DE4443908A1

DE4443908A1 - Herstellung kristallographisch gerichteter dünner Schichten von Siliciumcarbid durch Laserablagerung von Kohlestoff auf Silicium

Info

Publication number: DE4443908A1
Application number: DE4443908A
Authority: DE
Inventors: Lajos Rimai; Richard M Ager; Willes H Weber
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2014-12-10
Also published as: US5406906A; DE4443908C2; JPH07283138A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht kristallinen Siliciumcarbids auf Silicium- Substratmaterial.

Die Laserabscheidung von kristallinen dünnen Siliciumcar bid-Schichten erfolgt aus Element-Targets mit Kohlenstoff und gegebenenfalls Silicium auf Silicium, dessen dünne Schichten vorzugsweise epitaxial sind.

Das übliche Verfahren zum Aufbau dünner kristalliner Sili ciumcarbid-(SiC)-Schichten ist chemische Gasphasenabschei dung (Chemical Vapor Deposition CVD) aus einem Strom koh lenstoff- und siliciumhaltiger Moleküle, z. B. Kohlenwasser stoffen und Silan. CVD-Abscheidungen werden gewöhnlich in einer Wasserstoffatmosphäre ausgeführt und häufig ist das Substrat für die Ausbildung der dünnen Siliciumcarbid schichten ein Siliciumeinkristall-Wafer. In der Regel be ginnt die Siliciumcarbid-CVD-Abscheidung mit einem Karboni sierungsschritt, der zuerst das Wachsen einer dünnen SiC- Schicht nur durch Reaktion des Kohlenwasserstoffs mit dem Si-Substrat bei hoher Temperatur bewirkt. Amorphe oder po lykristalline dünne SiC-Schichten können auch durch Sputte ring von SiC-Targets aufgebaut werden.

Bei einer Reihe von Experimenten, in denen Si einem Beschuß energiereicher C⁺ Ionen ausgesetzt wurde, wurde die Bildung von dispersen SiC-Kristalliten in einer dünnen Schicht aus nicht-stöchiometrischem Si_xC_1-x nahe der Oberfläche berich tet. Es wird auch berichtet, daß der Beschuß von Si mit ei nem starken Fluß von 100 keV C⁺-Ionen eine ungeordnete C/ Si-Mischung erzeugt, die bei nachfolgender Hochtemperatur behandlung in polykristallines SiC umgewandelt wird.

In "Preparation of Oriented Silicon Carbide Films by Laser Ablation of Ceramic Silicon Carbide Targets", L. Rimai, R. Ager, E. M. Logothetis, W. H. Weber und J. Hangas, Appl. Phys. Lett. 59 (18), 2266, (1991) ist beschrieben, daß kri stalline dünne SiC-Schichten auf Si-Wafern durch gepulste Laser-Ablation eines Keramik-SiC-Targets aufgebaut werden können und daß diese dünnen Schichten unter geeigneten Be dingungen einen hohen Grad an epitaxialer Orientierung auf weisen. Ein Nachteil dieses Vorgehens ist das Erfordernis eines Keramik-SiC-Targets als Materialquelle. Derartige Targets enthalten in der Regel für ihre Herstellung notwen dige Additive, die als Verunreinigungen in die wachsende dünne Schicht übertragen werden. Die Ablationsrate solcher Targets ist relativ niedrig, wodurch ein langsames Wachstum der dünnen Schicht resultiert.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht kristallinen Siliciumcarbids auf Silicium- Substratmaterial, gekennzeichnet durch:

- Herstellung einer auf das Silicium-Substratmaterial mit einer Temperatur 600°C gerichteten Kohlenstoffatom wolke durch Laser-Ablation eines Kohlenstofftargets in einer Vakuumanordnung, wodurch eine kristalline dünne Siliciumcarbid-Schicht durch Reaktion derselben erzeugt wird, gelöst.

Als Kohlenstoffatomquelle für die dünne SiC-Schicht wird eine durch Laser-Ablation eines reinen Elementarkohlen stofftargets erzeugte Wolke und als Siliciumatomquelle ent weder das Siliciumsubstrat selbst oder eine laserabgetra gene Wolke aus einem reinen Siliciumtarget verwendet.

Das Verfahren ermöglicht es ebenfalls, daß Kohlenstoff und nachfolgend Silicium alternierend zur Ausbildung der dünnen Schicht, abgetragen werden. Gemäß einer anderen Ausfüh rungsform betrifft die Erfindung die nach dem Verfahren hergestellte dünne Schicht. Bei Temperaturen über etwa 1000°C wird die dünne Schicht epitaxial mit dem Silicium substrat ausgerichtet.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der bei liegenden Zeichnung erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Laser-Gas phasenabscheidungsanordnung, die erfindungsgemäß zur Abscheidung kristallinen SiC verwendet werden kann;

Fig. 2 einen Graph der Wachstumsrate der dünnen Schicht als Funktion der Temperatur für dünne Schichten, die gemäß den Ausführungsformen der Erfindung auf Silicium mit einem Kohlenstofftarget aufgebaut wer den;

Fig. 3A, 3B und 3C Röntgendiffraktionsdaten erfindungsge mäß hergestellter Ausführungsformen der dünnen SiC- Schichten;

Fig. 4 einen Graph der Temperaturabhängigkeit der aus der Röntgendiffraktion der auf Silicium 100 entspre chend Ausführungsformen der Erfindung gewachsenen dünnen SiC-Schichten abgeleiteten Kristallitgrößen; und

Fig. 5 einen Graph der Ramanspektren der auf Si von C-Tar gets gewachsenen dünnen Schichten entsprechend Aus führungsformen der Erfindung.

Erfindungsgemäß werden dünne Siliciumcarbid-Schichten im Vakuum unter Verwendung von Targetmaterialien aus reinen Elementen auf Silicium aufgebaut, d. h. einen nur-Kohlen stofftarget, oder zuerst einen nur-Kohlenstofftarget zur Bildung eine dünne SiC-Schicht auf dem Silicium und danach Kohlenstoff- und alternativ Siliciumtargets. Wie bereits erwähnt, umfaßt das Verfahren den Einsatz eines Laser strahls zur Ablation der Targets, der elementare Atome oder Ionen erzeugt, die in Richtung des Silicium-Substratmateri als, auf dem die dünne SiC-Schicht aufgebaut wird, gerich tet sind.

Das Silicium-Substratmaterial, auf dem die dünne SiC- Schicht aufgebaut ist, kann in der Hauptmenge Silicium in einem Silicium-Wafer oder eine auf einem Träger wie Alumi niumoxyd (Saphir), gesintertem Quarz oder beliebigen ande ren isolierenden oder leitenden Trägermaterialien vorgese hene Siliciumschicht umfassen. Die Dicke des Silicium-Sub stratmaterials, auf dem die erfindungsgemäßen dünnen Schichten aufgebaut sind, ist zur Ausführung der Erfindung keine kritische Eigenschaft und kann im allgemeinen von un gefähr 0,5 Mikrometern bis zu Millimetern variieren, und ist ganz besonders bevorzugt mindestens 1 µm. Es wurde ge funden, daß die Kristallinität und Orientierung der resu tierenden dünnen SiC-Schicht der Erfindung in praxi beson ders vorteilhaft denen des kristallinen Silicium-Substrat materials, auf dem die dünne SiC-Schicht aufgebaut ist, entsprechen, vorausgesetzt, es wird auf über 1000°C erwärmt und das Siliciumsubstrat ist ein Silicium-Einkristall. Bei Substrattemperaturen zwischen etwa 600° und 1000°C sind die resultierenden dünnen SiC-Schichten polykristallin. Das steht im Gegensatz zu den amorphen dünnen Schichten, die häufig aus zum Aufbau von SiC eingesetzten Verfahren des Standes der Technik resultieren. Im Gegensatz zu solchen Verfahren des Standes der Technik schafft das Verfahren der Erfindung vorteilhafterweise polykristalline dünne SiC- Schichten und kristalline epitaxiale dünne SiC-Schichten, ohne während der Abscheidung Wasserstoffatmosphäre zu benö tigen und ohne das Erfordernis einer späteren Temperaturbe handlung.

Das in der Erfindung verwendete Siliciumbasismaterial kann jede Orientierung wie etwa orientiertes Silicium 100 oder 111 besitzen, wobei die Wahl der Orientierung von der An wendung abhängig ist. Das Siliciumsubstrat kann durch jedes Mittel auf eine Temperatur von mindestens 600°C (wenn dünne Epitaxial-Schichten mit Temperaturen über 1000°C erwünscht sind) während der Bildung der dünnen SiC-Schicht erwärmt werden. Wenn es, wie oben erwähnt, erwünscht ist, epitaxi alkristalline dünne SiC-Schichten zu erzeugen, ist das Si liciumsubstrat am günstigsten ein Silicium-Einkristall. Es wurde festgestellt, daß die Abscheidungsrate des SiC mit steigender Silicium-Substrattemperatur wächst.

In der Vakuumanordnung ist ein Kohlenstofftarget vorgesehen und eine Ausführungsform einer derartig geeigneten Anord nung, die einen gepulsten Laser umfaßt, ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Die in der Erfindung verwendete Vakuuman ordnung kann jedes zur Laser-Ablation geeignete Target sein. Ein typisches Vakuumsystem von 5×10^-6 bis 5×10^-5 Torr Basisdruck kann eingesetzt werden. Wie für den Fachmann selbstverständlich, können auch andere geeignete Drücke eingesetzt werden; häufig Drücke zwischen 10^-6 und 10^-2 Torr. In der Ausführungsform der Fig. 1 trifft ein Laser strahl, beispielsweise ein Excimer-Laserstrahl, auf das Kohlenstofftarget (5 in Fig. 1). Im allgemeinen dreht sich das Target in derartigen Systemen und der Laser trifft un ter einem Winkel von 25 bis 60° auf das Target, wo er einen kleinen Bereich des Targets, beispielsweise in der Größen ordnung von 0,2 cm², beleuchtet. Ein in der Erfindung ver wendeter Laser ist ein XeF-Excimer-Laser (Wellenlänge 351 nm) mit Pulsraten im Bereich von 5-20 Hz. Die 20 ns langen 200 bis 350 mJ Pulse erzielen in der Ausführungsform beim Target einen Fluß von 1 bis 3 J/cm². Diese Ausführungsform bedeutet keine Einschränkung der Erfindung, da andere La sertypen und Parameter (z. B. Wellenlänge, Fluß) wie für den Fachmann aus der Offenbarung ersichtlich, verwendet werden können. Beispielsweise abhängig von den optischen Absorpti onseigenschaften des Targetmaterials, kann Laserlicht ande rer Wellenlängen, z. B. 248 nm eines KF-Excimer-Lasers, 1060 oder 532 nm eines Nd-YAG-Lasers (Neodym-Ionen in Yttrium- Aluminium-Granat) auch eingesetzt werden. Man hat gefunden, daß der Einsatz von Element-Targets in der Erfindung, die gegenüber SiC-Targets für längerwelliges Licht weniger transparent sind, die Verwendung von nahem IR oder sicht barem Laserlicht für die Target-Ablation ermöglicht. Dieses Licht besitzt eine bessere Strahlstabilität und -qualität als das von Excimer-Lasern, verbessert die Fokussierbar keit, die Wolkenstabilität und daher auch die Qualität der abgeschiedenen dünne Schicht. Während der Ablation kann das Einzelelementtarget gedreht werden, um die Oberflächenbe schädigungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Das gleiche kann durch kontinuierliche Bewegung des Brennflecks durch ständiges Verlagern (geringfügig) der Richtung des Laser strahls vor der Fokussierlinse 3 mit einem Spiegel 2 auf einem motorisierten Kardanrahmen erreicht werden, wobei die zwei Freiheitsgrade des Kardanrahmens computergesteuert werden, so daß der Brennfleck ein Abtastmuster auf dem Tar get beschreibt. Die Oberfläche des Siliciumsubstrats kann durch geeignete, mit Mustern versehene Lochmasken abgedeckt werden, um eine entsprechende mit Mustern versehene dünne SiC-Schicht zu erhalten.

Die Energie der Ionen und neutralen Atome in der beim Sub strat ankommenden Wolke aus der zum Target transferierten Laserenergie beträgt günstigerweise höchstens mehrere zehn eV. Diese Energie kann durch Zunahme des Druckes in der Vakuumkammer auf einen geringeren Wert reguliert werden, was wichtig ist, da diese Energie die physikalischen Eigen schaften der dünnen Schicht beeinflussen kann. Die Wolke aus Atomen und Ionen tritt im allgemeinen in einem Kegel senkrecht zum Target auf, und trifft auf das in einem Ab stand, z. B. von 5 bis 15 cm, angeordnete Siliciumsubstrat auf. Das Laserlicht der beschriebenen Ausführungsform wurde mit einem 45° Ablenkspiegel (2 in Fig. 1) und einer 50 cm Fokussierlinse 3, beide außerhalb des Vakuumsystems ange ordnet, in das Vakuumsystem übertragen. Das Licht fällt durch ein Quarzfenster 4 in die Vakuumkammer. In einem Fall wird ein reines Kohlenstofftarget 5 innerhalb der Vakuum anordnung nahe des Laserstrahlfokus bei einem Winkel von ungefähr 45° zum einfallenden Strahl stationär gehalten. Es wurde gefunden, daß die Wolke während der Laser-Ablation des Targets im allgemeinen in Richtung senkrecht zur Tar getoberfläche einen scharfen Peak aufweist, was zu unein heitlicher Abscheidung auf dem Silicium führt, aber durch ein Targetabtastverfahren korrigiert werden kann, da sich die Wolke entsprechend dem Substrat bewegt. Die neueste Technik vergrößert die Einheitlichkeit, um eine einheit liche dünne Schicht über weitere Bereiche des Substrats zu schaffen. Bei ausreichend niedrigem Druck kann der Abstand der Siliciumbasis zum Kohlenstofftarget ebenfalls vergrößert werden, um einheitlichere Abscheidung dünner Schichten zu liefern. Beispielsweise ist bei 10^-3 Torr der durch schnittliche freie Weg in der Größenordnung von 10 cm oder umgekehrt proportional zum Druck. Solange der Target-Sub strat-Abstand in der Größenordnung oder kleiner als der durchschnittliche freie Weg ist, sind die Wolkeneigenschaf ten, die den Abscheidungsprozeß beeinflussen, druckunabhän gig.

Wir fanden, daß, wenn die Atome oder Ionen der Kohlenstoff wolke das Siliciumbasismaterial berühren, durch Reaktion dieser Kohlenstoffpartikel und Silicium des Basismaterials eine dünne SiC-Schicht gebildet wird, wodurch Kohlenstoff bindungen gebildet werden. Danach, wenn die dünne SiC- Schicht weiterwächst, ist es offensichtlich, daß Diffusion von Si oder C oder beiden durch eine endliche Dicke des SiC, selbst bei niedrigen Temperaturen von etwa 1000°C, auftritt. Siliciumatome des Siliciumbasismaterials diffun dieren demnach durch die gebildete dünne SiC-Schicht, um weiteres SiC zu erzeugen und/oder Kohlenstoff diffundiert durch die gebildete SiC-Schicht und reagiert mit dem Sili ciumbasismaterial.

Verwendet man das Verfahren der Erfindung allein mit Koh lenstofftargets im Laser-Vakuumsystem, findet man, daß im wesentlichen stöchiometrische dünne SiC-Schichten günsti gerweise bereits in einer Dicke bis zu ungefähr 4000 A und im allgemeinen mit erhöhten Temperaturen bis zu ungefähr 1200°C gebildet werden können. Entsprechend einer Ausfüh rungsform des Verfahrens wird die Siliciumbasis durch eine Widerstandsheizung auf ungefähr 1000 bis 1150°C erwärmt. Die Wachstumrate der dünnen Schicht nimmt mit steigender Substrattemperatur, wie durch die Daten in Fig. 2 gezeigt, in der die Zunahme der Dicke der dünnen Schicht in A pro Laserpuls als Funktion der Substrattemperatur während der Abscheidung für ein orientiertes Si-100-Substrat aufgetra gen ist, zu. Die dünne SiC-Schicht der Erfindung besteht aus kristallinem kubischem SiC, das die Orientierung der Siliciumbasis besitzt. Bei Substrattemperaturen oberhalb etwa 1000°C, hat das auf den Silicium-100-Wafern gewachsene SiC eine 100 Orientierung und das auf Silicium 111 gewach sene SiC eine 111 Orientierung. Das wird im einzelnen durch die "Θ-2Θ" Röntgen-Diffraktionskurven in Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt. Kurve (3A) ist eine dünne Schicht auf Si 100 mit einem Kohlenstofftarget allein, die klar eine starke 200 Diffraktionscharakteristik der epitaxial orientierten dünnen Schicht und eine sehr schwache 111 Diffraktion zeigt, die angibt, daß deutlich weniger als 1% der dünnen Schicht nicht orientiert ist. Kurve (3B) ist eine dünne Schicht auf Si 111 mit nur einem Kohlenstofftarget und zeigt, im Gegensatz zur Kurve (3A), eine sehr starke 111 Diffraktion und eine sehr schwache 200 Diffraktion, genau wie für den Aufbau der epitaxialen dünnen Schicht erwartet.

Zur weiteren Bildung der dünnen SiC-Schicht oberhalb 4000 A wird nachfolgende modifizierte Ausführungsform eingesetzt: Ein Siliciumtarget ist in der Vakuum-Laser-Abscheidungsan ordnung zusätzlich zum Kohlenstofftarget enthalten. Sonst begünstigt fortgesetzte Abscheidung von Kohlenstoff die Bildung einer Graphitschicht auf der bereits gebildeten dünnen SiC-Schicht. Ein geeignetes Abtastmuster kann einge setzt werden, um die von jedem Target abgelösten relativen Materialmengen zu steuern. Das eingesetzte sich wiederho lende Abtastmuster läßt den Brennfleck im allgemeinen für die selbe Dauer zwischen dem Kohlenstoff- und dem Silici umtarget hin- und herkreisen, meist 5s in jedem Zyklus. Er wünscht ist, daß der Fleck, während er auf jedem Target ist, kontinuierlich bewegt wird und daß die Zeit auf jedem Target programmierbar ist, wodurch genaue Steuerung der Menge des von jeder Elementartargetquelle abgelösten Mate rials erfolgt. Kurve (3C) zeigt eine durch das Doppeltarget aufgebaute dünnen Schicht mit alternativer Ablation eines Si-100-Substrats, das die charakteristischen Diffraktionen des epitaxial ausgerichteten SiC 200 zeigt. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung werden typi scherweise die Abscheidungen von den Doppeltargets unter einer 20 Hz Rate oder 300 mJ Pulsen des 351 nm Excimer-La serlichts durchgeführt, wobei der beleuchtete Bereich auf dem Target ungefähr 0,2 cm² (Fluß 1,5 J/cm², Pulsdauer 20ns) beträgt. Eine Draufsicht auf einen Doppeltargetaufbau ist gesondert als 6 in Fig. 1 gezeigt, in der ein möglicher Abtastweg für den Brennfleck schematisch angegeben ist, wodurch der Fleck von einem Material zum anderen in den Auf- und Absegmenten des Scans bewegt wird. Ob das La serlicht das Kohlenstoff- oder Siliziumtarget trifft, kann durch Messung der Intensität des durch die Wolke emittier ten sichtbaren Lichtes durch geeignete Spektralfilter er folgen, da die Spektralverteilung dieses Lichtes für das Targetmaterial charakteristisch ist. Die tatsächliche Posi tion des Brennflecks auf dem (den) Target(s) kann durch Be obachtung des Flecks auf einem durch einen HeNe-Laserstrahl 8, der von der Rückseite des Ablenkspiegels reflektiert und dessen Lagekoordinaten relativ zur Lage des Auftreffpunkts des Ablationslichts der (des) Targets kalibriert werden, beleuchteten Bildschirm 7 überwacht werden. Das Verfahren kann auf eine größere Anzahl verschiedener Targets, die Mittel zur Veränderung der Zusammensetzung und Struktur der dünnen Schicht schaffen, ausgedehnt werden. Bei dieser Aus führungsform wird das Silicium 9, ein 100- oder 111-Sili cium-Wafer, auf einer mit Bornitrid isolierten Kohlen stoffschicht-Widerstandsheizung 10 für dessen Temperatur steuerung während der Abscheidung angebracht, da die Ei genschaften der resultierenden dünnen Schicht wesentlich von dieser Temperatur abhängen. Dies ist die Kristallitgrö ße, die durch kleine Randwinkel und Defekte bestimmt wird, wobei sie aus der Linienbreite der Röntgendiffraktion er halten werden kann; sie wächst mit der Abscheidungstempe ratur. Das wird durch die Daten in Fig. 4 gezeigt, wo die Kristallitgröße als Funktion der Substratabscheidungstempe ratur für auf 100 Si-Substraten gewachsene dünne SiC-100- Schichten unter Verwendung nur von Kohlenstofftargets auf getragen ist. Die Siliziumheizanordnung wurde in der Aus führungsform in ein Belichtungsschild 11 aus Tantal ein gebracht, das eine quadratische 2,5×2,5 cm Öffnung gegen über dem Substrat besitzt, um die Ablationswolke durchzu lassen. In einigen Experimenten wurde eine Tantal-Lochmaske 12 gegenüber dem Substrat eingebracht, um rechtwinklige zirkulare oder andere Formen der abgeschiedenen dünnen Schicht zu erhalten. Abscheidung mit derartigen Masken erhöht während der Abscheidung die Temperatureinheitlich keit oberhalb der dünnen Schicht, und ermöglicht genaue Bestimmungen der Abscheidungsrate mittels Kantendickemes sungen eines Profilometers. Die anfängliche Substrattempe ratur wurde mit einem Infrarotpyrometer 13, Fig. 1, ge messen, das einen Bandpaßfilter enthält, der das auf den Detektor durch das Fenster 15 fallende Licht 14 auf das schmale 0,9 bis 1,5 µm Band begrenzt. Da die wachsende dünne SiC-Schicht für dieses Licht transparent ist, wenn die dünne Schicht anfängt zu wachsen, oszillieren die Pyrome terausgabedaten aufgrund der Bildung von stehenden Interfe renzwellen dieses schmalen Lichtbandes in der dünnen Schicht. Die Trennung zwischen aufeinanderfolgenden Oszil lationspeaks erfolgt, da die dünne Schichtdicke um eine Hälfte der Lichtwellenlänge in der dünnen Schicht anwächst. Die Oszillationen ermöglichen "in situ" die Überwachung des Wachstums der dünnen Schicht und erzielen, wenn der bekann te Brechungsindex von SiC verwendet wird, dünne End- Schichtdicken in Übereinstimmung mit den Profilometermes sungen. Bei diesen Beispielen wurde die Siliciumbasis etwa 7 cm vom Target entfernt mit einem diedrischen Winkel von ungefähr 45° angebracht. Demnach bildet die Wolkenachse un gefähr einen 45° Winkel mit dem Silicium-Substratmaterial, da sie etwa senkrecht zu den Targets verläuft. Der Sili cium-Substrat Targetabstand und Winkel sind nicht kritisch bei der Erfindung und modifizieren hauptsächlich die Ab scheidungsrate, wenn sie variiert werden.

Alternierende Laser-Ablation der beiden Element-Targets (Kohlenstoff und Silicium) ermöglichen eine etwas höhere Abscheidungsrate als mit einem nur-Kohlenstofftarget und die dünne Schicht kann bis zu jeder gewünschten Dicke, ein schließlich 1 Mikrometer oder mehr, aufgebaut werden. Wenn nur das Kohlenstofftarget eingesetzt wird, wird bei 1140°C nach etwa 7 Abscheidungsminuten eine Dicke von 3000 A er reicht, wohingegen mit Doppeltargets, wie oben beschrieben, nach 10 Abscheidungsminuten bei der gleichen Temperatur eine Dicke von 1 Mikrometer erzielt wird. Vorteilhafter weise zeigt die resultierende, mit der Doppeltargetabschei dung gebildete dünne Schicht im wesentlichen die gleiche kristallographische Orientierung in der ganzen dünnen Schicht und entspricht der Orientierung der Siliciumbasis materialkurve (Fig. 3 C). Ramanspektren von zahlreichen entsprechend verschiedenen Parametern, die ähnlich denen der Erfindung hergestellte dünne Schichten zeigen, daß sie im wesentlichen aus stöchiometrischem SiC zusammengesetzt sind. Die Ramanspektren von Fig. 5 von mit nur-Kohlen stofftargets aufgebauten dünne Schichten zeigen klar das Auftreten transversaler und longitudinaler Photonen, die charakteristisch für kubisches SiC nahe 793 und 970 cm^-1 sind. Die beiden am Si-Substrat angebrachten dünnen Schich ten zeigen ebenfalls eine zusätzlich breite Bande zwischen 940 und 990 cm^-1, die für das Si-Substrat charakteristisch ist, wohingegen diese Bande bei der dünnen SiC-Schicht, die vom selben Substrat nach dem Wachsen entfernt wurde, fehlt. Die kleinen Verschiebungen der SiC-Ramanbanden zwischen den angebrachten und entfernten dünnen Schichten sind mögli cherweise auf ein Spannungsfeldänderungen zurückzuführen, das aus der fehlenden Anpassung zwischen Gitterkonstanten und Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen SiC- und Si- Substrat herrührt. Die Stöchiometrie dieser dünnen Schich ten wird ebenfalls durch Auger-Tiefenprofilmessung bestä tigt. Der Einsatz von Element-Targets vergrößert gegenüber des im Stand der Technik verwendeten keramischen SiC-Tar gets durch erhöhte Ablationseffizienz der Targets die Wachstumsrate der abgeschiedenen dünnen SiC-Schicht. Die wesentlich schnellere Wachstumsrate liegt überraschender weise innerhalb der gleichen Größenordnung wie die durch CVD für orientierte dünne Kristallschichten erzielbare, wodurch dies ein sehr vorteilhaftes Verfahren ist.

CVD-Verfahren für die SiC-Abscheidung hat den Nachteil, daß es bei einer hohen Wasserstoffkonzentration durchgeführt wird, der teilweise in die dünne Schicht eingebaut wird. Verglichen mit dem bekannten Sputtern und Ionenstrahltech niken für diese dünnen SiC-Schichten, kann die Erfindung vorteilhafterweise kristallographisch ausgerichtete dünne Schichten von kubischem SiC auf Si mit beiden 111 und 100 Orientierungen erzeugen, wohingegen die vorherigen dünnen Schichten entweder amorph oder bestenfalls polykristallin sind.

Die erfindungsgemäß erzeugten dünnen Schichten können für dünne Schichten in der Elektronik im Hochtemperaturbereich, Sensoranwendungen im Hochtemperaturbereich und als Kri stallkeim für das Kristallzüchten in der Gasphase von ku bischem SiC eingesetzt werden. Dieses Verfahren eröffnet außerdem die Möglichkeit des Wasserstoffreien epitorialen Aufbaus von kubischen dünnen SiC-Schichten auf in der Gas phase gewachsenen hexagonalen SiC-Wafern. Dies ist für elektronische Anwendungen wichtig, da kubisches SiC wahr scheinlich höhere Mobilität im Träger besitzt als die ande ren Kristallformen.

Bezugszeichenliste

2 Spiegel
3 Linse
4 Quarzfenster
5 Kohlenstofftarget
6 Doppeltarget
7 Schirm
8 Laserstrahl
9 Silicium
10 Heizung
11 Tantalstrahlungsschild
12 Tantal-Lochmaske
13 Infrarotpyrometer
14 Licht
15 Fenster

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht kristal linen Siliciumcarbids auf Silicium-Substratmaterial, ge kennzeichnet durch:

- Herstellung einer auf das Silicium-Substratmaterial mit einer Temperatur 600°C gerichteten Kohlenstoffatom wolke durch Laser-Ablation eines Kohlenstofftargets in einer Vakuumanordnung, wodurch eine kristalline dünne Siliciumcarbid-Schicht durch Reaktion derselben erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumsubstratmaterial ein Einkristall-Siliciumsub strat mit einer Temperatur oberhalb von etwa 1000°C ist, wodurch die darauf erzeugte dünne Siliciumcarbid-Schicht epitaxial mit dem Einkristall-Siliciumsubstrat ausgerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kristalline dünne Siliciumcarbid-Schichten in einer Dicke bis ungefähr 4000 A hergestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Ablation das Bereitstellen eines stationären oder mobilen Kohlenstofftargets umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist:

- Herstellung einer auf das Silicium-Basismaterial gerich teten Siliciumatomwolke durch Laser-Ablation eines Silici umtargets gegebenenfalls mit einem Kohlenstofftarget, in einer Vakuumanordnung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium- und das Kohlenstofftarget über einen gleichen Zeitraum abgetragen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein XeF-Excimer-, KF-Excimer- oder Nd-YAG-Laser mit 1,06 und 0,532 µm ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte SiC im wesentlichen stöchiometrisches SiC ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum einen Druck zwischen ungefähr 10^-6 oder 10^-2 Torr hat.

10. Dünne SiC-Schicht, herstellbar nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.