(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生成するチャンバ内に固体ヨウ素を配置する配置工程と、
前記チャンバ内に原料ガスを供給しつつ前記固体ヨウ素を昇華させてプラズマを生成するプラズマ生成工程と、
前記チャンバ内に配置した基材上にヨウ素がドーピングされたカーボンを生成するカーボン生成工程と、
を備えたカーボン製造方法。
【請求項２】
前記プラズマ生成工程では、前記固体ヨウ素を昇華させて前記原料ガスと共にプラズマ化させることを特徴とする請求項１に記載のカーボン製造方法。
【請求項３】
前記配置工程では、放出口を形成した容器に前記固体ヨウ素を収容し、前記放出口をプラズマ生成領域に近接させて前記容器を配置することを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボン製造方法。
【請求項４】
カーボンを成長させるための基材を収容したチャンバと、
前記チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記チャンバ内に設置され、固体ヨウ素を収容可能とし、放出口をプラズマ生成領域に向けて配置される容器と、
前記チャンバ内に前記原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
を備えたアモルファスカーボン製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンを製造するカーボン製造方法及びカーボン製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーボンの製造方法及び製造装置として、特開平８−２１７５９６号公報に記載されるように、基材表面温度が一定になるまで基材の表面をプラズマ洗浄し、そのプラズマ洗浄された基材上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）法によりダイヤモンドライクカーボン膜、即ちアモルファスカーボン膜を形成するものが知られている。
【特許文献１】特開平８−２１７５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このようなアモルファスカーボンとしてＰ型半導体性のものを製造しようとする場合、ドーパンド元素してＢ元素、すなわちボロンを用いることが考えられる。しかしながら、Ｂ元素を含むガスは毒性が強く取扱いが危険であるので、成膜装置のガス漏れを徹底しなければならない。このため、排気ガスの除去装置などの設置が必要となり、製造コストが高いものとなる。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであり、Ｐ型半導体性のカーボンを簡易な製造装置により製造できるカーボン製造方法及びカーボン製造装置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】
【０００５】
すなわち、本発明に係るカーボン製造方法は、プラズマを生成するチャンバ内に固体ヨウ素を配置する配置工程と、前記チャンバ内に原料ガスを供給しつつ前記固体ヨウ素を昇華させてプラズマを生成するプラズマ生成工程と、前記チャンバ内に配置した基材上にヨウ素がドーピングされたカーボンを生成するカーボン生成工程とを備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、チャンバ内で固体ヨウ素を昇華させて原料ガスとともにプラズマ化させることにより、ヨウ素をドーピングしたＰ型半導体性カーボンを製造することができる。
【０００７】
また本発明に係るカーボン製造方法において、前記プラズマ生成工程では、前記固体ヨウ素を昇華させて前記原料ガスと共にプラズマ化させることが好ましい。
【０００８】
また本発明に係るカーボン製造方法において、前記配置工程では、放出口を形成した容器に前記固体ヨウ素を収容し、前記放出口をプラズマ生成領域に近接させて前記容器を配置することが好ましい。
【０００９】
この発明によれば、放出口を形成した容器に固体ヨウ素を収容し、放出口をプラズマ生成領域に近接させて容器を配置することにより、ヨウ素ガスを確実にプラズマ化することができ、ヨウ素をドーピングした所望のＰ型半導体性カーボンを製造することができる。
【００１０】
また本発明に係るカーボン製造装置は、カーボンを成長させるための基材を収容したチャンバと、前記チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記チャンバ内に設置され、固体ヨウ素を収容可能とし、放出口をプラズマ生成領域に向けて配置される容器と、前記チャンバ内に前記原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部とを備えて構成されている。
【００１１】
この発明によれば、チャンバ内に固体ヨウ素を収容可能とし放出口をプラズマ生成領域に向けて配置される容器を備えることにより、チャンバ内で固体ヨウ素を昇華させて原料ガスとともにプラズマ化させることができ、ヨウ素をドーピングした所望のＰ型半導体性カーボンを製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるカーボン製造方法及びカーボン製造装置によれば、ドーパント元素としてヨウ素を用い、固体ヨウ素をチャンバ内で昇華させてプラズマ化することにより、Ｐ型半導体性のカーボンを簡易な製造装置により製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるカーボン製造方法及びカーボン製造装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明に係るカーボン製造装置の一実施形態として、プラズマＣＶＤ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。
【００１５】
チャンバ１１は、原料ガスＧのプラズマＰが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。
【００１６】
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材Ｂが収容されている。また、チャンバ１１内には、基材Ｂを支持するための基材ステージ１８が設けられている。
【００１７】
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及び導波路１４は、チャンバ１１内に原料ガスＧのプラズマを生成するプラズマ生成部として機能する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。原料ガス源１２は、炭素原料ガス源としてメタン（ＣＨ４）源、エチレン（Ｃ２Ｈ４）源、およびアセチレン（Ｃ２Ｈ２）源のうち少なくとも一つを含んで構成される。また、原料ガス源１２は、キャリアガスを供給するためのキャリアガス源として、アルゴン（Ａｒ）源などの不活性ガス源を含んで構成される。これらのガス源は、それぞれ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 Controler）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としてチャンバ１１に供給される。
【００２０】
チャンバ１１内には、容器３０が設置されている。容器３０は、固体ヨウ素Ｉを収容可能とし、放出口３０ａを形成したものである。容器３０は、放出口３０ａのみから昇華したヨウ素ガスを放出可能となっている。この容器３０は、放出口３０ａをプラズマ生成領域に向けて配置されている。例えば、チャンバ１１内に設けられる支持具によって、放出口３０ａをプラズマ生成領域に向けて容器３０を支持するように構成される。固体ヨウ素Ｉとしては、固体化したヨウ素成分を含むものが用いられるが、ヨウ素化合物でないものや不純物を含まないヨウ素を用いることが好ましい。
【００２１】
図２に、本実施形態に係るカーボン製造装置の容器３０の斜視図を示す。
【００２２】
図２に示すように、容器３０は、例えば両端を閉塞した円筒体のものが用いられ、一方の端面に放出口３０ａを形成している。この容器３０としては、耐熱性、耐圧性に優れた素材により構成することが好ましく、例えばグラファイト製のものが用いられる。容器３０としてグラファイト製のものを用いることにより、容器３０の損傷などによって容器３０の素材成分がアモルファスカーボンに添加される場合であっても、良質なＰ型半導体性のアモルファスカーボンを製造することができる。
【００２３】
容器３０の内部には、固体ヨウ素Ｉが収容されている。固体ヨウ素Ｉは、昇華してヨウ素ガスとなった場合、放出口３０ａから容器３０外へ放出される。このヨウ素ガスは、ドーパントガスとして作用し、アモルファスカーボンＣに不純物として添加される。
【００２４】
放出口３０ａは、外部から他のガスなどが進入しないように容器３０に対し十分小さい孔、例えばピンホールとすることが好ましい。また、チャンバ１１内において、放出口３０ａをプラズマ生成領域に近接させて、容器３０を配置することが好ましい。これにより、ヨウ素ガスをプラズマ化させて容器３０から放出することが可能となる。
【００２５】
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。
【００２６】
図１において、まず、チャンバ１１の基材ステージ１８に基材Ｂが設置され、チャンバ１１内に固体ヨウ素Ｉを収容した容器３０が配置される。その際、容器３０の放出口３０ａがプラズマ生成領域に近接するように容器３０が配置される。
【００２７】
そして、チャンバ１１の内部が減圧される。そして、原料ガス源１２より、メタン、エチレン、アセチレンなどの炭素原料ガスと、アルゴンなどのキャリアガスとを含む原料ガスＧがチャンバ１１内に供給され、マイクロ波発生部１５からマイクロ波Ｗが出力され、このマイクロ波Ｗがチャンバ１１内の原料ガスＧに照射される。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。このとき、容器３０内の固体ヨウ素Ｉが昇華してヨウ素ガスとなり、マイクロ波Ｗによってヨウ素ガスがプラズマ化されて放出口３０ａから放出される。
【００２８】
その際、ドーピングに必要なヨウ素成分の流量をチャンバ１１の圧力状態に応じて制御することが好ましい。この場合、チャンバ１１の圧力を調整することで容易にヨウ素のドーピング量を調整することができる。また、放出口３０ａの大きさを適宜設定してドーピングに必要なヨウ素成分の流量を調整してもよい。
【００２９】
また、容器３０からプラズマ化してヨウ素ガスを放出させることにより、分子の運動量を大きくすることができ、ヨウ素を均一に混合することができる。このため、良質のＰ型半導体性アモルファスカーボンを製造することが可能となる。
【００３０】
そして、原料ガスＧは炭素を含むラジカルに変化し、ヨウ素成分と共に、基材Ｂの表面へ移動する。そして、ヨウ素成分を含むプラズマＰが基材Ｂ上に堆積し、ヨウ素がドーパントとして添加されたアモルファスカーボンＣが生成される。
【００３１】
このような手法によって実際にＰ型半導体性アモルファスカーボンを製造した実施例を説明する。
【００３２】
アモルファスカーボンの製造の成膜手法としては、マイクロ波を用いた表面波プラズマＣＶＤ法を用いた。材料ガスとその流量は、アセチレンを２０ｍｌ／ｍｉｎとした。キャリアガスとその流量は、Ａｒを２００ｍｌ／ｍｉｎとした。チャンバ内の圧力は、ガス導入時に５０Ｐａとした。基材としては、石英基板を用いた。
【００３３】
マイクロ波のパワーは、５００ｗとし連続的に供給した。そして、チャンバ内に固体ヨウ素を収容した容器を配置し、装置を作動させた。
【００３４】
これにより、バンドギャップ１．６ｅＶ、膜厚４３３ｎｍ、比抵抗６．２８×１０５Ωｃｍ、移動度７２．５ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）のＰ型半導体性のアモルファスカーボンを製造することができた。Ｐ型であることは、ホール測定法により確認した。
【００３５】
以上のように本実施形態に係るカーボン製造方法及びカーボン製造装置によれば、チャンバ１１内で固体ヨウ素Ｉを昇華させて原料ガスとともにプラズマ化させることにより、ヨウ素をドーピングしたＰ型半導体性カーボンを簡易な装置及び手法によって製造することができる。
【００３６】
また、放出口３０ａを形成した容器３０に固体ヨウ素を収容し、放出口３０ａをプラズマ生成領域に近接させて容器を配置することにより、ヨウ素ガスを確実にプラズマ化することができ、ヨウ素をドーピングした所望のＰ型半導体性カーボンを製造することができる。
【００３７】
また、チャンバ１１内に固体ヨウ素Ｉを収容可能とし放出口３０ａをプラズマ生成領域に向けて配置される容器３０を用いることにより、チャンバ１１内で固体ヨウ素Ｉを昇華させて原料ガスとともにプラズマ化させることができ、ヨウ素をドーピングした所望のＰ型半導体性カーボンを製造することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態は本発明に係るカーボン製造方法及びカーボン製造装置の一例を示すものである。本発明に係るカーボン製造方法及びカーボン製造装置は、この実施形態に係るカーボン製造方法及びカーボン製造装置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、実施形態に係るカーボン製造方法及びカーボン製造装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、マイクロ波を用いてプラズマを生成していたが、マイクロ波以外の熱などを用いてプラズマを生成するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態係るカーボン製造装置の構成概要図である。
【図２】図１のカーボン製造装置に用いる容器の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
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…基材ステージ、１９…排出口、２０…冷却ファン、３０…容器、３０ａ…放出口、Ｂ…基材、Ｃ…アモルファスカーボン、Ｇ…原料ガス、Ｉ…固体ヨウ素、Ｐ…表面波プラズマ、Ｗ…マイクロ波。
【図１】
0005051762.tif 000002
【図２】
0005051762.tif 000003