JPS6367724A

JPS6367724A - 半導体化炭素薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6367724A
Application number: JP21185786A
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。

Ｂ１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におい
て、半導体化不純物としてのホウ素を含む窒化ホウ素（ＢＮ
）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
うにしたしのである。

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（Ｂ、Ｈ，）やホスフィン（Ｐ　Ｈｓ　）
が用いられるが、主原料となるシラン（３ｉＨ−）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
ガスに加えてシボ・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。

Ｅ０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
のホウ素を含む窒化ホウ素（ＢＮ）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、Ｈ８）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ｌはフランジ付金属袈円筒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！　４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の背面には電極箱ｌＯ内てマグネトロ
ン１１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まて冷却水が通されて冷却される。これ
ら水管１２．１３はソールド１６で覆われて円筒２の側
部から気密ンールドで真空容器Ｉ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
みＶ膜が形成される堆積堰板１７．　ｉ８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２
１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され
る。ずなわち、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、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［１７，１８上にソフトにデポジツションする。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
ホウ素を含むＢＮ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として窒化ホウ素（ＢＮ）
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ｌ内を１．３３ｘ
　１Ｏ−５Ｐａ（ｔｏ−’Ｔｏｒｒ）まで減圧し、導入
管６から、水素ガス（Ｈｔ）９０ｖｏ１．％とメタン（
ＣＨ４）ガス１０ｖｏｉ、％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、マグネトロン
１１には高周波（１３，５６Ｍｔｌｚ）’ｉ力を６．８
Ｗ／ｃｍ”に設定し、５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、右屈に示す乙のは、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
る結果からも、ホウ素（Ｂ）かアクセプタとして炭素薄
膜中に取込まれたと考えられ、この膜は、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　　Ｍａｓ
ｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）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）が取込まれ
ていることが確認された。

第３図は、水素ガス（１１２）に添加するメタン（ＣＬ
）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（Ｉ２）に添加するメタンガス
（Ｃ１１，）の濃度は、０．１ｖｏ１．％〜５０ＶＱ１
．％が望ましく、メタンガスが０．１ｖｏ１．％以下で
はターゲットのＢＨに近い薄膜ができ、また、５０ｖｏ
１．％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ず思わし
くない。

さらに、第４図は、混合ガス（１０ｖｏ１．％ＣＨ４＋
９０ｖｏ１．％Ｈ，）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１．３Ｐ
ａから６６５Ｐａが望ましく、１．３Ｐａ未満では光学
バンドギャップＥｇｏが小さくてワイドギャップ半導体
にならず、６６５Ｐａより高いとドーピング効果が現わ
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ｒこが、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ば、
炭化水素ガスとしてメタンガス（Ｃ）Ｉ４）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。

Ｇ０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（Ｂ、Ｃ）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ホウ素（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ろ効果がある。

また、膜中のドーパントとしてのホウ素ＣＢ）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、昆合法に比して、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
装置の要部溝成図、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（ＣＩ４）濃度による電
気抵抗率ρの変化を示すグラフ、第４図は、電気抵抗率
ρ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Ｍ極、１７．１
８゜２１・・・堆積基板。第１図スＩぐフタリング裟！の要ｔ５購匠口真空ポンプ第２図

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窒化ホウ素
（ＢＮ）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。