JP2521953B2 - 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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- JP2521953B2 JP2521953B2 JP62118591A JP11859187A JP2521953B2 JP 2521953 B2 JP2521953 B2 JP 2521953B2 JP 62118591 A JP62118591 A JP 62118591A JP 11859187 A JP11859187 A JP 11859187A JP 2521953 B2 JP2521953 B2 JP 2521953B2
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- carbon thin
- semiconducting carbon
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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製造
方法において、 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、炭化水素ガスと水素ガス
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良好に濃度
コントロールをして製膜できるようにしたものである。
方法において、 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、炭化水素ガスと水素ガス
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良好に濃度
コントロールをして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法や反応性スパッタ法によりダン
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
れるようになってきている。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、ワイドギャップ（Eg＝
1.5eV以上）の半導体化炭素薄膜を得ることが提案され
ている。
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
れるようになってきている。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、ワイドギャップ（Eg＝
1.5eV以上）の半導体化炭素薄膜を得ることが提案され
ている。
D.発明が解決しようとする問題点 プラズマCVD法でアモルファスシリコンを製造する場
合、ジボラン（B2H6）やホスフィン（PH5）が用いられ
ているが、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。
従って、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ィ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って、
安全性の管理及び製造装置からガス漏れをなくすため、
その構成が複雑になる。
合、ジボラン（B2H6）やホスフィン（PH5）が用いられ
ているが、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。
従って、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ィ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って、
安全性の管理及び製造装置からガス漏れをなくすため、
その構成が複雑になる。
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
ルを適正に実行できず、ドーピング効率も悪くなるとい
う問題があった。
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
ルを適正に実行できず、ドーピング効率も悪くなるとい
う問題があった。
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
率良くできる半導体化炭素薄膜を形成する製造方法を提
供することにある。
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
率良くできる半導体化炭素薄膜を形成する製造方法を提
供することにある。
E.問題点を解決するための手段 本発明の半導体化炭素薄膜の製造方法は、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
ットとして用い、炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガス
をスパッタ用ガスとして用いることにより反応性スパッ
タ法を実行するようにしたことを特徴とする。
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、炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガス
をスパッタ用ガスとして用いることにより反応性スパッ
タ法を実行するようにしたことを特徴とする。
F.作用 上述の方法によれば、スパッタ用ガスとして炭化水素
ガスと水素ガスとの混合ガスを用いるので、スパッタ用
ガスに毒性を有するホスフィン（PH3）を用いる必要が
なく、厳格なガス漏れ対策を不用とし、かつ膜中ドーパ
ントの濃度コントロールを容易とするという作用を奏す
る。
ガスと水素ガスとの混合ガスを用いるので、スパッタ用
ガスに毒性を有するホスフィン（PH3）を用いる必要が
なく、厳格なガス漏れ対策を不用とし、かつ膜中ドーパ
ントの濃度コントロールを容易とするという作用を奏す
る。
G.実施例 第１図は本発明方法に使用するスパッタリング装置の
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と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ット電極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と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ット電極９が設けられる。
ターゲット電極９に外部から高周波電流が供給される
ことで該ターゲット電極９が加熱される。ターゲット電
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によって、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1
6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。
ことで該ターゲット電極９が加熱される。ターゲット電
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によって、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1
6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。
こうしたスパッ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を、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上に取付けるか、また、堆積基板21として対向電極
８に取付ける。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を、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上に取付けるか、また、堆積基板21として対向電極
８に取付ける。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
スパッタ粒子がトランスポートする領域の外側に設置さ
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
であり、Ｂ部がプラズマ領域Ａに存在するスパッタ粒子
がトランスポートする領域であるとすると、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ッタ粒
子が堆積基板17,18上にソフトにデポジッションする。
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
あたっては均一な電位，例えば接地電位近傍とするなど
の配慮がなされる。
スパッタ粒子がトランスポートする領域の外側に設置さ
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
であり、Ｂ部がプラズマ領域Ａに存在するスパッタ粒子
がトランスポートする領域であるとすると、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ッタ粒
子が堆積基板17,18上にソフトにデポジッションする。
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
あたっては均一な電位，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、ターゲット電極９には半導体化不純物として
のリンを含むガリウムリン（GaP）を用い、雰囲気ガス
導入管６からはスパッタガスとして水素H2と炭化水素ガ
スの混合ガスを導入し、真空容器内圧力を調整し、反応
性スパッタ法により基板17,18あるいは21上に半導体化
炭素薄膜を形成する。
のリンを含むガリウムリン（GaP）を用い、雰囲気ガス
導入管６からはスパッタガスとして水素H2と炭化水素ガ
スの混合ガスを導入し、真空容器内圧力を調整し、反応
性スパッタ法により基板17,18あるいは21上に半導体化
炭素薄膜を形成する。
以下、本発明の製造方法の実施例を詳細に説明する。
第１図中、ターゲット電極９としてガリウムリン（Ga
P）の化合物ターゲットをセットし、堆積基板17,18,21
を夫々セットした後、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.％とメタン（CH4）10vol.％の混合ガスを67Pa（0.5
Torr）となるまで導入する。
P）の化合物ターゲットをセットし、堆積基板17,18,21
を夫々セットした後、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.％とメタン（CH4）10vol.％の混合ガスを67Pa（0.5
Torr）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、ターゲット
９には高周波（13.56MHz）電力を6.8W/cm2に設定し、５
時間のスパッタリングを行う。
９には高周波（13.56MHz）電力を6.8W/cm2に設定し、５
時間のスパッタリングを行う。
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ャップを示
す。
ングしない場合の電気抵抗率と光学バンドギャップを示
す。
第２図は、基板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、GaP中のGaは検出されなかった。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。
析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy）の結果を示
し、GaP中のGaは検出されなかった。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ャップを殆ど変えるこ
となく抵抗率が下がっていることは明らかで、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っている。
しないものとの比較からバンドギャップを殆ど変えるこ
となく抵抗率が下がっていることは明らかで、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っている。
第３図は、水素ガス（H2）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
ャップEgoの結果を示している。
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
ャップEgoの結果を示している。
この結果から、水素ガス（H2）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.％以下ではターゲットの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、ワイドギヤップ半導体とは成り得
ず良好な結果を与えられない。
（CH4）の濃度は、0.1vol.％〜50vol.％が望ましく、メ
タンガスが0.1vol.％以下ではターゲットの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、ワイドギヤップ半導体とは成り得
ず良好な結果を与えられない。
さらに、第４図は、混合ガス（10vol.％CH4＋90vol.
％H2）を1.3Paから267Paまで変えた時の電気抵抗率ρと
光学バンドギャップEgoの変化を示すグラフであって、
混合ガスの圧力は1.3Paから267Paが望ましく、1.3Pa未
満では光学バンドギャップEgoが小さくてワイドギャッ
プ半導体にならず、267Paより高いドーピング効果が現
れない。
％H2）を1.3Paから267Paまで変えた時の電気抵抗率ρと
光学バンドギャップEgoの変化を示すグラフであって、
混合ガスの圧力は1.3Paから267Paが望ましく、1.3Pa未
満では光学バンドギャップEgoが小さくてワイドギャッ
プ半導体にならず、267Paより高いドーピング効果が現
れない。
なお、第２図〜第４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、この他に本発明の
要旨を逸脱することなく各種の態様の変更が可能であ
り、例えば、上記実施例にあっては、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。
要旨を逸脱することなく各種の態様の変更が可能であ
り、例えば、上記実施例にあっては、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ッタリング装置もこれ
に限るものではなく、特にスパッ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、特にスパッタ条件についても変更
が可能である。
H.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っては、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
ットとして用いたことにより、ホスフィンなどの毒性の
高いガリウムリンを用いることなく安全にリン（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っては、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
ットとして用いたことにより、ホスフィンなどの毒性の
高いガリウムリンを用いることなく安全にリン（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、ターゲット中にリン（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ッタリング
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ァイルを示す
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、電気抵抗率ρ
と光学バンドギヤップEgoのガス圧依存性を示すグラフ
である。 １……真空容器、９……ターゲット電極、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ァイルを示す
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、電気抵抗率ρ
と光学バンドギヤップEgoのガス圧依存性を示すグラフ
である。 １……真空容器、９……ターゲット電極、17,18,21……
堆積基板。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体化不純物としてのリンを含むガリウ
ムリン（GaP）をターゲットとして用いると共に、炭化
水素ガスと水素ガスとの混合ガスをスパッタ用ガスとし
て用いて、反応性スパッタ法によって炭素薄膜を形成す
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を、1.33Pa〜267Pa
の圧力下で行うようにした特許請求の範囲第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.％とした特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の半導体化炭素薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118591A JP2521953B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP62118591A JP2521953B2 (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 |
|---|---|
| JPS63283118A JPS63283118A (ja) | 1988-11-21 |
| JP2521953B2 true JP2521953B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=14740375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62118591A Expired - Lifetime JP2521953B2 (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) | JP2521953B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62118591A patent/JP2521953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63283118A (ja) | 1988-11-21 |
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