JPH04354115A - 立方晶窒化ホウ素基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイオ−ド、トランジ
スタ、センサ等の各種半導体デバイス、絶縁膜、あるい
は超硬工具材料として有用な立方晶窒化ホウ素を成長さ
せるための基板に関する。特に大量にしかも安価に半導
体デバイスや超硬工具材料等を生産する上で有利な、面
積が大きく表面が平滑な、立方晶窒化ホウ素を成長させ
るための基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化ホウ素（ＢＮ）は窒素Ｎとホウ素Ｂ
の化合物である。立方晶窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、六方
晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）、乱層構造窒化ホウ素（ｔ−
ＢＮ）、アモルファス窒化ホウ素（ａ−ＢＮ）などの構
造体がある。ｈ−ＢＮはＢとＮとよりなる六角形の平面
構造がｃ軸方向に多層積層された構造である。ｔ−ＢＮ
はｈ−ＢＮがさらに乱れた構造のものである。ｃ−ＢＮ
は閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）型の結晶構造をとる立方晶系（ｃ
ｕｂｉｃ）の物質である。すなわち立方体の隅部と面心
位置に一方の元素があり、一方の元素から１／４、１／
４、１／４ずれた位置に他方の元素がある。

【０００３】ＢＮは炭素（Ｃ）に似た物質である。炭素
も、グラファイト、ダイヤモンド、アモルファス炭素（
ａ−ｃ）などの異なる構造体を持つ。大ざっぱに言えば
、ｈ−ＢＮがグラファイトに、ａ−ＢＮがアモルファス
炭素に、ｃ−ＢＮがダイヤモンドに対応する。物性も炭
素の対応物に似ている。ダイヤモンドが作りにくいのと
同様、ｃ−ＢＮはこれらの構造体の中でもひときわ作り
難い。しかし反面ｃ−ＢＮは極めて優れた性質を持つ物
質である。下記に述べるようにｃ−ＢＮは幅広い応用が
期待できる材料として強い期待が寄せられている。

【０００４】ｃ−ＢＮはｐ型、ｎ型ともにド−ピング可
能なワイドギャップ半導体として有望である。具体的に
はその優れた耐熱性、高い絶縁破壊強度、高い熱伝導率
を活かした耐環境デバイス、パワーデバイス、あるいは
紫外〜青色発光デバイス材料として期待されている。ｐ
型にするには、Ｂｅなどのド−パントをド−プする。ｎ
型にするには、ＳｉやＳなどのド−パントをド−プすれ
ばよい。バンドギャップが広いので温度変化によるキャ
リヤ密度の変化が少なく、比較的高温まで真性領域に入
らない。ド−ピングを行わない場合には、ｃ−ＢＮは絶
縁性、熱伝導性に優れた絶縁膜となる。これは半導体デ
バイスの層間絶縁膜などへの応用が注目されている。

【０００５】またｃ−ＢＮはダイヤモンドに並ぶ高い硬
度を有し工具材料としても極めて有望である。ダイヤモ
ンドは鉄と合金を作るので鉄の切削には使えないから、
鉄系材料の加工にはｃ−ＢＮ工具が最適である。しかし
、工具として実用化されているのは高圧合成ｃ−ＢＮの
焼結体である。これらの用途に対しては焼結体でもよい
のであるが、半導体デバイス用としては単結晶のｃ−Ｂ
Ｎでなければ役に立たない。現在、ｃ−ＢＮ単結晶は高
圧合成法によってのみ得られる。これは薄膜ではなくバ
ルク単結晶を作る方法である。ブリッジマン法やチョク
ラルスキー法のような通常よく使われる単結晶成長法は
適用できない。これはＢＮ材料を高圧高温で立方晶にす
るものである。

【０００６】ド−ピングを行ったｃ−ＢＮのバルク単結
晶でｐｎ接合ダイオ−ドを試作し、５００℃以上の高温
でも整流性を示し、順バイアス時に紫外〜可視光の発光
が得られたという報告もなされている。しかしこれは再
現性に乏しいし、コストの点で実用的でない。高圧合成
法では、未だ大きいバルク結晶はできず、直径数ｍｍ程
のものしかできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】既に述べたように、現
在ｃ−ＢＮ単結晶を作る方法は高圧合成法しかない。こ
れで作ったｃ−ＢＮ単結晶は直径が僅か数ｍｍ程度の粒
状結晶である。現在のところ大きい単結晶のｃ−ＢＮ基
板を得ることはできない。大きい単結晶基板が得られな
ければ、Ｓｉ半導体のように、ウエハプロセスによって
同一の半導体を数多く一挙に製作するということができ
ない。それでは生産性が悪く品質が一定しないので実用
的な半導体デバイスを作る事ができない。実用化のため
には大面積の基板が不可欠である。

【０００８】単に面積が小さいというだけでなく、高圧
合成法は高価な高圧発生装置を必要とする。このため合
成した単結晶の価格が極めて高くなってしまう。これも
従来技術の重大な欠陥である。ｃ−ＢＮ単結晶の幅広い
応用を考えるとき、大きな面積の、平滑なｃ−ＢＮ基板
を、安価に形成することができるのでなければならない
。

【０００９】以上はバルクのｃ−ＢＮの事である。ｃ−
ＢＮを成長させる基板であるから、ｃ−ＢＮを基板とす
るのが最も良い。しかしバルクのｃ−ＢＮができないの
で、ｃ−ＢＮ以外の物質を基板として、この上にｃ−Ｂ
Ｎの単結晶薄膜を形成するという事が次善の策として考
えられよう。

【００１０】従来から熱ＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法や、Ｉ
ＶＤ法（イオン蒸着：Ｉｏｎ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンプレーティング法、活性化反
応性蒸着法、スパッタ法などのＰＶＤ法によってなんら
かの基板の上にｃ−ＢＮ単結晶薄膜を成長するという事
が試みられてきた。

【００１１】既に、ＳｉやＮａＣｌなどの単結晶基板上
にｃ−ＢＮ薄膜が形成できたという多くの報告がなされ
ている。しかしこれらは全体がｃ−ＢＮであるのではな
いし、いわんや全体が単結晶になっているのではない。 このような単結晶Ｓｉ、単結晶ＮａＣｌ基板の上にＣＶ
Ｄ法、ＰＶＤ法で成長させたものは、現在のところたか
だか直径数１００Åの微結晶ｃ−ＢＮからなる多結晶薄
膜にすぎない。現在なお大きな面積の平滑な単結晶薄膜
がＣＶＤ法、ＰＶＤ法によっても得られていない。しか
し、半導体素子を形成するための半導体材料であるため
には良好な単結晶、もしくは単結晶層であることが必要
である。特に半導体素子の特性向上のためには結晶欠陥
の少ない単結晶が不可欠である。

【００１２】ところが、単結晶バルクｃ−ＢＮは現在の
ところ高圧合成法で小さいものができるだけである。薄
膜単結晶ｃ−ＢＮは未だにできない。このため大面積の
ｃ−ＢＮ単結晶基板というものは未だに存在しない。ど
うしてＳｉ、ＮａＣｌ単結晶の上にｃ−ＢＮ単結晶が成
長しないのかというと、これは格子定数の違いが大きす
ぎるためである。ｃ−ＢＮは閃亜鉛鉱型の結晶構造で格
子定数が３．６１５Åである。Ｓｉはダイヤモンド型の
結晶構造で、ｃ−ＢＮとよく似ている。しかしＳｉの格
子定数は５．４３０１Åであって、格子定数が１．８Å
も違う。このため格子不整合が大きい。このような理由
でＳｉ単結晶の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長させ
単結晶薄膜を得るということができない。

【００１３】ＮａＣｌはＮａＣｌ型の結晶構造を持ちｃ
−ＢＮとは全く違う。しかも格子定数が５．６２Åで、
ｃ−ＢＮの３．６１５Åと大きく異なっている。このた
めＮａＣｌ単結晶とｃ−ＢＮとは格子不整合が大きすぎ
て、ＮａＣｌ基板の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長
させることができないのである。このような難点を解決
し、大面積の平滑なｃ−ＢＮ基板もしくは単結晶ｃ−Ｂ
Ｎ基板を大量かつ安価に提供する事が本発明の目的であ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のｃ−ＢＮ基板は
、Ｎｉ基板と、Ｎｉ基板上に形成されたｃ−ＢＮ層とよ
りなる。本発明に於いて使用するＮｉ基板は引き上げ法
など公知の結晶成長法により製造したＮｉインゴットか
ら薄く切り出したものを使うことができる。多結晶であ
ればできるだけＮｉ結晶粒径の大きなものが望ましい。 できれば単結晶Ｎｉであることが望ましい。通常に用い
られるＮｉ板やＮｉ塊は溶融Ｎｉを冷却したものである
から粒径の小さい多結晶である。こういうものではだめ
で、単結晶Ｎｉが最も良い。これは引き上げ法（チョク
ラルスキー法）などにより、高純度のＮｉ材料から成長
させることができる。多結晶の場合でも粒径の大きいも
のである事が要求される。

【００１５】Ｎｉ基板の上に形成するｃ−ＢＮは、前述
したような公知のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐ
ｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によ
って形成できる。このｃ−ＢＮは単結晶である事がもち
ろん望ましい。しかしｃ−ＢＮは多結晶になる事もある
。この場合に於いても表面粗さが１０００Å程度か又は
それ以下である事が要求される。

【００１６】

【作用】ｃ−ＢＮは閃亜鉛鉱型の結晶構造で格子定数は
３．６１５Åである。ＳｉやＮａＣｌなど格子定数がｃ
−ＢＮのそれと大きく異なるものを基板とせず、本発明
ではＮｉを基板とする。Ｎｉの格子定数は３．５２３８
Åであり、ｃ−ＢＮの格子定数３．６１５Åに近い。結
晶構造も面心立方型で、ｃ−ＢＮの構造に近い。そこで
Ｎｉの上にｃ−ＢＮを成長させると平滑なｃ−ＢＮが得
られるものと考えられる。

【００１７】もしもＮｉが単結晶であれば、この上に成
長するｃ−ＢＮも単結晶になる確率が高い。また単結晶
にならないとしても、平滑なｃ−ＢＮが得られる。本発
明は半導体用途や工具用途として有用な基板を作るのが
目的であるので、平面が平滑だという事は重要である。 本発明でいう平滑なｃ−ＢＮ層とは、その表面粗さが表
面粗さ計による測定でＲｍａｘ　が１０００Å程度以下
のものである。このような平滑なｃ−ＢＮ層は、単結晶
であるか、双晶を含む単結晶であるか、あるいは粒径が
数μｍ以上の多結晶からなる多結晶であると考えられる
。この中ではもちろん双晶を含まない単結晶であるのが
望ましい。図１に本発明の基板の概略構造を示す。

【００１８】ここでｃ−ＢＮ層としてはノンド−プ層で
あってもよい。この上にさらにｐ型、ｎ型のｃ−ＢＮ層
をエピタキシャル成長して所望の活性層を作ればよいの
である。ノンド−プ層であれば、これは絶縁体であるの
で素子間分離がそれによってなされる。しかしノンド−
プ層に限定されるわけではない。Ｎｉ層の上に形成する
ｃ−ＢＮ層は、ＳｉやＳをド−プしたｎ型半導体とする
こともできる。あるいはＢｅをド−プしたｐ型半導体と
してもよい。そうすれば基板の一部を半導体デバイスの
能動層の一部として利用する事ができる。

【００１９】以上に説明したものは２層構造の基板であ
るが、ノンド−プｃ−ＢＮをＮｉの上に形成し、さらに
その上にｐ型又はｎ型不純物をド−ピングしたｃ−ＢＮ
層を積層した３層構造としてもよい。図２にこれを示す
。さらに下地基板であるＮｉをエッチング又は研磨によ
って除去することにより、ｃ−ＢＮのみからなる自立膜
とすることもできる。図３にこれを示す。Ｎｉ層の上に
形成するｃ−ＢＮ層の膜厚は厚すぎると熱膨張係数の差
によって基板の反りが生ずるので１０μｍ以下が望まし
い。しかし前述のようにＮｉ層をエッチング除去して、
ｃ−ＢＮの自立膜とする場合は、膜厚を１０μｍ以上に
してもよい。

【００２０】

【実施例】

〔実施例１〕図４に示す平行平板高周波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、本発明のｃ−ＢＮ用の基板を作製した。 プラズマＣＶＤ装置は、真空に引くことのできる反応室
２の中に、基板３を取り付けた基板ホルダ４と、下部電
極５とを上下に対向して設置したものである。基板ホル
ダは上部電極として機能する。これは直流電源６によっ
て直流バイアスを与えることができる。基板ホルダ４の
中にはヒ−タ７があって、基板３を適当な温度に加熱で
きるようにしている。

【００２１】下部電極５には高周波電源発振器８によっ
て高周波電圧が印加される。下部電極５は空洞となって
いて上面には多数の穴が穿孔される。ガス導入口９は下
部電極５の内部に連通している。導入されたガスは下部
電極５の穴から反応室２の内部に供給される。反応後の
ガスは排気口１０から排除される。電極間に加えられた
高周波電力によって放電が起こりガスが励起される。ガ
スが励起されることによりプラズマが発生する。これが
気相反応して基板の上に堆積してゆくのである。成長の
工程を説明する。

【００２２】直径１インチ面方位（１１１）の単結晶Ｎ
ｉ基板３を基板ホルダ４に取り付けた排気口１０に接続
された真空排気装置（図示せず）の動作により反応室２
の内部を２×１０−４Ｔｏｒｒ以下に排気した。次にＮ
ｉ基板をヒ−タ７によって７５０℃に加熱した。続いて
、ガス導入口９よりジボランガス（Ｂ２　Ｈ６　）を０
．２ｓｃｃｍ、アンモニアガスを２ｓｃｃｍ、水素ガス
を１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを２００ｓｃｃｍ導入した
。排気口１０に設けたコンダクタンスバルブ（図示せず
）を調整して反応室２の内部の圧力を５０Ｔｏｒｒに保
持した。その後、下部電極５に接続した１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源発振器８を動作させ５００Ｗの高周波電
力を上下電極間に供給した。上部電極である基板ホルダ
４と下部電極の間にプラズマが生成された。さらに直流
電源６によって基板ホルダ４に−４００Ｖの直流バイア
ス電圧を印加した。この状態でｃ−ＢＮ層を膜厚が１μ
ｍになるように形成した。

【００２３】成長条件を一括して記すと、　　　　　　
方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　高周波プラズマＣＶＤ法　　　　　　基板　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　単結晶Ｎｉ（１１１）　　　　　　原料ガス　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａｒ、Ｈ
２　、Ｂ２　Ｈ６　、ＮＨ３　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　Ａｒ　　　　　　　　２００ｓｃｃｍ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｈ２　　　　　　　　　１００
ｓｃｃｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＮＨ３　　　
　　　　　　　　２ｓｃｃｍ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　Ｂ２　Ｈ６　　　　　０．２ｓｃｃｍ　　　　　
　圧力　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　５０Ｔｏｒｒ　　　　　　　　　　高周波
電力（１３．５６ＭＨｚ）　　５００Ｗ　　　　　　　
　基板バイアス　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　−４００Ｖ　　　　　　ｃ−ＢＮ膜厚　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　１μｍである。得られた
ｃ−ＢＮ薄膜の結晶状態を高速反射電子線回折により観
察した。膜中に双晶が含まれ単一の単結晶ではないが、
ｃ−ＢＮに対応したストリーク状の回折パターンが認め
られた。解析の結果、これは双晶を含んだ単結晶の（１
１１）面である事が分かった。表面粗さ計で表面粗さを
測定したところ最大で１１０Åであった。十分に平滑な
表面であるということである。

【００２４】〔比較例１〕Ｎｉ基板の効果を確かめるた
めに、面方位（１１１）の単結晶Ｓｉ基板の上に実施例
１と同じ方法でｃ−ＢＮ薄膜を成長させた。基板がＮｉ
でなくＳｉであるという点以外は実施例１と同じである
。厚さも１μｍである。これを同様に高速反射電子線回
折により観察した。その結果、ｃ−ＢＮに対応したスポ
ッティなリングパターンが得られるがストリーク状のパ
ターンは現れなかった。つまり単結晶ではなく多結晶の
ｃ−ＢＮであるということである。また表面粗さ計で測
定したところ表面粗さは最大で１３００Åであった。 これらの結果から、Ｓｉ基板の上に成長させたｃ−ＢＮ
よりも、Ｎｉ基板の上に成長させたものの方が格段に優
れているという事が分かる。単結晶でありしかも極めて
平滑である。

【００２５】〔実施例２〕図５に示すイオンプレーティ
ング装置を用いて単結晶Ｎｉ基板の上にｃ−ＢＮ薄膜を
２μｍ成長させた。真空容器２１は、排気口２０に接続
された真空排気装置によって真空に排気できる反応容器
である。上方に基板１６が取り付けられる。これは高周
波電源１８によってバイアスされる。基板１６の背面に
はヒ−タ１７があって、基板１６を適当な温度に加熱す
ることができる。真空容器２１の下方には電子銃１１が
ある。これは熱フィラメントから熱電子を出し加速する
ようになっている。加速された電子が磁石の作用で円弧
を描いて飛行し、水冷るつぼ１２に収容された金属ホウ
素１３に衝突する。これによってホウ素が加熱され蒸発
する。シャッタ４２はホウ素のビ−ムを通過あるいは遮
断するものである。基板１６と水冷るつぼ１２の中間に
イオン化電極１４があり、これには高周波発振器１５が
接続され、導入されたガスをイオン化するようになって
いる。真空容器２１の壁面にはガス導入口１９があって
気体原料を導入できるようにしている。操作を述べる。

【００２６】真空容器２１は１×１０−４Ｔｏｒｒ以下
に排気する。水冷るつぼ１２に保持された金属ホウ素１
３を電子銃１１から打ち出した電子により溶解蒸発させ
た。シャッタ４２を開き、基板に向けてホウ素の蒸気を
蒸発させた。ガス導入口１９より、Ｎ２　ガスを２×１
０−３Ｔｏｒｒ、Ａｒガスを４×１０−３Ｔｏｒｒ導入
した。 イオン化電極１４には１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高
周波電力を与えて、Ｎ２ガス、Ａｒガスをプラズマ化さ
せた。面方位（１００）の直径１インチの単結晶Ｎｉを
基板とした。この基板は予めヒ−タ１７によって６００
℃に加熱しておく。基板自体にも高周波電源１８によっ
て１３．５６ＭＨｚ、１５０Ｗの高周波電力を供給して
いる。このような条件設定の下に膜厚２μｍのｃ−ＢＮ
膜を成長させた。成長条件を一括して再記すると、　　
　　　　方法　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　イオンプレーティング　　　　　　
基板　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　単結晶Ｎｉ（１００）　　　　　　原料ガス
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ
ｒ、Ｎ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａｒ　　　
　　　４×１０−３Ｔｏｒｒ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　Ｎ２　　　　　　　２×１０−３Ｔｏｒｒ　　　
　　　原料金属　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　Ｂ　　　　　　　　イオン化高周波電力　
　　　　　　　　　　　　　５００Ｗ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基
板高周波電力　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
５０Ｗ　　　　　　　　高周波周波数　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１３．５６ＭＨｚ　　　　　
　基板温度　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　６００℃　　　　　　ｃ−ＢＮ膜厚　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　２μｍである。得られ
たｃ−ＢＮ薄膜の結晶状態を高速反射電子線回折により
観察した。回折後には、単結晶ｃ−ＢＮに対応したスト
リーク状の回折パターンが認められた。 解析の結果、生成された薄膜は、双晶を含んだ単結晶ｃ
−ＢＮの（１００）面であることが分かった。表面粗さ
計で表面粗さを測定したところ最大で１４０Åであった
。極めて平滑な単結晶である。

【００２７】〔比較例２〕比較のため実施例２と同じ装
置、方法で面方位（１００）の単結晶Ｓｉ基板と、面方
位（１００）の単結晶ＮａＣｌ基板上にｃ−ＢＮ薄膜を
２μｍ形成した。得られたｃ−ＢＮ層の結晶状態を高速
反射電子線回折により観察した。Ｓｉ基板上、ＮａＣｌ
基板上に成長した薄膜はいずれも、ｃ−ＢＮに対応した
スポッティなリングパターンが得られるのみで、ストリ
ーク状の回折パターンは見られなかった。これらの結果
から、Ｓｉ基板、ＮａＣｌ基板上の薄膜は多結晶ｃ−Ｂ
Ｎであることが確認された。最大表面粗さはＳｉ基板上
の薄膜が１５００Å、ＮａＣｌ基板上の薄膜が１８００
Åであった。

【００２８】実施例２と比較例２の相異は基板の違いだ
けであるが、形成されたｃ−ＢＮは単結晶と多結晶とい
う切然とした違いがあり、平滑度も全く違うということ
が分かる。

【００２９】〔実施例３〕図６に示すスパッタ装置を用
いて単結晶Ｎｉ基板上にｃ−ＢＮ薄膜を成長させた。ス
パッタ装置は、反応室２２の中に、下部電極２３、基板
ホルダ２６（上部電極に当たる）、ヒ−タ２７などを設
けたものである。基板３４は基板ホルダ２６に下向きに
取り付けられる。ヒ−タ２７は基板を適当な温度に加熱
するためのものである。反応室２２には排気口２５があ
り真空排気装置（図示せず）につながっている。ガス導
入口２８からは原料ガスを導入できるようになっている
。コンダクタンスバルブ２９によって、圧力を調整する
ことができる。下部電極２３にはマグネット３２が設置
されている。この上に金属ホウ素タ−ゲット２４が置か
れている。下部電極２３は第１の高周波電源発振器３０
により高周波電力が供給される。

【００３０】基板ホルダ２６にも第２の高周波電源発振
器３１によって高周波電力が与えられる。スパッタリン
グ装置であるので、アルゴンガスなどを高周波電力で励
起してプラズマとする。これをタ−ゲットに当てて、衝
撃力によりホウ素を飛び出させる。このホウ素が加熱さ
れた基板３４に当たるので、原料ガスのＮ２　と反応し
て、ｃ−ＢＮの薄膜が基板３４の上に堆積される。具体
的な操作について述べる。

【００３１】基板は、（１１１）面から（１００）方向
に３度傾いた表面を有する直径１インチの単結晶Ｎｉで
ある。この単結晶Ｎｉ基板を基板ホルダ２６に取り付け
た。下部電極２３には金属ホウ素板をタ−ゲットとして
取り付けた。反応室２２を閉じて真空排気装置により、
内部を１×１０−４Ｔｏｒｒに真空排気した。ヒ−タ２
７に通電しＮｉ基板を６５０℃に加熱した。ガス導入口
２８からＮ２　ガスを１ｓｃｃｍ、Ａｒガスを４ｓｃｃ
ｍ導入した。コンダクタンスバルブ２９の開度を調整し
て反応室２２内の圧力を３×１０−２Ｔｏｒｒに保持し
た。

【００３２】その後、下部電極２３に接続した１３．５
６ＭＨｚの第１高周波電源発振器３０を動作させて、４
００Ｗの高周波電力を供給した。この高周波電力により
、下部電極２３と基板ホルダ２６（上部電極に当たる）
の間にＡｒ、Ｎのプラズマを発生させた。さらに基板ホ
ルダ２６に接続した１３．５６ＭＨｚの第２の高周波電
源発振器３０を動作させて、基板ホルダ２６に１００Ｗ
の高周波電力を供給した。前述のように、Ａｒのプラズ
マが金属ホウ素に衝突しＢの原子またはイオンを放出さ
せるのであるが、窒素のプラズマが存在するため、ＢＮ
が生成する気相反応が起こりこれがＮｉ単結晶基板の上
に堆積してゆく。マグネット３２はスパッタ効率を向上
させるために下部電極２３の中に設けられている。 マグネトロンスパッタリングと呼ぶこともある。こうし
てＮｉ基板の上に膜厚が５０００Åのｃ−ＢＮ薄膜を成
長させた。

【００３３】得られたｃ−ＢＮ層の結晶状態を高速反射
電子線回折により観察した。その結果、単結晶ｃ−ＢＮ
に対応したストリーク状の回折パターンが認められた。 解析の結果、基板であるＮｉ単結晶と同じように、（１
１１）面から（１００）方法に３度傾いた面を有する単
結晶ｃ−ＢＮであることが分かった。表面粗さ計で表面
粗さを測定した。最大表面粗さは１５０Åであった。こ
こで基板に（１１１）面から３度傾いた面を持つ単結晶
Ｎｉを用いたのは、本発明の方法によって、ｃ−ＢＮが
結晶軸の方向も基板に整合するようなエピタキシャル成
長をするのかどうかを確認するためである。この結果か
ら、Ｎｉ基板の表面と全く同じ結晶方位のｃ−ＢＮ薄膜
がエピタキシャル成長するという事が認められた事にな
る。成長条件を一括して記す。 　　　　　　方法　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　スパッタリング　　　　　　基
板　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（１１１）面から（１００）方向へ３　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　度傾いた単結晶Ｎｉ　　　　　　原
料ガス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Ａｒ、Ｎ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａｒ
　　　　　　４ｓｃｃｍ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｎ２　　　　　　　１ｓｃｃｍ　　　　　　原料金属
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂ
　　　　　　　　真空度　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　３×１０−２Ｔｏｒｒ　　　
　　　高周波電力　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　４００Ｗ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　基板側高周波電力　
　　　　　　　　　　　　　　　１００Ｗ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　高周波周波数　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１３．５６ＭＨｚ　　　　　　基板温度　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６５０℃　　
　　　　ｃ−ＢＮ膜厚　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　５０００Å

【００３４】〔比較例３〕実施例
３と同じ条件で、単結晶Ｓｉの上に、同じ装置を用いて
ｃ−ＢＮを成長させた。単結晶Ｓｉは面方位（１１１）
から（１００）方向に３度傾いた面を持つものである。 これの上に、５０００Åのｃ−ＢＮを形成した。高速反
射電子線回折によりｃ−ＢＮの結晶状態を観察した。ｃ
−ＢＮに対応したスポッティなリングパターンが得られ
るのみで多結晶ｃ−ＢＮであることが確認された。表面
粗さは最大で１１００Åであった。実施例３と比較すれ
ば、Ｓｉ基板とＮｉ基板という違いだけであるのに、生
成されたｃ−ＢＮの特性が全く違うという事が分かる。 Ｎｉ単結晶の上にはｃ−ＢＮがエピタキシャル成長でき
るのに、Ｓｉ単結晶の上にはそれができない。

【００３５】

【発明の効果】本発明のｃ−ＢＮ基板は、平滑であって
大面積でありしかも単結晶である。この上に、ｃ−ＢＮ
薄膜を成長させる場合の基板等として用いる事ができる
。従ってｃ−ＢＮ半導体素子を製造する際に極めて有利
である。さらにｃ−ＢＮを用いた工具を製作する場合に
も本発明のｃ−ＢＮ基板を用いることができる。この場
合、多結晶ｃ−ＢＮでよいのであるが平滑な面を持たな
ければならない。本発明は平滑な基板を与えることがで
きる。本発明によれば、半導体用途や超硬工具用途など
に有用な、面積の大きい平滑なｃ−ＢＮ基板もしくは単
結晶ｃ−ＢＮ基板を大量に安価に製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のｃ−ＢＮ基板の構造例を示す断面図。

【図２】本発明のｃ−ＢＮ基板の他の構造例を示す断面
図。

【図３】本発明のｃ−ＢＮ基板の第３の構造例を示す断
面図。

【図４】実施例１で用いる平行平板高周波プラズマＣＶ
Ｄ装置の概略断面図。

【図５】実施例２で用いる高周波イオンプレーティング
装置の概略断面図。

【図６】実施例３で用いるスパッタリング装置の概略断
面図。

【符号の説明】

１　　プラズマＣＶＤ装置 ２　　反応室 ３　　基板 ４　　基板ホルダ ５　　下部電極 ６　　直流電極 ７　　ヒ−タ ８　　高周波電源発振器 ９　　ガス導入口 １０　　排気口 １１　　電子銃 １２　　水冷るつぼ １３　　金属ホウ素 １４　　イオン化電源 １５　　高周波発振器 １６　　基板 １７　　ヒ−タ １８　　高周波発振器 １９　　ガス導入口 ２０　　排気口 ２１　　電子銃 ２２　　反応室 ２３　　下部電極 ２４　　金属ホウ素タ−ゲット ２５　　排気口 ２６　　基板ホルダ ２７　　ヒ−タ ２８　　ガス導入口 ２９　　コンダクタンスバルブ ３０　　第１高周波電源発振器 ３１　　第２高周波電源発振器 ３２　　マグネット ３４　　基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　単結晶又は多結晶のＮｉ基板と、該Ｎ
   ｉ基板上に堆積された立方晶窒化ホウ素よりなる事を特
   徴とする立方晶窒化ホウ素基板。
2. 【請求項２】　　単結晶のＮｉ基板と、該Ｎｉ基板上に
   堆積されたノンドープ立方晶窒化ホウ素膜と、該ノンド
   ープ立方晶窒化ホウ素膜の上に堆積されたｐ型又はｎ型
   の立方晶窒化ホウ素膜よりなる事を特徴とする立方晶窒
   化ホウ素基板。
3. 【請求項３】　　単結晶又は多結晶Ｎｉ基板の上に立方
   晶窒化ホウ素膜を堆積し、Ｎｉ基板を除去し、立方晶窒
   化ホウ素膜のみにする事を特徴とする立方晶窒化ホウ素
   基板の製造方法。