JP2831169B2 - Ｃｂｎ膜の形成装置 - Google Patents
Ｃｂｎ膜の形成装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化ホウ素、特に立方
晶窒化ホウ素の結晶粒を含む硬質であり、熱伝導性電気
絶縁性に優れた窒化ホウ素膜の形成装置に関する。
晶窒化ホウ素の結晶粒を含む硬質であり、熱伝導性電気
絶縁性に優れた窒化ホウ素膜の形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ホウ素の形成方法として、化学的蒸
着法（ＣＶＤ）及び物理的蒸着法（ＰＶＤ）がある。
着法（ＣＶＤ）及び物理的蒸着法（ＰＶＤ）がある。
【０００３】ＣＶＤはハロゲン化ホウ素、またはジボラ
ン（B2H6）といったホウ素化合物と窒素またはアンモニ
アをチャンバー内で熱励起法等の手段を用いて分解，活
性化し、これを基材上に堆積させる方法である。
ン（B2H6）といったホウ素化合物と窒素またはアンモニ
アをチャンバー内で熱励起法等の手段を用いて分解，活
性化し、これを基材上に堆積させる方法である。
【０００４】ＰＶＤには、イオンビームスパッタリン
グ、イオン蒸着法及びスパッタリングによるｃＢＮ成膜
が公表されている。
グ、イオン蒸着法及びスパッタリングによるｃＢＮ成膜
が公表されている。
【０００５】イオンビームスパッタリングは、図４に示
すように、基材４にホウ素をイオンビームスパッタリン
グで供給しながら、窒素イオンを含むアルゴンイオンを
照射する方法である。つまり、基材４に窒素を含む希ガ
スイオン１３をイオン銃２より供給しつつ、イオンビー
ムスパッタリング用イオン銃２８からアルゴン等の希ガ
スイオン２９をイオンビームスパッタ用ホウ素ターゲッ
ト１５に照射し、ホウ素を飛び出させ（図中１６で示
す）供給する。この時、イオンビームスパッタ用ホウ素
ターゲット１５が誘電体であるためチャージアップして
ニュートラライザ１７により電子３０を照射し、チャー
ジアップを防止する。図中の符号で、１は真空槽、３は
真空ポンプ、１０，１９はガス導入口、１１はイオン源
電源、１８はニュートラライザ電源である。
すように、基材４にホウ素をイオンビームスパッタリン
グで供給しながら、窒素イオンを含むアルゴンイオンを
照射する方法である。つまり、基材４に窒素を含む希ガ
スイオン１３をイオン銃２より供給しつつ、イオンビー
ムスパッタリング用イオン銃２８からアルゴン等の希ガ
スイオン２９をイオンビームスパッタ用ホウ素ターゲッ
ト１５に照射し、ホウ素を飛び出させ（図中１６で示
す）供給する。この時、イオンビームスパッタ用ホウ素
ターゲット１５が誘電体であるためチャージアップして
ニュートラライザ１７により電子３０を照射し、チャー
ジアップを防止する。図中の符号で、１は真空槽、３は
真空ポンプ、１０，１９はガス導入口、１１はイオン源
電源、１８はニュートラライザ電源である。
【０００６】イオン蒸着法は、図５に示すように、基材
４にホウ素を電子線加熱蒸発源２０より蒸発させて供給
しながらイオン銃２より窒素を含む希ガスイオン１３を
供給する方法である。図中の符号で２１はホウ素浴、２
２はホウ素蒸気である。
４にホウ素を電子線加熱蒸発源２０より蒸発させて供給
しながらイオン銃２より窒素を含む希ガスイオン１３を
供給する方法である。図中の符号で２１はホウ素浴、２
２はホウ素蒸気である。
【０００７】スパッタリングは、図６に示すように、真
空槽３内に窒素を含む希ガスを導入口２５より導入し基
材４及びスパッタリングターゲット２３と真空槽３の間
で放電させ、スパッタリングターゲット２３中のホウ素
を飛び出させ基材４に供給し、また窒素を含む希ガスイ
オンも基材４に引きつける。つまり、基材４及びスパッ
タリングターゲット２３は真空槽３に対して陰極側とな
っている。図中の符号で２６は磁石、２７は高周波電源
である。
空槽３内に窒素を含む希ガスを導入口２５より導入し基
材４及びスパッタリングターゲット２３と真空槽３の間
で放電させ、スパッタリングターゲット２３中のホウ素
を飛び出させ基材４に供給し、また窒素を含む希ガスイ
オンも基材４に引きつける。つまり、基材４及びスパッ
タリングターゲット２３は真空槽３に対して陰極側とな
っている。図中の符号で２６は磁石、２７は高周波電源
である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤでは、高硬度の
窒化ホウ素膜が得られない。つまり硬い立方晶のホウ素
（ｃＢＮ）に多くの軟かい六法晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）
が混在しているためである。
窒化ホウ素膜が得られない。つまり硬い立方晶のホウ素
（ｃＢＮ）に多くの軟かい六法晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）
が混在しているためである。
【０００９】ＰＶＤについては硬い立方晶の窒化ホウ素
が得られているが、次に示す不具合がある。
が得られているが、次に示す不具合がある。
【００１０】イオンビームスパッタ法においては、スパ
ッタ用のイオン銃２８が必要で、つまり、窒素とアルゴ
ンイオン用のイオン銃２とホウ素をスパッタするための
イオン銃２８の２式のイオン銃が必要である。さらにタ
ーゲットとして窒化ホウ素またはホウ素単体を用いる
が、これらは導電性が不十分で、イオンビームの運ぶ電
荷によってチャージアップを起こしてしまいホウ素をス
パッタリングできなくなってしまうという問題がある。
そこで、ニュートラライザ（熱電子発生装置）を用い
て、イオンを中和することが必要である。以上のように
高価で複雑かつ制御パラメーターの多い装置を用いる必
要があり、実用レベルでの適用は難しい。また、図４に
示すように、ホウ素の供給源であるイオンビームスパッ
タリング部がスペースを要し、大きな真空容器、真空ポ
ンプが必要となる。この傾向は特に、複数個のホウ素供
給源、イオン供給源を設置し３次元形状部材に成膜する
際に顕著となる。
ッタ用のイオン銃２８が必要で、つまり、窒素とアルゴ
ンイオン用のイオン銃２とホウ素をスパッタするための
イオン銃２８の２式のイオン銃が必要である。さらにタ
ーゲットとして窒化ホウ素またはホウ素単体を用いる
が、これらは導電性が不十分で、イオンビームの運ぶ電
荷によってチャージアップを起こしてしまいホウ素をス
パッタリングできなくなってしまうという問題がある。
そこで、ニュートラライザ（熱電子発生装置）を用い
て、イオンを中和することが必要である。以上のように
高価で複雑かつ制御パラメーターの多い装置を用いる必
要があり、実用レベルでの適用は難しい。また、図４に
示すように、ホウ素の供給源であるイオンビームスパッ
タリング部がスペースを要し、大きな真空容器、真空ポ
ンプが必要となる。この傾向は特に、複数個のホウ素供
給源、イオン供給源を設置し３次元形状部材に成膜する
際に顕著となる。
【００１１】イオン蒸着法は、窒素、希ガス用のイオン
銃を１台必要とするが、ホウ素の供給源としては取り扱
いの容易な電子ビーム加熱の蒸発源を１式用いるだけで
比較的簡便である。しかし蒸発源ではホウ素を溶融する
ため、基材４に対して下側に設置しなければならず、設
置位置の自由度が小さい。すなわち、三次元の基材に対
して全方位から成膜することが不可能で、基材の回転を
含めて成膜に時間を要する。また、溶融ホウ素から蒸発
させるため、脱ガス、突沸によるスプラッシュが多く皮
膜ピンホール等の欠陥ができやすい。
銃を１台必要とするが、ホウ素の供給源としては取り扱
いの容易な電子ビーム加熱の蒸発源を１式用いるだけで
比較的簡便である。しかし蒸発源ではホウ素を溶融する
ため、基材４に対して下側に設置しなければならず、設
置位置の自由度が小さい。すなわち、三次元の基材に対
して全方位から成膜することが不可能で、基材の回転を
含めて成膜に時間を要する。また、溶融ホウ素から蒸発
させるため、脱ガス、突沸によるスプラッシュが多く皮
膜ピンホール等の欠陥ができやすい。
【００１２】スパッタリングは、立方晶窒化ホウ素に多
くの軟かい六方晶ホウ素が混在してしまう。
くの軟かい六方晶ホウ素が混在してしまう。
【００１３】以上により、簡便安価な構成で、全姿勢成
膜が可能なＣＢＮ膜の形成装置が望まれていた。
膜が可能なＣＢＮ膜の形成装置が望まれていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、背面に磁石を備え前面にアルゴンガ
ス噴出口を備えたホウ素ターゲットと、該ターゲットの
前面に該ターゲットとの間で放電を行なう電極を備えて
なる放電スパッタリング装置と、窒素を含む希ガスのイ
オンを発生させるイオン銃と、前記放電スパッタリング
装置からのホウ素と前記イオン銃からのイオンの照射を
受けて薄膜を形成する基材とからなることを特徴とす
る。
の本発明の構成は、背面に磁石を備え前面にアルゴンガ
ス噴出口を備えたホウ素ターゲットと、該ターゲットの
前面に該ターゲットとの間で放電を行なう電極を備えて
なる放電スパッタリング装置と、窒素を含む希ガスのイ
オンを発生させるイオン銃と、前記放電スパッタリング
装置からのホウ素と前記イオン銃からのイオンの照射を
受けて薄膜を形成する基材とからなることを特徴とす
る。
【００１５】
【作用】基材に対してホウ素を供給しつつ窒素を含む希
ガスイオンを照射する。磁石によりプラズマの密度を濃
くし、スパッタリングの効果を高める。窒素を含む希ガ
スイオンは、イオン銃により基板に供給され、基板上で
窒化物が形成される。
ガスイオンを照射する。磁石によりプラズマの密度を濃
くし、スパッタリングの効果を高める。窒素を含む希ガ
スイオンは、イオン銃により基板に供給され、基板上で
窒化物が形成される。
【００１６】
【実施例】図１には本発明の一実施例に係るＣＢＮ膜の
形成装置の概略構成、図２にはスパッタリング電極部の
詳細状況を示してある。
形成装置の概略構成、図２にはスパッタリング電極部の
詳細状況を示してある。
【００１７】図１に示すように、真空容器内にホウ素の
供給源として、スパッタリング電極７，９を、窒素を含
む希ガスイオンの供給源としてイオン銃２を配置し、基
材４に対してホウ素１４を供給しつつ窒素を含む希ガス
イオン１３を照射する。
供給源として、スパッタリング電極７，９を、窒素を含
む希ガスイオンの供給源としてイオン銃２を配置し、基
材４に対してホウ素１４を供給しつつ窒素を含む希ガス
イオン１３を照射する。
【００１８】スパッタリング用のガスとしてＡｒをスパ
ッタリング用ガスの導入口６より導入し、スパッタリン
グ電極７とスパッタリング電極９の間で放電させ、陰極
であるスパッタリング電極７とＡｒイオンでたたきホウ
素を飛び出させる。ここでプラズマ１２の密度を濃くし
スパッタリングの効率を高めるための磁石８を設置して
いる。一方、窒素を含む希ガスイオン１３はイオン銃２
より基板４に供給され基板４上で窒化物が形成される。
立方晶窒化ホウ素が得られる条件については後述する。
ッタリング用ガスの導入口６より導入し、スパッタリン
グ電極７とスパッタリング電極９の間で放電させ、陰極
であるスパッタリング電極７とＡｒイオンでたたきホウ
素を飛び出させる。ここでプラズマ１２の密度を濃くし
スパッタリングの効率を高めるための磁石８を設置して
いる。一方、窒素を含む希ガスイオン１３はイオン銃２
より基板４に供給され基板４上で窒化物が形成される。
立方晶窒化ホウ素が得られる条件については後述する。
【００１９】図１において、スパッタリングターゲット
を貫通したＡｒ供給口は１個のみ記載されているが、Ａ
ｒイオンのスパッタリング効率を高めるためには、複数
個の供給口を設けた方が良い。
を貫通したＡｒ供給口は１個のみ記載されているが、Ａ
ｒイオンのスパッタリング効率を高めるためには、複数
個の供給口を設けた方が良い。
【００２０】従来法の場合、２式のイオン銃及びイオン
銃用電源に加え１式のニュートラライザーが必要である
が、図１で示した装置では１式のイオン銃及びイオン銃
用電源と、簡便・安価なスパッタ電極及び電源で成膜が
可能となる。また、真空槽内でのホウ素供給源の必要ス
ペースも小さくなり、真空槽、真空ポンプを小さくでき
る。
銃用電源に加え１式のニュートラライザーが必要である
が、図１で示した装置では１式のイオン銃及びイオン銃
用電源と、簡便・安価なスパッタ電極及び電源で成膜が
可能となる。また、真空槽内でのホウ素供給源の必要ス
ペースも小さくなり、真空槽、真空ポンプを小さくでき
る。
【００２１】ホウ素の供給源として固体のスパッタリン
グターゲットを用い、固体の表面からホウ素を供給する
ため、全姿勢からの成膜が可能である。
グターゲットを用い、固体の表面からホウ素を供給する
ため、全姿勢からの成膜が可能である。
【００２２】以上のように、イオン併用スパッタ成膜に
より、膜質の優れた立方晶窒化ホウ素を成膜することが
できる。
より、膜質の優れた立方晶窒化ホウ素を成膜することが
できる。
【００２３】従来法と比較すると表１のとおりとなる。
総合判定基準は硬い良質な膜ができない方法には×、膜
はできるが装置構成上問題があるものを△、すべて満足
するものを○とした。
総合判定基準は硬い良質な膜ができない方法には×、膜
はできるが装置構成上問題があるものを△、すべて満足
するものを○とした。
【００２４】
【表１】
【００２５】立方晶窒化ホウ素が得られる条件について
説明する。
説明する。
【００２６】表２に示す条件で成膜を行なった。基材４
は、厚さ0.５mm、面方向（１１１）のＳｉウエハを用い
た。
は、厚さ0.５mm、面方向（１１１）のＳｉウエハを用い
た。
【００２７】
【表２】
【００２８】結晶構造の同定は赤外分光分析により行な
った。つまり、軟かい六方晶窒化ホウ素は約１４００cm
-1、８８０cm-1の波数で吸収を示すが、立方晶窒化ホウ
素は約１０８０cm-1で吸収を示すため、結晶構造の同定
が可能である。
った。つまり、軟かい六方晶窒化ホウ素は約１４００cm
-1、８８０cm-1の波数で吸収を示すが、立方晶窒化ホウ
素は約１０８０cm-1で吸収を示すため、結晶構造の同定
が可能である。
【００２９】結果を図３に示す。ホウ素の供給速度が一
定の場合適当な電流密度範囲で立方晶窒化ホウ素の生成
を確認した。つまり、イオン電流密度４００μA/cm2 で
立方晶窒化ホウ素の形成をしめす吸収が１０８０cm-1の
ところに生じ、 600μA/cm2 ではそれがさらに強くなる
と同時に、六方晶窒化ホウ素を示す７８０cm-1、１４０
０cm-1の吸収が低下する。さらに電流密度が高くなると
７８０cm-1、１４００cm-1の吸収は著しく小さくなり、
１０８０cm-1が著しく大きくなり大部分のホウ素と窒素
の結合が立方晶窒化ホウ素の結合となったことがわか
る。
定の場合適当な電流密度範囲で立方晶窒化ホウ素の生成
を確認した。つまり、イオン電流密度４００μA/cm2 で
立方晶窒化ホウ素の形成をしめす吸収が１０８０cm-1の
ところに生じ、 600μA/cm2 ではそれがさらに強くなる
と同時に、六方晶窒化ホウ素を示す７８０cm-1、１４０
０cm-1の吸収が低下する。さらに電流密度が高くなると
７８０cm-1、１４００cm-1の吸収は著しく小さくなり、
１０８０cm-1が著しく大きくなり大部分のホウ素と窒素
の結合が立方晶窒化ホウ素の結合となったことがわか
る。
【００３０】
【発明の効果】本発明のＣＢＮ膜の形成装置では、良質
な立方晶窒化ホウ素の皮膜が簡便安価でしかもコンパク
トに、３次元形状部材へも部材を駆動することなく成膜
できる。
な立方晶窒化ホウ素の皮膜が簡便安価でしかもコンパク
トに、３次元形状部材へも部材を駆動することなく成膜
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＣＢＮ膜の形成装置の
概略構成図。
概略構成図。
【図２】スパッタリング電極部の詳細図。
【図３】窒化ホウ素皮膜の赤外分光分析結果を表わすグ
ラフ。
ラフ。
【図４】イオンビームスパッタリング装置の概略構成
図。
図。
【図５】イオンビーム蒸着装置の概略構成図。
【図６】スパッタリング装置の概略構成図。
２ イオン銃 ４ 基材 ６ 導入口 ７ スパッタリング電極 ８ 磁石 ９ スパッタリング電極 １２ プラズマ １３ 希ガスイオン １４ ホウ素
フロントページの続き (72)発明者 花中 勝保 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (72)発明者 小林 敏郎 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号 三菱重工業株式会社 広島研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−18050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−18051（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153861（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−218464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−201772（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58
Claims (1)
- 【請求項１】 背面に磁石を備え前面にアルゴンガス噴
出口を備えたホウ素ターゲットと、該ターゲットの前面
に該ターゲットとの間で放電を行なう電極を備えてなる
放電スパッタリング装置と、窒素を含む希ガスのイオン
を発生させるイオン銃と、前記放電スパッタリング装置
からのホウ素と前記イオン銃からのイオンの照射を受け
て薄膜を形成する基材とからなることを特徴とするＣＢ
Ｎ膜の形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19035591A JP2831169B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Ｃｂｎ膜の形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19035591A JP2831169B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Ｃｂｎ膜の形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533123A JPH0533123A (ja) | 1993-02-09 |
| JP2831169B2 true JP2831169B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=16256815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19035591A Expired - Fee Related JP2831169B2 (ja) | 1991-07-30 | 1991-07-30 | Ｃｂｎ膜の形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2831169B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-30 JP JP19035591A patent/JP2831169B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0533123A (ja) | 1993-02-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980825 |
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