JPH01201481A - 高圧相窒化ほう素の気相合成方法及び装置 - Google Patents

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】 〔概　要〕 本発明は、高圧相窒化ほう素（ＢＮ）を気相合成する方
法及び装置に関し、 高圧相ＢＮを任意の下地の上に高い成膜速度で気相成長
させる方法を提供することを目的とし、熱プラズマ発生
装置に、ガスを供給し、放電によってこのガスをラジカ
ル化して熱プラズマとし、生じた熱プラズマをプラズマ
ジェットとして、トーチ先端のノズルから噴出させ、こ
のプラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
原料化合物であるほう素化合物ガス及び窒素化合物ガス
のラジカル化により生ずるラジカル生成物を少なくとも
含みラジカルの濃度が高く活性な非平衡プラズマを生成
し、この非平衡プラズマに基板を接触させ、基板上に熱
プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）高圧相窒化ほう素膜を
気相成長させるように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、高圧相窒化ほう素（ＢＮ）を高い製膜速度で
連続的に気相合成する方法に関する。

高圧相ＢＮ（立方晶ＢＮ（以下ｃ−ＢＮという）、ウル
ツ鉱型ＢＮ（以下ｗ−ＢＮという）〕は、熱伝導率及び
硬度がダイヤモンドに匹敵するほど高く、また耐熱性で
は、ダイヤモンドを上回るため、半導体素子用のヒート
シンク、高密度実装基板、更には各種工具の高硬度コー
テイング膜等として、広い分野での利用が期待されてい
る。

〔従来の技術〕

従来、高圧相ＢＮの気相合成法としては、ＩＢＤ法（イ
オン化蒸着）、ＨＣＤ−ＡＲＥ法（ホローカソード活性
化化成蒸着）、ＩＶＤ法（イオン蒸着併用法）等が知ら
れているが、これらの方法で得られるＢＮには、グラフ
ァイト構造の低圧相ＢＮ　（ｈ−ＢＮ）や非晶質成分が
含まれてしまい、しかも製膜速度が１μｍ／ｈ以下と遅
く、品質、コスト、生産性等のいずれの点でも実用化に
は程遠いものであった。

最近、本発明者らは、熱プラズマの持つ高い化学的活性
度に注目して、熱プラズマを急冷させ、高温での高いガ
ス解離率をそのまま凍結させた、低温でも高いラジカル
濃度を有する非平衡プラズマを基板上に供給させるとい
う考えのちとに、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法、高周
波誘導プラズマジェットＣＶＤ法、又は光プラズマジェ
ットＣＶＤ法を先きに見出した。この方法は、ＤＣアー
ク放電、光アーク放電又は高周波誘導放電により発生さ
せた熱プラズマをプラズマジェットとして水冷基板にぶ
つけることにより熱プラズマを急冷させ、基板上に高圧
相ＢＮを高速合成させる方法である。この方法では１０
μｍ／ｈ以上の極めて高い製膜速度が得られるが、熱プ
ラズマの急冷効果を上げるために、基板を十分に冷却し
なくてはならず、そのため基板に対しての制約が強く、
例えば基板としては熱伝導率が高く、薄いものしか使用
できなかった。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は前記した従来技術の問題点を解決し、高圧相Ｂ
Ｎを任意の下地基板の上に高い成膜速度で気相成長させ
る方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、本発明に従えば熱プラズマ発生装置に、ガ
スを供給し、電極間の直流アーク放電によってこのガス
をラジカル化して熱プラズマとし、生じた熱プラズマを
プラズマジェットとして、トーチ先端のノズルから噴出
させ、このプラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱
プラズマを象、冷させ、プラズマジェットに供給される
気相成長用原料化合物であるほう素化合物ガス及び窒素
化合物ガスのラジカル化により生ずるラジカル生成物を
少くとも含みラジカルの濃度が高く活性な非平衡プラズ
マを生成し、この非平衡プラズマに基板を接触させ、基
板上に熱プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）高圧相窒化ほ
う素の膜を気相成長させる高圧相窒化ほう素の熱プラズ
マ気相合成方法によって解決される。この熱プラズマの
発生装置としては、例えば陽極及び陰極間の直流アーク
放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマを生
じさせるＤＣプラズマトーチ、高周波誘導によるアーク
放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマを生
じさせる装置、集光させた大出力レーザービームによる
光アーク放電により供給ガスをラジカル化して熱プラズ
マを生じさせる装置を用いることができる。

本発明に従えば、更に、熱プラズマジェット噴出用ノズ
ルを開口し、放電ガス導入管より供給されたガスを放電
によって熱プラズマとし、生じた熱プラズマをプづズマ
ジェットとして該ノズルから噴出させるプラズマトーチ
と、 該プラズマジェットへ気体の気相成長用原料化合物を供
給する原料ガス供給系と、 該プラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
原料化合物のラジカル化により生ずるラジカル生成物を
少なくとも含み、ラジカルの濃度が高く活性な非平衡プ
ラズマを生成せしめる該プラズマトーチの該ノズルに近
接して配置された冷却ガス噴出口を有する冷却ガス供給
系を含む非平衡プラズマ生成手段と、 上記非平衡プラズマ中に基板を支持し、該基板上に熱プ
ラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）窒化ほう素膜を気相成長
させる基板支持機構とを有する高圧相窒化ほう素の気相
合成装置が提供される。

〔作　用〕

本発明では、熱プラズマを急冷させる手段として、熱プ
ラズマジェットを、冷却された基板に衝突させて象、冷
するのではなく、プラズマジェットにガスを吹きつける
方法（ガス冷却法）を用いる。

本発明のこの方法は、プラズマジェットと室温程度のガ
スを強制的に混合させることにより、瞬間的に熱プラズ
マを冷却させるので、基板とはまったく無関係に、非平
衡プラズマを作り出すことができる。したがって、この
非平衡プラズマ中に被処理物を、高圧相ＢＮが生成可能
な温度になるように調整して保持しておくだけで、その
表面に高圧相ＢＮを高速で合成させることができる。

第１図は、本発明のガス冷却を用いたＤＣプラズマジェ
ットＣＶＤ法での高圧相ＢＮ合成の原理図である。第１
図（ａ）において、（１）は陰極、（２）は陽極、（３
）は放電ガス、（４）はノズル、（５）はプラズマジェ
ット、（６）は冷却ガス噴出口、（７）は冷却ガス、（
８）は基板、（９）は高圧相ＢＮ膜、（１０）はアーク
電源、（１１）はアーク、（１２）は非平衡プラズマで
ある。プラズマトーチ１３としては第１図（ｂ）の単極
、第１図（ｃ）の多極を有するもの等を用いることがで
きる。

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス（３）を流しなが
ら、陰極（１）、陽極（２）間に直流電圧を印加し、ア
ーク放電（１１）をおこすことにより、放電ガスは急激
に加熱され、ノズル（４）付近で５０００°Ｃ以上の熱
プラズマとなる。この際、急激な温度上昇による体積膨
張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェット　（
５）となり、ノズル（４）から噴出する。

このプラズマジェット　（５）に冷却ガス（７）として
水素ガスを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより
、熱プラズマを急冷させ、非平衡プラズマ（１２）を発
生させる。この非平衡プラズマ（１２）中に基板（８）
を置（と、その表面に高圧相ＢＮ膜（９）が成長する。

このように本発明では、これまでのＤＣプラズマジェッ
１−ＣＶＤ法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラ
ズマを急冷できるため、基板に対する制約がなく、どの
ような基板上にでも高圧相ＢＮを高速に成長させること
ができる。

本発明において、原料ガスとしては窒素および硼素を含
むものであれば、どのようなものでもよいが、窒素源と
しては、Ｎｌｈ、Ｎｚが、硼素源としては、ＢｔＨｈが
好ましい。また、原料ガスは、放電ガスとしてではなく
、冷却ガスとして導入してもかまわない。

放電ガスや冷却ガスに、Ａｒ、ｌｉｅ等の不活性ガスを
混合してもかまわない。この場合、プラズマの安定性は
向上するが、製膜速度は低下する。

また、放電ガスや冷却ガスに非晶質ＢＮ等の非高圧相Ｂ
Ｎのエツチング効果を上げるため、０□。

Ｈ２Ｏ，Ｈ２０□、ＣＯ等の酸化性ガスを少量混合させ
てもかまわない。

放電ガスとして、イオン化ポテンシャルが高く、放電し
にくい水素を用いるため、電極材としては、耐熱性が高
いものが良い。希土類元素酸化物たとえば酸化ランタン
、酸化イツトリウム、酸化セリウムなどを添加したタン
グステンが電極材として、すぐれている。さらに電極か
らの不純物混入をきらう場合は、高純度の炭素電極を用
いると良い。

第２図は、本発明のガス冷却を用いたＲＦプラズマジェ
ッ）ＣＶＤ法での高圧相ＢＮ合成の原理図である。（１
３）は高周波コイル、（１４）は水冷プラズマチューブ
、（１５）は放電ガス、（１６）はプラズマジェット、
（１７）は冷却ガス噴出口、（１８）は冷却ガス、（１
９）は基板、（２０）は高圧相ＢＮ膜、（２１）は高周
波電源、（２２）はアーク、（２３）は非平衡プラズマ
、（２４）はトーチノズルである。

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス（１５）を水冷プ
ラズマチューブ（１４）に流し高周波誘導によりアーク
放電（２２）をおこすことにより、放電ガスは急激に加
熱され、水冷プラズマチューブ（４）内で５０００°Ｃ
以上の熱プラズマとなる。この際、急激な温度上昇によ
る体積膨張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェ
ット（１６）となり、トーチノズル（２４）から噴出す
る。

このプラズマジェットに冷却ガス（１８）として水素ガ
スを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより、熱プ
ラズマを急冷させ、非平衡プラズマ（２３）を発生させ
る。この非平衡プラズマ中に基板（１９）を置くと、そ
の表面に高圧相ＢＮ膜（２０）が成長する。

このように本発明では、これまでのＲＦプラズマジェッ
トＣＶＤ法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラズ
マを急冷できるため、基板に対する制約がなく、どのよ
うな基板上にでも高圧相ＢＮを高速に成長させることが
できる。

第３図は、本発明のガス冷却を用いた光プラズマトーチ
）ＣＶＤ法での高圧相ＢＮ合成の原理図である。（２５
）は大出力レーザー、（２６）はレーザービーム、　（
２７）は集光レンズ、（２８）は放電ガス、　（２９）
はノズル冷却水、（３０）は水冷トーチノズル、（３１
）はプラズマジェット、（３２）は冷却ガス、（３３）
は冷却ガス噴出口、（３４）は集光コーン、（３５）は
非平衡プラズマ、　（３６）は基板、（３７）は高圧相
ＢＮ膜、（３８）はアークである。

水素ガスと原料ガスからなる放電ガス（２８）を集光コ
ーン（３４）内に流し、集光されたレーザービーム（２
６）をあて、トーチノズル付近で光アーク放電をおこす
と、放電ガスは急激に加熱され、５０００°Ｃ以上の熱
プラズマとなる。この際、急激な温度上昇による体積膨
張により、熱プラズマは超音速のプラズマジェット（３
１）となり、ノズル（３０）から噴出する。

このプラズマジェットに冷却ガス（３２）として水素ガ
スを勢い良く吹きつけ強制混合させることにより、熱プ
ラズマを象、冷させ、非平衡プラズマ（３５）を発生さ
せる。この非平衡プラズマ中に基板（３６）を置くと、
その表面に高圧相ＢＮ膜（３７）が成長する。

このように本発明では、これまでの光プラズマジェット
ＣＶＤ法にくらべ、基板とまったく無関係に熱プラズマ
を象、冷できるため、基板に対する制約がな（、どのよ
うな基板上にでも高圧相ＢＮを高速に成長させることが
できる。

〔実施例Ｉ〕

第４図は本発明を実施するガス冷却ＤＣプラズマジェッ
トＣＶＤ法による高圧相ＢＮの気相合成装置を示す図で
、（３９）はプラズマトーチ、（４０）は放電ガス供給
管、（４１）はアーク電源、（４２）はトーチ用冷却水
配管、（４３）は基板ホルダ、（４４）は基板、（４５
）は真空チャンバ、（４６）は排気系、（４７）はトー
チマニュプレーク、（４８）はｍｆｆ１計、（４９）は
ガスボンベ、（５０）は冷却ガス噴出口、（５１）は基
板マニュプレークである。

プラズマトーチ（３９）は陽極、陰極ともに、２重量％
酸化イツトリウム添加タングステン製で水冷構造となっ
ている。プラズマトーチ３９および基板ホルダ４０は、
それぞれマニュプレータ４７．５１により、位置と向き
をコントロールできるため、大面積の基板や複雑な表面
形状の被処理物の上にも均一に高圧相ＢＮ膜を成長させ
ることができる。また、第４図には示していないが、基
板ホルダ４３は基板温度を制御するために基板加熱用ヒ
ータや水冷機構が取りつけられても良い。

〔実施例１−１１ 基板８として５　ｘ　５　ｘ　０．２　＋ｎｒａのＳｉ
ウェハを用い、真空チャンバ１９内を２　Ｘｌ０−３Ｔ
ｏｒｒまで排気後、放電ガスとして水素を１ｋｇ／ｃ這
の圧力で２０１／ｌ１ｉｎ。

Ｂ　、　ＩＩ　、を１　ｋｇ　／　ｃ＋ａの圧力で８０
ｍｆｆ１／ｗｉｎの流量で流し、冷却ガスとして水素を
１　ｋｇ　／　ｃ艷の圧力で２０ｆ／＋＋＋ｉｎ、アン
モニアＮＨ，を１ｋｇ／ａ１１の圧力で２００１１１ｆ
ｆｉ／ｍｉｎ、真空チャンバ内の圧力を２００Ｔｏｒｒ
に保持した。冷却ガスは、トーチノズルの３Ｍ下に設置
した４本の冷却ガス噴出口からプラズマジェットにむけ
て噴出させた。定電流アーク電源より、ＩＯＡの電流を
トーチに流し、電圧が一定になるまで約５分間保持した
。この時の電圧は６５Ｖであった。基板をゆっくりトー
チに近づけ、ノズル−基板間距離を５１１ＩＩ！＋で固
定し、この状態で１０分間製膜を行った。

そしてできた高圧相ＢＮを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、
Ｘ線回折、硬度測定により評価した。

できた高圧相ＢＮ膜は厚さ１０μｍであり、６０μｍ／
ｈの極めて高い製膜速度で高圧相ＢＮが合成できた。Ｘ
線回折の結果では、ｃ−ＢＮとｗ−ＢＮのみのピークが
検出されており、ｈ−ＢＮのヒータはまったく検出され
なかった。またビッカース硬度は荷重５００ｇで約４０
００ｋｇ／ｃ＋ｆｌであり、高圧法により合成されたｃ
−ＢＮと同等の値であった。

以上の結果より、合成された高圧相ＢＮは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は６０μｍ　
／　ｈにも達していることがわかる。

（実施例１−２）ｃ−ＢＮの合成 放電ガスとして水素を１　ｋｇ　／　ｃ＋Ｍの圧力で２
０１／ｍｉｎ　、、Ｂ、Ｉｌ、をｌ　ｋｇ　／　ａｆｌ
の圧力で１００−／ｍｉｎ、冷却ガスとして水素を１ｋ
ｇ／ｃｒＭの圧力で２０４２／ｍｉｎ、ＮＨ，を１　ｋ
ｇ　／　ＣＴＩＩの圧力で１ｆｆｉ／ｍｉｎ流し他の条
件は実施例１と同様にしてＢＮの合成を行ったところ、
ウルツ鉱型ＢＮ（ｗ−ＢＮ）を含む厚さ約１５μｍのｃ
−ＢＮの膜が形成された。この膜はＸ−線回折ではグラ
ファイト構造のｈ−ＢＮは、まったく検出されなかった
。

上記実施例で、熱プラズマを急冷させ、ラジカルの濃度
が高く活性な非平衡プラズマを生成せしめる手段として
、熱プラズマジェットに４本の冷却ガス噴出口からプラ
ズマにむけて冷却ガスを吹付ける例を挙げたが、プラズ
マジェットの軸中心に向け、円周方向から冷却ガスを噴
出してもよい。

なお温度分布、あるいはラジカル温度に分布を持たせた
いような場合プラズマジェットに対し一方向からのみ冷
却ガスを噴出させてもよい。

〔実施例■） 第５図は本発明を実施するガス冷却ＲＦプラズマジェッ
トＣｖＤ法による高圧相ＢＨの合成装置の模式図で、（
５２）はプラズマトーチ、（５３）は放電ガス供給管、
（５４）は高周波電源（５５）は、トーチ用冷却水配管
、（５６）は基板ホルダ、（５７）は基板、（５８）は
真空チャンバ、（５９）は排気系、（６０）はトーチマ
ニュプレーク、（６１）は流量計、（６２）はガスボン
ベ、（６３）は冷却ガス噴出口、（６４）は基板マニュ
プレークである。

プラズマトーチ（５２）は水冷石英製のプラズマチュー
ブに水冷銅パイプの高周波コイルをまいた構造となって
いる。プラズマトーチおよび基板ホルダは、それぞれマ
ニュプレークにより、位置と向きをコントロールできる
ため、大面積の基板や複雑な表面形状の被処理物の上に
も均一にＢＮｌｉｌを成長させることができる。また、
本模式図には示していないが、基板温度を制御するため
に基板加熱用ヒータ水冷機構が取りつけられても良い。

〔実施例■−１〕 基）反として５Ｘ５Ｘ０．２ｍｍのＳｉウェハを用い、
チャンバ内を２　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒまで排気後、放
電ガスとして水素を１ｋｇ／ｃ＋＋１の圧力で１０１／
ｍｉｎ　、、Ｂ２ｔ１６を１　ｋｇ　／　ａ＋１の圧力
で５０＋＋ｆｌ／ｍｉｎ　％冷却ガスとして水素を１ｋ
ｇ／ａａの圧力で１０１／ｍｉｎ　、　ＮＯ３を１　ｋ
ｇ／ｃｒＡの圧力で９０ｍｆｌ／ｍｉｎ流した。冷却ガ
スは、トーチノズルの３Ｍ下に設置した４木の噴出口か
らプラズマジェットにむけて噴出された。高周波電源よ
り周波数２７．１２ＭＬ　、１　ｋＷの高周波出力を高
周波コイルに印加し、プラズマジェットを発生させた。

次に、基板をゆっくりトーチに近すけ、ノズル−基板間
距離を５ｍｍで固定し、この状態で１０分間製膜を行っ
た。そしてできた高圧相ＢＮを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ
）　、Ｘ線回折、硬度測定により評価した。

合成された高圧相ＢＮ膜は約１０μｍであり、Ｘ線回折
では、ｃ−ＢＮとｗ−ＢＮのみのピークが検出され、ｈ
−ＢＮは検出されなかった。また、ビッカース硬度は荷
重５００ｇで約４０００ｋｇ／Ｃ艷と、高圧法で合成さ
れたｃ−ＢＮと同等の値であった。

以上の結果より、合成された高圧相ＢＮは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は６０μｍ／
ｈにも達していることがわかる。

（実施例■〕 第６図は本発明を実施するガス冷却光プラズマジェット
ＣｖＤ法による気相合成装置の模式図で、（６５）はプ
ラズマトーチ、（６６）は放電ガス供給管、（６７）は
レーザー、（６８）はトーチ用冷却水配管、（６９）は
基板ホルダ、（７０）は基板、（７１）は真空チャンバ
、（７２）は排気系、（７３）はレーザービーム、（７
４）は流量計、（７５）はガスボンベ、（７６）は冷却
ガス噴出口、（７７）は基板マニュプレークである。

光源としては、発信周波数１０，６μｍ、出力２０ｋＷ
。

ビーム径８０ｍｍのフロー型Ｃ（ｈレーザーを用い、集
光レンズは口径８０鴫、ｆｌ、５のものを用いた。基板
ホルダはマニュプレータにより、位置と向きをコントロ
ールできるため、大面積の基板や複雑な表面形状の被処
理物の上にも均一に目的の物質を成長させることができ
る。また本模式図には示していないが、基板温度を制御
するための基板加熱用ヒータや水冷機構が取りつけられ
ても良い。

〔実施例■−１〕 基板として５　Ｘ　５　Ｘ　Ｏ，２ｍｍのＳｉウェハを
用い、チャンバ内を２　Ｘ　１０−　’Ｔｏｒｒまで排
気後、放電ガスとして水素を１ｋｇ／ｃ＋ａの圧力で１
０１／ｍｉｎ　、　Ｂ２Ｈ６を１ｋｇ／ｃＪの圧力で５
０ｍ１／ｌｌ１ｉｎ、冷却ガスとして水素を１ｋｇ／ｃ
＋Ｉｌの圧力で１０１／ｍｉｎ　、　Ｎｔ１３を１　ｋ
ｇ／ｃｄの圧力で９０戚／ｍｉｎ？ＪＬした。冷却ガス
は、トーチノズルの３ｍｍ下に設置した４本の噴出口か
らプラズマジェットにむけて噴出された。レーザー発信
器により、出力１０ｋＨのレーザービームを照射し光ア
ーク放電をおこし、プラズマジェットを発生させた。次
に、基板をゆっくりトーチに近すけ、ノズル−基板間距
離を５１１ＩＩＴｌで固定し、この状態で１０分間製膜
を行った。そしてできた高圧相ＢＮを走査電子顕微鏡（
ＳＥＭ）　、Ｘ線回折、硬度測定により評価した。

合成された高圧相ＢＮ膜は厚さ約１０μｍであり、Ｘ線
生活では、ｃ−ＢＮとｗ−ＢＮのみのピークが検出され
、ｈ−ＢＮは検出されなかった。また、ビッカース硬度
は荷重５００ｇで約４０００／ｃｆｆｌと、高圧法で合
成されたｃ−Ｂ、Ｎと同等の値であった。

以上の結果より、合成された高圧相ＢＮは、良質の多結
晶膜であることがわかる。また、製膜速度は６０μｍ／
ｈにも達していることがわかる。

［効　果］ 本発明のガス冷却プラズマトーチ）ＣＶＤ法によれば、
６０μｍ／ｈ程度の速い製膜速度で良質の高圧相ＢＮを
、基板の冷却なしに形成させることができ、高圧相ＢＮ
コーティングの応用範囲を大幅に広げることができる。

さらに、半導体用の高圧相ＢＮヒートシンクや高圧相Ｂ
Ｎ回路基板の実現を大きく前進させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明のＤＣプラズ
マ気相合成法の原理図であり、 第２図は本発明のＲＦプラズマ気相合成法の原理図であ
り、 第３図は本発明の光プラズマ気相合成法の原理図であり
、 第４図は本発明のガス冷却ＤＣプラズマジェット気相合
成装置を示す図面であり、 第５図は本発明のガス冷却ＲＦプラズマ気相合成装置を
示す図面であり、 第６図は本発明の光プラズマ気相合成装置を示す図であ
る。 １・・・陰極、　　　　　　２・・・陽極、３・・・放
電ガス、　　　　４・・・トーチノズル、５・・・プラ
ズマジェット翫 ６・・・冷却ガス噴出口、７・・・冷却ガス、訃・・基
板、　　　　　９・・・高圧相ＢＮ膜、１０・・・アー
ク電源、　　１１・・・アーク、１２・・・非平衡プラ
ズマ、１３・・・高周波コイル、１４・・・水冷プラズ
マチューブ、 １５・・・放電ガス、　　　１６・・・プラズマジェッ
ト、１７・・・冷却ガス噴出口、１８・・・冷却ガス、
１９・・・基板、　　　　　２０・・・高圧相ＢＮ膜、
２１・・・高周波電源、　　２２・・・アーク、２３・
・・非平衡プラズマ、２４・・・トーチノズル、２５・
・・大出力レーザー、２６・・・レーザービーム、２７
・・・集光レンズ、　　２８・・・放電ガス、２９・・
・ノズル冷却水、　３０・・・水冷トーチノズル、３１
・・・プラズマジェット、 ３２・・・冷却ガス、　　　３３・・・冷却ガス噴出口
、３４・・・集光コーン、　　３５・・・非平衡プラズ
マ、３６・・・基板、　　　　　３７・・・高圧相ＢＮ
膜、３８・・・アーク、　　　　　３９・・・プラズマ
トーチ、４０・・・放電ガス供給管、４１・・・アーク
電源４２・・・トーチ用冷却水配管、 ４３・・・基板ホルダ、　　４５・・・真空チャンバ、
４６・・・排気系、 ４７・・・トーチマニュプレーク、 ４８・・・流量計、　　　　４９・・・ガス供給系、５
０・・・冷却ガス噴出口、５１・・・基板マニュプレー
タ。 ５２・・・プラズマトーチ、５３・・・放電ガス供給管
、５４・・・高周波電源、　　５５・・・トーチ用冷却
水配管、５６・・・基板ホルダ、　　５７・・・基板、
５８・・・真空チャンバ、　５９・・・排気系６０・・
・トーチマニュプレータ、 ６１・・・流量計、　　　　６２・・・ガスボンベ、６
３・・・冷却ガス噴出口、６４・・・基板マニュブレー
ク、６５・・・プラズマトーチ、６６・・・放電ガス供
給管、６７・・・レーザー、　　　６８・・・トーチ用
冷却水配管、６９・・・基板ホルダ、　　７０・・・基
板、７１・・・真空チャンバ、　７２・・・排気系、７
３・・・レーザービーム、７４・・・流量計、７５・・
・ガスボンベ、　　７６・・・冷却ガス噴出口、７７・
・・基板マニュプレーク １・　陰極 ４・　　ノズル ５　・ノラズマノエ、ト ロ・　冷却がス噴出ロ ア　・・冷却ガス １ｏ・　・アーク電源 １１・・・アーク １２　・・非平衡プラズマ （ｂ） （Ｃ） ご−÷　１　回 ガス冷却光アークゾラズヤノエノトＣＶＤ法の原理図第
３図 ２５　　　レーザー ２６　　・・　レーザービーム ２７　　・集光レンズ ２８・・・　放電ガス ３１・　　プラズマノエノト ３６・　・被処理基根 ３７°　　高圧相ＢＮ膜 ３８　　　アーク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱プラズマ発生装置に、ガスを供給し、放電によっ
   てこのガスをラジカル化して熱プラズマとし、生じた熱
   プラズマをプラズマジェットとして、トーチ先端のノズ
   ルから噴出させ、このプラズマジェットに冷却ガスを吹
   きつけ、熱プラズマを急冷させ、プラズマジェットに供
   給される気相成長用原料化合物であるほう素化合物ガス
   及び窒素化合物ガスのラジカル化により生ずるラジカル
   生成物を少なくとも含みラジカルの濃度が高く活性な非
   平衡プラズマを生成し、この非平衡プラズマに基板を接
   触させ、基板上に熱プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）窒
   化ほう素膜を気相成長させることを特徴とする高圧相窒
   化ほう素の気相合成方法。 ２、前記熱プラズマ発生装置として陽極及び陰極間の直
   流アーク放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラ
   ズマを生じさせるＤＣプラズマトーチを用いる請求項１
   記載の方法。 ３、前記熱プラズマ発生装置として高周波誘導によるア
   ーク放電によって供給ガスをラジカル化して熱プラズマ
   を生じさせる装置を用いる請求項１記載の方法。 ４、前記熱プラズマ発生装置として集光させた大出力レ
   ーザービームによる光アーク放電により供給ガスをラジ
   カル化して熱プラズマを生じさせる装置を用いる請求項
   １記載の方法。 ５、前記放電ガスもしくは前記冷却ガスまたはその両方
   に水素を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法
   。 ６、前記気相成長用原料化合物の原料ガスを前記放電ガ
   スまたは前記冷却ガスとしてプラズマジェット中に供給
   する請求項１〜４項のいずれか１項に記載の方法。 ７、前記ほう素化合物ガスがほう化水素である請求項６
   記載の方法。 ８、上記窒素化合物ガスがアンモニアである請求項６記
   載の方法。 ９、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス及びＯ＿２、Ｈ＿２Ｏ、
   Ｈ＿２Ｏ＿２等の酸化性ガスの少なくとも１種を放電ガ
   スもしくは冷却ガスまたはその両方に混合させる請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の方法。 １０、熱プラズマ発生装置の電極間に、水素および気体
   の原料化合物を含むガスを供給する請求項２に記載の方
   法。 １１、陽極および陰極を有する熱プラズマ発生装置の電
   極間に、水素を含むガスを供給し、電極間から噴出する
   熱プラズマジェットに気体の原料化合物を含むガスを供
   給する請求項２に記載の方法。 １２、炭素電極または希土類元素酸化物を含むタングス
   テン電極を陽極及び陰極材として、直流アーク放電させ
   る請求項２に記載の方法。 １３、熱プラズマジェット噴出用ノズルを開口し、放電
   ガス導入管より供給されたガスを放電によって熱プラズ
   マとし、生じた熱プラズマをプラズマジェットとして該
   ノズルから噴出させるプラズマトーチと、 該プラズマジェットへ気体のほう素化合物及び窒素化合
   物を気相成長用原料化合物として供給する原料ガス供給
   系と、 該プラズマジェットに冷却ガスを吹きつけ、熱プラズマ
   を急冷させ、プラズマジェットに供給される気相成長用
   原料化合物のラジカル化により生ずるラジカル生成物を
   少なくとも含み、ラジカルの濃度が高く活性な非平衡プ
   ラズマを生成せしめる該プラズマトーチの該ノズルに近
   接して配置された冷却ガス噴出口を有する冷却ガス供給
   系を含む非平衡プラズマ生成手段と、 上記非平衡プラズマ中に基板を支持し、該基板上に熱プ
   ラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）窒化ほう素膜を気相成長
   させる基板支持機構とを有することを特徴とする高圧相
   窒化ほう素の気相合成装置。