JPS6240376A - 立方晶窒化ホウ素の合成方法 - Google Patents
立方晶窒化ホウ素の合成方法Info
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- JPS6240376A JPS6240376A JP17961285A JP17961285A JPS6240376A JP S6240376 A JPS6240376 A JP S6240376A JP 17961285 A JP17961285 A JP 17961285A JP 17961285 A JP17961285 A JP 17961285A JP S6240376 A JPS6240376 A JP S6240376A
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- cubic boron
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- gaseous
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は立方晶豐化ホウ素薄膜の合成方法に関する。
(従来技術及びその問題点)
立方晶窒化ホウ素(以下C−BNと称す)は高硬度で高
い電気絶縁性を示しながらダイヤモンドに次ぐ高熱伝導
度を示すことで知られている。
い電気絶縁性を示しながらダイヤモンドに次ぐ高熱伝導
度を示すことで知られている。
C−BN#i通常六方晶窒化ホウ素(以下h−BNと記
す)粉末を出発原料として超高゛圧高温下での結晶変態
を誘起させる方法が実用化されているがこの方法では、
粒子状のものしか得ることができずまた。超高圧高温を
発生させること自体簡単で#iない。さらに大面積の屓
状でC−BNを得ることは非常に困難である。
す)粉末を出発原料として超高゛圧高温下での結晶変態
を誘起させる方法が実用化されているがこの方法では、
粒子状のものしか得ることができずまた。超高圧高温を
発生させること自体簡単で#iない。さらに大面積の屓
状でC−BNを得ることは非常に困難である。
一方、例えば、ジボラン(BzHs) トアンモニア(
NHs)の混合ガスを400℃〜1000℃の石英反応
管中に導入し、気相熱化学反応(CVD)によりて、ま
た、水素ガスをキャリアガスとして、高周波グロー放電
させることによってもBN薄膜は得られる。
NHs)の混合ガスを400℃〜1000℃の石英反応
管中に導入し、気相熱化学反応(CVD)によりて、ま
た、水素ガスをキャリアガスとして、高周波グロー放電
させることによってもBN薄膜は得られる。
他に種々の化合物例えばBHs・HN (CH3) 2
゜BHllN (CzHs) sあるいは、B*N5H
s (CHx)s等のホウ素の化合物の熱分解による合
成法が知られている。これらの方法はしかしながらアモ
ルファス状のBN膜ないしはh−BN膜である力)、ま
たけこれらの混合物でありC−BN[のみを合成tac
よ□ヶカ、9.、。 ;最近更にイオ
ンビーム法を用いたC−BN膜の合成法が明らかにされ
た。この方法は例えば、ジャーナルΦオプ・バキューム
−サイエンス・アンド・テクノロジー誌第A−1巻第3
23ページ〜第325ページ(Journal of
Vaccum 5cienceand Techno
logy A−1(1983))に記載のごとく、カウ
フマン型のグラズマンース中にボラジンBsNzHaを
導入し、 イオン引出し電極を通して基板上に堆積させ
る方法である。
゜BHllN (CzHs) sあるいは、B*N5H
s (CHx)s等のホウ素の化合物の熱分解による合
成法が知られている。これらの方法はしかしながらアモ
ルファス状のBN膜ないしはh−BN膜である力)、ま
たけこれらの混合物でありC−BN[のみを合成tac
よ□ヶカ、9.、。 ;最近更にイオ
ンビーム法を用いたC−BN膜の合成法が明らかにされ
た。この方法は例えば、ジャーナルΦオプ・バキューム
−サイエンス・アンド・テクノロジー誌第A−1巻第3
23ページ〜第325ページ(Journal of
Vaccum 5cienceand Techno
logy A−1(1983))に記載のごとく、カウ
フマン型のグラズマンース中にボラジンBsNzHaを
導入し、 イオン引出し電極を通して基板上に堆積させ
る方法である。
基板は窒化チタンないしはアルミナをコートしたタング
ステンカーバイドガラス、ステンレススチール等を用い
ることができる。この方法では、種種の基板上にC−B
Niが合成でき、大面積化の可能性も高く、優れた方法
と云えるが、合成されたC−BNiの硬度は、ヌープ硬
度で表示して高嵩2800 kg/mm 2程度である
こと、カーボンや酸素の混入がある等の問題がある。超
高圧高温で合成されるバルク立方晶Bへの硬度は通常5
000に!9/1nffi2程度であるのでこの方法に
よって合成された立方晶BNはかなシ硬度が低い。この
原因はプラズマ化の条件が不適当であるために、膜中に
水素や酸素等種々の不純物が混入するためであると考え
られる。またこの方法で得られる立方ABN膜の膜厚は
1μm程度で、それ以上になるとアモルファス状や大方
晶のBNが堆積してしまう問題があった。
ステンカーバイドガラス、ステンレススチール等を用い
ることができる。この方法では、種種の基板上にC−B
Niが合成でき、大面積化の可能性も高く、優れた方法
と云えるが、合成されたC−BNiの硬度は、ヌープ硬
度で表示して高嵩2800 kg/mm 2程度である
こと、カーボンや酸素の混入がある等の問題がある。超
高圧高温で合成されるバルク立方晶Bへの硬度は通常5
000に!9/1nffi2程度であるのでこの方法に
よって合成された立方晶BNはかなシ硬度が低い。この
原因はプラズマ化の条件が不適当であるために、膜中に
水素や酸素等種々の不純物が混入するためであると考え
られる。またこの方法で得られる立方ABN膜の膜厚は
1μm程度で、それ以上になるとアモルファス状や大方
晶のBNが堆積してしまう問題があった。
立方晶BNは熱力学的にはダイヤモンド等と同様に高温
高圧下でのみ安定で常温常圧では準安定相であるが、常
温常圧で安定な大方晶BNに変態するには活性化エネル
ギーを要するので実用上は安定な物質として扱える。先
に述べた高温高圧以外の方法、気相熱化学反応を利用す
る方法、高周波グロー放電による方法、あるいはイオン
ビーム法等による方法は、ホウ素および窒素のエネルギ
ーを高めて、活性化された状態を作る工程を経過させる
ことによV%大方晶BNの不安定な条件を作り立方晶B
Nに結晶化させることを意図したもので、従って、活性
化された状態を適切に選択する必要がある。どの様な状
態が立方晶BNの合成に適切な状態であるかは現在も不
明であるが、従来の方法ではこの状態の選択が適切では
ないためアモルファス化した。す、大方晶化したBNが
多量に生成するのであると考えられる。
高圧下でのみ安定で常温常圧では準安定相であるが、常
温常圧で安定な大方晶BNに変態するには活性化エネル
ギーを要するので実用上は安定な物質として扱える。先
に述べた高温高圧以外の方法、気相熱化学反応を利用す
る方法、高周波グロー放電による方法、あるいはイオン
ビーム法等による方法は、ホウ素および窒素のエネルギ
ーを高めて、活性化された状態を作る工程を経過させる
ことによV%大方晶BNの不安定な条件を作り立方晶B
Nに結晶化させることを意図したもので、従って、活性
化された状態を適切に選択する必要がある。どの様な状
態が立方晶BNの合成に適切な状態であるかは現在も不
明であるが、従来の方法ではこの状態の選択が適切では
ないためアモルファス化した。す、大方晶化したBNが
多量に生成するのであると考えられる。
また以上述べた従来の低温低圧での合成が不完全に終っ
ている原因の1つに合成時の圧力が低くすぎるという問
題がある。即ち、従来法では、圧力はO,Q I To
rr カら最高でも30 ’l’orr a度で行なわ
れておりlQ’l’orr以上での合成例はない。
ている原因の1つに合成時の圧力が低くすぎるという問
題がある。即ち、従来法では、圧力はO,Q I To
rr カら最高でも30 ’l’orr a度で行なわ
れておりlQ’l’orr以上での合成例はない。
この理由は、圧力が高くなると、プラズマを発生させる
ために必要な電力が多く必要となり、またプラズマの状
態も低圧力におけるいわゆる低温プラズマから熱プラズ
マの領域になるためプラズマが不安定になりやすいとい
う問題点があるためである。
ために必要な電力が多く必要となり、またプラズマの状
態も低圧力におけるいわゆる低温プラズマから熱プラズ
マの領域になるためプラズマが不安定になりやすいとい
う問題点があるためである。
(発明の構成)
本発明はホウ素の水素化物とアンモニアガスと窒素と水
素の混合ガスから高周波プラズマ励起によって立方晶窒
化ホウ素を合成する方法において発生したプラズマガス
に静磁場を加えることを特徴とする。
素の混合ガスから高周波プラズマ励起によって立方晶窒
化ホウ素を合成する方法において発生したプラズマガス
に静磁場を加えることを特徴とする。
(構成の詳細な説明)
本発明に用いる装置は第1図に例示するように石英製反
応容器IK、水冷部2をもうけ、そのまわりに高周波コ
イル3を巻いたプラズマガス発生部と、原料ガスジポラ
ン(B*Hm)窒素(N2)およびアンモニア(aHa
)の供給部を備え、基板4は基板回転装置5に連結され
た基板支持台6に設置され石英反応容器1内は真空排気
装置8で圧力を一定に保持できる装置を用いる。
応容器IK、水冷部2をもうけ、そのまわりに高周波コ
イル3を巻いたプラズマガス発生部と、原料ガスジポラ
ン(B*Hm)窒素(N2)およびアンモニア(aHa
)の供給部を備え、基板4は基板回転装置5に連結され
た基板支持台6に設置され石英反応容器1内は真空排気
装置8で圧力を一定に保持できる装置を用いる。
ガス流量は流量コントローラ7によってそれぞれコント
ロールする。
ロールする。
また、プラズマ発生部には冷却用H2ガスを壁面に沿っ
て流せる構造の装置を用いることが望ましい。ガス流量
比の望ましい範囲はB2Hs:NHx:N*:Htが0
.08〜t、o : 2.3〜14.0 : 4.6〜
27.7:55〜93.0の範囲である。全圧力’iE
−3QTorr〜30Q’l’orrの圧力範囲が望ま
しい。
て流せる構造の装置を用いることが望ましい。ガス流量
比の望ましい範囲はB2Hs:NHx:N*:Htが0
.08〜t、o : 2.3〜14.0 : 4.6〜
27.7:55〜93.0の範囲である。全圧力’iE
−3QTorr〜30Q’l’orrの圧力範囲が望ま
しい。
プラズマ発生部にはコイルの外側静磁場発生装置の一例
として空芯コイル9が設置されている。
として空芯コイル9が設置されている。
次に方法について述べる。水素ガスで1%〜5優に稀釈
したジボラン、窒素ガスおよびアンモニアの混合ガスを
反応ガスとして、反応ガス導入口から導入する。それぞ
れのガス流量はマスクローコントローラ7によって一定
値に設定する。プラズマガスの温度はかなシ高くなるこ
とがあるので、石英製の反応容器の破損を除くために冷
却用ガスとして、水素ガスを管壁に沿って流すことが望
ましい。冷却用ガスは必ずしも水素ガスである必要はな
く、窒素ガスでも良い。冷却効果は熱伝導の良好な水素
ガスの方が少量で効果がある。冷却ガスは壁面に沿った
旋回流をなすように流すのが好ましい。この旋回流はプ
ラズマガスの安定化のためにも有効である。更に反応ガ
スの流れをとじこめかつ、基板上への一様な拡散を行な
わせるために第1図の容器の半径几と、プラズマ発生部
の管径rの比R/rは20以上とすることが望ましい。
したジボラン、窒素ガスおよびアンモニアの混合ガスを
反応ガスとして、反応ガス導入口から導入する。それぞ
れのガス流量はマスクローコントローラ7によって一定
値に設定する。プラズマガスの温度はかなシ高くなるこ
とがあるので、石英製の反応容器の破損を除くために冷
却用ガスとして、水素ガスを管壁に沿って流すことが望
ましい。冷却用ガスは必ずしも水素ガスである必要はな
く、窒素ガスでも良い。冷却効果は熱伝導の良好な水素
ガスの方が少量で効果がある。冷却ガスは壁面に沿った
旋回流をなすように流すのが好ましい。この旋回流はプ
ラズマガスの安定化のためにも有効である。更に反応ガ
スの流れをとじこめかつ、基板上への一様な拡散を行な
わせるために第1図の容器の半径几と、プラズマ発生部
の管径rの比R/rは20以上とすることが望ましい。
またプラズマ発生部との接伏部はガスの流れを妨げない
ように滑らかに接続することが望ましい。
ように滑らかに接続することが望ましい。
更に石英管の外周部には冷却水を流しておくことが石英
管の破損ないしは加熱による溶解蒸発を妨ぐためにも重
要である。
管の破損ないしは加熱による溶解蒸発を妨ぐためにも重
要である。
基板支持台6は基板への一様な析出堆積を行なわせるた
めに基板回転装置5によって回転させておくことが望ま
しb0基板4I/iシリコンあるいはサファイアないし
はMO板等を用いればよく、プラズマ発生時の温度上昇
に耐えられるものを用いればより0 反応ガスの流量は流量比にして、BtHs:NHs:N
z:Hz=0.08〜t、o : 2.3〜14.0
: 4.6〜27.7:55〜93の範囲がよい。全流
量は5QQcc/m1−5、Q l/Flirtの範囲
とすればよい。
めに基板回転装置5によって回転させておくことが望ま
しb0基板4I/iシリコンあるいはサファイアないし
はMO板等を用いればよく、プラズマ発生時の温度上昇
に耐えられるものを用いればより0 反応ガスの流量は流量比にして、BtHs:NHs:N
z:Hz=0.08〜t、o : 2.3〜14.0
: 4.6〜27.7:55〜93の範囲がよい。全流
量は5QQcc/m1−5、Q l/Flirtの範囲
とすればよい。
特にB2H4とNHsの比率B x Hm / NHs
=0.01〜0.02の範囲とするのが望ましい結果
であった。
=0.01〜0.02の範囲とするのが望ましい結果
であった。
真空排気装置8は導入するガスを排気でき反応管内の圧
力を一定に保てるだけの排気速度が得られるものならば
種類は選ばない。
力を一定に保てるだけの排気速度が得られるものならば
種類は選ばない。
使用するガスはあらかじめ高純度化し、出来れば、99
.999%以上の純度として用いることが望ましい。
.999%以上の純度として用いることが望ましい。
基板の回転は反応のためには必ずしも必要ではないが、
基板上への均一な膜の堆積のためには行うことが望まし
い。石英ガラス裏の反応容器と排気装置の接続は0リン
グ等を用いるが、耐熱性の高い耐腐蝕性のシールを用い
る方が望ましいことは云うまでもない。
基板上への均一な膜の堆積のためには行うことが望まし
い。石英ガラス裏の反応容器と排気装置の接続は0リン
グ等を用いるが、耐熱性の高い耐腐蝕性のシールを用い
る方が望ましいことは云うまでもない。
また、静磁場の強さは、空芯コイルに限らない。
(実施例)
基板として<IQQ>n−8iを用−反応ガスの流量を
第1表の様にした。ジボランは5%の濃度に水素ガスで
稀釈したものを用いた。磁場の強さは5〜500ガウス
でプラズマが最も安定する値とした。得られた結果を同
時にまとめである。N2ガスやNHaガスが混入してい
ないとh−BNやアモルファスになる。圧力の範囲は3
QTorr〜300Torrが最も適当である。用いた
高周波の周波数は13.56MHzないしは36MH1
(Dも(7)%用イ投入電力として、IKW〜6KWの
範囲で安定なプラズマ状態が得られるように調整した。
第1表の様にした。ジボランは5%の濃度に水素ガスで
稀釈したものを用いた。磁場の強さは5〜500ガウス
でプラズマが最も安定する値とした。得られた結果を同
時にまとめである。N2ガスやNHaガスが混入してい
ないとh−BNやアモルファスになる。圧力の範囲は3
QTorr〜300Torrが最も適当である。用いた
高周波の周波数は13.56MHzないしは36MH1
(Dも(7)%用イ投入電力として、IKW〜6KWの
範囲で安定なプラズマ状態が得られるように調整した。
この時の基板の温度は200℃〜800℃の間であった
。
。
第 1 表
なお静磁場を印加しない場合には全てアモルファスBN
ないし六方晶BN(h−BN)のみ力)またはそれらの
混合物であった。静磁場を印加すること罠よって、立方
晶BNのみの生成が明らかである。
ないし六方晶BN(h−BN)のみ力)またはそれらの
混合物であった。静磁場を印加すること罠よって、立方
晶BNのみの生成が明らかである。
また発生したプラズマガスに印加する磁場は本実施例で
は高周波誘導コイルの軸方向に印加したが他の方向でも
一定の効果が確認された。
は高周波誘導コイルの軸方向に印加したが他の方向でも
一定の効果が確認された。
(発明の効果)
以上詳細に説明したよう例、本発明によれば、立方晶窒
化ホウ素の膜が容易に合成でき、硬度の高い表面コーテ
ング耐磨耗性コーティングとしての用途や基板の表面処
理としてまた高熱伝導材料として極めて実用的価値が高
い。
化ホウ素の膜が容易に合成でき、硬度の高い表面コーテ
ング耐磨耗性コーティングとしての用途や基板の表面処
理としてまた高熱伝導材料として極めて実用的価値が高
い。
第1図は本発明の方法に用いる装置の一例を示す図。
Claims (1)
- ホウ素の水素化物とアンモニアガスと窒素と水素の混合
ガスから、高周波プラズマ励起によって立方晶窒化ホウ
素を合成する方法において、発生したプラズマガスに静
磁場を加えることを特徴とする立方晶窒化ホウ素の合成
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17961285A JPH064915B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 立方晶窒化ホウ素の合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17961285A JPH064915B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 立方晶窒化ホウ素の合成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6240376A true JPS6240376A (ja) | 1987-02-21 |
JPH064915B2 JPH064915B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=16068792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17961285A Expired - Lifetime JPH064915B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 立方晶窒化ホウ素の合成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH064915B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03111573A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Olympus Optical Co Ltd | 立方晶窒化硼素の合成方法 |
US5130549A (en) * | 1987-10-16 | 1992-07-14 | Davies Geoffrey J | Method of detecting or measuring nuclear radiation |
US5681418A (en) * | 1994-12-06 | 1997-10-28 | Fujitsu Limited | Plasma processing with inductive coupling |
-
1985
- 1985-08-14 JP JP17961285A patent/JPH064915B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5130549A (en) * | 1987-10-16 | 1992-07-14 | Davies Geoffrey J | Method of detecting or measuring nuclear radiation |
JPH03111573A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Olympus Optical Co Ltd | 立方晶窒化硼素の合成方法 |
US5681418A (en) * | 1994-12-06 | 1997-10-28 | Fujitsu Limited | Plasma processing with inductive coupling |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH064915B2 (ja) | 1994-01-19 |
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