JPS62167294A - 気相法によるダイヤモンド薄膜の製造法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波ＣＶＤ法によって比較的大面積で、
かつ均一な厚さと組織を有するダイヤモンド薄膜の製法
に関する。

〔従来の技術〕

ＣＶＤ法によって膜厚および組織の均一なダイヤモンド
薄膜を製造するには、ダイヤモンド析出基板の温度を均
一に保持することが不可欠である。

マイクロ波放電は他の加熱源を用いないで、基板を加熱
することが出来るが、マイクロ波プラズマの中心はど加
熱効果が大きいので、プラズマ空間いっばいになるよう
な面積の大ぎい基板では、外周部の温度が中心部より低
くなる傾向があり、温度むらを生じ易い。

したがって、従来マイクロ波放電を用いたＣＶＤ法で均
一な厚さ、組織のダイヤモンド薄膜をつくることが出来
る基板の大きさは、１ｉｎｃｈφ程度が一般的であった
。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等は、誘電加熱による誘電体の発熱は、電界に
並行に異なる誘電体を積層した場合は、比誘電率εｒと
誘電損失ｔａｎδとの積に、垂直に積層した場合はｔａ
ｎδ／εｒに比例して変化すること、したがって、εｒ
およびｔａｎδがそれぞれ異なる誘電体を部分的に積層
、或いは接合した基板または基板ホルダーの温度は不均
一になる現象のあることに着目した。

本発明は上記の現象に基づいて開発されたもので、基板
又は基板ホルダーの材質、構成を工夫することにより、
大面積の均一厚さおよび組織のダイヤモンド薄膜の製法
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、
その要旨は、マイクロ波ＣＶＤ法により炭化水素ガスか
ら減圧下で基板上にダイヤモンドを析出させる気相法に
よるダイヤモンド薄膜の製造法において、マイクロ波に
よる発熱が、中心部により外周部の方が大きい誘電体に
よって構成された基板もしくは基板ホルダーを用いる気
相法によるダイヤモンド薄膜の製造法にある。

ダイヤモンドを析出させる基板の材質には制限があり、
通常はシリコン等の金属が用いられるが、これは誘電体
ではない。誘電体でもあり、かつ基板になるものとして
は石英、炭化ケイ素等がある。

本発明においては石英、炭化ケイ素等ではこれを基板と
し、この基板の構成を外周部が高い発熱となるようにす
るか、又はシリコン等の基板では基板ホルダーを外周部
′ｒ−高い発熱となるようにする。

（発明の具体的構成および作用〕 以下本発明の方法を詳細に説明する。

誘電体は前記したようにその種類によって電界中での発
熱ωを変えることができるので、マイクロ波放電によっ
て従来の大面積基板に生じる温度の低い部分の発熱を高
くなるように、異種の誘電体の積層或は接合又は一種類
のものでもその形状を変える等した基板又は基板ホルダ
ーを使用すれば、大面積の基板の温度をほぼ均一に保持
することが出来る。

本発明に用いる誘電体としては、例えば第１表に示すも
のがあげられる。

第　　　　１　　　　表 通常基板はプラズマ中において、その中心部で温度が高
くなり、外周部で低くなるので、例えば次のような基板
ホルダーを用いることによって基板の温度をほぼ均一化
出来る。

すなわち、第１図（ａ）（ｂ）は、厚さが５　＃Ｉ＃Ｉ
。

径が５０＃の発熱はの少ない誘電体（例えば六方晶窒化
■索）への外周部を切欠いて厚さ２＃とし、この部分に
発熱ａの多い誘電体（例えばアルミナ）Ｂの環状体を接
合した誘電体ホルダー１である。

この基板ホルダー１の上面に８１ウエハーなどの基板２
を取付け、マイクロ波プラズマ中に入れると、温度の低
い外周部は、誘電体Ｂの発熱によって加熱され、中央部
とほぼ同じ温度とすることが出来る。なお図中符号３は
基板ホルダー１の支持棒である。

また、第２図（ａ）（ｂ）は、発熱８の大きい環状の誘
電体Ｂを支持棒３によって支持した基板ホルダー１で、
この場合は基板２の外周部のみが加熱される。第３図、
第４図も外周部がより加熱されるもので、その説明を省
略する。第５図は誘電体Ａ中心部が凹面４となっていて
、外周部だけが基板２に接して、これを加熱するように
したものである。

上記のように、形状を工大した誘電体、或は異種の誘電
体を積層、或は接合した誘電体よりなる大きい径の基板
ホルダーを適宜選択して、上面に基板を取付け、第６図
に示すようにマイクロ波発生装置１１を有する反応炉１
２内に基板２の面がマイクロ波に平行となるようにセッ
トし、炭化水素およびＨ２の原料ガス１３を送給すると
ともに、炉内圧を約３　Ｑ　Ｔｏｒｒ、　Ｑ度８００〜
１２００℃。

マイクロ波１〜１０ＧＨ７の条件下、また必要に応じて
基板２を回転させてダイヤモンドを合成する。この場合
基板ホルダー１は、球根２の面の温度が均一となるよう
に選ばれているので、均一な厚さ組織の大面積のダイヤ
モンドが得られる。

以上は基板とホルダーが別の場合であるが、ホルダー自
体を基板とするには第１図、第３図でホルダーを石英等
にして、その上にシリコン等の基板を載せずに、そのま
ま基板とし、それにダイヤモンドを析出させればよい。

次に実施例を示して本発明の詳細な説明する。

〔実施例１〕 基板ホルダーとして直径５０ｒＭ１．厚さ５厘の六方晶
窒化硼素の円板の周囲を切欠き、厚さ３＃の円環状のア
ルミナをドーナツ状に積層した、第１図に示す基板ホル
ダーを用いた。

この基板ホルダーに径５０＃Ｗの３ｉウエハー基板を取
付け、これを反応炉内にセットし、圧力３０Ｔｏｒｒ、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波放電によって加熱した。そ
の結果、基板の中央部は８００℃、外周部の最ら温度の
低い部分は７９０℃で、その差は１０℃以内で、はぼ均
一な温度となった。

この条ｆｌ下で、Ｃ）Ｉ４１ＶＯＩ％、　Ｈ２９９ＶＯ
１％の原料ガスを導入し、４０ｈｒの運転を行ない、５
０＃１ＩＩＩφＳｉ基板全面にダイヤモンドを析出させ
ることができた。このダイヤモンド薄膜をラマン測定お
よびＳＥＭ観寮観察なった結果、瓦れき状組織をもった
多結晶ダイヤモンド薄膜で厚さは、１０±０．３ａｍ、
析出速度は約０．２５μｍ／ｈｒであることがわかった
。

〔比較例１〕 径が５０＃Ｉｍ、厚さが５ＩＩＩｍの六万品窒化ＶＡ素
板を基板ホルダーとして使用した他は、実施例１と同じ
にして、プラズマ中の基板温度を測定した。その結果、
中心部と外周部とでは５０〜８０℃の温度差を示した。

〔実施例２〕 第２図に示すような、外径５０履のアルミナリングが取
付けられた基板ホルダーを使用し、実施例１と同じ条件
で基板の中心部と外周部の温度差を測定したところ２０
〜３０℃であった。

次いで、温度を７８０〜８００　’Ｃに設定し、実施例
１と同じ条件で４０ｈｒの運転を行ない、基板全面にダ
イヤモンドを析出させ得た。このダイヤモンド薄膜の厚
さは９±１μ瓦であった。

上記アルミナリングの厚さを適宜変えることにより、基
板外周部の温度が調整され、このような簡単な基板ホル
ダーによっても基板温度の均一化が可能なことがわかっ
た。

〔効　果〕

以上述べたように、本発明の方法によって大面積のｉｌ
板を均一な温度に保持し、均一な厚さ、組織のダイヤモ
ンド薄膜が得られるので、その生産性が大幅に向上し、
しかもヒータ等の補助加熱手段を必要としないので、既
存の装置がぞのまま使用出来るなど、多くの長所を有す
る方法である。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）（ｂ）ないし第５図は、本発明の方法に使
用する基板ホルダーの例を示すもので、第１図（ａ）は
縦断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＩ−Ｉ線矢視
平面図、第２図（ａ）は縦断面図、第２図（ｂ）は第２
図（ａ）の■−■線矢視平面図、第３図ないし第５図は
縦断面図、第６図はマイクロ波ＣＶＤ法によってダイヤ
モンドを析出させる装置の説明図である。 １・・・・・・基板ホルダー、２・・・・・・基板、３
・・・・・・支持棒、４・・・・・・凹面、１１・・・
・・・マイクロ波発生装置、１２・・・・・・反応炉、
１３・・・・・・原料ガス、Ａ・・・・・・発熱量の小
さい誘電体、Ｂ・・・・・・発熱ａの大きい誘電体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波ＣＶＤ法により炭化水素ガスから減圧下で基
   板上にダイヤモンドを析出させる気相法によるダイヤモ
   ンド薄膜の製造法において、マイクロ波による発熱が、
   中心部より外周部の方が大きい誘電体によって構成され
   た基板もしくは基板ホルダーを用いることを特徴とする
   気相法によるダイヤモンド薄膜の製造法。