ＳｉＣ膜の形成方法
【課題】極薄で耐摩耗性および耐食性に優れたＳｉＣ膜を形成することが出来るＳｉＣ膜形成方法の提供。
【解決手段】ＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成し（Ｓ１０）、その後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする（Ｓ２０）第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程（Ｓ４０）と、所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程（Ｓ５０）と、を有する。
【解決手段】ＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成し（Ｓ１０）、その後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする（Ｓ２０）第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程（Ｓ４０）と、所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程（Ｓ５０）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄のＳｉＣ膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、機械的強度、耐熱性および耐食性が優れた材料で、高温半導体などの高温材料として有効である。また、その耐食性から、数ｎｍ程度の極薄領域において、水や酸などからの腐食を防ぐ耐腐食保護膜としても有効である。例えば、磁気ヘッドの保護膜として利用されている。磁気ヘッドの保護膜には、薄くて耐摩耗性、耐食性を有することが求められる。
【０００３】
炭化珪素膜の形成にはＣＶＤ法やスパッタ法が用いられる。ＣＶＤ法を用いる場合は、通常１０００℃以上の高温に基板を加熱して成膜が行われる（特許文献１参照）。また、炭化珪素（ＳｉＣ）ターゲットを直接スパッタして成膜を行うスパッタ法においても、基板を４００〜６００℃に加熱する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２１３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高温下で特性が劣化する材料、例えば磁性材料には、上述のような高温のＳｉＣ膜形成方法を適用するのは難しい。また、加熱を行わずにスパッタ成膜を行うことは可能であるが、形成される膜が非晶質ＳｉＣ膜となり、耐食性や耐摩耗性の点で十分な性能が得られないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上に珪素膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程と、所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のＳｉＣ膜形成方法において、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を、第２の工程と第３の工程との間、または第３の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＳｉＣ膜形成方法において、第１の工程を複数回繰り返し行った後に、第２の工程を行うことを特徴とする。
請求項４の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉＣ膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉＣ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉＣ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉＣ粒子を堆積して、該ＳｉＣ膜を所定膜厚のＳｉＣ膜とする第２の工程と、を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載のＳｉＣ膜形成方法において、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を第２の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載のＳｉＣ膜形成方法において、第１の工程を複数回繰り返し行った後に、第２の工程を行うことを特徴とする。
請求項７の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成する工程と、該Ｓｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする工程と、エッチングされたＳｉ膜に炭素イオンを照射してＳｉＣ化してＳｉＣ層を形成する工程とを順に繰り返し行い、ＳｉＣ層が複数積層された所定厚さのＳｉＣ膜を形成することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載のＳｉＣ膜形成方法において、繰り返し行われるＳｉＣ層形成工程の内の最後のＳｉＣ層形成工程の前または後に、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、極薄で耐摩耗性および耐食性に優れたＳｉＣ膜を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁気ヘッドスライダ１の概略構成を示す図である。
【図２】ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図３】ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図４】ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図５】第２の形成方法における、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の形成方法のＳｉＣ膜形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図７】第２の形成方法のＳｉＣ膜形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図８】第３の形成方法における、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図９】膜質調整工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に係るＳｉＣ膜形成方法により形成されたＳｉＣ膜が保護膜として適用される、磁気ヘッドスライダ１の概略構成を示す図である。磁気ヘッドスライダ１は、アルチック（Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ）のスライダ基板１１に薄膜磁気ヘッドの積層体を形成したものである。
【００１０】
積層体は、下部磁性層１２および上部磁性層１５と、それらの間に形成されたコイル導体１４と、絶縁層１３とから成り、積層体を保護する絶縁保護膜１６によって覆われている。磁気記録媒体は磁気ヘッドスライダ１の図示下側に配置され、磁気ヘッドスライダ１の磁気記録媒体と対向する面には耐摩耗性の保護膜２０が形成されている。本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法により形成されるＳｉＣ膜は、この保護膜２０として用いられる。
【００１１】
（第１の形成方法）
次に、ＳｉＣ膜の形成方法について説明する。図２は、ＳｉＣ膜形成方法の一実施の形態を説明する図であり、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。また、図３，４は、ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する図であり、膜の断面を模式的に示したものである。
【００１２】
図２のステップＳ１０においては、成膜対象である磁気ヘッドスライダ１の記録媒体対向面に、Ｓｉ層２００をイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法により形成する。なお、以下では、この記録媒体対向面を基板表面１ａと称することにする。ステップＳ１０のＳｉ成膜に限らず、本実施の形態の成膜においては、磁気ヘッドの磁性材料への熱的影響を避けるために、基板加熱（成膜対象の加熱）を行わずに膜を形成する。
【００１３】
ここでは、Ｓｉ層２００の基板表面１ａからの厚ｔ１を、最終的なＳｉＣ膜の膜厚ｔ３（１ｎｍ以下）と同程度としているが、これに限定されない。磁気ヘッドにおいては、検出性能の向上を図るためには磁気ヘッドと記録媒体との隙間が小さいほど好ましい。そのため、磁気ヘッドの保護膜として形成されるＳｉＣ膜も、耐食性等の機能を発揮できる範囲内で薄ければ薄いほど好ましい。本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法は、膜厚が１ｎｍ以下の極薄膜を形成するために提案されたものである。Ｓｉ原子の直径は約２．４オングストロームなので、厚さ１ｎｍのＳｉ層の原子層数はほぼ５層に相当する。以下の説明では、形成されるＳｉ層２００の原子層数はほぼ５層であるとして説明する。
【００１４】
従来、ＳｉＣ成膜の際の基板加熱はＳｉＣの結晶化だけでなく、基板へのＳｉＣ付着直後のマイグレーションを促進する作用もある。ＳｉＣ付着直後のマイグレーションが十分に行われない場合、膜の初期成長過程において、膜が島状から連続状ヘと変化する膜厚が厚くなる傾向を示す。また、マイグレーションの不足は、初期層のみならず、膜中の欠陥が発生する一因となる。すなわち、膜を形成する原子の初期層において、膜が完全に連続状になっていない不達続状態の原子層数は、付着直後のマイグレーションに依存する。
【００１５】
一方、ステップＳ１０におけるＳｉ層２００の成膜においては基板加熱が行われないので、スパッタにより付着したＳｉ原子のマイグレーションが十分に行われず、Ｓｉ層２００の初期層において不達続状態の原子層が生じる。図３（ａ）はＳｉ層２００の断面を模式的に描いたものであるが、基板表面１ａに近い原子層には隙間２００ａが多数形成されていて、不連続状態の原子層となっている。ここでは、このような原子層を初期欠陥層と称することにする。
【００１６】
ステップＳ２０では、基板表面１ａ上に成膜したＳｉ層２００に対して、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法等によるエッチング処理を行い、初期欠陥層が露出される厚さｔ２までＳｉ層２００をエッチングする。図３（ｂ）はエッチング処理後のＳｉ層２００を示したものであり、初期欠陥層の隙間２００ａが露出されるように１〜２原子層までエッチングをしている。すなわち厚さｔ２は１〜２原子層に相当する厚さである。このようなエッチングを行うことにより、Ｓｉ層２００にエッチングイオンが入射する際のエネルギーにより、Ｓｉ原子のマイグレーションが促進され、１〜２原子層における欠陥が改善される。そのため、エッチング後の隙間２００ａは、図３（ａ）の場合よりも減少している。
【００１７】
ステップＳ３０では、ステップＳ１０のＳｉ成膜処理とステップＳ２０のエッチング処理とが所定回数行われたか否かを判定する。エッチングおよび成膜の処理回数が所定回数に達するまでは、ステップＳ３０でＮＯと判定されてステップＳ１０へ戻り、ステップＳ１０およびステップＳ２０の処理が所定回数繰り返される。
【００１８】
上述したように、ステップＳ２０のエッチングを行うことによりＳｉ層の初期欠陥層が改善され、また、初期欠陥層が露出された後にＳｉスパッタ成膜をさらに行うと、隙間２００ａにＳｉ原子が入り込み、より緻密なＳｉ膜を形成することができる。このような初期欠陥層に対する改善効果は、成膜とエッチングとを繰り返し行うことさらに高まる。所定回数をいくつに設定するかは成膜条件やエッチング条件等によって異なるので、実際に成膜実験を行って設定する。
【００１９】
ステップＳ３０でＮＯと判定されるとステップＳ１０に戻り、図３（ｂ）のようにエッチングされて１〜２層のＳｉ原子層が残っている基板表面１ａに、スパッタによりＳｉ粒子（Ｓｉ原子や複数のＳｉ原子から成る粒子）を堆積し、再び厚さｔ１のＳｉ層２００を形成する。図３（ｃ）は、ステップＳ１０に戻って２回目のスパッタ成膜が行われた後のＳｉ層２００を示す図である。このＳｉ成膜により、露出している隙間２００ａにＳｉ原子が入り込むことになる。その結果、１〜２層における欠陥がより改善される。また、１〜２層の欠陥が改善されるため、３層目以上の層構造も１回目のＳｉ層２００に比べて積層状態が良好になっている。
【００２０】
その後、ステップＳ２０に進んで、２回目のエッチングが行われる。図４（ａ）は、２回目のエッチング処理の結果を示したものである。図３（ｃ）に示す例では、１〜２層領域に隙間２００ａが残っており、図４（ａ）のように１〜２層までエッチングを行うことによりに、Ｓｉのマイグレーションが促進されて隙間２００ａが減少する。
【００２１】
一方、ステップＳ３０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ４０に進み、図４（ｂ）に示すような３回目のＳｉスパッタ成膜が行われる。この成膜時にも、エッチングにより露出した隙間２００ａ内にＳｉ原子が入り込みながらＳｉの堆積が進む。その結果、１〜２層における隙間２００ａの割合はさらに小さくなり、基板表面１ａに近い１〜２層目から緻密な状態となっているＳｉ層２００が形成される。ステップＳ４０のスパッタでは、Ｓｉ層２００の最終的な厚さ調整が行われる。すなわち、最終的に必要とされるＳｉＣ膜の厚さをｔ３とすれば、ステップＳ４０ではＳｉ層２００の厚さがｔ３となるようにスパッタ成膜を制御する。なお、ステップＳ４０におけるＳｉ層の厚さをｔ３よりも大きく設定し、その後、エッチングにより厚さをｔ３に調整するようにしても良い。厚み調整のエッチングは、ステップＳ４０の直後でも良いし、ステップＳ５０の後でも良い。
【００２２】
ステップＳ５０では、図４（ｃ）に示すように、形成された厚さ１ｎｍ以下の緻密なＳｉ膜２００に対して炭素イオンを照射する。炭素イオンの照射には、イオンビーム法により炭素イオンを照射しても良いし、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法に代表されるようなカソーディックアークイオンプラズマ源を用いても良い。ＦＣＶＡ法については、例えば、特開２００５−２６４２５５号公報に記載されている。また、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）法により原料ガスをイオン化するＥＣＲプラズマ源を利用しても良い。
【００２３】
このようにＳｉ層２００に炭素イオンを照射すると、イオン照射時のエネルギーによりＳｉ層のＳｉＣ化が促進され、基板加熱を行うことなくＳｉＣ単層膜が形成される。すなわち、本実施の形態における炭素イオンの照射は、炭素膜を積層するためではなく、Ｓｉ層に炭素イオンを注入してＳｉＣ化を促進するためのものである。その結果、Ｓｉ層がＳｉＣ化されて、ＳｉＣの単層膜を形成することができる。イオン照射のエネルギーにも依存するが、照射された炭素イオンはＳｉ層２００の表面から３〜５層目程度までは入り込むことができる。照射の際、炭素イオンの入射速度が大きいと、Ｓｉ層のＳｉＣ化よりもＳｉ層上への炭素膜形成がすすむため、炭素イオン入射速度を制御する必要がある。炭素イオンの入射速度は、製膜速度において十分の一ｎｍ程度が望ましい。
【００２４】
（第２の形成方法）
図５〜図７はＳｉＣ膜の第２の形成方法を説明する図である。図５は、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。図６および７は、図３，４の場合と同様に、膜形成手順の各段階における断面を示したものである。なお、図６，７では、Ｓｉ原子の図示は省略した。また、第２の形成方法においても、Ｓｉ成膜にはイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法が用いられ、炭素イオンの照射には、イオンビーム法やカソーディックアークイオンプラズマ源やＥＣＲプラズマ源が用いられる。また、Ｓｉ層のエッチングには、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法などが用いられる。
【００２５】
ステップＳ１１０では、図２のステップＳ１０と同様に基板表面１ａ上にＳｉ層２００を形成する（図６（ａ）参照）。膜厚も上記と同様のｔ１とされる。なお、図６では図示を省略したが、図３（ａ），（ｂ）と同様に、基板表面１ａから数層の初期欠陥層には隙間２００ａが形成される。
【００２６】
ステップＳ１２０では、イオンビームエッチング等により、基板表面１ａから１〜２層が残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉ層２００をエッチングする。その結果、エッチングイオンのエネルギーによりＳｉ原子のマイグレーションが促進され、初期欠陥が改善されて隙間２００ａの割合が減少する。
【００２７】
ステップＳ１３０では、厚さｔ２までエッチングされたＳｉ層２００に対して、上述したステップＳ５０の場合と同様の方法で炭素イオンが照射される。この炭素イオン照射時のエネルギーによりＳｉＣ化が促進され、ＳｉＣ層２０１が形成される。また、露出した隙間２００ａに照射されたＣが入り込むことになり、Ｓｉ層形成時に発生した初期欠陥が改善される。
【００２８】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０のエッチングとステップＳ１３０のＳｉ成膜とが、予め設定された所定回数だけ行われたか否かを判定する。所定回数は、最終的に必要とされるＳｉＣ膜の厚さをｔ３としたとき、「所定回数＝ｔ３／ｔ２」のように設定される。ステップＳ１４０でＮＯと判定されると、ステップＳ１１０に戻って図７（ａ）に示すように２回目のＳｉ成膜が行われ、厚さｔ２のＳｉＣ層２０１の上に厚さｔ１のＳｉ層２００が新たに形成される。
【００２９】
このＳｉ層の形成の際に、ＳｉＣ層２０１の欠陥部分（隙間）にＳｉ原子が入り込み、ＳｉＣ層２０１の緻密さが向上する。
【００３０】
さらに、ステップＳ１２０に進んで、新たに形成したＳｉ層２００に対して、イオンビームエッチング等によるエッチング処理を行う（図６（ｂ）参照）。すなわち、ＳｉＣ層２０１との境界から１〜２原子層が残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉ層２００をエッチングし、エッチングエネルギーによりＳｉ原子のマイグレーションを促進するとともに、Ｓｉ層２００の初期欠陥層を露出させる。
【００３１】
ステップＳ１３０では、エッチングしたＳｉ層２００に対して、炭素イオンの照射を行う。その結果、上述した１回目の炭素イオン照射と同様の処理（ＳｉＣの形成、初期欠陥の改善）が、２回目のＳｉ層２００に対して行われる。このようにして、ＳｉＣ層２０１が２層形成され、ＳｉＣ膜の厚さはｔ２の２倍となる。このように、ステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理が所定回数行われてＳｉＣ膜の厚みがｔ３となると、ステップＳ１４０でＹＥＳと判定されて、一連のＳｉＣ膜形成処理が終了する。
【００３２】
上述した第２のＳｉＣ膜形成方法では、Ｓｉ層２００を厚さｔ２（原子層で１〜２層）までエッチングし、それに炭素イオンを照射してＳｉＣ層２０１を形成する工程を繰り返すことにより、所望の厚さｔ１のＳｉＣ膜を形成するようにした。第１の形成方法では、膜厚ｔ１のＳｉ層を形成した後に炭素イオンを照射してＳｉＣ膜を形成する方法であるため、厚さ方向に炭素濃度の濃淡が生じやすい。すなわち、ＳｉＣ膜の表面側ほど炭素濃度が高くなる。一方、第２の形成方法では、厚さｔ２毎にＳｉＣ膜を形成し、それを複数回行うことで所定厚さｔ１のＳｉＣ膜としているので、膜質をより均一にすることができる。このように形成方法により膜質が若干異なることになり、それらは用途に応じて使い分けすることができる。例えば、磁気ヘッドの保護膜として用いる場合には、防湿性とともに潤滑性も求められるので、表面ほど炭素濃度が高くて潤滑性に優れた第１の形成方法によるＳｉＣ膜が適している。
【００３３】
（第３の形成方法）
図８はＳｉＣ膜の第３の形成方法を説明する図である。上述した第１および第２の形成方法では、基板上に形成されたＳｉ膜に炭素イオンを照射することでＳｉＣ膜を形成したが、ＳｉＣターゲットを使用したスパッタにより、直接ＳｉＣ膜を形成しても良い。しかし、従来のスパッタ成膜では、基板加熱を行って所定厚さｔ３のＳｉＣ膜を形成するのが一般的であり、磁性材料への成膜に適用するのは難しかった。
【００３４】
一方、本実施の形態では、後述するように基板加熱をせずにスパッタ成膜を行うので、加熱を嫌う磁性材料への成膜に適用することができる。ただし、加熱を行わないと上述したＳｉ層形成の場合と同様に初期欠陥層がＳｉＣ層に形成されるので、初期欠陥層の向上を図るために、図８に示すような手順でＳｉＣ膜を形成する。
【００３５】
なお、第３の形成方法においても、ＳｉＣ成膜にはイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法が用いられ、ＳｉＣ層のエッチングには、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法などが用いられる。
【００３６】
ＳｉＣ膜形成においては、ターゲット材料がＳｉではなくＳｉＣであることを除き、図２のステップＳ１０からステップＳ４０までに示したＳｉ層の形成方法と同様の手順で行われる。すなわち、図８のステップＳ２１０では厚さｔ１のＳｉＣ層をスパッタ法により形成する。このスパッタ成膜の場合も基板加熱を行っていないので、基板表面との境界領域において初期欠陥層が形成されることになる。なお、ここではＳｉＣ膜の断面図は示さないが、図３においてＳｉ原子をＳｉＣに置き換えたものと考えればよい。
【００３７】
ステップＳ２２０では、イオンビームエッチング等により、基板表面１ａから１〜２層のＳｉＣが残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉＣ層をエッチングして、エッチングエネルギーによりＳｉＣ原子のマイグレーションを促進するとともに、ＳｉＣ層の初期欠陥層を露出させる。ステップＳ２３０では、スパッタによりＳｉＣを堆積し、再び厚さｔ１のＳｉＣ層を形成する。このＳｉＣ成膜により初期欠陥層の隙間にＳｉＣが入り込みながらＳｉＣの堆積が行われる。
【００３８】
ステップＳ２４０では、ステップＳ２２０のエッチング処理とステップＳ２３０のＳｉＣ成膜処理とが所定回数行われたか否かを判定する。所定回数は、図２のステップＳ３０の場合と同様に設定される。エッチングおよび成膜の処理回数が所定回数に達するまでは、ステップＳ２４０でＮＯと判定されてステップＳ２１０へ戻り、ステップＳ２２０およびステップＳ２３０の処理が所定回数繰り返される。一方、ステップＳ２４０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ２５０へ進む。ステップＳ２５０では、最終的なＳｉＣ膜が要求される所定厚さｔ３となるように、ＳｉＣのスパッタ成膜を行う。
【００３９】
上述したように、本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法は、磁性材料のように加熱を嫌う成膜対象に極薄の（例えば、１ｎｍ以下の）ＳｉＣ膜を形成するものであって、スパッタ法によりＳｉ層を形成した後に炭素イオンを照射してＳｉＣ膜を形成するものと、ＳｉＣ膜をスパッタ法により形成するものとがある。そして、スパッタ成膜されたＳｉ層またはＳｉＣ層の初期欠陥層が露出するまでエッチングして、エッチングエネルギーによりＳｉやＳｉＣのマイグレーションを促進すると共に、初期欠陥層の欠陥部分（間隙）にＳｉやＳｉＣ原子が入り込むことにより初期欠陥層の改善を行うようにした。その結果、成膜対象の加熱を行わずに、極薄で耐食性および耐摩耗性に優れた緻密なＳｉＣ膜を形成することが可能となった。
【００４０】
従来、磁気ヘッド用の保護膜として、Ｓｉ膜から成る密着層とＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜との二層膜を形成する方法が知られているが、それぞれの膜の性能を十分機能させるためには、各々１ｎｍ程度の厚さを必要とする。そのため、保護膜全体の厚さは少なくとも２ｎｍ程度となってしまう。一方、本願では、１ｎｍ以下のＳｉ層に炭素イオンを照射して炭化珪素化した単層膜であるため、１ｎｍ以下のＳｉＣ膜を形成することができる。そのため、加熱しながらの成膜が困難な磁気ヘッドの保護膜として、極薄のＳｉＣ膜を形成することができる。
【００４１】
（変形例）
なお、上述した実施の形態において、ＳｉＣ膜に対して絶縁性などの膜質調整を行う工程を追加しても良い。例えば、図２に示すステップＳ４０の後、またはステップＳ５０の後に、以下のような膜質調整工程を実施する。
【００４２】
図９は、ステップＳ４０の後に膜質調整工程を実施する場合の手順を示したものである。窒素イオンを照射すると、図９（ａ）に示すようにＳｉ層２００の表面領域がＳｉＮに改質される。その後、ステップＳ５０において炭素イオンが照射されると、図９（ｂ）に示すようにＳｉＮ領域はＳｉＣＮになり、Ｓｉ層はＳｉＣとなる。窒素イオンの照射には、窒素イオンビームを照射するイオンビーム法を用いる。また、窒素イオンを含むＥＣＲプラズマ源などから窒素イオンを引き出して、照射しても良い。
【００４３】
なお、窒素イオンに代えて酸素イオンを照射しても良いし、窒素イオンと酸素イオンの両方を同時または順に照射するようにしても良い。酸素イオンを照射した場合には、ＳｉＯが形成された後、炭素イオン照射によりＳｉＯＣとなる。また、窒素イオンと酸素イオンの両方を照射した場合にはＳｉＯＮが形成され、その後炭素イオンを照射するとＳｉＯＣＮが形成される。
【００４４】
第２の形成方法の場合には、図５のステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理が繰り返し行われるが、最後の繰り返しを行った後、すなわちステップＳ１４０の後に膜質調整工程を入れても良いし、最後の繰り返しの前に膜質調整工程を入れても良い。この場合も、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一つを照射する。
【００４５】
第３の形成方法の場合には、図８のステップＳ２４０の処理を行った後に膜質調整を行う。この場合も、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一つを照射する。
【００４６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１：磁気ヘッドスライダ、１ａ：基板表面、２００：Ｓｉ層、２００ａ：隙間、２０１：ＳｉＣ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極薄のＳｉＣ膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、機械的強度、耐熱性および耐食性が優れた材料で、高温半導体などの高温材料として有効である。また、その耐食性から、数ｎｍ程度の極薄領域において、水や酸などからの腐食を防ぐ耐腐食保護膜としても有効である。例えば、磁気ヘッドの保護膜として利用されている。磁気ヘッドの保護膜には、薄くて耐摩耗性、耐食性を有することが求められる。
【０００３】
炭化珪素膜の形成にはＣＶＤ法やスパッタ法が用いられる。ＣＶＤ法を用いる場合は、通常１０００℃以上の高温に基板を加熱して成膜が行われる（特許文献１参照）。また、炭化珪素（ＳｉＣ）ターゲットを直接スパッタして成膜を行うスパッタ法においても、基板を４００〜６００℃に加熱する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２１３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高温下で特性が劣化する材料、例えば磁性材料には、上述のような高温のＳｉＣ膜形成方法を適用するのは難しい。また、加熱を行わずにスパッタ成膜を行うことは可能であるが、形成される膜が非晶質ＳｉＣ膜となり、耐食性や耐摩耗性の点で十分な性能が得られないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上に珪素膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程と、所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のＳｉＣ膜形成方法において、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を、第２の工程と第３の工程との間、または第３の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＳｉＣ膜形成方法において、第１の工程を複数回繰り返し行った後に、第２の工程を行うことを特徴とする。
請求項４の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉＣ膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉＣ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、第１の工程でエッチングされたＳｉＣ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉＣ粒子を堆積して、該ＳｉＣ膜を所定膜厚のＳｉＣ膜とする第２の工程と、を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載のＳｉＣ膜形成方法において、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を第２の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載のＳｉＣ膜形成方法において、第１の工程を複数回繰り返し行った後に、第２の工程を行うことを特徴とする。
請求項７の発明に係るＳｉＣ膜形成方法は、加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成する工程と、該Ｓｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする工程と、エッチングされたＳｉ膜に炭素イオンを照射してＳｉＣ化してＳｉＣ層を形成する工程とを順に繰り返し行い、ＳｉＣ層が複数積層された所定厚さのＳｉＣ膜を形成することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載のＳｉＣ膜形成方法において、繰り返し行われるＳｉＣ層形成工程の内の最後のＳｉＣ層形成工程の前または後に、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、極薄で耐摩耗性および耐食性に優れたＳｉＣ膜を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】磁気ヘッドスライダ１の概略構成を示す図である。
【図２】ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図３】ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図４】ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図５】第２の形成方法における、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図６】第２の形成方法のＳｉＣ膜形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図７】第２の形成方法のＳｉＣ膜形成過程における膜構造を説明する断面図である。
【図８】第３の形成方法における、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。
【図９】膜質調整工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態に係るＳｉＣ膜形成方法により形成されたＳｉＣ膜が保護膜として適用される、磁気ヘッドスライダ１の概略構成を示す図である。磁気ヘッドスライダ１は、アルチック（Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ）のスライダ基板１１に薄膜磁気ヘッドの積層体を形成したものである。
【００１０】
積層体は、下部磁性層１２および上部磁性層１５と、それらの間に形成されたコイル導体１４と、絶縁層１３とから成り、積層体を保護する絶縁保護膜１６によって覆われている。磁気記録媒体は磁気ヘッドスライダ１の図示下側に配置され、磁気ヘッドスライダ１の磁気記録媒体と対向する面には耐摩耗性の保護膜２０が形成されている。本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法により形成されるＳｉＣ膜は、この保護膜２０として用いられる。
【００１１】
（第１の形成方法）
次に、ＳｉＣ膜の形成方法について説明する。図２は、ＳｉＣ膜形成方法の一実施の形態を説明する図であり、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。また、図３，４は、ＳｉＣ膜の形成過程における膜構造を説明する図であり、膜の断面を模式的に示したものである。
【００１２】
図２のステップＳ１０においては、成膜対象である磁気ヘッドスライダ１の記録媒体対向面に、Ｓｉ層２００をイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法により形成する。なお、以下では、この記録媒体対向面を基板表面１ａと称することにする。ステップＳ１０のＳｉ成膜に限らず、本実施の形態の成膜においては、磁気ヘッドの磁性材料への熱的影響を避けるために、基板加熱（成膜対象の加熱）を行わずに膜を形成する。
【００１３】
ここでは、Ｓｉ層２００の基板表面１ａからの厚ｔ１を、最終的なＳｉＣ膜の膜厚ｔ３（１ｎｍ以下）と同程度としているが、これに限定されない。磁気ヘッドにおいては、検出性能の向上を図るためには磁気ヘッドと記録媒体との隙間が小さいほど好ましい。そのため、磁気ヘッドの保護膜として形成されるＳｉＣ膜も、耐食性等の機能を発揮できる範囲内で薄ければ薄いほど好ましい。本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法は、膜厚が１ｎｍ以下の極薄膜を形成するために提案されたものである。Ｓｉ原子の直径は約２．４オングストロームなので、厚さ１ｎｍのＳｉ層の原子層数はほぼ５層に相当する。以下の説明では、形成されるＳｉ層２００の原子層数はほぼ５層であるとして説明する。
【００１４】
従来、ＳｉＣ成膜の際の基板加熱はＳｉＣの結晶化だけでなく、基板へのＳｉＣ付着直後のマイグレーションを促進する作用もある。ＳｉＣ付着直後のマイグレーションが十分に行われない場合、膜の初期成長過程において、膜が島状から連続状ヘと変化する膜厚が厚くなる傾向を示す。また、マイグレーションの不足は、初期層のみならず、膜中の欠陥が発生する一因となる。すなわち、膜を形成する原子の初期層において、膜が完全に連続状になっていない不達続状態の原子層数は、付着直後のマイグレーションに依存する。
【００１５】
一方、ステップＳ１０におけるＳｉ層２００の成膜においては基板加熱が行われないので、スパッタにより付着したＳｉ原子のマイグレーションが十分に行われず、Ｓｉ層２００の初期層において不達続状態の原子層が生じる。図３（ａ）はＳｉ層２００の断面を模式的に描いたものであるが、基板表面１ａに近い原子層には隙間２００ａが多数形成されていて、不連続状態の原子層となっている。ここでは、このような原子層を初期欠陥層と称することにする。
【００１６】
ステップＳ２０では、基板表面１ａ上に成膜したＳｉ層２００に対して、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法等によるエッチング処理を行い、初期欠陥層が露出される厚さｔ２までＳｉ層２００をエッチングする。図３（ｂ）はエッチング処理後のＳｉ層２００を示したものであり、初期欠陥層の隙間２００ａが露出されるように１〜２原子層までエッチングをしている。すなわち厚さｔ２は１〜２原子層に相当する厚さである。このようなエッチングを行うことにより、Ｓｉ層２００にエッチングイオンが入射する際のエネルギーにより、Ｓｉ原子のマイグレーションが促進され、１〜２原子層における欠陥が改善される。そのため、エッチング後の隙間２００ａは、図３（ａ）の場合よりも減少している。
【００１７】
ステップＳ３０では、ステップＳ１０のＳｉ成膜処理とステップＳ２０のエッチング処理とが所定回数行われたか否かを判定する。エッチングおよび成膜の処理回数が所定回数に達するまでは、ステップＳ３０でＮＯと判定されてステップＳ１０へ戻り、ステップＳ１０およびステップＳ２０の処理が所定回数繰り返される。
【００１８】
上述したように、ステップＳ２０のエッチングを行うことによりＳｉ層の初期欠陥層が改善され、また、初期欠陥層が露出された後にＳｉスパッタ成膜をさらに行うと、隙間２００ａにＳｉ原子が入り込み、より緻密なＳｉ膜を形成することができる。このような初期欠陥層に対する改善効果は、成膜とエッチングとを繰り返し行うことさらに高まる。所定回数をいくつに設定するかは成膜条件やエッチング条件等によって異なるので、実際に成膜実験を行って設定する。
【００１９】
ステップＳ３０でＮＯと判定されるとステップＳ１０に戻り、図３（ｂ）のようにエッチングされて１〜２層のＳｉ原子層が残っている基板表面１ａに、スパッタによりＳｉ粒子（Ｓｉ原子や複数のＳｉ原子から成る粒子）を堆積し、再び厚さｔ１のＳｉ層２００を形成する。図３（ｃ）は、ステップＳ１０に戻って２回目のスパッタ成膜が行われた後のＳｉ層２００を示す図である。このＳｉ成膜により、露出している隙間２００ａにＳｉ原子が入り込むことになる。その結果、１〜２層における欠陥がより改善される。また、１〜２層の欠陥が改善されるため、３層目以上の層構造も１回目のＳｉ層２００に比べて積層状態が良好になっている。
【００２０】
その後、ステップＳ２０に進んで、２回目のエッチングが行われる。図４（ａ）は、２回目のエッチング処理の結果を示したものである。図３（ｃ）に示す例では、１〜２層領域に隙間２００ａが残っており、図４（ａ）のように１〜２層までエッチングを行うことによりに、Ｓｉのマイグレーションが促進されて隙間２００ａが減少する。
【００２１】
一方、ステップＳ３０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ４０に進み、図４（ｂ）に示すような３回目のＳｉスパッタ成膜が行われる。この成膜時にも、エッチングにより露出した隙間２００ａ内にＳｉ原子が入り込みながらＳｉの堆積が進む。その結果、１〜２層における隙間２００ａの割合はさらに小さくなり、基板表面１ａに近い１〜２層目から緻密な状態となっているＳｉ層２００が形成される。ステップＳ４０のスパッタでは、Ｓｉ層２００の最終的な厚さ調整が行われる。すなわち、最終的に必要とされるＳｉＣ膜の厚さをｔ３とすれば、ステップＳ４０ではＳｉ層２００の厚さがｔ３となるようにスパッタ成膜を制御する。なお、ステップＳ４０におけるＳｉ層の厚さをｔ３よりも大きく設定し、その後、エッチングにより厚さをｔ３に調整するようにしても良い。厚み調整のエッチングは、ステップＳ４０の直後でも良いし、ステップＳ５０の後でも良い。
【００２２】
ステップＳ５０では、図４（ｃ）に示すように、形成された厚さ１ｎｍ以下の緻密なＳｉ膜２００に対して炭素イオンを照射する。炭素イオンの照射には、イオンビーム法により炭素イオンを照射しても良いし、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc）法に代表されるようなカソーディックアークイオンプラズマ源を用いても良い。ＦＣＶＡ法については、例えば、特開２００５−２６４２５５号公報に記載されている。また、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）法により原料ガスをイオン化するＥＣＲプラズマ源を利用しても良い。
【００２３】
このようにＳｉ層２００に炭素イオンを照射すると、イオン照射時のエネルギーによりＳｉ層のＳｉＣ化が促進され、基板加熱を行うことなくＳｉＣ単層膜が形成される。すなわち、本実施の形態における炭素イオンの照射は、炭素膜を積層するためではなく、Ｓｉ層に炭素イオンを注入してＳｉＣ化を促進するためのものである。その結果、Ｓｉ層がＳｉＣ化されて、ＳｉＣの単層膜を形成することができる。イオン照射のエネルギーにも依存するが、照射された炭素イオンはＳｉ層２００の表面から３〜５層目程度までは入り込むことができる。照射の際、炭素イオンの入射速度が大きいと、Ｓｉ層のＳｉＣ化よりもＳｉ層上への炭素膜形成がすすむため、炭素イオン入射速度を制御する必要がある。炭素イオンの入射速度は、製膜速度において十分の一ｎｍ程度が望ましい。
【００２４】
（第２の形成方法）
図５〜図７はＳｉＣ膜の第２の形成方法を説明する図である。図５は、ＳｉＣ膜形成の手順を示すフローチャートである。図６および７は、図３，４の場合と同様に、膜形成手順の各段階における断面を示したものである。なお、図６，７では、Ｓｉ原子の図示は省略した。また、第２の形成方法においても、Ｓｉ成膜にはイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法が用いられ、炭素イオンの照射には、イオンビーム法やカソーディックアークイオンプラズマ源やＥＣＲプラズマ源が用いられる。また、Ｓｉ層のエッチングには、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法などが用いられる。
【００２５】
ステップＳ１１０では、図２のステップＳ１０と同様に基板表面１ａ上にＳｉ層２００を形成する（図６（ａ）参照）。膜厚も上記と同様のｔ１とされる。なお、図６では図示を省略したが、図３（ａ），（ｂ）と同様に、基板表面１ａから数層の初期欠陥層には隙間２００ａが形成される。
【００２６】
ステップＳ１２０では、イオンビームエッチング等により、基板表面１ａから１〜２層が残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉ層２００をエッチングする。その結果、エッチングイオンのエネルギーによりＳｉ原子のマイグレーションが促進され、初期欠陥が改善されて隙間２００ａの割合が減少する。
【００２７】
ステップＳ１３０では、厚さｔ２までエッチングされたＳｉ層２００に対して、上述したステップＳ５０の場合と同様の方法で炭素イオンが照射される。この炭素イオン照射時のエネルギーによりＳｉＣ化が促進され、ＳｉＣ層２０１が形成される。また、露出した隙間２００ａに照射されたＣが入り込むことになり、Ｓｉ層形成時に発生した初期欠陥が改善される。
【００２８】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０のエッチングとステップＳ１３０のＳｉ成膜とが、予め設定された所定回数だけ行われたか否かを判定する。所定回数は、最終的に必要とされるＳｉＣ膜の厚さをｔ３としたとき、「所定回数＝ｔ３／ｔ２」のように設定される。ステップＳ１４０でＮＯと判定されると、ステップＳ１１０に戻って図７（ａ）に示すように２回目のＳｉ成膜が行われ、厚さｔ２のＳｉＣ層２０１の上に厚さｔ１のＳｉ層２００が新たに形成される。
【００２９】
このＳｉ層の形成の際に、ＳｉＣ層２０１の欠陥部分（隙間）にＳｉ原子が入り込み、ＳｉＣ層２０１の緻密さが向上する。
【００３０】
さらに、ステップＳ１２０に進んで、新たに形成したＳｉ層２００に対して、イオンビームエッチング等によるエッチング処理を行う（図６（ｂ）参照）。すなわち、ＳｉＣ層２０１との境界から１〜２原子層が残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉ層２００をエッチングし、エッチングエネルギーによりＳｉ原子のマイグレーションを促進するとともに、Ｓｉ層２００の初期欠陥層を露出させる。
【００３１】
ステップＳ１３０では、エッチングしたＳｉ層２００に対して、炭素イオンの照射を行う。その結果、上述した１回目の炭素イオン照射と同様の処理（ＳｉＣの形成、初期欠陥の改善）が、２回目のＳｉ層２００に対して行われる。このようにして、ＳｉＣ層２０１が２層形成され、ＳｉＣ膜の厚さはｔ２の２倍となる。このように、ステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理が所定回数行われてＳｉＣ膜の厚みがｔ３となると、ステップＳ１４０でＹＥＳと判定されて、一連のＳｉＣ膜形成処理が終了する。
【００３２】
上述した第２のＳｉＣ膜形成方法では、Ｓｉ層２００を厚さｔ２（原子層で１〜２層）までエッチングし、それに炭素イオンを照射してＳｉＣ層２０１を形成する工程を繰り返すことにより、所望の厚さｔ１のＳｉＣ膜を形成するようにした。第１の形成方法では、膜厚ｔ１のＳｉ層を形成した後に炭素イオンを照射してＳｉＣ膜を形成する方法であるため、厚さ方向に炭素濃度の濃淡が生じやすい。すなわち、ＳｉＣ膜の表面側ほど炭素濃度が高くなる。一方、第２の形成方法では、厚さｔ２毎にＳｉＣ膜を形成し、それを複数回行うことで所定厚さｔ１のＳｉＣ膜としているので、膜質をより均一にすることができる。このように形成方法により膜質が若干異なることになり、それらは用途に応じて使い分けすることができる。例えば、磁気ヘッドの保護膜として用いる場合には、防湿性とともに潤滑性も求められるので、表面ほど炭素濃度が高くて潤滑性に優れた第１の形成方法によるＳｉＣ膜が適している。
【００３３】
（第３の形成方法）
図８はＳｉＣ膜の第３の形成方法を説明する図である。上述した第１および第２の形成方法では、基板上に形成されたＳｉ膜に炭素イオンを照射することでＳｉＣ膜を形成したが、ＳｉＣターゲットを使用したスパッタにより、直接ＳｉＣ膜を形成しても良い。しかし、従来のスパッタ成膜では、基板加熱を行って所定厚さｔ３のＳｉＣ膜を形成するのが一般的であり、磁性材料への成膜に適用するのは難しかった。
【００３４】
一方、本実施の形態では、後述するように基板加熱をせずにスパッタ成膜を行うので、加熱を嫌う磁性材料への成膜に適用することができる。ただし、加熱を行わないと上述したＳｉ層形成の場合と同様に初期欠陥層がＳｉＣ層に形成されるので、初期欠陥層の向上を図るために、図８に示すような手順でＳｉＣ膜を形成する。
【００３５】
なお、第３の形成方法においても、ＳｉＣ成膜にはイオンビームスパッタやマグネトロンスパッタ等のスパッタ法が用いられ、ＳｉＣ層のエッチングには、スパッタエッチング法、ＥＣＲエッチング法およびイオンビームエッチング法などが用いられる。
【００３６】
ＳｉＣ膜形成においては、ターゲット材料がＳｉではなくＳｉＣであることを除き、図２のステップＳ１０からステップＳ４０までに示したＳｉ層の形成方法と同様の手順で行われる。すなわち、図８のステップＳ２１０では厚さｔ１のＳｉＣ層をスパッタ法により形成する。このスパッタ成膜の場合も基板加熱を行っていないので、基板表面との境界領域において初期欠陥層が形成されることになる。なお、ここではＳｉＣ膜の断面図は示さないが、図３においてＳｉ原子をＳｉＣに置き換えたものと考えればよい。
【００３７】
ステップＳ２２０では、イオンビームエッチング等により、基板表面１ａから１〜２層のＳｉＣが残る程度（膜厚ｔ２）までＳｉＣ層をエッチングして、エッチングエネルギーによりＳｉＣ原子のマイグレーションを促進するとともに、ＳｉＣ層の初期欠陥層を露出させる。ステップＳ２３０では、スパッタによりＳｉＣを堆積し、再び厚さｔ１のＳｉＣ層を形成する。このＳｉＣ成膜により初期欠陥層の隙間にＳｉＣが入り込みながらＳｉＣの堆積が行われる。
【００３８】
ステップＳ２４０では、ステップＳ２２０のエッチング処理とステップＳ２３０のＳｉＣ成膜処理とが所定回数行われたか否かを判定する。所定回数は、図２のステップＳ３０の場合と同様に設定される。エッチングおよび成膜の処理回数が所定回数に達するまでは、ステップＳ２４０でＮＯと判定されてステップＳ２１０へ戻り、ステップＳ２２０およびステップＳ２３０の処理が所定回数繰り返される。一方、ステップＳ２４０でＹＥＳと判定されると、ステップＳ２５０へ進む。ステップＳ２５０では、最終的なＳｉＣ膜が要求される所定厚さｔ３となるように、ＳｉＣのスパッタ成膜を行う。
【００３９】
上述したように、本実施の形態のＳｉＣ膜形成方法は、磁性材料のように加熱を嫌う成膜対象に極薄の（例えば、１ｎｍ以下の）ＳｉＣ膜を形成するものであって、スパッタ法によりＳｉ層を形成した後に炭素イオンを照射してＳｉＣ膜を形成するものと、ＳｉＣ膜をスパッタ法により形成するものとがある。そして、スパッタ成膜されたＳｉ層またはＳｉＣ層の初期欠陥層が露出するまでエッチングして、エッチングエネルギーによりＳｉやＳｉＣのマイグレーションを促進すると共に、初期欠陥層の欠陥部分（間隙）にＳｉやＳｉＣ原子が入り込むことにより初期欠陥層の改善を行うようにした。その結果、成膜対象の加熱を行わずに、極薄で耐食性および耐摩耗性に優れた緻密なＳｉＣ膜を形成することが可能となった。
【００４０】
従来、磁気ヘッド用の保護膜として、Ｓｉ膜から成る密着層とＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜との二層膜を形成する方法が知られているが、それぞれの膜の性能を十分機能させるためには、各々１ｎｍ程度の厚さを必要とする。そのため、保護膜全体の厚さは少なくとも２ｎｍ程度となってしまう。一方、本願では、１ｎｍ以下のＳｉ層に炭素イオンを照射して炭化珪素化した単層膜であるため、１ｎｍ以下のＳｉＣ膜を形成することができる。そのため、加熱しながらの成膜が困難な磁気ヘッドの保護膜として、極薄のＳｉＣ膜を形成することができる。
【００４１】
（変形例）
なお、上述した実施の形態において、ＳｉＣ膜に対して絶縁性などの膜質調整を行う工程を追加しても良い。例えば、図２に示すステップＳ４０の後、またはステップＳ５０の後に、以下のような膜質調整工程を実施する。
【００４２】
図９は、ステップＳ４０の後に膜質調整工程を実施する場合の手順を示したものである。窒素イオンを照射すると、図９（ａ）に示すようにＳｉ層２００の表面領域がＳｉＮに改質される。その後、ステップＳ５０において炭素イオンが照射されると、図９（ｂ）に示すようにＳｉＮ領域はＳｉＣＮになり、Ｓｉ層はＳｉＣとなる。窒素イオンの照射には、窒素イオンビームを照射するイオンビーム法を用いる。また、窒素イオンを含むＥＣＲプラズマ源などから窒素イオンを引き出して、照射しても良い。
【００４３】
なお、窒素イオンに代えて酸素イオンを照射しても良いし、窒素イオンと酸素イオンの両方を同時または順に照射するようにしても良い。酸素イオンを照射した場合には、ＳｉＯが形成された後、炭素イオン照射によりＳｉＯＣとなる。また、窒素イオンと酸素イオンの両方を照射した場合にはＳｉＯＮが形成され、その後炭素イオンを照射するとＳｉＯＣＮが形成される。
【００４４】
第２の形成方法の場合には、図５のステップＳ１１０からステップＳ１３０までの処理が繰り返し行われるが、最後の繰り返しを行った後、すなわちステップＳ１４０の後に膜質調整工程を入れても良いし、最後の繰り返しの前に膜質調整工程を入れても良い。この場合も、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一つを照射する。
【００４５】
第３の形成方法の場合には、図８のステップＳ２４０の処理を行った後に膜質調整を行う。この場合も、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一つを照射する。
【００４６】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１：磁気ヘッドスライダ、１ａ：基板表面、２００：Ｓｉ層、２００ａ：隙間、２０１：ＳｉＣ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上に珪素膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程と、
前記所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程と、を有することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を、前記第２の工程と前記第３の工程との間、または前記第３の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
前記第１の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第２の工程を行うことを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項４】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉＣ膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉＣ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程でエッチングされたＳｉＣ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉＣ粒子を堆積して、該ＳｉＣ膜を所定膜厚のＳｉＣ膜とする第２の工程と、を有することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を第２の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
前記第１の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第２の工程を行うことを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項７】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成する工程と、該Ｓｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする工程と、エッチングされたＳｉ膜に炭素イオンを照射してＳｉＣ化してＳｉＣ層を形成する工程とを順に繰り返し行い、前記ＳｉＣ層が複数積層された所定厚さのＳｉＣ膜を形成することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
繰り返し行われる前記ＳｉＣ層形成工程の内の最後のＳｉＣ層形成工程の前または後に、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項１】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上に珪素膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程でエッチングされたＳｉ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉ粒子を堆積して、該Ｓｉ膜を所定膜厚のＳｉ膜とする第２の工程と、
前記所定膜厚のＳｉ膜に炭素イオンを照射して、該Ｓｉ膜をＳｉＣ化する第３の工程と、を有することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を、前記第２の工程と前記第３の工程との間、または前記第３の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
前記第１の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第２の工程を行うことを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項４】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉＣ膜を形成した後に、該被成膜面上のＳｉＣ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする第１の工程と、
前記第１の工程でエッチングされたＳｉＣ膜の上に加熱を行わないスパッタ成膜法によりＳｉＣ粒子を堆積して、該ＳｉＣ膜を所定膜厚のＳｉＣ膜とする第２の工程と、を有することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を第２の工程の後に設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
前記第１の工程を複数回繰り返し行った後に、前記第２の工程を行うことを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項７】
加熱を行わないスパッタ成膜法により被成膜面上にＳｉ膜を形成する工程と、該Ｓｉ膜を初期欠陥層が露出するまでエッチングする工程と、エッチングされたＳｉ膜に炭素イオンを照射してＳｉＣ化してＳｉＣ層を形成する工程とを順に繰り返し行い、前記ＳｉＣ層が複数積層された所定厚さのＳｉＣ膜を形成することを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＳｉＣ膜形成方法において、
繰り返し行われる前記ＳｉＣ層形成工程の内の最後のＳｉＣ層形成工程の前または後に、窒素イオンおよび酸素イオンの少なくとも一方を照射する工程を設けて、ＳｉＣが窒化された層、ＳｉＣが酸化された層およびＳｉＣが酸窒化された層のいずれか一つがＳｉＣ膜に形成されることを特徴とするＳｉＣ膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−６８９２７（Ｐ２０１１−６８９２７Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９２７０（Ｐ２００９−２１９２７０）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]