JPS61277118A - 導電性薄膜および導電性パタン形成方法 - Google Patents

導電性薄膜および導電性パタン形成方法

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JPS61277118A
JPS61277118A JP11875185A JP11875185A JPS61277118A JP S61277118 A JPS61277118 A JP S61277118A JP 11875185 A JP11875185 A JP 11875185A JP 11875185 A JP11875185 A JP 11875185A JP S61277118 A JPS61277118 A JP S61277118A
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JP
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conductive
thin film
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ion
film
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雅人 右田
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/105Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by conversion of non-conductive material on or in the support into conductive material, e.g. by using an energy beam

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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、導電性が特に良好な導電性薄膜および導電性
パタンの形成方法に関するものである。
〔発明の背景〕
有機分子、特に有機高分子の電気伝導機構は、キャリア
移動が分子鎖に沿って起こる分子内伝導と分子鎖間で起
こる分子間伝導とに分けられ、分子内伝導の方が大きな
ギヤリア移動度を有することが知られている。したがっ
である程度分子配向がそろっている高分子中では、1次
元的な電気伝導が生じることになる。ポリアセチレン(
CH)xは半導体的性質を有し、無機半導体と同様ドナ
(D)やアクセプタ(A)をドーピングすることによっ
て、n型やp型の制御が可能である。またドーピング量
を変えて、その導電率を10− Ω 口から102Ω−
’C71’l’−’の広範囲にわたって自由に選択でき
る。このような半導体的性質をもつ高分子材料は少ない
が、ポリピロール(PPy)、ポリチオフェン(PTh
)、ポ゛リフエニレンスルフィド(PPS)等の高分子
はドーピングにより著しく導電率を高め、金属的な挙動
を示すようになる。
従来のドーピング方法は化学的あるいは電気化学的に行
うのが一般的であるが、これらの方法では低分子のドナ
(D)あるいはアクセプタ(A)を拡散によって高分子
中に導入するために、ドープされた分子は比較的動きや
すい。したがって水分や酸素等の雰囲気の影響を受けや
すく、またpn接合を形成させても接合面での補償効果
が著しいという欠点がある(特開昭58−12319)
。この欠点を改善するために、最近高分子へのイオン注
入法による導電性制訂が試みられるようになった。
(SN)xおよび(CH)xのような電子機能性高分子
にイオン注入を最初に試みたのはWeberら(W、N
AIl、en、 P、 Brane、 C,A、 Ca
rosella、 J、 J、 De Corpo、 
C。
T、 Wing、 F、 A、 5ealfeld、 
D、 C,Weber;ジャーナル、−オブ・シンセテ
ィック・メタルズ: J、 SyntheticMet
als、 1151 (1980))であった。25〜
90 Ke Vに加速されたBr++ Pd+のイオン
注入により高分子フィルムの若干の導電率向上が観測さ
れたが、いわゆるドーピングとは異り、pn制御ではな
く高分子表面の化学変化(例えばカーボニゼーション)
に起因するものである。
Dresselhousら(H,Mazurek、 D
、 R,Day、 E、 W、 Maby。
T、 S、 Abel、 S、 D、 5enturi
a、 M、 S、 Dresselhous、 G、 
Dress−elhous;ジャーナル・オブ・ポリマ
ーサイエンスポリマーフィジックス: J、 Poly
m、 Sci、 Polym、 Phys。
Ed、、、 21537 (1983) )は、PPs
ニ不活性なKr”を注入し導電率の向上を観測したが、
これも同様にイオン衝撃による高分子表面付近の化学構
造変化に起因し、ドーピング効果ではない。上記のよう
に数]、0KeV以上の高エネルギーイオン注入による
上記の方法では、高分子の破壊および劣化が著しく、そ
のために導電性の制御が困難である上、ドーピング自体
の効果もその有無が明確でないなどの欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は、上記の欠点を改善し、すぐれた導電特性を有
する導電性薄膜および導電性パタンの形成方法を得るこ
とを目的とする。
〔発明の概要〕
有機芳香族分子による真空蒸着膜形成時に基板上に向け
て蒸着と同時に低エネルギーのHe+イオンビームを照
射したところ、黒色の半導性を有する高分子薄膜が形成
されることを見出した。そこで所定のパタンを有するマ
スクをイオンビーム行路中に設置し、膜形成を行うとと
もにアクセプタ(A)ないしドナ(D)イオンビームを
照射シたところ、導電性パタンか転写できた。また転写
後、上記蒸着基板を適当な温度に加熱することにより、
導電性を有するイオンドープされた高分子薄膜パタンだ
けを基板に残し、絶縁性部分を加熱除去できた。この方
法によってn型やp型の制御可能な導電性高分子薄膜お
よび導電性高分子薄膜パタンを形成することができた。
また上記方法により形成した導電性高分子薄膜および導
電性高分子薄膜パタンは、水分や酸素等の雰囲気の影響
を受けにくく、またpn接合を形成させても接合面での
補償効果が従来の方法に較べて著しく低減できることを
見出した。本発明に用いられる有機物質として好ましい
ものの一例をあげると、一般式で示されるものであり、
(1)はピレン、(2)はべりレン、(3)はアントラ
セン、(4)はカルバゾールである。
ただし上記一般式(1)〜(4)中のRn(n= 1〜
4 )は、水素、アルカン基、アルケン基、アルキン基
、フェニル基、水酸基、アルデヒド基、ビニル基、カル
ボキシル基、アセチレン基の中から選ばれた元素または
置換基である。上記Rnは必ずしも1種だけでなく、1
つの化合物に2種以上の置換基を含むものも含まれる。
また有機金属錯体などにおいても効果が期待される。具
体的には、ピレン、ペリレン、ビニルアントラセン、銅
フタロシアニン等の誘導体があげられる。上記のように
本発明は、基板上に有機物質を真空蒸着すると同時また
は順次に、上記基板上にHe+、 Ar+およびNe+
から選ばれた少な(とも1種以上の不活性ガスイオンと
ドーパントイオンとを、別々にまたは同時に照射し、非
照射部分を除去することにより、導電性薄膜および導電
性パタンを形成するものである。
〔発明の実施例〕
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明の実施例を形成する薄膜形成装置の構成
を示す図、第2図は実施例1で形成された導電性膜のX
線回折図、第3図はドーパントの補償効果を示す導電変
化の測定値を示す図、第4図は本発明の一実施例を示す
半導体構造図である。
実施例1 本実施例の薄膜形成に用いた装置の構成を第1図に示す
。排気口1とヒータ2を有する蒸発るつぼ3とを備えた
チャンバ4に、イオン化室5および6に接続されたイオ
ン制御部7および8と、ドーパントガス導入管9とを導
入し、これらのイオン出射口10および11、ドーパン
トガス出射口12と上記蒸発るつぼ3の口を、チャンバ
4の基板ホルダ13上に設けた基板14の方向にそれぞ
れ向けて設置してあ・る。第1図における15はシャッ
タ、16は基板加熱用ヒータである。有機芳香族分子で
あるピレン分子を蒸発るつぼ3のヒータ2で加熱し、石
英基板14上に3OA/秒の蒸着速度で真空蒸着すると
同時に、上記基板14に向けてイオン出射口10からH
e+イオンビーム(0,5KeV、 20 nA /に
lr sec )を照射したところ、イオンビーム照射
領域に、主構造が(5)に示す互変構造を有する黒色金
属光沢の半この導電性膜は第2図にX線回折図を示すが
、基板面に(001)面が平行な配向性を持つ結晶性高
分子であった。化学構造の同定は、他に赤外域吸収、紫
外可視域吸収、CHN元素分析、およびESR測定によ
り行った。上記導電膜の導電率は約10−7〜10−8
Ω−’Cm=であった。
所定のパタンを有するマスクをイオンビーム行路上に設
置し、マスクパタンに従って透過したイオンビーム照射
下において膜形成を行ったところ、イオン照射部分だけ
が導電性を有する黒色の導電パタンか転写された。つぎ
に基板温度を加熱用ヒータ16で150℃に加熱したら
、イオン未照射部分は蒸発し基板14上には導電パタン
か形成された。
本発明の方法によると、アントラセン、9−ビニルアン
トラセン−カルバゾール等の有機分子ヲ用いた場合も、
導電性パタンか形成された。また収束イオンビームを用
いて、直接パタン描画を行うことによっても導電性高分
子パタンか形成できた。
実施例2 第1図に示す装置を用いて、He+イオン照射下で半導
性高分子薄膜を形成すると同時に、ドナ(D)やアクセ
プタ(A)イオンビームをイオン出射口11から照射す
ることによって、導電性高分子薄膜および導電性パタン
を形成することができる。
蒸着分子として蒸発るつぼ3にピレンを入れ蒸着速度2
OA/秒、蒸着時間5分で真空蒸着を行うとともに、イ
オンビームとしてHe”(0,5KeV、 20nA/
cIlsec)およびよう素ガスをイオン化室6でイオ
ン化することにより発生するイオンを基板14に照射し
て、室温石英基板14上に導電性高分子薄膜を形成する
ことができた。イオンの照射電流密度が30 n A/
al secの場合、導電膜の導電率は3.6X10Ω
−’Cm””’であった。またHe+イオンビームの行
路上にマスクパタンを設置してドーピング膜を形成した
のち、上記基板14を150℃に加熱したところ、上記
マスクパタンにしたがった導電性高分子薄膜パタンか形
成された。
また、He+を照射しなからピレンの真空蒸着を行うと
同時に、ドーパントガス出射口12からよう素ガスを導
入することによっても、導電性の向上を認めることがで
きた。
実施例3 蒸発るつぼ3を用い、室温基板14上にアントラセンを
30 A、7秒の速度で5分間真空蒸着すると同時に、
0.6 KeV、 15nA/C7+!see (7)
 He+をイオン出射口10から照射し、かつひ素イオ
ンをイオン出射口1]から0.2 KeV、 20 n
A/(−Iilsecで照射して、基板14上のHe+
照射部分にアントラセンよりなる導電率4.8Ω−’C
m−’の導電性薄膜を得た。X線回折測定によって、上
記高分子膜は(001)面が基板に平行な優先配向性を
有する結晶性高分子膜であることが認められた。
実施例4 室温基板14の表面にるつぼ3を用いてピレンを30A
/秒の速度で5分間蒸着しながら、イオン出射口10か
らQ、5 KeV、 20 nA/cItsecのHe
イオンを照射し、かつイオン出射口11からL】+イオ
ンを0.2KeV、 20nA /(7secで照射注
入して、4,2Ω−’Cm’の導電率を有する膜厚90
00 Aの膜が形成できた。
一方、同一条件で膜の形成を行うと同時に、0.2Ke
Vの加速エネルギーで電流密度をOから30nA/al
 SeCまで連続的に変化させてよう素イオンを照射し
膜を形成したところ、第3図に示すような導電部の変化
(補償効果)が見られた。このことから導電性の原因が
ドーパント1こよるものであることが明らかである。
実施例5 室温のアルミニウム蒸着基板上にピレンを30A/秒の
速度で蒸着すると同時に、0.5 KeV、 2QnA
/(−IIsecのHe+を照射しながら10秒間の時
間間隔で、0.2 KeV、 2QnA/L:r!se
cのよう素イオンと0.2 KeV。
20 nA/C!secのLi+イオンとを交互に照射
し、第4図に示すような各層の膜厚が300 Aの層状
pn接合構造を作製することができた。第4図において
17、17’、 17’はそれぞれn型半導体層を示し
、18゜18’、 18’はそれぞれp型半導体層を示
し、19および20はAI!電極である。
〔発明の効果〕
上記のように本発明による導電性薄膜および導電性パタ
ン形成方法は、基板上に有機物質を真空蒸着すると同時
または順次に、上記基板上にHe”。
Ar+およびNe+から選ばれた少なくとも1種以上の
不活性ガスイオンとドーパントイオンとを、別別にまた
は同時に照射することにより、通常の芳香族有機化合物
を用いて1つの真空チャンバ内で半導性高分子薄膜を形
成し、かつアクセプタまたはドナのイオンビームドーピ
ングを行い、導電性高分子薄膜を極めて簡便に形成する
ことができる。
また照射イオンの行路上にマスクパタンを設置すること
により導電性パタンか形成できる。さらに収束性イオン
ビームを用いる直接描画によっても導電性パタンを容易
に形成することができる。なお本発明により1作成した
導電性高分子薄膜および導電性高分子パタンは、基板に
対する付着強度が輸〈−7に分や酷*などの宏囲気の影
響を受けにくいため、安定な導電特性を有する導電性薄
膜および導電性パタンを得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を形成する薄膜形成装置の構成
を示す図、第2図は実施例1で形成された導電性膜のX
線回折図、第3図はドーパントの補償効果を示す導電変
化の測定値を示す図、第4図は本発明による一実施例を
示す半導体構造図である。 3・・・蒸発用るつぼ 4・・・チャンバ 10.11・・・イオン出射口 12・・・ドーパントガス出射口 14・・・基板 16・・・加熱用ヒータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に有機物質を真空蒸着すると同時または順
    次に、上記基板上にHe^+、Ar^+およびNe^+
    から選ばれた少なくとも1種以上の不活性ガスイオンと
    ドーパントイオンとを、別々にまたは同時に照射し、非
    照射部分を除去する導電性薄膜および導電性パタン形成
    方法。
  2. (2)上記不活性ガスイオンは、その加速電圧が10K
    eV以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の導電性薄膜および導電性パタン形成方法。
  3. (3)上記ドーパントイオンは、水素、酸素、ハロゲン
    、ほう素、ひ素、りん、アンチモン、ナトリウム、リチ
    ウム、パラジウムおよびそれらを含む物質より発生する
    イオンであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項記載の導電性薄膜および導電性パタン形成方
    法。
  4. (4)上記ドーパントイオンの照射は、チャンバ内にド
    ーパントガスを導入した雰囲気中で、He^+、Ar^
    +およびNe^+から選ばれた少なくとも1種以上のイ
    オンビームを照射することにより行うことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載し
    た導電性薄膜および導電性パタン形成方法。
  5. (5)上記イオン非照射部分の除去は、イオンビーム照
    射と同時または順次に、基板を加熱して行うことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに
    記載した導電性薄膜および導電性パタン形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63206465A (ja) * 1987-02-20 1988-08-25 Fujitsu Ltd 導体パタ−ンの製造方法
WO2012043732A1 (ja) * 2010-10-01 2012-04-05 株式会社エス・エフ・シー 成膜方法

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