JPS63192226A

JPS63192226A - 半導体化炭素薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPS63192226A
Application number: JP2533887A
Authority: JP
Inventors: Misuzu Watanabe; 渡辺　三鈴
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1987-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1988-08-09

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】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半導
体化炭素薄膜を形成する方法の改良に関し、特に炭素源
としての炭化水素ガスと水素ガス、窒素ガスの混合ガス
をスパッタガスとし、必要とするドーパントを含む化合
物をターゲットとした一般的スバッタ法に準拠する方法
で半導体化炭素薄膜を形成するものである。

Ｂ１発明の概要本発明は、真空室内における反応性スパッタ法により基
板上に半導体化炭素薄膜を形成する方法において、窒化アルミニウムをターゲットとし、雰囲気ガスとして
炭化水素ガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い
たことにより、トリメチルアルミニウム等の毒性の強い蒸気を用いるこ
となく半導体化炭素薄膜を形成することができ、かつ膜
中のドーパント濃度のコントロールが容易で、ガス混合
法によるよりも微量でドーピング効果のある半導体化炭
素薄膜の形成方法を提供するようにしたものである。

Ｃ０従来の技術従来、プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｕｒ　Ｄｅｐ。

５ｉｔｉｏ口）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。

そこで、一般の半導体と同様に、これを１ｎｔｒｉｎイ
ドギヤツプ（Ｅｇ＝１．５ｅＶ以上）半導体として用い
ることが考えられる。

Ｄ０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（Ｂ、Ｈ，）やホスフィン（ＰＨ，）が
用いられるが、主原料となるシラン（ＳｉＨ４）も含め
、各々毒性の高いガスである。

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
ンやホスフィン或いはトリメチルアルミニウムを用いる
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。

また、ドーパントをガスとして導入するガス混合法によ
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。

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。

Ｅ０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、
窒化アルミニウムをターゲットとし、雰囲気ガスとして
炭化水素ガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い
た。

Ｆ０作用本発明においては、真空室内を低圧の炭化水素ガスと水
素ガスと窒素ガスとの混合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、窒化ア
ルミニウム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。この場合、ドーパントである窒化アルミニウムが
固体であるため、取扱い、濃度コントロールが容易で。

しかも毒性がなく、ガスと異なり流れてしまう無駄がな
い。

Ｇ、実施例図について本発明の詳細な説明する。

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、１は真空室で、この真空室１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、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８．８は、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１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９．９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。１０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。

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ａ、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。

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。

この実施例においては、ターゲット４として固体の窒化
アルミニウム（Ａ　Ｉ　Ｎ）化合物を用いる。

そして、真空室１内にターゲット４、炭素薄膜を形成す
べき基板１０を設置した後、真空室１内を１、３３Ｘ１
０−’Ｐａ　　（１０−’Ｔｏｒｒ）まで減圧し。

水素ガス（Ｈ，）９５％と、窒素ガス（Ｎ、）　５％と
を混合したガス９０％、メタンガス（ＣＩ−１，）１０
％の混合ガスを６７Ｐａ　（０，５Ｔｏｒｒ）まで導入
する。

室内圧力（ＰＨ２）が安定した後、高周波（１３、５６
ＭＩＩｚ）　ｆｆｉ力をターゲット４に対し６．８ｖ／
ｄに設定し、３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第１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
第２表に示す。

第１表（グラファイトのみのターゲットを用いた場合）上記第
１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、アルミニウムが
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。

第２図は、Ｓｉ基板上に形成された膜のＳＩＭＳ　（Ｓ
ｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　５ｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ　；二次イオン質量イオン分析法）の結果を
示すもので、これから、膜中にアルミニウムが取り込ま
れていることが明かである。

第３図は、メタンガス（ＣＨ，）の濃度を変化させた場
合の炭素薄膜の抵抗率ρとＥｇｏの結果を示すものであ
る。

第４図は、水素ガス（Ｈ２）９５％と窒素ガス（Ｎ２）
５％との混合ガスにメタンガス（ＣＨ４）を加えた混合
ガスＰを１．３Ｐａから２６７Ｐａまで変化させたとき
（但し、全導入ガス、即ち（５％Ｎ、＋９５％Ｈｚ　）
　＋　ＣＨ４に対するＣＨ４の割合を１０％とする。）
炭素薄膜の抵抗率ρとＥｇｏの変化を示すものである。

第５図は、Ｎ２量を変化させたときの吸収係数αの変化
を示すグラフで、バンド端の吸収が減少して良くなって
いる。

なお、第２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１０である。

以上のデータから、以下の結論が得られる。

（１）　Ｎ、＋Ｈ，のベースガスに混合するＣＨ４ガス
の濃度は、０．１〜５０％が望ましく、これが０．１％
以下ではターゲットの窒化アルミニウムに近い薄膜がで
き、また５０％を超えるとＥｇｓが１．８ｅＶ以下と小
さくなりすぎてワイドギヤ（２）Ｎ２とＨ，の混合ガス
であるベースガス中のＮ２量は、　Ｎ　ｚ　／　Ｎ　ｔ
　＋　Ｈｚ　”　１〜２０％が望ましい。

１％未満ではＮ□混合の効果がなく、２０％以上ではＥ
ｇｏが１．８ｅＶ以下と小さくなって不適当である。

（３）Ｐ　（Ｈ，＋ＣＨ４十Ｎ、）は、１．３Ｐａ〜６
６５Ｐａが望ましい。１．３Ｐａ未満ではＥｇ。が小さ
くてワイドギャップ半導体とはなり得ず、６６５Ｐａで
は、ドーピング効果がほとんど現れない。

なお、この実施例では、炭化水素ガスとして。

ＣｌＩ４を用いたが、ガス状であれば良いのでこれにこ
れに限らない。また、Ｈ２ガスにヘリウム（Ｈｅ）、ア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを混合しても全く同等
の効果が得られる。

また、上記実施例では、第１図に示すスパッタ装置を用
いたが、これに限定されるものではなく、その他特に限
定していない条件についても同様である。

Ｈ，発明の効果以上のように、本発明においては、真空室内における反
応性スパッタ法により基板上に半導体化炭素ＷｔＩＩＩ
を形成する方法において、窒化アルミニウムをターゲッ
トとし、雰囲気ガスとして炭化水素ガスと水素ガスと窒
素ガスとの混合ガスを用いる方法を採用したため、以下
のような効果を奏する。

（１）トリメチルアルミニウムなどの毒性の高い蒸気を
用いることなく、従って、安全かつ簡単にアルミニウム
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。

（２）ターゲット中における窒化アルミニウムの量を変
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。

（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。

（４）ドーパントとしての窒化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。

【図面の簡単な説明】

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図はＳＩＭＳに
よる濃度プロフィルを示す図表。第３図はＣＨ４ガスの濃度を変化させた場合の抵抗率ρ
とＥｇｏの変化を示すグラフ、第４図はＰＤｒ２＋　Ｃ
Ｈ，＋　Ｎ２）の圧力を変化させた場合の抵抗率ρとＥ
ｇｏの変化を示すグラフ、第５図はＮ２の量を変化させ
た場合の吸収係数αの変化を示すグラフである。１・・・真空室、４・・・ターゲット、５・・・対向型
ｖｉ（第１基板保持部）、６・・・高周波電源、８・・
・第２基板保持部、９・・・第３基板保持部、１０・・
・基板。第１図スパｌり及−ＩＬａ柳Ｊ各的断面図１−−−−−一輿仝！４−−一−−−７−ゲット５−−−−−一対ｔｒＩ電λセ（７１基板保持部）６−
−−−−−、！ｆ１周液畝１８−−−−−−；１”２ｊ覆灸％門９−−−−−−７３基板憬衿舒１０−−−−−一基　板第２図ＳＩＭＳＩｍよ５漬序プロフアイルスパ７りＦ５％間　　（ｍｉｎ）ＣＨ身て９５”／ｓＨ２＋５・／ｅＮ２）＋ＣＨ４第４
図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空室内における反応性スパッタ法により基板上
に半導体化炭素薄膜を形成する方法において、窒化アル
ミニウムをターゲットとし、雰囲気ガスとして炭化水素
ガスと水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いたことを
特徴とする半導体化炭素薄膜の形成方法。
（２）前記真空室内気圧を１．３３〜６６５Ｐａとする
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。
（３）前記真空室内の炭化水素ガス濃度を０．１〜５０
％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。