JPS6395199A - 気相法によるダイヤモンドの合成法 - 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 本発明は気相法によるダイヤモンドの合成法に関する。

本発明におけるダイヤモンドとはいわゆるダイヤモンド
様炭素（ＤＬＣ）を含む概念である。

ＤＬＣはラマンスイクトルで１５００ｍ−’附近にピー
クを持つ炭素で気相法によりダイヤモンドと同様にして
得られることが知られている。

従来の技術 一般に気相法のダイヤモンドは炭化水素、酸素、窒素等
を含む有機化合物のガスに水素ガスを混合し、これらを
プラズマ化等の励起状態にし、これから基板等の基材の
上にダイヤモンドを析出させる方法である。その際ダイ
ヤモンドと共に非ダイヤモンド炭素（以下特に断りなく
炭素というときは非ダイヤモンド炭素を指す）が析出す
るが、これを原子状水素等励起された水素によって除去
し、ダイヤモンドを残す。この操作を継続して行なうこ
とにより、ダイヤモンドを・膜状あるいは粒状に析出さ
せている。

ダイヤモンドを析出させる基材としてはＳｉ＋、ＳｉＣ
＋Ｓ　ｉ０２　＃　Ｗ　、　ＷＣ、Ｍ６等が用いられて
いる。この中でＳｉを鏡面研摩したウェハーが最も一般
的である。

このＳｔウェハーの場合その表面状態によりダイヤモン
ドの析出し易さあるいは析出状態が異なることが知られ
ている。通常はＳｔウェハーの表面をダイヤモンドペー
スト等で研摩し、表面に微小な傷をつけたものが用いら
れている。

発明が解決しようとする問題点 基材の上に析出するダイヤモンドは基材の表面状態によ
って析出状態が変わり、例えばダイヤモンドペーストで
研摩したＳｉウニ・・−を用いると膜状となり、前記研
摩しない鏡面のＳｔウェハーを用いると粒状となる。こ
れらの場合に粒子の生成密度、粒子径のコントロールは
むずかしい。基材表面に偶発的にダイヤモンドの核が生
成していると思われ、そのために再現性が悪い。またこ
の核が線状に連なったり、粒子同志が局部的に凝集した
りすることが多く、独立した粒子を狭い粒径分布で得る
ことは不可能であった口 本発明の目的は気相法ダイヤモンド合成において、その
析出基材の表面に特定の処理を施すことにより、再現性
よく、シかも独立したダイヤモンド粒子の粒子径のコン
トロールも可能な方法を提供するにある。

問題点を解決するための手段 本発明はダイヤモンド析出が基材の表面状態に大きく影
響されることに鑑み、基材の表面処理方法について種々
研究した結果開発したもので、その特徴はＳｔ等の基材
表面をスパッタリング処理することにある。

一般にスパッタリングは減圧下でターダット電極にＡｒ
等のイオンを衝突させ、ターグツトから原子を飛び出さ
せ、これを対向する基板に凝着させて基板を被覆するの
は使われるが、本発明におけるスパッタリングはＳｔ等
の基材にガスのイオンを衝突させてその面を荒らすこと
である。これによって基材表面はサブミクロンオーダー
に均一に荒れた面となる。これをダイヤモンド析出の基
材として使用すると、その析出機構は明らかでないが、
２０〜３０μｍ間隔に核が生成し、これから粒状のダイ
ヤモンドが成長し、１０μｍ以上の独立粒子が容易に得
られ、しかもその再現性は非常によい。

この粒子の大きさは析出時間等によってコントロールで
きる。そしてこの途中で新しい核の発生はあまりないの
で、かなり揃った粒子が多く得られる。

スパッタリングに用いるがスは酸素、窒素、ア　　・ル
ヅン等である。ガスの圧力は１０−１〜１　ｔｏｒｒ程
度が適する。スパッタリング方法の１例を示せば、減圧
装置内でＳｉウニ・・−を黄銅製必陽極及び陰極下に発
生するグロー放電空間に設置し、５〜６０分間、０．３
〜２ｋＶ程度の電圧を負荷する。

、　　　　　　　　　　　　　　　グロー放電による励
起空間でガスがイオン化し、Ｓｉウニ・・−変りはない
。即ち、有機化合物としてはメタン、エタン等の炭化水
素、メタノール、エタノール、アセトン等の含酸素有機
化合物を用いることができる。また炭化水素に少量の０
２．Ｃ０２Ｃ０２，Ｈ２０ガスを含有させることもでき
る。これらのガスは一般的には水素ガスと混合（有機化
合物の濃度０．２〜１０容量チ）シて使用されるが、そ
の際１部をアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで置換す
ることもできる。

ガスの圧力はｌ　Ｔｏｒｒの減圧から１０００．Ｔｏｒ
ｒ程度まで可能である。

水素ガス等のプラズマ化、原子状水素の発生等ガスの励
起は２０００℃〜２３００℃程度に加熱したタングステ
ン等のフィラメントを用いる方法、ガスにマイクロ波、
高周波電圧を作用させる方法などすべての方法を採用す
ることができる。

基材としては前記したＳｔ　＃　ＳｉＣ等が用いられ、
これらは板状にしたものの外、Ｓ　ｉＣｅ　ＷＣ等では
粒状物を用いることもできる。これらの基材の温度ｒａ
ｏ。

は通常２５０〜＃＃＃℃である。

作用 基材のスミ４ツタリング処理の作用については定かでな
いが、スパッタリング作用と基材に含まれるある種の欠
陥との相互作用により核発生サイト（５ｉｔｅ　）が形
成され、それが初期核発生時の条件に合致した所のみが
ダイヤモンド粒成長すると思われる。

効果 本発明によれば核の発生がかなシ規則的に起るので、ダ
イヤモンドの粒子が多くは独立に成長する。従って、ダ
イヤモンド粒子を得たい場合に特に好都合である。また
長時間成長させるようにすれば粒子同志が連かり、膜状
のダイヤモンドとすることも可能である。

実施例 Ｓｉウェハーの鏡面研摩した表面を２　Ｘ　１０”’　
ｔｏｒｒの空気と同組成のガス中、１ｋＶ、　　１０ｍ
Ａのグロー放電中で１５分間スノ＜？ツターした１５瓢
四方、厚さ０．５雷の基板を装置内にセットし、アセト
ン１容量チを含むＨ２ガスを流量１００１’ａ４／ｍｉ
ｎで流し、Ｗフィラメント温度２２００℃、基板温度８
００℃の条件で２時間ダイヤモンド合成反応を行った。

基板冷却後、ＳＥＭ観察により約１５μｍ径のダイヤモ
ンド自形の出た６−８面体粒が２０〜３０μ間隔に生成
していた。生成範囲はフィラメント直下の６×７■程度
の長円状の面積内であった。結晶粒のラマンシフトを測
定したところダイヤモンドピーク以外はとんど含まない
スペクトルであった。

比較例 反応条件は実施例と同一とし、基板をＳｔウニ・・−鏡
面仕上面そのまま（４）と鏡面仕上面をダイヤモンドペ
ースト３μと１μ径で研摩した基板（Ｂ）につき比較例
として実施した。結果は基板を光学顕微鏡、ＳＥＭ観察
により調べた。Ａの基板上には１〜３μ程度のアモルフ
ァスカー？ン状球体が点在又はその数１０個の塊が点在
しており、ダイヤモンドの自形の出た粒は皆無であった
。（Ｂ）では２時間で３μ程度の結晶サイズのものまで
モザイク状に密に析出していた。析出面積は３×４瓢程
度の長円状であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機化合物の気相熱分解によるダイヤモンドの製造法に
   おいて、ダイヤモンド析出基材をスパッタリングしたも
   のを使用することを特徴とする方法。