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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023010110
(43)【公開日】2023-01-20
(54)【発明の名称】ダイヤモンド成膜方法及びダイヤモンド成膜装置
(51)【国際特許分類】
C23C 16/02 20060101AFI20230113BHJP
C23C 16/27 20060101ALI20230113BHJP
C30B 29/04 20060101ALI20230113BHJP
【ＦＩ】
C23C16/02
C23C16/27
C30B29/04 E
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021113975
(22)【出願日】2021-07-09
(71)【出願人】
【識別番号】000134051
【氏名又は名称】株式会社ディスコ
(71)【出願人】
【識別番号】304021288
【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学
(71)【出願人】
【識別番号】507007625
【氏名又は名称】澤邊 厚仁
(71)【出願人】
【識別番号】520413450
【氏名又は名称】木村 豊
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100104329
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 卓治
(74)【代理人】
【識別番号】100194179
【弁理士】
【氏名又は名称】中澤 泰宏
(72)【発明者】
【氏名】會田 英雄
(72)【発明者】
【氏名】大島 龍司
(72)【発明者】
【氏名】澤邊 厚仁
(72)【発明者】
【氏名】木村 豊
【テーマコード（参考）】
4G077
4K030
【Ｆターム（参考）】
4G077AA03
4G077BA03
4G077DB17
4G077DB18
4G077DB19
4G077ED06
4G077EE05
4G077EF02
4G077HA12
4G077TA04
4G077TA08
4G077TB07
4G077TC13
4G077TC16
4G077TK01
4K030AA09
4K030AA11
4K030AA16
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA28
4K030BB12
4K030CA04
4K030CA05
4K030CA12
4K030DA01
4K030FA01
4K030GA02
4K030HA04
4K030KA41
(57)【要約】
【課題】より簡単に、下地層又は介在層を形成し、形成された下地層上又は介在層上にダイヤモンド層を形成することができるダイヤモンド成膜方法、ダイヤモンド材及びダイヤモンド成膜装置を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド成膜方法は、イリジウムを含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板２１上に下地層２２を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて下地層２２上に単結晶のダイヤモンド層２３を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】ダイヤモンド成膜方法は、イリジウムを含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板２１上に下地層２２を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて下地層２２上に単結晶のダイヤモンド層２３を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む、
ダイヤモンド成膜方法。
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む、
ダイヤモンド成膜方法。
【請求項2】
前記下地層形成工程では、前記金属と炭素が結合した有機金属化合物を含む前記第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記炭素が混入した前記下地層を形成し、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記下地層に混入した前記炭素を核として前記ダイヤモンド層を形成する、
請求項１に記載のダイヤモンド成膜方法。
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記下地層に混入した前記炭素を核として前記ダイヤモンド層を形成する、
請求項１に記載のダイヤモンド成膜方法。
【請求項3】
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層上に介在層を形成する介在層形成工程と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む、
ダイヤモンド成膜方法。
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む、
ダイヤモンド成膜方法。
【請求項4】
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させる、
請求項１から３の何れか１項に記載のダイヤモンド成膜方法。
請求項１から３の何れか１項に記載のダイヤモンド成膜方法。
【請求項5】
請求項１から４の何れか１項に記載のダイヤモンド成膜方法により生成される、
ダイヤモンド材。
ダイヤモンド材。
【請求項6】
チャンバと、
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、
前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上にダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える、
ダイヤモンド成膜装置。
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、
前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上にダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える、
ダイヤモンド成膜装置。
【請求項7】
前記第１原料ガス供給部は、
前記金属と炭素が結合した有機金属化合物が溶かされた溶剤を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記溶剤を蒸発させることにより前記第１原料ガスを生成するガス生成部と、を備える、
請求項６に記載のダイヤモンド成膜装置。
前記金属と炭素が結合した有機金属化合物が溶かされた溶剤を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記溶剤を蒸発させることにより前記第１原料ガスを生成するガス生成部と、を備える、
請求項６に記載のダイヤモンド成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイヤモンド成膜方法、ダイヤモンド材及びダイヤモンド成膜装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１に記載のエピタキシャルダイヤモンド膜の製造方法は、基板上に、高周波スパッタリング法を使用して、イリジウム薄膜をエピタキシャル成長により成膜するイリジウム薄膜製造工程と、成膜されたイリジウム下地の表面へ、対向電極型直流プラズマ発生装置を使用してイオンを含むプラズマを暴露することによりエピタキシャルダイヤモンド核を形成するバイアス核発生処理工程と、多電極型直流プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を使用して、エピタキシャルダイヤモンド膜下地基板のバイアス核発生処理表面にエピタキシャルダイヤモンドを成長させるエピタキシャルダイヤモンド成長工程と、を含む。なお、上記イリジウム薄膜製造工程では、高周波スパッタリング法に限らず、ＤＣ（直流）スパッタリング法が使用されることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７－２７０２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１の構成では、イリジウム薄膜製造工程では高周波スパッタリング装置が使用され、バイアス核発生処理工程では対向電極型直流プラズマ発生装置が使用され、エピタキシャルダイヤモンド成長工程では多電極型直流プラズマＣＶＤ装置が使用される。このように、ダイヤモンド膜を製造するにあたって、複数種の装置が必要となり、簡単ではなかった。
【0005】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、より簡単に、下地層又は介在層を形成し、形成された下地層上又は介在層上にダイヤモンド層を形成することができるダイヤモンド成膜方法、ダイヤモンド材及びダイヤモンド成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るダイヤモンド成膜方法は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るダイヤモンド成膜方法は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層上に介在層を形成する介在層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るダイヤモンド材は、前記ダイヤモンド成膜方法により生成される。
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係るダイヤモンド成膜装置は、チャンバと、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上にダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、より簡単に、下地層又は介在層を形成し、形成された下地層上又は介在層上にダイヤモンド層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係るダイヤモンド成膜装置の概略図である。
【図2】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の一実施形態に係るダイヤモンド材の製造工程を示す概略図である。
【図3】（ａ），（ｂ）は本発明の変形例に係るダイヤモンド材の製造工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明に係るダイヤモンド成膜方法、ダイヤモンド材及びダイヤモンド成膜装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のダイヤモンド成膜装置は、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置である。
図１に示すように、ダイヤモンド成膜装置１０は、第１原料ガス供給部１１と、第２原料ガス供給部１２と、キャリヤガス供給部１６と、マイクロ波供給部１３と、チャンバ１４と、制御部１５と、吸引部１７と、基板支持部１９と、ガス管１８と、を備える。
図１に示すように、ダイヤモンド成膜装置１０は、第１原料ガス供給部１１と、第２原料ガス供給部１２と、キャリヤガス供給部１６と、マイクロ波供給部１３と、チャンバ１４と、制御部１５と、吸引部１７と、基板支持部１９と、ガス管１８と、を備える。
【0013】
チャンバ１４内には、基板２１を支持する基板支持部１９が設けられている。マイクロ波供給部１３は、ガスの化学反応を促進するためのエネルギとしてマイクロ波を生成し、生成したマイクロ波をチャンバ１４内に供給する。
【0014】
チャンバ１４には、ガス吸引穴１４ｉとガス排出穴１４ｏが形成されている。吸引部１７は、図示しないガス管を介してガス排出穴１４ｏに接続されて、制御部１５による制御のもと、チャンバ１４内の混合ガスを吸引する。
【0015】
第１原料ガス供給部１１は、ガス管１８を介してガス吸引穴１４ｉに接続されて、制御部１５による制御のもと、チャンバ１４内に第１原料ガスＧ１を供給する。第１原料ガス供給部１１は、第１原料ガスＧ１の流量を制御可能である。第１原料ガスＧ１は、金属がイリジウム（Ｉｒ）である有機金属化合物、例えば、トリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)（Ｃ１５Ｈ２１ＩｒＯ６）を原料としたガスである。
第１原料ガス供給部１１は、収容部１１ａと、ガス生成部１１ｂと、を備える。
収容部１１ａは、トリス(アセチルアセトナト)イリジウムが溶かされたアルコール１１ｃを収容する。ガス生成部１１ｂは収容部１１ａ内のアルコール１１ｃを加熱することによりアルコール１１ｃを蒸発させて第１原料ガスＧ１を生成する。例えば、このアルコール１１ｃは、１００℃未満、例えば、３０℃で蒸発する。
第１原料ガス供給部１１は、収容部１１ａと、ガス生成部１１ｂと、を備える。
収容部１１ａは、トリス(アセチルアセトナト)イリジウムが溶かされたアルコール１１ｃを収容する。ガス生成部１１ｂは収容部１１ａ内のアルコール１１ｃを加熱することによりアルコール１１ｃを蒸発させて第１原料ガスＧ１を生成する。例えば、このアルコール１１ｃは、１００℃未満、例えば、３０℃で蒸発する。
【0016】
第２原料ガス供給部１２は、ガス管１８を介してガス吸引穴１４ｉに接続されて、制御部１５による制御のもと、チャンバ１４内に第２原料ガスＧ２を供給する。第２原料ガス供給部１２は、第２原料ガスＧ２の流量を制御可能である。第２原料ガスＧ２は、例えば、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭素源となる炭化水素ガスを水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）又はヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスで希釈することで構成される。
【0017】
キャリヤガス供給部１６は、ガス管１８を介してガス吸引穴１４ｉに接続されて、制御部１５による制御のもと、キャリヤガスＧｃをチャンバ１４内に供給する。キャリヤガスＧｃは、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）又はヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスからなり、第１原料ガスＧ１又は第２原料ガスＧ２を運ぶために用いられる。
【0018】
制御部１５は、第１原料ガス供給部１１、第２原料ガス供給部１２、マイクロ波供給部１３及び吸引部１７を制御する。制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、予め記憶されるプログラムに従って後述するダイヤモンド材２０（図２（ｃ）参照）を生成する。
【0019】
次に、ダイヤモンド材２０を生成する手順について説明する。ダイヤモンド成膜装置１０は、ダイヤモンド材２０を生成するために、下地層形成工程（第１工程）及びダイヤモンド層形成工程（第２工程）を順番に行う。
まず、下地層形成工程を行うにあたって、図２（ａ）に示すように、チャンバ１４内の基板支持部１９に基板２１が設置される。基板２１は、例えば、単結晶酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、単結晶サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又はシリコン（Ｓｉ）である。基板支持部１９には図示しないヒータが内蔵されており、このヒータにより基板２１の温度が後述する下地層２２とダイヤモンド層２３を成長させるのに適した温度に制御部１５により制御される。
まず、下地層形成工程を行うにあたって、図２（ａ）に示すように、チャンバ１４内の基板支持部１９に基板２１が設置される。基板２１は、例えば、単結晶酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、単結晶サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又はシリコン（Ｓｉ）である。基板支持部１９には図示しないヒータが内蔵されており、このヒータにより基板２１の温度が後述する下地層２２とダイヤモンド層２３を成長させるのに適した温度に制御部１５により制御される。
【0020】
下地層形成工程において、第１原料ガス供給部１１はガス管１８に第１原料ガスＧ１を供給し、キャリヤガス供給部１６はガス管１８にキャリヤガスＧｃを供給する。これにより、第１原料ガスＧ１とキャリヤガスＧｃが混合した混合ガスがチャンバ１４内に供給される。この際、第２原料ガス供給部１２からの第２原料ガスＧ２の供給は停止される。マイクロ波供給部１３は、マイクロ波をチャンバ１４内の第１原料ガスＧ１を含む混合ガスに供給する。これにより、チャンバ１４内の第１原料ガスＧ１がプラズマ状態となるように活性化され、図２（ｂ）に示すように、基板２１上に第１原料ガスＧ１を原料とした下地層２２が形成される。下地層２２は、例えば、炭素が混入したイリジウムからなる。下地層２２に混入した炭素はダイヤモンド核となる。
以上で、下地層形成工程が終了となる。
以上で、下地層形成工程が終了となる。
【0021】
次に、ダイヤモンド層形成工程において、第２原料ガス供給部１２はガス管１８に第２原料ガスＧ２を供給し、キャリヤガス供給部１６はガス管１８にキャリヤガスＧｃを供給する。これにより、第２原料ガスＧ２とキャリヤガスＧｃが混合した混合ガスがチャンバ１４内に供給される。この際、第１原料ガス供給部１１からの第１原料ガスＧ１の供給は停止される。マイクロ波供給部１３は、マイクロ波をチャンバ１４内の第２原料ガスＧ２を含む混合ガスに供給する。これにより、チャンバ１４内の第２原料ガスＧ２がプラズマ状態となり、図２（ｃ）に示すように、下地層２２上に、下地層２２に含まれる炭素を核として第２原料ガスＧ２を原料とした単結晶のダイヤモンド層２３が形成される。
以上で、ダイヤモンド層形成工程が終了となる。これにより、下地層２２及びダイヤモンド層２３を有するダイヤモンド材２０が生成される。
以上で、ダイヤモンド層形成工程が終了となる。これにより、下地層２２及びダイヤモンド層２３を有するダイヤモンド材２０が生成される。
【0022】
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ダイヤモンド成膜方法は、金属であるイリジウムを含む第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法にて基板２１上に下地層２２を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にて下地層２２上に単結晶のダイヤモンド層２３を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
この構成によれば、下地層２２及びダイヤモンド層２３の両方をＣＶＤ法にて形成することができる。よって、特許文献１の構成のように複数種の装置が不要となり、１種類のＣＶＤ装置、すなわち、ダイヤモンド成膜装置１０にて、基板２１上に、簡単に、下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
（１）ダイヤモンド成膜方法は、金属であるイリジウムを含む第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法にて基板２１上に下地層２２を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にて下地層２２上に単結晶のダイヤモンド層２３を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
この構成によれば、下地層２２及びダイヤモンド層２３の両方をＣＶＤ法にて形成することができる。よって、特許文献１の構成のように複数種の装置が不要となり、１種類のＣＶＤ装置、すなわち、ダイヤモンド成膜装置１０にて、基板２１上に、簡単に、下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
【0023】
（２）下地層形成工程では、イリジウムと炭素が結合した有機イリジウム化合物を含む第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法にて基板２１上に炭素が混入した下地層２２を形成する。ダイヤモンド層形成工程では、下地層２２に混入した炭素を核としてダイヤモンド層２３を形成する。
この構成によれば、炭素を下地層２２に形成する処理、例えば、バイアス促進核生成（Bias Enhanced Nucleation：ＢＥＮ）処理を行う必要がなく、簡単に、ダイヤモンド層２３を形成することができる。
この構成によれば、炭素を下地層２２に形成する処理、例えば、バイアス促進核生成（Bias Enhanced Nucleation：ＢＥＮ）処理を行う必要がなく、簡単に、ダイヤモンド層２３を形成することができる。
【0024】
（３）上記（１）又は（２）のダイヤモンド成膜方法により下地層２２及びダイヤモンド層２３を有するダイヤモンド材２０が生成される。
この構成によれば、簡単に、ダイヤモンド材２０を形成することができる。
この構成によれば、簡単に、ダイヤモンド材２０を形成することができる。
【0025】
（４）ダイヤモンド成膜装置１０は、チャンバ１４と、イリジウムを含む第１原料ガスＧ１をチャンバ１４内に供給する第１原料ガス供給部１１と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスＧ２をチャンバ１４内に供給する第２原料ガス供給部１２と、第１原料ガス供給部１１によりチャンバ１４内に供給された第１原料ガスＧ１にエネルギを与えてチャンバ１４内に設置された基板２１上に下地層２２を形成し、第２原料ガス供給部１２によりチャンバ１４内に供給された第２原料ガスＧ２にエネルギを与えて下地層２２上にダイヤモンド層２３を形成するエネルギ供給部の一例であるマイクロ波供給部１３と、を備える。
この構成によれば、上述したように、基板２１上に、簡単に、下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
また、上記特許文献１に記載の３種類の装置の機能を一つのチャンバで実現させる場合には、工程毎にチャンバ内の温度を上下させる必要があり、手間と時間がかかる。この点、上記構成によれば、１種類のＣＶＤ装置で済むため、チャンバ１４内の温度コントロールの調整幅を小さくすることができ、より簡単に下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
この構成によれば、上述したように、基板２１上に、簡単に、下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
また、上記特許文献１に記載の３種類の装置の機能を一つのチャンバで実現させる場合には、工程毎にチャンバ内の温度を上下させる必要があり、手間と時間がかかる。この点、上記構成によれば、１種類のＣＶＤ装置で済むため、チャンバ１４内の温度コントロールの調整幅を小さくすることができ、より簡単に下地層２２及びダイヤモンド層２３を形成することができる。
【0026】
（５）第１原料ガス供給部１１は、イリジウムと炭素が結合した有機イリジウム化合物（有機金属化合物）が溶かされた溶剤の一例であるアルコール１１ｃを収容する収容部１１ａと、収容部１１ａに収容されたアルコール１１ｃを蒸発させることにより第１原料ガスＧ１を生成するガス生成部１１ｂと、を備える。
有機金属化合物が固形である場合には、第１原料ガスＧ１を生成するために、この固形物を高温で加熱する必要がある。この点、上記構成によれば、有機イリジウム化合物はアルコール１１ｃに溶かされているため、低温でアルコール１１ｃを蒸発させることにより第１原料ガスＧ１を生成することができる。よって、ガス生成部１１ｂとして加熱温度が低温のヒータを採用できるため、ダイヤモンド成膜装置１０の構成を簡易化することができる。
有機金属化合物が固形である場合には、第１原料ガスＧ１を生成するために、この固形物を高温で加熱する必要がある。この点、上記構成によれば、有機イリジウム化合物はアルコール１１ｃに溶かされているため、低温でアルコール１１ｃを蒸発させることにより第１原料ガスＧ１を生成することができる。よって、ガス生成部１１ｂとして加熱温度が低温のヒータを採用できるため、ダイヤモンド成膜装置１０の構成を簡易化することができる。
【0027】
なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。
【0028】
（変形例）
上記実施形態においては、ダイヤモンド成膜装置１０は、マイクロ波プラズマＣＶＤであったが、これに限らず、直流（ＤＣ）プラズマＣＶＤ、高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤ又は高密度プラズマＣＶＤ等の他のプラズマＣＶＤであってもよい。さらに、ダイヤモンド成膜装置１０は、プラズマＣＶＤに限らず、熱ＣＶＤ又は光ＣＶＤ等の他のＣＶＤ装置であってもよい。
上記実施形態においては、ダイヤモンド成膜装置１０は、マイクロ波プラズマＣＶＤであったが、これに限らず、直流（ＤＣ）プラズマＣＶＤ、高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤ又は高密度プラズマＣＶＤ等の他のプラズマＣＶＤであってもよい。さらに、ダイヤモンド成膜装置１０は、プラズマＣＶＤに限らず、熱ＣＶＤ又は光ＣＶＤ等の他のＣＶＤ装置であってもよい。
【0029】
ダイヤモンド成膜装置１０は、上記実施形態の下地層形成工程（第１工程）及びダイヤモンド層形成工程（第２工程）の後に、介在層形成工程（第３工程）及びダイヤモンド層形成工程（第４工程）を行ってもよい。
例えば、ダイヤモンド成膜装置１０は、介在層形成工程において、上述した下地層形成工程と同様に第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法により、図３（ａ）に示すように、ダイヤモンド層２３上に介在層２４を形成する。介在層２４は、下地層２２と同様に、例えば、炭素が混入したイリジウムからなる。
ダイヤモンド成膜装置１０は、介在層形成工程の後に、第２工程と同様に第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にてダイヤモンド層形成工程（第４工程）を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように、介在層２４上にダイヤモンド層２５が形成される。以上により、下地層２２、第１ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２３、介在層２４及び第２ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２５を有するダイヤモンド材２０Ａが生成される。
なお、図３（ｂ）に示すダイヤモンド材２０Ａは、２層のダイヤモンド層２３，２５を有していたが、これに限らず、３層以上のダイヤモンド層を有し、各ダイヤモンド層の間に介在層が形成されてもよい。
例えば、ダイヤモンド成膜装置１０は、介在層形成工程において、上述した下地層形成工程と同様に第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法により、図３（ａ）に示すように、ダイヤモンド層２３上に介在層２４を形成する。介在層２４は、下地層２２と同様に、例えば、炭素が混入したイリジウムからなる。
ダイヤモンド成膜装置１０は、介在層形成工程の後に、第２工程と同様に第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にてダイヤモンド層形成工程（第４工程）を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように、介在層２４上にダイヤモンド層２５が形成される。以上により、下地層２２、第１ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２３、介在層２４及び第２ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２５を有するダイヤモンド材２０Ａが生成される。
なお、図３（ｂ）に示すダイヤモンド材２０Ａは、２層のダイヤモンド層２３，２５を有していたが、これに限らず、３層以上のダイヤモンド層を有し、各ダイヤモンド層の間に介在層が形成されてもよい。
【0030】
以上、説明した変形例によれば、以下の効果を奏する。
ダイヤモンド成膜方法は、金属としてイリジウムが選択された有機イリジウム化合物を含む第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２３上に金属からなる介在層２４を形成する介在層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にて介在層２４上にダイヤモンド層２３とは異なる第２ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２５を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
仮に、１層のダイヤモンド層を厚く形成した場合には、そのダイヤモンド層のひずみが大きくなるおそれがある。そこで、上記構成のように、ダイヤモンド層２３，２５の間に介在層２４を挟むことにより、ダイヤモンド層２３，２５のひずみを小さくすることが期待できる。また、介在層２４は、ダイヤモンド層２３，２５の結晶欠陥を補うことが期待できる。さらに、ダイヤモンド材２０Ａは、１種類のＣＶＤ装置、すなわち、ダイヤモンド成膜装置１０にて簡単に形成できる。
ダイヤモンド成膜方法は、金属としてイリジウムが選択された有機イリジウム化合物を含む第１原料ガスＧ１を利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２３上に金属からなる介在層２４を形成する介在層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスＧ２を利用したＣＶＤ法にて介在層２４上にダイヤモンド層２３とは異なる第２ダイヤモンド層の一例であるダイヤモンド層２５を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含む。
仮に、１層のダイヤモンド層を厚く形成した場合には、そのダイヤモンド層のひずみが大きくなるおそれがある。そこで、上記構成のように、ダイヤモンド層２３，２５の間に介在層２４を挟むことにより、ダイヤモンド層２３，２５のひずみを小さくすることが期待できる。また、介在層２４は、ダイヤモンド層２３，２５の結晶欠陥を補うことが期待できる。さらに、ダイヤモンド材２０Ａは、１種類のＣＶＤ装置、すなわち、ダイヤモンド成膜装置１０にて簡単に形成できる。
【0031】
上記実施形態又は変形例においては、第１原料ガスＧ１は、金属がイリジウムである有機イリジウム化合物を原料としたガスであったが、これに限らず、金属がイリジウム以外の白金、ロジウム、チタン又はタングステンである有機金属化合物を原料としたガスであってもよい。この場合には、下地層２２又は介在層２４は、白金、ロジウム、チタン、タングステンの何れかの金属と炭素を含む。
【0032】
上記実施形態又は上記変形例においては、ダイヤモンド層形成工程では、第１原料ガス供給部１１からの第１原料ガスＧ１の供給が停止されていたが、これに限らず、第１原料ガスＧ１が供給されてもよい。これにより、第１原料ガスＧ１、第２原料ガスＧ２及びキャリヤガスＧｃが混合された混合ガスがチャンバ１４内に供給される。第１原料ガスＧ１及び第２原料ガスＧ２を含む混合ガスがプラズマ状態とされることにより、第１原料ガスＧ１を原料とした金属成分を含むダイヤモンド層２３，２５が形成される。
なお、金属成分を含むダイヤモンド層２３，２５は、介在層２４を介さずに積層されてもよい。この場合、各ダイヤモンド層２３，２５で金属成分の含有量が異なるように形成されてもよい。
なお、金属成分を含むダイヤモンド層２３，２５は、介在層２４を介さずに積層されてもよい。この場合、各ダイヤモンド層２３，２５で金属成分の含有量が異なるように形成されてもよい。
【0033】
以上、説明した変形例によれば、以下の効果を奏する。
ダイヤモンド層形成工程では、第２原料ガスＧ２に第１原料ガスＧ１を混合させることにより、ダイヤモンド層２３，２５に金属を混入させる。
この構成によれば、金属を混入させることによりダイヤモンド層２３，２５の性質（例えば、電気的な性質又は力学的な性質）を使用目的に合わせて変化させることができる。例えば、ダイヤモンド層２３，２５の転位等の欠陥を抑制することが期待される。
また、収容部１１ａに収容された金属が溶かされたアルコール１１ｃがガス生成部１１ｂにより蒸発される構成が採用されることにより、ダイヤモンド層２３，２５に均一に金属成分を分布させることが期待される。これにより、例えば、ダイヤモンド層２３，２５を原子レベル又は分子レベルで金属成分が拡散した状態とすることができる。また、第１原料ガスＧ１の流量を調整することにより、ダイヤモンド層２３，２５における金属成分の分布度合い又は拡散度合いを調整することができる。
ダイヤモンド層形成工程では、第２原料ガスＧ２に第１原料ガスＧ１を混合させることにより、ダイヤモンド層２３，２５に金属を混入させる。
この構成によれば、金属を混入させることによりダイヤモンド層２３，２５の性質（例えば、電気的な性質又は力学的な性質）を使用目的に合わせて変化させることができる。例えば、ダイヤモンド層２３，２５の転位等の欠陥を抑制することが期待される。
また、収容部１１ａに収容された金属が溶かされたアルコール１１ｃがガス生成部１１ｂにより蒸発される構成が採用されることにより、ダイヤモンド層２３，２５に均一に金属成分を分布させることが期待される。これにより、例えば、ダイヤモンド層２３，２５を原子レベル又は分子レベルで金属成分が拡散した状態とすることができる。また、第１原料ガスＧ１の流量を調整することにより、ダイヤモンド層２３，２５における金属成分の分布度合い又は拡散度合いを調整することができる。
【0034】
上記実施形態においては、ダイヤモンド成膜装置１０は、下地層形成工程では、炭素が混入した金属からなる下地層２２を形成していたが、これに限らず、炭素が混入しない金属からなる下地層２２を形成してもよい。この場合には、例えば、ＢＥＮ処理により、下地層２２に核を形成してもよい。
【0035】
上記実施形態においては、ガス生成部１１ｂは、収容部１１ａに収容された有機金属化合物が溶かされたアルコール１１ｃを蒸発させる構成が採用されていたが、これに限らず、固形の有機金属化合物を加熱により気化させる構成であってもよい。
【0036】
上記実施形態には、例えば、以下の付記に記載の技術的思想が開示されている。なお、付記１～５は、本発明を何ら限定的に解釈するものではない。
（付記１）炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド成膜方法であって、前記第２原料ガスに、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させるダイヤモンド成膜方法。
従来、ダイヤモンド層では転位等の欠陥が課題となっていたが、上記構成によれば、ダイヤモンド層の転位等の欠陥を抑制することが期待される。
（付記２）イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む下地層と、
前記下地層上に形成される単結晶のダイヤモンド層と、を有する、
ダイヤモンド材。
（付記３）
前記下地層は、前記ダイヤモンド層の核となる炭素を含む、
付記２に記載のダイヤモンド材。
（付記４）イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含み、第１ダイヤモンド層上に形成される介在層と、
前記介在層上に形成される前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層と、を有する、
ダイヤモンド材。
（付記５）
前記ダイヤモンド層は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属成分が拡散した状態で形成されている、
付記２から４の何れか一つに記載のダイヤモンド材。
（付記１）炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド成膜方法であって、前記第２原料ガスに、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させるダイヤモンド成膜方法。
従来、ダイヤモンド層では転位等の欠陥が課題となっていたが、上記構成によれば、ダイヤモンド層の転位等の欠陥を抑制することが期待される。
（付記２）イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む下地層と、
前記下地層上に形成される単結晶のダイヤモンド層と、を有する、
ダイヤモンド材。
（付記３）
前記下地層は、前記ダイヤモンド層の核となる炭素を含む、
付記２に記載のダイヤモンド材。
（付記４）イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含み、第１ダイヤモンド層上に形成される介在層と、
前記介在層上に形成される前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層と、を有する、
ダイヤモンド材。
（付記５）
前記ダイヤモンド層は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属成分が拡散した状態で形成されている、
付記２から４の何れか一つに記載のダイヤモンド材。
【符号の説明】
【0037】
１０…ダイヤモンド成膜装置、１１…第１原料ガス供給部、１１ａ…収容部、１１ｂ…ガス生成部、１１ｃ…アルコール、１２…第２原料ガス供給部、１３…マイクロ波供給部、１４…チャンバ、１４ｉ…ガス吸引穴、１４ｏ…ガス排出穴、１５…制御部、１６…キャリヤガス供給部、１７…吸引部、１８…ガス管、１９…基板支持部、２０，２０Ａ…ダイヤモンド材、２１…基板、２２…下地層、２３，２５…ダイヤモンド層、２４…介在層、Ｇ１…第１原料ガス、Ｇ２…第２原料ガス、Ｇｃ…キャリヤガス
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-24
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させる、
ダイヤモンド成膜方法。
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させる、
ダイヤモンド成膜方法。
【請求項2】
前記下地層形成工程では、前記金属と炭素が結合した有機金属化合物を含む前記第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記炭素が混入した前記下地層を形成し、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記下地層に混入した前記炭素を核として前記ダイヤモンド層を形成する、
請求項１に記載のダイヤモンド成膜方法。
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記下地層に混入した前記炭素を核として前記ダイヤモンド層を形成する、
請求項１に記載のダイヤモンド成膜方法。
【請求項3】
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層上に介在層を形成する介在層形成工程と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記第２ダイヤモンド層に前記金属を混入させる、
ダイヤモンド成膜方法。
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、
前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記第２ダイヤモンド層に前記金属を混入させる、
ダイヤモンド成膜方法。
【請求項4】
チャンバと、
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、
前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスに前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスを混合させた混合ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上に前記金属が混入したダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える、
ダイヤモンド成膜装置。
イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、
炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、
前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスに前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスを混合させた混合ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上に前記金属が混入したダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える、
ダイヤモンド成膜装置。
【請求項5】
前記第１原料ガス供給部は、
前記金属と炭素が結合した有機金属化合物が溶かされた溶剤を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記溶剤を蒸発させることにより前記第１原料ガスを生成するガス生成部と、を備える、
請求項４に記載のダイヤモンド成膜装置。
前記金属と炭素が結合した有機金属化合物が溶かされた溶剤を収容する収容部と、
前記収容部に収容された前記溶剤を蒸発させることにより前記第１原料ガスを生成するガス生成部と、を備える、
請求項４に記載のダイヤモンド成膜装置。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
本発明は、ダイヤモンド成膜方法及びダイヤモンド成膜装置に関する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、より簡単に、下地層又は介在層を形成し、形成された下地層上又は介在層上にダイヤモンド層を形成することができるダイヤモンド成膜方法及びダイヤモンド成膜装置を提供することを目的とする。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るダイヤモンド成膜方法は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて基板上に下地層を形成する下地層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記下地層上に単結晶のダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記ダイヤモンド層に前記金属を混入させる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るダイヤモンド成膜方法は、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを利用したＣＶＤ法にて第１ダイヤモンド層上に介在層を形成する介在層形成工程と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを利用したＣＶＤ法にて前記介在層上に前記第１ダイヤモンド層とは異なるダイヤモンド層である第２ダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層形成工程と、を含み、前記ダイヤモンド層形成工程では、前記第２原料ガスに前記第１原料ガスを混合させることにより、前記第２ダイヤモンド層に前記金属を混入させる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るダイヤモンド成膜装置は、チャンバと、イリジウム、白金、ロジウム、チタン及びタングステンからなる群より選択される少なくとも一つである金属を含む第１原料ガスを前記チャンバ内に供給する第１原料ガス供給部と、炭化水素ガスを含む第２原料ガスを前記チャンバ内に供給する第２原料ガス供給部と、前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスにエネルギを与えて前記チャンバ内に下地層又は介在層を形成し、前記第２原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第２原料ガスに前記第１原料ガス供給部により前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスを混合させた混合ガスにエネルギを与えて前記下地層上又は前記介在層上に前記金属が混入したダイヤモンド層を形成するエネルギ供給部と、を備える。