JPH0462716A - 結晶性炭素系薄膜およびその堆積方法 - Google Patents

結晶性炭素系薄膜およびその堆積方法

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JPH0462716A
JPH0462716A JP2173463A JP17346390A JPH0462716A JP H0462716 A JPH0462716 A JP H0462716A JP 2173463 A JP2173463 A JP 2173463A JP 17346390 A JP17346390 A JP 17346390A JP H0462716 A JPH0462716 A JP H0462716A
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gas
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正洋 出口
Masatoshi Kitagawa
雅俊 北川
Takashi Hirao
孝 平尾
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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】 産業上の利用分野 本発明ζよ　電子工業における半導恢　絶縁体コーテイ
ング膜などに用いられる結晶性炭素系薄膜およびその堆
積方法に関する。
従来の技術 結晶性の良い炭素系薄膜を堆積するために（戴膜と基板
素材との間の格子不整合の影響をなくすため＆へ　膜を
成長させる基板素材およびその表面処理方法などをうま
く選択する必要があム　たとえば　ダイヤモンド薄膜の
場合、単結晶ダイヤモンドを基板素材として用いること
によって、結晶性の良い良質の膜が得られている。この
ように堆積膜と同材料の基板素材を用いて膜堆積を行な
う方法をホモ・エピタキシャル成長法と呼本これに対し
　成長膜と異なる材料である異種基板素材に膜堆積を行
なう方法であるヘテロ・エピタキシャル成長法の研究も
盛んに行なわれている。
この成長法を用いると、様々な基板素材上に膜堆積がで
きるので、結晶性炭素系薄膜を広い分野で利用すること
ができも　特へ　シリコン基板上へのへテロ・エピタキ
シィは良質な基板素材が手に入りやすいことや大面積の
ものが得られること、他の電子デバイスとのハイブリッ
ド化などの点で重要であも　シリコン基板上への結晶性
炭素系薄膜成長の例として、ダイヤモンドやシリコン・
カーバイトがある力丈　これらの膜を堆積するには一般
的にシリコン基板の前処理を必要としていもダイヤモン
ド薄膜と堆積する場合、シリコン基板表面を人為的にア
ルゴンなどの不活性イオン・ビームやダイヤモンド砥石
などで荒すことによって、核の発毛　成長を促進させる
試みが行なわれていも また　シリコン・カーバイトの場合（よ　基板であるシ
リコンと堆積膜であ　襦＊シリコンカーバイトとの間の
格子不整合の影響を緩和する方法として、シリコン基板
表面を炭化処理したり、基板として用いるシリコンの結
晶軸方位を（１００）方向から数度ずらしたオフ基板を
用いたりしている。このように結晶性炭素系薄膜を異種
基板素材上に堆積する際にζ友　基板素材の表面処理過
程が重要であも 発明が解決しようとする課題 このような従来の結晶性炭素系薄膜の堆積方法で（戴　
結晶性が良く、ホモ・エピタキシャル成長法の場合、基
板素材として単結晶のものを用意しなければならなｔ〜
　しかし　結晶性炭素系薄膜例えばダイヤモンドやシリ
コンカーバイトの単結晶基板は非常に高価であり、大面
積のものが得られないという課題があった また　へテロ・エピタキシャル成長法の場合基板素材の
面方位方向や基板素材と堆積膜との格子定数の整合性が
重要なポイントとなるので、核の発生密度を高めたり、
基板と膜の格子不整合の緩和を行なっていた力丈　これ
らの方法では膜の結晶法　配向性を制御することが出来
なかったり、格子不整合が起因である欠陥が膜中に存在
し　完全に除去することが困難であるという課題があっ
九 以上のように良質の結晶性炭素系薄膜を堆積するための
基板素材並びにその表面処理方法は不充分であり、特に
ヘテロ・エピタキシャル成長法において格子不整合の緩
和を根本的に解決する方法はまだ得られていないという
課題があっな　本発明は上記課題を解決するものて　異
種基板素材上に低温で形成された格子不整合のない良質
の結晶性炭素系薄膜を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために　基板素材と炭素系
薄膜の間に基板素材に接した面から炭素原子の含有量が
連続的に増加しかつ基板素材の構成原子の含有量が連続
的に減少して行く炭素組成傾斜領域を設けた構成よりな
る。
作用 本発明は上記した構成により、堆積を行なう基板素材上
に基板素材の構成原子と炭素原子で構成される炭素組成
傾斜領域を形成することによって、基板素材と炭素系堆
積膜との格子不整合を緩和させることが出来る。それに
加え　その領域中に含まれる炭素原子の組成を徐々に変
化させていくことによって、基板素材の持つ結晶性を反
映しなか収　基板素材から結晶性炭素系薄膜が堆積し易
い構造へと変化させることが出来も 実施例 以下、本発明の一実施例について第１図〜第４図を用い
て詳しく説明すも 第１図は基板素材の構成原子を含む粒子と炭素原子を含
む粒子によって、基板素材上に形成された炭素組成傾斜
領域の模式図である。基板素材１０１上に形成された炭
素組成傾斜領域１０２は炭素原子１０３と基板素材１０
１の構成原子（１０４）とで構成されも　その阪　その
炭素組成傾斜領域（１０２）内の炭素原子（１０３）の
含有量は基板素材１０１表面から炭素組成傾斜領域１０
２の表面に向かって連続的に変化させる。このようにす
ることによって、炭素組成傾斜領域１０２の表面は基板
素材１０１の結晶性を反映しなが収結晶性炭素系薄膜が
成長し易い構迭　状態へと変化していく。炭素原子の量
は基板素材１０１に照射される炭素原子を含む粒子１０
５と基板素材の構成原子を含む粒子１０６の絶対量およ
び比で制御する。このような炭素組成傾斜領域（１０２
）の作製方法として１よ　炭素原子を含む粒子１０５の
代わりへ　炭素原子を持つガスまたはそのガスを含む混
合ガスを用いて行なうことも出来る。
またこのような炭素組成傾斜領域（１０２）を形成した
後の炭素系薄膜の堆積方法として（友　少なくとも堆積
する炭素系薄膜の構成原子を持つガスまたはそのガスを
含む混合ガスを分解して照射する方法東　固体を加熱蒸
発することによって生成した少なくとも堆積する炭素系
薄膜の構成原子を含む粒子流を照射する方法や前記二つ
の方法を組合せた方法がある。
第２図は基板素材１０１として、シリコンを用いた場合
の炭素組成傾斜領域の作製手法・装置の概略構成図であ
る。本装置はシリコン基板２０１にシリコンを加熱蒸着
するための蒸発源２０２と炭素原子を含む粒子を照射す
るための蒸発源２０３から構成されている。蒸発源２０
２　ｉｔ　　電子銃によるシリコン・ターゲットの加熱
蒸着源を用いていも　これはシリコンなどのように比較
的融点が高い材料の粒子流を得るためであも　他の方法
として、蒸発源２０２はクヌーセン・セルやガス・セル
などを用いることも出来も　同様に　炭素源粒子の蒸発
源２０３として、グラファイト・ターゲットの電子線蒸
着源を用いている。反応室２０４を真空排気した後、電
子線加熱によって生成されたシリコン原子流２０５およ
び炭素原子流２０６は所定の温度に加熱されたシリコン
基板２０１に照射され　炭素組成傾斜領域を形成する。
その際　炭素原子の量の制御は電子線強度やシャッター
２０７による炭素原子流（２０６）の遮蔽によってなさ
れる。このような方法を用（＼　基板温度・各原子流の
強度などをうまく設定することによって、シリコン基板
２０１上に良質な炭素組成傾斜領域を形成することが出
来る。このように基板素材の構成原子またはその構成原
子を含む粒子を、所定の温度に保たれた基板素材に照射
しながら同時に炭素原子または炭素原子を含む粒子の量
を連続的に所定の量まで変化させて照射し　炭素組成傾
斜領域（１０２）を形成する。炭素組成傾斜領域（１０
２）を形成した後は　炭素原子蒸発源（２０３）により
固体を加熱蒸発して生成した少なくとも炭素系薄膜の構
成原子を含む粒子流を照射して結晶性炭素系薄膜を堆積
した 第３図は第２図の炭素原子蒸発源（２０３）に代えて炭
素原子源として、イオン銃（３０１）を用いた場合の作
製手法・装置の概略構成図である。
本装置は炭素原子源として、グラファイトの電子線蒸着
の代わりに　イオン銃３０１を用いていもこのイオン銃
３０１より、炭化水素ガスなどの放電分解より得られる
炭素イオンおよび炭化水素イオンを数十ｅＶ〜数ｋｅＶ
のエネルギーでシリコン基板２０１に照射する。この方
法は炭素組成傾斜領域１０２中の炭素原子の量をドーズ
量で制御できる。加えて、イオンの持つエネルギーを調
整してやることにより、イオン照射の効果　例えば蒸着
粒子のマイグレーションによる結晶性の改善などが得ら
れる。
第４図は基板素材１０１としてシリコンを用いた場合の
作製手法・装置の概略構成図である。本装置はシリコン
基板２０１にシリコンを加熱蒸着するための蒸発源２０
２と炭素原子源となるガスの導入口４０１より構成され
ている。シリコンを加熱蒸着する蒸発源２０２は第２図
で用いたものと同様　電子線加熱によるものである。炭
素原子の供給は炭化水素ガスなどの気体を用いて行なわ
れる。ガス導入口４０１より導入されたガスは肱光また
はプラズマ等を利用することにより分解・反応させ、炭
素組成傾斜領域１０２の形成に寄与すム　炭素原子の量
の制御は導入するガスのガス玉　入射シリコン粒子流の
強度などで行なう。この方法は化学反応の効果を利用で
きるので、うまくガス種を選択することによって、より
低温の基板温度で炭素組成傾斜領域を形成することが出
来も 以上の手法を用いて、シリコン基板素材上に炭素組成傾
斜領域（１０２）を形成する際　炭素組成傾斜領域（１
０２）の表面の炭素原子の含有量の割合を基板素材の構
成原子１に対して、　０．９〜１．１にすることによっ
て、良質な結晶性炭素系薄膜が堆積可能になる。なぜな
ら（′Ｌ　前記の所定割合の範囲では基板最表面は大部
分がシリコンカーバイトであり、また結晶構成に関与し
ない炭素原子の量も非常に少ないので、炭素組成傾斜領
域内に存在する構造欠陥などが少な（なるからであａ　
すなわ板　良質な結晶性炭素系薄膜を堆積させることが
可能となる。このようにして形成された炭素組成傾斜領
域上への結晶性炭素系薄膜の堆積（よ　堆積する結晶性
炭素系薄膜の構成原子を持つガスまたはそのガスを含む
混合ガスの分解・照射や構成原子を含む粒子流の照射に
よって、良質なものを容易に得ることが出来る。以上の
ような方法で基板素材１０１上に炭素組成傾斜領域（１
０２）を形成することにより、異種基板素材と膜の間の
格子不整合を緩和させることが出来るのて　、堆積する
結晶性炭素系薄膜の構成原子を持つガスまたはそのガス
を含む混合ガスの分解・照射や構成元素を含む粒子流の
照射によって、良質な結晶性炭素系薄膜を大面積に　し
かも容易に得ることが出来も その阪　炭素組成傾斜領域（１０２）の作製法と結晶性
炭素系薄膜の堆積法をうまく選択することにより、一連
のプロセスとして行なえるので、形成された炭素組成傾
斜領域の最表面を汚すことなく、連続的に膜の堆積が出
来る。
発明の効果 以上の実施例からも明らかなように　本発明によれは　
基板素材と炭素系薄膜の間に基板素材に接した面から炭
素原子の含有量が連続的に増加しかつ基板素材の構成原
子の含有量が連続的に減少して行く炭素組成傾斜領域を
設けた構成によるので、異種基板素材上に低温で格子不
整合のない良質な結晶性炭素系薄膜を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の結晶性炭素系薄膜を形成す
る炭素組成傾斜領域の模式医　第２１第３図および第４
図は第１図の炭素組成傾斜領域およびその上の結晶性炭
素系薄膜を形成する各種堆積方法を実施するための装置
の概略構成図であ１０１・・・基板素材、　１０２・・
・炭素組成傾斜領域　１０３・・・炭素原子、　１０４
・・基板素材の構成原子。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第　１　図 基キＴＬ！＃ 浸　１＃、　！ＩＩＬ万又イ【置所シシ１噌ＩＩビ（炭
素Ｎｌ子 基板素材の積結１ ○ ○ ○ に、、。 ■ ０−／θ５ ○ 第　２１２１ 第　３　Ｖ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基板素材と炭素系薄膜の間に前記基板素材に接し
    た面から炭素原子の含有量が連続的に増加しかつ前記基
    板素材の構成原子の含有量が連続的に減少して行く炭素
    組成傾斜領域を設けたことを特徴とする結晶性炭素系薄
    膜。
  2. （２）基板素材上にその基板素材に接した面から炭素原
    子の含有量が連続的に増加しかつ前記基板素材の構成原
    子の含有量が連続的に減少して行く炭素組成傾斜領域を
    形成し、その炭素組成傾斜領域上に少なくとも堆積する
    炭素系薄膜の構成原子を持つガスまたはそのガスを含む
    混合ガスを分解して、前記基板素材に照射することによ
    って膜堆積を行なうことを特徴とする結晶性炭素系薄膜
    の堆積方法。
  3. （３）基板素材上にその基板素材に接した面から炭素原
    子の含有量が連続的に増加しかつ前記基板素材の構成原
    子の含有量が連続的に減少して行く炭素組成傾斜領域を
    形成した後に、固体を加熱蒸発することによって生成し
    た少なくとも堆積する炭素系薄膜の構成原子を含む粒子
    流を前記基板素材に照射することによって膜堆積を行な
    うことを特徴とする結晶性炭素系薄膜の堆積方法。
  4. （４）基板素材上にその基板素材に接した面から炭素原
    子の含有量が連続的に増加しかつ前記基板素材の構成原
    子の含有量が連続的に減少して行く炭素組成傾斜領域を
    形成した後に、少なくとも堆積する結晶性炭素系薄膜の
    構成原子を含む粒子流とその構成原子を持つガスまたは
    そのガスを含む混合ガスとを前記基板素材に照射するこ
    とによって膜堆積を行なうことを特徴とする結晶性炭素
    系薄膜の堆積方法。
  5. （５）炭素組成傾斜領域の作製方法として、基板素材の
    構成原子または構成原子を含む粒子を所定の温度に保た
    れた前記基板素材に照射しながら同時に炭素原子または
    炭素原子を含む粒子の量を連続的に所定の量まで変化さ
    せて前記基板素材に照射することを特徴とする請求項（
    ２）、（３）または（４）記載の結晶性炭素系薄膜の堆
    積方法。
  6. （６）炭素原子または炭素原子を含む粒子として、イオ
    ンを用いることを特徴とする請求項（５）記載の結晶性
    炭素系薄膜の堆積方法。
  7. （７）炭素組成傾斜領域の作製方法として、基板素材の
    構成原子または構成原子を含む粒子を所定の温度に保た
    れた前記基板素材に照射しながら同時に炭素原子を持つ
    気体またはその気体を含む混合ガスを連続的に所定の量
    まで変化させて導入することを特徴とする請求項（２）
    、（３）または（４）記載の結晶性炭素系薄膜の堆積方
    法。
  8. （８）炭素原子を持つ気体として、炭化水素ガスを用い
    ることを特徴とする請求項（７）記載の結晶性炭素系薄
    膜の堆積方法。
  9. （９）基板素材として、シリコン単結晶を用いることを
    特徴とする請求項（２）、（３）、（４）、（５）また
    は（６）記載の結晶性炭素系薄膜の堆積方法。
  10. （１０）堆積する炭素系薄膜の構成原子を持つガスの分
    解方法として、熱、光またはプラズマを利用することを
    特徴とする請求項（２）、（４）または（６）記載の結
    晶性炭素系薄膜の堆積方法。
  11. （１１）堆積する炭素系薄膜の構成原子を持つガスとし
    て、炭化水素ガスを用いることを特徴とする請求項（２
    ）、（４）または（６）記載の結晶性炭素系薄膜の堆積
    方法。
  12. （１２）結晶性炭素系薄膜に接する炭素組成傾斜領域の
    表面の炭素の含有量の割合が基板素材の構成原子１に対
    し、炭素原子が０．９〜１．１であることを特徴とする
    請求項（５）または（６）記載の結晶性炭素系薄膜の堆
    積方法。
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