JP2002020870A - Method for depositing diamondlike carbon film - Google Patents
Method for depositing diamondlike carbon filmInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド状炭
素膜の形成方法、特に、磁気ディスク装置(HDD)等
の磁気記録媒体に対して記録・再生する装置に適用され
る薄膜磁気ヘッドスライダーの摺動面(ABS面)等に
ダイヤモンド状炭素膜を成膜するのに適した形成方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a diamond-like carbon film, and more particularly to a slider for a thin film magnetic head slider applied to an apparatus for recording / reproducing a magnetic recording medium such as a magnetic disk drive (HDD). The present invention relates to a formation method suitable for forming a diamond-like carbon film on a moving surface (ABS surface) or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コンピューターの外部記録装置で
あるハードディスク装置において、高記録密度化が急速
に高まり、この傾向は将来的にはさらに高まっていくこ
とは確実である。2. Description of the Related Art In recent years, the recording density of hard disk drives, which are external recording devices for computers, has rapidly increased, and it is certain that this tendency will increase in the future.
【0003】この要求に対し、磁気ヘッドスライダー
は、0.05μm以下の非常に低い浮上高さや、記録媒
体の周速によって変化することのない安定した浮上特性
を有することが求められるようになる。更に今後は、高
記録密度においても高い電磁変換特性が要求されるた
め、浮上量はより低減され、かつ安定に走行させること
が強く要求される。In response to this requirement, the magnetic head slider is required to have a very low flying height of 0.05 μm or less and a stable flying characteristic which does not change with the peripheral speed of the recording medium. Further, in the future, since high electromagnetic conversion characteristics are required even at a high recording density, it is strongly required that the flying height be further reduced and the vehicle be driven stably.
【0004】これらの中で、電磁変換特性は、磁気スペ
ーシングといわれるヘッドと記録媒体の距離に大きく依
存する。この距離は、浮上量と摺動面に形成されている
保護膜の厚さに分けることができる。実際浮上量が、
0.05μm以下でも、保護膜の厚みが更に付加されて
磁気スペーシングとなる。従って、保護膜の厚さは直接
磁気スペーシングに大きく影響する。浮上量の低減が要
求されると、保護膜は、更に薄層化しなければならない
ため、薄層化と、耐摩耗性、耐腐食性の確保とを同時に
実現することが要求される。[0004] Among them, the electromagnetic conversion characteristics greatly depend on the distance between the head and the recording medium, which is called magnetic spacing. This distance can be divided into the flying height and the thickness of the protective film formed on the sliding surface. Actual flying height is
Even if the thickness is 0.05 μm or less, the thickness of the protective film is further added to achieve magnetic spacing. Therefore, the thickness of the protective film directly affects the magnetic spacing. When a reduction in the flying height is required, the protective film must be further thinned. Therefore, it is necessary to simultaneously realize the thinning and the protection of abrasion resistance and corrosion resistance.
【0005】ところで、実際に実用化されている保護膜
は、ダイヤモンド状炭素膜(以下、DLC膜と略称す
る)である。その形成法は、スパッタリング法、イオン
プレーティング法、プラズマCVD法、電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)プラズマCVDなどがある。いずれ
の場合も膜厚は、5nm以下で使用される。また、膜構
成も、付着力の向上を狙ってシリコン下地を設置した二
層膜がしばしば使用される。Incidentally, a protective film actually put to practical use is a diamond-like carbon film (hereinafter abbreviated as a DLC film). The formation method includes a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD method, and an electron cyclotron resonance (ECR) plasma CVD. In each case, the film thickness is 5 nm or less. Further, as the film configuration, a two-layer film provided with a silicon underlayer for the purpose of improving the adhesive force is often used.
【0006】スパッタリング法は、グラファイトなどの
炭素系ターゲットを直接スパッタリングして膜を成膜す
る方法であるが、膜の硬度が小さく、耐摩耗性が十分で
ない。また、イオンプレーティング法は、高硬度の膜を
得ることができるが、生産性に懸念が残る。従って、プ
ラズマを利用した成膜方法が、最も利用されている。[0006] The sputtering method is a method in which a film is formed by directly sputtering a carbon-based target such as graphite. However, the hardness of the film is small and the wear resistance is not sufficient. Further, the ion plating method can obtain a film having high hardness, but there is a concern about productivity. Therefore, a film forming method using plasma is most used.
【0007】本発明者らは、ECRプラズマCVD法を
用いて、薄膜磁気ヘッドのスライダー摺動面に下地層を
設置したDLC膜を成膜する薄膜形成を検討してきた。
特にDLC膜の性質には、ECRプラズマCVDの成膜
条件が大きく影響する。そこで、最も硬度の大きなDL
C膜を得るための探索、検討を行った。The present inventors have studied the formation of a thin film in which a DLC film having an underlayer provided on a slider sliding surface of a thin film magnetic head is formed by using an ECR plasma CVD method.
In particular, the properties of the DLC film are greatly affected by the ECR plasma CVD film forming conditions. Therefore, the DL with the highest hardness
The search and examination for obtaining the C film were performed.
【0008】その結果、原料ガスとしてメタンを使用し
た場合で、膜の硬度が23GPa、エチレンガスを使用
した場合で、30GPaの硬度が得られている。尚、こ
こで言う硬度は、ナノインデンテーション試験による方
法で求められたものである。As a result, the hardness of the film is 23 GPa when methane is used as a raw material gas, and the hardness is 30 GPa when ethylene gas is used. In addition, the hardness referred to here is determined by a method based on a nanoindentation test.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来方法では、今後更に高記録密度が要求され、薄層化、
低浮上量化に対応するには、ECRプラズマCVDの成
膜条件を変化させるだけでは、これ以上の膜の硬度の増
大が期待できない。その理由は、原料ガスにメタンガス
やエチレンガスを使用しているため、どうしてもDLC
膜中に水素が残ってしまうためである。従って、今後の
更なる高密度化の要求に応じた、超薄膜化と耐摩耗性の
両立が困難になるという課題があった。However, in the above-mentioned conventional method, a higher recording density is required in the future, and a thinner layer is required.
In order to cope with the reduction of the flying height, merely changing the film forming conditions of ECR plasma CVD cannot expect a further increase in the hardness of the film. The reason is that methane gas and ethylene gas are used as raw material gas,
This is because hydrogen remains in the film. Accordingly, there has been a problem that it is difficult to achieve both ultra-thin film and abrasion resistance in response to a demand for higher density in the future.
【0010】本発明は、上記の課題を解決し、磁気ヘッ
ドスライダーのABS面に適用するのに適した、超薄膜
化と耐摩耗性とを両立したDLC薄膜を形成する方法を
提供することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method for forming a DLC thin film which is both ultra-thin and abrasion-resistant and is suitable for application to the ABS of a magnetic head slider. Aim.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、DLC膜中の水素量を可能な限り除去する方法を検
討した。そして、成膜プロセス中に、化学的に第3の生
成物を生成させて水素を膜中から除去すること、及び基
板表面を現状より励起状態にして、水素原子がDLC膜
から抜けやすくすることを着想した。その結果、以下の
方法が極めて有効であることを見出した。In order to achieve the above object, a method for removing as much as possible the amount of hydrogen in the DLC film was studied. Then, during the film formation process, a third product is chemically generated to remove hydrogen from the film, and the substrate surface is made more excited than it is now, so that hydrogen atoms can easily escape from the DLC film. Inspired. As a result, they have found that the following method is extremely effective.
【0012】本発明のダイヤモンド状炭素膜の形成方法
は、プラズマCVDによりダイヤモンド状炭素膜を成膜
する方法であって、それぞれ以下のような特徴を有す
る。The method for forming a diamond-like carbon film of the present invention is a method for forming a diamond-like carbon film by plasma CVD, and has the following features.
【0013】第1の方法は、成膜原料ガス中に、少なく
とも一酸化炭素ガスあるいは二酸化炭素ガスを混合して
成膜することを特徴とする。この方法によれば、DLC
中の水素量を低減でき、膜の硬度が向上する。その結
果、超薄膜化に対応できる耐摩耗性を実現することがで
きる。The first method is characterized in that a film is formed by mixing at least a carbon monoxide gas or a carbon dioxide gas in a film forming material gas. According to this method, DLC
The amount of hydrogen inside can be reduced, and the hardness of the film is improved. As a result, abrasion resistance that can cope with ultra-thin film can be realized.
【0014】第2の方法は、成膜原料ガスに、少なくと
も一酸化窒素ガスあるいは二酸化窒素ガスを混合して成
膜することを特徴とする。この方法によれば、DLC中
の水素量を低減できるとともに、窒素原子がDLC中に
取り込まれ、膜の硬度を向上させる効果が高まる。The second method is characterized in that a film is formed by mixing at least a nitrogen monoxide gas or a nitrogen dioxide gas with a film forming material gas. According to this method, the amount of hydrogen in the DLC can be reduced, and nitrogen atoms are taken into the DLC, thereby improving the effect of improving the hardness of the film.
【0015】以上の方法によれば、原料ガスに所定のガ
スを混合するだけで、装置の改造や新規増設を行う必要
もなく容易に高硬度の膜が得られるので、コストアップ
を抑えることができる。According to the above-mentioned method, a high-hardness film can be easily obtained by merely mixing a predetermined gas with the raw material gas without modifying or newly adding an apparatus, thereby suppressing an increase in cost. it can.
【0016】第3の方法は、成膜を行う基板面に、遠赤
外線から紫外線域までの波長から選択された光を照射し
ながら成膜することを特徴とする。この方法によれば、
摺動面の表面に存在する水素を励起し、DLC膜から水
素を除去することができる。The third method is characterized in that the film is formed while irradiating the substrate surface on which the film is to be formed with light selected from wavelengths ranging from far infrared rays to ultraviolet rays. According to this method,
The hydrogen existing on the surface of the sliding surface can be excited to remove hydrogen from the DLC film.
【0017】また、第1または第2の方法と第3の方法
とを併用してもよい。それにより、基板の表面上で原料
ガスの分子が励起され、反応性が高まり、膜の硬度がよ
り向上する。Further, the first or second method and the third method may be used in combination. Thereby, the molecules of the source gas are excited on the surface of the substrate, the reactivity is increased, and the hardness of the film is further improved.
【0018】第4の方法は、下地層を設けた基板面に、
プラズマCVDによりダイヤモンド状炭素膜を成膜する
方法であって、ダイヤモンド状炭素膜を成膜する前に、
基板表面に、酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガ
ス、一酸化窒素ガス、及び二酸化窒素から選択された少
なくとも一種のガスを吸着させた後、ダイヤモンド状炭
素膜を成膜することを特徴とする。この方法によれば、
少なくとも初期形成層の水素量を低減でき、膜の硬度を
向上させる効果が得られる。In a fourth method, the surface of the substrate provided with the underlayer is
A method for forming a diamond-like carbon film by plasma CVD, wherein before forming the diamond-like carbon film,
After adsorbing at least one gas selected from oxygen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitric oxide gas, and nitrogen dioxide on the substrate surface, a diamond-like carbon film is formed. I do. According to this method,
At least the amount of hydrogen in the initially formed layer can be reduced, and the effect of improving the hardness of the film can be obtained.
【0019】以上のいずれかのダイヤモンド状炭素膜の
形成方法を用いて、薄膜磁気ヘッドのスライダー摺動面
にダイヤモンド状炭素膜を成膜することにより、良好な
保護膜を得ることができる。A good protective film can be obtained by forming a diamond-like carbon film on the slider sliding surface of a thin-film magnetic head using any one of the above-described methods for forming a diamond-like carbon film.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図6は、実施の
形態1におけるダイヤモンド状炭素膜の形成方法を実施
するために使用する、ECRプラズマCVD装置の概要
図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) FIG. 6 is a schematic diagram of an ECR plasma CVD apparatus used for carrying out the method for forming a diamond-like carbon film in Embodiment 1.
【0021】図6のECRプラズマCVD装置2は、プ
ラズマ室7、ECRプラズマを生成するマイクロ波発振
機4、励磁用のマグネット6、マイクロ波をプラズマ室
7に導く導波管5を主な構成要素とする。成膜の対象で
ある基板10は、基板ホルダー9に保持されており、高
周波電源3により基板バイアスが印加される。The main components of the ECR plasma CVD apparatus 2 shown in FIG. 6 are a plasma chamber 7, a microwave oscillator 4 for generating ECR plasma, a magnet 6 for excitation, and a waveguide 5 for guiding microwaves to the plasma chamber 7. Element. A substrate 10 on which a film is to be formed is held by a substrate holder 9, and a substrate bias is applied by a high-frequency power supply 3.
【0022】基板10として、例えば直径6インチのシ
リコンウエハを使用する。成膜方法は以下のとおりであ
る。まず、同じ装置内に設置されているスパッタ室(図
示せず)で、下地層となるシリコン層を約2nm成膜し
た後、真空中でプラズマ室7に基板10を移動する。次
に原料ガスをガス導入口1より導入し、マイクロ波発振
機4でプラズマ8を生成させる。そして、マグネット6
に磁場を発生させて、原料ガスのプラズマ8を基板10
側に引き出す。この時、基板ホルダー9に高周波電源3
により基板バイアスを印加する。As the substrate 10, for example, a silicon wafer having a diameter of 6 inches is used. The film forming method is as follows. First, in a sputtering chamber (not shown) provided in the same apparatus, a silicon layer serving as an underlayer is formed to a thickness of about 2 nm, and then the substrate 10 is moved to the plasma chamber 7 in a vacuum. Next, a raw material gas is introduced through the gas inlet 1, and a plasma 8 is generated by the microwave oscillator 4. And magnet 6
A magnetic field is generated in the substrate 10 and the source gas plasma 8 is applied to the substrate 10.
Pull out to the side. At this time, the high frequency power supply 3 is connected to the substrate holder 9.
To apply a substrate bias.
【0023】このときの成膜の条件は、例えば、原料ガ
スとしてメタンガスを用い、ガス圧は1.5Pa、入力
電力は200W、高周波バイアス電力は200Wとす
る。DLCとシリコンの全膜厚は、100nmとする。The conditions for the film formation at this time are, for example, methane gas as a source gas, a gas pressure of 1.5 Pa, an input power of 200 W, and a high frequency bias power of 200 W. The total thickness of DLC and silicon is 100 nm.
【0024】本実施の形態に基づく実施例においては、
成膜時に、一酸化炭素ガスまたは二酸化炭素ガスを、ガ
ス導入口1よりプラズマ室7に導入した。一酸化炭素ガ
スまたは二酸化炭素ガスの量は、流量によって制御し、
原料ガスであるメタンガスの流量に対する割合を変化さ
せて、形成された膜の特性の変化を調べた。In an example based on this embodiment,
During film formation, a carbon monoxide gas or a carbon dioxide gas was introduced into the plasma chamber 7 from the gas inlet 1. The amount of carbon monoxide gas or carbon dioxide gas is controlled by the flow rate,
The change in the characteristics of the formed film was examined by changing the ratio of the flow rate of the methane gas as the source gas to the flow rate.
【0025】図1は、実施例において、一酸化炭素ガ
ス、または二酸化炭素ガスを、原料ガスであるメタンガ
スのプラズマに混合して成膜した結果を示す。硬度は、
ナノインデンテーション試験で測定した値である(以下
同様)。炭酸ガス量は、一酸化炭素ガスまたは二酸化炭
素ガスの流量の、メタンガスと一酸化炭素ガスまたは二
酸化炭素ガスの混合ガス総流量に対する割合である。FIG. 1 shows a result of forming a film by mixing a carbon monoxide gas or a carbon dioxide gas with a plasma of a methane gas as a raw material gas in the embodiment. The hardness is
This is a value measured by a nanoindentation test (the same applies hereinafter). The carbon dioxide gas amount is a ratio of the flow rate of the carbon monoxide gas or the carbon dioxide gas to the total flow rate of the mixed gas of the methane gas and the carbon monoxide gas or the carbon dioxide gas.
【0026】図1より、炭素ガス量を増やしていくと、
DLC膜の硬度が増大することが判る。一酸化炭素ガス
または二酸化炭素ガス両方とも、DLC膜の硬度の増大
には有効である。特に一酸化炭素ガスを使用すると、D
LC膜の硬度は、従来例である混合ガス無しの場合の2
3GPaから30GPaまで硬度が増大する。しかし、
炭酸ガス量が4%より多くなると硬度は小さくなる。From FIG. 1, as the amount of carbon gas is increased,
It can be seen that the hardness of the DLC film increases. Both carbon monoxide gas and carbon dioxide gas are effective in increasing the hardness of the DLC film. In particular, when carbon monoxide gas is used, D
The hardness of the LC film is 2 in the case of the conventional example without the mixed gas.
The hardness increases from 3 GPa to 30 GPa. But,
When the amount of carbon dioxide gas is more than 4%, the hardness decreases.
【0027】以上のように本実施の形態によれば、原料
ガスのメタンガスのプラズマに、少なくとも一酸化炭素
ガスまたは二酸化炭素ガスを混合してDLC膜を成膜さ
せることによって、膜の硬度を大きく増大させることが
できる。As described above, according to the present embodiment, the hardness of the film is increased by mixing at least a carbon monoxide gas or a carbon dioxide gas with the plasma of the raw material gas methane gas to form a DLC film. Can be increased.
【0028】尚、この実施の形態では、原料ガスとして
メタンガスを用いたが、エチレンガスなどの他の炭化水
素系ガスを使用しても同様な結果が得られる。In this embodiment, methane gas is used as the raw material gas. However, similar results can be obtained by using other hydrocarbon gases such as ethylene gas.
【0029】(実施の形態2)図2は、実施の形態2に
おけるダイヤモンド状炭素膜の形成方法を実施した結果
を示すグラフである。成膜方法は、実施の形態1の場合
と同様である。但し本実施の形態では、原料ガスに混合
するガスは、酸化窒素ガスである一酸化窒素ガスまたは
二酸化窒素ガスである。一酸化窒素ガスまたは二酸化窒
素ガスは、ガス導入口1からプラズマ室7に導入する。(Embodiment 2) FIG. 2 is a graph showing the result of implementing the method of forming a diamond-like carbon film in Embodiment 2. The film forming method is the same as that in the first embodiment. However, in this embodiment, the gas mixed with the source gas is a nitrogen oxide gas, such as a nitrogen monoxide gas or a nitrogen dioxide gas. Nitric oxide gas or nitrogen dioxide gas is introduced from the gas inlet 1 into the plasma chamber 7.
【0030】実施例において、ガスの量は流量によって
制御し、原料ガスであるメタンガスの流量に対する割合
を変化させて、形成された膜の特性の変化を調べた。図
2より、DLC膜の硬度は一酸化窒素ガスまたは二酸化
窒素ガスの量に依存し、特定のガス量に対して硬度の最
大値をとることが判る。特に一酸化窒素の場合、導入量
2%で35GPaの大きな硬度を示す。従来例である添
加ガスがない場合に23GPaの硬度であるのに対し
て、酸化窒素ガスを原料ガスに混合することにより硬度
を大きく向上させることができた。In the examples, the amount of gas was controlled by the flow rate, and the change in the characteristics of the formed film was examined by changing the ratio to the flow rate of methane gas as the raw material gas. FIG. 2 shows that the hardness of the DLC film depends on the amount of the nitrogen monoxide gas or the nitrogen dioxide gas, and takes the maximum value of the hardness for a specific gas amount. In particular, in the case of nitric oxide, a large hardness of 35 GPa is exhibited at an introduction amount of 2%. The hardness was 23 GPa when there was no additional gas, which is the conventional example. On the other hand, the hardness could be greatly improved by mixing the nitrogen oxide gas with the raw material gas.
【0031】ところで、上記の実施の形態で示した酸化
炭素ガス、酸化窒素ガスが膜の硬度に及ぼす影響につい
て調べるために、膜中水素濃度を測定した。測定方法
は、高速のイオンを試料に入射し、弾性散乱で反跳され
る粒子を検出するERDA(Elastic Recoil Detection
Analysis)法を用いた。その測定結果である、上記実
施の形態に基づく実施例において成膜された膜の硬度と
膜中水素量との関係を、図5に示す。DLC膜の膜中の
水素量が少ないほど、膜硬度は大きくなることが判る。
比較例として示した、従来例であるメタンガスのみを用
いて成膜した膜は、硬度が23GPaであるが、膜中の
水素量は、約31at.%であった。従って、本発明の実
施の形態では、原料ガスに酸化炭素ガス、酸化窒素ガス
などの酸素を含んだガスを微量添加することにより、膜
中の水素と酸素が結合して膜外に出て、膜中の水素量が
減少しており、そのことが硬度の向上に寄与しているも
のと考えられる。By the way, in order to examine the influence of the carbon oxide gas and the nitrogen oxide gas shown in the above embodiment on the hardness of the film, the hydrogen concentration in the film was measured. The measurement method uses ERDA (Elastic Recoil Detection), which detects high-speed ions incident on the sample and detects particles that are rebounded by elastic scattering.
Analysis) method was used. FIG. 5 shows the relationship between the hardness of the film formed in the example based on the above embodiment and the amount of hydrogen in the film, which is the measurement result. It can be seen that the smaller the amount of hydrogen in the DLC film, the higher the film hardness.
The film formed using only methane gas, which is a conventional example, shown as a comparative example has a hardness of 23 GPa, but the amount of hydrogen in the film is about 31 at.%. Therefore, in the embodiment of the present invention, by adding a small amount of oxygen-containing gas such as carbon oxide gas and nitrogen oxide gas to the source gas, hydrogen and oxygen in the film are combined and come out of the film, It is considered that the amount of hydrogen in the film is reduced, which contributes to the improvement in hardness.
【0032】以上のように本実施の形態によれば、原料
ガスのメタンガスのプラズマに、少なくとも一酸化窒素
ガスまたは二酸化窒素ガスを混合してDLC膜を成膜さ
せることによって、従来例と比較して膜の硬度を大きく
増大させることができる。As described above, according to the present embodiment, a DLC film is formed by mixing at least a nitric oxide gas or a nitrogen dioxide gas with a plasma of a methane gas as a raw material gas, thereby making it possible to compare with a conventional example. Thus, the hardness of the film can be greatly increased.
【0033】尚、この実施の形態では、原料ガスとして
メタンガスを用いたが、エチレンガスなどの他の炭化水
素系ガスを使用しても同様な結果が得られる。In this embodiment, methane gas is used as a raw material gas. However, similar results can be obtained by using other hydrocarbon gases such as ethylene gas.
【0034】(実施の形態3)実施の形態3におけるダ
イヤモンド状炭素膜の形成方法は、DLC膜を成膜する
際に基板表面に光を照射させながら、成膜する方法であ
る。(Embodiment 3) The method of forming a diamond-like carbon film in Embodiment 3 is a method of forming a DLC film while irradiating the substrate surface with light.
【0035】光照射用の光源としては、実施例において
は、波長約185nm、430nm、1.1μmの3種
類を使用した。光はプラズマ室の中で、プラズマの影響
が少ない場所を探し、図6における基板10に直接光が
照射できる位置に設置した。また、装置の内部に設置で
きない場合は、光を導く金属製のパイプ(図示せず)を
利用してプラズマ室7に導入し、基板10に直接光が照
射できる位置に設置した。また、光照射電力は、5、1
0、15mWとした。As the light source for light irradiation, three types having wavelengths of about 185 nm, 430 nm and 1.1 μm were used in the embodiment. Light was searched for a place in the plasma chamber where the influence of the plasma was small, and the light was set at a position where the substrate 10 in FIG. If it cannot be installed inside the apparatus, it is introduced into the plasma chamber 7 using a metal pipe (not shown) for guiding light, and is installed at a position where the substrate 10 can be directly irradiated with light. The light irradiation power is 5, 1
0 and 15 mW.
【0036】原料ガスとして、実施例においてはエチレ
ンガスを用い、ガス圧は1.0Pa、入力電力は200
W、高周波バイアス電力は100Wとした。またDLC
とシリコンの全膜厚は、100nmとした。In the embodiment, ethylene gas is used as the raw material gas, the gas pressure is 1.0 Pa, and the input power is 200
W and the high frequency bias power were 100 W. Also DLC
And the total thickness of silicon was 100 nm.
【0037】成膜する基板は、直径6インチのシリコン
ウエハを使用した。成膜方法は以下のとおりとした。ま
ず、同じ装置内に設置されているスパッタ室で、下地層
となるシリコン層を約2nm成膜した後、真空中でプラ
ズマ室7に基板を移動した。次に原料ガスであるエチレ
ンガスをガス導入口1より導入し、マイクロ波発振機で
プラズマ8生成させた。そして、マグネット6に磁場を
発生させて、エチレンガスのプラズマを基板側に引き出
した。この時、基板ホルダー9に対して高周波電源3に
より基板バイアスを印加した。そして、光照射器の電源
を入れて基板表面に光を照射し、成膜を行った。As a substrate on which a film was formed, a silicon wafer having a diameter of 6 inches was used. The film forming method was as follows. First, a silicon layer serving as a base layer was formed to a thickness of about 2 nm in a sputtering chamber installed in the same apparatus, and then the substrate was moved to a plasma chamber 7 in a vacuum. Next, ethylene gas as a raw material gas was introduced from the gas inlet 1 and plasma 8 was generated by a microwave oscillator. Then, a magnetic field was generated in the magnet 6, and plasma of the ethylene gas was drawn to the substrate side. At this time, a substrate bias was applied to the substrate holder 9 by the high frequency power supply 3. Then, the power of the light irradiator was turned on, and the surface of the substrate was irradiated with light to form a film.
【0038】図3は、実施の形態3の結果を示す図であ
る。図は、ナノインデンテーション試験による方法で測
定した硬度と光照射電力との関係を、照射光の波長を変
えて、各波長について調べた結果を示したものである。
従来例である光を照射しない場合、硬度が30GPaで
あるのに対して、光照射によってDLCの膜硬度が大き
くなっていることが判る。また波長は短波長ほど硬度は
大きくなる。最大40GPaの硬度が得られている。こ
れは、DLC膜を成膜中に基板に光照射することで、基
板上に存在する分子が光励起されて、より活性化され、
その結果水素と酸素が結合して膜外に出て、膜中の水素
量が減少しているものと考えられる。FIG. 3 is a diagram showing the result of the third embodiment. The figure shows the result of examining the relationship between the hardness and the light irradiation power measured by the method based on the nanoindentation test for each wavelength while changing the wavelength of the irradiation light.
It can be seen that when the light is not irradiated, which is a conventional example, the hardness is 30 GPa, whereas the film hardness of the DLC is increased by the light irradiation. Also, the shorter the wavelength, the greater the hardness. A maximum hardness of 40 GPa is obtained. This is because by irradiating the substrate with light during the formation of the DLC film, the molecules existing on the substrate are photoexcited and more activated,
As a result, it is considered that hydrogen and oxygen are combined and come out of the film, and the amount of hydrogen in the film is reduced.
【0039】以上のように本実施の形態によれば、DL
C膜を成膜させる際に基板面に光を照射させることによ
って、従来例と比較して膜の硬度を大きく増大させるこ
とができる。なお、実施の形態1あるいは2の方法と併
用することにより、更に高い効果を得ることが可能であ
る。As described above, according to the present embodiment, the DL
By irradiating the substrate surface with light when forming the C film, the hardness of the film can be greatly increased as compared with the conventional example. In addition, by using the method of the first or second embodiment together, it is possible to obtain higher effects.
【0040】(実施の形態4)実施の形態4におけるダ
イヤモンド状炭素膜の形成方法は、DLC膜を成膜する
際に、基板表面に酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭
素ガス、一酸化窒素ガス、及び二酸化窒素ガスから選ば
れた少なくとも一種類のガスを吸着させた後、DLC膜
を成膜する方法である。(Embodiment 4) In the method of forming a diamond-like carbon film in Embodiment 4, when a DLC film is formed, an oxygen gas, a carbon monoxide gas, a carbon dioxide gas, a nitrogen monoxide gas is formed on a substrate surface. This is a method of forming a DLC film after adsorbing at least one gas selected from a gas and a nitrogen dioxide gas.
【0041】実施例において、成膜する基板は、直径6
インチのシリコンウエハを使用した。In the embodiment, the substrate on which the film is formed has a diameter of 6
An inch silicon wafer was used.
【0042】成膜方法は以下のとおりとした。まず、同
じ装置内に設置されているスパッタ室で、下地層となる
シリコン層を約2nmを成膜した。次に真空中でプラズ
マ室7に基板10を移動し、到達真空度5×10-7To
rrまで高真空にした後、ガス導入口1より上記の吸着
させるガスをプラズマ室に導入し、基板10にガスを吸
着させた。吸着時間はガス導入開始からの時間で変化さ
せた。次にDLC成膜のための原料ガスを導入した。原
料ガスとしてはエチレンガスを用いた。マイクロ波発振
機4でプラズマ8生成させ、マグネット6に磁場を発生
させて、エチレンガスのプラズマを基板側に引き出し
た。この時、基板ホルダー9に高周波電源3により基板
バイアスを印加した。ガス圧は1.0Paとした。入力
電力は200W、高周波バイアス電力は100Wとし
た。またDLCとシリコンの全膜厚は、100nmとし
た。The film forming method was as follows. First, a silicon layer serving as a base layer was formed to a thickness of about 2 nm in a sputtering chamber installed in the same apparatus. Next, the substrate 10 is moved to the plasma chamber 7 in a vacuum, and the ultimate vacuum degree is 5 × 10 −7 To.
After the vacuum was increased to rr, the gas to be adsorbed was introduced from the gas inlet 1 into the plasma chamber, and the gas was adsorbed on the substrate 10. The adsorption time was changed according to the time from the start of gas introduction. Next, a source gas for DLC film formation was introduced. Ethylene gas was used as a source gas. Plasma 8 was generated by the microwave oscillator 4, a magnetic field was generated in the magnet 6, and plasma of ethylene gas was drawn to the substrate side. At this time, a substrate bias was applied to the substrate holder 9 by the high frequency power supply 3. The gas pressure was 1.0 Pa. The input power was 200 W and the high frequency bias power was 100 W. The total thickness of DLC and silicon was 100 nm.
【0043】図4は、実施の形態4の結果を示す図であ
る。図は、ナノインデンテーション試験による方法で測
定した硬度と吸着処理時間との関係を、吸着ガスを変え
て、各吸着ガスについて調べた結果を示したものであ
る。従来例であるガスを吸着させない場合、硬度が30
GPaであるのに対して、ガス吸着によってDLCの膜
硬度が大きくなっていることが判る。そして最大35G
Paの硬度が得られている。FIG. 4 is a diagram showing the result of the fourth embodiment. The figure shows the result of examining the relationship between the hardness measured by the method based on the nanoindentation test and the adsorption treatment time for each adsorption gas while changing the adsorption gas. When the conventional gas is not adsorbed, the hardness is 30.
It can be seen that the film hardness of the DLC is increased by the gas adsorption in contrast to GPa. And up to 35G
A hardness of Pa is obtained.
【0044】以上のように本実施の形態によれば、DL
C膜を成膜させる前に基板表面に酸素ガス、一酸化炭素
ガス、二酸化炭素ガス、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガ
スなどのガスを吸着させることによって、従来例と比較
して膜の硬度を大きく増大させることができる。As described above, according to the present embodiment, the DL
By adsorbing gases such as oxygen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitric oxide gas, and nitrogen dioxide gas on the substrate surface before forming the C film, the hardness of the film can be reduced as compared with the conventional example. It can be greatly increased.
【0045】[0045]
【発明の効果】本発明によれば、DLC膜を成膜する際
に、膜中の水素量を低減でき、膜の硬度を向上させるこ
とができる。その結果、超薄膜化しても優れた耐摩耗性
を有するDLC膜を形成することができる。従って、薄
膜磁気ヘッドのスライダー摺動面の保護膜として適し
た、薄層化と、耐摩耗性、耐腐食性を同時に確保したD
LC膜を実現することができる。According to the present invention, when a DLC film is formed, the amount of hydrogen in the film can be reduced, and the hardness of the film can be improved. As a result, a DLC film having excellent abrasion resistance can be formed even when the thickness of the DLC film is reduced. Therefore, D which is suitable as a protective film for the slider sliding surface of the thin-film magnetic head and which at the same time secures the thinning, abrasion resistance and corrosion resistance.
An LC film can be realized.
【図1】 実施の形態1におけるダイヤモンド状炭素膜
の形成方法により成膜された膜の硬度と炭酸ガス量の関
係を示す図FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the hardness of a film formed by the method for forming a diamond-like carbon film and the amount of carbon dioxide in Embodiment 1.
【図2】 実施の形態2におけるダイヤモンド状炭素膜
の形成方法により成膜された膜の硬度と酸化窒素ガス量
の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the hardness of a film formed by the method for forming a diamond-like carbon film and the amount of nitric oxide gas in Embodiment 2.
【図3】 実施の形態3におけるダイヤモンド状炭素膜
の形成方法により成膜された膜の硬度と光照射電力の関
係を示す図FIG. 3 is a diagram showing a relationship between hardness and light irradiation power of a film formed by a method for forming a diamond-like carbon film in Embodiment 3.
【図4】 実施の形態4におけるダイヤモンド状炭素膜
の形成方法により成膜された膜の硬度とガス吸着処理時
間の関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing a relationship between hardness of a film formed by a method for forming a diamond-like carbon film and a gas adsorption treatment time in Embodiment 4.
【図5】 実施の形態1および2におけるダイヤモンド
状炭素膜の形成方法により成膜された膜硬度と膜中水素
量との関係を示す図FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the film hardness and the amount of hydrogen in the film formed by the method for forming a diamond-like carbon film in Embodiments 1 and 2.
【図6】 本発明の実施の形態におけるダイヤモンド状
炭素膜の形成方法の実施に用いる成膜装置の概要図FIG. 6 is a schematic diagram of a film forming apparatus used for performing a method for forming a diamond-like carbon film according to an embodiment of the present invention.
1 ガス導入口 2 ECRプラズマCVD装置 3 高周波電源 4 マイクロ波発振機 5 導波管 6 マグネット 7 プラズマ室 8 プラズマ 9 基板ホルダー 10 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas inlet 2 ECR plasma CVD apparatus 3 High frequency power supply 4 Microwave oscillator 5 Waveguide 6 Magnet 7 Plasma chamber 8 Plasma 9 Substrate holder 10 Substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 末永 辰敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA10 AA14 BA28 CA04 CA12 FA02 LA19 5D042 NA02 PA08 RA02 SA03 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Tatsutoshi Suenaga 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 4K030 AA10 AA14 BA28 CA04 CA12 FA02 LA19 5D042 NA02 PA08 RA02 SA03
Claims (6)
素膜を成膜する方法において、成膜原料ガス中に、少な
くとも一酸化炭素ガスあるいは二酸化炭素ガスを混合し
て成膜することを特徴とするダイヤモンド状炭素膜の形
成方法。1. A method for forming a diamond-like carbon film by plasma CVD, wherein a film is formed by mixing at least a carbon monoxide gas or a carbon dioxide gas in a film-forming raw material gas. Method of forming a film.
素膜を成膜する方法において、成膜原料ガスに、少なく
とも一酸化窒素ガスあるいは二酸化窒素ガスを混合して
成膜することを特徴とするダイヤモンド状炭素膜の形成
方法。2. A method for forming a diamond-like carbon film by plasma CVD, wherein the film is formed by mixing at least a nitrogen monoxide gas or a nitrogen dioxide gas with a film-forming raw material gas. Formation method.
素膜を成膜する方法において、成膜を行う基板面に、遠
赤外線から紫外線域までの波長から選択された光を照射
しながら成膜することを特徴とするダイヤモンド状炭素
膜の形成方法。3. A method of forming a diamond-like carbon film by plasma CVD, wherein the film is formed while irradiating a substrate surface on which the film is formed with light selected from wavelengths ranging from far infrared rays to ultraviolet rays. A method for forming a diamond-like carbon film.
線域までの波長から選択された光を照射しながら成膜す
ることを特徴とする請求項1または2に記載のダイヤモ
ンド状炭素膜の形成方法。4. The diamond-like carbon film according to claim 1, wherein the film is formed while irradiating the substrate surface on which the film is formed with light selected from wavelengths ranging from far infrared rays to ultraviolet rays. Formation method.
Dによりダイヤモンド状炭素膜を成膜する方法におい
て、ダイヤモンド状炭素膜を成膜する前に、前記基板表
面に、酸素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、一
酸化窒素ガス、及び二酸化窒素から選択された少なくと
も一種のガスを吸着させた後、ダイヤモンド状炭素膜を
成膜することを特徴とするダイヤモンド状炭素膜の形成
方法。5. A plasma CV on a substrate surface provided with an underlayer.
In the method of forming a diamond-like carbon film according to D, before forming the diamond-like carbon film, oxygen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, nitrogen monoxide gas, and nitrogen dioxide A method for forming a diamond-like carbon film, comprising forming a diamond-like carbon film after adsorbing at least one selected gas.
イヤモンド状炭素膜を成膜することを特徴とする請求項
1から5のいずれか1項に記載のダイヤモンド状炭素膜
の形成方法。6. The method for forming a diamond-like carbon film according to claim 1, wherein a diamond-like carbon film is formed on a slider sliding surface of the thin-film magnetic head.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000203927A JP2002020870A (en) | 2000-07-05 | 2000-07-05 | Method for depositing diamondlike carbon film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002020870A true JP2002020870A (en) | 2002-01-23 |
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ID=18701266
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Country | Link |
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JP (1) | JP2002020870A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006045642A (en) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Hydrogen desorption method and hydrogen desorption device |
JP2008229782A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Osg Corp | Hard film and tool coated with hard film |
JP2008229781A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Osg Corp | Hard film and tool coated with hard film |
-
2000
- 2000-07-05 JP JP2000203927A patent/JP2002020870A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006045642A (en) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Hydrogen desorption method and hydrogen desorption device |
JP2008229782A (en) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Osg Corp | Hard film and tool coated with hard film |
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