JPH0959760A - Production of carbon thin film - Google Patents

Production of carbon thin film

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Publication number
JPH0959760A
JPH0959760A JP7217436A JP21743695A JPH0959760A JP H0959760 A JPH0959760 A JP H0959760A JP 7217436 A JP7217436 A JP 7217436A JP 21743695 A JP21743695 A JP 21743695A JP H0959760 A JPH0959760 A JP H0959760A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
target
diamond
substrate
graphite
Prior art date
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Pending
Application number
JP7217436A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Imamura
秀樹 今村
Akira Shiga
章 志賀
Hirohide Mizunoya
博英 水野谷
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
Application filed by Kao Corp filed Critical Kao Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a DLC thin film having high hardness at a high rate at the time of forming a carbon thin film on a substrate by sputtering by using a target prepared by mixing graphite and diamond and producing plasma with high-frequency discharge. SOLUTION: A substrate 2 is supported by a water-cooled holder 3 in a gas chamber 1 and grounded through a variable resistor. A target 4 is opposed to the substrate 2, supported by a water-cooled RF electrode and connected to an RF power source 6 through a matching circuit 5, and the RF electrode is surrounded with a grounded shield 8. A mixture of graphite and diamond is used for the target 4, the chamber 1 is evacuated, and gaseous Ar is introduced to a specified pressure. A high-frequency wave is impressed from the power source 6 to produce plasma, and the target 4 is sputtered. An appropriate DLC thin film is formed on the substrate 2 in this way at a high rate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は炭素薄膜の製造方法
に関し、より詳しくはダイヤモンドライクカーボン(D
LC)薄膜の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a carbon thin film, and more particularly to diamond-like carbon (D
LC) thin film manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】DLC薄膜は、グラファイト結合とダイ
ヤモンド結合が混在する非晶質の炭素薄膜であり、硬度
や摺動などに関する優れた特性の故に、例えば磁気記録
媒体の磁性層保護膜などの各種の保護膜その他として注
目されている。
2. Description of the Related Art A DLC thin film is an amorphous carbon thin film in which graphite bonds and diamond bonds coexist, and because of its excellent characteristics regarding hardness and sliding, various kinds of DLC thin films such as a magnetic layer protective film of a magnetic recording medium are used. It is attracting attention as a protective film and others for

【0003】DLC薄膜を形成する方法としては、高周
波スパッタリング、プラズマCVD法等がある。例えば
Savvidesらは、グラファイトをターゲットとして用い、
DCマグネトロンスパッタリングによりアルゴンプラズ
マ中でDLC薄膜が得られることを報告している(N. S
avvides, B. Window: J. Vac. Sci. Tech., A3(6), p.2
386 (1985)。また三谷らは、プラズマインジェクション
CVDと呼ばれる方法により、原料ガスをプラズマチャ
ンバに導入して高周波プラズマ化してビデオ用蒸着テー
プの保護膜を形成することを報告している(三谷力他、
電子材料1989年8月号79−83頁)。
As a method for forming a DLC thin film, there are high frequency sputtering, plasma CVD method and the like. For example
Savvides et al. Used graphite as a target,
It has been reported that DLC thin films can be obtained in argon plasma by DC magnetron sputtering (N. S.
avvides, B. Window: J. Vac. Sci. Tech., A3 (6), p.2
386 (1985). In addition, Mitani et al. Reported that a method called plasma injection CVD was used to introduce a raw material gas into a plasma chamber to form a high frequency plasma to form a protective film for a vapor deposition tape for video (Riki Mitani et al.
Electronic Materials, August 1989, pp. 79-83).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のスパッタリング
法によりDLC薄膜を成膜する場合、ターゲットとして
はグラファイトが用いられている。しかしながらこれに
より得られるDLC薄膜はグラファイト結合性が強くて
ダイヤモンド成分の少ない、即ちSP3/SP2の比が余り大
きくないものであるため強度が弱い。そこでスパッタリ
ング条件を選ぶことにより、所望のDLC薄膜を得よう
と種々の試みがなされている。例えばアルゴンガス雰囲
気中にH2を混在させてイオンアシスト効果を高め、堆
積した薄膜中のグラファイト成分をエッチングするとい
ったことが行われている。
When a DLC thin film is formed by the conventional sputtering method, graphite is used as a target. However, the DLC thin film obtained by this has a strong graphite bonding property and a small diamond component, that is, the ratio of SP 3 / SP 2 is not so large that the strength is weak. Therefore, various attempts have been made to obtain a desired DLC thin film by selecting sputtering conditions. For example, H 2 is mixed in an argon gas atmosphere to enhance the ion assist effect, and the graphite component in the deposited thin film is etched.

【0005】しかしながら、こうした手法によってDL
Cの硬度を増大させようと試みた場合、硬度の増大とと
もに膜が剥離し易くなるといった問題点がある。そこで
本発明の課題は、このような問題点のない炭素薄膜の製
造方法を提供することである。
However, with such a method, DL
If an attempt is made to increase the hardness of C, there is a problem that the film is likely to peel off as the hardness increases. Then, the subject of this invention is providing the manufacturing method of a carbon thin film which does not have such a problem.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、スパッ
タリングにより炭素薄膜を製造する方法は、グラファイ
トにダイヤモンドを混合してターゲットとなし、高周波
放電によりプラズマを生成することを特徴とする。スパ
ッタリングによる薄膜は、ターゲットから放出される原
子が基板上に堆積することにより形成されるが、その性
質は、基板に到達したときの原子の状態、堆積後に受け
る各種のエネルギー等に依存し、基板に到達したときの
原子の状態はまた、ターゲット上での現象と原子が飛行
する空間での衝突散乱に支配される。本発明者らは鋭意
研究の結果、グラファイトとダイヤモンドを混合したも
のをターゲットに用い、しかも高周波放電によりプラズ
マを生成させるという条件の組み合わせにより、優れた
炭素薄膜が得られることを見出したものである。
According to the present invention, a method for producing a carbon thin film by sputtering is characterized in that graphite is mixed with diamond to form a target, and plasma is generated by high frequency discharge. A thin film formed by sputtering is formed by depositing atoms emitted from a target on a substrate, and its properties depend on the state of the atoms when they reach the substrate, various energies received after deposition, etc. The state of the atom when it reaches is also dominated by phenomena on the target and collisional scattering in the space in which the atom flies. As a result of earnest research, the inventors of the present invention have found that an excellent carbon thin film can be obtained by using a mixture of graphite and diamond as a target and combining the conditions of generating plasma by high frequency discharge. .

【0007】本発明において用いられるターゲットは、
グラファイトとダイヤモンド、通常は人工ダイヤモンド
を混合したものを用いる。このようなターゲットは例え
ば、グラファイト粉に人工ダイヤモンド粉を混合し、プ
レス成型することにより得ることができる。或いは、適
当な粒径の人工ダイヤモンドを適度な大きさに固め、通
常のグラファイトターゲット上に点在させて用いること
もできる。このようなターゲットも、本発明における
「混合」という概念に含まれる。
The target used in the present invention is
A mixture of graphite and diamond, usually artificial diamond, is used. Such a target can be obtained by, for example, mixing graphite powder with artificial diamond powder and press-molding. Alternatively, artificial diamond having an appropriate grain size may be hardened to an appropriate size and scattered on a normal graphite target for use. Such a target is also included in the concept of “mixing” in the present invention.

【0008】本発明によれば、グラファイトとダイヤモ
ンドの混合比には制限はない。即ち本発明においては、
ダイヤモンドが少しでも存在すれば、得られた炭素薄膜
のダイヤモンド結合性は強くなる。そしてこの傾向は、
ダイヤモンドの混合比の増大と共に大きくなるものであ
る。従ってグラファイトターゲット中にダイヤモンドが
混在され、それがグラファイトと共にスパッタリングさ
れればよいのであり、添加量は必要な特性(硬度など)
とコストとの兼ね合いによって決定されるファクターで
ある。しかしながらダイヤモンドの比率が大きすぎると
成膜速度が犠牲となるため、一般には、ターゲット中に
おけるダイヤモンドの表面面積率が5〜80%となる範囲
で実施される場合が多いであろう。
According to the present invention, there is no limitation on the mixing ratio of graphite and diamond. That is, in the present invention,
If even a small amount of diamond is present, the carbon bond of the obtained carbon thin film will be strong. And this trend is
It increases as the mixing ratio of diamond increases. Therefore, it suffices that diamond is mixed in the graphite target and that it is sputtered together with graphite. The addition amount depends on the required characteristics (hardness, etc.).
Is a factor determined by the trade-off between cost and cost. However, if the ratio of diamond is too large, the film forming speed is sacrificed, so in general, it is often carried out in the range where the surface area ratio of diamond in the target is 5 to 80%.

【0009】本発明においては、スパッタリングの電源
として高周波電源が用いられる。直流電源を用いた場合
には、グラファイトとダイヤモンドの導電率の相違によ
って放電が不安定となり、スパッタリングが不均一とな
って所望の炭素膜は得られない。しかしながら高周波放
電によりプラズマを生成することにより、均一で安定し
たスパッタリングを行うことができ、DLC薄膜を好適
に成膜することができる。用いられる高周波の範囲は5
〜20MHz程度である。典型的には周波数は13.56MHz、出
力インピーダンスは50Ωである。
In the present invention, a high frequency power source is used as a power source for sputtering. When a DC power source is used, the discharge becomes unstable due to the difference in conductivity between graphite and diamond, and the sputtering becomes nonuniform, so that the desired carbon film cannot be obtained. However, by generating plasma by high-frequency discharge, uniform and stable sputtering can be performed, and a DLC thin film can be suitably formed. The range of high frequencies used is 5
It is about 20MHz. The frequency is typically 13.56MHz and the output impedance is 50Ω.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1に本発明の実施に用いること
のできる装置の概略を示す。ガスチャンバー1内には、
薄膜が形成される基板2が、水冷されるホルダ3に支持
されており、可変抵抗を介して接地されている。基板2
に対向して配置されるターゲット4はやはり水冷される
RF電極5に支持されており、RF電極5は整合回路6
を介してRF電源7へと接続されている。またRF電極
5の周囲は、接地電位のシールド8によって覆われてい
る。ガスチャンバー1は、油拡散ポンプやクライオポン
プなどの排気系を介して真空に引かれる。要求される真
空度は通常、10-5〜10-7Torr程度である。他方、アルゴ
ンガス源等に接続されたガス導入系により、ガスチャン
バー1内にガスが導入可能となっている。本発明によれ
ば、ターゲット4はグラファイトとダイヤモンドの混合
物から作成されるようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 schematically shows an apparatus which can be used for carrying out the present invention. In the gas chamber 1,
A substrate 2 on which a thin film is formed is supported by a water-cooled holder 3 and is grounded via a variable resistor. Substrate 2
The target 4 arranged opposite to is supported by an RF electrode 5 which is also water cooled, and the RF electrode 5 is a matching circuit 6
It is connected to the RF power source 7 via. The periphery of the RF electrode 5 is covered with a ground potential shield 8. The gas chamber 1 is evacuated via an exhaust system such as an oil diffusion pump or a cryopump. The required degree of vacuum is usually on the order of 10 -5 to 10 -7 Torr. On the other hand, a gas can be introduced into the gas chamber 1 by a gas introduction system connected to an argon gas source or the like. According to the invention, the target 4 is made of a mixture of graphite and diamond.

【0011】[0011]

【実施例】【Example】

実施例1 図1に示す如き装置を用い、基板2としてSiガラス基板
を用いて炭素薄膜を成膜した。ターゲット4としては、
5インチ×8インチ、厚み6mmのグラファイト板上に、
直径3〜6μm程度の人工ダイヤモンドを1cm辺程度の
立方体状に固めたものを表面面積率20%程度に点在させ
たものを用いた。
Example 1 A carbon thin film was formed using a Si glass substrate as the substrate 2 using the apparatus shown in FIG. As target 4,
On a 5 inch x 8 inch, 6 mm thick graphite plate,
An artificial diamond having a diameter of about 3 to 6 μm, which was solidified into a cubic shape with a side of about 1 cm, was scattered at a surface area ratio of about 20%.

【0012】ガスチャンバー1内を1×10-6Torr程度に
排気し、アルゴンガスをガス圧力1.3Paとなる流量で導
入した。ターゲット電圧は−2000V、基板電圧は−35V
とし、基板温度は50〜300℃の間に維持した。RF電源
6からは3.75MHzの高周波を印加してスパッタリングを
行い、厚み500Åの炭素薄膜を成膜した。
The inside of the gas chamber 1 was evacuated to about 1 × 10 -6 Torr, and argon gas was introduced at a flow rate of 1.3 Pa. Target voltage is -2000V, substrate voltage is -35V
And the substrate temperature was maintained between 50 and 300 ° C. A high frequency of 3.75 MHz was applied from the RF power source 6 to perform sputtering to form a carbon thin film having a thickness of 500 Å.

【0013】比較例1 実施例1と同じ装置を用いた。ターゲット4をグラファ
イトのみに変更した以外は実施例1と同一の条件でスパ
ッタリングを行い、厚み500Åの炭素薄膜を成膜した。
Comparative Example 1 The same apparatus as in Example 1 was used. Sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 except that the target 4 was changed to only graphite to form a carbon thin film having a thickness of 500 Å.

【0014】比較例2 実施例1と同じ装置を用いた。ターゲット4として、人
工ダイヤモンドを5インチ×8インチ、厚み6mmとした
ものを用い、それ以外は実施例1と同一の条件でスパッ
タリングを行い、厚み500Åの炭素薄膜を得た。
Comparative Example 2 The same apparatus as in Example 1 was used. As the target 4, an artificial diamond having a size of 5 inches × 8 inches and a thickness of 6 mm was used, and sputtering was performed under the same conditions as in Example 1 except for the above to obtain a carbon thin film having a thickness of 500 Å.

【0015】比較例3 ターゲットの裏側に磁石アレイを配置し、電源としてD
C電源を用い、アルゴンガス圧力4mmTorr、出力3kWで
DCマグネトロン放電を行った。ターゲットとしては実
施例1と同じものを用いた。厚み500Åの炭素薄膜が得
られた。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 A magnet array is arranged on the back side of the target and D is used as a power source.
DC magnetron discharge was performed using a C power supply at an argon gas pressure of 4 mmTorr and an output of 3 kW. The same target as in Example 1 was used as the target. A carbon thin film with a thickness of 500Å was obtained.

【0016】実施例及び比較例により得られた炭素薄膜
について、成膜速度及びマイクロビッカース硬度を表1
にまとめた。またこれらの炭素薄膜についてのラマンス
ペクトルを図2に示した。励起レーザーとしてはアルゴ
ンレーザー(5145Å)を用いた。
For the carbon thin films obtained in Examples and Comparative Examples, the film forming rate and the micro Vickers hardness are shown in Table 1.
Summarized in The Raman spectra of these carbon thin films are shown in FIG. An argon laser (5145Å) was used as the excitation laser.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】図2から明らかなように、実施例1及び比
較例2においては1330cm-1付近にダイヤモンドに起因す
るピークが見られる。また硬度も十分であり、好適なD
LC薄膜が得られていることがわかる。こうした保護膜
は、例えば磁気テープ等の磁気記録媒体における保護層
として極めて有効である。しかしながら比較例2に見ら
れるように、全てを人工ダイヤモンドで作成したターゲ
ットを用いた場合は、成膜速度が低下する割には硬度は
実施例1の場合と同様であり、またコストとの兼ね合い
もあって好ましくない。
As is apparent from FIG. 2, in Example 1 and Comparative Example 2, a peak due to diamond is found near 1330 cm -1 . Also, the hardness is sufficient, and it is suitable D
It can be seen that an LC thin film is obtained. Such a protective film is extremely effective as a protective layer in a magnetic recording medium such as a magnetic tape. However, as seen in Comparative Example 2, when the target made entirely of artificial diamond was used, the hardness was the same as in Example 1 despite the decrease in the film formation rate, and the cost was also taken into consideration. This is not preferable.

【0019】比較例1の場合には1330cm-1付近のピーク
は見られず、1580cm-1付近にグラファイトに起因するブ
ロードなピークが見られるのみである。また比較例3の
場合にも同様に、ダイヤモンド結合に起因する1330cm-1
付近のピークは認められない。これは不均一なスパッタ
リングのために、ダイヤモンド結合が生成されなかった
ためであると考えられる。また、膜と基板との結着は実
施例及び比較例ともに良好であり、膜の剥離は見られな
かった。
In the case of Comparative Example 1, no peak around 1330 cm -1 is seen, but only a broad peak due to graphite is seen around 1580 cm -1 . In the case of Comparative Example 3 as well, 1330 cm −1 due to diamond bonding
No peaks in the vicinity are observed. It is considered that this is because the diamond bond was not generated due to the nonuniform sputtering. Further, the bonding between the film and the substrate was good in both Examples and Comparative Examples, and no film peeling was observed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、ダイヤモン
ド結合を有する好適なDLC薄膜を、優れた成膜速度及
び硬度をもって製造することができる。このようにして
得られる炭素薄膜は、保護膜その他として種々の分野に
利用できる。
As described above, according to the present invention, a suitable DLC thin film having a diamond bond can be manufactured with an excellent film forming rate and hardness. The carbon thin film thus obtained can be used in various fields as a protective film and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法の実施に用いることのできる装置
の一例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus that can be used to carry out the method of the present invention.

【図2】実施例及び比較例で得られた炭素薄膜について
のラマンスペクトルを示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing Raman spectra of carbon thin films obtained in Examples and Comparative Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスチャンバー 2 基板 3 ホルダ 4 ターゲット 5 RF電極 6 整合回路 7 RF電源 8 シールド 1 Gas Chamber 2 Substrate 3 Holder 4 Target 5 RF Electrode 6 Matching Circuit 7 RF Power Supply 8 Shield

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スパッタリングにより炭素薄膜を製造す
る方法において、グラファイトにダイヤモンドを混合し
てターゲットとなし、高周波放電によりプラズマを生成
することを特徴とする、炭素薄膜の製造方法。
1. A method of producing a carbon thin film by a method of producing a carbon thin film by sputtering, which comprises mixing graphite with diamond to form a target and generating plasma by high-frequency discharge.
JP7217436A 1995-08-25 1995-08-25 Production of carbon thin film Pending JPH0959760A (en)

Priority Applications (1)

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JP7217436A JPH0959760A (en) 1995-08-25 1995-08-25 Production of carbon thin film

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003514746A (en) * 1999-11-18 2003-04-22 ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション Hydrophobic coating containing DLC on substrate
WO2015122159A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 株式会社アルバック Method for forming carbon electrode film, carbon electrode, and method for manufacturing phase change memory element

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003514746A (en) * 1999-11-18 2003-04-22 ガーディアン・インダストリーズ・コーポレーション Hydrophobic coating containing DLC on substrate
WO2015122159A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 株式会社アルバック Method for forming carbon electrode film, carbon electrode, and method for manufacturing phase change memory element
CN105980593A (en) * 2014-02-12 2016-09-28 株式会社爱发科 Method for forming carbon electrode film, carbon electrode, and method for manufacturing phase change memory element
JPWO2015122159A1 (en) * 2014-02-12 2017-03-30 株式会社アルバック Method for forming carbon electrode film, method for producing carbon electrode and phase change memory element
TWI645058B (en) * 2014-02-12 2018-12-21 日商愛發科股份有限公司 Method of forming carbon electrode layer, and method for manufacturing phase-change memory device

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