JPS6353255A - 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】 人、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ｇ
薄膜を形成する方法σｊ改良に関し、特に炭素源とじ℃
固体りグラフアイ）Ｙ用い友比一般的スバッタ法に準拠
しつつ、低温プロセスで基板にダメージＺ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かでき
るダイヤモンド状アモルファス炭素４嗅り形成方法に関
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投げ九グラファイトタ
ーゲットと対向電極との間に高周波電圧ン印加して周辺
に配置し次ｆｉ似上に炭素薄−を形成する反応性スパッ
タ法による択素Ｒ膜の形成方法において、 １１′ｉ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を極との対向部両側
及び対向電極後方のＣ，Ｃ−Ｈ撞のソフトデポジション
領＃！円に基板保持部な設け、前記真空室内を気圧０．
７　Ｐ　ａ　〜８６５　Ｐ　ａのＨ６／Ｈ，＝１〜９０
％の混合ガス雰囲気とじ几ことにより、３カ所の基板保
持部で−直に複数の基板！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ＴｔＹ３カ所から選
択することができ、ま九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
うことができるようにしｔものである。

Ｃ０従来の技術 基板上にダイヤモンド状炭素薄膜或い會エアモル７アス
炭素薄膜を形成する方法として、従来イオンビーム法、
プラスｖ　ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｃｎｔｃａｌ　Ｖａｐｏ
ｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法が良く知られている。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 上記従来Ｃｖ炭素＃膜り形成法のうち、イオンビーム法
においては、大きなイオン加速装置が必要であり、ま几
基板にイオンビームを照射する九め、界面に構造欠陥が
生じ易く、シかも有機材料や半導体上等、イオンビーム
に侵さｎる材料上には薄膜形成ができないという問題点
がある。

ｆ友、プラズマＣＶＤ法においては、炭化水素ガスヶ分
解して炭素源とするため、再重合等により多稿類の成長
核種が生じ易く、任意の膜特性を有する薄膜をコントロ
ーラプルに形成するコトが困鐙であり、ま友艮質σ）ｆ
４Ｋを得るには基板温度４２０℃以上に保持する必要が
ある友め、この温度に保狩できない材料上には薄膜を形
成することができないという問題点がある。

従って、上記２つの従来方法では、抵［ＣＩ）高い良質
の￥Ｉ！膜が得られても、そり用途尋に制限ン受けろと
いう問題点があり几。

Ｅ１問題点を解決する几めの手段 本発明においＣは、上記従来の間粗点ン解決する之め、
反応性スパッタ法による炭素薄膜の形成方法において、
対向電極上に基板保持、Ｓ乞設げると共に、グラファイ
トターゲットと対向１！ｔｍとの対向部両側及び対向電
極後方りＣ，Ｃ−）１種のンフトデポジション領域内に
基板保持部７設け、かつ真空室内を気圧０．７　Ｐ　ａ
〜８６５　Ｐ　ａ　ｃｖＨｅ／Ｈ。

＝１〜９０％の混合ガス雰囲気とする方法Ｚ床用した。

２０作用 本発明においては、真空室１７３’Ｙ気圧０．７　ｐ、
〜６６５　Ｐ　ａ　Ｇ’Ｊ　Ｈｅ／Ｈ１＝　１〜９０％
の混合ガス雰囲気とし、対向Ｘ極上と、グラ７アイトタ
ーゲツトと対向電極との対向部両側及び対向！極後万の
Ｃ１Ｃ−Ｈ＠　ＣＤン７トデポジション領域１７３の３
カ所の基板保持部に夫々薄膜を形成丁べき基板を装着し
、グラファイトターゲットと対同電極間に高周波適圧を
印加し、グラファイトターゲラ）Ｙスパッタリングによ
り蒸発させ℃基板上に付層させろ。博膜Ｚ形成すべき基
板ｙ）種類に応じ、大々４模形成特性Ｖ）異なる上記３
カ所の基板保持部のうち最も適貧する箇所ン選んで基板
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（／Ｊ夾施例に２いて用いるスパッタリング
装置ｔＹ示す、同図において、ｘｖｚＸ空室で、こり真
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１１７３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ｔ対向電極５とが対向設置さｎ、
これら両者間には高周反電源６からマツチングボックス
７乞弁し″′ｃＴｑ６周反′胤圧が印加さｎ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’ａ　ｃｖ両側方に位置
して真空室１り側壁上に相対向して一対設けられ、また
第３基板保狩部９は対向１！匝５り後方に位置して真空
室１り側を上に設けらｎている。１０は各基板保持ｉｉ
ｃ裂看さ′ｎ几炭素博撲ケ形成すべき基板である。

しかして、この実施例リスバッタリング装置ｔ＠ｆｌｌ
：させた状態におい℃、第１図に示すように寛他対向部
からそり外側に向かつ℃順欠、励起Ｃ２Ｃ−Ｈ橿ソース
域ａ、プラズマ中で励起Ｃ，Ｃ−Ｈ４がトランスポート
する領域す、Ｃ，Ｃ−Ｈ橿がソフトデポジションする領
域Ｃが形成さｎる。

七して、上記第２、第３の基板保持部８．９は、何ｎも
Ｃ、Ｃ−Ｈ橿かソフトデポジションする領ｊａｌｌ！ｃ
内に配置さｎでいる。

上記スパッタリング装！ｔｔ用いて基板１０上にダイヤ
七ンド状アモルファス炭素博ＰＪ＆（「ダイヤモンド状
」とは、高抵抗で、透明性、耐薬品性、などダイヤモン
ドに近い性質を持つことンいう。）Ｚ形成し之具体的実
施例％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．ｕ！薄膜を形
成丁べき基板１０’４設置し友後、真空室１円Ｙ　Ｌ　
３３　Ｘ　１　ｏ−５ｐａ（１０−’Ｔｏｒｒ）！で減
圧し、Ｈｅ／Ｈ，＝　１１１％の混せガスχ６フＰａ（
０，５Ｔｏｒｒ）まで導入する。

ヱ円王力が安定し九後、尚周改（１１５６ＭＨｚ）電力
タターゲット４に対し６．８Ｗ／ばに設足し、９時間ス
パッタし７ｔ、この結果、各保持部５１８゜９にセット
し九基＆１０上に形成さし九炭素博俣グツ特性？下表に
示す、比較Ｃｔ）几めに、ヘリウムガスを混合しない場
曾の抵抗ボン最右欄に示す。

こ（／Ｊ夾施例により得ろｎ九炭素博課り基板に対する
密看度の良さは、例えば第３基板保持部９にセットさｎ
たガラス基板上に形成さｎ九炭素４偵を例にとると、ガ
ムテープｌ用いた剥離テストで全く剥離が認めらｒしな
い４量であつ之。

次に、第３基板保持部９にセットさｎた基板上に形成さ
ｎた炭素４漠の赤外吸収スペクトル（工Ｒスペクトル）
ケ第２図に示す、こｒしから分かるように、こｃ／）実
施例の炭素４逼り赤外吸収スペクトルシエ、水素ガスの
みり雰囲気でスバツメし九場合とほとんど同じであった
。Ｃ−Ｈ伸縮感動による吸収は、はとんどｓｐｓ結合に
よるもので、電気抵抗を下げる要因となる５Ｐ２（３０
２５ｍ−’に出ろ吸収）は少なく、１ｘｔｎ１２Ω・備
以上の高抵抗率であることと対応している。この薄膜の
光学的バンドギャップ（Ｅ　ｇ　（ａｐｔ）　）１！、
λ９５ｅ’Ｖ、スピン密度は３　Ｘ　Ｉ　Ｑ１４／、器
であり友、Ｈ２のみの雰囲気での資料は６　Ｘ　１　ｔ
１’４／圀墨であつ九。ＰＨ，十Ｈｅ４Ｌ３３Ｐａ（α
Ｑ　ＩＴｏｒｒ）、　６．６７Ｐａ（０，０！１Ｔｏｒ
ｒ）、　１３．３　ＰＨ（０，１Ｔｏｒｒ）、　４Ｇ、
（ＩＰａ（０，３Ｔｏｒｒ）、１ｎＯＰａ（α７５　Ｔ
ｏｒｒ）、　１３３　Ｐａ（ＬＯＴｏｒｒ）、　２００
　Ｐａ（Ｌ５　Ｔｏｒｒ）及び２６７　Ｐａ（ＬＯＴｏ
ｒｒ）と変えて形成し九炭素薄膜の特性を第３図（低効
率ρ）、第４図（！、ｇ（ｏｐｔ）とスピン密Ｋ）に示
す、第２図のＩＲスペクトルにｅ１１６．０Ｐａ、４０
．ＱＰａ、６６．７Ｐａ、１００Ｐａ、及び２６７Ｐａ
につい℃示しである。なお、こｎらの測定資料には、第
３基板保持部９にセットして炭素薄膜ケ形成し友もの７
用いる。こσノ薄嗅は淡黄色から無色の透明４幌である
。

以上より、この方法で形成され九炭素薄膜は、抵抗を低
下させろＢＰ２結合が少ない几め、非常に高抵抗で、Ｅ
ｇ（ｏｐｔ）が１０５〜＆１５６Ｖ（／Ｊ良質ｔｙ）炭
素＃瞑であることが明かである。さらにスピン密度が２
　Ｘ　１　ｎ１６〜３　Ｘ　１１１”　／　ｃｍ”　ト
少なく、半導体素材として不純物ｔドーピングして用い
ろことも可能である。

＠５図にＨｅ　／　Ｈ１＝　１〜ｇ　ｎ％と変工几場合
ＶノＰＨ８＋Ｈｅ　＝１３６．７　Ｐ　ａでの抵抗単変
化ン示す。

これから分かるように、混合ガスのヘリウムが１％以下
では効果が認めらｎず、９０％以上では製膜に必要な水
素ガスの量が不足となり、裏が形成さｎないか、或いは
スピン密度か増加する。

第２図乃至第５図の結果から、ＰＨ，−１−Ｈｅは、０
、フＰ　ａ　（０，００５’ｒｏｒｒ）〜６ｇ１ＳＰａ
　（！１Ｔｏｒｒ）が望ましいこと、　ＰＨヨ十Ｈｅが
これ以下では、抵［率ρが低くなり、ま友スピン密度も
上がるので好ましくないこと、ＰＪ＋Ｈｅがこｒｔ以上
では、第２図に示すＩＲスペクトル（／Ｊ　２９６０″
″’ｍがさらに大きくなり、嘆賞の変化か示唆され、思
わしくなく、またスピン密度も大きくなる傾向にあるこ
とが分かる。

なお、特に高温プロセスで！１１！漢し危い場せ、第１
図の＠２、第３基板保持部８ｊ９にヒータを付設し、低
温プロセスｔＩＩＺＰＪｉ！とする場せは第２、第３基
板保持部８．９近傍に冷却パイプを導入して冷媒χ流子
等、適当な温度調節手段により冷却ま九を工加熱して基
板（／Ｊ温度を調節可能とすることかできる。

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＃ｊ２素薄膜の形成方法において、対向１１！極上
に基板保持ｓｔ設けると共に、グラファイトターゲット
と対向［ａとの対向部両側及び対向電極後方のＣ，Ｃ−
Ｈ橿のンフトデポジシｌン領域内に基板保持部を設げ、
かつ真空昆円を気圧α７　Ｐ　ａ　〜８６５　Ｐ　ａす
Ｈｅ／Ｈ，：１〜９０％の混合ガス雰囲気とする方法を
採用し九ため、以下ｖ）ような効果を奏する。

（１）ダイヤモンド状、或いはアモルファス次ｘ＃ｉｇ
が低温プロセス（特に基板温度ｌ上げる必要がない）で
形成でき、従って原理的にはあらゆる材質の基板上に製
Ａできる。

（２１装置構底か簡単で、必要とする特性り薄膜ケ複雑
な制御を用いろことなく容易に得ることができる。

（３１！空室内に３カ所の基板保持部ン有するので、製
造効率が高く、基板の種類に応じてセツティング位置を
遣宜変えろことができる。

（４）他の方法で形成し九炭素薄膜より、ダングリング
ボンドの数が少なく（スピン密度か低い）、かつ光学的
バンドギャップ（Ｅｇ（ｏｐｔ））か広く、低効率も高
い。

１５１町視から赤外まで、非常に光透過性σノ高い膜と
なる。

（６）基本的にはスパッタリング法に立脚する方法であ
ろ之め、基板との密着性Ｑノ良い薄膜ン形ｇすることが
できろ。

（７）水素とヘリウムの混合ガスを用いろ之め、さらに
膜質が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図を１本発明ＵＪ実施例１示すもので、
第１図はスパッタリング装置ｔｃｖ概略的断面図、ｉ１
！２図を工赤外吸収スペクトル！示す図表、第３図は抵
抗率の混せガス依存性Ｙ示す図表、第４図ｔ：光学的バ
ンドギャップとスピン密度σノ関係ン示す図表、第５図
はヘリウム濃度による抵抗率変化ｌ示す図表である。 １・・・Ａ空［，４・・・グラファイトターゲット、５
・・・対向’ｉｔ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、ｌ
Ｏ・・・基板、Ｃ・・・ンフトデポジション領域。 第１図 スハ０ヅタ１１ング娯置 １−一一一虜臣窟 ４−一一一グラー７ｆ／１トターゲゾヒ５−一一一姐■
釦省暢（ｆ１１護版、保障）６−−−−高闇襞＠：芦 ８−一−−璃２塵板保徳 ９−−−−＠３荏飯保障 １０−−−一椋 Ｃ−−−−ゾフピ゛ボシゾ榎ン４戚 第３図 ６抗４９ｑｇｌ＆イス、Ｅ（ｐＨ，＋　Ｈｅ）　４Ｒｎ
　ｔＫＰＨ２＋　Ｈｅ　　　　　　　（Ｔｏｒｒ）第４
図

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アイトターゲ
   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アイトターゲットと
   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０．７Ｐａ〜６６５ＰａのＨｅ／Ｈ＿
   ２＝１〜９０％の混合ガス雰囲気としたことを特徴とす
   る炭素薄膜の形成方法。
2. （２）前記基板保持部を温度調節手段により冷却または
   加熱して基板の温度を調節可能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
   。