JPS6247472A - 立方晶チツ化ホウ素膜の形成方法 - 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、中空陰極放電を利用した反応蒸着による立方
晶チッ化ホウ素膜の形成方法に関するものである。

［従来の技４ＩＦＩ］ 従来、立方晶チッ化ホウ素（Ｃ−ＢＮ）は、高温高圧法
や気相法を用いて合成することが試みられいる。高温高
圧法では、完全性の高い結晶を得ることができる。また
、気相法では、イオンビームスパッタ法、イオン注入と
真空蒸着とを組合せた方法および活性化反応蒸着法を用
いて立方晶チッ化ホＣり素を作ることが試みられている
。

一方、中空陰極放電を利用した反応蒸着による化合物膜
の形成方法として、先に特願昭６０−４３６１７号（特
開昭　−号公報）において中空陰極放電によって生じる
プラズマ中に人聞に存在する電子の一部を電界により反
応ガス導入口に引き込み、反応ガスを活性化して化成蒸
着における反応性を高める方法を提案した。この方法に
より、ＤＣおよびＲ「グロー放電に比較して一桁以上大
きな電流を青ることができ、しかも反応ガス導入口付近
に電流が集中するため、プラズマ密度は飛躍的に地大す
ることが認められた。

［発明が解決しようとするｔ１題点］ ところで、高温高圧法で立方晶チッ化ホウ素（ｃ−ＢＮ
）を形成する場合には、完全性の高い結晶を得ることが
できるが、大ぎさや形状の制御が困難であり、製造コス
・トも高くつく。一方、イオン注入と真空蒸着とを組合
せた方法を用いて作られた膜には六方晶チッ化ホウ素（
ｈ−ＢＮ）相が混在□しでおり、また装置が大かがりの
割りには処理面積が小さいため、生産性が悪いだけでな
く再現性の点でも問題がある。イオンビームスパッタ法
においては、プラズマ密度が低いため、速い析゛出速度
で大面積のコーティングはできない。また活性化反応蒸
着法による立方晶チッ化ホウ素の形成については、従来
詳細な報告がなされてない。

イオンを加速するために、メツシュ状の電極を用いるこ
とがあるが、立方晶チッ化ホウ素は絶縁体であるため、
メツシュ状の電極に絶縁体が付着し、それによりバイア
ス電圧が変動し、コーテイング膜の再現性を得ることは
困難である。またメツシュ状の電極にイオン化した原子
の一部が奪われるために、イオンの基板への入ｒＡｍが
低下し、このため生成したプラズマを有効に使うことが
できなくなる。さらに、メツシュ状の電極に印加される
電力が犬さくなる場合には、メツシュ状の電極自体がイ
オンによってスパッタされ、膜中に含まれる不純物汚染
の原因となる。また、立方晶チッ化ホウ素股を形成寸べ
ぎ被処理物にＤＣバイアスを印加する場合には、１００
人程度［３Ｎ膜が形成されると、基板電流は流れなくな
る。

そこで、本発明の目的は、先に提案した中空陰極放電を
利用した反応蒸着による化合物膜の形成方法を応用して
量産性に優れ、結晶性のよい立方晶チッ化ホウ素膜の形
成方法を提供することにある。

Ｕ問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明による立方晶チッ
化ホウ素膜の形成方法は、反応ガス導入ノズルに直流ま
たは交流のバイアス電圧を印加して高密度のプラズマを
生成し、立方晶チッ化ホウ素膜を形成すべき被処理物に
高周波電圧を印加して上記被処理物の表面近傍に高周波
電界を形成し、蒸発源および反応ガス導入ノズル前面の
上記高密度プラズマに対して有効なバイアス電圧が上記
被処理物にかかるようにしたことを特徴としている。

反応ガス導入ノズルに印加される正のバイアス電圧は、
直流または交流電源から供給され得る。

また反応ガスとしてはＮ２またはＮＨ３を用いることが
できる。

［作　　　　用］ 本発明による立方晶チッ化ホウ素膜の形成方法では、立
方晶チッ化ホウ素膜を形成すべき被処理物に印加される
高周波バイアス電圧により、イオン衝撃に必要である有
効なイオンエネルギを得ることができ、これにより、反
応ガス導入ノズルに直流または交流のバイアス電圧を印
加することによって生成された高密度のプラズマ中に大
ωに存在するイオンは、被処理物に有効に入射し、被処
理物上に立方晶チッ化ホウ素膜が効果的に形成され得る
。

［実　　施　　例］ 以下、添附図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図には、本発明による立方晶チッ化ホウ素膜の形成
方法を実施している装置の一例を概略的に示し、真空容
３１内には、蒸発源であるホウ素の入った水冷銅製ハー
ス２と、この水冷銅製ハース２に対向した立方晶チッ化
ホウｍｌを形成すべき被処ｐｌ＋物３と、中空陰極型電
子銃４と、Ｎ２よたはＮＨ３を真空容鼎１内に導入する
反応ガス導入ノズル５と、被処理物３に対するヒータ６
とが配置されている。水冷銅製ハース２と中空ｌ！２ｈ
型電子銃４との間にはそれらの間に中空熱陰極放電を起
すための直流電源７が図示した極性で接続されている。

直流または交流電源８（：ｔ、中空陰（参放電空聞内の
電子の一部を反応ガス導入ノズル５に引き込む電界を発
生するため反応ガス導入ノズル５と中空陰極型電子銃４
との間に接続され、直流正または交流の数十〜数百ボル
トの電圧を印加する。また、被処理物３には各辺結合型
マツチング要素を介して高周波電−源９が接続されてい
る。

水冷銅製ハース２と中空陰極型電子銃４との間に発生さ
れる中空熱陰極放電は、低電圧、大電流であり、また、
直流または交流電源８によって反応ガス導入ノズル５と
中空陰極型電子銃４との間に印加される正のバイアス電
圧により、中空陰極放電空間内の電子の一部は反応ガス
導入ノズル５に引き込まれ、それにより電子と反応ガス
分子との間で衝突が起り、高密度なＭ電状態となる。そ
の結束、反応ガスは一部イオン化されると共に中性の励
起状態に活性化される。

高周波電源９によって、被処理物３に高周波電圧を印加
することにより、被処理物３の近傍に高周波電界が発生
され、水冷銅製ハース２の前面および反応ガス導入ノズ
ル５の前面の高密度プラズマに対して有効なバイアス電
圧が被処理物３に掛るようにされる。この高周波バイア
ス電圧によって、高密度のプラズマ中に条苗に存在する
イオンは被処理物３に有効に入射され得る。

次に、図示装置を用いて本発明の方法を実施した具体例
を例示する。

蒸着条件として中空陰極型電子銃４を通してアルゴンガ
スを圧力０．１３Ｐａで供給し、反応ガス導入ノズル５
にチッ素ガスを圧力０．０５　ｐａで導入し、中空熱陰
極ｔＩｌ電を３０Ｖ　、　　１５０Δに設定し、析出速
度を００５μｍ／ｍ　ｉ　ｎとし、直流または交流電源
８によって反応ガス導入ノズル５に印加される正のバイ
アス電圧を８０Ｖ、２△とし、被処理物３に印加する高
周波電力を８０Ｗとし、被処理物３として石英、シリコ
ンウェハおよびＭｏ　　（モリブデン）基板を使用し、
その温度を５００℃に設定し、基板上に立方晶チッ化ホ ウ素膜を形成した。こうして形成した立方晶チッ化ホウ
素膜の赤外線吸収スペクトルを第２図に示す。

第２図のグラフから認られるように、Ｃ−ＢＮ固有の１
０４５ｃｓ−１の吸収が示されており、１３５０ｃｍ−
１７５０ｃｒｍ−’付近のｈ　＝　［３Ｎの吸収は観祭
されない。

また、電子線回折によって求めた立方晶チッ化ホウ素膜
の格子面間隔とΔＳＴＭ回折（Ｘ線回折）データカード
との比較をＦ表に示す。

上記の表から、電子線回折によって求めた立方晶チッ化
ホウ素膜の格子面間隔は、ＡＳＴＭ回折（Ｘ線回折）デ
ータカードと一致していることがわかる。得られた膜の
組成はＸ線マイクロアナライザによると、Ｎ／Ｂ＝１で
あった。

「発明の効果」 以上説明してきたように、本発明の方法によれば、中空
陰極放電を利用した反応蒸着において高密度プラズマと
高周波バイアスとを用いることによって結晶性のよい立
方晶チッ化ホウ素を被処理物に対して速い析出速度でし
かも大きな面積に容易に成膜することができる。従って
、本発明の方法は、切削工具等に被覆してズ１ωを伸づ
のに応用したり、高い電気絶縁性および高い熱伝導性を
利用して電子材料等にも応用され１７る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施している中空陰極放電
を利用した反応蒸着装置の一例を示づ概略線図、第２図
は第１図の装置を用いて形成した立方晶チッ化ホウ素膜
の赤外線吸収スペクトルを示すグラフである。 図中、１：真空容器、２：蒸発源、３：立方晶チッ化ホ
ウ素膜を形成づ−べさ被処理物、４：中空陰極型電子銃
、５：反応ガス導入ノズル、６：ヒータ、７：直流電源
、８：直流または交流電源、９：高周波電源。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中空陰極放電を利用した反応蒸着による立方晶チッ化ホ
   ウ素膜の形成方法において、反応ガス導入ノズルに直流
   または交流のバイアス電圧を印加して高密度のプラズマ
   を生成し、立方晶チッ化ホウ素膜を形成すべき被処理物
   に高周波電圧を印加して上記被処理物の表面近傍に高周
   波電界を形成し、蒸発源および反応ガス導入ノズル前面
   の上記高密度プラズマに対して有効なバイアス電圧が上
   記被処理物にかかるようにしたことを特徴とする立方晶
   チッ化ホウ素膜の形成方法。