JPS6367725A

JPS6367725A - 半導体化炭素薄膜の製造方法

Info

Publication number: JPS6367725A
Application number: JP21185886A
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Ｃ窒化ボロン（ＢＮ
）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。

Ｃ３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、ｌ（、）やホスフィン（ＰＨ５）が
用いられるが、主原料となるシラン（ＳｉＨ，）ら含め
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ｆこめ、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徨供
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
のホウ素を含む窒化ボロン（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（！３．＋１．）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はフランジ付金属製円筒２
とこの両端部がＯリング３等を一シール手段として金属
製の上蓋、１と下蓋５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Ｍ５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！０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：ま供給側金属製冷却水管１２
と排水１．１１１金′？４製冷却水管１３によつて冷却
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１変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、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
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Ｈ２と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として窒化ボロン（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１内を１．３３Ｘ　
１Ｏ−５Ｐａ（１０−７Ｔｏｒｒ）まで減圧し、導入管
６から、水素ガス（Ｌ）９５ｖｏｌ．％、窒素ガス（Ｎ
２）　５　ｖｏｌ、％の混合ガス９０ｖｏｌ．％と、メ
タン（ＣＩＬ）ガス１０ｖｏｌ．％の混合ガスを６７Ｐ
ａ（０，５Ｔｏｒｒ）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、マグネトロシ
１１には高周波（１３，５６ＭＨｚ）電力を６．８Ｙ／
ｃ１１２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ｔＹ１７．１３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、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）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
質蚤分肝法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｔｏｎ　Ｍａｓｓ　
５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）の結果を示し、この結果か
らら本実泡例によろ′５ソ膜中にホウ素（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（Ｈり９５ＶＯ１，％と窒素ガス（
Ｎ１）５ｖｏｌ．％の混合ガスに添加するメタン（Ｃ）
１．）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（ＩＩ　ｔ　）と窒素ガス（Ｎ
、）の混合ガスに添加するメタンガス（Ｃ１４）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ＢＮ
に近い薄膜ができ、また、５’０ｖｏｌ．％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。

また、第４図は、混合ガス（１０ｖｏｌ．％ＣＨ４＋　
９０ＶＯ１゜％（１０ｖｏｌ．％Ｎ、＋９０ｖｏｌ．％
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１．３Ｐａから６６５
Ｐａ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、６６５Ｐａより高いと
ドーピング効果が現われない。

また、第５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減少して良くなっている。この
結果、水素ガス（Ｕ　、　）と窒素ガス（Ｎ２）との混
合ガス（ベースガス）中の窒素ガス（Ｌ）ｆｆｉはＮｔ
／ｌｉｔ　＋　Ｎｔ　＝１〜２０ｖｏｌ．％が望ましく
、Ｉｖｏｌ、５未満では、窒素ガス（Ｎ２）混合の効果
はなく、５０ＶＯＩ。

５以上では光学バンドギャップＥｇｏカ月、８ｅＶ以下
となって思わしくない。

なお、第２図〜第５図の試料は第１図の基板Ｉ７に相当
する。

以上、実施例について説明したが、この池に各種の設計
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）Ｉ４）を用いたが、
他の炭化水素ガスを用いてらよい。

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。

Ｇ４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（１３）を含む窒化ボロン（ＢＮ）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、）濃度による電
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、第・１図は、電気抵抗率ρと光学バンドギャップ
Ｅｇ’ｏのガス圧依浮性を示すグラフ、第５図は、窒素
ガス（Ｎ２）ｉａ度による吸収係数の変化を示すグラフ
である。 ■・・・真空容器、９・・・ターゲット電極、１７．１
８゜２１・・・堆積基板。第２図ＳＩＭＳによるｘ′Ｘブロア了イルを庁、すブック慎３
図ＣＨ４１度ｌ；よるｐｔ＊と、？、Ｔグラフ”／９５ｖ
ｏｌ’ム）（２＋５ｖｏｌ°７６Ｎ２　　　（６１ｏ）
第４図第５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ボロン
（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１〜２０ｖｏｌ．％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
。