JPS6385095A - ダイヤモンド薄膜の形成方法 - 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、地球上で最も硬く安定であ）、さらに最近エ
レクトロニクス、オプトエレクトロニクス分野への応用
も期待される、ダイヤモンドの製造方法に関する。

従来の技術 従来、ダイヤモンドの合成は高温超高圧下で行なわれて
いた。また、最近になって、減圧下での気相合成の成功
が報告され（例えばＴＴＡＰ２１Ｌ１８３（１９８２）
）、ダイヤモンドが低下で合成されるようになったが、
この方法においては、得られるダイヤモンド薄膜はラン
ダムな方位を持つ微細晶粒の集まりであった。

発明が解決しようとする問題点 このように、従来技術で得られるダイヤモンド薄膜は方
位のそろっていない多結晶体である。エレクトロニクス
への応用を考える場合は、方位のそろったエピタキシャ
ル成長した単結晶膜を成長させる必要がある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は、基体表面に炭素を供給し、加速された水
素と不活性ガス又は炭素の粒子を前記基体表面にほぼ平
行に照射しつつ、前記基体表面を１０００℃以上に保ち
、供給された前記炭素を凝縮させると、方位のそろった
ダイヤモンド薄膜が成長することを確認した。これによ
り本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法を発明した。

作　　用 本発明の製造方法を第１図を用いて説明する。

炭素１が基体表面２で凝縮して固体となる場合に、不活
性ガス又は炭素３が加速されて照射されると、上記不活
性ガス又は炭素の粒子３が衝突した部分がその衝撃によ
って局所的に高温高圧となシ局所的にダイヤモンドに変
化する。このときに、水素４が加速されて照射されてい
ると、この局所的なダイヤモンド構造以外の部分を除去
し、ダイヤモンド構造の部分のみを残し、これを成長さ
せる。さらに基体表面２が１０００℃以上に加熱されて
いると、この水素４による除去作用が効率的となり、ダ
イヤモンドが効率良く成長する。本発明においては、高
速粒子３，４が基体表面にかするように照射されるので
、成長子るダイヤモンドはその結晶方位がそろう。つま
シ前述の衝撃及び除去作用が方向性を有するため、高速
粒子３，４０入射方向に従ってダイヤモンドの成長方位
がそろうと考えられる。従来例においては、このような
成長メカニズムの方向性がないため、ダイヤモンドの成
長方位はそろわずランダムな方位の多結晶となると考え
られる。また、基体表面２が１００Ｑ℃以下の場合には
得られる膜がダイヤモンド以外の構造（例えばグラファ
イト等）を含み、完全なダイヤモンド薄膜とならない。

実施例 第３図に本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法の一実施
例を示す。

イオンビーム源６から、不活性ガス（アルゴン）のイオ
ンビーム７（エネルギーは１２００ｅＶ程度）が照射さ
れ、炭素ターゲット８をスパッタしターゲット８から炭
素原子８ａを蒸発させる。この装置のチャンバ内の圧力
はＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏ　ｒ　ｒ程度であった。この
炭素原子８ａは基体として用いたシリコン基板９０表面
に供給され基板９上で凝縮するが、基板９はイオンビー
ム２に対して表面１ｏがほぼ平行となるように設置され
ているため、基板９の表面１０にはイオンビーム了が照
射されつつ基板表面１０上に炭素を凝縮させることとな
る。

ここでイオンビーム源らにさらに水素を導入し圧力比で
１；１以上の水素を含むようにし、イオンビーム７をイ
オン化した不活性ガスとイオン化した水素との混合イオ
ンビームとし、基板表面の１０の温度を１ｏＯｏ℃以上
とすると、基板表面１０上に第２図の走査型電子顕微鏡
写真に示すようなダイヤモンドの結晶５が成長した。

第２図に得られた方位のそろったダイヤモンド結晶の走
査型電子顕微鏡写真の図を示す。この図より明らかなよ
うに、すべてのダイヤモンド結晶粒子６は同じ方位を持
っている。ここで基体表面に照射される水素はイオン化
していた方がその反応性が増大し有効であった。基体表
面とそこに照射される加速粒子の方向とのなす角度が１
６度以上となると、形成される膜のスパッタが大きくな
り膜が形成されない。つまりこの角度は０〜１５度の間
が望捷しい。このように、本発明を用いることにより、
基板表面１−０上にダイヤモンド結晶５が成長しておυ
、前述の水素のクリーニング作用によυ、ダイヤモンド
結晶のみが成長している。

またこれらのダイヤモンド結晶の方位もそろっている。

これを成長させることによりエピタキシャル単結晶ダイ
ヤモンド薄膜が得られる。

ここでは、イオンビーム７について述べたが、このイオ
ン化されたイオンビームのかわりにニュートライガによ
って中性化した中性原子でも有効であり、また不活性ガ
スでなく炭素を用いても良い。この場合、炭素はダイヤ
モンドの構成原子でもちゃ、前記局所的なダイヤモンド
を形成することができる質量を有している。また不活性
ガスと同様に炭素と化合してダイヤモンド以外の物質を
形成することもない。

また、基板表面に凝縮させる炭素の供給源としてはスパ
ッタ以外の熱蒸発、ＣＶＤ、電子ビーム蒸発、レーザビ
ーム蒸発等によっても良い。

本実施例においては、炭素を表面に凝縮させる基体とし
てシリコン基板について述べたが、１０００℃において
安定で、ダイヤモンド構造に似た表面構造を有する物質
であれば、シリコンに限るものではない。

発明の効果 本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法は、エレクトロニ
クス分野で有用なダイヤモンドのエピタキシャル単結晶
膜を形成可能とするものであり、ダイヤモンドダイオー
ド等の形成に寄与し、工業的価値はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイヤモンド薄膜の形成方法の概念図
、第２図は本発明の形成方法で得られたダイヤモンド薄
膜の結晶の構造を示す走査型電子１・・・・・・炭素、
２・・・・・・基体表面、３・・・・・・不活性ガス又
は炭素の高速粒子、４・・・・・・水素の高速粒子、５
・・・・・・ダイヤモンド結晶粒子、６・・・・・・イ
オンビーム源、７・・・・・・イオンビーム、８・・・
・・・炭素ターゲット、９・・・・・・基板、１０・・
・・・・基板表面。 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体表面に炭素を供給し、加速された水素と不活
   性ガス又は炭素の粒子を前記基体表面にほぼ平行に照射
   しつつ、前記基体表面を１０００℃以上に保ち、供給さ
   れた前記炭素を凝縮させることを特徴とするダイヤモン
   ド薄膜の形成方法。
2. （２）加速された水素がイオン化していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のダイヤモンド薄膜の形
   成方法。
3. （３）基体表面とそこに照射される加速粒子の方向との
   なす角度が１５度〜０度の間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の形成方法
   。