JPS62161952A - 立方晶窒化硼素薄膜の形成方法 - Google Patents

立方晶窒化硼素薄膜の形成方法

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Publication number
JPS62161952A
JPS62161952A JP193486A JP193486A JPS62161952A JP S62161952 A JPS62161952 A JP S62161952A JP 193486 A JP193486 A JP 193486A JP 193486 A JP193486 A JP 193486A JP S62161952 A JPS62161952 A JP S62161952A
Authority
JP
Japan
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substrate
thin film
film
rate
ion
Prior art date
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Pending
Application number
JP193486A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Ikeda
池田 孜
Katsuhiko Inoue
勝彦 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
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Publication of JPS62161952A publication Critical patent/JPS62161952A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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、半導体分野における絶縁性膜や切削工具用耐
摩耗性膜として有用な立方晶窒化硼素薄膜の形成方法に
関するものである。
[従来の技術] 立方晶窒化硼素(Cubic Baron N1tri
de 、以下CBNという)は、電気絶縁性及び熱伝導
性が優れていることからICのヒートシンクやパッシベ
ーション膜として有用であり、また耐摩耗性及び耐熱性
が優れていることから金属あるいはセラミック製工作機
械の基材表面に対するコーテイング材として利用価値が
高く、殊に難削材切削用基材や高速切削用基材の各表面
コーテイング材として注目を集めている。
上記基材上にCBN膜を形成する技術としては、スパッ
タリング、イオンブレーティングの手法に基づくものが
数例報告されている。例えば特開昭57−27910号
には、B:60重量%以上とAI、Co、Nt、Mnを
含む多元合金をNH3ガス中でイオン化反応させ基材上
にCBN膜を形成する技術が開示されているが、この場
合には多元合金を均質に蒸発させることが非常に難しく
、しかも成膜時には基材を1000℃近くまで加熱する
必要があるので基材の靭性を損なうという重大な欠点が
ある。また特開昭59−80775号には、IVa、V
a、Via族の金属の1種以上をBHに加え、これらを
同時にイオンブレーティングもしくはスパッタリング等
の手法によって基材上に蒸着させる技術が開示されてい
るが、前記と同様に複数の成分を均等に蒸発させること
が難しい為にBとNの組成比を厳密に制御することが困
難である。さらに特開昭58−2022号にはB蒸着と
同時にイオン注入機を用いN2+イオンを40keVの
エネルギーで基材へ打込むことによって基材上にCBH
膜を形成する技術が開示されているが、この場合には成
膜速度が0.7 Å/秒と低く、しかも大がかりなイオ
ン注入機を使用する為、処理コストが高くつくという問
題がある。尚この方法において、成膜速度をあげる目的
で大イオン電流を採用し蒸着速度を上げると、大きな運
動エネルギーが熱エネルギーに変換され基板温度が上昇
するという問題が生じる。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明はこうした事情に着目してなされたものであり、
単純な装置で実施することができ、BN組成を厳密に制
御し得ると共に成膜速度が大きく、しかも低温でCBH
膜を形成することができる様なCBHの形成方法を提供
しようとするものである。
[問題点を解決する為の手段] 上記目的を達成した本発明方法は、基材表面に立方晶窒
化硼素薄膜を形成する方法において、BN又はBを蒸発
させ3〜15Å/秒の蒸着速度でBを基材上に蒸着させ
ると共に、蒸着と同時又は交互に上記基材に向けて窒素
イオンを500eV〜10keVのエネルギーで照射す
る点に要旨を有するものである。
[作用] 本発明においては、まずBNあるいはBを蒸発させて基
材上に蒸着させる。一方これに、同時又は交互に(後か
ら)Nイオンビームを照射してB元素を活性化させNイ
オンと反応させて窒化物を形成する。しかるにこうして
得られる窒化物はこのままでは脆弱であるので、本発明
では 照 射するNイオンビームの照射エネルギーをあ
げてスパッタリング効果により蒸着膜表面を活性化させ
強固な窒化物膜を形成する。即ちスパッタリング作用の
あるNイオンビームを基材に向けて照射すると、前述の
通りNイオンにより活性化されたBイオンとの間で反応
が起こって窒化物が生成するが、これと同時に余剰のB
元素や結合力の弱い窒化物粒子のスパッタリングも進行
する。しかるに本発明ではスパッタリング進行速度より
BN蒸着速度を大きく設定するので、スパッタリングに
より膜形成が阻止されることがない。−ガスバッタされ
たB元素や脆弱窒化物粒子はNイオンと再び衝突し活性
化され強固な窒化物となって再び基材表面に堆積する。
尚基板に高周波を印加すると未結合粒子が活性化されて
窒化物膜の強化が促進される。
かかる窒化物(CBN)膜形成過程を適正に進める為に
は、B蒸着速度並びNイオンビーム照射エネルギーの調
整が重要であり、本発明ではその条件を夫々前記の如く
設定している。即ちB蒸着′速度が3Å/秒未満と低す
ぎると、スパッタリング進行速度とのバランスがとれな
くなるだけでなく、蒸着装置内の残留ガス成分に由来す
るOやCが膜中に20at%以上侵入し膜強度を低下さ
せる。特に0は8.03となり硬質BN[iの合成を阻
害する。一方B蒸着速度が15Å/秒を超えると蒸着速
度が速くなりすぎてBリッチの窒化物となり硬質膜を得
ることができない。またNイオン照射エネルギーはスパ
ッタリング効果を有効に発揮させる上で500eV以上
とする必要がある。
一方照射エネルギーが10keVを超えるとNイオンが
基材表面層に侵入する所謂イオン注入現象が優勢となり
スパッタリングは低下する。こうした理由からNイオン
照射エネルギーは500eV〜10keVに設定する必
要があり、より好ましい範囲は1〜5keVである。
本発明の基本構成は上記の通りであるが、本発明はBイ
オンを基材表面に蒸着させながら、同時にあるいは交互
に別のイオン源から発生させたNイオンを該蒸着面に照
射するものであり、言わばイオンビーム支援蒸着法と称
するものである。但し単なるイオンビーム支援蒸着法で
はなく、イオンビームの照射エネルギーをスパッタリン
グ発生領f5に設定することにより反応系を活性化させ
B−N結合の形成を促進し窒化膜の強化をはかつている
。
かかる本発明において、B源蒸発機構としては電子ビー
ムやホロカソード放電等の高融点金属蒸発ソースを利用
することができる。さらに蒸発Bのイオン化率を有効に
上げる為に蒸発源近傍にバイアスプローブ等を設けるこ
とも本発明の効果を向上させる上で有用な手段である。
この様に本発明ではB蒸着速度を調整すると共にNイオ
ンビーム照射エネルギーを適正に設定することにより、
基材上に強固なCBN膜を形成することに成功しており
、特に基材を高温に加熱することがないので基材の熱劣
化や熱歪を生ずることがない。またBの蒸発とNの供給
を個別に制御するのでBN組成を厳密に制御することが
できる。
[実施例] 電子ビーム溶解機構を備えたイオンブレーティング装置
に、B蒸気(又はイオン)及び窒素イオンビームが同時
に照射可能な位置にイオン銃を設置した。電子ビーム溶
解ルツボには焼結BNを入れ真空槽を加熱しつつガス放
出を行ない、クライオポンプを用いて5X10″″6T
orrまで減圧を行なった。次に0.I Torr (
A rガス雰囲気にてIKVのバイアスを印加して基板
のArボンバードメントを10分間行なった。続いてN
2ガスを用い槽内を10″″’ Torrにして5分間
パージを行ない再び1O−6Torrに減圧完了後電子
銃を作動し溶解を開始した。同時にルツボ直上のプロー
ブに50〜80vの正電位を与えることによって蒸発成
分のイオン化を開始し、更に熱電子を照射することによ
りイオン化率を促進した。次いでイオン銃から基板に向
ってNイオンビームを照射すると共にシャッターを開き
イオンブレーティングを開始した。この時基板バイアス
は800V、Nイオン加速電圧3keV、イオン電流密
度0.7mÅ/cm2.  B蒸着速度400 Å/分
=6.7人/秒であった。2μmの厚さまでBNを蒸着
させたSiウェハーの表面を反射電子線回折により測定
したところBNは立方晶であることが分かった(第1図
参照)。この膜の硬度を測定したところ、ビッカース硬
度は50g荷重で4000 Kg/mm’ と高い値を
示した。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、以下要約する効果
を得ることができる。
(1)イオン注入装置の様な大がかりな装置を必要とし
ないので設備コストが小さくて済む。
(2)B2源とN源を別々に設置するので夫々の出力制
御が容易であり、BN比の厳密な制御を行なうことがで
きる。
(3)B蒸着とNイオンの照射により大きな成膜速度で
CBNを成膜することができる。
(4)基材を加熱することがないので低温で成膜するこ
とができ、基材の熱劣化や熱歪を生ずることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法により得たCBN蒸着膜の反射電子
線回折パターンを示す図面代用説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 基材表面に立方晶窒化硼素薄膜を形成する方法において
    、BN又はBを蒸発させ3〜15Å/秒の蒸着速度でB
    を基材上に蒸着させると共に、蒸着と同時又は交互に上
    記基材に向けて窒素イオンを500eV〜10keVの
    エネルギーで照射することを特徴とする立方晶窒化硼素
    薄膜の形成方法。
JP193486A 1986-01-08 1986-01-08 立方晶窒化硼素薄膜の形成方法 Pending JPS62161952A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62230965A (ja) * 1986-03-31 1987-10-09 Hitachi Ltd 薄膜の製作方法
JPH02159362A (ja) * 1988-12-13 1990-06-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 薄膜製造方法および装置
JPH03285062A (ja) * 1990-03-30 1991-12-16 Nissin Electric Co Ltd 窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法
JPH04124258A (ja) * 1990-09-12 1992-04-24 Nissin Electric Co Ltd 窒化ホウ素薄膜の形成方法
US5433974A (en) * 1990-12-22 1995-07-18 Samsung Electron Devices Co., Ltd. Method of depositing anti-doming material to prevent doming of a shadow mask
US5450833A (en) * 1991-12-06 1995-09-19 Robert Bosch Gmbh Breather for an internal combustion engine fuel tank

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