Synthesis of boron carbonitride (BCN) films by plasma-enhanced chemical vapor deposition using trimethylamine borane as a molecular precursor

トリメチルアミンボランを前駆体に用いたプラズマ誘起化学蒸着法によるホウ素-炭素-窒素(BCN)薄膜の合成

木田 徹也*; 重住 和也*; Mannan, M. A.*; 秋山 守人*; 馬場 祐治  ; 永野 正光*

Kida, Tetsuya*; Shigezumi, Kazuya*; Mannan, M. A.*; Akiyama, Morito*; Baba, Yuji; Nagano, Masamitsu*

ホウ素-炭素-窒素から成る薄膜(BCN薄膜)は新しい電子材料として注目されている。本研究では、粉末状のトリメチルアミンボラン(CHNB)を原料として、プラズマ誘起化学蒸着法(PECVD)により、シリコン基板上にホウ素-炭素-窒素から成る薄膜の合成を試みた。特に薄膜生成におけるキャリアーガスの種類と高周波の出力の影響を詳細に検討した。電界放出走査型電子顕微鏡により観察した結果、得られた薄膜は直径が20ナノメートル、長さが200ナノメートルのファイバー状であることがわかった。またフーリエ変換赤外分光法測定の結果、薄膜は多様な結合状態、すなわち、C-N, B-N, B-C結合を持つとともに、不純物酸素が取り込まれたB-O結合も持つことがわかった。これらの酸素は、粉末状の試料をモレキュラーシーブと混ぜることにより、水分が除去された結果、大幅に減少することがわかった。以上の結果から、BCN薄膜合成の最適条件を明らかにした。

Boron carbonitride films were deposited on Si substrates by plasma-enhanced chemical vapor deposition using a powdered precursor of trimethylamine borane. The effect of using different carrier gasses and microwave powers was investigated. Field emission scanning electron microscopy revealed that the films have a nanofibrous structure with elongated features 20 nm in diameter and 200 nm in length. Fourier transfer infrared spectroscopy was used to investigate chemical bonding states present in the deposited films. The FT-IR results suggested that the films have multiple chemical bonding states including C-N, B-N, and B-C bonds, as well as oxygen incorporation in the form of B-O bonds. Mixing the powdered precursor with molecular sieve was found to reduce the oxygen content in the films by removing surface adsorbed water from the precursor.