半導体デバイスプロセス用途・導電性ダイヤモンド状炭素膜のプラズマCVD

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650382
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 木下 治久 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (70204948)
• Keywords: ダイヤモンド状炭素膜 / マグネトロンプラズマ / スーパーマグネトロンプラズマ / プラズマCVD / フィールドエミッタ

Research Abstract

本研究により電界放出微小エミッタに最適な1Ω・cm前後の低抵抗導電性ダイヤモンド状炭素膜を作製した。成長温度等のパラメータの制御により、高硬度で抵抗値の十分に低い、導電性機能物質であるアモルファス状ダイヤモンド薄膜の作製法及び物性を研究した。この導電性ダイヤモンド状炭素膜を微小フィールドエミッタのコーティングに応用し、良好な電流-電圧特性を得た。
この研究においては分子内に含まれる炭素原子数が多いイソブタン(i-C_4H_<10>)を用いて、DLC膜の高速成膜を試みた。抵抗率を下げるため、n型ドーパントとなるN原子の供給源となるN_2ガスを添加した。その結果、基板温度160℃、上下RF電力1kW/1kWの時、堆積速度が1900Å/minと大きく、0.17Ωcmの低抵抗な膜が得られた。その膜の硬度は、SiO_2(1340kg/mm^2よりも硬く1700kg/mm^2以上であった。FT-IRスペクトルの測定によりC-N、C=N、C≡Nの伸縮振動の吸収スペクトルが観測され、N原子が膜中に取り込まれている事が確認できた。この膜をSiフィールドエミッタのコーティングに応用し、放電開始電圧を550Vから360Vに低減し、ランダムノイズを大幅に低減させることができた。この研究により、フィールドエミッタの高性能化に導電性DLC膜の応用が大変有効であることが実証できた。

Research Products

• [Publications] H.Kinoshita: "Formation of Electrical Conductive Hard-Carbon(DLC)Films Using i-C_4H_<10>/N_2 Supermagnetron Plasma"Superficies y Vacio. vol.9. 108-110 (1999)
• [Publications] H.Kinoshita: "Formation of Electrical Conductive Diamond-Like Carbon Films Using i-C_4H_<10>/N_2 Supermagnetron Plasma"Proceedings of Symposium on Plasma Processing. vol.17. 235-238 (2000)
• [Publications] 大鷹直樹: "導電性硬質カーボン(DLC)膜のスーパーマグネトロンプラズマCVD及び膜質分析"静岡大学電子工学研究所報告. vol.34. (2000)
• [Publications] H.Kinoshita: "Thickness Distribation of Large-Area DLC Films Formed by CH_4/H_2 Supermagnetron Plasma CVD with Application of a Stationary Magnetic Field"J.Vac.Sci.Technol.A. vol.18. (2000)
• [Publications] K.Sawada: "Noise Characteristics of Emission Current from Conductive Diamond-Like Carbon Thin Films Coating on Cone Shaped Silicon Field Emitters"J.Vac.Sci.Technol.B. vol.18. (2000)
• [Publications] H.Kinoshita: "Electrical Conductive Hard-Carbon(DLC) Films Formed by i-C_4H_<10>/N_2 Supermagnetron Plasma CVD Method"Thin Solid Films. (2000)