JPH05311437A - 成膜方法および成膜用表面処理基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体に対する膜の密着性を優れたものとす
る。 【構成】 基体１１の膜形成面にイオン１２を予め注入
することにより基体１１の膜形成面にイオン注入層１３
を形成する。ついで、基体１１の膜形成面への蒸着とイ
オン照射とを併用して基体１１の膜形成面にIVＡ族元素
を含む下地膜１５を形成するとともに基体１１と下地膜
１５との界面に混合層１６を形成する。この結果、基体
１１に対し下地膜１５が強固に密着する。その後、下地
膜１６の上に所望の膜１７を形成する。下地膜は化学的
活性度が高いので、所望の膜１７の下地膜１７に対する
密着性は優れたものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面に成膜が行われ
る基体の機械的特性や化学的安定性を向上させるため、
あるいは基体上に各種半導体特性を有する膜を形成さ
せ、半導体素子として利用するため等を目的として、基
体の表面に膜を形成するための成膜方法および膜を形成
するのに適した表面処理を行った成膜用表面処理基体に
関するものである。なお、本明細書において、「成膜用
表面処理基体」という表現は、膜形成面に所望の膜を形
成する直前における所定の表面処理が済んだ後の基体を
意味し、単なる「基体」という表現は最初に準備された
基体を意味する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、基体の表面に膜を形成する手
法として、各種ＰＶＤ法やＣＶＤ法がいくつも提案され
ている。なかでも、真空蒸着またはスパッタリング等の
蒸着とイオン照射とを併用して基体の表面に膜を形成す
るＩＶＤ法は、基体と膜との界面に混合層が形成される
ので、優れた密着性を有する膜が低温処理で基体の表面
に形成できる利点を有していることで注目を浴びてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＩＶＤ法が優れた密着
性を有するのは、照射されるイオンによって基体と膜と
の界面に両者の構成原子よりなる混合層が形成されるた
めである。しかしながら、例えば、基体と膜とが金属と
窒化物セラミックとのような濡れ性の悪い組み合わせか
らなる材質の場合は、前記混合層の形成だけでは充分な
密着性を得ることが困難な場合もある。

【０００４】この発明の目的は、基体に対する膜の密着
性を優れたものとすることができる成膜方法を提供する
ことである。この発明の他の目的は、膜の密着性を優れ
たものとすることができる成膜用表面処理基体を提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、基体の表面
に蒸着単独もしくは蒸着とイオン照射とを併用して所望
の膜を形成するときに、基体の膜形成面に窒素イオン，
酸素イオンあるいは各種金属イオン等を注入し、基体の
膜形成面に窒素，酸素あるいは各種金属を分布させ、こ
の状態で膜形成面にIVＡ族元素よりなる下地膜を蒸着と
イオン照射とを併用して形成し、この下地膜の上に所望
の膜を形成すると、基体の所望の膜に対する密着性が一
層向上することを発見してなされたものである。これは
IVＡ族元素を含む下地膜が基体表面の窒素，酸素あるい
は各種金属と化学的に結合し、これに混合層の形成が加
えられることで、基体とIVＡ族元素を含む下地膜とが強
固な密着性を有し、さらに目的とする所望の膜がIVＡ族
元素よりなる下地膜の化学的活性度の高さによって優れ
た密着力を有するという機構が発現するためである。

【０００６】請求項１記載の成膜方法は、基体の膜形成
面にイオンを予め注入することにより基体の膜形成面に
イオン注入層を形成する。ついで、基体の膜形成面への
蒸着とイオン照射とを併用して基体の膜形成面にIVＡ族
元素を含む下地膜を形成するとともに基体と下地膜との
界面に混合層を形成する。その後、下地膜の上に所望の
膜を形成する。

【０００７】請求項２記載の成膜用表面処理基体は、表
面に所望の膜を形成する成膜方法に用いるもので、膜形
成面にイオンを注入した基体と、この基体の膜形成面に
蒸着とイオン照射とを併用して形成したIVＡ族元素を含
む下地膜および基体と下地膜との界面に形成した混合層
とを備えている。

【０００８】

【作用】この発明の構成によれば、基体の膜形成面にイ
オン注入層を形成した後、蒸着とイオン照射とを併用し
て基体の膜形成面にIVＡ族元素を含む下地膜を形成する
とともに、基体と下地膜との間に混合層を形成するの
で、基体に対して下地膜が強固に密着する。また、IVＡ
族元素を含む下地膜は、化学的活性度が高いので、その
上に形成される所望の膜は下地膜に対する密着性が優れ
たものとなる。この所望の膜の形成の際にもイオン照射
とを併用すると密着性が一層優れたものとなる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１および図２
に基づいて説明する。図２はこの発明の成膜方法を実施
するための成膜装置の概略図を示すものである。図２に
おいて、１は真空容器、２は基体、３は基体２を保持す
る基体ホルダである。４は蒸発源であり、５は蒸発物質
を示している。６はイオン源、７はイオン源６から基体
２へ照射されるイオンビームである。

【００１０】８は蒸着物質の基体２へ蒸着される個数や
形成される膜の膜厚を測定する膜厚モニタであり、例え
ば水晶振動子からなる。９は照射されるイオンの個数を
測定するイオン電流測定器で、例えばファラディカップ
からなる。以上のような成膜装置を使用して、成膜を行
う方法について以下に説明する。まず、図２に示すよう
に、基体２をホルダ３に固定して真空容器１に納め、所
定の真空度に保つ。その後、イオン源６よりイオンが基
体２の膜形成面に注入される。この際、イオンの加速エ
ネルギー，注入量は基体２の耐熱性に応じて適宜決めら
れる。

【００１１】また、このとき用いられるイオン種は、窒
素，酸素，炭素、あるいは各種金属例えばIVＡ族元素よ
りなる金属，Ｃｒ，Ｎｉ等、IVＡ族元素と結びつきやす
い元素が好ましい。イオン源の方式は特に限定されな
い。その後、蒸発源４から蒸発したIVＡ族元素からなる
蒸発物質５を基体２の膜形成面上に蒸着させる。このと
き、同時にまたは交互にあるいは蒸着後にイオン源６か
らのイオン照射が行われる。これによって、基体１の膜
形成面にIVＡ族元素からなる下地膜が形成される。この
結果、基体２とその上に形成された下地膜との界面に基
体材料と下地膜材料との混合層が形成される。なお、IV
Ａ族元素からなる下地膜を形成するための蒸着はスパッ
タリングによって行うことも可能であり、また下地膜の
膜厚は特に限定されず、またIVＡ族元素を含む下地膜を
形成する際に、下地膜に含まれるIVＡ族元素以外の元素
についても、窒素，炭素等種々のものが考えられ、特に
限定されるものではない。

【００１２】この蒸着とイオン照射とを併用して下地膜
を形成するときに、膜厚モニタ８およびイオン電流測定
器９を用いて基体２へ到達する蒸着物の膜厚とイオンの
個数とを計測でき、その値を任意に設定することで、所
望の組成比をもった下地膜を所定の膜厚に形成すること
ができる。つぎに、下地膜の上に蒸着単独あるいは蒸着
とイオン照射とを併用して所望の膜を形成する。

【００１３】この場合には、膜厚モニタ８およびイオン
電流測定器９を用いることで、膜厚および膜の組成を制
御することができる。つぎに、図１を参照して成膜の過
程について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、
各種合金，セラミック等の基体１１の膜形成面にイオン
照射Ａ₁ によって例えば窒素，酸素，炭素、あるいは各
種金属例えばIVＡ族元素よりなる金属，Ｃｒ，Ｎｉ等、
IVＡ族元素と結びつきやすい元素のイオン１２を予め注
入することにより基体１１の膜形成面にイオン注入層１
３を形成する。

【００１４】ついで、図１（ｂ）に示すように、基体１
１の膜形成面へのＴｉ，Ｚｒ等のIVＡ族元素の蒸着を行
うとともに、基体１１の膜形成面への窒素イオン等のイ
オン照射Ａ₂ を併せて行うことにより、基体１１の膜形
成面に下地膜１５を形成するとともに、基体１１と下地
膜１５との界面に基体材料および下地膜材料からなる混
合層１６を形成する。この図１（ｂ）の状態のものが成
膜用表面処理基体１４である。イオン照射Ａ₂ のイオン
種としては不活性ガスも考えられる。

【００１５】基体１１に形成される下地膜１５は、蒸発
材料のみからなる場合もあり、蒸発材料とイオン源から
照射されたイオンの両者の原子の混合したものからなる
場合もある。その後、図１（ｃ）に示すように、下地膜
１５の上に所望の膜１７を蒸着単独あるいは蒸着とイオ
ン照射との併用によって形成する。下地膜１５の上に形
成する所望の膜１７としては、例えばＴｉＮ，ＢＮ，Ａ
ｌＮ等の窒化膜、ＴｉＣ，ＳｉＣ等の炭化膜あるいはダ
イヤモンド膜等がある。

【００１６】このように、基体１１の膜形成面にIVＡ族
元素と結びつきやすい元素のイオン１２を予め注入して
イオン注入層１３を形成した後、蒸着とイオン照射とを
併用して基体１１の膜形成面にIVＡ族元素を含む下地膜
１５を形成するとともに、基体１１と下地膜１５との間
に混合層１６を形成するので、基体１１に対して下地膜
１５が強固に密着し、また、IVＡ族元素を含む下地膜１
５は、化学的活性度が高いので、その上に形成される所
望の膜１７は下地膜１５に対する密着性が優れたものと
なり、所望の膜１７は基体１１から剥離しにくくなる。

【００１７】ここで、具体的な実施例およびそれに対応
した比較例を示す。 （実施例１）超硬合金（Ｋ１０種）よりなる基体を図２
に示す成膜装置で上記したような処理を施した。具体的
には、まず真空容器を５×１０^-7torr以下の真空度に保
ち、イオン源に純度５Ｎ（９９．９９９％）の窒素ガス
を導入し、窒素イオンを加速エネルギー１ｋｅＶ，１０
×１０¹⁶個／cm² の条件で基体の膜形成面に注入した。

【００１８】ついで、純度９９．９％のチタン（Ｔｉ）
を電子ビームを用いた蒸発源を用いて蒸発させ、基体の
膜形成面に珪素膜を蒸着させると同時に、イオン源より
窒素イオンを１０ｋｅＶの条件で照射した。なお、この
際、膜中のＴｉと窒素原子の個数比（Ｔｉ／Ｎ組成比）
が３になるように、Ｔｉ／Ｎ輸送比を調整し、基体の表
面に膜厚５０ｎｍに窒化チタン膜からなる下地膜を形成
した。

【００１９】その後、窒化チタン膜からなる下地膜の上
に、真空蒸着によってＮｉ膜を１μｍの膜厚に形成し
た。 （実施例２）実施例１と同じ基体に対し、実施例１と同
じくイオン注入処理をした後、純度９９．９％のジルコ
ニウム（Ｚｒ）を真空蒸着させると同時に、イオン源よ
り窒素イオンを照射した。なお、この際、膜中のＺｒと
窒素原子の個数比（Ｚｒ／Ｎ組成比）が５になるよう
に、Ｚｒ／Ｎ輸送比を調整し、基体の表面に膜厚５０ｎ
ｍに窒化ジルコニウム膜からなる下地膜を形成した。

【００２０】その後、窒化ジルコニウム膜からなる下地
膜の上に、真空蒸着によってＮｉ膜を１μｍの膜厚に形
成した。 （比較例１）実施例１と同じ基体に対し窒素イオンの前
注入処理を行わずに、基体に窒化チタン膜とＮｉ膜とを
形成した。

【００２１】（比較例１）実施例２と同じ基体に対し窒
素イオンの前注入処理を行わずに、基体に窒化ジルコニ
ウム膜とＮｉ膜とを形成した。上記実施例１，２と比較
例１，２における基体上の膜の密着性をＡＥセンサ付自
動スクラッチ試験機によって測定したところ、実施例
１，２の膜が３０Ｎ，２８Ｎで剥離したのに対し、比較
例１，２の膜は１８Ｎ，１５Ｎで剥離した。

【００２２】したがって、この発明による成膜方法の方
が基体に対する膜の密着性が優れていることが明らかで
ある。なお、基体としては、上記実施例１に示した超硬
合金（Ｋ１０種）の他に各種金属、合金あるいはセラミ
ック（例えばＡｌＮ，ＢＮ等の窒化物セラミック）が考
えられる。

【００２３】

【発明の効果】この発明の成膜方法および成膜用表面処
理基体によれば、基体の膜形成面にイオン注入層を形成
した後、蒸着とイオン照射とを併用して基体の膜形成面
にIVＡ族元素を含む下地膜を形成するとともに、基体と
下地膜との間に混合層を形成するので、基体に対して下
地膜が強固に密着し、IVＡ族元素を含む下地膜は、化学
的活性度が高いので、その上に形成される所望の膜は下
地膜に対する密着性が優れたものとなり、基体に対する
所望の膜の密着性は優れたものとなり、剥離しにくくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の成膜方法による成膜過程を示す断面
図である。

【図２】この発明の成膜方法において使用する成膜装置
の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ 基体 １２ イオン １３ イオン注入層 １４ 成膜用表面処理基体 １５ 下地膜 １６ 混合層 １７ 膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江部 明憲 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体の表面に所望の膜を形成する成膜方
   法であって、 前記基体の膜形成面にイオンを予め注入することにより
   前記基体の膜形成面にイオン注入層を形成し、ついで前
   記基体の膜形成面への蒸着とイオン照射とを併用して基
   体の膜形成面にIVＡ族元素を含む下地膜を形成するとと
   もに前記基体と前記下地膜との界面に混合層を形成し、
   その後前記下地膜の上に前記所望の膜を形成することを
   特徴とする成膜方法。
2. 【請求項２】 表面に所望の膜を形成する成膜方法に用
   いる成膜用表面処理基体であって、 膜形成面にイオンを注入してイオン注入層を形成した基
   体と、この基体の膜形成面に蒸着とイオン照射とを併用
   して形成したIVＡ族元素を含む下地膜および前記基体と
   前記下地膜との界面に形成した混合層とを備えた成膜用
   表面処理基体。