JPH0524991B2 - - Google Patents
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- JPH0524991B2 JPH0524991B2 JP58224985A JP22498583A JPH0524991B2 JP H0524991 B2 JPH0524991 B2 JP H0524991B2 JP 58224985 A JP58224985 A JP 58224985A JP 22498583 A JP22498583 A JP 22498583A JP H0524991 B2 JPH0524991 B2 JP H0524991B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
- C23C16/342—Boron nitride
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子サイクロトロン共鳴プラズマの利
用による高硬度窒化ホウ素膜（以下、窒化ホウ素
をBNと略す）の製造方法に関する。
用による高硬度窒化ホウ素膜（以下、窒化ホウ素
をBNと略す）の製造方法に関する。
立方晶窒化ホウ素（以下、CBNと略す）及び
六方最密充填窒化ホウ素（以下、WBNと略す）
は耐熱衝撃性、熱伝導性、硬度及び耐摩耗性、並
びに高温での鉄族金属に対する耐性にも優れてい
るため、切削部材、耐摩耗部材及び耐熱部材など
種々の広範な用途に注目されており、これに伴
い、良質のCBNやWBNの製法が研究されてい
る。
六方最密充填窒化ホウ素（以下、WBNと略す）
は耐熱衝撃性、熱伝導性、硬度及び耐摩耗性、並
びに高温での鉄族金属に対する耐性にも優れてい
るため、切削部材、耐摩耗部材及び耐熱部材など
種々の広範な用途に注目されており、これに伴
い、良質のCBNやWBNの製法が研究されてい
る。
公知の製法技術として、高価な装置を使用して
超高圧・高温のもとで合成できる方法があるが、
その他、気相成長法によつて、効率的にCBN膜
及びWBN膜を合成することも研究されている。
即ち、プラズマCVD法、反応イオンプレーテイ
ング法などによつては未だCBNやWBNの合成が
報告されておらず、近時、イオン化合物法によつ
て比較的良質なCBNが合成できたという報告が
あるに過ぎない。因に、このイオン化合成法によ
れば、ホウ素を電子衝撃で飛ばして基体に蒸着さ
せ、同時に窒素イオンを照射することにより、こ
の基体上にCBN膜が形成できるというものであ
る。
超高圧・高温のもとで合成できる方法があるが、
その他、気相成長法によつて、効率的にCBN膜
及びWBN膜を合成することも研究されている。
即ち、プラズマCVD法、反応イオンプレーテイ
ング法などによつては未だCBNやWBNの合成が
報告されておらず、近時、イオン化合物法によつ
て比較的良質なCBNが合成できたという報告が
あるに過ぎない。因に、このイオン化合成法によ
れば、ホウ素を電子衝撃で飛ばして基体に蒸着さ
せ、同時に窒素イオンを照射することにより、こ
の基体上にCBN膜が形成できるというものであ
る。
本発明者は先に提案されたイオン化合成法の他
に、CBN及びWBNの合成に相応しい新規な気相
成長法を開発するに当り、鋭意研究の結果、電子
サイクロトロン共鳴プラズマによれば、良質の
CBN及びWBNが形成できることを見い出した。
に、CBN及びWBNの合成に相応しい新規な気相
成長法を開発するに当り、鋭意研究の結果、電子
サイクロトロン共鳴プラズマによれば、良質の
CBN及びWBNが形成できることを見い出した。
本発明は上記知見に基づき完成されたものであ
り、良質のCBN膜及びWBN膜を効率的に合成す
る新規な高硬度BN膜の製造方法を提供すること
にある。
り、良質のCBN膜及びWBN膜を効率的に合成す
る新規な高硬度BN膜の製造方法を提供すること
にある。
本発明による高硬度BN膜の製造方法は、窒素
原子含有ガス及びホウ素原子含有ガスを反応室に
導入すると共に、該反応室内部に電子サイクロト
ロン共鳴プラズマを発生させて、基体上にCBN
やWBNを気相成長させることを特徴とするもの
である。
原子含有ガス及びホウ素原子含有ガスを反応室に
導入すると共に、該反応室内部に電子サイクロト
ロン共鳴プラズマを発生させて、基体上にCBN
やWBNを気相成長させることを特徴とするもの
である。
以下、本発明を詳細に説明する。
図はCBN膜及びWBN膜を形成するための電子
サイクロトロン共鳴型放電装置であり、図中、反
応室１の外部に電磁石用コイル２を配置して反応
室１内に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45G
Hz）が導波管３を介してこの反応室１へ導入され
る。そして、N2、NH3、などの窒素原子含有ガ
ス（以下、Ｎ含有ガスと略す）、並びにB2H6、
（C2H5）3B、BCl3、BBr3などのホウ素原子含有ガ
ス（以下、Ｂ含有ガスと略す）が導入管４を通し
て反応室１に導入されると同時に、電子サイクロ
トロン共鳴が生じ、電子がＮ含有ガス及びＢ含有
ガスと衝突して放電し、プラズマを発生せしめ、
基体５上にCBN膜及びWBN膜として気相成長さ
れる。
サイクロトロン共鳴型放電装置であり、図中、反
応室１の外部に電磁石用コイル２を配置して反応
室１内に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45G
Hz）が導波管３を介してこの反応室１へ導入され
る。そして、N2、NH3、などの窒素原子含有ガ
ス（以下、Ｎ含有ガスと略す）、並びにB2H6、
（C2H5）3B、BCl3、BBr3などのホウ素原子含有ガ
ス（以下、Ｂ含有ガスと略す）が導入管４を通し
て反応室１に導入されると同時に、電子サイクロ
トロン共鳴が生じ、電子がＮ含有ガス及びＢ含有
ガスと衝突して放電し、プラズマを発生せしめ、
基体５上にCBN膜及びWBN膜として気相成長さ
れる。
即ち、電子のサイクロトロン周波数は、＝
eB／2πm（但し、ｍ：電子の質量、ｅ：電子の電荷、 Ｂ：磁束密度とする）に基いて、サイクロトロン
運動を起こし、この周波数がマイクロ波
（2.45GHz）の周波数と一致すると共鳴し、その
結果、電子がＮ含有ガス及びＢ含有ガスのそれぞ
れの分子、イオン及びラジカルと衝突して高励起
状態の放電現象が著しく増大し、プラズマの発生
が一層大きくなる。このプラズマ発生のために、
ガスの圧力を反応室１の内部で10-3乃至10-5torr
に設定するのがよく、公知の気相成長法に比べて
著しく減圧することができるため、高純度のプラ
ズマが発生するのに加え、プラズマの発生率が大
きく、且つその寿命も大きいため、良質のCBN
膜及びWBN膜を効率よく気相成長させることが
できる。また、６はこのCBNやWBNの生成に不
要となつた排ガスのガス排出口である。
eB／2πm（但し、ｍ：電子の質量、ｅ：電子の電荷、 Ｂ：磁束密度とする）に基いて、サイクロトロン
運動を起こし、この周波数がマイクロ波
（2.45GHz）の周波数と一致すると共鳴し、その
結果、電子がＮ含有ガス及びＢ含有ガスのそれぞ
れの分子、イオン及びラジカルと衝突して高励起
状態の放電現象が著しく増大し、プラズマの発生
が一層大きくなる。このプラズマ発生のために、
ガスの圧力を反応室１の内部で10-3乃至10-5torr
に設定するのがよく、公知の気相成長法に比べて
著しく減圧することができるため、高純度のプラ
ズマが発生するのに加え、プラズマの発生率が大
きく、且つその寿命も大きいため、良質のCBN
膜及びWBN膜を効率よく気相成長させることが
できる。また、６はこのCBNやWBNの生成に不
要となつた排ガスのガス排出口である。
本発明においては、CBN膜及びWBN膜を形成
するためにＮ含有ガス及びＢ含有ガスのそれぞれ
に含まれるＮ原子及びＢ原子の原子比率を、Ｂ原
子に対するＮ原子の原子比率が１／10乃至10の範
囲となるように設定するこが好ましく、この設定
範囲から外れると析出中、CBNやWBNの含有量
がかなり少なくなる。この最適条件は１／２乃至
３の範囲であることが実験上確かめられている。
するためにＮ含有ガス及びＢ含有ガスのそれぞれ
に含まれるＮ原子及びＢ原子の原子比率を、Ｂ原
子に対するＮ原子の原子比率が１／10乃至10の範
囲となるように設定するこが好ましく、この設定
範囲から外れると析出中、CBNやWBNの含有量
がかなり少なくなる。この最適条件は１／２乃至
３の範囲であることが実験上確かめられている。
尚、本発明の製法に使用されるガスは、必らず
しもＮ含有ガスとＢ含有ガスに使い分ける必要も
なく、B3N3H6、Al2B2N4などＮ原子及びＢ原子
を含むと共に、これらの原子の含有比が１／10乃
至10の範囲内で構成された単一種のガスを導入し
てもよい。
しもＮ含有ガスとＢ含有ガスに使い分ける必要も
なく、B3N3H6、Al2B2N4などＮ原子及びＢ原子
を含むと共に、これらの原子の含有比が１／10乃
至10の範囲内で構成された単一種のガスを導入し
てもよい。
CBN膜及びWBN膜が形成される基体５は、析
出中、所定範囲内の温度に維持されていることが
必要であり、これにより、気相成長したCBNや
WBNの構造を維持したまま、基体５に付着せし
め、且つ膜状に発達させることができる。その基
体温度は−100乃至500℃がよく、この範囲から外
れると非晶質及び六方晶BNが多くなつて良質な
CBN膜及びWBN膜が得られず、望ましくは０乃
至250℃がよい。
出中、所定範囲内の温度に維持されていることが
必要であり、これにより、気相成長したCBNや
WBNの構造を維持したまま、基体５に付着せし
め、且つ膜状に発達させることができる。その基
体温度は−100乃至500℃がよく、この範囲から外
れると非晶質及び六方晶BNが多くなつて良質な
CBN膜及びWBN膜が得られず、望ましくは０乃
至250℃がよい。
かくして、本発明による高硬度BN膜の製造方
法によれば、反応室に導入されるＮ含有ガス及び
Ｂ含有ガスのそれぞれに含まれるＮ原子及びＢ原
子の原子比率を所定の量比に特定すると共に、こ
の反応室内のガス圧を所定範囲に設定し、電子サ
イクロトロン共鳴によつて、これらのガスに電子
を衝突せしめて放電させると、SP3混成軌道をも
つた高励起状態のラジカルやイオン等が高効率且
つ長寿命で発生し、これにより、温度設定された
基体の上に非常に良質なCBN膜及びWBN膜が形
成されることになる。
法によれば、反応室に導入されるＮ含有ガス及び
Ｂ含有ガスのそれぞれに含まれるＮ原子及びＢ原
子の原子比率を所定の量比に特定すると共に、こ
の反応室内のガス圧を所定範囲に設定し、電子サ
イクロトロン共鳴によつて、これらのガスに電子
を衝突せしめて放電させると、SP3混成軌道をも
つた高励起状態のラジカルやイオン等が高効率且
つ長寿命で発生し、これにより、温度設定された
基体の上に非常に良質なCBN膜及びWBN膜が形
成されることになる。
次に本発明の実施例について述べる。
上述した電子サイクロトロン共鳴型放電装置を
使用し、初めに、N2ガスに対してB2H6ガスの流
量を2.5倍としつつ、N2ガス及びB2H6ガスを、そ
の合計した流量を100ml／minとして反応室１へ
導入した。この場合、Ｂ原子に対するＮ原子の原
子比率は2.5である。これにより、反応室１内の
圧力を常時10-4torrに設定しつつ基体温度も500
℃で設定した。
使用し、初めに、N2ガスに対してB2H6ガスの流
量を2.5倍としつつ、N2ガス及びB2H6ガスを、そ
の合計した流量を100ml／minとして反応室１へ
導入した。この場合、Ｂ原子に対するＮ原子の原
子比率は2.5である。これにより、反応室１内の
圧力を常時10-4torrに設定しつつ基体温度も500
℃で設定した。
次いで、電磁石用コイル２によつて反応室１内
に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45GHz）を導
波管３を介して反応室１へ導入し、電子サイクロ
トロン共鳴プラズマを発生させた。
に磁場をかけ、且つマイクロ波（2.45GHz）を導
波管３を介して反応室１へ導入し、電子サイクロ
トロン共鳴プラズマを発生させた。
この条件を３時間続けて基体５上に厚さ5μｍ
のBN膜を化学気相成長させた。
のBN膜を化学気相成長させた。
かくして得られたBN膜をＸ線回折により分析
したところ、CBN（111）及びWBN（002）と同定
できるピークが確認でき、その存在が判明でき
た。
したところ、CBN（111）及びWBN（002）と同定
できるピークが確認でき、その存在が判明でき
た。
上述の実施例から明らかなように、本発明によ
る高硬度BN膜の製造方法によれば、Ｎ含有ガス
及びＢ含有ガスからイオン密度の高い電子サイク
ロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたこと
により、CBNやWBNの合成が著しく促進され、
不純物の少ない非常に良質な高硬度BN膜が基体
上に形成できた。
る高硬度BN膜の製造方法によれば、Ｎ含有ガス
及びＢ含有ガスからイオン密度の高い電子サイク
ロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させたこと
により、CBNやWBNの合成が著しく促進され、
不純物の少ない非常に良質な高硬度BN膜が基体
上に形成できた。
更に、フイラメントなどプラズマ発生用の熱源
を使用しないため、かかる熱源の不良によつて
CBN膜及びWBN膜の形成が阻害されず、安定し
た製造が維持できるという利点も有し、その結
果、量産型に相応しく、且つ信頼性の高い高硬度
BN膜の製造方法が提供できた。
を使用しないため、かかる熱源の不良によつて
CBN膜及びWBN膜の形成が阻害されず、安定し
た製造が維持できるという利点も有し、その結
果、量産型に相応しく、且つ信頼性の高い高硬度
BN膜の製造方法が提供できた。
図は立方晶窒化ホウ素及び六方最密充填窒化ホ
ウ素を形成するための電子サイクロトロン共鳴型
放電装置の概略図である。 １……反応室、２……電磁石用コイル、３……
導波管、４……ガス導入管、５……基体。
ウ素を形成するための電子サイクロトロン共鳴型
放電装置の概略図である。 １……反応室、２……電磁石用コイル、３……
導波管、４……ガス導入管、５……基体。
Claims (1)
- １ 窒素原子含有ガス及びホウ素原子含有ガスを
反応室に導入すると共に、該反応室内部に電子サ
イクロトロン共鳴プラズマを発生させて、基体上
に立方晶窒化ホウ素や六方最密充填窒化ホウ素を
気相成長させることを特徴とする高硬度窒化ホウ
素膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22498583A JPS60116780A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22498583A JPS60116780A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60116780A JPS60116780A (ja) | 1985-06-24 |
| JPH0524991B2 true JPH0524991B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=16822287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22498583A Granted JPS60116780A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60116780A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174378A (ja) * | 1985-01-28 | 1986-08-06 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPS57133636A (en) * | 1981-02-13 | 1982-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma at low temperature |
-
1983
- 1983-11-28 JP JP22498583A patent/JPS60116780A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155535A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma |
| JPS57133636A (en) * | 1981-02-13 | 1982-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Film forming device utilizing plasma at low temperature |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60116780A (ja) | 1985-06-24 |
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