JPH0429218B2 - - Google Patents

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JPH0429218B2
JPH0429218B2 JP58117753A JP11775383A JPH0429218B2 JP H0429218 B2 JPH0429218 B2 JP H0429218B2 JP 58117753 A JP58117753 A JP 58117753A JP 11775383 A JP11775383 A JP 11775383A JP H0429218 B2 JPH0429218 B2 JP H0429218B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <技術分野> 本発明はアモルフアスシリコンカーバイド(a
−SixC1-x)膜の製造方法に関し、特にスパツタ
リング時の基板温度を制御したa−SixC1-x膜の
製造方法に関するものである。
<従来技術> 従来の単結晶材料を用いた半導体素子に加え
て、近年アモルフアス(非晶質)の薄膜半導体材
料を利用した半導体素子の研究が活発に推し進め
られている。特にa−SixC1-x膜は、例えば光が
照射された状態で顕著な光導電特性を示しかつ材
料入手も容易であるという理由から半導体材料と
しての注目を集めている。a−SixC1-x膜はプラ
ズマCVD法、グロー放電法、反応性スパツタリ
ング法、イオンプレーテイング法等種々の作製方
法が提案されているが、従来のa−SixC1-x膜作
製方法に於いては、光導電特性や比抵抗等の電気
的諸特性を製造条件によつて充分に制御すること
ができず、半導体材料として実用化するには量産
性、再現性の点で問題があつた。
<発明の目的> 本発明は上述の問題点に鑑み、反応性スパツタ
リング法による薄膜作製技術を導入するとともに
スパツタリング時の基板温度を制御することによ
り、半導体電子材料として有用な良質のa−Six
C1-x膜を得ることのできるa−SixC1-x膜の製造
方法を提供することを目的とする。
<構成及び効果> アモルフアス膜の電気的諸特性は膜作製時の基
板温度に大きく依存する。これは、膜特性を決定
する2つの要因即ちSiとCでアモルフアスを形成
する際のネツトワークの組み方及びアモルフアス
膜中に含有される水素量が、膜作製時の基板温度
の変化によつて大きく影響を受けるためであると
考えられる。従つて本発明は、a−SixC1-x膜を
反応性スパツタリング法で作製する際に原料ガス
及びターゲツトよりa−SixC1-xを生成する基板
の温度を300℃〜450℃に保持し、これによつて電
気的諸特性を良好に制御するとともに良質のa−
SixC1-x膜を作製するように構成されている。
本発明により得られるa−SixC1-x膜は比抵抗
が高くかつ光学的エネルギーギヤツプが大なる薄
膜として形成される。本発明はこのような半導体
材料として適するa−SixC1-x膜を再現性良く大
量生産することが可能である。
<実施例> 以下、本発明の1実施例として水素で安定化さ
れた水素化アモルフアスシリコンカーバイド(a
−SixC1-x:H)膜の作製方法について説明する。
第1図はa−SixC1-x:H膜を作製するための
スパツタリング装置である。反応室1内にはa−
SixC1-x:H膜を作製するための基板2及びSi源
となるSiターゲツト3が対向配置されている。ま
た反応室1は真空系4及び混合ガス供給系5に連
結されている。混合ガス供給系5はC及びH源と
なるC3H8(又はCH4)ガスを供給する原料ガス源
6,Siターゲツト3を効率よくスパツタするため
のArガス供給源7及びH2ガス供給源8に連結さ
れており、混合器9を介してC3H8(又はCH4),
Ar及びH2の混合ガスが流量及び分圧を制御され
ながら混合ガス供給系5より反応室1内に搬送さ
れる。反応室1の周囲には磁場コイル10が巻回
され、磁場コイル10及び基板2とSiターゲツト
3間に高周波電源11から13.56MHzの高周波電
力が印加されることにより、上記混合ガス雰囲気
下でのSiターゲツト3のスパツタリングが行なわ
れ、基板2上にa−SixC1-x:H膜の成膜が行わ
れる。
上記工程で作製されるa−SixC1-x:H膜中の
水素の含有量及び結合状態は膜の諸特性に影響
し、特に光導電性や比抵抗はアモルフアス膜の安
定化に寄与している水素量と密接な関係がある。
第2図はH2ガス添加の効果を示す赤外線吸収ス
ペクトルで、同図中曲線l1はArとC3H8の混合ガ
スでSiターゲツトをスパツタして作製した従来の
a−SixC1-x膜,曲線l2はArとC3H8混合ガスに更
にH2ガスを加えてスパツタリングして作製した
上記実施例によるa−SixC1-x:H膜の夫々の赤
外線吸収スペクトルである。曲線l1,l2共に矢印
P1で示す様に800cm-1付近に大きな吸収ピークが
存在し、このピークはSiとCとの結合(Si−C結
合と記す)に基くものであることから、どちらの
膜中にもSi−C結合が大量に存在することがわか
る。なおピークの位置が800cm-1から少しずれて
いるのは、640cm-1にSi−H結合の吸収ピークが
存在することに起因するものである。矢印P2
示す840〜900cm-1付近にはSi−H結合,矢印P3
示す1000cm-1付近にはC−H結合,更に矢印P4
示す2000〜2100cm-1付近にはSi−H結合の存在を
示す吸収ピークが現われている。これら水素に関
連したSi−H及びC−H結合に基いて生じる吸収
ピークは、曲線l1では浅いがH2ガスを添加してス
パツタリングした曲線l2のa−SixC1-x:H膜で
は、深いピークが明瞭に現われており、水素が結
合中に含まれていることがわかる。上記吸収ピー
クの深さは安定化に寄与している水素量に関係
し、従つて作製されたa−SixC1-x:H膜として
の電気的諸特性とも相関関係を有し、水素量及び
結合状態を制御することによつて膜の諸特性,特
に電気的特性を制御することができる。水素量及
び結合状態の制御は混合ガス中の水素ガスの割
合,流量,分圧等を選定することによつて行なわ
れる。
ここで、Siをターゲツトとし、ArとC3H8の混
合ガスにH2ガスを添加したことによる効果を説
明するため、H2ガスを添加してスパツタリング
したアモルフアスシリコンカーバイド(a−Six
C1-x:H)膜の膜特性について、H2ガスを添加
しないで作製したアモルフアスシリコンカーバイ
ド膜と比較しながら説明する。
最初に膜組成について示す。ArガスとC3H8
スからなる雰囲気ガスの全圧を一定とし、Arガ
スとC3H8ガスの分圧比を変化させて膜作製を行
ない、SiとCの組成(x値)をオージエ電子分光
分析により測定した。スパツタリング雰囲気ガス
中にH2ガスを導入せず、膜中のSi及びCの未結
合手の終端をC3H8ガスの分解によつて生じた水
素のみで行つた場合(PH2=O Torr)と、雰囲
気ガス中に積極的にH2ガス(PH2=3×
10-3Torr)を導入した場合の結果を第5図に示
す。ArガスとC3H8ガスの分圧比が同じであつて
も、H2ガスを導入した場合はH2ガス添加のない
場合に比べ、Si組成の少ない膜が得られることが
わかる。これはH2ガス添加により全圧が上昇す
るため、Arの平均自由行程が短くなり、Arによ
るSiのスパツタ率が低下することあるいはスパツ
タされて出てきたSiが水素と反応してSiH4等の
ガスとなつて逃げていくことによると思われる。
次に光学的エネルギーギヤツプ(Eg ppt)と
B値について示す。非晶質半導体では吸収端付近
のバンド間吸収は次のTaueの式に従うことが知
られている。
(αhω)1/2=B(hω−Eg ppt) α:吸収係数 hω:光子エネルギー B:定数 分光光度計で、ガラス上に形成した試料の可視
域の光吸収スペクトルを測定し、横軸にhω,縦
軸に(αhω)1/2をとつてプロツトするとグラフの
直線部分の延長線と横軸との交点から Eg ppt'直線部分の傾きからB値が定まる。
SiとCの組成比に対するEgpptの変化を第6図に
示す。H2ガスの添加によりEg pptは増大する。
H2ガス添加によりSi及びCの未結合手が効果的
に終端化され、Eg pptも増大したと考えられる。
組成比(x値)に対するB値の変化は第7図の
如くとなる。B値は局在化したバンドテイルの幅
を間接的に表現するものであり、B値が大きい程
バンドテイルの幅が狭く、言い換えればテイル付
近の局在準位の少ない良質の非晶質膜であること
を意味している。
H2ガスを添加した試料の方がx=0.2付近以外
ではB値が大きくなつている。これはネツトワー
ク形成時に多量に存在する水素が有効に作用し
て、残留未結合手の減少と共に原子の結合角のゆ
らぎ等に起因する不規則性が減少し、局在準位の
少ない膜が形成されているためであると思われ
る。
次に膜組成に対する比抵抗の変化を、H2ガス
添加のある場合とない場合について調べた結果を
第8図に示す。H2ガス添加のない場合にx値の
増加につれて比抵抗が減少しているのに対し、
H2ガスを添加した膜では逆に増加している。H2
ガス添加のない場合、未結合手の終端には、
C3H8ガスからの分解水素のみが使われる。x値
の増加につれて分解水素量が少くなるので、終端
化されない未結合手が膜中に残り、比抵抗は小さ
くなつているものと考えられる。一方、H2ガス
添加の有る場合、x値の全領域にわたつて充分な
水素が存在し、又、SiよりCの方が未結合手をつ
くり易いこと等によりx値と共に比抵抗が増加し
ていると思われる。
なお、x=0.2付近でH2ガスを添加した膜の方
が過剰水素による効果と思われる。
次にスパツタリング時の基板2の温度と得られ
るa−SixC1-x:H膜の電気的特性との関係につ
いて説明する。rfパワー,磁場の強さ,各ガス分
圧,背圧,その他の製造条件を一定とし、基板2
の温度のみを変化させてa−SixC1-x:H膜を作
製してその比抵抗及び光学的エネルギーギヤツプ
をそれぞれ電圧−電流特性の測定及び可視光透過
スペクトルの測定により求めた。
第3図に比抵抗の基板温度依存性を示す。図よ
り明らかな如く、基板温度が約370℃で比抵抗値
は極大となり、300℃乃至450℃の範囲で比抵抗は
高い値を呈する。従つて、基板温度を300℃乃至
450℃、望ましくは350℃乃至400℃の範囲に選定
してスパツタすることにより実用に適する高い比
抵抗値のa−SixC1-x:H膜を得ることができる。
第4図はa−SixC1-x:H膜の光学的エネルギ
ーギヤツプと基板温度との関係を示す。基板温度
が約360℃で光学的エネルギーギヤツプは約
2.73eVと最大値を呈し、上記同様に300℃乃至
450℃の範囲で光学的エネルギーギヤツプは高い
値を示している。これは、赤外線吸収測定に於い
てSiとCの結合による赤外吸収強度がこの温度範
囲で最大になることから同温度範囲でSiとCとの
ネツトワーク化が最も進行するためであると考え
られる。
以上より、スパツタリング過程で基板温度を
300℃乃至450℃の範囲に保持し、反応性スパツタ
リング法で原料ガス及びSiターゲツト3から基板
上に良質のa−SixC1-x:H膜を作製することが
できる。また得られる膜の電気的特性は均一でか
つ実用に適するものとなる。尚、原料ガスに含有
される水素ガスの量を適宜選定してa−Six
C1-x:H膜中の水素量を制御することにより希望
する電気的特性のa−SixC1-x:H膜が得られる
ことになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はa−SixC1-x:H膜を作製するための
スパツタリング装置の構成図である。第2図は作
製されたa−SixC1-x:H膜の赤外線吸収スペク
トル図である。第3図はa−SixC1-x:Hスパツ
タ膜の比抵抗の基板温度依存性を示す特性図であ
る。第4図はa−SixC1-x:Hスパツタ膜の光学
的エネルギーギヤツプの基板温度依存性を示す特
性図である。第5図、第6図、第7図及び第8図
は、それぞれH2ガス添加の効果を説明するアモ
ルフアスシリコンカーバイド膜の膜特性図であ
る。 1……反応室、2……基板、3……Siターゲツ
ト、5……ガス供給系、6……原料ガス源、7…
…Arガス供給源、8……H2ガス供給源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 300℃乃至450℃の温度範囲に保たれた基板上
    に、ArとC3H8(又はCH4)の混合ガスに更に水
    素ガスを加えた混合ガス中でSiターゲツトをスパ
    ツタリングすることにより、電気的諸特性の良好
    なアモルフアスシリコンカーバイド膜を作成する
    ことを特徴とするアモルフアスシリコンカーバイ
    ド膜の製造方法。
JP11775383A 1983-06-27 1983-06-27 アモルフアスシリコンカ−バイド膜の製造方法 Granted JPS607718A (ja)

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JPS61243166A (ja) * 1985-04-18 1986-10-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 硬質膜およびその製造方法
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