JPS63107899A - 薄膜形成方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は低圧域におけるダイヤモンド、ｉ−カーボン膜
の作製方法に関し、特に磁界及びマイクロ波印加により
発生した高密度プラズマを用いてこれら薄膜を作製する
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、低圧域にてダイヤモンド、ｉ−カーボン膜の合成
が可能であると言われてきた形成方法として化学気相法
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ）とイオン化蒸着法等が知られている。

この化学気相法のうち反応性ガスを励起する手段として
数種類知られており熱ＣＶＤ　、加熱フィラメントＣｖ
口、化学輸送法、１３．５６　Ｍｌ、の周波数を用いる
プラズマＣＶＤ法、マイクロ波を用いるプラズマＣＶＤ
法が用いられている。これらのうちマイクロ波を用いる
プラズマＣＶＤ法が特にダイヤモンド薄膜形成のため、
広く研究されている。このマイクロ波を用いるプラズマ
ＣＶＤ法は、減圧下に保持された反応室内に薄膜形成用
気体、例えばメタンガスと水素ガスを導入し、マイクロ
波発振器より発振されたマイクロ波を印加し、前記気体
を励起し、プラズマを発生させて、そのプラズマ中に存
在する高エネルギーを持つ電子と水素分子との非弾性衝
突により解離されて生成する水素原子が析出（Ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）反応に関与し、ダイヤモンド、ｉ−カー
ボン膜が形成されるものであります。

そのため、マイクロ波の発振器よりマイクロ波を別の場
所へ導く導波管の２波長の部分が一番高いエネルギー密
度が得られるので、その領域に反応性気体及び基板を設
は高エネルギーにより励起された活性種により基板上に
ダイヤモンド薄膜を形成していた。しかしながらマイク
ロ波の導波管を太き（することは技術的な問題が多いた
め現在では小面積基板上にしか薄膜を形成することは不
可能であった。

一方イオンビーム蒸着法はプラズマ発生室にて原料とな
る炭素に外部よりエネルギーを与え発生した炭素イオン
をビーム状に集束し、負電界を加えて加速し基板表面に
衝突させて析出する方法である。

これら従来のいずれの方法においてもダイヤモンド、ｉ
−カーボン膜が生成されたという報告がある。しかしな
がら、これら従来の方法にて、これら薄膜を形成するに
は非常に再現性にとぼしく、かつその生成条件も非常に
狭い範囲でしか形成されなかった。

さらにこれら従来形成されたダイヤモンド、ｌ−カーボ
ン膜は非常に小面積しが形成できず工業的な応用を考え
た場合、より大面積に形成される必要があった。

なお、ｉ−カーボン膜とはアモルファス状の炭素膜のマ
トリックス中にダイヤモンド、あるいはカルビンなどの
微細な結晶が析出した膜のことを言う。

〔発明の目的〕

本発明はこれら従来法の問題点を解決するものであり再
現性よく、より巾広い条件下にて大面積のダイヤモンド
、ｉ−カーボン膜を形成することを目的とするものであ
る。

〔発明の構成〕

本発明はその特許請求の範囲にあるように「減圧状態に
保持されたプラズマ発生室及び、反応室内に炭化水素気
体を含む薄膜形成気体を導入し、該気体に対して外部よ
り磁界及びマイクロ波電力を加え、その相互作用により
１００Ｐａから１０−２Ｐａという幅広い圧力範囲にお
いて、高密度のプラズマを発生せしめ前記高密度プラズ
マにより薄膜形成用気体中の励起されたイオン種、活性
種等により、あらかじめ加熱されて反応室内に保持され
ていた基板表面上にダイヤモンド状薄膜（ｉ−カーボン
膜）又はダイヤモンド薄膜を形成することを特徴とした
薄膜形成方法。Ｊを特徴とするものであり、すなわち従
来より知られたマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法に
磁場の力を加え、マイクロ波と磁場によりＥＣＲ（エレ
クトロンサイクロトロン共１！！：Ｓ）条件又はホイッ
スラーモードを含む相互作用を利用して幅広い圧力範囲
下において高密度、高エネルギーのプラズマを発生させ
ることにより高エネルギー状態の炭素原子を多量に発生
させ再現性にすぐれ、幅広い条件下にてダイヤモンド薄
膜、ｉ−カーボン膜の形成を可能としたものであります
。

また加える磁場の強さを任意に可変可能な為電子のみで
はなく特定のイオンのＥＣＲ条件を設定することができ
る特徴がある。

また本発明の構成に付加してマイクロ波と磁場との相互
作用により高密度プラズマを発生させた後基板表面上ま
で至る間に高エネルギーを持つ光（例えば紫外光）を照
射し、活性種にエネルギーを与えつづけると高密度プラ
ズマ発生領域より十分離れた位置においても高エネルギ
ー状態に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダ
イヤモンド薄膜、ｉ−カーボン膜を形成することも可能
であった。

さらに磁場とマイクロ波電力との相互作用により発生す
る高エネルギー励起種に直流バイアス電圧を加えて基板
側に多量の励起種が到達するようにすることは薄■りの
形成速度を向上させる効果があった。

以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。

〔実施例〕

第１図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装匝を示す。

同図において、この装置は減圧状態に保持可能な反応室
１と磁場を発生する外部磁場発生器５とマイクロ波発振
器３、排気系９、基板加熱ヒーター６、高密度プラズマ
発生領域２、ガス導入系７゜８より構成されている。

まず薄膜形成用基板１０を基板加熱ヒーター６上に設置
し、約５００’Ｃに加熱する。次ぎに水素ガスをＩＯＳ
ＣＣＭガス系７を通して高密度プラズマ発生領域２へ導
入し、外部よりマイクロ波５００　Ｗ、磁界１．５にガ
ウスを印加し高密度プラズマを発生させる。この時反応
室内１の圧力は０．１Ｐａに保持されている。この高密
度プラズマ領域２より高エネルギーを持つ水素原子また
は電子が反応室１へ完敗磁界により導かれ、ガス系８よ
り反応室１へ導入されたメタンガスと非弾性衝突を起こ
し、高エネルギーに励起された炭素原子が生成され、約
５００°Ｃに加熱された基板上に、この炭素原子が堆積
し、ダイヤモンド薄膜又はｉ−カーボン膜が形成される
。

本実施例の場合は高密度プラズマ発生領域と基板との間
隔は約１０ｍｍであり、その時直径３０１箇範囲で±１
０％の膜厚分布を有するダイヤモンド薄膜又はｉ−カー
ボン膜が得られたが加える磁場の強さによりその間隔は
変化し、±１０％の膜厚分布の範囲も変化した。

また比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄膜形成
を行った。その時基板上に形成された薄膜はグラファイ
ト膜であった。

さらに本実施例と同条件下において基板温度を６５０９
０以上とした場合ダイヤモンド薄膜を形成することが可
能であった。

本実施例にて形成された薄膜のＲ１１Ｅ　Ｅ　Ｄ像をと
ったところ不明確ながらもダイヤモンドの回折線がみら
れ、ｉ−カーボン膜となっていた。さらに基板温度を上
げて形成してゆくにしたがい６５０　９０以上でよりは
っきりとダイヤモンドの回折線が見られた。。

また基板加熱温度を１５０　″Ｃ未満とした場合、強力
な磁場を加えてもダイヤモンド薄膜を作成することはで
きなかった。

また本実施例において炭化水素気体としてメタンガスを
用いたが、その他の炭化水素気体を用いることも可能で
ある。

〔効果〕

本発明の構成を取ることにより、従来作製されていたダ
イヤモンド薄膜、ｉ−カーボン膜の作製条件より幅広い
条件下にて作製可能であった。

また従来法に比べ大面積に均一な薄膜を形成することが
可能であった。

さらに作製された薄膜は引張、圧縮とも膜応力をほとん
ど有さない良好な膜であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる磁場印加可能なマイクロ波ＣＶ
Ｏ装置の概略を示す。 １・・・・・・反応室 ２・・・・・・高密度プラズマ発生領域３・・・・・・
マイクロ波発振器 ４・・・・・・整合器 ５・・・・・・外部磁場発生器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、減圧状態に保持されたプラズマ発生室及び、反応室
   内に炭化水素気体を含む薄膜形成気体を導入し、該気体
   に対して外部より磁界及びマイクロ波電力を加え、その
   相互作用により１００Ｐａから１０＾−＾２Ｐａという
   幅広い圧力範囲において、高密度のプラズマを発生せし
   め前記高密度プラズマにより薄膜形成用気体中の励起さ
   れたイオン種、活性種等により、あらかじめ加熱されて
   反応室内に保持されていた基板表面上にダイヤモンド状
   薄膜（ｉ−カーボン膜）又はダイヤモンド薄膜を形成す
   ることを特徴とした薄膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において薄膜形成用基板は１
   ５０℃〜１０００℃の範囲にて加熱されていることを特
   徴とする薄膜形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において薄膜形成用気体とし
   てメタンと水素を用いたことを特徴とする薄膜形成方法
   。