JPH06340973A - 窒化物含有膜の製造方法 - Google Patents
窒化物含有膜の製造方法Info
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- JPH06340973A JPH06340973A JP13157093A JP13157093A JPH06340973A JP H06340973 A JPH06340973 A JP H06340973A JP 13157093 A JP13157093 A JP 13157093A JP 13157093 A JP13157093 A JP 13157093A JP H06340973 A JPH06340973 A JP H06340973A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 生産性の良いイオン照射方法を用いたイオン
ビームミキシング技術により窒化物含有膜を製造する方
法を提供する。 【構成】 真空蒸着及び（又は）スパッタ法にて基体１
上に膜形成させると同時、交互、又は膜形成後に、イオ
ン源４から基体１上に窒素イオン４ａを照射して基体上
に窒化物含有膜を形成させる方法であって、窒素イオン
照射を、アーク放電を利用して窒素を含む原料ガスをプ
ラズマ化させ、そのプラズマから窒素イオンを引き出す
方法により行い、そのアーク放電において所定のイオン
照射量が得られるアーク電流の範囲内で、アーク放電に
おいて引き出される窒素分子イオン数と窒素原子イオン
数の比（Ｎ 2 + ／Ｎ+ 比）が２以上となる様に、アーク
放電電圧を制御する窒化物含有膜の製造方法。
ビームミキシング技術により窒化物含有膜を製造する方
法を提供する。 【構成】 真空蒸着及び（又は）スパッタ法にて基体１
上に膜形成させると同時、交互、又は膜形成後に、イオ
ン源４から基体１上に窒素イオン４ａを照射して基体上
に窒化物含有膜を形成させる方法であって、窒素イオン
照射を、アーク放電を利用して窒素を含む原料ガスをプ
ラズマ化させ、そのプラズマから窒素イオンを引き出す
方法により行い、そのアーク放電において所定のイオン
照射量が得られるアーク電流の範囲内で、アーク放電に
おいて引き出される窒素分子イオン数と窒素原子イオン
数の比（Ｎ 2 + ／Ｎ+ 比）が２以上となる様に、アーク
放電電圧を制御する窒化物含有膜の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種基体上に各種の特
性を有する窒化物含有膜、例えば窒化チタンや窒化ホウ
素の様な硬質な膜を形成することにより、該基体の耐摩
耗性を始めとする機械的性質を向上させたり、例えば窒
化ケイ素の様な絶縁性を有する窒化物含有膜を形成する
ことにより、該基体の電気的特性を改善させたり、或い
は各種半導体特性を有する窒化物含有膜を形成する等の
窒化物含有膜の製造方法に関する。
性を有する窒化物含有膜、例えば窒化チタンや窒化ホウ
素の様な硬質な膜を形成することにより、該基体の耐摩
耗性を始めとする機械的性質を向上させたり、例えば窒
化ケイ素の様な絶縁性を有する窒化物含有膜を形成する
ことにより、該基体の電気的特性を改善させたり、或い
は各種半導体特性を有する窒化物含有膜を形成する等の
窒化物含有膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種基体上に、各種の特性を有する窒化
物含有膜、例えば硬質な窒化物含有膜を形成することに
より、該基体の耐摩耗性を始めとする機械的性質を向上
させたり、絶縁性を有する窒化物含有膜を形成すること
により該基体の電気的特性を改善させたり、或いは各種
半導体特性を有する窒化物含有膜を形成する等のため
に、様々な方法が試みられている。
物含有膜、例えば硬質な窒化物含有膜を形成することに
より、該基体の耐摩耗性を始めとする機械的性質を向上
させたり、絶縁性を有する窒化物含有膜を形成すること
により該基体の電気的特性を改善させたり、或いは各種
半導体特性を有する窒化物含有膜を形成する等のため
に、様々な方法が試みられている。
【０００３】例えばよく知られている化学的蒸着（ＣＶ
Ｄ）法は、目的とする膜の構成原子を含む原料ガスを基
体の置かれた空間に供給し、主として基体表面での化学
反応を用いて膜を形成する方法である。例えば絶縁性を
有する窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を、原料ガスにシラン
（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用
い、高温に加熱された基体表面で前記原料ガスを分解
し、分解生成物の化学反応により基体上に膜形成させた
り（熱ＣＶＤ法）、該原料ガスを高周波、マイクロ波電
力等によりプラズマ化し、生成された活性なイオンやラ
ジカルにより基体表面での化学反応を促進することによ
り基体上に膜形成させたり（プラズマＣＶＤ法）するこ
とが行われている。
Ｄ）法は、目的とする膜の構成原子を含む原料ガスを基
体の置かれた空間に供給し、主として基体表面での化学
反応を用いて膜を形成する方法である。例えば絶縁性を
有する窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を、原料ガスにシラン
（ＳｉＨ4 ）ガス及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用
い、高温に加熱された基体表面で前記原料ガスを分解
し、分解生成物の化学反応により基体上に膜形成させた
り（熱ＣＶＤ法）、該原料ガスを高周波、マイクロ波電
力等によりプラズマ化し、生成された活性なイオンやラ
ジカルにより基体表面での化学反応を促進することによ
り基体上に膜形成させたり（プラズマＣＶＤ法）するこ
とが行われている。
【０００４】また、目的とする膜の構成原子を含む固体
の物質を、物理的な作用（加熱、スパッタリング等）に
より、原子、分子又はクラスタ状等にして、基板の置か
れた空間に供給し、さらに基板表面へ輸送することによ
り膜を形成する物理的蒸着（ＰＶＤ）法によっても、基
板上に窒化物含有膜を形成することが行われている。Ｐ
ＶＤ法はＣＶＤ法に比して低温下で膜が形成でき、基体
の熱的ダメージを抑制できる利点を有し、工業的に広く
応用されている。
の物質を、物理的な作用（加熱、スパッタリング等）に
より、原子、分子又はクラスタ状等にして、基板の置か
れた空間に供給し、さらに基板表面へ輸送することによ
り膜を形成する物理的蒸着（ＰＶＤ）法によっても、基
板上に窒化物含有膜を形成することが行われている。Ｐ
ＶＤ法はＣＶＤ法に比して低温下で膜が形成でき、基体
の熱的ダメージを抑制できる利点を有し、工業的に広く
応用されている。
【０００５】中でも真空蒸着やスパッタリングとイオン
照射とを組み合わせたイオンビームミキシング技術によ
ると、蒸着（或いはスパッタ）原子と照射されたイオン
との衝突により基体上に前記蒸着（或いはスパッタ）原
子が押し込まれ、基体内で反跳し、基体と膜の界面に両
者の構成原子よりなる混合層が形成される。前記イオン
ビームミキシング技術は、基体と膜との境界が生じない
ため密着性に優れた膜が形成され、又、基体に熱的な影
響が無く、又、非熱平衡プロセスであるため膜の組成制
御が広範である等の利点を有し、近年様々な分野で応用
が検討され、一部実用化されている。
照射とを組み合わせたイオンビームミキシング技術によ
ると、蒸着（或いはスパッタ）原子と照射されたイオン
との衝突により基体上に前記蒸着（或いはスパッタ）原
子が押し込まれ、基体内で反跳し、基体と膜の界面に両
者の構成原子よりなる混合層が形成される。前記イオン
ビームミキシング技術は、基体と膜との境界が生じない
ため密着性に優れた膜が形成され、又、基体に熱的な影
響が無く、又、非熱平衡プロセスであるため膜の組成制
御が広範である等の利点を有し、近年様々な分野で応用
が検討され、一部実用化されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】イオンビームミキシン
グ技術は大面積領域に亘りイオン照射することを必要と
する用途に応用されることが多く、このため、イオン源
としては大口径イオンビームを発生できる非質量分離型
の高周波型、カウフマン型又はバケット型等のものが用
いられている。
グ技術は大面積領域に亘りイオン照射することを必要と
する用途に応用されることが多く、このため、イオン源
としては大口径イオンビームを発生できる非質量分離型
の高周波型、カウフマン型又はバケット型等のものが用
いられている。
【０００７】しかしながら、前記非質量分離型のイオン
源による大口径イオン照射を用いたイオンビームミキシ
ング技術においても、大面積に亘り、大量にイオン照射
する場合には、それに見合ったイオン源及び電源等が必
要になり、コストが高くなるため、工業的に広く応用さ
れるには至っていない。そこで本発明は、イオンビーム
ミキシング技術により、効率よく、且つ、低コストで窒
化物含有膜を製造する方法を提供することを課題とす
る。
源による大口径イオン照射を用いたイオンビームミキシ
ング技術においても、大面積に亘り、大量にイオン照射
する場合には、それに見合ったイオン源及び電源等が必
要になり、コストが高くなるため、工業的に広く応用さ
れるには至っていない。そこで本発明は、イオンビーム
ミキシング技術により、効率よく、且つ、低コストで窒
化物含有膜を製造する方法を提供することを課題とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく研究を重ね、以下の事実を見出した。アーク放
電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化さ
せ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法におい
て、引き出される窒素分子イオンと窒素原子イオンとの
比（Ｎ2 + ／Ｎ+ 比）はアーク電力が小さいほど大きく
なる。また、窒素分子（Ｎ2 ）をイオン化するのに必要
なエネルギ効率（電離断面積）は、アーク放電電圧が８
０〜１２０ｅＶという低電圧で最大値をとる。従って、
所定の窒素イオン照射量を得るために必然的に決定され
るアーク電流が保持される範囲内で、アーク放電電圧を
小さくすることによりＮ2 + ／Ｎ+ 比が増加する。この
比が増加することにより基体に到達する窒素原子数が多
くなり、それだけ蒸発源から基体への物質蒸発速度を速
め、生産性を向上させることができる。
決すべく研究を重ね、以下の事実を見出した。アーク放
電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化さ
せ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法におい
て、引き出される窒素分子イオンと窒素原子イオンとの
比（Ｎ2 + ／Ｎ+ 比）はアーク電力が小さいほど大きく
なる。また、窒素分子（Ｎ2 ）をイオン化するのに必要
なエネルギ効率（電離断面積）は、アーク放電電圧が８
０〜１２０ｅＶという低電圧で最大値をとる。従って、
所定の窒素イオン照射量を得るために必然的に決定され
るアーク電流が保持される範囲内で、アーク放電電圧を
小さくすることによりＮ2 + ／Ｎ+ 比が増加する。この
比が増加することにより基体に到達する窒素原子数が多
くなり、それだけ蒸発源から基体への物質蒸発速度を速
め、生産性を向上させることができる。
【０００９】以上の知見に基づき本発明は、真空蒸着及
び（又は）スパッタ法とイオン照射とを併用して（例え
ば基体上に膜形成させると同時、交互、又は該膜形成後
に、基体上にイオンを照射して）該基体上に窒化物含有
膜を形成させる方法であって、前記イオン照射を、アー
ク放電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化
させ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法により
行い、該アーク放電において所定のイオン照射量が得ら
れるアーク電流の範囲内で、アーク放電電圧をできるだ
け小さくすることを特徴とする窒化物含有膜の製造方法
を提供するものである。
び（又は）スパッタ法とイオン照射とを併用して（例え
ば基体上に膜形成させると同時、交互、又は該膜形成後
に、基体上にイオンを照射して）該基体上に窒化物含有
膜を形成させる方法であって、前記イオン照射を、アー
ク放電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化
させ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法により
行い、該アーク放電において所定のイオン照射量が得ら
れるアーク電流の範囲内で、アーク放電電圧をできるだ
け小さくすることを特徴とする窒化物含有膜の製造方法
を提供するものである。
【００１０】前記アーク放電においては、引き出される
Ｎ2 + ／Ｎ+ 比が２以上になるようにアーク放電電圧を
制御することが望ましい。これにより引き出されるＮ2
+ ／Ｎ+ 比が一層増加するため、基体上に到達する窒素
の原子数が一層増加し、その分、蒸発源から基体への物
質蒸発速度を一層増加させることができ、その結果、基
体上の窒化物の形成量が一層増加するため、窒化物含有
膜の形成効率が一層向上する。
Ｎ2 + ／Ｎ+ 比が２以上になるようにアーク放電電圧を
制御することが望ましい。これにより引き出されるＮ2
+ ／Ｎ+ 比が一層増加するため、基体上に到達する窒素
の原子数が一層増加し、その分、蒸発源から基体への物
質蒸発速度を一層増加させることができ、その結果、基
体上の窒化物の形成量が一層増加するため、窒化物含有
膜の形成効率が一層向上する。
【００１１】前記窒化物含有膜の製造方法において、基
本となる膜形成方法としては、電子ビーム、抵抗、レー
ザ、高周波等の手段で目的とする窒化物含有膜の構成元
素を含む物質を蒸着させる真空蒸着が考えられる。ま
た、前記物質をスパッタすることにより、基体上に膜形
成されてもよい。この場合、スパッタさせる手法も特に
限定されず、イオンビーム、マグネトロン、高周波等の
手段によりスパッタできる。
本となる膜形成方法としては、電子ビーム、抵抗、レー
ザ、高周波等の手段で目的とする窒化物含有膜の構成元
素を含む物質を蒸着させる真空蒸着が考えられる。ま
た、前記物質をスパッタすることにより、基体上に膜形
成されてもよい。この場合、スパッタさせる手法も特に
限定されず、イオンビーム、マグネトロン、高周波等の
手段によりスパッタできる。
【００１２】蒸着或いはスパッタされる、前記物質は特
に限定されないが、例えばチタン（Ｔｉ）単体又はＴｉ
化合物、ホウ素（Ｂ）単体又はＢ化合物、アルミニウム
（Ａｌ）単体又はＡｌ化合物、シリコン（Ｓｉ）単体又
はＳｉ化合物等が考えられる。前記方法において用いる
イオン源の方式は特に限定はなく、例えば、非質量分離
型大口径の高周波型、カウフマン型、バケット型等のも
のが考えられる。なお、基体へのイオン入射角度は特に
限定されない。
に限定されないが、例えばチタン（Ｔｉ）単体又はＴｉ
化合物、ホウ素（Ｂ）単体又はＢ化合物、アルミニウム
（Ａｌ）単体又はＡｌ化合物、シリコン（Ｓｉ）単体又
はＳｉ化合物等が考えられる。前記方法において用いる
イオン源の方式は特に限定はなく、例えば、非質量分離
型大口径の高周波型、カウフマン型、バケット型等のも
のが考えられる。なお、基体へのイオン入射角度は特に
限定されない。
【００１３】また、窒素イオン生成用の原料ガスとして
は、例えば窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモニア（ＮＨ3 ）ガ
ス等が考えられる。前記成膜において基体に到達する蒸
着（或いはスパッタ）物質の原子数は膜厚モニタ、例え
ば水晶振動式膜厚計でモニタし、基体に到達する窒素イ
オン数はイオン電流測定器、例えば２次電子抑制電極を
備えたファラデーカップでモニタする。
は、例えば窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモニア（ＮＨ3 ）ガ
ス等が考えられる。前記成膜において基体に到達する蒸
着（或いはスパッタ）物質の原子数は膜厚モニタ、例え
ば水晶振動式膜厚計でモニタし、基体に到達する窒素イ
オン数はイオン電流測定器、例えば２次電子抑制電極を
備えたファラデーカップでモニタする。
【００１４】さらに、熱的なダメージを充分に避けなけ
ればならない基体については、基体ホルダを水冷して基
体を冷却させながら成膜を行うのが好ましい。前記基体
の材質は特に限定されず、例えば各種の金属、セラミッ
クス、ガラス、各種高分子化合物等が考えられる。
ればならない基体については、基体ホルダを水冷して基
体を冷却させながら成膜を行うのが好ましい。前記基体
の材質は特に限定されず、例えば各種の金属、セラミッ
クス、ガラス、各種高分子化合物等が考えられる。
【００１５】
【作用】本発明の窒化物含有膜の製造方法によると、真
空蒸着及び（又は）スパッタ法にて基体上に膜形成させ
ることと基体への窒素イオン照射とを併用して（例えば
基体上に膜形成させると同時、交互、又は該膜形成後に
基体上に窒素イオンを照射して）該基体上に窒化物含有
膜を形成させる。前記窒素イオン照射については、アー
ク放電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化
させ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法により
行う。該アーク放電においては、所定のイオン照射量が
得られるアーク電流の範囲内でアーク放電電圧をできる
だけ小さくすることにより、引き出されるＮ2 + ／Ｎ+
比を増加させ、基体に到達する窒素原子数を増加させ、
それによって前記窒化物の形成、延いては前記窒化物含
有膜の形成を効率よく行う。
空蒸着及び（又は）スパッタ法にて基体上に膜形成させ
ることと基体への窒素イオン照射とを併用して（例えば
基体上に膜形成させると同時、交互、又は該膜形成後に
基体上に窒素イオンを照射して）該基体上に窒化物含有
膜を形成させる。前記窒素イオン照射については、アー
ク放電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化
させ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法により
行う。該アーク放電においては、所定のイオン照射量が
得られるアーク電流の範囲内でアーク放電電圧をできる
だけ小さくすることにより、引き出されるＮ2 + ／Ｎ+
比を増加させ、基体に到達する窒素原子数を増加させ、
それによって前記窒化物の形成、延いては前記窒化物含
有膜の形成を効率よく行う。
【００１６】前記イオン照射において、引き出されるＮ
2 + ／Ｎ+ 比が２以上になるようにアーク放電電圧を制
御すれば、基体に到達する窒素原子数が一層増加し、そ
の結果、前記窒化物の形成、延いては前記窒化物含有膜
の形成の効率が一層よくなる。
2 + ／Ｎ+ 比が２以上になるようにアーク放電電圧を制
御すれば、基体に到達する窒素原子数が一層増加し、そ
の結果、前記窒化物の形成、延いては前記窒化物含有膜
の形成の効率が一層よくなる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の１実施例の成膜方法に用いる成膜
装置の概略構成を示し、図２は図１に示した成膜装置に
設けられたイオン源の概略構成を示したものである。図
１において、１は基体、２は基体１を支持するホルダ、
３は蒸発源、４はイオン源、５は基体１上に蒸着される
蒸発物質の原子数及びその膜厚を計測するための膜厚モ
ニタ、６は基体１に照射されるイオンの個数を計測する
ためのイオン電流測定器、９はイオン源４から引き出さ
れる窒素イオンの種類の分析及びそのイオン数の計測を
行うプラズマモニタである。これらは真空容器７内に収
容されている。容器７は排気装置８にて所定の真空度と
され得る。
する。図１は本発明の１実施例の成膜方法に用いる成膜
装置の概略構成を示し、図２は図１に示した成膜装置に
設けられたイオン源の概略構成を示したものである。図
１において、１は基体、２は基体１を支持するホルダ、
３は蒸発源、４はイオン源、５は基体１上に蒸着される
蒸発物質の原子数及びその膜厚を計測するための膜厚モ
ニタ、６は基体１に照射されるイオンの個数を計測する
ためのイオン電流測定器、９はイオン源４から引き出さ
れる窒素イオンの種類の分析及びそのイオン数の計測を
行うプラズマモニタである。これらは真空容器７内に収
容されている。容器７は排気装置８にて所定の真空度と
され得る。
【００１８】基体１上に窒化物含有膜を作成するに当た
っては、まず基体１をホルダ２に支持させた後、真空容
器７内を所定の真空度にする。その後、基体１に蒸発源
３を用いて、目的とする窒化物含有膜の構成元素を含む
蒸発物質３ａを真空蒸着させる。なお、真空蒸着に代え
て、目的とする窒化物含有膜の構成元素を含む物質をス
パッタすることで基体１上に膜形成してもよい。
っては、まず基体１をホルダ２に支持させた後、真空容
器７内を所定の真空度にする。その後、基体１に蒸発源
３を用いて、目的とする窒化物含有膜の構成元素を含む
蒸発物質３ａを真空蒸着させる。なお、真空蒸着に代え
て、目的とする窒化物含有膜の構成元素を含む物質をス
パッタすることで基体１上に膜形成してもよい。
【００１９】この真空蒸着（或いは）スパッタと同時、
交互、又は蒸着（或いはスパッタ）後に、イオン源４よ
りイオン４ａを当該蒸着面に照射する。この際、基体上
に蒸着される蒸発物質３ａの原子数及びその膜厚は膜厚
モニタ、ここでは水晶振動子を用いた膜厚モニタにより
モニタし、該基体上に到達するイオン数はイオン電流測
定器、ここでは２次電子抑制電極を備えたファラデーカ
ップによりモニタする。また、プラズマモニタにより窒
素イオンの種類を分析し、又、そのイオン数を計測する
ことにより、引き出されるＮ2 + ／Ｎ+ 比を測定する。
交互、又は蒸着（或いはスパッタ）後に、イオン源４よ
りイオン４ａを当該蒸着面に照射する。この際、基体上
に蒸着される蒸発物質３ａの原子数及びその膜厚は膜厚
モニタ、ここでは水晶振動子を用いた膜厚モニタにより
モニタし、該基体上に到達するイオン数はイオン電流測
定器、ここでは２次電子抑制電極を備えたファラデーカ
ップによりモニタする。また、プラズマモニタにより窒
素イオンの種類を分析し、又、そのイオン数を計測する
ことにより、引き出されるＮ2 + ／Ｎ+ 比を測定する。
【００２０】イオン源は、ここでは図２に示すバケット
型のものを用いる。図２において、１０はアークチャン
バ（陽極）、１１は引出し電極、１２は永久磁石、１３
はガス供給部、１４はフィラメント（陰極）である。こ
のイオン源を用いたイオン照射においては、まずガス源
１３３の原料ガスが開閉弁１３２及びマスフローコント
ローラ１３１を介してアークチャンバ１０内に導入され
る。その後、フィラメント１４を利用してアークチャン
バ内にアーク放電が生じさせられ、該チャンバ内に導入
された原料ガスはプラズマ化される。前記プラズマは、
永久磁石１２により生じるカプス磁場により一旦該チャ
ンバ内に閉じ込められた後、引出し電極１１により所定
の加速エネルギにて、該チャンバ外へ引き出される。
型のものを用いる。図２において、１０はアークチャン
バ（陽極）、１１は引出し電極、１２は永久磁石、１３
はガス供給部、１４はフィラメント（陰極）である。こ
のイオン源を用いたイオン照射においては、まずガス源
１３３の原料ガスが開閉弁１３２及びマスフローコント
ローラ１３１を介してアークチャンバ１０内に導入され
る。その後、フィラメント１４を利用してアークチャン
バ内にアーク放電が生じさせられ、該チャンバ内に導入
された原料ガスはプラズマ化される。前記プラズマは、
永久磁石１２により生じるカプス磁場により一旦該チャ
ンバ内に閉じ込められた後、引出し電極１１により所定
の加速エネルギにて、該チャンバ外へ引き出される。
【００２１】前記成膜においては、基体１に到達する窒
素原子の数を増加させるために、次のような制御を行
う。引き出されるＮ2 + ／Ｎ+ 比は、前記アーク放電に
おけるアーク電力が小さいほど大きくなり、またＮ2 の
電離断面積はアーク電圧が８０〜１２０ｅＶという低電
圧で最小値をとるという２つの実験事実をふまえて、所
定の窒素イオン照射量を得るために必然的に決定される
アーク電流が保持される範囲内で引き出されるＮ2 + ／
Ｎ+ 比が２以上となるよう、アーク電圧を小さくする。
これにより、イオン源４から引き出されるイオン４ａに
Ｎ2 + の方がＮ+ に比べてより多く含まれるようにな
り、基体１に到達する窒素原子数が増加する。
素原子の数を増加させるために、次のような制御を行
う。引き出されるＮ2 + ／Ｎ+ 比は、前記アーク放電に
おけるアーク電力が小さいほど大きくなり、またＮ2 の
電離断面積はアーク電圧が８０〜１２０ｅＶという低電
圧で最小値をとるという２つの実験事実をふまえて、所
定の窒素イオン照射量を得るために必然的に決定される
アーク電流が保持される範囲内で引き出されるＮ2 + ／
Ｎ+ 比が２以上となるよう、アーク電圧を小さくする。
これにより、イオン源４から引き出されるイオン４ａに
Ｎ2 + の方がＮ+ に比べてより多く含まれるようにな
り、基体１に到達する窒素原子数が増加する。
【００２２】以上に述べた成膜操作により、前記窒化物
の形成、延いては前記窒化物含有膜の形成の効率が向上
する。また、所定のイオン照射量が得られるアーク電流
の範囲内でアーク電圧を最小にすることにより、電源に
要するコストを減少させることができ、又、窒素原子を
得るためのイオン源の容量も小さくすることができるた
め、窒化物含有膜の形成に要するコストを減少させるこ
とができる。
の形成、延いては前記窒化物含有膜の形成の効率が向上
する。また、所定のイオン照射量が得られるアーク電流
の範囲内でアーク電圧を最小にすることにより、電源に
要するコストを減少させることができ、又、窒素原子を
得るためのイオン源の容量も小さくすることができるた
め、窒化物含有膜の形成に要するコストを減少させるこ
とができる。
【００２３】次に、図２に示すイオン源を備えた、図１
に示す成膜装置を用いた本発明の窒化物含有膜の製造方
法の具体例について説明する。 実施例１ Ｋ種の超硬合金よりなる基体１（３０ｍｍ×３０ｍｍ×
厚さ３ｍｍ）を基体ホルダ２に設置し、真空容器７内を
１×１０-6Ｔｏｒｒの真空度に保持した。その後、純度
５Ｎ（９９．９９９％）のチタン（Ｔｉ）ペレット３ａ
を電子ビームを用いた蒸発源３を用いて蒸気化し、基体
１上に成膜した。それと同時に、イオン源４のアークチ
ャンバ１０内にガス源１３３から開閉弁１３２及びマス
フローコントローラ１３１を介して純度５Ｎの窒素（Ｎ
2 ）ガスを、チャンバ１０内の真空度が２×１０-5Ｔｏ
ｒｒになるまで導入し、基体１に対するＮ2 + 及びＮ+
の照射量の合計が１×１０15個／ｃｍ2 ・s になるよ
う、アーク放電電圧を６０Ｖに設定してアーク放電を生
じさせ、引き出し電極１１によりイオン４ａを引き出
し、基体１に照射した。これにより膜厚１μｍの窒化チ
タン（ＴｉＮ）含有膜が基体１上に形成された。
に示す成膜装置を用いた本発明の窒化物含有膜の製造方
法の具体例について説明する。 実施例１ Ｋ種の超硬合金よりなる基体１（３０ｍｍ×３０ｍｍ×
厚さ３ｍｍ）を基体ホルダ２に設置し、真空容器７内を
１×１０-6Ｔｏｒｒの真空度に保持した。その後、純度
５Ｎ（９９．９９９％）のチタン（Ｔｉ）ペレット３ａ
を電子ビームを用いた蒸発源３を用いて蒸気化し、基体
１上に成膜した。それと同時に、イオン源４のアークチ
ャンバ１０内にガス源１３３から開閉弁１３２及びマス
フローコントローラ１３１を介して純度５Ｎの窒素（Ｎ
2 ）ガスを、チャンバ１０内の真空度が２×１０-5Ｔｏ
ｒｒになるまで導入し、基体１に対するＮ2 + 及びＮ+
の照射量の合計が１×１０15個／ｃｍ2 ・s になるよ
う、アーク放電電圧を６０Ｖに設定してアーク放電を生
じさせ、引き出し電極１１によりイオン４ａを引き出
し、基体１に照射した。これにより膜厚１μｍの窒化チ
タン（ＴｉＮ）含有膜が基体１上に形成された。
【００２４】このときの引き出されるＮ2 + ／Ｎ+ 比は
３であった。またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学
量論的組成比（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発
速度は約０．６ｎｍ／Ｓであった。 実施例２ 実施例１と同様の方法で、膜厚１μｍのＴｉＮ含有膜を
基体１上に形成した。アーク放電電圧は８０Ｖに設定
し、その他の条件は実施例１と同様であった。
３であった。またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学
量論的組成比（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発
速度は約０．６ｎｍ／Ｓであった。 実施例２ 実施例１と同様の方法で、膜厚１μｍのＴｉＮ含有膜を
基体１上に形成した。アーク放電電圧は８０Ｖに設定
し、その他の条件は実施例１と同様であった。
【００２５】このときのＮ2 + ／Ｎ+ 比は２であった。
またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学量論的組成比
（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発速度は約０．
４ｎｍ／Ｓであった。 比較例 実施例１と同様の方法で、膜厚１μｍのＴｉＮ含有膜を
基体１上に形成した。アーク放電電圧は１２０Ｖに設定
し、その他の条件は実施例１と同様であった。
またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学量論的組成比
（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発速度は約０．
４ｎｍ／Ｓであった。 比較例 実施例１と同様の方法で、膜厚１μｍのＴｉＮ含有膜を
基体１上に形成した。アーク放電電圧は１２０Ｖに設定
し、その他の条件は実施例１と同様であった。
【００２６】このときのＮ2 + ／Ｎ+ 比は１．５であっ
た。またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学量論的組
成比（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発速度は約
０．３ｎｍ／Ｓであった。以上の結果から、生成するＮ
2 + ／Ｎ+ 比がほぼ２以上になるようにアーク電圧を小
さくすることにより、比較例に比べて同じ膜厚１μｍの
ＴｉＮを形成するための速度が増加していることが分か
る。
た。またＴｉＮ含有膜に含まれるＴｉＮの化学量論的組
成比（Ｔｉ／Ｎ＝１）にするためのＴｉの蒸発速度は約
０．３ｎｍ／Ｓであった。以上の結果から、生成するＮ
2 + ／Ｎ+ 比がほぼ２以上になるようにアーク電圧を小
さくすることにより、比較例に比べて同じ膜厚１μｍの
ＴｉＮを形成するための速度が増加していることが分か
る。
【００２７】また、前記の実施例１、２及び比較例の成
膜条件にて、実際に超硬合金よりなるドリル上に、この
場合の一般的な膜厚である５μｍの膜厚のＴｉＮ含有膜
を形成した。成膜に要した時間は、実施例１、２及び比
較例の方法で、それぞれ約１３９分、約２０９分、約２
７８分であった。比較例による方法に比して、実施例に
よる方法では成膜に要する時間が短いことが分かる。
膜条件にて、実際に超硬合金よりなるドリル上に、この
場合の一般的な膜厚である５μｍの膜厚のＴｉＮ含有膜
を形成した。成膜に要した時間は、実施例１、２及び比
較例の方法で、それぞれ約１３９分、約２０９分、約２
７８分であった。比較例による方法に比して、実施例に
よる方法では成膜に要する時間が短いことが分かる。
【００２８】ドリル等の切削工具の耐摩耗性を向上させ
るためにＴｉＮ含有膜等を該工具上に形成する場合、膜
厚が厚いほど耐摩耗性はより向上するが、この場合、Ｎ
2 +／Ｎ+ 比を２以上とした場合の成膜と、Ｎ2 + ／Ｎ
+ 比を２より小さくした場合の成膜との所要時間の差は
一層大きくなり、Ｎ2 + ／Ｎ+ 比を２以上とすることに
より一層コストを低減させ得ると考えられる。
るためにＴｉＮ含有膜等を該工具上に形成する場合、膜
厚が厚いほど耐摩耗性はより向上するが、この場合、Ｎ
2 +／Ｎ+ 比を２以上とした場合の成膜と、Ｎ2 + ／Ｎ
+ 比を２より小さくした場合の成膜との所要時間の差は
一層大きくなり、Ｎ2 + ／Ｎ+ 比を２以上とすることに
より一層コストを低減させ得ると考えられる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によると、イオンビームミキシン
グ技術により、効率よく、且つ、低コストで窒化物含有
膜を製造する方法を提供することができる。
グ技術により、効率よく、且つ、低コストで窒化物含有
膜を製造する方法を提供することができる。
【図１】本発明の成膜方法に用いる成膜装置の１例の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図２】図１に示す成膜装置に備えられたイオン源の１
例の概略構成を示す図である。
例の概略構成を示す図である。
１ 基体 ２ 基体ホルダ ３ 蒸発源 ３ａ 蒸発物質 ４ イオン源 ４ａ イオン ５ 膜厚モニタ ６ イオン電流測定器 ７ 真空容器 ８ 排気装置 ９ プラズマモニタ １０ アークチャンバ（陽極） １１ 引き出し電極 １２ 永久磁石 １３ ガス供給部 １３１ マスフローコントローラ １３２ 開閉弁 １３３ ガス源 １４ フィラメント（陰極）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 潔 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 真空蒸着及び（又は）スパッタ法とイオ
ン照射とを併用することにより基体上に窒化物含有膜を
形成させる方法であって、前記イオン照射を、アーク放
電を利用して窒素元素を含む原料ガスをプラズマ化さ
せ、該プラズマから窒素イオンを引き出す方法により行
い、該アーク放電において、所定のイオン照射量が得ら
れるアーク電流の範囲内で、該アーク放電において引き
出される窒素分子イオン数と窒素原子イオン数の比（Ｎ
2 + ／Ｎ+ 比）が２以上となるように、アーク放電電圧
を制御することを特徴とする窒化物含有膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13157093A JPH06340973A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 窒化物含有膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13157093A JPH06340973A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 窒化物含有膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06340973A true JPH06340973A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=15061154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13157093A Withdrawn JPH06340973A (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 窒化物含有膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06340973A (ja) |
-
1993
- 1993-06-02 JP JP13157093A patent/JPH06340973A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |