JPH01125919A - 半導体化炭素薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ産業上の利用分野 本発明は、ワイドギャップの半導体化アモルファス炭素
薄膜の製造方法に関するものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、真空室内に対向するターゲット電極と対向電
極をそれぞれ２組設け、一方のターゲット電極をグラフ
ァイト・ターゲット電極とし、他方のターゲット電極を
インジウム・ターゲット電極として、前記真空室内を真
空にした後、水素ガスを導入して圧力一定とするととも
に、前記グラファイト・ターゲット電極及びインジウム
・ターゲット電極に各々電力を供給して、反応性スパッ
タ法により、不純物としてインジウムを含む半導体化炭
素薄膜を基板上に形成することにより、インジウムをド
ーパントとする光学ギャップの大きいＰ型の半導体化炭
素薄膜を得ることができる。

Ｃ従来の技術 近年、プラグｖ　ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｌｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｕｒ　Ｄｅｐｏ−ｓｉｔｊｏｎ）法や反応性スパッタ
法等により、ダングリングボンド数が少なく且つ電気抵
抗の高い炭素薄膜が製造できるようになった。そこで、
一般の半導体と同様に、これを真性（１ｎｔｒｉｎｓｉ
ｃ　）半導体膜として、適当な不純物をドーピングして
、エネルギーギャップの大きい（Ｅｌｆ。ｘｉ、５ｅＶ
以上）半導体として用いることが検討されている。

例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン
を製造する場合には、主原料としてシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ
４）が使用されるが、同様の方法により炭素薄膜を製造
する場合においては、水素ガスやメタンガス、エタンガ
ス等の引火性ガスが用いられる。また、ドーパント原料
としては、ジボラン（Ｂｚ　Ｈａ　）やホスフィン（Ｐ
Ｈ３）等のガスが用いられる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 上記のような従来の方法に使用するジボランやホスフィ
ン等のガスは毒性が高く、人体に有害である。また、ド
ーパントとしてガスを用いる場合、雰囲気ガス中のドー
パントガスの割合と製造された薄膜中のドーパントの量
は同じとならないので、製造された薄膜中のドーパント
の制御が困難であるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ドー
パント原料として上記のような人体に有害なガスを使用
せずにスパッタ法による半導体化炭素薄膜の製造方法を
提供することを目的とするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 本発明に係る方法は、真空室内に対向するターゲット電
極と対向電極をそれぞれ２組設け、一方のターゲット電
極をグラファイト・ターゲット電極とし、他方のターゲ
ット電極をインジウム・ターゲット電極として、前記真
空室内を真空にした後、水素ガスを導入して圧力一定と
するとともに、前記グラファイト・ターゲット電極及び
インジウム・ターゲット電極に各々電力を供給して、反
応性スパッタ法により、不純物としてインジウムを含む
半導体化炭素薄膜を基板上に形成するととにより上記問
題点を解決したものである。

Ｆ作用 本発明においては、真空室内に対向するターゲット電極
と対向電極をそれぞれ２組設け、一方のターゲット電極
をグラファイト・ターゲット電極とし、他方のターゲッ
ト電極をインジウム・ターゲット電極として、前記真空
室内を真空にした後、水素ガスを導入して圧力一定とす
るとともに、前記グラファイト・ターゲット電極及びイ
ンジウム・ターゲット電極に各々電力を供給して、反応
性スパッタ法により、不純物としてインジウムを含む半
導体化炭素薄膜を基板上に形成する。

従って、ドーパント原料は固体として投入するので、従
来のガスを原料としてドーパントを導入する方法では製
造できなかったインジウムをドーパントとして含む半導
体化炭素薄膜を製造することが可能となった。

また、各ターゲット電極に投入する電極の割合を変化さ
せることにより、形成される炭素薄膜中のドーパント濃
度を制御することができる。

Ｇ実施例 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の方法に使用するスパッタ装置を示す構
成図である０図において、１は真空室、２は第１ターゲ
ツト電極、３は第２ターゲツト電極、４は第１対向電極
、５は第２対向電極、６は基板ホルダ、７は基板、８は
プラズマ整流板、９はスパッタガス導入部、１０は排気
部である。

（実施例２） 第１図に示すスパッタ装置を用いて、Ｓｉ基板上に炭素
薄膜を形成した。この場合、第１ターゲツト電極２をグ
ラファイト・ターゲット電極２ａとし、第２ターゲツト
電極３をインジウム・ターゲット電極３ａとし、基板ホ
ルダ６上にＳｔ基板７をセットした後、排気部ｌＯから
排気を行って真空室１を１．３３ｘｌＯ−’Ｐａ　（１
０−’Ｔｏｒｒ）まで減圧した後、スパッタガス導入部
９から、スパッタガスとして水素ガスを６７Ｐａ（０，
５Ｔｏｒｒ）まで導入する。

次に、真空室１内の圧力（Ｐｕｔ）が安定した後、グラ
ファイト・ターゲット電極２ａに高周波電力（１３，５
６Ｍ）Ｉｚ）を６．８Ｗ／ｃｍ”、インジウム・ターゲ
ット電極３ａに高周波電力を０．６８Ｗ／ｃｍ”で投入
して、５時間スパッタを行い炭素薄膜を形成した。

第２図は、Ｓ　Ｉ　Ｍ　Ｓ　（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉ
ｏｎ　ＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　；二次イオ
ン質量分析法）により、上記の方法によってＳｔ基板上
に形成された炭素薄膜の深さ方向の組成分布を分析した
結果を示す図である０図においそ、横軸は、ＳＩＭＳに
よって炭素薄膜をスパッタする際のスパッタ時間を示し
、従って炭素薄膜の表面からの深さに対応するものであ
る０図に示すように、炭素薄膜の一定深さまでインジウ
ムが取り込まれていることが分かる。

（実施例３） グラファイト・ターゲット電極２ａに投入する電力に対
するインジウム・ターゲット電極３ａに投入する電力の
比（以下「電力比」という、）を０〜３の範囲で変化さ
せた他は、実施例２と同様の条件により、゛炭素薄膜を
形成した。この炭素薄膜の抵抗率ρ及び光学バンドギャ
ップＥ、。の変化を第３図に示す。

図から、電力比が１以下においては、電力比の増加とと
もに抵抗率ρは低下するがバンドギャップＥヨ。はほと
んど変化しないことが分かる。この結果から、インクら
ムはアクセプターとして炭素薄膜中に取り込まｔたと考
えられる。従って、この薄膜はＰ型の半導体としての特
性を備え得る膜として形成されたものといえる。

また、上記の結果から、電力比は０．０１〜２が望まし
い、電力比が０．Ｏ１以下ではドーピングの効果はほと
んどなく、一方、２以上ではＥｚＯが１．＋３ｅＶ以下
となり、ワイドギャップ半導体とはなり得ない。

次に第４図は、上記の場合における蛍光Ｘ線分析によっ
て検出した強度すなわちＷ！膜中に含まれるインジウム
量と電力比との相関を示す図である０図から分かるよう
に、電力比と炭素薄膜中のインジウム量とはよい相関関
係を示している。この結果は、各ターゲット電極に投入
する電力を制御することにより、炭素薄膜中のインジウ
ム量が制御され、さらに、該インジウム量の変化により
て第３図に示したような抵抗率ρの変化を生じさせたこ
とを示している。従りて、各ターゲット電極へ投入する
電力量を制御することにより、形成される炭素薄膜の抵
抗率ρを容易に制御することができることが確認された
。

（実施例４） 電力比を０．１とし、真空室１内の圧力ＰＨ２を１．３
Ｐａから２６７Ｐａまで変化させた他は、実施例２と同
様の条件により、炭素薄膜を形成した。この炭素薄膜の
抵抗率ρ及び光学バンドギャップＥ、ｏを第５図に示す
１図から分かるように、抵抗率ρ及び光学バンドギャッ
プＥ１゜の両値とも真空室１内の圧力ＰＨ２と明確な相
関関係が見られ、ＰＨ２の増加とともに抵抗率ρ、光学
バンドギャップＥ１゜は増加する傾向を示した。従って
、真空室１内の圧力ＰＨ２を制御することが極めて重要
であることが分かる。

また、上記の結果から、真空室１内の圧力ＰＨ２は、１
．３〜６６５Ｐａが望ましい＊ＰＨ２が１．３Ｐａ以下
ではＥｇｏが１．８ｅＶ以下となり、６６５Ｐａ以上で
はドーピングの効果がほとんど見られない。

なお、本実施例では、第１図に示すような真空室を持つ
スパッタ装置を用いたが、何等これに限定されることは
ない。すなわち、炭素源としてのグラファイト・ターゲ
ット電極及びドーパント用ターゲット電極のダブルター
ゲット電極構造を有し、それぞれのターゲット電極に投
−人する電力を独立に制御できるような装置であればよ
い。また、投入する電力の周波数についても、１３．５
６ＭＨｚに限定されるものではない。

Ｈ発明の効果 本発明は以上説明した通り、真空室内に対向するターゲ
ット電極と対向電極をそれぞれ２組設け、一方のターゲ
ット電極をグラファイト・ターゲット電極とし、他方の
ターゲット電極をインジウム・ターゲット電極として、
前記真空室内を真空にした後、水素ガスを導入して圧力
一定とするとともに、前記グラファイト・ターゲット電
極及びインジウム・ターゲット電極に各々電力を供給し
て、反応性スパッタ法により、不純物としてインジウム
を含む半導体化炭素薄膜を基板上に形成するようにした
ことにより、ドーパント原料は固体として投入すること
になるので、従来の方法では製造できなかったインジウ
ムをドーパントとして含む半導体化炭素薄膜を製造する
ことができるという効果がある。

また、２個のターゲット電極に投入する電力の割合を制
御することにより薄膜中のドーパントであるインジウム
の濃度を精度よくコントロールすることができるので、
炭素薄膜の抵抗率の制御が容易であるという効果がある
。

さらに、ガス混合法よる場合と比較してドーパント量が
極少量でドーピング効果を得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用するスパッタ装置の一例を
示す構成図、第２図はＳＩＭＳによりＳｔ基板上に形成
された炭素薄膜の深さ方向の組成分布を示す図、第３図
は電力比をＯ〜３の範囲で変化させた場合の抵抗率ρ及
び光学パン゛ドギャップＥｇｏの変化を示す図、第４図
は第３図の場合において電力比に対する炭素薄膜中に含
まれるインジウム量を蛍光Ｘ線分析により検出した強度
として示した図、第５図は電力比を０．１とした場合の
真空室１内の圧力ＰＨ２を１．３Ｐａから２６７Ｐａま
で変化させたときの炭素薄膜の抵抗率ρ及び光学バンド
ギャップＥ５゜の変化を示す図である。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第１図 Ｉ　：　真４ｆ　　　　　　　　　　　　　５　　；　
春矛反ｊＬ・レター２：名１ター恒’、　ト＠ｙ、七　
　７；＃半反３：　′ｊｊ２ターに２Ｙ℃１五　　８：
フ゛ろズマ暫う先才瓦１ｉ１犬「問’Ｃ’ｉｈ　　　　
　　９ニス）マ・・タリ′ス秀＼捗Ｐ５：し対燭ｆ施　
１ｏｚ才４隣や 第２図 幽 スパνり綺Ｗ！　　（ｍｉｎ） 第３図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室内に対向するターゲット電極と対向電極を
   それぞれ２組設け、一方のターゲット電極をグラファイ
   ト・ターゲット電極とし、他方のターゲット電極をイン
   ジウム・ターゲット電極として、前記真空室内を真空に
   した後、水素ガスを導入して圧力一定とするとともに、
   前記グラファイト・ターゲット電極及びインジウム・タ
   ーゲット電極に各々電力を供給して、反応性スパッタ法
   により、不純物としてインジウムを含む半導体化炭素薄
   膜を基板上に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。
2. （２）前記グラファイト・ターゲット電極及びインジウ
   ム・ターゲット電極に供給する電力量をそれぞれ独立に
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体化炭素薄膜の製造方法。
3. （３）前記グラファイト・ターゲット電極へ投入する電
   力量に対する前記インジウム・ターゲット電極へ投入す
   る電力量の比を変化させることにより薄膜中の不純物量
   を制御することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の半導体化炭素薄膜の製造方法。
4. （４）前記グラファイト・ターゲット電極へ投入する電
   力量に対する前記インジウム・ターゲット電極へ投入す
   る電力量の比が０．０１〜２であることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の半導体化炭素薄膜の製造方法
   。
5. （５）反応槽内の圧力が１．３３Ｐａ〜６６５Ｐａの範
   囲内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第４項のいずれか記載の半導体化炭素薄膜の製造方法
   。