JPH04346667A - 基材上に水素化アモルファス炭素膜を形成する方法と装置 - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、高周波プラズマ放電を用いる化
学気相堆積による水素化アモルファス炭素膜の形成方法
およびその装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、メタンガスを使う高周波プラズマ放
電により原料ガスを分解させ、化学反応により堆積せし
める手段（以下、高周波プラズマ化学気相堆積法と称す
る。）による透明な水素化アモルファス炭素絶縁膜の製
造においては下記の問題がある。メタンガスのみを原料
ガスに使用した場合には、自己バイアスを下げる方向で
高周波電源の出力を調整することにより短波長可視光帯
域での透過率（光学的バンドギャップ）を上げることが
できるが、図２に示すように、光学的バンドギャップは
１．７ｅＶ以下程度と低く、膜の透明性が悪い。自己バ
イアスを上げる方向で高周波電源の出力を調整すると、
光学的バンドギャップは下がり、グラファイト的になり
絶縁性が低下する。一方、バンドギャップを上げる目的
で、メタン原料ガスに水素希釈をする方法がある。この
方法では、水素イオンによるダングリングボンドの終端
効果によるＳＰ３混成軌道を持つ炭素電子状態への炭素
の励起促進効果が期待される。しかし、この方法でも、
図１に示すように、自己バイアスを下げる方向で高周波
電源の出力を調整することにより、メタンガスのみの場
合に比べ短波長可視光帯域での透過率（光学的バンドギ
ャップ）をさらに上げることができるが（光学的バンド
ギャップは２．４ｅＶ以下）、作製された膜自体は硬度
が下がりポリマー的になり、電気的抵抗値も下がり絶縁
性が悪くなってしまう。また、製膜速度も低い。

【０００３】

【目的】本発明はこれらの欠点を考慮し、膜の物理的硬
度を下げずに光学的バンドギャップを上げ、かつ、製膜
速度を下げずに基材上に水素化アモルファス炭素膜を形
成する方法および装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【構成】本発明の一つは、高周波プラズマ放電により原
料ガスを分解させ、化学反応により堆積せしめる手段に
より基板上に水素化アモルファス炭素膜を形成する方法
において、基板を冷却し、かつメタンガスの希釈ガスと
してペニング効果を有するガスを使用することを特徴と
する基材上に水素化アモルファス炭素膜を形成する方法
に関する。本発明の他の１つは、高周波プラズマ放電手
段と原料ガス導入手段よりなる高周波プラズマ放電を用
いる化学気相堆積装置において基板冷却手段と希釈ガス
導入手段を付設したことを特徴とする基材上に水素化ア
モルファス炭素膜を形成するための装置に関する。本発
明はグロー放電領域のプラズマを用いる化学気相堆積に
おいて、例えばＡｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｈｅ，Ｋｒのような
不活性ガスのほかＨ，Ｈｇ，Ｎ，Ｏ．．．等のようなペ
ニング効果を有するガスを添加したメタンガスを堆積器
内に導入し、電界により準安定準位に励起された希釈ガ
スによるペニング効果を利用し、水素化炭素物イオン種
の炭素イオンへの解離を促進したり電子準位的により安
定して、また、ギャップ準位がより大きい状態にあるベ
ンゼン環の形成を促進し、かつ、基板を水冷することに
よる、入射してくる炭素イオンに対するイオンクエンチ
効果を使うことにより、グラファイト的なベンゼン環ネ
ットワークの成長を抑え、バンドギャップ低下を抑える
効果を利用することを手段とするものである。本発明者
等の研究結果によると、希釈ガスをアルゴンにした場合
、基板を１５℃以下（温度は低いほどよく、液体窒素で
冷却してもよい）に冷却し、さらに自己バイアス値を４
０から１００Ｖに設定することにより、最良な、アルゴ
ンによるペニング効果と、原料ガスの分解により生じた
水素原子（もしくは水素希釈の際に水素分子のガス分解
から生じた水素原子も含む。）によるダングリングボン
ドの終端効果による炭素ＳＰ３混成軌道達成の促進効果
が得られる。その結果、短波長可視光帯域での透過率が
高く、光学的バンドギャップを１．８から２．７ｅＶの
範囲で可変でき、かつ、製膜速度も毎分２００Å程度に
でき、硬度と透明度と絶縁性の高い水素化アモルファス
炭素膜が作製できる。本発明において用いる基材は、ポ
リパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレ
ンイソフタルアミド、ナイロン６、ナイロン６６等のポ
リアミドやテレフタル酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、ｐ
，ｐ−ビフェノールを重合させたポリマー、ポリエチレ
ンテレフタレート等のポリエステル、ポリ塩化ビニル、
ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタアクリレート、
ポリメチルアクリレート、ポリベンズイミド、ポリフェ
ニレンスルフィド、ポリオキシメチレン等の有機ポリマ
ー、石英、単結晶シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素等
のケイ素化合物、窒化ホウ素、ガラス、炭素、黒鉛等の
無機物、銅、鉄、モリブデン、アルミニウム、チタン、
ニッケル、スズ、タングステン等の金属、サファイア、
アルミナ、ジルコニア等の酸化物が用いられる。これら
の基材は板状、フィルム状、粒状、粉状、繊維状等種々
の形状のものが用いられる。本発明を実施するときの高
周波電力密度は通常０．０５〜０．５Ｗ／ｃｍ２、好ま
しくは０．１〜０．４Ｗ／ｃｍ２、圧力は通常０．０１
〜５Ｔｏｒｒ、好ましくは０．１〜１Ｔｏｒｒ、ガス流
量は２０〜５００ＳＣＣＭ、好ましくは５０〜２００Ｓ
ＣＣＭ、ＣＨ４／希釈ガスの流量比（Ｖ／Ｖ）は通常０
〜１、好ましくは０．０１〜０．４、基板温度３５０℃
以下、好ましくは１５℃以下である。

【０００５】

【実施例】実施例１ 図１の堆積装置を使い堆積器１内を脱気口５より脱気し
て、室内の圧力を１／１０４Ｔｏｒｒに減圧後、ガス導
入管３から原料ガスと希釈用ガス、例えばメタンガスと
アルゴンガスを供給し、下記の条件で基板２上に水素化
アモルファス炭素膜を作製した。基板２は冷却管４より
冷却液を循環させて冷却する。 高周波電力密度：　　０．１−０．４　　Ｗ／ｃｍ２圧
力：　　０．５　　Ｔｏｒｒ ガス流量：　　１００　　ＳＣＣＭ 流量比：　　ＣＨ４　　２０％、　　Ａｒ　　８０％基
板温度：　　強制水冷１４℃ 以上の条件を使い膜を作製した際の、高周波電力値に対
する製膜速度の変化を図３に、光学的バンドギャップの
変化を図２に、また、硬度の変化を図４に示す。これら
の図から本発明の方法を使用することにより、硬度と透
明度の高い水素化アモリファス炭素膜の低電力作製が可
能であることがわかる。

【０００６】

【効果】本発明により自己バイアス値で４０から１００
Ｖの範囲に対応する低い高周波電力の入力で良質な膜が
形成でき、また、製膜速度も毎分２００Å程度であり、
かなりの省電力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用した装置の模式図である
。

【図２】メタンガスのみを使用した際の自己バイアスと
光学的バンドギャップの相関関係（△印と点線）と、水
素ガスを添加しメタンガスを使用した際の同相関関係（
○印と点線）と、本発明を使い膜を形成した際の同相関
関係（□印と実線）の比較を示すグラフである。

【図３】水素ガスを添加しメタンガスを使用した際の高
周波電力と製膜速度の相関関係（○印と点線）と、本発
明を使い膜を形成した際の同相関関係（□印と実線）の
比較を示すグラフである。

【図４】メタンガスのみを使用した際の自己バイアスと
硬度（Ｋｎｏｏｐ　Ｈａｒｄｎｅｓｓ）の相関関係（○
印と点線）と、本発明を使い膜を形成した際の同相関関
係（□印と実線）の比較を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　堆積槽 ２　　基板 ３　　原料ガス兼希ガス導入管 ４　　冷却管 ５　　脱気口 Ａ　　整合器 Ｂ　　電力計 Ｃ　　高周波電力源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高周波プラズマ放電により原料ガスを
   分解させ、化学反応により堆積せしめる手段により基板
   上に水素化アモルファス炭素膜を形成する方法において
   、基板を冷却し、かつメタンガスの希釈ガスとしてペニ
   ング効果を有するガスを使用することを特徴とする基材
   上に水素化アモルファス炭素膜を形成する方法。
2. 【請求項２】　　高周波プラズマ放電手段と原料ガス導
   入手段よりなる高周波プラズマ放電を用いる化学気相堆
   積装置において、基板冷却手段と希釈ガス導入手段を付
   設したことを特徴とする基材上に水素化アモルファス炭
   素膜を形成するための装置。