JPH02149663A - ダイナミツクミキシングによる窒化チタン膜の形成方法 - Google Patents
ダイナミツクミキシングによる窒化チタン膜の形成方法Info
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- JPH02149663A JPH02149663A JP30057288A JP30057288A JPH02149663A JP H02149663 A JPH02149663 A JP H02149663A JP 30057288 A JP30057288 A JP 30057288A JP 30057288 A JP30057288 A JP 30057288A JP H02149663 A JPH02149663 A JP H02149663A
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- titanium nitride
- titanium
- nitride film
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、金属、および、非金属の表面改質技術に係り
、特に、窒素イオンビームとチタン金属の蒸着とを同時
に照射して試料表面に窒化チタン膜を形成する方法に関
する。
、特に、窒素イオンビームとチタン金属の蒸着とを同時
に照射して試料表面に窒化チタン膜を形成する方法に関
する。
構造部材の耐食性や耐摩耗性などを向上させるため、試
料表面に被膜を形成する方法は種々あり、数ｍ Ｔｏｒ
ｒから数Ｔｏｒｒの窒素雰囲気中でチタンを溶解し蒸発
させて窒化チタン膜を形成するＰＶＤ法や、チタン系ガ
スと窒素系ガスとの混合ガスを１０００’Ｃ前後の高温
下で反応させて試料表面に窒化チタン膜を形成するＣＶ
Ｄ法などがある。しかし、これらには一長一短があり、
ＰＶＤ法では膜の付着強度が劣り、ＣＶＤ法では、高温
下で処理するため基材との密着性は良いが、基材の変形
が問題となり、更に、結晶粒が粗大化するなど種々の物
性変化を伴うという問題がある。
料表面に被膜を形成する方法は種々あり、数ｍ Ｔｏｒ
ｒから数Ｔｏｒｒの窒素雰囲気中でチタンを溶解し蒸発
させて窒化チタン膜を形成するＰＶＤ法や、チタン系ガ
スと窒素系ガスとの混合ガスを１０００’Ｃ前後の高温
下で反応させて試料表面に窒化チタン膜を形成するＣＶ
Ｄ法などがある。しかし、これらには一長一短があり、
ＰＶＤ法では膜の付着強度が劣り、ＣＶＤ法では、高温
下で処理するため基材との密着性は良いが、基材の変形
が問題となり、更に、結晶粒が粗大化するなど種々の物
性変化を伴うという問題がある。
一方、これらの問題点を解決する方法として窒素イオン
とチタンの蒸着とを同時に照射して試料表面に窒化チタ
ン膜を形成する、いわゆる、ダイデミツクミキシング法
による膜形成法が提案されている。例えば、特開昭６１
−１９００６４号公報には、この方法による窒化チタン
膜の形成方法が提案されている。しかし、この方法によ
ればチタンの蒸発原子の入射数が毎秒３ＸＩＱ２２〜３
ＸＩＱ２３個／ ａｄ必要であると述べられている。こ
こで単位時間当たりのチタン蒸発原子数Ｔｉは、蒸着速
度をＲ（ｃｍ／ｓｅｃ ） 、チタンの密度をｐ （
ｇ／ａｄ） 。
とチタンの蒸着とを同時に照射して試料表面に窒化チタ
ン膜を形成する、いわゆる、ダイデミツクミキシング法
による膜形成法が提案されている。例えば、特開昭６１
−１９００６４号公報には、この方法による窒化チタン
膜の形成方法が提案されている。しかし、この方法によ
ればチタンの蒸発原子の入射数が毎秒３ＸＩＱ２２〜３
ＸＩＱ２３個／ ａｄ必要であると述べられている。こ
こで単位時間当たりのチタン蒸発原子数Ｔｉは、蒸着速
度をＲ（ｃｍ／ｓｅｃ ） 、チタンの密度をｐ （
ｇ／ａｄ） 。
チタンの１モルをＭ（ｇ／ｍｏＱ）とするとｎ：アボガ
ドロ数 ６ Ｘ １０２３／＋ｎｏ Ｑで表わされる。
ドロ数 ６ Ｘ １０２３／＋ｎｏ Ｑで表わされる。
チタンの場合、ρ＝４．５１ ｇ／ｍｏＱ、Ｍ＝４７
．９ ｇ／ｍｏＱを代入すると（１）式からチタンの
蒸着速度はＲ＝０．５３〜５．３■／ｓｅｃとなる。さ
らに、Ｎ／Ｔｉ≦１．０ がら、ココで因みニＮ ＝
Ｔ ｉ、即ち、Ｎ／Ｔｉ＝１．０の割合で膜を形成さ
せようとした時、Ｎの入射数は以下のようになる。
．９ ｇ／ｍｏＱを代入すると（１）式からチタンの
蒸着速度はＲ＝０．５３〜５．３■／ｓｅｃとなる。さ
らに、Ｎ／Ｔｉ≦１．０ がら、ココで因みニＮ ＝
Ｔ ｉ、即ち、Ｎ／Ｔｉ＝１．０の割合で膜を形成さ
せようとした時、Ｎの入射数は以下のようになる。
Ｎの単位時間当たりの入射数は
Ｎ＝□ ・・・・・・（２）ｅ：
電子の定荷重 １．．６Ｘ１０−１ｆ′クーロンＤ：イ
オンビームの電流密度 従って、Ｄは（１）、 （２）式から Ｄ＝４．８
Ｘ１０３〜４．８ Ｘ１０４ Ａ／ｃＪとなる。即ち
、Ｎ／ Ｔ ｉ≦１．０ であるという条件により窒素
イオンの必要数を減少することができ、これによって装
置、具体的にはイオン源の消費電力を減らすことが出来
ると述べられているが、Ｔｊの蒸着速度、および、イオ
ンビームを加速するための電流は、いずれも膨大な値で
あり、これらの点について考慮されていなかった。また
、ＴｊとＮの比を変えることにより形成された膜は種々
の結晶をもつようになるが、従来技術ではこれらの点に
ついても考慮されていなかった。
電子の定荷重 １．．６Ｘ１０−１ｆ′クーロンＤ：イ
オンビームの電流密度 従って、Ｄは（１）、 （２）式から Ｄ＝４．８
Ｘ１０３〜４．８ Ｘ１０４ Ａ／ｃＪとなる。即ち
、Ｎ／ Ｔ ｉ≦１．０ であるという条件により窒素
イオンの必要数を減少することができ、これによって装
置、具体的にはイオン源の消費電力を減らすことが出来
ると述べられているが、Ｔｊの蒸着速度、および、イオ
ンビームを加速するための電流は、いずれも膨大な値で
あり、これらの点について考慮されていなかった。また
、ＴｊとＮの比を変えることにより形成された膜は種々
の結晶をもつようになるが、従来技術ではこれらの点に
ついても考慮されていなかった。
上記従来技術による方法では、窒化チタン膜を形成する
時の単位時間におけるチタンの蒸着速度およびイオンビ
ームの加速電流の値について考慮がされておらず、窒化
チタン膜を形成する上で問題があった。
時の単位時間におけるチタンの蒸着速度およびイオンビ
ームの加速電流の値について考慮がされておらず、窒化
チタン膜を形成する上で問題があった。
例えば、蒸発源の場合１通常、用いられている電子線加
熱式蒸発源では、蒸着速度は数人／ｓｅｃ〜数十人／ｓ
ｅｃ程度であり、前述の方法による蒸着速度０．５３〜
５．３■／ｓｅｃを得るには、膨大な電源容量の蒸発源
となり、蒸着速度が０，５３（１）／ｓｅｃ〜５．３■
／ｓｅｃでは薄膜の形成にはなり得ない。イオン源につ
いても、ダイナミックミキシングによる薄膜形成の場合
、イオンビームの加速電流はチタンの蒸着速度、および
、ＴｉとＮの比を考え合せ０．１ 〜数千ｍ Ａ ／
ｃｓｊ ８度であり。
熱式蒸発源では、蒸着速度は数人／ｓｅｃ〜数十人／ｓ
ｅｃ程度であり、前述の方法による蒸着速度０．５３〜
５．３■／ｓｅｃを得るには、膨大な電源容量の蒸発源
となり、蒸着速度が０，５３（１）／ｓｅｃ〜５．３■
／ｓｅｃでは薄膜の形成にはなり得ない。イオン源につ
いても、ダイナミックミキシングによる薄膜形成の場合
、イオンビームの加速電流はチタンの蒸着速度、および
、ＴｉとＮの比を考え合せ０．１ 〜数千ｍ Ａ ／
ｃｓｊ ８度であり。
前述の蒸発源の場合と同様である。
さらに、ＴｉとＮの比を変えて窒化チタン膜を形成した
場合、Ｔ ｉ ／ Ｈの比を変えることにより種々の結
晶をもった膜が形成されるが、この点についても考慮さ
れていなかった。
場合、Ｔ ｉ ／ Ｈの比を変えることにより種々の結
晶をもった膜が形成されるが、この点についても考慮さ
れていなかった。
本発明の目的は、ＴｉとＮの比を制御し、形成する膜の
結晶の制御を可能にし、金色を呈した窒化チタン薄膜の
形成方法を提供することにある。
結晶の制御を可能にし、金色を呈した窒化チタン薄膜の
形成方法を提供することにある。
上記目的は、膜形成の条件として、試料への単位時間当
たりの窒素イオンの入射数ＮをＮ＝ｌＸ１０” 〜Ｉ
Ｘ １０１６個／ｃｎＬｓｅｃの範囲で、イオンビーム
の照射角は４５゜、窒素イオンの入射数Ｎとチタン金属
の単位時間当たりの蒸発分子数Ｔｉの割合が、Ｔ ｉ
／ Ｎ≧０．５ の比で膜形成を行い、任意の膜を形成
したのち、イオンビームのみを注入することにより達成
される。
たりの窒素イオンの入射数ＮをＮ＝ｌＸ１０” 〜Ｉ
Ｘ １０１６個／ｃｎＬｓｅｃの範囲で、イオンビーム
の照射角は４５゜、窒素イオンの入射数Ｎとチタン金属
の単位時間当たりの蒸発分子数Ｔｉの割合が、Ｔ ｉ
／ Ｎ≧０．５ の比で膜形成を行い、任意の膜を形成
したのち、イオンビームのみを注入することにより達成
される。
本発明では、単位時間当たりの窒素イオンの入射数Ｎが
Ｉ Ｘ １０” 〜Ｉ Ｘ Ｉ Ｑｌ”個／ｃｍ２−ｓ
ｅｃの範囲なので、容易にイオンビームを加速させるこ
とができる。
Ｉ Ｘ １０” 〜Ｉ Ｘ Ｉ Ｑｌ”個／ｃｍ２−ｓ
ｅｃの範囲なので、容易にイオンビームを加速させるこ
とができる。
また、チタンの蒸発源でも、その蒸着速度は数人／ｓｅ
ｃ〜数十人／ｓｅｃ程度なので、通常の電子線加熱式蒸
発源を用いて容易に膜の形成を行う事が出来る。
ｃ〜数十人／ｓｅｃ程度なので、通常の電子線加熱式蒸
発源を用いて容易に膜の形成を行う事が出来る。
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。
窒素イオンには、イオン源１から引き出されたイオンビ
ーム２を用いる。窒素イオンビーム量は、ガスコントロ
ーラ３からイオン源１の中に導入される窒素ガス量とイ
オン源内で生しさせるアーク放電のパワーにより規定さ
れる。チタン蒸着には、電子線加熱蒸発器４を用いる。
ーム２を用いる。窒素イオンビーム量は、ガスコントロ
ーラ３からイオン源１の中に導入される窒素ガス量とイ
オン源内で生しさせるアーク放電のパワーにより規定さ
れる。チタン蒸着には、電子線加熱蒸発器４を用いる。
チタン６の蒸発量は制御表＠５で調整される電子線パワ
ーにより規定される。なお、７は試料、８は真空容器、
９は真空ポンプ、１０は冷却水、１１はイオンビーム電
源、１２はシャッタである。
ーにより規定される。なお、７は試料、８は真空容器、
９は真空ポンプ、１０は冷却水、１１はイオンビーム電
源、１２はシャッタである。
膜形成の条件は、窒素イオンの単位時間当たりの入射数
ＮはＮ＝ＩＸ１０”〜ｌＸ１０１６個／ｄ・Ｓｅｃ 、
その際の窒素雰囲気ガス圧はｌＸｌ０−’〜２ Ｘ １
０−’Ｔｏｒｒ、そして、窒素イオンの入射数Ｎと試料
への単位時間当たりのチタン原子の入射数Ｔｉの割合Ｔ
ｉ ／ Ｎが０．５ ≦Ｔ ｉ ／ Ｎとして膜形
成を行う。
ＮはＮ＝ＩＸ１０”〜ｌＸ１０１６個／ｄ・Ｓｅｃ 、
その際の窒素雰囲気ガス圧はｌＸｌ０−’〜２ Ｘ １
０−’Ｔｏｒｒ、そして、窒素イオンの入射数Ｎと試料
への単位時間当たりのチタン原子の入射数Ｔｉの割合Ｔ
ｉ ／ Ｎが０．５ ≦Ｔ ｉ ／ Ｎとして膜形
成を行う。
発明者らは、前述の条件で、種々の窒化チタン膜を形成
して以下のことを見い出した。
して以下のことを見い出した。
第２図は、前述の条件のダイナミックミキシング法によ
りステンレス鋼表面へ形成した窒化チタン膜の結晶領域
を示す。図中の横軸は単位時間当たりのチタン蒸着速度
Ｒ（人／５ｅｅ）である。即ち、単位時間当たりのチタ
ン原子の入射数Ｔｉを表わす。ここでＲとＴｉの関係は
（１）式のようである。
りステンレス鋼表面へ形成した窒化チタン膜の結晶領域
を示す。図中の横軸は単位時間当たりのチタン蒸着速度
Ｒ（人／５ｅｅ）である。即ち、単位時間当たりのチタ
ン原子の入射数Ｔｉを表わす。ここでＲとＴｉの関係は
（１）式のようである。
一方、縦軸は窒素イオン電流密度Ｄ（ｍＡ、ｃＪ）であ
る。即ち、単位時間当たりの窒素イオンの入射数Ｎを表
わす。ここでＮとＤの関係は（２）式で示すようである
。ところで、Ｔ ｉ ／ Ｈの比をＴｉ＝Ｎとした時の
ＲとＤの関係は（１）、 （２）式からｅ’ｎ’ ρ となる。
る。即ち、単位時間当たりの窒素イオンの入射数Ｎを表
わす。ここでＮとＤの関係は（２）式で示すようである
。ところで、Ｔ ｉ ／ Ｈの比をＴｉ＝Ｎとした時の
ＲとＤの関係は（１）、 （２）式からｅ’ｎ’ ρ となる。
因みに、Ｄ＝１ｍＡ／ａ１におけるＲはＲ＃１１人／ｓ
ｅｃとなる。ここで、Ｔ ｉ ／ Ｎの比をＲ／Ｄの比
におきかえ、その比をＫとして次のように表わす。
ｅｃとなる。ここで、Ｔ ｉ ／ Ｎの比をＲ／Ｄの比
におきかえ、その比をＫとして次のように表わす。
１１ Ｄ
発明者らの実験から得た知見によれば、Ｋの値かに≦０
．５ では、スパッタリングされ暎は形成されない。Ｋ
の値を徐々に増し、Ｋ２Ｏ，５になると膜が形成される
ようになり、窒化チタンの結晶膜が得られる。そして、
Ｋの値が増すにつれその結晶膜はＴｉＮ、次に、ＴｉＮ
とＴｉｚＮ の混合膜、次に、ＴｉＮとＴｉ２Ｎ とＴ
ｉの混合膜、そしてＴｉのみの結晶膜が得られるように
なり、ＴｉＮの結晶は得られなくなる。
．５ では、スパッタリングされ暎は形成されない。Ｋ
の値を徐々に増し、Ｋ２Ｏ，５になると膜が形成される
ようになり、窒化チタンの結晶膜が得られる。そして、
Ｋの値が増すにつれその結晶膜はＴｉＮ、次に、ＴｉＮ
とＴｉｚＮ の混合膜、次に、ＴｉＮとＴｉ２Ｎ とＴ
ｉの混合膜、そしてＴｉのみの結晶膜が得られるように
なり、ＴｉＮの結晶は得られなくなる。
一方、膜の結晶構造は最も基礎的な物性であり、特に、
構造薄膜では耐摩耗、耐食性、硬さ１機能性薄膜では透
磁率、密度、透過率などその膜質を大きく左右する。従
って発明者らは、前述の実験結果に注目し、目的に合せ
ＴｉＮのみの結晶膜の他、ＴｉｚＮやＴｉなど種々の混
合膜を作り得ることを可能とした。これは窒化チタンの
薄膜形成のみにとどまらず、他の薄膜、例えば、窒化ア
ルミや、窒化シリコンなどについても応用が可能である
。
構造薄膜では耐摩耗、耐食性、硬さ１機能性薄膜では透
磁率、密度、透過率などその膜質を大きく左右する。従
って発明者らは、前述の実験結果に注目し、目的に合せ
ＴｉＮのみの結晶膜の他、ＴｉｚＮやＴｉなど種々の混
合膜を作り得ることを可能とした。これは窒化チタンの
薄膜形成のみにとどまらず、他の薄膜、例えば、窒化ア
ルミや、窒化シリコンなどについても応用が可能である
。
また、発明者らは、前述したように膜を形成したのち、
チタンの蒸着を停止し、窒素イオンビームの照射角を４
５°にして数分〜数十分間照射することにより膜の色調
が金色を呈するようになることを見い出した。
チタンの蒸着を停止し、窒素イオンビームの照射角を４
５°にして数分〜数十分間照射することにより膜の色調
が金色を呈するようになることを見い出した。
本発明によれば、Ｔ ｉ ／ Ｎの比を制御し膜の形成
を行うことにより、種々の結晶をもった窒化チタンの混
合膜を形成することが可能であり、耐摩耗、耐食性、高
硬度の構造用薄膜を容易に形成することができる。
を行うことにより、種々の結晶をもった窒化チタンの混
合膜を形成することが可能であり、耐摩耗、耐食性、高
硬度の構造用薄膜を容易に形成することができる。
第１図は、本発明の一実施例の窒化チタン膜を形成する
薄膜形成装置の系統図、第２図は、形成膜の結晶領域を
示す実験結果の説明図である。
薄膜形成装置の系統図、第２図は、形成膜の結晶領域を
示す実験結果の説明図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、窒素イオンビームとチタン金属との蒸着を同時に行
い、試料表面に窒化チタン膜を形成する方法において、 前記窒素イオンの単位時間当たりの入射数ＮをＮ＝１×
１０＾１＾５〜１×１０＾１＾６個／ｃｍ＾２・ｓｅｃ
の範囲で照射し、ビームの照射角度は４５゜、前記窒素
イオンの前記入射数Ｎと前記チタン金属の単位時間当た
りの蒸発原子数Ｔｉの割合がＴｉ／Ｎ≧０．５の条件で
任意の厚さの膜を形成したのち、蒸着を停止し、窒素イ
オンビームのみを照射して被膜形成を行うことを特徴と
するダイナミックミキシングによる窒化チタン膜の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63300572A JP2714072B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ダイナミツクミキシングによる窒化チタン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63300572A JP2714072B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ダイナミツクミキシングによる窒化チタン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02149663A true JPH02149663A (ja) | 1990-06-08 |
| JP2714072B2 JP2714072B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17886455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63300572A Expired - Lifetime JP2714072B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | ダイナミツクミキシングによる窒化チタン膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2714072B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040035528A (ko) * | 2002-10-22 | 2004-04-29 | 송오성 | 이온주입에 의한 티타늄 발색 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63137158A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-09 | Nissin Electric Co Ltd | アルミ薄膜の作製方法 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP63300572A patent/JP2714072B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63137158A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-09 | Nissin Electric Co Ltd | アルミ薄膜の作製方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040035528A (ko) * | 2002-10-22 | 2004-04-29 | 송오성 | 이온주입에 의한 티타늄 발색 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2714072B2 (ja) | 1998-02-16 |
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