JPH0218392A - 多結晶性ダイヤモンド膜の製造方法 - 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〕 本発明は一般に多結晶性材料の製造方法に関する。さら
に詳細には、本発明は熱転写複写法における保護コーテ
ィングとしておよび超小型電子回路の熱伝導性コーティ
ングとして有用である多結晶性膜の調製のための核形成
方法に関する。

本発明の１つの実質態様においては、ダイヤモンド粉末
の懸濁液を基体に適用し、続いて、基体を加熱しながら
ガスの混合物を分解し、それによって適当な分解ガスの
核形成を行うことからなる多結晶性ダイヤモンド膜の製
造方法が提供される。

例えば、シリコンウェハーのような基体に、先ず、ダイ
ヤモンド粉末をある種のパラメーターでもってスピンコ
ーティング、デイツプコーティングまたはスプレーコー
ティング法により適用し、この粉末が主としてシーディ
ング（ｓｅｅｄｉｎｇ）源、即ち、分解ガスからの凝縮
性蒸気の核形成源として機能する。さらに詳細には、本
発明の１つの実施態様においては、基体を前述のように
して加熱したのち、真空チャンバー内にガスまたはガス
混合物を導入する。これらのガスは炭素源として働き、
高温に、例えば、フィラメントによる２０００℃に加熱
することによりあるいはプラズマ分解によって分解され
、それによって、分解ガスを上記の基体上に付着せしめ
て核形成を行い、所望の連続多結晶性ダイヤモンド膜を
得る。本発明の方法は高純度多結晶性ダイヤモンド膜の
急速成長；多くの従来技術方法における場合のような基
体の研摩の回避；制御された核形成それによる連続膜の
成長；および再現性のある結果を包含する多くの利点を
有する。

〔従来の技術〕

多結晶性ダイヤモンド膜を得るための現在の方法は、こ
れら膜を付着させる表面が、機械的研磨処理を必要とし
、この研磨が基体材料が表面からランダムにはく離する
点で基体表面を劣下させ、かくして光透過性に悪影響を
及ぼしまた超小型電子装置も含み得るこの層の構造を劣
下させるので不適切であると信じられている。さらに、
これらの方法によれば、望ましくない不均一ダイヤモン
ド膜が生じ、そのような方法は通常再現性がないもので
ある。さらに詳細には、従来技術においては、基体表面
の機械的研磨を用いてダイヤモンド結晶を生成させて核
形成し連続膜に成長させる方法によるダイヤモンド膜核
形成の難しさが記載さＰｈｙｓｉｃｓ）　　６３　　（
１９８８）、　　１７４４、Ｃ０Ｐ、　　Ｃｈａｎｇ、
　　Ｄ、Ｌ。

Ｆ１ａｍｍ、　Ｄ、町　１ｂｂｏｔｓｏｎ、およびＪ、
八０Ｍｕｃｈａ　’　ｌごは、ダイヤモンドを核形成さ
せる試みの種々の方法が開示されている。基体表面は４
種類のプラズマエツチングおよびスパッタリングを用い
て粗面化しているが成功していない。また、この方法に
おいては、ダイヤモンドの核形成はシリコンウェハーを
無定形炭素、無定形炭化ケイ素、ホトレジスト、または
極めて粗い表面組織のポリシリコンでコーティングする
ことによっても何ら改良されてない。さらに、Ｙ、　Ｍ
ｉｔｓｕｄａ、　Ｙ、　Ｋｏｊｉｍａおよびサイエンス
（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　５ｃｉｅ
ｎｃｅ）、　２２゜（１９８７）、１５５７”における
論文においては、シリコンウェハーを＃１０００ダイヤ
モンド粉末中で１時間機械的に振動させることによりシ
リコン表面を研磨し十分な密度の核形成部位を生じさせ
連続膜に成長させる方法が開示されており、この方法は
ダイヤモンドペーストにより手で研磨するよりも肋らか
に優れていた。電子顕微鏡は得られる表面粗さ（平均振
幅）が約１０ナノメーターであることを明らかにしてい
る。これらの欠点は本発明方法により回避される。

日本特許出願アブストラクト２１３８３９５／１９８７
年６月には、基体にダイヤモンド粒子を低シーディング
率で、即ち、１００．０００粒子／ｃｉから１．０００
，０００粒子／　ｃｒｄまでで適用する方法が開示され
ている、即ち、連続ダイヤモンド膜は高シーディング率
を用いる本発明の方法による場合のようには形成されな
いと信じられている。

さらに詳細には、上記アブストラクトは炭化水素と水素
のガス混合物を５００〜１．３００℃に加熱した表面上
に導入し、ダイヤモンドを基体上に炭化水素の熱分解に
より付着させることを示唆している。また、上記アブス
トラクトに開示されている方法によれば、基体表面が均
一にスカッタリングされたＳＰ３結合を有する微細粒子
を有し；ダイヤモンドまたは他の粒子がメタノール中の
懸濁液として適用され；そして、均一な厚さを有する濃
密なダイヤモンド膜が得られることが示唆されている。

Ｄｉａｍｏｎｄ　　５ｅｅｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　　
ｂｙ　　Ｖａｐｏｒ　　０ｅｐｏｓｉｔｉ　　ｏｎ）。

ケース　ウェスターン　リバース大学、Ｖｏｌ、　１９
　。

ｋ６，２９１５．１９６８年５月、＾ｎｇｕｓ等”にお
いては、シード結晶上にダイヤモンドを成長させる方法
が開示されている。また、米国特許第４、７０７．３８
４号（第１頁に挙げられた引用例）；第３、９６１．１
０３号；第４．０６０．６６０号；第４．４３４．１８
８号（使用する炭化水素と水素のガス混合物）　：第４
、４９０．２２９号；第４．５０４．５１９号；特開昭
６２−１３・３０６８号；および“ネイチ＋　−（Ｎａ
ｔｕｒｅ）、　Ｖｏｌ。

２４８．１９７４年４月１２日号、ｐｐ、５８２〜５８
４”も同様な関連を有する。

〔発明の目的〕

従って、本発明の目的は本明細書で述べるような利点を
有する多結晶性ダイヤモンド膜の製造方法を提供するこ
とである。

〔発明の開示〕

本発明の上記ふよび他の目的は多結晶性ダイヤモンドの
製造方法を提供することによって達成される。さらに詳
細には、本発明によれば、蒸着法による実質的に純粋な
連続多結晶性ダイヤモンド膜の製造方法が提供される。

本発明の１つの特定の実施態様においては、超小型電子
回路と接続した熱伝導性コーティングとして右よび熱転
写複写用途の保護コーティングとして使用することので
きる多結晶性ダイヤモンド膜を製造するための経済的な
再現可能な核形成方法が提供される。これら用途は共に
ダイヤモンド薄膜の超小型電子回路との集積化を含み、
この集積化はシリコンウニへ−基体およびガリウムひ素
基体のような半導体ウェハー基体上での作製の部分的ま
たは実質的な完了段階で行われる。そのような回路の微
妙な性質および超小型電子装置の機械的研磨処理に対す
る機能性と収率の感受性を考慮すれば、これらの基体は
、例えば、該回路を有する基体を機械的に研磨する普通
の従来技術法によっては製造することができない。本発
明方法によれば、基体を研磨することを含む方法に比較
したとき、ダイヤモンド膜の優れた該形成法が提供され
る。

本発明方法の１つの態様は調整された粒度、即ち、例え
ば、０．１〜約１．０ミクロンの平均粒径を有するダイ
ヤモンドの分散層を調製し、次いでこれらの粒子を調整
された表面密度で適用することを含む、これらのダイヤ
モンド粒子は、ダイヤモンド粒子懸濁液から、ダイヤモ
ンド粒子の適当に調製された懸濁液のスピンコーティン
グ法ミディップコーティング法、またはスプレーコーテ
ィング法の通常の方法により適用できる。そのような調
製物の特定の例およびコーティング方法の詳細は以下に
述べる０例えば、熱転写複写用の加熱要素を表面に含む
シリコンウェハーおよびこれらヒーター用の論理的駆動
回路はダイヤモンド分散体でもってその下になる上記回
路を模うことなくスピンコーティングできる。得られた
予備状態調節、即ち、粉末処理したウェハーは真空装置
中に組み入れ、所望の加工温度に加熱し、所望の炭素含
有ガス混合物の蒸気流にを効時間暴露し、その後、ウェ
ハーを室温に冷却し、真空装置から取り出す。

この工程を終了したとき、多結晶性ヒーター要素を含む
シリコンウェハーは適当な厚さ、例えば、熱転写複写用
の保護コーティングにおいては、例えば、約１．５〜約
３．０ミクロン；熱伝導性層およびツールビットにおい
ては約１０ミクロンを有する均一な多結晶性ダイヤモン
ド膜によって被覆される。この均一膜は、該ダイヤモン
ド膜を反応性酸素プラズマに暴露し空間的に選択した形
でダイヤモンド膜を除去することを含む通常の超小型電
子加工法によるエツチング方法によって模様付し部分的
に除去できる。実質的には、同じ加工工程をダイヤモン
ド膜の種々の機能を有する超小型回路への集積化が望ま
れる他の用途にも使用できる。

１つの実施態様においては、本発明は、基体にダイヤモ
ンド粉末を適用し；得られる粉末処理基体を加工装置に
入れたのち加熱し；そして炭素と水素の供給物を与える
ガスを上記装置に導入することを特徴とする多結晶性ダ
イヤモンド膜の製造方法に関する。さらに、本発明の別
の実施態様においては、基体にある種のパラメーターを
有するダイヤモンド粉末を加工装置に入れる前に適用し
、そして、炭素と水素の供給物を与えるガス混合物を上
記加工装置内に導入することを特徴とする多結晶性ダイ
ヤモンド膜の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、基体に、平均粒径約０．１〜約
０．４ミクロンを有するダイヤモンド粉末を１０平方ミ
クロン当り約１個の粒子ないし１平方ミクロン当り約１
個の粒子または１平方ミクロン当り約１個の粒子ないし
１平方ミクロン当り約１０個の粒子の量で適用し；得ら
れた粉末処理基体を蒸着チャンバー内に入れた後に加熱
し；このチャンバー内に炭素と水素の供給物を与えるガ
ス混合物を導入し；そして、このガス混合物を分解する
ことを特徴とする連続多結晶性ダイヤモンド膜の製造方
法が提供される。本発明の別の実施態様は、基体に、１
０平方ミクロン当り約１個の粒子ないし１平方ミクロン
当り約１個の粒子または１平方ミクロン当り約１個の粒
子ないし１平方ミクロン当り約１０個の粒子の量で、平
均粒径（粒度）約０．１〜約０．４ミクロンを有するダ
イヤモンド粉末を適用し；得られる粉末処理基体を蒸着
または真空チャンバーまたは炉のような加工装置に入れ
た後加熱し；このチャンバー中に炭素と水素の供給物を
与えるガス混合物を導入し；そして、このガス混合物を
分解することを特徴とする連続多結晶性ダイヤモンド膜
の製造方法に関する。さらにまた、別の実施態様におい
ては、本発明は、基体に、１０平方ミクロン当り約１個
の粒子ないし１平方ミクロン当り約１個の粒子または１
平方ミクロン当り約１個ないし１平方ミクロン当り約１
０個の量で、約０．１〜約０．４ミクロンの平均粒径を
有するダイヤモンド粉末を適用し；得られた粉末処理基
体を真空チャンバー内に入れた後に約１００〜約９００
℃の温度に加熱しかつ約１トール〜１０−ルの真空を適
用し；このチャンバー内に炭素と水素の供給物を与える
ガス混合物を導入し；このガス混合物を約１トール〜１
００トールの総圧力で分解し、それによって多結晶性ダ
イヤモンドを基体上に粉末の成長によって形成させ、こ
の多結晶性ダイヤモンドが炭素蒸気用の核形成中心とし
て働くことを特徴とする連続多結晶性ダイヤモンドの製
造方法に関する。

本発明のさらに別の実施態様においては、基体に、１０
平方ミクロン当り約１個の粒子ないし１平方ミクロン当
り約１個の粒子または１平方ミクロン当り約１個の粒子
ないし１平方ミクロン当り約１０個の粒子の量で、平均
粒径約０．１〜約０．４ミクロン好ましくは約０．１〜
約０．２５ミクロンを有するダイヤモンド粉末を適用し
；この基体を加工チャンバー内で約７００〜約９００℃
好ましくは約８２５〜約８５０℃の温度に加熱し；この
加工チャンバー内に水素、例えば、過剰の水素、即ち、
炭素質ガスのような炭素原子を含有する他のガス１部当
り１００部の水素のようなガス混合物を導入し；このガ
スを分解しそれによって分解生成物を上記ダイヤモンド
粉末を含有する基体上に付着させ；そして、冷却して得
られた高純度、即ち、約９９％以上特に９９．９５％の
多結晶性ダイヤモンド膜を有する基体を取り出すことを
特徴とする連続多結晶性ダイヤモンド膜の製造方法が提
供される。

基体の例には、シリコンおよびガリウムひ素ウェハー、
超小型電子回路を表面に含むシリコンおよびガリウムひ
素ウェハー、石英、モリブデン、タンタル、ニッケル、
スチール、ステンレススチール等のような本発明の目的
を達成する成分がある。一般に、ウェハー基体の厚さは
約１００ミフロン〜約１　ｃｍ好ましくは約１００〜約
１．０００ミクロンである。基体はシリコンおよびガリ
ウムひ素ウェハーまたは超小型電子回路を含むシリコン
およびガリウムひ素ウェハーにおける場合のような巨視
的に平坦であり得るかあるいは基体はドリルチップまた
はかみそり刃のようなツールピットの如き不規則形状で
あり得る。

基体には、前述した量で、例えば、ペンシルバニア州ア
ビントンのペンサイエンティフィック社；ニューハンプ
シャー州ナシュアのロジテック社；マサチューセッツ州
ワーチェスターのツートン社；およびイリノイ州し−ク
ブラッフのボウレー社から入手できるサブミクロングイ
ヤモンド粉末を適用する。使用するダイヤモンド粉末は
通常、約０、１〜約１．０ミクロン好ましくは約０．１
〜約０．２ミクロンの粒度、即ち、平均粒径を有する。

好ましいのは粉末ダイヤモンドシード粒子の粒径は、例
えば、約０．１〜約１．０ミクロン好ましくは約０．１
〜約０．２ミクロンに等しいかそれより小さくあるべき
である。また、本発明の目的が達成される限り、ダイヤ
モンド粉末の代りに、ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素
、窒化ケイ素、窒化はう素および酸化アルミニウムの粉
末も使用できる。ダイヤモンドはダイヤモンド上でエピ
タキシー成長するが上記の他のいずれのシード用材料粒
子上ではエピタキシー成長しないことが知られている。

上記粒子の好ましくはダイヤモンドを含む粉末懸濁液は
、これら粉末をイソプロパツールを包含する脂肪族アル
コールのような適当な物質と混合し、得られた懸濁液を
マイクロソニック粉砕機による高エネルギー下に超音波
的に振動させることによって調製する。具体的には、例
えば、約３ｍｇの０．１ミクロンダイヤモンド粉末をび
ん中で３ｍ１ｌのイソプロパツールと混合する。従って
、混合物の約０．１重量％が粉末である。続いて、混合
物を含むびんを水浴に入れ、マイクロソニック粉砕機の
マイクロチップを混合物に挿入する。マイクロソニック
粉砕機は、例えば、２０ワツトで４分間操作する。使用
できるマイクロソニック粉砕機の例はオハイオ州シンチ
ナティのチクマー社製の１／８インチ（３，１７５ａｍ
）段階型マイクロチップを備えたＴＭＳＤ−４０である
。この振動用マイクロチップはダイヤモンドの粒子を強
く攪拌して凝集物を分離させて個々のダイヤモンド粒子
のアルコール中懸濁液を与える。

その後、懸濁液は通常のコーティング方法により基体に
適用して基体上に核形成即ちシーディング領域を与える
ことができる。通常のコーティング方法には、実質的に
平坦な基体用としてのスピン、スプレーまたはデイツプ
コーティング法、および不規則形状基体用としてのデイ
ツプまたはスフレ−コーティング法がある。スピンコー
ティングは、例えば、基体を真空チャック上に置き、こ
の真空チャックを電気モーターにより１．０００〜１０
．００　Ｏｒｐｍの回転速度で回転させることによって
実施できる。モーターの回転速度およびそのスピン時間
は所望のスピンパラメーターにあらかじめセットしてお
く。例えば、基体の表面積１平方ミクロン当り１個の０
．１ミクロン粒径ダイヤモンド粒子の均一な被覆を得る
（この実施態様においては、基体は４インチＮ　０．１
６　ｃｍ）径シリコンウェハーである）ためには、次の
溶液を調製し、３０００ｒｐｍで３０秒間スピンさせた
基体上に適用する。３Ｈの平均粒度０．１ミクロンのダ
イヤモンド粉末を３ｍ／の市販縁イソプロパツールと混
合した。得られたイソプロパツール／粉末混合物をマイ
クロソニック粉砕機からの２０ワツトの超音波力に４分
間暴露した。その後、シリコンウェハーをミクロ（Ｍｉ
ｃｒｏ　Ｓ登録商標）、即ち、実験用ガラスクリーナー
で洗浄し、蒸留水ですすぎ、圧縮空気で乾燥させ、通常
のスピンコーター中の真空チャックの中心に置いた。続
いて、ダイヤモンド懸濁液を静置基体に注ぎそれによっ
てウェハー全体を被覆し；典型的には約３＋＋ｌを使用
した。

その後、表面に懸濁液を含む得られたウェハーを３、０
０　Ｏｒｐｍで３０秒間スピンさせた。処理終了後、電
子顕Ｗ１．鏡観察により、ウェハーが約１ミクロン離れ
たダイヤモンド粒子により均一に被覆されていることが
判った。

大量の上記懸濁液を用いて石英基体のデイツプコーティ
ングを行うことができる。例えば、２個の（１，１２５
インチ（３，１７５餞）厚の１インチ×４インチ（２，
５４ｃ＊Ｘ　１０．　Ｌ　６ｃｏ＋）基体を懸濁液中に
５秒間背中合せで浸漬した。次いで、両基体を懸濁液か
ら０．５インチ（１，２７ｃｍ）／分の回収速度でゆっ
くりと取り出した。顕微鏡観察により、平均粉末粒子表
面密度は１平方ミクロン当り２個であることが判った。

また、イソプロパツール中ダイヤモンド粉末懸濁液を上
記の均一懸濁液調製手順を繰返すことによって調製し、
次いでこの懸濁液を基体上にスプレーコーティングする
こともできる。ＶＷＲ社より市販されているような商業
的に入手可能なスプレーガンを５ｐｓｉ　　（０，３５
ｋｇ／　ｃｆｆｌ　）の推進空気圧で用いてノズルから
２０インチ（約５０ｃｍ）の距離に置いた４インチ（１
０，１６ｃｍ）シリコンウェハーを平均粒度０．９ミク
ロン径のダイヤモンド粒子で均一に被覆できる。

上記でコーティングした基体部材は、通常、後で密閉す
る蒸着チャンバーのような容器に挿入する。この容器は
真空ポンプにより一般に約１０−８トール〜約１０）−
ル好ましくは約１ミリトール〜約１０ミリトールの真空
に供する。水素ガスを真空チャンバーに約１〜約１０．
０００ｓｃｃｍ好ましくは約ｌＯＯ〜約１．０００ｓｃ
ｃｍの流速で加える。

通常、水素ガスと一緒に炭素含有ガスを加え、このガス
の水素ガスに対する濃度は約０．０１〜約ｌＯ容量％好
ましくは約０．１〜約２容量％である。

炭素含有ガスおよび蒸気の例はメタン、エタン、エチレ
ン、アセチレン、アセトン、エタノール、炭化炭素、Ｃ
Ｃｌ４、ＣＴＣｌ　４１１２、ＣＣｌ　ｚｃｆ’＋、ｃ
ｃ　１３Ｃ１１２０１１等であり、約１〜約１０個の炭
素原子を有する脂肪族炭化水素が包含される。ガス混合
物は２００ミリトール〜３００トールの合計圧好ましく
は２０〜６０トールの圧力にもたらされる。

この圧力調整は、例えば、真空ポンプの吸引速度を排気
系のバルブによりスロットリングさせることによって調
整することによって行う。ガス混合物はこの圧力におい
て真空チャンバー容器中で、例えば、ガスを約１，７０
０〜約２．４００°Ｃ好ましくは約１．８００〜約２．
１００℃の温度に加熱した領域に通すことによって分解
する。ガスの加熱は多くの公知方法により行い得、加熱
領域は耐火金属フィラメント、ワイヤー、プレート、ま
たはチューブ等の使用を含む。他の方法、例えば、ガス
のマイクロ波による照射により発生するような高密度の
グロー放電プラズマの存在する領域へガス混合物を特異
的に通す方法を用いてガス混合物の分解を行い得る。特
に、ガス混合物は直径１インチ（２，５４（Ｊｌｌ）の
石英チューブに通すことができ、このチューブはマイク
ロ波導波管の波振幅位置に部分的に組み込まれている。

輝きのある発出性プラズマはガス混合物中に存在するこ
とが容易に観察でき、このガス混合物をダイヤモンド膜
で被覆すべきシリコンウェハースライスに接触させ得る
。

ガス混合物を凝縮性ラジカルに分解するための上記およ
び他の方法は当業者にとって周知である；Ｓ、マツモト
、Ｙ、サトー、Ｍ、ツツミ、Ｎ、セタカによるＪ、　Ｍ
ａｔ、　Ｓｃｉ、、　　１７．　　（１９８２）、３１
０６”、Ｍ、カモ、Ｙ、サトー、Ｓ、マツモト、Ｎ、セ
タカによるＪ、　Ｃｒ　５ｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　。

６２、　　（１９８３）　、６４２’″；Ｈ，カワラダ
、Ｋ、Ｓ、マー、Ａ、ヒラキによる“Ｊｎ、Ｊ、Ａｌハ
■、、２６．　　（１９８７）Ｌ１０３２”；およびに
、クリハラ、Ｋ、ササキ、Ｍ、カワハラ、Ｎ、コシンに
よる“Ａ　　１．　Ｐｈ　ｓ、　Ｌｅｔｔ、　　５２゜
（１９８８）、４３７”等の刊行物を参照されたい、こ
れらの記載はすべて参考として本明細書に引用する。ガ
ス特にガス混合物を分解するためのこれらの種々の方法
はすべて本質的に同じ最終結果を与え、異なるのは所望
厚の膜を付着させるのに要する時間のみである。ガス混
合物は、真空装置に導入後、先ず、ガス混合物が凝縮性
ラジカルに部分的に分解される領域に通る。ラジカルお
よび未分解ガス分子のガス流は続いてダイヤモンド膜で
被覆すべき基体に向って流れる。ガス混合物の導入前に
、所望表面積密度のダイヤモンド粉末であらかじめシー
ディングしている基体は約６５０〜約９７５℃の温度好
ましくは約８５０℃で加熱できる。凝縮性ラジカルを含
むガス混合物がこの加熱基体表面と接触したとき、凝縮
性ラジカルと主としてあらかじめシーディングしたダイ
ヤモンド粉末の表面との間の表面反応が生じて表面上に
存在するダイヤモンド結晶のさらなる成長をもたらす。

発表された文献から周知の適切に調製されたガス混合物
においても、追加の物質は、実質上、あらかじめシーデ
ィングしたダイヤモンド上にエピタキシー成長するダイ
ヤモンドである。追加の成長は主として横方向、即ち、
あらかじめシーディングしたダイヤモンド粉末を支持し
ている基体の表面に平行な方向にある。ダイヤモンド結
晶があらかじめシーディングした各々の核間の距離に相
応する粒度に達したのち、隣接のダイヤモンド結晶は互
いに触媒し成長し、かくして、前述のようにして蒸気流
に露出しあらかじめシーディングした基体表面をその全
体に亘って被覆する無数のダイヤモンド結晶からなる凝
集薄固形シートを形成する。

例えば、時間の経過により決定して蒸着が終了したのち
、加熱、ガス流動、および真空を停止する。膜厚は時間
経過により計測し試験蒸着により決定しておく。次いで
、基体をチャンバーから取り出し、コーティングが不透
過性の多結晶性ダイヤモンド膜を含むことを、例えば、
顕微鏡および標準の結晶観察分析法により測定する。特
定の用途にもよるが、ダイヤモンド膜を有する基体はホ
トリトグラフおよびドライエツチング法によるダイヤモ
ンド膜の模様付のようなさらなる加工に使用できる。

上記膜の模様付およびエツチング法は一般に周知であり
、多くの場合、標準のリトグラフ法を用いる。天然単結
晶ダイヤモンド材料の模様付法も周知であり、公表され
た文献に記載されている；”Ｎ、Ｎ、　　Ｅｆｒｅｍｏ
ｗ＋　　Ｍ、Ｗ、　　Ｇｅ１ｓ、　　ロ、Ｃ，ＦＩａｎ
ｄｅｒｓ＋Ｇ、Ａ、　Ｌｉｎｃｏｌｎ、　Ｎ、Ｐ、　Ｅ
ｃｏｎｏｍｏｕ、　Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ。

Ｔｅｃｈｎｏｌ、、　　Ｂ３　（１９８５）　、４１６
　”を参照されたい、該文献の記載はすべて参考として
本明細書に引用する。上記の模様付を形成するには、３
ミクロン厚の連続ダイヤモンド薄膜を５．０００．ｔン
グストロームの蒸着アルミニウムでコーティングした。

次いで、これらの膜を５．００　Ｏｒｐｍ　。

３０秒間でＫＴＩ８２０　２７ｃｓのような陽ホトレジ
ストでスピンコーティングした。続いて、ホトレジスト
を、例えば、写真マスターを用いて紫外線に像形成的に
露光して像を形成させる。像を続いて標準のホトリトグ
ラフ法により現像する。

その後、アルミニウムをＩｌ＋ＰＯ４：　ｌｌＮ０ｚ　
：　ＣＨ＊Ｃ０ＯＨ：１１□０＝１６：１：１：１のア
ルミニウムエツチング剤でエツチングした。残りのホト
レジストをベーカ−１，０００はく離削で除去する。ダ
イヤモンド膜を被覆するアルミニウム像が上記の模様付
加工終了後の基体上に残存するところに形成される。

現像工程もまたダイヤモンド膜を除去すべきところで露
出したダイヤモンド表面を上記の特定の用途において機
能性にする。ダイヤモンド薄膜の実際の除去はこれらの
領域を化学反応性プラズマに暴露することによって行う
。ドライエツチング法自体は超小型電子部材作製技術に
おいて周知であり、種々の装置が製造業者から入手でき
て特定のエツチング用途を行い得る。例えば、ニューシ
ャーシー州クレソンのプラズマターム社より入手できる
モデルＰＫ２０プラズマエツチャーはダイヤモンド膜を
次のような特定の用途の所望模様にエツチングするのに
使用できる。例えば、この装置を真空ポンプにより１ミ
リトール以下の圧力に減圧した。電子的に純粋な酸素ガ
スをチャンバーに１標準リツタ一／分の流速および５０
０ミ！Ｊ）−ルの圧力で加えた。６００ワツトのラジオ
周波電力を３ミクロン厚ダイヤモンド膜で被覆したシリ
コンウェハーを置いた電極に接続した。酸素ガス中にグ
ロー放電が生じて電子衝撃解離により酸素ラジカルを生
成させ、これがダイヤモンドと化学反応して炭素−酸素
分子を形成し、この分子を真空装置より吸引により除去
した。このドライエツチング工程はダイヤモンド膜が消
失し基体が酸素ラジカルと反応性でなくなったときに停
止した。

電極へのラジオ周波電力を２０分後に断続し、顕微鏡観
察により、ダイヤモンド膜が露出領域で消失して結晶性
シリコンウェハーを残しているかを測定した。他の領域
では、アルミニウムが依然として残っていることを測定
した。アルミニウムは最終的には上述のアルミニウムエ
ツチング剤によるエツチングにより除去した。

特定の用途にもよるが、上述のようにして、連続ダイヤ
モンド膜を付着させたのち、自由固定性（ｆｒｅｅ　５
ｔａｎｄｉＢ）ダイヤモンド膜、即ち、基体上に存在し
ないダイヤモンド膜を得ることができる。

これらの自由固定性膜は、窓、例えば、科学および医療
上の分析および診断装置におけるＸ線窓として有用であ
る。これら自由固定性膜を得る方法は、ダイヤモンド膜
と有意の速度では反応しない適当な溶媒化学剤中でダイ
ヤモンド膜を付着させた後基体を溶解させる追加の工程
について本明細書で開示したのと実質的に同じである。

しかしながら、例示した方法の変形が基体からのより簡
単な膜分離を可能にする。例えば、平方ミクロン当りお
よそ５個の粒子以上の表面積密度でのサプミクロングイ
ヤモンド粉末の予備シーディング密度はそれより低密度
でシーディングしたダイヤモンド膜よりも基体に対して
より小さい接着性を有する連続ダイヤモンド膜の付着を
与える。かくして、ダイヤモンド膜は、ダイヤモンド膜
の付着工程後に、膜表面に付着させた粘着媒体によって
膜を基体から引き離すことにより、連続薄シートとじて
切り離すことができる。スコッチテープ（Ｓｃｏ　ｔｃ
ｈＴａｐｅ、　ｅ録商標）および他の粘着テープのよう
な種々の粘着剤を使用でき、またシアノアクリレートの
ような接着剤もこの点では有用である。

〔実施例〕

実施例１ ダイヤモンド粉末スピンコーティング用）脈濁液を次の
如くして調製した。ロジテック社から製造された平均粒
径０．１ミクロンを有するダイヤモンド粉末１ｇを市販
縁イソプロパツール１，０００ｍｊ！と混合した。混合
物をその中に浸漬したマイクロソニック粉砕機鉄釘によ
り１．　ＯＯＯワットの高エネルギーおよび２０ＫＩＩ
２の超音波周波数で２０分間機械的に振動させた。約１
時間以内で、３ｍβの：懸濁液を３００ミクロン厚の３
インチ（７，６２ｃｍ）直径のシリコンウェハーの中心
に適用し、次いで真空チャックを有する標準のウェハー
スピンナー内で３．００Ｏｒｐｍでスピンさせた。スピ
ン時間は１５秒にセットし、懸濁液は、電気誘発型水力
機構により、ウェハーの中心に３ｍｌの景でスピン操作
開始前の１秒間で自動的に分配した。

その後、シリコンウェハーを真空チャックから取り出し
、これを走査電子顕微鏡で観察した。ダイヤモンド粒子
はウェハー表面上に約１ミクロンの粒子間平均間隔でか
つ平方ミクロン当り約１個の粒子の量で均一に拡がって
いることが判った。

顕微鏡から取り出したのち、上記のシーディングしたウ
ェハーを５インチ（１２，７ｃｍ）の直径と３０インチ
（７６，２ｃｍ）の長さとを有する石英真空反応器チュ
ーブに入れた。このチューブは１ミＩＪ　）−ル以下の
圧力に減圧でき、１．０００℃以上の温度に加熱できる
真空拡散炉の１部であった。

上記のあらかじめシーディングしたウェハーは、このウ
ェハーをタンタルプレートに貼付は該プレートにウェハ
ーを機械的に固定することによってチャンバー内に組み
入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃｍ）径の１０回
の折返しおよび１部４インチ（０，６４ａｍ）のピッチ
を有する０、０４インチ（１，０２［［１［１１）径の
あらかじめアニーリングしたタングステンワイヤーから
製造したタングステンフィラメントをシリコンウェハー
の表面から０．８インチ（２−０３ｃｍ）の距離に置い
た。タングステンフィラメントを電気真空フィードスル
ーに連結し、このフィードスルーを５０ボルトで１００
アンペアを送り出す能力を有する高電流ｄＣ電力源に連
結した。炉チューブを１ミリトール以下の圧力に減圧し
、石英チューブを含む炉を８５０″Ｃに加熱した。水素
ガスを炉真空装置内に導入して炉内で１００ｓｅｃｍの
流速で含有させ、メタンガスを装置内に１．５　ｓｅｃ
ｍで流入させた。反応器チューブ内のガス混合物の全圧
をスロットルバルブにより３５トールに調整した。続い
て、タングステンフィラメントを電流により２０００′
ｃの温度（光学高温計により測定したとき）に加熱した
。この工程を上記の固定条件下に１０時間続行させ、そ
の後、フィラメントへの電流を停止させ、ガス流を停止
し、反応器を室温に冷却し大気圧に戻した。

シリコンウェハーを真空装置から取り出し、Ｘ線回折、
走査および透過電子顕微鏡を包含する標準の分析法を用
いて、ウェハーが平均結晶径１．３ミクロンを有する多
結晶性の３ミクロン厚ダイヤモンド膜で被覆されている
ことを測定した。膜純度は二次イオン質量分光分析、Ｘ
線回折、および電子マイクロプローブ分析を包含する標
準の分析法により測定した。元素状炭素は膜の主要成分
であることを測定した。ケイ素、窒素、水素および酸素
の各元素は５００原子ｐｐｍ以下の合計量で存在してい
ることが判った。また、ラマン分光分析を用いて膜中の
炭素結合を測定し、１．３３２　ｃｍ−’での振動吸収
が唯一の吸収ピークであることを測定した。このピーク
はダイヤモンド結合の特徴である。特に、グラファイト
結合炭素の特徴である１、　５５０　ｃｍ−’での吸収
は示されなかった。従って、膜は正四面体結合炭素、即
ち、純度９９．９５％を有するダイヤモンドから主とし
て構成されている。

実施例２ ダイヤモンド粉末スピンコーティング用懸濁液を実施例
１の手順を繰返すことにより調製した。

調製後１時間以内で、５ｍｌの上記懸濁液を４インチ（
１０，１６ｃｍ）径シリコンウェハーの中心に適用した
。このシリコンウェハーはその上に超小型電子回路を含
むように通常の超小型電子加工法により前もって加工し
た。詳細には、結晶性ウェハーを線状増幅器と特別に調
製したレジスター素子とのアレイを含むように加工して
熱転写レジスターパッドのレジスタープレートを形成さ
せた。加工したウェハーを真空チャック、電子的に調整
可能な回転速度およびスピン時間を有する標準のウェハ
ースピンチ−中で３．００　Ｏｒｐｍでスピンさせた。

スピン時間は１５秒であり、懸濁液は、電子誘発型水力
機構により、５ｍｌの量で１秒間でスピンサイクル中に
自動的に分配した。

ウェハーをスピンナーから取り出したのち、上記のシー
ディングしたウェハーを５インチ（１２，７ｃｍ）の直
径と３０インチ（７６，２ｃｍ）の長さとを有する石英
真空チューブに入れた。このチューブは真空拡散炉の一
部であり、１ミリトール以下の圧力に減圧でき、１，０
００℃以上の温度に加熱できる。上記あらかじめシーデ
ィングしたウェハーはこのウェハーをタンクルプレート
に貼付け、ウェハーをプレートに機械的に固定すること
によって組み入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃｍ
）径の１０回折返しおよび１／４インチ（０，６４ｃｍ
）のピッチを有する０、０４インチ（１，０２ｍｍ）径
の前辺ってアニーリングしたタングステンから作製した
２つのタングステンフィラメントをシリコンウェハー表
面の０．８インチ（２，０３ｃｍ）の距離に置いた。各
タングステンフィラメントを電気真空フィードスルーと
連結し、これらのフィードスルーは高電流ｄｃ電力源と
連結した。その後、炉チューブを１ミＩＪ　）−ル以下
の圧力に減圧し、この石英チューブを含む炉を８５０℃
に加熱した。水素ガスを真空装置にｌ　Ｏ０ＳＣＣ［Ｉ
＋の流速で導入し、アセトン蒸気を真空装置に５．Ｑ　
ｓｃｃｍで流入させた。

反応器チューブ中の蒸気の全圧をスロットルバルブによ
り３５トールに調整した。各フィラメントを電流により
２０００℃の温度（光学高温計で測定したとき）に加熱
した。この工程をこれらの固定条件下に１時間続行させ
、その後、フィラメントへの電流を断続し、ガス流を停
止し、反応器を室温に冷却し大気圧に戻した。

次に、上記で処理したシリコンウェハーを真空装置から
取り出し、Ｘ線回折、走査および透過電子顕微鏡を包含
する標準の分析法を用いて、ウェハーが多結晶質と１．
２ミクロンの平均結晶度を有する２ミクロン厚ダイヤモ
ンド膜で被覆されていることを測定した。この２ミクロ
ン厚の連続ダイヤモンド薄膜を有するウェハーを５．０
００オングストロームの蒸着アルミニウムでコーティン
グしさらに陽ホトレジストで５＋　０００　ｒｐｎ＋　
％　３０秒間スピンコーティングした。続いて、上記ホ
トレジストを写真マスター像でもって紫外線に像形成的
に露光させ、ヒーター要素を構成するレジスター要素の
ところ以外のすべてのダイヤモンド膜を除去するような
方法で像を形成させた。この像を引続いて商業的に入手
できるホトレジスト現像剤で現像した。その後、アルミ
ニウムを１Ｉ３ＰＯ４：　ＨＮＯ３：Ｃｌｌ３ＣＯＯＩ
ｌ：　Ｉｆ□０の１６：１：１：１アルミニウムエツチ
ング剤でエツチングした。残りのホトレジストをベーカ
−１，０００はく離削で除去した。像形成工程の終了後
、基体上のダイヤモンド膜を被覆するアルミニウムの所
望像が残った。現像工程もダイヤモンド膜が除去される
すべき場所で露出したダイヤモンド表面を特定の用途に
対して機能性にする。ダイヤモンド薄膜の実際の除去は
これらの領域を化学反応性酸素プラズマに暴露すること
によって行った。ニューシャーシー州クレソンのプラズ
マターム社より入手できるモデルＰＫ２０プラズマエツ
チャーを用いてダイヤモンド膜を次のような特定の用途
用の所望像にエツチングした。

真空系反応器装置を真空ポンプにより１ミリトール以下
の圧力に減圧した。電子的に純粋な酸素ガスをチャンバ
ー内に１標準リットル／分の流速および５００ミリトー
ルの圧力で導入した。６００ワツトのラジオ周波電力を
２ミクロン厚ダイヤモンド膜で被覆したシリコンウェハ
ーを含む電極に接続した。電極へのラジオ周波電力は２
０分後に断続し、顕微鏡観察により、ダイヤモンド膜が
露出領域で消失し加工済結晶性シリコンウェハーが無傷
のまま残存していることを測定した。他の領域では、ア
ルミニウムがまだ存在していることを測定した。アルミ
ニウムは、上述のアルミニウムエツチング剤によるエツ
チングにより最終的に除去した。かくして得られたダイ
ヤモンド像を有するシリコンウェハーは周知の金属処理
および模様付方法によりさらに加工した。

作製した熱転写複写装置は完全に機能性であり、高解像
力の像を形成し、ダイヤモンド膜の存在による優れた使
用寿命を示す。特に、上記のようにして作製した装置は
ドナー紙ロールによるレジスター要素の摩耗に伴う欠損
を示さなかった。

また、ダイヤモンド膜の純度は二次イオン質量分光分析
、Ｘ線回折、および電子マイクロプローブ分析を包含す
る標準の分析法により測定した。

元素状炭素は膜の主要成分であることを測定した。

ケイ素、窒素、水素および酸素の各元素は５００原子ｐ
ｐｍ以下の合計量で存在していることが判った。また、
ラマン分光分析を用いて膜中の炭素結合を測定し、１．
３３２　ｃｍ−’での振動吸収が唯一の吸収ピークであ
ることを測定した。このピークはダイヤモンド結合の特
徴である。特に、グラファイト結合炭素の特徴である１
、　５５０　ｃｍ−’での吸収は示されなかった。従っ
て、膜は正四面体結合炭素、即ち、純度９９．９５％を
有するダイヤモンドから主として構成されている。

実施例３ ダイヤモンド粉末スピンコーティング用懸濁液を実施例
１の手順を繰返すことにより調製した。

調製後１時間以内で、５　’ｃｍ　’の上記懸濁液を総
平均厚さ３７５ミクロンを有する４インチ（１０，１６
ＣＩ！＋）径シリコンウェハーの中心に適用した。この
あらかじめシーディングしたウェハーを真空チャック、
電子的に調整可能な回転速度およびスピン時間を有する
標準のウェハースピンチ−中で３．００Ｏｒｐｍでスピ
ンさせた。スピン時間は１５秒であり、懸濁液は、電子
誘発型水力機構により、５ｃｃの量で１秒間でスピンサ
イクル中に自動的に分配した。

ウェハーをスピンナーから取り出したのち、上記のシー
ディングしたウェハーを５インチ（１２，７ｃｌｌ）の
直径と３０インチ（７６，２ＣＩ１１）の長さとを有す
る石英真空チューブに入れた。上記あらかじめシーディ
ングしたウェハーはこのウェハーをタンクルプレートに
貼付け、ウェハーをプレートに機械的に固定することに
よって組み入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃｍ）
径の１０回折返しおよび１７４インチ（０，６４ｃｍ）
のピッチを有する０、０４インチ（１，０２ｍｍ）径の
前取ってアニーリングしたタングステンから作製した２
つのタングステンフィラメントをシリコンウェハー表面
の０．８インチ（２，０３ｃｍ）の距離に置いた。各タ
ングステンフィラメントを電気真空フィートスルーと連
結し、これらのフィードスルーは高電流ｄｃ電力源と連
結した。その後、炉チューブを１ミリトール以下の圧力
に減圧し、この石英チューブを含む炉を８５０℃に加熱
した。水素ガスを真空装置に１ｏ。

ｓｃｃｍの流速で導入し、アセトン蒸気を真空装置に５
、０　ｓｅｃｍで流入させた。反応器チューブ中の蒸気
の全圧をスロットルバルブにより３５トールに調整した
。各フィラメントを電流により２０００℃の温度（光学
高温計で測定したとき）に加熱した。

この工程をこれらの固定条件下に５時間続行させ、その
後、フィラメントへの電流を断続し、ガス流を停止し、
反応器を室温に冷却し大気圧に戻した。

次に、上記のシリコンウェハーを真空装置から取り出し
、Ｘ線回折、走査および透過電子顕微鏡を包含する標準
の分析法を用いて、ウェハーが多結晶質と１．１ミクロ
ンの平均結晶度を有する１０ミクロン厚ダイヤモンド膜
で被覆されていることを測定した。膜純度は二次イオン
質量分光分析、Ｘ線回折、および電子マイクロプローブ
分析を包含する標準の分析法により測定した。元素状炭
素は膜の主要成分であることを測定した。ケイ素、窒素
、水素および酸素の各元素は５００原子９１）ｆｆｌ以
下の合計量で存在していることが判った。また、ラマン
分光分析を用いて膜中の炭素結合を測定し、１、３３２
　ｃｍ−’での振動吸収が唯一の吸収ピークであること
を測定した。このピークはダイヤモンド結合の特徴であ
る。特に、グラファイト結合炭素の特徴である１、　５
５０　ａｍ−’での吸収は示されなかった。従って、膜
は正四面体結合炭素、即ち、純度９９．９５・％を有す
るダイヤモンドから主として構成されている。

上記の１０ミクロン厚の連続ダイヤモンド薄膜を有する
ウェハーをｌ　ｃｍの長さと２５０ミクロンの幅の切片
にカットすることによってさらに加工した。これらの切
片を、酸化亜鉛／硫化モリブデン含有中間シリコーング
リースにより、１ｅｆｆＩの幅、２５０ミクロンの長さ
および１００ミクロンの寸法を有するガリウムひ素／ア
ルミニウムガリウムひ素固体状レーザーに、ダイヤモン
ド多結晶性膜が上記固体状レーザーの広い面に緊密に接
触し、かくして、ダイヤモンド材料の優れた熱伝導性に
より、上記固体状レーザー用の熱伝導性層を与えるよう
な方法で結合させた。このようにして加工した固体状レ
ーザーを試験して１００ミリワツトの連続出力の電力密
度で８２０ナノメーター（ｎｍ）での赤外線を発出させ
た。

実施例４ ダイヤモンド粉末スピンコーティング用懸濁液を実施例
１の手順を繰返すことにより調製した。

調製後１時間以内で、５ｃｃの上記懸濁液を２２５ミク
ロンの総平均厚さを有する４インチ（１０，１６ｃｍ）
径シリコンウェハーの中心に適用した。次に、この予じ
めシーディングしたウェハーを真空チャック、電子的に
調整可能な回転速度およびスピン時間を有する標準のウ
ェハースピンチ−中で３、００　Ｏｒｐｍでスピンさせ
た。スピン時間は１５秒であり、懸濁液は、電子誘発型
水力機構により、５ｍｊ！の量で１秒間でスピンサイク
ル中に自動的に分配した。

ウェハーをスピンナーから取り出したのち、上記のシー
ディングしたウェハーを５インチ（１２，７ｃｍ）の直
径と３０インチ（７６，２ｃｍ）の長さとを有する石英
真空チューブに入れた。上記あらかじめシーディングし
たウェハーはこのウェハーをタンタルプレートに貼付け
、ウェハーをプレートに機械的に固定することによって
組み入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃｍ）径の１
０回折返しおよび１／４インチ（０，６４ｃｍ）のピッ
チを有する０、０４インチ（１，０２ｍｍ）径の前辺っ
てアニーリングしたタングステンから作製した２つのタ
ングステンフィラメントをシリコンウェハー表面の０．
８インチ（２，０３ｃｏ＋）の距離に置いた。各タング
ステンフィラメントを電気真空フィードスルーと連結し
、これらのフィードスルーは高電流ｄｃ電力源と連結し
た。その後、類チューブを１ミリトール以下の圧力に減
圧し、この石英チューブを含む炉を８５０℃に加熱した
。水素ガスを真空装置に１０１００５ｅの流速で導入し
、アセトン蒸気を真空装置に５、０５ｅｃｔａで流入さ
せた。反応器チューブ中の蒸気の全圧をスロットルバル
ブにより３５トールに調整した。各フィラメントを電流
により２０００℃の温度（光学高温計で測定したとき）
に加熱した。

この工程をこれらの固定条件下に５００時間続させ、そ
の後、フィラメントへの電流を断続し、ガス流を停止し
、反応器を室温に冷却し大気圧に戻した。

次に、上記で処理したシリコンウェハーを真空装置から
取り出し、Ｘ線回折、走査および透過電子顕微鏡を包含
する標準の分析法を用いて、つ工バーが多結晶質と１．
０−１：クロンの平均結晶度を有する１００ミクロン厚
ダイヤモンド膜で被覆されていることを測定した。膜純
度は二次イオン質量分光分析、Ｘ線回折、および電子マ
イクロプローブ分析を包含する標準の分析法により測定
した。

元素状炭素は膜の主要成分であることを測定した。

ケイ素、窒素、水素および酸素の各元素は５００原子ｐ
ｐｍ以下の合計量で存在していることが判った。また、
ラマン分光分析を用いて膜中の炭素結合を測定し、１．
３３２　ｃ＋ｎ−“での振動吸収が唯一の吸収ピークで
あることを測定した。このピークはダイヤモンド結合の
特徴である。特に、グラファイト結合炭素の特徴である
１、５５０　ｃｍ−’での吸収は示されなかった。従っ
て、膜は正四面体結合炭素、即ち、純度９９．９５％を
有するダイヤモンドから主として構成されている。

上記の１００ミクロン厚の連続ダイヤモンド薄膜を有す
るウェハーを、シリコンウェハーを３５％の硝酸と６５
％の塩酸との混合物中で溶解させることによってさらに
加工した。ダイヤモンド膜は検出可能な程酸によって攻
撃されず多結晶性ウェハーとして残存していた。ダイヤ
モンドウェハーを酸から取り出し、沸とう水中で洗浄し
、次いで乾燥させて、その物理的性質を観察した。この
ダイヤモンドスラブはウェハーが灰黒色様であり可視光
に対して透過性でない点で貧弱な光透過性を示した。酸
蒸気に暴露させたウェハーの表面は鈍い外観を示し、次
いで、突出性の微結晶により粗いことを観察した。シリ
コンウェハーと接触していたダイヤモンドスラブの面ば
、肉眼においてもまた顕微鏡試験においても、極めて平
滑な光種ある外観を示した。この面は次のような超小型
電子装置の作製用の基体として使用する。多結晶性シリ
コンの１ミクロン厚層をダイヤモン）゛ウェハーの上記
面上に通常の公知のＣＶＤ法により付着させ、さらに、
出カドランシスターおよび出力ダイオードを包含する高
電力消散を有する電子コンポーネントに現像した。これ
らの機能性装置の操作において、前取って確立した最大
電力消散値が、ダイヤモンド基体の優れた熱伝導性のた
めに、係数ｌＯを掛けた大きさまで上回り得ることを見
い出した。

実施例５ ダイヤモンド粉末スピンコーティング用懸濁液を次の如
くして調製した。平均粒径０，１ミクロンを有するダイ
ヤモンド粉末１ｇを市販縁イソプロパツール２０００ｃ
ｍ３と混合した。混合物を、イソプロパツール中に浸漬
したマイクロソニック粉砕機鉄釘により、１．０００ワ
ツトの高エネルギーおよび２０ＫＨｚの超音波周波数で
２０分間機械的に振動させた。調製後約１時間以内で、
４インチ（１０，１６ｃｍ）径のシリコンウェハーを上
記懸濁液に１分間浸漬し、予じめシリコンウェハーに結
合させていた調整可能な直進移動用チャックによりウェ
ハーを液体から垂直に引き上げた。シリコンウェハーを
真空チャックから取り出し、走査電子顕微鏡で観察した
。ダイヤモンド粒子はウェハー表面上に次の最も近い粒
子と約１ミクロンの平均間隔で拡がっていることを見い
出した。

顕微鏡から取り出したのち、上記のシーディングしたウ
ェハーを５インチ（１２，７ｃｍ）の直径と３０インチ
（７６，２ｃｍ）の長さとを存する石英真空反応器チュ
ーブに入れた。上記のあらかじめシーディングしたウェ
ハーは、このウェハーをタンタルプレートに貼付は該プ
レートにウェハーを機械的に固定することによってチャ
ンバー内に組み入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃ
ｍ）径の１０回の折返しおよび１／４インチ（０，６４
ｃｍ）のピッチを有する０、０４インチ（１，０２ｍｍ
）径のあらがじめアニーリングしたタングステンワイヤ
ーから製造したタングステンフィラメントをシリコンウ
ェハーの表面から０．８インチ（２，０３ｃｍ）の距離
に置いた。タングステンフィラメントを電気真空フィー
ドスルーに連結し、このフィードスルーを高電流ｄｃ電
力源に連結した。炉チューブを１ミリトール以下の圧力
に減圧し、石英チューブを含む炉を８５０℃に加熱した
。水素ガスを炉真空装置内に１００ｓｅｃｍの流速で導
入し、メタンガスを装置内に１．５　ｓｅｃｍで流入さ
せた。反応器チューブ内のガス混合物の全圧をスロット
ルバルブにより３５トールに調整した。タングステンフ
ィラメントを電流により２０００℃の温度（光学高温計
により測定したとき）に加熱した。この工程を上記の固
定条件下に１０時間続行させ、その後、フィラメントへ
の電流を停止し、ガス流を停止し、反応器を室温に冷却
し大気圧に戻した。

シリコンウェハーを真空装置から取り出し、Ｘ線回折、
走査および透過電子顕微鏡を包含する標準の分析法を用
いて、ウェハーが結晶径（平均粒径）１．４ミクロンを
有する３ミクロン厚の多結晶性ダイヤモンド膜で被覆さ
れていることを測定した。膜純度は二次イオン質量分光
分析、Ｘ線回折、および電子マイクロプローブ分析を包
含する標準の分析法により測定した。元素状炭素は膜の
主要成分であることを測定した。ケイ素、窒素、水素お
よび酸素の各元素は５００原子ｐｐｍ以下の合計量で存
在していることが判った。また、ラマン分光分析を用い
て膜中の炭素結合を測定し、１　、３３２ｃｍ　−’で
の振動吸収が唯一の吸収ピークであることを測定した。

このピークはダイヤモンド結合の特徴である。特に、グ
ラファイト結合炭素の特徴である１、　５５０　ｃｍ−
’での吸収は示されなかった。従って、膜は正四面体結
合炭素、即ち、純度９９．９５％を有するダイヤモンド
から主として構成されている。

実施例６ イソプロパノール中サブミクロングイヤモンド粉末を実
施例１の方法を繰返すことによって調製したが、ダイヤ
モンド粉末はスピンコーティングによらず基体上にスプ
レーさせた。具体的には、ＶＷＲ社からの市販のスプレ
ーガンを５　ｐｓ　ｉ　（０，３５ｋｇ　／　ｃ＋Ｊ　
）の推進空気圧で用いてノズルから２０インチ（５０，
８ｃｍ）の距離に置いた４インチ（１０，１６ＣＩ１１
）シリコンウェハーを平均粒度０．２ミクロン径のダイ
ヤモンド粒子で均一に被覆した。調整可能なパラメータ
ーであるスプレー時間は、スプレーガンとシリコンウェ
ハー基体との間に挿入したシャッター機構で調整したと
き、１．７秒であった。

スプレー工程終了後、シリコンウェハーをチャックから
取り出し走査顕微鏡で観察した。ダイヤモンド粒子はウ
ェハー表面上に約１ミクロンの粒子間平均間隔で均一に
拡がっていることが判った。

ウェハーを顕微鏡から取り出したのち、上記のシーディ
ングしたウェハーを５インチ（１２，７Ｃ１１）の直径
と３０インチ（７６，２ｃｍ）の長さとを有する石英真
空チューブに入れた。上記あらかじめシーディングした
ウェハーはこのウェハーをタンタルプレートに貼付け、
ウェハーをプレートに機械的に固定することによって組
み入れた。各々０．５インチ（１，２７ｃｍ）径の１０
回折返しおよび１／４インチ（０，６４ｃｍ）のピッチ
を有する０、０４インチ（１，０２ｍ＠）径の前取って
アニーリングしたタングステンから作製したタングステ
ンフィラメントをシリコンウェハー表面の０．８インチ
（２，０３１）の距離に置いた。各タングステンフィラ
メントを電気真空フィードスルーと連結し、これらのフ
ィードスルーは高電流ｄｃ電力源と連結した。

その後、炉チューブを１ミリトール以下の圧力に減圧し
、この石英チューブを含む炉を８５０℃に加熱した。水
素ガス真空装置に１００ｓｅｃｍの流速で導入し、メタ
ンを真空装置に１．５　ｓｅｃｍで流入させた。反応器
チューブ中のガス混合物の全圧をスロットルバルブによ
り３５トールに調整した。各フィラメントを電流により
２０００’Ｃの温度（光学高温計で測定したとき）に加
熱した。この工程をこれらの固定条件下に１０時間続行
させ、その後、フィラメントへの電流を断続し、ガス流
を停止し、反応器を室温に冷却し大気圧に戻した。

シリコンウェハーを真空装置から取り出し、Ｘ線回折、
走査および透過電子顕微鏡を包含する標準の分析法を用
いて、ウェハーが平均結晶径０．９ミクロンを有する多
結晶性の３ミクロン厚ダイヤモンド膜で被覆されている
ことを測定した。膜純度は二次イオン質量分光分析、Ｘ
線回折、および電子マイクロプローブ分析を包含する標
準の分析法により測定した。元素状炭素は膜の主要成分
であることを測定した。ケイ素、窒素、水素および酸素
の各元素は５００原子ｐｐｍ以下の合計量で存在してい
ることが判った。また、ラマン分光分析を用いて膜中の
炭素結合を測定し、１，３３２ｃｍ−’での振動吸収が
唯一の吸収ピークであることを測定した。このピークは
ダイヤモンド結合の特徴である。特に、グラファイト結
合炭素の特徴である１、　５５０　ｃｍ−’での吸収は
示されなかった。従って、膜は正四面体結合炭素、即ち
、純度９９．９５％を有するダイヤモンドから主として
構成されている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体に平均粒径約０．１〜約０．４ミクロンを有
   するダイヤモンド粉末を１０平方ミクロン当り約１個の
   粒子ないし１平方ミクロン当り約１０個の粒子の量で適
   用すること；得られる粉末処理基体を加工装置に組み込
   んだ後に加熱すること；加工装置にガスの混合物を導入
   すること、ガスが炭素と水素の供給を与えること；およ
   びガス混合物を分解させることを特徴とする連続多結晶
   性ダイヤモンド膜の製造方法。
2. （２）基体に粒度約０．１〜約１ミクロンを有するダイ
   ヤモンド粉末を１０平方ミクロン当り約１個の粒子ない
   し１平方ミクロン当り約１０個の粒子の量で適用するこ
   と；基体を付着装置に組み込むこと；約１ミリトール〜
   約１トールの真空を適用すること；得られた粉末処理基
   体を約８００〜約９００℃の温度に加熱すること；チャ
   ンバー内に炭素含有ガスと水素とを含むガスまたは蒸気
   混合物を導入すること；全圧力を約１０〜約１００トー
   ルに調節すること；およびガス混合物を分解しそれによ
   って多結晶性ダイヤモンドを基体上に上記粉末によって
   与えられた核形成部位上に形成させることを特徴とする
   連続多結晶性ダイヤモンドの製造方法。