JPH05320879A - Formation of boron nitride containing film - Google Patents

Formation of boron nitride containing film

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JPH05320879A
JPH05320879A JP12768792A JP12768792A JPH05320879A JP H05320879 A JPH05320879 A JP H05320879A JP 12768792 A JP12768792 A JP 12768792A JP 12768792 A JP12768792 A JP 12768792A JP H05320879 A JPH05320879 A JP H05320879A
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contg
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潔 緒方
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哲 西山
Akinori Ebe
明憲 江部
Naoto Kuratani
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Abstract

PURPOSE:To increase the content of in-cubic system zinc ore type (c-BN) in a film by forming a boron nitride(BN) contg. film while irradiating with the electromagnetic wave when both the vacuum deposition of boron contg. materials and the irradiation of nitrogen ions are used. CONSTITUTION:Boron contg. materials (simple substance, oxide, nitride, carbide, etc., of boron) are vacuum-evaporated or sputtered to vacuumdeposit them on a substrate in a vacuum vessel. Simultaneously or alternately with the vacuum deposition or after the vacuum deposition, the substrate is irradiated with nitrogen element contg. ions from an ion source to form a BN contg. film. At this time, a BN contg. film is formed while irradiating with electromagnetic waves (e.g. ultraviolet rays, X rays) in the vacuum vessel. As a result, the deposited boron atoms become in the highly excited state to be apt to become c-BN, the content of c-BN in the film being increased, thereby the crystallinity of c-BN is improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、窒化ホウ素含有膜の
形成方法に関し、より詳細には、耐摩耗性及び慴動性が
要求される分野、あるいは高熱伝導性が要求される分
野、あるいは半導体特性が要求される分野において用い
られる窒化ホウ素含有膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a boron nitride-containing film, more specifically, a field requiring abrasion resistance and slidability, a field requiring high thermal conductivity, or a semiconductor. The present invention relates to a method for forming a boron nitride-containing film used in a field requiring characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】窒化ホ
ウ素(BN)は、結晶構造によって六方晶系のグラファ
イトと類似した構造のもの(h−BN)、立方晶系閃亜
鉛鉱型のもの(c−BN)、あるいは六方晶系のウルツ
鉱型のもの(w−BN)等に大別される。h−BNはC
軸方向に僻開性を持つ物質であるため、軟質ではあるが
摺動性に優れ、現在では人工的に合成された粉末状のも
のが各種摺動部品の摩擦係数を下げるために広く用いら
れている。
2. Description of the Related Art Boron nitride (BN) has a structure similar to that of hexagonal graphite (h-BN) depending on the crystal structure, and cubic zinc blende type (BN). c-BN), or hexagonal wurtzite type (w-BN). h-BN is C
Since it is a material that is cleavable in the axial direction, it is soft but has excellent slidability.At present, artificially synthesized powder is widely used to reduce the friction coefficient of various sliding parts. ing.

【0003】一方、c−BNはダイヤモンドに次ぐ高硬
度、熱伝導率を有し、さらに、熱的・化学的安定性はダ
イヤモンドより優れていることから、切削工具といった
耐摩耗性を必要とする分野やヒートシンク用材料に応用
されている。さらに、c−BNはダイヤモンドより大き
なバンドギャップを有し、各種不純物をドーピングする
ことにより、従来の半導体デバイスでは使用困難な温度
領域まで動作できる半導体として応用が可能であった
り、pn接合によって紫外光を発するダイオードとして
も動作することが報告され、半導体としての特性面から
も注目されている。
On the other hand, c-BN has high hardness and thermal conductivity second only to diamond, and since it is superior in thermal and chemical stability to diamond, it requires wear resistance such as a cutting tool. It is applied to fields and heat sink materials. Furthermore, c-BN has a bandgap larger than that of diamond, and by doping various impurities, it can be applied as a semiconductor that can operate up to a temperature range that is difficult to use in conventional semiconductor devices, and pn junction can be used for ultraviolet light. It has been reported that the diode also operates as a diode that emits light, and has been attracting attention from the viewpoint of characteristics as a semiconductor.

【0004】しかし、h−BNは低圧下で容易に粉状に
合成され、また各種PVD法(Physical Vapor Deposit
ion)やCVD法(Chemical Vapor Deposition )によっ
ても、容易に膜状に形成されるのに対し、c−BNは、
高温度下や高圧力下でバルク状にしか合成され得ず、ま
た合成されたとしてもその製造コストは非常に高くな
り、その応用範囲が限られたものとなっている。
However, h-BN is easily synthesized in powder form under low pressure, and various PVD methods (Physical Vapor Deposit) are used.
ion) or a CVD method (Chemical Vapor Deposition), it is easily formed into a film, whereas c-BN is
It can be synthesized only in bulk form under high temperature or high pressure, and even if it is synthesized, its manufacturing cost becomes very high, and its application range is limited.

【0005】c−BNが高圧を必要としない低温度下で
膜合成され、基体上に密着性良く形成できれば、前述の
それらの応用を飛躍的に拡大させることができる。その
試みの一つである熱CVD法での研究の一例を述べる
と、この手法では基体を反応室に入れて、ホウ素元素
(B)を含有するガスや窒素元素(N)を含有する原料
ガスを反応室に導入し、1000℃近い温度に加熱させ
ることによって、前記原料ガスを熱分解させて基体の表
面に膜形成しようとするものである。
If c-BN is film-synthesized at a low temperature that does not require high pressure and can be formed on a substrate with good adhesion, the aforementioned applications can be dramatically expanded. An example of research by the thermal CVD method, which is one of the attempts, will be described. In this method, a substrate is placed in a reaction chamber and a gas containing a boron element (B) or a source gas containing a nitrogen element (N) is used. Is introduced into the reaction chamber and heated to a temperature close to 1000 ° C. to thermally decompose the raw material gas to form a film on the surface of the substrate.

【0006】しかし、この手法では基体に耐熱性が要求
されるため、基体種が限定されてしまうという欠点があ
る。例えば、高速度工具鋼(ハイス鋼)のような約50
0℃以上の温度で硬度の劣化を生じる様なものや、高温
下での変形による寸法精度のくるいが許されない金型と
いったものを基体として用いることが出来ない。さら
に、CVD法ではh−BNの合成は容易になされてきた
ものの、c−BNの合成例はまだ報告されておらず、研
究段階にあるのが実状である。
However, this method has a drawback that the type of substrate is limited because the substrate is required to have heat resistance. For example, about 50 such as high speed tool steel (high speed steel)
It is not possible to use, as a substrate, a mold that causes hardness deterioration at a temperature of 0 ° C. or higher, and a mold that does not allow dimensional accuracy due to deformation at high temperatures. Further, although h-BN has been easily synthesized by the CVD method, an example of synthesizing c-BN has not been reported yet, and the fact is that it is in the research stage.

【0007】さらに、PVD法においても、例えばレー
ザーを照射することによって窒化ホウ素よりなるターゲ
ットをスパッタリングし、基体表面に窒化ホウ素含有膜
を形成しようとする方法が試みられたが、CVD法と同
じく、c−BNの合成は不可能であった。しかし、近年
イオンやプラズマを積極的に用いて、低温下でc−BN
を合成しようとする試みが幾つも行われ、少しではある
が、c−BNの合成に成功した事例が報告されるように
なった。例えば、原料ガスをプラズマを利用して分解、
反応させるプラズマCVD法は、前記熱的に原料ガスを
分解、反応させる熱CVD法と比較して、低温下で窒化
ホウ素含有膜を合成できる利点を有し、原料ガスの励起
状態も高いため、基板に与える熱的なダメージが比較的
少ない温度でc−BNが合成される。
Further, in the PVD method, a method has been tried in which a target made of boron nitride is sputtered by irradiating a laser to form a boron nitride-containing film on the surface of the substrate. However, like the CVD method, Synthesis of c-BN was not possible. However, in recent years, by actively using ions and plasma, c-BN is produced at low temperature.
A number of attempts have been made to synthesize c. BN, and, although small, cases of successful synthesis of c-BN have been reported. For example, decompose the source gas using plasma,
Compared with the thermal CVD method of thermally decomposing and reacting the raw material gas, the plasma CVD method of reacting has an advantage that a boron nitride-containing film can be synthesized at a low temperature, and the excited state of the raw material gas is high. C-BN is synthesized at a temperature at which thermal damage to the substrate is relatively small.

【0008】その他のイオン、プラズマを利用してのc
−BNの合成例も幾つか報告されてきており、c−BN
の低温合成が工業的に注目される様になってきている。
プラズマ、イオン等の利用によって、低温下での窒化ホ
ウ素含有膜の合成への道は開けたものの、工業的な実用
化に当たっての、基板と膜の密着性はまだ解決されてい
ない。
C using other ions and plasma
Some synthetic examples of -BN have been reported, and c-BN has been reported.
The low-temperature synthesis of is getting industrial attention.
Although the use of plasma, ions, etc. has opened the way to the synthesis of boron nitride-containing films at low temperatures, the adhesion between the substrate and the film has not yet been solved for industrial commercialization.

【0009】従来試みられた熱CVD法の様に、基板に
熱を加えて膜を合成する手法は、基板の熱的なダメージ
が問題になりながらも、密着性に関しては、低温下で成
膜する手法に比べ優れるという傾向があった。c−BN
の低温合成が成功したものの、基体への熱的なダメージ
なしに膜を得ることと、密着性の良い膜を得ることとを
両立させ得る手法の確立がいまだなされていないのが現
状である。
In the method of synthesizing a film by applying heat to a substrate like the thermal CVD method, which has been tried conventionally, the film is formed at a low temperature in terms of adhesion, even though thermal damage to the substrate poses a problem. There is a tendency that it is superior to the method. c-BN
Although the low temperature synthesis was successful, the present situation is that the method for achieving both a film without thermal damage to the substrate and a film with good adhesion has not yet been established.

【0010】そこで、発明者らは、基体上に、基体への
熱的なダメージなしに、密着性の良好なBN膜を形成す
る手法として、ホウ素元素を含有する物質を真空蒸着及
びスパッタによって、基体上に膜形成させると同時、交
互、又は形成後に、少なくとも窒素イオンを含有するイ
オンを基体に照射させる手法を用いることを提案した。
しかし、この方法では、膜内に形成されたc−BNはア
モルファス状態であるか、結晶化度が低いのが一般的で
あり、c−BNの硬度や熱伝導率及び半導体特性が不十
分であるという問題があった。
Therefore, as a method of forming a BN film with good adhesion on the substrate without thermal damage to the substrate, the inventors have used a substance containing a boron element by vacuum deposition and sputtering. It has been proposed to use a method of irradiating the substrate with ions containing at least nitrogen ions simultaneously with forming a film on the substrate, alternately, or after forming the film.
However, in this method, the c-BN formed in the film is generally in an amorphous state or has low crystallinity, and the hardness, thermal conductivity and semiconductor characteristics of c-BN are insufficient. There was a problem that there was.

【0011】このc−BNの結晶化度を向上させるた
め、例えば、照射イオンの種類として不活性ガスイオン
や水素イオンを窒素イオンと同時に照射する方法がある
が、この場合には、膜内に不活性ガスや水素原子が混入
し、膜の密度が低下してc−BNの特性の劣化の原因と
なったり、膜の長期安定化を低下させる原因となるとい
う問題があった。
In order to improve the crystallinity of this c-BN, for example, there is a method of irradiating inert gas ions or hydrogen ions as nitrogen ions at the same time as nitrogen ions. There has been a problem that the inert gas and hydrogen atoms are mixed in, and the density of the film is lowered to cause the deterioration of the characteristics of c-BN or the long-term stability of the film.

【0012】また、膜形成時に基体を加熱させて結晶化
度を高めることも考えられるが、この場合には、低温成
長という観点から不適当であるという問題があった。本
発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、硬度、熱
伝導率、半導体特性等が向上し、長期安定性を確保する
ことができる窒化ホウ素含有膜の形成方法を提供するも
のである。
It is also conceivable to heat the substrate at the time of film formation to increase the crystallinity, but in this case, there is a problem that it is unsuitable from the viewpoint of low temperature growth. The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for forming a boron nitride-containing film, which has improved hardness, thermal conductivity, semiconductor characteristics, and the like, and can ensure long-term stability.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空容
器内で、基体上に、ホウ素元素を含有する物質の真空蒸
着又はスパッタと、少なくとも窒素イオンを含有するイ
オンの照射とを併用することによって窒化ホウ素含有膜
を形成する際、電磁波を照射しながら前記窒化ホウ素含
有膜を形成する窒化ホウ素含有膜の形成方法が提供され
る。
According to the present invention, vacuum deposition or sputtering of a substance containing a boron element on a substrate in a vacuum vessel and irradiation with ions containing at least nitrogen ions are used together. This provides a method for forming a boron nitride-containing film, which comprises forming the boron nitride-containing film while irradiating an electromagnetic wave when forming the boron nitride-containing film.

【0014】本発明を実施するための膜形成装置は、蒸
発源及びイオン源等を具備するものであり、例えば、図
1に示したような膜形成装置を用いることができる。図
1において、1は基体、2は基体ホルダー、3は蒸発
源、4はイオン源であり、それらは真空容器5内に納め
られている。真空容器5は排気装置9によって、所定の
真空度に排気され、保持される。なお、3の蒸発源は電
子ビーム、抵抗や高周波によってホウ素含有物質を加熱
させ蒸気化させるもので、他にスパッタリング等、任意
の手法を用いることができる。但し、ホウ素含有物質が
昇華性の物質で加熱気化させる方法では蒸発速度が安定
しないという場合にはスパッタリング法を用いることが
好ましい。また、イオン源4の方式も特に限定されず、
カウフマン型やバケット型等を適宜用いることができ
る。また、基体ホルダー2近傍には基体1への蒸着原子
の蒸着量をモニターすることができる膜厚モニター6
が、また、基体1へのイオンの照射量をモニターするこ
とができるイオン電流測定器7が配設されている。これ
ら膜厚モニター6及びイオン電流測定器7の方式は特に
限定されるものではなく、例えば、膜厚モニター6とし
ては水晶振動子を用いたもの、イオン電流測定器7とし
てはファラデーカップ等を適宜用いることができる。ま
た、基体1に対向する位置に、電磁波を照射するための
ものとして、例えば、紫外線照射ランプ8が配設されて
いる。なお、電磁波を照射するための紫外線照射ランプ
8としては、水銀アークを用いたものを用いることがで
き、その他、X線源からのX線や重水素ランプを用いた
ものからの光も利用することができる。
The film forming apparatus for carrying out the present invention is equipped with an evaporation source, an ion source and the like. For example, the film forming apparatus as shown in FIG. 1 can be used. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a substrate holder, 3 is an evaporation source, 4 is an ion source, and they are housed in a vacuum container 5. The vacuum container 5 is evacuated to a predetermined degree of vacuum by an exhaust device 9 and held. The evaporation source 3 is for heating a boron-containing substance by means of an electron beam, resistance or high frequency to vaporize it, and other arbitrary method such as sputtering can be used. However, when the evaporation rate is not stable in the method in which the boron-containing substance is a sublimable substance and is heated and vaporized, it is preferable to use the sputtering method. Also, the method of the ion source 4 is not particularly limited,
A Kauffman type, a bucket type, or the like can be appropriately used. Further, in the vicinity of the substrate holder 2, a film thickness monitor 6 capable of monitoring the deposition amount of vapor deposition atoms on the substrate 1.
However, an ion current measuring device 7 that can monitor the irradiation amount of ions onto the substrate 1 is also provided. The methods of the film thickness monitor 6 and the ion current measuring device 7 are not particularly limited. For example, a crystal oscillator is used as the film thickness monitor 6, and a Faraday cup or the like is appropriately used as the ion current measuring device 7. Can be used. Further, for example, an ultraviolet irradiation lamp 8 is arranged at a position facing the base 1 as a member for irradiating electromagnetic waves. As the ultraviolet irradiation lamp 8 for irradiating the electromagnetic wave, one using a mercury arc can be used, and in addition, light from an X-ray from an X-ray source or a deuterium lamp can also be used. be able to.

【0015】本発明を実施するにあたっては、基体を基
体ホルダーに設置し、真空容器内に納め、例えば、1×
10-6torr以下の真空度に排気した後、蒸発源よりホウ
素含有物質を加熱し、蒸気化させることによって基体上
に蒸着させる。蒸発源より蒸気化させるホウ素含有物質
としては、ホウ素の単体、酸化物、窒化物、あるいは炭
化物等を用いることができる。そして、該物質の蒸着と
同時、交互、または蒸着後に、イオン源より少なくとも
窒素元素を含有するイオンを照射する。この際、照射す
るイオンとしては、窒素イオンを用いるのが効果的であ
るが、特に高硬度の膜にするため、膜の結晶化度を向上
させる場合には、窒素イオンと、不活性ガス元素イオン
や水素イオンとを含有するもの等を用いることができ
る。これらは、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、ある
いは窒素がスと、不活性ガスあるいは水素ガス等とを導
入することによって得ることができる。この場合には、
不活性ガスイオンや水素イオンによって、蒸着ホウ素原
子が、より一層高励化状態になるので、膜の結晶化度が
向上して、その結果、硬度の特に高いものが得られる利
点がある。また、この際の基体へのイオンの入射角度は
特に限定されず、基体上に形成される膜の膜厚を均一に
するため、基体を回転しながら成膜を行なっても良い。
In carrying out the present invention, the substrate is placed in a substrate holder and placed in a vacuum container, for example, 1 ×.
After evacuation to a vacuum degree of 10 -6 torr or less, the boron-containing substance is heated from the evaporation source and vaporized to be vapor-deposited on the substrate. As the boron-containing substance vaporized from the evaporation source, simple substance of boron, oxide, nitride, carbide, or the like can be used. Then, at the same time as vapor deposition of the substance, alternately, or after vapor deposition, ions containing at least a nitrogen element are irradiated from an ion source. At this time, it is effective to use nitrogen ions as the ions to be irradiated, but in order to improve the crystallinity of the film in order to form a film with particularly high hardness, nitrogen ions and an inert gas element are used. Those containing ions or hydrogen ions can be used. These can be obtained, for example, by introducing only nitrogen gas or nitrogen gas and an inert gas or hydrogen gas into the ion source. In this case,
Since the vapor-deposited boron atoms are brought into an even more highly excited state by the inert gas ions and hydrogen ions, there is an advantage that the crystallinity of the film is improved and, as a result, particularly high hardness is obtained. The angle of incidence of the ions on the substrate at this time is not particularly limited, and the film may be formed while rotating the substrate in order to make the film thickness of the film formed on the substrate uniform.

【0016】本発明において、膜を形成する際のイオン
の加速エネルギーは約40keV以下が好ましい。イオ
ンの加速エネルギーが40KeVを越えると、膜内に過
大な欠陥が生成され、該膜の硬度や化学的安定性が劣化
するので好ましくない。また、膜を形成する際の基体に
到達するホウ素原子と窒素イオンの個数比(B/N輸送
比)は、約0.5〜60が好ましい。B/N輸送比が
0.5より小さい場合には、蒸着ホウ素の照射イオンに
よるスパッタが過大になり、やはり膜内に過大な欠陥が
生成され、該膜の硬度や化学的安定性が劣化するので好
ましくない。B/N輸送比が60より多くなると、膜内
に含有されるBNの量が少なくなり、該BNの特性が充
分に引き出されなくなるので好ましくない。この輸送比
の調整は、膜形成装置内の膜厚モニターとイオン電流測
定モニターとを用いて行うことができる。
In the present invention, the acceleration energy of ions when forming a film is preferably about 40 keV or less. When the ion acceleration energy exceeds 40 KeV, excessive defects are generated in the film, and the hardness and chemical stability of the film deteriorate, which is not preferable. Further, the number ratio (B / N transport ratio) of boron atoms and nitrogen ions that reach the base body when forming the film is preferably about 0.5 to 60. When the B / N transport ratio is less than 0.5, the amount of sputtered boron deposited by irradiation ions becomes excessive, and excessive defects are generated in the film, which deteriorates the hardness and chemical stability of the film. It is not preferable. When the B / N transport ratio is more than 60, the amount of BN contained in the film becomes small, and the characteristics of the BN cannot be sufficiently obtained, which is not preferable. The adjustment of the transport ratio can be performed using the film thickness monitor and the ion current measurement monitor in the film forming apparatus.

【0017】さらに、本発明においては、窒化ホウ素含
有膜の形成と同時に、基体に電磁波を照射させる。その
際のエネルギーは約10-2eV〜106 eVが好まし
い。この電磁波の照射方法は特に限定されるものではな
いが、照射エネルギーが10-2eVより小さい場合は、
ホウ素原子の励起状態が悪く、106 eVより大きい場
合は、照射による膜への損傷が無視できなくなるので好
ましくない。
Further, in the present invention, the substrate is irradiated with electromagnetic waves at the same time when the boron nitride-containing film is formed. The energy at that time is preferably about 10 -2 eV to 10 6 eV. This electromagnetic wave irradiation method is not particularly limited, but when the irradiation energy is less than 10 -2 eV,
When the excited state of the boron atom is poor and is larger than 10 6 eV, damage to the film due to irradiation cannot be ignored, which is not preferable.

【0018】また、本発明において、熱的なダメージを
極端に避けなければならない基体を用いる場合には、基
体ホルダーを水冷により冷却させながら成膜を行うのが
好ましい。
Further, in the present invention, when a substrate for which thermal damage must be extremely avoided is used, it is preferable to perform film formation while cooling the substrate holder with water.

【0019】[0019]

【作用】本発明は、膜形成装置の真空容器内で、基体上
に、ホウ素元素を含有する物質の真空蒸着又はスパッタ
と、少なくとも窒素イオンを含有するイオンの照射とを
併用することによって窒化ホウ素含有膜を形成する際、
電磁波を照射しながら前記窒化ホウ素含有膜を形成する
ので、電磁波照射源から照射された光子と蒸着されたホ
ウ素原子とが衝突し、あるいはホウ素原子が光子のエネ
ルギーを吸収し、バンド間での電子の移動が生じ、ホウ
素原子が高励起状態になり、非熱平衡下で疑似的な高
温、高圧状態が生まれる。その結果、ホウ素原子は高温
・高圧相であるc−BNになりやすくなり、膜内のc−
BN含有量が増加するとともに、c−BNの結晶化度が
向上する。
According to the present invention, boron nitride is formed by using a combination of vacuum vapor deposition or sputtering of a substance containing a boron element and irradiation with ions containing at least nitrogen ions in a vacuum container of a film forming apparatus. When forming the inclusion film,
Since the boron nitride-containing film is formed while irradiating an electromagnetic wave, a photon irradiated from an electromagnetic wave irradiation source collides with a vapor-deposited boron atom, or the boron atom absorbs the energy of a photon, and an electron between bands. Occurs, the boron atom becomes highly excited, and a pseudo high temperature and high pressure state is created under non-thermal equilibrium. As a result, the boron atoms are likely to become c-BN which is a high temperature / high pressure phase, and c-BN in the film is
As the BN content increases, the crystallinity of c-BN improves.

【0020】[0020]

【実施例】本発明に係わる窒化ホウ素含有膜の形成方法
の実施例を説明する。 実施例1 図1に示す装置を用いて、シリコン(100)よりなる
基体1を基体ホルダー2に設置し、5×10-7torrの真
空度に真空容器5を保持した。その後、純度99.7%のホ
ウ素よりなる蒸発物質を電子ビーム蒸発源4を用いて気
化させ、基体1上にホウ素膜を形成すると同時に、イオ
ン源4に純度5Nの窒素ガスを真空容器5内が8×10
-5torrになるまで導入し、イオン源4内にてイオン化さ
せ、基体1に1KeVの加速エネルギーで、基体1に立
てた法線に対して0°の角度で照射した。この時のB/
Nの輸送比は1であった。なお、イオン源4はカスプ磁
場を用いたバケット型イオン源を用いた。そして、基体
1上にBN膜を形成すると同時に水銀アークによるラン
プ8より紫外線を基体1に照射した。このようにして、
基体上に1μmのBN膜を形成した。
EXAMPLE An example of a method for forming a boron nitride-containing film according to the present invention will be described. Example 1 Using the apparatus shown in FIG. 1, a substrate 1 made of silicon (100) was placed on a substrate holder 2 and a vacuum container 5 was held at a vacuum degree of 5 × 10 −7 torr. After that, an evaporated substance made of boron having a purity of 99.7% is vaporized by using the electron beam evaporation source 4 to form a boron film on the substrate 1, and at the same time, a nitrogen gas having a purity of 5N is supplied to the ion source 4 in the vacuum container 5 for 8 times. × 10
It was introduced until it became −5 torr, ionized in the ion source 4, and the substrate 1 was irradiated with an acceleration energy of 1 KeV at an angle of 0 ° with respect to the normal line standing on the substrate 1. B / at this time
The transport ratio of N was 1. As the ion source 4, a bucket type ion source using a cusp magnetic field was used. Then, the BN film was formed on the substrate 1, and at the same time, the substrate 1 was irradiated with ultraviolet rays from the lamp 8 using a mercury arc. In this way
A 1 μm BN film was formed on the substrate.

【0021】比較例1 実施例1と同じ基体1を用い、実施例1と同様に5×1
-7torrの真空度に真空容器5を保持した後、純度99.7
%のホウ素よりなる蒸発物質を電子ビーム蒸発源4を用
いて気化させ、基体1上にホウ素膜を形成すると同時
に、イオン源4に純度5Nの窒素ガスを真空容器5内が
8×10-5torrになるまで導入し、イオン源4内にてイ
オン化させ、基体1に2keVの加速エネルギーで、基
体1に立てた法線に対して0°の角度で照射した。この
時のB/Nの輸送比は1であった。なお、イオン源4は
カスプ磁場を用いたバケット型イオン源を用いた。但
し、実施例1とは異なり、紫外線を基体1に照射しなか
った。このようにして、基体1上に1μmのBN膜を形
成した。
Comparative Example 1 Using the same substrate 1 as in Example 1, 5 × 1 was used in the same manner as in Example 1.
After holding the vacuum container 5 at a vacuum degree of 0 -7 torr, the purity was 99.7
% Of boron is vaporized by using the electron beam evaporation source 4 to form a boron film on the substrate 1, and at the same time, nitrogen gas having a purity of 5N is supplied to the ion source 4 in the vacuum container 5 at 8 × 10 −5. It was introduced until it became torr and ionized in the ion source 4, and the substrate 1 was irradiated with an acceleration energy of 2 keV at an angle of 0 ° with respect to the normal line standing on the substrate 1. At this time, the B / N transport ratio was 1. As the ion source 4, a bucket type ion source using a cusp magnetic field was used. However, unlike Example 1, the substrate 1 was not irradiated with ultraviolet rays. In this way, a 1 μm BN film was formed on the substrate 1.

【0022】このようにして実施例1と比較例1とで形
成されたBN膜の結晶構造について、Cu−Kα線を用
いたX線回折によって同定した結果を図2及び図3に示
す。BN膜から得られた回折線はいづれも43.3°の
位置にあり、これはc−BNによるものであることか
ら、BN膜内にはc−BNが形成されていること分かっ
た。なお、実施例1により形成されたBN膜は、比較例
1のものと比べて、その回折強度が大きいことから、結
晶化の状態が優れていることがわかった。
The crystal structures of the BN films thus formed in Example 1 and Comparative Example 1 were identified by X-ray diffraction using Cu-Kα rays, and the results are shown in FIGS. 2 and 3. The diffraction lines obtained from the BN film were all at the position of 43.3 °, and this was due to c-BN. Therefore, it was found that c-BN was formed in the BN film. It was found that the BN film formed in Example 1 had an excellent crystallization state because the BN film formed in Example 1 had a higher diffraction intensity than that in Comparative Example 1.

【0023】また、BN膜の硬度を、10g荷重のビッ
カース硬度計により測定したところ、実施例のものは4
500であったが、比較例のものは3000であったこ
とから、実施例のものはc−BNの結晶化が優れたもの
となった結果、硬度が大きく向上したことが分かった。
The hardness of the BN film was measured by a Vickers hardness tester with a load of 10 g.
It was 500, but it was 3000 in the comparative example. Therefore, it was found that in the example, the crystallization of c-BN was excellent, and as a result, the hardness was significantly improved.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明に係わる窒化ホウ素含有膜の形成
方法によれば、膜形成装置の真空容器内で、基体上に、
ホウ素元素を含有する物質の真空蒸着又はスパッタと、
少なくとも窒素イオンを含有するイオンの照射とを併用
することによって窒化ホウ素含有膜を形成する際、電磁
波を照射しながら前記窒化ホウ素含有膜を形成するの
で、蒸着されたホウ素原子が高励起状態になってホウ素
原子はc−BNになりやすくなり、膜内のc−BN含有
量を増加させることができるとともに、c−BNの結晶
化度を向上させることができる。
According to the method for forming a boron nitride-containing film according to the present invention, a film is formed on a substrate in a vacuum container of a film forming apparatus.
Vacuum deposition or sputtering of a substance containing elemental boron,
When the boron nitride-containing film is formed by using irradiation of ions containing at least nitrogen ions in combination, the boron nitride-containing film is formed while being irradiated with electromagnetic waves, so that the vapor-deposited boron atoms are in a highly excited state. As a result, the boron atom is likely to become c-BN, the c-BN content in the film can be increased, and the crystallinity of c-BN can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の窒化ホウ素含有膜を形成する際に用い
る膜形成装置の要部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of a film forming apparatus used when forming a boron nitride-containing film of the present invention.

【図2】本発明の実施例によって形成された窒化ホウ素
含有膜のX線回折を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing X-ray diffraction of a boron nitride-containing film formed according to an example of the present invention.

【図3】比較例によって形成された窒化ホウ素含有膜の
X線回折を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing X-ray diffraction of a boron nitride-containing film formed according to a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体 5 真空容器 1 substrate 5 vacuum container

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鞍谷 直人 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoto Kuratani 47 Umezu Takaunecho, Ukyo-ku, Kyoto City Nissin Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内で、基体上に、ホウ素元素を
含有する物質の真空蒸着又はスパッタと、少なくとも窒
素イオンを含有するイオンの照射とを併用することによ
って窒化ホウ素含有膜を形成する際、電磁波を照射しな
がら前記窒化ホウ素含有膜を形成することを特徴とする
窒化ホウ素含有膜の形成方法。
1. When a boron nitride-containing film is formed on a substrate by vacuum deposition or sputtering of a substance containing a boron element and irradiation with ions containing at least nitrogen ions in a vacuum container. A method for forming a boron nitride-containing film, which comprises forming the boron nitride-containing film while irradiating an electromagnetic wave.
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