核生成・成長過程独立制御による高品位cBNプラズマ合成

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08405047
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 吉田 豊信 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00111477)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津田 統 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10242041) ; 寺嶋 和夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30176911)
• Keywords: 立法晶窒化硼素 / プラズマプロセス / イオン衝撃 / 核生成・成長過程 / 低バイアス化

Research Abstract

本年度は、衝撃イオンの低エネルギー化と高速堆積化を目的とし、低圧ICP-CVD法における原料ガス流量の影響、高周波数バイアススパッタリング法におけるターゲット入力の影響を調べた。また、それぞれの実験で、気相種の質量・エネルギー分析を行い、基板入射粒子の流束、エネルギー等の内部パラメータによるcBN生成条件の定量化を試みた。
[低圧ICP-CVD法における原料ガス(N_2、Ar)の流量の影響]
N_2流量を変化させた実験により、過度のN系イオン照射化では堆積膜の剥離・破砕が助長されることが明らかになり、膜の窒化に必要な程度の低N_2流量が望ましいことがわかった。また、Ar^+流束がAr流量とともに増加すること、その結果20〜30eV程度の低イオンエネルギーでもcBN合成が可能であることが明らかになった。このエネルギー値は、現在までに報告されているものの中で最も低い値である。衝撃イオンの低エネルギー化は膜へのダメ-ジを抑制に有効であると期待されるため、今後、本手法における最適堆積条件を模索し、高品質cBN薄膜合成を実現を試みる。
[高周波バイアススパッタ法におけるターゲット入力依存性]
ターゲット入力とともにcBN堆積速度は増加し、3kWの入力では1.6nm/sであった。この値は他の手法と比較して数倍以上大きく、本手法の有効性を示している。単位堆積粒子当たりのAr^+流束は入力増加により減少したが、いずれの条件でも適当なバイアス条件によりcBNが得られた。すなわち、本条件では堆積粒子の流束が堆積速度を律速しており、さらなる高入力化による高速化が期待される。一方、初期sp^2結合層の堆積速度と膜厚は高入力化とともに増加したことから、初期sp^2層を抑制し膜の密着性を上げるには、初期堆積段階とcBN堆積段階の堆積条件をそれぞれ最適化する必要があると考えられる。今後はこの2段階堆積法による密着性の向上・厚膜化を試みる。

Research Products

• [Publications] Satoshi Amagi: "Threshold sheath potential for the nucleation and growth of cubic boron nitride by inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition" Applied Physics Letters. 70. 946-948 (1997)
• [Publications] Yukiko Yamada: "Growth Process of Cubic Boron Nitride Films in Bias Sputter Deposition" Thin Solid Films. (印刷中). (1997)
• [Publications] Toyonobu Yoshida: "Vapor phase deposition of cubic boron nitride" Journal of Diamond and Related Materials. 5. 501-505 (1996)