JPS6277454A - 立方晶窒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】 し産業上の利用分野〕 本発明は、例えば電子材料としての絶縁膜、切削工具等
の超硬被暎、或いは酸化防止喚等に利用これ得る立方晶
窒化ホウ素膜の形成方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、立方晶窒化ホウ素の合成ｉｊ高温、高圧下におい
て成功しており、この高温高圧法でｌ’ｉ完全註の高め
結晶を得ることができるガ、立方晶窒化ホウ素を薄膜状
に形成することはできない。

一方、立方晶窒化ホウ素の薄膜合成は、イオン注入と蒸
着を組合せた方法、イオンビ・−ムスパツタ法、レーザ
蒸着法、イオン化蒸着法、プラズマ（〕Ｖ　Ｄ法等いわ
ゆる気相法に工って試みられている。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

ところで、例えば、イオン注入と蒸着と會絹合せた方法
でに、膜に僅〃・な立方晶が存在するだけで、はとんど
が六方晶まｆｃは非晶質であり、また形成できる試料の
面積が小さいもの［限らｔ１高価なイオン注入装置ｉｔ
必シとするなど実用的ではない。

″また、イオン化蒸着法では、基板に直流電圧を印加し
ているために、絶縁体である窒化ホウ素嘆が蒸着されて
ゆくに従い基板のバイアス効果が薄れてくるので、安定
して成摸ヲ行なうことができない。また、これら析出膜
の評価データもほとんどない。

レーザ蒸着法やプラズマＣｖＤ法による窒化ポウ累換は
非晶質重たは六方晶のものし〃１得られていない。

このように、従来性なわれてきた技術では、組成や結晶
構造笠模質の点で充分に満足できるような立方晶窒化ホ
ウ素ｉｔ形収することは極めて困難である。

そこで１本発明の目的は、組成や結晶構造等映質が９好
でしη≧も高析出速度で成膜できる立方晶窒化ホウ素脇
の形成方法を提供することにある。

〔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ｖｃ１本発明による立方晶窒
化ホウ素模の形成方法は、活性化ノズルに直流または交
流、のバイアス電田を印加して高密度のプラズマを生成
し、立方晶窒化ホウ素暎の形成される被処理物に高周波
電圧を印加し・て上記被処理物９）表面近傍に高周波電
界？形成し、高圧電子ビーム蒸発源および上記活性化ノ
ズル前方の高密既プラズマに対して■効なバイアス電王
が上記彼処３ｆｆｉ　物ｉＣ７１１〃・る工うにすると
共に、窒素、またはアンモニア、ヒｒラジン等窒素化水
素化合物ガヌ等の反応ガスをアルゴン、ネオン等の放電
基体ガスと混合してまたは同時に上記活性化ノズルケ介
して導入することを特徴として（／′する。

〔作　用〕

このように構成した本発明による立方晶窒化ホウ素膜の
形成方法においてに、立方晶窒化ホウ素膜の形成される
ことになる被処理物に高周波ノ々イ了ス電田を印加して
いるので、絶縁体である窒化ホウ素膜の蒸着が進行して
いっても、被処理物のバイアス効果は所望のレベルに維
持され、安定した蒸着作用全保証することができる。ま
た活性化ノズルを介してアルゴンやネオン等の放電基体
ガスおよび窒素ガスまたはアンモニア、ヒドラジン等窒
化水素化合物ガス等の反応ガスを混合して或いけ同時に
導入することによって、高析出速度で結晶性のよい立方
晶窒化ホウ素＠を形成することができる。例えばアルゴ
ンと窒素との混合ガスを用いた場合には活性化ノズルの
放電が安定し、電流％電圧ともに制御し易くなり、また
放′ＪＬ電流も大きくとることができ、大面積への成膜
を行なうことができ、被処理物上の生成膜の再ス、ｅツ
タリングを抑制でき、立方晶窒化ホウ素喚の高速成膜ケ
行なうことができる。ま友アルゴンガスと窒素ガスとを
同時に導入した場合には六方晶の生図？抑止でき立方晶
窒化ホウ素摸會効果的に生成させることができる。

〔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図は、本発明による立方晶窒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、ｌけ真空容
器で、この真空容器ｌ内には、ホウ素の入った品玉電子
ビーム蒸発の２．この高圧電子ビーム蒸発源コに対向し
た被処理物１ｒ収す基板３．熱陰蓚μｍ活性化ノズルよ
および基板加熱用ヒータ６が配置されている。熱陰極グ
は直流ま−ｆｃは交ηを電源７ＫＷ続され、活性化ノズ
ル！は直流または交流電源ｔに接続され、正の電圧また
は交流電圧が印加される。また基板３け高周波電源りに
接続される。

この工うに構成した図示装置ｒｃおいて％高圧電子ビー
ム蒸発源λによりホウ素を安定に蒸発させ、活性化ノズ
ルｊｉ介して窒素ガス（またはアンモニアやヒｒラジン
等）とアルゴンガス（またはネオン、クリプトン、キセ
ノン或いはこれらの混合ガス）とが同時にまｆｃｌｄ混
合した状態で真空容器ｌ内に導入される。直流またに交
流電源ざによって正の電圧または交流電圧の印加された
活性化ノズルｊＶｃＦｉ熱陰極蓼からの熱電子が引きつ
けられ、活性化ノズルｊの先端部におけるガス密度の制
い領域に混合ガスの高密度プラズマが発生し、ガス種の
イオン化や励起が起こる。

一方、基板３にｉｌ−を高周波電源りからの高周波電圧
に１リブロツクキングコンデンサ？介して発生された負
バイアス電田が印加される。高周波電圧を用いることに
よって、基板３上に窒化ホウ素の絶縁膜が析出しても有
効なノ々イアヌ電圧が維持され得る。

このバイアス電圧により加速されたイオンは、基板３上
の析出膜に射突し％電界によって与えられた運動エネル
ギを放出して局部的に高温高圧状態？発生し、そこに生
成した窒化ホウ素の立方晶相が間詰されて立方晶窒化ホ
ウ素膜が形成されるものと考えられる。

また放電基体ガスとしてアルゴンガスを、反応ガスとし
て窒素ガスを混合して或いは同時に活性化ノズルｊ全通
して導入することによシ立方品窒化ホウ素唖ヲ昼析出速
度で形成することができ、さらにアルゴンガスと窒素ガ
スとの混合ガヌ糸では上述の工うに活性化ノズルｊの放
電が安定し、＠、流、電圧ともに制御し易くなり、放電
電流も大きくとることができ、この場合、アルゴンの効
果（六方晶の生成抑止、生ＦＩｔ膜の再スパツタリング
現象の抑制等）は、アルゴン分圧（ＰＡρ・と窒素分圧
（ＰＮ２）との比ＰＡｒ／ＰＮ２が７以上の領、域で顕
著となることが認められる。

次に第１図の装置を用いて本発明の方法により立方晶窒
化ホウ素膜を形成した例について説明する。

活性化ノズルｊには正電圧を印加し、活性化ノズルｊ〃
１らの導入ガスとしては窒素およびアルゴンを使用し、
ａ脱条件を下記のように設定した。

窒素分圧　　　　　　ｊｊ　Ｘ　／　０−２Ｐａアルゴ
ン分１）　　　０．ｔ６Ｐａ 活性化ノズル電圧・を流　　７０Ｖ　、／ｊＡ電子ビー
ムを刀　　　／：ｊＫＷ ＦＬＦ電力　　　　　　３０Ｗ 基板バイアス電圧　　−１ｒｏｖ 基板温度　　　　　　３００℃ これにより得られた窒化ホウ素聡の赤外線吸収スペクト
ルを第２図に示す。第一図〃λられ〃・る工うに、立方
晶に固有の１ｃｔｕｓ−付近の吸収が認められるが、六
方晶による／３ｊＯｃｎＩ　お工び７ｊＯｃｍ　　付近
の吸収は認められない。

また通過型電子顕微鏡による電子線回折環図形からも、
形成された膜は立方晶窒化ホウ素の多結晶暎であること
が確認された。なお、この膜の組成はＸ線マイクロアナ
ライザで分析した結果化学量論比（Ｂ／Ｎ＝／）である
ことが認められたわ一方、活性化ノズル、ｔｆ介して導
入するガスを窒素ガス（０，２／Ｐａ）だけとし、その
他は上記の成嘆条件と同じ条件のもとで形成した嘆の赤
外線吸収スペクトルを第３図に示す。この図〃・らけ。

六方晶の吸収ピークが／　３　！　０ｔｙｓ　　、　７
　ｊ　０ｏｎ−’に見られ、六方晶と立方晶の両方が存
在することが明らかである。

従って、第２，３図の赤外線吸収スペクトルかられ７）
ｈる工うに、アルゴンガスを窒素ガスと同時に導入する
ことによって六方晶の生成が抑止され。

立方晶喚が効果的に生成され得る。また、アルゴンとＶ
素の混合ガスにより生成暎の再スパツタリング現象が抑
制され、その結果、立方晶嗅の高速Ｆｉｙ、唖が可訃で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明してきた工うに、本発明ＶＣ，，ｃれば、活性
化ノズルを用いた反応蒸着法において反応ガスをアルゴ
ンやネオン等の放電基体ガスと混合して或いは一緒に導
入するようＶＣ構成し、ているので、結晶性のすぐれた
立方晶窒化ホウ素膜會高速で成膜することができる。立
方晶窒化ホウ素はダイヤモンＰに次ぐ硬さケもち、良熱
伝導性の晶絶縁体で大気中ではダイヤモンを工りも品温
安定性ＶＣ優れている等、利用価値の憂い材料である。

これケ本発明の方法に工り薄脇化す、ることで、電子材
料としての放熱効果の品い絶縁膜、切阻工具等への超硬
被俟、晶湛まで耐える酸化防止膜等に有利に応用され得
る。また高名高圧下で合成され立方晶窒化ホウ素ケ片い
て様々な部品の製作が試みられているが、本発明の方法
を通産することによって被覆部品とすることで向様な機
能をもつもの？安価に型造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施している反応熱別装置の一例を示
す概略線図、第２図は第７図の装＠ケ用ｂて形成した立
方晶窒化ホウ素暎の赤外線吸収スペクトルを示すグラフ
、第３図は比較のための第２図と同様な赤外線吸収スペ
クトル？示すグラフである、 し１中、ｌ・・・真空容器、λ・・・晶出電子ビーム蒸
発ひ、３・・・被処理物、μ・・・熱陰極、！・・・活
性化ノズル、ｔ・・・被処理物加熱用ヒータ、７．ｌｒ
・・・直流または交流電源、り・・・島周波電源。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性化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、立方晶窒化ホウ素膜の形
   成される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、高圧電子ビーム蒸発
   源および上記活性化ノズル前方の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す
   ると共に、窒素またはアンモニア、ヒドラジン等窒素化
   水素化合物ガス等の反応ガスをアルゴン、ネオン等の放
   電基体ガスと混合してまたは同時に上記活性化ノズルを
   介して導入することを特徴とする立方晶窒化ホウ素膜の
   形成方法。