(57)【要約】      （修正有）【課題】成長面内における膜質および内部応力などが均一にして、完全性の高い、直径１インチ（２.５４ｃｍ）以上の大面積の単結晶膜を得ることができるエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法を提供する。【解決手段】排気系５１、マスフローコントローラ５２を備え、装置中央部には、水冷台５３上部に設置された下地基板４０の上方に、直流電源５６が接続された平板型陰極５５が配置され、さらに、接地と浮動電位との切り替えが可能に構成された可動式のＭo製シャッタ５７を備えた平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置５０において、平行平板型対向電極５５間に発生する直流プラズマを用いて、エピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を製造する。【選択図】図３
2010095408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２】
高融点金属により作製された平行平板型対向電極を用いて、その電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項３】
エピタキシャルダイヤモンド膜およびエピタキシャルダイヤモンド基板の製造に用いる平行平板型対向電極形状が円形または対称性の良い多角形であり、かつ一方の電極の重心が他方の電極の重心の鉛直線上に存在する対向電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項４】
平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、原料気体であるメタン（ＣＨ４）および水素（Ｈ２）の混合気体におけるメタン濃度が２％〜８％であり、混合気体圧力が７０Ｔorr 〜２００Ｔorr であり、基板温度が８００℃〜１２００℃であり、陰極の温度が２０００℃以上であることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項５】
平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、ダイヤモンド成長に用いる基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さが１インチ（２.５４ｃｍ）以上であり、かつそれに対向する電極の最も長い辺の長さがダイヤモンド製造の基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さの１０分の１以上２倍以下であることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項６】
平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、対向電極間距離が、ダイヤモンド成長に用いる基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さの５倍以下であることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項７】
平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、ダイヤモンド成長に用いる基板が酸化物単結晶、窒化物単結晶または金属単結晶であることを特徴とするエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子デバイスに応用が可能な高品質かつ大面積のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立した形態のエピタキシャルダイヤモンド基板の製造に関し、エピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板製造の前工程である下地表面へのイオン照射により高密度かつ均一なエピタキシャルダイヤモンド核発生を行うために、必要なイオン照射条件並びにイオン照射を行った下地表面に製造されるエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、物質中最も高い硬度を有する材料として、切削や研磨など様々な分野で使用されている。また、半導体材料としても優れた特性を有する材料である。電子部品への応用としては、既存の材料では実現不可能なデバイスへの応用が期待される。例えば、非常に過酷な環境（高温、放射線照射等）で動作が可能な各種電子デバイスなどが挙げられる。また、ダイヤモンドは、負の電子親和力（Negative electron affinity：ＮＥＡ）を有するため、低電圧で作用する電子放出素子への応用も期待される。
【０００３】
しかし、これら電子デバイスへの応用を考えた場合、結晶中に含まれる各種結晶欠陥がデバイス特性に悪い影響を及ぼすことから、単結晶に近い低欠陥のダイヤモンドが必要である。また、産業化を考えた場合、電子デバイスの生産プロセスに乗せる必要があるため、高品質かつ大面積ダイヤモンドの製造技術を確立することは必須である。
【０００４】
従来、工業ダイヤモンドは、高温高圧合成（ＨＴＨＰ）法を用いて製造されており、同方法を用いることにより、条件を選べば天然ダイヤモンド以上に欠陥の少ないダイヤモンドの製造が可能である。しかし、同方法を用いて大きなサイズのダイヤモンドを製造することは非常に難しく、現時点で最も大きなものは１ｃｍ角程度である。板状のものも作製可能であるが、電子デバイス基板として用いるインチサイズの単結晶合成は殆んど不可能である。
【０００５】
一方、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）によるダイヤモンド合成では、気体原料を何らかの方法で分解し，基板上に堆積させることにより、薄膜状のダイヤモンド製造が可能である。同方法では、基板の大きさに対する原理的な制限が無く、大面積基板へのダイヤモンド成長が可能である。例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣＶＤ法により、直径６インチ（１５.２４ｃｍ）程度の基板に多結晶ダイヤモンドを成膜することが可能である。
【０００６】
また、大面積結晶ダイヤモンドの製造方法としては、異種基板表面にダイヤモンドをエピタキシャル成長させる方法も提案されている。今日までに、エピタキシャルダイヤモンドが成長した下地材料は、立方晶窒化ホウ素（Cubic boron nitride：c-ＢＮ）［非特許文献１参照］、珪素［非特許文献２参照］、閃亜鉛鉱型炭化珪素（Zinc-blende type silicon carbide：β-ＳiＣ［非特許文献３参照］、ニッケル（Ｎi ）、コバルト（Ｃo ）、白金（Ｐt ）［非特許文献４参照］、イリジウム（Ｉr ）等である。これらの中で、成長したダイヤモンドに含まれる非ダイヤモンド炭素成分および非エピタキシャルダイヤモンドの割合が最も少ない下地材料は、イリジウム（Ｉr ）である。従って、イリジウムを下地に用いた場合、高品質・大面積エピタキシャルダイヤモンドを得られる可能性が高い。
【０００７】
イリジウムは、スパッタリング法または真空蒸着法等によりエピタキシャル成長膜を得ることができるため、イリジウムのエピタキシャル成長を行う際の基板材料の選択は重要である。今日までに、イリジウム成長基板材料としては、酸化マグネシウム（ＭgＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳrＴiＯ３：ＳＴＯ）、サファイヤ（α-Ａl２Ｏ３）が用いられてきた。
【０００８】
イリジウム下地へのエピタキシャル成長には、ダイヤモンドの成長に先立ち、下地表面にエピタキシャルダイヤモンド核を発生させるための前処理を施す必要がある［非特許文献５参照］。この工程の後に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法等を用いてダイヤモンドを成長させることにより、エピタキシャルダイヤモンド膜を得ることができ、さらには長時間の成膜により自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の作製が可能である。なお、このような前処理を施すためには、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、三電極直流プラズマＣＶＤ装置［非特許文献６参照］、対向電極型直流プラズマ発生装置等を使用することができる。
【０００９】
しかし、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置や三電極直流プラズマＣＶＤ装置は、装置の構造上、下地表面に均一なエピタキシャルダイヤモンド核の発生を行うことが不可能であった。この問題を解決するために、対向電極型直流プラズマ発生装置が開発され、その結果直径１インチ（２.５４ｃｍ）のイリジウム基板表面全面に均一な核発生を実現している［特許文献１参照］。また、対向電極型直流プラズマ発生装置を用いた場合においても、現状ではその核発生密度は１０８個／ｃｍ２であり、高品質なエピタキシャルダイヤモンドを得るためには、より高密度なエピタキシャル核発生技術の開発が望まれる。
【００１０】
前処理を行ったイリジウム下地表面へのダイヤモンド成長には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、または複数の陰極を有する直流プラズマＣＶＤ法が用いられているが、投入電力の消費効率の高さおよびエピタキシャル成長ダイヤモンドの成長速度の速さなどにおいて、直流プラズマＣＶＤ法は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法より優れている。しかし、複数の陰極を用いることにより、大面積下地表面にエピタキシャルダイヤモンドを成長させる場合、電極の配置により電界の均一性を向上させることは可能であるが、複数の陰極と陽極（下地）間において平等電界を実現することは難しく、その結果下地表面において完全な電界の均一性を得ることは技術的に困難である。よって、完全性の高い（単結晶に近い）エピタキシャル成長ダイヤモンド膜を得るためには、直流プラズマＣＶＤ法における技術革新が必要である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２７０２７２号公報
【非特許文献１】S.Koizumi，T.Murakami，K.Suzuki and T.Inuzuka，Appl. Phys. Lett., Vol.57, No.6, pp.563-565 (1990)
【非特許文献２】S.Yugo, T.Kanai, T.Kimura and T.Muto, Appl. Phys. Lett., Vol.58, No.10, pp.1036-1038 (1991)
【非特許文献３】B.R.Stoner and J.T.Glass, Appl. Phys. Lett., Vol.60, No.6, pp.698-700 (1992)
【非特許文献４】P.C.Yang，W.Zhu and J.T.Glass，J.Mater．Res., Vol.8, No.8, pp. 1773-1776 (1993)
【非特許文献５】T.Tachibana, Y.Yokota, K.Miyata, K.Kobashi and Y.Shintani, Diamond and Related Materials, Vol.6, Nos.2-4, pp.266-271 (1997)
【非特許文献６】K.Ohtsuka, K.Suzuki, A.Sawabe and T.Inuzuka, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.35, No.8B, pp.L1072-1074 (1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的は、直流プラズマＣＶＤ法を使用して、イリジウム下地表面に直径１インチ（２.５４ｃｍ）以上の大面積エピタキシャルダイヤモンドの成長において、成長面内における膜質および内部応力などが均一にして、完全性の高い単結晶膜としてのエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、高融点金属により作製された平行平板型対向電極を用いて、その電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、エピタキシャルダイヤモンド膜およびエピタキシャルダイヤモンド基板の製造に用いる平行平板型対向電極形状が円形または対称性の良い多角形であり、かつ一方の電極の重心が他方の電極の重心の鉛直線上に存在する対向電極間に発生する直流プラズマを用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、原料気体であるメタン（ＣＨ４）および水素（Ｈ２）の混合気体におけるメタン濃度が２％〜８％であり、混合気体圧力が７０Ｔorr 〜２００Ｔorr であり、基板温度が８００℃〜１２００℃であり、陰極の温度が２０００℃以上であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項５に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、ダイヤモンド成長に用いる基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さが１インチ（２.５４ｃｍ）以上であり、かつそれに対向する電極の最も長い辺の長さがダイヤモンド製造の基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さの１０分の１以上２倍以下であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項６に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、対向電極間距離が、ダイヤモンド成長に用いる基板を設置する電極の直径または最も大きな辺の長さの５倍以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項７に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法は、平行平板型対向電極間に発生する直流プラズマを用いることによりエピタキシャルダイヤモンドを製造する際に、ダイヤモンド成長に用いる基板が酸化物単結晶、窒化物単結晶または金属単結晶であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る請求項１ないし３に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法によれば、エピタキシャルダイヤモンド粒子が下地表面において均一に発生することが可能であり、その結果高品質な単結晶に近いエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を容易に製造することができる。
【００２１】
本発明に係る請求項４ないし６に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法によれば、エピタキシャルダイヤモンド粒子が下地表面において均一に発生するための好適な条件により、高品質な単結晶に近いエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を容易かつ確実に製造することができる。
【００２２】
本発明に係る請求項７に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法によれば、エピタキシャルダイヤモンド粒子が下地表面において均一に発生することを可能として、高品質なエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明に係るエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造方法を実施する最良の形態につき、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
まず、本発明のエピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板は、単結晶酸化マグネシウム（ＭgＯ）基板上に、高周波マグネトロンスパッタリング法を使用して、イリジウム（Ｉr ）薄膜をエピタキシャル成長により成膜するエピタキシャルイリジウム薄膜作製工程と、イリジウム表面に対して対向電極型直流プラズマ発生装置を使用してエピタキシャルダイヤモンド核発生を行う前処理工程と、および対向電極型直流プラズマＣＶＤ装置を使用して、エピタキシャルダイヤモンド膜および自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の作製を行う成膜工程と、により製造される。
【００２５】
［エピタキシャルイリジウム薄膜の製造］
図１は、本発明に係るエピタキシャルイリジウム（Ｉr ）薄膜を製造する高周波スパッタリング装置の一実施例を示す概略構成図である。
すなわち、図１に示す高周波スパッタリング装置１０において、排気系１１はロータリーポンプとターボ分子ポンプとからなり、１０−８Ｔorr 台まで真空排気が可能である。スパッタリング時の放電気体はアルゴン（Ａr ）を使用し、マスフローコントローラ１２により流量調節が可能に構成されている。予備排気およびスパッタリング成膜時の圧力は、電離真空計により測定される。高周波電源１３は、ターゲット１４側および基板ヒータ１５側の両方に接続可能とされている。ターゲット１４には、直径５ｃｍ、純度９９.９５％以上のイリジウム（Ｉr ）が使用されている。また、ターゲット１４の直下には、プレスパッタリング時にイリジウム（Ｉr ）が基板側に飛散するのを防止するため、シャッタ１６が設置されている。基板ヒータ１５は、直流電源１７に接続されており、最高加熱温度１０００℃で、大きさが直径５ｃｍである。また、ターゲット１４は、基板ヒータ１５の約８ｃｍ上に設置されている。基板ヒータ１５に隣接して、成膜時にイリジウム（Ｉr ）が金属配線に堆積するのを防止するため、絶縁板１８を介して防着板１９が設置されている。
【００２６】
次に、このような構成からなる高周波スパッタリング装置を使用して、本発明に係るエピタキシャルイリジウム薄膜の製造について説明する。
基板２０として単結晶酸化マグネシウム（ＭgＯ）を使用し、この基板２０の面方位は{１００}であり、大きさは直径１インチ（２.５４ｃｍ）、厚さは１ｍｍ、研磨は片面研磨で、この研磨面側にエピタキシャルイリジウム（Ｉr ）が成膜される。基板２０を設置した後、真空チャンバ内を３×１０−７Ｔorr 以下まで排気する。基板２０を６８０℃まで加熱し、２時間程度保持することで基板表面に付着している吸着ガス等を飛ばす。加熱を中止して、Ａr を５sccm 導入した後、圧力を１.５×１０−３Ｔorr に調節する。基板ヒータ１５側に高周波電力を３０Ｗ投入することにより、基板ヒータ１５表面にプラズマを発生させる。このプラズマ処理を３０分間行うことにより、基板２０表面の吸着物を除去し、清浄表面を露出させる。再び基板２０を６８０℃まで加熱した後、３０分間程度保持する。Ａr を５sccm 導入して、圧力を１.５×１０−３Ｔorr に調節した後、ターゲット１４側に直流電力を５０Ｗ投入してターゲット１４表面にプラズマを発生させる。最初の１５分間は、大気圧リークした際に吸着したターゲット１４表面の吸着物を除去するために、シャッタ１６を閉じてプレスパッタリングを行う。そして、シャッタ１６を開けて基板２０表面にエピタキシャルイリジウム（Ｉr ）の成膜を９０分間行う。この際の成膜速度は、５ｎｍ/min.で、膜厚は６００ｎｍある。
【００２７】
成膜後は、加熱を止めて、２時間以上基板２０の自然放冷を行う。次いで、基板２０の側面および裏面にもイリジウム（Ｉr ）を６０分間成膜する。これはバイアス核発生およびダイヤモンド成長において、直流放電を発生させる際、基板２０表面と金属製基板ホルダとの電気的導通を得るためである。
なお、イリジウム（Ｉr ）の成膜には、スパッタリング法のほか、真空蒸着、イオンプレーティング法などが適用可能である。
【００２８】
［バイアス核発生処理］
図２は、本発明に係るエピタキシャルイリジウム（Ｉr ）薄膜を成膜した下地基板へバイアス核発生処理を行う対向電極型直流プラズマ発生装置の一実施例を示す概略構成図である。
すなわち、図２に示す対向電極型直流プラズマ発生装置３０において、排気系３１はロータリーポンプとターボ分子ポンプとからなり、１０−８Ｔorr 台まで真空排気が可能である。バイアス核発生時の放電気体は水素（Ｈ２）およびメタン（ＣＨ４）を使用し、マスフローコントローラ３２により流量調節が可能である。圧力は予備排気時に電離真空計により、バイアス核発生時にバラトロン真空計により測定される。装置中央部では、基板ホルダ３３上のイリジウム（Ｉr ）下地基板２０′と陽極３４が一定距離を置いて平行に設置されている。基板ホルダ３３は、放電電力印加用の直流電源３５に接続され、陽極３４は接地されている。イリジウム（Ｉr ）下地基板２０′を加熱するため、交流電源３６に接続されたヒータ３７が、基板ホルダ３３の下部に設置されている。放電を開始させるため、可動式のトリガ３８が基板ホルダ３３と接触できる位置に設置されている。
【００２９】
本実施例における前記各部の詳細は次の通りである。
＊陽極３４：モリブデンＭo 製円板が使用されている。
＊基板ホルダ３３：直径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＭo 製円板は、発生するプラズマに対して十分に大きいことが重要であり、放電時には陰極として作用する。
＊直流電源３５：安定化電源回路等の電子制御機構を含み、出力は４ｋＷである。
＊ヒータ３７：他の部分と電気的に絶縁されたＭo 製の発熱体のみに電流を流すことが可能である。
＊トリガ３８：直径０.５ｍｍのタングステン（Ｗ）ワイヤが使用されている。
【００３０】
次に、このような構成からなる対向電極型直流プラズマ発生装置を使用して、本発明によるバイアス核発生処理について説明する。
基板ホルダ３３の中央部に、直径１インチ（２.５４ｃｍ）のイリジウム（Ｉr ）下地基板２０′を設置し、トリガ３８を基板ホルダ３３に接触させた後、真空チャンバ内を１×１０−６Ｔorr 以下まで排気する。次に、ヒータ３７に通電し、基板温度を上昇させる。その後、加熱を中止して自然放冷を行った後、Ｈ２およびＣＨ４を合計１００Ｔorr 導入する。また、放電気体を計５００sccm 導入しながら、ロータリーポンプによる排気で圧力を一定に保つ。そして、再び基板の加熱を行う。その後、基板ホルダ３３に直流電圧を印加し、トリガ３８を開放させる。火花をきっかけとして放電が開始される。放電開始後は、基板ホルダ３３内に設置した熱電対で測定した温度を基に、温度コントローラによりヒータ制御を行うことで、バイアス核発生時の基板温度を安定化する。
【００３１】
［ダイヤモンド成長処理］
図３は、本発明に係る前記バイアス核発生処理を施したエピタキシャルイリジウム（Ｉr ）薄膜を成膜した下地基板を使用して、ダイヤモンド成長処理を行う平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置の一実施例を示す概略構成図である。
すなわち、図３に示す平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置５０において、排気系５１はロータリーポンプとターボ分子ポンプとからなり、１０−８Ｔorr 台まで真空排気が可能である。ダイヤモンド成長時の放電気体は水素（Ｈ２）およびメタン（ＣＨ４）を使用し、マスフローコントローラ５２により流量調節が可能に構成されている。圧力は予備排気時に電離真空計により、ダイヤモンド成長時にバラトロン真空計により測定される。装置中央部には、水冷台５３に置かれたＭo 製円板５４の上部に前記イリジウム（Ｉr ）下地基板４０が設置され、４０ｍｍ上方に平板型陰極５５が配置されている。平板型陰極５５には直流電源５６が接続されている。可動式のＭo 製シャッタ５７がイリジウム（Ｉr ）下地基板４０の直上に設置されており、接地と浮動電位との切り替えが可能に構成されている。
【００３２】
前記直流電源５６と平板型陰極５５の詳細について説明する。
＊直流電源５６：アドバンスド・エナジィ社製の安定化電源を使用している。出力は４ｋＷである。
＊平板型陰極５５：直径１０ｍｍのタンタル（Ｔa ）製円板を使用している。
【００３３】
次に、このような構成からなる平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置を使用して、本発明に係るダイヤモンド成長処理について説明する。
Ｍo 製円板５４の中央部に、直径１インチ（２.５４ｃｍ）のイリジウム（Ｉr ）下地基板４０を設置した後、真空チャンバ内を１×１０−６Ｔorr 以下まで排気する。Ｈ２を５Ｔorr 導入した後、接地したシャッタ５７をイリジウム（Ｉr ）下地基板４０の上方へ回転させる。平板型陰極５５に電力を投入して、平板型陰極５５−シャッタ５７間で放電を開始させる。その後、Ｈ２を１１４Ｔorr まで徐々に導入した後、平板型陰極５５の放電電流を２.９Ａまで徐々に増加させる。次いで、ＣＨ４を導入して圧力を１２０Ｔorr に設定する。放電気体を計４００sccm 導入しながら、ロータリーポンプによる排気で圧力を一定に保つ。ＣＨ４を導入した時から１０分後にシャッタ５７を開き、平板型陰極５５−基板間の放電に移行させる。放電が完全に移行した後に、シャッタ５７を浮動電位に切り替える。平板型陰極５５−基板間の放電に移行した時から、ダイヤモンド成長開始とする。基板温度は、オプティカルパイロメータを用いて測定する。
【００３４】
≪実施例≫
基板温度を１０００℃とし、表１に示す条件でバイアス核発生処理を施したイリジウム（Ｉr ）下地基板に対して、表２に示す条件でダイヤモンド成長を３分間行った。このようにしてダイヤモンド成長を行った基板の直径上をＳＥＭで、基板中央（ｃ）、基板中央から６ｍｍ（ｂ）、基板中央から１０ｍｍ（ａ）の３個所をそれぞれ観察した。
【００３５】
これらの観測結果を図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図４からわかるように、下地基板中央〔図４の（ｃ）〕から周辺に向けて、発生するダイヤモンド粒子密度および成長の様子は殆んど差異がなく、均一なダイヤモンド粒子の成長が観察される。また、成長が進んでエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を作製した場合、成長した膜の端部１ｍｍを除き、膜厚の均一性は±１％程度であった。
【００３６】
≪比較例≫
従来の複数（３本）の陰極を有する多電極直流プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板温度１０００℃とし、表１に示す条件でバイアス核発生処理を施したイリジウム（Ｉr ）下地基板に対して、ダイヤモンド成長を３分間行った。３本の電極は下地基板の４０ｍｍ上方に設置され、下地基板の中心に対して、対称性の良い配置を取っている。各電極間の距離は１８ｍｍである。これは従来のダイヤモンド成長において最も適した条件である。
【００３７】
このようにしてダイヤモンド成長を行った基板について、前記実施例と同様に観察した結果を、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図５からわかるように、平行平板型対向電極を陰極として用いた本発明の実施例と比較すると、発生粒子密度は基板の全域で等しくなっているが、基板中央〔図５の（ｃ）〕と基板周辺部〔図５の（ａ）〕では、ダイヤモンドの成長に大きな差があり、均一性が低いことが確認される。また、成長が進んでエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板を作製した場合、成長した膜または基板の膜厚を全面で均一にすることは困難であり、その均一性は最も良い場合で±５％程度であった。
【００３８】
以上の実施例から、直径１インチ（２.５４ｃｍ）のイリジウム（Ｉr ）下地基板表面にエピタキシャルダイヤモンドを製造するに際して、平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置を用いることにより、下地基板表面に均一かつ高密度にダイヤモンド粒子を成長させることに成功した。本発明の平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置を用いることにより、下地表面における電界の均一性が著しく向上したことが直流プラズマの均一性の向上につながり、その結果、非常に均一性の高いエピタキシャルダイヤモンド膜または自立したエピタキシャルダイヤモンド基板の製造が可能となった。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４０】
【表１】
2010095408.tif 000003
【００４１】
【表２】
2010095408.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るダイヤモンド膜下地基板を製造する高周波スパッタリング装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るダイヤモンド膜下地基板を製造する対向電極型直流プラズマ発生装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係るダイヤモンド膜を製造する平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置を用いてイリジウム（Ｉr ）下地基板表面に３分間成長させたエピタキシャルダイヤモンドの形態を示すものであって、（ａ）は基板中央から１０ｃｍの位置、（ｂ）は基板中央から５ｃｍの位置、（ｃ）は基板中央の位置におけるＳＥＭ写真である。
【図５】従来の複数の電極を有する直流プラズマＣＶＤ装置を用いてイリジウム（Ｉr ）下地基板表面に３分間成長させたエピタキシャルダイヤモンドの形態を示すものであって、（ａ）は基板中央から１０ｃｍの位置、（ｂ）は基板中央から５ｃｍの位置、（ｃ）は基板中央の位置におけるＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  高周波スパッタリング装置
１１  排気系
１２  マスフローコントローラ
１３  高周波電源
１４  ターゲット
１５  基板ヒータ
１６  シャッタ
１７  直流電源
１８  絶縁板
１９  防着板
２０  基板
３０  対向電極型直流プラズマ発生装置
３１  排気系
３２  マスフローコントローラ
３３  基板ホルダ
３４  陽極
３５  直流電源
３６  交流電源
３７  ヒータ
３８  可動式のトリガ
４０  イリジウム（Ｉr ）下地基板
５０  平行平板型対向電極直流プラズマＣＶＤ装置
５１  排気系
５２  マスフローコントローラ
５３  水冷台
５４  Ｍo 製円板
５５  平板型陰極
５６  直流電源
５７  Ｍo 製シャッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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