JPH09255314A - 窒化炭素及びその製造方法 - Google Patents
窒化炭素及びその製造方法Info
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- JPH09255314A JPH09255314A JP9059296A JP9059296A JPH09255314A JP H09255314 A JPH09255314 A JP H09255314A JP 9059296 A JP9059296 A JP 9059296A JP 9059296 A JP9059296 A JP 9059296A JP H09255314 A JPH09255314 A JP H09255314A
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- carbon
- nitrogen
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体としての性質を有する窒化炭素膜をお
よびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 第２級もしくは第３級アミンおよびアン
モニアガスをプラズマで化学的気相成長せしめる。
よびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 第２級もしくは第３級アミンおよびアン
モニアガスをプラズマで化学的気相成長せしめる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化炭素及びその製
造方法に関する。さらに詳しくはワイドバンドギャップ
を有し、半導体としての性質を示す窒化炭素及びその製
造方法に関する。
造方法に関する。さらに詳しくはワイドバンドギャップ
を有し、半導体としての性質を示す窒化炭素及びその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化炭素は高硬度で、構造体として用い
られている。窒化炭素の化学構造は炭素と炭素の二重結
合と炭素と窒素の三重結合が主であって、単結合は少な
い。このため、従来の窒化炭素の物理的性質は半金属的
である。近年、二重結合と三重結合をほとんど含まず、
実質的に単結合のみからなる窒化炭素に対する関心が高
まっている。このような窒化炭素は光学的バンドギャッ
プが大きく、半導体としての性質を有するものと予想さ
れる。窒化炭素は硬いばかりでなく熱伝導率が大きいた
め、このような窒化炭素半導体が得られれば、パワーデ
バイスを初めとするエレクトロニクス素子材料として極
めて有用であると考えられる。
られている。窒化炭素の化学構造は炭素と炭素の二重結
合と炭素と窒素の三重結合が主であって、単結合は少な
い。このため、従来の窒化炭素の物理的性質は半金属的
である。近年、二重結合と三重結合をほとんど含まず、
実質的に単結合のみからなる窒化炭素に対する関心が高
まっている。このような窒化炭素は光学的バンドギャッ
プが大きく、半導体としての性質を有するものと予想さ
れる。窒化炭素は硬いばかりでなく熱伝導率が大きいた
め、このような窒化炭素半導体が得られれば、パワーデ
バイスを初めとするエレクトロニクス素子材料として極
めて有用であると考えられる。
【０００３】従来、窒化炭素を製造する種々の試みがな
されている。しかし、これら従来の技術により得られる
窒化炭素は半金属的な電子状態を構成し、半導体として
の性質は殆ど示さない。
されている。しかし、これら従来の技術により得られる
窒化炭素は半金属的な電子状態を構成し、半導体として
の性質は殆ど示さない。
【０００４】例えば、ソリッド・ステート・コミュニケ
ーションズ１１９３年第６５巻第９号９２１〜９２３頁
には、窒素ガスとメタンガスを導入した容量結合型高周
波プラズマ化学的気相成長装置内において、該窒素・メ
タン混合ガスをグロー放電分解し、水素化窒化炭素膜を
製膜する方法が開示されている。この場合、真空排気さ
れた反応室中に導入された窒素・メタン雰囲気中におい
て、高周波電界によって振動する電子との衝突によって
メタンは脱水素反応を、窒素分子は原子状窒素への解離
あるいは窒素分子ラジカルへの変化を生じる反応を起こ
す。その結果、正電荷に荷電したメタン及び窒素は接地
電極方向に運動し、該電極上に接地した基板上に堆積、
電子の授受を経て反応し、窒化炭素膜を生じる。
ーションズ１１９３年第６５巻第９号９２１〜９２３頁
には、窒素ガスとメタンガスを導入した容量結合型高周
波プラズマ化学的気相成長装置内において、該窒素・メ
タン混合ガスをグロー放電分解し、水素化窒化炭素膜を
製膜する方法が開示されている。この場合、真空排気さ
れた反応室中に導入された窒素・メタン雰囲気中におい
て、高周波電界によって振動する電子との衝突によって
メタンは脱水素反応を、窒素分子は原子状窒素への解離
あるいは窒素分子ラジカルへの変化を生じる反応を起こ
す。その結果、正電荷に荷電したメタン及び窒素は接地
電極方向に運動し、該電極上に接地した基板上に堆積、
電子の授受を経て反応し、窒化炭素膜を生じる。
【０００５】また、他の従来技術としてジャーナル・オ
ブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー１
９７９年第１６巻第２号２９９〜３０２頁に示されるも
のがある。すなわち、容量結合型高周波スパッタ装置内
において、炭素製ターゲットを窒素ガスによって反応性
スパッタすることにより基板上に窒化炭素膜を堆積する
方法が開示されている。この場合、真空排気された容器
内に窒素ガスを導入する。該真空容器中に高周波を印加
した平板状高周波電極及び接地電位に保たれた平板状接
地電極を対峙させる。該平板状電極間にて誘起された窒
素イオン及びラジカルが電極に生じた自己バイアスによ
って高周波電極に走行することを用いて、高周波電極上
に接地した炭素ターゲットをスパッタし、接地電極上に
設置した基板上に窒化炭素膜を堆積する。
ブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー１
９７９年第１６巻第２号２９９〜３０２頁に示されるも
のがある。すなわち、容量結合型高周波スパッタ装置内
において、炭素製ターゲットを窒素ガスによって反応性
スパッタすることにより基板上に窒化炭素膜を堆積する
方法が開示されている。この場合、真空排気された容器
内に窒素ガスを導入する。該真空容器中に高周波を印加
した平板状高周波電極及び接地電位に保たれた平板状接
地電極を対峙させる。該平板状電極間にて誘起された窒
素イオン及びラジカルが電極に生じた自己バイアスによ
って高周波電極に走行することを用いて、高周波電極上
に接地した炭素ターゲットをスパッタし、接地電極上に
設置した基板上に窒化炭素膜を堆積する。
【０００６】さらに、フィジカル・レビュー１９８９年
第Ｂ３９巻第１８号１３０５３〜１３０６０頁に示され
るものがある。すなわち、容量結合型高周波スパッタ装
置を用い、該スパッタ装置製膜室内にシクロペンタンと
窒素ガスの混合ガスを導入し、グロー放電分解を行うこ
とによって基板上に窒化炭素膜を堆積する方法が開示さ
れている。この場合、真空排気された容器内にシクロペ
ンタンと窒素ガスを導入する。該真空容器内に高周波を
印加した平板状高周波電極及び接地電位に保たれた平板
状接地電極を対峙させる。該平板状電極間にてシクロペ
ンタン及び窒素のグロー放電分解反応を生じさせ、接地
電極上に設置した基板上に窒化炭素膜を堆積する。
第Ｂ３９巻第１８号１３０５３〜１３０６０頁に示され
るものがある。すなわち、容量結合型高周波スパッタ装
置を用い、該スパッタ装置製膜室内にシクロペンタンと
窒素ガスの混合ガスを導入し、グロー放電分解を行うこ
とによって基板上に窒化炭素膜を堆積する方法が開示さ
れている。この場合、真空排気された容器内にシクロペ
ンタンと窒素ガスを導入する。該真空容器内に高周波を
印加した平板状高周波電極及び接地電位に保たれた平板
状接地電極を対峙させる。該平板状電極間にてシクロペ
ンタン及び窒素のグロー放電分解反応を生じさせ、接地
電極上に設置した基板上に窒化炭素膜を堆積する。
【０００７】しかしながら、これらの従来技術によって
生成せしめられた窒化炭素膜中では、炭素原子と窒素原
子の結合状態は共役二重結合によるグラファイト様の状
態と三重結合によるシアン基様の状態が支配的であるこ
とに起因し、共役結合を形成するπ電子によって半金属
的な電子状態を形成する。その結果、禁制帯巾は１ｅＶ
以下の小さな値を示すものとなる。光学的には吸収係数
が大きく、一般的には可視領域において、金属光沢を示
す膜が得られる。従来技術では、炭素の原料であるグラ
ファイト、あるいは炭化水素及び窒素原料である窒素ガ
スの化学結合を切断するために、数１０ｅＶ〜数１００
ｅＶの粒子線あるいは高温を用いている。そのため準安
定状態である炭素と窒素の単結合状態が生成される確率
は極めて小さなものとなり、安定状態である共役二重結
合あるいはシアン基の生成に至るという問題点がある。
生成せしめられた窒化炭素膜中では、炭素原子と窒素原
子の結合状態は共役二重結合によるグラファイト様の状
態と三重結合によるシアン基様の状態が支配的であるこ
とに起因し、共役結合を形成するπ電子によって半金属
的な電子状態を形成する。その結果、禁制帯巾は１ｅＶ
以下の小さな値を示すものとなる。光学的には吸収係数
が大きく、一般的には可視領域において、金属光沢を示
す膜が得られる。従来技術では、炭素の原料であるグラ
ファイト、あるいは炭化水素及び窒素原料である窒素ガ
スの化学結合を切断するために、数１０ｅＶ〜数１００
ｅＶの粒子線あるいは高温を用いている。そのため準安
定状態である炭素と窒素の単結合状態が生成される確率
は極めて小さなものとなり、安定状態である共役二重結
合あるいはシアン基の生成に至るという問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は半導体
としての性質を有する窒化炭素およびその製造方法を提
供することである。本発明の他の目的は二重結合や三重
結合を実質的に含まずほとんどが単結合からなる窒化炭
素およびその製造法を提供するものである。本発明のさ
らに他の目的は、原料物質の結合の切断を効率よく行
い、かつ準安定状態である炭素原子と窒素原子の単結合
状態による窒化炭素のネットワークを形成する製造法を
提供することである。
としての性質を有する窒化炭素およびその製造方法を提
供することである。本発明の他の目的は二重結合や三重
結合を実質的に含まずほとんどが単結合からなる窒化炭
素およびその製造法を提供するものである。本発明のさ
らに他の目的は、原料物質の結合の切断を効率よく行
い、かつ準安定状態である炭素原子と窒素原子の単結合
状態による窒化炭素のネットワークを形成する製造法を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述のように、従来技術
では、原料物質である炭素含有物質及び窒素含有物質の
窒化炭素形成時に切断が必要となる結合部位の結合エネ
ルギーが大きいために、原料物質の分解のために投入し
た運動エネルギーあるいは熱エネルギーが、生成した窒
化炭素の結合状態をより安定な窒素と炭素の三重結合あ
るいは共役二重結合が支配的な状態にする。そのため、
三次元的なネットワークの形成に不可欠なテトラヘドラ
ル形状の炭素のｓｐ3混成軌道と平面上に三角状に形成
される窒素のｓｐ2混成軌道による共有結合の形成を阻
害することになっている。本発明者は、上記の問題は、
原料物質に炭素と窒素の単結合によるネットワークを形
成するに必要な切断部位の結合エネルギーが小さな物質
を選択することにより解決ができるのではないかと考え
た。
では、原料物質である炭素含有物質及び窒素含有物質の
窒化炭素形成時に切断が必要となる結合部位の結合エネ
ルギーが大きいために、原料物質の分解のために投入し
た運動エネルギーあるいは熱エネルギーが、生成した窒
化炭素の結合状態をより安定な窒素と炭素の三重結合あ
るいは共役二重結合が支配的な状態にする。そのため、
三次元的なネットワークの形成に不可欠なテトラヘドラ
ル形状の炭素のｓｐ3混成軌道と平面上に三角状に形成
される窒素のｓｐ2混成軌道による共有結合の形成を阻
害することになっている。本発明者は、上記の問題は、
原料物質に炭素と窒素の単結合によるネットワークを形
成するに必要な切断部位の結合エネルギーが小さな物質
を選択することにより解決ができるのではないかと考え
た。
【００１０】すなわち、準安定状態である炭素と窒素の
単結合を予めその内部に有する様な分子において、該炭
素と窒素の単結合部位以外の結合が小さく容易に切断が
可能な物質を原料とすることによって、該原料物質の分
解再結合後においても、炭素と窒素の単結合を保存する
ことが可能となり、従って生成した窒化炭素中におい
て、炭素と窒素の単結合による半導体的なネットワーク
が形成可能となる。本発明により、２．０〜３．５ｅＶ
の光学バンドギャップを有する窒化炭素、その化学結合
が実質的に単結合のみからなる窒化炭素および第２級も
しくは第３級アミンおよび必要に応じてアンモニアガス
をプラズマで化学的気相成長せしめることを特徴とする
窒化炭素の製造方法が提供される。
単結合を予めその内部に有する様な分子において、該炭
素と窒素の単結合部位以外の結合が小さく容易に切断が
可能な物質を原料とすることによって、該原料物質の分
解再結合後においても、炭素と窒素の単結合を保存する
ことが可能となり、従って生成した窒化炭素中におい
て、炭素と窒素の単結合による半導体的なネットワーク
が形成可能となる。本発明により、２．０〜３．５ｅＶ
の光学バンドギャップを有する窒化炭素、その化学結合
が実質的に単結合のみからなる窒化炭素および第２級も
しくは第３級アミンおよび必要に応じてアンモニアガス
をプラズマで化学的気相成長せしめることを特徴とする
窒化炭素の製造方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
本発明においては窒化炭素の原料として第２級もしくは
第３級アミンまたは第２級もしくは第３級アミンとアン
モニアガスの混合ガスを用いる。第２級もしくは第３級
アミンは好ましくは飽和のアルキルアミンであり、アル
キル基としては好ましくはメチル基またはエチル基であ
る。具体的なアミンの例としてはジメチルアミン、トリ
メチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、メ
チルエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエ
チルアミンが挙げられる。好ましくはトリメチルアミン
である。
本発明においては窒化炭素の原料として第２級もしくは
第３級アミンまたは第２級もしくは第３級アミンとアン
モニアガスの混合ガスを用いる。第２級もしくは第３級
アミンは好ましくは飽和のアルキルアミンであり、アル
キル基としては好ましくはメチル基またはエチル基であ
る。具体的なアミンの例としてはジメチルアミン、トリ
メチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、メ
チルエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエ
チルアミンが挙げられる。好ましくはトリメチルアミン
である。
【００１２】原料ガスは、好ましくは第２級もしくは第
３級アミンとアンモニアガスを併用するのがよい。第２
級もしくは第３級アミンおよびアンモニアガスの使用割
合はモル比で１００：０〜０．５：９９．５、好ましく
は５０：５０〜１：９９である。
３級アミンとアンモニアガスを併用するのがよい。第２
級もしくは第３級アミンおよびアンモニアガスの使用割
合はモル比で１００：０〜０．５：９９．５、好ましく
は５０：５０〜１：９９である。
【００１３】本発明においては窒化炭素はプラズマＣＶ
Ｄ法により製造する。本発明に使用できるプラズマＣＶ
Ｄ法としては、高周波放電プラズマＣＶＤ法、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ（electron-cyclotron res
onance）プラズマＣＶＤ法等、一般の半導体膜の製造に
使用されているいずれのＣＶＤ法も使用できる。以下、
誘導結合型高周波プラズマＣＶＤ法の場合を例にとっ
て、本発明による窒化炭素の製造方法を更に詳しく説明
する。
Ｄ法により製造する。本発明に使用できるプラズマＣＶ
Ｄ法としては、高周波放電プラズマＣＶＤ法、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ（electron-cyclotron res
onance）プラズマＣＶＤ法等、一般の半導体膜の製造に
使用されているいずれのＣＶＤ法も使用できる。以下、
誘導結合型高周波プラズマＣＶＤ法の場合を例にとっ
て、本発明による窒化炭素の製造方法を更に詳しく説明
する。
【００１４】先ず、周囲に高周波コイルを設置したチャ
ンバー内を真空にした後、上記の原料ガスを導入する。
ガスの流量は使用する装置の大きさ等により適宜定めれ
ばよいが、通常０．１〜５００ｓｃｃｍ、好ましくは１
〜１００ｓｃｃｍである。また、必要に応じてアルゴ
ン、水素等の希釈ガスを使用してもよい。これらの希釈
ガスを使用する場合、その量は通常材料ガスの２〜１０
容量倍である。チャンバーは内部の圧力を常時１ｍＴｏ
ｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、好ましくは１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔ
ｏｒｒに維持しておく。チャンバー内の適宜位置、通常
は排気方向の側に窒化炭素膜を堆積させるための基板を
設置する。基板としては例えばシリコンウェハー、合成
石英ガラス、ガリウム−砒素、インジウム−リン等の基
板を好ましく用いることができる。基板の温度は０〜１
０００℃、好ましくは１０〜４００℃である。高周波コ
イルに印加する高周波は通常１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ、好ま
しくは１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。高周波入力パ
ワーは通常は１０Ｗ〜１０ｋＷ、好ましくは１０Ｗ〜１
００Ｗである。このようにしてグロー放電分解を行うと
基板上に窒化炭素が堆積し、膜が得られる。
ンバー内を真空にした後、上記の原料ガスを導入する。
ガスの流量は使用する装置の大きさ等により適宜定めれ
ばよいが、通常０．１〜５００ｓｃｃｍ、好ましくは１
〜１００ｓｃｃｍである。また、必要に応じてアルゴ
ン、水素等の希釈ガスを使用してもよい。これらの希釈
ガスを使用する場合、その量は通常材料ガスの２〜１０
容量倍である。チャンバーは内部の圧力を常時１ｍＴｏ
ｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、好ましくは１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔ
ｏｒｒに維持しておく。チャンバー内の適宜位置、通常
は排気方向の側に窒化炭素膜を堆積させるための基板を
設置する。基板としては例えばシリコンウェハー、合成
石英ガラス、ガリウム−砒素、インジウム−リン等の基
板を好ましく用いることができる。基板の温度は０〜１
０００℃、好ましくは１０〜４００℃である。高周波コ
イルに印加する高周波は通常１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ、好ま
しくは１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。高周波入力パ
ワーは通常は１０Ｗ〜１０ｋＷ、好ましくは１０Ｗ〜１
００Ｗである。このようにしてグロー放電分解を行うと
基板上に窒化炭素が堆積し、膜が得られる。
【００１５】以上は、誘導結合型高周波プラズマＣＶＤ
法により窒化炭素膜を得る場合の一例であるが、他のプ
ラズマＣＶＤ法も当業者であれば上記に準じて、あるい
は上記または従来のプラズマＣＶＤ法より類推して、適
宜条件を定めることができ、これらの方法はいずれも本
発明の範囲内である。
法により窒化炭素膜を得る場合の一例であるが、他のプ
ラズマＣＶＤ法も当業者であれば上記に準じて、あるい
は上記または従来のプラズマＣＶＤ法より類推して、適
宜条件を定めることができ、これらの方法はいずれも本
発明の範囲内である。
【００１６】本発明によって得られる窒化炭素は２．０
〜３．５ｅＶ、特に２．８〜３．２ｅＶの光学バンドギ
ャップを示し、半導体としての性質を有する。また、エ
ックス線光電子分光スペクトルは４００〜４００．５ｅ
Ｖ近傍に単一のピークを示す。このピークは従来の技術
で製造された窒化炭素で見られる炭素と炭素の二重結合
や炭素と窒素の三重結合とは異なり、窒素のトリゴナル
に歪んだｓｐ2軌道が炭素のｓｐ3と共有結合しているヘ
キサメチレンテトラミンで観測される窒素と炭素の単結
合に近似している。このことは本発明によって得られる
窒化炭素が炭素と炭素の二重結合や炭素と窒素の三重結
合を殆ど有さず、大部分が窒素と炭素の単結合であるこ
とを示している。
〜３．５ｅＶ、特に２．８〜３．２ｅＶの光学バンドギ
ャップを示し、半導体としての性質を有する。また、エ
ックス線光電子分光スペクトルは４００〜４００．５ｅ
Ｖ近傍に単一のピークを示す。このピークは従来の技術
で製造された窒化炭素で見られる炭素と炭素の二重結合
や炭素と窒素の三重結合とは異なり、窒素のトリゴナル
に歪んだｓｐ2軌道が炭素のｓｐ3と共有結合しているヘ
キサメチレンテトラミンで観測される窒素と炭素の単結
合に近似している。このことは本発明によって得られる
窒化炭素が炭素と炭素の二重結合や炭素と窒素の三重結
合を殆ど有さず、大部分が窒素と炭素の単結合であるこ
とを示している。
【００１７】本発明の窒化炭素は、通常は７０％以上、
好ましくは９０％以上が窒素と炭素の単結合である。そ
して、それ以外の結合としては、製造条件にもよるが、
約３０％以下、好ましくは１０％かそれ以下の炭素と炭
素の単結合や微量の炭素と水素の単結合、窒素と水素の
単結合が存在する。しかし、本発明により得られる窒化
炭素にこれらの結合が存在しても半導体的な性質にはほ
とんど影響を及ぼすことはない。
好ましくは９０％以上が窒素と炭素の単結合である。そ
して、それ以外の結合としては、製造条件にもよるが、
約３０％以下、好ましくは１０％かそれ以下の炭素と炭
素の単結合や微量の炭素と水素の単結合、窒素と水素の
単結合が存在する。しかし、本発明により得られる窒化
炭素にこれらの結合が存在しても半導体的な性質にはほ
とんど影響を及ぼすことはない。
【００１８】以上のことから、本発明のプラズマＣＶＤ
法によって作製した窒化炭素中では、水素の脱離した２
級もしくは３級アルキルアミンの重合あるいはアンモニ
アとの架橋反応によってＮ−Ｃ単結合を保存した状態で
ネットワークが形成されていると考えられる。
法によって作製した窒化炭素中では、水素の脱離した２
級もしくは３級アルキルアミンの重合あるいはアンモニ
アとの架橋反応によってＮ−Ｃ単結合を保存した状態で
ネットワークが形成されていると考えられる。
【００１９】本発明で得られる窒化炭素は非常に硬くか
つ熱伝導率が大きいため、各種の電子素子材料、特にパ
ワーデバイスとしての用途に好適である。また、バンド
ギャップが広いため青色発光素子への用途が期待でき
る。
つ熱伝導率が大きいため、各種の電子素子材料、特にパ
ワーデバイスとしての用途に好適である。また、バンド
ギャップが広いため青色発光素子への用途が期待でき
る。
【００２０】
【実施例】以下に本発明を実施例で説明するが、本発明
はこの実施例に限定されない。 実施例１ 用いた装置は、ガラス管の周囲に高周波コイルを設置し
た誘導結合型高周波プラズマＣＶＤによる堆積装置であ
り、その概略を図１に示した。ガラス管１の外径は３０
ｍｍ、内径は２６ｍｍであり、該ガラス管周囲に５ター
ン、ピッチ１５ｍｍのコイル２を設置している。
はこの実施例に限定されない。 実施例１ 用いた装置は、ガラス管の周囲に高周波コイルを設置し
た誘導結合型高周波プラズマＣＶＤによる堆積装置であ
り、その概略を図１に示した。ガラス管１の外径は３０
ｍｍ、内径は２６ｍｍであり、該ガラス管周囲に５ター
ン、ピッチ１５ｍｍのコイル２を設置している。
【００２１】液体の無水トリメチルアミンをステンレス
ボンベ３に充填し、室温程度に維持することによって、
蒸気圧１５００Ｔｏｒｒのトリメチルアミンを生成し
た。アンモニアガスは通常の液体ボンベ４より供給し
た。トリメチルアミン及びアンモニアガスボンベに接続
したステンレス配管を、流量制御計５、６を経て結合す
ることによって、両ガスを混合した。ガラス管上部には
原料ガスであるトリメチルアミン・アンモニア混合ガス
をガラス管に導入するためのガス導入口７を設けた。ま
た、ガラス管下部は真空排気装置８に接続し、製膜中は
常時排気を行いガラス管内を低圧に保持した。周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波をコイルの一端に印加し、ガラ
ス管内にてグロー放電を生じさせた。
ボンベ３に充填し、室温程度に維持することによって、
蒸気圧１５００Ｔｏｒｒのトリメチルアミンを生成し
た。アンモニアガスは通常の液体ボンベ４より供給し
た。トリメチルアミン及びアンモニアガスボンベに接続
したステンレス配管を、流量制御計５、６を経て結合す
ることによって、両ガスを混合した。ガラス管上部には
原料ガスであるトリメチルアミン・アンモニア混合ガス
をガラス管に導入するためのガス導入口７を設けた。ま
た、ガラス管下部は真空排気装置８に接続し、製膜中は
常時排気を行いガラス管内を低圧に保持した。周波数１
３．５６ＭＨｚの高周波をコイルの一端に印加し、ガラ
ス管内にてグロー放電を生じさせた。
【００２２】窒化炭素を堆積させる基板９には、シリコ
ンウェハー及び合成石英ガラス基板を用い、該コイル下
端より約３０ｍｍ排気方向側に設置し、室温に保持し
た。堆積条件のうち、ガラス管内における総ガス圧は
０．０１Ｔｏｒｒ、高周波パワーは３０Ｗとした。トリ
メチルアミン及びアンモニアガスの流量は、各々０．４
ｓｃｃｍ及び０．８ｓｃｃｍとした。基板電位はフロー
ティングとした。
ンウェハー及び合成石英ガラス基板を用い、該コイル下
端より約３０ｍｍ排気方向側に設置し、室温に保持し
た。堆積条件のうち、ガラス管内における総ガス圧は
０．０１Ｔｏｒｒ、高周波パワーは３０Ｗとした。トリ
メチルアミン及びアンモニアガスの流量は、各々０．４
ｓｃｃｍ及び０．８ｓｃｃｍとした。基板電位はフロー
ティングとした。
【００２３】まず、ガラス管内及びガス配管内を真空ポ
ンプを用いて１０-6Ｔｏｒｒ台以上の真空度まで排気し
た後、ガラス管内に上記混合ガスを導入した。ガラス管
内における総ガス圧を０．０１Ｔｏｒｒとした後、コイ
ルに高周波を印加し、ガラス管内でグロー放電状態を維
持し、シリコン及び石英基板表面に窒化炭素を堆積し
た。その結果、基板状に約１μｍの厚さの淡黄色の透明
な窒化炭素膜を得た。
ンプを用いて１０-6Ｔｏｒｒ台以上の真空度まで排気し
た後、ガラス管内に上記混合ガスを導入した。ガラス管
内における総ガス圧を０．０１Ｔｏｒｒとした後、コイ
ルに高周波を印加し、ガラス管内でグロー放電状態を維
持し、シリコン及び石英基板表面に窒化炭素を堆積し
た。その結果、基板状に約１μｍの厚さの淡黄色の透明
な窒化炭素膜を得た。
【００２４】図２は得られた膜の光吸収スペクトルであ
る。図ににおいてαは吸収係数である。このスペクトル
は、２．５ｅＶに吸収端を有し、該吸収端より高エネル
ギー側に単調増加を示す。また、同試料のフォトルミネ
センススペクトルは２．５ｅＶにピークを有する単一の
ガウシアン曲線を示す。これらの光学特性は、同試料が
２．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する半導体
的電子状態を有することを示す証拠である。
る。図ににおいてαは吸収係数である。このスペクトル
は、２．５ｅＶに吸収端を有し、該吸収端より高エネル
ギー側に単調増加を示す。また、同試料のフォトルミネ
センススペクトルは２．５ｅＶにピークを有する単一の
ガウシアン曲線を示す。これらの光学特性は、同試料が
２．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する半導体
的電子状態を有することを示す証拠である。
【００２５】また、図３は同試料のエックス線光電子分
光スペクトルである。図３において４００．０ｅＶから
４００．５ｅＶ近傍に単一の窒素の１ｓ軌道に起因する
ピークが観察され、窒素原子が炭素原子と単結合を形成
していることが確認される。
光スペクトルである。図３において４００．０ｅＶから
４００．５ｅＶ近傍に単一の窒素の１ｓ軌道に起因する
ピークが観察され、窒素原子が炭素原子と単結合を形成
していることが確認される。
【００２６】
【発明の効果】本発明により得られる窒化炭素の化学結
合は二重結合や三重結合をほとんど含まず、実質的に単
結合からのみなる窒化炭素である。このような膜は本発
明により初めて得られたものであり、各種の電子素子材
料等の多くの用途が期待され、その意義は極めて大き
い。
合は二重結合や三重結合をほとんど含まず、実質的に単
結合からのみなる窒化炭素である。このような膜は本発
明により初めて得られたものであり、各種の電子素子材
料等の多くの用途が期待され、その意義は極めて大き
い。
【図１】本発明に用いられる誘導結合型高周波プラズマ
ＣＶＤによる堆積装置の１例の概略図である。
ＣＶＤによる堆積装置の１例の概略図である。
【図２】本発明で得られた窒化炭素膜の光吸収スペクト
ルである。
ルである。
【図３】本発明で得られた窒化炭素膜のエックス線光電
子分光スペクトルである。
子分光スペクトルである。
１ ガラス管 ２ 高周波コイル ３ トリメチルアミンボンベ ４ アンモニアボンベ ５，６ 流量制御計 ７ ガス導入口 ８ 真空排気装置 ９ 基板
Claims (5)
- 【請求項１】 ２．０〜３．５ｅＶの光学バンドギャッ
プを有する窒化炭素。 - 【請求項２】 その化学結合が実質的に単結合のみから
なる窒化炭素。 - 【請求項３】 請求項１または２の窒化炭素よりなる
膜。 - 【請求項４】 第２級もしくは第３級アミンをプラズマ
で化学的気相成長せしめることを特徴とする請求項１ま
たは２の窒化炭素の製造方法。 - 【請求項５】 第２級もしくは第３級アミンおよびアン
モニアガスをプラズマで化学的気相成長せしめることを
特徴とする請求項１または２の窒化炭素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09059296A JP4034841B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 窒化炭素及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09059296A JP4034841B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 窒化炭素及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09255314A true JPH09255314A (ja) | 1997-09-30 |
| JP4034841B2 JP4034841B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=14002743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09059296A Expired - Fee Related JP4034841B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 窒化炭素及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4034841B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7989272B2 (en) | 2003-02-28 | 2011-08-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Composition of carbon nitride, thin film transistor with the composition of carbon nitride, display device with the thin film transistor, and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP09059296A patent/JP4034841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7989272B2 (en) | 2003-02-28 | 2011-08-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Composition of carbon nitride, thin film transistor with the composition of carbon nitride, display device with the thin film transistor, and manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4034841B2 (ja) | 2008-01-16 |
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