JPH09202693A - Synthesis of diamond by chemical deposition - Google Patents

Synthesis of diamond by chemical deposition

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JPH09202693A
JPH09202693A JP2346696A JP2346696A JPH09202693A JP H09202693 A JPH09202693 A JP H09202693A JP 2346696 A JP2346696 A JP 2346696A JP 2346696 A JP2346696 A JP 2346696A JP H09202693 A JPH09202693 A JP H09202693A
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家富 陳
Shoyu Chin
勝雄 陳
Shomei Ko
昭明 洪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for synthesizing diamond by a chemical deposition method without using hydrogen which has been used as a gas having danger of explosion as a reaction gas.
SOLUTION: A mixture of two component gases is decomposed by a plasma formed under conditions at 150-900°C substrate temperature under 1-50Torr at 250-450W microwave output to deposit a diamond on the substrate. The mixture of two component gases is a hydrocarbon (CxHy) plus CO2 having 0.2-0.8 flow rate ratio of CxHy to CO2 or a gasified oxygen-containing liquid hydrocarbon (CxHyOz) plus CO2 having 12-17 flow rate ratio of CxHyOz to CO2. A high-quality diamond can be obtained at a low temperature of 180°C.
COPYRIGHT: (C)1997,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、化学蒸着法による
ダイヤモンドの合成方法、更に特に、反応ガスとして爆
発危険性のある従来使用されている水素を使用しないダ
イヤモンドの合成方法及び400℃より低い温度でのダ
イヤモンドの合成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for synthesizing diamond by chemical vapor deposition, and more particularly to a method for synthesizing diamond which does not use explosion-hazardous hydrogen as a reactive gas and a temperature lower than 400.degree. On the method of synthesizing diamond at

【0002】[0002]

【従来の技術】世の中で最も硬い物質(約Hv10, 0
00kg/mm2 )であるダイヤモンドは、非常に高い
熱伝導度(約24W/℃−cm)及び良好な絶縁性(約
1012〜1016Ωcm/15℃)を有している。更に、
これは紫外、可視及び赤外スペクトル内で透明である。
ダイヤモンドはまた耐化学腐食が優れ、摩擦係数が小さ
くそして音波伝播速度が速いなど、他の物質にはない多
くの特性を有する物質である。例えば、微量のリン又は
ホウ素を添加することにより、ダイヤモンドは半導体化
することもできる。その結果、ダイヤモンドは電子及び
国防関連産業の応用で重要な物質として注目されてい
る。従来、人工合成ダイヤモンドは工具の製造で使用さ
れていた。この数年間で、人工ダイヤモンドの製造方法
は大きく改良され、光学器械、半導体デバイス、VLS
I集積回路のヒートシンク、スピーカー振動板、太陽電
池の反射防止薄膜及びその他の機械工具などのような産
業にまで合成ダイヤモンドの応用の範囲を広げた。
2. Description of the Related Art The hardest substance in the world (about Hv10,0
00 kg / mm 2 ) diamond has very high thermal conductivity (about 24 W / ° C.-cm) and good insulation (about 10 12 to 10 16 Ωcm / 15 ° C.). Furthermore,
It is transparent in the ultraviolet, visible and infrared spectra.
Diamond is also a material that has many properties not found in other materials, such as good resistance to chemical corrosion, low coefficient of friction, and high speed of sound propagation. For example, a diamond can be converted into a semiconductor by adding a small amount of phosphorus or boron. As a result, diamond has attracted attention as an important material in applications in the electronics and defense related industries. Conventionally, artificial synthetic diamonds have been used in the manufacture of tools. In the last few years, the manufacturing method of artificial diamond has been greatly improved, and optical instruments, semiconductor devices, VLS
The applications of synthetic diamond have been extended to industries such as heat sinks for I-integrated circuits, speaker diaphragms, anti-reflective films for solar cells and other mechanical tools.

【0003】ダイヤモンド薄膜は普通、大量の爆発性を
もつ水素ガスと少量の炭化水素との混合ガスから合成さ
れ、その典型的な合成温度は700〜1000℃であ
る。しかし、GaAs、プラスチックス、ZnS及びM
gF2 のような多くの基板物質は高温では不安定である
ので、更に応用範囲を広げるために、ダイヤモンド薄膜
を低温(500℃より低い)で合成させることが重要で
ある。低温でのダイヤモンド合成は、合成方法及び反応
ガスを変えることによって行うことができる。例えば、
Liou他はダイヤモンドを合成させるためにマイクロ波プ
ラズマ化学蒸着(MPCVD)を使用している。反応ガ
スはH2 /CH4 /O2 である。ダイヤモンドは400
℃より高い温度で合成させることができる(Appl. Phy
s. Lett. 56(5), 437頁(1990 年) )。Yasuchi 他もダ
イヤモンドをMPCVDによって合成している。反応ガ
スはCO/O2 /H2 である。ダイヤモンドが400℃
より高い温度で合成し得ることが確認されている(Surf
ace and Coatings Technology, 47(1991年), 1頁)。We
i 他は500℃より高い温度でCH4 +CO2 /H2
のECRマイクロ波プラズマCVDによってダイヤモン
ド薄膜が形成し得ることを示唆している(Journal of C
rystal Growth, 99(1990年), 1201 頁)。
[0003] Diamond thin films are usually synthesized from a mixture of a large amount of explosive hydrogen gas and a small amount of hydrocarbons, the typical synthesis temperature of which is 700-1000 ° C. However, GaAs, plastics, ZnS and M
Since many substrates materials, such as gF 2 is unstable at high temperatures, in order to widen the further range of applications, it is important to synthesize diamond films at low temperatures (below 500 ° C.). Diamond synthesis at low temperatures can be performed by changing the synthesis method and reaction gas. For example,
Liou et al. Use microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPCVD) to synthesize diamond. The reaction gas is H 2 / CH 4 / O 2 . 400 diamonds
Can be synthesized at temperatures higher than ℃ (Appl. Phy
s. Lett. 56 (5), p. 437 (1990)). Yasuchi et al. Also synthesize diamond by MPCVD. The reaction gas is CO / O 2 / H 2. 400 ° C diamond
It has been confirmed that synthesis can be performed at higher temperature (Surf
ace and Coatings Technology, 47 (1991), 1). We
i et al. suggest that diamond thin films can be formed by ECR microwave plasma CVD with CH 4 + CO 2 / H 2 at temperatures above 500 ° C. (Journal of C.
rystal Growth, 99 (1990), p. 1201).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドを合成さ
せるための上記方法の全ては、大量の爆発性をもつH2
が必要であり、それで起こりうる危険を生じるという共
通の問題点を有している。他の問題点は、合成を400
℃より高い温度で行わなくてはならず、それで高いエネ
ルギーを必要とし、使用できる基板材質が制限されるこ
とである。
All of the above methods for synthesizing diamond involve a large amount of explosive H 2.
And has the common problem that it creates a possible danger. Another problem is that combining
The process must be performed at a temperature higher than ° C., which requires high energy and limits the usable substrate material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】それで本発明の目的は、
上記の問題点を解決し、爆発性ガス、即ち水素を使用す
ることなく高品質のダイヤモンドを合成させる方法を提
供することである。本発明の他の目的は、もっと低い温
度、即ち400℃より低い温度で高品質のダイヤモンド
を合成させる方法を提供することである。また、ダイヤ
モンドの形成速度は比較的速い。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is as follows.
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method for synthesizing high-quality diamond without using explosive gas, that is, hydrogen. It is another object of the present invention to provide a method for synthesizing high quality diamond at lower temperatures, i.e. below 400 <0> C. Also, the diamond formation rate is relatively fast.

【0006】上記の目的を達成するために、本発明のダ
イヤモンドの合成方法では化学蒸着法を使用し、これに
は150℃〜900℃の基板温度、1〜50Torrの
圧力、250〜450Wのマイクロ波出力の条件下で、
生成したプラズマによって2成分ガス混合物を分解し、
基板上にダイヤモンドを堆積させることが含まれる。こ
の2成分ガス混合物は、0.2〜0.8の炭化水素(C
xy )のCO2 に対する流量比を有するCxy プラ
スCO2 又は12〜17の気化した液状酸素含有炭化水
素(CxyZ )のCO2 に対する流量比を有するC
xyZ プラスCO2 であってよい。
In order to achieve the above object, the diamond synthesis method of the present invention uses a chemical vapor deposition method, which includes a substrate temperature of 150 ° C. to 900 ° C., a pressure of 1 to 50 Torr, and a micro pressure of 250 to 450 W. Under conditions of wave power,
Decompose the binary gas mixture by the generated plasma,
Depositing diamond on the substrate. The binary gas mixture contains 0.2 to 0.8 hydrocarbons (C
C with a flow rate ratio C x H y CO 2 of the vaporized liquid oxygen-containing hydrocarbon plus CO 2 or 12~17 (C x H y O Z ) having a flow ratio of CO 2 x H y)
It may be x H y O Z plus CO 2.

【0007】本発明により、ダイヤモンドの合成方法
は、マイクロ波プラズマCVD法、R.F.プラズマC
VD法及び熱フィラメントCVD法のような化学蒸着
(CVD)法であってよい。
According to the present invention, a method for synthesizing diamond includes microwave plasma CVD, F. Plasma C
A chemical vapor deposition (CVD) method such as a VD method and a hot filament CVD method may be used.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】下記の実施例に於いて、ダイヤモ
ンドを合成させるためにマイクロ波プラズマCVD法を
用いた。この方法を実施するための装置の概略図を図1
に示す。この図に於いて、反応室1は導波管2を介して
マイクロ波発生器3に接続されており、また底部で真空
システム4に及び頂部でガス供給ライン5を介してガス
供給システム8及び9に接続されている。基板ホルダー
6は反応室1に内に配置され基板を保持する。基板ホル
ダー6は反応室1に接続されている冷却システム7によ
って冷却される。合成させる反応ガス、例えばCO2
びCH4 はそれらのそれぞれのガス供給システム8及び
9から流量調節器10を介して反応室1に供給される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following examples, a microwave plasma CVD method was used to synthesize diamond. FIG. 1 shows a schematic diagram of an apparatus for carrying out this method.
Shown in In this figure, the reaction chamber 1 is connected via a waveguide 2 to a microwave generator 3 and at the bottom to a vacuum system 4 and at the top via a gas supply line 5 to a gas supply system 8 and 9 is connected. The substrate holder 6 is disposed in the reaction chamber 1 and holds a substrate. The substrate holder 6 is cooled by a cooling system 7 connected to the reaction chamber 1. The reaction gases to be synthesized, for example CO 2 and CH 4, are supplied from their respective gas supply systems 8 and 9 to the reaction chamber 1 via a flow controller 10.

【0009】本発明で使用するために適している反応ガ
スは2成分ガス混合物である。この2成分ガス混合物
は、炭化水素(Cxy )プラスCO2 又は気化した酸
素を含む液状炭化水素(CxyZ )プラスCO2
あってよい。Cxy の例は、CH4 、C22 、C2
4 、C38 、C410及びC66 である。Cx
yZ の例は、C363 、CH3 OH、CH3 CO
CH3 、CH3 COOCH3 、C25 OH及びC2
5 OC25 である。
[0009] Reactive gases suitable for use in the present invention are binary gas mixtures. The binary gas mixture may be hydrocarbon (C x H y ) plus CO 2 or liquid hydrocarbon containing vaporized oxygen (C x H y O Z ) plus CO 2 . Examples of C x Hy include CH 4 , C 2 H 2 , C 2
H 4, C 3 H 8, is C 4 H 10 and C 6 H 6. C x H
Examples of y O Z include C 3 H 6 O 3 , CH 3 OH, CH 3 CO
CH 3 , CH 3 COOCH 3 , C 2 H 5 OH and C 2 H
5 OC 2 H 5 .

【0010】本発明により、基板温度は150〜900
℃の範囲内に制御され、圧力は1〜50Torrの範囲
内に調節され、マイクロ波出力は250〜450Wの範
囲内に調節され、Cxy のCO2 に対する流量比は
0.2〜0.8の範囲内に調節され、そしてCxy
Z のCO2 に対する流量比は12〜17の範囲内に調節
される。
According to the present invention, the substrate temperature is 150 to 900.
℃ is controlled within the range of the pressure is adjusted in the range of 1~50Torr, microwave power is adjusted within the range of 250~450W, flow ratio C x H y of CO 2 is from 0.2 to 0 It is adjusted within a range of .8, and C x H y O
Flow ratio of CO 2 Z is adjusted in the range of 12-17.

【0011】基板温度はグラファイト基板ホルダーに直
接接触しているkタイプ熱電対及び光高温計で測定され
る。合成基板表面の温度を確認するために、鉛(m.
p.=335℃)及び錫(m.p.=243℃)のよう
な融点法によって校正される。そうして、本発明者等は
正確な基板表面温度が熱電対の読みよりも65±10℃
高いことを確信することができる。本発明で示される温
度の値は真の基板表面温度である。
The substrate temperature is measured with a k-type thermocouple and an optical pyrometer in direct contact with the graphite substrate holder. In order to confirm the temperature of the surface of the synthetic substrate, lead (m.
p. = 335 ° C) and tin (mp = 243 ° C). The present inventors have found that the accurate substrate surface temperature is 65 ± 10 ° C. less than the thermocouple reading.
You can be convinced that it is high. The temperature values indicated in the present invention are true substrate surface temperatures.

【0012】下記の特別の実施例は、多数の修正及び変
形が当業者に明らかであるので、本発明の範囲を限定す
るものとして作用するものではなく本発明を一層完全に
示すことを意図するものである。
The following specific examples are not intended to serve as limiting the scope of the invention, but are intended to more fully illustrate the invention, as numerous modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Things.

【0013】実施例1 この実施例で図1に示す装置を使用した。シリコンウエ
ーハ基板(10mm×10mm)をダイヤモンド粉末で
研磨し、次いで55mmの外径を有する反応室1の中心
に配置されている、15mmの直径を有する基板ホルダ
ー6の上に置いた。生成過程において、基板をマイクロ
波プラズマによって850℃まで加熱した。反応室1内
の圧力は25Torrに維持し、マイクロ波出力は40
0Wであった。反応ガスはCO2 −C22 であり、C
2 及びC22 の流量はそれぞれ30.0ml/分及
び14ml/分であった。3時間の反応時間で、約2.
7μm厚さの良好な結晶性を持つダイヤモンド薄膜が得
られた。ダイヤモンド薄膜の形成速度は0.9μm/時
間であった。このダイヤモンド薄膜のSEM顕微鏡写真
を図2に示す。高品質のダイヤモンド薄膜を得るため
に、CO2 の流量を30.0ml/分に維持するとき、
22 の流量は好ましくは13.8〜14.5ml/
分の範囲内に維持する。
Example 1 In this example, the apparatus shown in FIG. 1 was used. A silicon wafer substrate (10 mm × 10 mm) was polished with diamond powder and then placed on a substrate holder 6 having a diameter of 15 mm, which was arranged in the center of a reaction chamber 1 having an outer diameter of 55 mm. During the production process, the substrate was heated to 850 ° C. by microwave plasma. The pressure in the reaction chamber 1 was maintained at 25 Torr, and the microwave output was 40
It was 0W. The reaction gas is CO 2 -C 2 H 2 ,
The flow rates of O 2 and C 2 H 2 were 30.0 ml / min and 14 ml / min, respectively. With a reaction time of 3 hours, about 2.
A 7 μm thick diamond thin film having good crystallinity was obtained. The formation rate of the diamond thin film was 0.9 μm / hour. FIG. 2 shows an SEM micrograph of this diamond thin film. In order to obtain a high quality diamond thin film, when maintaining the flow rate of CO 2 at 30.0 ml / min,
The flow rate of C 2 H 2 is preferably 13.8~14.5Ml /
Keep within minutes.

【0014】実施例2 使用した反応ガスが、それぞれ30.0ml/分及び2
1.1ml/分の流量を有するCO2 −CH4 であった
以外は、実施例1に記載したものと同じ装置及び方法を
使用した。3時間の反応時間で、図3に示すように約6
μm厚さの良好な結晶性を持つダイヤモンド薄膜が得ら
れた。ダイヤモンド薄膜の形成速度は約2.0μm/時
間であった。高品質のダイヤモンド薄膜を得るために、
CO2 の流量を30.0ml/分に維持するとき、CH
4 の流量は好ましくは20.6〜21.7ml/分の範
囲内に維持する。
Example 2 The reaction gases used were 30.0 ml / min and 2
Except were CO 2 -CH 4 having a flow rate of 1.1 ml / min, using the same apparatus and procedure as described in Example 1. With a reaction time of 3 hours, as shown in FIG.
A diamond thin film with good crystallinity having a thickness of μm was obtained. The formation rate of the diamond thin film was about 2.0 μm / hour. To obtain high quality diamond thin film,
When the flow rate of CO 2 is maintained at 30.0 ml / min, CH 2
The flow rate of 4 is preferably maintained in the range from 20.6 to 21.7 ml / min.

【0015】実施例3 使用した反応ガスが、それぞれ30.0ml/分及び
8.6ml/分の流量を有するCO2 −C38 であっ
た以外は、実施例1に記載したものと同じ装置及び方法
を使用した。3時間の反応時間で、図4に示すように約
6.0μm厚さの良好な結晶性を持つダイヤモンド薄膜
が得られた。ダイヤモンド薄膜の形成速度は2μm/時
間であった。高品質のダイヤモンド薄膜を得るために、
CO2 の流量を30.0ml/分に維持するとき、C3
8 の流量は好ましくは7.9〜9ml/分の範囲内に
維持する。
Example 3 Same as described in Example 1, except that the reaction gas used was CO 2 -C 3 H 8 with a flow rate of 30.0 ml / min and 8.6 ml / min, respectively. Apparatus and methods were used. With a reaction time of 3 hours, a diamond thin film having good crystallinity and a thickness of about 6.0 μm was obtained as shown in FIG. The formation rate of the diamond thin film was 2 μm / hour. To obtain high quality diamond thin film,
When the flow rate of CO 2 is maintained at 30.0 ml / min, C 3
The flow rate of H 8 is preferably maintained in the range of 7.9~9Ml / min.

【0016】実施例4 使用した反応ガスが、それぞれ1.35ml/分及び2
0ml/分の流量を有するCO2 −C363 であっ
た以外は、実施例1に記載したものと同じ装置及び方法
を使用した。3時間の反応時間で、図5に示すように約
11μm厚さの良好な結晶性を持つダイヤモンド薄膜が
得られた。ダイヤモンド薄膜の形成速度は約3.7μm
/時間であった。高品質のダイヤモンド薄膜を得るため
に、C363 の流量を20ml/分に維持すると
き、CO2 の流量は好ましくは1.2〜1.6ml/分
の範囲内に維持する。
Example 4 The reaction gases used were 1.35 ml / min and 2 respectively.
Except were CO 2 -C 3 H 6 O 3 having a flow rate of 0 ml / min, using the same apparatus and procedure as described in Example 1. With a reaction time of 3 hours, a diamond thin film having a good crystallinity and a thickness of about 11 μm was obtained as shown in FIG. The formation rate of diamond thin film is about 3.7μm
/ Hour. To obtain a high-quality diamond film, when maintaining the flow rate of the C 3 H 6 O 3 in 20 ml / min, the flow rate of CO 2 is preferably maintained in the range of 1.2~1.6Ml / min.

【0017】実施例5 使用した反応ガスが、それぞれ30.0ml/分及び1
8.0ml/分の流量を有するCO2 −CH4 であり、
圧力が25Torrであり、マイクロ波出力が290W
であり、基板温度が340℃であり、そして反応時間が
24時間であった以外は、実施例1に記載したものと同
じ装置及び方法を使用した。ダイヤモンド薄膜の形成速
度は約0.3μm/時間であり、ダイヤモンド微粒の合
成速度は0.8μm/時間であった。得られたダイヤモ
ンド薄膜の表面形態及び横断面のSEM画像をそれぞれ
図6a及び6bに示した。高品質のダイヤモンド薄膜を
得るために、CO2 の流量を30.0ml/分に維持す
るとき、CH4 の流量は好ましくは17〜21ml/分
の範囲内に維持する。
Example 5 The reaction gases used were 30.0 ml / min and 1
CO 2 —CH 4 with a flow rate of 8.0 ml / min,
Pressure is 25 Torr, microwave output is 290W
The same equipment and method as described in Example 1 was used, except that the substrate temperature was 340 ° C. and the reaction time was 24 hours. The formation rate of the diamond thin film was about 0.3 μm / hour, and the synthesis rate of diamond fine particles was 0.8 μm / hour. FIGS. 6a and 6b show SEM images of the surface morphology and cross section of the obtained diamond thin film, respectively. To obtain a high-quality diamond film, when maintaining the flow rate of CO 2 in 30.0 ml / min, the flow rate of CH 4 is preferably maintained in the range of 17~21Ml / min.

【0018】実施例6 全反応時間が4時間であった以外は、実施例5に記載し
たものと同じ装置及び方法を使用した。得られたダイヤ
モンド薄膜の表面形態のSEM画像を図7に示した。こ
のことは、このような条件で、高品質及び連続ダイヤモ
ンド薄膜を得るためにわずか4時間が必要であることを
証明している。
Example 6 The same equipment and method as described in Example 5 was used, except that the total reaction time was 4 hours. FIG. 7 shows an SEM image of the surface morphology of the obtained diamond thin film. This demonstrates that under these conditions only four hours are required to obtain high quality and continuous diamond films.

【0019】実施例7 使用した反応ガスが、それぞれ30.0ml/分及び1
7.0ml/分の流量を有するCO2 −CH4 であり、
圧力が10Torrであり、マイクロ波出力が290W
であり、基板温度が270℃であり、そして全反応時間
が24時間であった以外は、実施例1に記載したものと
同じ装置及び方法を使用した。ダイヤモンド薄膜の形成
速度は約0.2μm/時間であった。得られたダイヤモ
ンド薄膜の横断面図を図8に示した。高品質のダイヤモ
ンド薄膜を得るために、CO2 の流量を30.0ml/
分に維持するとき、CH4 の流量は好ましくは16〜2
0ml/分の範囲内に維持する。
Example 7 The reaction gases used were 30.0 ml / min and 1
CO 2 —CH 4 with a flow rate of 7.0 ml / min,
Pressure is 10 Torr, microwave output is 290W
And the same equipment and method as described in Example 1 except that the substrate temperature was 270 ° C. and the total reaction time was 24 hours. The formation rate of the diamond thin film was about 0.2 μm / hour. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the obtained diamond thin film. In order to obtain a high quality diamond thin film, the flow rate of CO 2 was set to 30.0 ml /
When maintaining the minute, the flow rate of CH 4 is preferably 16 to 2
Maintain within 0 ml / min.

【0020】実施例8 使用した反応ガスが、それぞれ30.0ml/分及び1
6.9ml/分の流量を有するCO2 −CH4 であり、
圧力が4Torrであり、マイクロ波出力が290Wで
あり、基板温度が180℃であり、そして全反応時間が
24時間であった以外は、実施例1に記載したものと同
じ装置及び方法を使用した。ダイヤモンド薄膜の形成速
度は0.13μm/時間であった。得られたダイヤモン
ド薄膜の表面形態及び横断面のSEM画像をそれぞれ図
9(a)及び図9(b)に示した。高品質のダイヤモン
ド薄膜を得るために、CO2 の流量を30.0ml/分
に維持するとき、CH4 の流量は好ましくは16〜19
ml/分の範囲内に維持する。
Example 8 The reaction gases used were 30.0 ml / min and 1
CO 2 —CH 4 with a flow rate of 6.9 ml / min,
The same equipment and method as described in Example 1 was used, except that the pressure was 4 Torr, the microwave power was 290 W, the substrate temperature was 180 ° C., and the total reaction time was 24 hours. . The formation rate of the diamond thin film was 0.13 μm / hour. FIGS. 9A and 9B show SEM images of the surface morphology and cross section of the obtained diamond thin film, respectively. In order to obtain a high quality diamond thin film, when the CO 2 flow rate is maintained at 30.0 ml / min, the CH 4 flow rate is preferably 16-19.
Maintain within the ml / min range.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は、180℃の低温度でも高品質
のダイヤモンドを得ることができる。
According to the present invention, high quality diamond can be obtained even at a low temperature of 180 ° C.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のマイクロ波プラズマCVD装置の概略
図である。
FIG. 1 is a schematic view of a microwave plasma CVD apparatus of the present invention.

【図2】実施例1から得られたダイヤモンド薄膜の結晶
構造を示すSEM顕微鏡写真である。
FIG. 2 is an SEM micrograph showing the crystal structure of the diamond thin film obtained from Example 1.

【図3】実施例2から得られたダイヤモンド薄膜の結晶
構造を示すSEM顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a SEM micrograph showing a crystal structure of a diamond thin film obtained from Example 2.

【図4】実施例3から得られたダイヤモンド薄膜の結晶
構造を示すSEM顕微鏡写真である。
FIG. 4 is an SEM micrograph showing the crystal structure of the diamond thin film obtained from Example 3.

【図5】実施例4から得られたダイヤモンド薄膜の結晶
構造を示すSEM顕微鏡写真である。
FIG. 5 is an SEM micrograph showing a crystal structure of a diamond thin film obtained from Example 4.

【図6】(a)及び(b)は、それぞれ実施例5から得
られたダイヤモンド薄膜の表面形態及び横断面のSEM
画像である。
6 (a) and (b) are SEMs of the surface morphology and cross section of the diamond thin film obtained from Example 5, respectively.
It is an image.

【図7】実施例6から得られたダイヤモンド薄膜の表面
形態のSEM画像である。
FIG. 7 is an SEM image of the surface morphology of the diamond thin film obtained from Example 6.

【図8】実施例7から得られたダイヤモンド薄膜の横断
面のSEM画像である。
FIG. 8 is an SEM image of a cross section of the diamond thin film obtained from Example 7.

【図9】(a)及び(b)は、それぞれ実施例8から得
られたダイヤモンド薄膜の表面形態及び横断面のSEM
画像である。
FIGS. 9A and 9B are SEMs of the surface morphology and cross section of the diamond thin film obtained from Example 8, respectively.
It is an image.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 150℃〜900℃の基板温度、1〜5
0Torrの圧力、250〜450Wのマイクロ波出力
の条件下で、生成したプラズマによって2成分ガス混合
物を分解し、基板上にダイヤモンドを堆積させることか
らなり、この2成分ガス混合物が、0.2〜0.8の炭
化水素(Cxy )のCO2 に対する流量比を有するC
xy プラスCO2 及び12〜17の気化した酸素を含
む液状炭化水素(CxyZ )のCO2 に対する流量
比を有するCxyZ プラスCO2 からなる混合ガス
から選択される、化学蒸着(CVD)法を使用する基板
への化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
A substrate temperature of 150 ° C. to 900 ° C .;
Under the conditions of a pressure of 0 Torr and a microwave power of 250 to 450 W, the generated plasma decomposes the binary gas mixture and deposits diamond on the substrate, and the binary gas mixture is 0.2 to 0.2 W. C having a flow ratio of hydrocarbons (C x H y ) to CO 2 of 0.8
selected from C x H y O Z mixed gas of plus CO 2 having a flow rate ratio x H y plus CO 2 and 12 to 17 liquid hydrocarbons containing vaporized oxygen of CO 2 (C x H y O Z) A method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition on a substrate using chemical vapor deposition (CVD).
【請求項2】 CVD法がマイクロ波プラズマCVD法
である請求項1に記載の化学蒸着法によるダイヤモンド
の合成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the CVD method is a microwave plasma CVD method.
【請求項3】 CVD法がR.F.プラズマCVD法で
ある請求項1に記載の化学蒸着法によるダイヤモンドの
合成方法。
3. The method according to claim 1, wherein F. The method for synthesizing diamond by a chemical vapor deposition method according to claim 1, which is a plasma CVD method.
【請求項4】 CVD法が熱フィラメントCVD法であ
る請求項1に記載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合
成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the CVD method is a hot filament CVD method.
【請求項5】 Cxy が、CH4 、C22 、C2
4 、C38 、C410及びC66 からなる群から選
択される請求項1に記載の化学蒸着法によるダイヤモン
ドの合成方法。
5. A C x H y is, CH 4, C 2 H 2 , C 2 H
4, C 3 H 8, C 4 H 10 and method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 1 selected from the group consisting of C 6 H 6.
【請求項6】 Cxy がC22 である請求項5に記
載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
6. The method according to claim 5, wherein C x H y is C 2 H 2 .
【請求項7】 Cxy がCH4 である請求項5に記載
の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
7. The method according to claim 5, wherein C x H y is CH 4 .
【請求項8】 Cxy がC38 である請求項5に記
載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
8. The method according to claim 5, wherein C x H y is C 3 H 8 .
【請求項9】 CxyZ がC363 、CH3
H、CH3 COCH3、CH3 COOCH3 、C25
OH及びC25 OC25 からなる群から選択される
請求項1に記載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成
方法。
9. C x H y O Z is C 3 H 6 O 3, CH 3 O
H, CH 3 COCH 3 , CH 3 COOCH 3 , C 2 H 5
Method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 1 selected from the group consisting of OH and C 2 H 5 OC 2 H 5 .
【請求項10】 CxyZ がC363 である請
求項9に記載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方
法。
10. A C x H y O Z methods for synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 9 is C 3 H 6 O 3.
【請求項11】 基板温度が850℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が400Wであり、
そしてCO2 及びC22 の流量がそれぞれ30ml/
分及び13.8〜14.5ml/分である請求項6に記
載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
11. A substrate temperature of 850 ° C. and a pressure of 2
5 Torr, a microwave output of 400 W,
The flow rates of CO 2 and C 2 H 2 are 30 ml /
The method for synthesizing diamond by a chemical vapor deposition method according to claim 6, wherein the amount is 13.8 to 14.5 ml / min.
【請求項12】 基板温度が850℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が400Wであり、
そしてCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分
及び20.6〜21.7ml/分である請求項7に記載
の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
12. The substrate temperature is 850 ° C. and the pressure is 2
5 Torr, a microwave output of 400 W,
The method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 20.6~21.7Ml / min, respectively.
【請求項13】 基板温度が340℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が290Wであり、
そしてCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分
及び17〜21ml/分である請求項7に記載の化学蒸
着法によるダイヤモンドの合成方法。
13. A substrate temperature of 340 ° C. and a pressure of 2
5 Torr, the microwave output is 290 W,
The method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 17~21Ml / min, respectively.
【請求項14】 基板温度が300℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が290Wであり、
そしてCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分
及び16〜20ml/分である請求項7に記載の化学蒸
着法によるダイヤモンドの合成方法。
14. A substrate temperature of 300 ° C. and a pressure of 2 ° C.
5 Torr, the microwave output is 290 W,
The method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 16~20Ml / min, respectively.
【請求項15】 基板温度が270℃であり、圧力が1
0Torrであり、マイクロ波出力が290Wであり、
そしてCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分
及び16〜20ml/分である請求項7に記載の化学蒸
着法によるダイヤモンドの合成方法。
15. A substrate temperature of 270 ° C. and a pressure of 1
0 Torr, the microwave output is 290 W,
The method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 16~20Ml / min, respectively.
【請求項16】 基板温度が180℃であり、圧力が4
Torrであり、マイクロ波出力が290Wであり、そ
してCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分及
び16〜19ml/分である請求項7に記載の化学蒸着
法によるダイヤモンドの合成方法。
16. A substrate temperature of 180 ° C. and a pressure of 4 ° C.
A Torr, a microwave output is 290W, and method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 16~19Ml / min, respectively.
【請求項17】 基板温度が850℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が400Wであり、
そしてCO2 及びCH4 の流量がそれぞれ30ml/分
及び7.9〜9ml/分である請求項7に記載の化学蒸
着法によるダイヤモンドの合成方法。
17. A substrate temperature of 850 ° C. and a pressure of 2
5 Torr, a microwave output of 400 W,
The method of synthesizing diamond by chemical vapor deposition method according to claim 7 flow rates of CO 2 and CH 4 are 30ml / min and 7.9~9Ml / min, respectively.
【請求項18】 基板温度が850℃であり、圧力が2
5Torrであり、マイクロ波出力が400Wであり、
そしてCO2 及びC363 の流量がそれぞれ1.2
〜1.6ml/分及び20ml/分である請求項10に
記載の化学蒸着法によるダイヤモンドの合成方法。
18. A substrate temperature of 850 ° C. and a pressure of 2
5 Torr, a microwave output of 400 W,
The flow rates of CO 2 and C 3 H 6 O 3 are each 1.2.
The method for synthesizing diamond by a chemical vapor deposition method according to claim 10, wherein the concentration is from 1.6 ml / min to 20 ml / min.
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