Characterization of boron carbonitride (BCN) thin films deposited by radiofrequency and microwave plasma enhanced chemical vapor deposition

高周波プラズマ誘起気相化学蒸着法により作成したホウ素-炭素-窒素薄膜の構造解析

Mannan, M. A.*; 永野 正光*; 重住 和也*; 木田 徹也*; 平尾 法恵*; 馬場 祐治  

Mannan, M. A.*; Nagano, Masamitsu*; Shigezumi, Kazuya*; Kida, Tetsuya*; Hirao, Norie*; Baba, Yuji

ホウ素,炭素,窒素を含む有機分子であるトリメチルアミンボランを原料物質として用いた高周波プラズマ誘起気相化学蒸着法により、シリコン単結晶基板上に4ミクロンの厚みのホウ素-炭素-窒素薄膜(BCN薄膜)を作成し、その構造を調べた。作成したBCN薄膜とシリコン基板の密着性は極めて良好で、試料を機械的に破壊したのちでもBCN薄膜はシリコン基板表面に強固に結合していることがわかった。X線回折及び電界放出走査型電子顕微鏡の測定結果によれば、作成したBCN薄膜は非晶質であり、不均一なミクロ構造を持つ。また、フーリエ変換赤外分光スペクトルの測定結果は、BCN薄膜が六方晶構造をとることを示唆した。さらに、X線光電子分光法によりB 1s, C 1s, N 1s光電子ピークを詳細に測定した結果、B, C, N原子はさまざまな結合状態、すなわちB-N結合,B-C結合,C-N結合をとることがわかり、これらの割合を定量的に解析しBCN薄膜の結合状態を明らかにした。

Boron carbonitride thin films with a thickness of 4 micrometer were synthesized on Si(100) substrate by radiofrequency and microwave plasma enhanced vapor deposition using trimethylamine boran as a precursor. It has bee observed that the films were adhered well to the silicon substrate even after being broken mechanically. X-ray diffraction (XRD) and filed emission scanning electron microscopy (FE-SEM) results showed that the films were amorphous and the surface was rough with inhomogeneous microstructure. On the basis of the X-ray photoelectron spectra (XPS), it was elucidated that B, C and N atoms have different chemical bonds such as B-N, B-C and C-N.