JPS63186417A - Formation of semiconductor carbon thin film - Google Patents
Formation of semiconductor carbon thin filmInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ、産業上の利用分野
本発明は、反応性スパッタ法により基板上に強固な炭素
薄膜を形成する方法に関し、特に炭素源として用いる固
体のグラファイトに、予め必要とするドーパントを埋め
込んでおき、これを複合ターゲットとして極一般的スパ
ッタ法に準拠しつつ、基板上に半導体化炭素薄膜を形成
する方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Industrial Application Field The present invention relates to a method for forming a strong carbon thin film on a substrate by reactive sputtering. The present invention relates to a method of forming a semiconducting carbon thin film on a substrate by embedding a dopant and using this as a composite target in accordance with a very general sputtering method.
Ｂ９発明の概要
本発明は、低圧水素ガスを含む雰囲気の真空室内におい
てグラファイトターゲットを用いて行う水素ガス反応性
スパッタ法において、
前記グラファイトターゲットに、面積比で０．１〜ｌＯ
％のアルミニウムを埋め込んで形成した複合ターゲット
を用いることにより、
毒性の強いガスを用いる必要をなくし、かっ膜質コント
ロールを容易にしたものである。B9 Summary of the Invention The present invention provides a hydrogen gas reactive sputtering method using a graphite target in a vacuum chamber in an atmosphere containing low-pressure hydrogen gas.
By using a composite target formed by embedding 100% aluminum, the need for highly toxic gases is eliminated, making it easier to control the quality of the cartilage.
Ｃ１従来の技術
従来、プラグ？ ＣＶ Ｄ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａ
ｐｏｕｒ Ｄｅｐ−ｏｓｉｔｉｏｎ）法や反応性スパッ
タ法などによるダングリングボンド数が少なく、抵抗の
高い炭素薄膜の形成方法が知られている。C1 Conventional technology Conventional, plug? CV D (Chemical Va.
BACKGROUND ART There are known methods of forming carbon thin films with a small number of dangling bonds and high resistance, such as by a depour-position method or a reactive sputtering method.
そこで、一般の半導体と同様に、これを１ｎｔｒｉ−ｎ
ｓｉｃ膜とし、適当な不純物をドーピングして、ワイド
ギャップ（Ｅｇ＝１．５ｅＶ以上）半導体として用いる
ことが考えられる。Therefore, like general semiconductors, this is 1ntri-n
It is conceivable to form a SIC film, dope it with appropriate impurities, and use it as a wide gap (Eg=1.5 eV or more) semiconductor.
Ｄ８発明が解決しようとする問題点
プラズマＣＶＤ法で製造されるアモルファスシリコンの
場合、ジボラン＜ ＢｔＨａ）やホスフィン（Ｐ Ｈｓ
）が用いられるが、主原料となるシラン（ＳｉＨ，）
も含め、各々毒性の高いガスである。D8 Problems to be solved by the invention In the case of amorphous silicon manufactured by plasma CVD method, diborane < BtHa) and phosphine (PHs
) is used, but the main raw material is silane (SiH, ).
These gases are highly toxic.
炭素薄膜の形成では、水素ガスやメタンガス、エタン系
ガスが多く用いられており、ドーピングのためにジボラ
ンやホスフィンを用いると、新たに毒性の高いガスを導
入することとなるという問題点がある。In forming carbon thin films, hydrogen gas, methane gas, and ethane-based gases are often used, and when diborane or phosphine is used for doping, there is a problem in that a new highly toxic gas is introduced.
また、ガスは導入する場合、ガス中のドーパントの割合
と薄膜中のドーパントの量とが一般に同じでないという
短所がある。Also, when a gas is introduced, there is a disadvantage that the proportion of dopant in the gas and the amount of dopant in the thin film are generally not the same.
本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
ある。The present invention attempts to solve the above-mentioned conventional problems.
Ｅ６問題点を解決するための手段
本発明においては、上記従来の問題点を解決するため、
反応性スパッタ法による炭素薄膜の形成方法において、
グラファイトに、面積比で０．１〜ｌＯ％のアルミニウ
ムを埋め込んで複合ターゲットを形成した。E6 Means for Solving Problems In the present invention, in order to solve the above conventional problems,
In a method for forming a carbon thin film by reactive sputtering,
A composite target was formed by embedding aluminum in an area ratio of 0.1 to 10% in graphite.
Ｆ０作用
本発明においては、真空室内を低圧水素ガスを含む雰囲
気として室内に炭素薄膜を形成すべき基板を設置すると
共に、面積比で０．１〜１０％のアルミニウムを埋め込
んで形成された複合グラファイトターゲットを電極に設
置し、これと対向電極との間に高周波電圧を印加して基
板上に炭素薄膜を形成する。ドーパントであるアルミニ
ウムが固定であるため、取扱い、濃度コントロールが容
易で、しかもガスと異なり流してしまう無駄がない。F0 action In the present invention, a substrate on which a carbon thin film is to be formed is placed in a vacuum chamber with an atmosphere containing low-pressure hydrogen gas, and a composite graphite formed by embedding aluminum in an area ratio of 0.1 to 10% is used. A target is placed on the electrode, and a high frequency voltage is applied between the target and a counter electrode to form a carbon thin film on the substrate. Because the dopant, aluminum, is fixed, it is easy to handle and control its concentration, and unlike gas, there is no waste in flushing it out.
Ｇ、実施例 図について本発明の詳細な説明する。G. Example DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in detail with reference to the figures.
第１図にこの実施例において用いるスパッタ装置を示す
。同図において、ｌは真空室で、この真空室Ｉは、排気
口２、雰囲気ガス導入口３を備えている。真空室ｌ内に
は、複合グラファイトターゲット４と、第１基板保持部
を兼ねた対向電極５とが対向設置され、これら両者間に
は高周波電源６からマツチングボックス７を介して高周
波電圧が印加されるようになっている。第２基板保持部
８は、複合グラファイトターゲット４と対向電極５との
対向部の両側方に位置して真空室ｌの側壁上に相対向し
て一対設けられ、また第３基板保持部９は対向電極５の
後方に位置して真空室１の側壁上に設けられている。１
０は各基板保持部に装着された炭素薄膜を形成すべき基
板である。FIG. 1 shows a sputtering apparatus used in this example. In the figure, l is a vacuum chamber, and this vacuum chamber I is equipped with an exhaust port 2 and an atmospheric gas inlet 3. In the vacuum chamber l, a composite graphite target 4 and a counter electrode 5 which also serves as a first substrate holder are installed facing each other, and a high frequency voltage is applied between them from a high frequency power source 6 via a matching box 7. It is supposed to be done. A pair of second substrate holding parts 8 are provided on both sides of the facing part of the composite graphite target 4 and the counter electrode 5, and are provided facing each other on the side wall of the vacuum chamber l. It is located behind the counter electrode 5 and provided on the side wall of the vacuum chamber 1 . 1
0 is a substrate on which a carbon thin film is to be formed, which is attached to each substrate holder.
複合グラファイトターゲット４は、第２図に示すように
、グラファイトに面積比で０．３％のアルミニウム１１
を埋め込んで成るものである。As shown in FIG. 2, the composite graphite target 4 has aluminum 11 in an area ratio of 0.3% to graphite.
It consists of embedding.
しかして、この実施例のスパッタ装置を動作させた状態
において、第１図に示すように電極対向部からその外側
に向かって順次、励起Ｃ，Ｃ−Ｈ種ソース域＆、プラズ
マ中で励起Ｃ，Ｃ−Ｈ種がトランスポートする領域す、
Ｃ，Ｃ−Ｈ種がソフトデポジションする領域Ｃが形成さ
れる。そして、上記第２．第３の基板保持部８．９は、
何れもＣ１Ｃ−Ｈ種がソフトデポジションする領域Ｃ内
に配置されている。When the sputtering apparatus of this embodiment is operated, as shown in FIG. , the region where the C-H species is transported,
A region C is formed in which the C, C-H species are soft deposited. And the second above. The third substrate holding part 8.9 is
Both are arranged in region C where C1C-H species are soft deposited.
上記スパッタ装置を用いて基板１０上に炭素薄膜を形成
した具体的実施例を以下に説明する。A specific example in which a carbon thin film was formed on the substrate 10 using the above sputtering apparatus will be described below.
真空室１内に複合グラファイトターゲット４、炭素薄膜
を形成すべき基板ｌＯを設置した後、真空室ｌ内を１．
３３Ｘ１０’Ｐａ （１０’Ｔｏｒｒ）まで減圧し、水
素（ｒ−ｒ 、 ）ガスを６（ｉ、７Ｐａ（０，５Ｔｏ
ｒｒ）まで導入する。After installing the composite graphite target 4 and the substrate lO on which a carbon thin film is to be formed in the vacuum chamber 1, the inside of the vacuum chamber l is heated as follows.
The pressure was reduced to 33X10'Pa (10'Torr), and hydrogen (r-r, ) gas was
rr).
室内圧力（Ｆｏｘ）が安定した後、高周波（１３，５６
Ｍ Ｉ−Ｉ ｚ ）電力をターゲット４に対し６．８Ｗ
／ＣＲ１に設定し、８時間スパッタした。この結果、各
保持部５，８．９にセットした基板１０上に形成された
炭素薄膜の特性を下表に示す。比較のために、グラファ
イトのみから成るターゲットを用いた場合の特性を最右
欄に示す。After the room pressure (Fox) stabilizes, the high frequency (13, 56
M I-I z ) power to target 4 6.8W
/CR1, and sputtering was performed for 8 hours. As a result, the characteristics of the carbon thin film formed on the substrate 10 set in each holding part 5, 8.9 are shown in the table below. For comparison, the properties when using a target made only of graphite are shown in the rightmost column.
上記表に示されるように、バンドギャップをほとんど変
えずに、抵抗率が下がっている結果から、Ａｌ１がアク
セプターとして炭素薄膜中に取り込まれたと考えられ、
かつこの膜はＰ型半導体化炭素薄膜といえる。As shown in the table above, the resistivity decreased with almost no change in the bandgap, which suggests that Al1 was incorporated into the carbon thin film as an acceptor.
Moreover, this film can be said to be a P-type semiconducting carbon thin film.
第３図は、Ｓｉ基板上に形°成された膜のＳＩＭＳ（Ｓ
ｅｃｏｎｄａｒｙ ｆａｎ Ｍａｓｓ ５ｐｅｃＬ
ｒｏｓｃｏｐｙ：二重イオン質量イオン分析法）の結果
を示すもので、これから、膜中にＡＱが取り込まれてい
ることが明らかである。Figure 3 shows SIMS (SIM) of a film formed on a Si substrate.
econdary fan Mass 5pecL
roscopy (double ion mass ion spectrometry), from which it is clear that AQ is incorporated into the membrane.
第４図は、グラファイトターゲット４の面積に対する埋
込アルミニウム部分の面積の割合を種々変えた場合の炭
素薄膜の抵抗率ρとＥｇｏの結果を示すものである。FIG. 4 shows the results of the resistivity ρ and Ego of the carbon thin film when the ratio of the area of the embedded aluminum portion to the area of the graphite target 4 was varied.
第５図は、ＡＱを面積比で０．３％埋め込んだ複合グラ
ファイトターゲット４を用い、真空室ｌ内界囲気Ｐ １
−１１を１．３３Ｐａ （０，０１Ｔｏ ｒ ｒ）〜２
６７Ｐａ （２，０Ｔｏｒｒ）と変化させたときの抵抗
率ρとＥｇｏの変化を示すものである。Fig. 5 shows that a composite graphite target 4 in which AQ is embedded in an area ratio of 0.3% is used, and the surrounding air P 1 in a vacuum chamber l is used.
-11 to 1.33Pa (0,01Torr)~2
It shows the change in resistivity ρ and Ego when changed to 67 Pa (2.0 Torr).
なお、第３図乃至第５図の試料は、何れも第１図に示す
スパッタ装置の第２基板保持部８にセットして炭素薄膜
を形成した基板ＩＯである。The samples shown in FIGS. 3 to 5 are all substrates IO which were set in the second substrate holding part 8 of the sputtering apparatus shown in FIG. 1 to form a carbon thin film.
以上のデータから、以下の結論が得られる。From the above data, the following conclusions can be drawn.
（１）グラファイトターゲットに埋め込まれるＡＱは、
面積比で０．１〜１０％が望ましい。ＡＱの量が０５１
％以下では抵抗率変化はみられず、１０％以上ではＥｇ
ｏが小さくなりすぎてワイドギャップ半導体となり得ず
、不適当である。(1) The AQ embedded in the graphite target is
The area ratio is preferably 0.1 to 10%. The amount of AQ is 051
% or less, no change in resistivity is observed, and above 10%, Eg
o is too small to be a wide gap semiconductor, which is inappropriate.
（２）水素圧力ＰＨ１は、１．３３Ｐａ〜６６５Ｐλが
望ましい。１．３３Ｐａ以下では、ρ。(2) Hydrogen pressure PH1 is preferably 1.33 Pa to 665 Pλ. Below 1.33 Pa, ρ.
Ｅｇｏ共に小さくてワイドギャップ半導体とはなり得ず
、６６５Ｐａ以下では、ドーピング効果がほとんど現れ
ない。Both Ego and Ego are too small to form a wide gap semiconductor, and at 665 Pa or less, the doping effect hardly appears.
なお、この実施例では、スパッタガスとして、Ｈ、のみ
を用いたが、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）の不活
性ガスとの混合ガスを用いても、全く同等の効果が得ら
れる。In this example, only H was used as the sputtering gas, but the same effect can be obtained even if a mixture of argon (Ar) and neon (Ne) with an inert gas is used.
また、１ｎｔｒｉｎｓｉｃ状態のρとＥｇｏとを大きく
する目的で、微ｆｆ１（Ｈｚに対して１〜１０１００ｐ
ｐのフッ素Ｆｔｒ酸素Ｏ１を含む混合ガスを用いても良
い。下表は、その−例として、内圧６６．７Ｐａ（０，
５Ｔｏ ｒ ｒ）で上記混合ガスを用いて形成した１ｎ
ｔｒｉｎｓｉｃ膜と埋込複合ターゲット（面積比０．３
％）を用いて形成した半導体化膜の特性である。なお、
その他の実験条件は先のものと同じである。In addition, for the purpose of increasing ρ and Ego in the 1ntrinsic state, a fine ff1 (1 to 10100 p to Hz)
A mixed gas containing p fluorine Ftr oxygen O1 may be used. The table below shows, as an example, an internal pressure of 66.7 Pa (0,
1n formed using the above mixed gas at 5 Tor r
trisic film and embedded composite target (area ratio 0.3
%). In addition,
Other experimental conditions were the same as the previous ones.
上記例において、微量ガスを１〜１１００ｐｐとしたの
は、ｌｐｐｍでは効果が現れず、１１００ｐｐ以上では
却って混合しない場合よりρとＥｇｏとも小さくなるか
らである。In the above example, the trace gas was set at 1 to 1100 ppm because at 1 ppm no effect appears, and at 1100 pp or more, both ρ and Ego become smaller than when they are not mixed.
なお、本発明の方法の実施にあたっては、第１図に示す
スパッタ装置以外に種々の他の装置を用いることができ
る。また、特に特許請求の範囲において限定のない実施
条件については、上記実施例の条件に限るものではない
。Note that in carrying out the method of the present invention, various other apparatuses can be used in addition to the sputtering apparatus shown in FIG. Furthermore, implementation conditions that are not particularly limited in the scope of the claims are not limited to the conditions of the above embodiments.
アルミニウムのグラファイトターゲットへの埋込法は、
第２図（ａ）の他に同図（ｂ）、（ｃ）に示すような方
法がある。これらに共通して重要なことは、埋込部の面
積比と均一性であり、これらの例のものは、前向様な効
果を得ることができる。ドーパントの充填法としては、
パウダーを詰める方法や、真空脱ガス成形法で仮成形し
て入れる等の方法があるが、製膜時に不純物ガスが含ま
れない方法であれば、どのような方法を用いても良い。The method of embedding aluminum into a graphite target is
In addition to the method shown in FIG. 2(a), there are methods shown in FIG. 2(b) and (c). What is important in common to these is the area ratio and uniformity of the embedded portion, and these examples can provide an anterior-like effect. The dopant filling method is as follows:
There are methods such as filling with powder and temporarily molding using a vacuum degassing molding method, but any method may be used as long as it does not contain impurity gas during film formation.
Ｈ、発明の効果
以上のように、本発明においては、反応性スパッタ法に
よる炭素薄膜の形成方法において、グラファイトターゲ
ットを、面積比で０．１−１０％のアルミニウムを埋め
込んで形成する方法を採用したため、以下のような効果
を奏する。H. Effects of the Invention As described above, in the present invention, in the method of forming a carbon thin film by reactive sputtering, a method is adopted in which a graphite target is embedded with aluminum in an area ratio of 0.1 to 10%. Therefore, the following effects are achieved.
（１）（ＣＨｓ）３Ａ１２などの特殊なガスを併用する
など他種類のガスを用いることなく、従って、安全かつ
簡単にＡＱがドーピングされた半導体化炭素薄膜を形成
することができる。(1) A semiconducting carbon thin film doped with AQ can be safely and easily formed without using other types of gas such as a special gas such as (CHs)3A12.
（２）複合グラファイトターゲット中におけるアルミニ
ウムの面積比を変化させることにより、炭素薄膜中のド
ーパント濃度を容易にコントロールすることができる。(2) By changing the area ratio of aluminum in the composite graphite target, the dopant concentration in the carbon thin film can be easily controlled.
（３）ガスドーピング法におけるようにガスが流れてし
まう無駄がないので、微量でドーピング効果がある。(3) Unlike the gas doping method, there is no waste of gas flowing, so there is a doping effect with a small amount.
（４）ドーパントとしてのアルミニウムは粉末や粒状の
ものを使用できるので、取扱いが容易である。(4) Since aluminum as a dopant can be used in powder or granular form, it is easy to handle.
第１図乃至第５図は本発明の実施例を示すもので、第１
図はスパッタ装置の概略的断面図、第２図（ａ）、（ｂ
）、ＣＣ’）は複合グラファイトターゲットの平面図及
びＡ−Ａ断面図、第３図はＳＩＭＳによる濃度プロフィ
ルを示す図表、第４図は複合グラファイトターゲットの
アルミニウムの面積比による抵抗率ρの変化を示す図表
、第５図は抵抗率ρの混合ガス依存性を示す図表である
。
１・・・真空室、４・・・複合グラファイトターゲット
、５・・・対向電極、６・・・高周波電源、１０・・・
基板、１１・・・窒化アルミニウム。
第３図
ＳＩＭＳＩ：、ｊ５Ｊ！ｓプ０７Ｙル
スハ゛１５詩Ｍ （ｍｉｎ）
第４図
■貝二！二よ３Ｐ夛イ乙1 to 5 show embodiments of the present invention.
The figure is a schematic cross-sectional view of the sputtering apparatus, FIGS. 2(a) and 2(b).
), CC') are the plan view and A-A sectional view of the composite graphite target, Figure 3 is a diagram showing the concentration profile by SIMS, and Figure 4 is the change in resistivity ρ depending on the area ratio of aluminum in the composite graphite target. The chart shown in FIG. 5 is a chart showing the dependence of resistivity ρ on mixed gas. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vacuum chamber, 4... Composite graphite target, 5... Counter electrode, 6... High frequency power supply, 10...
Substrate, 11...aluminum nitride. Figure 3 SIMSI:, j5J! SP 07Y Rusuha 15 poems M (min) Figure 4 ■Kaiji! 2yo 3P group
Claims (4)
ラファイトターゲットを用いて行う水素ガス反応性スパ
ッタ法において、前記グラファイトターゲットが面積比
で０．１〜１０％のアルミニウムを埋め込んで形成され
ていることを特徴とする半導体化炭素薄膜の形成方法。(1) In the hydrogen gas reactive sputtering method using a graphite target in a vacuum chamber in an atmosphere containing low-pressure hydrogen gas, the graphite target is formed by embedding aluminum in an area ratio of 0.1 to 10%. A method for forming a semiconducting carbon thin film characterized by:
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の半
導体化炭素薄膜の形成方法。(2) The method for forming a semiconducting carbon thin film according to claim (1), wherein the vacuum chamber pressure is set to 1.33 to 665 Pa.
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
第（２）項に記載の半導体化炭素薄膜の形成方法。(3) The method for forming a semiconducting carbon thin film according to claim (1) or (2), characterized in that the atmosphere in the vacuum chamber is a mixed gas of H_2+Ar.
混合ガスとしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項に記載の半導体化炭素薄膜の形成
方法。(4) The atmosphere in the vacuum chamber is a mixed gas of F_2, O_2 and H_2.
) or (2), the method for forming a semiconducting carbon thin film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1895887A JPS63186417A (en) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | Formation of semiconductor carbon thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1895887A JPS63186417A (en) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | Formation of semiconductor carbon thin film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63186417A true JPS63186417A (en) | 1988-08-02 |
Family
ID=11986153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1895887A Pending JPS63186417A (en) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | Formation of semiconductor carbon thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63186417A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01152118A (en) * | 1988-07-19 | 1989-06-14 | Asahi Glass Co Ltd | Reaction injection molding method |
| JPH01230618A (en) * | 1988-12-02 | 1989-09-14 | Asahi Glass Co Ltd | Reaction injection molding |
| WO1994012680A1 (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-09 | Gehan Anil Joseph Amaratunga | Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon |
| US6899828B2 (en) * | 1999-05-10 | 2005-05-31 | Nanyang Technological University | Composite coatings |
| EP1837418A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-26 | Hitachi, Ltd. | High-hardness carbon coating |
-
1987
- 1987-01-29 JP JP1895887A patent/JPS63186417A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01152118A (en) * | 1988-07-19 | 1989-06-14 | Asahi Glass Co Ltd | Reaction injection molding method |
| JPH01230618A (en) * | 1988-12-02 | 1989-09-14 | Asahi Glass Co Ltd | Reaction injection molding |
| WO1994012680A1 (en) * | 1992-11-25 | 1994-06-09 | Gehan Anil Joseph Amaratunga | Doping of highly tetrahedral diamond-like amorphous carbon |
| US6899828B2 (en) * | 1999-05-10 | 2005-05-31 | Nanyang Technological University | Composite coatings |
| EP1837418A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-26 | Hitachi, Ltd. | High-hardness carbon coating |
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