JP2521952B2 - 半導体化炭素薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体化炭素薄膜の製造方法Info
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- JP2521952B2 JP2521952B2 JP62118590A JP11859087A JP2521952B2 JP 2521952 B2 JP2521952 B2 JP 2521952B2 JP 62118590 A JP62118590 A JP 62118590A JP 11859087 A JP11859087 A JP 11859087A JP 2521952 B2 JP2521952 B2 JP 2521952B2
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Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体化炭素薄膜の製造方法に関する。
B.発明の概要 本発明は、基板上に半導体化炭素薄膜を形成するにお
いて、 半導体化不純物としてのリンを含むガリウムリン（Ga
P）をターゲツトとして用い、炭化水素ガスと窒素ガス
との混合ガスをスパツタ用ガスとして用いて反応性スパ
ツタ法を行なうことにより、 毒性の高いガスを使用することなくしかも濃度コント
ロールを効率良く製膜できるようにしたものである。
いて、 半導体化不純物としてのリンを含むガリウムリン（Ga
P）をターゲツトとして用い、炭化水素ガスと窒素ガス
との混合ガスをスパツタ用ガスとして用いて反応性スパ
ツタ法を行なうことにより、 毒性の高いガスを使用することなくしかも濃度コント
ロールを効率良く製膜できるようにしたものである。
C.従来の技術 近年、プラズマCVD法や反応性スパツタ法によりダン
グリングボンド数が少なく抵抗も高い炭素薄膜が製造さ
れるようになつてきている。これに伴い、一般の半導体
と同様に、炭素薄膜を真性半導体膜としてそれに適当な
不純物をドーピングすることで、ワイドギヤツプ（Eg＝
1.5eV以上）の半導体化炭素薄膜を得ることが考えられ
る。
グリングボンド数が少なく抵抗も高い炭素薄膜が製造さ
れるようになつてきている。これに伴い、一般の半導体
と同様に、炭素薄膜を真性半導体膜としてそれに適当な
不純物をドーピングすることで、ワイドギヤツプ（Eg＝
1.5eV以上）の半導体化炭素薄膜を得ることが考えられ
る。
D.発明が解決しようとする問題点 プラズマCVD法でアモルフアスシリコンを製造する場
合、ジボラン（B2H6）やホスフイン（PH5）が用いられ
るが、主原料となるシラン（SiH4）も含めて各々が毒性
の高いガスになる。一方、炭素薄膜を製造するには水素
ガスやメタンガス，エタンガス系が多く用いられる。従
つて、半導体化炭素薄膜を得るにはこれらガスに加えて
ジボランやホスフインを用いてドーピングすることにな
り、毒性の高いガスを新たに導入することとなつてその
管理，製造装置を難しくする。
合、ジボラン（B2H6）やホスフイン（PH5）が用いられ
るが、主原料となるシラン（SiH4）も含めて各々が毒性
の高いガスになる。一方、炭素薄膜を製造するには水素
ガスやメタンガス，エタンガス系が多く用いられる。従
つて、半導体化炭素薄膜を得るにはこれらガスに加えて
ジボランやホスフインを用いてドーピングすることにな
り、毒性の高いガスを新たに導入することとなつてその
管理，製造装置を難しくする。
また、ガスでドーパントを導入するため、ガス中のド
ーパントの割合と形成されたドーパントの割合とは一般
に同じにならないもので、ドーパントの濃度コントロー
ルを悪くするし、ドーピング効率を悪くする。
ーパントの割合と形成されたドーパントの割合とは一般
に同じにならないもので、ドーパントの濃度コントロー
ルを悪くするし、ドーピング効率を悪くする。
本発明の目的は、毒性の高いガスを用いることなく、
また膜中ドーパント濃度コントロールを確実にしかも効
率良くした半導体化炭素薄膜を形成できる製造方法を提
供するにある。
また膜中ドーパント濃度コントロールを確実にしかも効
率良くした半導体化炭素薄膜を形成できる製造方法を提
供するにある。
E.問題点を解決するための手段と作用 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、半導
体化不純物としてのリンを含むガリウムリン（GaP）を
ターゲツトとして反応性スパツタ法で炭素薄膜を形成す
る製造方法であつて、スパツタ用ガスとして炭化水素ガ
スと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、スパツ
タ用ガスに毒性を有するホスフイン（PH8）を用いない
ようにし、膜中ドーパントの濃度コントロールを容易と
する。
体化不純物としてのリンを含むガリウムリン（GaP）を
ターゲツトとして反応性スパツタ法で炭素薄膜を形成す
る製造方法であつて、スパツタ用ガスとして炭化水素ガ
スと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、スパツ
タ用ガスに毒性を有するホスフイン（PH8）を用いない
ようにし、膜中ドーパントの濃度コントロールを容易と
する。
F.実施例 第１図は本発明方法に使用するスパツタリング装置の
要部断面図である。真空容器１はフランジ付金属製円筒
２とこの両端部がＯリング３等をシール手段として金属
製の上蓋４と下蓋５で気密封止されて構成される。この
真空容器１には円筒２の上側部に雰囲気ガス導入管６が
設けられ、また下蓋５の中央部に真空ポンプに直結され
る排気管７が設けられる。上蓋４には真空容器１内で接
地電位の電子引抜き対向電極８が設けられ、これに対向
してターゲツト電極９が設けられる。
要部断面図である。真空容器１はフランジ付金属製円筒
２とこの両端部がＯリング３等をシール手段として金属
製の上蓋４と下蓋５で気密封止されて構成される。この
真空容器１には円筒２の上側部に雰囲気ガス導入管６が
設けられ、また下蓋５の中央部に真空ポンプに直結され
る排気管７が設けられる。上蓋４には真空容器１内で接
地電位の電子引抜き対向電極８が設けられ、これに対向
してターゲツト電極９が設けられる。
ターゲツト電極９に外部から高周波電流が供給される
ことで該ターゲツト電極９が加熱される。ターゲツト電
極９は供給側金属製冷却水管12と排水側金属製冷却水管
13によつて冷却水入口14から冷却水出口15まで冷却水が
通されて冷却される。これら水管12,13はシールド16で
覆われて円筒２の側部から気密シールドで真空容器１外
に引出される。
ことで該ターゲツト電極９が加熱される。ターゲツト電
極９は供給側金属製冷却水管12と排水側金属製冷却水管
13によつて冷却水入口14から冷却水出口15まで冷却水が
通されて冷却される。これら水管12,13はシールド16で
覆われて円筒２の側部から気密シールドで真空容器１外
に引出される。
こうしたスパツタリング装置において、本発明方法で
は薄膜が形成される堆積基板17,18は、上蓋４の内面及
び円筒２の内周面に夫々絶縁支持された基板ホルダー1
9,20上に取付けられるか、また、堆積基板21として対向
電極８に取付けられる。22は基板支え部材である。ま
た、熱電対23は堆積基板17の温度を測定できるよう上蓋
４から気密シールドで引出される。
は薄膜が形成される堆積基板17,18は、上蓋４の内面及
び円筒２の内周面に夫々絶縁支持された基板ホルダー1
9,20上に取付けられるか、また、堆積基板21として対向
電極８に取付けられる。22は基板支え部材である。ま
た、熱電対23は堆積基板17の温度を測定できるよう上蓋
４から気密シールドで引出される。
なお、堆積基板17,18はプラズマによる励起ソースの
スパツタ粒子がトランスポートする領域の外側にされ
る。すなわち、真空容器１内で破線で示すＡ部が電極8,
9間及びその周辺に発生しているプラズマ状態の領域
で、Ｂ部がプラズマ領域Ａに存在するスパツタ粒子がト
ランスポートする領域とすると、領域Ｂの外側になる領
域Ｃに堆積基板17,18が取付けられる。この領域Ｃでは
領域Ａからトランスポートされたスパツタ粒子が堆積基
板17,18上にソフトにデポジツシヨンする。なお、この
領域Ｃに堆積基板17,18を配置するにおいて、領域Ｃに
はトランスポートされた粒子中の大部分からなる荷電粒
子が電界等の影響を受け易いため、実施にあたつては均
一な電位，例えば接地電位近傍とするなどの配慮がなさ
れる。
スパツタ粒子がトランスポートする領域の外側にされ
る。すなわち、真空容器１内で破線で示すＡ部が電極8,
9間及びその周辺に発生しているプラズマ状態の領域
で、Ｂ部がプラズマ領域Ａに存在するスパツタ粒子がト
ランスポートする領域とすると、領域Ｂの外側になる領
域Ｃに堆積基板17,18が取付けられる。この領域Ｃでは
領域Ａからトランスポートされたスパツタ粒子が堆積基
板17,18上にソフトにデポジツシヨンする。なお、この
領域Ｃに堆積基板17,18を配置するにおいて、領域Ｃに
はトランスポートされた粒子中の大部分からなる荷電粒
子が電界等の影響を受け易いため、実施にあたつては均
一な電位，例えば接地電位近傍とするなどの配慮がなさ
れる。
ここで、ターゲツト電極９には半導体化不純物として
のホウ素を含むB4Cを用い、雰囲気ガス導入管６からは
スパツタガスとして水素H2と炭化水素ガスと窒素ガスと
の混合ガスを導入し、真空容器内圧力を調整し、反応性
スパツタ法により基板17,18あるいは21上に半導体化炭
素薄膜を形成する。
のホウ素を含むB4Cを用い、雰囲気ガス導入管６からは
スパツタガスとして水素H2と炭化水素ガスと窒素ガスと
の混合ガスを導入し、真空容器内圧力を調整し、反応性
スパツタ法により基板17,18あるいは21上に半導体化炭
素薄膜を形成する。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図中、ターゲツト電極９としてガリウムリン（Ga
P）の化合物ターゲツトをセツトし、堆積基板17,18,21
を夫々セツトした後、真空容器１内を1.33×10-5Pa（10
-7Torr）まで減圧し、導入管６から、水素ガス（H2）90
vol.％，窒素ガス（N2）10vol.％の混合ガス90vol.％
と、メタン（CH）ガス10vol.％の混合ガスを67Pa（0.5T
orr）となるまで導入する。
P）の化合物ターゲツトをセツトし、堆積基板17,18,21
を夫々セツトした後、真空容器１内を1.33×10-5Pa（10
-7Torr）まで減圧し、導入管６から、水素ガス（H2）90
vol.％，窒素ガス（N2）10vol.％の混合ガス90vol.％
と、メタン（CH）ガス10vol.％の混合ガスを67Pa（0.5T
orr）となるまで導入する。
次に、真空容器１内の圧力が安定した後、ターゲツト
９には高周波（13.56MHz）電力を6.8W/cm2に設定し、３
時間のスパツタリングを行なつた。
９には高周波（13.56MHz）電力を6.8W/cm2に設定し、３
時間のスパツタリングを行なつた。
この結果、基板17,18及び21上に形成された炭素薄膜
の特性を下記表に示す。
の特性を下記表に示す。
なお、表中、右欄に示すものは、リン（Ｐ）をドーピ
ングしない場合の電気抵抗率と光学バンドギヤツプを示
す。第２図は、基板（Si）上に形成した薄膜の二次イオ
ン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy）の
結果を示しガリウムリン中のGaは検出されなかつた。こ
の結果から、本実施例による製膜中にリン（Ｐ）が選択
的に取込まれていることが確認された。前記表において
リン（Ｐ）をドーピングしたものとしないものとの比較
からバンドギヤツプを殆ど変えることなく抵抗率が下つ
ている事は明らかで、リン（Ｐ）がドナーとして炭素薄
膜中に取込まれたと考えられ、この膜は、Ｎ型半導体化
炭素薄膜になつている。
ングしない場合の電気抵抗率と光学バンドギヤツプを示
す。第２図は、基板（Si）上に形成した薄膜の二次イオ
ン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy）の
結果を示しガリウムリン中のGaは検出されなかつた。こ
の結果から、本実施例による製膜中にリン（Ｐ）が選択
的に取込まれていることが確認された。前記表において
リン（Ｐ）をドーピングしたものとしないものとの比較
からバンドギヤツプを殆ど変えることなく抵抗率が下つ
ている事は明らかで、リン（Ｐ）がドナーとして炭素薄
膜中に取込まれたと考えられ、この膜は、Ｎ型半導体化
炭素薄膜になつている。
第３図は、水素ガス（H2）90vol.％と窒素ガス（N2）
10vol.％の混合ガスに添加するメタン（CH4）ガスの濃
度を変えた場合の電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEg
oの結果を示している。
10vol.％の混合ガスに添加するメタン（CH4）ガスの濃
度を変えた場合の電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEg
oの結果を示している。
この結果から、水素ガス（H2）と窒素ガス（N2）の混
合ガスに添加するメタンガス（CH4）の濃度は、0.1vol.
％〜50vol.％が望ましく、メタンガスが0.1vol.％以下
ではターゲツトのGapに近い薄膜ができ、また、50vol.
％を越えると、Egoが1.5eV以下と小さくなりすぎて、ワ
イドギヤツプ半導体とは成り得ず思わしくない。
合ガスに添加するメタンガス（CH4）の濃度は、0.1vol.
％〜50vol.％が望ましく、メタンガスが0.1vol.％以下
ではターゲツトのGapに近い薄膜ができ、また、50vol.
％を越えると、Egoが1.5eV以下と小さくなりすぎて、ワ
イドギヤツプ半導体とは成り得ず思わしくない。
また、第４図は、窒素ガス（N2）の量を変えたときの
吸収係数αの変化を見たものであり、N2含有量の増加と
共にバンド端の吸収が少なくなつている。この結果、水
素ガス（H2）と窒素ガス（N2）との混合ガス（ベースガ
ス）中の窒素ガス（N2）量はN2／H2＋N2＝１〜50vol.％
が望ましく、1vol.％未満では、窒素ガス（N2）混合の
効果はなく、50vol.％以上では光学バンドギヤツプEgo
が1.5eV以下となつて思わしくない。
吸収係数αの変化を見たものであり、N2含有量の増加と
共にバンド端の吸収が少なくなつている。この結果、水
素ガス（H2）と窒素ガス（N2）との混合ガス（ベースガ
ス）中の窒素ガス（N2）量はN2／H2＋N2＝１〜50vol.％
が望ましく、1vol.％未満では、窒素ガス（N2）混合の
効果はなく、50vol.％以上では光学バンドギヤツプEgo
が1.5eV以下となつて思わしくない。
さらに、第５図は、混合ガス｛10vol.％CH4＋90vol.
％（10vol.％N2＋90vol.％H2）｝を1.3Paから267Paまで
変えた時の電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEgoの変
化を示すグラフであつて、混合ガスの圧力は1.3Paから2
67Paが望ましく、1.3Pa未満ではEgoが小さくてワイドギ
ヤツプ半導体にならず、267Paより高いとドーピング効
果が現れない。
％（10vol.％N2＋90vol.％H2）｝を1.3Paから267Paまで
変えた時の電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEgoの変
化を示すグラフであつて、混合ガスの圧力は1.3Paから2
67Paが望ましく、1.3Pa未満ではEgoが小さくてワイドギ
ヤツプ半導体にならず、267Paより高いとドーピング効
果が現れない。
なお、第２図〜第５図の試料は第１図の基板17に相当
する。
する。
以上、実施例について説明したが、この他に各種の設
計変更が可能であり、例えば、上記実施例にあつては、
炭化水素ガスとしてメタンガス（CH4）を用いたが、他
の炭化水素ガスを用いてもよく、また、水素ガスにヘリ
ウム（He），アルゴン（Ar）などの不活性ガスを混合し
ても全く同様の効果が得られる。
計変更が可能であり、例えば、上記実施例にあつては、
炭化水素ガスとしてメタンガス（CH4）を用いたが、他
の炭化水素ガスを用いてもよく、また、水素ガスにヘリ
ウム（He），アルゴン（Ar）などの不活性ガスを混合し
ても全く同様の効果が得られる。
また、上記実施例に用いたスパツタリング装置もこれ
に限るものではなく、特にスパツタ条件についても変更
が可能である。
に限るものではなく、特にスパツタ条件についても変更
が可能である。
G.発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る半導
体化炭素薄膜の製造方法にあつては、半導体化不純物と
してのリン（Ｐ）を含むガリウムリン（GaP）をターゲ
ツトとして用いたことにより、ホスフインなどの毒性の
高いガスを用いることなくリン（Ｐ）がドーピングされ
た半導体化炭素薄膜を得ることが出来る効果がある。
体化炭素薄膜の製造方法にあつては、半導体化不純物と
してのリン（Ｐ）を含むガリウムリン（GaP）をターゲ
ツトとして用いたことにより、ホスフインなどの毒性の
高いガスを用いることなくリン（Ｐ）がドーピングされ
た半導体化炭素薄膜を得ることが出来る効果がある。
また、膜中のドーパントとしてのリン（Ｐ）の濃度コ
ントロールが容易となる効果がある。
ントロールが容易となる効果がある。
さらに、本発明によれば、ターゲツト中にリン（Ｐ）
が含まれているため、ガス混合法に比して、リン（Ｐ）
が微量でドーピング効果を上げることができる。
が含まれているため、ガス混合法に比して、リン（Ｐ）
が微量でドーピング効果を上げることができる。
第１図は、本発明の実施例に用いられたスパツタリング
装置の要部構成図、第２図は、基板上に形成された薄膜
の二次イオン質量分析法による濃度プロフアイルを示す
グラフ、第３図は、メタンガス（CH4）濃度による電気
抵抗率ρの変化を示すグラフ、第４図は、窒素ガス
（N2）濃度による吸収係数の変化を示すグラフ、第５図
は、電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEgoのガス圧依
存性を示すグラフである。 １……真空容器、９……ターゲツト電極、17,18,21……
堆積基板。
装置の要部構成図、第２図は、基板上に形成された薄膜
の二次イオン質量分析法による濃度プロフアイルを示す
グラフ、第３図は、メタンガス（CH4）濃度による電気
抵抗率ρの変化を示すグラフ、第４図は、窒素ガス
（N2）濃度による吸収係数の変化を示すグラフ、第５図
は、電気抵抗率ρと光学バンドギヤツプEgoのガス圧依
存性を示すグラフである。 １……真空容器、９……ターゲツト電極、17,18,21……
堆積基板。
Claims (4)
- 【請求項１】半導体不純物としてのリンを含むガリウム
リン（GaP）をターゲットとして用いると共に、炭化水
素ガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスをスパッタ用
ガスとして用いて、反応性スパッタ法で炭素薄膜を形成
することを特徴とする半導体化炭素薄膜の製造方法。 - 【請求項２】前記反応性スパッタ法は、1.33Pa〜267Pa
の圧力下で行なう特許請求の範囲第１項記載の半導体化
炭素薄膜の製造方法。 - 【請求項３】前記混合ガス中の炭化水素ガスの割合を0.
1〜50vol.％とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の半導体化炭素薄膜の製造方法。 - 【請求項４】前記混合ガス中の、水素ガスと窒素ガスに
おいて、窒素ガスの割合を水素ガスと窒素ガスの混合ガ
スに対して１〜50vol.％とする特許請求の範囲第１項〜
第３項のいずれかに記載の半導体化炭素薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118590A JP2521952B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 半導体化炭素薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118590A JP2521952B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 半導体化炭素薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63283117A JPS63283117A (ja) | 1988-11-21 |
| JP2521952B2 true JP2521952B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=14740350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62118590A Expired - Lifetime JP2521952B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 半導体化炭素薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521952B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62118590A patent/JP2521952B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63283117A (ja) | 1988-11-21 |
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