JPS62278192A - 結晶性炭素の気相合成法 - Google Patents
結晶性炭素の気相合成法Info
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- JPS62278192A JPS62278192A JP12058686A JP12058686A JPS62278192A JP S62278192 A JPS62278192 A JP S62278192A JP 12058686 A JP12058686 A JP 12058686A JP 12058686 A JP12058686 A JP 12058686A JP S62278192 A JPS62278192 A JP S62278192A
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Landscapes
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
［産業上の利用分野コ
本発明は、ダイヤモンドに代表される様な結晶性炭素の
気相合成法に関するものである。
気相合成法に関するものである。
［従来の技術］
ダイヤモンドは、高硬度であることを利用して古くは切
削工具用途を中心に広く使用されてきた。一方近年では
、熱伝導度が大きいこと、不純物ドーピングにより半導
体としての利用可能性があること等に着目され、前者の
特性を利用するものとしてＩＣ（ｉ積回路）基板のヒー
トシンク（冷却用放熱器）への適用が検討され、また後
者の特性を利用するものとして半導体素子等の電子技術
分野にも応用されるに至り、ダイヤモンド膜を形成する
為の技術が急速に開発されつつある。
削工具用途を中心に広く使用されてきた。一方近年では
、熱伝導度が大きいこと、不純物ドーピングにより半導
体としての利用可能性があること等に着目され、前者の
特性を利用するものとしてＩＣ（ｉ積回路）基板のヒー
トシンク（冷却用放熱器）への適用が検討され、また後
者の特性を利用するものとして半導体素子等の電子技術
分野にも応用されるに至り、ダイヤモンド膜を形成する
為の技術が急速に開発されつつある。
ダイヤモンドの合成法としては、黒鉛を炭素原料とし、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ等を触媒として４〜７万気圧、 １０
００〜２０００℃の高温・高圧で行なう高圧法が知られ
ているが、その他気体状炭化水素を炭素原料として低圧
条件下で行なう気相合成法も開発されている。気相合成
法によるダイヤモンドの合成は、高圧法と比べてダイヤ
モンドの結晶が小さくなるという欠点が従来より指摘さ
れてきたが、上述した様な電子技術分野への応用が進め
られると、却って薄膜の形成が容易であるという利点が
着目され、有用な技術であると位晋付けられている。
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ等を触媒として４〜７万気圧、 １０
００〜２０００℃の高温・高圧で行なう高圧法が知られ
ているが、その他気体状炭化水素を炭素原料として低圧
条件下で行なう気相合成法も開発されている。気相合成
法によるダイヤモンドの合成は、高圧法と比べてダイヤ
モンドの結晶が小さくなるという欠点が従来より指摘さ
れてきたが、上述した様な電子技術分野への応用が進め
られると、却って薄膜の形成が容易であるという利点が
着目され、有用な技術であると位晋付けられている。
第１図はダイヤモンド気相合成装買の一例を示す概略説
明図である。当該装置はマイクロ波を応用した技術であ
り、その概略は下記の如くてある。第１図において、マ
イクロ波照射装置１から発信されたマイクロ波は導波管
２を通って反応室３内に導かれる。一方Ｈ２供給装置５
及びＣＨａ供給装置６からは夫々上２ガス及びＣＨ４ガ
スが所定量流出され所定割合に混合（例えばＣＨ４１％
−８２９９％）されつつ供給管７を介して前記反応室３
内に供給される。一方反応室３内は所定量の混合ガスが
吸引排気されることによって、予め定めた圧力（例えば
４０〜５０ Ｔｏｒｒ）とされる（８は排気装置を示す
）。反応室３内には、支持棒１０によって所定位置に固
定された支持台１１が設けられており、この支持台１１
上にはＳｔウニ八へのダイヤモンド析出用基板１５が配
置される。
明図である。当該装置はマイクロ波を応用した技術であ
り、その概略は下記の如くてある。第１図において、マ
イクロ波照射装置１から発信されたマイクロ波は導波管
２を通って反応室３内に導かれる。一方Ｈ２供給装置５
及びＣＨａ供給装置６からは夫々上２ガス及びＣＨ４ガ
スが所定量流出され所定割合に混合（例えばＣＨ４１％
−８２９９％）されつつ供給管７を介して前記反応室３
内に供給される。一方反応室３内は所定量の混合ガスが
吸引排気されることによって、予め定めた圧力（例えば
４０〜５０ Ｔｏｒｒ）とされる（８は排気装置を示す
）。反応室３内には、支持棒１０によって所定位置に固
定された支持台１１が設けられており、この支持台１１
上にはＳｔウニ八へのダイヤモンド析出用基板１５が配
置される。
この様にして混合ガスが供給された反応室３内にマイク
ロ波の様な振動電波が導入されると、高エネルギー電子
によって混合ガス成分分子が原子・イオン・ラジカルに
分解され、反応室３内には定常的なプラズマが発生する
。前記基板１５はプラズマ発生領域に配置されており、
当該基板１５上には混合ガス中の炭素を原料としてダイ
ヤモンド結晶が析出する。そして基板１５の種類や処理
条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なった形態のも
のが得られ、一方混合ガスの混合割合を変化させること
によって結晶性ダイヤモンド。
ロ波の様な振動電波が導入されると、高エネルギー電子
によって混合ガス成分分子が原子・イオン・ラジカルに
分解され、反応室３内には定常的なプラズマが発生する
。前記基板１５はプラズマ発生領域に配置されており、
当該基板１５上には混合ガス中の炭素を原料としてダイ
ヤモンド結晶が析出する。そして基板１５の種類や処理
条件に応じて微結晶又は薄膜等の様に異なった形態のも
のが得られ、一方混合ガスの混合割合を変化させること
によって結晶性ダイヤモンド。
ダイヤモンド状結晶及びグラファイト等の結晶構造の異
なる結晶性炭素が得られる。尚図中１３は反射板であり
、反応室３内を拡散するマイクロ波を反射させる作用を
果たす。
なる結晶性炭素が得られる。尚図中１３は反射板であり
、反応室３内を拡散するマイクロ波を反射させる作用を
果たす。
ダイヤモンド気相合成装置の他の例としては、第２図に
示される様な高周波を利用する技術も開発されている。
示される様な高周波を利用する技術も開発されている。
当該技術においては、第１図に示したマイクロ波照射装
置１の代りに高周波電源２０を用い、高周波電源２０−
からの高周波を作動コイル２１に導通して反応室３内に
高周波プラズマを発生させるものである。その他の基本
的な原理は第４図に示した技術と同様であり、対応する
部分には同一の参照符号を付して重複説明を避ける。
置１の代りに高周波電源２０を用い、高周波電源２０−
からの高周波を作動コイル２１に導通して反応室３内に
高周波プラズマを発生させるものである。その他の基本
的な原理は第４図に示した技術と同様であり、対応する
部分には同一の参照符号を付して重複説明を避ける。
［発明が解決しようとする問題点］
第１．２図に示した気相合成装置における炭素性原料と
しては、上述したメタン（ＣＨ４）の他、アセチレン、
エチレン、エタン、ベンゼン等の様な炭化水素が一般的
に用いられていた。これは、上記の様な炭化水素を用い
た場合に反応室内で進行するプラズマ反応による副生成
物が、水素、炭素、炭化水素等に限定され、且つこれら
は強い毒性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であると
いう消極的理由からである。又基板上に成長する結晶性
炭素の格子欠陥１表面１粒界等に取り込まれるものは水
素原子や水素分子程度の大きさのものに限られ、結晶性
炭素の結晶構造に大ぎな影響を与えることがないと予想
されるからである。
しては、上述したメタン（ＣＨ４）の他、アセチレン、
エチレン、エタン、ベンゼン等の様な炭化水素が一般的
に用いられていた。これは、上記の様な炭化水素を用い
た場合に反応室内で進行するプラズマ反応による副生成
物が、水素、炭素、炭化水素等に限定され、且つこれら
は強い毒性や腐食性がなく、廃ガス処理が容易であると
いう消極的理由からである。又基板上に成長する結晶性
炭素の格子欠陥１表面１粒界等に取り込まれるものは水
素原子や水素分子程度の大きさのものに限られ、結晶性
炭素の結晶構造に大ぎな影響を与えることがないと予想
されるからである。
しかしながら、上述した様な炭化水素を炭素原料として
用いた場合には、結晶性炭素の結晶成長速度が小さいと
いう問題があった。即ち、上記気相合成法においては炭
化水素分子と高エネルギー電子との相互作用、取りわけ
近距離相互作用による電子と分子の衝突がプラズマ生成
に寄与するのであるが、炭素原料として炭化水素を用い
た場合には反応性衝突断面積が小さく結晶性炭素に必要
な原子・イオン・プラズマ種の生成効率が低くなる。
用いた場合には、結晶性炭素の結晶成長速度が小さいと
いう問題があった。即ち、上記気相合成法においては炭
化水素分子と高エネルギー電子との相互作用、取りわけ
近距離相互作用による電子と分子の衝突がプラズマ生成
に寄与するのであるが、炭素原料として炭化水素を用い
た場合には反応性衝突断面積が小さく結晶性炭素に必要
な原子・イオン・プラズマ種の生成効率が低くなる。
本発明はこうした従来技術の持つ問題点を解決する為に
なされたものであって、その目的とするところは結晶性
炭素の結晶成長速度を大きくする様にした気相合成法を
提供する点にある。
なされたものであって、その目的とするところは結晶性
炭素の結晶成長速度を大きくする様にした気相合成法を
提供する点にある。
［問題点を解決する為の手段コ
上記問題点を解決し得た本発明の構成とは、結晶性炭素
の気相合成に当たり、ＣｆＬ、Ｂｒ、Ｉから遭択される
ハロゲン元素の少なくとも１種を分子内に含む有極性有
機物質を炭素性原料として用いる点に要旨を有するもの
である。
の気相合成に当たり、ＣｆＬ、Ｂｒ、Ｉから遭択される
ハロゲン元素の少なくとも１種を分子内に含む有極性有
機物質を炭素性原料として用いる点に要旨を有するもの
である。
［作用コ
本発明は上述の如く構成されるが、要はＣＵ。
Ｂｒ、Ｉからなるハロゲン元素のうち少なくとも１種を
分子内に含む有極性有機物質を炭素性原料として用いて
気相合成することにより結晶性炭素の結晶成長速度を大
きくし得たものである。ここで上記有極性有機物質とは
、例えばＣＨ３Ｘ、（ＸはＣｆ！、、Ｂｒ、Ｉから選ば
れるハロゲン元素）の様に一般弐Ｃ！２Ｈ，Ｘｎ （
ＩＬ、ｍ、ｎは２≧２゜ｍ≧３．ｎ≧１である整数）で
表わされる有機物質を総称するものである。
分子内に含む有極性有機物質を炭素性原料として用いて
気相合成することにより結晶性炭素の結晶成長速度を大
きくし得たものである。ここで上記有極性有機物質とは
、例えばＣＨ３Ｘ、（ＸはＣｆ！、、Ｂｒ、Ｉから選ば
れるハロゲン元素）の様に一般弐Ｃ！２Ｈ，Ｘｎ （
ＩＬ、ｍ、ｎは２≧２゜ｍ≧３．ｎ≧１である整数）で
表わされる有機物質を総称するものである。
本発明で選ばれる有極性有機物質は、大きな双極子モー
メントを持つ。例えばＣＨ３ＣＪＺ 、 ＣＨ３Ｂｒ
。
メントを持つ。例えばＣＨ３ＣＪＺ 、 ＣＨ３Ｂｒ
。
ＣＨ３Ｔ各双極子モーメントは、夫々１．８７Ｘ１０−
１８．１．８１Ｘ１０−１８．１．６２ Ｘｌ０−”
ｅｓｕ −ｃｍである。電子と双極子モーメントと
の相互作用エネルギーは、電子−双極子モーメント距離
をγとすると、γ−２に比例する。そして前述の有極有
機物質は、この相互作用が大きく、そこでその解離速度
は一般の炭化水素に比べて大きい。父上記有極性有機物
質は、原子半径の大きいハロゲン原子を分子内に含む為
電子の衝突断面積も大きく、それだけ分子解離が促進さ
れるという利点がある。
１８．１．８１Ｘ１０−１８．１．６２ Ｘｌ０−”
ｅｓｕ −ｃｍである。電子と双極子モーメントと
の相互作用エネルギーは、電子−双極子モーメント距離
をγとすると、γ−２に比例する。そして前述の有極有
機物質は、この相互作用が大きく、そこでその解離速度
は一般の炭化水素に比べて大きい。父上記有極性有機物
質は、原子半径の大きいハロゲン原子を分子内に含む為
電子の衝突断面積も大きく、それだけ分子解離が促進さ
れるという利点がある。
一方解離されたハロゲン原子は、副次反応によってＨＸ
、Ｘ２分子或はその他の有機分子として排気される。そ
して通常の処理条件では、極めて微量の有極性有機物質
しか消費されないので、前述の様に排気されるハロゲン
原子は通常の吸着処理法やチラー処理法等で容易に十分
除去できる。又ハロゲン原子の原子半径は大きいので、
結晶性炭素中に取り込まれるハロゲン原子量は極微量で
ある。
、Ｘ２分子或はその他の有機分子として排気される。そ
して通常の処理条件では、極めて微量の有極性有機物質
しか消費されないので、前述の様に排気されるハロゲン
原子は通常の吸着処理法やチラー処理法等で容易に十分
除去できる。又ハロゲン原子の原子半径は大きいので、
結晶性炭素中に取り込まれるハロゲン原子量は極微量で
ある。
本発明は、炭素原料として前記有極性有機物質を用いた
ものであるが、本発明方法の実施に当っては格別の装置
である必要がなく、基本的には第１図及び第２図に示し
た装置を用いればよい。
ものであるが、本発明方法の実施に当っては格別の装置
である必要がなく、基本的には第１図及び第２図に示し
た装置を用いればよい。
即ちＣＨ４供給装置６の代りにＣＨ３Ｘ等の有極性有機
物質を単独又はＨ２ガスと共に所定の混合割合にして反
応室３内に供給する様にすればよい。そして本発明方法
を実施した場合は、従来用いられている一般的な装置を
もってしてもわずかなマイクロ波又は高周波電力で有極
性有機物質の解離が進行するので、結晶性炭素の気相合
成におけるコスト低減を図ることができる。
物質を単独又はＨ２ガスと共に所定の混合割合にして反
応室３内に供給する様にすればよい。そして本発明方法
を実施した場合は、従来用いられている一般的な装置を
もってしてもわずかなマイクロ波又は高周波電力で有極
性有機物質の解離が進行するので、結晶性炭素の気相合
成におけるコスト低減を図ることができる。
マイクロ波ＣＶＤ装置を用いて、ダイヤモンド薄膜の結
晶成長実験を行なった。
晶成長実験を行なった。
炭素性原料として、ＣＨ４ガスとＣＨ３Ｃｕガスを用い
、夫々の場合を比較した。尚上記炭素性原料ガスは、Ｈ
２によって１％になる様・に希釈し、混合ガスとして気
相合成に供した。
、夫々の場合を比較した。尚上記炭素性原料ガスは、Ｈ
２によって１％になる様・に希釈し、混合ガスとして気
相合成に供した。
混合ガス流量は１００ Ｓ ＣＣＭ （Ｓｔａｎｄａｒ
ｄＣｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ）とし、反応室
３の内圧は４０ Ｔｏｒｒに保ち、マイクロ波のパワー
は３００ｗとした。基板１５としては、表面処理を施し
たＳｉウェハを用い、装置運転中の基板温度は８５０℃
であった。
ｄＣｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ）とし、反応室
３の内圧は４０ Ｔｏｒｒに保ち、マイクロ波のパワー
は３００ｗとした。基板１５としては、表面処理を施し
たＳｉウェハを用い、装置運転中の基板温度は８５０℃
であった。
この様にして６時間に亘り基板１５上にダイヤモンド薄
膜を形成させた後、Ｓ Ｅ Ｍ （ＳｃａｎｎｉｎｇＥ
ｆｌ ｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）で薄膜
断面を観察した。５箇所で膜厚を測定したところ、炭素
性原料としてＣＨ４ガスを用いた場合の平均膜厚は２．
０μｍであったのに対し、ＣＨ，Ｃｕを用いた場合の平
均膜厚は２５μｍであった。
膜を形成させた後、Ｓ Ｅ Ｍ （ＳｃａｎｎｉｎｇＥ
ｆｌ ｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ）で薄膜
断面を観察した。５箇所で膜厚を測定したところ、炭素
性原料としてＣＨ４ガスを用いた場合の平均膜厚は２．
０μｍであったのに対し、ＣＨ，Ｃｕを用いた場合の平
均膜厚は２５μｍであった。
この結果から明らかであるが、炭素性原料としてＣＨ３
ＣＩｌガスを用いた場合は、従来用いられていた様な炭
化水素（ＣＨ４等）を用いた場合に比べ、結晶成長速度
が約２５％をも増大することが理解される。尚上述の実
施例では、有極性有機物質の代表例としてＣＨ３Ｃｆｔ
を用いたが、その他Ｂｒ、Ｉ等を分子中に含む有極性有
機物質を用いた場合も同様の効果が得られた。
ＣＩｌガスを用いた場合は、従来用いられていた様な炭
化水素（ＣＨ４等）を用いた場合に比べ、結晶成長速度
が約２５％をも増大することが理解される。尚上述の実
施例では、有極性有機物質の代表例としてＣＨ３Ｃｆｔ
を用いたが、その他Ｂｒ、Ｉ等を分子中に含む有極性有
機物質を用いた場合も同様の効果が得られた。
［発明の効果］
以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を）采用す
ることによって、結晶性炭素の結晶成長速度を大きくす
る様にした気相合成法が実現できた。
ることによって、結晶性炭素の結晶成長速度を大きくす
る様にした気相合成法が実現できた。
第１図及び第２図は気相合成装置の例を示す概略説明図
である。 １・・・マイクロ波照射装置 ２・・・導波管 ３・・・反応室１５・・・基
板 ２０・・・高周波電源出項人 株式会社
神戸製鋼所
である。 １・・・マイクロ波照射装置 ２・・・導波管 ３・・・反応室１５・・・基
板 ２０・・・高周波電源出項人 株式会社
神戸製鋼所
Claims (1)
- 結晶性炭素の気相合成に当たり、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選
択されるハロゲン元素の少なくとも１種を分子内に含む
有極性有機物質を炭素性原料として用いることを特徴と
する結晶性炭素の気相合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12058686A JPS62278192A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12058686A JPS62278192A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62278192A true JPS62278192A (ja) | 1987-12-03 |
| JPH0542397B2 JPH0542397B2 (ja) | 1993-06-28 |
Family
ID=14789941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12058686A Granted JPS62278192A (ja) | 1986-05-26 | 1986-05-26 | 結晶性炭素の気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62278192A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656583A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-03-01 | Natl Sci Council | ダイアモンド薄膜の堆積方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5930709A (ja) * | 1982-08-13 | 1984-02-18 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 炭素膜及び／又は炭素粒子の製造方法 |
| JPS61222915A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-03 | Asahi Chem Ind Co Ltd | ダイヤモンドの気相合成方法 |
-
1986
- 1986-05-26 JP JP12058686A patent/JPS62278192A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5930709A (ja) * | 1982-08-13 | 1984-02-18 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 炭素膜及び／又は炭素粒子の製造方法 |
| JPS61222915A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-03 | Asahi Chem Ind Co Ltd | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656583A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-03-01 | Natl Sci Council | ダイアモンド薄膜の堆積方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0542397B2 (ja) | 1993-06-28 |
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