JP2003092263A - Method of manufacturing silicon carbide thin film - Google Patents

Method of manufacturing silicon carbide thin film

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JP2003092263A JP2001299608A JP2001299608A JP2003092263A JP 2003092263 A JP2003092263 A JP 2003092263A JP 2001299608 A JP2001299608 A JP 2001299608A JP 2001299608 A JP2001299608 A JP 2001299608A JP 2003092263 A JP2003092263 A JP 2003092263A
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昭義 茶谷原
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由明 杢野
Atsushi Kinomura
淳 木野村
Yuji Horino
裕治 堀野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a silicon carbide thin film without heating a silicon wafer to a temperature higher than 1,000 deg.C by using specific ions at low energy. SOLUTION: In the method of manufacturing the silicon carbide thin film, the silicon wafer is irradiated simultaneously or alternately with ions containing carbon and ions containing silicon at low energy, and a single-crystal silicon carbide thin film is formed on the silicon wafer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素薄膜の製
造方法および炭化珪素薄膜に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide thin film and a silicon carbide thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】次世代の半導体には、高温・高放射線な
どの極限環境においても使用することができたり、ハイ
パワーデバイス用として使用できることが求められてい
る。シリコンウェハ上に単結晶炭化珪素薄膜を形成させ
た基板は、このような次世代の半導体として期待されて
おり、現在開発が進んでいる。
2. Description of the Related Art Next-generation semiconductors are required to be able to be used in extreme environments such as high temperature and high radiation, and to be used for high power devices. A substrate in which a single crystal silicon carbide thin film is formed on a silicon wafer is expected as such a next-generation semiconductor, and development is currently underway.

【0003】シリコンウェハ上への単結晶炭化珪素薄膜
の形成方法としては、従来、CVD法(Chemical Vapor Dep
osition Method)、MBE法(Molecular Beam Epitaxy Meth
od)などの蒸着法が採られている。具体的には、1000 ℃
より高い温度に保ったシリコンウェハ上に炭化水素など
のガスとシランなどのガスを供給し、シリコンウェハ上
で化学反応を起こすことにより炭化珪素の単結晶を成長
させる。
As a method for forming a single crystal silicon carbide thin film on a silicon wafer, a conventional CVD method (Chemical Vapor Dep
osition Method), MBE method (Molecular Beam Epitaxy Meth
Vapor deposition methods such as od) are adopted. Specifically, 1000 ℃
A gas such as a hydrocarbon and a gas such as silane are supplied onto a silicon wafer kept at a higher temperature, and a chemical reaction is caused on the silicon wafer to grow a silicon carbide single crystal.

【0004】しかしながら、上記の方法では、炭化珪素
を成長させるために1000℃より高い温度とする必要があ
るので、シリコンと炭化珪素の界面付近に欠陥や転位が
生じる。また、素子の電気伝導性を制御するためのドー
プ剤濃度の分布に狂いが生じる。これらは、電子素子と
しての品質低減の原因となるので、上記方法により得ら
れた基板は、電子素子として応用しがたい。
However, in the above method, since it is necessary to raise the temperature to higher than 1000 ° C. in order to grow silicon carbide, defects and dislocations occur near the interface between silicon and silicon carbide. In addition, the distribution of the concentration of the dopant for controlling the electric conductivity of the device is distorted. Since these cause a reduction in quality as an electronic device, the substrate obtained by the above method is difficult to apply as an electronic device.

【0005】また、放熱特性、熱伝導率向上などの特性
がより優れた電子素子を得るために、特定の同位体だけ
を含む薄膜を製造する方法の開発が望まれているが、実
用には至っていない。
Further, in order to obtain an electronic device having better characteristics such as heat dissipation characteristics and improvement of thermal conductivity, it is desired to develop a method for producing a thin film containing only a specific isotope, but in practical use. I haven't arrived.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
問題点を鑑み成されたものであって、主として、低エネ
ルギーの特定のイオンを用いることにより、シリコンウ
ェハを1000℃より高い温度に加熱することなく、炭化珪
素薄膜を製造する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and mainly uses a low energy specific ion to bring a silicon wafer to a temperature higher than 1000.degree. It is an object of the present invention to provide a method for producing a silicon carbide thin film without heating.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明者は、鋭意研究の結
果、特定のイオン種を低エネルギーでシリコンウェハに
照射することにより、ウェハ上に高品質の単結晶炭化珪
素薄膜を形成できることを見出し、本発明に至った。
As a result of earnest research, the inventor has found that a high quality single crystal silicon carbide thin film can be formed on a wafer by irradiating a silicon wafer with a specific ion species at low energy. The present invention has been reached.

【0008】すなわち、本願発明は、下記の炭化珪素薄
膜の製造方法および炭化珪素薄膜を提供するものであ
る。 1.リコンウェハに炭素を含むイオンと珪素を含むイオ
ンとを低エネルギーで、同時または交互に照射し、シリ
コンウェハ上に単結晶炭化珪素薄膜を形成させる炭化珪
素薄膜の製造方法。 2.シリコンウェハに炭素を含むイオンを低エネルギー
で照射し、シリコンウェハ表面を炭化珪素化した後に、
炭素を含むイオンと珪素を含むイオンとを同時または交
互に照射し、シリコンウェハ上に単結晶炭化珪素薄膜を
形成させる炭化珪素薄膜の製造方法。 3.シリコンウェハを300〜1000℃に保ちながら、炭素
を含むイオンおよび/または珪素を含むイオンを照射す
る上記1または2に記載の炭化珪素薄膜の製造方法。 4.炭素を含むイオンおよび/または珪素を含むイオン
のエネルギーが、1〜500eVである上記1または2に記載
の炭化珪素薄膜の製造方法。 5.炭素を含むイオンおよび/または珪素を含むイオン
の電流量が、0.1μA/cm2〜10mA/cm2である上記1または
2に記載の炭化珪素薄膜の製造方法。 6.炭素を含むイオンが、質量分離された炭素を含むイ
オンである上記1または2に記載の炭化珪素薄膜を製造
する方法。 7.珪素を含むイオンが、質量分離された珪素を含むイ
オンである上記1または2に記載の炭化珪素薄膜を製造
する方法。 8.質量分離された炭素を含むイオンに含まれる炭素
が、質量数12の炭素のみまたは質量数13の炭素のみ
である上記6に記載の炭化珪素薄膜を製造する方法。 9.質量分離された珪素を含むイオンに含まれる珪素
が、質量数28の珪素のみ、質量数29の珪素のみまた
は質量数30の珪素のみである上記7に記載の炭化珪素
薄膜を製造する方法。 10.同位体分離された炭素を含む炭化珪素薄膜。 11.同位体分離された珪素を含む炭化珪素薄膜。 12.同位体分離された炭素が、質量数12または質量
数13の炭素である上記10に記載の炭化珪素薄膜。 13.同位体分離された珪素が、質量数28、質量数2
9または質量数30の珪素である上記11に記載の炭化
珪素薄膜。 14.厚みが、1nm〜100μmである上記10〜13のい
ずれかに記載の炭化珪素薄膜。
That is, the present invention provides the following method for manufacturing a silicon carbide thin film and a silicon carbide thin film. 1. A method for producing a silicon carbide thin film, which comprises irradiating a silicon wafer with ions containing carbon and ions containing silicon at low energy simultaneously or alternately to form a single crystal silicon carbide thin film on a silicon wafer. 2. After irradiating the silicon wafer with ions containing carbon at low energy to convert the silicon wafer surface into silicon carbide,
A method for producing a silicon carbide thin film, wherein a single crystal silicon carbide thin film is formed on a silicon wafer by simultaneously or alternately irradiating carbon-containing ions and silicon-containing ions. 3. 3. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 1 or 2 above, wherein the silicon wafer is kept at 300 to 1000 ° C. and irradiated with carbon-containing ions and / or silicon-containing ions. 4. 3. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 1 or 2 above, wherein the energy of carbon-containing ions and / or silicon-containing ions is 1 to 500 eV. 5. 3. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 1 or 2 above, wherein the amount of current of carbon-containing ions and / or silicon-containing ions is 0.1 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 . 6. 3. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 1 or 2 above, wherein the carbon-containing ions are mass-separated carbon-containing ions. 7. 3. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 1 or 2 above, wherein the ions containing silicon are ions containing silicon separated by mass. 8. 7. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 6 above, wherein the carbon contained in the mass-separated carbon-containing ions is only carbon having a mass number of 12 or carbon having a mass number of 13. 9. 8. The method for producing a silicon carbide thin film as described in 7 above, wherein the silicon contained in the mass-separated ions containing silicon is only silicon having a mass number of 28, only silicon having a mass number of 29, or only silicon having a mass number of 30. 10. A silicon carbide thin film containing isotope-separated carbon. 11. A silicon carbide thin film containing isotope-separated silicon. 12. 11. The silicon carbide thin film as described in 10 above, wherein the isotope-separated carbon is a carbon having a mass number of 12 or a mass number of 13. 13. Isotopically separated silicon has a mass number of 28 and a mass number of 2
12. The silicon carbide thin film as described in 11 above, which is 9 or has a mass number of 30. 14. 14. The silicon carbide thin film as described in any one of 10 to 13 above, which has a thickness of 1 nm to 100 μm.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明は、シリコンウェハ表面に
炭素を含むイオンと珪素を含むイオンとを同時または交
互に照射し、シリコンウェハ上に単結晶炭化珪素薄膜を
形成させる炭化珪素薄膜の製造方法に係る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is a method for producing a silicon carbide thin film in which a surface of a silicon wafer is simultaneously or alternately irradiated with ions containing carbon and ions containing silicon to form a single crystal silicon carbide thin film on the silicon wafer. According to the method.

【0010】シリコンウェハ表面に照射する炭素を含む
イオンは、特に制限されず、CnHm x+、CnHm -などの炭化
水素イオン(nは、1から100程度(好ましくは1〜20程度)
の範囲に含まれるいずれかの整数を示し、mは、1から
(2n+2)で示されるいずれかの整数を示し、xは、1〜10
0程度(好ましくは1〜5程度,より好ましくは1〜2程
度)の範囲に含まれるいずれかの整数を示す);C+;C-
C2 -などを例示することができる。炭化水素イオンとし
ては、より具体的には、CH+、CH2 +、CH3 +、CH4 +、C
2H+、C2H2 +、C2H3 +、C2H4 +、C2H5 +、C2H6 +などを例示で
きる。これらの中では、CH3 +、C+、C-、C2 -などが好ま
しい。炭素を含むイオンは、1種を単独で用いてもよ
く、2種以上を併用してもよい。炭素を含むイオンの質
量は、特に制限されないが、通常12〜100程度、好まし
くは12〜80程度である。
Includes carbon for irradiating the surface of a silicon wafer
The ion is not particularly limited, and CnHm x +, CnHm -Charring
Hydrogen ion (n is about 1 to 100 (preferably about 1 to 20))
Represents any integer within the range of, m is from 1 to
Represents any integer represented by (2n + 2), x is 1 to 10
0 (preferably 1-5, more preferably 1-2)
Denotes any integer within the range); C+; C-;
C2 -And the like. As hydrocarbon ion
More specifically, CH+, CH2 +, CH3 +, CHFour +, C
2H+, C2H2 +, C2H3 +, C2HFour +, C2HFive +, C2H6 +For example
Wear. Among these, CH3 +, C+, C-, C2 -And so on
Good The carbon-containing ions may be used alone.
Or two or more kinds may be used in combination. Ion quality including carbon
The amount is not particularly limited, but is usually about 12 to 100, and is preferable.
It is about 12 to 80.

【0011】シリコンウェハ表面に照射する珪素を含む
イオンは、特に制限されず、SiH4 +などのシラン系イオ
ン;Si+;Si-;Si2 -などを例示することができる。これ
らの中では、SiH4 +;Si+;Si-が好ましい。珪素を含む
イオンは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用
してもよい。珪素を含むイオンの質量は、特に制限され
ないが、通常28〜100程度、好ましくは28〜80程度であ
る。
Ions containing silicon for irradiating the surface of a silicon wafer are not particularly limited, and examples thereof include silane-based ions such as SiH 4 + ; Si + ; Si ; Si 2 . Of these, SiH 4 + ; Si + ; Si are preferable. The ions containing silicon may be used alone or in combination of two or more. The mass of the ion containing silicon is not particularly limited, but is usually about 28 to 100, preferably about 28 to 80.

【0012】このような炭素を含むイオンと珪素を含む
イオンのそれぞれをシリコンウェハに同時または交互に
照射する。それぞれのイオンは、必要に応じてイオンビ
ームとしてもよい。イオンを照射する順番は、特に制限
されないが、好ましくは、先ず、炭素を含むイオンのみ
をシリコンウェハに照射し、シリコンウェハ表面を炭化
珪素化する。
A silicon wafer is irradiated with such carbon-containing ions and silicon-containing ions simultaneously or alternately. Each ion may be an ion beam if necessary. The order of irradiating the ions is not particularly limited, but preferably, first, only the ions containing carbon are irradiated on the silicon wafer to convert the surface of the silicon wafer into silicon carbide.

【0013】1回当たりのシリコンウェハへのイオン照
射量は、特に制限されない。照射量は、反射高速電子線
回折法 (RHEED : Reflection High-Energy Electron Di
ffraction)でモニターすることなどにより、適宜設定す
ることができる。例えば、シリコンウェハへ炭素を含む
イオンのみを照射する場合には、RHEEDにより得られる
回折像が、珪素のパターンから炭化珪素結晶のパターン
に変化するまで、イオンを照射すればよい。炭化珪素薄
膜に珪素を含むイオンを照射する場合には、RHEEDによ
り得られる回折像が、炭化珪素結晶のみのパターンか
ら、炭化珪素結晶のパターンと珪素結晶のパターンとが
重複した像となるまで、イオンを照射すればよい。この
ようにして得られた基板に、更に、炭素を含むイオンを
照射する場合には、上記の重複したパターンから珪素結
晶のパターンが徐々に消失し、炭化珪素結晶のパターン
のみになるまで照射すればよい。一方、炭化珪素薄膜に
炭素を含むイオンを照射する場合には、RHEEDにより得
られる回折像において、炭化珪素結晶のパターンが消失
するまで、炭素を含むイオンを照射すればよい。得られ
た基板に、更に、珪素を含むイオンを照射する場合に
は、再び炭化珪素結晶のパターンが現れるまで、照射す
ればよい。RHEEDによるモニターがしやすいという点か
らは、炭化珪素薄膜へのイオンの照射順序は、珪素を含
むイオンを照射した後に、炭素を含むイオンを照射する
方が好ましい。2種のイオンを同時に照射する場合に
は、RHEEDにおいて、炭化珪素結晶のパターンが常にみ
られるように、照射条件を設定すればよい。
The amount of ion irradiation to the silicon wafer per time is not particularly limited. The irradiation dose is based on the reflection high-energy electron diffraction method (RHEED).
It can be set appropriately by monitoring with ffraction). For example, when a silicon wafer is irradiated with only ions containing carbon, the ions may be irradiated until the diffraction pattern obtained by RHEED changes from a silicon pattern to a silicon carbide crystal pattern. When the silicon carbide thin film is irradiated with ions containing silicon, the diffraction image obtained by RHEED changes from a pattern of only the silicon carbide crystal to an image in which the pattern of the silicon carbide crystal and the pattern of the silicon crystal overlap. Irradiation with ions is sufficient. When the substrate thus obtained is further irradiated with carbon-containing ions, the irradiation is performed until the silicon crystal pattern gradually disappears from the above-mentioned overlapping pattern and only the silicon carbide crystal pattern is formed. Good. On the other hand, when the silicon carbide thin film is irradiated with the carbon-containing ions, the carbon-containing ions may be irradiated until the silicon carbide crystal pattern disappears in the diffraction image obtained by RHEED. When the obtained substrate is further irradiated with ions containing silicon, the irradiation may be performed until a pattern of silicon carbide crystals appears again. From the viewpoint of easy monitoring by RHEED, it is preferable that the silicon carbide thin film is irradiated with ions containing silicon and then with ions containing carbon. When two types of ions are simultaneously irradiated, the irradiation conditions may be set so that the pattern of the silicon carbide crystal is always observed in RHEED.

【0014】シリコンウェハへの単位面積(1cm2)当たり
の1回の照射時間は、イオンの照射エネルギー、照射イ
オン電流量などに応じて適宜設定することができる。シ
リコンウェハへの単位面積当たりの1回の照射時間は、
通常1秒〜60分程度、好ましくは1秒〜30分程度、より好
ましくは1秒〜20分程度である。
The irradiation time per unit area (1 cm 2 ) of the silicon wafer can be appropriately set according to the irradiation energy of the ions, the irradiation ion current amount and the like. The irradiation time per unit area of a silicon wafer is
It is usually about 1 second to 60 minutes, preferably about 1 second to 30 minutes, more preferably about 1 second to 20 minutes.

【0015】炭素を含むイオンまたは珪素を含むイオン
を発生させる方法は特に制限されず、公知の方法を用い
ることが出来る。イオン源として、例えば、フリーマン
型イオン源、カウフマン型イオン源、ECR型イオン源、
スパッタ型イオン源などを例示できる。
The method for generating carbon-containing ions or silicon-containing ions is not particularly limited, and known methods can be used. As the ion source, for example, Freeman type ion source, Kaufman type ion source, ECR type ion source,
A sputter type ion source etc. can be illustrated.

【0016】本発明においては、必要に応じて、炭素を
含むイオンおよび/または珪素を含むイオンについて、
シリコンウェハに照射する前に質量分離を行ってもよ
い。質量分離を行うことにより、例えば、特定の炭素同
位体を含むイオンまたは特定の珪素同位体を含むイオン
だけを分離することができる。本発明によると、質量分
離を行うことにより、所望のイオンだけを選択的にシリ
コンウェハへ照射することができるので、同位体分離さ
れた炭素および/または同位体分離された珪素を含む炭
化珪素薄膜を製造することができる。即ち、炭素成分と
して質量数12の炭素のみまたは質量数13の炭素のみ
を含む炭化珪素薄膜、あるいは、珪素成分として質量数
28の珪素のみ、質量数29の珪素のみ、または質量数
30の珪素のみを含む炭化珪素薄膜を製造することがで
きる。
In the present invention, carbon-containing ions and / or silicon-containing ions are, if necessary,
Mass separation may be performed before irradiating the silicon wafer. By performing mass separation, for example, only ions containing a specific carbon isotope or ions containing a specific silicon isotope can be separated. According to the present invention, a silicon wafer can be selectively irradiated with only desired ions by performing mass separation. Therefore, a silicon carbide thin film containing isotope-separated carbon and / or isotope-separated silicon. Can be manufactured. That is, a silicon carbide thin film containing only carbon having a mass number of 12 or only carbon having a mass number of 13 as a carbon component, or only silicon having a mass number of 28, silicon having a mass number of 29, or silicon having a mass number of 30 as a silicon component. It is possible to manufacture a silicon carbide thin film containing

【0017】同位体分離された炭素および/または同位
体分離された珪素を含む炭化珪素薄膜は、同位体の質量
数に拘わらず、高い熱伝導率を示す。同位体分離されて
いない炭化珪素薄膜の熱伝導率は、約4.9W/cmKである
が、例えば、炭素のみ同位体分離された炭化珪素薄膜の
熱伝導率は、通常6〜6.8 W/cmK程度、好ましくは6.3〜
6.6W/cmK程度である。珪素のみ同位体分離された炭化珪
素薄膜の熱伝導率は、通常6.3〜7 W/cmK程度、好ましく
は6.5〜6.8 W/cmK程度である。炭素と珪素の両方につい
て同位体分離された炭化珪素薄膜の熱伝導率は、通常7
〜8 W/cmK程度、好ましくは7.2〜7.8 W/cmK程度であ
る。
The silicon carbide thin film containing isotope-separated carbon and / or isotope-separated silicon exhibits high thermal conductivity regardless of the mass number of the isotope. The thermal conductivity of a silicon carbide thin film that is not isotope separated is about 4.9 W / cmK, but, for example, the thermal conductivity of a silicon carbide thin film that isotope separated only for carbon is usually about 6 to 6.8 W / cmK. , Preferably 6.3-
It is about 6.6 W / cmK. The thermal conductivity of a silicon carbide thin film in which only silicon isotope separated is usually about 6.3 to 7 W / cmK, preferably about 6.5 to 6.8 W / cmK. The thermal conductivity of isotope separated silicon carbide thin films for both carbon and silicon is usually 7
It is about 8 W / cmK, preferably about 7.2-7.8 W / cmK.

【0018】本発明の方法に用いるシリコンウェハは、
特に制限されず、一般に電子素子、集積回路などの製造
用に用いられているシリコンウェハ(好ましくは単結晶
シリコンウェハ)を使用できる。シリコンウェハは、シ
リコン単結晶であることが好ましい。シリコンウェハの
厚みは、特に制限されないが、通常1 μm〜10 mm程度、
好ましくは5μm〜1 mm程度である。シリコンウェハは、
イオン照射に先立って、シリコン表面の酸化層を除去す
るための表面処理を施して、シリコン原子面を露出させ
ておくことが好ましい。この様な表面処理方法は、特に
制限されず、フッ化水素酸による洗浄、高真空下(通常1
0-9〜10-7Pa程度)における加熱(通常800〜900℃程度)な
どの公知の表面処理を適用することができる。
The silicon wafer used in the method of the present invention is
There is no particular limitation, and a silicon wafer (preferably a single crystal silicon wafer) generally used for manufacturing electronic devices, integrated circuits and the like can be used. The silicon wafer is preferably a silicon single crystal. The thickness of the silicon wafer is not particularly limited, but is usually about 1 μm to 10 mm,
It is preferably about 5 μm to 1 mm. Silicon wafer is
Prior to the ion irradiation, it is preferable to perform a surface treatment for removing an oxide layer on the silicon surface to expose the silicon atomic surface. Such surface treatment method is not particularly limited, cleaning with hydrofluoric acid, under high vacuum (usually 1
A known surface treatment such as heating (usually about 800 to 900 ° C.) at 0-9 to 10-7 Pa) can be applied.

【0019】本発明の炭化珪素薄膜製造方法の一例をよ
り具体的に以下に示す。まず、シリコンウェハを照射真
空槽などに設置し、別途形成させた炭素を含むイオンビ
ームと珪素を含むイオンビームをそれぞれ、この照射真
空槽などに導入し、シリコンウェハへ照射する。
An example of the method for producing a silicon carbide thin film of the present invention will be described more specifically below. First, a silicon wafer is placed in an irradiation vacuum tank or the like, and an ion beam containing carbon and an ion beam containing silicon, which are separately formed, are introduced into the irradiation vacuum tank or the like to irradiate the silicon wafer.

【0020】低エネルギーの炭素を含むイオンを形成さ
せる方法は、特に制限されない。例えば、以下の様な方
法を例示できる。放電箱などにおいて、CH4、C2H2、C2H
4、C 2H6、C3H6、C3H8などの炭化水素ガス、CO、CO2など
のガスを導入するとともにマイクロ波を磁場とともに印
加することによりガスをプラズマ化し、炭素を含むイオ
ンを発生させる。マイクロ波の出力は、通常10mW〜1kW
程度、好ましくは0.5〜1kW程度である。マイクロ波の周
波数は、1〜3 GHz程度、好ましくは2〜2.8GHz程度であ
る。磁場は、通常0.01〜1テスラ程度、好ましくは0.1〜
1テスラ程度である。イオン生成効率上昇のために、セ
シウム、リチウムなどの蒸気をイオン源内に導入しても
よい。イオン源内で発生させたプラズマからイオンを引
き出した後、シリコンウェハを設置した照射真空槽など
に導き、所定のエネルギーのイオンをウェハ上に照射す
る。
Forming low energy carbon containing ions
The method of applying is not particularly limited. For example, if you are
The method can be illustrated. CH in a discharge box, etc.Four, C2H2, C2H
Four, C 2H6, C3H6, C3H8Hydrocarbon gas, such as CO, CO2Such
Gas is introduced and microwave is printed with magnetic field.
The gas is turned into a plasma by adding, and the ion containing carbon is added.
Is generated. Microwave power is typically 10mW-1kW
It is about 0.5 to 1 kW. Microwave circumference
The wave number is about 1 to 3 GHz, preferably about 2 to 2.8 GHz.
It The magnetic field is usually about 0.01-1 Tesla, preferably 0.1-
It is about 1 tesla. To increase the ion generation efficiency,
Even if vapor such as sium and lithium is introduced into the ion source
Good. Ions are drawn from the plasma generated in the ion source.
Irradiation vacuum tank with a silicon wafer installed, etc.
And irradiate the wafer with ions of specified energy.
It

【0021】質量分離を行う場合を行う場合も、低エネ
ルギーの炭素を含むイオンを形成させる方法は、特に制
限されず、例えば、以下の様な方法を例示できる。放電
箱などにおいて、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8
などの炭化水素ガス、CO、CO2などのガスを導入すると
ともにマイクロ波を磁場とともに印加することによりガ
スをプラズマ化し、炭素を含むイオンを発生させる。マ
イクロ波の出力は、通常10mW〜1kW程度、好ましくは0.5
〜1kW程度である。マイクロ波の周波数は、1〜3GHz程
度、好ましくは2〜2.8GHz程度である。磁場は、通常0.0
1〜1テスラ程度、好ましくは0.1〜1テスラ程度である。
イオン生成効率上昇のために、セシウム、リチウムなど
の蒸気をイオン源内に導入してもよい。発生させたイオ
ンをプラズマから引き出した後、所望のイオンを質量分
離し、シリコンウェハを設置した照射真空槽などに導
く。質量分離を行う前に、必要に応じてイオンを加速し
てイオンビーム化してもよい。シリコンウェハへ照射前
に、必要に応じて逆電界をかける方法などにより所定の
エネルギーにイオンビームを減速してもよい。
Also in the case of performing mass separation, the method of forming ions containing low energy carbon is not particularly limited, and the following method can be exemplified. In a discharge box, etc., CH 4 , C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , C 3 H 6 , C 3 H 8
Introduce a hydrocarbon gas such as CO, a gas such as CO, CO 2 and apply a microwave together with a magnetic field to turn the gas into a plasma and generate ions containing carbon. The microwave output is usually about 10 mW to 1 kW, preferably 0.5
It is about 1kW. The microwave frequency is about 1 to 3 GHz, preferably about 2 to 2.8 GHz. The magnetic field is usually 0.0
It is about 1 to 1 Tesla, preferably about 0.1 to 1 Tesla.
Vapors such as cesium and lithium may be introduced into the ion source to increase the ion generation efficiency. After the generated ions are extracted from the plasma, the desired ions are mass-separated and introduced into an irradiation vacuum chamber in which a silicon wafer is installed. Before performing the mass separation, the ions may be accelerated to form an ion beam, if necessary. Before irradiation of the silicon wafer, the ion beam may be decelerated to a predetermined energy by applying a reverse electric field as necessary.

【0022】低エネルギーの珪素を含むイオンを形成さ
せる方法は、特に制限されない。例えば、以下の様な方
法を例示できる。イオン源内にターゲットを設置し、タ
ーゲットに逆バイアスをかけ、希ガスイオンでスパッタ
することによりターゲットをイオン化する方法などによ
り形成できる。希ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、
ネオン、クリプトンなどを使用することができ、これら
のなかではアルゴンが好ましい。イオン生成効率上昇の
ために、更にセシウム、リチウムなどの蒸気をイオン源
内に導入してもよい。ターゲットとしては、シリコンウ
ェハなどを用いることができる。バイアス電圧の大きさ
は、特に制限されないが、通常50kV〜10kV程度、好まし
くは100V〜5kV程度である。希ガスを導入することなど
により発生した希ガスプラズマを用いて、ターゲットを
スパッタする方法などにより、珪素を含むプラズマを発
生させる。イオン源内で発生させたプラズマから珪素を
含むイオンを引き出し、照射真空槽などに導き、所定の
エネルギーでシリコンウェハへ照射する。
The method for forming ions containing low energy silicon is not particularly limited. For example, the following methods can be exemplified. It can be formed by a method of setting a target in an ion source, applying a reverse bias to the target, and ionizing the target by sputtering with a rare gas ion. As rare gas, argon, helium,
Neon, krypton, etc. can be used, of which argon is preferred. Vapors such as cesium and lithium may be further introduced into the ion source in order to increase the ion generation efficiency. A silicon wafer or the like can be used as the target. The magnitude of the bias voltage is not particularly limited, but is usually about 50 kV to 10 kV, preferably about 100 V to 5 kV. Using rare gas plasma generated by introducing a rare gas, plasma containing silicon is generated by a method such as sputtering a target. Ions containing silicon are extracted from the plasma generated in the ion source, introduced into an irradiation vacuum tank or the like, and irradiated to a silicon wafer with predetermined energy.

【0023】質量分離を行う場合には、例えば、以下の
方法などにより珪素を含むイオンを形成させることがで
きる。上述した方法などにより発生させたイオンをイオ
ン源から引き出し、所望のイオンを質量分離し、シリコ
ンウェハを設置した照射真空槽などに導き、所定のエネ
ルギーでシリコンウェハへ照射する。質量分離前に、必
要に応じて加速してイオンビーム化してもよい。シリコ
ンウェハへ照射する前に、必要に応じて逆電界をかける
方法などによりイオンビームを所定のエネルギーに減速
してもよい。
When mass separation is performed, for example, ions containing silicon can be formed by the following method. Ions generated by the method described above are extracted from the ion source, desired ions are mass-separated, and they are introduced into an irradiation vacuum tank or the like in which a silicon wafer is installed, and the silicon wafer is irradiated with predetermined energy. Before mass separation, it may be accelerated to form an ion beam. Before irradiating the silicon wafer, the ion beam may be decelerated to a predetermined energy by a method of applying a reverse electric field, if necessary.

【0024】炭素または珪素を含むイオンをイオンビー
ムとしてシリコンウェハに照射するときのエネルギー
は、通常1〜500 eV程度、好ましくは1〜60 eV程度、よ
り好ましくは5〜40eV程度である。いずれのイオンビー
ムの場合も、電流量は、特に制限されないが、通常0.1
μA/cm2〜10 mA/cm2程度、好ましくは1μA/cm2〜1 mA/c
m 2程度、より好ましくは1μA/cm2〜0.5mA/cm2程度であ
る。イオン電流量をモニターすることによって、炭素ま
たは珪素を含むイオンの照射量を概算することができ
る。
Ion beads containing ions containing carbon or silicon
Energy when irradiating a silicon wafer as a beam
Is usually about 1 to 500 eV, preferably about 1 to 60 eV,
More preferably, it is about 5 to 40 eV. Which Aeon Bee
However, the amount of current is not particularly limited, but usually 0.1
μA / cm2~ 10 mA / cm2Degree, preferably 1μA / cm2~ 1 mA / c
m 2Degree, more preferably 1 μA / cm2~ 0.5mA / cm2To the extent
It By monitoring the amount of ionic current, carbon or
Or the dose of ions containing silicon can be roughly estimated.
It

【0025】炭化珪素薄膜の形成にあたっては、シリコ
ンウェハに炭素および珪素を含むイオンを同時または交
互に照射しながら、シリコンウェハ表面の結晶構造や表
面荒れなどの表面形状をRHEEDなどを用いてモニターし
ておくことが望ましい。例えば、シリコンウェハ表面に
炭素を含むイオンを照射する場合には、シリコンウェハ
表面の結晶構造が、シリコンから炭化珪素に変化する過
程をRHEEDなどによりモニターしておくことが望まし
い。
In forming the silicon carbide thin film, while irradiating the silicon wafer with ions containing carbon and silicon simultaneously or alternately, the surface shape such as the crystal structure and surface roughness of the surface of the silicon wafer is monitored using RHEED or the like. It is desirable to keep. For example, when the silicon wafer surface is irradiated with carbon-containing ions, it is desirable to monitor the process in which the crystal structure of the silicon wafer surface changes from silicon to silicon carbide by RHEED or the like.

【0026】シリコンウェハ上に炭素を含むイオンまた
は珪素を含むイオンを照射する時間は、イオンビームの
電流量などに応じて適宜設定することが出来る。いずれ
のイオンビームの場合も、イオンビームの電流密度が10
0μA/cm2の時には、イオンビーム照射時間は、1〜60分
程度、好ましくは5〜40分程度である。或いは、イオン
照射時のRHEEDによるモニタリングにより、照射時間を
決定してもよい。例えば、シリコンウェハ表面に炭素を
含むイオンを照射する場合には、シリコンウェハのパタ
ーンが消え、炭化珪素結晶のパターンが現れるまで、イ
オンを照射しても良い。シリコンウェハ上に炭素イオン
を照射しすぎると、炭化珪素面において炭素過剰となる
おそれがある。
The time for irradiating the silicon wafer with carbon-containing ions or silicon-containing ions can be appropriately set according to the amount of current of the ion beam. For both ion beams, the ion beam current density is 10
At 0 μA / cm 2 , the ion beam irradiation time is about 1 to 60 minutes, preferably about 5 to 40 minutes. Alternatively, the irradiation time may be determined by monitoring with RHEED during ion irradiation. For example, when the surface of the silicon wafer is irradiated with ions containing carbon, the ions may be irradiated until the pattern of the silicon wafer disappears and the pattern of silicon carbide crystals appears. If the silicon wafer is excessively irradiated with carbon ions, carbon may be excessive on the silicon carbide surface.

【0027】イオン照射時におけるシリコンウェハを設
置した照射真空槽などの真空度は、高真空である程好ま
しい。照射真空槽内の真空度は、通常約10-5Pa以下、好
ましくは約10-6 Pa以下である。
At the time of ion irradiation, the vacuum degree of an irradiation vacuum tank or the like in which a silicon wafer is installed is preferably as high as possible. The degree of vacuum in the irradiation vacuum tank is usually about 10 -5 Pa or less, preferably about 10 -6 Pa or less.

【0028】イオン照射時のシリコンウェハの温度は、
通常300〜1000℃程度、好ましくは500〜700℃程度、よ
り好ましくは600〜700℃程度である。
The temperature of the silicon wafer during ion irradiation is
Usually, it is about 300 to 1000 ° C, preferably about 500 to 700 ° C, more preferably about 600 to 700 ° C.

【0029】必要に応じて炭化珪素薄膜にドープ剤をド
ーピングする場合には、当該分野において公知の方法を
用いることが出来る。例えば、炭素および/または珪素
を含むイオンとともに、ドープ剤含有のガス、ドープす
る元素の蒸気などをシリコンウェハを設置した照射真空
槽に導き、イオンビームとともに照射する方法などを採
用することができる。より具体的には、Nなどをドーピ
ングする場合には、N含有ガス(例えば、N2、NH3など)
を照射真空槽に導く方法などを採ることが出来る。Ga、
Al、Bなどをドーピングする場合には、これらの元素を
含むガス(例えば、ジボランなどの水素化物など)を照
射真空槽に導く方法;クヌーセンセルなどの高温セルを
使用し、高温セルから所望の元素種(Ga、Alなど)を蒸気
として流出させて、これを照射真空槽に導く方法などを
とることができる。
When the silicon carbide thin film is doped with a doping agent as needed, a method known in the art can be used. For example, a method of introducing a gas containing a dopant, a vapor of an element to be doped, and the like, together with ions containing carbon and / or silicon, to an irradiation vacuum tank in which a silicon wafer is installed and performing irradiation with an ion beam can be adopted. More specifically, when doping with N or the like, N-containing gas (for example, N 2 , NH 3 etc.)
It is possible to adopt a method of introducing the light into an irradiation vacuum tank. Ga,
When doping Al, B, etc., a method of introducing a gas containing these elements (for example, hydride such as diborane) to an irradiation vacuum tank; using a high temperature cell such as Knudsen cell, A method can be used in which elemental species (Ga, Al, etc.) are made to flow out as vapor and are introduced into an irradiation vacuum chamber.

【0030】質量分離を行う方法は、特に制限されず、
公知の方法を適用することができる。例えば、電場型;
セクターマグネット、ウィーンフィルターなどの磁場
型;四重極型、多重極質量フィルターなどの多重極電場
型;飛行時間型(TOF);イオンサイクロトロン共鳴型(EC
R);磁場型二重収束型(磁場および電場の組合せで分析
部が構成されているタイプ)などを例示でき、電場型、
磁場型、四重極型が好ましい。
The method for mass separation is not particularly limited,
A known method can be applied. For example, electric field type;
Magnetic field type such as sector magnet and Wien filter; quadrupole type, multipole electric field type such as multipole mass filter; time of flight (TOF); ion cyclotron resonance type (EC
R); magnetic field type double convergence type (type in which an analysis unit is configured by a combination of a magnetic field and an electric field) can be exemplified, and an electric field type,
A magnetic field type and a quadrupole type are preferable.

【0031】本発明の製造方法により得られる炭化珪素
薄膜は、シリコンウェハの上に単結晶炭化珪素を被覆し
た炭化珪素薄膜である。本発明の製造方法により得られ
る炭化珪素薄膜には、シリコンウェハ表面を炭化珪素化
することにより得られた単結晶炭化珪素層が含まれてい
てもよい。
The silicon carbide thin film obtained by the manufacturing method of the present invention is a silicon carbide thin film obtained by coating a silicon wafer with single crystal silicon carbide. The silicon carbide thin film obtained by the manufacturing method of the present invention may include a single crystal silicon carbide layer obtained by converting the silicon wafer surface into silicon carbide.

【0032】本発明の方法により得られた炭化珪素薄膜
は、単結晶である。炭化珪素薄膜の赤外吸収スペクトル
は、790〜810cm-1程度に半値全幅40〜60 cm-1程度、好
ましくは30〜50cm-1程度のピークを示す。更に、反射高
速電子線回折像が、スポット形状を示す。RHEEDにより
得られる回折像は、単結晶炭化珪素のものに対応する。
また、本発明の方法により得られた単結晶炭化珪素薄膜
は、シリコンウェハの結晶軸と結晶軸の方位がそろって
いる。すなわち、炭化珪素薄膜は、シリコンウェハ上に
エピタキシャル成長している。炭化珪素単結晶がエピタ
キシャル成長している場合には、得られた炭化珪素薄膜
のRHEED回折像が、スポット状となり、炭化珪素のパタ
ーンを示す。或いは、製造中に、炭化珪素薄膜をRHEED
でモニターすることによっても、得られた炭化珪素薄膜
が単結晶であるかどうかが判る。
The silicon carbide thin film obtained by the method of the present invention is a single crystal. Infrared absorption spectrum of a silicon carbide thin film, the full width at half maximum 40 to 60 cm -1 degree to about 790~810Cm -1, preferably shows a peak of about 30 to 50 cm -1. Furthermore, the reflected high-energy electron diffraction image shows a spot shape. The diffraction image obtained by RHEED corresponds to that of single crystal silicon carbide.
Further, in the single crystal silicon carbide thin film obtained by the method of the present invention, the crystal axes of the silicon wafer are aligned with each other. That is, the silicon carbide thin film is epitaxially grown on the silicon wafer. When the silicon carbide single crystal is epitaxially grown, the RHEED diffraction image of the obtained silicon carbide thin film becomes a spot shape and shows a silicon carbide pattern. Alternatively, RHEED the silicon carbide thin film during manufacturing.
It is also possible to determine whether the obtained silicon carbide thin film is a single crystal by monitoring with.

【0033】炭化珪素薄膜の平滑性は、薄膜のRHEEDに
おいてスポット形状がみられる限り特に制限されない
が、最大高さとして、通常約5Å以下、好ましくは約3Å
以下、より好ましくは0.1〜3Å程度である。
The smoothness of the silicon carbide thin film is not particularly limited as long as the spot shape is observed in the RHEED of the thin film, but the maximum height is usually about 5Å or less, preferably about 3Å.
Below, it is more preferably about 0.1 to 3Å.

【0034】本発明の製造方法により得られる単結晶炭
化珪素薄膜の厚みは、特に制限されない。単結晶炭化珪
素薄膜の厚みの下限値は、通常1nm程度、好ましくは15n
m程度である。単結晶炭化珪素薄膜の厚みの上限値は、
通常100μm程度、好ましくは50μm程度、より好ましく
は10μm程度である。
The thickness of the single crystal silicon carbide thin film obtained by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited. The lower limit of the thickness of the single crystal silicon carbide thin film is usually about 1 nm, preferably 15 n
It is about m. The upper limit of the thickness of the single crystal silicon carbide thin film is
Usually, it is about 100 μm, preferably about 50 μm, more preferably about 10 μm.

【0035】本発明の製造方法により得られる炭化珪素
薄膜は、単結晶であれば特に制限されず、3C型立方最密
充填構造であることが好ましい。
The silicon carbide thin film obtained by the manufacturing method of the present invention is not particularly limited as long as it is a single crystal, and preferably has a 3C type cubic close-packed structure.

【0036】炭化珪素薄膜は、必要に応じて、N、Al、G
a、Bなどのドープ剤を含んでいても良い。ドープ量は、
ドープ剤の種類などに応じて適宜設定することができる
が、通常1013〜1020cm-3程度、好ましくは1014〜1016cm
-3程度である。
The silicon carbide thin film may contain N, Al, G as necessary.
It may contain a doping agent such as a or B. The dope amount is
Although it can be appropriately set depending on the type of the doping agent, it is usually about 10 13 to 10 20 cm -3 , preferably 10 14 to 10 16 cm.
-It is about -3 .

【0037】[0037]

【発明の効果】電子素子製造過程は、できるだけ低温で
行われることが望ましい。本発明によると、従来の製造
方法よりも低温でシリコン基板上へ高品質単結晶炭化珪
素薄膜を形成することが可能となる。
Industrial Applicability It is desirable that the electronic device manufacturing process be performed at the lowest possible temperature. According to the present invention, it becomes possible to form a high quality single crystal silicon carbide thin film on a silicon substrate at a lower temperature than the conventional manufacturing method.

【0038】本発明方法によると、高品質の単結晶炭化
珪素薄膜を得ることができる。得られた単結晶炭化珪素
薄膜は、RHEEDにおいて、スポット形状を含む回折像を
示す。好ましい条件下において製造された単結晶炭化珪
素薄膜は、ストリーク形状を含むRHEEDを示す。また、
得られた単結晶炭化珪素薄膜は、スペクトルにおいて、
790〜810cm-1にピークを示し、このピークの半値全幅
は、通常40〜60cm-1程度である。
According to the method of the present invention, a high quality single crystal silicon carbide thin film can be obtained. The obtained single crystal silicon carbide thin film shows a diffraction image including a spot shape in RHEED. The single crystal silicon carbide thin film produced under the preferable conditions exhibits RHEED including a streak shape. Also,
The obtained single crystal silicon carbide thin film has the following spectrum:
790~810Cm -1 to a peak, full width at half maximum of the peak is usually about 40~60cm -1.

【0039】本発明の製造方法において、質量分離を行
い特定の同位体のみを含むイオンを照射する場合には、
特定の同位体のみを含む炭化珪素薄膜を製造することが
できる。特定の同位体のみを含む炭化珪素薄膜は、熱伝
導率などにおいて、より優れた特性を有する。
In the production method of the present invention, when mass separation is performed and the ions containing only a specific isotope are irradiated,
A silicon carbide thin film containing only a specific isotope can be manufactured. The silicon carbide thin film containing only a specific isotope has more excellent properties such as thermal conductivity.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより具体的に説明する。本発明は、以下の実施
例に制限されるものではない。
EXAMPLES Examples of the present invention will be given below together with comparative examples.
The present invention will be described more specifically. The present invention is not limited to the examples below.

【0041】実施例1 (100)表面の出たシリコンウェハをフッ化水素酸で洗浄
し、表面酸化層を取り除いた後、シリコンウェハを照射
真空槽に設置し、真空槽内を8×10-8 Pa以下とした。そ
の後、シリコンウェハの温度を数秒間900℃程度まで上
げることにより、シリコンウェハ表面を清浄化し、シリ
コン原子面を露出させた。シリコン表面が清浄化されて
いることをRHEEDで観察することによって確認した。即
ち、RHEEDで観察した結果、(2×1)表面超構造が形成さ
れていた。
Example 1 (100) After the surface of the silicon wafer was washed with hydrofluoric acid to remove the surface oxide layer, the silicon wafer was placed in an irradiation vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber was 8 × 10 −. It was set to 8 Pa or less. After that, the temperature of the silicon wafer was raised to about 900 ° C. for several seconds to clean the surface of the silicon wafer and expose the silicon atomic surface. It was confirmed by observing with RHEED that the silicon surface was cleaned. That is, as a result of observation with RHEED, a (2 × 1) surface superstructure was formed.

【0042】一方、イオンビーム照射に用いる炭素を含
むイオンを以下のようにして発生させた。ECR型イオン
源内のBN放電箱中にイオン源となるCH4ガスを導入し
た。このBN放電箱に0.1テスラの磁場をかけ、700 W程
度、周波数2.54 GHzのマイクロ波を導入し、放電箱中の
ガスをプラズマ化し、C+、CH3 +などの炭化水素イオンか
ら構成されるプラズマを生成した。このようなプラズマ
からイオンを引き出したのち、炭素を含むイオンを照射
真空槽へと導いた。得られた炭素を含むイオン(イオン
エネルギー:50eV)を照射真空槽内に設置したシリコン
ウェハ上へ照射した。照射条件については後述する。
On the other hand, carbon-containing ions used for ion beam irradiation were generated as follows. CH 4 gas, which serves as an ion source, was introduced into the BN discharge box inside the ECR type ion source. A magnetic field of 0.1 Tesla is applied to this BN discharge box, a microwave of about 700 W and a frequency of 2.54 GHz is introduced, the gas in the discharge box is turned into plasma, and it is composed of hydrocarbon ions such as C + and CH 3 +. Plasma was generated. After extracting the ions from such plasma, the ions containing carbon were introduced into an irradiation vacuum chamber. The obtained carbon-containing ions (ion energy: 50 eV) were irradiated onto a silicon wafer placed in an irradiation vacuum chamber. The irradiation conditions will be described later.

【0043】また、イオンビーム照射に用いる珪素イオ
ンを以下のようにして発生させた。スパッタ型イオン源
内に設置されたターゲットホルダーに直径25 mm程度の
シリコンでできた円板を固定した。イオン源内に、ター
ゲットスパッタ用の放電ガスとしてArを導入した。この
Arをイオン化するため、ターゲットを挟んで設置された
タングステンフィラメントから熱電子を発生させるとと
もに、ターゲットとイオン源壁面間に約50 Vの電圧を印
可した。ターゲットにバイアス電圧-500 Vをかけてイオ
ン化されたArを加速し、珪素ターゲットをスパッタする
ことにより珪素プラズマを発生させた。種々の質量の珪
素イオンから構成されるプラズマをイオン源から引き出
し、照射真空槽へと導いた。このようにして得られた珪
素イオン(イオンエネルギー:50eV)を照射真空槽内に設
置したシリコンウェハ上へ照射した。照射条件について
は後述する。
Silicon ions used for ion beam irradiation were generated as follows. A disk made of silicon with a diameter of about 25 mm was fixed to a target holder installed in the sputter ion source. Ar was introduced into the ion source as a discharge gas for target sputtering. this
In order to ionize Ar, thermoelectrons were generated from a tungsten filament placed across the target, and a voltage of about 50 V was applied between the target and the wall surface of the ion source. A bias voltage of -500 V was applied to the target to accelerate ionized Ar, and a silicon target was sputtered to generate silicon plasma. Plasma composed of silicon ions of various masses was extracted from the ion source and led to the irradiation vacuum chamber. The silicon ions (ion energy: 50 eV) thus obtained were irradiated onto a silicon wafer placed in an irradiation vacuum chamber. The irradiation conditions will be described later.

【0044】清浄化後のシリコンウェハを700 ℃に保
ち、シリコンウェハ上へ先ず上述の炭素を含むイオンを
照射した。イオンの電流量は20μA/cm2、イオンのエネ
ルギーは50 eVであった。また、その際の真空槽の真空
度は10-6 Pa程度であった。照射された炭素を含むイオ
ンがシリコンウェハ表面のSiと反応し、シリコンウェハ
表面の結晶構造が、シリコンから単結晶炭化珪素へと変
化した。炭素を含むイオンの照射時にRHEEDによるモニ
タリングを行ったところ、RHEEDにおいて、シリコンウ
ェハのパターンが消え、炭化珪素結晶のパターンが現れ
たので、イオン照射を止めた。シリコンウェハ1 cm2
たりの照射時間は1分程度であった。
The cleaned silicon wafer was kept at 700 ° C., and the silicon wafer was first irradiated with the above-mentioned carbon-containing ions. The ion current amount was 20 μA / cm 2 , and the ion energy was 50 eV. The degree of vacuum in the vacuum chamber at that time was about 10 -6 Pa. The irradiated ions containing carbon reacted with Si on the surface of the silicon wafer, and the crystal structure of the surface of the silicon wafer changed from silicon to single crystal silicon carbide. When RHEED monitoring was performed during irradiation of ions containing carbon, the pattern of the silicon wafer disappeared and the pattern of silicon carbide crystals appeared in RHEED, so the ion irradiation was stopped. The irradiation time per cm 2 of the silicon wafer was about 1 minute.

【0045】イオンビーム照射中および照射後の基板表
面のRHEEDにおいてストリーク形状が見られたことか
ら、シリコンウェハ上へ炭化珪素がエピタキシャルに形
成されていることを確認した。
A streak shape was observed in the RHEED of the substrate surface during and after the ion beam irradiation, confirming that silicon carbide was epitaxially formed on the silicon wafer.

【0046】炭素を含むイオンビーム照射によるシリコ
ンウェハ表層の炭化珪素化を行った後、上記のようにし
て発生させた50 eVの珪素イオンビーム照射と、50 eVの
炭素イオンビーム照射とを1分交代で交互に照射し、炭
化珪素エピタキシャル薄膜を成長させた。珪素イオンと
炭素イオンのイオン電流量は、それぞれ20μA/cm2程度
であった。イオン照射時における照射真空槽の真空度
は、10-6 Pa程度であった。イオン照射時の基板温度は7
00℃とした。交互にイオンビームを照射している間も、
その成長過程をRHEEDによってモニタリングすることに
より、珪素原子の堆積と炭素原子との反応により3C-SiC
がエピタキシャルに成長していることを確認した。2種
類のイオンビームの照射時間は合計40分であった。
After the surface of the silicon wafer was siliconized by the irradiation of the ion beam containing carbon, the irradiation of the silicon ion beam of 50 eV generated as described above and the irradiation of the carbon ion beam of 50 eV were carried out for 1 minute. Alternate irradiation was performed alternately to grow a silicon carbide epitaxial thin film. The amount of ion current of silicon ion and that of carbon ion were each about 20 μA / cm 2 . The degree of vacuum in the irradiation vacuum chamber during ion irradiation was about 10 −6 Pa. The substrate temperature during ion irradiation is 7
It was set to 00 ° C. While alternately irradiating the ion beam,
By monitoring the growth process by RHEED, 3C-SiC can be detected by the deposition of silicon atoms and the reaction with carbon atoms.
Was confirmed to have grown epitaxially. The irradiation time of the two types of ion beams was 40 minutes in total.

【0047】得られたエピタキシャル3C-SiC(膜厚:約3
0nm)について赤外線吸収測定を行ったところ、800 cm-1
に半値全幅(半分のピーク強度におけるピーク幅)が約
50 cm-1である鋭い吸収ピークが得られた(図1)。ピー
クが鋭い程、得られた薄膜の結晶性が高いことを示す。
この半値全幅の値(約50 cm-1)から、欠陥の程度およ
び結晶性が少なくとも従来と同等レベルの単結晶炭化珪
素がエピタキシャル成長していることがわかった。
The obtained epitaxial 3C-SiC (film thickness: about 3
Infrared absorption measurement of (0 nm), 800 cm -1
Has a full width at half maximum (peak width at half peak intensity) of approx.
A sharp absorption peak at 50 cm -1 was obtained (Fig. 1). The sharper the peak, the higher the crystallinity of the obtained thin film.
From this full width at half maximum value (about 50 cm -1 ), it was found that single-crystal silicon carbide having a level of defects and crystallinity at least equivalent to the conventional level was epitaxially grown.

【0048】上述したようなイオン照射の操作を繰り返
し行うことにより、より膜厚の厚い単結晶炭化珪素薄膜
を得ることが出来る。
By repeating the above-mentioned ion irradiation operation, a thicker single crystal silicon carbide thin film can be obtained.

【0049】実施例2 Si(100)面の出たシリコンウェハをフッ化水素酸で洗浄
し、表面酸化層を取り除いた後、シリコンウェハを照射
真空槽に設置し、真空槽内を7 x 10-8 Pa以下の減圧と
した。その後、シリコンウェハの温度を数秒間900℃程
度まで上げることにより、シリコンウェハ表面を清浄化
し、シリコン原子面を露出させた。シリコン表面が、清
浄化されていることをRHEEDで観察することにより確認
した。即ち、RHEEDで観察した結果、(2×1)表面超構造
が形成されていた。
Example 2 A silicon wafer having a Si (100) surface was washed with hydrofluoric acid to remove the surface oxide layer, and then the silicon wafer was placed in an irradiation vacuum chamber and the inside of the vacuum chamber was set to 7 × 10 7. The pressure was reduced to -8 Pa or less. After that, the temperature of the silicon wafer was raised to about 900 ° C. for several seconds to clean the surface of the silicon wafer and expose the silicon atomic surface. It was confirmed by RHEED observation that the silicon surface was cleaned. That is, as a result of observation with RHEED, a (2 × 1) surface superstructure was formed.

【0050】一方、イオンビーム照射に用いる炭素を含
むイオンを以下のようにして発生させた。ECR型イオン
源内のBN放電箱中にイオン源となるガス(CO2)を導入し
た。このBN放電箱に0.1テスラの磁場をかけ、800 W程
度、周波数2.54 GHzのマイクロ波を導入し、放電箱中の
ガスをプラズマ化した。生成されたプラズマからイオン
を引きだし、20keV程度に加速した後、12C+を選択的に
質量分離した。質量分離された炭素を含むイオンのみを
照射真空槽へと導き、逆電界をかけることによりシリコ
ンウェハ直前で減速させ、イオンのエネルギーを50 eV
とした。このようにして得られた低エネルギーの炭素を
含むイオンを照射真空槽内に設置したシリコンウェハ上
へ照射した。照射条件については、後述する。
On the other hand, carbon-containing ions used for ion beam irradiation were generated as follows. Ion source gas (CO 2 ) was introduced into the BN discharge box inside the ECR ion source. A magnetic field of 0.1 Tesla was applied to this BN discharge box, and a microwave of about 800 W and a frequency of 2.54 GHz was introduced to turn the gas in the discharge box into plasma. Ions were extracted from the generated plasma and accelerated to about 20 keV, and then 12 C + was selectively separated by mass. Only the mass-separated carbon-containing ions are guided to the irradiation vacuum chamber, and a reverse electric field is applied to decelerate them immediately before the silicon wafer, and the ion energy is 50 eV.
And Ions containing low-energy carbon thus obtained were irradiated onto a silicon wafer placed in an irradiation vacuum chamber. The irradiation conditions will be described later.

【0051】また、イオンビーム照射に用いる珪素を含
むイオンを以下のようにして発生させた。スパッタ型イ
オン源内に設置されたターゲットホルダーに直径25 mm
程度のシリコンでできた円板を固定した。イオン源内
に、ターゲットスパッタ用の放電ガスとしてArを、ま
た、イオン生成効率上昇のためにセシウム蒸気を導入し
た。ターゲットにスパッタ用のバイアス電圧-200 Vをか
け、かつ、ターゲットとイオン源内に約50 Vの電圧を印
加し、ターゲットを挟んで設置されたタングステンフィ
ラメントからの熱電子によりArをイオン化し、珪素ター
ゲットをスパッタした。スパッタの結果発生した負イオ
ンを20 keV程度に加速した後、Si-イオン(質量28)のみ
を選択的に質量分離した。質量分離された28Si-イオン
を照射真空槽へと導き、逆電界をかけることによりシリ
コンウェハ直前で減速させ、イオンのエネルギーを50 e
Vとした。このようにして得られた低エネルギーの珪素
イオンを照射真空槽内に設置したシリコンウェハ上へ照
射する。照射条件については後述する。
Ions containing silicon used for ion beam irradiation were generated as follows. 25 mm diameter in the target holder installed in the sputter ion source
A circular disc made of silicon was fixed. Ar was introduced into the ion source as a discharge gas for target sputtering, and cesium vapor was introduced to increase the ion generation efficiency. A bias voltage of -200 V for sputtering is applied to the target, and a voltage of about 50 V is applied between the target and the ion source, and Ar is ionized by thermionic electrons from the tungsten filament placed across the target, and the silicon target Was sputtered. After negative ions generated as a result of sputtering were accelerated to about 20 keV, only Si ions (mass 28) were selectively separated by mass. The 28 Si - ions separated by mass are guided to an irradiation vacuum chamber, and a reverse electric field is applied to decelerate them immediately before the silicon wafer, and the ion energy is reduced to 50 e.
V. The low-energy silicon ions thus obtained are irradiated onto a silicon wafer placed in an irradiation vacuum chamber. The irradiation conditions will be described later.

【0052】清浄化後のシリコンウェハを700℃に保
ち、シリコンウェハへ先ず炭素を含むイオンを照射し
た。イオンの電流量が3μA/cm2であり、イオンのエネル
ギーが50eVの12C+を照射した。その際の真空槽の真空度
は、10-6 Pa程度であった。照射された炭素イオンが、
シリコンウェハ表面のSiと反応し、シリコンウェハ表面
の結晶構造が、単結晶シリコンから単結晶炭化珪素へと
変化した。炭素イオン照射時に、RHEEDによるモニタリ
ングを行ったところ、RHEEDにおいて、シリコンウェハ
のパターンが消え、炭化珪素結晶のパターンが現れたの
で、イオン照射を止めた。シリコンウェハ1cm2あたりの
照射時間は、10分程度であった。
The cleaned silicon wafer was kept at 700 ° C., and the silicon wafer was first irradiated with ions containing carbon. Irradiation was performed with 12 C + having an ion current amount of 3 μA / cm 2 and an ion energy of 50 eV. The degree of vacuum in the vacuum chamber at that time was about 10 −6 Pa. The irradiated carbon ions are
By reacting with Si on the silicon wafer surface, the crystal structure of the silicon wafer surface changed from single crystal silicon to single crystal silicon carbide. When RHEED monitoring was performed during carbon ion irradiation, the pattern of the silicon wafer disappeared and a pattern of silicon carbide crystals appeared in RHEED, so the ion irradiation was stopped. The irradiation time per cm 2 of the silicon wafer was about 10 minutes.

【0053】イオンビーム照射中および照射後の基板表
面のRHEEDにおいてストリーク形状が見られたことか
ら、シリコンウェハ上へ炭化珪素がエピタキシャルに形
成されていることを確認した。
A streak shape was observed in the RHEED of the substrate surface during and after the ion beam irradiation, confirming that silicon carbide was epitaxially formed on the silicon wafer.

【0054】炭素を含むイオンビーム照射によるシリコ
ンウェハ表層の炭化珪素化を行った後、上記のようにし
て発生させた50 eVの28Si-イオンビームと、50 eVの12C
+イオンビームとを20分交代で交互に照射し、28Siと12C
のみからなる炭化珪素エピタキシャル薄膜を成長させ
た。珪素イオンと炭素イオンのイオン電流量は、それぞ
れ3μA/cm2程度であった。イオン照射時における照射真
空槽の真空度は、10-6Pa程度であった。イオン照射時の
基板温度は、700℃とした。交互イオンビーム照射の間
も、その成長過程をRHEEDによってモニタリングするこ
とにより、珪素原子の堆積と炭素原子との反応により3C
-SiCがエピタキシャルに成長していることを確認した。
2種類のイオンビームの照射時間は、合計4時間であっ
た。
After the surface of the silicon wafer was siliconized by irradiation with an ion beam containing carbon, 28 e - ion beam of 50 eV and 12 C of 50 eV generated as described above were used.
+ Alternating irradiation with ion beam for 20 minutes, 28 Si and 12 C
A silicon carbide epitaxial thin film consisting of only was grown. The amount of ion current of silicon ion and that of carbon ion were each about 3 μA / cm 2 . The degree of vacuum in the irradiation vacuum chamber during ion irradiation was about 10 −6 Pa. The substrate temperature during ion irradiation was 700 ° C. During the alternating ion beam irradiation, by monitoring the growth process by RHEED, the deposition of silicon atoms and the reaction with carbon atoms cause 3C
-It was confirmed that SiC was epitaxially grown.
The irradiation time of the two types of ion beams was 4 hours in total.

【0055】得られたエピタキシャル3C-SiC(膜厚:約3
0nm)について赤外線吸収測定を行ったところ、800 cm-1
に半値全幅(半分のピーク強度におけるピーク幅)が約
50 cm-1である鋭い吸収ピークが得られた。ピークが鋭
い程、得られた薄膜の結晶性が高いことを示す。この半
値全幅の値(約50 cm-1)から、欠陥の程度および結晶
性が少なくとも従来と同等レベルの単結晶炭化珪素がエ
ピタキシャル成長していることがわかった。上述したよ
うなイオン照射の操作を繰り返し行うことにより、より
膜厚の厚い単結晶炭化珪素薄膜を得ることができる。
The obtained epitaxial 3C-SiC (film thickness: about 3
Infrared absorption measurement of (0 nm), 800 cm -1
Has a full width at half maximum (peak width at half peak intensity) of approx.
A sharp absorption peak at 50 cm -1 was obtained. The sharper the peak, the higher the crystallinity of the obtained thin film. From this full width at half maximum value (about 50 cm -1 ), it was found that single-crystal silicon carbide having a level of defects and crystallinity at least equivalent to the conventional level was epitaxially grown. By repeating the operation of ion irradiation as described above, a single crystal silicon carbide thin film having a larger film thickness can be obtained.

【0056】得られた単結晶炭化珪素薄膜の熱伝導率
は、300Kにおいて、約7.5W/cm・Kであった。
The thermal conductivity of the obtained single crystal silicon carbide thin film was about 7.5 W / cm · K at 300K.

【0057】実施例3 Si(100)面の出たシリコンウェハをフッ化水素酸で洗浄
し、表面酸化層を取り除いた後、シリコンウェハを照射
真空槽に設置し、真空槽内を7 x 10-8 Pa以下の減圧と
した。その後、シリコンウェハの温度を数秒間900℃程
度まで上げることにより、シリコンウェハ表面を清浄化
し、シリコン原子面を露出させた。シリコン表面が、清
浄化されていることをRHEEDで観察することにより確認
した。即ち、RHEEDで観察した結果、(2×1)表面超構造
が形成されていた。
Example 3 A silicon wafer having a Si (100) surface was washed with hydrofluoric acid to remove a surface oxide layer, and then the silicon wafer was placed in an irradiation vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber was set to 7 × 10 7. The pressure was reduced to -8 Pa or less. After that, the temperature of the silicon wafer was raised to about 900 ° C. for several seconds to clean the surface of the silicon wafer and expose the silicon atomic surface. It was confirmed by RHEED observation that the silicon surface was cleaned. That is, as a result of observation with RHEED, a (2 × 1) surface superstructure was formed.

【0058】一方、イオンビーム照射に用いる炭素を含
むイオンを以下のようにして発生させた。ECR型イオン
源内のBN放電箱中にイオン源となるガス(CO2およびC
H4)を導入した。このBN放電箱に0.1テスラの磁場をか
け、800 W程度、周波数2.54 GHzのマイクロ波を導入
し、放電箱中のガスをプラズマ化した。生成されたプラ
ズマから、C+、CH3 +などの炭素を含むイオンを引きだ
し、20keV程度に加速した後、C +イオン(質量数12)およ
びCH3 +イオン(質量数15)を質量分離した。質量分離され
た炭素を含むイオンを照射真空槽へと導き、逆電界をか
けることによりシリコンウェハ直前で減速させ、イオン
のエネルギーを50 eVとした。このようにして得られた
低エネルギーの炭素を含むイオンを照射真空槽内に設置
したシリコンウェハ上へ照射した。照射条件について
は、後述する。
On the other hand, it contains carbon used for ion beam irradiation.
The ions were generated as follows. ECR type ion
In the BN discharge box inside the source, the gas (CO2And C
HFour) Was introduced. A magnetic field of 0.1 Tesla is applied to this BN discharge box.
Introduces microwave of about 800 W and frequency of 2.54 GHz
Then, the gas in the discharge box was turned into plasma. Generated plastic
From Zuma, C+, CH3 +I draw an ion containing carbon such as
Then, after accelerating to about 20keV, C +Ions (mass number 12) and
And CH3 +Ions (mass number 15) were separated by mass. Mass separated
The carbon-containing ions to the irradiation vacuum chamber and generate a reverse electric field.
By decelerating, decelerating just before the silicon wafer,
Energy of 50 eV. Thus obtained
Ions containing low energy carbon are installed in the irradiation vacuum chamber
Irradiation was performed on the formed silicon wafer. About irradiation conditions
Will be described later.

【0059】また、イオンビーム照射に用いる珪素を含
むイオンを以下のようにして発生させた。スパッタ型イ
オン源内に設置されたターゲットホルダーに直径25 mm
程度のシリコンでできた円板を固定した。イオン源内
に、ターゲットスパッタ用の放電ガスとしてArを、ま
た、イオン生成効率上昇のためにセシウム蒸気を導入し
た。ターゲットにスパッタ用のバイアス電圧-200 Vをか
け、かつ、ターゲットとイオン源内に約50 Vの電圧を印
加し、ターゲットを挟んで設置されたタングステンフィ
ラメントからの熱電子によりArをイオン化し、珪素ター
ゲットをスパッタした。スパッタの結果発生した負イオ
ンを20 keV程度に加速した後、Si-イオン(質量28)を質
量分離した。質量分離された珪素を含むイオンを照射真
空槽へと導き、逆電界をかけることによりシリコンウェ
ハ直前で減速させ、イオンのエネルギーを50 eVとし
た。このようにして得られた低エネルギーの珪素イオン
を照射真空槽内に設置したシリコンウェハ上へ照射す
る。照射条件については後述する。
Ions containing silicon used for ion beam irradiation were generated as follows. 25 mm diameter in the target holder installed in the sputter ion source
A circular disc made of silicon was fixed. Ar was introduced into the ion source as a discharge gas for target sputtering, and cesium vapor was introduced to increase the ion generation efficiency. A bias voltage of -200 V for sputtering is applied to the target, and a voltage of about 50 V is applied between the target and the ion source, and Ar is ionized by thermionic electrons from the tungsten filament placed across the target, and the silicon target Was sputtered. After negative ions generated as a result of sputtering were accelerated to about 20 keV, Si ions (mass 28) were separated by mass. The mass-separated ions containing silicon were introduced into an irradiation vacuum chamber and decelerated immediately before the silicon wafer by applying a reverse electric field, and the ion energy was set to 50 eV. The low-energy silicon ions thus obtained are irradiated onto a silicon wafer placed in an irradiation vacuum chamber. The irradiation conditions will be described later.

【0060】清浄化後のシリコンウェハを700℃に保
ち、シリコンウェハへ先ず炭素を含むイオンを照射し
た。イオンの電流量が3μA/cm2であり、イオンのエネル
ギーが50eVのC+またはCH3 +を照射した。その際の真空槽
の真空度は、10-6 Pa程度であった。照射された炭素を
含むイオンが、シリコンウェハ表面のSiと反応し、シリ
コンウェハ表面の結晶構造が、単結晶シリコンから単結
晶炭化珪素へと変化した。炭素イオンを含むイオンの照
射時に、RHEEDによるモニタリングを行ったところ、RHE
EDにおいて、シリコンウェハのパターンが消え、炭化珪
素結晶のパターンが現れたので、イオン照射を止めた。
シリコンウェハ1 cm2あたりの照射時間は、10分程度で
あった。
The cleaned silicon wafer was kept at 700 ° C., and the silicon wafer was first irradiated with carbon-containing ions. The ions were irradiated with C + or CH 3 + having an ion current amount of 3 μA / cm 2 and an ion energy of 50 eV. The degree of vacuum in the vacuum chamber at that time was about 10 −6 Pa. The irradiated ions containing carbon reacted with Si on the surface of the silicon wafer, and the crystal structure of the surface of the silicon wafer was changed from single crystal silicon to single crystal silicon carbide. When RHEED monitoring was performed during irradiation of ions containing carbon ions, RHE
In the ED, the pattern of the silicon wafer disappeared and the pattern of the silicon carbide crystal appeared, so the ion irradiation was stopped.
The irradiation time per cm 2 of the silicon wafer was about 10 minutes.

【0061】イオンビーム照射中および照射後の基板表
面のRHEEDにおいてストリーク形状が見られたことか
ら、シリコンウェハ上へ炭化珪素がエピタキシャルに形
成されていることを確認した。
A streak shape was observed in the RHEED of the substrate surface during and after the ion beam irradiation, confirming that silicon carbide was epitaxially formed on the silicon wafer.

【0062】炭素を含むイオンビーム照射によるシリコ
ンウェハ表層の炭化珪素化を行った後、上述で発生させ
た50 eVの珪素イオンビーム照射と、50 eVの炭素イオン
ビームを20分交代で交互に照射し、炭化珪素エピタキシ
ャル薄膜を成長させた。珪素イオンと炭素イオンのイオ
ン電流量は、それぞれ3μA/cm2程度であった。イオン照
射時における照射真空槽の真空度は、10-6 Pa程度であ
った。イオン照射時の基板温度は、700℃とした。交互
イオンビーム照射の間も、その成長過程をRHEEDによっ
てモニタリングすることにより、珪素原子の堆積と炭素
原子との反応により3C-SiCがエピタキシャルに成長して
いることを確認した(図2)。2種類のイオンビームの
照射時間は、合計4時間であった。
After the surface of the silicon wafer was siliconized by the irradiation of the ion beam containing carbon, the irradiation of the 50 eV silicon ion beam generated above and the irradiation of the carbon ion beam of 50 eV were alternately performed for 20 minutes. Then, a silicon carbide epitaxial thin film was grown. The amount of ion current of silicon ion and that of carbon ion were each about 3 μA / cm 2 . The degree of vacuum in the irradiation vacuum chamber during ion irradiation was about 10 −6 Pa. The substrate temperature during ion irradiation was 700 ° C. During the alternating ion beam irradiation, the growth process was monitored by RHEED, and it was confirmed that 3C-SiC was epitaxially grown due to the deposition of silicon atoms and the reaction with carbon atoms (Fig. 2). The irradiation time of the two types of ion beams was 4 hours in total.

【0063】得られたエピタキシャル3C-SiC(膜厚:約3
0nm)について赤外線吸収測定を行ったところ、800 cm-1
に半値全幅(半分のピーク強度におけるピーク幅)が約
50 cm-1である鋭い吸収ピークが得られた(図3)。ピ
ークが鋭い程、得られた薄膜の結晶性が高いことを示
す。この半値全幅の値(約50 cm-1)から、欠陥の程度
および結晶性が少なくとも従来と同等レベルの単結晶炭
化珪素がエピタキシャル成長していることがわかった。
The obtained epitaxial 3C-SiC (film thickness: about 3
Infrared absorption measurement of (0 nm), 800 cm -1
Has a full width at half maximum (peak width at half peak intensity) of approx.
A sharp absorption peak at 50 cm -1 was obtained (Fig. 3). The sharper the peak, the higher the crystallinity of the obtained thin film. From this full width at half maximum value (about 50 cm -1 ), it was found that single-crystal silicon carbide having a level of defects and crystallinity at least equivalent to the conventional level was epitaxially grown.

【0064】得られた単結晶炭化珪素薄膜の熱伝導率
は、300Kにおいて、約7.7W/cm・Kであった。
The thermal conductivity of the obtained single crystal silicon carbide thin film was about 7.7 W / cm · K at 300K.

【0065】上述したようなイオン照射の操作を繰り返
し行うことにより、より膜厚の厚い単結晶炭化珪素薄膜
を得ることができる。
By repeating the above-mentioned ion irradiation operation, a thicker single crystal silicon carbide thin film can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、実施例1において得られた単結晶炭化
珪素薄膜の赤外線吸収スペクトルを示す。
FIG. 1 shows an infrared absorption spectrum of the single crystal silicon carbide thin film obtained in Example 1.

【図2】図2は、実施例3において得られた単結晶炭化
珪素薄膜のRHEED回折像を示す。図2の回折像は、スポ
ット形状を示している。
FIG. 2 shows a RHEED diffraction image of the single crystal silicon carbide thin film obtained in Example 3. The diffraction image of FIG. 2 shows a spot shape.

【図3】図3は、実施例3において得られた単結晶炭化
珪素薄膜の赤外線吸収スペクトルを示す。
FIG. 3 shows an infrared absorption spectrum of the single crystal silicon carbide thin film obtained in Example 3.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木野村 淳 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 独立行 政法人産業技術総合研究所関西センター内 (72)発明者 堀野 裕治 大阪府池田市緑丘1丁目8番31号 独立行 政法人産業技術総合研究所関西センター内 Fターム(参考) 4G077 AA03 BE08 DA20 EA02 EJ03 HA06 4K029 AA06 BA56 BD01 CA10 EA01 EA08 FA04 5F103 AA06 BB09 BB14 BB55 DD17 GG01 HH03 KK03 KK10 NN01 PP02    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Jun Kinomura             1-83-1 Midorigaoka, Ikeda, Osaka Prefecture             AIST Kansai Center (72) Inventor Yuji Horino             1-83-1 Midorigaoka, Ikeda, Osaka Prefecture             AIST Kansai Center F-term (reference) 4G077 AA03 BE08 DA20 EA02 EJ03                       HA06                 4K029 AA06 BA56 BD01 CA10 EA01                       EA08 FA04                 5F103 AA06 BB09 BB14 BB55 DD17                       GG01 HH03 KK03 KK10 NN01                       PP02

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンウェハに炭素を含むイオンと珪素
を含むイオンとを低エネルギーで、同時または交互に照
射し、シリコンウェハ上に単結晶炭化珪素薄膜を形成さ
せる炭化珪素薄膜の製造方法。
1. A method for producing a silicon carbide thin film, which comprises irradiating a silicon wafer with carbon-containing ions and silicon-containing ions at low energy simultaneously or alternately to form a single-crystal silicon carbide thin film on the silicon wafer.
【請求項2】シリコンウェハに炭素を含むイオンを低エ
ネルギーで照射し、シリコンウェハ表面を炭化珪素化し
た後に、炭素を含むイオンと珪素を含むイオンとを同時
または交互に照射し、シリコンウェハ上に単結晶炭化珪
素薄膜を形成させる炭化珪素薄膜の製造方法。
2. A silicon wafer is irradiated with carbon-containing ions at a low energy to convert the surface of the silicon wafer into silicon carbide, and then carbon-containing ions and silicon-containing ions are simultaneously or alternately irradiated onto the silicon wafer. A method for manufacturing a silicon carbide thin film, which comprises forming a single crystal silicon carbide thin film on a substrate.
【請求項3】シリコンウェハを300〜1000℃に保ちなが
ら、炭素を含むイオンおよび/または珪素を含むイオン
を照射する請求項1または2に記載の炭化珪素薄膜の製
造方法。
3. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the silicon wafer is kept at 300 to 1000 ° C. and the carbon-containing ions and / or the silicon-containing ions are irradiated.
【請求項4】炭素を含むイオンおよび/または珪素を含
むイオンのエネルギーが、1〜500eVである請求項1また
は2に記載の炭化珪素薄膜の製造方法。
4. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the energy of carbon-containing ions and / or silicon-containing ions is 1 to 500 eV.
【請求項5】炭素を含むイオンおよび/または珪素を含
むイオンの電流量が、0.1μA/cm2〜10mA/cm2である請求
項1または2に記載の炭化珪素薄膜の製造方法。
5. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the amount of current of carbon-containing ions and / or silicon-containing ions is 0.1 μA / cm 2 to 10 mA / cm 2 .
【請求項6】炭素を含むイオンが、質量分離された炭素
を含むイオンである請求項1または2に記載の炭化珪素
薄膜を製造する方法。
6. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the carbon-containing ions are mass-separated carbon-containing ions.
【請求項7】珪素を含むイオンが、質量分離された珪素
を含むイオンである請求項1または2に記載の炭化珪素
薄膜を製造する方法。
7. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the ions containing silicon are ions containing silicon separated by mass.
【請求項8】質量分離された炭素を含むイオンに含まれ
る炭素が、質量数12の炭素のみまたは質量数13の炭
素のみである請求項6に記載の炭化珪素薄膜を製造する
方法。
8. The method for producing a silicon carbide thin film according to claim 6, wherein the carbon contained in the mass-separated carbon-containing ions is only carbon having a mass number of 12 or carbon having a mass number of 13.
【請求項9】質量分離された珪素を含むイオンに含まれ
る珪素が、質量数28の珪素のみ、質量数29の珪素の
みまたは質量数30の珪素のみである請求項7に記載の
炭化珪素薄膜を製造する方法。
9. The silicon carbide thin film according to claim 7, wherein the silicon contained in the mass-separated ions containing silicon is only silicon having a mass number of 28, only silicon having a mass number of 29, or only silicon having a mass number of 30. A method of manufacturing.
【請求項10】同位体分離された炭素を含む炭化珪素薄
膜。
10. A silicon carbide thin film containing isotope-separated carbon.
【請求項11】同位体分離された珪素を含む炭化珪素薄
膜。
11. A silicon carbide thin film containing isotope-separated silicon.
【請求項12】同位体分離された炭素が、質量数12ま
たは質量数13の炭素である請求項10に記載の炭化珪
素薄膜。
12. The silicon carbide thin film according to claim 10, wherein the isotope-separated carbon is a carbon having a mass number of 12 or a mass number of 13.
【請求項13】同位体分離された珪素が、質量数28、
質量数29または質量数30の珪素である請求項11に
記載の炭化珪素薄膜。
13. Isotopically separated silicon has a mass number of 28,
The silicon carbide thin film according to claim 11, which is silicon having a mass number of 29 or a mass number of 30.
【請求項14】厚みが、1nm〜100μmである請求項10
〜13のいずれかに記載の炭化珪素薄膜。
14. A thickness of 1 nm to 100 μm.
The silicon carbide thin film according to any one of 1 to 13.
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