JPS63282200A - ダイヤモンドの化学気相成長方法 - 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】 〔概要〕 ガスを高周波誘導加熱してプラズマジェットを作り、こ
の中にガス状の炭化水素を供給し、超高温で加熱してラ
ジカル化し、このガスを被処理基板に衝突させることに
より被処理基板上にダイヤモンドの薄膜を形成する方法
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は高効率なダイヤモンドの化学気相成長方法に関
する。

ダイヤモンドは炭素（Ｃ）の同素体であって所謂るダイ
ヤモンド構造を示し、モース（Ｍｏｈｓ）硬度１０と大
きく、また熱伝導度は１００ＯＷ／＋　ｋと他の材料よ
り格段に優れている。

また、この同素体に非晶質ではあるが透明で絶縁物であ
るダイヤモンド状炭素があり、このものはダイヤモンド
より劣るが高い熱伝導度と硬度をもっている。

そのため、ダイヤモンドとダイヤモンド状炭素には各種
の用途が期待されている。

すなわち、熱伝導度が大きいのを利用して半導体集積回
路の搭載用基板の被覆材料として、また、硬度の大きい
の利用して工具などの被覆材として着目されている。

また、現にダイヤモンド状炭素はチタン（Ｔｉ）金成板
の表面に被覆してスピーカの振動板として使用されてい
る。

〔従来の技術〕

ダイヤモンドやダイヤモンド状炭素の気相合成法として
化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ略して通称ＣＶＤ法）、イオンブレー
ティング法。

イオン化蒸着法、スパッタリング法などが提案され研究
されている。

このうち、最も量産化の可能性の高いのはＣＶＤ法であ
るが、これは反応ガスの励起法により熱フイラメントＣ
ＶＤ法、マイクロ波プラズマＣｖＤ法。

電子線照射ＣＶＤ法などに分けることができる。

このように各種の成長方法があり、それぞれダイヤモン
ドの成長が認められているもの＼、ラマン分光法でダイ
ヤモンドのピークのみが検出されるような良質の薄膜の
成長速度は１μｓ／ｈ以下と非常に遅い。

また、ダイヤモンド状炭素でも１０μｓ／ｈ程度と遅く
量産の点で問題である。

そのために成膜速度の速い成長方法の開発が要望されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したようにダイヤモンド薄膜の成長方法として各
種の方法が提案されて研究されているが、最良のＣＶＤ
法でもダイヤモンドの成長速度は１μｓ／ｈ以下であり
、そのため成膜速度の速いＣＶＤ法を開発することが課
題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題はガスを供給した水冷管を囲んで設けてある
誘導コイルに高周波電流を通じ、このガスを高温に加熱
してプラズマジェットを作り、このプラズマジェット中
に炭化水素ガスを導入してラジカル化し、このラジカル
化したプラズマジェットを被処理基板に衝突せしめ、被
処理基板上にダイヤモンド・の薄膜を形成するダイヤモ
ンドの化学気相成長方法により解決することができる。

（作用〕 本発明は高周波誘導加熱法により水素（Ｈ２）などの供
給ガスなどを１００００℃程度にまで加熱してガスをプ
ラズマ化すると共に熱膨張させてプラズマ噴流をつくり
、このプラズマ噴流の中に炭化水素を供給し、活性化す
ることにより炭素ラジカルを作り、この炭素ラジカルを
被処理基板に衝突させることによりダイヤモンドを形成
するものである。

すなわち、ボンベなどから供給されたガスは高温加熱に
より体積が膨張し、またプラズマ化することにより高圧
の噴流となる。

一方、導入管よりプラズマの中に供給された炭化水素は
急速に高温度にまで加熱され、またプラズマ化に伴って
発生する紫外線などにより活性化して密度の高いラジカ
ルを発生し、また体積が膨張してノズルから超高速のプ
ラズマジェットとなって噴出する。

第１図は本発明に係るインダクションプラズマＣＶＤの
原理図であって、石英管などからなる水されており、高
周波電源３から高周波電流を供給して誘導加熱するよう
構成されている。

また、水冷管１にはボンベよりガスが供給されており、
誘導加熱により高温に加熱されてプラズマ噴流となり、
被処理基板５が載置しである設置台６が負にバイアスし
であるためにイオン化したガスは被処理基板５に向かっ
て噴出する。

次に、水冷管１の噴出口４の近くには炭化水素の導入管
７があり、プラズマ噴流の中に供給された炭化水素は分
解すると共に炭素ラジカルとなり、この状態で被処理基
板５に衝突することによりダイアモンド薄膜を形成する
ものである。

本発明はこのようにプラズマジェットを被処理基板５に
衝突させることにより短寿命のラジカルの消滅以前に基
板上で効率の良いＣＶＯ反応を行わせて膜形成を行わせ
るもので、１００００℃を越す高温のアークプラズマ中
で活性化させることにより従来に較べて逼かに高密度の
ラジカルを発生させると共に、これを速やかに被処理基
板上に導き、光励起と衝突のエネルギーをも与えてラジ
カル反応を起こさせこれにより効率的なダイヤモンド成
長を行うものである。

〔実施例〕

第１図に示すプラズマ噴流形成部を構成する水冷管ｌと
して内径２０ｆｉ、外径３０龍の石英管を用い、を５タ
ーン設け、これに高周波電源３から出力が２ＫＷで１３
．５７　Ｍ！ｌｚＯ高周波電流を通じつ＼外部から１０
００　ＳＣＣＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅ
ｎｔｉａ＋ｅｔｅｒ　ｐｅｒＭｉｎｕｔｓ）の流量で供
給されてくるＨ２ガスを１００００℃以上にまで加熱し
てプラズマ化した。

次に導入管７からは炭化水素ガスとしてメタン（ＣＨ４
，）ガスを１００５ＣＣＨの流量で供給し、ラジカル化
した。

第２図は本発明を実施するインダクションプラズマＣＶ
Ｄ装置の模式図であって、装置内にはプラズマ噴流形成
部１０があり、プラズマ発生ガス供給管８と原料ガス供
給管９が備えられ、また高周波電源３から誘導コイル２
に配線されている。

また、プラズマ噴流形成部１０に対向して水冷基板ホル
ダ６がある。

本実施例においては被処理基板５として３０鶴角のシリ
コン（Ｓｔ）基板を用い、プラズマ噴流形成部１０の下
３００ｕの位置にセットし、またバイアス電圧１１を３
００■とした。

まず、装置内をＩ　Ｘ　１０−　”　ｔｏｒｒにまで排
気した後、プラズマ発生ガス供給管８および原料ガス供
給管９からそれぞれＨ２およびＣＨ，を供給し、装置内
の真空度を１００ｔｏｏｒに保持しながらインダクショ
ンプラズマＣＶＤを行った。

その結果、Ｓｉ基板の上には１時間で約１０μｍの厚さ
にダイヤモンドを成膜でき、Ｘ線回折とラマン分光で分
析したところダイヤモンドのみのピークを示した。

この成長速度は従来のＣＶＤが１μｍ以下であるのに較
べ一桁以上優れている。

〔発明の効果〕

本発明によれば極めて高密度のラジカルを発生できるの
でダイヤモンドの薄膜を従来に較べて一桁以上の成長速
度で成膜することができ、これによりＬＳＩ搭載用基板
をはじめ各種の需要に応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインダクションプラズマＣＶＤの原理図、 第２図は本発明を実施するインダクションプラズマＣＶ
Ｄの模式図、 である。 図において、 １は水冷管、　　　　　　２は誘導コイル、３は高周波
電源、　　　　４は噴出口、５は被処理基板、　　　７
は導入管、 ８はプラズマ発生ガス供給管、 ９は原料ガス供給管、　１０はプラズマ噴流形成部、１
１はバイアス電源、 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　プラズマ発生ガスを導入した水冷管を囲んで設けてあ
   る誘導コイルに高周波電流を通じ、前記ガスを高温に加
   熱してプラズマ噴流を作り、該プラズマ噴流中に炭化水
   素ガスを導入してラジカル化し、該ラジカルを含むプラ
   ズマ噴流を被処理基板に衝突せしめ、該被処理基板上に
   ダイヤモンドの薄膜を形成することを特徴とするダイヤ
   モンドの化学気相成長方法。