JPS63185891A - ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 - Google Patents

ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法

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JPS63185891A
JPS63185891A JP1692587A JP1692587A JPS63185891A JP S63185891 A JPS63185891 A JP S63185891A JP 1692587 A JP1692587 A JP 1692587A JP 1692587 A JP1692587 A JP 1692587A JP S63185891 A JPS63185891 A JP S63185891A
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JP
Japan
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thin film
diamond
raw material
producing
carbon
Prior art date
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Pending
Application number
JP1692587A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomiyo Fukuda
福田 富代
Kumiko Hirochi
廣地 久美子
Makoto Kitahata
真 北畠
Osamu Yamazaki
山崎 攻
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マイクロ波プラズマの利用によるダイヤモン
ド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法に関するもの
である。
従来の技術 ダイヤモンドは、電気絶縁性9熱伝導性、並びに硬度及
び耐摩耗性に優れた物質であることから、切削部材や耐
摩耗部材といった従来の用途に加え、近年では、その特
性を活かし、半導体の高集積化等に伴って熱伝導性の良
い絶縁膜1表面保護膜、またバンドギャップの大きい半
導体といった電子材料としても注目され、ダイヤモンド
の薄膜化とダイヤモンド状薄膜の形成を特に効率的に大
量に合成する試みが成されている。
ダイヤモンド状薄膜とは、ダイヤモンド結晶構造と同定
は出来ないが、アモルファス的構造をと9、ダイヤモン
ド類似の性質、例えば、ビッカース硬度が、30QOK
g/−以上、赤外光透過度が高い等の性質を有するもの
を指す。
従来ダイヤモンド薄膜の製造方法としては、多数の方法
が提案されている。第2図(&) 、 (b)に従来の
装置の代表例を示した。第2図(Δ)は熱電子放射材を
用いる場合、第2図(b)はマイクロ波プラズマ放電を
用いる場合の装置図である。ともに1は真空槽、2は導
波管、3はガス導入部、5は基体、6は基体ホルダー、
8は熱電子放射材である。真空槽1内にガス導入部3か
ら炭化水素と水素の混合ガスを導入し、排気を行うこと
で、真空槽1内を所要の圧力に維持する。導入した混合
ガスを、(a)の場合は熱電子放射材8による熱分解、
(b)の場合は導波管2から導入したマイクロ波を用い
たプラズマ放電により、活性化させて、イオン、ラジカ
ル等の励起炭素をつくり、基体5上にダイヤモンド薄膜
又はダイヤモンド状薄膜を形成する。この際、加熱又は
冷却を出来るようにした基体ホルダー〇を用いて、基体
温度を調節すると、低温ではダイヤモンド状薄膜、高温
ではダイヤモンド薄膜が得られる。
しかし何れの方法においても実用化に適した良質の薄膜
は得られていない。
発明が解決しようとする問題点 このような従来の技術では、効率よく良質の薄膜を形成
することは不可能であった。
熱電子放射材を用いた方法では、装置は簡単であるが、
熱分解により活性化された励起炭素が安定に存在せずそ
の寿命が短いために熱電子放射材の近傍でしか薄膜を形
成出来ず、効率が悪く、大面積化は困難である。
マイクロ波放電を用いた方法では、炭化水素の非常に遅
い分解速度が律速段階となり、薄膜成長速度が遅いとい
う間圧点がある。
間両点を解決するための手段 本発明は、上記全ての問題点を解決するために、真空1
内に少なくとも一種類の反応ガスを導入し、マイクロ波
と磁界を印加してマイクロ波プラズマを発生させ、前記
反応ガスとは別に導入して熱電子放射材により別に活性
化させた少なくとも炭素を含む原料と接触させ、基体上
にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を析出させ
るものである。
作用 本発明は前記した構成により、少なくとも炭素を含む原
料を別に熱電子放射材により活性化させると、炭化水素
の分解速度が大きくなり、膜成長速度が速くなる。また
、熱電子放射材により活性化された励起炭素を磁界とマ
イクロ波を印加して発生させたプラズマ放電と接触させ
ることによって長時間維持することが出来る。このため
、効率的に大面積にわたっての高速成長が可能となる。
量産型に優れた製造方法を提供するものである。
実施例 第1図は本発明のダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状
薄膜を形成するためのプラズマ装置の一実施例である。
1は真空槽、2は導波管、3は反応ガス導入部、4は原
料導入部、5は基体、6は基体ホルダー、7は電磁石、
8は熱電子放射材である。電磁石7を配置することによ
り、真空槽1内に磁場をかけて875ガウスとし、導波
管2からマイクロ波(2,45G[Iz )を導入する
と、真空槽1内に電子サイクロトン共鳴が生じる。これ
に、反応ガスg。を導入してプラズマ放電を発生させる
。この際例えば、反応ガスg。とじて水素を導入すると
、第1図に示すように、電子(e)、水素イオン(H”
)、水素ラジカル(H*)等を含むプラズマが生じる。
これとは別に真空槽1内の原料導入部4から、炭素を含
む原料g11例えばメタンを導入する。これを熱電子放
射材8(例えばW、Ta等のフィラメントを2000″
Cに加熱したもの)を用いて、メタンを分解し、水素プ
ラズマと接触きせると、炭素イオン(C+、C)、炭素
ラジカル(CI )、炭化水素ラジカル(CH: 、 
CH:、CH*)等が生じ、これが安定に存在して基体
5に到達して、基体S上に、ダイヤモンド薄膜又はダイ
ヤモンド状薄膜が成長する。基体ホルダー8を加熱又は
冷却出来るようにすると、室温ではダイヤモンド状薄膜
、室温以上ではダイヤモンド薄膜が形成される。
実際には、マイクロ波出力を300W〜500W、真空
槽1内の圧力をI Q−’ 〜I Q−5Torr程度
に維持し、シリコン基板を300 ”0〜1000°C
に設定して、ダイヤモンド薄膜を得た。このようにして
得られたダイヤモンド薄膜は、X線回折及びラマン分光
により、ダイヤモンドと同定できるピークが確認された
。またビッカース硬度及び電気抵抗を測定したところ、
4o○OKq / mm”以上、及び抵抗は1109C
以上であった。成長速度は5μmβr以上と従来の倍以
上となった。
なお、反応ガスg。とじては水素、炭素を含む原料g1
としてはメタンを用いたが、これらに限らず、反応ガス
として、少なくとも炭素を含む原料ガスと反応して固体
物を生成せず、基体表面に到着しうるものを用いると膜
形成速度を高く保つことができる。また、反応ガスとし
て不活性ガスを用いることにより、プラズマを容易に作
成し、活性化をうながし、低エネルギーで作成可能とな
る。また、反応ガスとして、水素、酸素、窒素。
炭化水素、ハロゲン、ノ・ロゲン化水素の少なくとも1
つを用いることにより、基体上でグラフフィト状態等の
ダイヤモンド構造とは異なる構造部分と反応し、ダイヤ
モンド構造により近い膜を選択的に作成することが可能
となる。また、原料ガスの活性化にも寄与し、より高速
化がはかられる。
また、炭素を含む原料ガスとして、飽和系または不飽和
系炭化水素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、多核炭
化水素の少くとも1つを用いることにより、不純物濃度
の小さい薄膜を得る。また、原料ガスとして、アルコー
ル、エーテル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミ
ド、アミン等の少なくとも酸素あるいはチッ素を含む化
合物をもちいることにより、高速化がはかられる。また
、磁界の強度を電子サイクロトロン共鳴条件以上で作成
することにより、高速化及び膜質の向上が見られた。
発明の効果 本発明は、真空槽内に少なくとも一種類のガスを導入し
、マイクロ波と磁界を印加して、マイクロ波プラズマを
発生させ、別に導入し熱電子放射材により別に活性化さ
せた原料と接触させて、工9効率的に良質のダイヤモン
ド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を広い面積にわたって高
速堆積するものであり、これら産業上の利用分野に与え
る効果は犬なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に用いたプラズマ装置の概略
図、第2図は従来よく知られているダイヤモンド薄膜又
はダイヤモンド状薄膜形成装置例の概略図で(?L)は
熱電子放射材を用いた場合、(b)はマイクロ波プラズ
マを用いた場合の1例を示す概略図である。 1・・・・・・真空槽、2・・・・・・導入管、3.4
・・・・・・ガス又は原料導入部、5・・・・・・基体
、6・・・・・・基体ホルダー、7・・・・・・電磁石
、8・・・・・・熱電子放射材。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名2−
4  λ 管 3−ガス諜入部 4−&軒講人邪 5−↓体 6−°基体、tルヅー 7−t a石 6−熱を子次材材 9o −−−M P+ガス 第1図     11−・−厘 舛 !−J(7糟 2−1 運営 3−ガズ課入部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空槽内に少なくとも一種類の反応ガスを導入し
    、マイクロ波と磁界を印加してマイクロ波プラズマを発
    生させ、前記反応ガスとは別に導入して熱電子放射材に
    より別に活性化させた少なくとも炭素を含む原料と接触
    させ、基体上にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄
    膜を析出させることを特徴とするダイヤモンド薄膜又は
    ダイヤモンド状薄膜の製造方法。
  2. (2)導入ガスが、少なくとも炭素を含む原料と反応し
    て固体物を生成しないものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のダイヤモンド薄膜又はダイヤモ
    ンド状薄膜の製造方法。
  3. (3)導入ガスが、不活性ガスを含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のダイヤモンド薄膜又はダイ
    ヤモンド状薄膜の製造方法。
  4. (4)導入ガスが、水素、酸素、窒素、炭化水素、ハロ
    ゲンまたはハロゲン化水素のいずれか1つを含むもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のダイ
    ヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法。
  5. (5)炭素を含む原料が、飽和系または不飽和系炭化水
    素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、多核炭化水素の
    いずれか1つを含むものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のダイヤモンド薄膜又はダイヤモン
    ド状薄膜の製造方法。
  6. (6)炭素を含む原料が、アルコール、エーテル、アル
    デヒド、ケトン、カルボン酸等の少なくとも酸素を含む
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法
  7. (7)炭素を含む原料が、脂肪族アミン、芳香族アミン
    等の少なくとも窒素を含むことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状
    薄膜の製造方法。
  8. (8)磁界の強度が電子サイクロトン共鳴条件以上であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のダイヤ
    モンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04338197A (ja) * 1991-05-10 1992-11-25 Japan Steel Works Ltd:The ダイヤモンドの合成方法
US5254171A (en) * 1991-04-16 1993-10-19 Sony Corporation Bias ECR plasma CVD apparatus comprising susceptor, clamp, and chamber wall heating and cooling means
CN109292498A (zh) * 2018-09-28 2019-02-01 南安市罗兴工业设计有限公司 一种具有滤碳处理的薄膜粗化膜卷一体机

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