JPH05132754A

JPH05132754A - 炭化チタン薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPH05132754A
Application number: JP32126891A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kimura; 淳木村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に密着性に優れた炭化チタン薄膜を、
極めて薄く且つ均一な厚さで形成し、又はマスクを用い
ることなく微細なパターンで形成する方法を提供する。【構成】チタンを含む基板１上に炭素薄膜２を形成す
るか、又はチタンを含まない基板上にチタン薄膜と炭素
薄膜を形成した後、これら炭素薄膜の全面に又は局所的
に希ガス、炭素又は窒素のイオンビーム３を所定の加速
電圧で照射する炭化チタン薄膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の基板の表面に炭
化チタン薄膜を形成する方法、特に極めて薄い炭化チタ
ン薄膜又は微細なパターンを有する炭化チタン薄膜を形
成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上への炭化チタン薄膜のようなセラ
ミック薄膜の形成方法としては、真空蒸着法やイオンプ
レーテイング法等の物理的気相析出法（ＰＶＤ法）や、
プラズマＣＶＤ法等の化学的気相析出法（ＣＶＤ法）が
一般的に採用されている。

【０００３】更に、炭化チタン薄膜等と基板との密着度
を向上させるため、基板内にチタンイオンと炭素イオン
等をイオン注入した後、炭化チタン等のセラミック薄膜
を蒸着する方法（特公平3−2947号公報参照）、あるい
はアルミニウム基板上にチタンと炭素をイオン注入した
後、炭化チタンをイオンプレーテイングする方法（特開
昭64−65251号公報参照）等が提案されている。

【０００４】しかし、これら従来の方法はＰＶＤ法又は
ＣＶＤ法を基礎とするものであるから、形成される薄膜
の均一性を考慮すると、厚さ10nm（0.01μm）以下の極
めて薄い炭化チタン薄膜を形成することは非常に困難で
あった。又、前記したイオン注入法を利用する場合に
は、基板内へのイオン注入に要する加速電圧が極めて高
いので、基板内に形成される炭化チタンのイオン注入層
を含めて10nm以下の厚さの炭化チタン薄膜の形成は更に
困難であった。

【０００５】又、基板表面の一部に炭化チタン等のセラ
ミック薄膜を形成する場合には、基板表面にマスクをか
ぶせ、マスクの開口部を通してＰＶＤ法あるいはＣＶＤ
法により局所的に薄膜を形成していた。しかし、マスク
を用いる方法では、線幅100μm以下になるとパターンの
鮮明さや薄膜の密着性が低下するので、微細なパターン
を有する炭化チタン薄膜を得ることは困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、基板上に密着性に優れた炭化チタン薄膜を
形成する方法、特に炭化チタン薄膜を極めて薄くあるい
はマスクを用いずに微細なパターンで形成する方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による炭化チタン薄膜の形成方法の１つは、
チタンを含む基板上に炭素薄膜を形成し、この炭素薄膜
に希ガス、炭素又は窒素のイオンビームを照射すること
により、基板表面に炭化チタン薄膜を形成することを特
徴とする。

【０００８】又、本発明による炭化チタン薄膜の形成方
法の他の１つは、チタンを含まない基板上にチタン薄膜
を形成し、チタン薄膜上に炭素薄膜を形成した後、この
炭素薄膜に希ガス、炭素又は窒素のイオンビームを照射
することにより、基板上に炭化チタン薄膜を形成するこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記本発明方法の１つであるチタン（Ti）を含
む基板を用いる炭化チタン薄膜の形成方法を図１及び図
２により説明する。チタンを含む基板１としては、例え
ば純チタンやチタン合金あるいはTiN等のセラミックを
使用できる。このチタンを含む基板１の表面上に、通常
のＰＶＤ法又はＣＶＤ法により炭素（C）薄膜２を形成
する。その後、図１に示すように炭素薄膜２にアルゴ
ン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンの希ガス
か、炭素又は窒素のイオンビーム３を照射する。

【００１０】イオンビーム３の照射により、炭素薄膜２
の炭素がチタンを含む基板１内に浸透又は注入されてチ
タンと化学反応し、図２に示す炭化チタン（TiC）薄膜
４が基板表面に形成される。この炭化チタン薄膜４は本
来の基板１内に炭素が浸透して形成されるので、基板１
との密着性が極めて優れている。尚、照射するイオンビ
ームの加速電圧は、炭素薄膜２の炭素を基板１内に浸透
させ且つ反応させるために1kV以上が必要である。

【００１１】又、この方法では、形成される炭化チタン
薄膜４の厚さはイオンビームの加速電圧に依存し、イオ
ンビームの加速電圧が大きい程炭素の基板１内への浸透
距離が大きくなり、炭化チタン薄膜４の厚さが増大す
る。この事から、厚さ10nm以下の極めて薄い炭化チタン
薄膜４を形成する場合には、照射するイオンビームの加
速電圧を1〜5kVの範囲に制御すれば良いことが実験的に
確認された。

【００１２】次に、本発明方法の他の１つであるチタン
を含まない基板を用いる炭化チタン薄膜の形成方法を図
３により説明する。チタンを含まない基板５としては、
Tiを含まない純金属や各種合金あるいはセラミック等が
ある。このチタンを含まない基板５の表面上に、通常の
ＰＶＤ法又はＣＶＤ法により最初にチタン薄膜６を形成
し、次に炭素薄膜２を同様に形成した後、炭素薄膜２に
希ガス、炭素又は窒素のイオンビーム３を照射する。

【００１３】イオンビーム３の照射によって、炭素薄膜
２の炭素がチタン薄膜６内に浸透してチタンと化学反応
し、炭化チタン薄膜が形成される。この方法で照射する
イオンビームの加速電圧は、前記チタンを含む基板を用
いる方法の場合と同様の理由から、同じく1〜5kVの範囲
が好ましい。尚、チタン薄膜のチタンはイオンビームの
照射によっても他物質中に浸透又は注入され難いので、
上記のごとくチタン薄膜６上に炭素薄膜２を形成する必
要があり、又炭化チタン薄膜はチタンを含まない基板５
内には殆ど形成されない。

【００１４】従って、この方法においては、形成される
炭化チタン薄膜の厚さは第１にチタン薄膜６の厚さに依
存し、炭化チタン薄膜の厚さを10nm以下に形成するため
にはチタン薄膜６の厚さを10nm以下とする必要があり、
このチタン薄膜６の厚さに応じて炭素薄膜２の厚さを1
〜10nmの範囲とするのが好ましい。尚、照射するイオン
ビームの加速電圧は炭化チタン薄膜の厚さに拘らず上記
1〜5kVの範囲であって良いが、この範囲内で3kV以下と
小さくすればチタン薄膜６の厚さに拘らず10nm以下の炭
化チタン薄膜を形成可能である。しかし、この場合には
炭化チタン薄膜と基板の間に未反応のチタン薄膜が残存
することになる。

【００１５】上記両方の本発明方法において得られる炭
化チタン薄膜は、通常のＰＶＤ法やＣＶＤ法により形成
される炭化チタン薄膜よりも優れた密着性を有してい
る。従って、本発明方法で形成した炭化チタン薄膜を下
地層として利用し、その上に通常のＰＶＤ法やＣＶＤ法
により炭化チタン膜を形成すれば、密着性に優れた厚い
炭化チタン膜等を得ることが可能である。

【００１６】更に、本発明方法においては、イオンビー
ムを細く絞り、炭素薄膜に局所的に照射することによ
り、例えば炭素薄膜の一部の所定箇所にのみスポット照
射し又は走査することにより、基板表面又は基板上の一
部分にのみ炭化チタン薄膜を形成することが出来る。こ
の方法によれば、マスクを用いずに炭化チタン薄膜を形
成できるので、線幅100μm以下のパターンでも鮮明に描
くことが可能であり、しかも基板に対する炭化チタン薄
膜の密着性にも優れている。基板上に残った炭素薄膜及
びチタン薄膜は選択的エッチング等により除去できるの
で、基板上に所定パターンの炭化チタン薄膜のみを残す
ことも可能である。

【００１７】尚、イオンビーム発生装置の方式について
は、カフマン型、フリーマン型、バケット型等のいずれ
であっても、上記の加速電圧が得られる方式であれば良
い。又、炭素薄膜及びチタン薄膜の形成方法は、従来公
知のＰＶＤ法又はＣＶＤ法を用いることが出来る。

【００１８】

【実施例１】大きさが縦10mm×横10mm×厚さ1mmの99.9
％Ti板を基板とし、この基板上に真空蒸着法により厚さ
約5nmの炭素薄膜を蒸着した。次に、基板上の炭素薄膜
の全面に加速電圧4kVのArイオンビームを30分間照射し
た。この30分間のイオンビームの照射に際して、照射時
間5分毎にＸ線光電子分光分析を行ってTi 2p光電子スペ
クトルとC 1s光電子スペクトルの変化を測定した。

【００１９】上記分析結果から得られたTi 2p光電子ス
ペクトルを図４に、及びC 1s光電子スペクトルを図５に
示した。Ｘ線光電子分光分析によれば、TiC結合したTi
2p光電子は454.7eVの結合エネルギーを持つこと、及びT
iC結合したC 1s光電子は281.3eVの結合エネルギーを持
つことが公知である。従って、図４及び図５から、イオ
ンビームの照射時間が増えるに従って、TiC結合を示す
結合エネルギーのピークが高くなり、TiとCとが結合し
てTiCの生成が増えて行くことが分かる。

【００２０】上記の30分のイオンビーム照射の結果、上
記Tiを含む基板表面には全面にTiC薄膜が形成され、そ
の厚さは約5nmと極めて薄く且つ全体的に均一であっ
た。

【００２１】

【実施例２】実施例１と同じ大きさのTiを含まないステ
ンレス板を基板とし、この基板上に真空蒸着法により厚
さ約5nmのチタン薄膜を蒸着し、更にこのチタン薄膜上
に厚さ約5nmの炭素薄膜を蒸着した。その後、Arイオン
ビームを光束の直径10μmに絞り、上記炭素薄膜上を走
査させながら加速電圧4kVで照射した。照射時間は走査
による累積時間で10分間とした。

【００２２】その結果、上記基板上に厚さ約5nmの炭化
チタン薄膜が、線幅約50μmの微細なパターンで形成さ
れた。尚、基板上の炭化チタン薄膜の周囲に残った炭素
薄膜は有機溶剤を含んだ脱脂綿で拭き取ることにより、
又チタン薄膜は塩酸を用いた選択性エッチングにより除
去することができるが、この場合は炭素薄膜が非常に薄
いので下地のチタン薄膜を塩酸でエッチングすれば同時
に炭素薄膜も除去することが出来る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に密着性に優れ
た炭化チタン薄膜を、極めて薄く且つ均一な厚さで形成
したり、又はマスクを用いることなく微細なパターンで
形成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の１つを説明するための、イオンビ
ーム照射状態での炭素薄膜を備えたチタンを含む基板の
断面図である。

【図２】本発明方法の１つによりチタンを含む基板に形
成された炭化チタン薄膜の断面図である。

【図３】本発明方法の他の１つを説明するための、イオ
ンビーム照射状態での炭素薄膜とチタン薄膜を備えたチ
タンを含まない基板の断面図である。

【図４】チタンを含む基板上の炭素薄膜にイオンビーム
を照射した際の、照射時間毎におけるTi 2p光電子スペ
クトルを示すグラフである。

【図５】チタンを含む基板上の炭素薄膜にイオンビーム
を照射した際の、照射時間毎におけるC 1s光電子スペク
トルを示すグラフである。

【符号の説明】

１チタンを含む基板２炭素薄膜３イオンビーム４炭化チタン薄膜５チタンを含まない基板６チタン薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタンを含む基板上に炭素薄膜を形成
し、この炭素薄膜に希ガス、炭素又は窒素のイオンビー
ムを照射することにより、基板表面に炭化チタン薄膜を
形成することを特徴とする炭化チタン薄膜の形成方法。
【請求項２】イオンビームの加速電圧を1〜5kVの範囲
に制御することにより、厚さ10nm以下のチタン薄膜を形
成することを特徴とする、請求項１に記載の炭化チタン
薄膜の形成方法。
【請求項３】チタンを含まない基板上にチタン薄膜を
形成し、チタン薄膜上に炭素薄膜を形成した後、この炭
素薄膜に希ガス、炭素又は窒素のイオンビームを照射す
ることにより、基板上に炭化チタン薄膜を形成すること
を特徴とする炭化チタン薄膜の形成方法。
【請求項４】チタン薄膜の厚さを10nm以下及び炭素薄
膜の厚さを1〜10nmの範囲とすることにより、厚さ10nm
以下のチタン薄膜を形成することを特徴とする、請求項
３に記載の炭化チタン薄膜の形成方法。
【請求項５】イオンビームを炭素薄膜に局所的に照射
することにより、基板表面又は基板上の一部分にのみ炭
化チタン薄膜を形成することを特徴とする、請求項１な
いし４のいずれかに記載の炭化チタン薄膜の形成方法。