JPH05147908A - 立方晶窒化ホウ素粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の混入
が殆どない立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の粉末を生産性
よく製造することが可能な方法を提供する。 【構成】減圧雰囲気中に窒素を導入し、ホロカソード銃
２からアルゴンを前記雰囲気中に供給して前記窒素の流
量と前記アルゴンの流量との比（Ａｒ／Ｎ₂）を４以上
とした状態で、前記ホロカソード銃２と前記銃２と対向
して配置された電極３との間にプラズマ放電１５を起す
させる工程と、前記減圧雰囲気中で蒸発させたホウ素を
前記プラズマ放電１５中を通過させる工程と、前記減圧
雰囲気中に配置され、予め加熱されると共に負の電圧と
高周波電圧が重畳印加された基板１３に立方晶窒化ホウ
素を析出させる工程とを具備したことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立方晶窒化ホウ素粉末
の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】立方晶窒化ホウ素（以下ｃＢＮと略す）
は、天然に産出されない化合物で、１９８５年に高温高
圧法により合成された。

【０００３】前記ｃＢＮは、常圧下で生成される六方晶
窒化ホウ素（以下、ｈＢＮと略す）を触媒を用いて１４
５０℃以上、約５ＧＰａの高温高圧処理する方法により
製造される。

【０００４】また、前記ｃＢＮはプラズマを利用したＰ
ＶＤ法やＣＶＤ法等の気相合成法により製造することが
試みられている。例えば、特開昭６２−４７４７２号公
報、特開昭６０−４３６１７号公報には比較的高密度の
プラズマが得られるホロカソード銃を利用した反応性イ
オンプレーティング法により前記ｃＢＮを製造すること
が開示されている。具体的には、前記反応性イオンプレ
ーティング法真空容器内に窒素ガスを導入しながら電子
ビーム蒸着等によりホウ素の蒸着を行ない、ホロカソー
ド銃と対向する電極との間にプラズマ放電を起させて前
記窒素および蒸発された前記ホウ素の一部をイオン化
し、負のバイアス電位に保持された基板に向けて加速さ
せることによってｃＢＮを析出する方法である。特開昭
６２−２６３９６２号公報や特開昭６２−９３３６６号
公報には、ホウ素を蒸発させて所望の基板表面に析出さ
せると同時に、高電圧で加速された窒素イオンを前記基
板に照射するイオンミキシング法により前記基板上に前
記ｃＢＮを製造することが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記高
温高圧法によるｃＢＮの製造は装置の大型化に制約を受
ける。その結果、合成されるｃＢＮの大きさも小さく、
製造コストが高価となる問題があった。

【０００６】前記ＣＶＤ法によるｃＢＮの製造は、熱力
学的に平衡なプロセスであるため、反応ガスをプラズマ
化してｃＢＮを製造したとしても、ｈＢＮがある程度混
入するという問題があった。

【０００７】前記気相合成法の中でも、ホロカソード銃
を利用した反応性イオンプレーティング法やイオンミキ
シング法ではｃＢＮの製造が可能であるといわれてい
る。しかしながら、これらのＰＶＤ法ではｃＢＮの合成
速度が遅いため、生産性の点で問題があった。前記反応
性イオンプレーティング法において、前記合成速度を高
めるためにホウ素を大量に蒸発させることが考えられる
が、何台ものホロカソード銃を必要とするという新たな
問題を生じる。また、前記イオンミキシング法では処理
面積がイオン銃の照射領域に限られ、装置も高価とな
る。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の混
入が殆どない立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の粉末を生産
性よく製造することが可能な方法を提供しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、減圧雰囲気中
に窒素を導入し、ホロカソード銃からアルゴンを前記雰
囲気中に供給して前記窒素の流量と前記アルゴンの流量
との比（Ａｒ／Ｎ² ）を４以上とした状態で、前記ホロ
カソード銃と前記銃と対向して配置された電極との間に
プラズマ放電を起すさせる工程と、前記減圧雰囲気中で
蒸発させたホウ素を前記プラズマ放電中を通過させる工
程と、前記減圧雰囲気中に配置され、予め加熱されると
共に負の電圧と高周波電圧が重畳印加された基板に立方
晶窒化ホウ素を析出させる工程と、を具備したこことを
特徴とする立方晶窒化ホウ素粉末の製造方法である。前
記基板の材料としては、例えばシリコン単結晶またはス
テンレス鋼を始めとする各種金属等を用いることができ
る。

【００１０】前記プラズマ放電を起させる減圧雰囲気中
の前記窒素の流量と前記アルゴンの流量との比を限定し
た理由は、前記比を４未満にすると前記基板にｈＢＮが
析出するからである。前記ホウ素の蒸発は、例えばホウ
素が収納された蒸着源に電子ビームを照射する方法等を
採用することができる。

【００１１】前記基板の温度は、３５０℃以上にするこ
とが望ましい。この理由は、前記基板温度を３５０℃未
満にするとｈＢＮが基板上に析出する恐れがある。前記
基板温度上限ついては、前記基板材料の溶融温度以下に
すればよい。より好ましい基板温度は、４００℃〜５０
０℃の範囲である。

【００１２】前記基板に印加される電圧は、−１００Ｖ
〜−３００Ｖの範囲にすることが望ましい。これは、次
のような理由によるものである。前記印加電圧を−１０
０Ｖ未満の負電圧にすると基板にｈＢＮが析出する恐れ
がある。一方、前記印加電圧が−３００Ｖを越えるとス
パッタ作用が激しくなってｃＢＮの析出効率が低下する
恐れがある。

【００１３】前記基板は、ｃＢＮの析出に及ぼすプラズ
マ効果を最大限に利用する観点から、前記減圧雰囲気に
前記プラズマ放電中に曝されるように配置することが望
ましい。

【００１４】

【作用】本発明によれば、窒素を含む減圧雰囲気中でホ
ロカソード銃と前記銃と対向して配置された電極との間
にプラズマ放電を起させ、前記減圧雰囲気中で蒸発させ
たホウ素を前記プラズマ放電中を通過させ、前記減圧雰
囲気中に基板を配置して前記基板に窒化ホウ素を析出す
るに際し、前記雰囲気中に供給して前記窒素の流量と前
記アルゴンの流量との比（Ａｒ／Ｎ₂ ）を４以上とし、
前記基板を加熱すると共に負の電圧と高周波電圧を重畳
印加することによって、前記基板にｈＢＮが殆ど混入さ
れないｃＢＮを析出することができる。

【００１５】また、前記基板に負の電圧と共に高周波電
圧を重畳して印加することによってチャージアップ現象
を抑制できる。すなわち、前記基板に析出されるｃＢＮ
は絶縁体であるため、前記基板にｃＢＮが析出する過程
で前記基板に電荷の蓄積（チャージアップ現象）が生じ
る。このようなチャージアップ現象は、ｃＢＮの安定し
た析出を阻害するばかりか、前記析出中のｃＢＮの剥離
の原因となる。前記基板に高周波電圧を印加することに
よって、チャージアップ現象を防止でき、結果的として
前記ｃＢＮを前記基板からの剥離を生じることなく析出
できる。しかも、前記高周波電圧は基板に対するバイア
スとして作用させることができる。

【００１６】したがって、本発明によれば前記基板全体
にｈＢＮの混入が殆どないｃＢＮを析出できると共に、
前記プラズマ放電を利用することにより大面積の基板に
前記ｃＢＮを析出できるため、ｃＢＮの生産性を著しく
高めることができる。なお、析出したｃＢＮは、前記基
板との密着性が弱く、機械的な操作により容易に掻き落
とすことができるため、粉末状のｃＢＮを簡単に得るこ
とができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施例で用いられるイオ
ンプレーティング装置を示す概略図である。図中の１
は、真空チャンバである。このチャンバ１の上部側壁に
は、ホロカソード銃２が配置され、前記ホロカソード銃
２からはアルゴンが前記チャンバ１内に供給される。前
記ホロカソード銃２と対向する前記チャンバ１側壁に
は、電極３が配置されている。前記ホロカソード銃２
は、ホロカソード用直流電源４のマイナス端子に、前記
電極３は前記電源４のプラス端子にそれぞれ接続されて
いる。前記電源４は、低電圧大電流の電源で、前記ホロ
カソード銃２と前記電極３間に発生させるプラズマ放電
の状態を電流値で制御する構造になっている。

【００１９】前記チャンバ１内の下部付近には、電子銃
５からの電子線照射により蒸発を行う水冷銅るつぼ６が
配置されている。前記プラズマ放電が発生される前記チ
ャンバ１内には、基板ホルダ７が配置されている。前記
ホルダ７には、直流電源８のマイナス端子と高周波電源
９とが並列に接続されている。前記直流電源８のプラス
端子と前記高周波電源９とは、それぞれ接地されてい
る。前記チャンバ１内の前記ホルダ７の上部近傍には、
ヒータ１０が配置されている。前記チャンバ１の下部付
近の側壁には、窒素を前記チャンバ１内に導入するため
のガス導入管１１が設けられている。前記チャンバ１の
下部付近には、排気管１２が連結され、かつ前記排気管
１２の端部には図示しない真空ポンプが設けられてい
る。 実施例１〜７

【００２０】まず、シリコン単結晶からなる基板１３を
前記ホルダ７に保持し、ホウ素１４を前記るつぼ６内に
収納した後、図示しない真空ポンプを作動し、前記排気
管１２を通して前記真空チャンバ１内を所定の真空度ま
で排気した後、ホロカソード銃２およびガス導入管１１
からそれぞれアルゴン、窒素を下記表１に示す流量で供
給し、前記ホロカソード用直流電源４から前記ホロカソ
ード銃２と前記電極３に下記表１に示すプラズマ電流を
印加してそれらの間に位置する前記チャンバ１内にプラ
ズマ放電１５を起こさせた。

【００２１】次いで、前記電子銃５から下記表１に示す
出力で電子線を前記るつぼ６内に収納されたホウ素１４
に照射してホウ素を蒸発させ、蒸発ホウ素を前記プラズ
マ放電１５中を通過させた。同時に、前記ホルダ７に保
持された基板１３を前記ヒータ１０により４００℃に加
熱すると共に、前記直流電源８および前記高周波電源９
から前記基板１３にそれぞれ下記表１に示す負電圧およ
び１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を重畳印加することに
より前記基板１３の下面に窒化ホウ素を析出した。 比較例１〜６

【００２２】前記ホロカソード銃２およびガス導入管１
１からそれぞれ供給されるアルゴン、窒素の流量、前記
ホロカソード用直流電源４から前記ホロカソード銃２と
前記電極３に印加されるプラズマ電流、前記ホウ素１４
に前記電子銃５から電子線を照射する時の出力、および
前記直流電源８および前記高周波電源９から前記基板１
３に重畳印加される負電圧および高周波電圧の電力を下
記表１に示す条件にした以外、実施例１と同様な方法に
より基板下面に窒化ホウ素を析出した。

【００２３】実施例１〜７および比較例１〜５におい
て、前記基板に析出された窒化ホウ素の性状を調べるた
めに赤外線吸収分光分析を行った。その結果を同表１に
併記した。また、実施例１、２、６、７および比較例１
〜５で析出した窒化ホウ素については、赤外線吸収スペ
クトルとして図２〜図４に示した。

【００２４】

【表１】 前記表１および図２〜図４から明らかなように、本実施
例１〜７によればｈＢＮが混入されないｃＢＮを基板に
再現性よく析出できることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば六方
晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）の混入が殆どない立方晶窒化ホ
ウ素（ｃＢＮ）の粉末を生産性よく製造することが可能
な方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いたイオンプレーティング
装置を示す概略図。

【図２】実施例１、２により基板に析出した窒化ホウ素
の赤外線吸収スペクトルを示す線図。

【図３】実施例６、７および比較例２、３により基板に
析出した窒化ホウ素の赤外線吸収スペクトルを示す線
図。

【図４】比較例１、４、５により基板に析出した窒化ホ
ウ素の赤外線吸収スペクトルを示す線図。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、２…ホロカソード銃、３…電極、５
…電子銃、６…るつぼ、７…ホルダ、８…直流電源、９
…高周波電源、１０…ヒータ、１１…ガス導入管、１３
…基板、１４…ホウ素、１５…プラズマ放電。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧雰囲気中に窒素を導入し、ホロカソ
   ード銃からアルゴンを前記雰囲気中に供給して前記窒素
   の流量と前記アルゴンの流量との比（Ａｒ／Ｎ₂ ）を４
   以上とした状態で、前記ホロカソード銃と前記銃と対向
   して配置された電極との間にプラズマ放電を起させる工
   程と、 前記減圧雰囲気中で蒸発させたホウ素を前記プラズマ放
   電中を通過させる工程と、 前記減圧雰囲気中に配置され、予め加熱されると共に負
   の電圧と高周波電圧が重畳印加された基板に立方晶窒化
   ホウ素を析出させる工程と、を具備したこことを特徴と
   する立方晶窒化ホウ素粉末の製造方法。
2. 【請求項２】 前記基板の温度が３５０℃以上であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の立方晶窒化ホウ素粉末の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記基板に印加される電圧は、−１００
   Ｖ〜−３００Ｖであることを特徴とする請求項１記載の
   立方晶窒化ホウ素粉末の製造方法。
4. 【請求項４】 前記基板は、前記プラズマ放電中に曝さ
   れることを特徴とする請求項１記載の立方晶窒化ホウ素
   粉末の製造方法。