JPH04285154A - Formation of carbon thin film - Google Patents

Formation of carbon thin film

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JPH04285154A
JPH04285154A JP5103291A JP5103291A JPH04285154A JP H04285154 A JPH04285154 A JP H04285154A JP 5103291 A JP5103291 A JP 5103291A JP 5103291 A JP5103291 A JP 5103291A JP H04285154 A JPH04285154 A JP H04285154A
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carbon
film
thin film
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irradiated
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藤本 文範
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
Satoru Nishiyama
哲 西山
Yasunori Ando
靖典 安東
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Abstract

PURPOSE:To prevent the generation of a pinhole in a carbon thin film. CONSTITUTION:A carbon thin film having a diamond structure is formed on a base body by simultaneously using both vapor deposition of a carbon atom due to a vaporization source 3 and irradiation of the ion beams of inert gas emitted from an ion source 4. The thin film is former while the base body 2 is irradiated with negatively charged particles such as negative ions and electrons and also irradiated with ultraviolet rays emitted from an ultraviolet- ray irradiating lump 7 by performing high frequency discharge by a high-frequency impressing coil 6. Accumulated positive electric charge is neutralized by irradiating the vapor deposited film with the ion beams of inert gas. Generation of a pinhole is prevented which is caused by charging up the vapor deposited film. Vaporized carbon is regulated to a highly excited state and easily made to a diamond structure. As a result, crystallinity of carbon is enhanced which has the diamond structure in the film formed on the surface of the base body 2. Thus, the deposition of amorphous carbon is inhibited.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性,摺動性が
要求される分野、あるいは、高熱伝導性が要求される分
野、あるいは、半導体物性が要求される分野等において
用いられるダイヤモンド構造を有する炭素薄膜の作成方
法に関するものである。
[Industrial Field of Application] This invention is applicable to diamond structures used in fields where wear resistance and sliding properties are required, or fields where high thermal conductivity is required, or fields where semiconductor properties are required. The present invention relates to a method for producing a carbon thin film having the following properties.

【0002】0002

【従来の技術】ダイヤモンドは、高硬度・高熱伝導性を
有する他、電気抵抗が高く、光学的には一部の赤外域を
除いて透過性に優れ、また不純物の添加により半導体の
性質を示す可能性もあるといった、広い応用が期待され
ている物質である。その反面、ダイヤモンドの合成には
高温・高圧が必要であり、その合成には莫大なコストを
要し、その用途が拡大しなかった。
[Prior Art] Diamond has high hardness and high thermal conductivity, as well as high electrical resistance, excellent optical transparency except for some infrared regions, and exhibits semiconducting properties when impurities are added. It is a substance that is expected to have a wide range of applications. On the other hand, the synthesis of diamond required high temperatures and pressures, which required a huge amount of cost, and its uses did not expand.

【0003】ダイヤモンドが高圧を要しない低温下で薄
膜化され、基体上に密着性良く合成できればその用途を
飛躍的に拡大させることができる。これまで、基体上に
ダイヤモンド薄膜を合成する手段としては、炭化水素や
有機化合物系のガスを用いたプラズマCVD法、光CV
D法等の化学気相成長法(CVD法)がもっぱら採られ
てきた。
[0003] If diamond could be made into a thin film at low temperatures without requiring high pressure and synthesized with good adhesion on a substrate, its uses could be dramatically expanded. Until now, methods for synthesizing diamond thin films on substrates include plasma CVD using hydrocarbon and organic compound gases, and photoCVD.
Chemical vapor deposition methods (CVD methods) such as the D method have been used exclusively.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところが上記のような
従来のCVD法では、■炭化水素や有機化合物系のガス
ではダイヤモンドの結晶成長と同時に、アモルファス状
炭素の析出が生じ易い。■  基体およびガス雰囲気を
高温(例えば800℃〜1000℃)に加熱して処理を
行う必要があるため、基体として使用できる材質が限ら
れている。
However, in the conventional CVD method as described above, (1) hydrocarbon and organic compound gases tend to cause amorphous carbon to precipitate at the same time as diamond crystal growth. (2) Since it is necessary to heat the substrate and gas atmosphere to a high temperature (for example, 800° C. to 1000° C.) for processing, there are limitations on the materials that can be used as the substrate.

【0005】■  基体に対するダイヤモンド薄膜の密
着性が悪く、ダイヤモンド薄膜が基体から剥離しやすい
。 ■  ダイヤモンド薄膜内に不純物が侵入しやすく、高
品位のダイヤモンド薄膜を形成することが困難である。 等の問題があった。
(2) Adhesion of the diamond thin film to the substrate is poor, and the diamond thin film easily peels off from the substrate. ■ Impurities easily enter the diamond thin film, making it difficult to form a high-quality diamond thin film. There were other problems.

【0006】そこで、発明者等は、基体に対して炭素元
素を含有する物質を蒸着させると同時または交互に、不
活性ガスよりなるイオンビームを基体に照射することに
よって、基体を加熱すること無しに、膜内にダイヤモン
ド構造の炭素を生成する方法を提案した。この方法によ
ると、照射イオンが基体に蒸着されたグラファイト構造
の炭素を高励起状態にし、蒸着膜の中にはダイヤモンド
構造をもつ結晶構造が生成される。この際、基体を加熱
する必要が無く、基体として用いられる材質が限定され
ないという利点がある。
[0006] Therefore, the inventors have developed a method for depositing a substance containing a carbon element on a substrate and simultaneously or alternately irradiating the substrate with an ion beam made of an inert gas without heating the substrate. proposed a method to generate diamond-structured carbon in a film. According to this method, irradiated ions bring graphite-structured carbon deposited on a substrate into a highly excited state, and a crystalline structure having a diamond structure is generated in the deposited film. At this time, there is an advantage that there is no need to heat the substrate and the material used for the substrate is not limited.

【0007】しかしながら、この方法には、膜内に絶縁
物のダイヤモンド構造を有する炭素が形成されるため、
作成中に照射されるイオン(正に帯電している)により
膜内に正の電荷が蓄積され、膜がチャージアップを起こ
し、その結果、局所的な絶縁破壊を生じ、膜内にピンホ
ールを発生させるという欠点があった。この膜内のピン
ホールは、膜の絶縁性、熱伝導度特性、耐候性、あるい
は長期安定性等の特性を劣化させる原因になる。
However, in this method, since carbon having a diamond structure as an insulator is formed in the film,
Ions irradiated during fabrication (positively charged) accumulate positive charges in the film, causing the film to charge up, resulting in local dielectric breakdown and pinholes in the film. It had the disadvantage of causing These pinholes in the film cause deterioration of the film's properties such as insulation, thermal conductivity, weather resistance, and long-term stability.

【0008】したがって、この発明の目的は、このよう
な問題点を解決し、膜内のピンホールの発生を防止する
ことができるダイヤモンド構造を有する炭素薄膜の作成
方法を提供することである。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon thin film having a diamond structure, which can solve these problems and prevent pinholes from forming in the film.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の炭素薄膜の作
成方法は、負イオン,電子等の負帯電粒子を基体に照射
し、かつ、電磁波を照射しながら薄膜を形成する。
[Means for Solving the Problems] The method for forming a carbon thin film of the present invention involves irradiating a substrate with negatively charged particles such as negative ions and electrons, and forming a thin film while irradiating electromagnetic waves.

【0010】0010

【作用】負イオンあるいは電子等の負帯電粒子を真空容
器内に発生させ、それを基体に照射することにより、蒸
着膜への不活性ガスのイオン照射によって蓄積される正
電荷を中和し、蒸着膜がチャージアップすることによっ
てもたらされるピンホールの発生を防止する。これによ
って、薄膜の絶縁性、あるいは熱伝導度等の特性が向上
し、薄膜の耐候性等の長期安定性が確保される。
[Operation] By generating negatively charged particles such as negative ions or electrons in a vacuum container and irradiating them to the substrate, the positive charges accumulated by ion irradiation of the inert gas to the deposited film are neutralized, This prevents the formation of pinholes caused by charge-up of the deposited film. This improves the properties of the thin film such as insulation or thermal conductivity, and ensures long-term stability such as weather resistance of the thin film.

【0011】また、粒子エネルギー(励起状態にあると
きのポテンシャル)が10−2eV以上106 eV以
下の電磁波を蒸着膜に照射することによって、蒸発炭素
がさらに高励起状態になり、ダイヤモンド構造になりや
すくなる。その結果、基体の表面に形成された膜内のダ
イヤモンド構造の炭素の結晶性が向上し、アモルファス
状炭素の析出が抑制される。
[0011] Furthermore, by irradiating the deposited film with electromagnetic waves with a particle energy (potential when in an excited state) of 10-2 eV or more and 106 eV or less, the evaporated carbon becomes more highly excited and becomes more likely to form a diamond structure. Become. As a result, the crystallinity of diamond-structured carbon in the film formed on the surface of the substrate is improved, and precipitation of amorphous carbon is suppressed.

【0012】0012

【実施例】図1はこの発明に係る方法を実施する装置の
一例を示す概略図である。この装置は、真空容器(図示
省略)内において、例えば基体ホルダー1に炭素薄膜を
形成すべき対象となる基体2が取り付けられ、当該基体
2に向けて蒸発源3およびイオン源4が配置されている
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for implementing the method according to the present invention. In this apparatus, for example, a substrate 2 on which a carbon thin film is to be formed is attached to a substrate holder 1 in a vacuum container (not shown), and an evaporation source 3 and an ion source 4 are arranged facing the substrate 2. There is.

【0013】蒸発源3は、例えば電子ビームを用いた蒸
発源であり、蒸発材料5として炭素元素を含有する物質
を蒸気化5’して、基体2の上に蒸着させるためのもの
である。ただし、蒸発材料は炭素を高純度に含有してい
るものが好ましい。その際、蒸発材料5が昇華性で、電
子ビームの加熱を利用する蒸発源では、蒸発速度が安定
しない、あるいは蒸着速度が遅いといった問題を生じる
際には、炭素元素を有する物質からなるターゲットを不
活性ガスイオン等によってスパッタさせる方式の蒸発源
や、あるいは真空アーク放電等によって炭素元素含有物
質を蒸発させるプラズマ溶射方式の蒸発源等を任意に用
いればよい。
The evaporation source 3 is an evaporation source using, for example, an electron beam, and is for vaporizing 5' a substance containing carbon element as the evaporation material 5 and depositing it on the substrate 2. However, it is preferable that the evaporation material contains carbon with high purity. At this time, if the evaporation material 5 is sublimable and an evaporation source that uses electron beam heating causes problems such as unstable evaporation rate or slow evaporation rate, use a target made of a substance containing carbon element. An evaporation source that sputters with inert gas ions or the like, or a plasma spray evaporation source that evaporates a carbon element-containing substance by vacuum arc discharge or the like may be used as desired.

【0014】イオン源4は、例えばプラズマ閉じ込めに
カスプ磁場を用いるバケット型イオン源等が用いられ、
イオン源に供給されたガスGをイオン化して基体2の上
にイオンビーム4’を照射するためのものである。この
イオン源4も、この目的を達成するものであるならば、
例えばカウフマン型等の方式を任意に用いることができ
る。
The ion source 4 is, for example, a bucket-type ion source that uses a cusp magnetic field for plasma confinement.
This is for ionizing the gas G supplied to the ion source and irradiating the substrate 2 with an ion beam 4'. If this ion source 4 also achieves this purpose,
For example, a Kaufman type method or the like can be used arbitrarily.

【0015】この場合、イオンビーム4’には、膜中の
不純物の混入を避けるため、不活性ガスをイオン化した
もの、具体的には、He,Ne,Ar,Kr,Xe,R
nの希ガス元素よりなるイオンのいずれか1種または2
種以上を混合させたものより成るイオンビームを用いる
。膜作成に関しては、真空容器内を例えば10−5to
rr以下の高真空に排気した後、蒸発源3から炭素元素
を含有する物質を基体2の上に蒸着させるのと同時また
は交互に、イオン源4に不活性ガスを1種または2種以
上混合させたものを導入し、ガスGをイオン化し、その
イオンよりなるイオンビーム4’を基体2に照射する。 その際、基体2に照射されるイオンの個数と、基体2に
蒸着される炭素原子の粒子比(イオンの個数/炭素原子
輸送比)は、0.1%〜100%の範囲内にするのが好
ましい。この範囲を逸脱すると、膜が必要以上にスパッ
タされたり、過剰な炭素がアモルファス状態となって膜
内に必要以上に析出されたりする。
In this case, the ion beam 4' contains an ionized inert gas, specifically He, Ne, Ar, Kr, Xe, R, to avoid contamination of impurities in the film.
Any one or two ions consisting of n rare gas elements
An ion beam consisting of a mixture of more than one species is used. Regarding film formation, the inside of the vacuum container is heated to 10-5 to
After evacuation to a high vacuum below rr, one or more inert gases are mixed into the ion source 4 simultaneously or alternately with the evaporation of a substance containing carbon element from the evaporation source 3 onto the substrate 2. The gas G is ionized, and the substrate 2 is irradiated with an ion beam 4' made of the ions. At that time, the number of ions irradiated onto the substrate 2 and the particle ratio of carbon atoms deposited onto the substrate 2 (number of ions/carbon atom transport ratio) should be within the range of 0.1% to 100%. is preferred. If it deviates from this range, the film may be sputtered more than necessary, or excessive carbon may be in an amorphous state and deposited in the film more than necessary.

【0016】図1における10は、膜厚モニターであり
、例えば水晶振動子を用いたもの等であり、これによっ
て、蒸着膜の膜厚を測定したり、基体2上に蒸着される
炭素原子の個数を測定したりするものである。また、1
1は、電流測定モニターであり、例えばファラデーカッ
プ等からなり、これによって基体2に照射されるイオン
の個数を測定するものである。この膜厚モニター10と
電流測定モニター11を用いることにより、前記のイオ
ンの個数/炭素原子輸送比が算出される。
Reference numeral 10 in FIG. 1 is a film thickness monitor, which uses, for example, a crystal oscillator, and is used to measure the film thickness of the deposited film and to monitor the carbon atoms deposited on the substrate 2. It is used to measure the number of pieces. Also, 1
Reference numeral 1 denotes a current measurement monitor, which is composed of, for example, a Faraday cup, and is used to measure the number of ions irradiated onto the substrate 2. By using the film thickness monitor 10 and the current measurement monitor 11, the aforementioned number of ions/carbon atom transport ratio is calculated.

【0017】また、照射するイオンの加速エネルギーは
、その照射によって蒸着膜内に発生するダメージ(欠陥
)が発生するのを極力少なくするために、10KeV以
下にするのが好ましい。なお、イオンの加速エネルギー
の下限値は、イオンビームを引き出せる限界から、現実
的には10eV以上になる。さらに、基体2に対するイ
オンビーム4’の照射角度(図1に示すような、基体2
の表面に対する垂線とイオンビームの角度)θは0°〜
80°の範囲内にするのが好ましい。この範囲を逸脱す
ると、イオンビームによる蒸着原子のスパッタ率が高く
なり、所定の膜厚が得られない可能性がある。
Further, the acceleration energy of the irradiated ions is preferably set to 10 KeV or less in order to minimize damage (defects) generated in the deposited film due to the irradiation. Note that the lower limit of the ion acceleration energy is realistically 10 eV or more because of the limit to which the ion beam can be extracted. Furthermore, the irradiation angle of the ion beam 4' with respect to the substrate 2 (as shown in FIG.
(the angle between the perpendicular to the surface of the ion beam and the ion beam) θ is 0° ~
Preferably, the angle is within the range of 80°. If it deviates from this range, the sputtering rate of vapor-deposited atoms by the ion beam will increase, and there is a possibility that a predetermined film thickness cannot be obtained.

【0018】そして、この発明では、上記方法によって
、基体2上に炭素元素含有薄膜を作成する際に、負イオ
ンあるいは電子等の負帯電粒子を真空容器内に発生させ
、それを基体2に照射させることを第1の特徴とする。 この負イオンあるいは電子等の負帯電粒子の発生方法は
、特に限定されないが、例えば高周波放電を真空容器内
に発生させることによって得る。真空容器内で高周波放
電を発生させる方法は特に限定されないが、この発明で
は、例えば図1に示すように、真空容器外にて高周波発
振器8と整合回路9に接続された高周波印加コイル6に
よって発生させる例を示す。高周波発振器8は、例えば
他励起水晶発振方式を用いるもので、発生する周波数は
13.56MHzであり、整合回路9は真空容器内での
高周波放電に対する入射波と反射波の整合を得るもので
ある。
In the present invention, when forming a carbon element-containing thin film on the substrate 2 by the above method, negatively charged particles such as negative ions or electrons are generated in a vacuum container, and the substrate 2 is irradiated with the negatively charged particles. The first feature is to The method of generating negatively charged particles such as negative ions or electrons is not particularly limited, but they can be obtained, for example, by generating high frequency discharge in a vacuum container. Although there are no particular limitations on the method for generating high-frequency discharge inside the vacuum container, in the present invention, for example, as shown in FIG. Here is an example. The high-frequency oscillator 8 uses, for example, a separately excited crystal oscillation system, and generates a frequency of 13.56 MHz, and the matching circuit 9 matches the incident wave and reflected wave for the high-frequency discharge within the vacuum container. .

【0019】負イオンあるいは電子等の負帯電粒子を発
生させ、これを基体2に照射させることの効果は以下の
ように説明される。前記手法によって、イオンの照射に
よって形成されたダイヤモンド構造を有する炭素が基体
2上に形成されていくと、蒸着膜は絶縁性を有するよう
になる。そのため、蒸着膜は形成途中より、イオンの照
射によってチャージアップを起こすようになり、その結
果、膜には過剰の電荷が蓄積されていき、やがて局所的
な絶縁破壊を生じる。それは、膜内にピンホールの発生
をもたらし、膜の絶縁性,耐候性等の特性を劣化させる
原因になる。
The effect of generating negatively charged particles such as negative ions or electrons and irradiating the substrate 2 with them is explained as follows. As carbon having a diamond structure formed by ion irradiation is formed on the substrate 2 by the above method, the deposited film becomes insulating. Therefore, the deposited film begins to charge up due to ion irradiation during its formation, and as a result, excessive charges are accumulated in the film, eventually causing local dielectric breakdown. This causes pinholes to occur in the film, causing deterioration of properties such as insulation and weather resistance of the film.

【0020】これに対して、この発明のように、高周波
放電の真空容器内での発生は、放電によって真空容器内
にプラズマを発生させ、それによって、大量の電子が生
み出され、それが、イオン照射によって過剰に蓄積され
た膜内の正電荷を中和させるように働く。これによって
、膜のチャージアップは防止され、前記過程によって発
生する膜内のピンホールの発生は防止される。
On the other hand, when high-frequency discharge is generated within a vacuum vessel as in the present invention, plasma is generated within the vacuum vessel due to the discharge, thereby producing a large amount of electrons, which are then converted into ions. It works to neutralize the positive charges in the film that have accumulated excessively due to irradiation. This prevents the film from being charged up and prevents the formation of pinholes in the film caused by the process.

【0021】この際、印加する高周波の出力は10W以
上が好ましい。10W未満であると、その効果が充分得
られない。また、高周波放電を発生させる際の真空容器
内でのガス圧は1×10−8torr以上が好ましく、
それ未満であると、高周波放電が安定に維持されない可
能性がある。さらに、この発明は、粒子エネルギーが1
0−2eV以上106 eV以下の電磁波を蒸着膜に照
射しながら薄膜を作成することを第2の特徴とする。こ
の粒子エネルギーが10−2eV以上106 eV以下
の電磁波の例として、本実施例では実施例1に示すよう
な、紫外線照射ランプ7を用いる。この紫外線照射ラン
プ7は、例えば水銀アークを用いたランプ等が用いられ
、この紫外線の照射の効果は以下のように説明される。
[0021] At this time, it is preferable that the output of the high frequency wave to be applied is 10 W or more. If it is less than 10 W, the effect cannot be sufficiently obtained. Further, the gas pressure in the vacuum container when generating high frequency discharge is preferably 1 x 10-8 torr or more,
If it is less than that, high frequency discharge may not be maintained stably. Furthermore, in this invention, the particle energy is 1
The second feature is that the thin film is created while irradiating the deposited film with electromagnetic waves of 0-2 eV or more and 106 eV or less. As an example of the electromagnetic wave having a particle energy of 10<-2 >eV to 10<6> eV, this embodiment uses the ultraviolet irradiation lamp 7 as shown in Embodiment 1. This ultraviolet irradiation lamp 7 is, for example, a lamp using a mercury arc, and the effect of this ultraviolet irradiation will be explained as follows.

【0022】紫外線照射ランプ7より光子が発生され、
その光子と蒸着炭素原子の衝突によって、あるいは蒸着
炭素原子が光子のエネルギーを吸収することによって、
バンド間での電子の移動が生じ、蒸着炭素原子が高励起
状態になり、非熱平衡下で擬似的な高温・高圧状態が生
まれ、その結果、蒸着炭素はダイヤモンド構造を形成し
易くなる。
Photons are generated from the ultraviolet irradiation lamp 7,
By the collision of the photon with the deposited carbon atom, or by the deposited carbon atom absorbing the energy of the photon,
Electron transfer occurs between bands, and the deposited carbon atoms become highly excited, creating a pseudo high temperature and high pressure state under non-thermal equilibrium, and as a result, the deposited carbon tends to form a diamond structure.

【0023】この際、紫外線の照射の方式は特に限定さ
れるものではなく、その照射量の上限・下限値は、前記
イオンの照射量,加速エネルギーあるいはイオン炭素原
子の輸送比によって適宜選択される。なお、上記におい
て、粒子エネルギーが10−2eV以上としたとのは、
これより小さいと炭素原子が励起状態にならないからで
ある。また、粒子エネルギーが106 eV以下とした
のは、これより大きいと照射損傷を生じるおそれがある
からである。また、粒子エネルギー10−2eV以上1
06 eV以下の電磁波の例としては、遠赤外線ないし
X線の範囲(波長10−4〜10−10 m)の各種電
磁波が含まれる。
At this time, the method of ultraviolet irradiation is not particularly limited, and the upper and lower limits of the irradiation amount are appropriately selected depending on the ion irradiation amount, acceleration energy, or ion carbon atom transport ratio. . In addition, in the above, the particle energy is 10-2 eV or more,
This is because if it is smaller than this, the carbon atom will not be in an excited state. Further, the reason why the particle energy is set to be 106 eV or less is because if it is larger than this, there is a risk of irradiation damage. In addition, the particle energy is 10-2 eV or more.
Examples of electromagnetic waves of 0.06 eV or less include various electromagnetic waves in the range of far infrared rays to X-rays (wavelengths of 10-4 to 10-10 m).

【0024】(実施例1)図1に示すような装置を用い
、基体ホルダーに(100)のSi基体を設置した後、
真空容器内に納め、当該真空容器を2×10−8tor
r以下の高真空に保持した。その後、電子ビームを用い
た蒸発源を用いて、純度99.9%の炭素よりなる蒸発
物質を蒸発させ、Si基体上に炭素薄膜を形成し、それ
と同時に、バケット型イオン源に純度99.999%の
Neガスを導入し(この際の真空容器内の真空度は8×
10−5torr)、当該Neガスをイオン化し、加速
エネルギー200eVでSi基体に照射した。なお、N
e/Cの輸送比は0.25であり、ビーム電流は2mA
であった。
(Example 1) Using an apparatus as shown in FIG. 1, after setting a (100) Si substrate on a substrate holder,
Place it in a vacuum container and heat the vacuum container to 2 x 10-8 tor.
It was maintained at a high vacuum below r. Thereafter, an evaporation source using an electron beam is used to evaporate an evaporation substance made of carbon with a purity of 99.9% to form a carbon thin film on the Si substrate, and at the same time, a bucket-type ion source with a purity of 99.99% is evaporated to form a carbon thin film on the Si substrate. % of Ne gas (at this time, the degree of vacuum in the vacuum container was 8×
10 −5 torr), the Ne gas was ionized, and the Si substrate was irradiated with an acceleration energy of 200 eV. In addition, N
The e/C transport ratio is 0.25 and the beam current is 2mA.
Met.

【0025】また、それと同時に200Wの出力の高周
波出力による高周波放電を真空容器内に発生させ、かつ
、水銀アークによるランプを用いて前記蒸着膜に紫外線
を照射した。なお、薄膜作成中はSi基体は水冷機構に
よって室温下に保たれた。蒸着膜を約1μmの厚さに形
成した後、ラマン散乱分光法により膜の結晶構造を評価
した結果を図2に示す。実施例1の場合、ダイヤモンド
の結晶構造の生成を反映する波数1330cm−1でピ
ークが見られた。
At the same time, a high frequency discharge with a high frequency output of 200 W was generated in the vacuum container, and the vapor deposited film was irradiated with ultraviolet rays using a mercury arc lamp. Note that during the thin film formation, the Si substrate was kept at room temperature by a water cooling mechanism. After forming a deposited film to a thickness of about 1 μm, the crystal structure of the film was evaluated by Raman scattering spectroscopy, and the results are shown in FIG. In the case of Example 1, a peak was observed at a wave number of 1330 cm −1 reflecting the formation of the diamond crystal structure.

【0026】また、膜の表面状態を走査型電子顕微鏡に
よって観測したところ、膜にはピンホールが観察されな
かった。 (比較例1)実施例1と同様に、電子ビームを用いた蒸
発源を用いて、純度99.9%の炭素よりなる蒸発物質
を蒸発させ、Si基体上に炭素薄膜を形成すると同時に
、バケット型イオン源に純度99.999%のNeガス
を導入し(この際の真空容器内の真空度は8×10−5
torr)、当該Neガスをイオン化し、加速エネルギ
ー200eVでSi基体に照射することによって、Si
基体上に炭素薄膜を作成した。ただし、この際、実施例
1で用いた高周波放電および紫外線照射は用いなかった
。なお、それ以外の条件は実施例1と全く同様にした。
Further, when the surface condition of the film was observed using a scanning electron microscope, no pinholes were observed in the film. (Comparative Example 1) As in Example 1, an evaporation substance made of carbon with a purity of 99.9% was evaporated using an evaporation source using an electron beam to form a carbon thin film on a Si substrate, and at the same time Ne gas with a purity of 99.999% was introduced into the type ion source (at this time, the degree of vacuum in the vacuum container was 8 × 10-5
torr), by ionizing the Ne gas and irradiating it onto the Si substrate with acceleration energy of 200 eV, Si
A carbon thin film was created on the substrate. However, at this time, the high frequency discharge and ultraviolet irradiation used in Example 1 were not used. Note that the other conditions were exactly the same as in Example 1.

【0027】実施例1と同様に、蒸着膜の結晶構造をラ
マン散乱分光法によって評価した結果を図3に示す。比
較例では、実施例1のように膜内にダイヤモンドの結晶
構造の存在を示す波数1330cm−1でピークが見ら
れるが、これ以外にアモルファス炭素の存在を示す高波
数域で幅広いピークも同時に見られ、実施例1よりも膜
内に多くのアモルファス状炭素が含有されていることが
判る。
As in Example 1, the crystal structure of the deposited film was evaluated by Raman scattering spectroscopy, and the results are shown in FIG. In the comparative example, a peak is seen at a wave number of 1330 cm, which indicates the presence of a diamond crystal structure in the film, as in Example 1, but in addition to this, a broad peak in a high wave number region, which indicates the presence of amorphous carbon, is also observed at the same time. It can be seen that more amorphous carbon is contained in the film than in Example 1.

【0028】また、実施例1と同じく、膜の表面状態を
走査型電子顕微鏡によって観測したところ、膜には幾つ
かのピンホールが観察された。
Further, as in Example 1, when the surface condition of the film was observed using a scanning electron microscope, several pinholes were observed in the film.

【0029】[0029]

【発明の効果】この発明によれば、(1)  薄膜作成
中に、負イオンあるいは電子等の負帯電粒子を真空容器
内に発生させ、それを基体に照射することによって、膜
中の正電荷が中和され、不活性ガスのイオン照射による
薄膜作成中の膜のチャージアップが防止される。この結
果、ピンホールの無い高品位の膜を作成することができ
る。
Effects of the Invention According to the present invention, (1) During the production of a thin film, negatively charged particles such as negative ions or electrons are generated in a vacuum container and the substrate is irradiated with the negatively charged particles, thereby reducing the positive charge in the film. is neutralized, and charge-up of the film during thin film formation due to inert gas ion irradiation is prevented. As a result, a high-quality film without pinholes can be created.

【0030】(2)  電磁波を蒸着膜に照射しながら
薄膜を作成することによって、炭素を充分に高励起状態
にすることができ、アモルファス状炭素の少ない、かつ
、結晶性の良いダイヤモンド構造を有する炭素薄膜を形
成することができる。
(2) By creating a thin film while irradiating the deposited film with electromagnetic waves, it is possible to bring carbon into a sufficiently highly excited state, and it has a diamond structure with less amorphous carbon and good crystallinity. A carbon thin film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】この発明の炭素薄膜の作成方法を実施する装置
の構造を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an apparatus for carrying out the method for producing a carbon thin film of the present invention.

【図2】ラマン散乱分光法により実施例1の膜の結晶構
造を評価した結果を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the results of evaluating the crystal structure of the film of Example 1 by Raman scattering spectroscopy.

【図3】ラマン散乱分光法により比較例1の膜の結晶構
造を評価した結果を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the results of evaluating the crystal structure of the film of Comparative Example 1 by Raman scattering spectroscopy.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    基体ホルダー 2    基体 3    蒸発源 4    イオン源 4’  イオンビーム 5    蒸発材料 5’  蒸気化 6    高周波印加コイル 7    紫外線照射ランプ 8    高周波発振器 9    整合回路 10  膜厚モニター 11  電流測定モニター 1 Base holder 2 Base 3 Evaporation source 4 Ion source 4’ Ion beam 5 Evaporation material 5’ Vaporization 6 High frequency application coil 7 Ultraviolet irradiation lamp 8 High frequency oscillator 9 Matching circuit 10 Film thickness monitor 11 Current measurement monitor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  炭素元素を含有する物質の蒸着を基体
に行うと同時または交互に、不活性ガスをイオン化する
ことによって得られるイオンビームの照射を前記基体に
行うことにより、前記基体の表面にダイヤモンド構造を
有する炭素薄膜を形成する炭素薄膜の作成方法において
、負イオン,電子等の負帯電粒子を基体に照射し、かつ
、電磁波を照射しながら薄膜を形成することを特徴とす
る炭素薄膜の作成方法。
1. Simultaneously or alternately with the vapor deposition of a substance containing a carbon element onto the substrate, the substrate is irradiated with an ion beam obtained by ionizing an inert gas, whereby the surface of the substrate is irradiated with an ion beam obtained by ionizing an inert gas. A method for producing a carbon thin film that forms a carbon thin film having a diamond structure, which comprises irradiating a substrate with negatively charged particles such as negative ions and electrons, and forming a thin film while irradiating electromagnetic waves. How to make.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05140731A (en) * 1991-11-20 1993-06-08 Japan Steel Works Ltd:The Ion beam mixing method
JPH06180598A (en) * 1992-09-30 1994-06-28 Hudson Soft Co Ltd Voice processor
US6468617B1 (en) 1993-07-20 2002-10-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating
US6835523B1 (en) 1993-05-09 2004-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Apparatus for fabricating coating and method of fabricating the coating

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