前記レーザ光としては、波長193nmのArFエキシ
    マレーザが使用され、 前記グラファイトターゲットと前記基板とは相互に6c
    m以上離間してレーザ照射雰囲気中に配置され、 前記レーザ照射雰囲気中には水素ガスが供給され、そし
    て前記基板の温度は、成膜中において400℃以上に保
    たれることを特徴とするダイヤモンド膜またはダイヤモ
    ンド状炭素膜の成膜方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の成膜方法において、前記
    水素ガスは活性化して供給されることを特徴とするダイ
    ヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の成膜方法において、前記
    活性化はECRプラズマにより与えられることを特徴と
    するダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜
    方法。
  4. 【請求項4】 少なくともレーザ光源と、内部にグラフ
    ァイトターゲットと基板が配置され、窓を通して前記レ
    ーザ光源からのレーザ光が前記グラファイトターゲット
    を照射するような構成の真空室とを具え、前記グラファ
    イトターゲットを前記レーザ光で照射し、前記基板上に
    ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜をレーザア
    ブレーション法により成膜する成膜装置において、 前記レーザ光としては、波長193nmのArFエキシ
    マレーザが使用され、 前記グラファイトターゲットと前記基板とは相互に6c
    m以上離間してレーザ照射雰囲気中に配置され、 前記レーザ照射雰囲気中には水素ガスが供給され、そし
    て前記基板の温度は、成膜中において400℃以上に保
    たれることを特徴とするダイヤモンド膜またはダイヤモ
    ンド状炭素膜の成膜装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の成膜装置において、前記
    水素ガスは活性化して供給されることを特徴とするダイ
    ヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の成膜装置において、前記
    活性化はECRプラズマにより与えられることを特徴と
    するダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜
    装置。
JP26170397A 1997-09-26 1997-09-26 ダイヤモンド膜またはダイヤモンド状炭素膜の成膜方法、および成膜装置 Pending JPH11100295A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004526305A (ja) * 2001-01-19 2004-08-26 シェブロン ユー.エス.エー. インコーポレイテッド マイクロエレクトロニクスにおけるダイヤモンドイド含有材料
JP2015081358A (ja) * 2013-10-22 2015-04-27 三井造船株式会社 皮膜形成装置及び皮膜形成方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004526305A (ja) * 2001-01-19 2004-08-26 シェブロン ユー.エス.エー. インコーポレイテッド マイクロエレクトロニクスにおけるダイヤモンドイド含有材料
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