[go: up one dir, main page]

KR101966857B1 - Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same - Google Patents

Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR101966857B1
KR101966857B1 KR1020170020068A KR20170020068A KR101966857B1 KR 101966857 B1 KR101966857 B1 KR 101966857B1 KR 1020170020068 A KR1020170020068 A KR 1020170020068A KR 20170020068 A KR20170020068 A KR 20170020068A KR 101966857 B1 KR101966857 B1 KR 101966857B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
cbn
boron nitride
film layer
diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020170020068A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180093662A (en
Inventor
백영준
박종극
이욱성
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020170020068A priority Critical patent/KR101966857B1/en
Publication of KR20180093662A publication Critical patent/KR20180093662A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101966857B1 publication Critical patent/KR101966857B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • C23C14/0647Boron nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • C23C14/0036Reactive sputtering
    • C23C14/0047Activation or excitation of reactive gases outside the coating chamber
    • C23C14/0052Bombardment of substrates by reactive ion beams
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/221Ion beam deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26Deposition of carbon only
    • C23C16/27Diamond only
    • C23C16/271Diamond only using hot filaments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/048Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with layers graded in composition or physical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명은 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시켜 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 개선함에 있어서, 다이아몬드 박막층으로 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 이용하고, 판상 구조의 다이아몬드 박막층에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시킴으로써 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막층이 쐐기 형태로 결합되는 구조를 유도하여 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 향상시킬 수 있는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 제조방법은 HFCVD(hot filament chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막을 증착하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 증착되어, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. In order to improve the peeling property of a cubic boron nitride (cBN) thin film layer by depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film layer on a diamond thin film layer, a diamond thin film layer having a plate shape grown in a vertical direction as a diamond thin film layer is used, (CBN) thin film layer is deposited on the diamond thin film layer of the structure to induce a structure in which the diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) thin film layer are bonded in a wedge shape to improve the peeling property of the cubic boron nitride (cBN) thin film layer The present invention relates to a laminate of a diamond thin film and a cBN thin film and a method of producing the diamond thin film and a cBN thin film by a hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) Forming a diamond thin film layer having a planar structure; And depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film on the diamond thin film layer, wherein the cubic boron nitride (cBN) thin film is filled in the void space of the vertically grown diamond thin film layer And the cubic diamond boron nitride (cBN) thin film having a plate-like structure grown in the vertical direction is in the form of a wedge engaging with each other.

Description

다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법{Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond thin film and a method for fabricating the diamond thin film,

본 발명은 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시켜 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 개선함에 있어서, 다이아몬드 박막층으로 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 이용하고, 판상 구조의 다이아몬드 박막층에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시킴으로써 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막층이 쐐기 형태로 결합되는 구조를 유도하여 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 향상시킬 수 있는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laminated body of a diamond thin film and a cBN thin film and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of manufacturing a laminated body of a diamond thin film and a cBN thin film by depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film layer on the diamond thin film layer to improve the peeling property of the cubic boron nitride (CBN) thin film layer is deposited on a diamond thin film layer having a plate-like structure by using a diamond thin film layer having a plate-like structure grown in a vertical direction as a diamond thin film layer so that a diamond thin film layer and a cubic boron nitride (cBN) To a laminated body of a diamond thin film and a cBN thin film capable of improving the peeling property of a cubic boron nitride (cBN) thin film layer and a method for manufacturing the same.

입방정질화붕소(cubic boron nitride, 이하 'cBN'이라 함)는 최고의 경도와 열전도도를 갖는 다이아몬드와 유사한 물성을 가지고 있으며, 이에 더해 다이아몬드보다 우수한 내산화성, 고온 안정성 그리고 철계 금속에 대한 반응 안정성을 가지고 있어 절삭공구, 금형 등의 내마모 박막으로의 응용성이 매우 큰 재료이다. cBN 박막은 화학기상증착이나 진공물리증착 등 다양한 방법으로 증착이 가능하다. 그러나, 박막의 밀착력에 문제가 있어 응용이 이루어지지 못하고 있다. cBN 박막의 약한 밀착력은 cBN 박막의 형성에서 초기단계에서 형성되는 비정질질화붕소(amorphous BN) 박막층과 난층질화붕소(tBN, turbostratic BN) 박막층 및 박막의 큰 압축잔류응력에 기인한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 박막의 잔류응력을 감소시키거나, 인위적인 중간층을 삽입시켜 밀착력을 증진시키려는 노력이 진행되어 왔다. Cubic boron nitride (hereinafter abbreviated as "cBN") has properties similar to those of diamond having the highest hardness and thermal conductivity. In addition, it has superior oxidation resistance, high temperature stability and response stability to iron-based metals It is a material that is very applicable to wear resistant thin films such as cutting tools and molds. The cBN thin film can be deposited by various methods such as chemical vapor deposition or vacuum physical vapor deposition. However, there is a problem in the adhesion of the thin film, so that application is not made. Weak adherence of cBN thin films is due to the large compressive residual stresses of amorphous BN thin films and tBN thin films and films formed at the initial stage in the formation of cBN thin films. In order to solve this problem, efforts have been made to reduce the residual stress of the thin film or to increase adhesion by inserting an artificial interlayer.

다이아몬드는 cBN과 유사한 격자상수를 가지고 있어, 900℃ 이상의 고온에서 다이아몬드 상에 입방정질화붕소(cBN)을 성장시킬 수 있다. 이를 이용하여 난층질화붕소(tBN) 등 중간취약층의 형성 없이 입방정질화붕소(cBN) 박막이 성장하여 다이아몬드에 우수한 밀착력을 확보한 cBN/다이아몬드 막의 이른 바 이종단결정 박막(heteroepitaxial film)의 가능성이 제안된 바 있다(US 7645513호). US 7645513호에서 제안된 cBN/다이아몬드 복합막에 있어서, 다이아몬드 막은 화학기상증착 공정을 통해 합성된 마이크로결정 다이아몬드 막에 해당된다. Diamond has a lattice constant similar to that of cBN, so cubic boron nitride (cBN) can be grown on diamond at high temperatures above 900 ° C. The possibility of the heteroepitaxial film of cBN / diamond film, which is obtained by growing cubic boron nitride (cBN) thin film without formation of intermediate weak layer such as buried boron nitride (tBN) (US 7645513). In the cBN / diamond composite film proposed in US 7645513, the diamond film corresponds to a microcrystalline diamond film synthesized through a chemical vapor deposition process.

입방정질화붕소(cBN) 박막에 걸리는 잔류응력을 감소시키기 위해 반응기체에 수소를 첨가하는 방법이 제안된 바 있다(H.-S. Kim, J.-K. Park, W.-S. Lee and Y.-J. Baik, Variation of residual stress in cubic boronnitride film caused by hydrogen addition during unbalanced magnetron sputtering, Thin Solid Films 519 (2011) 7871-7874). 이 방법은 매우 간단하게 잔류응력을 감소시켜 밀착력을 확보할 수 있는 충분한 가능성을 제시한다. 또한, 다이아몬드와 같은 중간층을 함께 적용하는 경우 밀착력의 증가 및 잔류응력의 감소 효과를 동시에 기대할 수 있어 응용에 매우 유용한 방법으로 예상된다. A method has been proposed in which hydrogen is added to a reactive gas in order to reduce the residual stress applied to the cubic boron nitride (cBN) thin film (H.-S. Kim, J.-K. Park, W.-S. Lee and Y.-J. Baik, Variation of residual stress in cubic boronitride film caused by hydrogen addition during unbalanced magnetron sputtering, Thin Solid Films 519 (2011) 7871-7874). This method provides a very simple way to reduce the residual stress and thus provide sufficient adhesion. In addition, when an intermediate layer such as diamond is applied together, it is anticipated that an increase in adhesion and a decrease in residual stress can be expected at the same time, which is a very useful method for applications.

US 7645513호US 7645513

H.-S. Kim, J.-K. Park, W.-S. Lee and Y.-J. Baik, Variation of residual stress in cubic boronnitride film caused by hydrogen addition during unbalanced magnetron sputtering, Thin Solid Films 519 (2011) 7871-7874 H.-S. Kim, J.-K. Park, W.-S. Lee and Y.-J. Baik, Variation of residual stress in cubic boronitride film caused by hydrogen addition during unbalanced magnetron sputtering, Thin Solid Films 519 (2011) 7871-7874

본 발명은 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시켜 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 개선함에 있어서, 다이아몬드 박막층으로 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 이용하고, 판상 구조의 다이아몬드 박막층에 입방정질화붕소(cBN) 박막층을 증착시킴으로써 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막층이 쐐기 형태로 결합되는 구조를 유도하여 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 박리특성을 향상시킬 수 있는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In order to improve the peeling property of a cubic boron nitride (cBN) thin film layer by depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film layer on a diamond thin film layer, a diamond thin film layer having a plate shape grown in a vertical direction as a diamond thin film layer is used, (CBN) thin film layer is deposited on the diamond thin film layer of the structure to induce a structure in which the diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) thin film layer are bonded in a wedge shape to improve the peeling property of the cubic boron nitride (cBN) thin film layer And a cBN thin film laminated thereon, and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 입방정질화붕소(cBN) 박막층의 증착시 수소의 공급시점을 제어함으로써 입방정질화붕소(cBN)에 인가되는 잔류응력을 억제시킬 수 있는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention also relates to a laminate of a diamond thin film and a cBN thin film which can suppress the residual stress applied to cubic boron nitride (cBN) by controlling the supply timing of hydrogen when depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film layer, And the like.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 제조방법은 HFCVD(hot filament chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막을 증착하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 증착되어, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a laminated body of a diamond thin film and a cBN thin film, comprising: forming a diamond thin film layer grown in a vertical direction using a hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) method; And depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film on the diamond thin film layer, wherein the cubic boron nitride (cBN) thin film is filled in the void space of the vertically grown diamond thin film layer And the cubic diamond boron nitride (cBN) thin film having a plate-like structure grown in the vertical direction is in the form of a wedge engaging with each other.

상기 HFCVD 방법은 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체를 이용하며, 메탄(CH4)의 비율은 3∼5vol%이다. 또한, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층은 박막의 표면부가 불연속적인 박막이다. The HFCVD method uses a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ), and the ratio of methane (CH 4 ) is 3 to 5 vol%. Further, the diamond thin film layer having a plate-like structure grown in the vertical direction is a thin film whose surface portion is discontinuous.

상기 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 형성되기 전에 tBN(turbostratic BN) 박막이 형성되며, 상기 입방정질화붕소(cBN) 박막 및 tBN(turbostratic BN) 박막은 반응기체를 이용한 스퍼터링 공정 또는 이온빔 증착공정을 통해 증착되며, 상기 tBN 박막이 형성되는 시점까지 반응기체로 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합기체가 공급되며, 상기 tBN 박막의 성장이 완료되는 시점 이후에는 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2)의 혼합기체가 반응기체로 공급된다. The cubic boron nitride (cBN) thin film and the tBN (turbostratic BN) thin film are formed by a sputtering process using a reactive gas or a sputtering process using an ion beam A mixed gas of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) is supplied as a reactive gas until the tBN thin film is formed, and argon (Ar) is supplied after the tBN thin film is completely grown, , Nitrogen (N 2 ), and hydrogen (H 2 ) is supplied to the reaction gas.

본 발명에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체는 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 적층된 형태를 이루며, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 적층되어, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. The laminate of the diamond thin film and the cBN thin film according to the present invention has a cubic boron nitride (cBN) thin film laminated on a vertically grown diamond thin film layer grown in a vertical direction, and a diamond thin film layer And the cubic boron nitride (cBN) thin film is stacked in an empty space so that the diamond thin film layer grown in the vertical direction and the cubic boron nitride (cBN) thin film are in a wedge shape engaging with each other.

본 발명에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The laminated body of the diamond thin film and the cBN thin film according to the present invention and the manufacturing method thereof have the following effects.

다이아몬드 박막과 cBN 박막이 쐐기 형태로 결합됨에 따라, 기계적 결합력이 향상되어 cBN 박막의 박리특성을 개선할 수 있다. 또한, cBN 박막 증착시 수소의 공급시점을 제어함으로써 cBN과 다이아몬드 박막의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. As the diamond thin film and the cBN thin film are bonded in a wedge shape, the mechanical bonding force is improved and the peeling property of the cBN thin film can be improved. Also, by controlling the supply timing of hydrogen when cBN thin film is deposited, the interface characteristics between cBN and diamond thin film can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체에 대한 모식도.
도 2a 내지 도 2c는 메탄(CH4) 혼합비율에 따른 다이아몬드 박막의 표면조직을 나타낸 SEM 사진.
도 3은 수소 첨가량에 따른 cBN 박막의 잔류응력을 측정한 것.
1 is a schematic view of a laminate of a diamond thin film and a cBN thin film according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are SEM micrographs showing the surface texture of the diamond thin film according to the mixing ratio of methane (CH 4 ).
Fig. 3 is a graph showing the residual stress of the cBN thin film according to the hydrogenation amount.

본 발명은 박리특성이 개선된 입방정질화붕소(cBN, cubic boron nitride) 박막 구조물을 제시한다. The present invention provides a thin film structure of cubic boron nitride (cBN) with improved delamination properties.

입방정질화붕소(cBN) 박막은 쉽게 박리되는 특성을 갖고 있다. 이는 입방정질화붕소(cBN) 박막의 증착시 형성되는 비정질질화붕소(amorphous BN) 박막층과 난층질화붕소(tBN, turbostratic BN) 박막층에 기인하며, 입방정질화붕소(cBN) 박막이 갖고 있는 큰 압축잔류응력 또한 입방정질화붕소(cBN) 박막이 쉽게 박리되는 요인으로 작용한다. Cubic boron nitride (cBN) thin films are easily peeled off. This is due to the amorphous BN and tBN thin films formed during the deposition of the cubic boron nitride (cBN) thin films and the large residual compressive stresses of the cubic boron nitride (cBN) Also, the cubic boron nitride (cBN) thin film is easily detached.

본 발명은 입방정질화붕소(cBN) 박막의 박리특성을 개선하기 위해, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층에 입방정질화붕소(cBN) 박막을 증착시킴으로써 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막의 쐐기 형태의 기계적 결합을 유도하여 입방정질화붕소(cBN) 박막의 박리특성을 개선하는 방법을 적용한다. In order to improve the peeling property of a cubic boron nitride (cBN) thin film, the present invention deposits a cubic boron nitride (cBN) thin film on a diamond thin film layer having a vertically grown plate structure to form a diamond thin film layer and a cubic boron nitride ) Thin - film wedge type is induced to improve the peeling property of the cubic boron nitride (cBN) thin film.

수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 적층됨에 따라, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루게 되어 기계적 결합력이 강화된다. As the cubic boron nitride (cBN) thin film is deposited in the void space of the diamond thin film layer grown in the vertical direction, the vertically grown diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) The interlocking wedge shape enhances the mechanical coupling force.

다이아몬드 박막층은 HFCVD(hot filament chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 증착하며, HFCVD 방법을 진행함에 있어서 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체 중 메탄(CH4)의 비율을 조절함으로써 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 형성할 수 있다. The diamond thin film layer is deposited by using a HFCVD method. In the HFCVD process, the ratio of CH 4 in the mixed gas of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) A diamond thin film layer having a plate-like structure grown in the direction of the surface can be formed.

HFCVD 방법을 이용한 다이아몬드 박막층 증착시, 메탄(CH4)의 비율이 낮아질수록 연속적인 단결정 형태의 박막이 증착되며, 메탄(CH4)의 비율이 높아질수록 불연속적인 다결정 형태의 박막이 증착된다. In the diamond thin film deposition using HFCVD method, the continuous monocrystalline thin film is deposited as the ratio of methane (CH 4 ) is lowered, and the discontinuous polycrystalline thin film is deposited as the ratio of methane (CH 4 ) is higher.

여기서, 연속적이라 함은 다이아몬드 박막층이 기판 상에 증착됨에 있어서 다이아몬드 표면이 비교적 균일하게 충진된 형태의 박막이 증착됨을 의미하며, 불연속적이라 함은 기판 상에 증착된 다이아몬드 박막의 표면부가 도 2c와 같이 낮은 충진율을 보이며 일종의 아일랜드(island) 형태로 성장됨을 의미한다. Here, the term 'continuous' means that a thin film having a relatively uniform diamond surface is deposited when the diamond thin film layer is deposited on the substrate, and the term 'discontinuous' means that the surface portion of the diamond thin film deposited on the substrate has a non- This implies the same filling rate and growth in the form of an island.

따라서, 본 발명에 다이아몬드 박막층으로 적용되는 <수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층>은 박막의 표면부가 불연속적인 다결정 형태의 박막에 가까우며, 이를 성장시키기 위해 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체 중 메탄(CH4)의 비율이 상대적으로 높아야 한다. 본 발명은 실험결과를 참조하여, 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체 중 메탄(CH4)의 비율을 3∼5vol%로 제어함을 제시한다. 메탄(CH4)의 비율이 3vol%보다 낮으면 연속적인 박막이 형성되어 입방정질화붕소(cBN) 박막과의 쐐기 결합이 이루어지지 않으며, 메탄(CH4)의 비율이 5vol%보다 높으면 흑연상의 생성이 가속화되어 입방정질화붕소(cBN) 박막과의 격자상수 차이가 커져 입방정질화붕소(cBN) 박막을 증착함에 어려움이 발생된다. 다만, 다이아몬드의 증착온도가 900℃ 이하의 낮은 경우에는 1%이하의 낮은 메탄 농도에서도 <수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층> 구조의 구현이 가능하다.Accordingly, the diamond thin film layer grown in the vertical direction as a diamond thin film layer according to the present invention is similar to a thin film of a discontinuous polycrystalline type in which the surface portion of the thin film is in the form of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ) is the ratio of methane (CH 4) should be high relative to the one of the mixed gas. The present invention with reference to experimental results suggest that controlling the ratio of a mixed gas of hydrogen (H 2) and methane (CH 4) methane (CH 4) as a 3~5vol%. If the ratio of methane (CH 4 ) is lower than 3 vol%, continuous thin film is formed and the wedge bond with the cubic boron nitride (cBN) film is not formed. If the ratio of methane (CH 4 ) is higher than 5 vol% Is accelerated to increase the lattice constant difference between the cubic boron nitride (cBN) thin film and the cubic boron nitride (cBN) thin film. However, when the deposition temperature of the diamond is as low as 900 ° C or less, it is possible to realize the structure of <diamond thin film layer grown in the vertical direction> even at a low methane concentration of 1% or less.

한편, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막이 서로 맞물려 쐐기 형태를 이룸에 있어서, 입방정질화붕소(cBN) 박막이 보유하고 있는 압축잔류응력은 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과의 기계적 결합력을 강화시키는 요인으로 작용한다. 즉, 통상의 입방정질화붕소(cBN) 박막은 압축잔류응력이 커 증착된 기판(또는 박막)으로부터 쉽게 박리되나, 본 방법에 따르면 입방정질화붕소(cBN) 박막의 압축잔류응력이 다이아몬드 박막층과의 쐐기 구조의 결합력에 작용하여 박리특성을 개선하는 요인으로 작용한다. On the other hand, the compressive residual stress of the cubic boron nitride (cBN) thin film grown in the vertical direction grows in the vertical direction when the vertically grown diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) And serves as a factor for enhancing the mechanical bonding force with the diamond thin film layer of the plate-like structure. That is, although a conventional cubic boron nitride (cBN) thin film is easily peeled off from a substrate (or a thin film) having a large residual compressive stress, the compression residual stress of the cubic boron nitride (cBN) And acts as a factor for improving the peeling property.

본 발명은 입방정질화붕소(cBN) 박막의 박리특성을 추가적으로 개선하기 위해, 입방정질화붕소(cBN) 박막의 증착시 수소(H2)의 공급시점을 제어하는 기술을 제시한다. The present invention provides a technique for controlling the supply timing of hydrogen (H 2 ) during the deposition of a cubic boron nitride (cBN) thin film to further improve the peeling property of the cubic boron nitride (cBN) thin film.

'발명의 배경이 되는 기술'에서 다이아몬드 박막 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막을 형성함에 있어서 난층질화붕소(tBN) 생성의 억제 가능성을 기술하였으나(US 7645513호), 실제 입방정질화붕소(cBN) 박막 성장시 난층질화붕소(tBN)의 생성은 불가피하다. 나아가, 수소 공급시 입방정질화붕소(cBN) 박막과 다이아몬드 박막의 계면 특성이 악화되는 것은, 입방정질화붕소(cBN) 박막 증착공정의 초기단계에서 형성되는 난층질화붕소(tBN)의 성장시 수소와 다이아몬드 박막의 반응으로 인해 난층질화붕소(tBN)과 다이아몬드 박막의 계면 특성 저하에 기인한 것으로 실험을 통해 확인하였다. 이에, 본 발명에서는 난층질화붕소(tBN) 성장이 완료되는 시점 이후에 수소를 공급함으로써 난층질화붕소(tBN)과 다이아몬드 박막의 계면 특성이 저하되는 것을 방지함과 함께 입방정질화붕소(cBN)에 인가되는 잔류응력을 최소화하는 효과를 얻을 수 있게 된다. 상기 난층질화붕소(tBN)은 구조적으로 육방정(hexagonal) 구조를 이루어 입방정(cubic) 구조를 갖는 입방정질화붕소(cBN)과 구별되는 바, 육방정 구조의 난층질화붕소(tBN)의 성장이 완료되는 시점을 구별하여 해당 시점에 수소를 선택적으로 공급하는 것은 기술적으로 구현 가능하다. (CBN) thin film on a diamond thin film was described in US Pat. No. 7,445,513. However, in the case of a cubic boron nitride (cBN) thin film formed on a diamond thin film, the possibility of inhibiting the formation of boron nitride (tBN) The formation of buried boron nitride (tBN) is inevitable during thin film growth. Furthermore, the deterioration of the interfacial properties between the cubic boron nitride (cBN) thin film and the diamond thin film during the hydrogen supply can be attributed to the fact that during growth of the buried boron nitride (tBN) formed in the initial stage of the cubic boron nitride (cBN) (TBN) and diamond film due to the reaction of the thin film. Thus, in the present invention, by supplying hydrogen after completion of the growth of the annealed boron nitride (tBN), the interfacial characteristics between the buried boron nitride (tBN) and the diamond thin film are prevented from being lowered and the boron nitride It is possible to obtain an effect of minimizing the residual stress. The annealed boron nitride (tBN) is structurally hexagonal and distinguished from cubic boron nitride (cBN) having a cubic structure, and the growth of boron nitride (tBN) having a hexagonal structure is completed It is technically feasible to selectively supply hydrogen at the point in time.

수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 증착되는 점을 고려하면, 다이아몬드 박막층 상에 일정 두께의 입방정질화붕소(cBN) 박막이 증착된 시점에 수소(H2)를 공급할 수도 있다. Considering that a cubic boron nitride (cBN) thin film is deposited in an empty space of a vertically grown diamond thin film layer, a cubic boron nitride (cBN) thin film having a predetermined thickness is deposited on the diamond thin film layer Hydrogen (H 2 ) may be supplied at the time point.

입방정질화붕소(cBN) 박막은 스퍼터링 공정 또는 이온빔 증착공정을 이용할 수 있으며, 반응기체는 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2)의 혼합기체이며, 난층질화붕소(tBN)의 성장 완료시점까지는 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합기체가 공급되며, 난층질화붕소(tBN)의 성장 완료 후에는 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2)의 혼합기체가 공급된다. 물론, 난층질화붕소(tBN)의 성장 완료 후에 일정 두께의 입방정질화붕소(cBN) 박막이 성장되는 시점까지 반응기체에 수소(H2)를 포함시키지 않을 수도 있으며, 이는 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN)의 쐐기 결합을 고려한 것이다. The cubic boron nitride (cBN) thin film can be a sputtering process or an ion beam deposition process. The reaction gas is a mixed gas of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ) and boron nitride by growing the time of completion and the mixed gas is supplied to the argon (Ar) and nitrogen (N 2), after the growth completion of the nancheung boron nitride (tBN) is a mixture of argon (Ar), nitrogen (N 2), hydrogen (H 2) Gas is supplied. Of course, hydrogen (H 2 ) may not be contained in the reaction gas until the growth of the cubic boron nitride (cBN) thin film having a certain thickness after the completion of growth of the boron nitride (tBN), which is caused by the deposition of the diamond thin film layer and the cubic boron nitride cBN).

이하, 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 및 그 제조방법을 구체적으로 설명함과 함께 제조된 cBN 박막의 특성을 살펴보기로 한다. Hereinafter, the laminated body of the diamond thin film and the cBN thin film according to the present invention and the method for producing the same will be described in detail with reference to the embodiments, and the characteristics of the cBN thin film manufactured will be described below.

<실시예 1 : CH4 비율에 따른 다이아몬드 박막의 표면조직 변화><Example 1: Surface texture change of diamond thin film according to CH 4 ratio>

HFCVD(hot filament chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 다이아몬드 박막을 성장시켰다. 증착압력은 15torr, 실리콘(Si) 기판의 온도는 약 950℃, 필라멘트의 온도는 약 2300℃로 유지하였다. 반응기체는 메탄(CH4)이 1∼3 vol% 포함된 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체를 사용하였고 유량은 500sccm이었다. Diamond thin films were grown by HFCVD (hot filament chemical vapor deposition) method. The deposition pressure was maintained at 15 torr, the temperature of the silicon (Si) substrate was maintained at about 950 ° C, and the filament temperature was maintained at about 2300 ° C. The reaction gas was a mixed gas of methane (CH 4) is 1~3% vol containing hydrogen (H 2) and methane (CH 4) the flow rate was 500sccm.

도 2a 내지 도 2c는 메탄(CH4) 혼합비율에 따른 다이아몬드 박막의 표면조직을 나타낸 SEM 사진으로서, 도 2a는 메탄(CH4)이 1vol% 포함된 경우, 도 2b는 메탄(CH4)이 2vol% 포함된 경우, 도 2c는 메탄(CH4)이 3vol% 포함된 경우를 나타낸 것이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 메탄(CH4)이 1vol% 포함된 경우 결정성이 뚜렷한 연속적인 다이아몬드 박막이 성장됨을 확인할 수 있으며, 메탄(CH4)이 2vol% 포함된 경우 박막의 연속성은 유지되지만 결정 크기가 매우 작은 나노결정다이아몬드 박막이 형성됨을 알 수 있다. 반면, 메탄(CH4)이 3vol% 포함된 경우 판상의 다이아몬드 입자가 형성되어 기판 상에 수직 방향으로 성장됨을 알 수 있으며, 상술한 바와 같은 '수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층'에 해당된다. A SEM photograph showing the surface morphology of the diamond film according to Fig. 2a to 2c are methane (CH 4) a mixing ratio, when the 2a is methane (CH 4) comprises 1vol%, Figure 2b is methane (CH 4) is If included 2vol%, Figure 2c shows the case of methane (CH 4) comprises 3vol%. Referring to FIGS. 2A to 2C, it can be seen that a continuous diamond thin film having crystallinity is grown when 1 vol% of methane (CH 4 ) is included, and when the amount of methane (CH 4 ) is 2 vol% But a nanocrystalline diamond thin film having a very small crystal size is formed. On the other hand, when 3 vol% of methane (CH 4 ) is contained, plate-shaped diamond particles are formed and grown in the vertical direction on the substrate, which corresponds to the above-described 'diamond- do.

<실시예 2 : 다이아몬드 박막층의 형태에 따른 cBN 박막과의 결합 특성>&Lt; Example 2: Bonding property with cBN thin film according to the shape of diamond thin film layer >

다이아몬드 박막층의 결정구조에 따른 cBN 박막과의 결합 특성을 살펴보았다. 비교를 위해 3가지 시편을 제작하였다. 첫 번째 시편은 실리콘 기판 상에 cBN 박막을 증착한 것이고, 두 번째 시편은 실시예 1의 메탄(CH4)이 2vol% 포함된 혼합기체를 이용하여 성장시킨 다이아몬드 박막층(도 2b에 해당됨) 상에 cBN 박막을 증착시킨 것이며, 세 번째 시편은 실시예 1의 메탄(CH4)이 3vol% 포함된 혼합기체를 이용하여 성장시킨 다이아몬드 박막층(도 2c에 해당됨) 상에 cBN 박막을 증착시킨 것이다. We investigated the bonding properties of cBN thin films depending on the crystal structure of the diamond thin film layer. Three specimens were prepared for comparison. The first specimen was a cBN thin film deposited on a silicon substrate and the second specimen was deposited on a diamond thin film layer (corresponding to FIG. 2B) grown using a mixed gas containing 2 vol% of methane (CH 4 ) of Example 1 cBN thin film was deposited on the diamond thin film layer (FIG. 2C), and the third specimen was the cBN thin film deposited on the diamond thin film layer (corresponding to FIG. 2C) grown using the mixed gas containing 3 vol% of methane (CH 4 )

cBN 박막은 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 증착하였다. 직경 약 5cm인 육방정 BN 타겟을 사용하였고, 400W의 13.56MHz 고주파 전원에 연결하였다. 실리콘(Si) 기판은 직경 약 10cm의 몰리브덴(Mo) 지지대 위에 올려놓았다. 기판에 음(-)의 바이어스를 인가하기 위해 기판 지지대에 200KMz의 고주파 전원을 연결하여 -40V의 전원을 인가하였다. 반응챔버는 10-6mtorr 이하의 압력을 갖도록 배기하였으며, 10vol%의 질소를 포함한 Ar-N2 혼합기체를 챔버 내부에 공급하여 2mtorr의 압력이 되도록 유지하였다. 실리콘 기판은 일반적인 유기용매를 이용하여 세정한 후 챔버 내에 장착하였다. 증착은 3시간 진행하였으며, 증착된 박막의 두께는 약 1um이었다. 증착 중 cBN 박막의 잔류응력을 줄이기 위하여 수소를 첨가하였다. 증착 시작 후 6분 후에 7 sccm의 수소를 혼합기체에 첨가하였다. 이 때, Ar-N2소 혼합기체의 유량은 20 sccm이었다. The cBN thin films were deposited using an asymmetric magnetron sputtering system. A hexagonal BN target with a diameter of about 5 cm was used and connected to a 400 W, 13.56 MHz high frequency power source. The silicon (Si) substrate was placed on a molybdenum (Mo) support with a diameter of about 10 cm. In order to apply a negative bias to the substrate, a high frequency power of 200 Kmz was connected to the substrate support, and a power of -40 V was applied. The reaction chamber was evacuated to a pressure of 10 -6 mtorr or less, and an Ar-N 2 mixed gas containing 10 vol% of nitrogen was supplied into the chamber and maintained at a pressure of 2 mtorr. The silicon substrate was cleaned using a common organic solvent, and then mounted in a chamber. The deposition was carried out for 3 hours, and the thickness of the deposited thin film was about 1 um. Hydrogen was added to reduce the residual stress of cBN thin films during deposition. Six minutes after the start of the deposition, 7 sccm of hydrogen was added to the mixed gas. At this time, the flow rate of the Ar-N 2 mixed gas was 20 sccm.

cBN 박막은 대기 중으로 노출되면 일정시간 경과 후 박리가 발생된다. 첫 번째 시편의 경우, 대기 중에 노출된 지 수분 만에 박리가 발생되었으며, 두 번째 시편은 4주 만에 박리가 관찰되었다. 이에 반해, 세 번째 기편의 경우 수 개월이 경과된 후에도 박리가 관찰되지 않았다. When the cBN thin film is exposed to the atmosphere, peeling occurs after a certain period of time. In the case of the first specimen, exfoliation occurred only in the water exposed in the atmosphere, and the second specimen was exfoliated in 4 weeks. On the other hand, no peeling was observed even after several months in the case of the third period.

한편, 총 반응기체의 유량을 20sccm으로 고정한 상태에서 H2의 유량을 0∼11sccm으로 증가시켰다. 도 3은 수소 첨가량에 따른 cBN 박막의 잔류응력을 측정한 것으로서, 수소의 첨가량이 증가할수록 잔류응력이 감소함을 확인할 수 있다. 그러나, 증착된 cBN 박막은 대기 중에 노출하자마자 바로 박리되는 것으로 나타났다. 수소 첨가에 의해 잔류응력이 현저히 감소하였음에도 불구하고 cBN 박막의 박리가 급격히 일어난다는 것은 다이아몬드 박막과 cBN 박막 사이의 계면층이 매우 취약해졌음을 의미하고, 수소 첨가가 그 이유임을 유추할 수 있다. 따라서, 이 문제에 대한 해결책이 요구된다. Meanwhile, the flow rate of H 2 was increased from 0 to 11 sccm while the flow rate of the total reaction gas was fixed at 20 sccm. FIG. 3 shows the residual stresses of the cBN thin films according to the amount of hydrogen added, and it can be confirmed that the residual stress decreases as the amount of hydrogen added increases. However, the deposited cBN thin film appeared to be peeled off immediately upon exposure to the atmosphere. Despite the remarkable decrease in residual stress due to hydrogenation, the sharp peeling of the cBN thin film indicates that the interface layer between the diamond thin film and the cBN thin film is very weak and hydrogenation is the reason. Therefore, a solution to this problem is required.

이에, 수소의 공급시점을 조절하여 cBN 박막을 합성하였다. 구체적으로, 증착이 발생되는 시점에서 2분, 4분, 6분이 경과된 시점에 각각 수소를 추가 공급하였으며, 수소가 공급되기 전에는 Ar-N2 혼합기체만이 반응기체로 공급되었다. 수소 공급시점이 늦어질수록 cBN 박막의 박리는 현저히 감소하였다. 수소 공급시점이 2분, 4분인 경우 박리가 시작되는 시점은 각각 2일, 5일이었고, 6분인 경우 일주일 후에도 박리가 관찰되지 않았다. cBN 박막의 성장속도 및 전자현미경분석 결과, 증착이 발생되는 시점에서 6분 안팎의 시점까지 tBN 박막이 성장됨이 확인되었으며, 이후에는 cBN 박막이 성장되며 이와 같은 결과는 tBN 박막 성장시 수소 공급을 제한하면 성장된 박막과 나노결정다이아몬드 박막의 계면 특성을 향상시킬 수 있음과 함께 성장된 cBN 박막의 잔류응력 특성을 개선할 수 있음을 반증한다. Thus, the cBN thin film was synthesized by controlling the supply timing of hydrogen. Specifically, hydrogen was further supplied at the point of 2 minutes, 4 minutes, and 6 minutes after the deposition, and only Ar-N 2 mixed gas was supplied to the reaction gas before hydrogen was supplied. As the hydrogen supply time was delayed, the peeling of the cBN thin film was remarkably decreased. When the hydrogen supply time was 2 minutes and 4 minutes, the peeling was started at 2 days and 5 days, respectively, and at 6 minutes, no peeling was observed even after 1 week. Growth rate and electron microscopic analysis of cBN thin films revealed that the tBN thin film was grown to around 6 minutes from the time of deposition, and then the cBN thin film was grown. It is possible to improve the interfacial characteristics between the grown thin film and the nanocrystalline diamond thin film and to improve the residual stress characteristics of the grown cBN thin film.

Claims (5)

HFCVD(hot filament chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막을 증착하는 단계;를 포함하여 이루어지며,
수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 증착되어, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루며,
상기 HFCVD 방법은 수소(H2)와 메탄(CH4)의 혼합기체를 이용하며, 메탄(CH4)의 비율은 3∼5vol%이며,
수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층은 박막의 표면부가 불연속적인 박막인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 제조방법.
Forming a diamond thin film layer having a vertically grown plate-like structure by using a hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) method; And
And depositing a cubic boron nitride (cBN) thin film on the diamond thin film layer,
The cubic boron nitride (cBN) thin film is deposited in the void space of the vertically grown diamond thin film layer, and the vertically grown diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) The wedge forms a wedge,
The HFCVD method uses a mixed gas of hydrogen (H 2 ) and methane (CH 4 ), the ratio of methane (CH 4 ) is 3 to 5 vol%
Wherein the diamond thin film layer grown in the vertical direction is a discontinuous thin film on the surface of the thin film.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 형성되기 전에 tBN(turbostratic BN) 박막이 형성되며, 상기 입방정질화붕소(cBN) 박막 및 tBN(turbostratic BN) 박막은 반응기체를 이용한 스퍼터링 공정 또는 이온빔 증착공정을 통해 증착되며,
상기 tBN 박막이 형성되는 시점까지 반응기체로 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합기체가 공급되며, 상기 tBN 박막의 성장이 완료되는 시점 이후에는 아르곤(Ar), 질소(N2), 수소(H2)의 혼합기체가 반응기체로 공급되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체 제조방법.
The method of claim 1, wherein a tBN (turbostratic BN) thin film is formed on the diamond thin film layer before the cubic boron nitride (cBN) thin film is formed, and the cubic boron nitride (cBN) thin film and the tBN (turbostratic BN) , Or an ion beam deposition process,
A mixed gas of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) is supplied as a reactive gas until the tBN thin film is formed. After the completion of the growth of the tBN thin film, argon (Ar), nitrogen (N 2 ) Wherein a mixed gas of hydrogen (H 2 ) is supplied to the reaction gas.
수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층 상에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 적층된 형태를 이루며,
수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층의 빈 공간에 입방정질화붕소(cBN) 박막이 채워지는 형태로 적층되어, 수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층과 입방정질화붕소(cBN) 박막은 서로 맞물리는 쐐기 형태를 이루며,
수직 방향으로 성장된 판상 구조의 다이아몬드 박막층은 박막의 표면부가 불연속적인 박막인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 박막과 cBN 박막의 적층체.
A cubic boron nitride (cBN) thin film is stacked on a diamond thin film layer having a vertically grown plate shape,
(CBN) thin film is filled in the void space of the vertically grown diamond thin film layer, and the vertically grown diamond thin film layer and the cubic boron nitride (cBN) thin film are stacked The wedge forms a wedge,
Wherein the diamond thin film layer having a planar structure grown in the vertical direction is a discontinuous thin film on the surface of the thin film.
KR1020170020068A 2017-02-14 2017-02-14 Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same Expired - Fee Related KR101966857B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170020068A KR101966857B1 (en) 2017-02-14 2017-02-14 Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170020068A KR101966857B1 (en) 2017-02-14 2017-02-14 Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180093662A KR20180093662A (en) 2018-08-22
KR101966857B1 true KR101966857B1 (en) 2019-04-08

Family

ID=63452940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170020068A Expired - Fee Related KR101966857B1 (en) 2017-02-14 2017-02-14 Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101966857B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100991770B1 (en) 2010-03-15 2010-11-03 한국과학기술연구원 Method for depositing cbn thin film
KR101165329B1 (en) * 2012-05-03 2012-07-18 한국과학기술연구원 Method for synthesis of cubic boron nitride and cubic boron nitride structure
JP5015480B2 (en) 2006-03-28 2012-08-29 住友化学株式会社 Manufacturing method of semiconductor single crystal substrate

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7645513B2 (en) 2003-02-14 2010-01-12 City University Of Hong Kong Cubic boron nitride/diamond composite layers
TWI466779B (en) * 2006-12-27 2015-01-01 Hitachi Chemical Co Ltd Gravure and use of its substrate with a conductive layer pattern

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5015480B2 (en) 2006-03-28 2012-08-29 住友化学株式会社 Manufacturing method of semiconductor single crystal substrate
KR100991770B1 (en) 2010-03-15 2010-11-03 한국과학기술연구원 Method for depositing cbn thin film
KR101165329B1 (en) * 2012-05-03 2012-07-18 한국과학기술연구원 Method for synthesis of cubic boron nitride and cubic boron nitride structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180093662A (en) 2018-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101521155B (en) Method for preparing substrate having monocrystalline film
TWI719051B (en) SiC composite substrate and manufacturing method thereof
US8030176B2 (en) Method for preparing substrate having monocrystalline film
US8084773B2 (en) Semiconductor-on-diamond devices and associated methods
RU2697556C1 (en) Method of making multiple monocrystalline cvd synthetic diamonds
KR20070020225A (en) Tantalum carbide coated carbon material and manufacturing method thereof
TWI850519B (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A COMPOSITE STRUCTURE COMPRISING A THIN LAYER MADE OF MONOCRYSTALLINESIC ON A CARRIER SUBSTRATE MADE OF SiC
CN112647055B (en) Chemical vapor deposition method for preparing silicon carbide composite coating on monocrystalline silicon or polycrystalline silicon
EP3352197A1 (en) METHOD FOR PRODUCING SiC COMPOSITE SUBSTRATE
WO2022004165A1 (en) Large-diameter substrate for group-iii nitride epitaxial growth and method for producing the same
CN101545095B (en) Method for growing boron nitride membrane on graphite substrate
KR101165329B1 (en) Method for synthesis of cubic boron nitride and cubic boron nitride structure
CN113089093B (en) Method for forming diamond semiconductor structure
KR101966857B1 (en) Diamond and cubic boron nitride thin film laminated and method for fabricating the same
CN100545314C (en) In-situ processing method for sapphire substrates for the preparation of high-quality ZnO thin films
TWI859280B (en) Method for manufacturing group III compound substrate and substrate manufactured by the manufacturing method
CN115172537A (en) Flexible deep ultraviolet LED epitaxial structure and preparation method thereof
CN113529166A (en) Method for growing large-area diamond single crystal
JP4386663B2 (en) Carbon composite material
Damlencourt Low temperature epitaxy of Si and SiGe using disilane based chemistry for electronic purposes
TWI861253B (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A COMPOSITE STRUCTURE COMPRISING A THIN LAYER OF MONOCRYSTALLINE SiC ON A CARRIER SUBSTRATE MADE OF SiC
CN115142040B (en) Diamond film with high welding strength and preparation method and application thereof
KR101562950B1 (en) Diamond coated cutting tool and method for fabricating the same
CN102337514A (en) Method for growing strong-adhesiveness diamond thin film on copper substrate through diamond embedding method
CN117587513A (en) Method for preparing high-quality monocrystalline III-nitride self-supporting substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20170214

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20180703

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190107

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20190402

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20190403

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220325

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230321

Start annual number: 5

End annual number: 5

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20250113