JPH012315A - 半導体化炭素薄膜の形成方法 - Google Patents

半導体化炭素薄膜の形成方法

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JPH012315A
JPH012315A JP62-158272A JP15827287A JPH012315A JP H012315 A JPH012315 A JP H012315A JP 15827287 A JP15827287 A JP 15827287A JP H012315 A JPH012315 A JP H012315A
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thin film
gas
carbon thin
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semiconducting carbon
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渡辺 三鈴
和彦 河上
良樹 森川
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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、反応性スパッタ法により11機1−に強固な
炭素薄Sを形成する方法に関し、特に炭素源として用い
る固体のグラファイトに、【め、必要とするドーパント
を埋め込んでおき、これを複合ターゲットとして極一般
的スバッタ法にや拠しつつ、基板十に七導体化ノに六d
膜を形成する方法に関するものである。
13、発明の献ず“+2 本発明は、低圧水ノ・1ガスを3む雰囲気の1″℃空室
内においてグラファイトターゲット314いて行うスパ
ッタθ;に才9いて、 ^1f記グラファイトターゲットに、面積比で011〜
10%のアルミニウムを埋め込んで形成した複合ターゲ
ットを用いろことにより。
毒性の弾いガスを用いる心腔をなくし、かつ11N竹コ
ントロールを容易にしたものである。
C1従夾の技術 従来、プラズマCV D (Chemical Vap
our 1)ep。
5ition)法や反応性スパッタ法などによるダング
リンノfボンド数が少なく、抵抗の高い炭メ・3μt 
1ift覧のj[ネ成六θミが知られている。
そこで、一般の半導体と同様に、これをjntrinq
lc膜とし、適当な不純物をドーピングして、ワイドギ
ャップ(Eg=1.5eV以上)半導体として用いるこ
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法で製riされるアモルファスシリコン
の場合、ジボラン(82H、)やホスフィン(Plj、
)が用いられるが、主原料となるシラン(SiH,)も
含め、各々毒性の高いガスである。
炭素薄膜の形成では、水素ガスやメタンガス。
エタン系ガスが多く用いられており、ドーピングのため
にジボランやホスフィンを用いると、新たに毒性の高い
ガスを導入することとなるという問題点がある。
また、ガスは導入する場合、ガス中のドーパントの割合
とF!’l膜中のドーパントの情とが一般に同しでない
という(!所がある。
木市明は、■−記従来の問題点を解決しようとするもの
である。
E0間顕点を解決するための手段 本分I11においては、]〕記従来の問題点を解決する
ため、反応性スパッタ法による炭六薄膜の形成方法にお
いて、グラファイトに、面積比でO,]〜10%のアル
ミニウムをj甲め込んで形成した複合ターゲットを用い
るようにした、 1・゛0作用 本発明においては、代々室内を低圧水J3ガスを含む雰
囲気として室内に炭7彰薄膜を形成すべきJ、9板を設
置すると共に1面積比で0.1〜10%のアルミニウム
を埋め込んで形成された複合グラファイトターゲットを
電極に設置し、これと対向電極との間に高周波を圧を印
加してノ、(板l−に炭素薄膜を形成する。ドーパント
であるアルミニウムが固体であるため、取扱い、濃度コ
ントロールが容易で、しかもガスと異なり流してしまう
無駄がなり)。
G、実施例 図について本発明の詳細な説明する。
第1図にこの実施例において用いるスパッタ装置を示す
。同図において、1は真空室で、この真空室1は、排気
口2、雰囲気ガス導入口3を備えている。真空室1内に
は、複合グラファイトタ−ゲット4と、第1基板保持部
を兼ねた対向電極5とが対向設置され、これら両者間に
は高周波な源6からマツチングボックス7を介して高周
波電圧が印加されるようになっている。第2基板保持部
8は、複合グラファイトターゲット4と対向電極5との
対向H′Xiの両側方に位置して真空室1の側壁1−に
相対向して一対設けられ、また第3基板保持部9は対向
電極5の後方に位置して真空室1の側壁上に設けられて
いる。10は各基板保持部に装着された炭素薄膜を形成
すべき基板である。
複合グラファイトターゲット4は、第2図に示すように
、グラファイトに面積費で0.3%のアルミニウム(A
t)11を埋め込んで成るものである。
しかして、この実施例のスパッタ装置を動作させた状態
において、第1図に示すように電極対向部からその外側
に向かって順次、励起C,C−1(種ソース域a、プラ
ズマ中で励F2. C、CI 1 種がトランスポート
する領域す、C,C−HMがソフトデポジションする領
域Cが形成される。そして。
上記第2、第3の基板保持部8.9は、何れもC1C−
H種がソフトデポジションする領域C内に配置されてい
る。
■−記ススバッタ装置用いて基板10F、にル素イーリ
膜を形成した具体的実施例を以下に説明する。
−真空室1内に複合グラファイトターゲット4゜炭素薄
膜を形成すべき基板10を設置した後、真空室1内を1
.33X10’Pa (10’Torr)まで減圧し、
)(e/H,+He=50%の混合ガスを40Pa (
0,3Torr)まで導入する。
室内圧力(P H,)が安定した後、高周波(13゜5
6MHz)ffl力をターゲット4に対し6.8%I/
aJに設定し、5時間スパッタした。この結果、各保持
部5,8.9にセットした基板10上に形成された炭素
薄膜の特性を第1表に示す。比較のために、グラファイ
トのみから成るターゲットを用いた場合の特性を第2表
に示す。
第2表 上記第1,2表に示されるように、バンドギャップをほ
とんど変えずに、抵抗率が下がっている結果から、Al
がアクセプターとして炭1膜中に取り込まれたと考えら
れ、かつこの膜はP型学導体化炭素薄膜といえる。
第3図は、Si基板上に形成された膜のSIMS (S
econdary Ion Mass 5pectro
scopy ;二重イオン質量イオン分析法)の結果を
示すもので、これから、膜中にAtが取り込まれている
ことが明かである。また、」−記表からHeガス混合は
、膜特性を変えること無く成Il側速度を大きくする効
果を持つことが明らかである。
第4図は、グラファイトターゲット4の面積に対する埋
込アルミニウム部分の面積の割合を種々変えた場合の炭
素薄膜の抵抗率ρとb IC++の結果を示すものであ
る。
第5図は、A1を面積費で0.3%埋め込んだ複合グラ
ファイトターゲット4を用い、真空室1内雰囲気圧力P
H2◆He()le/H,+!1e=50%)を1,3
3P a (0,OITorr) 〜267 P a 
(2,0Torr)と変化させたときの抵抗率ρとEg
nの変化を示すものである。
第6UAは、ヒ部にセットした基板1−に形成された炭
素薄膜の赤外吸収スペクイトルで、線1は木実施例のス
ペクトル、線2は水ノ3ガスのみでスパッタした試料の
スペクトルである7図に示されろように、HeガスとH
,ガスの12合ガスのスパッタで形成された薄膜のSP
3結合結合−H伸縮振動による吸収のうち、−〇 H、
に起因する吸収が減少し、また膜中に含まれる水X(M
が減少している。
しかし、特性はほとんど変化していないので、半導体化
炭素薄膜の特性向上に寄与しない余分の水素量が減少し
たと考えられろ。
第7図は、 P H,+Heを1.3Pa〜267Pa
まで変化させたときの成膜速度(r) R)を、第8図
はPal、◆)la=40PaとしてHe Z HJ◆
He=3〜99%に変化させた場合のEgn、と成膜速
度(D R)を、また第9図は基板温度を室温から25
0℃まで変えたときの成膜速度を夫々示すものである。
なお、第7,9図において、O印はlieを混合しない
場合の成膜速度を示す、特に記述しない条件は全て同一
である1以上の結果から、 HeガスとH2ガスとの混
合ガスによるスパッタでは、H2ガスのみによるスパッ
タよりも成膜速度が大きく、余剰の含有水素量が少ない
良質の半n体化炭J M嘆が得られろことが明らかであ
る。
なお、第3図乃至第5図の試料は、何れも第1Mに示す
スパッタ装置の第2J1(板保持部8にセットして炭素
薄膜を形成した基板10である。
以■;のデータから、以下の結論が得られる。
(1)グラファイトターゲットに埋め込まれるAlは1
面積比で0.1〜10%が望ましい、Alの量が0.1
%以下では抵抗率変化はみられず。
10′石以りでは■X、g1.が小さくなりすぎてワイ
ドギャップ半導体となり得す、不適当である。
(2) PH,+lleは、1.33Pa〜665Pa
が望ましい、1.33Pa以下では、P、Egn共に小
さくてワイドギャップ半導体とはなりfB)ず。
1365Pa以下では、ドーピング効果がほとんど現れ
ない、そして、He濃度が3%未満では成膜速度向上の
効果は現れず、95%以上ではEg。
の低下が見られ好ましくない。従って、PH2÷Heは
、1.33Pa〜665Paで、He/H2+He =
 3〜95%が望ましい。
また、 1ntrinsic状態の ρとEgoとを大
きくする目的で、微量(H,に対して1〜100ppm
)のフッ素Fml酸素o2を含む混合ガスを用いても良
い、第3表は、その−例として、内圧66.7Pa (
0,5torr)で上記混合ガスを用いて形成した1n
trinsic膜と埋込複合ターゲット(面積比0.3
%)を用いて形成した半導体化膜の特性である。なお、
その他の実験条件は先のものと同じである。
L2例において、vll量ガスを1〜1100ppとし
たのは、1 pp+*では効果が現れず、1100pp
以上では却って混合しない場合よりρとEgaとも小さ
くなるからである。
なお1本発明の方法の実施にあたっては、第1図に示す
スパッタ装置以外に種々の他の装置を用いることができ
る。また、特に特許請求の範囲において限定のない実施
条件については、ヒ記実施例の条件に限るものではない
アルミニウムのグラファイトターゲットへの埋込法は、
第2図(a)の他に同図(b)、(c)に示すような方
法が有る。これらに共通して重要なことは、埋込部の面
積比と均一性であり、これらの例のものは、皆同様な効
果を得ることができる。ドーパントの充填法としては、
パウダーを詰める方法や、真空脱ガス成形法で仮成形し
て入れる等の方法があるが、成膜時に不純物ガスが含ま
れない方法であれば、どのような方法を用いても良い。
H6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
よる炭素薄膜の形成方法において、グラファイトターゲ
ットを1面積比で0.1〜10%のアルミニウムを埋め
込んで形成する方法を採用したため、以下のような効果
を奏する。
(1)(CH,)、A 1などの特殊ガスを併用するな
ど多種類のガスを用いることなく、従って、安全かつ節
暇にA1がドーピングされた半導体化炭素薄膜を形成す
ることができる。
(2)複合グラファイトターゲット中におけるアルミニ
ウムの面積比を変化させろことにより、炭素?−タ膜中
のドーパント濃度を容易にコントロールすることができ
る。
(3)ガスドーピング法におけるようにガスが流れてし
まう無駄がないので、微量でドーピング効果がある。
(4)ドーパントとしてのアルミニウムは粉末や粒状の
ものを使用できるので、取扱いが容易である。
(5)スパッタガスをH7とHr=の混合ガスとした場
合には特性向1−に寄怪しない余f11水素の少ない良
性の膜を91ろことができろ。
(6)ヒ記混合ガスにより、成膜速度が向1−するため
、H2ガスだけによる場合よりも短時間で一定の膜厚が
得られる。
(7)■的により、基板は度を250℃まで1−げて成
11々することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第5図は本発明の実施例を示すもので、第1
間はスパッタ袋T4の概略的断面関、第2図(a)、(
b) 、(c)は複合グラフフイトタ−ゲットのilZ
面図及びA−へ所面図、第3図はSIMSによる濃度プ
ロフィルを示す図表、第4図は’J4.f合グラファイ
トターゲットのアルミニウムの面1d比による抵抗率ρ
の変化を示す図表、第5図は抵抗率ρの混合ガス依存性
を示す図表、第614は、」一部にセットした基板上に
形成された炭素薄膜の赤外吸収スペクイトルを示す図表
、第7図はpH,+Heを1 、 :3 P a−26
7P aまで変化させたときの成膜速度(いR)を示す
図表、第8図はPlシ+1le= 40 P aとして
II e/ II、+He= 3〜99%に・々化させ
た場合のE F! ++、と成1:9速度(Dlり)を
示す図表、また第9図は基板温度を室温から250℃ま
で変えたときの成膜速度を示す図表である。 1・・・真空室、4・・・複合グラファイトターゲット
、5・・・対向電極、6・・・高周波電源、10・・・
基板、11・・・アルミニウム。 第1図 ズパ、ダ災厘 1−−一負交霞 4−−11合グラファイトターディト 5−−一差介司喧を窺 6−−−治1flズお3雁 10−−−53反 11−一一望lヒアルミ≦ウム 第3図 SIMSICよる=fi度プロ7アイルスノちりvr間
 (min、) 第4図 面aEによM9.Ego atlb 面 瑣比   (’1.) 第7図 へ′系り里度(D、R,)めガ′ズ圧〕K埃ト性PHz
+He(Torr) CHe/Hz令He =50’ん) 吸収#数(cm’) ○ 9(Ω・cm) 第8図 fv−1M 宸Ego /l n’スL 藏洛KHe/
)−1z今He           (’/6)第9
図 へ膜達宸の4板温度イ丞篠性 纂鈑眉度   (0C)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)低圧水素ガスを含む雰囲気の真空室内においてグ
    ラファイトターゲットを用いて基板上に炭素薄膜を形成
    するスパッタ法において、前記グラファイトターゲット
    が面積比で0.1〜10%のアルミニウムを埋め込んで
    形成されていることを特徴とする半導体化炭素薄膜の形
    成方法。
  2. (2)前記真空室内気圧を1.33〜665Paとする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の半
    導体化炭素薄膜の形成方法。
  3. (3)前記真空室内雰囲気を水素ガスとヘリウムガスの
    混合ガスとし、かつその比率をHe/H_2+He=3
    〜95%としたことを特徴とする特許請求の範囲第(1
    )項に記載の半導体化炭素薄膜の形成方法。
  4. (4)前記基板の温度を室温から250℃までの範囲と
    することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載
    の半導体化炭素薄膜の形成方法。
  5. (5)前記真空室内雰囲気をフッ素ガスと、酸素ガスと
    、水素ガスの混合ガス雰囲気としたことを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項に記載の半導体化炭素薄膜の形
    成方法。
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