JPS63283118A - 半導体化炭素薄膜の製造方法 - 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、半導体化炭素薄膜の製造方法に関する。

８４発明の概要 本発明は、基板上に半導体化炭素薄膜を形成する製造方
法において、 半導体化不純物としてのリンを含むガリウムリン（Ｇａ
Ｐ）をターゲットとして用い、炭化水素ガスと水素ガス
との混合ガスをスパッタ用ガスとして用いて反応性スパ
ッタ法を行うことにより、毒性の高いガスを使用するこ
となくしかも良好に６度コントロールをして製膜できる
ようにしたものである。

Ｃ０従来の技術 近年、プラズマＣＶＤ法や反応性スパッタ法によりダン
グリングボンド数が少なく抵抗も高い炭素薄膜が製造さ
れるようになってきている。これに伴い、一般の半導体
と同様に、炭素薄膜を真性半導体膜としてそれに適当な
不純物をドーピングすることで、ワイドギャップ（Ｅｇ
＝１．５ｅＶ以上）の半導体化炭素薄膜を得ることが提
案されている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 プラズマＣＶＤ法でアモルファスシリコンを製造する場
合、ジボラン＜　Ｂ　ｔ　Ｈ＠　）゛やホスフィン（Ｐ
　Ｈｓ　）が用いられているが、主原料となるシラン（
ＳｉＨ−）も含めて各々が毒性の高いガスになる一方、
炭素薄膜を製造するには水素ガスやメタンガス、エタン
ガス系が多く用いられる。従って、半導体化炭素薄膜を
得るにはこれらガスに加えてジボランやホスフィンを用
いてドーピングすることになり、毒性の高いガスを新た
に導入することとなって、安全性の管理及び製造装置か
らガス漏れをなくすため、その構成が複雑になる。

また、ガスでドーパントを導入するため、ガス中のドー
パントの割合と形成されたドーパントの割合とは一般に
同じにならないもので、ドーパントの濃度コントロール
を適正に実行できず、ドーピング効率も悪くなるという
問題があった。

本発明の目的は、毒性の高いガスを用いることなく、ま
た膜中ドーパント濃度コントロールを確実にしかも効率
良くできる半導体化炭素薄膜を形成する製造方法を提供
することにある。

Ｅ６問題点を解決するための手段 本発明の半導体化炭素薄膜の製造方法は、半導体化不純
物としてのリンを含むガリウムリン（ＧａＰ）をターゲ
ットとして用い、炭化水素ガスと水素ガスとの混合ガス
をスパッタ用ガスとして用いることにより反応性スパッ
タ法を実行するようにしたことを特徴とする。

Ｆ０作用 上述の方法によれば、スパッタ用ガスとして炭化水素ガ
スと水素ガスとの混合ガスを用いるので、スパッタ用ガ
スに毒性を有するホスフィン（ＰＨ３）を用いる必要が
なく、厳格なガス漏れ対策を不用とし、かつ膜中ドーパ
ントの濃度コントロールを容易とするという作用を奏す
る。

Ｇ、実施例 第１図は本発明方法に使用するスパッタリング装置の要
部断面図である。真空容器１は、フランジ付金属製円筒
２と、この両端部が０リング３等をシール手段として金
属製の上蓋４と下蓋５とで気密封止されて構成される。

この真空容器１には円筒２の上側部に雰囲気ガス導入管
６が設けられ、また下蓋５の中央部に真空ポンプに直結
される排気管７が設けられる。上蓋４には真空容器１内
で接地電位の電子引抜き対向電極８が設けられ、これに
対向してターゲット電極９が設けられる。

ターゲット電極９に外部から高周波電流が供給されるこ
とで該ターゲット電極９が加熱される。

ターゲット電極９は、供給側金属製冷却水管１２と排水
側金属製冷却水管１３によって、冷却水人口１４から冷
却水出口１５まで冷却水が通されて冷却される。これら
水管１２，１３はシールド１６で覆われて円筒２の側部
から気密シールドで真空容器ｌ外に引出される。

こうしたスパッタリング装置において、本発明方法では
薄膜か形成される堆積基板１７．．１８を、上蓋４の内
面及び円筒２の内周面に夫々絶縁支持された基板ホルダ
ー１９．２０上に取付けるか、また、堆積基板２１とし
て対向電極８に取付ける。

２２は基板支え部材である。また、熱電対２３は堆積基
板１７の温度を測定できるよう上Ｍ４から気密シールド
で引出される。

なお、堆積基板１７．１８はプラズマによる励起ソース
のスパッタ粒子がトランスポートする領域の外側に設置
される。すなわち、真空容器ｌ内で破線で示すＡ部が電
極８，９間及びその周辺に発生しているプラズマ状態の
領域であり、Ｂ部がプラズマ領域Ａに存在するスパッタ
粒子がトランスポートする領域であるとすると、領域Ｂ
の外側になる領域Ｃに堆積基板１７．１８が取付けられ
る。この領域Ｃでは領域Ａからトランスポートされたス
パッタ粒子が堆積基板１７．１８上にソフトにデボジッ
ションする。なお、この領域Ｃに堆積基板１７．１８を
配置するにおいて、領域Ｃにはトランスポートされた粒
子中の大部分からなる荷電粒子が電界等の影響を受は易
いため、実施にあたっては均一な電位１例えば接地電位
近傍とするなどの配慮がなされる。

ここで、ターゲット電極９には半導体化不純物としての
リンを含むガリウムリン（ＧａＰ）を用い、雰囲気ガス
導入管６からはスパッタガスとして水素Ｈ！と炭化水素
ガスの混合ガスを導入し、真空容器内圧力を調整し、反
応性スパッタ法により基板１７．１８あるいは２１上に
半導体化炭素薄膜を形成する。

以下、本発明の製造方法の実施例を詳細に説明する。

第１図中、ターゲット電極９としてガリウムリンノ（Ｇ
ａＰ）の化合物ターゲットをセットし、堆積基板１７，
１８．２１を夫々セットした後、真空容器１内を１．３
３　Ｘ　ｌ　（Ｉ５Ｐ　ａ（ｌ　Ｑ−７Ｔｏｒｒ）まで
減圧し、導入管６から、水素ガス（Ｈ７）９０ｖｏｌ．
％とメタン（ＣＨ，）ガスｌ　Ｏｖｏ　ｌ。

％の、混合ガスを６７Ｐａ　（０，５Ｔｏｒｒ）となる
まで導入する。

次に、真空容器１内の圧力が安定した後、ターゲット９
には高周波（１３，５６ＭＨｚ）電力を６．８Ｗ／ｃｍ
”に設定し、５時間のスパッタリングを行う。

この結果、基板１７．１８及び２１上に形成された炭素
薄膜の特性を下記表に示す。

なお、表中、右欄に示すものは、リン（Ｐ）をドーピン
グしない場合の電気抵抗率と光学バンドギャップを示す
。

第２図は、基板上に形成した薄膜の二次イオン質量分針
法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　５ｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）の結果を示し、ＧａＰ中のＧａは検
出されなかった。この結果から本実施例による製膜中に
リン（Ｐ）が選択的に取込まれていることが確認された
。

前記表において、リン（Ｐ）をドーピングしたものとし
ないものとの比較からバンドギャップを殆ど変えること
なく抵抗率が下がっていることは明らかで、リン（Ｐ）
がドナーとして炭素薄膜中に取込まれたと考えられ、こ
の膜は、Ｎ型半導体化炭素薄膜になっている。

第３図は、水素ガス（Ｈ７）に添加するメタン（ＣＨ，
）ガスの濃度を変えた場合の電気抵抗率ρと光学バンド
ギャップＥｇｏの結果を示している。

この結果から、水素ガス（Ｈ７）に添加するメタンガス
（ＣＨ，）の濃度は、０．１ｖｏｌ．％〜５０ｖｏｌ．
％が望ましく、メタンガスが０．１ｖｏｌ．％以下では
ターゲットのＧａＰに近い薄膜ができ、また、５０ｖｏ
ｌ．％を越えると、Ｅｇ’ｏが１．５ｅＶ以下と小さく
なりすぎて、ワイドギャップ半導体とは成り得ず良好な
結果を与えられない。

さらに、第４図は、混合ガス（１０ｖｏ　１．％ＣＨ，
＋９０ｖｏｌ．％ＨＸ）を１．３Ｐａから２６７Ｐａま
で変えた時の電気抵抗率ρと光学バンドギャップＥｇｏ
の変化を示すグラフであって、混合ガスの圧力は１．３
Ｐａから６６５Ｐａが望ましく、１．３Ｐａ未満では光
学バンドギャップＥｇ。

が小さくてワイドギャップ半導体にならず、６６５Ｐａ
より高いドーピング効果が現れない。

なお、第２図〜第４図の試料は第１図の基板１７に相当
する。

以上、実施例について説明したが、この他に本発明の要
旨を逸脱することなく各種の態様の変更が可能であり、
例えば、上記実施例にあっては、炭化水素ガスとしてメ
タンガス（ＣＨ，）を用いたが、（ビの炭化水素ガスを
用いてもよく、また、水素ガスにヘリウム（Ｈｅ）、ア
ルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを混合しても全く同様
の効果が得られる。

また、上記実施例に用いたスパッタリング装置もこれに
限るものではなく、特にスパッタ条件についても変更が
可能である。

Ｈ６発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る半導体
化炭素薄膜の製造方法にあっては、半導体化不純物とし
てのリン（Ｐ’）を含むガリウムリン（ＧａＰ）ターゲ
ットとして用いたことにより、ホスフィンなどの毒性の
高いガリウムリンを用いることなく安全にリン（Ｐ）が
ドーピングされた半導体化炭素薄膜を得ることが出来る
効果がある。

また、膜中のドーパントとしてのリン（Ｐ）の濃度９ン
トロールが容易となる効果がある。

さらに、本発明によれば、ターゲット中にリン（Ｐ）が
含まれているため、ガス混合法に比して、リン（Ｐ）が
微量でドーピング効果を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に用いられたスパッタリング
装置の要部構成図、第２図は、基板上に形成された薄膜
の二次イオン質量分析法による濃度プロファイルを示す
グラフ、第３図は、メタンガス（ＣＩ−１，）６度によ
る電気抵抗率ρの変化を示ケグラフ、第４図は、電気抵
抗率ｐと光学バンドギャップＥｇｏのガス圧依存性を示
すグラフである。 ｌ・・真空容器、９・・ターゲット電極、１７゜１８．
２１　　・堆積基板。 第１図 ス１＼゛ヅタ１１゛／り４叱（の佇ざ閃絆ＦＦ；、口１
７．１８．２１−一一唯ｉＬ仮 第２図 ＳＩＭＳ　１こλろ噴震）゛ロフ丁イ１しｔゴ＼１グラ
フスバンク哨１語（ｍｉｎ） 第３図 ＣＨ４濃２１！に一る２ズＡヒエ示１グラフｏ　　ｏ、
＋　　　　　ｏ、ｓ　　＋、ｏ　　　　　ｓ、ｏ　　１
ｏ　　　　　ｓ。 ＣＨ４／Ｈ２＋ＣＨ４（ｖｏ（２，’１０）第４図 ０．０＋　　０．０２　０．０５０ｊ　　Ｏ，２０，５
１０２，０ＰＨ２＋ＣＨ４（Ｔｏｒｒ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体化不純物としてのリンを含むガリウムリン
   （ＧａＰ）をターゲットとして用いると共に、炭化水素
   ガスと水素ガスとの混合ガスをスパッタ用ガスとして用
   いて、反応性スパッタ法によって炭素薄膜を形成するこ
   とを特徴とする半導体化炭素薄膜の製造方法。
2. （２）前記反応性スパッタ法を、１．３３Ｐａ〜６６５
   Ｐａの圧力下で行うようにした特許請求の範囲第１項記
   載の半導体化炭素薄膜の製造方法。
3. （３）前記混合ガス中の炭化水素ガスの割合を０．１〜
   ５０ｖｏｌ．％とした特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の半導体化炭素薄膜の製造方法。