JPS63210267A - 炭素薄膜の形成方法 - 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】 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の改良に関し、特に炭素源として固
体のグラファイトを用いた極一般的スパッタ法に準拠し
つつ、低温プロセスで基板にダメージを与えることなく
、しかも膜質のコントロールも容易に行うことができる
水素化アモルファス炭素薄膜の形成方法に関するもので
ある。

Ｂ６発明の概要 本発明は、真空室内に相対向して設けたグラファイトタ
ーゲットと対向電極との間に高周波電圧を印加して周辺
に配置した基板上に炭素薄膜を形成する反応性スパッタ
法による炭素薄膜の形成方法において、 前記対向電極上に基板保持部を設けると共に、前記グラ
ファイトターゲットと対向電極との対向部両側及び対向
電極後方のＣ，Ｃ−Ｈ種のソフトデポジション領域内に
基板保持部を設け、前記真空室内を気圧を１．３Ｐａ〜
６６５ＰａのＨｅ　／Ｈ２の混合ガス雰囲気とすると共
に、基板温度を室温相当温度から２５０℃としたことに
より、３カ所の基板保持部で一度に複数の基板を処理す
ることができ、しかも基板の種類により、最適な取付は
位置を３カ所から選択することができ、また基板にダメ
ージを与えることなく高速度で高品質の炭素薄膜を形成
することができ、しかも膜質のコントロールを容易に行
うことができるようにしたものである。

Ｃ０従来の技術 基板上に水素化アモルファス炭素薄膜を形成する方法と
して、従来イオンビーム法、プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｊｏｎ）
法が良く知られている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 上記従来の炭素薄膜の形成法のうち、イオンビーム法に
おいては、基板にイオンビームを照射するため、界面に
構造欠陥が生じ易く、しかも有機材料や半導体上等、イ
オンビームに侵され易い材料上には薄膜形成が困難であ
るという問題点がある。

また、プラズマＣＶＤ法においては、基板が直接プラズ
マにさらされることによるダメージを避けられず、また
良質の薄膜を得るには基板温度を２５０℃以上に保持す
る必要があるため、この温度に保持できない材料上には
薄膜を形成することができない等の問題点がある。

また、上記とは別に、基板上に水素化アモルファス炭素
薄膜を形成する方法として、グラファイトを水素ガスで
スパッタする方法が提案されている。この方法は、非常
に良質で高抵抗の炭素薄膜を形成することができるもの
の、成膜速度が遅く、また水素が過剰に入り易い等の問
題点を有する。

従って、上記２つの従来方法では、抵抗の高い良質の薄
膜が得られても、その用途等に制限を受けるという問題
点があった。

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、前記対向電極上に基板保持部を設けると共に、前
記グラファイトターゲットと対向電極との対向部両側及
び対向電極後方のＣ，Ｃ−Ｈ種のソフトデポジション領
域内に基板保持部を設け、前記真空室内を気圧を１．３
Ｐａ〜６６５ＰａのＨｅ　／　Ｈ２の混合ガス雰囲気と
すると共に、基板温度を室温相当温度から２５０℃とす
る方法を採用した。

Ｆ１作用 本発明においては、真空室内を気圧１．３Ｐａ〜６６５
ＰａのＨｅとＨ２との混合ガス雰囲気とし、対向電極上
と、グラファイトターゲットと対面電極との対向部両側
及び対向電極後方のＣ，Ｃ−Ｈ種のソフトデポジション
領域内の３カ所の基板保持部に夫々薄膜を形成すべき基
板を装着してこれを室温〜２５０℃に維持し、グラファ
イトターゲットと対向電極間に高周波電圧を印加し、グ
ラファイトターゲットをスパッタリングにより蒸発させ
て基板上に付着させる。この場合、Ｈｅガスが膜特性を
劣化させることがなく、成膜速度が速い。また膜のＳＰ
３結合Ｃ−Ｈ伸振動による水素の吸収のうち、−ＣＨ，
に起因する吸収が減少し、炭素薄膜の特性向上に寄与し
ない水素の含有量が少ない。なお、薄膜を形成すべき基
板の種類に応じ、夫々薄膜形成特性の異なる上記３カ所
の基板保持部のうち最も適合する箇所を選んで基板を装
着する。

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リング装置
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
１内には、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８，８は、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リング装置を動作させ
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Ｃ１Ｃ−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
Ｃ，Ｃ−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。

上記スパッタリング装置を用いて基板１０上に水素化ア
モルファス炭素薄膜を形成した具体的実施例を以下に説
明する。

真空室１内にグラファイトターゲット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１．３３
Ｘ１０−’Ｐａ　（１０−’Ｔｏｒｒ）まで減圧し、Ｈ
ｅ／Ｈ２＝５０％の混合ガスを４０Ｐａ（０，３Ｔｏｒ
ｒ）まで導入する。

室内圧力が安定した後、高周波（１３，５６ＭＨ２）電
力をターゲット４に対し６．８１１／ｃｄに設定し、５
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、ヘリウムガスを混合しない場
合の抵抗率を第２表に示す。

第１表 第２表 （雰囲気ガスをＨ２のみとした場合） 上記第１表に示されるように、混合されたＨｅガスは、
膜特性を変えることなく、成膜速度ＤＲを向上させる作
用を持つことが明らかである。

次に、第３基板保持部９にセットされた基板上に形成さ
れた炭素薄膜の赤外吸収スペクトル（ＩＲスペクトル）
を水素ガスのみでスパッタした試料のそれと比較して第
２図に示す。同図において、線１は本実施例による試料
のスペクトル、線２は水素ガスのみでスパッタした試料
のスペクトルである。これから分かるように、この実施
例の炭素薄膜の赤外吸収スペクトルは、水素ガスのみの
雰囲気でスパッタした場合に比較してＳＰ”結合Ｃ−Ｈ
伸縮振動による水素の吸収のうち、−ＣＲ２に起因する
吸収が減少しており、膜中に含まれる水素量が減少して
いる。

第３図は、形成された炭素薄膜の光学バンドギャップＥ
ｇｏと成膜速度ＤＲの水素ヘリウム混合ガス圧依存性を
示す。なお、第３図中■はヘリウムを混合しない場合の
成膜速度変化を示す。

第４図は、雰囲気ガスの圧力を４０Ｐａとした場合の光
学バンドギャップＥｇｏと成膜速度ＤＲのヘリウム濃度
依存性を示す。

第５図は、成膜速度ＤＲの基板温度依存性を示＝　１１
− す。なお、第５図中０はヘリウムを混合しない場合の成
膜速度変化を示す。

以上のデータから以下の結論が得られる。

（１）Ｈ２とＨｅとの混合ガスによるスパッタ法によれ
ば、Ｈ２のみの雰囲気によるスパッタ法に比して成膜速
度が速く、余剰の含有水素量が少ない良質の水素化アモ
ルファス炭素薄膜を形成することができる。

（２）混合ガスの圧力が１．３Ｐａ未満ではＥｇＯが１
．８ｅＶ以下となって好ましくなく、また６　６５　Ｐ
　ａ　（５Ｔｏｒｒ）以上ではＤＲの向上が認められな
い。

（３）Ｈｅ濃度が３％未満ではＤＲの向上が認められず
、９５％以上ではＥｇｏの低下が現れて好ましくない。

従って、混合ガスは、１．３’−６６３Ｐａ、ヘリウム
濃度は３〜９５％の条件が最適である。

なお上記実施例では、第１図に示すスパッタ装置を用い
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、またそ
の他特に特許請求の範囲において限定していない条件に
ついても同様である。

Ｈ０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、前記対向電極上に基
板保持部を設けると共に、前記グラファイトターゲット
と対向電極との対向部両側及び対向電極後方のＣ，Ｃ−
Ｈ種のソフトデポジション領域内に基板保持部を設け、
前記真空室内を気圧を１　、３　Ｐ　ａ　−６６５Ｐ　
ａのＨｅ　／　Ｈ２の混合ガス雰囲気とすると共に、基
板温度を室温相光温度から２５０℃としたことを特徴と
する方法を採用したため、Ｅｇ＝１．８ｅＶ以上のワイ
ドギャップをもった水素化アモルファス炭素薄膜を高速
度で形成することができ、かつこの炭素薄膜には特性向
上に寄与しない余剰の水素が少なく高品質であるという
効果を有する。

【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図は赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフ、第３図は炭素薄膜の光学バンド
ギャップＥｇｏと成膜速度ＤＲの水素ヘリウム混合ガス
圧依存性を示すグラフ、第４図は雰囲気ガスの圧力を圧
４０Ｐａとした場合の光学バンドギャップＥｇｏと成膜
速度ＤＲのヘリウム濃度依存性を示すグラフ、第５図は
成膜速度ＤＲの基板温度依存性を示すグラフである。 １・・・真空室、４・・・グラファイトターゲット、５
・・・対向電極（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、Ｃ・・・ソフトデポジション領域。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室内に相対向して設けたグラファイトターゲ
   ットと対向電極との間に高周波電圧を印加して周辺に配
   置した基板上に炭素薄膜を形成する反応性スパッタ法に
   よる炭素薄膜の形成方法において、前記対向電極上に基
   板保持部を設けると共に、前記グラファイトターゲット
   と対向電極との対向部両側及び対向電極後方のＣ，Ｃ−
   Ｈ種のソフトデポジション領域内に基板保持部を設け、
   前記真空室内を気圧を１．３Ｐａ〜６６５ＰａのＨｅ／
   Ｈ＿２の混合ガス雰囲気とすると共に、基板温度を室温
   相当温度から２５０℃としたことを特徴とする炭素薄膜
   の形成方法。
2. （２）前記混合ガス雰囲気をＨｅ／Ｈ＿２＋Ｈｅ＝３〜
   ９５％としたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項に記載の炭素薄膜の形成方法。