JPH01201481A - Method and apparatus for vapor phase synthesis of high-pressure phase boron nitride - Google Patents

Method and apparatus for vapor phase synthesis of high-pressure phase boron nitride

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JPH01201481A
JPH01201481A JP6363088A JP6363088A JPH01201481A JP H01201481 A JPH01201481 A JP H01201481A JP 6363088 A JP6363088 A JP 6363088A JP 6363088 A JP6363088 A JP 6363088A JP H01201481 A JPH01201481 A JP H01201481A
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JP
Japan
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plasma
gas
substrate
thermal plasma
discharge
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Application number
JP6363088A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Kurihara
和明 栗原
Kenichi Sasaki
謙一 佐々木
Motonobu Kawarada
河原田 元信
Nagaaki Etsuno
越野 長明
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To grow high-pressure phase BN in a vapor phase on an arbitrary substrate at a high film forming speed by blowing a cooling gas to a plasma jet formed from gases by electric discharge to rapidly cool the plasma jet and bringing the formed nonequil. plasma into contact with the substrate. CONSTITUTION:The discharge gases 3 contg. a boron compd. such as H2B6 and nitrogen compd. such as NH3 is supplied as a raw material compd. for vapor growth to a hot plasma generator and is converted to radicals by the arc 11 of the electric discharge, by which the hot plasma is formed. This plasma is ejected from a nozzle 4 to form the plasma jet 5. The cooling gas such as H2 is vigorously blown from an ejection port 6 to the plasma jet 5 to rapidly cool the hot plasma. The active nonequil. plasma 12 which contains the radical product of the above-mentioned raw material compd. and has the high concn. thereof is thereby formed. The substrate 8 to be treated is brought into contact with this nonequil. plasma 12. The BN film 9 chemically vapor-grown from the hot plasma is thereby vapor-grown on the substrate 8, by which the high- pressure phase BN is vapor-grown.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は、高圧相窒化ほう素(BN)を気相合成する方
法及び装置に関し、 高圧相BNを任意の下地の上に高い成膜速度で気相成長
させる方法を提供することを目的とし、熱プラズマ発生
装置に、ガスを供給し、放電によってこのガスをラジカ
ル化して熱プラズマとし、生じた熱プラズマをプラズマ
ジェットとして、トーチ先端のノズルから噴出させ、こ
のプラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
原料化合物であるほう素化合物ガス及び窒素化合物ガス
のラジカル化により生ずるラジカル生成物を少なくとも
含みラジカルの濃度が高く活性な非平衡プラズマを生成
し、この非平衡プラズマに基板を接触させ、基板上に熱
プラズマ化学気相成長(CVD)高圧相窒化ほう素膜を
気相成長させるように構成する。
Detailed Description of the Invention [Summary] The present invention relates to a method and apparatus for vapor-phase synthesis of high-pressure phase boron nitride (BN), and relates to a method and apparatus for vapor-phase synthesis of high-pressure phase boron nitride (BN) on an arbitrary substrate at a high film formation rate. The purpose of this method is to supply a gas to a thermal plasma generator, turn the gas into radicals through electric discharge, create thermal plasma, and eject the generated thermal plasma from a nozzle at the tip of a torch as a plasma jet. , the thermal plasma is rapidly cooled by blowing a cooling gas onto the plasma jet, and contains at least radical products generated by radicalization of boron compound gas and nitrogen compound gas, which are raw material compounds for vapor phase growth supplied to the plasma jet. The device is configured to generate an active non-equilibrium plasma with a high concentration of radicals, bring a substrate into contact with the non-equilibrium plasma, and grow a high-pressure boron nitride film on the substrate using thermal plasma chemical vapor deposition (CVD). do.

[産業上の利用分野] 本発明は、高圧相窒化ほう素(BN)を高い製膜速度で
連続的に気相合成する方法に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for continuously vapor-phase synthesis of high-pressure phase boron nitride (BN) at a high film forming rate.

高圧相BN(立方晶BN(以下c−BNという)、ウル
ツ鉱型BN(以下w−BNという)〕は、熱伝導率及び
硬度がダイヤモンドに匹敵するほど高く、また耐熱性で
は、ダイヤモンドを上回るため、半導体素子用のヒート
シンク、高密度実装基板、更には各種工具の高硬度コー
テイング膜等として、広い分野での利用が期待されてい
る。
High-pressure phase BN (cubic BN (hereinafter referred to as c-BN), wurtzite type BN (hereinafter referred to as w-BN)) has high thermal conductivity and hardness comparable to diamond, and also exceeds diamond in heat resistance. Therefore, it is expected to be used in a wide range of fields, such as heat sinks for semiconductor devices, high-density mounting boards, and even high-hardness coating films for various tools.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、高圧相BNの気相合成法としては、IBD法(イ
オン化蒸着)、HCD−ARE法(ホローカソード活性
化化成蒸着)、IVD法(イオン蒸着併用法)等が知ら
れているが、これらの方法で得られるBNには、グラフ
ァイト構造の低圧相BN (h−BN)や非晶質成分が
含まれてしまい、しかも製膜速度が1μm/h以下と遅
く、品質、コスト、生産性等のいずれの点でも実用化に
は程遠いものであった。
Conventionally, the IBD method (ionized vapor deposition), HCD-ARE method (hollow cathode activated chemical vapor deposition), and IVD method (combined ion vapor deposition method) are known as vapor phase synthesis methods for high-pressure phase BN. The BN obtained by this method contains low-pressure phase BN (h-BN) with a graphite structure and amorphous components, and the film forming speed is slow at less than 1 μm/h, resulting in poor quality, cost, productivity, etc. In both respects, it was far from practical application.

最近、本発明者らは、熱プラズマの持つ高い化学的活性
度に注目して、熱プラズマを急冷させ、高温での高いガ
ス解離率をそのまま凍結させた、低温でも高いラジカル
濃度を有する非平衡プラズマを基板上に供給させるとい
う考えのちとに、DCプラズマジェットCVD法、高周
波誘導プラズマジェットCVD法、又は光プラズマジェ
ットCVD法を先きに見出した。この方法は、DCアー
ク放電、光アーク放電又は高周波誘導放電により発生さ
せた熱プラズマをプラズマジェットとして水冷基板にぶ
つけることにより熱プラズマを急冷させ、基板上に高圧
相BNを高速合成させる方法である。この方法では10
μm/h以上の極めて高い製膜速度が得られるが、熱プ
ラズマの急冷効果を上げるために、基板を十分に冷却し
なくてはならず、そのため基板に対しての制約が強く、
例えば基板としては熱伝導率が高く、薄いものしか使用
できなかった。
Recently, the present inventors have focused on the high chemical activity of thermal plasma, and have rapidly cooled the thermal plasma to freeze the high gas dissociation rate at high temperatures. After the idea of supplying plasma onto a substrate, a DC plasma jet CVD method, a high frequency induced plasma jet CVD method, or an optical plasma jet CVD method was discovered earlier. This method is a method in which thermal plasma generated by DC arc discharge, photoarc discharge, or high-frequency induced discharge is quenched by hitting a water-cooled substrate as a plasma jet, thereby rapidly synthesizing high-pressure phase BN on the substrate. . In this method, 10
Although extremely high film forming speeds of μm/h or more can be obtained, the substrate must be sufficiently cooled in order to increase the quenching effect of the thermal plasma, which places strong constraints on the substrate.
For example, the substrate had high thermal conductivity and could only be thin.

〔発明が解決しようとする課題] 本発明は前記した従来技術の問題点を解決し、高圧相B
Nを任意の下地基板の上に高い成膜速度で気相成長させ
る方法を提供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the problems of the prior art described above, and
It is an object of the present invention to provide a method for vapor phase growth of N on any base substrate at a high deposition rate.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題は、本発明に従えば熱プラズマ発生装置に、ガ
スを供給し、電極間の直流アーク放電によってこのガス
をラジカル化して熱プラズマとし、生じた熱プラズマを
プラズマジェットとして、トーチ先端のノズルから噴出
させ、このプラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱
プラズマを象、冷させ、プラズマジェットに供給される
気相成長用原料化合物であるほう素化合物ガス及び窒素
化合物ガスのラジカル化により生ずるラジカル生成物を
少くとも含みラジカルの濃度が高く活性な非平衡プラズ
マを生成し、この非平衡プラズマに基板を接触させ、基
板上に熱プラズマ化学気相成長(CVD)高圧相窒化ほ
う素の膜を気相成長させる高圧相窒化ほう素の熱プラズ
マ気相合成方法によって解決される。この熱プラズマの
発生装置としては、例えば陽極及び陰極間の直流アーク
放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマを生
じさせるDCプラズマトーチ、高周波誘導によるアーク
放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマを生
じさせる装置、集光させた大出力レーザービームによる
光アーク放電により供給ガスをラジカル化して熱プラズ
マを生じさせる装置を用いることができる。
According to the present invention, the above problem can be solved by supplying gas to a thermal plasma generator, converting the gas into radicals by direct current arc discharge between electrodes to generate thermal plasma, and then applying the generated thermal plasma as a plasma jet to a nozzle at the tip of a torch. A cooling gas is blown onto this plasma jet to cool the thermal plasma and generate radicals generated by radicalization of boron compound gas and nitrogen compound gas, which are the raw material compounds for vapor phase growth supplied to the plasma jet. An active non-equilibrium plasma containing at least products and a high concentration of radicals is generated, a substrate is brought into contact with the non-equilibrium plasma, and a film of high-pressure phase boron nitride is formed on the substrate by thermal plasma chemical vapor deposition (CVD). The problem is solved by a thermal plasma vapor phase synthesis method of high pressure phase boron nitride grown in vapor phase. Thermal plasma generators include, for example, a DC plasma torch that radicalizes the supplied gas to generate thermal plasma by direct current arc discharge between an anode and a cathode, and a DC plasma torch that radicalizes the supplied gas to generate thermal plasma by arc discharge using high-frequency induction. It is possible to use a device that generates thermal plasma by radicalizing the supplied gas by photoarc discharge using a focused high-power laser beam.

本発明に従えば、更に、熱プラズマジェット噴出用ノズ
ルを開口し、放電ガス導入管より供給されたガスを放電
によって熱プラズマとし、生じた熱プラズマをプづズマ
ジェットとして該ノズルから噴出させるプラズマトーチ
と、 該プラズマジェットへ気体の気相成長用原料化合物を供
給する原料ガス供給系と、 該プラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
原料化合物のラジカル化により生ずるラジカル生成物を
少なくとも含み、ラジカルの濃度が高く活性な非平衡プ
ラズマを生成せしめる該プラズマトーチの該ノズルに近
接して配置された冷却ガス噴出口を有する冷却ガス供給
系を含む非平衡プラズマ生成手段と、 上記非平衡プラズマ中に基板を支持し、該基板上に熱プ
ラズマ化学気相成長(CVD)窒化ほう素膜を気相成長
させる基板支持機構とを有する高圧相窒化ほう素の気相
合成装置が提供される。
According to the present invention, there is further provided a plasma torch in which a thermal plasma jet ejection nozzle is opened, gas supplied from a discharge gas introduction tube is turned into thermal plasma by electric discharge, and the generated thermal plasma is ejected from the nozzle as a plasma jet. a raw material gas supply system that supplies a gaseous raw material compound for vapor phase growth to the plasma jet; and a raw material gas supply system that blows a cooling gas onto the plasma jet to rapidly cool the thermal plasma to supply the raw material compound for vapor phase growth to the plasma jet. A cooling gas supply system having a cooling gas outlet disposed close to the nozzle of the plasma torch, which generates an active non-equilibrium plasma with a high radical concentration and containing at least radical products generated by radicalization of a compound. and a substrate support mechanism for supporting a substrate in the non-equilibrium plasma and depositing a thermal plasma chemical vapor deposition (CVD) boron nitride film on the substrate. An apparatus for vapor phase synthesis of boron is provided.

〔作 用〕[For production]

本発明では、熱プラズマを急冷させる手段として、熱プ
ラズマジェットを、冷却された基板に衝突させて象、冷
するのではなく、プラズマジェットにガスを吹きつける
方法(ガス冷却法)を用いる。
In the present invention, as a means for rapidly cooling the thermal plasma, a method of blowing gas onto the plasma jet (gas cooling method) is used instead of colliding the thermal plasma jet with a cooled substrate to cool it.

本発明のこの方法は、プラズマジェットと室温程度のガ
スを強制的に混合させることにより、瞬間的に熱プラズ
マを冷却させるので、基板とはまったく無関係に、非平
衡プラズマを作り出すことができる。したがって、この
非平衡プラズマ中に被処理物を、高圧相BNが生成可能
な温度になるように調整して保持しておくだけで、その
表面に高圧相BNを高速で合成させることができる。
This method of the present invention instantly cools the thermal plasma by forcibly mixing the plasma jet with a gas at about room temperature, so that a non-equilibrium plasma can be created completely independent of the substrate. Therefore, simply by adjusting and holding the workpiece in this non-equilibrium plasma at a temperature at which high-pressure phase BN can be generated, high-pressure phase BN can be synthesized on the surface of the workpiece at high speed.

第1図は、本発明のガス冷却を用いたDCプラズマジェ
ットCVD法での高圧相BN合成の原理図である。第1
図(a)において、(1)は陰極、(2)は陽極、(3
)は放電ガス、(4)はノズル、(5)はプラズマジェ
ット、(6)は冷却ガス噴出口、(7)は冷却ガス、(
8)は基板、(9)は高圧相BN膜、(10)はアーク
電源、(11)はアーク、(12)は非平衡プラズマで
ある。プラズマトーチ13としては第1図(b)の単極
、第1図(c)の多極を有するもの等を用いることがで
きる。
FIG. 1 is a diagram showing the principle of high-pressure phase BN synthesis by the DC plasma jet CVD method using gas cooling according to the present invention. 1st
In figure (a), (1) is the cathode, (2) is the anode, (3
) is a discharge gas, (4) is a nozzle, (5) is a plasma jet, (6) is a cooling gas outlet, (7) is a cooling gas, (
8) is a substrate, (9) is a high-pressure phase BN film, (10) is an arc power source, (11) is an arc, and (12) is a non-equilibrium plasma. As the plasma torch 13, one having a single pole as shown in FIG. 1(b), a multi-pole as shown in FIG. 1(c), etc. can be used.

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス(3)を流しなが
ら、陰極(1)、陽極(2)間に直流電圧を印加し、ア
ーク放電(11)をおこすことにより、放電ガスは急激
に加熱され、ノズル(4)付近で5000°C以上の熱
プラズマとなる。この際、急激な温度上昇による体積膨
張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェット (
5)となり、ノズル(4)から噴出する。
While flowing a discharge gas (3) consisting of hydrogen gas and raw material gas, a DC voltage is applied between the cathode (1) and the anode (2) to cause an arc discharge (11), whereby the discharge gas is rapidly heated. , a thermal plasma of 5000°C or more is generated near the nozzle (4). At this time, due to the volume expansion caused by the rapid temperature rise, the thermal plasma becomes a supersonic plasma jet (
5) and is ejected from the nozzle (4).

このプラズマジェット (5)に冷却ガス(7)として
水素ガスを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより
、熱プラズマを急冷させ、非平衡プラズマ(12)を発
生させる。この非平衡プラズマ(12)中に基板(8)
を置(と、その表面に高圧相BN膜(9)が成長する。
By forcefully blowing hydrogen gas as a cooling gas (7) onto this plasma jet (5) and forcing the mixture, the thermal plasma is rapidly cooled and a non-equilibrium plasma (12) is generated. The substrate (8) is placed in this non-equilibrium plasma (12).
(and a high-pressure phase BN film (9) grows on its surface.

このように本発明では、これまでのDCプラズマジェッ
1−CVD法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラ
ズマを急冷できるため、基板に対する制約がなく、どの
ような基板上にでも高圧相BNを高速に成長させること
ができる。
As described above, in the present invention, compared to the conventional DC plasma jet 1-CVD method, the thermal plasma can be rapidly cooled completely independent of the substrate, so there is no restriction on the substrate, and high-pressure phase BN can be rapidly deposited on any substrate. can be grown to.

本発明において、原料ガスとしては窒素および硼素を含
むものであれば、どのようなものでもよいが、窒素源と
しては、Nlh、Nzが、硼素源としては、BtHhが
好ましい。また、原料ガスは、放電ガスとしてではなく
、冷却ガスとして導入してもかまわない。
In the present invention, any material gas may be used as long as it contains nitrogen and boron, but Nlh and Nz are preferable as the nitrogen source, and BtHh is preferable as the boron source. Further, the raw material gas may be introduced as a cooling gas instead of as a discharge gas.

放電ガスや冷却ガスに、Ar、lie等の不活性ガスを
混合してもかまわない。この場合、プラズマの安定性は
向上するが、製膜速度は低下する。
An inert gas such as Ar or lie may be mixed with the discharge gas or cooling gas. In this case, although the stability of the plasma is improved, the film forming rate is reduced.

また、放電ガスや冷却ガスに非晶質BN等の非高圧相B
Nのエツチング効果を上げるため、0□。
In addition, non-high pressure phase B such as amorphous BN is added to the discharge gas or cooling gas.
0□ to increase the etching effect of N.

H2O,H20□、CO等の酸化性ガスを少量混合させ
てもかまわない。
A small amount of oxidizing gas such as H2O, H20□, and CO may be mixed.

放電ガスとして、イオン化ポテンシャルが高く、放電し
にくい水素を用いるため、電極材としては、耐熱性が高
いものが良い。希土類元素酸化物たとえば酸化ランタン
、酸化イツトリウム、酸化セリウムなどを添加したタン
グステンが電極材として、すぐれている。さらに電極か
らの不純物混入をきらう場合は、高純度の炭素電極を用
いると良い。
Since hydrogen, which has a high ionization potential and is difficult to discharge, is used as the discharge gas, the electrode material should preferably have high heat resistance. Tungsten to which rare earth element oxides such as lanthanum oxide, yttrium oxide, and cerium oxide are added is excellent as an electrode material. Furthermore, if contamination with impurities from the electrode is to be avoided, it is preferable to use a high-purity carbon electrode.

第2図は、本発明のガス冷却を用いたRFプラズマジェ
ッ)CVD法での高圧相BN合成の原理図である。(1
3)は高周波コイル、(14)は水冷プラズマチューブ
、(15)は放電ガス、(16)はプラズマジェット、
(17)は冷却ガス噴出口、(18)は冷却ガス、(1
9)は基板、(20)は高圧相BN膜、(21)は高周
波電源、(22)はアーク、(23)は非平衡プラズマ
、(24)はトーチノズルである。
FIG. 2 is a principle diagram of high-pressure phase BN synthesis by RF plasma jet CVD method using gas cooling according to the present invention. (1
3) is a high frequency coil, (14) is a water-cooled plasma tube, (15) is a discharge gas, (16) is a plasma jet,
(17) is a cooling gas outlet, (18) is a cooling gas, (1
9) is a substrate, (20) is a high-pressure phase BN film, (21) is a high frequency power source, (22) is an arc, (23) is a non-equilibrium plasma, and (24) is a torch nozzle.

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス(15)を水冷プ
ラズマチューブ(14)に流し高周波誘導によりアーク
放電(22)をおこすことにより、放電ガスは急激に加
熱され、水冷プラズマチューブ(4)内で5000°C
以上の熱プラズマとなる。この際、急激な温度上昇によ
る体積膨張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェ
ット(16)となり、トーチノズル(24)から噴出す
る。
By flowing a discharge gas (15) consisting of hydrogen gas and raw material gas into a water-cooled plasma tube (14) and causing an arc discharge (22) by high-frequency induction, the discharge gas is rapidly heated and heated inside the water-cooled plasma tube (4). 5000°C
It becomes a thermal plasma. At this time, the thermal plasma becomes a supersonic plasma jet (16) due to volume expansion due to the rapid temperature rise, and is ejected from the torch nozzle (24).

このプラズマジェットに冷却ガス(18)として水素ガ
スを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより、熱プ
ラズマを急冷させ、非平衡プラズマ(23)を発生させ
る。この非平衡プラズマ中に基板(19)を置くと、そ
の表面に高圧相BN膜(20)が成長する。
By forcefully blowing hydrogen gas as a cooling gas (18) into this plasma jet and forcibly mixing it, the thermal plasma is rapidly cooled and a non-equilibrium plasma (23) is generated. When a substrate (19) is placed in this nonequilibrium plasma, a high-pressure phase BN film (20) grows on its surface.

このように本発明では、これまでのRFプラズマジェッ
トCVD法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラズ
マを急冷できるため、基板に対する制約がなく、どのよ
うな基板上にでも高圧相BNを高速に成長させることが
できる。
As described above, in the present invention, compared to the conventional RF plasma jet CVD method, the thermal plasma can be rapidly cooled completely independent of the substrate, so there is no restriction on the substrate, and high-pressure phase BN can be grown at high speed on any substrate. can be done.

第3図は、本発明のガス冷却を用いた光プラズマトーチ
)CVD法での高圧相BN合成の原理図である。(25
)は大出力レーザー、(26)はレーザービーム、 (
27)は集光レンズ、(28)は放電ガス、 (29)
はノズル冷却水、(30)は水冷トーチノズル、(31
)はプラズマジェット、(32)は冷却ガス、(33)
は冷却ガス噴出口、(34)は集光コーン、(35)は
非平衡プラズマ、 (36)は基板、(37)は高圧相
BN膜、(38)はアークである。
FIG. 3 is a diagram showing the principle of high-pressure phase BN synthesis by the photoplasma torch (CVD) method using gas cooling according to the present invention. (25
) is a high-power laser, (26) is a laser beam, (
27) is a condensing lens, (28) is a discharge gas, (29)
is nozzle cooling water, (30) is water-cooled torch nozzle, (31
) is plasma jet, (32) is cooling gas, (33)
(34) is a condensing cone, (35) is a non-equilibrium plasma, (36) is a substrate, (37) is a high pressure phase BN film, and (38) is an arc.

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス(28)を集光コ
ーン(34)内に流し、集光されたレーザービーム(2
6)をあて、トーチノズル付近で光アーク放電をおこす
と、放電ガスは急激に加熱され、5000°C以上の熱
プラズマとなる。この際、急激な温度上昇による体積膨
張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェット(3
1)となり、ノズル(30)から噴出する。
A discharge gas (28) consisting of hydrogen gas and source gas is flowed into a condensing cone (34), and a focused laser beam (2
6) to cause a light arc discharge near the torch nozzle, the discharge gas is rapidly heated and becomes thermal plasma at a temperature of 5000°C or more. At this time, due to the volume expansion caused by the rapid temperature rise, the thermal plasma becomes a supersonic plasma jet (3
1) and is ejected from the nozzle (30).

このプラズマジェットに冷却ガス(32)として水素ガ
スを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより、熱プ
ラズマを象、冷させ、非平衡プラズマ(35)を発生さ
せる。この非平衡プラズマ中に基板(36)を置くと、
その表面に高圧相BN膜(37)が成長する。
By forcefully blowing hydrogen gas as a cooling gas (32) into this plasma jet and forcibly mixing it, the thermal plasma is cooled and a non-equilibrium plasma (35) is generated. When the substrate (36) is placed in this nonequilibrium plasma,
A high-pressure phase BN film (37) grows on its surface.

このように本発明では、これまでの光プラズマジェット
CVD法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラズマ
を象、冷できるため、基板に対する制約がな(、どのよ
うな基板上にでも高圧相BNを高速に成長させることが
できる。
As described above, in the present invention, compared to the conventional optical plasma jet CVD method, thermal plasma can be generated and cooled completely independently of the substrate, so there are no restrictions on the substrate (high-pressure phase BN can be deposited on any substrate). Can be grown quickly.

〔実施例I〕[Example I]

第4図は本発明を実施するガス冷却DCプラズマジェッ
トCVD法による高圧相BNの気相合成装置を示す図で
、(39)はプラズマトーチ、(40)は放電ガス供給
管、(41)はアーク電源、(42)はトーチ用冷却水
配管、(43)は基板ホルダ、(44)は基板、(45
)は真空チャンバ、(46)は排気系、(47)はトー
チマニュプレーク、(48)はmff1計、(49)は
ガスボンベ、(50)は冷却ガス噴出口、(51)は基
板マニュプレークである。
FIG. 4 shows a high-pressure BN vapor phase synthesis apparatus using the gas-cooled DC plasma jet CVD method according to the present invention, in which (39) is a plasma torch, (40) is a discharge gas supply pipe, and (41) is a Arc power supply, (42) is cooling water pipe for torch, (43) is board holder, (44) is board, (45)
) is the vacuum chamber, (46) is the exhaust system, (47) is the torch manipulae, (48) is the mff1 meter, (49) is the gas cylinder, (50) is the cooling gas outlet, and (51) is the substrate manipulae. be.

プラズマトーチ(39)は陽極、陰極ともに、2重量%
酸化イツトリウム添加タングステン製で水冷構造となっ
ている。プラズマトーチ39および基板ホルダ40は、
それぞれマニュプレータ47.51により、位置と向き
をコントロールできるため、大面積の基板や複雑な表面
形状の被処理物の上にも均一に高圧相BN膜を成長させ
ることができる。また、第4図には示していないが、基
板ホルダ43は基板温度を制御するために基板加熱用ヒ
ータや水冷機構が取りつけられても良い。
Both the anode and cathode of the plasma torch (39) are 2% by weight.
It is made of tungsten with yttrium oxide and has a water-cooled structure. The plasma torch 39 and the substrate holder 40 are
Since the position and orientation can be controlled by the manipulators 47 and 51, it is possible to uniformly grow a high-pressure phase BN film even on a large-area substrate or a workpiece with a complicated surface shape. Further, although not shown in FIG. 4, the substrate holder 43 may be equipped with a heater for heating the substrate or a water cooling mechanism in order to control the temperature of the substrate.

〔実施例1−11 基板8として5 x 5 x 0.2 +nraのSi
ウェハを用い、真空チャンバ19内を2 Xl0−3T
orrまで排気後、放電ガスとして水素を1kg/c這
の圧力で201/l1in。
[Example 1-11 As the substrate 8, 5 x 5 x 0.2 +nra Si
Using a wafer, the inside of the vacuum chamber 19 is heated to 2Xl0-3T.
After exhausting to orr, hydrogen was used as a discharge gas at a pressure of 1 kg/cm at 201/l1in.

B 、 II 、を1 kg / c+aの圧力で80
mff1/winの流量で流し、冷却ガスとして水素を
1 kg / c艷の圧力で20f/+++in、アン
モニアNH,を1kg/a11の圧力で200111f
fi/min、真空チャンバ内の圧力を200Torr
に保持した。冷却ガスは、トーチノズルの3M下に設置
した4本の冷却ガス噴出口からプラズマジェットにむけ
て噴出させた。定電流アーク電源より、IOAの電流を
トーチに流し、電圧が一定になるまで約5分間保持した
。この時の電圧は65Vであった。基板をゆっくりトー
チに近づけ、ノズル−基板間距離を511II!+で固
定し、この状態で10分間製膜を行った。
B, II, at a pressure of 1 kg/c+a 80
Flow at a flow rate of mff1/win, hydrogen as a cooling gas at a pressure of 1 kg/c barge at 20f/+++in, ammonia NH, at a pressure of 1kg/a11 at a pressure of 200111f.
fi/min, the pressure inside the vacuum chamber is 200 Torr.
was held at The cooling gas was ejected toward the plasma jet from four cooling gas ejection ports installed below 3M of the torch nozzle. A current of IOA was applied to the torch from a constant current arc power source and maintained for about 5 minutes until the voltage became constant. The voltage at this time was 65V. Slowly bring the board closer to the torch and set the distance between the nozzle and the board to 511II! It was fixed at +, and film formation was performed in this state for 10 minutes.

そしてできた高圧相BNを走査電子顕微鏡(SEM)、
X線回折、硬度測定により評価した。
The resulting high-pressure phase BN was then examined using a scanning electron microscope (SEM).
Evaluation was made by X-ray diffraction and hardness measurement.

できた高圧相BN膜は厚さ10μmであり、60μm/
hの極めて高い製膜速度で高圧相BNが合成できた。X
線回折の結果では、c−BNとw−BNのみのピークが
検出されており、h−BNのヒータはまったく検出され
なかった。またビッカース硬度は荷重500gで約40
00kg/c+flであり、高圧法により合成されたc
−BNと同等の値であった。
The resulting high-pressure phase BN film has a thickness of 10 μm and a thickness of 60 μm/
High-pressure phase BN could be synthesized at an extremely high film forming rate of h. X
In the line diffraction results, peaks of only c-BN and w-BN were detected, and no heater of h-BN was detected at all. Also, the Vickers hardness is approximately 40 at a load of 500g.
00kg/c+fl, c synthesized by high pressure method
-The value was equivalent to BN.

以上の結果より、合成された高圧相BNは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は60μm 
/ hにも達していることがわかる。
From the above results, it can be seen that the synthesized high-pressure phase BN is a high-quality polycrystalline film. In addition, the film forming speed is 60 μm
/ h.

(実施例1−2)c−BNの合成 放電ガスとして水素を1 kg / c+Mの圧力で2
01/min 、、B、Il、をl kg / afl
の圧力で100−/min、冷却ガスとして水素を1k
g/crMの圧力で2042/min、NH,を1 k
g / CTIIの圧力で1ffi/min流し他の条
件は実施例1と同様にしてBNの合成を行ったところ、
ウルツ鉱型BN(w−BN)を含む厚さ約15μmのc
−BNの膜が形成された。この膜はX−線回折ではグラ
ファイト構造のh−BNは、まったく検出されなかった
(Example 1-2) Synthesis of c-BN Hydrogen was used as a discharge gas at a pressure of 1 kg/c+M.
01/min,,B,Il,l kg/afl
100-/min at a pressure of 1k of hydrogen as a cooling gas.
2042/min, NH, 1k at a pressure of g/crM
When BN was synthesized under the same conditions as in Example 1, except for the flow rate of 1ffi/min at a pressure of g/CTII,
approximately 15 μm thick c containing wurtzite BN (w-BN)
- A film of BN was formed. No h-BN having a graphite structure was detected in this film by X-ray diffraction.

上記実施例で、熱プラズマを急冷させ、ラジカルの濃度
が高く活性な非平衡プラズマを生成せしめる手段として
、熱プラズマジェットに4本の冷却ガス噴出口からプラ
ズマにむけて冷却ガスを吹付ける例を挙げたが、プラズ
マジェットの軸中心に向け、円周方向から冷却ガスを噴
出してもよい。
In the above embodiment, as a means to rapidly cool the thermal plasma and generate an active non-equilibrium plasma with a high concentration of radicals, an example is given in which cooling gas is blown onto the plasma from four cooling gas outlets in the thermal plasma jet. Although mentioned above, the cooling gas may be ejected from the circumferential direction toward the axial center of the plasma jet.

なお温度分布、あるいはラジカル温度に分布を持たせた
いような場合プラズマジェットに対し一方向からのみ冷
却ガスを噴出させてもよい。
Note that when it is desired to have a temperature distribution or a distribution in radical temperature, the cooling gas may be ejected from only one direction to the plasma jet.

〔実施例■) 第5図は本発明を実施するガス冷却RFプラズマジェッ
トCvD法による高圧相BHの合成装置の模式図で、(
52)はプラズマトーチ、(53)は放電ガス供給管、
(54)は高周波電源(55)は、トーチ用冷却水配管
、(56)は基板ホルダ、(57)は基板、(58)は
真空チャンバ、(59)は排気系、(60)はトーチマ
ニュプレーク、(61)は流量計、(62)はガスボン
ベ、(63)は冷却ガス噴出口、(64)は基板マニュ
プレークである。
[Example ■] Figure 5 is a schematic diagram of a high-pressure phase BH synthesis apparatus by the gas-cooled RF plasma jet CvD method in which the present invention is implemented.
52) is a plasma torch, (53) is a discharge gas supply pipe,
(54) is a high frequency power supply (55) is a cooling water pipe for the torch, (56) is a substrate holder, (57) is a substrate, (58) is a vacuum chamber, (59) is an exhaust system, and (60) is a torch manu- facture. The plate (61) is a flow meter, (62) is a gas cylinder, (63) is a cooling gas outlet, and (64) is a substrate manipulator plate.

プラズマトーチ(52)は水冷石英製のプラズマチュー
ブに水冷銅パイプの高周波コイルをまいた構造となって
いる。プラズマトーチおよび基板ホルダは、それぞれマ
ニュプレークにより、位置と向きをコントロールできる
ため、大面積の基板や複雑な表面形状の被処理物の上に
も均一にBNlilを成長させることができる。また、
本模式図には示していないが、基板温度を制御するため
に基板加熱用ヒータ水冷機構が取りつけられても良い。
The plasma torch (52) has a structure in which a high-frequency coil of water-cooled copper pipe is wound around a water-cooled quartz plasma tube. Since the positions and orientations of the plasma torch and substrate holder can be controlled by manipulating, it is possible to uniformly grow BNlil even on a large-area substrate or a workpiece with a complex surface shape. Also,
Although not shown in this schematic diagram, a heater water cooling mechanism for heating the substrate may be attached to control the substrate temperature.

〔実施例■−1〕 基)反として5X5X0.2mmのSiウェハを用い、
チャンバ内を2 X 10−3Torrまで排気後、放
電ガスとして水素を1kg/c++1の圧力で101/
min 、、B2t16を1 kg / a+1の圧力
で50++fl/min %冷却ガスとして水素を1k
g/aaの圧力で101/min 、 NO3を1 k
g/crAの圧力で90mfl/min流した。冷却ガ
スは、トーチノズルの3M下に設置した4木の噴出口か
らプラズマジェットにむけて噴出された。高周波電源よ
り周波数27.12ML 、1 kWの高周波出力を高
周波コイルに印加し、プラズマジェットを発生させた。
[Example ■-1] Base) Using a 5 x 5 x 0.2 mm Si wafer as a substrate,
After evacuating the chamber to 2 X 10-3 Torr, hydrogen was evacuated as a discharge gas at a pressure of 1 kg/c++1.
min,, B2t16 at a pressure of 1 kg/a+1 and 50++ fl/min% hydrogen as a cooling gas for 1k
101/min at a pressure of g/aa, 1 k of NO3
The flow rate was 90 mfl/min at a pressure of g/crA. Cooling gas was ejected toward the plasma jet from a four-piece nozzle installed below 3M of the torch nozzle. A high frequency power of 27.12 ML and 1 kW was applied to the high frequency coil from a high frequency power source to generate a plasma jet.

次に、基板をゆっくりトーチに近すけ、ノズル−基板間
距離を5mmで固定し、この状態で10分間製膜を行っ
た。そしてできた高圧相BNを走査電子顕微鏡(SEM
) 、X線回折、硬度測定により評価した。
Next, the substrate was slowly brought closer to the torch, the distance between the nozzle and the substrate was fixed at 5 mm, and film formation was performed for 10 minutes in this state. The resulting high-pressure phase BN was then examined using a scanning electron microscope (SEM).
), X-ray diffraction, and hardness measurement.

合成された高圧相BN膜は約10μmであり、X線回折
では、c−BNとw−BNのみのピークが検出され、h
−BNは検出されなかった。また、ビッカース硬度は荷
重500gで約4000kg/C艷と、高圧法で合成さ
れたc−BNと同等の値であった。
The synthesized high-pressure phase BN film has a thickness of about 10 μm, and in X-ray diffraction, peaks of only c-BN and w-BN were detected, and h
-BN was not detected. Further, the Vickers hardness was approximately 4000 kg/C at a load of 500 g, which is a value equivalent to that of c-BN synthesized by the high-pressure method.

以上の結果より、合成された高圧相BNは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は60μm/
hにも達していることがわかる。
From the above results, it can be seen that the synthesized high-pressure phase BN is a high-quality polycrystalline film. In addition, the film forming speed is 60 μm/
It can be seen that it has reached h.

(実施例■〕 第6図は本発明を実施するガス冷却光プラズマジェット
CvD法による気相合成装置の模式図で、(65)はプ
ラズマトーチ、(66)は放電ガス供給管、(67)は
レーザー、(68)はトーチ用冷却水配管、(69)は
基板ホルダ、(70)は基板、(71)は真空チャンバ
、(72)は排気系、(73)はレーザービーム、(7
4)は流量計、(75)はガスボンベ、(76)は冷却
ガス噴出口、(77)は基板マニュプレークである。
(Example ■) Fig. 6 is a schematic diagram of a gas phase synthesis apparatus using the gas-cooled light plasma jet CvD method in which the present invention is implemented, (65) is a plasma torch, (66) is a discharge gas supply pipe, (67) is the laser, (68) is the cooling water pipe for the torch, (69) is the substrate holder, (70) is the substrate, (71) is the vacuum chamber, (72) is the exhaust system, (73) is the laser beam, (7
4) is a flow meter, (75) is a gas cylinder, (76) is a cooling gas outlet, and (77) is a substrate manipulator.

光源としては、発信周波数10,6μm、出力20kW
As a light source, the oscillation frequency is 10.6μm, and the output is 20kW.
.

ビーム径80mmのフロー型C(hレーザーを用い、集
光レンズは口径80鴫、fl、5のものを用いた。基板
ホルダはマニュプレータにより、位置と向きをコントロ
ールできるため、大面積の基板や複雑な表面形状の被処
理物の上にも均一に目的の物質を成長させることができ
る。また本模式図には示していないが、基板温度を制御
するための基板加熱用ヒータや水冷機構が取りつけられ
ても良い。
A flow type C (h laser) with a beam diameter of 80 mm was used, and the condensing lens had an aperture of 80 mm, fl, 5. The position and orientation of the substrate holder can be controlled by a manipulator, so it is possible to handle large-area substrates or complex substrates. The target substance can be grown uniformly even on the surface of the workpiece. Although not shown in this schematic diagram, a heater for heating the substrate and a water cooling mechanism are installed to control the substrate temperature. It's okay to be beaten.

〔実施例■−1〕 基板として5 X 5 X O,2mmのSiウェハを
用い、チャンバ内を2 X 10− ’Torrまで排
気後、放電ガスとして水素を1kg/c+aの圧力で1
01/min 、 B2H6を1kg/cJの圧力で5
0m1/ll1in、冷却ガスとして水素を1kg/c
+Ilの圧力で101/min 、 Nt13を1 k
g/cdの圧力で90戚/min?JLした。冷却ガス
は、トーチノズルの3mm下に設置した4本の噴出口か
らプラズマジェットにむけて噴出された。レーザー発信
器により、出力10kHのレーザービームを照射し光ア
ーク放電をおこし、プラズマジェットを発生させた。次
に、基板をゆっくりトーチに近すけ、ノズル−基板間距
離を511IITlで固定し、この状態で10分間製膜
を行った。そしてできた高圧相BNを走査電子顕微鏡(
SEM) 、X線回折、硬度測定により評価した。
[Example ■-1] Using a 5 x 5 x O, 2 mm Si wafer as the substrate, the chamber was evacuated to 2 x 10-' Torr, and then hydrogen was added as a discharge gas at a pressure of 1 kg/c+a.
01/min, B2H6 at a pressure of 1 kg/cJ
0m1/ll1in, hydrogen as cooling gas 1kg/c
+Il pressure 101/min, Nt13 1k
90 relatives/min at a pressure of g/cd? I did JL. Cooling gas was ejected toward the plasma jet from four ejection ports installed 3 mm below the torch nozzle. A laser beam with an output of 10 kHz was irradiated using a laser transmitter to cause a photoarc discharge and generate a plasma jet. Next, the substrate was slowly brought closer to the torch, the distance between the nozzle and the substrate was fixed at 511 IITl, and film formation was performed for 10 minutes in this state. The resulting high-pressure phase BN was then examined using a scanning electron microscope (
SEM), X-ray diffraction, and hardness measurement.

合成された高圧相BN膜は厚さ約10μmであり、X線
生活では、c−BNとw−BNのみのピークが検出され
、h−BNは検出されなかった。また、ビッカース硬度
は荷重500gで約4000/cfflと、高圧法で合
成されたc−B、Nと同等の値であった。
The synthesized high-pressure phase BN film had a thickness of about 10 μm, and in X-ray analysis, peaks of only c-BN and w-BN were detected, and h-BN was not detected. Further, the Vickers hardness was approximately 4000/cffl at a load of 500 g, which was a value equivalent to that of c-B and N synthesized by the high-pressure method.

以上の結果より、合成された高圧相BNは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は60μm/
hにも達していることがわかる。
From the above results, it can be seen that the synthesized high-pressure phase BN is a high-quality polycrystalline film. In addition, the film forming speed is 60 μm/
It can be seen that it has reached h.

[効 果] 本発明のガス冷却プラズマトーチ)CVD法によれば、
60μm/h程度の速い製膜速度で良質の高圧相BNを
、基板の冷却なしに形成させることができ、高圧相BN
コーティングの応用範囲を大幅に広げることができる。
[Effect] According to the gas-cooled plasma torch (CVD method) of the present invention,
High-quality high-pressure phase BN can be formed at a fast film-forming speed of about 60 μm/h without cooling the substrate.
The range of coating applications can be greatly expanded.

さらに、半導体用の高圧相BNヒートシンクや高圧相B
N回路基板の実現を大きく前進させることができた。
In addition, we also offer high-pressure phase BN heat sinks and high-pressure phase B heat sinks for semiconductors.
We were able to make great progress in realizing the N circuit board.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)、(b)及び(c)は本発明のDCプラズ
マ気相合成法の原理図であり、 第2図は本発明のRFプラズマ気相合成法の原理図であ
り、 第3図は本発明の光プラズマ気相合成法の原理図であり
、 第4図は本発明のガス冷却DCプラズマジェット気相合
成装置を示す図面であり、 第5図は本発明のガス冷却RFプラズマ気相合成装置を
示す図面であり、 第6図は本発明の光プラズマ気相合成装置を示す図であ
る。 1・・・陰極、      2・・・陽極、3・・・放
電ガス、    4・・・トーチノズル、5・・・プラ
ズマジェット翫 6・・・冷却ガス噴出口、7・・・冷却ガス、訃・・基
板、     9・・・高圧相BN膜、10・・・アー
ク電源、  11・・・アーク、12・・・非平衡プラ
ズマ、13・・・高周波コイル、14・・・水冷プラズ
マチューブ、 15・・・放電ガス、   16・・・プラズマジェッ
ト、17・・・冷却ガス噴出口、18・・・冷却ガス、
19・・・基板、     20・・・高圧相BN膜、
21・・・高周波電源、  22・・・アーク、23・
・・非平衡プラズマ、24・・・トーチノズル、25・
・・大出力レーザー、26・・・レーザービーム、27
・・・集光レンズ、  28・・・放電ガス、29・・
・ノズル冷却水、 30・・・水冷トーチノズル、31
・・・プラズマジェット、 32・・・冷却ガス、   33・・・冷却ガス噴出口
、34・・・集光コーン、  35・・・非平衡プラズ
マ、36・・・基板、     37・・・高圧相BN
膜、38・・・アーク、     39・・・プラズマ
トーチ、40・・・放電ガス供給管、41・・・アーク
電源42・・・トーチ用冷却水配管、 43・・・基板ホルダ、  45・・・真空チャンバ、
46・・・排気系、 47・・・トーチマニュプレーク、 48・・・流量計、    49・・・ガス供給系、5
0・・・冷却ガス噴出口、51・・・基板マニュプレー
タ。 52・・・プラズマトーチ、53・・・放電ガス供給管
、54・・・高周波電源、  55・・・トーチ用冷却
水配管、56・・・基板ホルダ、  57・・・基板、
58・・・真空チャンバ、 59・・・排気系60・・
・トーチマニュプレータ、 61・・・流量計、    62・・・ガスボンベ、6
3・・・冷却ガス噴出口、64・・・基板マニュブレー
ク、65・・・プラズマトーチ、66・・・放電ガス供
給管、67・・・レーザー、   68・・・トーチ用
冷却水配管、69・・・基板ホルダ、  70・・・基
板、71・・・真空チャンバ、 72・・・排気系、7
3・・・レーザービーム、74・・・流量計、75・・
・ガスボンベ、  76・・・冷却ガス噴出口、77・
・・基板マニュプレーク 1・ 陰極 4・  ノズル 5 ・ノラズマノエ、ト ロ・ 冷却がス噴出ロ ア ・・冷却ガス 1o・ ・アーク電源 11・・・アーク 12 ・・非平衡プラズマ (b) (C) ご−÷ 1 回 ガス冷却光アークゾラズヤノエノトCVD法の原理図第
3図 25   レーザー 26  ・・ レーザービーム 27  ・集光レンズ 28・・・ 放電ガス 31・  プラズマノエノト 36・ ・被処理基根 37°  高圧相BN膜 38   アーク
1(a), (b), and (c) are diagrams of the principle of the DC plasma vapor phase synthesis method of the present invention; FIG. 2 is a diagram of the principle of the RF plasma vapor phase synthesis method of the present invention; 3 is a diagram showing the principle of the optical plasma vapor phase synthesis method of the present invention, FIG. 4 is a drawing showing the gas-cooled DC plasma jet vapor phase synthesis apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the gas-cooled RF synthesis apparatus of the present invention. 6 is a drawing showing a plasma vapor phase synthesis apparatus, and FIG. 6 is a drawing showing an optical plasma vapor synthesis apparatus of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Cathode, 2...Anode, 3...Discharge gas, 4...Torch nozzle, 5...Plasma jet rod 6...Cooling gas outlet, 7...Cooling gas, - Substrate, 9... High pressure phase BN film, 10... Arc power supply, 11... Arc, 12... Nonequilibrium plasma, 13... High frequency coil, 14... Water-cooled plasma tube, 15. ...discharge gas, 16...plasma jet, 17...cooling gas outlet, 18...cooling gas,
19...Substrate, 20...High pressure phase BN film,
21... High frequency power supply, 22... Arc, 23.
...Non-equilibrium plasma, 24...Torch nozzle, 25.
...High power laser, 26...Laser beam, 27
...Condensing lens, 28...Discharge gas, 29...
・Nozzle cooling water, 30...Water-cooled torch nozzle, 31
... Plasma jet, 32... Cooling gas, 33... Cooling gas outlet, 34... Condensing cone, 35... Non-equilibrium plasma, 36... Substrate, 37... High pressure phase B.N.
Film, 38... Arc, 39... Plasma torch, 40... Discharge gas supply pipe, 41... Arc power source 42... Cooling water piping for torch, 43... Substrate holder, 45...・Vacuum chamber,
46... Exhaust system, 47... Torch manipulator, 48... Flow meter, 49... Gas supply system, 5
0... Cooling gas outlet, 51... Board manipulator. 52... Plasma torch, 53... Discharge gas supply pipe, 54... High frequency power supply, 55... Cooling water piping for torch, 56... Substrate holder, 57... Substrate,
58... Vacuum chamber, 59... Exhaust system 60...
・Torch manipulator, 61...Flow meter, 62...Gas cylinder, 6
3... Cooling gas outlet, 64... Substrate manifold, 65... Plasma torch, 66... Discharge gas supply pipe, 67... Laser, 68... Cooling water piping for torch, 69 ...Substrate holder, 70...Substrate, 71...Vacuum chamber, 72...Exhaust system, 7
3... Laser beam, 74... Flow meter, 75...
・Gas cylinder, 76...Cooling gas outlet, 77・
・Substrate manipula 1・ Cathode 4・ Nozzle 5 ・Norazumanoe, Toro・ Cooling gas ejection lower ・・Cooling gas 1o ・・Arc power supply 11 ・・Arc 12 ・・Non-equilibrium plasma (b) (C) Go- ÷ 1 time gas cooling light arczolazuyanoenoto Principle diagram of CVD method Figure 3 25 Laser 26... Laser beam 27 ・Condensing lens 28... Discharge gas 31・ Plasma 36... ・Ground to be treated 37° High pressure phase BN film 38 Arc

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、熱プラズマ発生装置に、ガスを供給し、放電によっ
てこのガスをラジカル化して熱プラズマとし、生じた熱
プラズマをプラズマジェットとして、トーチ先端のノズ
ルから噴出させ、このプラズマジェットに冷却ガスを吹
きつけ、熱プラズマを急冷させ、プラズマジェットに供
給される気相成長用原料化合物であるほう素化合物ガス
及び窒素化合物ガスのラジカル化により生ずるラジカル
生成物を少なくとも含みラジカルの濃度が高く活性な非
平衡プラズマを生成し、この非平衡プラズマに基板を接
触させ、基板上に熱プラズマ化学気相成長(CVD)窒
化ほう素膜を気相成長させることを特徴とする高圧相窒
化ほう素の気相合成方法。 2、前記熱プラズマ発生装置として陽極及び陰極間の直
流アーク放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラ
ズマを生じさせるDCプラズマトーチを用いる請求項1
記載の方法。 3、前記熱プラズマ発生装置として高周波誘導によるア
ーク放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマ
を生じさせる装置を用いる請求項1記載の方法。 4、前記熱プラズマ発生装置として集光させた大出力レ
ーザービームによる光アーク放電により供給ガスをラジ
カル化して熱プラズマを生じさせる装置を用いる請求項
1記載の方法。 5、前記放電ガスもしくは前記冷却ガスまたはその両方
に水素を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法
。 6、前記気相成長用原料化合物の原料ガスを前記放電ガ
スまたは前記冷却ガスとしてプラズマジェット中に供給
する請求項1〜4項のいずれか1項に記載の方法。 7、前記ほう素化合物ガスがほう化水素である請求項6
記載の方法。 8、上記窒素化合物ガスがアンモニアである請求項6記
載の方法。 9、Ar、He等の不活性ガス及びO_2、H_2O、
H_2O_2等の酸化性ガスの少なくとも1種を放電ガ
スもしくは冷却ガスまたはその両方に混合させる請求項
1〜4のいずれか1項に記載の方法。 10、熱プラズマ発生装置の電極間に、水素および気体
の原料化合物を含むガスを供給する請求項2に記載の方
法。 11、陽極および陰極を有する熱プラズマ発生装置の電
極間に、水素を含むガスを供給し、電極間から噴出する
熱プラズマジェットに気体の原料化合物を含むガスを供
給する請求項2に記載の方法。 12、炭素電極または希土類元素酸化物を含むタングス
テン電極を陽極及び陰極材として、直流アーク放電させ
る請求項2に記載の方法。 13、熱プラズマジェット噴出用ノズルを開口し、放電
ガス導入管より供給されたガスを放電によって熱プラズ
マとし、生じた熱プラズマをプラズマジェットとして該
ノズルから噴出させるプラズマトーチと、 該プラズマジェットへ気体のほう素化合物及び窒素化合
物を気相成長用原料化合物として供給する原料ガス供給
系と、 該プラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
原料化合物のラジカル化により生ずるラジカル生成物を
少なくとも含み、ラジカルの濃度が高く活性な非平衡プ
ラズマを生成せしめる該プラズマトーチの該ノズルに近
接して配置された冷却ガス噴出口を有する冷却ガス供給
系を含む非平衡プラズマ生成手段と、 上記非平衡プラズマ中に基板を支持し、該基板上に熱プ
ラズマ化学気相成長(CVD)窒化ほう素膜を気相成長
させる基板支持機構とを有することを特徴とする高圧相
窒化ほう素の気相合成装置。
[Claims] 1. Gas is supplied to a thermal plasma generator, the gas is radicalized by electric discharge to form thermal plasma, and the generated thermal plasma is ejected from a nozzle at the tip of a torch as a plasma jet. Cooling gas is blown onto the jet to rapidly cool the thermal plasma to reduce the concentration of radicals, including at least radical products generated by radicalization of boron compound gas and nitrogen compound gas, which are raw material compounds for vapor phase growth supplied to the plasma jet. High-pressure phase nitriding is characterized by generating a highly active nonequilibrium plasma, bringing a substrate into contact with this nonequilibrium plasma, and growing a boron nitride film on the substrate by thermal plasma chemical vapor deposition (CVD). A method for vapor phase synthesis of boron. 2. Claim 1 in which the thermal plasma generator is a DC plasma torch that radicalizes the supplied gas and generates thermal plasma by direct current arc discharge between an anode and a cathode.
Method described. 3. The method according to claim 1, wherein the thermal plasma generating device is a device that generates thermal plasma by radicalizing the supplied gas by arc discharge using high-frequency induction. 4. The method according to claim 1, wherein the thermal plasma generating device is a device that generates thermal plasma by radicalizing the supplied gas by optical arc discharge using a focused high-power laser beam. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge gas or the cooling gas or both contain hydrogen. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material gas for the raw material compound for vapor phase growth is supplied into the plasma jet as the discharge gas or the cooling gas. 7. Claim 6, wherein the boron compound gas is hydrogen boride.
Method described. 8. The method according to claim 6, wherein the nitrogen compound gas is ammonia. 9. Inert gas such as Ar, He and O_2, H_2O,
5. The method according to claim 1, wherein at least one oxidizing gas such as H_2O_2 is mixed into the discharge gas or the cooling gas or both. 10. The method according to claim 2, wherein a gas containing hydrogen and a gaseous raw material compound is supplied between the electrodes of the thermal plasma generator. 11. The method according to claim 2, wherein a gas containing hydrogen is supplied between the electrodes of a thermal plasma generator having an anode and a cathode, and the gas containing a gaseous raw material compound is supplied to the thermal plasma jet ejected from between the electrodes. . 12. The method according to claim 2, wherein DC arc discharge is performed using a carbon electrode or a tungsten electrode containing a rare earth element oxide as anode and cathode materials. 13. A plasma torch that opens a thermal plasma jet ejection nozzle, turns gas supplied from a discharge gas introduction tube into thermal plasma by discharge, and ejects the generated thermal plasma from the nozzle as a plasma jet; a raw material gas supply system that supplies boron compounds and nitrogen compounds as raw material compounds for vapor phase growth; A cooling gas supply system having a cooling gas outlet disposed close to the nozzle of the plasma torch, which generates an active non-equilibrium plasma with a high radical concentration and containing at least radical products generated by radicalization of a compound. and a substrate support mechanism for supporting a substrate in the non-equilibrium plasma and growing a thermal plasma chemical vapor deposition (CVD) boron nitride film on the substrate in vapor phase. This is a high-pressure boron nitride vapor phase synthesis device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02250969A (en) * 1989-03-24 1990-10-08 Yukio Ichinose Production of boron nitride
JP2009533872A (en) * 2006-04-14 2009-09-17 シリカ テック リミテッド ライアビリティ カンパニー Plasma deposition apparatus and method for manufacturing solar cells
JP2012506134A (en) * 2008-10-15 2012-03-08 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー EUV lithographic apparatus and method for processing optical elements
JP2016180158A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 一般財団法人ファインセラミックスセンター Film formation method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02250969A (en) * 1989-03-24 1990-10-08 Yukio Ichinose Production of boron nitride
JP2009533872A (en) * 2006-04-14 2009-09-17 シリカ テック リミテッド ライアビリティ カンパニー Plasma deposition apparatus and method for manufacturing solar cells
JP2012138611A (en) * 2006-04-14 2012-07-19 Silica Tech Llc Plasma deposition apparatus and method for manufacturing solar cells
JP2012506134A (en) * 2008-10-15 2012-03-08 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー EUV lithographic apparatus and method for processing optical elements
JP2016180158A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 一般財団法人ファインセラミックスセンター Film formation method

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