JPH0814023B2 - 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 - Google Patents
高圧相窒化ホウ素の気相合成法Info
- Publication number
- JPH0814023B2 JPH0814023B2 JP21796987A JP21796987A JPH0814023B2 JP H0814023 B2 JPH0814023 B2 JP H0814023B2 JP 21796987 A JP21796987 A JP 21796987A JP 21796987 A JP21796987 A JP 21796987A JP H0814023 B2 JPH0814023 B2 JP H0814023B2
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- phase
- boron nitride
- pressure phase
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高圧相窒化ホウ素（BN）を気相合成法で連続的に合成
する方法に関し、 高い製膜速度で高品質の高圧相BN膜を気相合成する方
法を提供することを目的とし、 ホウ素原子及び窒素原子をガス構成成分として含有す
る原料ガスを光アーク放電により熱プラズマ化し、得ら
れる熱プラズマを基板上にプラズマジェットとして照射
させて急冷することにより基板上に高圧相窒化ホウ素を
気相成長させることから構成する。
する方法に関し、 高い製膜速度で高品質の高圧相BN膜を気相合成する方
法を提供することを目的とし、 ホウ素原子及び窒素原子をガス構成成分として含有す
る原料ガスを光アーク放電により熱プラズマ化し、得ら
れる熱プラズマを基板上にプラズマジェットとして照射
させて急冷することにより基板上に高圧相窒化ホウ素を
気相成長させることから構成する。
本発明の高圧相窒化ホウ素（BN）〔立方晶BN（ｃ−B
N）及びウルツ鉱型BN（ｗ−BN）〕の気相合成法、更に
詳しくは、高圧相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。
N）及びウルツ鉱型BN（ｗ−BN）〕の気相合成法、更に
詳しくは、高圧相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、しかも耐熱性はダイヤモンドより優れてい
るため、高圧相BNを薄膜状に合成できれば、半導体素子
の高密度実装用基板、ヒートシンク及び各種工具の高硬
度コーティング膜などとして広い分野で使用できると期
待されている。
るほど高く、しかも耐熱性はダイヤモンドより優れてい
るため、高圧相BNを薄膜状に合成できれば、半導体素子
の高密度実装用基板、ヒートシンク及び各種工具の高硬
度コーティング膜などとして広い分野で使用できると期
待されている。
従来、高圧相BNの気相合成法としては、IBD法（イオ
ン化蒸着）、IVD法（イオン蒸着併用法）HCD−ARE法
（ホローカソード活性化化成蒸着）等が知られている
が、これらの方法では、得られら高圧相BNにグラファイ
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、製膜速度も１μm/h以下と非常に遅く、
品質、コスト、生産性のいずれの点においても工業的プ
ロセスとしては不十分なものであった。
ン化蒸着）、IVD法（イオン蒸着併用法）HCD−ARE法
（ホローカソード活性化化成蒸着）等が知られている
が、これらの方法では、得られら高圧相BNにグラファイ
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、製膜速度も１μm/h以下と非常に遅く、
品質、コスト、生産性のいずれの点においても工業的プ
ロセスとしては不十分なものであった。
前述の如く、従来の方法で高圧相BNを合成した場合に
は、得られる窒化ホウ素が品質的に充分でなく、また製
膜速度が非常に遅いという問題があった。
は、得られる窒化ホウ素が品質的に充分でなく、また製
膜速度が非常に遅いという問題があった。
従って、本発明は前記した従来技術の問題点を排除し
て高い製膜速度で高品質の高圧相BN膜を気相合成する方
法を提供することを目的とする。
て高い製膜速度で高品質の高圧相BN膜を気相合成する方
法を提供することを目的とする。
本発明に従えば、前記問題点は、ホウ素原子及び窒素
原子をガス構成成分として含有する原料ガスを光アーク
放電により熱プラズマ化し、得られた熱プラズマを基板
上にプラズマジェットとして照射されて急冷することに
より、基板上に高圧相窒化ホウ素を気相成長させること
を特徴とする高圧相窒化ホウ素の気相合成法によって解
決される。
原子をガス構成成分として含有する原料ガスを光アーク
放電により熱プラズマ化し、得られた熱プラズマを基板
上にプラズマジェットとして照射されて急冷することに
より、基板上に高圧相窒化ホウ素を気相成長させること
を特徴とする高圧相窒化ホウ素の気相合成法によって解
決される。
以下、添付図面に基づいて本発明を具体的に説明す
る。
る。
第１図は本発明に従って高圧相BNを気相合成する装置
の一例を説明する図面である。
の一例を説明する図面である。
第１図において、１は一般的な大出力レーザ（例えば
炭酸ガスレーザなど）であり、大出力レーザからのレー
ザビーム２を集光レンズ３で集光させて集光コーン12の
先端部に極めて高い光強度を得る。一方、集光コーン12
には、ガス導入口４より原料ガスを大気圧又はそれ以上
の圧力で導入する。この原料ガスは、BNの原料となる、
例えばB2H6などのホウ素の水素化物、BCl3などのホウ素
のハロゲン化物、B2（CH3）６の有機化合物などのホウ
素原子を含むガス及びNH3やN2などの窒素原子を含むガ
スを含有し、更に、好ましくは、反応性を高めるガスと
してH2を含み、またプラズマを安定化させるためのガス
としてAr、Heなどを含む。かかる原料ガス中の各成分の
組成については限定はないが、一般には以下のような組
成（容積％）が好ましい。
炭酸ガスレーザなど）であり、大出力レーザからのレー
ザビーム２を集光レンズ３で集光させて集光コーン12の
先端部に極めて高い光強度を得る。一方、集光コーン12
には、ガス導入口４より原料ガスを大気圧又はそれ以上
の圧力で導入する。この原料ガスは、BNの原料となる、
例えばB2H6などのホウ素の水素化物、BCl3などのホウ素
のハロゲン化物、B2（CH3）６の有機化合物などのホウ
素原子を含むガス及びNH3やN2などの窒素原子を含むガ
スを含有し、更に、好ましくは、反応性を高めるガスと
してH2を含み、またプラズマを安定化させるためのガス
としてAr、Heなどを含む。かかる原料ガス中の各成分の
組成については限定はないが、一般には以下のような組
成（容積％）が好ましい。
Ｂ原子を含むガス 0.01〜 10％ Ｎ原子を含むガス 0.01〜 10％ H2 20 〜100％ Ar又はHe ０ 〜 80％ 上記した原料ガスは、ガス導入口４より導入され、集
光コーン12の先端部で集光されたレーザビーム２によっ
て10000℃以上の高温に加熱され、光アーク放電によっ
て化学的に高い高温熱プラズマとなる。原料ガス流は、
この際の急激な熱膨張によりプラズマジェット７とな
り、水冷プラズマジェットノズル６から噴射される。な
お、集光コーン12の先端部の水冷プラズマジェットノズ
ル６は、ノズルの冷却の目的で冷却水出入口５から冷却
水を流して冷却する。
光コーン12の先端部で集光されたレーザビーム２によっ
て10000℃以上の高温に加熱され、光アーク放電によっ
て化学的に高い高温熱プラズマとなる。原料ガス流は、
この際の急激な熱膨張によりプラズマジェット７とな
り、水冷プラズマジェットノズル６から噴射される。な
お、集光コーン12の先端部の水冷プラズマジェットノズ
ル６は、ノズルの冷却の目的で冷却水出入口５から冷却
水を流して冷却する。
ノズル６から噴射されたプラズマジェット７は原料ガ
ス中のBN原料ガスが高密度で分割活性化されており、こ
れが例えば温度500〜1200℃の基板８に衝突すると、熱
プラズマの急冷効果により大量のBN原料ガスが非平衡状
態で高活性化され、基板８上に高い製膜速度で高圧相BN
が気相合成される。基板８には、特に限定はないが、S
i、Al2O3、SiC、Mo、石英ガラスなどを用いることがで
きる。なお、基板８はチャンバー10内の水冷基板ホルダ
９上に置かれ、排ガスは排気系11から排気される。
ス中のBN原料ガスが高密度で分割活性化されており、こ
れが例えば温度500〜1200℃の基板８に衝突すると、熱
プラズマの急冷効果により大量のBN原料ガスが非平衡状
態で高活性化され、基板８上に高い製膜速度で高圧相BN
が気相合成される。基板８には、特に限定はないが、S
i、Al2O3、SiC、Mo、石英ガラスなどを用いることがで
きる。なお、基板８はチャンバー10内の水冷基板ホルダ
９上に置かれ、排ガスは排気系11から排気される。
前記したように、本発明に従えば、非平衡状態で高活
性化されたＢ及びＮを含む原料ガスがプラズマジェット
として基板上に大量供給されるので、高品質の高圧相BN
が高い製膜速度で気相合成することができる。
性化されたＢ及びＮを含む原料ガスがプラズマジェット
として基板上に大量供給されるので、高品質の高圧相BN
が高い製膜速度で気相合成することができる。
実施例 以下に本発明の実施例を説明するが、本発明の技術的
範囲を実施例に限定するものではないことはいうまでも
ない。
範囲を実施例に限定するものではないことはいうまでも
ない。
光源として、発振波長10.6μｍ、出力20kW及びビーム
径80mmの一般的なフロー型炭酸ガスレーザ１を用い、口
径8mm、f1.5の集光レンズ３を用いたノズル径3mmの光ア
ークプラズマトーチに、Ar5/min、H23/min、B2H61
/min及び、NH31.8/minの原料ガスを流し、プラズマ
ジェット７を発生させた。チャンバー10内の圧力200Tor
rで、ノズルから30mmはなして、水冷基板ホルダ上に30
×30mm、厚さ0.5mmのSi基板８を置き、基板温度が600℃
になるように冷却水流量をコントロールしながら、30
分、BNの合成を行った。
径80mmの一般的なフロー型炭酸ガスレーザ１を用い、口
径8mm、f1.5の集光レンズ３を用いたノズル径3mmの光ア
ークプラズマトーチに、Ar5/min、H23/min、B2H61
/min及び、NH31.8/minの原料ガスを流し、プラズマ
ジェット７を発生させた。チャンバー10内の圧力200Tor
rで、ノズルから30mmはなして、水冷基板ホルダ上に30
×30mm、厚さ0.5mmのSi基板８を置き、基板温度が600℃
になるように冷却水流量をコントロールしながら、30
分、BNの合成を行った。
生成した膜は、厚さ30μｍの無色の膜で、Ｘ線回析及
び赤外分光分析で調べたところ、ｃ−BNのピークのみが
検出された。また、ビッカース硬度を調べたところ荷重
500gで4000〜5000の値を示し、熱伝導率は800W/mKであ
った。
び赤外分光分析で調べたところ、ｃ−BNのピークのみが
検出された。また、ビッカース硬度を調べたところ荷重
500gで4000〜5000の値を示し、熱伝導率は800W/mKであ
った。
本発明によれば、高活性度の光アークプラズマジェッ
トを用いることにより、従来法に比べ低圧相BNが殆ど存
在せず、熱伝導率及び硬度の高い良質の高圧相BNの膜を
高い製膜速度で基板上に気相成長させることができ、品
質、コスト及び生産性の向上が達成できた。
トを用いることにより、従来法に比べ低圧相BNが殆ど存
在せず、熱伝導率及び硬度の高い良質の高圧相BNの膜を
高い製膜速度で基板上に気相成長させることができ、品
質、コスト及び生産性の向上が達成できた。
第１図は本発明に従って高圧相BNを気相合成する装置の
一例を示す説明図である。 第１図において、１……大出力レーザ、２……レーザビ
ーム、３……集光レンズ、４……ガス導入口、５……冷
却水出入口、６……水冷プラズマジェットノズル、７…
…プラズマジェット、８……基板、９……水冷基板ホル
ダ、10……チャンバー、11……排気系、12……集光コー
ンである。
一例を示す説明図である。 第１図において、１……大出力レーザ、２……レーザビ
ーム、３……集光レンズ、４……ガス導入口、５……冷
却水出入口、６……水冷プラズマジェットノズル、７…
…プラズマジェット、８……基板、９……水冷基板ホル
ダ、10……チャンバー、11……排気系、12……集光コー
ンである。
Claims (3)
- 【請求項１】ホウ素原子及び窒素原子をガス構成成分と
して含有する原料ガスを光アーク放電により熱プラズマ
化し、得られた熱プラズマを基板上にプラズマジェット
として照射させて急冷することにより、基板上に高圧相
窒化ホウ素を気相成長させることを特徴とする高圧相窒
化ホウ素の気相合成法。 - 【請求項２】原料ガスがホウ素原子含有ガスとしてホウ
素の水素化物、ハロゲン化物、及び／又は有機ホウ素化
合物を、そして窒素原子含有ガスとしてNH3及び／又はN
2を含み、更に反応性を高めるガスとしてH2を、そして
プラズマの安定化のためにAr及び／又はHeを含む特許請
求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】基板の温度を500〜1200℃にする特許請求
の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21796987A JPH0814023B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21796987A JPH0814023B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6462470A JPS6462470A (en) | 1989-03-08 |
| JPH0814023B2 true JPH0814023B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=16712571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21796987A Expired - Lifetime JPH0814023B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 高圧相窒化ホウ素の気相合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814023B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02250969A (ja) * | 1989-03-24 | 1990-10-08 | Yukio Ichinose | 窒化ほう素の製造法 |
| JPH03111573A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-13 | Olympus Optical Co Ltd | 立方晶窒化硼素の合成方法 |
| DE102010053214A1 (de) * | 2010-12-03 | 2012-06-06 | Evonik Degussa Gmbh | Verfahren zur Wasserstoffpassivierung von Halbleiterschichten |
-
1987
- 1987-09-02 JP JP21796987A patent/JPH0814023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6462470A (en) | 1989-03-08 |
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