JPS6367719A

JPS6367719A - 半導体化炭素薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6367719A
Application number: JP21185986A
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: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1988-03-26

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。

Ｂ３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（ニオ
３いて、半導体化不純物としてのホウ素を含む炭化ポウ：Ａ（Ｂ
４Ｃ）をターゲットとして用い、炭化水素ガスと水素ガ
スと窒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なうことにより、毒性の高いガスを使用することなくしかも濃度コントロ
ールを効率良く製膜できるようにしたものである。

Ｃ１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、炭素薄膜を真性イントリンシック膜としてそ
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＝１．８ｅＶ以上）の半導体化炭素薄膜を得
ることが考えられる。

Ｄ１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（Ｂ２＋１．）やホスフィン（Ｐ）Ｈ５
）が用いられるが、主原料となるシラン（ＳＩＨ４）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
ととなってその管理、製造装置を難しくする。

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
を悪くするし、ドーピング効率を悪くする。

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
良くした半導体化炭素薄膜を形成できる製造方法を提供
するにある。

Ｅ１問題点を解決するための手段と作用本発明は、上記
問題点に鑑みてなされたもので、半導体化不純物として
のホウ素を含む炭化ホウ素（Ｂ、Ｃ）をターゲットとし
て反応性スパッタ法で炭素薄膜を形成する製造方法であ
って、スパッタ用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て、スパッタ用ガスに毒性
を有するジボラン（Ｂ、Ｈ６）を用いないようにし、膜
中ドーパントの濃度コントロールを容易とする。

Ｆ、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Ｏリング３等をシール手段として金属製
の上Ｍ４と下蓋５で気密封止されて構成される。この真
空容器ｌ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Ｍ４には真空容器ｌ内で接地
電位の電子引抜き対向電極８が設けろれ、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の背面には電極箱１０内でマグネトロ
ンｌｌが設けられ、外部から高周波電流がマグネトロン
１１に供給されることで該ターゲット電極９が加熱され
る。マグネトロン１１には供給側金嘱製冷却水管１２と
排水側金属製冷却水管１３によつて冷却水人口１４から
冷却水出口Ｉ５まて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１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
薄膜が形成される堆積基板１７．１８は、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上に取付けられるか、また、堆積基板２１と
して対向電極８に取付けられる。

２２は基板支え部材である。また、熱電対２３は堆積基
板Ｉ７の温度を測定できるよう上蓋４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され
る。すなわち、真空容器１内で破線で示すへ部が電極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、８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上にソフトにデポジツンヨンする。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
の配慮がなされろ。

ここで、ターゲット電極９には半導体化不純物としての
ホウ素を含むＢ、Ｃ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Ｈ２七炭化水素ガスと窒素ガス
と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として炭化ホウ素（Ｂ、Ｃ
）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ｌ１７１１を１．
３３Ｘ　ｔｏ−５Ｐａ（１０−７Ｔｏｒｒ）まで減圧し
、導入管６から、水素ガス（Ｈ２）９０ｖｏｌ．．％、
窒素ガス（Ｎ、）１０ｖｏｌ。

％の混合ガス９０ｖｏｌ．．％と、メタン（Ｃ１１４）
ガス１０１１０１゜％の混合ガスを６７Ｐａ（０，５Ｔ
ｏｒｒ）となるまで導入する。

次に、真空容器ｌ内の圧力が安定した後、マグネトロン
１１には高周波（１３，５６ＭＨｚ）電力を６．８Ｗ／
ｃｉ’に設定し、３時間のスパッタリングを行なった。

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、右欄に示すらのは、ホウ素（Ｂ）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
し、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたものとの比較からバ
ンドギャップを殆んど変えることなく抵抗率が下ってい
る拮梁からも、ホウ素（Ｂ）がアクセプタとして炭素薄
膜中に取込まれたと考えられ、この膜：よ、Ｐ型半導体
化炭素薄膜になっている。

第２図は、基板（Ｓｉ）上に形成した薄膜の二次イオン
質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　
５ｐｅｃｔｒＯｓｃｏｐｙ）の結果を示し、この結果か
らも本実施例による製膜中にホウ素（Ｂ）か取込まれて
いることが確認された。

第３図は、水素ガス（ｆｉ２）９０ｖｏｌ．．％と窒素
ガス（Ｎ２）１０ｖｏｌ．．％の混合ガスに添加するメ
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（ｎ、）と窒素ガス（Ｎ２）の
混合ガス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Ｑ、ｌ、ｖｏｌ．％以下ではターゲットのＢ、
Ｃに近い薄膜ができ、また、５０ｖｏｌ．．％を越える
と、Ｅｇｏが１．８ｅＶ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す思わしくない。

また、第４図は、窒素ガス（Ｎ２）の量を変えたときの
吸収係数αの変化を見たものであり、Ｎ２含有量の増加
と共にバンド端の吸収が少なくなっている。この結果、
水素ガス（＋＋　１　）と窒素ガス（Ｎ、）との混合ガ
ス（ベースガス）中の窒素ガス（Ｎ２）ｆｆｉはＮ２／
Ｈ２＋　Ｎ！　＝　Ｉ　〜５０ｖｏｌ．．％が望ましく
、１ｖｏｌ．．５未満では、窒素ガス（Ｎ、）混合の効
果はなく、５０ｖｏｌ．．５以上では光学バンドギャッ
プＥｇｏが１．８ｅＶ以下となって思わしくない。

さらに、第５図は、混合ガス（１０ｖｏｌ、％Ｃｉｌ、
＋９ｔ：１ｖｏｌ．．％（ｌｏｖｏｌ、％Ｎ、＋　９０
ｖｏｌ．．％ｔ（２）　）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Ｅｇ
ｏの変化を示すグラフであって、混合ガスの圧力は１．
３Ｐａから６６５Ｐａが望ましく、１．３Ｐａ未満では
Ｅｇｏが小さくてワイドギャップ半導体にならず、６６
５Ｐａより高いとドーピング効果が現われない。

なお、第２図〜第５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、この他に各種の設計
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（Ｃ）１４）を用いたが、
他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らこれに
限るものではなく、特にスパック条件についても変更が
可能である。

Ｇ　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
してのホウ素（Ｂ）を含む炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）をター
ゲットとして用いたことにより、ジボランなどの毒性の
高いガスを用いることなく中つ素（Ｂ）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ホウ素（Ｂ）の濃度コ
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、ターゲット中にホウ素（Ｂ）
が含まれているため、ガス混合法に比して、ホウ素（Ｂ
）が微量でドーピング効果を上げることができろ。

【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ｔ１′！戊図、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。９度プロファイ
ルを示すグラフ、第３図は、メタンガス（Ｃ）！４）１
度による電気抵抗率ρの変化を示すグラフ、第４図は、
窒素ガス（Ｎ、）濃度による吸収係数の変化を示すグラ
フ、第５図は、電気抵抗率ρと光学バンドギャップＥｇ
Ｏのガス圧依存性を示すグラフである。１・・・真空容器、９・・・ターゲット電極、１７．１
８゜２１・・・堆積基板。第１図スｒ１１′−ｔ９リンフ゛装置の要部ｉＪへ図８・・−
−−−・−一・−丈１向ｔ↑ｂ９−−−−−−−−−−
１−７−＋）ｅｔＩｉｐ１？−−−−−−−−−−７７
ｊト０ン１７＋　ｉｓや２１−・・−１ｔ　ｆｉ暮販第
２図第３図ＣＨ４：：庁１；；る９／１文化ε〒、すり゛ラフＣＨ
／ｊＨ＝（９０ｖｏｌ．．”／、ン＋Ｎ２（ｉｏｖｃｌ
、’ム））＋ＣＨ４第４図Ｎ２漬庁による＝＝ｆＪ敗イモ教の変化８示すり”ラフ
Ｅ９Ｑ（ｅｖ）ンソトンエ才ルゼ−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体化不純物としてのホウ素を含む炭化ホウ素
（Ｂ＿４Ｃ）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窒素ガスとの混合ガスをスパッタ用
ガスとして用いて、反応性スパッタ法で炭素薄膜を形成
することを特徴とする半導体化炭素薄膜の製造方法。
（２）前記反応性スパッタ法は、１．３３Ｐａ〜６６５
Ｐａの圧力下で行なう特許請求の範囲第１項記載の半導
体化炭素薄膜の製造方法。
（３）前記混合ガス中の炭化水素ガスの割合を０．１〜
５０ｖｏｌ．％とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の半導体化炭素薄膜の製造方法。
（４）前記混合ガス中の、水素ガスと窒素ガスにおいて
、窒素ガスの割合を水素ガスと窒素ガスの混合ガスに対
して１〜５０ｖｏｌ．％とする特許請求の範囲第１項〜
第３項のいずれかに記載の半導体化炭素薄膜の製造方法
。