JPH01125921A - 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
Ａｌツタ−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Ａｌツタ−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Ａｌ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、Ａｌ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７　ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏ−ｓｉｔｉｏｎ）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（ｉｎｔｒｉｎｓ
ｉｃ　）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（Ｅｌｌ。＝１．５ｅ
Ｖ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（８２Ｈａ　）やホスフィン（ＰＨ
３）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かありた。

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Ａｌツタ−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Ａｌツ
タ−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Ａｌ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Ａｌツタ−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Ａｌツタ−
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Ａｌを含む半導体化炭素薄膜を基板上
に形成する゛ 従フて、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Ａｌ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力の割合を変化
させることにより、形成される炭−製薄膜中のドーパン
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
プラズマ整パ流板、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Ａ　１．ターゲット電極３ａとし、基板ホルダ
６上にＳｉ基板７をセットした後、排気部１０から排気
を行って真空室１を１．３３ｘｌＯ−’Ｐａ　（１０−
’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　（０，５
Ｔｏｒｒ）まで導入する。

次に、真空室１内の圧力（ＰＨ２）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
６ＭＨｚ）を６．８Ｗ／ｃｍ’、Ａｌツタ−ット電極３
ａに高周波電力を０．６８Ｗ　／　ｃ　ｍ　”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　Ｍａｓｓ　５ｐｅ−ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　；二次
イオン質量分析法）により、上記の方法によってＳｉ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図において、横軸ｉｔ、ＳＩ
ＭＳ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、従り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Ａ
ｌが取り込まれていることが分かる。

（実施例３）。

グラフ１イト・ターゲット電極２ａに投入する電力に対
するＡｌツタ−ット電極３ａに投入する電力の比（以下
「電力比」という。）をＯ〜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Ｅ１゜
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Ｅ１゜はほと
んど変化しないことが分かる。この結果から、Ａｌはア
クセプターとして炭素薄膜中に取り込まれたと考えられ
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０．０１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Ｅｌ。

が１．８ｅＶ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薄膜中に含まれるＡｌ量と電力
比との相関を示す図である。図から分かるように、電力
比と炭素薄膜中のＡｌ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Ａｌ量が制御され、さら
に、該Ａｌ量の変化によって第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。従って、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ＥｇＯを第５図に示す
。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Ｐ□２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Ｅｇｏ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Ｐ、４２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
入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、１３．５６
ＭＨｚ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Ａｌ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Ａ
ｌ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Ａｌ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Ａｌ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Ａｌ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ｉ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Ｓｉ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
び光学バンドギャップＥｔＯ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Ａｌ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
Ｅ１゜の変化を示す図である。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第１図 １　、其・、２ｆ　　　　　　　　　　６：鷹艮参仄本
ルタ゛−２：￥１ターケらト電）七　　　７導卑仄３：
￥２クーケちトてキモ　　８：ブラ又マｔ５Ｌ木艮４：
＄１カー勾゛Ｃオ血　　　　　９：スノ＼：−ノタカ′
、ス蒔〕＼ゆ５：岬灯旬ｆ施　１ｏ：繻几印 第２図 場 １１＜−ｔ　ターＪＲＩＩ　　（ｍｉｎ）第３図 １ｓ　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Ａｌ
   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Ａｌ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Ａｌ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Ａｌ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Ａｌ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Ａｌ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
   。