JPH02217471A - 炭素系被膜の作製方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は、炭素または炭素を主成分とする被膜（以下炭
素系被膜という）を応用する上で、下地基材に対し界面
特性、特に密着性を向上させ、炭素系被膜の特徴である
耐摩擦性、高平滑性、高硬度等の緒特性を最大限に引き
出すものである。

「従来の技術」 従来より、多種多様な基材に炭素系被膜を形成すること
が試みられているが、界面におけるさまざまな要因、例
えば格子定数の不整から生ずる界面応力、熱膨張係数の
違いによる成膜後の収縮率の差より生ずる熱応力などに
より、必ずしも満足のいく密着性が得られていないのが
現状である。

「従来技術の問題点」 炭素系被膜は、高硬度という長所を持ちながら反面、大
きな残留応力を保有している為、下地基板依存性、並び
に膜厚依存性という特殊な物性を備えている。

すなわち、膜厚とともに全応力（膜厚方向に積分した応
力）が高くなるが、炭素系被膜のもつ応力を下地基材自
身で緩和できるものがあり、また炭素系被膜自身の残留
応力は膜厚限界という定義で、耐えられる膜厚が決定さ
れ、所望の膜厚が得られないという現状があり、新しい
技術の開発が急がれている。

本発明は以上のような残留応力を低下させることを目的
としてなされたものである。

ｒ問題を解決すべき手段」 そのため本発明は炭素系被膜を形成する化学的気相法に
おいて、出発原料気体に水素化合物を用いる際に、添加
気体として、Ｎ２、ＮＦ３を加えることを特徴とする炭
素系被膜の作製方法としたものである。

本発明は、炭素系被膜の内部応力が膜中の水素含有量に
依存することに着目し、公知の化学的気相法において水
素化合物、例えばＣＨ，、ＣｆＨ，。

ＣｆＨ，等を出発原料気体に使用し、水素を添加するの
ではなく、Ｎ、、ＮＦ、等を添加し、膜中のＣ−１（結
合のＨをＮと置換させることによって、内部応力を初期
及び経時において制御することを可能としたものである
。

炭素被膜の基本的なコーティングに関しては、本出願人
の出願になる特許願「炭素または炭素を主成分とする被
膜を形成する方法」　（昭和６３年３月２日出１１）」
が知られている。

以下実施例に従って本発明を説明する。

「実施例」 第１図は平行平板型プラズマ装置でガス系（１）におい
て、まず反応性気体である炭化水素気体を（２）より添
加気体である窒素、沸化窒素を（３）より、またこれら
の被膜のエツチング気体として酸素を（４）より、クリ
ーニング用として水素、アルゴルを（５）より、流量針
（６）、バルブ（７）を介してノズル（８）より、反応
系（９）の中に導入する。

反応性気体は、メタン（ＣＩ＋４）、エタン（ｃｚｕｈ
）、エチレンＣＣ＊Ｈａ　）　、メタン系炭化水素（Ｃ
ｆｉＨｚ−ｚ）等の気体または珪素を一部に含んだ場合
はテトラメチルシラン（（Ｃ１ｌｓ）４ｓｉ）、テトラ
エラルシラン（（ＣＪｓ）　ｎ５ｉ）のような炭化珪素
であっても、また四塩化炭素（ＣＣＩ　ｍ　）のような
塩化炭素であってもよい。

反応系（９）では、減圧下にて炭素系被膜の成膜および
、それらのエツチング処理等を行う。反応系（９）内は
、第１の電極０１）、第２の電極Ｑ２）を有し、被膜形
成基材００は、第２の電極０２）すなわち高周波電力給
電側に設置される。一対の電極（１１）（１２）間には
、高周波電源（ロ）マツチングトランス０５）、直流バ
イア１電源Ｏｅより高周波電気エネルギーが加えられ、
プラズマＱ３１が発生する。その結果、特定の成膜条件
において、所望の炭素系被膜が得られる。

反応後の不要物は排気系の圧力調整バルブ０７）ターボ
分子ポンプ側、ロータリーポンプ（９）を経て排気され
る。

本実施例において、成膜条件は、反応温度ＲＴ〜３５０
°Ｃ反応圧力０．０１〜０．５ｔｏｒｒ高周波電力密度
０．１〜０．３Ｗ／ｃｄセルフバイアス電圧−１５０Ｖ
　〜−２５０Ｖであり、原料気体であるＣｚＨａ、Ｎｚ
はｃ、Ｈ，／　Ｎｚ比を０．０５〜０．５の範囲で可変
し、膜のトータルの残留応力を決定している熱応力及び
膜中水素台を量をコントロールしている。

第２図は、形成した膜の全応力を基板温度を可変して検
討したものであり、一般のＣＶＤにより形成される薄膜
と同様に基板温度の上昇と共に熱応力が相対的に増加す
る為、全応力は増える傾向を示している。この場合の基
本的な条件は反応圧力を０．０３７５ｔｏｒｒ、高周波
電力密度を０．１５Ｗ／ｃｄ、セルフバイアス電圧が一
２１０■においてＣ２Ｈ４／Ｎ！比−〇、５であった。

第３図は熱応力を含めた圧縮応力をＣ，Ｌ／　Ｎ２比を
可変させて調べたもので添加ガスであるＮ２を増やすこ
とによって、膜中のＣ−Ｈ結合は、Ｎ−Ｈ結合の形で置
換され、相対的に膜中の水素含有量は減少する。すなわ
ち、構造緩和効果が低下し、大きな残留応力という形で
とり残されるものである。

第４図は、赤外吸収スペクトルの２９６０〜２８５０ｃ
ｍ１付近のｓｐ”結合による吸収量から概算した膜中水
素含有量と圧縮応力の関係を示したものであるが、膜中
水素含有量は炭化水素気体に、水素を添加した方が低減
されるが、膜内部構造の歪を増大し、残留応力として残
ってしまい好ましいものでなく、また、Ｎ２、ＮＦ、等
を添加すると膜中のＣ−Ｈ結合のＨをＮと置換させるこ
とが可能で、残留応力を生じさせずに大きな原子間結合
エネルギーにより非晶質ではあるが、内部構造緩和効果
を合わせもち、熱応力とＣ−Ｈ結合の相互関係を抑制し
、内部応力を制御することができる。

すなわち、膜中水素含有量の制御として、熱応力と内部
応力とからなる残留応力を基板温度とＣ−Ｈ結合／Ｃ−
Ｎ結合比等の相関関係により、コントロール可能である
ことを示している。

「効果」 本発明によれば、従来むずかしいとされていた炭素系被
膜の応用に際し、熱応力と内部応力とからなる残留応力
を単に膜中水素含有量の低減だけでなく、さらに別の元
素、例えば窒素との置換という形で構成することで、内
部構造緩和効果をもたらし、界面との密着性、耐熱性の
初期ならびに経時変化に対し、多大な改善効果がある。

以上により、同時に下地基材との界面に生ずる。

界面応力も低減することに成功し、初めて工業的に実用
可能となったものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用した平行平板プラズマ装置
の概要を示す。 第２図は成膜時の基板温度と全応力の関係を示す図。 第３図は成膜時のＣｔＨａｌＮｚ比と圧縮応力の関係を
示す図。 第４図は高抵抗シリコンウェハー上に形成した被膜の膜
中水素含有量と圧縮応力の関係を示す図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する化学
   的気相法において、出発原料気体に水素化合物を用いる
   際に、添加気体として、Ｎ＿２、ＮＦ＿３を加えること
   を特徴とする炭素系被膜の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の添加気体は原料気体
   に対して５〜５０％の範囲であることを特徴とする。