JP2775278B2 - 炭素系被膜の作製方法 - Google Patents
炭素系被膜の作製方法Info
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- JP2775278B2 JP2775278B2 JP1036897A JP3689789A JP2775278B2 JP 2775278 B2 JP2775278 B2 JP 2775278B2 JP 1036897 A JP1036897 A JP 1036897A JP 3689789 A JP3689789 A JP 3689789A JP 2775278 B2 JP2775278 B2 JP 2775278B2
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- film
- stress
- gas
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Description
【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、炭素または炭素を主成分とする被膜（以下
炭素系被膜という）を応用する上で、下地基材に対し界
面特性、特に密着性を向上させ、炭素系被膜の特徴であ
る耐摩擦性，高平滑性、高硬度等の諸特性を最大限に引
き出すものである。
炭素系被膜という）を応用する上で、下地基材に対し界
面特性、特に密着性を向上させ、炭素系被膜の特徴であ
る耐摩擦性，高平滑性、高硬度等の諸特性を最大限に引
き出すものである。
「従来の技術」 従来より、多種多様な基材に炭素系被膜を形成するこ
とが試みられているが、界面におけるさまざまな要因、
例えば格子定数の不整から生ずる界面応力、熱膨張係数
の違いによる成膜後の収縮率の差より生ずる熱応力など
により、必ずしも満足のいく密着性が得られていないの
が現状である。
とが試みられているが、界面におけるさまざまな要因、
例えば格子定数の不整から生ずる界面応力、熱膨張係数
の違いによる成膜後の収縮率の差より生ずる熱応力など
により、必ずしも満足のいく密着性が得られていないの
が現状である。
「従来技術の問題点」 炭素系被膜は、高硬度という長所を持ちながら反面、
大きな残留応力を保有している為、下地基板依存性、並
びに膜厚依存性という特殊な物性を備えている。
大きな残留応力を保有している為、下地基板依存性、並
びに膜厚依存性という特殊な物性を備えている。
すなわち、膜厚とともに全応力（膜厚方向に積分した
応力）が高くなるが、炭素系被膜のもつ応力を下地基材
自身で緩和できるものがあり、また炭素系被膜自身の残
留応力は膜厚限界という定義で、耐えられる膜厚が決定
され、所望の膜厚が得られないという現状があり、新し
い技術の開発が急がれている。
応力）が高くなるが、炭素系被膜のもつ応力を下地基材
自身で緩和できるものがあり、また炭素系被膜自身の残
留応力は膜厚限界という定義で、耐えられる膜厚が決定
され、所望の膜厚が得られないという現状があり、新し
い技術の開発が急がれている。
本発明は以上のような残留応力を低下させることを目
的としてなされたものである。
的としてなされたものである。
「問題を解決すべき手段」 そのため本発明は炭素系被膜を形成する化学的気相法
において、出発原料気体に水素化合物を用いる際に、添
加気体として、N2,NF3を加えることを特徴とする炭素系
被膜の作製方法としたものである。
において、出発原料気体に水素化合物を用いる際に、添
加気体として、N2,NF3を加えることを特徴とする炭素系
被膜の作製方法としたものである。
本発明は、炭素系被膜の内部応力が膜中の水素含有量
に依存することに着目し、公知の化学的気相法において
水素化合物、例えばCH4,C2H2,C2H4等を出発原料気体に
使用し、水素を添加するのではなく、N2,NF3等を添加
し、膜中のＣ−Ｈ結合のＨをＮと置換させることによっ
て、内部応力を初期及び経時において制御することを可
能としたものである。
に依存することに着目し、公知の化学的気相法において
水素化合物、例えばCH4,C2H2,C2H4等を出発原料気体に
使用し、水素を添加するのではなく、N2,NF3等を添加
し、膜中のＣ−Ｈ結合のＨをＮと置換させることによっ
て、内部応力を初期及び経時において制御することを可
能としたものである。
炭素被膜の基本的なコーティングに関しては、本出願
人の出願になる特許願「炭素または炭素を主成分とする
被膜を形成する方法」（昭和63年３月２日出願）」が知
られている。
人の出願になる特許願「炭素または炭素を主成分とする
被膜を形成する方法」（昭和63年３月２日出願）」が知
られている。
以下実施例に従って本発明を説明する。
「実施例」 第１図は平行平板型プラズマ装置でガス系（１）にお
いて、まず反応性気体である炭化水素気体を（２）より
添加気体である窒素，沸化窒素を（３）より、またこれ
らの被膜のエッチング気体として酸素を（４）より、ク
リーニング用として水素，アルゴルを（５）より、流量
計（６），バルブ（７）を介してノズル（８）より、反
応系（９）の中に導入する。
いて、まず反応性気体である炭化水素気体を（２）より
添加気体である窒素，沸化窒素を（３）より、またこれ
らの被膜のエッチング気体として酸素を（４）より、ク
リーニング用として水素，アルゴルを（５）より、流量
計（６），バルブ（７）を介してノズル（８）より、反
応系（９）の中に導入する。
反応性気体は、メタン（CH4）、エタン（C2H6）、エ
チレン（C2H4）、メタン系炭化水素（Cn H2n+2）等の気
体または珪素を一部に含んだ場合はテトラメチルシラン
（（CH3）4Si）、テトラエラルシラン（（C2H5）4Si）
のような炭化珪素であっても、また四塩化炭素（CCl4）
のような塩化炭素であってもよい。
チレン（C2H4）、メタン系炭化水素（Cn H2n+2）等の気
体または珪素を一部に含んだ場合はテトラメチルシラン
（（CH3）4Si）、テトラエラルシラン（（C2H5）4Si）
のような炭化珪素であっても、また四塩化炭素（CCl4）
のような塩化炭素であってもよい。
反応系（９）では、減圧下にて炭素系被膜の成膜およ
び、それらのエッチング処理等を行う。反応系（９）内
は、第１の電極（11）、第２の電極（12）を有し、被膜
形成基材（10）は、第２の電極（12）すなわち高周波電
力給電側に設置される。一対の電極（11）（12）間に
は、高周波電源（14）マッチングトランス（15）、直流
バイア１電源（16）より高周波電気エネルギーが加えら
れ、プラズマ（13）が発生する。その結果、特定の成膜
条件において、所望の炭素系被膜が得られる。
び、それらのエッチング処理等を行う。反応系（９）内
は、第１の電極（11）、第２の電極（12）を有し、被膜
形成基材（10）は、第２の電極（12）すなわち高周波電
力給電側に設置される。一対の電極（11）（12）間に
は、高周波電源（14）マッチングトランス（15）、直流
バイア１電源（16）より高周波電気エネルギーが加えら
れ、プラズマ（13）が発生する。その結果、特定の成膜
条件において、所望の炭素系被膜が得られる。
反応後の不要物は排気系の圧力調整バルブ（17）ター
ボ分子ポンプ（18）、ロータリーポンプ（９）を経て排
気される。
ボ分子ポンプ（18）、ロータリーポンプ（９）を経て排
気される。
本実施例において、成膜条件は、反応温度RT〜350℃
反応圧力0.01〜0.5torr高周波電力密度0.1〜0.3W/cm2セ
ルフバイアス電圧−150V〜−250Vであり、原料気体であ
るC2H4、N2はC2H4/N2比を0.05〜0.5の範囲で可変し、膜
のトータルの残留応力を決定している熱応力及び膜中水
素含有量をコントロールしている。
反応圧力0.01〜0.5torr高周波電力密度0.1〜0.3W/cm2セ
ルフバイアス電圧−150V〜−250Vであり、原料気体であ
るC2H4、N2はC2H4/N2比を0.05〜0.5の範囲で可変し、膜
のトータルの残留応力を決定している熱応力及び膜中水
素含有量をコントロールしている。
第２図は、形成した膜の全応力を基板温度を可変して
検討したものであり、一般のCVDにより形成される薄膜
と同様に基板温度の上昇と共に熱応力が相対的に増加す
る為、全応力は増える傾向を示している。この場合の基
本的な条件は反応圧力を0.0375torr,高周波電力密度を
0.15W/cm2、セルフバイアス電圧が−210VにおいてC2H4/
N2比＝0.5であった。
検討したものであり、一般のCVDにより形成される薄膜
と同様に基板温度の上昇と共に熱応力が相対的に増加す
る為、全応力は増える傾向を示している。この場合の基
本的な条件は反応圧力を0.0375torr,高周波電力密度を
0.15W/cm2、セルフバイアス電圧が−210VにおいてC2H4/
N2比＝0.5であった。
第３図は熱応力を含めた圧縮応力をC2H4/N2比を可変
させて調べたもので添加ガスであるN2を増やすことによ
って、膜中のＣ−Ｈ結合は、Ｎ−Ｈ結合の形で置換さ
れ、相対的に膜中の水素含有量は減少する。すなわち、
構造緩和効果が低下し、大きな残留応力という形でとり
残されるものである。
させて調べたもので添加ガスであるN2を増やすことによ
って、膜中のＣ−Ｈ結合は、Ｎ−Ｈ結合の形で置換さ
れ、相対的に膜中の水素含有量は減少する。すなわち、
構造緩和効果が低下し、大きな残留応力という形でとり
残されるものである。
第４図は、赤外吸収スペクトルの2960〜2850cm-1付近
のSP3結合による吸収量から概算した膜中水素含有量と
圧縮応力の関係を示したものであるが、膜中水素含有量
は炭化水素気体に、水素を添加した方が低減されるが、
膜内部構造の歪を増大し、残留応力として残ってしまい
好ましいものでなく、また、N2、NF3等を添加すると膜
中のＣ−Ｈ結合のＨをＮと置換させることが可能で、残
留応力を生じさせずに大きな原子間結合エネルギーによ
り非晶質ではあるが、内部構造緩和効果を合わせもち、
熱応力とＣ−Ｈ結合の相互関係を抑制し、内部応力を制
御することができる。
のSP3結合による吸収量から概算した膜中水素含有量と
圧縮応力の関係を示したものであるが、膜中水素含有量
は炭化水素気体に、水素を添加した方が低減されるが、
膜内部構造の歪を増大し、残留応力として残ってしまい
好ましいものでなく、また、N2、NF3等を添加すると膜
中のＣ−Ｈ結合のＨをＮと置換させることが可能で、残
留応力を生じさせずに大きな原子間結合エネルギーによ
り非晶質ではあるが、内部構造緩和効果を合わせもち、
熱応力とＣ−Ｈ結合の相互関係を抑制し、内部応力を制
御することができる。
すなわち、膜中水素含有量の制御として、熱応力と内
部応力とからなる残留応力を基板温度とＣ−Ｈ結合/C−
Ｎ結合比等の相関関係により、コントロール可能である
ことを示している。
部応力とからなる残留応力を基板温度とＣ−Ｈ結合/C−
Ｎ結合比等の相関関係により、コントロール可能である
ことを示している。
「効果」 本発明によれば、従来むずかしいとされていた炭素系
被膜の応用に際し、熱応力と内部応力とからなる残留応
力を単に膜中水素含有量の低減だけでなく、さらに別の
元素、例えば窒素との置換という形で構成することで、
内部構造緩和効果をもたらし、界面との密着性、耐熱性
の初期ならびに経時変化に対し、多大な改善効果があ
る。
被膜の応用に際し、熱応力と内部応力とからなる残留応
力を単に膜中水素含有量の低減だけでなく、さらに別の
元素、例えば窒素との置換という形で構成することで、
内部構造緩和効果をもたらし、界面との密着性、耐熱性
の初期ならびに経時変化に対し、多大な改善効果があ
る。
以上により、同時に下地基材との界面に生ずる。界面
応力も低減することに成功し、初めて工業的に実用可能
となったものである。
応力も低減することに成功し、初めて工業的に実用可能
となったものである。
第１図は本発明の実施に使用した平行平板プラズマ装置
の概要を示す。 第２図は成膜時の基板温度と全応力の関係を示す図。 第３図は成膜時のC2H4/N2比と圧縮応力の関係を示す
図。 第４図は高抵抗シリコンウェハー上に形成した被膜の膜
中水素含有量と圧縮応力の関係を示す図。
の概要を示す。 第２図は成膜時の基板温度と全応力の関係を示す図。 第３図は成膜時のC2H4/N2比と圧縮応力の関係を示す
図。 第４図は高抵抗シリコンウェハー上に形成した被膜の膜
中水素含有量と圧縮応力の関係を示す図。
Claims (2)
- 【請求項１】炭素または炭素を主成分とする非晶質炭素
被膜を形成する化学的気相法において、出発原料気体に
炭化水素気体を用いて、 添加気体としてN2又はNF3を加えることを特徴とする炭
素系被膜の作製方法。 - 【請求項２】請求項第１項において、前記添加気体は原
料気体に対して５〜50％の範囲であることを特徴とする
炭素系被膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1036897A JP2775278B2 (ja) | 1989-02-16 | 1989-02-16 | 炭素系被膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1036897A JP2775278B2 (ja) | 1989-02-16 | 1989-02-16 | 炭素系被膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02217471A JPH02217471A (ja) | 1990-08-30 |
| JP2775278B2 true JP2775278B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=12482568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1036897A Expired - Lifetime JP2775278B2 (ja) | 1989-02-16 | 1989-02-16 | 炭素系被膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2775278B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03274269A (ja) * | 1990-03-22 | 1991-12-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ダイヤモンド状薄膜の合成方法及びダイヤモンド状薄膜 |
| JPH06186483A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-07-08 | Shoichi Komi | 照明装置付き顕微鏡兼望遠鏡 |
| US5296258A (en) * | 1992-09-30 | 1994-03-22 | Northern Telecom Limited | Method of forming silicon carbide |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63210010A (ja) * | 1987-02-24 | 1988-08-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 炭素作製方法 |
| JP2620252B2 (ja) * | 1987-09-17 | 1997-06-11 | 住友電気工業株式会社 | 窒素含有硬質炭素膜の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-16 JP JP1036897A patent/JP2775278B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02217471A (ja) | 1990-08-30 |
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Legal Events
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