JPH05287538A - 窒化物被膜の形成方法 - Google Patents
窒化物被膜の形成方法Info
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- JPH05287538A JPH05287538A JP8858792A JP8858792A JPH05287538A JP H05287538 A JPH05287538 A JP H05287538A JP 8858792 A JP8858792 A JP 8858792A JP 8858792 A JP8858792 A JP 8858792A JP H05287538 A JPH05287538 A JP H05287538A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】プラズマＣＶＤ法による基材表面への均一厚さ
の窒化物被膜の形成を可能にした方法を提供しようとす
るものである。 【構成】プラズマＣＶＤ法により基材１３上に窒化物被
膜を形成する方法において、予め前記基材１３と同様な
形状および表面積を有する試験用基材を電極２上に設置
し、一定圧力下の原料ガス雰囲気中でプラズマを発生さ
せ、前記プラズマへの供給電圧と前記試験用基材に流れ
る電流値との関係から得られる変化点の電圧Ｖs を求
め、成膜に際してのプラズマへの供給電圧ＶをＶ≦１．
２５Ｖs とし、他の条件を前記関係を求めた時と実質的
に同一にすること特徴としている。
の窒化物被膜の形成を可能にした方法を提供しようとす
るものである。 【構成】プラズマＣＶＤ法により基材１３上に窒化物被
膜を形成する方法において、予め前記基材１３と同様な
形状および表面積を有する試験用基材を電極２上に設置
し、一定圧力下の原料ガス雰囲気中でプラズマを発生さ
せ、前記プラズマへの供給電圧と前記試験用基材に流れ
る電流値との関係から得られる変化点の電圧Ｖs を求
め、成膜に際してのプラズマへの供給電圧ＶをＶ≦１．
２５Ｖs とし、他の条件を前記関係を求めた時と実質的
に同一にすること特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法によ
り窒化物被膜を形成する方法に関するものである。
り窒化物被膜を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種の低温プラズマを用いた被膜の形成
方法、例えばイオンプレ―ティング法等の物理的気相成
長法（ＰＶＤ法）では、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
と比較して低温において窒化チタン被膜などの窒化物被
膜を形成することが可能である。しかしながら、ＰＶＤ
法では立体形状基材に対する被膜の付き回り性が低いと
いう問題があった。特に、大型の複雑立体形状基材では
前記付き回り性の低下が顕著となるため、実質的にＰＶ
Ｄ法を適用することは困難であった。
方法、例えばイオンプレ―ティング法等の物理的気相成
長法（ＰＶＤ法）では、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）
と比較して低温において窒化チタン被膜などの窒化物被
膜を形成することが可能である。しかしながら、ＰＶＤ
法では立体形状基材に対する被膜の付き回り性が低いと
いう問題があった。特に、大型の複雑立体形状基材では
前記付き回り性の低下が顕著となるため、実質的にＰＶ
Ｄ法を適用することは困難であった。
【０００３】そこで、ＣＶＤ法の良好な付き回り性とＰ
ＶＤ法の低温での被膜形成という両者の長所を兼ね備え
たプラズマＣＶＤ法が開発されつつある。このプラズマ
ＣＶＤ法は、原料ガスの化学反応に必要な熱エネルギ―
の一部又は全部をプラズマによる電気エネルギ―で代替
することによって低温での被膜形成を可能としたもので
ある。かかるプラズマＣＶＤ法では、真空チャンバ内の
原料ガスをノズルを通して供給し、前記チャンバ内に配
置した立体形状基材に直流または高周波を印加してグロ
ー放電を起こさせてプラズマを発生させる。この時、前
記チャンバ内に供給された原料ガスはプラズマ中を通過
する際にイオン、ラジカル、原子、分子などの活性な励
起種となる。これらの励起種は、低温で反応が進行する
ため、前記立体形状基材上に低温で薄膜を形成すること
が可能となると考えられる。従って、プラズマＣＶＤ法
では立体基体上に付き回り性が良好な薄膜を低温で形成
することが可能となる。
ＶＤ法の低温での被膜形成という両者の長所を兼ね備え
たプラズマＣＶＤ法が開発されつつある。このプラズマ
ＣＶＤ法は、原料ガスの化学反応に必要な熱エネルギ―
の一部又は全部をプラズマによる電気エネルギ―で代替
することによって低温での被膜形成を可能としたもので
ある。かかるプラズマＣＶＤ法では、真空チャンバ内の
原料ガスをノズルを通して供給し、前記チャンバ内に配
置した立体形状基材に直流または高周波を印加してグロ
ー放電を起こさせてプラズマを発生させる。この時、前
記チャンバ内に供給された原料ガスはプラズマ中を通過
する際にイオン、ラジカル、原子、分子などの活性な励
起種となる。これらの励起種は、低温で反応が進行する
ため、前記立体形状基材上に低温で薄膜を形成すること
が可能となると考えられる。従って、プラズマＣＶＤ法
では立体基体上に付き回り性が良好な薄膜を低温で形成
することが可能となる。
【０００４】ところで、従来、プラズマＣＶＤ法により
基材に均一な厚さの窒化チタン被膜などの窒化物被膜を
形成するには、多くの成膜パラメータを変化させて成膜
実験を行い、形成された被膜の特性を調査することによ
って最適な成膜条件を設定するという経験的な手法が採
用されていた。
基材に均一な厚さの窒化チタン被膜などの窒化物被膜を
形成するには、多くの成膜パラメータを変化させて成膜
実験を行い、形成された被膜の特性を調査することによ
って最適な成膜条件を設定するという経験的な手法が採
用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記経
験的な手法は最適な成膜条件を見出すのに多くの時間、
費用、努力を必要とする。さらに、成膜する基材の形状
が変わればその都度実験を行わなければならないため、
容易に最適条件を見出だすことができない。したがっ
て、このようなことがプラズマＣＶＤ法の工業化への発
展の妨げてなっている。
験的な手法は最適な成膜条件を見出すのに多くの時間、
費用、努力を必要とする。さらに、成膜する基材の形状
が変わればその都度実験を行わなければならないため、
容易に最適条件を見出だすことができない。したがっ
て、このようなことがプラズマＣＶＤ法の工業化への発
展の妨げてなっている。
【０００６】本発明は、前記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、如何なる形状の基材に対しても最
適なプラズマへの供給電力を容易に見い出す方法を開発
することにより、プラズマＣＶＤ法による基材表面への
均一厚さの窒化物被膜の形成を可能にした方法を提供し
ようとするものである。
めになされたもので、如何なる形状の基材に対しても最
適なプラズマへの供給電力を容易に見い出す方法を開発
することにより、プラズマＣＶＤ法による基材表面への
均一厚さの窒化物被膜の形成を可能にした方法を提供し
ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマＣＶ
Ｄ法により基材上に窒化物被膜を形成する方法におい
て、予め試験用基材を電極上に設置し、一定圧力下の原
料ガス雰囲気中でプラズマを発生させ、前記プラズマへ
の供給電圧と前記試験用基材に流れる電流値との関係か
ら得られる変化点の電圧Ｖs を求め、成膜に際してのプ
ラズマへの供給電圧ＶをＶ≦１．２５Ｖs とし、他の条
件を前記関係を求めた時と実質的に同一にすることを特
徴とする窒化物被膜の形成方法である。前記試験用基材
は、実際の成膜時に使用される基材と同様な形状および
表面積を有するものを用いることが望ましい。
Ｄ法により基材上に窒化物被膜を形成する方法におい
て、予め試験用基材を電極上に設置し、一定圧力下の原
料ガス雰囲気中でプラズマを発生させ、前記プラズマへ
の供給電圧と前記試験用基材に流れる電流値との関係か
ら得られる変化点の電圧Ｖs を求め、成膜に際してのプ
ラズマへの供給電圧ＶをＶ≦１．２５Ｖs とし、他の条
件を前記関係を求めた時と実質的に同一にすることを特
徴とする窒化物被膜の形成方法である。前記試験用基材
は、実際の成膜時に使用される基材と同様な形状および
表面積を有するものを用いることが望ましい。
【０００８】本発明に係わる窒化物被膜の形成方法にお
いて、最適なプラズマへの供給電圧値ＶはＶ≦１．２５
Ｖs であり、好ましくは０．９Ｖs ≦Ｖ≦Ｖs の範囲に
することが望ましい。ここで、供給電圧値Ｖを０．９Ｖ
s 未満にすると反応に必要な活性な窒素源の供給量が低
下し、またハロゲン金属ガスと水素ガスの励起、分解、
イオン化なども抑制されるため、優れた特性を有する窒
化物被膜を形成することが困難になる。例えば、窒化物
被膜中の窒素原子比が化学量論組成より低くなり、色調
が悪化したり、被膜の基材に対する密着性や硬度も低下
する。一方、供給電圧値ＶがＶs を超えると、反応に必
要なプラズマ密度が過剰になり、前駆体形成状態が急激
に悪化し、均一気相反応の発生による微粉末形成が起こ
る。その結果、前記微粉末が被膜に付着して被膜の耐食
性が非常に劣化する等の被膜特性を著しく低下させ、さ
らに被膜の均一性も非常に低下する恐れがある。
いて、最適なプラズマへの供給電圧値ＶはＶ≦１．２５
Ｖs であり、好ましくは０．９Ｖs ≦Ｖ≦Ｖs の範囲に
することが望ましい。ここで、供給電圧値Ｖを０．９Ｖ
s 未満にすると反応に必要な活性な窒素源の供給量が低
下し、またハロゲン金属ガスと水素ガスの励起、分解、
イオン化なども抑制されるため、優れた特性を有する窒
化物被膜を形成することが困難になる。例えば、窒化物
被膜中の窒素原子比が化学量論組成より低くなり、色調
が悪化したり、被膜の基材に対する密着性や硬度も低下
する。一方、供給電圧値ＶがＶs を超えると、反応に必
要なプラズマ密度が過剰になり、前駆体形成状態が急激
に悪化し、均一気相反応の発生による微粉末形成が起こ
る。その結果、前記微粉末が被膜に付着して被膜の耐食
性が非常に劣化する等の被膜特性を著しく低下させ、さ
らに被膜の均一性も非常に低下する恐れがある。
【０００９】本発明に係わる窒化物被膜の形成方法は、
前記関係から得られる電圧範囲（Ｖ≦１．２５Ｖs ）に
おいて電流密度を制御し、他の条件を前記関係を求めた
時と実質的に同一にして成膜を行うことを許容する。
前記関係から得られる電圧範囲（Ｖ≦１．２５Ｖs ）に
おいて電流密度を制御し、他の条件を前記関係を求めた
時と実質的に同一にして成膜を行うことを許容する。
【００１０】
【作用】本発明者らは、以下に説明する知見により平面
基材から大型立体基材まで厚さ分布が均一な良好な特性
を有する窒化物被膜形成できる方法を発明した。
基材から大型立体基材まで厚さ分布が均一な良好な特性
を有する窒化物被膜形成できる方法を発明した。
【００１１】すなわち、本発明者らは窒化物被膜形成機
構の研究および成膜特性の各種パラメータ依存性の研究
の結果、プラズマ空間、特に基材表面近傍のシース部に
おいて原料ガスが分解してイオン化される反応を経て成
膜種となる反応過程で、前記基材に流れる電流密度が前
記反応に重要な役割を果たすことが明らかになった。こ
れをＴｉＮ被膜形成反応を例にして説明する。
構の研究および成膜特性の各種パラメータ依存性の研究
の結果、プラズマ空間、特に基材表面近傍のシース部に
おいて原料ガスが分解してイオン化される反応を経て成
膜種となる反応過程で、前記基材に流れる電流密度が前
記反応に重要な役割を果たすことが明らかになった。こ
れをＴｉＮ被膜形成反応を例にして説明する。
【００１２】図１は、Ｈ2 −Ｎ2 系、Ｈ2 −Ｎ2 −Ｔｉ
Ｃｌ4 系の混合ガスを用いたプラズマのＶ−Ｉ特性を示
す。所定流量のＨ2 ガスおよびＮ2 ガス、またはＨ2 ガ
ス、Ｎ2 ガスおよびＴｉＣｌ4 ガスをプラズマＣＶＤ反
応槽に供給し、一定圧力とした後、プラズマへの印加電
力を徐々に増加させ、基材に流れる電流値の印加電圧依
存性を測定する。この際、前記基材表面積および形状、
反応層内の圧力等の他の条件は実際の成膜時と同様にす
る。前記測定を行うと、Ｈ2 −Ｎ2 系ガスではプラズマ
への印加電圧の増加に伴って前記基材に流れる電流値は
線形的に上昇する。一方、Ｈ2 −Ｎ2 −ＴｉＣｌ4 系ガ
スではプラズマへの印加電圧を増加させると基材に流れ
る電流値はほぼ直線的に徐々に増加し、ある電圧を越え
ると電流値の増加の割合が急激に増す。このため、電流
特性に連続性を欠いた変化点が現われ、前記変化点の電
圧Ｖs が以下に述べる理由によりその成膜条件における
最適な供給電力値になる。
Ｃｌ4 系の混合ガスを用いたプラズマのＶ−Ｉ特性を示
す。所定流量のＨ2 ガスおよびＮ2 ガス、またはＨ2 ガ
ス、Ｎ2 ガスおよびＴｉＣｌ4 ガスをプラズマＣＶＤ反
応槽に供給し、一定圧力とした後、プラズマへの印加電
力を徐々に増加させ、基材に流れる電流値の印加電圧依
存性を測定する。この際、前記基材表面積および形状、
反応層内の圧力等の他の条件は実際の成膜時と同様にす
る。前記測定を行うと、Ｈ2 −Ｎ2 系ガスではプラズマ
への印加電圧の増加に伴って前記基材に流れる電流値は
線形的に上昇する。一方、Ｈ2 −Ｎ2 −ＴｉＣｌ4 系ガ
スではプラズマへの印加電圧を増加させると基材に流れ
る電流値はほぼ直線的に徐々に増加し、ある電圧を越え
ると電流値の増加の割合が急激に増す。このため、電流
特性に連続性を欠いた変化点が現われ、前記変化点の電
圧Ｖs が以下に述べる理由によりその成膜条件における
最適な供給電力値になる。
【００１３】原料ガスは、プラズマ中に供給されると、
特にプラズマシース部において容易に分解されてイオ
ン、ラジカル、原子、分子などの活性なプラズマ種に変
化する。Ｈ2 −Ｎ2 系ガスの場合には、プラズマ中でＮ
2 分子がイオン化されてＮ2 + イオンになり、Ｈ2 分子
は励起されるか解離してＨ原子になり、その両者の一部
はイオン−ラジカル反応によりＮＨラジカルを合成する
ことが知られている。これらのプラズマ種は、供給する
印加電圧の増加に伴い連続的に増加する。
特にプラズマシース部において容易に分解されてイオ
ン、ラジカル、原子、分子などの活性なプラズマ種に変
化する。Ｈ2 −Ｎ2 系ガスの場合には、プラズマ中でＮ
2 分子がイオン化されてＮ2 + イオンになり、Ｈ2 分子
は励起されるか解離してＨ原子になり、その両者の一部
はイオン−ラジカル反応によりＮＨラジカルを合成する
ことが知られている。これらのプラズマ種は、供給する
印加電圧の増加に伴い連続的に増加する。
【００１４】一方、Ｈ2 −Ｎ2 −ＴｉＣｌ4 系ガスの場
合には発光分光分析を用いたプラズマ診断による研究の
結果、ＴｉＮ被膜形成プロセスにおいてＴｉ+ イオンと
ＮＨラジカルが重要な役割を有するプラズマ種であるこ
とが推定された。さらに、前記プラズマ種が直接または
間接的に反応してＴｉＮ前駆体を形成し、それが基材表
面で反応してＴｉＮ被膜が形成されることを見出した。
前記変化点の電圧Ｖs以下の印加電圧では、前記前駆体
の形成によってＮＨラジカルが消費され、イオン−ラジ
カル反応の平衡がＮＨラジカルの合成反応側へと移行す
る。これにより、Ｎ2 + イオンが減少し、結果としてプ
ラズマのイオン密度が低下し、電流値の増加割合を抑制
する。逆に、前記変化点の電圧Ｖs 以上の印加電圧で
は、前記前駆体合成に必要以上のＮＨラジカルが形成さ
れ、反応は平衡に戻る。したがって、イオン密度は増加
し、急激に電流値が増加する。
合には発光分光分析を用いたプラズマ診断による研究の
結果、ＴｉＮ被膜形成プロセスにおいてＴｉ+ イオンと
ＮＨラジカルが重要な役割を有するプラズマ種であるこ
とが推定された。さらに、前記プラズマ種が直接または
間接的に反応してＴｉＮ前駆体を形成し、それが基材表
面で反応してＴｉＮ被膜が形成されることを見出した。
前記変化点の電圧Ｖs以下の印加電圧では、前記前駆体
の形成によってＮＨラジカルが消費され、イオン−ラジ
カル反応の平衡がＮＨラジカルの合成反応側へと移行す
る。これにより、Ｎ2 + イオンが減少し、結果としてプ
ラズマのイオン密度が低下し、電流値の増加割合を抑制
する。逆に、前記変化点の電圧Ｖs 以上の印加電圧で
は、前記前駆体合成に必要以上のＮＨラジカルが形成さ
れ、反応は平衡に戻る。したがって、イオン密度は増加
し、急激に電流値が増加する。
【００１５】このようなことが、前述した図１のプラズ
マのＶ−Ｉ特性に示す結果になり、最適な前駆体を形成
するプラズマ状態を得ることが最適なＴｉＮ被膜を形成
し得る成膜条件であることが推定された。最適な前駆体
形成状態とは、特に基材表面近傍のプラズマ空間に存在
するＴｉ+ イオンと各々存在するプラズマ種のそれぞれ
の形成量、つまりイオン密度が最適化される状態であ
り、その最適値が本発明によって求めなれた前記Ｖs 点
の電圧であり、その電流値（基材に流れる電流密度）で
ある。
マのＶ−Ｉ特性に示す結果になり、最適な前駆体を形成
するプラズマ状態を得ることが最適なＴｉＮ被膜を形成
し得る成膜条件であることが推定された。最適な前駆体
形成状態とは、特に基材表面近傍のプラズマ空間に存在
するＴｉ+ イオンと各々存在するプラズマ種のそれぞれ
の形成量、つまりイオン密度が最適化される状態であ
り、その最適値が本発明によって求めなれた前記Ｖs 点
の電圧であり、その電流値（基材に流れる電流密度）で
ある。
【００１６】また、最適な前駆体形成状態は成膜パラメ
ータを変化させると、プラズマ種のイオン密度が変化
し、結果として成膜特性を大きく変化させる。したがっ
て、前述したように予めＶ−Ｉ特性を調査し、前記Ｖs
点を求めることによって、如可なる成膜条件においても
容易に最適なプラズマへの供給電力値を設定することが
でき、ひいては窒化物被膜形成の制御性、再現性を向上
でき、応用性も大きく拡大させることができる。
ータを変化させると、プラズマ種のイオン密度が変化
し、結果として成膜特性を大きく変化させる。したがっ
て、前述したように予めＶ−Ｉ特性を調査し、前記Ｖs
点を求めることによって、如可なる成膜条件においても
容易に最適なプラズマへの供給電力値を設定することが
でき、ひいては窒化物被膜形成の制御性、再現性を向上
でき、応用性も大きく拡大させることができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図２を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
【００１８】図２は、本実施例で使用した直流プラズマ
ＣＶＤ装置を示す概略図である。図中の１は、真空チャ
ンバである。この真空チャンバ１内の下部には、回転機
構を有する直流電極２が設置されている。前記直流電極
２には、直流電源３が接続されている。前記真空チャン
バ１の下部付近には、排気管４が設けられている。前記
排気管４には、前記真空チャンバ１側から圧力調節バル
ブ５、真空ポンプ６が順次連結されている。
ＣＶＤ装置を示す概略図である。図中の１は、真空チャ
ンバである。この真空チャンバ１内の下部には、回転機
構を有する直流電極２が設置されている。前記直流電極
２には、直流電源３が接続されている。前記真空チャン
バ１の下部付近には、排気管４が設けられている。前記
排気管４には、前記真空チャンバ１側から圧力調節バル
ブ５、真空ポンプ６が順次連結されている。
【００１９】前記真空チャンバ１の外壁には、前記直流
電極２上に設置される大型立体形状基材を均一に加熱す
るための加熱ヒータ７が設けられている。前記真空チャ
ンバ１の側壁には、例えば４本のガス供給ノズル８が設
けられ、前記ガス供給ノズル８から供給された原料ガス
は前記直流電極２上に設置される大型立体形状基材全体
に吹き付けられるようになっている。前記各ガス供給ノ
ズル８の他端は、前記真空チャンバ１の側壁を貫通して
外部に延出され、ガス導入管９に連結されている。前記
ガス導入管９には、４本のガス分岐管１０が接続されて
いる。前記各ガス分岐管には、それぞれマスフローコン
トローラ１１がそれぞれ介装されている。前記各マスフ
ローコントローラ１１には、水素（Ｈ2 ）ガス、四塩化
チタン（ＴｉＣｌ4 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモ
ニア（ＮＨ3 の供給ラインがそれぞれ接続されている。
前記真空チャンバ１の側壁には、石英ガラス製の窓１２
が配置されている。 実施例 前述した直流プラズマＣＶＤ装置を用いて薄膜形成方法
を説明する。
電極２上に設置される大型立体形状基材を均一に加熱す
るための加熱ヒータ７が設けられている。前記真空チャ
ンバ１の側壁には、例えば４本のガス供給ノズル８が設
けられ、前記ガス供給ノズル８から供給された原料ガス
は前記直流電極２上に設置される大型立体形状基材全体
に吹き付けられるようになっている。前記各ガス供給ノ
ズル８の他端は、前記真空チャンバ１の側壁を貫通して
外部に延出され、ガス導入管９に連結されている。前記
ガス導入管９には、４本のガス分岐管１０が接続されて
いる。前記各ガス分岐管には、それぞれマスフローコン
トローラ１１がそれぞれ介装されている。前記各マスフ
ローコントローラ１１には、水素（Ｈ2 ）ガス、四塩化
チタン（ＴｉＣｌ4 ）ガス、窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモ
ニア（ＮＨ3 の供給ラインがそれぞれ接続されている。
前記真空チャンバ１の側壁には、石英ガラス製の窓１２
が配置されている。 実施例 前述した直流プラズマＣＶＤ装置を用いて薄膜形成方法
を説明する。
【００２０】まず、真空チャンバ１内の直流電極２上に
総表面積１１２００ｃｍ2 を有する４００×４００×６
００ｍｍの大型立体形状基材１３を設置した。つづい
て、真空ポンプ６を作動して排気管４を通して前記真空
チャンバ１内のガスを排気した。ひきつづき、マスフロ
ーコントローラ１１で流量調整された２０００ｓｃｃｍ
のＨ2 ガスをガス供給ノズル８から前記チャンバ１内に
供給した状態で外部ヒータ７により前記基材１３を５０
０℃まで昇温した。昇温後、直流電極２にＤＣ電源３か
ら−３００Ｖ〜−３０００Ｖまで徐々に直流電圧を印加
し、前記チャンバ１内にプラズマを発生させて前記チャ
ンバ１内面、前記電極２表面を３０分間清浄化した。
総表面積１１２００ｃｍ2 を有する４００×４００×６
００ｍｍの大型立体形状基材１３を設置した。つづい
て、真空ポンプ６を作動して排気管４を通して前記真空
チャンバ１内のガスを排気した。ひきつづき、マスフロ
ーコントローラ１１で流量調整された２０００ｓｃｃｍ
のＨ2 ガスをガス供給ノズル８から前記チャンバ１内に
供給した状態で外部ヒータ７により前記基材１３を５０
０℃まで昇温した。昇温後、直流電極２にＤＣ電源３か
ら−３００Ｖ〜−３０００Ｖまで徐々に直流電圧を印加
し、前記チャンバ１内にプラズマを発生させて前記チャ
ンバ１内面、前記電極２表面を３０分間清浄化した。
【００２１】次いで、印加電圧を−３００Ｖに降下さ
せ、マスフローコントローラ１１で流量調整された５０
０ｓｃｃｍのＮ2 ガスおよび８００ｓｃｃｍのＨ2 ガス
からなる混合ガスを、各ガス供給ノズル８を通して前記
チャンバ１内に供給し、前記チャンバ１内の圧力を圧力
調節バルブ５により０．４３Ｔｏｒｒに設定し、３０分
間保持した。つづいて、マスフローコントローラ１１で
流量調整された１５０ｓｃｃｍのＴｉＣｌ4 ガスをガス
供給ノズル８を通して前記チャンバ１内に供給し、−３
００〜−５０Ｖの範囲内で印加電圧を増加させた。
せ、マスフローコントローラ１１で流量調整された５０
０ｓｃｃｍのＮ2 ガスおよび８００ｓｃｃｍのＨ2 ガス
からなる混合ガスを、各ガス供給ノズル８を通して前記
チャンバ１内に供給し、前記チャンバ１内の圧力を圧力
調節バルブ５により０．４３Ｔｏｒｒに設定し、３０分
間保持した。つづいて、マスフローコントローラ１１で
流量調整された１５０ｓｃｃｍのＴｉＣｌ4 ガスをガス
供給ノズル８を通して前記チャンバ１内に供給し、−３
００〜−５０Ｖの範囲内で印加電圧を増加させた。
【００２２】以上の予備実験の結果から図１に示すＶ−
Ｉ特性を得た。図１から得られたＶs 点となるＤＣ電圧
を−１５００Ｖ（１．６Ａ）とした。そして、−１５０
０ＶのＤＣ電圧が前記ＤＣ電源３から前記電極２に供給
されるようにプラズマへの供給電力を制御し、マスフロ
ーコントローラ１１で流量調整された１５０ｓｃｃｍの
ＴｉＣｌ4 ガスをガス供給ノズル８を通して前記チャン
バ１内に供給し、その他の条件を前記予備実験の際と同
様にしてＳＫＨ５１基材の表面にＴｉＮ被膜を形成し
た。
Ｉ特性を得た。図１から得られたＶs 点となるＤＣ電圧
を−１５００Ｖ（１．６Ａ）とした。そして、−１５０
０ＶのＤＣ電圧が前記ＤＣ電源３から前記電極２に供給
されるようにプラズマへの供給電力を制御し、マスフロ
ーコントローラ１１で流量調整された１５０ｓｃｃｍの
ＴｉＣｌ4 ガスをガス供給ノズル８を通して前記チャン
バ１内に供給し、その他の条件を前記予備実験の際と同
様にしてＳＫＨ５１基材の表面にＴｉＮ被膜を形成し
た。
【００２３】図３は、前記条件でのＴｉＮの成膜速度と
膜厚分布の印加電圧依存性を示したもので、実線は膜厚
速度を、点線は膜厚分布をそれぞれ示す。なお、図３中
の膜厚分布指数（Ｄｉ）は下記式から求めた。 Ｄｉ＝［（平均膜厚から最大変位値−平均膜厚値）の絶
対値］／平均膜厚×１００（％）
膜厚分布の印加電圧依存性を示したもので、実線は膜厚
速度を、点線は膜厚分布をそれぞれ示す。なお、図３中
の膜厚分布指数（Ｄｉ）は下記式から求めた。 Ｄｉ＝［（平均膜厚から最大変位値−平均膜厚値）の絶
対値］／平均膜厚×１００（％）
【００２４】前記条件（ＤＣ電圧；−１５００Ｖ）での
プラズマへの供給電力により成膜されたＴｉＮ被膜は、
ＴｉＮ被膜特有の金色（Ｇ）を呈しており、均一な膜厚
分布を有することがわかった。また、前記ＴｉＮ被膜の
マイクロビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上、また被
膜のＮ／Ｔｉ原子比は１に近似した値で優れた特性を有
することがわかった。 比較例
プラズマへの供給電力により成膜されたＴｉＮ被膜は、
ＴｉＮ被膜特有の金色（Ｇ）を呈しており、均一な膜厚
分布を有することがわかった。また、前記ＴｉＮ被膜の
マイクロビッカース硬度は、２０００Ｈｖ以上、また被
膜のＮ／Ｔｉ原子比は１に近似した値で優れた特性を有
することがわかった。 比較例
【００２５】最適電圧−１５００Ｖを中心に、ＤＣ電圧
を−７５０Ｖ〜−２７５０Ｖまでの間で−２５０Ｖ単位
で変化させた時のＴｉＮの成膜速度と膜厚分布の印加電
圧依存性を前述した図３に示す。
を−７５０Ｖ〜−２７５０Ｖまでの間で−２５０Ｖ単位
で変化させた時のＴｉＮの成膜速度と膜厚分布の印加電
圧依存性を前述した図３に示す。
【００２６】図３から明らかなように最適電圧（−１５
００Ｖ）以下の条件で形成された被膜は、白金色（Ｗ
Ｇ）を呈し、膜厚分布の悪化および成膜速度が低下す
る。また、硬度が低く、ＴｉＮ結晶の他にＴｉ2 Ｎ結晶
が含まれていることがＸ線回折により検出された。
００Ｖ）以下の条件で形成された被膜は、白金色（Ｗ
Ｇ）を呈し、膜厚分布の悪化および成膜速度が低下す
る。また、硬度が低く、ＴｉＮ結晶の他にＴｉ2 Ｎ結晶
が含まれていることがＸ線回折により検出された。
【００２７】一方、最適電圧（−１５００Ｖ）以上の条
件で形成された被膜は薄い赤茶色（ＲＧ）を呈し、成膜
速度が速いものの、膜厚分布が著しく大きくなる。すな
わち、印加電圧の増加に伴って成膜条件領域はＷＧ→Ｇ
→ＲＧになる。成膜速度は、直線的に増加し、前記ＲＧ
領域で最大値を示す。Ｄｉ値は、前記Ｇ領域において最
も小さくなる。
件で形成された被膜は薄い赤茶色（ＲＧ）を呈し、成膜
速度が速いものの、膜厚分布が著しく大きくなる。すな
わち、印加電圧の増加に伴って成膜条件領域はＷＧ→Ｇ
→ＲＧになる。成膜速度は、直線的に増加し、前記ＲＧ
領域で最大値を示す。Ｄｉ値は、前記Ｇ領域において最
も小さくなる。
【００２８】以上の実施例および比較例の結果から、図
１のＶ−Ｉ特性から得られた変化点の電圧Ｖs において
均一厚さで硬度等の良好な特性を有するＴｉＮ被膜を形
成することができる。従来、プラズマへの供給電力の最
適値は印加電圧を低電圧から高電圧にかけて細かく実験
を行い、それら各々の条件での被膜特性を測定すること
によって求めていた。したがって、最適供給電圧を決定
するには多くの時間と労力が必要であった。
１のＶ−Ｉ特性から得られた変化点の電圧Ｖs において
均一厚さで硬度等の良好な特性を有するＴｉＮ被膜を形
成することができる。従来、プラズマへの供給電力の最
適値は印加電圧を低電圧から高電圧にかけて細かく実験
を行い、それら各々の条件での被膜特性を測定すること
によって求めていた。したがって、最適供給電圧を決定
するには多くの時間と労力が必要であった。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によればプラ
ズマＣＶＤ法により金属窒化物被膜を形成する際、被膜
形成に最適なプラズマへの供給電力値を容易に見出すこ
とができ、均一厚さで硬度、色調などの特性が優れた窒
化物被膜を再現性よく形成できる等顕著な効果を奏す
る。
ズマＣＶＤ法により金属窒化物被膜を形成する際、被膜
形成に最適なプラズマへの供給電力値を容易に見出すこ
とができ、均一厚さで硬度、色調などの特性が優れた窒
化物被膜を再現性よく形成できる等顕著な効果を奏す
る。
【図１】本発明の実施例において測定された基材に流れ
る電流値と印加電圧との関係を示す特性図。
る電流値と印加電圧との関係を示す特性図。
【図２】本発明の実施例で使用した直流プラズマＣＶＤ
装置を示す概略図。
装置を示す概略図。
【図３】成膜速度および膜厚分布指数（Ｄｉ）の直流電
圧依存性を示す特性図。
圧依存性を示す特性図。
１…真空チャンバ、２…直流電極、４…排気管、８…ガ
ス供給ノズル、１３…基材。
ス供給ノズル、１３…基材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 英彦 東京都港区西新橋１丁目７番２号 株式会 社ライムズ内 (72)発明者 小林 邦明 東京都港区西新橋１丁目７番２号 株式会 社ライムズ内
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ法により基材上に窒化物
被膜を形成する方法において、予め試験用基材を電極上
に設置し、一定圧力下の原料ガス雰囲気中でプラズマを
発生させ、前記プラズマへの供給電圧と前記試験用基材
に流れる電流値との関係から得られる変化点の電圧Ｖs
を求め、成膜に際してのプラズマへの供給電圧ＶをＶ≦
１．２５Ｖs とし、他の条件を前記関係を求めた時と実
質的に同一にすることを特徴とする窒化物被膜の形成方
法。 - 【請求項２】 前記関係から得られる電圧範囲（Ｖ≦
１．２５Ｖs ）において電流密度を制御し、他の条件を
前記関係を求めた時と実質的に同一にして成膜を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化物被膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8858792A JPH086182B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 窒化物被膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8858792A JPH086182B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 窒化物被膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05287538A true JPH05287538A (ja) | 1993-11-02 |
| JPH086182B2 JPH086182B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=13946972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8858792A Expired - Lifetime JPH086182B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 窒化物被膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086182B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-09 JP JP8858792A patent/JPH086182B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH086182B2 (ja) | 1996-01-24 |
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