JPS63307195A - 気相法ダイヤモンドの合成方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は気相法ダイヤモンドの合成方法に関する。

〈従来の技術） ダイヤモンドの合成に関しては高圧法や爆発法等、炭素
を原料として合成する方法や炭素、水素、窒素、酸素等
を含む有機化合物と水素とを混合し、各種の励起手段に
より、該混合物を分解合成する気相法等がある。前者は
超高温高圧下に於ける相平衡のダイヤモンド安定域中の
黒鉛のダイヤモンドへの変換であるか、後者、即ち気相
法は、低圧域の黒鉛安定域中でのダイヤモンド合成てあ
り、ダイヤモンド相準安定領域を用いる方法である。そ
して、メタン、エタン等の炭化水素に高比率の水素を混
合し、マイクロ波プラズマ、高周波プラズマ、熱フィラ
メント等により励起された空間内に該混合ガスを投入し
て基板上にダイヤモンドを析出させていた。

このような原料を用いた前記方法においては、一般的に
ダイヤモンドの析出速度は１０分の数ｇｍ／ｈｒ程度で
工業化生産には不十分である。これを改良した方法とし
て例えば原料として含酸素有機化合物−水素系を用い方
法か提案されている（特開昭６１−１８３１９８、同６
ｌ−２８６２９９）。

〈発明か解決しようとする問題点〉 実用的にはダイヤモンドの析出速度を早めたり、加熱温
度をより低温にする等反応条件の改善が強く望まれてい
る。

本発明者らはこれらの要望に応するよう種々研究の結果
、ＮＨ３ガスと有機化合物を励起空間内に導入すると、
前記含酸素有機化合物−水素系に熱フィラメント方法を
適用した公知方法よりさらにゆるやかな条件てダイヤモ
ンドが析出することを確認して本発明を完成した。

〈問題点を解決するだめの手段〉 即ち本発明は有機化合物から気相法によりダイヤモンド
を合成する方法であって、有機化合物とアンモニヤを含
む原料ガスを熱フィラメント法、又はプラズマ法により
ダイヤモンド生成反応可能状態に励起することを特徴と
する気相法ダイヤモンドの合成方法に関する。

有機化合物としては各種あり、例えばイソオクタン、ア
セトン、トリエチルアミン、酢酸メチル、ｔｅｒｔ−メ
チルアルコール、プロパツール、ジメチルエーテル、エ
チルメチルケトン、クロロメタンさらには炭素と水素、
炭素と水素と酸素、窒素、ハロゲン等を含む有機化合物
も使用でき、とくにイソオクタンか好ましい。

原料ガスは有機化合物、アンモニヤさらに必要により水
素ガスを含ませることかてきる。

実用的には有機化合物：ＮＨ，：Ｎ２の常温における容
量比は１００　：　０．１〜２０：０〜３００である。

有機化合物の濃度か大の場合、炭素が析出する。この場
合はＮ１１３の外にＮ２をも含ませることにより、この
炭素を水素と反応させて除去できるのて、前記のように
広範囲の濃度比の原料を用いるーことができる。

メチルラジカル生成可能ガスとしてイソオクタンが好ま
しいのは、イソオクタン１モル当り５ケという多数のメ
チル基を有するからである。

本発明においてはダイヤモンド生成反応可能状態への励
起手段はフィラメント法、プラズマ法に特定される。な
お本発明ではプラズマ法とはマイクロ波、高周波、直流
アーク放電、グロー放電等の放電を云う。この励起手段
はＮＨ３→Ｎ２　＋　Ｈ（原子状）により水素を解離生
成させるためであるが、前記の特定の手段は単なるガス
加熱に比して解離がはるかに促進させられる。

又従来のフィラメント温度に比し約２０口０Ｃの低温て
ダイヤモンドの析出が起る。これも従来の水素ガスに比
し、アンモニヤガスが用いられる前記の解離による原子
状水素がより低温で発生するためと判断される。例えば
タングステンフィラメントの場合、ダイヤモンドは従来
の２０００℃以上に比し、１８００℃で析出する。

又１−Ｃ（アイカーボン）成分の結晶への混入は従来公
知のものに比し少ない。

ダイヤモンドはシリコンウェハー等の基板、あるいはＳ
、Ｃ粒表面等に析出させることもでき、さらにダイヤモ
ンドやＳ、Ｃの微粒子を種子にしてそれらを流動させ、
その流動状態の表面に析出させることもてきる。後者は
特願昭６２− １０３２４０号明細書記載の方法及び装置により実施で
きる。

析出ダイヤモンドの結晶性は公知の従来の方法で製造さ
れたものと少なくとも同等てあり、実用的に問題はない
。

実施例１ 高さ１８ｃｆｆｌ、直径２０ｃ＋ａの円筒形反応槽の上
部にＷフィラメント０．２　ｍ＋ａφのコイルを配置し
フィラメントの下５ｍｍの距離にダイヤモンドペースト
で研摩処理した巾１５ｍｍ長さ２０謹ｍ厚さ０．５■の
軸ウェハーを置いた。

Ｗフィラメントを１９００°Ｃに通電加熱し、イソオク
タンとＮＨ，とよりなり、イソオクタン／ＮＨ３が１．
５　ｖｏｊｌ　％である混合ガスを１５０３ＣＣＭ反応
槽に導入し１時間反応させた。ＳＣＣＭとは標準状態に
おける１分間当りのガス量をｃｍ３で表わしたものであ
る。

反応圧力は７６０Ｔｏｒｒ　、ウェハ一温度は８００℃
てあった。その結果Ｓ、ウェハー上に約５１Ｌｍの厚さ
の析出物を得た。

析出物表面をレーザーラーマン分光法により測定した結
果１３３３ｃＩＩＩ−１近くに鋭いダイヤモンドによる
ピークと、１５５０　ｃｍ−’付近に非常にブロードで
低いピーク、即ちｉ−カーボンによるピークを検出した
。又薄膜Ｘ線回折法による測定ではダイヤモンド結晶構
造のみのピークを認めた。

以上によりウェハー上の析出物は実質的にダイヤモンド
であり、又その析出速度は５ＪＬｍ／ｈｒてあった。

実施例２ 実施例１に用いた反応槽の上部にＷフィラメント０．３
１１１Ｉｌφのコイルを配置し、フィラメントの下５ｍ
ｍの距離にダイヤモンドペーストて研摩処理した一辺２
０ｍｍの正方形て厚さ０．５ｍｍのＳ、ウェハー（１０
０）面を設置した。

Ｗフィラメントを２０００℃に通電加熱しアセトンとＮ
Ｈ３とを含みアセトン／ＮＨ３か５　ｖｏｊ！％である
混合ガスを１１００５ＣＣ導入し２時間反応させた。

反応圧力は２５０Ｔｏｒｒ　、ウェハ一温度は９５０°
Ｃてあった。その結果Ｓｉウェハー上に約６ｐｍの厚さ
の析出物を得た。析出物表面なラマン分光法により測定
したところ、実施例１とはゾ同様にダイヤモンドとｉ−
カーボンによるピークを検出し、ウェハー上の析出物は
実質的にダイヤモンドてあり、又その析出速度は３ｐｍ
／ｈｒあった。

実施例３ 実施例１に用いた反応槽に、実施例２と同様にＷフィラ
メント、Ｓ１ウエハーを配置した。

Ｗフィラメントを１８００℃に通電加熱し、トリエチア
ミンとＮＨ，とよりなりトリエチルアミン／Ｎｌ’ｌ：
ｌが２ｖｏｊ！％である混合ガスを２００８ＣＣＭ導入
し１時間反応させた。

反応圧力は４００Ｔｏｒｒ　、ウェハ一温度は６５０°
Ｃてあった。その結果Ｓ、−ウェハー上には約ＩＪＬｍ
の厚さの析出物を得た。

析出物はラマン分光法や、Ｘ線回折法により、実質的に
ダイヤモンドにより構成されていることを確認した。

又その析出速度は１　ｇｍ　／ｈｒてあった。

実施例４ ＮＨ３の代りにＮ］１３とＮ２とが容量比で３：ｌであ
るガスを用いた以外は実施例２と全く同様の条件て反応
させた。その結果、Ｓｉウェハー上に約５．５　ｐ、ｍ
の厚さの析出物を得た。ラマン分光法のスペクトルのダ
イヤモンドピークは実施例１．２とはゾ同様の高さ、ピ
ーク巾てあったが、ｉ−カーボンによるピークは実施例
よりも高かった。

比較例 実施例１と同様なガス組成、ガス流量、基板、基板温度
に設定し、熱フィラメント励起を外部加熱に変えて反応
を行なった。加熱温度を１１００°Ｃとし１時間反応さ
せた。得られたＳ、ウェハー上の析出物をレーザーラー
マン分光法で測定したところ、アモルファスカーボンと
思われる１３６０ｃｍ−’付近に大きなピークと１５８
０ｃｍ−’付近にも次に大きなピークを検出した。又１
５００〜１５５０ｃｍ−’のｉ−カーボン成分はトレー
ス程度であり、１３３３ｃｍ−’のダイヤモンドのピー
クは検出されなかった。

〈発明の効果〉 従来の気相法ダイヤモンド製造法に比し、その基板への
ダイヤモンド析出速度が少なくともｌＪＬと、早く、又
反応温度も比較的低い等ゆるやか条件で反応が可能とな
り気相法によるダイヤモンドの有利な工業生産か可能と
なった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機化合物から気相法によりダイヤモンドを合成する方
   法において、有機化合物とアンモニヤを含む原料ガスを
   熱フィラメント法、又はプラズマ法によりダイヤモンド
   生成反応可能状態に励起することを特徴とする気相法ダ
   イヤモンドの合成方法。