JPS63236708A - 炭素薄膜あるいは炭素粒子の気相合成法 - 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） 本発明はダイヤモンド薄膜を含めて炭素膜あるいは炭素
粒子を気相で合成する法に関°する。

（背景技術） 炭素膜及び炭素粒子の気相合成については従来、熱ＣＶ
Ｄ　（化学気相蒸着）法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ
法等のさまざまな方法が提案されている。特にダイヤモ
ンド結晶を成長させるために工夫されたものが多いが、
一般に反応温度が高く、その応用が制限されている。

高周波プラズマＣＶＤ法には、容量結合方式と誘導結合
方式がある。容量結合方式のものは大面積成膜ができ実
用的であるが、通常のプラズマ放電で形成される炭素膜
は無定形である。

この点を改良したものとして、たとえば特開昭５９−３
０７０９号公報所載の方法がある。これは、原料ガスに
ＣＦいＳｉＦ、等のハロゲン系ガスを添加し、グロー放
電法、アーク放電法又はプラズマジェット法により分解
してダイヤモンドを含む炭素膜及び炭素粒子を合成する
方法である。

また、別の方法として、例えば、特開昭６０−２２１３
９６号公報所載の装置では、誘導結合方式の高周波プラ
ズマＣＶＤ法において高周波プラズマ発生領域と基板保
持部との間に一対の電極グリッドを設け、荷電粒子のエ
ネルギを　゛調整している。この方法では粒子状ないし
は膜状ダイヤモンドのみを析出させることができる。

（発明の目的） 本発明の目的は、容量結合方式の高周波プラズマＣＶＤ
法を用いて、比較的低い反応温度で炭素膜又は炭素粒子
の性質を制御しやすく、また大面積成膜に適した炭素の
気相合成法を提供することにある。

（発明の開示） 本発明者は、炭化水素および水素の混合原料ガスを、容
量結合方式の高周波プラズマ放電で分解し、その際に生
ずるプラズマ状態をプラズマ発生領域に設けた網状電極
によって制御することにより、上記の目的が達成し得る
ことを見出した。

また、本発明者は、弗化炭素又は弗化炭化水素を含有す
る炭化水素および水素の混合原料ガスを容量結合方式の
高周波プラズマ放電で分解することにより、良好な炭素
膜又は炭素粒子が得られることを見出した。

従って、本発明は、 ■　混合原料ガスに弗化炭素又は弗化炭化水素を含有せ
しめて容量結合方式の高周波プラズマ放電を行わせるこ
と ■　容量結合方式の高周波プラズマ放電において、高周
波用電極と電極の間に網状電極を設けて、原料ガスを分
解せしめること の条件のいずれかを用いるか、又は両方を組み合わせて
用いることを特徴とするものであり、まず、本発明は弗
化炭素又は弗化炭化水素を含有する炭化水素および水素
の混合原料ガスを容量結合方式の高周波プラズマ放電で
分解することを特徴とする炭素膜もしくは炭素粒子の気
相合成法を提供するものであり、また、炭化水素および
水素の混合原料ガスを、容量結合方式の高周波プラズマ
放電で分解し、その際に生ずるプラズマ状態をプラズマ
発生領域に設けた網状電極により制御することを特徴と
する、炭素膜もしくは炭素粒子の気相合成法を提供する
ものである。

本発明の方法は、面積の大きい良質な炭素薄膜の形成を
可能にするものであり、しかも、低温でダイヤモンド結
晶を含む炭素薄膜が得られるという格別の効果をもたら
すものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

添付図面（第１図）は本発明方法を説明するための模式
図である。以下、この模式図に基づいて本発明を説明す
る。

反一応容器１に、ガス供給装置２から炭化水素および水
素の混合原料ガスを導く。ガス流量は、ガス供給装置内
に設置した流量コントローラによって適当量に保つ。反
応容器は真空排気装置３によって、適切な真空度に保持
する。反応容器内に設けた一対の平行平板電極４．５に
高周波電源６より電力を供給することによって、電極４
と５の間のガスをプラズマ状態にする。高周波用の電極
４と５の間には網状電極８が設けられ、直流電極９によ
り電圧を印加する。これによりプラズマ放電の大部分を
電極４と８の間で行わせることができ、そのため電極５
に支持された基板７の表面に形成される炭素膜又は炭素
粒子は基板表面のイオンによる損傷が少なく、良質な炭
素膜又は炭素粒子が形成される。

電極５にはヒーターが備えられ、基板温度を上げること
ができる。

本発明はさらに、上記の炭化水素および水素の混合原料
ガスに弗化炭素又は弗化炭化水素を含有せしめることに
より、生成する炭素膜あるいは炭素粒子の結晶性を向上
せしめる方法を提供するものである。この弗化炭素又は
弗化炭化水素としてはＣＦ、、ＣＨＦ３、ＣＩ、Ｆ、、
ＣＨ３Ｆ、　ＣＣｌ２Ｆ３、Ｃ７Ｆｌｌ、Ｃ３ＦＩ１等
があげられる。弗化炭素あるいは弗化炭化水素を使用す
ることにより、プラズマ中に生じるフッ素原子やフッ素
を含むイオンが、気相反応や基板表面の反応において、
ガス分解の促進や水素の引き抜きなどの触媒的作用を行
い、これにより、形成される炭素膜又は炭素粒子の水素
含有量か減少し、結晶性が向上する結果を招く。

本発明において使用される原料ガスとしては、従来、こ
の技術分野で使用されている原料ガスはいずれも使用可
能であり、この炭化水素と水素の混合原料ガスには、さ
らに、さまざまな目的をもって各種成分を添加して用い
ることができる。それらの例は、公知文献等に見られる
とおりである。

本発明において使用される網状電極は、プラズマ状態を
制御する目的をもって設けられているものであるので、
その網目構造の形状は特定されない。ただし、その網目
の大きさもしくは空隙の密度としては、通常はｌＯ〜３
００メツツユ程度である。

以下に実施例および比較例により、本発明を説明する。

実施例　ｌ 基板として＜１００＞而で抵抗率１０　ｏｈｍ−ｃｍの
ｎ型シリコンウェハを用い、基板温度を摂氏３５０度と
した。原料ガスはＣ１１，を流ｍ　Ｉ　ｃｃ１分、Ｈ，
ヲ２００　ａｃ１分とし、これをステンレス製の反応容
器に導き、排気量を調整して反応容器内の圧力を０．２
０ｔｏｒｒに推持した。

高周波は、１３．５６ＭＨｚの周波数で１００Ｗの電力
を直径２００雇の平行平板電極４及び５に加えた。網状
電極８には２０メツシユのステンレス製金網を用い、−
１００Ｖの直流電圧を印加した。電極４と８の間隔及び
電極８と５の間隔は２５１１Ｒとした。このとき、プラ
ズマ放電は主に電極４と８の間に生じた。

反応を１時間程度行ったところ、基板上に炭素膜を得た
。

得られた炭素膜の透過電子線回折像は、非結晶を示すハ
ローの中に多結晶によるリング状の回折線が見られた。

これより求めた結晶の面間隔は、ダイヤモンドの面間隔
に近い。また、この試料のラマンスペクトルは、１３３
２ｃｍ−’にピークがあり、ダイヤモンド結晶のラマン
シフト量に近い。以上の結果より、基板上に形成された
物質はダイヤモンド結晶を含む無定形炭素であることが
判明した。

比較例　ｌ 網状電極を用いない以外は、実施例１と同様にして炭素
膜を得た。この場合は、無定形炭素のみであった。

実施例　２ 原料ガスにさらにＣＦ、を流ｆｆ１２０ｃｃ／分加えた
他は、比較例１と同様にして炭素膜を得た。この場合は
、ダイヤモンド結晶を含む炭素膜であった。

実施例　３ 原料ガスにさらにＣＦ４を流量２０ｃｃ／分加えた他は
、実施例１と同様にして炭素膜を得た。この場合も、ダ
イヤモンド結晶を含む炭素膜であった。

以上の実施例により明らかなように、本発明に係る気相
合成法によれば、容量結合方式の高周波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、比較的低温でダイヤモンドを含む大面積
成膜可能な炭素膜又は炭素粒子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相合成法を模式的に説明する図面で
あり、■は反応容器、２はガス供給装置、３は真空排気
装置、４及び５は平行平板電極、６は高周波電源、７は
基板、８は網状電極、９は直流電源を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）炭化水素および水素の混合原料ガスを、容量結合方
   式の高周波プラズマ放電で分解し、その際に生ずるプラ
   ズマ状態をプラズマ発生領域に設けた網状電極により制
   御することを特徴とする、炭素膜もしくは炭素粒子の気
   相合成法。 ２）弗化炭素又は弗化炭化水素を含有する炭化水素およ
   び水素の混合原料ガスを容量結合方式の高周波プラズマ
   放電で分解することを特徴とする炭素膜もしくは炭素粒
   子の気相合成法。 ３）弗化炭素又は弗化炭化水素を含有する炭化水素およ
   び水素の混合原料ガスを、容量結合方式の高周波プラズ
   マ放電で分解し、その際に生ずるプラズマ状態をプラズ
   マ発生領域に設けた網状電極により制御することを特徴
   とする、炭素膜もしくは炭素粒子の気相合成 法。 ４）上記の炭素膜もしくは炭素粒子がダイヤモンド結晶
   を含むものである特許請求の範囲第１〜３各項に記載の
   気相合成法。