JPS63134662A - 高硬度窒化硼素の合成法 - Google Patents

高硬度窒化硼素の合成法

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JPS63134662A
JPS63134662A JP27936086A JP27936086A JPS63134662A JP S63134662 A JPS63134662 A JP S63134662A JP 27936086 A JP27936086 A JP 27936086A JP 27936086 A JP27936086 A JP 27936086A JP S63134662 A JPS63134662 A JP S63134662A
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gas
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Kazuhiko Fukushima
和彦 福島
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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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は高硬度な立方晶窒化硼素の合成法に係り、詳
しくは非常に高硬度を有するだけでなく、熱伝導率に富
み、化学的に安定で加えてダイヤモンドとは異なり、鉄
族金属に対する耐性にもすぐれていることから切削工具
、耐摩工具などの工具材料、さらにはヒートシンクなど
の電子材料として用いられる立方晶窒化硼素を気相より
基材表面に析出させる方法に関するものである。
〈従来の技術〉 従来、窒化硼素の製造法としては、 +11 111f4を含有する蒸発源から基体上に硼素
分子を蒸着させるとともに、少なくとも窒素を含むイオ
ン種を発生せしめるイオン発生源から基体上に該イオン
種を照射して、該基体上に窒化硼素を析出せしめる窒化
tIl素膜の製造方法(特公昭60−181262号公
報)。
+21  N2 + N2プラズマによるIII素の化
学輸送を行なうことによって立方晶窒化硼素を生成させ
る方法(Journal of l1aterial 
5cience 1etters 4、(1985) 
、P51〜54)。
+31  HCD ounで硼素を蒸発させながら、I
lollowAnodeからN2をイオン化して基板に
放射し、基板には高周波を印加して5elf bias
効果をもたせて立方晶窒化硼素を生成する方法(Pro
ceedin9.9 th、 5ynposiun o
n Ion 5ource Ion AsistedT
echnology Anode 85 、Tokyo
  (1985))。
+4+  ill素原子含有固体にE8を当てることに
より、硼素を蒸発させ、それに窒素原子含有ガスを流し
こみ、硼素および窒素を同時にイオン化することにより
、基材表面に立方晶窒化硼素を生成する方法(真空、第
28巻、第7号、1985)。
などが知られている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記、(1)の方法はイオンビームを発
生する装置および集束装置が高価であることが欠点とさ
れ、(2)の方法は高出力のRFプラズマを成膜に利用
していることにより、反応系からの不純物が混入しやす
い。(3)の方法は(1)の方法と同じくイオンビーム
を発生する装置およびその集束装置が高価であることと
、不活性ガスの原子が析出した窒化硼素に取り込まれる
欠点がある。また(4)の方法においては、硼素は融点
と沸点が近いため、E8を当てることにより、突沸しや
すく制御が困難であるという欠点を有しているのである
く問題点を解決するための手段〉 この発明は上記した従来法の欠点を解消した窒化硼素の
合成法を得るべく検討の結果見出されたものである。
即ち、この発明は団lA原子含有ガス、窒素原子含有ガ
スをエキシマレーザ−CVD法にて分解、励起状態とし
たのち、高周波プラズマ中を通過せしめることにより3
00〜2000℃に加熱した基板表面に導入して立方晶
窒化1素を析出させることを特徴とする高硬度窒化硼素
の合成法を提供することを目的とするものである。
く作用〉 この発明においては、硼素原子含有ガスおよび窒素原子
含有ガスの混合ガスをエキシマレーザ−中を通過せしめ
ることにより分解、励起し、励起状の硼素原子および窒
素原子を生成せしめる。かつその励起状の硼素原子およ
び窒素原子をさらに高周波プラズマ中を通過させること
により、より高次のエネルギーを有し、加熱した基板上
において立方晶窒化i木を生成する。
このように、この発明においては成膜プロセスとしてエ
キシマレーザ−および高周波プラズマを使用する。
上記において、エキシマレーザ−のみ、あるいは高周波
プラズマのみを成膜手段として用いた場合、原料源であ
る硼素原子と窒素原子を互いにs p 3結合を行なわ
せるには反応エネルギーが不足するため、非晶質窒化硼
素や六方晶窒化硼素を作成しやすい。
これに対して、エキシマレーザ−と高周波プラズマの2
つの成膜手段を組合せて利用した場合、硼素原子と窒素
原子が互いにs p 3結合を起こすのに充分な反応エ
ネルギーが得られるのである。
上記においてエキシマレーザ−出力は1〜100Wの範
囲が好適である。これは1Wより小さいと、成膜速度が
非常に小さくなり、かつ原料源を励起するのに不足し、
また100Wより大きいと、媒質ガスの寿命が短くなる
ため、出力減衰が顕著となり、安定した出力を得ること
はできない。
次に高周波プラズマの出ツノは100w以上が好ましい
。これは100Wより小さいと、励起硼素原子と励起窒
素原子を互いにs p3結合を行なわせるにはエネルギ
ーが不足するためである。
基板温度は300℃より低いと、励起状態の硼素原子と
窒素原子が互いにs p 3結合する熱エネルギーとし
て不足し、また2000℃より高くなると、成膜する窒
化硼素膜から窒素が抜は出てしまうため、300〜20
00℃が好ましい。
この発明において、使用するエキシマレーザ−の媒質ガ
スとしてはArF、  ¥−rF、F2ガスなどが用い
られる。
硼素原子含有ガス中の硼素原子数および窒素原子含有ガ
ス中の窒素原子数の比はB/N= 0.1〜10の範囲
が好ましい。これはB/N<0.1の時は非晶質状の窒
化硼素の膜が析出されやすく、B/N〉100時は硼素
が過剰となり、非晶質状の硼素が形成されやすいためで
ある。
硼素原子含有ガスとしてB2HいBCl3、BBr*、
B、N、H6などが挙げられ、窒素原子含有ガスとじて
はN2、N 83等が用いられる。
なおこの発明で高硬度窒化硼素合成に際しては、第1図
あるいは第2図に概略図として示す製造装置を使用する
。そして第1図は基板をヒーターにて加熱するタイプで
あり、第2図は高周波プラズマ中に基板が位置している
のでプラズマ強度によって基板温度を調節できるタイプ
である。
両図におりて、1は硼素原子含有ガス供給装置、2は窒
素原子含有ガス供給装置、3はエキシマレーザ−発生装
置、4は反応室、5はエキシマレーザ−ガイド、6はエ
キシマレーザ−17は基板、8は基板支持台、9はヒー
ター、10は高周波コイル、11は高周波電源、12は
コック、13は排気装置、14は排気口である。
〈実施例〉 以下実施例によりこの発明の詳細な説明する。
実施例1 第1図に示す製造装置を用い、シリコンウェハーを基板
として使用し、原料ガスとしてジボランおよび窒素を夫
々20cc/l1in、 10cc/m1ntした。
反応管内圧力は0. ITorrに調整し、基板温度を
900℃とした。エキシマレーザ−としてAr Fレー
ザーを使用し、レーザー出力は20wとした。高周波周
波数は13.56 M l−1z 、高周波出力は50
0Wとし、成膜時間は4時間とした。
成膜終了後、6μ而面度の窒化硼′iA膜が析出され、
X11回折で評価したところ、20 = 43.2度付
近に鋭いピークを検出し、立方晶窒化硼素であると固定
した。
実施例2 第2図に示す製造装置を用い、シリコンウェハーを基板
として使用し、原料ガスとして塩化硼素、窒素を夫々8
cc/ntn、 16cc/n1niした。
反応管内圧力は0.3Torrに調整し、基板温度を1
100℃とした。エキシマレーザ−としてに、Fレーザ
ーを使用し、レーザー出力は30wとした。高周波周波
数は13.56 M HZ 、高周波出力は1kwとし
、成膜時間は7時間とした。
成膜終了後、12μm程度の窒化硼X膜が析出され、ラ
マン分析で評価したところ1310c、−1と1055
cJ+−1付近に鋭いピークを検出し、立方晶窒化硼素
と同定できた。
実施例3 第1図に示す製造装置を使用した。
モリブデンを基板として用い、原料ガスとしてフッ化硼
素、アンモニアを夫々10cc/1n、 30cc/1
n流した。反応管内圧力は0.2Torrに調整し、基
板温度を800℃とした。成膜手段としてエキシマレー
ザ−は使用せず、高周波プラズマのみとし、高周波周波
数13.56 M HZ 、高周波出力を400wとし
、成膜時間を5時間とした。
成膜修了後、5μ乳程度の窒化硼素膜が析出され、X8
回折で評価したところ、2θ= 26.7度および43
.2度付近に夫々広いピークを検出し、六方晶窒化lI
I素および立方晶窒化isの混在した薄膜であることが
認められた。
実施例4 上記実施例1〜3の条件を用いてWCC超超硬合金ある
TNMG432をチップとして用いて該チップ上にコー
ティングを行ない、切削テストを行なりた。
比較としてコーティングを行なわないチップおよびCV
I)法にてT、Nコーティングを行なったチップの切削
テストをも行なった。
コーティングは何れも被覆層厚3μmとした。
切削テスト条件は第1表に示した。また切削テストの結
果は第2表に示した。
第    1    表 第   2   表 上表から立方晶窒化硼素を被覆層としてチップに使用し
た場合、この発明の実施例は全て耐摩耗性にすぐれてい
ることが認められた。
また、この発明で得たCBNコートチップの鋼旋削にお
ける切削性能を切削速度と寿命時間との関係で調べたと
ころ第3図の結果を得、さらに鋳鉄切削における欠損ま
での切削時間と衝撃回数との関係を調べたところ第4図
の結果を得た。
〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明は耐熱衝撃性、熱伝導性
、硬度、耐摩耗性および高温における鉄族金属に対する
耐性にもすぐれる立方品窒化硼素膿を気相から析出する
新規な合成法であり、切削部材、耐摩耗部材および耐熱
部品の被覆膜として用いた場合、第2図および第3図に
示すように多大な効果を示すことが認められた。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明の方法にて用いる製造装
置の概略説明図、第3図および第4図はこの発明の方法
で得られる立方晶窒化l11素を被覆膜としたチップの
切削性能を示す図表である。 1・・・硼素原子含有ガス供給装置 2・・・窒素原子含有ガス供給装置 3・・・エキシマレーザ−発生装置 4・・・反応室      6・・・エキシマレーザ−
7・・・基板       9・・・ヒーター10・・
・高周波コイル   11・・・高周波電源出願人代理
人  弁理士  和 1)昭第1図 第3図 第2図 第4@

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硼素原子含有ガスおよび窒素原子含有ガスをエキ
    シマレーザーCVD法にて分解、励起状態としたのち、
    高周波プラズマ中を通過せしめることにより300〜2
    000℃に加熱した基板表面に導入し、立方晶窒化硼素
    を析出させることを特徴とする高硬度窒化硼素の合成法
  2. (2)硼素原子含有ガス中の硼素原子数と窒素原子含有
    ガス中の窒素原子数との比較をB/N=0.1〜10の
    範囲として反応ガスに水素を用いない特許請求の範囲第
    1項記載の高硬度窒化硼素の合成法。
JP61279360A 1986-11-22 1986-11-22 高硬度窒化硼素の合成法 Expired - Lifetime JPH0819523B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0263549A (ja) * 1988-08-27 1990-03-02 Agency Of Ind Science & Technol プラズマ反応方法及び装置
US5463901A (en) * 1991-09-27 1995-11-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Stacked piezoelectric surface acoustic wave device with a boron nitride layer in the stack

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JPS6184379A (ja) * 1984-09-29 1986-04-28 Kyocera Corp 高硬度窒化ホウ素膜の製法
JPS61224318A (ja) * 1985-03-29 1986-10-06 Hitachi Ltd 気相薄膜形成装置及び方法

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