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硬質窒化炭素膜の形成方法

国内特許コード P06P004470
掲載日 2006年9月29日
出願番号 特願2005-069186
公開番号 特開2006-249522
登録番号 特許第4182224号
出願日 平成17年3月11日(2005.3.11)
公開日 平成18年9月21日(2006.9.21)
登録日 平成20年9月12日(2008.9.12)
発明者
  • 伊藤 治彦
  • 堀 健造
  • 齋藤 秀俊
出願人
  • 学校法人長岡技術科学大学
発明の名称 硬質窒化炭素膜の形成方法
発明の概要

【課題】 大規模で高価な設備を必要とせずに、基板上に硬度が高く表面が平滑で均質な硬質窒化炭素膜を効率良く形成する方法を提供する。
【解決手段】 シアン化合物を含む原料ガスをプラズマ化することにより活性化し基板上に窒化炭素膜を形成する際に、基板にパルス周期が0.1~100000秒の高周波パルスをon/off比50/50~80/20で印加することを特徴とする硬質窒化炭素膜の形成方法である。印加する高周波パルスのバイアス電圧は-50~-200Vとすることが好ましい。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


近年、β型の窒化珪素と同様な構造を持つ窒化炭素Cがダイヤモンドよりも高い硬度を持つ可能性があることが指摘され、種々の基板上に硬質窒化炭素膜を形成する技術が種々提案されている。(例えば、特許文献1~3参照)

【特許文献1】特開平11-350140号公報

【特許文献2】特開2001-254172号公報

【特許文献3】特開2002-38269号公報



特許文献1及び2に記載された技術は、真空容器内に配置された基板上に、膜の窒素源となる窒素又は窒素を含む材料ガスのプラズマと、膜の炭素源となる炭素を含む材料ガスのプラズマを供給し、基板にパルス状電圧を印加して窒化炭素膜を形成するものである。
しかしながら、これらの技術は、別々に供給された膜の窒素源と炭素源を基板上で反応させるために、膜中の窒素含有率を高くすることが困難であり(高々20%程度)、硬度が高く所望の性状を有する硬質窒化炭素膜を得ることはできなかった。また、基板に印加するパルス状電圧はkVオーダーで、パルス幅も数マイクロ秒程度の極めて短いパルスとして印加するものであり、大規模な電源装置や制御装置を必要とするものであった。



これに対して、特許文献3に記載された技術は本発明者等が開発したもので、シアン化合物を含む原料ガスをプラズマ化し基板上に窒化炭素膜を合成する際に、成膜初期に基板を0~-60Vの負電圧にバイアスすることを特徴とするものである。この技術によれば、上記特許文献1,2に記載の技術に比較して、窒化炭素膜中の窒素含有率を大幅に高くすることが可能となるが、基板にバイアスする負電圧が-60Vより大きくなると、スパッタリングにより膜が生成しなくなることがあり、効率良く均質な硬質窒化炭素膜を形成することができなくなるという問題点があった。

産業上の利用分野


本発明は、切削工具、金型、耐摩耗部品、光ディスクや磁気ディスクのような記憶媒体の保護膜等に用いられる硬質窒化炭素膜の形成方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
シアン化合物を含む原料ガスをプラズマ化することにより活性化し基板上に窒化炭素膜を形成する際に、基板にパルス周期が10~10000秒の高周波パルスをon/off比50/50~80/20で印加することを特徴とする硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項2】
基板の温度を0~100℃に維持することを特徴とする請求項1に記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項3】
高周波パルスバイアス電圧が-50~-200Vであることを特徴とする請求項1又は2に記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項4】
原料ガスがシアン化合物と不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項5】
基板がシリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素から選択された表面を有するものであることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項6】
硬質窒化炭素膜の硬度が20~60GPaであることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項7】
硬質窒化炭素膜の窒素含有率が、原子数比で20~50%であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。

【請求項8】
プラズマ発生手段として直流、交流、高周波、マイクロ波、ECRのいずれかを使用し、圧力10-4~1Torrでプラズマを発生させることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の硬質窒化炭素膜の形成方法。






















産業区分
  • 表面処理
  • 切削
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005069186thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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