JPH0449520B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0449520B2 JPH0449520B2 JP33013087A JP33013087A JPH0449520B2 JP H0449520 B2 JPH0449520 B2 JP H0449520B2 JP 33013087 A JP33013087 A JP 33013087A JP 33013087 A JP33013087 A JP 33013087A JP H0449520 B2 JPH0449520 B2 JP H0449520B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- diamond
- substrate
- torch
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
ダイヤモンドを高い成長速度で気相合成する方
法に関し、 ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面の平滑な均
一の膜として成長させる方法を提供することを目
的とし、 複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プラ
ズマジエツトを相互に衝突させ、該プラズマジエ
ツト中で炭素含有化合物をプラズマ化し、これを
急冷して基板に照射し、基板上に均一で、平滑な
ダイヤモンド膜を作製するように構成する。
法に関し、 ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面の平滑な均
一の膜として成長させる方法を提供することを目
的とし、 複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プラ
ズマジエツトを相互に衝突させ、該プラズマジエ
ツト中で炭素含有化合物をプラズマ化し、これを
急冷して基板に照射し、基板上に均一で、平滑な
ダイヤモンド膜を作製するように構成する。
本発明は、ダイヤモンドを高い成長速度で気相
合成する方法に関する。
合成する方法に関する。
ダイヤモンド膜は、熱伝導率が2000W／mKと
銅の４倍にも相当し、しかも硬度、絶縁性もすぐ
れており、半導体用のヒートシンク、回路基板材
料として、理想的な材料である。
銅の４倍にも相当し、しかも硬度、絶縁性もすぐ
れており、半導体用のヒートシンク、回路基板材
料として、理想的な材料である。
また、広い波長範囲で透光性にすぐれており、
光学材料としてすぐれている。さらにダイヤモン
ドは、バンドキヤツプが5.4eVと広く、キヤリア
移動度の高い半導体でもあり高温トランジスタ、
高速トランジスタ等の高性能デバイスとしても注
目されている。従来、良質のダイヤモンドを気相
合成する方法として化学気相成長法（Chemical
Vapor Deposition，CVD法）があるが、製膜速
度が数μｍ／ｈと遅いという欠点があつた。
光学材料としてすぐれている。さらにダイヤモン
ドは、バンドキヤツプが5.4eVと広く、キヤリア
移動度の高い半導体でもあり高温トランジスタ、
高速トランジスタ等の高性能デバイスとしても注
目されている。従来、良質のダイヤモンドを気相
合成する方法として化学気相成長法（Chemical
Vapor Deposition，CVD法）があるが、製膜速
度が数μｍ／ｈと遅いという欠点があつた。
ダイヤモンドを高い速度で気相合成するには、
水素原子や炭化水素ラジカルなどの活性種を高い
密度で基板上に供給しなければならない。このよ
うな高いラジカル濃度は熱プラズマを発生させる
ことによりえられるが、熱プラズマはその温度が
5000℃以上と高いため、そのまま基板上に供給す
ることはできない。そこで熱プラズマを急冷し、
高温での高いガス解離率をそのまま凍結させた、
低温でも高いラジカル濃度を有する非平衡プラズ
マを基板上に供給するDCプラズマジエツトCVD
法は、DCアーク放電により発生させた熱プラズ
マをプラズマジエツトとして水冷基板にぶつける
か、あるいはプラズマジエツトに冷却ガスを吹き
つけることにより熱プラズマを急冷させ、基板上
にダイヤモンドを高速合成させる方法である。こ
の方法によりダイヤモンド膜を高速に作製するこ
とができた。１つのプラズマジエツトを噴射する
方法では、基板上に生成したダイヤモンド粒子は
選択的に成長して、一部の粒子のみの粒径が大き
くなり、滑らかで均一な表面をもつ膜を作製する
ことが難かしかつた。
水素原子や炭化水素ラジカルなどの活性種を高い
密度で基板上に供給しなければならない。このよ
うな高いラジカル濃度は熱プラズマを発生させる
ことによりえられるが、熱プラズマはその温度が
5000℃以上と高いため、そのまま基板上に供給す
ることはできない。そこで熱プラズマを急冷し、
高温での高いガス解離率をそのまま凍結させた、
低温でも高いラジカル濃度を有する非平衡プラズ
マを基板上に供給するDCプラズマジエツトCVD
法は、DCアーク放電により発生させた熱プラズ
マをプラズマジエツトとして水冷基板にぶつける
か、あるいはプラズマジエツトに冷却ガスを吹き
つけることにより熱プラズマを急冷させ、基板上
にダイヤモンドを高速合成させる方法である。こ
の方法によりダイヤモンド膜を高速に作製するこ
とができた。１つのプラズマジエツトを噴射する
方法では、基板上に生成したダイヤモンド粒子は
選択的に成長して、一部の粒子のみの粒径が大き
くなり、滑らかで均一な表面をもつ膜を作製する
ことが難かしかつた。
本発明は、ダイヤモンド膜を高速に、かつ表面
の平滑な均一の膜として成長させる方法を提供す
ることを目的とする。
の平滑な均一の膜として成長させる方法を提供す
ることを目的とする。
上記問題点は、複数のプラズマトーチを使用
し、複数の熱プラズマジエツトを相互に衝突さ
せ、該プラズマジエツト中で炭素源をプラズマ化
して、ダイヤモンドを形成することを特徴とする
ダイヤモンドの気相合成方法によつて解決するこ
とができる。
し、複数の熱プラズマジエツトを相互に衝突さ
せ、該プラズマジエツト中で炭素源をプラズマ化
して、ダイヤモンドを形成することを特徴とする
ダイヤモンドの気相合成方法によつて解決するこ
とができる。
複数の熱プラズマジエツトを相互に衝突させ、
プラズマジエツト中で炭素含有化合物をプラズマ
化し、これを急冷することにより、多数の微細な
ダイヤモンド核が生成すると考えられる。そのた
めに、従来のように、一部のダイヤモンド核のみ
が成長して、ダイヤモンド膜の表面が凹凸を示す
ことがなく、均一性にすぐれた平滑なダイヤモン
ド膜を作製することができる。
プラズマジエツト中で炭素含有化合物をプラズマ
化し、これを急冷することにより、多数の微細な
ダイヤモンド核が生成すると考えられる。そのた
めに、従来のように、一部のダイヤモンド核のみ
が成長して、ダイヤモンド膜の表面が凹凸を示す
ことがなく、均一性にすぐれた平滑なダイヤモン
ド膜を作製することができる。
第１図は１つの熱プラズマCVD装置にさらに
１つの熱プラズマジエツト発生トーチをとりつけ
た装置の原理図である。
１つの熱プラズマジエツト発生トーチをとりつけ
た装置の原理図である。
１は陽極、２は陰極、３は放電ガスまたは原料
ガスを含む放電ガス、４は冷却ガスまたは原料ガ
スを含む冷却ガス、５はアーク、６はノズル、７
はプラズマジエツト、８は真空チヤンバ、９は基
板ホルダ、１０は基板、１１はダイヤモンド膜で
ある。
ガスを含む放電ガス、４は冷却ガスまたは原料ガ
スを含む冷却ガス、５はアーク、６はノズル、７
はプラズマジエツト、８は真空チヤンバ、９は基
板ホルダ、１０は基板、１１はダイヤモンド膜で
ある。
第２図は本発明を実施する装置の全体図であ
る。
る。
１２は第１のプラズマトーチ、１３は第２のプ
ラズマトーチ、１４，１５は各トーチのアーク電
源、１６，１７は各トーチ用冷却水配置、１８は
基板マニピユレータ、１９はトーチマニピユレー
タ、２０は排気系、２１はガスボンベ、２２は流
量計、２３は放電ガスまたは原料ガスを含む放電
ガス供給管、２４は原料ガスおよび／または冷却
ガス供給管、２５は冷却ガス噴出管である。
ラズマトーチ、１４，１５は各トーチのアーク電
源、１６，１７は各トーチ用冷却水配置、１８は
基板マニピユレータ、１９はトーチマニピユレー
タ、２０は排気系、２１はガスボンベ、２２は流
量計、２３は放電ガスまたは原料ガスを含む放電
ガス供給管、２４は原料ガスおよび／または冷却
ガス供給管、２５は冷却ガス噴出管である。
５cm角のSi基板１０をトーチ１２の100mm下に
セツトし、ロータリーポンプで１×10-zTorrま
で排気後、トーチ１２に放電ガスH2を50SLM、
原料ガスCH4を500SCCMで供給し、放電電力
3kW、系内圧力100Torrで、また、トーチ１３に
は、放電ガスH2を20SLM、原料ガスを
100SCCMで供給し、放電電力1kWで基板とトー
チとの距離35mm、基板面との角度60°で１時間製
膜した。この膜を、Ｘ線回折、ラマン分光により
分析したところ、ダイヤモンドのピークを示す膜
が作製された。第３図は本発明によつて２つのプ
ラズマトーチで作製したダイヤモンド膜を示し膜
厚は30μｍであり、製膜速度は100μｍ／hrであつ
た。第４図は比較の方法でプラズマトーチ１２の
みを用いて作製したダイヤモンド膜を示す。本発
明によれば、このように、滑らかでかつ均一な表
面を持つダイヤモンドを高速に作製することが出
来た。
セツトし、ロータリーポンプで１×10-zTorrま
で排気後、トーチ１２に放電ガスH2を50SLM、
原料ガスCH4を500SCCMで供給し、放電電力
3kW、系内圧力100Torrで、また、トーチ１３に
は、放電ガスH2を20SLM、原料ガスを
100SCCMで供給し、放電電力1kWで基板とトー
チとの距離35mm、基板面との角度60°で１時間製
膜した。この膜を、Ｘ線回折、ラマン分光により
分析したところ、ダイヤモンドのピークを示す膜
が作製された。第３図は本発明によつて２つのプ
ラズマトーチで作製したダイヤモンド膜を示し膜
厚は30μｍであり、製膜速度は100μｍ／hrであつ
た。第４図は比較の方法でプラズマトーチ１２の
みを用いて作製したダイヤモンド膜を示す。本発
明によれば、このように、滑らかでかつ均一な表
面を持つダイヤモンドを高速に作製することが出
来た。
上記実施例では放電ガス供給管２３より水素、
原料ガス供給管２４より、メタンをプラズマトー
チ１２，１３に供給する例をあげたが、放電ガス
供給管２３より水素とメタンを両方供給する、あ
るいは原料ガス供給管２４より冷却ガスH2とメ
タンを供給することもできる。また一方のプラズ
マトーチのみには放電ガスおよび原料ガスを供給
し、他方のプラズマトーチには放電ガスのみを供
給する等種々の変形例を実施し得る。要は複数の
プラズマジエツトを照射し、該プラズマ中で炭素
源をプラズマ化し、基板上にダイヤモンドを形成
することである。また複数のプラズマジエツトの
角度としては、一方が基板に対して垂直であるの
が成長速度の点で好ましいものの、最適な所定の
角度に任意に設定することができる。
原料ガス供給管２４より、メタンをプラズマトー
チ１２，１３に供給する例をあげたが、放電ガス
供給管２３より水素とメタンを両方供給する、あ
るいは原料ガス供給管２４より冷却ガスH2とメ
タンを供給することもできる。また一方のプラズ
マトーチのみには放電ガスおよび原料ガスを供給
し、他方のプラズマトーチには放電ガスのみを供
給する等種々の変形例を実施し得る。要は複数の
プラズマジエツトを照射し、該プラズマ中で炭素
源をプラズマ化し、基板上にダイヤモンドを形成
することである。また複数のプラズマジエツトの
角度としては、一方が基板に対して垂直であるの
が成長速度の点で好ましいものの、最適な所定の
角度に任意に設定することができる。
上記複数のプラズマジエツトとして、好ましい
ものとして直流アーク放電による、直流プラズマ
ジエツトをあげたが、高周波放電によるRFプラ
ズマジエツト、レーザビームによる光アーク放電
による光アークプラズマジエツト、マイクロ放電
によるマイクロ波プラズマジエツト交流放電によ
るプラズマジエツト等の多様な複数のプラズマを
組合せて用いることも可能である。プラズマ発生
雰囲気として減圧下が好ましいものの、大気圧ま
たは加圧下でもダイヤモンド生成に用いうる。さ
らにはダイヤモンド粉末の合成にも適用すること
ができる。
ものとして直流アーク放電による、直流プラズマ
ジエツトをあげたが、高周波放電によるRFプラ
ズマジエツト、レーザビームによる光アーク放電
による光アークプラズマジエツト、マイクロ放電
によるマイクロ波プラズマジエツト交流放電によ
るプラズマジエツト等の多様な複数のプラズマを
組合せて用いることも可能である。プラズマ発生
雰囲気として減圧下が好ましいものの、大気圧ま
たは加圧下でもダイヤモンド生成に用いうる。さ
らにはダイヤモンド粉末の合成にも適用すること
ができる。
本発明によれば、DCプラズマジエツトCVD法
において、ダイヤモンド膜を高速にかつ表面の滑
らかな均一な膜を作製することができ、コーテイ
ングの応用範囲を大幅に広げることができる。半
導体装置用のダイヤモンドヒートシンクやダイヤ
モンド回路基板の実現を大きく前進させることが
できる。
において、ダイヤモンド膜を高速にかつ表面の滑
らかな均一な膜を作製することができ、コーテイ
ングの応用範囲を大幅に広げることができる。半
導体装置用のダイヤモンドヒートシンクやダイヤ
モンド回路基板の実現を大きく前進させることが
できる。
第１図は本発明の熱プラズマジエツトCVDの
原理図であり、第２図は本発明の熱プラズマジエ
ツトCVDを実施する装置の全体図であり、第３
図は本発明によるダイヤモンド膜結晶の構造であ
り、第４図は従来の方法によるダイヤモンド膜結
晶の構造である。 １……陽極、２……陰極、３……放電ガス、ま
たは原料ガスを含む放電ガス、４……冷却ガス、
または原料ガスを含む冷却ガス、５……アーク、
６……ノズル、７……プラズマジエツト、８……
真空チヤンバ、９……基板ホルダ、１０……基
板、１１……ダイヤモンド膜、１２……第１のプ
ラズマトーチ、１３……第２のプラズマトーチ、
１４，１５……アーク電源、１６，１７……トー
チ用冷却水配管、１８……基板マニピユレータ、
１９……トーチマニピユレータ、２０……排気
系、２１……ガスボンベ、２２……流量計、２３
……放電ガス供給管、２４……原料ガス供給管、
２５……冷却ガス噴出管。
原理図であり、第２図は本発明の熱プラズマジエ
ツトCVDを実施する装置の全体図であり、第３
図は本発明によるダイヤモンド膜結晶の構造であ
り、第４図は従来の方法によるダイヤモンド膜結
晶の構造である。 １……陽極、２……陰極、３……放電ガス、ま
たは原料ガスを含む放電ガス、４……冷却ガス、
または原料ガスを含む冷却ガス、５……アーク、
６……ノズル、７……プラズマジエツト、８……
真空チヤンバ、９……基板ホルダ、１０……基
板、１１……ダイヤモンド膜、１２……第１のプ
ラズマトーチ、１３……第２のプラズマトーチ、
１４，１５……アーク電源、１６，１７……トー
チ用冷却水配管、１８……基板マニピユレータ、
１９……トーチマニピユレータ、２０……排気
系、２１……ガスボンベ、２２……流量計、２３
……放電ガス供給管、２４……原料ガス供給管、
２５……冷却ガス噴出管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数のプラズマトーチを使用し、複数の熱プ
ラズマジエツトを相互に衝突させ、該プラズマジ
エツト中で炭素源をプラズマ化して、ダイヤモン
ドを形成することを特徴とするダイヤモンドの気
相合成方法。 ２ 複数のプラズマトーチを使用し、炭素化合物
をプラズマ化し、複数の熱プラズマジエツトを相
互に衝突させ、該プラズマジエツト中でこれを急
冷して基板に照射し、基板上に均一で平滑なダイ
ヤモンド膜を作製す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膜の気相合成方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330130A JPH01172294A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
| EP88302836A EP0286306B1 (en) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
| DE88302836T DE3884653T2 (de) | 1987-04-03 | 1988-03-30 | Verfahren und Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Diamant. |
| KR1019880003737A KR910006784B1 (ko) | 1987-04-03 | 1988-04-02 | 다이어몬드 증착장치와 방법 |
| US07/177,504 US5368897A (en) | 1987-04-03 | 1988-04-04 | Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond |
| US07/905,226 US5403399A (en) | 1987-04-03 | 1992-06-29 | Method and apparatus for vapor deposition of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62330130A JPH01172294A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172294A JPH01172294A (ja) | 1989-07-07 |
| JPH0449520B2 true JPH0449520B2 (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=18229143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62330130A Granted JPH01172294A (ja) | 1987-04-03 | 1987-12-28 | ダイヤモンドの気相合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01172294A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5200231A (en) * | 1989-08-17 | 1993-04-06 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing polycrystalline diamond layers |
| JP3203754B2 (ja) * | 1992-03-30 | 2001-08-27 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンドの製造法および製造装置 |
| ES2747700T3 (es) | 2009-12-22 | 2020-03-11 | Kao Corp | Método para enfriar líquido |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP62330130A patent/JPH01172294A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01172294A (ja) | 1989-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |