JPH03170397A - 炭素質膜の製造方法 - 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】 ［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。

］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威す
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威する
ことが提案されている。また、特開昭５９−２１３１２
６号では炭化水素とＰＨ．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威する試みも
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
オードやサー旦スタ、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
ＡＩ蒸着膜等の金属との接触によって生しる整流作用を
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Ｓｔ基板を反応槽内に配置しＢｚ
Ｈｂ等のホウ素含有ガスとともにＣＨ，、ＣＯ、ＣＨ３
０Ｈ　、（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）を生威させ、この後、生威した炭素質膜にＡＩ
、Ａｕ等の金属膜を蒸着することによって得られ、特性
評価は基板と金属膜間にバイアス電圧を印加し、第４図
に示す電圧一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一電流特性によれば
、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〜数十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１ −３− 本発明は、ショットキーダイオードを形威した場合、ブ
レイクダウンポイントが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。

Ｅ問題を解決するための手段１ 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ＢｔＨｂ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
ることを知見した。

［実施例１ 以下、本発明の製造方法を第１図を参照して説明する。

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、石英管等から或る反応槽１内には基
板２が支持台３により支持され、−４− 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
膜の生威に際しては、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上に炭素質膜を形或する。

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１０”ｃｍ−２〜１０”ｃｍ−’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Ｓｔ、多結晶Ｓｔ、ダイヤ
モンドの他、Ｗ，Ｍ等の高融点金属が採用される。

一方、反応槽ｌ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。

プラズマ発生手段としてはマイクロ波、高周波の他ＥＣ
Ｒを採用することも可能である。

炭素質膜の生威に際しては、前述した反応ガスを反応槽
１内に１　ａｄｌ／ｍｉｎ〜２　１　／ｗｉｎの流量で
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
炭素質膜が形威される。なお、この時の反応中の槽内圧
力は１０−２〜７６０ｔｏｒｒ　、基板温度は２００〜
ｌ３００℃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、
Ｓｔ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
質膜を形威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１ 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威膜時に炭素質膜に
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、生戒
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
も明らかな通り、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１００■以上の優れた整流特性を示
す。この理由は、ドーパントと−　７　− 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威される炭素質
膜中のドープ量は１０Ｉ２ｃｍ−３〜１０”ｃｍ−３の
レベルである。

また、生或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
炭素或いは非品質炭素等が生威されるが、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ｌ０２ＩＣ『３の量でドープされたＰ＋型Ｓ
ｔウェハの（１００）面を基板２としてｌｔｔＩｌ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％、Ｈ，９５％の混合ガスを２００　−／
ｗｉｎ一　８− （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
生威させた。

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Ｂ．Ｈ．を２００ｐｐｍ混合したものを用
い、前記と同様な方法で威膜を行い約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８２｝＋６を含ます生威した膜は
約３Ｘ１０５Ωｃｍ，　Ｂ．Ｈ．を含ませ生戒した膜は
約ＩＸＩＯ’Ω備であった。

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
せてシジットキー接触を形威し、基板ｌ３側にインジウ
ムの電極１４を取り付け、アルごニウム針１２と電極ｌ
４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。

その電圧一電流特性を第３図（本発明）、第４図（比較
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。

（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と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％の混合ガスを導入しながらマイクロ波出力
４００ω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ｌ図に示すようにＭＯ基板の炭素
質膜形威面の反対側にホウ素が１０Ｉ９ｃｒ”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
．５μ自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５×１０５Ω０の抵抗
率を示した。この後者の膜上にアルξニウムとチタンを
蒸着し、ダイヤモンド膜とアル柔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
触を形威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Ｂ．｝Ｉ．等の毒性ガスを使用することもないことか
ら、生産性にも優れ、化学気相戒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。

【図面の簡単な説明】 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−１　　１− 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一電流特
性図である。 反応槽 基板 支持台 プラズマ発生手段 導波管 固体物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記反応槽内にドーピング元素を
   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するこ
   とを特徴とする炭素質膜の製造方法。
2. （２）前記ドーピング元素がホウ素である特許請求の範
   囲第１項記載の炭素質膜の製造方法。