JPH03159978A - Method for forming metallic film onto ceramic surface by ion mixing method - Google Patents

Method for forming metallic film onto ceramic surface by ion mixing method

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JPH03159978A
JPH03159978A JP29609189A JP29609189A JPH03159978A JP H03159978 A JPH03159978 A JP H03159978A JP 29609189 A JP29609189 A JP 29609189A JP 29609189 A JP29609189 A JP 29609189A JP H03159978 A JPH03159978 A JP H03159978A
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透 角谷
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伊形 明子
Nakaya Senda
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Abstract

PURPOSE:To form a metal thin film having excellent adhesion by irradiating a ceramic substrate with a high-speed ion beam of a metal element capable of forming a compound together with one ingredient element constituting the substrate together with evaporated metal from evaporation source. CONSTITUTION:An evaporated metal 5 from a metal evaporating source 6 and high-speed ion beam 9 from ion beam source are irradiated onto a ceramic substrate 3 to form a metal thin film. In the ion mixing method, a chemically active metal element capable of forming a compound with one ingredient element constituting the above-mentioned substrate 3 is irradiated as a high-speed ion beam 9 onto the above-mentioned substrate 3. Thus, metallizing metal 5 is subjected to mixing with ceramic-constituting element on the interface layer of the substrate 3 to form the thin film having excellent adhesion on the substrate 3.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、イオンミキシング法によるセラミックス表面
への金属膜形成法に関し、更に詳細には、金属、セラミ
ックス産業、機械、装置産業や電子半導体産業等で使用
する各種セラミックス材料等の表面にイオンビームを利
用して金属薄膜を形成し、セラミックスの表面性能「導
電性、他の材料(バルク、膜)との接合下地膜、電磁波
反射吸収膜等」を改善させるイオンミキシング法による
セラミックス表面への金属膜形成法に関するものである
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for forming a metal film on a ceramic surface by an ion mixing method, and more specifically, to the metal and ceramics industry, machinery and equipment industry, and electronic semiconductor industry. By using ion beams to form metal thin films on the surfaces of various ceramic materials, etc. used in The present invention relates to a method for forming metal films on ceramic surfaces using an ion mixing method that improves the

(従来の技術) 従来、この種のイオンミキシング法によるセラミックス
表面への金属膜形成法としては、外部の真空ポンプ等に
接続された或膜室内の一方に表面処理すべきセラミック
ス基板を保持する基板ホルダーを配置し、また他方にイ
オンを発生させるイオン源と、該イオンを加速させる加
速器を備えたイオンビーム源と、金属を蒸発させる金属
蒸発源を配置した装置を用い、威膜室内を所定の真空度
に設定し、金属蒸発源で加熱された蒸発金属例えば銅(
Cu)およびイオンビーム源のイオン源で不活性非金属
元素例えばアルゴン(Ar)のイオンを発生させ、該イ
オンを加速器で例えば数IQkeV〜数100keVの
高エネルギーに加速し、加速された高速イオンビームを
例えば窒化アミミニウム(IN)から成るセラミックス
基板の表面に同時に照射することにより、セラミックス
基板の基板界面層で蒸着金属(銅)とセラミックス構成
成分元素のミキシングを行わせて、セラミックス基板上
に銅薄膜を形成する方法が知られている。
(Prior art) Conventionally, in the method of forming a metal film on a ceramic surface using this type of ion mixing method, a substrate holding a ceramic substrate to be surface-treated is placed in one side of a film chamber connected to an external vacuum pump, etc. A holder is placed on the other side, and an ion beam source equipped with an ion source that generates ions, an accelerator that accelerates the ions, and a metal evaporation source that evaporates metal are used. The evaporated metal, e.g. copper (
Ions of an inert non-metal element such as argon (Ar) are generated in the ion source of the Cu) and ion beam source, and the ions are accelerated to a high energy of, for example, several IQ keV to several 100 keV in an accelerator to create an accelerated high-speed ion beam. For example, by simultaneously irradiating the surface of a ceramic substrate made of aluminum nitride (IN), the vapor deposited metal (copper) and the ceramic constituent elements are mixed at the substrate interface layer of the ceramic substrate, and a copper thin film is formed on the ceramic substrate. There are known methods of forming .

(発明が解決しようしする課題) しかしながら、前記従来のイオンミキシング法によるセ
ラミックス表面への金属膜形成法は、アルゴン、ネオン
等の不活性非金属元素をセラミックス基板に照射させる
高エネルギーのイオンとして用いるため、セラミックス
基板上に形成された金属膜とセラミックス基板界面層で
は高エネルギーによる双方の構成元素間での単純なミキ
シングしか生かせず、セラミックス基板上に形成された
金属膜の該セラミックス基板に対する接合強度(付着力
或いは密着性ともいう)3 が比較的小さく、また接合強度の値が大きくバラックと
いう現象が起こるという問題がある。
(Problem to be solved by the invention) However, the conventional ion mixing method for forming a metal film on a ceramic surface uses inert nonmetallic elements such as argon and neon as high-energy ions to irradiate the ceramic substrate. Therefore, in the interface layer between the metal film formed on the ceramic substrate and the ceramic substrate, only simple mixing between the two constituent elements due to high energy can be achieved, and the bonding strength of the metal film formed on the ceramic substrate to the ceramic substrate is limited. (Also referred to as adhesion or adhesion) is relatively small, and the bonding strength is large, resulting in the phenomenon of bulk.

そこで接合強度を向上させるために加速された高エネル
ギーのイオンビームのエネルギー即ちビーム電流値を十
分大きくする必要があった。
Therefore, in order to improve the bonding strength, it was necessary to sufficiently increase the energy of the accelerated high-energy ion beam, that is, the beam current value.

しかしこの場合も、あまり多量の不活性非金属元素を照
射するとブリスタリング(気泡)の形成や照射損傷によ
り、界面が.変質して逆に接合部の強度が低下するとい
う問題がある。
However, even in this case, if too much of the inert nonmetallic element is irradiated, the interface will be damaged due to the formation of blistering (bubbles) and radiation damage. There is a problem that the strength of the joint decreases due to deterioration in quality.

まk1前記従来法による界面での接合が不十分な場合に
は基板上に形成された金属膜の高温での振る舞いにも端
的に現れる。例えばセラミックス基板に窒化アルミニウ
ム(i N) を、蒸発させる金属に銅(Cu)を、加
速された高エネルギーにアルゴン(Ar)を夫が用い、
従来のイオンミキシング法により銅膜を窒化アルミニウ
ム上に形成させたものを、真空中で銅の融点1083℃
以上に加熱した場合、銅は窒化アルミニウム上で溶けて
、窒化アルミニウム上に微小球状に凝縮してしまう。本
来、窒化アル4 ミニウムと銅は、ぬれ性が悪く、窒化アルミニウム上に
少量の銅を置き、銅の融点1083℃以上に加熱した場
合は、銅は溶けて丸い球状になる事実より、不活性非金
属元素を高エネルギーのイオンとして用いる従来のイオ
ンミキシング法による単純なイオンミキシングでは、基
板と基板上に形成された金属膜の界面の接合が弱く熱的
安定性が不十分であることを示している。
1. If the bonding at the interface by the conventional method is insufficient, this will clearly appear in the behavior of the metal film formed on the substrate at high temperatures. For example, my husband used aluminum nitride (iN) for the ceramic substrate, copper (Cu) for the metal to be evaporated, and argon (Ar) for the accelerated high energy.
A copper film was formed on aluminum nitride using the conventional ion mixing method, and the melting point of copper was 1083°C in a vacuum.
When heated to a higher temperature, the copper melts on the aluminum nitride and condenses into microspheres on the aluminum nitride. Originally, aluminum nitride and copper have poor wettability, and when a small amount of copper is placed on aluminum nitride and heated above copper's melting point of 1083°C, the copper melts into a round spherical shape. Simple ion mixing using conventional ion mixing methods that use nonmetallic elements as high-energy ions has shown that the bond between the substrate and the metal film formed on the substrate is weak and thermal stability is insufficient. ing.

本発明は、前記問題点を解消し、少量のイオンビームの
照射で、付着力が大きく、高温でも十分安定な金属膜を
セラミックス基板上に形成する方法を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a method for forming a metal film on a ceramic substrate that has strong adhesion and is sufficiently stable even at high temperatures by irradiating a small amount of ion beam.

(課題を解決するための手段) 本発明のイオンミキシング法によるセラミックス表面へ
の金属膜形成法は、金属蒸発源からの蒸発金属およびイ
オンビーム源からの高速イオンビームをセラミックス基
板に照射して、該セラミックス基板上に金属薄膜を形成
させるイオンミキシング法による金属膜の形成法におい
て、前記セラミックス基板を構成する複数の元素のうち
少なくとも1つの戊分元素と化合物を形成することが出
来る金属元素を高速イオンビームにして前記セラミック
ス基板に照射させるようにしたことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The method of forming a metal film on a ceramic surface by the ion mixing method of the present invention involves irradiating a ceramic substrate with evaporated metal from a metal evaporation source and a high-speed ion beam from an ion beam source. In the method for forming a metal film by ion mixing method of forming a metal thin film on the ceramic substrate, a metal element capable of forming a compound with at least one of the plurality of elements constituting the ceramic substrate is mixed at high speed. The present invention is characterized in that the ceramic substrate is irradiated with an ion beam.

本発明で用いるセラミックス基板としては、窒化アルミ
ニウム(i N) 、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化
ケイ素(S i C) 、ジルコニア(zrO2)、ア
ルミナ(Ag203)等が挙げられるが、これに限定さ
れるものではない。
Ceramic substrates used in the present invention include, but are not limited to, aluminum nitride (iN), silicon nitride (Si3N4), silicon carbide (S i C), zirconia (zrO2), alumina (Ag203), etc. It's not a thing.

また、活性な金属イオンビームとしては、チタン(Tl
”)、アルミニウム(Ag+)、ベリリウム(Be+)
、マグネシウム(Mg”)、ケイ素(Si+)、バナジ
ウム(■+)、クロム (Cr”)、マンガン(Mn”
)、ジルコニム(Zr+)、ニオブ(Nb+)、ハフニ
ウム (Hf”)、タンタル(Ta+)、夕・ングステ
ン(W+)等が挙げられるが、これに限定されるもので
はなく、前記セラミックス基板の種類に応じて適宜選択
する。
In addition, as an active metal ion beam, titanium (Tl
”), aluminum (Ag+), beryllium (Be+)
, magnesium (Mg”), silicon (Si+), vanadium (■+), chromium (Cr”), manganese (Mn”)
), zirconium (Zr+), niobium (Nb+), hafnium (Hf''), tantalum (Ta+), yungsten (W+), etc., but are not limited to these. Select accordingly.

また、蒸発させる金属としては、銅(Cu)、アルミニ
ウム(A,I;l ’I 、チタン(Ti)等が挙げら
れるが、これに限定されるものではなく、前記セラミッ
クス基板および前記活性な金属イオンビームの種類に応
じて適宜選択する。
Further, examples of the metal to be evaporated include copper (Cu), aluminum (A,I;l'I), titanium (Ti), etc., but are not limited thereto. Select as appropriate depending on the type of ion beam.

(作 用) セラミックス基板の構成元素にとり化学的に活性な金属
元素からなる高速イオンビームをセラミックス基板に照
射することにより、セラミックス基板と金属膜の界面に
セラミックスの構或元素とイオンビームとして基板に注
入される金属元素および金属蒸発源より蒸着した金属か
らなる混合層を形成する。
(Function) By irradiating the ceramic substrate with a high-speed ion beam consisting of a metal element that is chemically active for the constituent elements of the ceramic substrate, the constituent elements of the ceramic and the ion beam are delivered to the interface between the ceramic substrate and the metal film. A mixed layer is formed of the implanted metal element and the metal evaporated from the metal evaporation source.

(実施例) 以下添付図面に従って本発明の実施例について説明する
(Example) Examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明金属膜形成法を実施するための膜形成装
置の1例を示すもので、図中、1は戊膜室を示す。該或
膜室1内を外部の真空ポンプその他の真空排気系2に接
続すると共に、該7 成膜室1内の一方に表面に金属膜を形成すべきセラミッ
クス基板3を保持する基板ホルダー4を配置した。また
、該或膜室1内の他方に前記基板ホルダー4に保持され
たセラミックス裁板3に対向させて金属5の金属蒸発源
6と、イオンを発生させるイオン源と、該イオンを加速
させる加速器を備えたイオンビーム源7を配置した。そ
して真空排気系2を作動させて成膜室1内を所定の真空
度に設定し、セラミックス基板3に蒸着させる金属5を
金属蒸発源6で加熱して成膜室1内に蒸発(矢印8)さ
せると共に、セラミックス基板3に照射すべき金属元素
をイオンビーム源7で数kev〜数1 0 0 k e
 Vの高エネルギーに加速された高速イオンビーム(矢
印9)とし、該高速イオンビームをセラミックス基板3
に照射出来るようにした。
FIG. 1 shows an example of a film forming apparatus for carrying out the metal film forming method of the present invention, and in the figure, 1 indicates a film chamber. The interior of the film forming chamber 1 is connected to an external vacuum pump or other evacuation system 2, and a substrate holder 4 for holding a ceramic substrate 3 on the surface of which a metal film is to be formed is provided on one side of the film forming chamber 1. Placed. Further, in the other side of the certain film chamber 1, a metal evaporation source 6 of the metal 5 is provided facing the ceramic cutting plate 3 held by the substrate holder 4, an ion source for generating ions, and an accelerator for accelerating the ions. An ion beam source 7 equipped with the following was arranged. Then, the vacuum evacuation system 2 is activated to set the inside of the film forming chamber 1 to a predetermined degree of vacuum, and the metal 5 to be deposited on the ceramic substrate 3 is heated by the metal evaporation source 6 and evaporated into the film forming chamber 1 (arrow 8 ), and at the same time, the metal element to be irradiated onto the ceramic substrate 3 is irradiated with an ion beam source 7 of several keV to several 100 ke.
A high-speed ion beam (arrow 9) is accelerated to a high energy of V, and the high-speed ion beam is placed on a ceramic substrate 3.
It is now possible to irradiate.

次に、前記装置を用いてセラミックス表面への金属膜形
成法の具体的実施例を比較例と共に説明する。
Next, a specific example of a method for forming a metal film on a ceramic surface using the above-mentioned apparatus will be described together with a comparative example.

実施例1 8 先ず、成膜室1内の基板ホルダー4に厚さ0.6+nn
+の材質窒化アルミニウム(AρN)から成るセラミッ
クス基板3を保持すると共に、金属蒸発源6内に蒸発金
属5としての銅(C u)を充Ef4 Lた状態で該成
膜室1内の圧力を真空排気系2を介してI X 1 0
−6Torrに設定し、該或膜室1内を該圧力に保った
状態とする。
Example 1 8 First, the substrate holder 4 in the film forming chamber 1 was coated with a thickness of 0.6+nn.
While holding the ceramic substrate 3 made of aluminum nitride (AρN) and filling the metal evaporation source 6 with copper (Cu) as the evaporation metal 5, the pressure inside the film forming chamber 1 is reduced. IX10 via vacuum evacuation system 2
-6 Torr, and the inside of the membrane chamber 1 is maintained at the pressure.

次に、セラミックス基板3の表面に予めイオンビーム源
7でイオンビーム電流密度を400It A / 2 
0 cJとし、50keVの高エネルギーに加速された
アルミニウム(Aj! ” )の高速イオンビームを5
分間照射した後、金属蒸発源6で1320±50℃に加
熱された銅5を蒸発させてセラミックス基板3の表面に
銅5をIOJ/秒の蒸着速度での蒸着と、イオンビーム
源7でイオンビーム電流密度を100μA / 2 0
 atと400μA/20c一とし、、5okeVの高
エネルギーに加速されたアルミニウム(A[ ” )の
高速イオンビームをイオンfn 5 X 1 0 ”t
ons/ cdでセラミックス基板3上に同時に照射し
てセラミックス基板3の表面に銅薄膜の形成を行った。
Next, the ion beam source 7 applies an ion beam current density of 400 It A/2 to the surface of the ceramic substrate 3 in advance.
0 cJ and a high-speed ion beam of aluminum (Aj!'') accelerated to a high energy of 50 keV.
After irradiating for minutes, the copper 5 heated to 1320±50°C is evaporated with the metal evaporation source 6 to deposit copper 5 on the surface of the ceramic substrate 3 at a deposition rate of IOJ/sec, and the ion beam source 7 evaporates the copper 5 with ion beams. Beam current density 100μA/20
At and 400μA/20c, a high-speed ion beam of aluminum (A['') accelerated to a high energy of 5okeV is ion fn 5 x 10''t.
Ons/cd was simultaneously irradiated onto the ceramic substrate 3 to form a copper thin film on the surface of the ceramic substrate 3.

そして前記方法で形成された銅薄膜とセラミックス基板
3の接合強度を測定し、その測定結果を第2図に○印と
して示す。
Then, the bonding strength between the copper thin film formed by the above method and the ceramic substrate 3 was measured, and the measurement results are shown as circles in FIG.

実施例2 セラミックス基板3に照射する高速イオンビームにチタ
ン(Ti”)を用い、イオンビーム源7でのイオンビー
ム電流密度を400μA/20c−とし、また予めセラ
ミックス基板に対して行う高速イオンビームの照射にチ
タン(Ti+)を用いた以外は実施例1と同様の方法で
セラミックス基板3の表面に銅薄膜の形成を行った。
Example 2 Titanium (Ti'') was used for the high-speed ion beam irradiated onto the ceramic substrate 3, the ion beam current density at the ion beam source 7 was set to 400 μA/20c-, and the high-speed ion beam applied to the ceramic substrate 3 was A copper thin film was formed on the surface of the ceramic substrate 3 in the same manner as in Example 1 except that titanium (Ti+) was used for irradiation.

そして前記方法で形成された銅薄膜とセラミックス基板
3の接合強度を測定し、その測定桔果を第2図に▲印と
して示す。
Then, the bonding strength between the copper thin film formed by the above method and the ceramic substrate 3 was measured, and the measurement results are shown as ▲ in FIG. 2.

実施例3 セラミックス基板3に照射する高速イオンにチタン(T
i”)を用い、イオンビーム源7でのイオンビーム電流
密度を400μA / 2 0 (!Jとし、予めセラ
ミックス基板3の表面への高速イオンビームの照射を行
わずに、直ちにセラミックス基板3の表面に対して金属
蒸発および高速イオンビームの照射を行った以外は実施
例1と同様の方法でセラミックス基板3の表面に銅薄膜
の形成を行った。
Example 3 Titanium (T
i"), the ion beam current density in the ion beam source 7 was set to 400 μA / 20 (!J), and the surface of the ceramic substrate 3 was immediately irradiated without irradiating the surface of the ceramic substrate 3 with a high-speed ion beam in advance. A copper thin film was formed on the surface of the ceramic substrate 3 in the same manner as in Example 1, except that metal evaporation and high-speed ion beam irradiation were performed.

そして前記方法で形成された銅薄膜とセラミックス基板
3の接合強度を測定し、その測定結果を第2図にΔ印と
して示す。
Then, the bonding strength between the copper thin film formed by the above method and the ceramic substrate 3 was measured, and the measurement results are shown as Δ in FIG. 2.

比較例1 セラミックス基板3に照射する高速イオンビームに不活
性非金属のアルゴン(Ar”)を用い、イオンビーム源
7でのイオンビーム電流密度を1 0 0 u A /
 2 0 c+it、4 0 0 tt A / 2 
0 cd、8 0 0 u A / 2 0 cd、1
 6 0 0 p A / 2 0 cJとした以外は
実施例1と同様の方法でセラミックス基板3′の表面に
銅薄膜の形成を行った。
Comparative Example 1 An inert nonmetallic argon (Ar) was used for the high-speed ion beam irradiated onto the ceramic substrate 3, and the ion beam current density at the ion beam source 7 was set to 100 uA/
2 0 c+it, 4 0 0 tt A/2
0 cd, 8 0 0 u A / 2 0 cd, 1
A copper thin film was formed on the surface of the ceramic substrate 3' in the same manner as in Example 1 except that the current was 600 pA/20 cJ.

そして前記方法で形成された銅薄膜とセラミックス基板
3の接合強度を測定し、その測定結11 果を第3図にO印或いは●印として示す。尚、第3図中
の○印は接合強度測定中にCu膜の剥離が、また●印は
基板の破壊が生じた場合を表わす。
Then, the bonding strength between the copper thin film formed by the above method and the ceramic substrate 3 was measured, and the measurement results are shown in FIG. 3 as O marks or ● marks. In FIG. 3, the ◯ mark indicates that the Cu film was peeled off during the measurement of the bonding strength, and the ● mark indicates that the substrate was destroyed.

比較例2 セラミックス基板3の表面への高速イオンビームの照射
を行わずに金属蒸発源6による蒸発金属5の蒸着のみを
行った以外は実施例1と同様の方法でセラミックス基板
3の表面に銅薄膜の形成を行った。
Comparative Example 2 Copper was deposited on the surface of the ceramic substrate 3 in the same manner as in Example 1, except that the evaporated metal 5 was only evaporated using the metal evaporation source 6 without irradiating the surface of the ceramic substrate 3 with a high-speed ion beam. A thin film was formed.

そして前記方法で形成された銅薄膜とセラミックス基板
3の接合強度を測定し、その測定結果を第3図に口印と
して示す。
Then, the bonding strength between the copper thin film formed by the above method and the ceramic substrate 3 was measured, and the measurement results are shown as a seal in FIG.

第2図および第3図から明らかなように、セラミックス
基板に照射する高エネルギーのイオンに活性な金属Aρ
”を用いた本発明法の実施例1、高エネルギーのイオン
に活性な金属Ti1を用いた実施例2および3は、照射
する高エネルギーのイオンに不活性な非金属Ar+を用
いた従来法の比較例1に比して1710〜1/1 2 20程度のイオンビームの照射量(イオンビーム電流密
度)で接合強度が大きく、しかもその接合強度にバラツ
キの少ない銅薄膜をセラミックス基板上に形成出来るこ
とが確認された。
As is clear from Figures 2 and 3, the metal Aρ is active in high-energy ions irradiated onto the ceramic substrate.
``Example 1 of the present invention method using ``, and Examples 2 and 3 using Ti1, a metal active for high-energy ions, are different from the conventional method using non-metal Ar+, which is inactive for high-energy ions to be irradiated. Compared to Comparative Example 1, a copper thin film with high bonding strength and less variation in bonding strength can be formed on a ceramic substrate with an ion beam irradiation dose (ion beam current density) of about 1710 to 1/1220. This was confirmed.

このように基板界面層で蒸着金属Cuとセラミックス構
成元素Aj7とNが照射された高エネルギーの活性金属
イオンビームTi+またはAI+によりミキシング(物
理的作用)され、更にTi,AI?,Cu,N或いはA
II,Cu,Nより構成される化合物層(化学的作用)
が容易に形成されることにより、基板A[N上に極めて
密着性の優れたCuの薄膜を形戊することが出来る。
In this way, at the substrate interface layer, the vapor deposited metal Cu and the ceramic constituent elements Aj7 and N are mixed (physically) by the irradiated high-energy active metal ion beam Ti+ or AI+, and further Ti, AI? , Cu, N or A
Compound layer composed of II, Cu, and N (chemical action)
By easily forming Cu, a thin film of Cu with extremely excellent adhesion can be formed on the substrate A[N.

また、前記実施例1および比較例1で得られた銅薄膜を
有するセラミックス基板を真空(1X 1 0−6To
rr)中で銅の融点1038℃以上で2分間加熱した後
、常温まで冷やし、セラミックス基板上での銅の挙動を
走査型電子顕微鏡(倍率1000倍)で観察したところ
、本発明法の実施例1は高温度で加熱されてもセラミッ
クス基板上に銅が薄膜状に広がった状態を保っていたの
に対し、従来法の比較例1ではセラミックス基板上で銅
が溶けて凝縮し、径が10〜40μの銅の微小球状が多
数形成されていた。
Further, the ceramic substrates having the copper thin films obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were placed in a vacuum (1X 10-6To
rr) for 2 minutes above the melting point of copper, 1038°C, and then cooled to room temperature, and the behavior of copper on the ceramic substrate was observed using a scanning electron microscope (1000x magnification). In Comparative Example 1 of the conventional method, the copper melted and condensed on the ceramic substrate, and the diameter became 10 mm. A large number of copper microspheres of ~40μ were formed.

これらのことは、従来法では、主にミギシング(物理的
作用)により銅膜がセラミックス基板に付着しているの
に対して、本発明法では、更に基板/金属膜界面層で化
合物層が形成(化学的作用)され、セラミックス基板表
面の銅とのぬれ性が大幅に改善されていることを示して
いる。
The reason for this is that in the conventional method, the copper film adheres to the ceramic substrate mainly by migrating (physical action), whereas in the method of the present invention, a compound layer is further formed at the substrate/metal film interface layer. (chemical effect), indicating that the wettability of the ceramic substrate surface with copper has been significantly improved.

前述のように本発明では金属蒸発源より蒸発した金属と
セラミックス成分元素が容易に化合物を形成しない場合
であっても、基板に照射される化学的に活性な金属元素
から成る高速イオンビームの物理的、化学的作用により
容易に化合物層を基板と金属膜の界面に形成することが
出来る。
As mentioned above, in the present invention, even if the metal evaporated from the metal evaporation source and the ceramic component elements do not easily form a compound, the physics of the high-speed ion beam consisting of chemically active metal elements that is irradiated onto the substrate can be improved. A compound layer can be easily formed at the interface between the substrate and the metal film by chemical action.

(発明の効果) このように本発明によるときは、セラミックス基板を構
或する複数の元素のうち少なくとも1つの構成元素と化
合物を形成することが出来る化学的に活性な金属元素を
高速イオンビームにして、金属蒸発源からの蒸発金属と
共にセラミックス基板上に照射することにより、基板界
面層で蒸着金属と、セラミックスの構或元素が照射され
た高エネルギーの金属イオンビームによりミキシングさ
れ、更にこれらの化合物層が形成されるので、セラミッ
クス基板上に極めて密着性の優れた蒸発金属の薄膜を容
易に形成することが出来、また、従来法のような不活性
非金属元素の高エネルギーイオンビーを多量に照射する
ことを要しないから、照射損傷やブリスタリング(気泡
)の形成による接合強度の低下が生じることなく、かつ
従来法に比して少ないイオンビーム照射量でも基板に対
してより接合強度の高い金属薄膜を形戊することが出来
るから、蒸発金属とセラミックス基板の成分元素が容易
に化合物を形成しない金属膜の形戊において特に有用で
ある等の効果を有する。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a chemically active metal element capable of forming a compound with at least one of the plurality of elements constituting the ceramic substrate is used with a high-speed ion beam. By irradiating the ceramic substrate with the evaporated metal from the metal evaporation source, the evaporated metal and the constituent elements of the ceramic are mixed at the substrate interface layer by the irradiated high-energy metal ion beam, and these compounds are further mixed. Since a layer is formed, it is possible to easily form a thin film of evaporated metal with extremely good adhesion on a ceramic substrate, and it is also possible to easily form a thin film of evaporated metal with excellent adhesion on a ceramic substrate. Since no irradiation is required, there is no reduction in bonding strength due to radiation damage or blistering (bubbles) formation, and the bonding strength to the substrate is higher even with a lower ion beam irradiation dose than conventional methods. Since it is possible to form a metal thin film, it has effects such as being particularly useful in forming metal films in which the evaporated metal and the constituent elements of the ceramic substrate do not easily form a compound.

1 51 5

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

第1図は本発明金属膜の形成法を実施するための装置の
1例の截断面図、第2図は本発明実施例におけるイオン
ビーム電流密度と基板」二に形成された金属膜の接合強
度の関係を示す特性値図、第3図は比較例におけるイオ
ンビーム電流密度と基板上に形成された金属膜の接合強
度の関係を示す特性値図である。 3・・・セラミックス基板 6・・・金属蒸発源 7・・・イオンビーム源 8・・・蒸発金属 9・・・高速イオンビーム 1 6
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of an apparatus for carrying out the method of forming a metal film of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the ion beam current density and the bonding of the metal film formed on the substrate in the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a characteristic value diagram showing the relationship between the ion beam current density and the bonding strength of the metal film formed on the substrate in a comparative example. 3...Ceramics substrate 6...Metal evaporation source 7...Ion beam source 8...Evaporation metal 9...High speed ion beam 1 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 金属蒸発源からの蒸発金属およびイオンビーム源からの
高速イオンビームをセラミックス基板に照射して、該セ
ラミックス基板上に金属薄膜を形成させるイオンミキシ
ング法による金属膜形成法において、前記セラミックス
基板を構成する複数の元素のうち少なくとも1つの成分
元素と化合物を形成することが出来る金属元素を高速イ
オンビームにして前記セラミックス基板に照射させるよ
うにしたことを特徴とするイオンミキシング法によるセ
ラミックス表面への金属膜形成法。
In a metal film forming method using an ion mixing method in which a ceramic substrate is irradiated with evaporated metal from a metal evaporation source and a high-speed ion beam from an ion beam source to form a metal thin film on the ceramic substrate, the ceramic substrate is formed. A metal film on a ceramic surface by an ion mixing method, characterized in that the ceramic substrate is irradiated with a high-speed ion beam of a metal element capable of forming a compound with at least one constituent element among a plurality of elements. Formation method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105436643A (en) * 2016-01-07 2016-03-30 上海电机学院 Direct aluminum or aluminum alloy brazing method for aluminum oxide ceramics
CN106024124A (en) * 2016-07-14 2016-10-12 安徽樵森电气科技股份有限公司 Anti-oxidation anti-electric leakage aluminum core conductor
CN106205763A (en) * 2016-07-14 2016-12-07 安徽樵森电气科技股份有限公司 Corrosion-resistant anticreep copper conductor
CN107244900A (en) * 2017-05-23 2017-10-13 昆明理工大学 A kind of copper anode casting die repairing material and its application

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