JPS63210268A - 炭素薄膜の形成方法 - Google Patents

炭素薄膜の形成方法

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JPS63210268A
JPS63210268A JP4353087A JP4353087A JPS63210268A JP S63210268 A JPS63210268 A JP S63210268A JP 4353087 A JP4353087 A JP 4353087A JP 4353087 A JP4353087 A JP 4353087A JP S63210268 A JPS63210268 A JP S63210268A
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JP
Japan
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thin film
counter electrode
substrate holding
carbon thin
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4353087A
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English (en)
Inventor
Misuzu Watanabe
渡辺 三鈴
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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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水素
化アモルファス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、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を容易に行うことがで
きるTntrjnsjCアモルファス炭素薄膜の形成方
法に関するものである。
B0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の水素、ヘリウム、窒素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、 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があった。ま
た、半導体化アモルファス炭素薄膜のTntrinsi
c膜として考えた場合、用途によっては抵抗が大きすぎ
るきらいがあった。
一3= 本発明は、上記のような従来の問題点を解決しようとす
るものである。
E8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1.3Pa〜
665Paの水素、ヘリウム、窒素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。
F0作用 本発明においては、真空室内を気圧1.3Pa〜665
Paの水素、ヘリウム、窒素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、N2
、N2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SP3結合C−H伸振動による水素の
吸収のうち、−CR2に起因する吸収が減少し、炭素薄
膜の特性向上に寄与しない水素の含有量が少なくなる。
混合された窒素ガスにより、バンド端の局在準位が減少
する結果、形成される炭素薄膜の電気抵抗が適当に小さ
くなる。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の側壁上に相対面
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C2C−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 (IXIO−’Torr)まで減圧し
、水素、ヘリウム、窒素(N2/H,、+He+N2=
5%、但しHe / H2+ He ” 50%)の混
合ガスを40Pa (0,3Torr)まで導入する。
 室内圧力が安定した後、高周波(13,,56Mtl
z)電力をターゲット4に対し6.81ci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、窒素ガスを混合
しない場合の特性を第2表に示す。
第1表 (雰囲気ガスをII、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N2゜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、線3はN2とHeの2成分混合ガスでス
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S
P3結合C−H伸縮振動による水素の吸収のうち、−C
H,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(
Ego)を求めるために測定した吸収係数(α)をフォ
トンエネルギに対して(αλν)0・’vsλヤ(λ;
ブランク係数、ヤ;光の振動数)の形でプロットしたグ
ラフで、線1は本実施例の炭素薄膜、線2は水素ガスの
み、またはN2とHeの混合ガス雰囲気でのスパッタに
よる炭素薄膜の特性を示す。これによれば、本実施例の
炭素薄膜は、水素ガスのみ、またはIT2とHeの混合
ガス雰囲気でのスパッタによる炭素薄膜よりEgo以下
のフォトンエネルギでの吸収が減少していることが分か
る。これは、スパッタガスに窒素ガスを混合することに
よって、バンド端の局在準位が減少することを意味し、
このことが抵抗を小さくする要因の一つと考えられる。
また第3図から水素化アモルファス炭素薄膜の特性向」
二に寄与しない水素量が減少したと考えられる。
第4図は、雰囲気ガス圧力P N2+He+N2を1゜
3Pa〜267Paまで変化させたときに、形成される
炭素薄膜の光学バンドギャップEgoと成膜速度DRと
抵抗率ρの依存性を示す。
第5図は、雰囲気ガス圧力P Hz+He+N、を40
PaとしてN2/N2+He+N2=1〜50%と変化
させた場合の光学バンドギャップEgoと成膜速度DR
と抵抗率ρの依存性を示す。
第6図は、雰囲気ガス圧力P R,÷He+N2を40
PaとしてN2濃度50%としたときに、He/H2+
He=3〜99%と変化させた場合の光学バンドギャッ
プEgoと成膜速度DRの依存性を示す。
第7図は、基板温度を室温〜250℃まで変化させたと
きの成膜速度DRの変化、即ちの基板温12一 度依存性を示す。なお、第7図中Oは窒素とヘリウムを
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)N2とHeとの混合ガスによるスパッタ法によれ
ば、N2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。また、この
炭素薄膜はE go= 1 。
8eV以上のワイドギャップ、抵抗率ρ=107〜10
10Ωl、Sp2結合をほとんど含まない等■ntri
nsiに半導体に非常に適した特性を持つものとなる。
(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。
N、IIA度が1%未満では抵抗率ρを下げる効果が現
れず、50%以上ではEgoが低くなって好ましくない
従って、混合ガスは、1.3−665Pa、N2/11
□+He+N2=1〜50%、He /H2+He= 
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面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の水素、
ヘリウム、窒素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た
め、Eg=1.8eV以上のワイドギャップをもつと共
に、適当な電気抵抗率を備え、かつバンド端の局在準位
が少ない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7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図は炭素薄膜の
赤外吸取スペクトルを示すグラフ、第3図は吸収係数(
α)をフォトンエネルギに対して(αλν)0・’vs
λV(λ;ブランク係数、ν;光の振動数)の形でプロ
ットしたグラフ、第4図は炭素薄膜の光学バンドギャッ
プEgoと成膜速度DRと抵抗率ρの雰囲気ガス圧力依
存性を示すグラフ、第5図は雰囲気ガス圧力P H2+
He+N、を40PaとしてN2/l(2+He+N2
= 1〜50%と変化させた場合の光学バンドギャップ
Egoと成膜速度DRと抵抗率ρの依存性を示すグラフ
、第6図は、雰囲気ガス圧力P H2+He+Nzを4
0PaとしてN2濃度50%としたときに、 He /
H2+He= 3〜99%と変化させた場合の光学バン
ドギャップEgoと成膜速度DRの依存性を示すグラフ
−11・・・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。 He/1−12+He (N2 HIE 5°10) −ユーユ請 (0ん)

Claims (3)

    【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の水素、
    ヘリウム、窒素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N_2/H_2+He+N
    _2=1〜50%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。
  3. (3)前記混合ガス雰囲気をN_2/H_2+He+N
    _2=3〜99%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。
JP4353087A 1987-02-26 1987-02-26 炭素薄膜の形成方法 Pending JPS63210268A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039358A (en) * 1989-02-01 1991-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Amorphous, hydrogenated carbon electroactive passivation layer
US5110679A (en) * 1990-04-24 1992-05-05 The Regents Of The University Of California Hard carbon nitride and method for preparing same
US5284539A (en) * 1993-04-05 1994-02-08 Regents Of The University Of California Method of making segmented pyrolytic graphite sputtering targets
US5873984A (en) * 1997-11-05 1999-02-23 Trace Storage Tech. Corp. Method of sputtering an amorphous carbon overcoat as a protective film on magnetic recording disk
JP2009063325A (ja) * 2007-09-04 2009-03-26 Hiroshima Univ ダイヤモンド様薄膜の評価方法

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