JPS63215596A

JPS63215596A - ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS63215596A
Application number: JP4550387A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Hirochi; 廣地　久美子; Tomiyo Fukuda; 福田　富代; Makoto Kitahata; 真北畠; Osamu Yamazaki; 山崎　攻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-08

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、高周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、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
耗部材といった用途に用いられていた。また、近年、そ
の特性を生かし、半導体の高集積化等に伴い、熱伝導性
のよい絶縁膜９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を集め、ダイヤ
モンドの薄膜化、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なされている。ダイヤモンド
状薄膜とは、ダイヤモンド結晶構造とは同定できないが
アモルファス的構造をとり、ダイヤモンド類似の性質、
たとえばビッカース硬度が３０００Ｋｇ／−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。その中でも、反応混合ガスをマイ
クロ波によるプラズマ放電により活性化してダイヤモン
ド薄膜を形成する方法が特に知られている。（「ダイヤ
モンド低圧合成法」特開昭５８−１３５１１号）その装
置の一例を第４図に示した。第４図において、１１が真
空槽、１４が導波管、１２．１３がガス導入部、１６が
基体、１７が基本ホルダーである。この真空槽１１に導
入部１２．ｊ３から所要のガス（炭化水素。

水素）を導入し、排気を行うことで、プラズマ発生に適
した気圧程度に維持する。この真空槽１１に導波管１４
からマイクロ波番導入しプラズマ放電を行い、１０００
℃〜１２００℃に加熱された基体６上にダイヤモンド薄
膜の形成を行うものである。

しかし、このようなプラズマＣＶＤ法においては、基体
が常にプラズマにさらされているため、形成されるダイ
ヤモンド薄膜に欠陥等を多く含み、高温の作製条件を必
要とする等の問題を有している。また、表面保護膜、耐
摩耗膜等への用途を有し、低温形成可能で容易に作製さ
れるダイヤモンド状薄膜を低温で形成した場合も、密度
の小さい膜となり、十分な硬度、透過度が得られない。

また、基体のダメージも大きく、積層膜としてダイヤモ
ンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を形成する際に、下層
の基体がダメージを受ける事によシ、薄膜の構造に変化
をきたし、特性に影響を及ぼして素子形成が不可能とな
り、また、半導体等の高集積化等のパッシベーシッン膜
としては適用できない。

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、膜欠陥の多いダイヤモンド
薄膜又はダイヤモンド状薄膜しか得られなかった。また
、下地に影響を与え高集積化が困難であった。従来の技
術では、膜形成時に基本がプラズマにさらされておシ、
プラズマ中の電子および各種イオンが膜にダメージを与
え、膜形成に最も悪影響を与える事と、各種ラジカルが
膜形成に寄与していることを本発明者らは発見した。そ
して従来の技術では各種ラジカルが有効に働くことがで
きず、高温を必要とし、また、膜形成速度が遅いなどの
問題があった。

問題点を解決するための手段本発明は上記問題点を解決するため、真空槽内に少なく
とも一種類の炭素を含まない反応ガスと少なくとも炭素
を含む原料ガスを導入し、高周波放電により前記反応ガ
スと原料ガスの混合ガスにプラズマを発生させ、得られ
た反応生成ガスを、膜成長室への取り出し方向とほぼ垂
直に電圧印加を行い、数多くの電圧印加部で効率的に電
子及び各種イオンを除去し基体上に到着させ、基体上で
ラジカル、中性分子、原子によって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。これによって欠陥
の少ない膜形成を行うことが効率的に行なえる。また、
反応ガスとして不活性ガスを用いることによシ、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、ハロゲン、
ハロゲン化水素の少くとも１つを用いることにより、基
体上でグラファイ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、多核炭化水素を用い
ることによシ、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
を持ちいることにより、高速化がはかられることを見い
出した。また、磁界を印加し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
膜質の向上が図られる。

作　　用本発明は、上記方法により、プラズマによシ発生した反
応生成ガスを多重電圧印加部を通過させることによシ、
有害な電子及びイオンを除去し、ダイヤモンド薄膜また
はダイヤモンド状薄膜形成に有効な、高エネルギーラジ
カルを選択的に基体に到着させ、多重型にすることによ
りイオンおよび電子を低電圧で効率的に大面積にわたっ
てトラップすることによって、より高速成長を可能とし
、電子材料として必要な欠陥の少ない膜質の薄膜を大面
積に形成するものである。安価で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またはダイヤモンド
状薄膜を形成するための装置の一実施例である。また、
第２図は電圧印加部の一実施例である。第３図に多重型
電圧印加部のガス状態の一例を模式的に示す。以下、タ
僧ヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法の一
実施例について説明する。真空槽１１を１０−６Ｔｏｒ
ｒ以下に排気した後、反応ガスｑ１　の導入部１２よシ
たとえばアルゴン及び水素を（１：１０）の割合で混合
し、また、原料ガスｑ２の導入部１３より、たとえばメ
タンを用い水素との比が（ＣＨ４：Ｈ２＝−０，５：　１０　）　　の割合とな
るように導入する。反応ガスとしては、アルゴンのかわ
りにクリプトン等の不活性ガスでもよく、また、水素の
かわりに酸素、窒素、ハロゲン（（Ｊ２等）、ハロゲン
化水素（ＨＣｌ等）でもよい。また、反応ガスｑ１は単
独で用いてもよく、また、２種類以上混合してもよい。

また、反応ガスｑ１は、原料ガスｑ２と化学的反応は行
なわない不活性ガス等でもよい。不活性ガスを混合する
ことによって高速化が図られ、また、水素等は、よりダ
イヤモンド構造に近い膜作成に効果があると考えられる
。また、原料ガスとしては、炭化水素あるいは酸素。

チッ素を含む炭化物がよく、炭化水素を用いるとより不
純物の少ない膜、また、酸素、チッ素を含む炭化物、た
とえばエタノール、アセトアルデヒド、アニリンなどを
用いた場合には、酸素、テラ素が触媒的役割を果たすと
考えられ、高速化され、石油、都市ガス等の利用も行え
低コスト化が計られるものと考えられる。真空槽１１内
の圧力は、常時１０−４Ｔｏｒｒ程度に維持する。この
真空槽１１は、たとえば８７６ガウスの磁場をかけ、導
波管１４からのマイクロ波（２，４６ＧＨｚ　）を導入
する。

電子サイクロトロン共鳴が生じ、プラズマ放電が発生し
、反応生成ガスとして高エネルギーなラジカル、たとえ
ばＣＭ、’、　ＣＨ，、ＣＨ”、　ＣｉＨ喧Ｈ”、Ａｙ
”等と電子およびＣＨ３”、Ｈ２＋などのイオンを生じ
る。

多重型電圧印加部１６にラジカルのみが選択的に透過す
る電圧を印加しておく。

第３図に示したように、ラジカルのみが、多重電圧印加
部１６の発生する電界中を通過し、基体１６上に到着し
、その他のイオン、電子は多重電圧印加部１６にとらえ
られ、基体１ｅ上に到着しない。はぼ垂直方向にするこ
とによシもっとも効率的にとらえることができる。また
、多重型にすることによって、低電圧で、空間の電位差
が大きくでき、トラップ効率が大きくなる。゛また、反
応ガスの取り出し口の大面積化が可能となり、大面積の
薄膜形成が可能となる他、量産性も非常に高まる。電子
サイクロトロン共鳴によって生じた高エネルギーなラジ
カルのみが基体上でダイヤモンド薄膜またはダイヤモン
ド状薄膜の形成をおこなうため、電子等による膜へのダ
メージが小さく、欠陥の少ない高密度な膜となる。磁界
の強度は電子サイクロトロン共鳴条件以下でも、十分に
有効なエネルギーがラジカルに与えられ、形成可能であ
るか、共鳴条件以上で行うとよシ高速化が可能となる。

基体１６にシリコンウェハーを用い、基体温度は７００
℃に設定し形成した薄膜は、Ｘ線回折及びラマン分析に
よシダイヤモンドと同定されるピークが確認された。ま
た、ビッカース硬度及び電気特性を測定したところ、１
００００Ｋｆ／−１および抵抗は１ｏ９Ωω以上であっ
た。成長速度は６７１ｍ／ｈｒであった。また、基体温
度が室温では、Ｘ線等において、ダイヤモンド構造のピ
ークは見られなかったが、ビッカース硬度４０ＱＯＫｇ
／−を確認し、抵抗も１０８Ω備以上の良質な膜が形成
された。また、ＳＥＭ像の観察においても、表面形成の
なめらかな膜となっていた。

発明の効果本発明は欠陥の非常に少ない、高硬度なダイヤモンド薄
膜またはダイヤモンド状薄膜をよシ高速に効率的に大面
積に作成でき、イオン閉じ込め効果が大きく、膜のダメ
ージを押さえた、量産性に優れ、これら産業上の利用分
野に与える効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いた一実施例のプラズマ装置の概略
構成図、第２図は本発明に用いた一実施例の多重型電圧
印加部の概略構成図、第３図は本発明に用いた多重型電
圧印加部のガス状態の一実施例の模式図、第４図は従来
よく用いられているプラズマ装置の概略構成図である。１１・・・・・・真空槽、１２・・・・・・反応ガス導
入部、１３・・・・・・原料ガス導入部、１４・・・・
〜・・導波管、１６・・・・・・多重型電圧印加部、１
６・・・・・・基体。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１名実　２
　図第　３　図１ｆ６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空槽内に少なくとも一種類の炭素を含まない反
応ガスと少なくとも炭素を含む原料ガスを導入し、高周
波放電により前記反応ガスと原料ガスの混合ガスにプラ
ズマを発生させ、得られた反応生成ガスを、前記反応ガ
スの進行方向とほぼ垂直に電圧印加を行う多重型電圧印
加部を通過させた後、基体表面まで到達させ、前記基体
表面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）反応ガスが不活性ガス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）反応ガスが、水素、酸素、窒素、ハロゲン、ハロ
ゲン化水素の少なくとも１つ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。
（４）炭素を含む原料ガスが飽和系又は不飽和系炭化水
素芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、多核炭化水素の少
なくとも１つ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。
（５）炭素を含む原料ガスが、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）真空槽内に磁界を印加す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）磁界の強度が電子サイクロトロン共鳴条件以上で
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。