JPS63150926A - ダイヤモンド状炭素膜の製膜法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はダイヤモンド状炭素膜の製膜法に関し、詳しく
は半導体素子、磁気ディスク、各種精密プラスチック製
品などの表面保護に有用なダイヤモンド状炭素膜の製膜
法に関する。

〔従来技術〕

半導体素子、磁気ディスクなどに限らず各種製品等（以
降これを「基板」と称することがある）の表面に保護膜
を設けることにより、その表面を周囲の物理的ないし化
学的環境から隔離せしめ、製品に耐久性をもたせること
は多く行なわれており、この保護膜の代表例としてダイ
ヤモンド状炭素膜が用いられている。これはダイヤモン
ド状炭素膜が硬度、屈折率、絶縁性などが大きく耐薬品
性、耐摩耗性、耐熱性にもすぐれているためである。

だが、ダイヤモンド状炭素膜はそうした優れた特性を有
した材料であるにもかかわらず、基板（基板表面）との
密着性が必ずしも十分でないといった懺いがある。即ち
、従来のプラズマＣＶＤ法などによったダイヤモンド状
炭素膜の堆積法で基板表面にコーティングを行なった場
合には往々にして基板からの剥離が生じ、特にプラスチ
ック製品、磁気ディスクなどへのコーティングでは密着
性が悪いといった欠陥を有している。

〔目　　的〕

本発明は上記のごとき欠陥を解消し、基板との密着性に
すぐれかつ耐摩耗性などにもすぐれたダイヤモンド状炭
素膜の製膜法を提供するものである。

〔構　　成〕

本発明の製膜法は、炭素原子及び水素原子を主成分とし
たアモルファス材料を基板上にダイヤモンド状炭素膜と
して堆積せしめるのに当って、基板表面寄りの第一層（
第一ダイヤモンド状炭素膜）を硬度２００〜１０００ｋ
ｇ／ａｍ２、比抵抗１０９Ωｃｍ以下とし、この第一層
上の第二層（第二ダイヤモンド状炭素膜）を硬度１００
０ｋｇ／ａ＋＋”以上、比抵抗１０１０ΩＣａ１１以上
とすることを特徴とする。

ちなみに１本発明者らはダイヤモンド炭素膜の製膜法に
おいて炭素原子を用いた新規材料の気相合成に関し鋭意
研究、検討を行なった結果、特定の原料ガスの存在下で
のプラズマＣＶＤ法又はイオンビーム法により、結晶ダ
イヤモンドに近い性質をもつアモルファス材料の合成に
成功した。特に、プラズマＣＶＤ法においては製膜条件
と膜特性の関係が明白となり、膜質を自由にコントロー
ルできるまでにいたった。本発明方法（ダイヤモンド状
炭素膜をコーチインク材料として基板上に堆積せしめる
方法）はこうした知見に基づいてなされたものである。

以下に本発明方法を添付の図面に従がいながら更に詳細
に説明する。

第１図は本発明方法によりダイヤモンド状炭素膜が基板
上に製膜された状態を示しており、１は基板、２は堆積
された全体のダイヤモンド状炭素膜、２１は第１層目の
ダイヤモンド状炭素膜（第一ダイモンド状炭素膜）、２
２は第２層目のダイヤモンド状炭素１１％（第二ダイヤ
モンド状炭素膜）を表わしている。

本発明方法におけるダイヤモンド状炭素膜の合成法（形
成法）の−例をプラズマＣＶＤ法により説明すれば次の
とおりである。ここで用いた装置は平行平板型プラズマ
ＣＶＤ装置であり、セルフバイアスのため正イオンの衝
撃が促進されるＲＦ給電側に基板をセットする。原料ガ
スには炭化水素（ＣＨ４，Ｃ２Ｈ６，Ｃ，ＨＩ、、Ｃ，
Ｈ工。など）と水素との混合を用いる。このようにして
、平行平板間に高周波電界（１３，５６Ｍ　Ｈｚ）を印
加するとグロー放電が発生し、原料ガスはラジカルとイ
オンとに分解され反応し、基板上に炭素原子と水素原子
とからなるアモルファス材料が堆積する。なお、反応条
件は表−１のとおりである。

表−１ このようにして製膜されたダイヤモンド状炭素膜はＸ−
ｒａｙ及び電子回折分析よりアモルファス状態（ａ−Ｃ
：Ｈ）であり、更に、ＩＲ吸収法及びラマン分光法によ
る分析の結果、炭素原子はＳＦ２の混成軌道とＳＦ３の
混合軌道とを形成した原子間結合状態が混在しているこ
とが明らかとなった。また、ＩＲ吸収ピークの面積より
膜中の水素量を算出したところ、製膜条件によって異な
るものの約１０〜３５ａｔｏｍｉｃ％の範囲であった。

前記のＩＲ吸収、ラマン分光の測定結果は第２図、第３
図に示したとおりであり、また、製膜されたダイヤモン
ド状炭素膜の物性は表−２のとおりであった。

表−２ 表−２の結果を含めた上記試験から、本発明者らはＲＦ
比出力大きく、圧力が低いほど得られた膜の比抵抗値及
び硬度の増加することも確めた。また、本発明者らは、
同時に、前記原料ガスを用いてのイオンビーム法によっ
てもプラズマＣＶＤ法よりは幾分者るものの良質のダイ
ヤモンド状炭素膜が製膜しうることも確めた。

更に、表−２から容易に推察しうるように、ダイヤモン
ド状炭素膜の物性（特性）は非常に広範囲に変えられる
ことが判る。

ダイヤモンド状炭素膜をコーティング材料としてみた場
合、硬度及び比抵抗値はともに大きい方が適切であるが
、そのような膜は基板との密着力が弱く、また、内部ス
トレスも高いために剥離が起りやすい。

こうした不都合を解消するために、本発明方法において
は先ず基板１とダイヤモンド状炭素膜との密着性を高め
るために、バッファ一層として硬度及び比抵抗値の小さ
な第一ダイヤモンド状炭素膜２１を設ける。この第一層
炭素膜２１の硬度は２００〜１０００ｋｇ／ｍｍ”で比
抵抗は１０’Ｑｃｍ以下が適当である。こうした特性を
有する第一ダイヤモンド状炭素膜２１は比較的低出力（
２０〜４０Ｗ）で高圧力（０，１〜Ｉ　Ｔｏｒｒ）の条
件下で作製することができ、有機物の重合体的な膜とい
えるものである。これの厚さは適宜変えられてよいが、
１００〜２０００人くらいが適当である。

続いて、第一ダイヤモンド状炭素膜２１の上に硬度、比
抵抗値とも大きな第二ダイヤモンド状炭素膜２２を積層
する。この第二ダイヤモンド状炭素膜の硬度は１０００
ｋｇ／ｍｎ＋”以上で比抵抗１０１０Ωｃｍ以上が適当
である。−こうした特性を有する第二ダイヤモンド状炭
素膜２２は、比較的低出力（４０〜２００ｗ）で低圧力
（ＩＱ−３〜１Ｏ−１Ｔｏｒｒ）の条件下で作製するこ
とができ、強固な結合を有したリジットの膜といえるも
のである。加えて、第二ダイヤモンド状炭素膜２２は耐
摩耗、耐機械的損傷にすぐれたコーチインク材料である
。これの厚さは適宜かえられるが、５０００〜２０００
０人くらいが適当である。

従って、基板１上に上記のごとき第一ダイヤモンド状炭
素膜２１、第二炭素膜２２を積層構造して堆積せしめた
ことにより、基板１と全体のダイヤモンド状炭素膜２と
は強固に密着し、剥離の生じるようなことは起らなくな
る。なお、これまでの説明では、ダイヤモンド状炭素膜
の製膜を二層構成によって行なってきたが、硬度及び比
抵抗値が小さい方から大きい方へと段階的に又は連続的
に移るように三層以上のダイヤモンド状炭素膜を堆積さ
せて全体のダイヤモンド状炭素膜形成せしめるようにし
てもよい。　このようにして製膜されたダイヤモンド状
炭素膜２は、従来の単層膜と比較して、接着テープを使
用した引き剥がし法による評価で、基板１との密着性が
約５倍以上向上しているのが確められた。

本発明方法はレンズのコーティング、切削ブレードの表
面硬化処理などにも応用しうるちのである。

〔結　　果〕

本発明の製膜法によれば、基板との密着力は大幅に増大
した良質のダイヤモンド状炭素膜がつくられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によりダイヤモンド状炭素膜が基板
上に製膜された状態の一例の断面図である。第２図及び
第３図は本発明方法によりつくられるダイヤモンド状炭
素膜のＩＲ吸収及びラマン分光の測定図である。 １・・・基　　板 ２・・・基板１上堆積された全体のダイヤモンド状炭素
膜２１・・・第一ダイヤモンド状炭素膜 ２２・・・第二ダイヤモンド状炭素膜 特許出願人　株式会社　リ　コ　− −辷、ば）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭素原子及び水素原子を主成分としたアモルファス
   材料を基板上にダイヤモンド状炭素膜として堆積せしめ
   るのに当って、該基板表面寄りの第一ダイヤモンド状炭
   素膜を硬度２００〜１０００ｋｇ／ｍｍ＾２で比抵抗１
   ０＾９Ωｃｍ以下とし、この上に設けられる第二ダイヤ
   モンド状炭素膜を硬度１０００ｋｇ／ｍｍ＾２以上で比
   抵抗１０＾１＾０Ωｃｍ以上とすることを特徴とするダ
   イヤモンド状炭素膜の製膜法。