JP7179291B2 - HiPIMSを用いて成長欠陥を低減させたTiCN - Google Patents
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Description
反応性スパッタリングまたはHiPIMSプロセスを用いた被覆では、しばしば金属ターゲットを噴霧材料源として用い、この際に少なくとも1つの反応性ガスを、作動ガスに追加して採用する。本発明の枠内では、「噴霧する」の概念と「スパッタリング」の概念とは同一であると理解される。ターゲットとは、本発明の枠内では、この方法を行う際に材料が削り取られるスパッタリング源の構成部分を称する。
本発明の課題は、成長欠陥がより小さく、しかし同時に可能な限り層硬度の損失がなくまたは層の内部応力が上昇しないTiCN層を生産することができる方法を提供することである。
本発明の課題は、請求項1に記載の方法を提供することにより解決される。
反応性雰囲気は、追加的に第2反応性ガスとして炭素含有ガス好ましくはCH4を含み、この炭素含有ガスを、TiCN層を生成するための炭素源として用い、TiCN層の析出時には、双極性のバイアス電圧を被覆されるべき基板上にかけ、
または
TiCN層を生成するための炭素源として、少なくとも1つの炭素含有ターゲット例えば黒鉛ターゲットを用い、このターゲットを、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する被覆チャンバ中で、HiPIMS方法を用いてスパッタし、この際、Ti含有ターゲットは好ましくは第1電力給電機器または第1電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動し、かつ黒鉛含有ターゲットは、好ましくは第2電力給電機器または第2電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動する。
発明者が見出した点は、驚くべきことに、HiPIMSプロセスの際に双極性のバイアス電圧を用いると、反応性HiPIMSプロセスを用いて、非常に高い硬度を有するTiCNからなる硬質材料層を、非常に滑らかな層表面とともに同時に、さらに内部応力を比較的低くして製造することが可能であるとの点である。また、驚くべきことに、反応性HiPIMSプロセスを用いて、このHiPIMSプロセスにおいて窒素のみを反応性ガスとして用い、TiCNの生産用の炭素を炭素含有ターゲットから準備する場合に、非常に高い硬度とともに同時に、非常に滑らかな層表面を有するTiCNからなる硬質材料層を製造することが可能であることも発明者は見出した。
第1実施例にしたがって一例として示した全てのTiCN層を、接着層として薄いTiN層を備えて製造した。まず、このTiN接着層を、被覆されるべき表面上に析出し、この際、以下のパラメータを用いた。すなわち、パルス電力Ppulseは60kWで、ターゲットにおける平均電力Pavは9.0kWで、tpulseが25ミリ秒、全圧ptotが0.81Paであり、N2部分圧が0.01Paであり、Ar部分圧が0.4Paであり、一定のバイアス電圧が-80Vであり、被覆温度が450℃であった。
第2実施例により一例として示された全てのTiCN層は、接着層として薄いTiN層を備えて生成された。まず、TiN接着層を、被覆されるべき表面上に析出し、この際、以下のパラメータを用いた。すなわち、パルス電力Ppulse、は60kW、ターゲットにおける平均電力Pavは9.0kW、tpulseが25ミリ秒、全圧ptotが0.81Paであり、N2部分圧が0.01Paであり、Ar部分圧が0.4Paであり、一定のバイアス電圧が-80Vであり、被覆温度が450℃であった
反応性雰囲気は、追加的に第2反応性ガスとして炭素含有ガスを含み、この炭素含有ガスを、TiCN層を生成するための炭素源として用い、TiCN層の析出時には、双極性のバイアス電圧を被覆されるべき基板上にかけ、
または
TiCN層を生成するための炭素源として、少なくとも1つの炭素含有ターゲットを用い、このターゲットを、HiPIMS方法を用いて、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する被覆チャンバ中でスパッタする方法である。
Claims (9)
- HiPIMSを用いて、少なくとも1つのTiCN層を備えた被覆部を、被覆されるべき基板の表面に塗布する方法であって、前記少なくとも1つのTiCN層を析出するために、前記TiCN層を生成するためのTi源として、Ti含有ターゲットを少なくとも1つ用い、前記Ti含有ターゲットを、被覆チャンバ中の反応性雰囲気中でHiPIMS方法を用いてスパッタし、前記反応性雰囲気は、少なくとも1つの希ガスを含み、少なくとも窒素ガスを反応性ガスとして含む、方法において、
前記少なくとも1つのTiCN層を析出する間に、成長欠陥を低減させるために、
前記反応性雰囲気は、追加的に第2反応性ガスとして炭素含有ガスを含み、前記炭素含有ガスを、TiCN層を生成するための炭素源として用い、前記TiCN層の析出時には、双極性のバイアス電圧を前記被覆されるべき基板上にかけ、
または
前記TiCN層を生成するための炭素源として、少なくとも1つの炭素含有ターゲットを用い、前記少なくとも1つの炭素含有ターゲットを、反応性ガスとして窒素ガスのみを有する反応性雰囲気を有する前記被覆チャンバ中で、HiPIMS方法を用いてスパッタし、
-20V~-200Vの範囲のバイアス電圧が用いられ、
バイアス電圧の高さは、対称的または非対称であるように設定され、
負のバイアス電圧対正のバイアス電圧の時間的な割合tneg:tposは、10:1~1:5の範囲であり、
炭素源として少なくとも1つの炭素含有ターゲットを用い、1つまたは複数のTi含有ターゲットは第1電力給電機器または第1電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動し、かつ1つまたは複数の炭素含有ターゲットは、第2電力給電機器または第2電力給電ユニットを用いてパルス電力で作動することを特徴とする、方法。 - 炭素源として炭素含有ガスを用い、前記炭素含有ガスはCH4を含み、またはCH4からなる、請求項1に記載の方法。
- 炭素源として炭素含有ガスを用い、前記炭素含有ガスはC2H2を含み、またはC2H2からなる、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのTi含有ターゲットは、Tiからなる金属ターゲットである、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのTi含有ターゲットは、TiCからなるセラミック製のターゲットである、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの炭素含有ターゲットは黒鉛からなる、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの炭素含有ターゲットは複合材料からなる、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの炭素含有ターゲットは、少なくとも1つの金属と炭化物とを含む複合材料からなる、請求項7に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの希ガスは、アルゴンである、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
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