JP3472227B2 - Carbon thin film forming method - Google Patents

Carbon thin film forming method

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JP3472227B2 JP2000062791A JP2000062791A JP3472227B2 JP 3472227 B2 JP3472227 B2 JP 3472227B2 JP 2000062791 A JP2000062791 A JP 2000062791A JP 2000062791 A JP2000062791 A JP 2000062791A JP 3472227 B2 JP3472227 B2 JP 3472227B2
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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、硬質炭素薄膜、あ
るいはダイヤモンド状炭素薄膜(以下においてはこれら
を「炭素薄膜」と称する)を形成する薄膜形成方法に関
するものである。本明細書において、良好な膜質を有す
る炭素薄膜というのは、硬度が高いこと、基板や基体と
の密着性が良いこと、化学的に安定なこと、高い平滑性
を有すること、高い絶縁性を有すること、高い耐摩耗性
を有すること等、をいうものとする。
The present invention relates to the hard carbon thin film, or diamond-like carbon film (hereinafter these is referred to as "carbon film") relates to a thin film forming method that form a. In the present specification, a carbon thin film having a good film quality means high hardness, good adhesion to a substrate or a base, chemically stable, high smoothness, and high insulation. Having, having high wear resistance, etc.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より図2に示すような平行平板型の
プラズマCVD装置が広く知られている。図2におい
て、一対の電極である高周波給電電極(2) と対向接地電
極(3) とを有し、高周波給電電極(2) はブロッキングコ
ンデンサー(11)を介して高周波電源系(7) に接続されて
いる。また高周波電源系(7) の出力の一方は接地(実際
には真空容器(1) に接地される)されており、電気的に
対向接地電極(3) と同電位になっている。また高周波給
電電極(2) と対向接地電極(3) との電極間距離(9)は20
〜60mm程度にとられるのが普通である。なお、以下の明
細書中において高周波というのは13.56MHzの周波数をい
うものとする。
2. Description of the Related Art Conventionally, a parallel plate type plasma CVD apparatus as shown in FIG. 2 has been widely known. In FIG. 2, it has a pair of electrodes, a high frequency power supply electrode (2) and a counter ground electrode (3), and the high frequency power supply electrode (2) is connected to a high frequency power supply system (7) via a blocking capacitor (11). Has been done. Further, one of the outputs of the high frequency power supply system (7) is grounded (actually grounded in the vacuum container (1)) and is electrically at the same potential as the counter ground electrode (3). The distance (9) between the high-frequency power supply electrode (2) and the counter ground electrode (3) is 20
It is usually about 60 mm. In the following specification, high frequency means a frequency of 13.56 MHz.

【0003】成膜される材料を含んだ原料ガスは原料供
給系(6) より供給され、プラズマ気相反応中の圧力は圧
力測定系(5) で測定される。また、プラズマ反応を行う
と、高周波給電電極(2) 側が対向接地電極(3) に対して
負の電位になる。これは、プラズマ中における電子とイ
オンとの移動度(移動のし易さ)の差が原因で、高周波
が印加された電極に電荷が蓄積されるのが原因である。
この現象は、あたかも高周波給電電極(2) 側に負のバイ
アス電圧が印加されているかのごとく理解されるので、
この電位のことを自己バイアスという。また、この電位
は自己バイアスモニター端子(12)を用いて測定される。
また、排気系(8) からは不要な気体の排気がなされる。
A raw material gas containing a material to be formed is supplied from a raw material supply system (6), and the pressure during the plasma gas phase reaction is measured by a pressure measuring system (5). When the plasma reaction is performed, the high frequency power supply electrode (2) side has a negative potential with respect to the counter ground electrode (3). This is because the difference in mobility (ease of movement) between electrons and ions in plasma causes electric charge to be accumulated in the electrode to which a high frequency is applied.
This phenomenon can be understood as if a negative bias voltage was applied to the high frequency power supply electrode (2) side.
This potential is called self-bias. This potential is also measured using the self-bias monitor terminal (12).
Further, unnecessary gas is exhausted from the exhaust system (8).

【0004】図2に示す平行平板型のプラズマCVD装
置は、高周波電源系(7) から供給される高周波によっ
て、高周波給電電極(2) と対向接地電極(3) との間にお
いてプラズマ気相反応をさせ、成膜を行うものである。
The parallel plate type plasma CVD apparatus shown in FIG. 2 uses a high frequency power supplied from a high frequency power supply system (7) to cause a plasma gas phase reaction between the high frequency power supply electrode (2) and the counter ground electrode (3). Then, the film is formed.

【0005】一般に半導体薄膜や絶縁膜を形成する際に
おいては、基板を対向接地電極(3)側に置き成膜が行わ
れる。これは、高周波給電電極(2) 側に基板を配置した
場合、前述の自己バイアスの作用で正のイオンが高周波
給電電極側に配置された基板へ加速されて突入すること
によるスパッタ効果に起因するダメージを防ぐためであ
る。
Generally, when forming a semiconductor thin film or an insulating film, the substrate is placed on the side of the counter ground electrode (3) to form a film. This is because when the substrate is placed on the side of the high-frequency power supply electrode (2), positive ions are accelerated and plunge into the substrate placed on the side of the high-frequency power supply electrode due to the action of the self-bias described above. This is to prevent damage.

【0006】一方、いろいろな部材の表面保護膜や耐摩
耗膜としてその応用が図られている炭素薄膜を成膜する
方法として、上記のスパッタ効果を有効に活用した成膜
法がある。
On the other hand, as a method of forming a carbon thin film, which is applied as a surface protective film or wear resistant film of various members, there is a film forming method which effectively utilizes the above-mentioned sputtering effect.

【0007】これは、炭素薄膜の原料となる炭化水素ガ
ス、具体的にはメタン、エタン、プロパン、アルコー
ル、エチレン等を水素ガスと混合し、プラズマCVD法
で成膜を行う際、上記のスパッタ効果を利用することに
よって、グラファイト成分等の脆い炭素成分をエッチン
グしつつ成膜を行い、結果として高い硬度と高い密着性
を持った炭素膜を成膜する方法である。
This is because when a hydrocarbon gas, which is a raw material of a carbon thin film, specifically, methane, ethane, propane, alcohol, ethylene, etc. is mixed with hydrogen gas and a film is formed by a plasma CVD method, the above-mentioned sputtering is performed. By utilizing the effect, a film is formed while etching a brittle carbon component such as a graphite component, and as a result, a carbon film having high hardness and high adhesion is formed.

【0008】この場合、図2に示すように基板(4) を高
周波給電電極(2) 側に設置し、成膜を行う。図 2に示す
装置の場合、対向接地電極(3) と真空容器(1) とは同電
位であるので、対向接地電極として作用する電極面積と
しては、真空容器内壁をも含めた部分をも考慮に入れな
ければならない。また、自己バイアスの値は、高周波給
電電極(2) の面積に比較して対向接地電極(3) の面積が
大きい程高くできることが知られている。一般には前述
のように、反応容器(1) の内壁も対向接地電極として働
くので、高周波給電電極(2) の面積を小さくすること
で、高周波給電電極(2) に印加される自己バイアスの値
を高くすることができる。即ち、自己バイアスの値は高
周波給電電極(2) の面積を変化させることで制御するこ
とができるということである。
In this case, as shown in FIG. 2, the substrate (4) is placed on the side of the high frequency power supply electrode (2) and film formation is performed. In the case of the device shown in FIG. 2, since the opposing ground electrode (3) and the vacuum vessel (1) have the same potential, the electrode area that acts as the opposing ground electrode also includes the portion including the inner wall of the vacuum vessel. Must be put in. It is known that the self-bias value can be increased as the area of the counter ground electrode (3) is larger than that of the high frequency power supply electrode (2). Generally, as mentioned above, the inner wall of the reaction vessel (1) also works as the opposite ground electrode, so by decreasing the area of the high-frequency power feeding electrode (2), the value of the self-bias applied to the high-frequency power feeding electrode (2) is Can be higher. That is, the value of the self-bias can be controlled by changing the area of the high frequency power supply electrode (2).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記図2に示す構成を
用いて、硬度が高い、密着性が良い、等の条件を有した
炭素薄膜を成膜しようとする場合、以下の点が問題とな
る。 (A)炭素薄膜を成膜する際の、動作圧力、印加する高
周波電力の値、等によって成膜される炭素薄膜の膜質を
制御することができるが、これらのパラメーターの最適
な範囲は明らかでない。 (B)膜質以外の要素である成膜速度を実用上満足させ
た上で一定水準以上の炭素薄膜を得ることができていな
い。 (C)炭素薄膜の膜質の追求のみではなく、成膜時にお
ける基板(基体)へのダメージの低減を考慮しなければ
ならない。概して、高硬度を追求しすぎると、下地への
ダメージが問題となる。そこで本発明は、上記(A)〜
(C)の問題点を解決することを発明の課題とする。
When a carbon thin film having conditions such as high hardness and good adhesion is to be formed by using the structure shown in FIG. 2, the following problems occur. Become. (A) The film quality of the carbon thin film to be formed can be controlled by the operating pressure, the value of the applied high frequency power, etc. when forming the carbon thin film, but the optimum range of these parameters is not clear. . (B) It has not been possible to obtain a carbon thin film of a certain level or more after practically satisfying the film forming rate which is an element other than the film quality. (C) Not only the pursuit of the quality of the carbon thin film, but also the reduction of damage to the substrate (base) during film formation must be considered. Generally speaking, if too high a hardness is pursued, damage to the base becomes a problem. Therefore, the present invention relates to the above (A) to
It is an object of the invention to solve the problem (C).

【0010】<発明の背景> 本発明の着眼点は、まず高い硬度や基体との優れた密着
性といった性質を有する炭素薄膜の物性を実現するに際
して、重要な役割を果たすパラメーターとして、自己バ
イアスの値に着目したものである。即ち、炭素膜の膜質
を評価する方法として、膜自体の硬度を測定する方法等
があるが、それらの物性を直接測定するのではなく、成
膜の際の数々のパラメーター(例えば、動作圧力、印加
電力、自己バイアス値、成膜温度等々)の中でどのパラ
メーターが膜質に大きな影響を及ぼすのか、言い換える
ならばどのパラメーターの値を知れば、その値から成膜
される膜質を評価することができるのか、という認識に
立ち、その様なパラメータとして自己バイアスの値に着
目したものである。
<Background of the Invention> The focus of the present invention is that the self-bias is a parameter that plays an important role in realizing the physical properties of a carbon thin film having properties such as high hardness and excellent adhesion to a substrate. It focuses on the value. That is, as a method of evaluating the film quality of the carbon film, there is a method of measuring the hardness of the film itself, but instead of directly measuring the physical properties thereof, various parameters at the time of film formation (for example, operating pressure, Among the applied power, self-bias value, film formation temperature, etc.), which parameter has a large effect on the film quality, in other words, if the parameter value is known, the film quality can be evaluated from that value. Based on the recognition that it is possible, we focused on the value of self-bias as such a parameter.

【0011】本発明は、以上のような見地から、必要と
する自己バイアス値を実現することのできる数々の条件
を実験的に見出し、その相関関係を明らかにすることに
より、良好な膜質を有する炭素薄膜を高い成膜速度でも
って安定して得ることのできる作製条件を得たものであ
る。以下(1)〜(4)に実験的に得られた各種パラメ
ータの最適値や相関関係を簡単にまとめて記す。 (1)成膜時の圧力は約100Pa を上限として、なるべく
高い方がよい。 (2)下地にダメージを与えない自己バイアスの最適値
は-350V〜-450Vの範囲である。 (3)良好な膜質を得るための高周波電力の値は2W/cm
2 〜3W/cm2程度の範囲が好ましい。 (4)上記(1)〜(3)の条件を同時に満足する電極
間距離と電極面積との比(電極間距離/電極面積)は、
およそ1/1963〜1/314 の範囲である。従ってこの(4)
で示される条件を満足する成膜条件を実現することによ
って、必要とする条件を満たした炭素薄膜を得ることが
できる。
From the above viewpoints, the present invention experimentally finds various conditions that can realize the required self-bias value, and clarifies the correlation between them to obtain a good film quality. The production conditions are such that a carbon thin film can be stably obtained at a high film formation rate. In the following (1) to (4), optimum values and correlations of various parameters obtained experimentally are briefly summarized. (1) The pressure during film formation should be as high as possible with the upper limit being about 100 Pa. (2) The optimum value of the self-bias that does not damage the base is in the range of -350V to -450V. (3) The value of high frequency power to obtain good film quality is 2W / cm
A range of about 2 to 3 W / cm 2 is preferable. (4) The ratio of the distance between electrodes and the electrode area (distance between electrodes / electrode area) that simultaneously satisfy the above conditions (1) to (3) is:
It is in the range of about 1/1963 to 1/314. Therefore, this (4)
By realizing the film forming conditions that satisfy the conditions shown in, a carbon thin film that satisfies the necessary conditions can be obtained.

【0012】以下、上記(1)〜(4)に示した各種パ
ラメータの最適条件、またその最適条件を満足する相関
関係の根拠について説明する。
The optimum conditions of the various parameters shown in (1) to (4) above and the basis of the correlation satisfying the optimum conditions will be described below.

【0013】〔(1)について〕 成膜時の圧力は可能な限り高い方が良い。なぜならば、
成膜雰囲気の圧力が高いということは、単位体積当たり
に含まれる原料ガスの分子や活性種が多いことを意味
し、このことは成膜速度の向上に大きく寄与するからで
ある。実際、成膜圧力が大きい程成膜速度が大きく、生
産性を高くすることができる。
[Regarding (1)] The pressure during film formation should be as high as possible. because,
The high pressure of the film forming atmosphere means that the raw material gas contains a large number of molecules and active species per unit volume, which greatly contributes to the improvement of the film forming rate. In fact, the higher the film formation pressure, the higher the film formation rate, and the higher the productivity.

【0014】しかしながら、良質な炭素薄膜を成膜する
のに大きな役割を果たすと見られる自己バイアスの値が
約100Pa 以上の圧力においては安定して発生せず、また
成膜が行えても低品質の膜しか得られないことが実験的
に確かめられている。
However, the self-bias value, which is considered to play a major role in forming a high-quality carbon thin film, does not stably occur at a pressure of about 100 Pa or more, and even if the film is formed, the quality is low. It has been experimentally confirmed that only the above film can be obtained.

【0015】従って、高い成膜速度を維持しつつ再現性
良く炭素膜の成膜を行うには、約100Pa 以下の圧力範囲
においてなるべく高い圧力雰囲気で成膜を行うことが良
いと結論される。
Therefore, it is concluded that in order to form a carbon film with good reproducibility while maintaining a high film forming rate, it is preferable to form the film in a pressure atmosphere as high as possible within a pressure range of about 100 Pa or less.

【0016】〔(2)について〕 図3に、自己バイアスの値と、基板上に成膜された炭素
膜の膜質を評価するパラメーターであるビッカース硬度
との関係を示す。図3に示すデータは図1に示す装置に
よって得られたものである。図1に示す装置は、図2に
示す装置と基本的には同一な構造を有し、各部の構造や
役割も図2に示す装置と同一である。図1に示すプラズ
マCVD装置が図2に示す装置と異なるのは、電極間隔
(9) が9mm以下と狭いことである。
[Regarding (2)] FIG. 3 shows the relationship between the value of the self-bias and the Vickers hardness which is a parameter for evaluating the film quality of the carbon film formed on the substrate. The data shown in FIG. 3 was obtained by the apparatus shown in FIG. The device shown in FIG. 1 has basically the same structure as the device shown in FIG. 2, and the structure and role of each part are also the same as the device shown in FIG. The plasma CVD apparatus shown in FIG. 1 is different from the apparatus shown in FIG.
(9) is as narrow as 9 mm or less.

【0017】図3に示す自己バイアスの値は、自己バイ
アスモニター端子(12)において、高周波給電電極(2) の
電位が接地電位に対して何ボルトであるか、を測定した
ものである。またビッカース硬度は、炭素膜の硬度を示
すパラメーターであり、ここでは、炭素薄膜の膜質を評
価するパラーメーターとして用いた。勿論炭素薄膜の膜
質をビッカース硬度のみによって評価することはできな
いが、一つの指標として用いることは有効である。
The value of the self-bias shown in FIG. 3 is measured at the self-bias monitor terminal (12) as to how many volts the potential of the high frequency power supply electrode (2) is with respect to the ground potential. The Vickers hardness is a parameter indicating the hardness of the carbon film, and was used here as a parameter for evaluating the film quality of the carbon thin film. Of course, the film quality of the carbon thin film cannot be evaluated only by Vickers hardness, but it is effective to use it as one index.

【0018】図3に示すデータは、図1に示す装置を用
い、反応ガスの種類と流量、電極間距離、成膜基板温
度、を固定して、高周波電力の値と動作圧力とをそれぞ
れ個別に変化させて成膜を行い、その際の自己バイアス
の値と成膜された炭素薄膜のビッカース硬度との関係を
グラフ化したものである。成膜条件を以下に示す。 反応ガス :エチレン 200sccm :水素 50sccm 電極間距離 : 8mm 基板 :直径6インチのSiウェハー 基板温度 :非加熱
The data shown in FIG. 3 are obtained by using the apparatus shown in FIG. It is a graph showing the relationship between the value of the self-bias and the Vickers hardness of the formed carbon thin film at that time. The film forming conditions are shown below. Reaction gas: Ethylene 200sccm: Hydrogen 50sccm Distance between electrodes: 8mm Substrate: Si wafer with 6 inch diameter Substrate temperature: Unheated

【0019】図3を見れば明らかなように、ビッカース
硬度と自己バイアスの値には明確な相関関係が見られ
る。ここでビッカース硬度が3000(Kg/mm2)以上を有する
炭素薄膜を有意であると定義するならば、成膜時の自己
バイアスとして約-350V 〜約-500V の範囲で成膜を行え
ば一定水準以上の炭素薄膜が得られる、と結論される。
As is clear from FIG. 3, there is a clear correlation between the Vickers hardness and the value of self-bias. If a carbon thin film having a Vickers hardness of 3000 (Kg / mm 2 ) or more is defined as significant, the self-bias during film formation is constant if the film is formed in the range of about -350V to about -500V. It is concluded that a carbon thin film above the standard can be obtained.

【0020】しかしながら、自己バイアスが-450Vを越
えると、デポジションモードよりエッチングモードが優
勢となり極端に成膜速度が低下してしまうという問題が
ある。前述のように自己バイアスを積極的に用いる成膜
方法は、硬度の低い不要な成分をエッチングしつつ成膜
を行う方法であるので、エッチングの度合いが高すぎる
と必要とする硬度の高い炭素成分の成膜をも妨げてしま
い、結果として成膜速度が低下してしまうことになる。
従って成膜速度という要素を考慮するならば、図3で示
される自己バイアスの上限値は約-450V することが有効
である。
However, when the self-bias exceeds -450 V, there is a problem that the etching mode becomes more dominant than the deposition mode and the film forming rate is extremely lowered. As described above, the film formation method that positively uses the self-bias is a method of forming a film while etching unnecessary components having a low hardness. Therefore, if the etching degree is too high, a carbon component having a high hardness required. This also hinders the film formation, and as a result, the film formation speed is reduced.
Therefore, considering the factor of the film formation rate, it is effective to set the upper limit of the self-bias shown in FIG. 3 to about -450V.

【0021】さらにまた、炭素薄膜が表面コーティング
膜として一般に用いられることを考えるならば、当然樹
脂等のイオンの衝撃やイオンの衝撃に従う発熱に弱い下
地を考慮しなければならず、イオン衝撃を必要最小限度
に抑えることも必要である。よって、このことからもエ
ッチングモードが優勢過ぎる成膜は好ましくないと結論
される。
Furthermore, considering that a carbon thin film is generally used as a surface coating film, it is of course necessary to consider an ion bombardment of a resin or the like or a base which is weak against heat generation due to the ion bombardment, and ion bombardment is necessary. It is also necessary to keep it to a minimum. Therefore, also from this, it is concluded that the film formation in which the etching mode is too dominant is not preferable.

【0022】以上のことより、ビッカース硬度で測定し
て3000(Kg/mm2)以上の硬度を有する炭素薄膜を得るので
あれば、成膜に際しての自己バイアスの値を-350〜-500
Vとすることが適当であり、成膜速度や下地へのダメー
ジを考慮するならば-350〜-450Vとすることが適当であ
ると結論される。
From the above, if a carbon thin film having a hardness of 3000 (Kg / mm 2 ) or more as measured by Vickers hardness is to be obtained, the value of the self-bias during film formation is -350 to -500.
It is concluded that V is suitable, and -350 to -450 V is suitable when the film forming speed and damage to the base are taken into consideration.

【0023】〔(3)について〕 本明細書においては、高周波電源系(7) から供給される
電力(W) を高周波給電電極(2) の面積(cm2) で割ったも
のを気相反応のために投入した電力(W/cm2) と定義す
る。
[Regarding (3)] In the present specification, the gas phase reaction is obtained by dividing the electric power (W) supplied from the high frequency power supply system (7) by the area (cm 2 ) of the high frequency power supply electrode (2). It is defined as the electric power (W / cm 2 ) input for

【0024】本発明が解決せんとする課題の一つは、一
定水準以上の膜質を有する炭素薄膜を高い成膜速度でも
って成膜することである。高い成膜速度を得るには、
(1)で示すようになるべく高い動作圧力で成膜するこ
とが好ましい。一方動作圧力を高くした場合、必要とさ
れる高周波電力の値は低くてもよい、ということが実験
的に判明している。例えば動作圧力を110Pa とした場
合、1.0 〜2.7W/cm2の投入電力で3000Kg/mm2以上のビッ
カース硬度を有する炭素薄膜を得られることが分かって
いる。しかしながら、この場合得られる炭素薄膜は、膜
中にクラスター成分を含み、膜質としては必ずしも好ま
しいものではない。しかも動作圧力を100Pa以上とする
ことは、自己バイアスの不安定性、成膜される薄膜の基
体からの剥離、といった問題があるので好ましいもので
はなない。
One of the problems to be solved by the present invention is to form a carbon thin film having a film quality of a certain level or higher at a high film forming rate. To get a high deposition rate,
It is preferable to form a film at an operating pressure as high as possible as shown in (1). On the other hand, it has been empirically proved that when the operating pressure is increased, the required high frequency power value may be low. For example, it has been known that when the operating pressure is 110 Pa, a carbon thin film having a Vickers hardness of 3000 Kg / mm 2 or more can be obtained with an input power of 1.0 to 2.7 W / cm 2 . However, the carbon thin film obtained in this case contains a cluster component in the film and is not necessarily preferable as the film quality. Moreover, it is not preferable to set the operating pressure to 100 Pa or more, because there are problems such as instability of self-bias and peeling of the formed thin film from the substrate.

【0025】一方、動作圧力が低い場合には、3W/cm2
以上の投入電力を必要とし、基板に対するダメージや低
動作圧力に起因する成膜速度の低下、といったことが問
題となり、やはり好ましいものではない。
On the other hand, when the operating pressure is low, 3 W / cm 2
The above input power is required, and problems such as damage to the substrate and a decrease in film formation rate due to low operating pressure are problems, which is also not preferable.

【0026】従って、高い成膜速度が期待でき、しかも
安定した自己バイアスにより良質な膜質が期待できる動
作圧力範囲である50Pa〜100Pa の範囲内で、基板へのダ
メージの低減、基体からの剥離の防止、一定以上のビッ
カース硬度を有する炭素薄膜の成膜、といった条件を実
現するには、2〜3W/cm2 程度の投入電力が適当である
と結論される。
Therefore, within the operating pressure range of 50 Pa to 100 Pa where a high film formation rate can be expected and a good film quality can be expected due to stable self-bias, damage to the substrate is reduced and peeling from the substrate is prevented. It is concluded that an input power of about 2 to 3 W / cm 2 is suitable for realizing the conditions such as prevention and formation of a carbon thin film having a Vickers hardness of a certain level or more.

【0027】〔(4)について〕 図1の装置を用いた本発明者らの実験によれば、電極間
距離(9) を変化させることで、高周波給電電極(2) に加
わる自己バイアスの値を変化させれ得ることが判明して
いる。一方、従来より高周波給電電極(2) の面積を変化
させることで、高周波給電電極(2) に加わる自己バイア
スの値を変化させ得ることが知られている。
[Regarding (4)] According to an experiment conducted by the present inventors using the apparatus shown in FIG. 1, the value of the self-bias applied to the high-frequency power feeding electrode (2) is changed by changing the inter-electrode distance (9). It has been found that can be changed. On the other hand, it is conventionally known that the value of the self-bias applied to the high frequency power supply electrode (2) can be changed by changing the area of the high frequency power supply electrode (2).

【0028】そこで本発明者らは、高周波給電電極(2)
と対向接地電極(3) とを円型電極として各種成膜条件で
成膜を行い、その結果を整理検討した。その結果、良好
な膜質を有する炭素膜が得られる場合には、円型電極の
直径と電極間距離(9) との比率に相関関係があることが
判明した。
Therefore, the present inventors have proposed the high frequency power supply electrode (2).
Film formation was performed under various film formation conditions using the and the ground electrode (3) as a circular electrode, and the results were organized and examined. As a result, it was found that there is a correlation between the diameter of the circular electrodes and the ratio between the electrodes (9) when a carbon film having good film quality is obtained.

【0029】そこで、(電極間距離)/(円型電極の直
径)を横軸にとり、高周波給電電極(2) に加わる自己バ
イアスの値を縦軸にとり、データを整理したものが図4
である。なお、電極は高周波給電電極(2) と対向接地電
極(3) とで同一なものを用い、自己バイアスは自己バイ
アスモニター端子(12)において測定した。
Therefore, FIG. 4 shows the data arranged by plotting (distance between electrodes) / (diameter of circular electrode) on the horizontal axis and the value of self-bias applied to the high-frequency power supply electrode (2) on the vertical axis.
Is. The same electrode was used for the high frequency power supply electrode (2) and the counter ground electrode (3), and the self bias was measured at the self bias monitor terminal (12).

【0030】反応条件を以下に示すが、この反応条件
は、必要とされる成膜速度を得ることのできる動作圧
力、膜質や下地基板にダメージを与えない投入電力、と
いった望ましい成膜条件である。
The reaction conditions are shown below. These reaction conditions are desirable film formation conditions such as an operating pressure capable of obtaining the required film formation rate, and an input power that does not damage the film quality or the underlying substrate. .

【0031】従って、下記の成膜条件において、十分な
膜質を有する炭素薄膜を得られるのであれば、本発明が
解決しようとする課題が解決されることになる。 反応ガス :エチレン 200sccm :水素 50sccm 動作圧力 :70Pa 高周波電力 :2.0 W/cm2
Therefore, if a carbon thin film having a sufficient film quality can be obtained under the following film forming conditions, the problem to be solved by the present invention will be solved. Reactive gas: Ethylene 200sccm: Hydrogen 50sccm Operating pressure: 70Pa High frequency power: 2.0 W / cm 2

【0032】図4を見ると、(電極間距離)/(円型電
極の直径)の値を1/50〜1/20程度にすることによって、
一定水準以上の炭素薄膜であると判断される指標であ
る、成膜時における-350〜-500V の自己バイアスの値が
得られることが分かる。
Referring to FIG. 4, by setting the value of (distance between electrodes) / (diameter of circular electrode) to about 1/50 to 1/20,
It can be seen that a self-bias value of -350 to -500V during film formation, which is an index for determining that the carbon thin film is at a certain level or higher, is obtained.

【0033】ここで、直径rの円型電極の面積はπr2
/4だから、上記関係を電極間距離と電極面積との関係
に直すと、(電極間距離)/(電極面積)の値の範囲
は、およそ1/1963〜1/314 とすればよいことになる。こ
の関係を用いれば、電極として円型以外の形状を有する
ものを用いた場合でも所望の自己バイアスを得ることの
できる電極間隔と電極寸法との関係を算出することがで
きる。
Here, the area of the circular electrode having a diameter r is πr 2
Therefore, if the above relationship is rewritten as the relationship between the distance between electrodes and the electrode area, the range of the value of (distance between electrodes) / (electrode area) should be about 1/1963 to 1/314. Become. By using this relationship, it is possible to calculate the relationship between the electrode interval and the electrode size that can obtain a desired self-bias even when using an electrode having a shape other than a circular shape.

【0034】例えば、対角Lの角型電極(正方形)を用
いる場合、この角型電極の面積はL2/2だから、(電極
間距離)/(電極の面積)の値を概略1/1963 〜1/314
とするためには、L2/2=1963∴L≒63、L2/2=314
∴L≒25 と計算されるから、(電極間距離)/(角型
電極の対角寸法)の値を概略1/63〜1/25とすれば良いこ
とになる。なお、長方形の電極などを用いる場合には、
その面積と電極間距離との関係を上記関係に従って算出
すればよいが、極端な長方形でなければ、その対角寸法
Lから面積をL2 /2と概算し、上記電極間距離と電極
面積との関係を利用することができる。
[0034] For example, when using a rectangular electrode diagonal L (square), the area of the square electrode is L 2/2 So, the value a schematic of (area of the electrode) (distance between electrodes) / 1/1963 ~ 1/314
To The, L 2/2 = 1963∴L ≒ 63, L 2/2 = 314
Since ∴L≈25 is calculated, the value of (distance between electrodes) / (diagonal dimension of square electrode) should be approximately 1/63 to 1/25. When using a rectangular electrode, etc.,
The relationship between the area and the inter-electrode distance may be calculated in accordance with the above relationship, but if not extreme rectangle, to estimate the area from the diagonal length L and L 2/2, the distance between the electrodes and the electrode area The relationship of can be used.

【0035】以上述べたように、高い成膜速度が得られ
る50Pa以上の動作圧力で、一定水準以上の膜質を有する
炭素膜を得るために必要な自己バイアス値を、下地基板
へのダメージの少ない2W/cm2 程度の電力値で得るため
には、(電極間距離)/(円型電極の直径)の値を1/50
〜1/20程度に設定して反応を行えば良い、ということが
結論される。
As described above, the self-bias value required to obtain a carbon film having a film quality of a certain level or more is set at an operating pressure of 50 Pa or more at which a high film forming rate is obtained, and the underlying substrate is less damaged. To obtain a power value of about 2 W / cm 2, the value of (distance between electrodes) / (diameter of circular electrode) is 1/50
It is concluded that the reaction should be performed by setting it to about 1/20.

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記において
説明した発明の背景に基づき行われたもので、以下の内
容を要旨とするものである。
The present invention has been made based on the background of the invention described above, and has the following contents.

【0037】〔第1の発明〕 第1の発明は、高周波供給手段に接続された第1の角形
電極と、接地電位に保たれた第2の角形電極とを有し、
前記第1の角形電極と前記第2の角形電極との電極間距
離は9mm以下で最小値は5mmであり、且つ前記電極
間距離は前記第1の角形電極及び前記第2の角形電極の
対角距離の1/63〜1/25であるプラズマCVD装
置を用い、前記第1の角形電極に前記高周波供給手段よ
り高周波電力を供給してプラズマを発生させ、炭化水素
ガスを分解して前記第1の角形電極に配置された基体に
炭素薄膜を形成する炭素薄膜形成方法であって、動作圧
力を50Pa以上100Pa以下とし、前記高周波電力
を2W/cm2以上3W/cm2以下とし、前記第1の
角形電極の電位を接地電位に対して−500V以上−3
50V以下として炭素薄膜を形成することを特徴とする
炭素薄膜形成方法、を要旨とするものである。この第1
の発明は、炭素薄膜の成膜時において、基体が配置され
た電極の接地電位に対する電位(自己バイアスの値)を
―350〜―500Vとして成膜を行うことによって、
有意な膜質を有する炭素薄膜を得ることのできることを
実験的に見出したことに基づくものである。
[First Invention] A first invention has a first prismatic electrode connected to a high frequency supplying means and a second prismatic electrode kept at a ground potential,
The distance between the first rectangular electrode and the second rectangular electrode is 9 mm or less and the minimum value is 5 mm, and the distance between the electrodes is a pair of the first rectangular electrode and the second rectangular electrode. Using a plasma CVD apparatus having an angular distance of 1/63 to 1/25, plasma is generated by supplying high-frequency power from the high-frequency supplying means to the first rectangular electrode to decompose the hydrocarbon gas, thereby decomposing the first gas. a carbon thin film forming method of forming a carbon thin film arranged substrates 1 of rectangular electrodes, operating pressure
The power is 50 Pa or more and 100 Pa or less, and the high frequency power is
Is 2 W / cm 2 or more and 3 W / cm 2 or less, and the potential of the first rectangular electrode is −500 V or more −3 with respect to the ground potential.
The gist is a method for forming a carbon thin film, which comprises forming a carbon thin film at 50 V or less. This first
According to the invention of (1), when the carbon thin film is formed, the potential (self-bias value) with respect to the ground potential of the electrode on which the substrate is arranged is set to −350 to −500 V to form a film.
It is based on the experimental finding that a carbon thin film having a significant film quality can be obtained.

【0038】〔第の発明〕第2 の発明において、高周波供給手段に接続された第1
の角形電極と、接地電位に保たれた第2の角形電極とを
有し、前記第1の角形電極と前記第2の角形電極との電
極間距離は9mm以下で最小値は5mmであり、且つ前
記電極間距離は前記第1の角形電極及び前記第2の角形
電極の対角距離の1/63〜1/25であるプラズマC
VD装置を用い、 前記プラズマCVD装置に炭化水素ガ
スと水素ガスとを供給し、前記第1の角形電極に前記高
周波供給手段より高周波電力を供給してプラズマを発生
させ、前記炭化水素ガスを分解して前記第1の角形電極
に配置された基体に炭素薄膜を形成する炭素薄膜形成方
法であって、 動作圧力を50Pa以上100Pa以下と
し、前記高周波電力を2W/cm 以上3W/cm
下とし、前記第1の角形電極の電位を接地電位に対して
−500V以上−350V以下として炭素薄膜を形成
ることを特徴とする炭素薄膜形成方法、を要旨とするも
のである。この第の発明は、上記自己バイアスの値を
-350〜-500Vとして有意な炭素薄膜の成膜を行うには、
反応ガスとして炭化水素ガスと水素ガスとを用い、成膜
条件を上記条件とすることが有効であることを実験的に
確かめたことに基づくものである。
[ Second Invention] In the second invention, the first invention connected to the high frequency supplying means
And the second rectangular electrode kept at ground potential.
The first rectangular electrode and the second rectangular electrode.
The distance between the electrodes is 9 mm or less, the minimum value is 5 mm, and
The distance between the electrodes is the first rectangular electrode and the second rectangular electrode.
Plasma C which is 1/63 to 1/25 of the diagonal distance of the electrodes
A hydrocarbon gas is used in the plasma CVD device using a VD device.
Gas and hydrogen gas are supplied to the first rectangular electrode to
Plasma is generated by supplying high frequency power from the frequency supply means.
And decompose the hydrocarbon gas to decompose the first rectangular electrode.
Method for forming carbon thin film on carbon substrate
The operating pressure is 50 Pa or more and 100 Pa or less.
And, the high frequency power 2W / cm 2 or more 3W / cm 2 or more
Below, the potential of the first rectangular electrode is set to the ground potential.
A carbon thin film forming method is characterized in that a carbon thin film is formed at −500 V or more and −350 V or less . In the second invention, the value of the self-bias is
To form a significant carbon thin film at -350 to -500V,
This is based on experimental confirmation that it is effective to use a hydrocarbon gas and a hydrogen gas as the reaction gas and set the film forming conditions to the above conditions.

【0039】上記炭化水素ガスとしてはエチレン、メタ
ン、ブタン、エタン、アルコール等を用いることができ
る。また成膜の際、炭化水素ガスと水素ガスの他に炭素
薄膜中に不純物を添加するために、他の反応性気体を導
入することも有効である。
As the hydrocarbon gas, ethylene, methane, butane, ethane, alcohol or the like can be used. It is also effective to introduce another reactive gas in addition to the hydrocarbon gas and the hydrogen gas during film formation in order to add impurities into the carbon thin film.

【0040】電極寸法と電極間隔を特定の数値関係の範
囲内とすることによって、高い成膜速度、一定水準以上
の膜質、下地へのダメージの低減、といった条件を満足
した炭素薄膜を得ることができる。
By setting the electrode size and the electrode interval within the range of a specific numerical value, it is possible to obtain a carbon thin film satisfying the conditions of high film forming rate, film quality above a certain level, and reduction of damage to the underlayer. it can.

【0041】[0041]

【実施例】以下において、図1で示されるプラズマCV
D装置を用いて、本発明の成膜条件内において炭素薄膜
を形成した例を示す。
EXAMPLES In the following, the plasma CV shown in FIG.
An example in which a carbon thin film is formed under the film forming conditions of the present invention by using a D device will be shown.

【0042】〔プラズマCVD装置について〕 図1に以下の実施例において用いたプラズマCVD装置
を示す。この装置の基本構造は、図2に示す従来からの
プラズマCVD装置と同じであるが、電極間距離(9) が
9mm以下と狭く設定してあるのが特徴である。
[Plasma CVD Apparatus] FIG. 1 shows a plasma CVD apparatus used in the following examples. The basic structure of this apparatus is the same as that of the conventional plasma CVD apparatus shown in FIG. 2, but is characterized in that the interelectrode distance (9) is set as narrow as 9 mm or less.

【0043】図1において、内部でプラズマ反応を行う
ための真空容器(1) 、高周波電源系よりブロッキングコ
ンデンサー(11)を介して供給される高周波(13,56MHz)に
よってプラズマ領域(10)を形成するための一対の電極
(2),(3) 、反応ガスや原料ガス、さらにはキャリアガス
や希釈ガスを供給するための原料供給系(6) 、不要な気
体を排気するための排気系(8) 、成膜が行われる基板あ
るいは基体(4) 、反応容器内の圧力を測定するための圧
力測定系(5) 、プラズマ反応時に電極(2) に加わる自己
バイアスを測定するための自己バイアスモニター端子(1
2)を備えている。また電極(2) を高周波供給電極、電極
(3) を対向接地電極という。高周波電源系(7) の出力の
一方と、対向接地電極(3) とは真空容器(1) に接地され
ている。
In FIG. 1, a plasma region (10) is formed by a vacuum container (1) for performing a plasma reaction inside and a high frequency (13,56 MHz) supplied from a high frequency power supply system through a blocking capacitor (11). A pair of electrodes for
(2), (3), raw material supply system (6) for supplying reaction gas and raw material gas, further carrier gas and dilution gas, exhaust system (8) for exhausting unnecessary gas, film formation The substrate or substrate to be performed (4), the pressure measurement system (5) for measuring the pressure inside the reaction vessel, and the self-bias monitor terminal (1 for measuring the self-bias applied to the electrode (2) during the plasma reaction.
2) is equipped. In addition, the electrode (2) is
(3) is called a counter ground electrode. One of the outputs of the high frequency power supply system (7) and the opposing ground electrode (3) are grounded to the vacuum container (1).

【0044】〔実施例1〕 本実施例は、電極(2),(3) として同じ寸法形状の角形の
ものを用い、その対角寸法Lと電極間距離dとの関係を
d/L=1/30とした場合の例である。炭素薄膜の成膜は
以下の条件で行った。 反応ガス :エチレン 純度99.99% 200SCCM 水素 純度99.999% 50SCCM 高周波電力 :2.2W/cm2 (13.56MHz) 電極寸法 :180mm ×180mm (対角255mm の角型) 電極間距離 :8.5mm 動作圧力 :75Pa 基板 :厚さ0.5mm 、直径6インチのSiウェハ 基板温度 :非加熱 反応時間 :2min 自己バイアス :-380V 形成速度 :1.7μm/min ビッカース硬度:3900Kg/mm2
Example 1 In this example, the electrodes (2) and (3) having the same size and shape were used, and the relationship between the diagonal size L and the distance d between the electrodes was calculated.
This is an example when d / L = 1/30 . The carbon thin film was formed under the following conditions. Reaction gas: Ethylene purity 99.99% 200SCCM Hydrogen purity 99.999% 50SCCM High frequency power: 2.2W / cm 2 (13.56MHz) Electrode dimensions: 180mm × 180mm (diagonal 255mm square) Distance between electrodes: 8.5mm Operating pressure: 75Pa Substrate: 0.5mm thick, 6 inch diameter Si wafer Substrate temperature: No heating Reaction time: 2min Self-bias: -380V Formation rate: 1.7μm / min Vickers hardness : 3900Kg / mm 2

【0045】この時、反応時間を2min としたので、Si
ウェハー上には約3.4μmのダイヤモンド状炭素薄膜
が形成された。このダイヤモンド状炭素薄膜は、基板か
らの剥離が全く認められず、全面に均一に形成されてい
た。さらに、ビッカース硬度を測定したところ非常に明
瞭な圧痕が生じ、算式により3900kg/mm2 の硬度を
有することが判明した。
At this time, since the reaction time was set to 2 min, Si
A diamond-like carbon thin film of about 3.4 μm was formed on the wafer. This diamond-like carbon thin film was not peeled off from the substrate at all, and was uniformly formed on the entire surface. Furthermore, when the Vickers hardness was measured, a very clear indentation was produced, and it was found from the formula that the hardness was 3900 kg / mm 2 .

【0046】また、上記成膜条件において、水素ガスの
みを200sccm 導入し、2W/cm2 の高周波電力でプラズマ
反応を行った場合の動作圧力の値と自己バイアスモニタ
ー端子(12)で測定した自己バイアスの値との関係を図5
の黒丸で示す。この図から所望の自己バイアス値である
-350〜-450Vが約50Pa以上で得られていることが分か
る。
Under the above film forming conditions, only hydrogen gas was introduced at 200 sccm and plasma reaction was performed at a high frequency power of 2 W / cm 2 , and the operating pressure value and the self-bias monitor terminal (12) were measured. Figure 5 shows the relationship with the bias value.
Indicated by a black circle. From this figure, the desired self-bias value
It can be seen that -350 to -450V is obtained at about 50Pa or more.

【0047】〔比較例1〕 比較例は、図2に示す従来からの装置を用い、実施例1
に示す条件において、水素ガスのみを200sccm 導入し、
2W/cm2 の高周波電力(13.56MHz)で気相反応を行った場
合の動作圧力の値と自己バイアスモニター端子(12)で測
定した自己バイアスの値との関係を調べたものである。
なお電極間隔(9) は30mmである。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 In the comparative example, the conventional apparatus shown in FIG.
In the condition shown in, introducing only 200 sccm of hydrogen gas,
The relationship between the value of the operating pressure and the value of the self-bias measured at the self-bias monitor terminal (12) when the gas phase reaction was performed at a high frequency power of 2 W / cm 2 (13.56 MHz) was investigated.
The electrode spacing (9) was 30 mm.

【0048】本比較例で得られたデータを図5の白丸で
示す。この場合、動作圧力を実施例1と同様な75Paとす
ると、自己バイアスが−230Vに低下し、有効な成膜
ができないことが分かる。事実、動作圧力75Pa、反応時
間2min の条件で得られた炭素薄膜は、約0.6 μmの膜
厚を有していたが、ビッカース硬度は2100kg/mm2
であり、成膜速度、硬度共に満足できるものではない。
The data obtained in this comparative example are shown by white circles in FIG. In this case, if the operating pressure is set to 75 Pa, which is the same as in Example 1, the self-bias decreases to -230 V, and it can be seen that effective film formation cannot be performed. In fact, the carbon thin film obtained under the operating pressure of 75 Pa and the reaction time of 2 min had a film thickness of about 0.6 μm, but the Vickers hardness was 2100 kg / mm 2
Therefore, neither the film forming rate nor the hardness is satisfactory.

【0049】〔比較例2〕 実施例1の反応条件において、動作圧力のみを20Paに
したところ自己バイアスが−520Vとなった。成膜さ
れた薄膜は、ハクリが顕著に見られ、また被膜自体の残
留内部応力の増加により、膜厚及びビッカース硬度等の
評価ができなかった。このことは、自己バイアスが高過
ぎ、デポジションモードよりエッチングモードが支配的
となること、自己バイアスの作用によるイオン衝撃が大
きいこと等、が原因であると考えられる。
Comparative Example 2 Under the reaction conditions of Example 1, when the operating pressure was set to 20 Pa, the self-bias became −520V. The formed thin film was remarkably peeled, and the film thickness and Vickers hardness could not be evaluated due to an increase in the residual internal stress of the film itself. It is considered that this is because the self-bias is too high, the etching mode is dominant over the deposition mode, and the ion impact due to the action of the self-bias is large.

【0050】〔実施例2〕 実施例1に示す成膜条件において、反応ガスの混合比、
高周波電力の値、動作圧力の値、電極間距離を単独に可
変した条件で成膜を行った例を以下〔実施例2〜実施例
6〕として示す。なお成膜装置は図1に示すものを用
い、電極構造、電極間隔は、実施例1と同様である。
Example 2 Under the film forming conditions shown in Example 1, the mixing ratio of the reaction gas,
An example in which the film formation is performed under the condition that the value of the high frequency power, the value of the operating pressure, and the distance between the electrodes are independently changed is shown as [Examples 2 to 6] below. The film forming apparatus shown in FIG. 1 was used, and the electrode structure and electrode spacing were the same as in Example 1.

【0051】以下に成膜条件を示す。 反応ガス :エチレン 純度99.99% 200SCCM 水素 純度99.999% 5SCCM 高周波電力 :2.2W/cm2 (13.56MHz) 電極寸法 :180mm ×180mm (対角255mm の角形) 電極間距離 :8.5 mm 動作圧力 :75Pa 基板 :厚さ0.5mm 、直径6インチのSiウェハ 基板温度 :非加熱 反応時間 :2min 自己バイアス:-355V 成膜速度 :2.1 μm/min The film forming conditions are shown below. Reaction gas: Ethylene purity 99.99% 200SCCM Hydrogen purity 99.999% 5SCCM High frequency power: 2.2W / cm 2 (13.56MHz) Electrode dimensions: 180mm × 180mm (diagonal 255mm square) Distance between electrodes: 8.5mm Operation Pressure: 75Pa Substrate: 0.5mm thickness, 6 inch diameter Si wafer Substrate temperature: No heating Reaction time: 2min Self-bias: -355V Deposition rate: 2.1 μm / min

【0052】得られた炭素薄膜のビッカース硬度は、33
50Kg/mm2であった。実施例1と成膜条件が異なるのは、
水素をエチレンに対して25%の添加量から2.5 %に下
げたことであるが、この結果自己バイアスの値がわずか
に低くなり、成膜速度は大きくなり、またビッカース硬
度は低くなった。
The Vickers hardness of the obtained carbon thin film is 33.
It was 50 Kg / mm 2 . The film forming conditions are different from those in Example 1
The reason is that the amount of hydrogen added to ethylene was reduced from 25% to 2.5%. As a result, the self-bias value was slightly lowered, the film formation rate was increased, and the Vickers hardness was decreased.

【0053】〔実施例3〕 本実施例は、実施例1の成膜条件において高周波電力の
値のみを2.8W/cm2として成膜を行った例である。以下に
各種パラメータを列挙する。 高周波電力 :2.8 W/cm2 自己バイアス :-430V 成膜速度 :1.95μm/min ビッカース硬度 :4600Kg/min 本実施例の場合、高周波電力の値を実施例1の2.2W/cm2
より高くすることで、成膜速度を高くすることができ、
ビッカース硬度も4600Kg/cm2とかなり大きくすることが
できた。
[Embodiment 3] This embodiment is an example of forming a film under the film forming conditions of Embodiment 1 while setting only the high frequency power value to 2.8 W / cm 2 . The various parameters are listed below. High frequency power: 2.8 W / cm 2 Self-bias: -430 V Deposition rate: 1.95 μm / min Vickers hardness: 4600 Kg / min In this example, the value of high frequency power was 2.2 W / cm 2 of Example 1.
By making it higher, the film formation rate can be increased,
The Vickers hardness could be considerably increased to 4600 Kg / cm 2 .

【0054】〔実施例4〕 本実施例は、実施例1の成膜条件において、動作圧力を
55Paとした場合の例である。以下に各種パラメーターを
列挙する。 動作圧力 :55Pa 自己バイアス :-420V 成膜速度 :1.45μm/min ビッカース硬度 :4250Kg/mm2 本実施例においては、動作圧力を実施例1の75Paから55
Paと低くすることで、成膜速度が、1.7 μmから1.45μ
mへと低下したが、得られた炭素薄膜のビッカース硬度
は4250Kg/mm2と高くすることができた。
[Embodiment 4] In this embodiment, under the film forming conditions of Embodiment 1, the operating pressure is
This is an example when it is set to 55Pa. Various parameters are listed below. Operating pressure: 55Pa Self-bias: -420V Deposition rate: 1.45μm / min Vickers hardness: 4250Kg / mm 2 In this example, the operating pressure was changed from 75Pa in Example 1 to 55Pa.
By lowering the Pa, the film formation rate will increase from 1.7 μm to 1.45 μm.
However, the Vickers hardness of the obtained carbon thin film could be increased to 4250 Kg / mm 2 .

【0055】〔実施例5〕 本実施例は、実施例1の作製条件において、動作圧力を
95Paと高くしたものである。以下に各種パラメーターを
列挙する。 動作圧力 :95Pa 自己バイアス :-350V 成膜速度 :2.3 μm/min ビッカース硬度 :3050Kg/mm2 本実施例の場合、動作圧力を高くしたことにより、成膜
速度を高くすることはできたが、膜質を評価するパラメ
ーターであるビッカース硬度は、実施例1に比較して低
下してしまう結果となった。
[Embodiment 5] In this embodiment, the operating pressure is changed under the manufacturing conditions of Embodiment 1.
It is as high as 95Pa. Various parameters are listed below. Operating pressure: 95 Pa Self-bias: -350 V Deposition rate: 2.3 μm / min Vickers hardness: 3050 Kg / mm 2 In the case of this example, the deposition rate could be increased by increasing the operation pressure. The Vickers hardness, which is a parameter for evaluating the film quality, was lower than that in Example 1.

【0056】〔実施例6〕 本実施例は実施例1の成膜条件において、電極間距離を
5 mmとした例である。即ち、(電極間距離)/(角型電
極の対角距離)の値を約1/51とした例である。 電極間距離 :5mm 自己バイアス :-480V 成膜速度 :1.2μm/min ビッカース硬度 :3400Kg/mm2
[Embodiment 6] In this embodiment, the distance between the electrodes is changed under the film forming conditions of Embodiment 1.
This is an example with 5 mm. That is, this is an example in which the value of (distance between electrodes ) / (diagonal distance of square electrodes) is about 1/51 . Distance between electrodes: 5mm Self-bias: -480V Deposition rate: 1.2μm / min Vickers hardness : 3400Kg / mm 2

【0057】電極間距離を5mmと小さくすることによ
り、一定水準以上の炭素薄膜を得ることができた。しか
し、これ以上電極間隔(9) を小さくすることは、技術的
に困難であった。これは、 ・電極間距離(9) が短くなることによって、対向接地電
極側に成膜される脆い炭素成分の影響を基体表面が受け
てしまう。 ・電極間距離(9) が5mm以下になると、電極の平行性、
平面性、基板の配置精度等が放電の仕方に影響するの
で、安定したプラズマが生成できなくなり、成膜の再現
性が困難になる。 ・基板の配置方法や配置作業が困難になる。 ・電極間に対する原料ガスの均一な供給が困難になるの
で、成膜の再現性がとれなくなる。等の問題があるから
である。
By reducing the distance between the electrodes to 5 mm, a carbon thin film of a certain level or more could be obtained. However, it was technically difficult to further reduce the electrode interval (9). This is because: • The distance between the electrodes (9) is shortened, so that the surface of the substrate is affected by the brittle carbon component formed on the side of the counter ground electrode.・ When the distance between electrodes (9) is less than 5 mm, the parallelism of the electrodes,
Since the flatness, the arrangement accuracy of the substrate, and the like influence the way of discharge, stable plasma cannot be generated, and the reproducibility of film formation becomes difficult. -It becomes difficult to arrange the board and work. -Since it becomes difficult to uniformly supply the source gas between the electrodes, the reproducibility of film formation cannot be obtained. This is because there are problems such as

【0058】従って、実際の使用にあたっての電極間距
離の最小値は5mm程度である、ということが結論され
る。
Therefore, it is concluded that the minimum value of the inter- electrode distance in actual use is about 5 mm.

【0059】[0059]

【発明の効果】プラズマ反応時の自己バイアスを-350〜
-500V の範囲内として成膜を行なうことによって、一定
水準以上の膜質を有する炭素薄膜を得ることができる。
また、一対の電極の寸法と電極間距離との比率を特定の
値に設定することにより、一定水準以上の膜質を、高い
成膜速度、プラズマによるダメージの低減、といった条
件を満足した上で得ることができる。
EFFECT OF THE INVENTION Self-bias during plasma reaction is -350 to
By forming the film within the range of -500V, a carbon thin film having a film quality of a certain level or higher can be obtained.
Further, by setting the ratio between the dimension of the pair of electrodes and the distance between the electrodes to a specific value, a film quality of a certain level or higher can be obtained while satisfying conditions such as high film formation rate and reduction of plasma damage. be able to.

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

【図1】本実施例において用いられる高周波プラズマC
VD装置の内部構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a high-frequency plasma C used in this embodiment.
It is sectional drawing which shows the internal structure of a VD apparatus.

【図2】従来より用いられている高周波プラズマCVD
装置の内部構造を示す断面図である。
FIG. 2 Conventionally used high-frequency plasma CVD
It is sectional drawing which shows the internal structure of an apparatus.

【図3】成膜時の自己バイアスの値と成膜された炭素薄
膜のビッカース硬度との関係を示す。
FIG. 3 shows the relationship between the value of the self-bias during film formation and the Vickers hardness of the formed carbon thin film.

【図4】電極として円型電極を用いた場合における(電
極間隔)/(円型電極の直径)の値とプラズマ反応時の
自己バイアスの値との関係とを示す。
FIG. 4 shows the relationship between the value of (electrode interval) / (diameter of circular electrode) and the value of self-bias during plasma reaction when a circular electrode is used as an electrode.

【図5】実施例と比較例における動作圧力と自己バイア
スとの関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between operating pressure and self-bias in Examples and Comparative Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 高周波給電電極 3 対向接地電極 4 基板 5 圧力測定系 6 原料供給系 7 高周波電源系 8 排気系 9 電極間距離 10 プラズマ領域 11 ブロッキングコンデンサー 12 自己バイアスモニター端子 1 vacuum container 2 High frequency power supply electrode 3 Opposite ground electrode 4 substrates 5 Pressure measurement system 6 Raw material supply system 7 High frequency power supply system 8 exhaust system 9 Distance between electrodes 10 plasma region 11 Blocking condenser 12 Self-bias monitor terminal

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】高周波供給手段に接続された第1の角形電
極と、接地電位に保たれた第2の角形電極とを有し、前
記第1の角形電極と前記第2の角形電極との電極間距離
は9mm以下で最小値は5mmであり、且つ前記電極間
距離は前記第1の角形電極及び前記第2の角形電極の対
角距離の1/63〜1/25であるプラズマCVD装置
を用い、 前記第1の角形電極に前記高周波供給手段より高周波電
力を供給してプラズマを発生させ、炭化水素ガスを分解
して前記第1の角形電極に配置された基体に炭素薄膜を
形成する炭素薄膜形成方法であって、動作圧力を50Pa以上100Pa以下とし、前記高周
波電力を2W/cm2以上3W/cm2以下とし、 前記
第1の角形電極の電位を接地電位に対して−500V以
上−350V以下として炭素薄膜を形成することを特徴
とする炭素薄膜形成方法。
1. A first prismatic electrode connected to a high-frequency supply means, and a second prismatic electrode kept at a ground potential, wherein the first prismatic electrode and the second prismatic electrode are connected to each other. A plasma CVD apparatus in which the distance between electrodes is 9 mm or less and the minimum value is 5 mm, and the distance between the electrodes is 1/63 to 1/25 of the diagonal distance between the first rectangular electrode and the second rectangular electrode. Using the above, the high frequency power is supplied from the high frequency supply means to the first rectangular electrode to generate plasma, and the hydrocarbon gas is decomposed to form a carbon thin film on the substrate arranged on the first rectangular electrode. A method for forming a carbon thin film, the operating pressure being 50 Pa or more and 100 Pa or less,
A method for forming a carbon thin film, characterized in that the wave power is set to 2 W / cm 2 or more and 3 W / cm 2 or less and the potential of the first rectangular electrode is set to -500 V or more and -350 V or less with respect to the ground potential.
【請求項2】高周波供給手段に接続された第1の角形電
極と、接地電位に保たれた第2の角形電極とを有し、前
記第1の角形電極と前記第2の角形電極との電極間距離
は9mm以下で最小値は5mmであり、且つ前記電極間
距離は前記第1の角形電極及び前記第2の角形電極の対
角距離の1/63〜1/25であるプラズマCVD装置
を用い、 前記プラズマCVD装置に炭化水素ガスと水素ガスとを
供給し、前記第1の角形電極に前記高周波供給手段より
高周波電力を供給してプラズマを発生させ、前記炭化水
素ガスを分解して前記第1の角形電極に配置された基体
に炭素薄膜を形成する炭素薄膜形成方法であって、 動作圧力を50Pa以上100Pa以下とし、前記高周
波電力を2W/cm以上3W/cm以下とし、前記
第1の角形電極の電位を接地電位に対して−500V以
上−350V以下として炭素薄膜を形成することを特徴
とする炭素薄膜形成方法。
2. A first prismatic electrode connected to a high-frequency supplying means, and a second prismatic electrode kept at a ground potential, wherein the first prismatic electrode and the second prismatic electrode are connected to each other. A plasma CVD apparatus in which the distance between electrodes is 9 mm or less and the minimum value is 5 mm, and the distance between the electrodes is 1/63 to 1/25 of the diagonal distance between the first rectangular electrode and the second rectangular electrode. By supplying a hydrocarbon gas and a hydrogen gas to the plasma CVD apparatus, by supplying high-frequency power from the high-frequency supply means to the first rectangular electrode to generate plasma, and decompose the hydrocarbon gas. A carbon thin film forming method for forming a carbon thin film on a substrate arranged on the first rectangular electrode, wherein an operating pressure is 50 Pa or more and 100 Pa or less, and the high frequency power is 2 W / cm 2 or more and 3 W / cm 2 or less, The first prism A method for forming a carbon thin film, comprising forming a carbon thin film by setting an electrode potential to -500 V or more and -350 V or less with respect to a ground potential.
【請求項3】請求項1又は請求項2における前記炭化水
素ガスは、エチレン、メタン、ブタン、エタン又はアル
コールであることを特徴とする炭素薄膜形成方法。
3. The method for forming a carbon thin film according to claim 1 or 2, wherein the hydrocarbon gas is ethylene, methane, butane, ethane or alcohol.
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