JPH11278989A - Carbon-based coating film - Google Patents

Carbon-based coating film

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JPH11278989A
JPH11278989A JP8326998A JP8326998A JPH11278989A JP H11278989 A JPH11278989 A JP H11278989A JP 8326998 A JP8326998 A JP 8326998A JP 8326998 A JP8326998 A JP 8326998A JP H11278989 A JPH11278989 A JP H11278989A
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JP
Japan
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carbon
substrate
based coating
film
coating film
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Application number
JP8326998A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Kuramoto
慶一 蔵本
Hitoshi Hirano
均 平野
Yoichi Domoto
洋一 堂本
Hisaki Tarui
久樹 樽井
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11278989A publication Critical patent/JPH11278989A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a carbon-based coating film capable of eliminating a steep change in the concentration of an element at an interface between the coating film and an intermediate layer to improve the adhesion of the coating film by adding an element except the carbon to at least one among a place near to a substrate and a place near to the surface in the carbon coating film. SOLUTION: This carbon-based coating film is obtained by attaching a substrate 8 to the upper surface of a substrate drum 9, evacuating a vacuum chamber 7, rotating the substrate drum 9, simultaneously supplying Ar gas from a discharge gas introduction pipe 5, supplying microwaves from a microwave generator 1, irradiating the surface of the substrate 8 with the Ar plasma formed in a plasma-generating chamber 4, supplying CH4 gas from a reaction gas-introducing pipe 11, decomposing the CH4 gas by the action of the plasma, irradiating the surface of the substrate with the generated carbon in the state of highly reactive carbon ions or neutral active carbon, charging a high frequency electric power to a sputtering source 12 from a high frequency electric source 13, irradiating the surface of the substrate 8 with sputtering particles containing an additive element such as Si, N, F, B or O and simultaneously charging a high frequency electric power to form a region for mixing the additive element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
る炭素系被膜に関するものであり、特に薄膜磁気ヘッ
ド、コンプレッサ用部品、電気シェーバー刃等の表面改
質、弾性表面波素子、スクリーン印刷用マスク、オフィ
スオートメーション(OA)機器用部品、或るいはスキ
ージ等の保護膜、絶縁膜等をはじめ、耐摩耗性、耐食性
を必要とする機械、化学、電子部材に適用される炭素系
被膜に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon-based film formed on a substrate, and more particularly to a surface modification such as a thin-film magnetic head, a compressor component, an electric shaver blade, a surface acoustic wave device, and screen printing. Related to masks for office automation (OA) equipment, protective films such as squeegees, insulating films, etc., as well as carbon-based coatings applied to mechanical, chemical and electronic components requiring abrasion and corrosion resistance. .

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素系被膜は、硬度、絶縁性、化学的安
定性等に優れているため、コーティング材料等として大
きな期待を集めている。
2. Description of the Related Art Carbon-based coatings are highly expected as coating materials and the like because of their excellent hardness, insulating properties, chemical stability and the like.

【0003】例えば、特開平1−317197号公報に
よれば、基板上にダイヤモンド薄膜(被膜)を形成する
場合に、基板上に直接ダイヤモンド薄膜(被膜)を形成
すると、基板の種類によっては、そのダイヤモンド薄膜
(被膜)が有する内部応力によって基板とダイヤモンド
薄膜(被膜)との界面で剥離が生じてしまう。
For example, according to JP-A-1-317197, when a diamond thin film (coating) is formed on a substrate, if the diamond thin film (coating) is formed directly on the substrate, depending on the type of the substrate, Separation occurs at the interface between the substrate and the diamond thin film (coat) due to the internal stress of the diamond thin film (coat).

【0004】このため、剥離を低減するために、基板と
ダイヤモンド薄膜(被膜)との間にシリコン等の中間層
を介在させることにより、ダイヤモンド薄膜(被膜)の
基板に対する密着性を向上させると共に、剥離を低減し
ていた。
[0004] Therefore, in order to reduce peeling, an intermediate layer of silicon or the like is interposed between the substrate and the diamond thin film (coating), thereby improving the adhesion of the diamond thin film (coating) to the substrate. Peeling was reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、中間層は一
般的に硬度等の機械的特性に乏しく、基板表面の耐摩耗
性の向上に対しては寄与せず、大きな外力に対しては炭
素系被膜/中間層間での剥離、或いは中間層自体の破壊
による剥離が発生していた。
However, the intermediate layer generally has poor mechanical properties such as hardness, does not contribute to the improvement of the wear resistance of the substrate surface, and does not contribute to a large external force by the carbon-based material. Peeling between the coating / intermediate layer or destruction of the intermediate layer itself occurred.

【0006】更に、炭素系被膜上に更に被膜を形成した
場合に該被膜と炭素系被膜間の密着性向上には寄与しな
い。
Furthermore, when a film is further formed on the carbon-based film, it does not contribute to improving the adhesion between the film and the carbon-based film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の炭素系被膜は、
基板上に形成された被膜であって、該被膜中の基板近
傍、或るいは表面近傍のうち少なくとも一方に炭素以外
の元素が添加されていることを特徴とする。
Means for Solving the Problems The carbon-based coating of the present invention comprises:
A coating formed on a substrate, wherein an element other than carbon is added to at least one of the vicinity of the substrate and the vicinity of the surface in the coating.

【0008】前記元素の濃度が前記被膜の膜厚方向に勾
配を有していることを特徴とする。
The concentration of the element has a gradient in the thickness direction of the coating.

【0009】前記元素の濃度勾配が前記被膜の基板側、
或るいは表面側で高くなっていることを特徴とする。
The concentration gradient of the element is on the substrate side of the coating,
Alternatively, it is characterized by being higher on the surface side.

【0010】前記元素の濃度勾配がステップ上に変化す
ることを特徴とする。
[0010] It is characterized in that the concentration gradient of the element changes in steps.

【0011】前記元素の濃度勾配が連続的に変化するこ
とを特徴とする。
[0011] The element is characterized in that the concentration gradient of the element changes continuously.

【0012】前記元素が少なくともSi、N、F、B、Oのう
ち少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする。
[0012] The element is characterized in that it contains at least one element of Si, N, F, B and O.

【0013】前記元素の濃度が50%以下であることを
特徴とする。
It is characterized in that the concentration of the element is 50% or less.

【0014】前記被膜の膜厚が200Å以下であること
を特徴とする。
[0014] The film is characterized in that the film thickness is 200 ° or less.

【0015】前記炭素系被膜が非晶質、或るいは結晶性
炭素系被膜であることを特徴とする。
[0015] The carbon-based coating is an amorphous or crystalline carbon-based coating.

【0016】前記炭素系被膜を摺動部分に形成した摺動
材であることを特徴とする。
[0016] The present invention is characterized in that it is a sliding material in which the carbon-based coating is formed on a sliding portion.

【0017】前記炭素系被膜を薄膜磁気ヘッドのスライ
ダー面に形成したことを特徴とする。
The carbon-based coating is formed on a slider surface of a thin-film magnetic head.

【0018】前記炭素系被膜が薄膜磁気ヘッドの上部、
下部ギャップ絶縁層、上部、下部保護層、又は分離層に
用いられていることを特徴とする。
The carbon-based coating is on the top of the thin-film magnetic head;
It is used for a lower gap insulating layer, an upper layer, a lower protective layer, or a separation layer.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1乃至図
7に従って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0020】尚、以下に述べる実施の形態において、特
に記載がない場合には添加元素混合領域における添加元
素はSiとする。
In the embodiments described below, unless otherwise specified, the additive element in the additive element mixed region is Si.

【0021】図1は、本発明に係る炭素系被膜を形成す
るための装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic structural view of an apparatus for forming a carbon-based film according to the present invention.

【0022】図1に示す如く、真空チャンバー(7)の
内部に、プラズマ発生室(4)と、基板(8)が設置され
るべき反応室とが形成され、プラズマ発生室(4)に
は、導波管(2)を介してマイクロ波発生装置(1)が接
続されている。導波管(2)とプラズマ発生室(4)の接
続部にはマイクロ波導入窓(3)が設けられる。プラズ
マ発生室(4)には、プラズマ発生室(4)にアルゴン
(Ar)等の放電ガスを導入するための放電ガス導入管
(5)が接続されている。又、プラズマ発生室(4)を包
囲して、プラズマ磁界発生装置(6)が設けられる。
As shown in FIG. 1, a plasma generation chamber (4) and a reaction chamber in which a substrate (8) is to be installed are formed inside a vacuum chamber (7). The microwave generator (1) is connected via a waveguide (2). A microwave introduction window (3) is provided at the connection between the waveguide (2) and the plasma generation chamber (4). A discharge gas introduction pipe (5) for introducing a discharge gas such as argon (Ar) into the plasma generation chamber (4) is connected to the plasma generation chamber (4). Further, a plasma magnetic field generator (6) is provided so as to surround the plasma generation chamber (4).

【0023】真空チャンバー(7)内の反応室には、基
板ドラム(9)が設置されると共に、反応ガス導入管(1
1)が接続されている。基板ドラム(9)には、高周波電
源(10)が接続されている。
In a reaction chamber in the vacuum chamber (7), a substrate drum (9) is installed, and a reaction gas introduction pipe (1) is provided.
1) is connected. A high frequency power supply (10) is connected to the substrate drum (9).

【0024】また膜中に元素を添加するためのターゲッ
トを装着したスパッタ源(12)、及びスパッタ源(12)
に高周波電力を供給するための高周波電源(13)が設置
されている。
A sputtering source (12) equipped with a target for adding an element to the film, and a sputtering source (12)
A high-frequency power supply (13) for supplying high-frequency power to the vehicle is provided.

【0025】以下に、図1に示した装置を用いて、Si基
板上に非晶質炭素系被膜を形成する方法を説明する。 <第1の実施の形態>まず、基板ドラム(9)上に基板
(8)を取り付け、真空チャンバー(7)の内部を10-5
〜10-7Torrに排気する。次に、基板ドラムを8〜10
rpmで連続回転させ乍ら、以下のステップA,及びB
を実行する。 ステップA:「添加元素混合領域」の形成 放電ガス導入管(5)からArガスを9.5×10-4Torrで供
給すると共にマイクロ波発生装置(1)から2.45GHz、1
00Wのマイクロ波を供給することで、プラズマ発生室
(4)内に形成されたArプラズマを基板(8)表面に放射
する。反応ガス導入管(11)からは、CH4ガスを供給す
る。反応ガス導入管(11)から供給されたCH4ガスは、
プラズマの作用により分解され、これによって生じた炭
素が、反応性の高いイオン又は中性の活性状態となっ
て、基板(8)の表面へ放射される。
Hereinafter, a method of forming an amorphous carbon-based film on a Si substrate using the apparatus shown in FIG. 1 will be described. <First Embodiment> First, a substrate (8) is mounted on a substrate drum (9), and the inside of a vacuum chamber (7) is set to 10 -5.
Exhaust to 10 -7 Torr. Next, the substrate drum is set to 8 to 10
While continuously rotating at rpm, the following steps A and B
Execute Step A: Formation of “added element mixed region” Ar gas is supplied at 9.5 × 10 −4 Torr from the discharge gas introduction pipe (5), and 2.45 GHz, 1
By supplying a 00 W microwave, Ar plasma formed in the plasma generation chamber (4) is emitted to the surface of the substrate (8). CH 4 gas is supplied from the reaction gas introduction pipe (11). CH 4 gas supplied from the reaction gas introduction pipe (11)
The carbon is decomposed by the action of the plasma, and the resulting carbon becomes highly reactive ions or a neutral active state and is emitted to the surface of the substrate (8).

【0026】これと共に、高周波電源(13)からスパッ
タ源(12)に13.56MHz、200Wの高周波電力を投入するこ
とでスパッタ源(12)を動作させる。これにより主に膜
中添加元素を含むスパッタ粒子が基板(8)の表面へ放
射される。また、これと同時に基板に発生する自己バイ
アス電圧が、-50Vになるように高周波電源(10)から周
波数が13.56MHzの高周波電力を投入する。
At the same time, the sputter source (12) is operated by supplying a high frequency power of 13.56 MHz and 200 W from the high frequency power supply (13) to the sputter source (12). Thereby, sputtered particles mainly containing the additional element in the film are emitted to the surface of the substrate (8). At the same time, high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied from the high-frequency power supply (10) so that the self-bias voltage generated on the substrate becomes -50V.

【0027】以上のステップAの工程により「添加元素
混合領域」が形成される。
The “added element mixed region” is formed by the process of step A described above.

【0028】また、基板ドラムの回転数を高速にするこ
とで、実質上は添加元素が一様に分散した元素添加領域
が形成される。
Further, by increasing the rotation speed of the substrate drum, an element-added region in which the added elements are substantially uniformly dispersed is formed.

【0029】更にCH4ガス分圧を時間と共に減少する、
或いは増加することで膜中の添加元素濃度が膜厚方向に
対し増加する、或いは減少する炭素系被膜の構造とする
ことができる。 ステップB:「炭素リッチ領域」の形成 放電ガス導入管(5)からArガスを5.7×10-4Torrで供
給すると共にマイクロ波発生装置(1)から2.45GHz、1
00Wのマイクロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内に
形成されたArプラズマを基板(8)表面に放射する。反
応ガス導入管(11)からは、CH4ガスを7.6×10-4Torr
で供給する。反応ガス導入管(11)から供給されたCH4
ガスは、プラズマの作用により分解され、これによって
生じた炭素が、反応性の高いイオン又は中性の活性状態
となって、基板(8)の表面へ放射される。
Further reducing the partial pressure of CH 4 gas over time,
Alternatively, the structure of a carbon-based coating film in which the concentration of the additional element in the film increases or decreases in the film thickness direction by increasing the film thickness can be obtained. Step B: Formation of “Carbon-Rich Region” Ar gas is supplied at 5.7 × 10 −4 Torr from the discharge gas inlet tube (5), and 2.45 GHz, 1 GHz is supplied from the microwave generator (1).
A microwave of 00 W is supplied to emit Ar plasma formed in the plasma generation chamber (4) to the surface of the substrate (8). 7.6 × 10 -4 Torr of CH 4 gas was supplied from the reaction gas introduction pipe (11).
Supply by CH 4 supplied from the reaction gas introduction pipe (11)
The gas is decomposed by the action of the plasma, and the resulting carbon becomes highly reactive ions or a neutral active state and is emitted to the surface of the substrate (8).

【0030】また、これと同時に基板に発生する自己バ
イアス電圧が、-50Vになるように高周波電源(10)から
周波数が13.56MHzの高周波電力を投入する。以上のステ
ップBの工程により「炭素リッチ領域」が形成される。
At the same time, high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied from the high-frequency power supply (10) so that the self-bias voltage generated on the substrate becomes -50V. The “carbon-rich region” is formed by the process of step B described above.

【0031】尚、炭素リッチ領域には、添加元素混合領
域からの拡散、又は炭素リッチ領域に引き続いて形成さ
れる添加元素混合領域形成時のイオンの運動エネルギー
による注入効果等に起因する添加元素混合領域の構成元
素を含んでいてもよい。
In the carbon-rich region, the diffusion of the additional element due to the diffusion effect from the additional element mixed region or the implantation effect due to the kinetic energy of ions when forming the additional element mixed region formed subsequently to the carbon-rich region. It may contain a constituent element of the region.

【0032】前述したステップA、及びステップBの工
程を経ることによって、図2(a)に示すように、添加
元素混合領域、及び炭素リッチ領域からなる被膜が形成
され、更にステップA、ステップB、及びステップAの
工程を経ることによって図2(b)に示すように、添加
元素混合領域、炭素リッチ領域、及び添加元素混合領域
からなる被膜が形成される。この時、ステップA、ステ
ップB、或いはステップAの工程を経ることによって図
3に示すような被膜が形成され、この時被膜中のSi濃
度は連続して変化する。 <実施例1>実施例1では、前述のステップA、及びス
テップBの工程を経ることによって、基板(8)上に添
加元素混合領域、及び炭素リッチ領域からなる被膜を形
成した。具体的には、Si基板上にステップA、ステップ
Bの順序で基板側の元素添加領域200Å、全膜厚1000Å
とした。このとき、膜厚に対するCH4のガス分圧は、
図4(a)に示すように変化させた。
Through the steps A and B described above, as shown in FIG. 2A, a film composed of the additive element mixed region and the carbon-rich region is formed. 2 and the step A, as shown in FIG. 2 (b), a film composed of the additive element mixed region, the carbon rich region, and the additive element mixed region is formed. At this time, a film as shown in FIG. 3 is formed through the process of Step A, Step B or Step A, and at this time, the Si concentration in the film continuously changes. <Example 1> In Example 1, a film composed of the additive element mixed region and the carbon-rich region was formed on the substrate (8) by performing the steps A and B described above. Specifically, on the Si substrate, in the order of Step A and Step B, the element-added region 200 mm on the substrate side and the total film thickness 1000 mm
And At this time, the gas partial pressure of CH 4 with respect to the film thickness is:
It was changed as shown in FIG.

【0033】また、現実にステップAによって形成され
た添加元素混合領域における、CH4のガス分圧に対す
るSi濃度(%)、及びビッカース硬度(Hv)を測定
すると図5に示すようになる。但し、基板ドラムの回転
数は、約10rpmに設定した。
FIG. 5 shows the measured values of the Si concentration (%) and the Vickers hardness (Hv) with respect to the CH4 gas partial pressure in the additive element mixed region actually formed in step A. However, the rotation speed of the substrate drum was set at about 10 rpm.

【0034】同図から明らかなように、Si濃度が50
%以下となるCH4ガス分圧以上で2000Hv以上の
セラミックレベルの高硬度を得ることができる。従っ
て、添加元素混合領域の耐摩耗性を確保する上で、添加
元素濃度は50%以下が好ましい。更に好ましいのは、
30%以下である。 <実施例2>実施例2では、前述のステップA、ステッ
プB、及びステップAの工程を経ることによって、基板
(8)上に添加元素混合領域、炭素リッチ領域、及び添
加元素混合領域からなる被膜を形成した。具体的には、
Si基板上にステップA、ステップB、及びステップAの
順序で基板側の元素添加領域200Å、表面側元素添加領
域50Å、全膜厚1000Åとした。このとき、膜厚に対する
CH4のガス分圧は、図4(b)に示すように変化させ
た。 <比較例1>比較例として、Si基板上にSi中間層(膜厚2
00Å)を形成し、更にこの中間層上に炭素系薄膜(膜厚80
0Å、本願のステップBで形成)を形成した。
As is apparent from FIG.
% Or higher, a ceramic level high hardness of 2000 Hv or more can be obtained at a CH 4 gas partial pressure or more. Therefore, in order to ensure the wear resistance of the additive element mixed region, the additive element concentration is preferably 50% or less. More preferably,
30% or less. <Embodiment 2> In Embodiment 2, by performing the above-described steps A, B, and A, the substrate (8) is formed with the additive element mixed region, the carbon-rich region, and the additive element mixed region. A coating was formed. In particular,
Step A, step B, and step A were performed in the order of step A, step B, and step A to provide a substrate-side element-added region 200 mm, a surface-side element-added region 50 mm, and a total film thickness of 1000 mm. At this time, the gas partial pressure of CH 4 with respect to the film thickness was changed as shown in FIG. <Comparative Example 1> As a comparative example, a Si intermediate layer (film thickness 2) was formed on a Si substrate.
00Å), and a carbon-based thin film (film thickness 80
0 °, formed in step B of the present application).

【0035】ここで、実施例1、及び実施例2で形成し
た被膜と、比較例1で形成した被膜の耐摩耗特性試験を
行った。具体的には、被膜の表面を荷重500gを付加
したアルミナボールで摺動したときの摩擦係数を測定
し、その結果を図6に示す。図6の縦軸は、相対的な摩
擦係数を表わし、また横軸は比較例1で被膜が損耗し摩
擦係数が増大する摺動回数を100とした時の相対摺動回
数を表わしたものである。
Here, the coatings formed in Examples 1 and 2 and the coating formed in Comparative Example 1 were subjected to a wear resistance test. Specifically, the coefficient of friction when the surface of the coating film was slid with an alumina ball to which a load of 500 g was applied was measured, and the results are shown in FIG. The vertical axis of FIG. 6 represents the relative friction coefficient, and the horizontal axis represents the relative number of slides when the number of slides in which the coating is worn and the friction coefficient increases in Comparative Example 1 is set to 100. is there.

【0036】この結果から、比較例1に対し実施例1、
実施例2は摩擦係数が増大するまでの摺動回数が各々約
30%、25%向上しており、更に実施例2では摺動初
期から安定した摩擦係数が得ることができた。
From these results, it can be seen that, in comparison with Comparative Example 1, Example 1,
In Example 2, the number of times of sliding until the coefficient of friction increased was improved by about 30% and 25%, respectively. In Example 2, a stable coefficient of friction was obtained from the beginning of sliding.

【0037】また、膜中添加元素としてSi以外にN
(ターゲットにBNを使用)、F(ターゲットにテフロン
を使用)、B(ターゲットにBNを使用)、O(ターゲット
にSiOを使用)を用いた場合でもほぼ同様の結果が得
られることを実験により確認している。 <第2の実施の形態>次に、炭素系被膜の摺動部材への
応用に関する実施の形態について説明する。
As an additional element in the film, in addition to Si, N
Experiments show that almost the same results can be obtained when using BN (for target), F (using Teflon for target), B (using BN for target), and O (using SiO for target). I have confirmed. <Second Embodiment> Next, an embodiment relating to application of a carbon-based coating to a sliding member will be described.

【0038】本実施の形態では、第1の実施の形態で説
明したステップA、及びステップBを用いる点では同一
であるが、本実施の形態が第1の実施の形態と異なるの
は基板(8)の種類をAl23−TiC(アルチック)
を主な下地とするMR薄膜磁気ヘッドのスライダーにし
たことである。
Although the present embodiment is the same in that steps A and B described in the first embodiment are used, the present embodiment is different from the first embodiment in that the substrate ( the type of 8) Al 2 O 3 -TiC (AlTiC)
Is used as the slider of the MR thin-film magnetic head having the main base.

【0039】尚、本実施の形態では、第1の実施の形態
で説明した形成条件と同一である。 <実施例3>Al23−TiCを主な下地とするMR薄
膜磁気ヘッドのスライダー面上にステップA、及びステ
ップBの順序で形成し、スライダー面側から添加元素混
合領域の膜厚を20Å、また全膜厚を80Åとした。 <実施例4>Al23−TiCを主な下地とするMR薄
膜磁気ヘッドのスライダー面上にステップA、ステップ
B、及びステップAの順序で形成し、スライダー面側の
添加元素混合領域の膜厚を20Å、また表面側の添加元
素混合領域の膜厚を10Å、更に全膜厚を80Åとし
た。 <比較例2>比較例2として、 Al23−TiCを主
な下地とするMR薄膜磁気ヘッドのスライダー面上にSi
中間層(膜厚20Å)を形成し、更にこの中間層上に炭素
系薄膜(膜厚80Å、本願のステップBで形成)を形成し
た。
In this embodiment, the formation conditions are the same as those described in the first embodiment. <Example 3> Al 2 O 3 -TiC steps on the slider surface of the MR thin-film magnetic head whose main base A, and is formed in the order of steps B, and the thickness of the added elements mixed region from the slider surface 20 ° and the total film thickness was 80 °. Example 4 Steps A, B, and A were formed in the order of step A, step B, and step A on the slider surface of an MR thin-film magnetic head having Al 2 O 3 —TiC as a main underlayer. The thickness was set to 20 °, the thickness of the additive element mixed region on the surface side was set to 10 °, and the total thickness was set to 80 °. <Comparative Example 2> As Comparative Example 2, Si was formed on the slider surface of an MR thin film magnetic head having Al 2 O 3 —TiC as a main underlayer.
An intermediate layer (film thickness: 20 °) was formed, and a carbon-based thin film (film thickness: 80 °, formed in Step B of the present application) was further formed on the intermediate layer.

【0040】ここで、実施例3、及び実施例4の被膜
と、比較例2の被膜を夫々MR薄膜磁気ヘッドのスライ
ダー面に形成し、そのヘッドとハードディスクとの間で
耐摩耗特性試験を行った。ここで、MR薄膜磁気ヘッド
が接触するハードディスク表面にはスパッタリング等で
形成された炭素系保護層が形成されている。
Here, the coatings of Examples 3 and 4 and the coating of Comparative Example 2 were respectively formed on the slider surface of the MR thin-film magnetic head, and a wear resistance test was conducted between the head and the hard disk. Was. Here, a carbon-based protective layer formed by sputtering or the like is formed on the surface of the hard disk in contact with the MR thin-film magnetic head.

【0041】図7は、MR薄膜磁気ヘッドとハードディ
スクとの間の摩擦係数を測定し、その結果を示したもの
である。図7の縦軸は相対的な摩擦係数を表わし、また
横軸は比較例2で被膜が損耗し摩擦係数が増大する摺動
時間を100としたときの相対摺動回数を表わしたもので
ある。
FIG. 7 shows the results of measuring the coefficient of friction between the MR thin-film magnetic head and the hard disk. The vertical axis in FIG. 7 represents the relative friction coefficient, and the horizontal axis represents the relative number of slides when the sliding time at which the coating is worn and the friction coefficient increases in Comparative Example 2 is set to 100. .

【0042】この結果から、比較例2に対し実施例3、
実施例4は摩擦係数が増大するまでの摺動時間が双方約
30%向上している。更に実施例4では摺動初期から安
定した摩擦係数が得られていることが分かる。
From the results, it can be seen that Example 3 and Comparative Example 2
In the fourth embodiment, the sliding time until the friction coefficient increases is improved by about 30% in both cases. Further, in Example 4, it can be seen that a stable coefficient of friction was obtained from the beginning of sliding.

【0043】実施例4での膜表面の添加元素混合領域は
炭素リッチ領域よりも材料的に硬度が低いため、実施例
3の炭素リッチ領域からなる表面よりも耐摩耗性におい
て劣ると考えられる。しかしながら、摺動初期の摩擦係
数低減の効果により摺動初期の摩耗量が少なくなり、そ
の結果として両者の摺動回数が同等になったものと考え
られる。
Since the added element mixed region on the film surface in Example 4 is lower in material hardness than the carbon rich region, it is considered that the wear resistance is inferior to the surface composed of the carbon rich region in Example 3. However, it is considered that the wear amount in the initial stage of the sliding is reduced due to the effect of the reduction of the friction coefficient in the initial stage of the sliding, and as a result, the number of times of the sliding is equalized.

【0044】従って、プロセスの繁雑さ、又は相手摺動
材(ハードディスク)の摩耗量等の兼ね合いで実施例3、
又は4の何れかを選択すれば良い。
Therefore, in Example 3, the complexity of the process or the amount of wear of the mating sliding material (hard disk) was taken into consideration.
Alternatively, any one of 4 and 4 may be selected.

【0045】本発明によりMR薄膜ヘッドスライダー面
上への炭素系保護膜形成時に従来必要であった中間層が
不要となるため、ハードディスクドライブ装置の高記録
密度化に必須のMR膜膜ヘッドスライダー面上保護膜の
薄膜化が可能である。 <薄膜磁気ヘッドの上部、下部ギャップ絶縁層、上部、
下部保護層、又は分離層応用に関する実施の形態>図8
は、薄膜磁気ヘッドの概略断面図の一例を示したもので
ある。
The present invention eliminates the need for an intermediate layer, which was conventionally required when forming a carbon-based protective film on the MR thin film head slider surface, so that the MR film head slider surface which is indispensable for increasing the recording density of a hard disk drive. It is possible to make the upper protective film thinner. <The upper part of the thin film magnetic head, the lower gap insulating layer, the upper part,
Embodiment relating to application of lower protective layer or separation layer> FIG.
1 shows an example of a schematic cross-sectional view of a thin-film magnetic head.

【0046】図8に示す薄膜磁気ヘッドの上部、下部ギ
ャップ絶縁層、上部、下部保護層、又は分離層において
はその下地として、或いはその上部に形成される層(被
膜)は主にNiFe等の金属である。
In the upper, lower gap insulating layer, upper and lower protective layers or separation layers of the thin film magnetic head shown in FIG. 8, the layer (coating) formed as a base or on the upper part is mainly made of NiFe or the like. Metal.

【0047】前述の薄膜磁気ヘッドの上部、下部ギャッ
プ絶縁層、下部保護層、又は分離層のうちいずれかの層
において、ステップA、ステップB、及びステップAの
工程によって本発明の炭素系被膜を形成し、また上部保
護層においてステップA、及びステップBの工程によっ
て本発明の炭素系被膜を形成することが望ましい。 <実施例5>実施例5として、Si基板上に形成された1
μmのNiFe薄膜上にステップA、ステップBの順序で被
膜を形成(基板側元素添加領域50Å、全膜厚400Å)後、
更にその被膜上にNiFe層を1μm形成した。 <実施例6>実施例6として、Si基板上に形成されたNi
Fe薄膜上にステップA、ステップB、及びステップAの
順序で形成(基板側元素添加領域50Å、表面側元素添加
領域50Å、全膜厚400Å)後、更にその被膜上にNiFe層を
1μm形成した。 <比較例3>比較例3として、Si基板上に形成されたNi
Fe薄膜上にSi中間層(膜厚50Å)を形成した後、炭素系薄
膜(膜厚350Å、ステップBで形成)構造を形成後、更にN
iFe層を1μm形成した。
The carbon-based film of the present invention is applied to any one of the upper, lower gap insulating layer, lower protective layer, and separation layer of the thin-film magnetic head by the steps A, B, and A. It is desirable to form the carbon-based coating of the present invention by the steps A and B in the upper protective layer. <Embodiment 5> As Embodiment 5, the 1
After forming a film on the NiFe thin film of μm in the order of Step A and Step B (substrate side element addition region 50Å, total thickness 400Å),
Further, a 1 μm NiFe layer was formed on the film. <Example 6> As Example 6, Ni formed on a Si substrate was used.
After the steps A, B, and A are formed on the Fe thin film in the order of (the substrate-side element-added region 50 °, the surface-side element-added region 50 °, the total film thickness 400 °), a NiFe layer is further formed on the film.
1 μm was formed. Comparative Example 3 As Comparative Example 3, Ni formed on a Si substrate was used.
After forming a Si intermediate layer (thickness of 50 mm) on the Fe thin film, forming a carbon-based thin film (thickness of 350 mm, formed in step B),
An iFe layer was formed at 1 μm.

【0048】ここで、実施例5、実施例6、及び比較例
3について、押し込み試験を行った。実施例5、実施例
6、及び比較例3のサンプル表面の50箇所にビッカース
圧子を荷重300gで押し込んだ時の剥離発生個数を調査
し、その結果を表1に示す。
Here, the indentation test was performed on Example 5, Example 6, and Comparative Example 3. The number of peelings occurring when a Vickers indenter was pushed into the 50 places on the sample surfaces of Example 5, Example 6, and Comparative Example 3 with a load of 300 g was investigated. The results are shown in Table 1.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】この試験結果から、比較例3に対し実施例
5、実施例6は各々剥離発生個数が減少しており、基板
界面近傍及び表面近傍の元素添加領域の密着性向上の効
果が認められる。
From this test result, the number of occurrences of peeling is reduced in each of Examples 5 and 6 as compared with Comparative Example 3, and the effect of improving the adhesion of the element-added regions near the substrate interface and near the surface is recognized. .

【0051】尚、本発明における基板は、特に限定され
るものではなく、本明細書で用いている「基板」という
言葉は、下地層等が形成された被膜をも含むものであ
る。従って、例えば基板との間に接着層を形成したもの
も含めるものとする。
The substrate in the present invention is not particularly limited, and the term “substrate” used in the present specification includes a film on which a base layer or the like is formed. Therefore, for example, one including an adhesive layer formed between the substrate and the substrate is also included.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、従来の密着性を向上するだけの中間層ではな
く、基板界面近傍に元素を添加し、更に濃度が傾斜した
構造とすることで、剥離の原因となる従来の被膜/中間
層間の界面での急激な元素の濃度変化を無くし、実質上
界面を無くすことで密着性を向上することができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, a structure in which an element is added near the substrate interface and the concentration is further inclined, instead of the conventional intermediate layer only for improving the adhesion. This eliminates the conventional abrupt change in element concentration at the interface between the coating and the intermediate layer, which causes peeling, and improves the adhesion by substantially eliminating the interface.

【0053】また、元素添加領域は基本的に硬度、耐摩
耗性等の機械的特性に優れた炭素系被膜の一部であるた
め、従来の中間層と違い、基板表面の耐摩耗性向上にも
寄与することができる。
Since the element-added region is basically a part of the carbon-based coating having excellent mechanical properties such as hardness and abrasion resistance, unlike the conventional intermediate layer, the element-added region improves the abrasion resistance of the substrate surface. Can also contribute.

【0054】更に元素添加領域を炭素系被膜表面近傍に
も形成することで、炭素系被膜上に引き続いて形成され
る被膜と炭素系被膜間との密着性が向上すると共に、炭
素系被膜表面に吸着した汚れ分による、摺動初期の摩擦
係数上昇を回避することが可能となる。
Further, by forming the element-added region also in the vicinity of the surface of the carbon-based film, the adhesion between the film subsequently formed on the carbon-based film and the carbon-based film is improved, and the surface of the carbon-based film is improved. It is possible to avoid an increase in the friction coefficient at the beginning of sliding due to the adsorbed dirt.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における被膜形成装置の概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus according to the present invention.

【図2】図2(a)は、ステップA、及びステップBの
工程によって形成された被膜の概略断面図であり、また
図2(b)は、ステップA、ステップB、及びステップ
Aの工程によって形成された被膜の概略断面図である。
FIG. 2A is a schematic sectional view of a film formed by the steps A and B, and FIG. 2B is a step A, a step B and a step A; FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a coating formed by the above method.

【図3】ステップA、ステップB、及びステップAの工
程によって形成された被膜の垂直断面方向におけるSi
濃度の変化を表わす図である。
FIG. 3 shows Si in a vertical sectional direction of a film formed by steps A, B, and A.
It is a figure showing the change of density.

【図4】ステップA、ステップB、及びステップAの工
程の際に用いるCH4ガスの分圧変化を表わす図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a change in partial pressure of CH 4 gas used in steps A, B and A;

【図5】ステップAの工程で形成した被膜の添加元素混
合領域におけるCH4ガスの分圧とSi濃度、及びビッ
カース硬度の関係を表わす図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship among a partial pressure of CH 4 gas, a Si concentration, and Vickers hardness in a region where an additive element is mixed in a film formed in the process of Step A.

【図6】実施例1、実施例2、及び比較例1の耐摩耗試
験結果を表わす図である。
FIG. 6 is a diagram showing the results of a wear resistance test of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.

【図7】実施例3、実施例4、及び比較例2の耐摩耗試
験結果を表わす図である。
FIG. 7 is a diagram showing the results of a wear resistance test of Example 3, Example 4, and Comparative Example 2.

【図8】薄膜磁気ヘッドの概略断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view of a thin-film magnetic head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…マイクロ波発生装置 2…導波管 3…マイクロ波導入窓 4…プラズマ発生室 5…放電ガス導入管 6…プラズマ磁界発生装置 7…真空チャンバー 8…基板 9…基板ドラム 10…高周波電源 11…反応ガス導入管 12…スパッタ源 13…スパッタ源用高周波電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microwave generator 2 ... Waveguide 3 ... Microwave introduction window 4 ... Plasma generation chamber 5 ... Discharge gas introduction pipe 6 ... Plasma magnetic field generator 7 ... Vacuum chamber 8 ... Substrate 9 ... Substrate drum 10 ... High frequency power supply 11 ... Reaction gas introduction pipe 12 ... Sputter source 13 ... High frequency power supply for sputter source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樽井 久樹 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hisaki Tarui 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された被膜であって、該
被膜中の基板近傍、或るいは表面近傍のうち少なくとも
一方に炭素以外の元素が添加されていることを特徴とす
る炭素系被膜。
1. A carbon-based coating film formed on a substrate, wherein an element other than carbon is added to at least one of the vicinity of the substrate and the vicinity of the surface in the coating film. .
【請求項2】 前記元素の濃度が前記被膜の膜厚方向
に勾配を有していることを特徴とする請求項1記載の炭
素系被膜。
2. The carbon-based coating according to claim 1, wherein the concentration of the element has a gradient in a thickness direction of the coating.
【請求項3】 前記元素の濃度勾配が前記被膜の基板
側、或るいは表面側で高くなっていることを特徴とする
請求項2記載の炭素系被膜。
3. The carbon-based coating according to claim 2, wherein the concentration gradient of the element is higher on the substrate side or the surface side of the coating.
【請求項4】 前記元素の濃度勾配がステップ上に変
化することを特徴とする請求項2、又は3のうちいずか
に記載の炭素系被膜。
4. The carbon-based coating according to claim 2, wherein the concentration gradient of the element changes in steps.
【請求項5】 前記元素の濃度勾配が連続的に変化す
ることを特徴とする請求項2、又は3のうちいずかに記
載の炭素系被膜。
5. The carbon-based coating according to claim 2, wherein the concentration gradient of the element changes continuously.
【請求項6】 前記元素が少なくともSi、N、F、B、O
のうち少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請
求項1乃至5のうちいずれかに記載の炭素系被膜。
6. The method according to claim 1, wherein the element is at least Si, N, F, B, O
The carbon-based coating according to any one of claims 1 to 5, further comprising at least one element selected from the group consisting of:
【請求項7】 前記元素の濃度が50%以下であるこ
とを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の
炭素系被膜。
7. The carbon-based coating according to claim 1, wherein the concentration of the element is 50% or less.
【請求項8】 前記被膜の膜厚が200Å以下である
ことを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれかに記載
の炭素系被膜。
8. The carbon-based coating according to claim 1, wherein the thickness of the coating is 200 ° or less.
【請求項9】 前記炭素系被膜が非晶質、或るいは結
晶性炭素系被膜であることを特徴とする請求項1乃至8
のうちいずれかに記載の炭素系被膜。
9. The carbon-based coating according to claim 1, wherein said carbon-based coating is an amorphous or crystalline carbon-based coating.
The carbon-based coating according to any one of the above.
【請求項10】 請求項1乃至9のうちいずれかに記載
の炭素系被膜を摺動部分に形成した摺動材。
10. A sliding material comprising the carbon-based coating according to claim 1 formed on a sliding portion.
【請求項11】 請求項1乃至9のうちいずれかに記載
の炭素系被膜を薄膜磁気ヘッドのスライダー面に形成し
たことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
11. A thin-film magnetic head, wherein the carbon-based coating according to claim 1 is formed on a slider surface of the thin-film magnetic head.
【請求項12】 請求項1乃至9のうちいずれかに記載
の炭素系被膜が薄膜磁気ヘッドの上部、下部ギャップ絶
縁層、上部、下部保護層、又は分離層に用いられている
ことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
12. The thin film magnetic head according to claim 1, wherein the carbon-based coating is used for an upper portion, a lower gap insulating layer, an upper portion, a lower protective layer, or a separation layer. Thin film magnetic head.
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