JP2000264792A - シリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンカーバイト単結晶層を安定して形成
する。 【解決手段】 少なくとも表面にシリコン単結晶層を有
する基材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加
熱するとともに該真空容器内部に少なくとも炭素原子お
よび硅素原子を含有する化合物を導入することにより、
前記シリコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶
薄膜を形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方
法において、前記真空容器内に導入される少なくとも炭
素原子および硅素原子を含有する化合物の分圧；Ｎ×１
０^−ＸＴｏｒｒを１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、（Ｘは自然
数）に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、高性能な半導体
材料として着目されているシリコンカーバイト単結晶薄
膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体材料としてシリコン単
結晶やＧａＡｓ単結晶材料が使用されているが、近年に
おいては、これらシリコン単結晶やＧａＡｓ単結晶材料
では対応できない高温、放射線、高エネルギー密度にお
いても動作可能なワイドギャップ半導体材料としてシリ
コンカーバイト単結晶材料が着目されている。

【０００３】このシリコンカーバイト単結晶は、半導体
材料としての特性は優れているものの、従来のシリコン
材やＧａＡｓ材のように溶融引き上げ法により大口径の
単結晶インゴットにすることができず、単結晶を得るた
めの様々の方法が提案されている。

【０００４】近年、特に有効な方法として、シリコンウ
エハ等の単結晶材料を真空容器内部に配置して加熱する
とともに、硅素原子と炭素原子とを含有する有機硅素ガ
スを該容器内部に導入して前記シリコンウエハ等の単結
晶材料表面にシリコンカーバイト単結晶層を形成する方
法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これら有機硅素ガスや
混合ガスを用いる方法は、従来のシリコンウエハの表面
を炭化してシリコンカーバイト単結晶層を形成する方法
に比較して、過度の炭化による結晶欠落（ボイド）の発
生を或る程度防止できることから好ましいが、これら有
機硅素ガスを用いた場合には、これら有機硅素ガスの分
圧が１〜１０パスカル（＝０.００７５〜０.０７５Ｔｏ
ｒｒ）にて供給され、該供給される有機硅素ガスやが、
前記シリコンウエハ表面にて分解し、分解により生成さ
れた炭素および硅素が供給されることでシリコンカーバ
イト単結晶層の成長がなされるために、その成長温度を
１１００℃程度に保つ必要があり、この温度状況におい
ては、シリコンウエハ表面の硅素原子の一部拡散が生じ
て結晶欠落（ボイド）を生じてしまい、得られるシリコ
ンカーバイト単結晶層の結晶品質が安定せず、高品質で
大面積のシリコンカーバイト単結晶層を安定して得るこ
とが難しいという問題があった。

【０００６】よって、本発明は上記した問題点に着目し
てなされたもので、シリコンカーバイト単結晶層を安定
して形成することのできるシリコンカーバイト単結晶薄
膜の形成方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記した問題を解決する
ために、本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成
方法は、少なくとも表面にシリコン単結晶層を有する基
材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加熱する
とともに該真空容器内部に少なくとも炭素原子および硅
素原子を含有する化合物を導入することにより、前記シ
リコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶薄膜を
形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法にお
いて、前記真空容器内に導入される少なくとも炭素原子
および硅素原子を含む化合物の分圧；Ｎ×１０^−ＸＴｏ
ｒｒを１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、（Ｘは自然数）に設定し
てシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行うことを特
徴としている。この特徴によれば、前記真空容器内部に
導入される有機硅素化合物の分圧を従来の方法に比較し
て低いＮ×１０^−ＸＴｏｒｒ（１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、
Ｘは自然数）とすることにより、シリコンカーバイト単
結晶薄膜が成長可能な前記基材の温度を低下させること
ができ、該成長温度を低下させることで、硅素原子の拡
散を低減することが可能となって、得られるシリコンカ
ーバイト単結晶層の結晶欠落が減少し、高品質で大面積
のシリコンカーバイト単結晶層を安定して得ることがで
きる。

【０００８】本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の
形成方法は、前記真空容器内に導入される化合物の分圧
が、４≦Ｘ≦６の範囲であることが好ましい。このよう
にすれば、前記真空容器内部に導入される有機硅素化合
物の分圧が過度に低減してシリコンカーバイト単結晶薄
膜の成長速度が著しく遅くなることを防止できる。

【０００９】本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の
形成方法は、前記加熱による基材温度を、約９００〜１
１００℃の範囲に設定してシリコンカーバイト単結晶薄
膜の成長を行うことが好ましい。このようにすれば、前
記基材温度を約９００〜１１００℃の範囲とすることに
より、前記有機硅素化合物の分解により生成する水素
が、前記シリコン単結晶層表面に吸着されることなく良
好に飛散するようになるとともに、シリコン単結晶層表
面よりの硅素原子の拡散を防止できることにより、安定
して高品質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成する
ことができる。

【００１０】本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の
形成方法は、前記炭素原子および硅素原子を含有する有
機硅素化合物が、炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有
する化合物であることが好ましい。このようにすれば、
有機硅素化合物の分解により供給される炭素原子と硅素
原子との比率が常に１対１となるとともに、分解により
多くの嵩高いメタン分子やシラン分子が生成してシリコ
ン単結晶層表面に残存することを少なくできることか
ら、形成されるシリコンカーバイト単結晶薄膜の品質を
安定化できる。

【００１１】本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の
形成方法は、前記炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有
する有機硅素化合物がモノメチルシランであることが好
ましい。このようにすれば、有機硅素化合物をモノメチ
ルシランとすることで、分解により最終的に生成する分
解物を水素のみとすることができ、該水素は前述のよう
にして容易に除去可能となることから、分解による生成
物のシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長に及ぼす影響
を排除可能となり、安定して高品質のシリコンカーバイ
ト単結晶薄膜を形成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。

【００１３】図１は、本実施形態において用いたシリコ
ンカーバイト単結晶薄膜形成装置であり、該装置は、真
空容器１内部を超高真空とするため第１ターボ分子ポン
プ９と第２ターボ分子ポンプ８および第３ターボ分子ポ
ンプ１０とが接続され、前記第１ターボ分子ポンプ９と
第２ターボ分子ポンプ８は並列に、第３ターボ分子ポン
プ１０は前記第１ターボ分子ポンプ９と第２ターボ分子
ポンプ８と直列に接続されている。

【００１４】前記第３ターボ分子ポンプ１０の下流部に
は、バルブＶ３およびＶ４を介してノーマルロータリー
ポンプ１１とケミカルロータリーポンプ１２とが設けら
れており、前記真空容器１内部の通常排気を実施する際
にはバルブＶ３を開いてノーマルロータリーポンプ１１
を使用し、前記真空容器１内部にモノメチルシラン等の
反応性気体を導入する際には、前記バルブＶ４を開いて
ケミカルロータリーポンプ１２にて排気を実施し、この
際バルブＶ５を開いて窒素ガスを該ケミカルロータリー
ポンプ１２に適宜導入してケミカルロータリーポンプ１
２内部のオイル等が前記反応性気体に侵されないように
しており、前記ケミカルロータリーポンプ１２からの排
気ガスは、トラップ１３にて収集される。

【００１５】また、前記真空容器１には、水素ガスおよ
びモノメチルシランの導入量を適宜調節可能な可変リー
クバルブＶＬ１およびＶＬ２が設けられ、これらＶＬ１
およびＶＬ２を調節することにより、前記真空容器１内
部に導入する各ガスの分圧を適宜調節することを可能と
しており、これら導入された各ガスの圧力は、圧力計４
にて検出される。また、前記水素ガスの導入口に近傍に
は、検量線作成時において導入される水素ガスを活性化
（原子化）するためのタングステンフィラメント５が設
けられている。

【００１６】更に、前記真空容器１の周囲には、反射高
速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）を実施するために、前記
真空容器１内に配置された試料７に高速電子線の照射を
行う電子銃２と、該試料７を挟んで前記電子銃２と対向
する位置に回折受像部６とが設けられるとともに、後述
する昇温脱離試験による試料表面よりの脱離物質を特定
するとともに、その脱離状況を観察するために質量分析
器用ヘッド（ＱＭＳヘッド）３が、前記真空容器１内部
に露出するように配設されている。

【００１７】該ＱＭＳヘッド３は、図２に示すように、
質量分析器（ＱＭＳ）本体１４に接続されるともに、Ｄ
／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を介してマイクロコンピュ
ータ１５に接続され、前記質量分析器（ＱＭＳ）本体１
４にて検出された脱離物の質量データおよび検出量デー
タがハードディスク等から成る記憶装置１６に記憶され
るようになっている。

【００１８】また、前記真空容器１内部に配置される試
料７は、通電ユニット１８に接続され、該通電ユニット
１８より適宜な電流が通電されることにより、所定の温
度または所定速度にて昇温可能とされており、前記通電
ユニット１８における通電の制御は、前記マイクロコン
ピュータ１５がＤ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を介して
実施するようになっていて、前記通電による試料７の温
度は、赤外線放射温度計１９により検出され、該赤外線
放射温度計１９も前記Ｄ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を
介してマイクロコンピュータ１５に接続されており、赤
外線放射温度計１９にて測定された試料温度データが、
マイクロコンピュータ１５に出力されるようになってい
る。

【００１９】前述したシリコンカーバイト単結晶薄膜形
成装置を用いたシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成手
順を、図３のフローに基づき以下に説明する。

【００２０】まず、本実施形態においては前記試料７と
してシリコンウエハを使用しており、該シリコンウエハ
（試料）７にＲＣＡ洗浄を施した後、該洗浄済シリコン
ウエハ７を前記真空容器１内部に導入、所定位置に配置
する。次いで、前記バルブＶ１、Ｖ２およびＶ３を開
き、前記真空容器１内部を超高真空に排気する。尚、前
記ＲＣＡ洗浄とは、シリコンウエハの重金属除去および
有機物除去のために一般的に実施される洗浄法を示して
いる。

【００２１】次いで、前記通電ユニット１８よりシリコ
ンウエハ７への通電を実施し、シリコンウエハ７を約７
００℃に昇温して１時間処理し、シリコンウエハ７の脱
ガスアニールを実施し、その後、シリコンウエハ７の温
度を昇温して１２００℃、３０秒間フラッシングアニー
ル処理を実施する。該フラッシングアニール処理の後、
シリコンウエハ７表面の清浄状態は、前記反射高速電子
線回折法（ＲＨＥＥＤ）により確認される。

【００２２】次いで、前記通電ユニット１８による通電
を制御してシリコンウエハ７を各所定の成長温度に保持
した後、前記ＶＬ２を適宜調整して所定の成長圧力にて
モノメチルシランを前記真空容器１内部に導入してシリ
コンカーバイト膜の成長を開始し、所定時間経過後に前
記ＶＬ２を閉じてモノメチルシランの導入を停止して膜
成長を停止する。

【００２３】次いで、通電の停止により前記シリコンウ
エハ７の加熱を停止した後、前記ＲＨＥＥＤにより形成
されたシリコンカーバイト薄膜の結晶状態観察を実施
し、前記真空容器１内部の真空状態を解除してシリコン
ウエハ７を取り出し、該形成されたシリコンカーバイト
薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
により測定するとともに、フーリエ変換赤外吸光分析
（ＦＴ−ＩＲ）により分析、評価した。

【００２４】これらシリコンカーバイト薄膜の形成を、
シリコンウエハ７を各所定の温度とするとともに、前記
真空容器１に導入されるモノメチルシランの分圧を種々
に変更して実施した際の前記ＦＴ−ＩＲにおける７９
４.５３ｃｍ^−１の吸収ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）と
前記原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面粗さ（ＲＭ
Ｓ）との関係を図５および図６に示す。

【００２５】ここで、前記半値幅（ＦＷＨＭ）の大きさ
は、これが大きいと形成されたシリコンカーバイト薄膜
の結晶が種々の波長を吸収可能な状態（不均一な結晶状
態）であることを示し、これが小さいと薄膜の結晶が単
一の結晶状態、つまりはシリコンウエハの結晶状態であ
る単結晶情報を正しく保持した単結晶状態であることを
示している。

【００２６】また、前記表面粗さ（ＲＭＳ）の大きさ
は、これが大きいと形成されたシリコンカーバイト薄膜
に多くの凹凸が存在することとなり、つまりは薄膜の結
晶が不均一（欠陥等を有する）な状態であることを示
し、これが小さいと、形成されたシリコンカーバイト薄
膜には存在する凹凸が少ないこととなり、つまりは薄膜
の結晶が均一（欠陥等を有しない）な状態であることを
示している。

【００２７】この結果から、前記導入されるモノメチル
シランの分圧を、従来一般的に用いられている分圧であ
る１〜１０パスカル（＝０.００７５〜０.０７５Ｔｏｒ
ｒ）より低くしていくことにより、図５に示すように同
一温度におけるＦＴ−ＩＲの吸収ピークにおける半値幅
（ＦＷＨＭ）の値が小さくなることが判るとともに、単
結晶状態を得る事の出来る温度を大幅に低下できること
が判る。

【００２８】これらモノメチルシランの分圧の低下に伴
うシリコンカーバイト薄膜の膜質（単結晶性）向上の傾
向と同様の傾向が、図６に示すように、前記表面粗さ
（ＲＭＳ）においても見られ、これら双方のデータの傾
向がほぼ一致することからも、これらモノメチルシラン
の分圧の低下により形成されるシリコンカーバイト薄膜
の膜質（単結晶性、無欠陥性）が向上することが裏付け
られる。

【００２９】また、前記図５および図６の結果より判る
ように、前記モノメチルシランの分圧を低下させること
により、広い温度範囲にて単結晶状態を得ることが可能
となることにより、多少の温度変化に対しても安定して
単結晶状態を得ることが可能となるため、大きな面積で
あっても安定して単結晶状態のシリコンカーバイト薄膜
の製造が可能となる。

【００３０】前記の結果より、モノメチルシランの分圧
を低下させることが単結晶のシリコンカーバイト薄膜の
形成に有効であることが判るが、このモノメチルシラン
の分圧としては、図５に示すように、１.０×１０^−３
Ｔｏｒｒでは、良好な単結晶が得られ難く、得られても
ごく小面積でしかないとともに、その最適成長温度も１
１００度と高温であることから、好ましくは１０^−４Ｔ
ｏｒｒオーダー、つまりはＮ×１０^−ＸＴｏｒｒ（１≦
Ｎ＜１０、４≦Ｘ、Ｘは自然数）とすれば良く、更に
は、該モノメチルシランの分圧が低すぎると、モノメチ
ルシラン分子が前記シリコンウエハに衝突する機会が低
減してシリコンカーバイト薄膜成長に要する時間が著し
く長くなってしまうことから、好ましくは１.０×１０
^−５Ｔｏｒｒ以上、より好ましくは、図５において２.
５×１０^−５Ｔｏｒｒと５.０×１０ ^−５Ｔｏｒｒとで
は、結晶性に大きな向上が認められなくなることから、
５.０×１０^−５Ｔｏｒｒ以上とすれば良い。

【００３１】このように、モノメチルシランの分圧の低
下によってシリコンカーバイト薄膜の単結晶性の向上お
よび最適成長温度の低下が生じる原因について検証する
ために、図４に示すように、前記シリコンウエハ７にモ
ノメチルシランを室温にて飽和吸着させ、該モノメチル
シランが飽和吸着したシリコンウエハ７を所定の昇温速
度にて加熱昇温して、モノメチルシランが分解して該シ
リコンウエハ７より昇華、脱離する物質を前記ＱＭＳに
て検出、測定した。この際、前記昇温速度と通電電流と
の関係は、測定前において事前に測定し、これら昇温速
度の制御を該事前測定データに基づき前記マイクロコン
ピュータ１５にて実施している。

【００３２】その結果、前記シリコンカーバイト薄膜の
成長温度領域において前記シリコンウエハ７より脱離す
る物質は水素であって、その脱離による検出状況を前記
図５および図６に記入したものが図７および図８であ
り、前記ＶＬ１の水素およびタングステンフィラメント
５は、導入水素の量により前記ＱＭＳ検量線を作成し
て、脱離する水素量を特定するために使用される。

【００３３】この結果より、前記水素の脱離のピークは
約９００℃であり、該脱離のピークを超えた温度範囲に
おいて、単結晶シリコンカーバイト薄膜の良好な成長が
見られることから、シリコンウエハ７表面にて分解した
モノメチルシランの分解生成物である水素が、該シリコ
ンウエハ７より離脱してシリコン表面が露出することに
より、シリコンカーバイト薄膜の良好な成長が可能とな
ることが判る。つまり、これらシリコンウエハ７に吸着
する水素量は、供給されるモノメチルシランの導入圧力
に比例することから、これらモノメチルシラン導入圧力
を低減することにより、図９（ｄ）および（ｅ）にモデ
ルを示すように、分解により水素を生じるモノメチルシ
ランのシリコンウエハ７表面への供給量が、離脱可能な
水素量と同等またはそれより小さくなることにより、該
水素の離脱が良好になされて該水素が単結晶シリコンカ
ーバイト薄膜の成長を阻害することが防止され、これら
水素の離脱ピーク温度以上の温度範囲において単結晶シ
リコンカーバイト薄膜の良好な成長がなされるものと考
えられる。

【００３４】つまりは、単結晶シリコンカーバイト薄膜
の良好な成長を妨げる要因は、シリコンウエハ７表面に
分解生成物が残留することに起因しているものと考えら
れる。

【００３５】この観点によれば、シリコンカーバイト薄
膜の成長に使用される有機硅素化合物としては、分解に
より生成する分解物がシリコンウエハ７に吸着され難
く、素早く離脱するとともに、該分解物が嵩高い分子で
ないものであることが好ましく、この点において、前記
モノメチルシランは、分解により生成する分解物は、炭
素および硅素はシリコンカーバイト薄膜の成長に供され
ることから水素のみとなることから好ましいが、本発明
はこれに限定されるものではなく、これらモノメチルシ
ラン以外の有機硅素化合物、例えばヘキサメチルジシラ
ンやジメチルシランやトリメチルシラン等であっても良
く、更には、前記メチル基やシリル基の水素をその他の
元素、例えばハロゲン等に置き換えたものであっても良
い。

【００３６】また、有機硅素化合物として前記ヘキサメ
チルジシランやジメチルシランやトリメチルシラン等を
用いる場合においては、１つの分子の分解にて生成する
メチル基やシリル基の量が、モノメチルシランが炭素：
硅素が１：１であるのに対し、６：２、２：１、３：１
であって、モノメチルシランに比較して数倍となること
から、見掛け上導入圧力が上昇したものと同じとなるた
めに、その分圧をモノメチルシランに比較して数分の１
とする必要が生じる場合があることから、これら低圧を
形成のためのコストが大きくなるばかりか、その圧力制
御も難しくなることから、これら観点からも炭素：硅素
が１：１である前記モノメチルシランを用いることが好
ましい。

【００３７】また、前記図７および図８に示す結果よ
り、シリコンカーバイト薄膜の成長における試料である
シリコンウエハ７の温度の影響は、図９（ａ）〜（ｃ）
に示すようになっているものと考えられる。つまり、９
００℃以下の低温においては、水素の離脱が良好に成さ
れず、これら水素がシリコンカーバイト薄膜の単結晶化
成長を阻害する。そのため、前記シリコンウエハ７の温
度を９００℃以上に上げていくと、水素の離脱が良好に
なされるようになり、シリコンカーバイト薄膜の単結晶
化成長が阻害されることなく、結晶状態は１１００℃程
度まで、安定して単結晶状態を得ることができる。しか
しながら、図８に示すように、シリコンウエハ７の温度
が約１１００℃を越えると、表面粗さ（ＲＭＳ）が増大
して、欠陥が増大する傾向にある。この現象の原因とし
ては、図１２の１２００℃におけるシリコンカーバイト
薄膜の電子顕微鏡写真に示すように、１２００℃ではシ
リコンカーバイト薄膜とシリコンウエハ７との界面に黒
く見える多くのボイド（欠陥）が発生しており、これら
ボイドは図９（ｃ）のモデルに示すように、シリコンウ
エハ７の硅素原子が高温によりシリコンカーバイト薄膜
層に拡散、該膜表面に露出することにより生じるものと
考えられる。よって、これらシリコンカーバイト薄膜の
膜成長温度としては、前記９００〜１１００℃の範囲に
て実施することが好ましいが、本発明はこれに限定され
るものではなく、これら温度は使用する有機硅素化合物
の種類や必要とされる成長速度等の観点から、適宜選択
されれば良い。

【００３８】以上前述の条件の内、モノメチルシランの
分圧を５.０×１０^−５Ｔｏｒｒ、シリコンウエハ温度
を１０００℃、および９００℃として形成したシリコン
カーバイト薄膜のＸ線回折パターンの測定結果を図１０
に、前記フーリエ変換赤外吸光分析（ＦＴ−ＩＲ）の測
定チャートを図１１に示す。

【００３９】これら各図に示す結果より、シリコンウエ
ハの単結晶情報を保持した単結晶のシリコンカーバイト
薄膜が良好に形成されているこことが判る。

【００４０】以上、本発明を図面に基づいて説明してき
たが、本発明は前記実施形態に限定されるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があ
っても、本発明に含まれることは言うまでもない。

【００４１】また、前記実施形態では、試料としてシリ
コンウエハを使用しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、これら試料としてはその単結晶構造を
保持することでシリコンカーバイトが単結晶構造をとる
ことが可能な単結晶層を該表面に有するものであれば特
に限定されるものではなく、例えばＧａＡｓ等の単結晶
ウエハでも良い。

【００４２】

【発明の効果】本発明は次の効果を奏する。

【００４３】（ａ）請求項１の発明によれば、前記真空
容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧を従来の方
法に比較して低いＮ×１０^−ＸＴｏｒｒ（１≦Ｎ＜１
０、４≦Ｘ、Ｘは自然数）とすることにより、シリコン
カーバイト単結晶薄膜が成長可能な前記基材の温度を低
下させることができ、該成長温度を低下させることで、
硅素原子の拡散を低減することが可能となって、得られ
るシリコンカーバイト単結晶層の結晶欠落が減少し、高
品質の大面積のシリコンカーバイト単結晶層を安定して
得ることができる。

【００４４】（ｂ）請求項２の発明によれば、前記真空
容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧が過度に低
減してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長速度が著し
く遅くなることを防止できる。

【００４５】（ｃ）請求項３の発明によれば、前記基材
温度を約９００〜１１００℃の範囲とすることにより、
前記有機硅素化合物の分解により生成する水素が、前記
シリコン単結晶層表面に吸着されることなく良好に飛散
するようになるとともに、シリコン単結晶層表面よりの
硅素原子の拡散を防止できることにより、安定して高品
質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成することがで
きる。

【００４６】（ｄ）請求項４の発明によれば、有機硅素
化合物の分解により供給される炭素原子と硅素原子との
比率が常に１対１となるとともに、分解により多くの嵩
高いメタン分子やシラン分子が生成してシリコン単結晶
層表面に残存することを少なくできることから、形成さ
れるシリコンカーバイト単結晶薄膜の品質を安定化でき
る。

【００４７】（ｅ）請求項５の発明によれば、有機硅素
化合物をモノメチルシランとすることで、分解により最
終的に生成する分解物を水素のみとすることができ、該
水素は前述のようにして容易に除去可能となることか
ら、分解による生成物のシリコンカーバイト単結晶薄膜
の成長に及ぼす影響を排除可能となり、安定して高品質
のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成できる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にて用いたシリコンカーバイ
ト単結晶薄膜形成装置を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態にて用いたシリコンカーバイ
ト単結晶薄膜形成装置における加熱および制御系統を示
すブロック図である。

【図３】本発明の実施形態におけるシリコンカーバイト
単結晶薄膜形成手順を示すフロー図である。

【図４】本発明の実施形態における昇華、脱離試験にお
ける試験手順を示すフロー図である。

【図５】各モノメチルシランの分圧における温度と半値
幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。

【図６】各モノメチルシランの分圧における温度と表面
粗さ（ＱＭＳ）との関係を示すグラフである。

【図７】図５に昇華、脱離試験における水素離脱の状況
を付与したグラフである。

【図８】図６に昇華、脱離試験における水素離脱の状況
を付与したグラフである。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明におけるシリコンカ
ーバイトの成長と温度変化との関係を示すモデル図であ
る。（ｄ）〜（ｅ）は、本発明におけるシリコンカーバ
イトの成長と圧力変化との関係を示すモデル図である。

【図１０】本発明の実施形態にて形成されたシリコンカ
ーバイト単結晶薄膜のＸ線回折パターンの測定結果を示
すグラフである。

【図１１】本発明の実施形態にて形成されたシリコンカ
ーバイト単結晶薄膜のＦＴーＩＲ測定チャートを示す図
である。

【図１２】１２００℃におけるシリコンカーバイト薄膜
とシリコンウエハとの界面状況を示す電子顕微鏡写真で
ある。

【符号の説明】

ｌ 真空容器 ２ 電子銃 ３ 質量分析器用ヘッド（ＱＭＳヘッド） ４ 圧力計 ５ タングステンフィラメント ６ 回折受像部 ７ 試料（シリコンウエハ） ８ 第２ターボ分子ポンプ ９ 第１ターボ分子ポンプ １０ 第３ターボ分子ポンプ １１ ノーマルロータリーポンプ １２ ケミカルロータリーポンプ １３ トラップ １４ 質量分析器（ＱＭＳ）本体 １５ マイクロコンピュータ １６ 記憶装置 １７ Ｄ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ １８ 通電ユニット １９ 赤外線放射温度計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも表面にシリコン単結晶層を有
   する基材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加
   熱するとともに該真空容器内部に少なくとも炭素原子お
   よび硅素原子を含有する化合物を導入することにより、
   前記シリコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶
   薄膜を形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方
   法において、前記真空容器内に導入される少なくとも炭
   素原子および硅素原子を含む化合物の分圧；Ｎ×１０
   ^−ＸＴｏｒｒを１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、（Ｘは自然数）
   に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行う
   ことを特徴とするシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成
   方法。
2. 【請求項２】 前記真空容器内に導入される化合物の分
   圧が、４≦Ｘ≦６の範囲である請求項１に記載のシリコ
   ンカーバイト単結晶薄膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記加熱による基材温度を、約９００〜
   １１００℃の範囲に設定してシリコンカーバイト単結晶
   薄膜の成長を行う請求項１または２に記載のシリコンカ
   ーバイト単結晶薄膜の形成方法。
4. 【請求項４】 前記炭素原子および硅素原子を含有する
   化合物が、炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有する化
   合物である請求項１〜３のいずれかに記載のシリコンカ
   ーバイト単結晶薄膜の形成方法。
5. 【請求項５】前記炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有
   する化合物がモノメチルシランである請求項４に記載の
   シリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法。