JPS60127292A - ダイヤモンドの製造法 - Google Patents

ダイヤモンドの製造法

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JPS60127292A
JPS60127292A JP58235018A JP23501883A JPS60127292A JP S60127292 A JPS60127292 A JP S60127292A JP 58235018 A JP58235018 A JP 58235018A JP 23501883 A JP23501883 A JP 23501883A JP S60127292 A JPS60127292 A JP S60127292A
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JP
Japan
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microwave
substrate
temperature
diamond
electric field
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Pending
Application number
JP58235018A
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English (en)
Inventor
Susumu Kawachi
河内 進
Katsuyuki Nakamura
克之 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Asahi Kasei Kogyo KK
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Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd, Asahi Kasei Kogyo KK filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication of JPS60127292A publication Critical patent/JPS60127292A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイヤモンドの製造法に関する。現在、ダイヤ
モンドの人工合成は高温高圧法による方法のみが工、業
的に使用されている。しかし、最近炭化水素ガスを原料
とし低温低圧下での合成が試みられている。例えば、プ
ラズマを利用した方法としてマイクロ波無極放電により
、炭化水素と水素ガスとの混合ガスをプラズマ化し基板
上にダイヤモンドを製造する方法(特開昭夕♂−/10
104t9や高周波(/ 3.36 MHz )による
方法(特開昭se−/3t//y)等が知られている。
・ マイクロ波無極放電による方法では結晶性の良いダ
イヤモンドができるが、導波管のサイズによって反応管
のサイズが制限され大面積化するのが困難である。又、
これらのプラズマによる方法では成長速度が7μm/h
rと遅いという問題がある。
我々は、これらの問題を解決する為に結晶性の物ができ
やすいマイクロ波無極放電を利用し、鋭意研究の結果、
ダイヤモンドの成長速度を早める事に成巧し、本発明に
到達した。
すなわち、本発明は炭化水素を原料とし水素ガスとの混
合ガスをマイクロ波無極放電によりプラズマ化してダイ
ヤモンドを製造する方法において、電場の中でマイクロ
波無梅放電によってプラズマを発生させる事を特徴とす
るダイヤモンドの製造法に関する。
本発明において原料として用いる炭化水素とは、炭素数
7〜2Oからなる炭化水素であり、例えば、メタン、エ
タン、プロパン、ブタン1.2,2ジメチルプロパン、
等の飽和炭化水素、エチレン、アセチレン、プロピレン
、ブチレン、フタジエン、等の不飽和炭化水素、ンクロ
〜キサン、及びシクロヘキサンの誘導体、等の脂環式炭
化水素、ベンゼン、トルエン、キンレン、ナフタレン、
マントラセン等の芳香族炭化水素等である。
炭化水素と水素ガスの混合比は体積比でθ、00/〜/
、θであり、特に好ましくはθ、θ/〜θ、jである。
θ、θθ/より小さいと成長速度が遅く、7.0以上で
は黒鉛も生成しやすくなり好ましくない。
本発明における電場とは直流電圧をかける事によってλ
つの電極間に発生させた電場であり、一般的には/θθ
V〜/θKVの直流電圧が用いられるが好ましくは3θ
o v −=2o o o vである。
3θθV以下では成長速度があがらず、20001以上
ではエツチングされる為に成長速度が上がらず好ましく
ない。
マイクロ波とは/θ9〜/θ12の周波数を有する電磁
波であり、一般には、2.41 j GHz付近の周波
数が用いられる。マイクロ波の照射強度は0./KW以
上であり好ましくはθ、、2KW以上である。θ、2K
W以下ではガス温度が上がらず好ましくない。
ガス流量およびガス圧は装置によって異なるがガス流量
はθ、θ/ψ−以上、好ましくは/成−以上、ガス圧は
θ、0θ/ ’l’orr〜/気圧であり、好ましくは
/ ’l”orr〜/ 00 Torrである。ガス流
量が7i以下では成長速度が遅く、ガス圧が1Torr
以下ではガス温度が低くなり好ましくない。
本発明においてダイヤモンドを形成させる場所として基
板を設置する事が好ましい。例えば、単結晶シリコンウ
ェハー、石英、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のケイ素化合
物、ステ、ンレス、モリブデン1.鉄、ニッケル、銅等
の金属、サファイア、アルミナ、ジルコニア等の酸化物
、黒鉛、ダイヤモンドの炭素質物質等が用いられ、これ
、らの基板は板状、ハク片状、粒状、粉状、フィラメン
ト状等種々の形状のものが用いられる。
基板温度はガス圧、マイクロ波照射強度によって変るが
/夕θ℃〜/2θθ℃の間に維持され、好ましくは3O
θ℃〜10θ0℃であり、最もダイヤモンドの成長速度
の速いのは夕θθ℃〜/θθθ℃の間である。130℃
以下では非晶質になりやすく、i、:zooc以上では
黒鉛が生成しやすく好ましくない。
本発明で使用した装置の例を第7図、第2図に示した。
図中1はマイクロ波発振機、2はマイクロ波整合器、3
は導波管、4は石英反応管、5.6.7はバルブ、8.
9は流壊計、1Oは水素ガス供給源、11は炭化水素ガ
ス供給源、12.13は電極、14は基板、15は熱電
対、16は真空排気−,1− 装置、17は直流電源、18は基板支持体、である。・ 一般的実験操作例を示すならば、第1図において、バル
ブ5を閉じ反応管4の巾を10−5Torr以下まで真
空排気装置16によって排気した後、バルブ5、7を開
け水素ガスを所定量流す。電極12、13の間に直流電
源17によって電場をかけながら、マイクロ波発振機1
の出力を徐々にあげ、導波管3を通してマイクロ波照射
する。その際、マイクロ波整合器2によって調整しプラ
ズマを発生させる。熱電対15で測定した基板14の温
度が150℃以上になる様に真空排気装置の排気速度及
びマイクロ波発振機の出力で温度調節を行う。基板温度
が所定の温度に達した後、バルブ6を開き、炭化水素ガ
スを所定量流す。
本発明を実施するに際し、基板温度を別途加熱源を用い
て加熱する事も出来る。又、基板上へのダイヤモンドの
生成を促進するため炭化水素ガスを供給する以前に水素
プラズマあるいはアルゴンやヘリウム等のプラズマで基
板表面をエッチングしたり、清浄化したりする事も好ま
しく用いられる。
゛第λ図においても第7図と同様である。
本発明によれば、炭化水素と水素の混合ガスを電場中で
マイクロ波無極放電する事によって、3θct1以上の
面積にわたって均一に!μm/hr以上の高速度でダイ
ヤモンドを製造する事ができる。
この様にして得られたダイヤモンドはヒートシンク、集
積回路の熱伝導性絶縁膜、光学材料等の透明な保護膜等
として極めて有用である。
本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例−/ 第1図に示した装置を用いて、バルブ5を閉じ反応管4
内を/θ−11Torr付近まで排気した後、バルブ5
.7を開は水素ガスをjθi流す。直流電源17によっ
て電極12.13間に♂θθ■の電圧をかけ、電場を発
生させた。次にマイクロ波発振機1の出力なθ、tKw
まで徐々にあげながら、導波管3を通してマイクロ波を
照射する事によってプラズマを発生させた。熱電対15
で測定した基板14であるシリコンウェハーの温度が!
夕θ℃になる様に真空排気装置16の排気速度を調節し
、ガス圧を変えた。基板の温度が♂夕θ℃で一定になっ
た後、バルブ6を開は炭化水素ガスを0.3−流した。
2時間後、停止し基板を収り出した所、その表面/−に
黄かつ色の透明な薄膜が生成した。この薄膜の厚みは7
08mで成長速度は!μm/hrであった。この薄膜の
レーザーラマン散乱スペクトルを日本電子製の装置を用
いて波長がグ♂♂θAのArレーザーで測定した。その
結果、/33タα−1付近にピークを有するスペクトル
が得られ、ダイヤモンド膜である事が確認できた。第3
図に本実施例で得られた透明な炭素膜のレーザーラマン
散乱スペクトルを示した。
実施例−2 第2図に示した装置を用いて、基板として直径が3イン
チの単結晶シリコンウェハーを用いて、また、炭化水素
ガスとしてエタンを用いて実施例−7と同様にして反応
を行った。その際、直流電源12によって、jθθVの
電圧をかけ、基板温度はり00℃に維持した。3時間後
、基板を取り出し1.電子顕微鏡で観察した所厚みが約
7θμmの薄膜が観察された。又、その電気抵抗を測定
した所/θ9Ω・m以上であった。さらに、レーザーラ
マン散乱スペクトルを実施例−/と同様にして測定した
所、はぼ実施例−/と同様のスペクトルが得られた。
実施例−3 実施例−7と同様にして、基板に黒鉛、原料にプロパン
を用い、電極間電圧/θθθV、基板温度がデjθ℃で
2時間反応を行った。黒鉛の表面を光学顕微鏡で観察し
た所、厚みが約/θμmの透明な薄膜が生成していた。
この薄膜のレーザーラマン散乱スペクトルを実施例−/
と同様にして測定した所、実施例−/と同様のスペクト
ルが得られた。
比較例−/ 第1図に示した装置を用いて、電場を発生させずにマイ
クロ波無極放電だけで試みた。すなわち、実施例−7と
同様にして反応管内を/θ−’Torr付−ター 近まで排気したのち、水素ガスをjθ畦−流し出力がθ
、夕謀でマイクロ波を照射し無極放電させた。実施例−
7と同様にしてシリコンウェハー基板温度を♂オθ℃に
維持し、メタンガスをθ、タ祷−流し10時間反応を行
った。基板上に約/θμmの厚みで透明な薄膜が得られ
た。その成長速度は/μm/hrであった。
【図面の簡単な説明】
第1図、第一図は本発明において用いた装置の概略図で
ある。 第1図および第2図において、 1・・・マイクロ波発振機、2・・・マイクロ波整合器
、3・・・導波管、4・・・石英反応管、5.6.7・
・・バルブ、8.9・・・流量計、10・・・水素ガス
供給源、11・・・炭化水素ガス供給源、12.13・
・・電極、14・・・基板、15・・・熱電対、16・
・・真空排気装置、17・・・直流電源 である。 第3図は本実施例−/で得られたダイヤモンド薄膜のレ
ーザーラマン散乱スペクトル図である。 −/ θ − 縦軸はラマン光強度、横軸はラマンシフトである。 −//− 第1図 第2図 第3図 +600 1400 1200 ”” 手続補正書(自発) 昭和59年12月2ノ日 特許庁長官 志 賀 学 殿 1、事件の表示 昭和58年特許願第 !:15018
 号2 発明の名称 ダイヤモンドの製造法 a 補正をする者 事件との関係 特許出願人 大阪府大阪市北区堂島浜1丁目2番6号4、補正の対象 5、補正の内容 (1)明細書の第3頁第14〜15行目の記載「マント
ラセン」を「アントラセン」に訂正する。 (2)明細書の第4頁第7行目の記載[1O9〜161
Jをr 10’ #10” J に匍正する。 (3)明細書の第5頁第14行目の記載「第1図、第2
図に」を「第1図、第2図および第3図に」に訂正する
。 (4) 8A細書の第6頁第12行目の記載「18は基
板支持体、である。」を「18は基板支持体、19はア
ースである。」に訂正する。 (5)明細書の第6頁第4行目の記載[反応管40幅を
」を「反応管4の中を」に訂正する。 (6)明細書第8頁第13行目の記載「第3図に」を「
第4図に」に訂正する。 (7)明細書の第9頁下から第5行目と同頁下から第4
行目との間に次の文を挿入する。 「 実施例−4 第3図に示した装置を用いて、基板を銅板、炭化水素ガ
スをメタンにして、基板の温度を一1= ヒーター20で加熱して500℃に維持しなから゛、実
施例−1と同様にして1時間試みた。 この結果、銅板上に約5μmの厚みを有する薄膜が得ら
れた。銅板の表面の抵抗は109Ω以上であり、レーザ
ーラマン散乱スペクトルからダイヤモンドである事を確
認した。 」(8)明細書第10頁第9行目の記載「第
1図、第2図は」を「第1図、第2図および第3図は」
に訂正する。 (9)明細書第10頁第11行目の記載「第1図および
第2図において」を「第1図、第2図および第3図にお
いて」に訂正する。 ぐQ 明細書第10頁第17行目の記載「17・・・・
・・・・・直流電源」を「17・・・・・・・・・直流
電源、19・・・・・・・・・アース、20・・・・・
・・・・ヒーター、21・・・・・・・・・温度調節器
」に訂正する。 (11) 明細書第10頁下から第2行目の記載「第1
図は」を「第4図は」に訂正する。 住埠 全ての図面を別紙通シに変更する。 以上 2− 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 / 炭化水素を原料とし水素ガスとの混合ガスをマイク
    ロ波無極放電によりプラズマ化してダイヤモンドを製造
    する方法において、電場の中でマイクロ波無極放電によ
    ってプラズマを発生させる事を特徴とするダイヤモンド
    の製造法コ 電場が2つの電極間にコθθV〜/θKV
    の直流電圧をかける事によって発生させた電場である事
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法 3 炭化水素が炭素数7〜コθからなる炭化水素である
    事を特徴とする特許請求の範囲第7項記載の方法 グ 炭化水素と水素ガスとの体積混合比がθ、θθ/〜
    /、θである事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の方法
JP58235018A 1983-12-15 1983-12-15 ダイヤモンドの製造法 Pending JPS60127292A (ja)

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JP58235018A JPS60127292A (ja) 1983-12-15 1983-12-15 ダイヤモンドの製造法

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JP58235018A JPS60127292A (ja) 1983-12-15 1983-12-15 ダイヤモンドの製造法

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JPS60127292A true JPS60127292A (ja) 1985-07-06

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JP58235018A Pending JPS60127292A (ja) 1983-12-15 1983-12-15 ダイヤモンドの製造法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5110579A (en) * 1989-09-14 1992-05-05 General Electric Company Transparent diamond films and method for making
US5314540A (en) * 1991-03-22 1994-05-24 Nippondenso Co., Ltd. Apparatus for forming diamond film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5110579A (en) * 1989-09-14 1992-05-05 General Electric Company Transparent diamond films and method for making
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