JP2849839B2 - 炭素質膜の製造方法 - Google Patents
炭素質膜の製造方法Info
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- JP2849839B2 JP2849839B2 JP30862089A JP30862089A JP2849839B2 JP 2849839 B2 JP2849839 B2 JP 2849839B2 JP 30862089 A JP30862089 A JP 30862089A JP 30862089 A JP30862089 A JP 30862089A JP 2849839 B2 JP2849839 B2 JP 2849839B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は半導体特性を有する炭素質膜の製造方法に関
し、特にショットキーダイオード用半導体として好適な
炭素質膜の製造方法に関する。
し、特にショットキーダイオード用半導体として好適な
炭素質膜の製造方法に関する。
［従来技術］ 従来から、ダイヤモンド等の炭素質膜を気相から合成
するに際し、膜中にホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）等を添加
し炭素質膜を半導体化する研究が進められている。一般
に気相から上記のような半導体を製造する方法としては
特開昭59−137396号において、炭化水素とホウ素化合物
を反応ガスとして反応槽内に導入しマイクロ波や高周波
等によるプラズマ中で気相反応させることにより、ホウ
素を含有するＰ型ダイヤモンド半導体を合成することが
提案されている。また、特開昭59−213126号では炭化水
素とPH3を反応ガスとして用い前述と同様な方法でｎ型
ダイヤモンド半導体を合成する試みもなされている。
するに際し、膜中にホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）等を添加
し炭素質膜を半導体化する研究が進められている。一般
に気相から上記のような半導体を製造する方法としては
特開昭59−137396号において、炭化水素とホウ素化合物
を反応ガスとして反応槽内に導入しマイクロ波や高周波
等によるプラズマ中で気相反応させることにより、ホウ
素を含有するＰ型ダイヤモンド半導体を合成することが
提案されている。また、特開昭59−213126号では炭化水
素とPH3を反応ガスとして用い前述と同様な方法でｎ型
ダイヤモンド半導体を合成する試みもなされている。
一方、このような半導体炭素質膜は、ショットキーダ
イオードやサーミスタ、発光素子、トランジスタ等への
応用が検討されている。
イオードやサーミスタ、発光素子、トランジスタ等への
応用が検討されている。
これらの内、ショットキーダイオードは、Ｐ型半導体
とAl蒸着膜等の金属との接触によって生じる整流作用を
利用したものである。
とAl蒸着膜等の金属との接触によって生じる整流作用を
利用したものである。
上記の半導体炭素質膜を利用したショットキーダイオ
ードは、例えばP+型のSi基板を反応槽内に配置しB2H6等
のホウ素含有ガスとともにCH4、CO、CH3OH、（CH3）2CO
等の炭素含有ガス、場合によりさらにH2を混合したガス
を槽内に導入し、マイクロ波、高周波等を用いてプラズ
マを発生させ、前記P+型Si基板上にホウ素を含有する炭
素質膜（例えばダイヤモンド）を生成させ、この後、生
成した炭素質膜にAl、Au等の金属膜を蒸着することによ
って得られ、特性評価が基板と金属膜間にバイアス電圧
を印加し、第４図に示す電圧−電流特性図から評価され
る。
ードは、例えばP+型のSi基板を反応槽内に配置しB2H6等
のホウ素含有ガスとともにCH4、CO、CH3OH、（CH3）2CO
等の炭素含有ガス、場合によりさらにH2を混合したガス
を槽内に導入し、マイクロ波、高周波等を用いてプラズ
マを発生させ、前記P+型Si基板上にホウ素を含有する炭
素質膜（例えばダイヤモンド）を生成させ、この後、生
成した炭素質膜にAl、Au等の金属膜を蒸着することによ
って得られ、特性評価が基板と金属膜間にバイアス電圧
を印加し、第４図に示す電圧−電流特性図から評価され
る。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来法によって製造した炭素質膜を利
用したショットキーダイオードの電圧−電流特性によれ
ば、逆バイアス印加時、電流値が増大するポイント、即
ちブレイクダウンポイントが数Ｖ〜十Ｖのレベルであ
り、優れた整流作用を有していないのが現状であった。
用したショットキーダイオードの電圧−電流特性によれ
ば、逆バイアス印加時、電流値が増大するポイント、即
ちブレイクダウンポイントが数Ｖ〜十Ｖのレベルであ
り、優れた整流作用を有していないのが現状であった。
［発明の目的］ 本発明はショットキーダイオードを形成した場合、ブ
レイクダウンポンルントが100V以上の優れた整流作用を
有する炭素質膜の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
レイクダウンポンルントが100V以上の優れた整流作用を
有する炭素質膜の製造方法を提供することを目的とする
ものである。
［問題を解決するための手段］ 本発明者等によれば、炭素質膜に半導体特性を付与す
るためのドーパントとして従来から用いられたB2H6等の
ガスの代わりに、ドーピング元素を含む固体物或いはド
ーピング元素を含む基板をドーパントとして用い、これ
らを反応槽内のプラズマ発生部位内に設置し成膜時にこ
の固体物或いは基板からドーピング元素を炭素質膜内に
ドープさせることによって極めて優れた整流特性を有す
る炭素質膜が得られること知見した。
るためのドーパントとして従来から用いられたB2H6等の
ガスの代わりに、ドーピング元素を含む固体物或いはド
ーピング元素を含む基板をドーパントとして用い、これ
らを反応槽内のプラズマ発生部位内に設置し成膜時にこ
の固体物或いは基板からドーピング元素を炭素質膜内に
ドープさせることによって極めて優れた整流特性を有す
る炭素質膜が得られること知見した。
［実施例］ 以下、本発明の製造方法を第１図を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明における炭素質膜を製造するための一
実施例を示すもので、石英管等から成る反応槽１内には
基板２が支持台３により支持され、その設置部位には、
プラズマを発生させるためのプラズマ発生手段４並びに
導波管５が設けられている。炭素質膜の生成に際して
は、反応槽１内に反応ガスを導入して基板２を含むプラ
ズマ雰囲気で反応ガスを分解することによって基板２上
に炭素質膜を形成する。
実施例を示すもので、石英管等から成る反応槽１内には
基板２が支持台３により支持され、その設置部位には、
プラズマを発生させるためのプラズマ発生手段４並びに
導波管５が設けられている。炭素質膜の生成に際して
は、反応槽１内に反応ガスを導入して基板２を含むプラ
ズマ雰囲気で反応ガスを分解することによって基板２上
に炭素質膜を形成する。
本発明の製造方法によれば、反応槽１内にドーピング
元素を含有する固体物６を設置することを大きな特徴と
するものである。この固体物６はプラズマ発生部位Ａ内
に設置され支持台３に基板２に隣接して配置すればよ
い。この固体物６に含有されるドーピング元素として
は、例えばSi中に多量のドーピング元素を含有させたも
ので、Ｐ型半導体炭素質膜を得る場合、ドーピング元素
はホウ素であることが望ましく、これらドーピング元素
は固体物６中に1010cm-3〜1021cm-3の量で含有されるこ
とが好適である。
元素を含有する固体物６を設置することを大きな特徴と
するものである。この固体物６はプラズマ発生部位Ａ内
に設置され支持台３に基板２に隣接して配置すればよ
い。この固体物６に含有されるドーピング元素として
は、例えばSi中に多量のドーピング元素を含有させたも
ので、Ｐ型半導体炭素質膜を得る場合、ドーピング元素
はホウ素であることが望ましく、これらドーピング元素
は固体物６中に1010cm-3〜1021cm-3の量で含有されるこ
とが好適である。
また、基板としては、単結晶Si、多結晶Si、ダイヤモ
ンドの他、Ｗ、Ｍ等の高融点金属が採用される。
ンドの他、Ｗ、Ｍ等の高融点金属が採用される。
一方、反応槽１内に導入される反応ガスとしては従来
から知られているダイヤモンド生成用ガスが採用され、
具体的には、特公昭61−3320号に提案される水素ガスと
メタン、エタン、プロパン等の炭化水素との組合せ、特
開昭61−183198号にて提案される水素ガスとアセトン、
酢酸エチル等の酸素含有ガスとの組合せ、或いは特開昭
63−274692号に示された水素と一酸化炭素との組合せ等
いずれも採用することができる。
から知られているダイヤモンド生成用ガスが採用され、
具体的には、特公昭61−3320号に提案される水素ガスと
メタン、エタン、プロパン等の炭化水素との組合せ、特
開昭61−183198号にて提案される水素ガスとアセトン、
酢酸エチル等の酸素含有ガスとの組合せ、或いは特開昭
63−274692号に示された水素と一酸化炭素との組合せ等
いずれも採用することができる。
プラズマ発生手段としてはマイクロ波、高周波の他の
ECRを採用することも可能である。
ECRを採用することも可能である。
炭素質膜の生成に際しては、前述した反応ガスを反応
槽１内に1ml/min〜2l/minの量流で導入すると同時に、
プラズマ発生手段にて基板２を含む雰囲気にプラズマを
発生させることによって基板２上に炭素質膜が形成され
る。なお、この時の反応中の槽内圧力は10-2〜760tor
r、基板温度は200〜1300℃が適当である。
槽１内に1ml/min〜2l/minの量流で導入すると同時に、
プラズマ発生手段にて基板２を含む雰囲気にプラズマを
発生させることによって基板２上に炭素質膜が形成され
る。なお、この時の反応中の槽内圧力は10-2〜760tor
r、基板温度は200〜1300℃が適当である。
また、本発明によれば他の実施例として、前述したよ
うにドーピング元素を含む固体物６を設置する代わり
に、Si等を母材としてドーピング元素を前述と同レベル
の量で含有する基板２を用いて、前述と同様な条件で炭
素質膜を形成しても前述と同様に優れた整流特性を有す
る炭素質膜を得ることができる。
うにドーピング元素を含む固体物６を設置する代わり
に、Si等を母材としてドーピング元素を前述と同レベル
の量で含有する基板２を用いて、前述と同様な条件で炭
素質膜を形成しても前述と同様に優れた整流特性を有す
る炭素質膜を得ることができる。
［作用］ 上記の方法によれば、プラズマ中でドーピング元素を
含有する固体物６や基板２がエッチングされることによ
り、固体物６や基板２中のドーピング元素が気相中に放
出され、放出されたドーピング元素が成膜時に炭素質膜
に取り込まれ、炭素質膜を半導体化させると考えられ
る。また、ドーピング元素を含む基板を用いる場合は、
生成される炭素質膜が基板と接触していることからドー
ピング元素が基板から炭素質膜へ固体間を拡散すること
も考えられる。
含有する固体物６や基板２がエッチングされることによ
り、固体物６や基板２中のドーピング元素が気相中に放
出され、放出されたドーピング元素が成膜時に炭素質膜
に取り込まれ、炭素質膜を半導体化させると考えられ
る。また、ドーピング元素を含む基板を用いる場合は、
生成される炭素質膜が基板と接触していることからドー
ピング元素が基板から炭素質膜へ固体間を拡散すること
も考えられる。
このようにして得られる炭素質膜は後述する実施例か
らの明らかな通り、ショットキーダイオードとしてブレ
イクダウンポイントが100V以上の優れた整流特性を示
す。この理由は、ドーパントとしてドーピング元素含有
ガスを用いる場合に比して炭素質膜へのドーピング元素
のドープ量が極微量に制御されるとともに均一な半導体
特性を有する炭素膜が得られるためと推測される。因み
に本発明より生成される炭素質膜中のドープ量は1012cm
-3〜1019cm-3のレベルである。
らの明らかな通り、ショットキーダイオードとしてブレ
イクダウンポイントが100V以上の優れた整流特性を示
す。この理由は、ドーパントとしてドーピング元素含有
ガスを用いる場合に比して炭素質膜へのドーピング元素
のドープ量が極微量に制御されるとともに均一な半導体
特性を有する炭素膜が得られるためと推測される。因み
に本発明より生成される炭素質膜中のドープ量は1012cm
-3〜1019cm-3のレベルである。
また、生成される炭素質膜は反応条件によってダイヤ
モンド、ダイヤモンドと疑似構造を有するダイヤモンド
状炭素或いは非晶質炭素等が生成されるが、半導体特性
の見地からはドーピング元素が含まれることを除きいず
れの結晶形態であってもよい。
モンド、ダイヤモンドと疑似構造を有するダイヤモンド
状炭素或いは非晶質炭素等が生成されるが、半導体特性
の見地からはドーピング元素が含まれることを除きいず
れの結晶形態であってもよい。
以下、本発明の次の例で説明する。
（実施例１） ホウ素が約1021cm-3の量でドープされたP+型Siウェハ
の（100）面を基板２として１μｍのダイヤモンドペー
ストで研磨して後、マイクロ波をプラズマ発生手段とす
る第１図の装置内に設置した。400Wのマイクロ波出力を
投入するとともに反応ガスとしてCO5％、H295％の混合
ガスを200ml/min（ccm）の流量で導入し、プラズマを励
起せしめ８時間反応させ、基板２上に約４μｍ厚のダイ
ヤモンド膜を生成させた。
の（100）面を基板２として１μｍのダイヤモンドペー
ストで研磨して後、マイクロ波をプラズマ発生手段とす
る第１図の装置内に設置した。400Wのマイクロ波出力を
投入するとともに反応ガスとしてCO5％、H295％の混合
ガスを200ml/min（ccm）の流量で導入し、プラズマを励
起せしめ８時間反応させ、基板２上に約４μｍ厚のダイ
ヤモンド膜を生成させた。
また比較のため、未ドープのSiウェハを基板２として
反応ガス中にB2H6を200ppm混合したものを用い、前記と
同様な方法で成膜を行い約４μｍ厚のダイヤモンド膜を
得た。
反応ガス中にB2H6を200ppm混合したものを用い、前記と
同様な方法で成膜を行い約４μｍ厚のダイヤモンド膜を
得た。
得られた２種の膜に対し、４端子法により抵抗を測定
したところ、反応ガスにB2H6を含まず生成した膜は約３
×105Ωcm、B2H6を含ませ生成した膜は約１×105Ωcmで
あった。
したところ、反応ガスにB2H6を含まず生成した膜は約３
×105Ωcm、B2H6を含ませ生成した膜は約１×105Ωcmで
あった。
次にこれらの膜11に第２図に示すような整流特性をの
測定方法に基づき膜11にアルミニウムの針12を接触させ
てショットキー接触を形成し、基板13側にインジウムの
電極14を取り付け、アルミニウム針12と電極14間に電圧
印加手段15によってバイアス電圧を印加したところ、双
方の膜で整流特性が観察された。
測定方法に基づき膜11にアルミニウムの針12を接触させ
てショットキー接触を形成し、基板13側にインジウムの
電極14を取り付け、アルミニウム針12と電極14間に電圧
印加手段15によってバイアス電圧を印加したところ、双
方の膜で整流特性が観察された。
その電圧−電流特性を第３図（本発明）、第４図（比
較品）に示した。
較品）に示した。
第３図、第４図によれば、比較品は逆バイアス5Vでブ
レークダウンしたが、本発明品では逆バイアス200Vでも
ブレークダウンせず、非常に良好な整流特性を示した。
レークダウンしたが、本発明品では逆バイアス200Vでも
ブレークダウンせず、非常に良好な整流特性を示した。
（実施例２） 耐熱性の金属であるMo基板を１μｍのダイヤモンドペ
ーストで研磨して後、実施例１同様のマイクロ波プラズ
マCVD装置内に設置した。反応ガスとしてCO5％、H295％
の混合ガスを導入にながらマイクロ波出力400Wでプラズ
マ励起し、８時間の反応より、約3.5μｍ厚のダイヤモ
ンド膜を得た。
ーストで研磨して後、実施例１同様のマイクロ波プラズ
マCVD装置内に設置した。反応ガスとしてCO5％、H295％
の混合ガスを導入にながらマイクロ波出力400Wでプラズ
マ励起し、８時間の反応より、約3.5μｍ厚のダイヤモ
ンド膜を得た。
また、同様な反応を第１図に示すようにMo基板の炭素
質膜形成面の反対側にホウ素が1019cm-3のレベルでドー
プされたSi板を置いて同様に反応を行い、約3.5μｍ厚
のダイヤモンド膜を得た。
質膜形成面の反対側にホウ素が1019cm-3のレベルでドー
プされたSi板を置いて同様に反応を行い、約3.5μｍ厚
のダイヤモンド膜を得た。
４端子法により抵抗を測定したところ、Mo基板のみを
設置した前者の膜は測定限界以下の絶縁体であったが、
Si板を設置した後者の膜では約５×105Ωcmの抵抗率を
示した。この後者の膜上にアルミニウムとチタンを蒸着
し、ダイヤモンド膜とアルミニウム膜とのショットキー
接触、アルミニウム膜とチタン膜とのオーミック接触を
形成してこのショットキー接触の電気的特性を評価した
ところ、逆バイアスが200V以上でもブレイクダウンせ
ず、耐圧性も良好で非常に良好な整流特性が観測され
た。
設置した前者の膜は測定限界以下の絶縁体であったが、
Si板を設置した後者の膜では約５×105Ωcmの抵抗率を
示した。この後者の膜上にアルミニウムとチタンを蒸着
し、ダイヤモンド膜とアルミニウム膜とのショットキー
接触、アルミニウム膜とチタン膜とのオーミック接触を
形成してこのショットキー接触の電気的特性を評価した
ところ、逆バイアスが200V以上でもブレイクダウンせ
ず、耐圧性も良好で非常に良好な整流特性が観測され
た。
［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の炭素質膜の製造方法によ
れば、反応槽中に単にドーピング元素が含有する固体物
や基板を設置することにより、ショットキー接触による
優れた整流特性を有する炭素質膜を得ることができる。
またB2H6等の毒性ガスを使用することもないから、生産
性にも優れ、化学気相成長法による炭素質膜のショット
キーダイオードとしての応用をより実現化することがで
きる。
れば、反応槽中に単にドーピング元素が含有する固体物
や基板を設置することにより、ショットキー接触による
優れた整流特性を有する炭素質膜を得ることができる。
またB2H6等の毒性ガスを使用することもないから、生産
性にも優れ、化学気相成長法による炭素質膜のショット
キーダイオードとしての応用をより実現化することがで
きる。
第１図は本発明の製造方法の一実施例を示す図であり、
第２図は整流特性の測定方法を示す図であり、第３図は
実施例１における本発明品の電圧−電流特性図、第４図
は実施例１における比較品の電圧−電流特性図である。 １……反応槽 ２……基板 ３……支持台 ４……プラズマ発生手段 ５……導波管 ６……固体物
第２図は整流特性の測定方法を示す図であり、第３図は
実施例１における本発明品の電圧−電流特性図、第４図
は実施例１における比較品の電圧−電流特性図である。 １……反応槽 ２……基板 ３……支持台 ４……プラズマ発生手段 ５……導波管 ６……固体物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (1)
- 【請求項１】内部に基板が設置された反応槽内に反応ガ
スとして少なくとも炭素含有ガスを導入し、該ガスをプ
ラズマによって活性化することにより前記基板上に炭素
質膜を形成する炭素質膜の製造方法において、前記反応
槽内のプラズマ発生部位内にドーピング元素としてホウ
素を含有する固体物を存在させるか、あるいは前記基板
中にドーピング元素としてホウ素を含有させ、成膜時に
前記固体物または前記基板から膜中に前記ドーピング元
素をドープさせて、整流作用を有する炭素質膜を形成す
ることを特徴とする炭素質膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30862089A JP2849839B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 炭素質膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30862089A JP2849839B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 炭素質膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03170397A JPH03170397A (ja) | 1991-07-23 |
| JP2849839B2 true JP2849839B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=17983242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30862089A Expired - Fee Related JP2849839B2 (ja) | 1989-11-27 | 1989-11-27 | 炭素質膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2849839B2 (ja) |
-
1989
- 1989-11-27 JP JP30862089A patent/JP2849839B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03170397A (ja) | 1991-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |