JPS60116781A - 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法 - Google Patents

高硬度窒化ホウ素膜の製造方法

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JPS60116781A
JPS60116781A JP22498683A JP22498683A JPS60116781A JP S60116781 A JPS60116781 A JP S60116781A JP 22498683 A JP22498683 A JP 22498683A JP 22498683 A JP22498683 A JP 22498683A JP S60116781 A JPS60116781 A JP S60116781A
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plasma
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical 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
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34Nitrides
    • C23C16/342Boron nitride

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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】 本発明は電子サイクロトロン共鳴グラズマの利用lこよ
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Cζ注目されてお
り、これlこ伴い、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・
高温のもとて合成できる方法があるが、その他、気相成
長法によって、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C’VD法、
反応イオンブレーティング法などによっても朱だCEN
やWBNの合成が報告されておらず、近時、イオン化合
成法によって比較的良質なCBNが合成できたという報
告があるfC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
で飛ばして基板lこ蒸着させ、同時Iこ窒素イオンを照
射することにより、この基板上8こ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、CB
N及びWBNの合成fこ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
鳴プラズマによってグラズマの発化率を大きくした後、
このプラズマからイオンビームを形成して基板上に照射
する方法をおこなうことによ、って、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膜を広範囲且つ効率的に合成する
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、次いで、イオン
加速電圧の印加に伴って該プラズマからイオンビームを
形成して該反応室から析出室内の基板上に照射すると同
時に、該析出室にホウ素原子含有ガスを導入し、この基
板上にBNを気相成長させることを特徴とするものであ
る。
以下、本発明の詳細な説明する。
図はCBN膜及びWBN iI4を形成するだめの電子
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lこ電磁石用コイル(2)を配置して反応室
(1)内に磁場をかけ、且つマイクロ波(2,45GH
z)が導波管(3)を介してこの反応室(1)へ導入さ
れる。
そして、N9.NH3,などの窒素原子含有ガス (以
下、N含有ガスと略す)が第1導入管(41を通して反
応室(1)Iこ導入されると同時Iこ、電子サイクロト
ロン共鳴が生じ、電子がN含有ガスと衝突して放電し、
プラズマを発生せしめ、次いで、このブフズマにイオン
加速電圧を印加する嘗C伴って析出室(51にイオンビ
ームを形成して試料台(6目こ設置された基板(7)1
に照射し、同時に、この基板(7)へ向けて、B+Hs
 、 (C5Hb )3B 、 B(Js 、 、 B
Braなどのホウ素原子含有ガス(以下、B含有ガスと
略す)を、析出室(5)の一部に設けられた第2導入管
(8)を介して噴出させると、CBN及びWBNがこの
基板(7)の上に気相成長される。
即ち、電子のサイクロトロン周波数fは、θB f;□(但し、lR:wL子の質量、e:電子の電2r
* 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fがマイクロ波(2,45GH
z )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、プラズマ中のイオン
化率が一層大きくなる。
このようにプラズマイオン密度が大きいために、ガスの
圧力を10 乃至10torr +こ設定することがで
き、イオン化合成法に比べて著しく減圧することができ
るため、高純度且つイオン密度の大きいプラズマが発生
する。
本発明においては、上記の如く反応室(1)内に発生し
たプラズマを析出室(5)内でイオンビーム−こして試
料台(6)に設置された基板(7)に衝突させると同時
に、B含有ガスを所定の流量で基板(7)へ向けて噴出
させることが重要である。つまり、イオン加速電極(9
)にバイアス電圧をかけることに伴い、プラズマにイオ
ン加速電圧を印加させるが、このイオン加速電m 19
+は、反応室(1)の内壁に設けられたアース電極αυ
、及び反応室(1)と析出室(5)とを隔壁すると共に
イオンビームの発射場所となる多孔状のバイアス電W1
fiυから構成され、バイアス電II(Illを負とし
て両電極Ql(lυの間に50乃至5000 Vの範囲
で印加させるとよい。このバイアス電圧が50V未満で
あるとCBN * WBNの生成に必要な窒素源が不足
して基板上に形成されたBNfi中にOBN及びWBN
の特性が小さくなり、 5000 Vを超えると成膜速
度が低下して生産効率が劣化する。従って、このバイア
ス電圧は50乃至5000 V 、好ましくは200乃
至1ooo vがよい。そして、プラズマの正イオンが
基板(7)に対してイオンビーム照射されることによっ
て(!BN −WBN生成生成室素源が高エネルギとな
り、基板(7)に衝突すると同時に、B含有ガスが第2
導入管(8)を介して基板(7)に噴出されると、CB
N @WBNが合成されるべくN原子及びB原子のそれ
ぞれがSP3混成軌道をもった高励起状態となる。
かかるSP3混成軌道をもったN原子及びB原子から効
率よ(OBN # WBNが合成されるためには、反応
室(1)及び析出室(51のそれぞれに導入される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原子の原子比率を特定することが重要であり、当該B
原子に対するN原子の原子比率を1/10乃至lOの範
囲となるように設定することが好ましく、この設定範囲
から外れると析出中、CBN −WBNの含有率がかな
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。
CBN膜及びWBN膜が形成される基板(7)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 @WBNの構造
を維持したまま、基板(7)に付着せしめ、且つ膜状に
発達させることができる。その基板温度は−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が多くなって良質なCBN膜及びWBN膜が得
られず、望ましくは0乃至250℃がよい。
尚、【1カはこのCBN −WBNの生成に不要となっ
た排ガスの排出口である。
かくして、本発明による高硬度BN膜の製造方法によれ
ば、N含有ガスに含まれるN原子を所定の原子比率に設
定しながら電子サイクロトロン共鳴によってガスを電子
と衝突せしめて放電させ、これにより、高純度のプラズ
マを効率よく発生させると共に、このプラズマからビー
ム径の大きいイオンビームを形成して高エネルギの正イ
オンを温度設定された基板上に照射し、同時に所定範囲
のB原子を含んだB含有ガスを基板へ噴出させると、非
常に良質なCBN膜及びWBN膜が広範囲に形成される
ことになる。
・次に本発明の実施例について述べる。
〔実施例〕
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ガスを第1導入管(4)を通して流量0.1
 tnl/m lこて反応室(11へ導入した。 これ
により、反応室(1)内の圧力を常時、10torrに
設定すると共に、電磁石用コイル(2目こよって反応室
(1)内に磁場をかけ、且つマイクロ波(2,45GH
z )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る。次いで
、イオン加速電極(9)にバイアス電圧900vを印加
するとイオンビームが形成され、このイオンビームが、
例えば、シリコン、サファイア、モリブデン、アルミナ
多結晶などから成る基板(7)に照射されると同時に、
第2導入管(8)よりB2H6ガスを流量0.05”l
oginで析出室(5)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である。この条件を2
時間続けると、厚さ2μmの緑がかったBN膜が基板(
7)上に形成された。
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、OBN (111)及びWBN (002)と固定
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含有ガスから電子サイ
クロトロン共鳴プラズマを効率よく発生させると共に、
このプラズマからイオンビームを基板へ照射し、且つこ
の基板へ向けてB含有ガスを噴出させたため、非常1こ
良質なCBN11WBN膜が基板上に形成できた。
更に、イオンビーム照射により基板が加熱されたため、
基板を加熱するだめの熱源が不要となつたばかりか、フ
ィラメントなどプラズマ発生用の熱源も使用しないため
、かかる熱源の′不良によって高硬質BN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。
【図面の簡単な説明】
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
成するだ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
1・・・導波管、(4)・・・第1導入管、(51・・
・析出室、(7)・・・基板、(8)・・・第2導入管
、(9)・・・イオン加速wL極。 特許出願人 京セ ラ株式会社 昭和59年2月1+日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 16 事件の表示 昭和詔年特許願第224986号2
、発明の名称 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法3、補正
をする者 5、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲の欄」、[発明の詳細な説明
の欄」及び「図面の簡単な説明の欄」 6、 補正の内容 (1) 明細豊中特許請求の範囲を次の通り補正する。 [窒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、
次いで、イオン加速電圧の印加に伴′つて該プラズマか
らイオンビームを形成して該反応室から析出室内の基体
上に照射すると同時に、該析出室にホウ素原子含有ガス
を導入し、この基体上に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。」(2
)明細豊中第2頁第14行目、第2頁第15行目、第3
頁第2行目、第3頁第14行目、第3頁第15行目、第
4頁第11行目、第4頁第15行目、第5頁第13行目
、第2頁第15行目、第6頁第5行目、第6頁第10行
目、fs6頁第12行目、第6頁第13行目、fE7頁
第8行目、第7負1J11行目、第7頁第12行目、第
8頁fJ6行目、第8貰第7行目、第9頁第3行目、第
9頁第8行目、第9頁第16行目、第9頁第18行目、
第9頁第19行目、第9頁第20行目、第10頁第12
行目に「基板」とあるを「基体」と補正するう 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 窒素原子含有ガスを反応室に導入すると共lこ、該反応
    室内部多こ電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させ
    、次いで、イオン加速電圧の印加に伴って該デフズマか
    らイオンビームを形成して該反応室から析出室内の基板
    上に照射すると同時に、該析出室にホウ素原子含有ガス
    を導入し、この基板上に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。
JP22498683A 1983-11-28 1983-11-28 高硬度窒化ホウ素膜の製造方法 Granted JPS60116781A (ja)

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