JPH03219066A - 窒化ホウ素薄膜の作成方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超硬工具、絶縁膜、１６導体などに用いる澹γ
方品窒化ホウ素薄膜の作成方法に関するものである。

［従来の技術］ 立方晶窒化ホウ素を気相から合成する方法としては、例
えば次の三つの公知技術がある。

１、特公昭６０−１８１２６２号公報に記載される、ホ
ウ素を含有する蒸発源から基体りにホウ素を蒸着させる
と共に、少なくとも窒素を含むイオン種を発生するイオ
ン発生源から基体上に含有イオン種を照射して、該基体
上に窒化ホウ素を生成させる立方晶窒化ホウ素膜の製造
方法。

２、＋１．＋　　Ｎ？プラズマによるボロンの化学輸送
を行うことによって、基体上に立方晶窒化ホウ素を生成
する方法［文献ｌ：ココマツ外ジャーナルオン　マテリ
アルズ　サイエンス　レターズ、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｒ
　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ　１ｅｔｔｅｒ
ｓ、　４　（１９８５）ｐ、５１〜５４］。

３　、　　ＩＩ　ＣＤ　（ｌｌｏｌｌｏｖ　Ｃａｔｈｏ
ｄｅ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　　ボロー陰極放電）ガンに
てボロンを蒸発させながら、ホロー陰極からＮ、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セル
フバイアス効果を持たせ、該基板上に立方晶窒化放射を
生成する方法［文献：イナガワ外、プロシーデインゲス
　オン　９ス　／ンポジウム　オン　イオン　ソースイ
オン　アシステツド　チクノロシイ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓ　ｏｒ　９Ｌｈ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ｔ
ｏｎ　Ａｓ５ｉｓｔｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　、　
’８５．東京、ｐ、２９９〜３０２．（１９８５）］。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記１の方法はイオンビーム発生装置及
び集束装置が高価であるという欠点を有する。前記２の
方法は高出力のＲＦプラズマを成膜に利用しているため
、反応系からの不純物が混入しやすいという欠点を有す
る。前記３の方法は１の方法と同じくイオンビームの発
生装置及び集束装置が高価であるに加え、不活性ガスの
原子が析出した窒化ホウ素に取り込まれるという欠点を
有している。

また、前記１〜３のいずれの手法においても、現状では
結晶性の優れた立方晶窒化ホウ素が得られているとは言
いがたい。

本発明はこのような従来法の欠点を解消し、より安価な
装置で高純度の立方晶窒化ホウ素薄膜を基材表面に生成
、析出できる新規な作成方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ −Ｆ記課題を解決する手段として、本発明はホウ素原子
と窒素原子とを含むターゲットにエキシマレーザ−光を
照射することにより、前記ターゲットに対向して配置し
た基板ヒに立方晶窒化ホウ素薄膜を成膜することを特徴
とする窒化ホウ素薄膜の作成方法を提供する。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一具体例であって、成膜チャンバー０
内にターゲット４とこれに対向して基板５が配置されて
いる。ターゲット４としては、六方晶窒化ホウ素（以下
ｈ−Ｂ　Ｎとも略記する）の焼結体、ｑ方晶窒化ホウ素
（以下ｃ−ＢＮとも略記する）の中結晶あるいは多結晶
体等が用いられる。

ターゲット４と基板５の距離りは１０〜１５０＋ｓ＋ｓ
の範囲に保たれる。基板５はヒーター６により３００〜
１３００°Ｃに加熱される。このような状態において、
エキシマレーザ−装置１によりレーザー光１１を発光さ
せ、集光レンズ２によりレーザーパワー密度を高め、入
射窓３を介して成膜チャンバー０内のターゲット４表面
に照射する。レーザーパワーは０５〜２０　Ｊ　／　ｃ
ｍ”の範囲とする。

史に成膜チャンバー０内にはガスノズル（ガス導入［１
）６によりＮ、、Ｎ！−１，等の窒素層Ｊ−を含む≧°
ゾ囲気ガスが導入され、成膜圧力を　０．００１〜１０
Ｔｏｒｒに保つ。７は排気口である。このような手法に
より基板上に立方晶窒化ホウ素が作成される。

［作用］ エキシマレーザ−は１９３〜３５０ｎｍの紫外線領域に
発振波長を有しており、具体的にはΔｒＦ、ＫｒＣＱ、
ＫｒＦ、ＸｅＣｆｆ、ＸｅＦなどの種類がある。

これらエキシマレーザ−を用いる理由として、まず第一
に光子１個の持つエネルギーが大きいことが挙げられる
。例えばＡｒＦ　　エキシマレーザ−であれば、発振波
長が１９３ｎｍであり、これは６．４２ｅＶのエネルギ
ーに相当する。一方、エキシマレーザ−以外の工業用レ
ーザーとして通常使用されているＣＯｔレーザーでは発
振波長１０．６μｍであり、これは高々０．１２ｅＶの
エネルギーしかない。

第二にレーザー光はレンズ等の光学系を用いて集光でき
るため、史にエネルギー密度を高めることが出来、この
ような高エネルギーレーザー光によりターゲットが分解
され、発光を伴う励起種が生成され、ｃ　−Ｂ　Ｎ膜の
合成が可能となることが、挙げられる。

ターゲット表面におけるレーザーパワーを０，５〜２Ｑ
Ｊ／ｃｍ’とする理由は、低すぎると膜成長速度が小さ
く、ターゲットの励起が不十分でＣＢ　Ｎが成膜できな
くなるし、−刃高すぎるとクラスターが多く発生し、良
好なｃ−Ｂ　Ｎの成膜が行えなくなるためである。Ｎ、
、ＮＨ，などの窒素原子を含む雰囲気中で成膜すること
により、基板上に生成される膜のＢ／Ｎ比をｃ−ＢＮの
化学量論比、すなわち１：１に近づけることができる。

この際、成膜圧力を０．００１〜Ｉ　ＯＴｏｒｒの範囲
にするのは、成膜圧力が低い場合には膜中に窒素が取り
込まれなくなり、Ｂリッチな膜になるためであり、逆に
高すぎる場合には、レーザー照射ニヨってターゲット表
面から基板に向かって発生する励起種による発光の長さ
が小さくなり、ＣＢ　Ｎ合成が困難となり、かつ成膜速
１ｔが極端に劣り、実際的でない。

なお、レーザーの照射角度は特に限定されるわけではな
いが、本発明者等の検討によると、ターゲツト面に対し
４５°±２０°が好適である。

従ってターゲットと基板との距離（第１図中のし）も成
膜パラメーターとして重要であり、他の他の成膜パラメ
ーターにも依存するが、通常ｌＯ〜ｌ　５０　ｍｍに保
たれる。その理由は、１０ｍｍ未満では成膜速度が高す
ぎて膜中Ｂ早が増加してしまうためであり、１５０＋ｍ
ｓを越えると発光を伴う励起種が基板に届き難くなり、
また成膜速度が極端に低いためである。

これらレーザーパワー、成膜圧力、ターゲ、２ト基板間
距離は相７ｉに関連して気相反応を制御しており、所望
の値を選択することができる。

基板温度はエピタキシャル膜生成のパラメーターとして
重要であり、３００℃未満では膜成長面での到達粒子の
マイグレーションが十分に行われず非晶質膜になる。ｌ
３００°Ｃを越えるとＣ−ＢＮ膜がｈ−１３Ｎに転移し
、また基板自体の耐熱性が問題となる場合が多く、実用
的ではない。

ターゲットとしては、ホウ素原子と窒素原子を含むもの
であれば良く、本発明者等によればｈ１３Ｎの焼結体、
Ｃ−ＢＮの多結晶体、ｃ−ＢＮの中結晶などが有効であ
る。

基板は、当事者がその目的により任意に選択できるもの
であり、特に限定されるわけではないが、後述の実施例
のように、Ｓｉ５ダイヤ、サファイヤ、Ｍｏ、ＷＣなど
で、立方晶窒化ホウ素膜の成長が確認されている。

し実施例］ （−１レーザーパワー依　　の確認　験第１図の装置に
より、レーザーパワーを種々に変えて、本発明によりｃ
−ＢＮ膜を作成した。レーザーとしてＡｒＦ　　エキシ
マレーザ−１基板としテＳ　ｉ　ウェハー、ターゲット
としてｃ−ＢＮ多結晶体を用い、レーザービームとター
ゲツト面は４５°に保った。レーザーの発光繰り返し数
はＩＩ（ｚとした。雰囲気ガスとしてＮ、を５　Ｑ　ｓ
ｃｃＭ流した。成膜圧力はＱ　、　５　Ｔｏｒｒ、基板
とターゲット間距離は４０１ＩＩ１１、基板温度は８０
０℃とした。

成膜時間は１時間とした。得られた膜はＣｕＫａ線でＸ
線回折を行い、膜質判定を行った。結果を表１に示す。

表１ １圧〕　　　の 成膜圧力を種々に変え本発明によりｃ−ＢＮ膜を作成し
た。ターゲットとしてｍ−ＢＮ焼結体を用い、雰囲気ガ
スとしてＮ　Ｈ、を３０ｓ０゜輩流した。

レーザーパワーは２０　Ｊ／Ｃｍ’　とし、他の条件は
すべて実施例１と同様とした。結果を表２に示す。

表２ 以上のように０．５〜２０Ｊ／ｃｆｉ”の範囲でＣ８Ｎ
の生成が確認された。

表２に示すように、成膜圧力が５　×Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒ
ｒ以下の試料ＮＯ，１１，１４では膜中Ｎｆｆ１が減少
し、ボロンリッチな膜で、且つ結晶性の悪いｈ−ＢＮで
あった。更に　２０．０Ｔｏｒｒでは膜厚が薄くて評価
できなかった。一方、０．　００１＝　１０Ｔｏｒｒの
範囲では良好なｃ−ＢＮが得られた。

表３ （、３）ターゲット基板　距離依　　の確認試験 基板としてｃ−ＢＮ多結晶体を用い、成膜圧力０．５　
Ｔｏｒｒとし、ターゲット基板間距離（■、）を種々に
変化させて、他の条件は全て実施例２と同一で本発明に
よりｃ−ＢＮの作成を試みた。表３に結果を示す。

表３に示すように、１０〜１５０ｍｍの範囲では良好な
ｃ−ＢＮが得られたが５■−以下ではボロンリッチで、
密度の低い粗なｈ−ＢＮになり、１８０ｍ５以」−では
膜厚が薄く評価不能であった。

基　温　　　　の確認試験 ターゲットとしてｃ−ＢＮ単結晶を用い、ターゲット基
板間距離を３０膳■とし、基板温度を種々に変化させ、
他の条件はすべて実施例３と同一で、本発明によりＣ ４に示す。

ＢＮの成膜を試みた。結果を表 表４ （”：’５）基　　　　　性の確認試験基板を種々の材
料に変化させ、基板温度は８００°Ｃとして、その他の
条件はすべて実施例４と同一として本発明によりｃ−Ｂ
Ｎの成膜を試みた。結果を表５に示す。

表５ 以上のように、３００〜１３００℃の範囲内で良好なｃ
−ｒ３Ｎが得られた。基板をＭｏとし、温度１５００℃
で成膜したが、このものはｈ−ＢＮであった。

以上のように、ｃ−ＢＮは勿論のこと、Ｍｏ。

ＷＣをはじめダイヤモンド、サファイア基板−［−でも
本発明によりｃ−ＢＮが合成でき、応用範囲が大きく広
がった。

なお、実施例では特に示さなかったが、基板にＤＣ，Ａ
Ｃ（ＲＦ）等の基板バイアスを用いてもよい。これは、
窒素の基板への取り込みをより容易にする効果があり、
膜中Ｂ／Ｎ比を化学量論比に近づけ易くする。基板が絶
縁性の場合には、基板ホルダーを導電性にして、その部
分にＤＣ，ＡＣ等を印加しても同様の効果がある。

］発明の効果１ 以上説明したように、本発明では光子エネルギーの大き
いエキシマレーザ−を用いてチッ素原子、ホウ素原子を
含有するターゲットを照射するという新規な手段により
、高品質な立方晶窒化ホウ素（ｃ−ｆ３Ｎ）を安定して
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｌ実施態様を示す概略図である。 図中、ｏ　：　成ｓチャンバー　１：エキシマレーザ−
２：集光レンズ、３：入射光、４：ターゲット、５：基
板、６：ガス導入［Ｊ、７：排気口を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホウ素原子と窒素原子とを含むターゲットにエキ
   シマレーザー光を照射することにより、前記ターゲット
   に対向して配置した基板上に立方晶窒化ホウ素薄膜を成
   膜することを特徴とする窒化ホウ素薄膜の作成方法。