JPS6362222A

JPS6362222A - 半導体化炭素薄膜の形成方法

Info

Publication number: JPS6362222A
Application number: JP20644886A
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: 1986-09-02
Filing date: 1986-09-02
Publication date: 1988-03-18

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シ基板上に強固な炭素
薄膜を形成する方法の改良に関し、特に炭素源として用
いる固体のグラファイトに、予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
的スパッタ法に準拠しつつ、基板上に半導体化炭素薄膜
を形成する方法の改良に関するものである。

Ｂ０発明の概要本発明は、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行う水素ガス反応性
スパッタ法において、前記グラファイトターゲットを、面積比で０．１〜１０
チの窒化アルミニウムを埋め込んで形成したことにより
、毒性の強いガスを用いる必要をなくシ、かつ膜質コント
ロールを容易にしたものである。

Ｃ０従来の技術従来、ブラダ−ｒ　ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｌｅａｌ　Ｖ
ａｐｏｕｒＤ・ｐｏｇｌｔｉｏｎ　）法や反応性スパッ
タ法などによるダングリングボンド数が少なく、抵抗の
高い炭素薄膜の形成方法が知られている。

そこで、一般の半導体と同様に、これを１ｎｔｒｉ１８
ｉｃ膜とし、適当な不純物をドーピングして、ワイドギ
ャップ０４−１．５　ｅＶ以上）半導体として用いるこ
とが考えられる。

Ｄ、考案が解決しようとする問題点プラズマＣＶＤ法で製造されるアモルファスシリコンの
場合、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）やホスフィン（ＰＨ５）が
用いられるが、主原料となるシラン（ＳｉＨ２）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シ、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
と薄膜中のドーパントの量とが一般に同じでないという
短所がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
ある。

Ｅ１問題点を解決するための手段本発明においては、上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素薄膜の形成方法において、
グラファイトターゲットを、面積比で０．１〜１（ｌの
窒化アルミニウムを埋め込んで形成した。

２０作用本発明においては、真空室内を低圧水素ガスを含む雰囲
気として室内に炭素薄膜を形成すべき基板を設置すると
共に、面積比で０．１〜１０％の窒化アルミニウムを埋
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電圧を印加し
て基板上に炭素薄膜を形成する。ドーパントである窒化
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、しかもガスと異なシ流してしまう無駄が
ない。

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ーゲット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
は高周波電源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
８．８は、複合グラファイトターゲット４と対向電極５
との対向部の両側方に位置して真空室１の側壁上に相対
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比で０．３％の窒化アルミニウム
（ＡＩＮ）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
に向って屓次、励起Ｃ，Ｃ−Ｈ種ソース域ａ、プラズマ
中で励起Ｃ，Ｃ−Ｈ種がトランスポートする領域ｂＸｃ
、ｃ−Ｈ穏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Ｃ，Ｃ−Ｈ種がソフトデポジションする領域ａ内に
配置されている。

上記スパッタ装置を用いて基板１０上に炭素薄膜を形成
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．
３３Ｘ　１０　Ｐａ　（１０Ｔｏｒｒ　）まで減圧し、
水素（Ｈ２）ガスを６６．７Ｐａ　（０，５Ｔｏｒｒ　
）まで導入する。

室内圧力（ＰＨ２）が安定した後、高周波（１３，５６
ＭＨｚ　）電力をターゲット４に対し６．８　Ｗ／ｃｍ
２に設定し、８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
膜の特性を下表に示す。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最右欄に示
す。

上記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、Ａ１とＮがア
クセプターとして炭素薄膜中に取シ込まれたと考えられ
、かつこの膜はＰ型半導体化炭素薄膜といえる。

第３図は、８１基板上に形成された膜のＳＩＭＳ（Ｓ＠
ｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　５ｐｅｃｔｒｏｓ
ｅｏｐｙ：二重イオン質景イオン分析法）の結果を示す
もので、これから、膜中にＡ１とＮが取シ込まれている
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
込窒化アルミニウム部分の面積の割合をｓｋ変えた場合
の炭素薄膜の抵抗率ρとＥｇｏの結果を示すものである
。

第５図は、ＡＩＮを面積比で０．３１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ＰＨ
２を１．３３Ｐａ　（０，０ＩＴｏｙｒ）〜２６７Ｐａ
（２，ＯＴｏｖｒ　）　　と変化させたときの抵抗率ρ
とＥｇ。

の変化を示すものである。

なお、第３図乃至第５図の試料は、何れも第１図に示す
スパッタ装置の第２基板保持部８にセットして炭素薄膜
を形成した基板１０である。

以上のデータから、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ＡＩ
Ｎは、面積比で０．１〜１０チが望ましい。ＡＩＮの量
が０．１４以下では抵抗率変化はみられず、１０チ以上
ではＥｇｏが小さくなシすぎてワイドギャップ半導体と
なり得す、不適当である。

（２１ＰＨ２は、１．３３Ｐａ〜６６５Ｐａが望ましい
。１．３３Ｐａ以下では、ρ＋　Ｅｇｏ共に小さくてワ
イドギャップ半導体とはなり得ず、６６５Ｐａ以下では
、ドーピング効果がほとんど現れない。

なお、この実施例では、スパッタガスとして、Ｈ２のみ
を用いたが、アルゴン（Ａｒ）　、ヘリウム（Ｈ・）等
の不活性ガスとの混合ガスを用いても、全く同等の効果
が得られる。

また、１ｎｔｒｉｎｓｉｃ状態のρとＥｇｏとを大きく
する目的で、微量（Ｈ２に対して１〜１０１００ｐｐの
フッ素Ｆ２．酸素０２を含む混合ガスを用いても良い。

下表は、その−例として、内圧６６．７　Ｐａ　（０，
５ｔｏｒｒ）で上記混合ガスを用いて形成した１ｎｔｒ
ｉｎｓｉａ膜と埋込複合ターゲット（面積比０．３チ）
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。

上記例において、微量ガスを１〜１００　ｐｐｍとした
のは、ｌｐｐｍ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Ｅｇｏとも小さくなる
からである。

なお、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、上記実施例の条件に限るものでは危い
。

窒化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（、）の他に同図（ｂ）　、　（（りに示す
ような方法がある。これらに共通して重畳なことは、埋
込部の面積比と均一性であシ、これらの例のものは、昔
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、製膜時に不純物ガ
スが含まれ危い方法であれば、どのような方法を用いて
も良い。

…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、面積比で０．１〜１０チの窒化アルミニウムを
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。

（１１（ＣＨ３）ｙＡｌなどの特殊なガスや、窒素ガス
を併用するなど多種類のガスを用いることなく、従って
、安全かつ簡単にＡ１、Ｎ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窒化アル
ミニウムの面積比を変化させることにより、炭素薄膜中
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窒化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。

【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
図はスパッタ装置の概略的断面図、第２図（ａ）　＋　
（ｂ）　＋　（ｃ）は複合グラファイトターゲットの平
面図及びＡ−Ａ断面図、第３図はＳＩＭＳによる濃度プ
ロフィルを示す図表、第４歯は複合グラファイトターゲ
ットの窒化アルミニウムの面積比による抵抗率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・・・窒化アルミニウム。第３図ＳＩＭＳ＋こよる１度プロファイルＩＴｌｆｌ比によるＰ変化Ｉ＋Ｍｌｌｔ　　　　（’ム）第５図抵ｊＡ筆ｒのガス圧依（＄性０．０１　０．０２　０．０５　０．１　　０２　　　
０．５　１．０　　２．ＯＰ→ｚ　　　　（Ｔｏｒｒ）

Claims

【特許請求の範囲】

（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行う水素ガス反応性スパ
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％の窒化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）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）前記真空室内雰囲気をＨ＿２＋Ａｒの混合ガスと
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
第（２）項に記載の半導体化炭素薄膜の形成方法。
（４）前記真空室内雰囲気をＨ＿２＋Ｈｅの混合ガスと
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
第（２）項に記載の半導体化炭素薄膜の形成方法。
（５）前記真空室内雰囲気をＦ＿２、Ｏ＿２とＨ＿２の
混合ガスとしたことを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項に記載の半導体化炭素薄膜の形成
方法。