(57)【要約】【課題】欠陥密度の低いアモルファスカーボン及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るアモルファスカーボンは、フッ素濃度が５×１０−５〜３％（ａｔｍ）であり、少量のフッ素原子を導入したフッ素化アモルファスカーボンである。これにより、アモルファスカーボン中の欠陥数を減少させることができ、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。【選択図】  図４
2012049472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素濃度が５×１０−５〜３％（ａｔｍ）であることを特徴とする、
アモルファスカーボン。
【請求項２】
前記フッ素濃度は５×１０−５〜０．６６％（ａｔｍ）である、
請求項１記載のアモルファスカーボン。
【請求項３】
前記フッ素濃度は０．１〜０．６６％（ａｔｍ）である、
請求項１又は２記載のアモルファスカーボン。
【請求項４】
太陽電池の光電素子として用いられる、
請求項１〜３のいずれか一項記載のアモルファスカーボン。
【請求項５】
フッ素及びアルゴンを含む原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給工程と、
前記チャンバ内で前記原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
前記プラズマによって前記チャンバ内の基板上にアモルファスカーボンを形成する形成工程と、を備えることを特徴とする、
アモルファスカーボン製造方法。
【請求項６】
前記原料ガス中のフッ素は、フッ素（Ｆ２）ガスとして供給される、
請求項５記載のアモルファスカーボン製造方法。
【請求項７】
前記形成工程において形成されたアモルファスカーボンをフッ素（Ｆ２）ガスに曝露させるフッ素処理工程を備える、
請求項５又は６記載のアモルファスカーボン製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファスカーボン及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アモルファスカーボンとして、例えば特開２００３−２０９２７０号公報に記載されるように光電素子に用いられるものが知られている。このアモルファスカーボンは、ナノカーボン分子層の最表面にレーザ光を照射することによりナノカーボン層が構造変化して形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、炭素の結合形態にはｓｐ２結合及びｓｐ３結合の二種類があるが、アモルファスカーボンはｓｐ２結合及びｓｐ３結合が混在する構成を有しているため構造が複雑であり、未結合手等の欠陥密度が高くなってしまう。上記の特許文献１に記載された光電素子のアモルファスカーボン層はｐ型半導体層を形成しているが、このような理由により欠陥密度が高いため、欠陥がキャリアの再結合中心として働き、キャリアが再結合する傾向がある。キャリアが再結合すると、例えば太陽電池として利用するには電流を取り出しにくくなり、発電効率が低くなるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、欠陥密度の低いアモルファスカーボン及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、所定の条件を満たすフッ素濃度を規定することにより、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明に係るアモルファスカーボンは、フッ素濃度が５×１０−５〜３％（ａｔｍ）であることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、反応性の高いフッ素を含有させることにより、アモルファスカーボンの欠陥部分である未結合手にフッ素が選択的に結合し、その結果、未結合手がパッシベーション（保護）される。これにより、欠陥数を減少させることができ、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。
【０００９】
また本発明に係るアモルファスカーボンにおいて、フッ素濃度は５×１０−５〜０．６６％（ａｔｍ）であることが好ましい。
【００１０】
この発明によれば、より欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。
【００１１】
また本発明に係るアモルファスカーボンにおいて、フッ素濃度は０．１〜０．６６％（ａｔｍ）であることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、更により欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。
【００１３】
また本発明に係るアモルファスカーボンは、太陽電池の光電素子として用いられることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが太陽電池の光電素子として用いられるため、半導体としての性質（移動度等）を向上させることができ、太陽電池において電流を取り出し易くなり、発電効率の向上が図られる。
【００１５】
本発明に係るアモルファスカーボン製造方法は、フッ素及びアルゴンを含む原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給工程と、チャンバ内で原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成工程と、プラズマによってチャンバ内の基板上にアモルファスカーボンを形成する形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、プラズマを生成し易いアルゴンをフッ素と同時に供給することにより、フッ素の利用率が向上し、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが製造可能となる。
【００１７】
また本発明に係るアモルファスカーボン製造方法において、原料ガス中のフッ素は、フッ素（Ｆ２）ガスとして供給されることが好ましい。
【００１８】
この発明によれば、結合エネルギーが低いフッ素（Ｆ２）ガスとしてフッ素を供給することにより、原子状のフッ素（Ｆ）の供給量が増加し、効率よく欠陥を低減することができる。
【００１９】
また本発明に係るアモルファスカーボン製造方法において、形成工程において形成されたアモルファスカーボンをフッ素（Ｆ２）ガスに曝露させるフッ素処理工程を備えることが好ましい。
【００２０】
この発明によれば、より欠陥密度の低いアモルファスカーボンが製造可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、欠陥密度の低いアモルファスカーボン及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るアモルファスカーボン製造方法に適用される装置の構成概要図である。
【図２】本発明の実施例におけるアモルファスカーボンの製造条件を示す表である。
【図３】図２中の実施例３の条件において基板の温度を変化させた場合のアモルファスカーボンの欠陥密度を示す図である。
【図４】アモルファスカーボン中のフッ素濃度と欠陥密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明のアモルファスカーボン及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
本実施形態に係るアモルファスカーボンは、太陽電池の光電素子として用いることができるカーボン半導体である。このアモルファスカーボンは、フッ素濃度が５×１０−５〜３％（ａｔｍ）である。すなわち、このアモルファスカーボンは、少量のフッ素原子を導入したフッ素化アモルファスカーボンである。また、このアモルファスカーボンは、水素濃度が１５〜３０％（ａｔｍ）程度であり、ドーピング元素を含有している。このアモルファスカーボンは、例えば、炭素を主成分としており、炭素の結合形態としてｓｐ２結合及びｓｐ３結合の二種類の結合形態が混在する構成を有している。
【００２５】
このアモルファスカーボンの成分であるフッ素の含有濃度は、５×１０−５〜３％（ａｔｍ）である。このフッ素濃度は、５×１０−５〜１％（ａｔｍ）であることがより好ましく、５×１０−５〜０．６６％（ａｔｍ）であることが更により好ましく、０．１〜０．６６％（ａｔｍ）であることが更により好ましく、０．２〜０．５％（ａｔｍ）であることが特に好ましい。このようなフッ素濃度とすることにより、アモルファスカーボンの欠陥部分である未結合手にフッ素が選択的に結合し、その結果、未結合手がパッシベーション（保護）される。すなわち、未結合手がフッ素により終端される。これにより、アモルファスカーボン中の欠陥数を減少させることができ、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。このフッ素によるパッシベーションは、水素によるパッシベーションよりも効果的である。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るアモルファスカーボンの製造に適用される装置である、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置１０の構成を示す側面断面図である。図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１０は、チャンバ１１と、原料ガス源１２と、導波路１４と、マイクロ波発生部１５とを備えている。
【００２７】
チャンバ１１は、原料ガスＧのプラズマＰを生成するための気密容器である。チャンバ１１は、原料ガス源１２と配管２２を介して接続されている。原料ガス源１２はチャンバ１１に原料ガスＧを供給する。原料ガス源１２及び配管２２は、原料ガス供給部として機能する。
【００２８】
チャンバ１１の排出口１９には、排気ポンプからなる排気手段１３が設けられている。アモルファスカーボン膜を成長するに先立って、排気手段１３は真空引きによりチャンバ１１内を減圧する。チャンバ１１内には、アモルファスカーボンＣを成長させるための基板Ｂが収容されている。また、チャンバ１１内には、基板Ｂを支持するための基板ステージ１８が設けられている。基板Ｂに対しては、基板Ｂの温度を制御するための基板温度制御部（図示せず）が設けられている。基板温度制御部により、基板Ｂは所定の温度となるように制御される。基板Ｂの温度（以下、「基板温度」という）は、２５０〜５００℃とすることが好ましく、３００〜４００℃とすることがより好ましく、３６０〜３９０℃とすることが更により好ましい。
【００２９】
基板温度を高温にすると、いわゆるマイグレーションが促進され、欠陥が減少する。一方、高温にすることによりカーボン中の水素脱離により欠陥が増加する。基板温度が上記の範囲内となるよう基板温度制御部によって制御することにより、マイグレーションによる欠陥減少と水素脱離による欠陥増加とがバランスし、その結果、欠陥密度を減少させることができる。また、基板温度を高温にすることにより、フッ素添加ガスとしてのフッ素（Ｆ２）ガス（詳しくは後述）を熱分解により原子状のフッ素（Ｆ）とすることができ、基板ステージ１８及び基板Ｂ近傍に存在する原子状のフッ素（Ｆ）によって、シリコン基板Ｂ上の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化シリコンのエッチング除去に利用できる。
【００３０】
マイクロ波発生部１５は、チャンバ１１に導入された原料ガスＧをプラズマ化するためのマイクロ波Ｗを、導波路１４を介してチャンバ１１へ出力し、原料ガスＧに照射する。マイクロ波発生部１５は、例えば出力６００〜１４００［Ｗ］、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｗをマグネトロン等により発生する。マイクロ波発生部１５により発生されるマイクロ波Ｗは、パルス化された周波数を有しており、その出力、周波数、ｄｕｔｙ比は所定の値に制御されるように構成されている。マイクロ波の周波数やｄｕｔｙ比を制御することによって、プラズマＰの状態を大きく変化させることができるため、アモルファスカーボンの物性を容易に制御することができる。
【００３１】
導波路１４は、マイクロ波発生部１５から出力されたマイクロ波Ｗを導波しつつ、チャンバ１１の内部へ提供する。導波路１４は、チャンバ１１上に石英窓１６を介して設けられている。導波路１４におけるチャンバ１１と対向する面にはスロットアンテナ１７が設けられており、マイクロ波Ｗはこのスロットアンテナ１７を介してチャンバ１１内部の原料ガスＧに照射される。なお、導波路１４上には導波路１４を冷却するための冷却ファン２０が設置されている。石英窓１６は、プラズマＰが生成する面を構成しており、プラズマＰの生成部に相当する。
【００３２】
原料ガス源１２は、アモルファスカーボンＣを成長するための原料ガスＧをチャンバ１１に供給する。原料ガスＧは、炭素原子を含有する材料ガス、不純物元素としてのドーピング元素（ドーパント）を含有するドーパントガス、キャリアガス、及びフッ素添加ガスを含んで構成される。
【００３３】
より具体的には、原料ガス源１２は、材料ガス源としてエチレン（Ｃ２Ｈ４）、又はアセチレン（Ｃ２Ｈ２）のうち少なくとも一つを含んで構成される。材料ガス源としては、エチレン（Ｃ２Ｈ４）よりもアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を用いることが好ましい。アモルファスカーボンの炭素源として、アセチレンのように水素含有量の少ない炭化水素を用いることにより、水素ラジカルによるエッチング作用が抑制されるため、アモルファスカーボンの欠陥密度を低減できる。この水素ラジカルによるエッチング作用とは、高エネルギー粒子の衝突による欠陥の生成作用を意味する。
【００３４】
また、原料ガス源１２は、ドーパントガス源として例えばトリメチルボロン（Ｂ（ＣＨ３）３）や窒素（Ｎ２）を含んで構成される。図１においては、これらドーパントガス源の図示は省略している。
【００３５】
トリメチルボロンは、ドーピング元素としてのホウ素をアモルファスカーボンに含有させるためのドーパントガスである。トリメチルボロンの添加によって、ホウ素を含有するアモルファスカーボンが製造可能となる。ホウ素を含有するアモルファスカーボンによれば、所定の水素濃度を満たすことを条件として、ｐ型半導体の物性を示すｐ型アモルファスカーボンが実現可能となる。
【００３６】
また、窒素（Ｎ２）は、ドーピング元素としての窒素（Ｎ）をアモルファスカーボンに含有させるためのドーパントガスである。窒素（Ｎ２）の添加によって、窒素（Ｎ）を含有するアモルファスカーボンが製造可能となる。窒素（Ｎ）を含有するアモルファスカーボンによれば、所定の水素濃度を満たすことを条件として、ｎ型半導体の物性を示すｎ型アモルファスカーボンが実現可能となる。
【００３７】
また、原料ガス源１２は、キャリアガス源として、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス源を含んで構成される。さらに、原料ガス源１２は、フッ素添加ガス源として、フッ素（Ｆ２）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを含んで構成されている。この混合ガスは、例えば、フッ素（Ｆ２）：アルゴン（Ａｒ）が容積比で５：９５となるよう、フッ素（Ｆ２）をアルゴン（Ａｒ）により希釈したガスである。この容積比は、０．１：９９．９〜１０：９０の範囲内とすることが好ましい。以下の説明においては、フッ素（Ｆ２）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを、希釈フッ素という。
【００３８】
また、フッ素添加ガス（希釈フッ素）は、成膜後のアモルファスカーボンをフッ素（Ｆ２）に曝露させるためのフッ素処理ガス源としても用いられる。なお、原料ガス源１２は、フッ素処理ガス源として、希釈フッ素とはフッ素（Ｆ２）：アルゴン（Ａｒ）の容積比が異なる別のフッ素（Ｆ２）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを備えていてもよいし、キャリアガスとしてのアルゴン（Ａｒ）と希釈フッ素とを同時に供給することによりフッ素処理ガス源としても用いてもよい。
【００３９】
この原料ガス源１２は、それぞれのガス流量を調整する図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を介してチャンバ１１に接続されており、各原料ガスはマスフローコントローラを経由した後に混合されて原料ガスＧ（又はフッ素処理ガス）としてチャンバ１１に供給される。
【００４０】
上記の構成を有するプラズマＣＶＤ装置１０において、チャンバ１１内の基板Ｂは、プラズマＰの生成部である石英窓１６から所定の距離ｄだけ離間されて設けられている。言い換えれば、プラズマＰの生成部１６から基板Ｂまでの距離は、距離ｄとされている。距離ｄは、基板Ｂの配置位置を変更することにより可変に設定されうる構成となっている。以下の説明においては、プラズマＰの生成部１６から基板Ｂまでの距離ｄを基板距離という。
【００４１】
基板距離ｄは、０．７〜５ｃｍとすることが好ましく、１〜３ｃｍとすることがより好ましい。言い換えれば、基板Ｂは、プラズマＰの存在領域近傍又は存在領域内に設けられることが好ましい。基板距離が短くなると、プラズマＰによる欠陥のエッチング効果が高められるとともに、カーボン（炭素）自体のエッチングも多くなる。基板距離ｄが上記の範囲内となるよう基板Ｂを配置することにより、欠陥のエッチング効果を高めつつ、カーボン自体のエッチングを抑えることができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係るアモルファスカーボン製造装置の動作及びアモルファスカーボン製造方法について説明する。
【００４３】
図１において、まず、チャンバ１１の基板ステージ１８に基板Ｂを設置したのち、チャンバ１１の内部を減圧する。そして、原料ガス源１２より、アセチレン等の材料ガスと、トリメチルボロン又は窒素等のドーパントガスと、アルゴン等のキャリアガスと、希釈フッ素等のフッ素添加ガスとを含む原料ガスＧをチャンバ１１内に供給する（原料ガス供給工程）。この際、各原料ガスのチャンバ１１への供給流量は、マスフローコントローラにより精密に制御される。ここでは、アルゴンとフッ素とが同時に供給される。また、原料ガスＧをチャンバ１１内に供給しつつ、マイクロ波発生部１５からマイクロ波Ｗを出力し、このマイクロ波Ｗをチャンバ１１内の原料ガスＧに照射する。
【００４４】
チャンバ１１の内部では、マイクロ波発生部１５から導波路１４を介して照射されたマイクロ波Ｗによって表面波プラズマＰが発生する（プラズマ生成工程）。これにより、原料ガスＧは炭素を含むラジカルに変化し、基板Ｂの表面へ移動し、堆積する。また、ここで、フッ素（Ｆ２）と同時に供給されたアルゴン（Ａｒ）がプラズマ化してアルゴンプラズマとなり、原子状のフッ素（Ｆ）が効率よく生成する。この際、基板Ｂの温度は、基板温度制御部によって所定の温度となるように制御されている。
【００４５】
そして、プラズマＰが基板Ｂ上に堆積してアモルファスカーボンＣが形成（成膜）され、アモルファスカーボンＣを生成することができる（形成工程）。
【００４６】
さらに、アモルファスカーボンＣの成膜後、原料ガスＧの供給及びマイクロ波Ｗの出力を停止し、チャンバ１１内にフッ素処理ガスとしての希釈フッ素を所定時間供給する（フッ素処理工程）。これにより、アモルファスカーボンＣはＦ２ガスに曝露され、フッ素処理が行われる。
【００４７】
以上説明した本実施形態に係るアモルファスカーボンＣによれば、欠陥密度の低いアモルファスカーボンが実現可能となる。
【００４８】
また、欠陥密度の低いアモルファスカーボンＣを太陽電池の光電素子として用いることにより、半導体としての性質（移動度等）を向上させることができ、太陽電池において電流を取り出し易くなり、発電効率の向上が図られる。
【００４９】
また、本実施形態に係るアモルファスカーボン製造方法によれば、プラズマＰを生成し易いアルゴンをフッ素と同時に供給することにより、フッ素の利用率が向上し、欠陥密度の低いアモルファスカーボンＣが製造可能となる。
【００５０】
また、結合エネルギーが低いＦ２ガスとしてフッ素を供給することにより、原子状のフッ素（Ｆ）の供給量が増加し、効率よく欠陥を低減することができる。
【００５１】
さらに、基板温度を高温にすることにより、原子状のフッ素（Ｆ）を生成することが容易になるため、低温での熱分解による欠陥低減が可能となる。この場合、マイクロ波などプラズマ生成装置を不要とすることができる。
【００５２】
以上、本発明に係るアモルファスカーボンの製造装置及び製造方法について説明したが、本発明に係るアモルファスカーボンの製造装置及び製造方法は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上記実施形態を変形したものであってもよい。例えば、上記実施形態ではフッ素添加ガスとしてフッ素（Ｆ２）ガスを用いる場合について説明したが、フッ素を含有する他のガスであってもよい。その場合、結合エネルギーの低いガス、すなわち他の原料ガスと同等又は低い結合エネルギーを有するガスが好ましい。結合エネルギーの高い四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを用いた場合、好ましい欠陥低減効果が得られない。また、プラズマＣＶＤ装置１０は、プラズマＰと基板Ｂとの間に電圧を印加するためのバイアス電源を設けたものであってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、プラズマＣＶＤ法によって製造されるアモルファスカーボン及びその製造方法について説明したが、本発明に係るアモルファスカーボンは、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法によって製造されるものであってもよい。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。図２は本実施例におけるアモルファスカーボンの製造条件を示す表である。図２中の「Ｆ２」列に示される流量は、希釈フッ素の流量、すなわち希釈のためのアルゴンを含んだ流量である。
【００５５】
図２に示すように、上記実施形態に係る製造装置及び製造方法により、アモルファスカーボンを製造した。ただし、特に説明のない限り、上記製造方法におけるアモルファスカーボンＣ成膜後のフッ素処理は行っていない。
【００５６】
（実施例１）
実施例１では、原料ガスの供給流量を、アルゴン、アセチレン、希釈フッ素について、それぞれ１８０ｓｃｃｍ，５０ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍとした。また、マイクロ波の条件として、出力を８００Ｗ，動作周波数を５００Ｈｚ，ｄｕｔｙ比を３０％（ｏｎ）とした。さらに、チャンバ１１内の圧力を５０Ｐａ，基板温度を２５℃，基板距離を１０ｃｍ，堆積時間を３０ｍｉｎとした。ここで、ドーパントガスを加えておらず、基板温度や基板距離を上記実施形態で好ましいとした範囲内としていないのは、希釈フッ素の添加有無がアモルファスカーボンの欠陥密度に及ぼす影響を調べるためである。
【００５７】
上記条件にてアモルファスカーボンを製造した結果、表１に示すように、欠陥密度９．３８×１０１９ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。
【００５８】
【表１】
2012049472.tif 000003
【００５９】
（比較例１）
一方、比較例１として、上記実施例１の条件において希釈フッ素を供給せずに製造したアモルファスカーボンでは、表１に示すように、欠陥密度は２．１６×１０２０ｃｍ−３であった。
【００６０】
この実施例及び比較例から、希釈フッ素を添加した場合、添加しなかった場合に比べて欠陥密度の低いアモルファスカーボンが得られることが確認された。また、分子シミュレーションの結果より、フッ素濃度を最適化することにより、さらに１×１０１６ｃｍ−３まで欠陥密度を低減可能であることが確認された。この結果より、アモルファスカーボンにおいても、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）並みの欠陥密度が実現可能と考えられる。
【００６１】
（実施例１´）
さらに、上記実施例１の原料ガスに加えて、トリメチルボロンを３０ｓｃｃｍ、あるいは窒素を１０ｓｃｃｍの流量で供給して成膜されたアモルファスカーボンのそれぞれについて、フッ素処理を行った。アモルファスカーボンの成膜においては、アルゴンの供給流量を２００ｓｃｃｍとし、他の条件は上記実施例１と同一とした。その後のフッ素処理においては、アルゴンを２００ｓｃｃｍで供給するとともに、フッ素（Ｆ２）：アルゴン（Ａｒ）の容積比で０．５：９５．５とした希釈フッ素を２０ｓｃｃｍで供給し、曝露時間は１８０秒又は１０秒とした。また、基板温度は２５℃とした。
【００６２】
上記条件にてアモルファスカーボンをフッ素処理した結果、トリメチルボロン（ホウ素）を添加した場合では、表２に示すように、曝露時間１８０秒、１０秒のフッ素処理により、欠陥密度がそれぞれ１．８×１０１８ｃｍ−３、１．４×１０１８ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。また、窒素を添加した場合では、曝露時間１８０秒、１０秒のフッ素処理により、欠陥密度がそれぞれ１．５×１０１８ｃｍ−３、８．０×１０１７ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。
【００６３】
【表２】
2012049472.tif 000004
【００６４】
（比較例１´）
一方、上記実施例１´においてフッ素処理をしなかった場合、表２に示すように、トリメチルボロン（ホウ素）を添加したアモルファスカーボンでは欠陥密度が２．６×１０１８ｃｍ−３であり、窒素を添加したアモルファスカーボンでは欠陥密度が１．９×１０１８ｃｍ−３であった。
【００６５】
この実施例及び比較例から、成膜したアモルファスカーボンを、Ｆ２ガスに曝露させることで、欠陥密度を低減できることが確認された。また、曝露時間を最適化することにより、欠陥密度をより小さくできることが確認された。
【００６６】
（実施例２）
実施例２では、上記実施例１の希釈フッ素に替えてドーパントガスとしての窒素（Ｎ２）を流量１０ｓｃｃｍで供給し、アルゴンの供給流量を２００ｓｃｃｍ、マイクロ波出力を１０００Ｗ、基板温度を４００℃、基板距離を１ｃｍとし、他の条件は上記実施例１と同一とした。以下の実施例において、フッ素を加えていないのは、基板距離、基板温度、及び材料ガスの条件がアモルファスカーボンの欠陥密度に及ぼす影響を調べるためである。
【００６７】
上記条件にてアモルファスカーボンを製造した結果、表３に示すように、欠陥密度８．４６×１０１８ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。
【００６８】
【表３】
2012049472.tif 000005
【００６９】
（比較例２）
一方、比較例２として、上記実施例２の条件において基板距離を０．５ｃｍとした場合、アモルファスカーボンは成膜されなかった。また、基板距離を５．０ｃｍとして製造したアモルファスカーボンでは、表３に示すように、欠陥密度は３．３８×１０１９ｃｍ−３であった。
【００７０】
この実施例及び比較例から、基板距離を最適化することにより、欠陥密度を低減できることが確認された。
【００７１】
（実施例３）
実施例３では、基板温度を３８０℃とし、他の条件は上記実施例２と同一とした。この条件でアモルファスカーボンを製造した結果、欠陥密度２．１０×１０１８ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。
【００７２】
（比較例３）
一方、比較例３として、上記実施例２の条件において基板温度を３５０℃、４００℃として製造したアモルファスカーボンでは、欠陥密度はそれぞれ、３．６０×１０１９ｃｍ−３、９．６９×１０１８ｃｍ−３であった。
【００７３】
この実施例及び比較例の結果を図３に示す。図３に示すように、基板温度を最適化することにより、欠陥密度を減少させることができることが確認された。
【００７４】
（実施例４）
実施例４では、マイクロ波出力を８００Ｗ、基板温度を２５℃とし、他の条件は上記実施例２と同一とした。ここで、基板温度を上記実施形態で好ましいとした範囲内としていないのは、材料ガスの条件がアモルファスカーボンの欠陥密度に及ぼす影響を調べるためである。
【００７５】
上記条件にてアモルファスカーボンを製造した結果、欠陥密度１．１９×１０１９ｃｍ−３及び４．４５×１０１８ｃｍ−３のアモルファスカーボンが得られた。
【００７６】
（比較例４）
一方、比較例４として、上記実施例４の条件におけるアセチレン（Ｃ２Ｈ２）に替えて同流量のエチレン（Ｃ２Ｈ４）として製造したアモルファスカーボンでは、欠陥密度は９．０８×１０１９ｃｍ−３及び６．５３×１０１９ｃｍ−３であった。また、同流量のメタン（ＣＨ４）とした場合、アモルファスカーボンは成膜されなかった。
【００７７】
この実施例及び比較例から、材料ガスとしてアセチレンを用いることにより、欠陥密度を減少させることができることが確認された。
【００７８】
図４は、アモルファスカーボン中のフッ素濃度と欠陥密度との関係を示す図である。図４に示す各プロットは、（ｘ，ｙ）＝（フッ素濃度（％（ａｔｍ）），欠陥密度（ｃｍ−３））と表記した場合に、それぞれ（０，２．６２×１０１８）、（０．３，８．００×１０１７）、（０．５，１．４１×１０１８）、（０．６６，１．７６×１０１８）、及び（４．４２，３．２１×１０１８）となっている。
【００７９】
これらは、成膜後のアモルファスカーボンに対し、実施例１´と同様にアルゴン及び希釈フッ素を供給して、曝露時間及び基板温度の条件を以下のように変えてフッ素処理を行った結果である。すなわち、（０．３，８．００×１０１７）は、窒素を添加したアモルファスカーボンにおいて、曝露時間１０秒、基板温度２５℃の条件により得られた結果である。また、（０．５，１．４１×１０１８）は、トリメチルボロン（ホウ素）を添加したアモルファスカーボンにおいて、曝露時間１０秒、基板温度２５℃の条件により得られた結果である。さらに、（０．６６，１．７６×１０１８）は、トリメチルボロン（ホウ素）を添加したアモルファスカーボンにおいて、曝露時間１８０秒、基板温度２５℃の条件により得られた結果である。また、（４．４２，３．２１×１０１８）は、トリメチルボロン（ホウ素）を添加したアモルファスカーボンにおいて、曝露時間１０秒、基板温度１００℃の条件により得られた結果である。なお、（０，２．６２×１０１８）は、フッ素処理を行わなかった場合の結果である。
【００８０】
図４に示すように、フッ素濃度が５×１０−５〜３％（ａｔｍ）の範囲において、欠陥密度は約２×１０１８ｃｍ−３以下となっている。なお、ここで、フッ素濃度の下限である５×１０−５％（ａｔｍ）は、欠陥数の十分の一以上のフッ素（Ｆ）があれば、欠陥を減少させる効果があるとしたことによる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…プラズマＣＶＤ装置、１１…チャンバ、１２…原料ガス源、１３…排気手段、１４…導波路、１５…マイクロ波発生部、１６…石英窓、１７…スロットアンテナ、１８…基板ステージ、１９…排出口、２０…冷却ファン、Ｂ…基板、Ｃ…アモルファスカーボン、Ｇ…原料ガス、Ｐ…表面波プラズマ、Ｗ…マイクロ波。
【図１】
2012049472.tif 000006
【図２】
2012049472.tif 000007
【図３】
2012049472.tif 000008
【図４】
2012049472.tif 000009