JP2003095796A - METHOD OF MANUFACTURING EPITAXIAL THIN FILM OF alpha-SiC AND Α-SiC HETEROEPITAXIAL THIN FILM - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING EPITAXIAL THIN FILM OF alpha-SiC AND Α-SiC HETEROEPITAXIAL THIN FILM

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JP2003095796A
JP2003095796A JP2001293377A JP2001293377A JP2003095796A JP 2003095796 A JP2003095796 A JP 2003095796A JP 2001293377 A JP2001293377 A JP 2001293377A JP 2001293377 A JP2001293377 A JP 2001293377A JP 2003095796 A JP2003095796 A JP 2003095796A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method in which the α-SiC epitaxial thin film is deposited at a low temperature on other kinds of substrate than an SiC single crystal, and to provide the α-SiC heteroepitaxial thin film manufactured by the same. SOLUTION: The method of manufacturing the α-SiC epitaxial thin film by laser abrasion comprises evaporating by irradiating a target of a single crystal or a polycrystal of an α-SiC with a pulse laser in a low pressure inert gas atmosphere and depositing the film on a heated other kinds of substrate than the SiC single crystal. Furthermore, the α-SiC heteroepitaxial thin film of the high temperature phase is also provided.

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、α−SiCエピタ
キシャル薄膜の作製方法とそれにより得られるα−Si
C半導体薄膜に関するものであり、更に詳しくは、低い
基板温度で安価な異種基板上にα−SiCのヘテロエピ
タキシャル薄膜を作製することを可能とする成膜方法で
あって、特に、安価なサファイア等の異種基板を用い
て、約800℃の低い基板温度で、高温半導体エレクト
ロニクスの基盤となるα−SiCエピタキシャル薄膜を
作製する方法及び該方法により作製される高温相のα−
SiCヘテロエピタキシャル薄膜に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an α-SiC epitaxial thin film and an α-Si obtained by the method.
More specifically, the present invention relates to a C semiconductor thin film, and more specifically, to a film forming method capable of producing a heteroepitaxial thin film of α-SiC on a low-cost heterogeneous substrate at a low substrate temperature, and particularly to an inexpensive sapphire or the like. And a high-temperature phase α-produced by the method for producing an α-SiC epitaxial thin film as a base of high-temperature semiconductor electronics at a low substrate temperature of about 800 ° C.
The present invention relates to a SiC heteroepitaxial thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化ケイ素(SiC)は、広いバンドギ
ャップ(band gap)を持つことから、最近、高
温半導体素材として注目を浴びている。SiCは、その
結晶構造から高温安定型のα相と低温型のβ相に分けら
れる。このうち、エレクトロニクス素子材料としての実
用化へ向けて精力的に研究が進められているのは、バン
ドギャップ幅の広いα相のSiC(α−SiC)であ
る。このα−SiCを素子として利用するためには、基
盤技術としてそのエピタキシャル薄膜の作製技術が重要
である。α−SiCエピタキシャル薄膜の作製方法に関
する従来技術として、例えば、α−SiCの単結晶基板
上へ液相エピタキシャル成長や化学的気相成長(CV
D)させる方法がある(文献:A. Suzuki, M. Ikeda,
H. Matsunami, and T. Tanaka: J. Electrochem. Soc.
122 (1975) 1741(液相エピタキシー法)等、H. Matsun
ami, T. Ueda, and H. Nishino: Mat. Res. Soc. Symp.
Proc. Vol. 162 (1990) 397 (CVD法)等)。しか
しながら、これらの方法では、SiCは溶融温度が高い
ことも関連して、基板温度を1500℃以上に上げて成
膜する必要がある。このような高温で成膜を行うため、
Siのような低い融点を持つ基板は使用できず、その膜
自体と同一のSiC単結晶基板を用いることが必要にな
る。
2. Description of the Related Art Silicon carbide (SiC) has recently attracted attention as a high temperature semiconductor material because it has a wide band gap. SiC is divided into a high temperature stable α phase and a low temperature β phase depending on its crystal structure. Among these, the α-phase SiC (α-SiC) having a wide band gap width is being actively researched toward its practical application as an electronic device material. In order to use this α-SiC as an element, a technique for manufacturing the epitaxial thin film is important as a basic technique. As a conventional technique relating to a method for producing an α-SiC epitaxial thin film, for example, liquid phase epitaxial growth or chemical vapor deposition (CV) is performed on an α-SiC single crystal substrate.
D) is available (reference: A. Suzuki, M. Ikeda,
H. Matsunami, and T. Tanaka: J. Electrochem. Soc.
122 (1975) 1741 (liquid phase epitaxy method), H. Matsun
ami, T. Ueda, and H. Nishino: Mat. Res. Soc. Symp.
Proc. Vol. 162 (1990) 397 (CVD method) etc.). However, in these methods, since the melting temperature of SiC is high, it is necessary to raise the substrate temperature to 1500 ° C. or higher to form a film. Since the film is formed at such a high temperature,
A substrate having a low melting point such as Si cannot be used, and it is necessary to use the same SiC single crystal substrate as the film itself.

【0003】SiCの単結晶基板は、製造が困難である
ために、現在、商業的に提供されているSiC単結晶の
ウェハーの大きさは最大2インチしかなく、その価格も
非常に高価である。更に、その単結晶には素子作製にお
いて致命的なマイクロパイプ欠陥があり、現段階ではそ
れを完全に除去することができていない。また、高温で
の成膜プロセスは、相互拡散を引き起こすので積層型等
の素子構造を作製する際の大きな障害となる。これらの
プロセスと製造コストの問題が、SiC半導体テクノロ
ジーを普及させる上で大きなボトルネックとなってい
る。今後、素子化を進めて行くためには、成膜温度を1
000℃以下に低温化することが重要課題となると考え
られる。
Since a SiC single crystal substrate is difficult to manufacture, a commercially available SiC single crystal wafer has a maximum size of only 2 inches, and its price is very expensive. . Furthermore, the single crystal has a fatal micropipe defect in device fabrication, and at this stage it cannot be completely removed. Further, since the film forming process at high temperature causes mutual diffusion, it becomes a great obstacle in manufacturing a device structure such as a laminated type. These process and manufacturing cost issues have become a major bottleneck in the spread of SiC semiconductor technology. In the future, the film formation temperature should be 1
It is considered to be an important issue to lower the temperature to 000 ° C or lower.

【0004】これらの問題点を解決するために、安価な
異種の基板上に、より低い基板温度でα−SiCをエピ
タキシャル成長させる(ヘテロエピタキシャル)技術が
求められている。異種基板上へSiC薄膜を作製する方
法として、パルスレーザ蒸着法や分子ビームエピタキシ
ー法があるが(文献:J. S. Pelt, M. E. Ramsey, and
S. M. Durbin: Thin Solid Films 371 (2000) 72(パル
スレーザ蒸着法)等、S. Kaneda, Y. Sakamoto, C. Nis
hi, M. Kanaya, and S. Hannai: Jpn. J. Appl. Phys 2
5 (1986) 1307 (分子ビームエピタキシー法)等)、こ
れらの方法で作製される膜は、いずれも低温型のβ相で
あり、高温相のα−SiCエピタキシャル薄膜は作製で
きていなかった。
In order to solve these problems, there is a demand for a technique of epitaxially growing α-SiC (heteroepitaxial) on an inexpensive different substrate at a lower substrate temperature. There are pulse laser deposition method and molecular beam epitaxy method as a method for producing a SiC thin film on a different substrate (reference: JS Pelt, ME Ramsey, and
SM Durbin: Thin Solid Films 371 (2000) 72 (Pulse laser deposition method), S. Kaneda, Y. Sakamoto, C. Nis
hi, M. Kanaya, and S. Hannai: Jpn. J. Appl. Phys 2
5 (1986) 1307 (Molecular beam epitaxy method) and the like, films formed by these methods are all low-temperature β-phases, and high-temperature α-SiC epitaxial thin films could not be formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、前記従来技術に鑑みて、α−SiC
エピタキシャル薄膜について異種基板上に低温で合成す
る方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ね
た結果、ターゲットに高温相のα−SiCを用い、かつ
低圧不活性ガス雰囲気中でレーザアブレーションを行い
薄膜を作製することにより面内配向性を持つα−SiC
薄膜を作製することに成功し、本発明を完成するに至っ
た。本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、低い基
板温度で安価な異種基板上にα−SiCエピタキシャル
薄膜を作製する方法と、本方法により得られるα−Si
C半導体薄膜を提供することを目的とするものである。
Under these circumstances, the present inventors have taken the above-mentioned prior art into consideration by considering the use of α-SiC.
As a result of intensive research aimed at developing a method for synthesizing an epitaxial thin film on a heterogeneous substrate at a low temperature, as a result, a high-temperature phase α-SiC was used as a target, and laser ablation was performed in a low-pressure inert gas atmosphere. Α-SiC having in-plane orientation by producing
We succeeded in producing a thin film and completed the present invention. The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, a method for producing an α-SiC epitaxial thin film on an inexpensive heterogeneous substrate at a low substrate temperature, and an α-Si obtained by this method.
It is intended to provide a C semiconductor thin film.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段から構成される。 (1)α−SiCエピタキシャル薄膜を作製する方法で
あって、低圧不活性ガス雰囲気中で高温相のα−SiC
のターゲットにパルスレーザを照射してターゲットを蒸
発(アブレーション)させ、加熱した基板上に堆積させ
ることによりα−SiCのエピタキシャル薄膜を作製す
ることを特徴とするα−SiCエピタキシャル薄膜の作
製方法。 (2)前記低圧不活性ガスが、アルゴンであることを特
徴とする前記(1)記載の成膜方法。 (3)前記ターゲットが、α−SiCの単結晶体又は多
結晶体であることを特徴とする前記(1)記載の成膜方
法。 (4)前記基板が、α−SiCの単結晶基板以外の異種
単結晶基板であることを特徴とする前記(1)記載の成
膜方法。 (5)前記(1)から(4)のいずれかに記載の薄膜の
作製方法で作製したことを特徴とする、α−SiCの単
結晶基板以外の異種単結晶基板上に成膜された高温相の
α−SiCヘテロエピタキシャル薄膜。
The present invention for solving the above-mentioned problems comprises the following technical means. (1) A method for producing an α-SiC epitaxial thin film, which is a high-temperature phase α-SiC in a low-pressure inert gas atmosphere.
The method of producing an α-SiC epitaxial thin film, which comprises producing an α-SiC epitaxial thin film by irradiating the target with a pulse laser to evaporate (ablate) the target and deposit the target on a heated substrate. (2) The film forming method as described in (1) above, wherein the low-pressure inert gas is argon. (3) The film forming method as described in (1) above, wherein the target is a single crystal or polycrystal of α-SiC. (4) The film forming method according to (1), wherein the substrate is a heterogeneous single crystal substrate other than the α-SiC single crystal substrate. (5) A high temperature formed on a heterogeneous single crystal substrate other than an α-SiC single crystal substrate, which is produced by the method for producing a thin film according to any one of (1) to (4) above. Phase α-SiC heteroepitaxial thin film.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明は、低圧不活性ガスで満たした容器内
でα−SiCターゲットの表面にパルスレーザ光を集光
・照射してターゲットをアブレーションさせ、蒸発した
物質を加熱したサファイア基板等の異種単結晶基板上に
堆積させることにより前記目的を達成したものである。
本発明では、以下に述べる理由から、前記目的を達成す
るためにパルスレーザを用いたレーザアブレーション法
により成膜を行う。薄膜をエピタキシャル成長させるた
めには一定以上の熱エネルギーが必要である。このエネ
ルギーは、通常、基板温度をあげることにより供給され
る。α−SiC薄膜をCVD法等により膜と同じα−S
iC単結晶基板上にエピタキシャル成長させる場合には
1500℃以上の基板温度が必要である。これに対し
て、レーザアブレーション法では他の成膜方法と比較し
て、蒸発物質が高い運動エネルギー(数eV〜100e
V)を持つという特徴がある。この方法を用いることに
より、蒸発物質の持つ高い運動エネルギーの分だけ熱エ
ネルギー、つまり基板温度を下げることが可能となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the present invention will be described in more detail. The present invention is a heterogeneous single crystal substrate such as a sapphire substrate in which a pulsed laser beam is focused and irradiated on the surface of an α-SiC target in a container filled with a low-pressure inert gas to ablate the target, and the evaporated substance is heated. The above-mentioned object is achieved by depositing on the above.
In the present invention, film formation is performed by the laser ablation method using a pulse laser in order to achieve the above object for the following reasons. Thermal energy above a certain level is required for epitaxially growing a thin film. This energy is usually supplied by raising the substrate temperature. The α-SiC thin film is made the same as the α-S film by the CVD method or the like.
A substrate temperature of 1500 ° C. or higher is required for epitaxial growth on an iC single crystal substrate. On the other hand, in the laser ablation method, the kinetic energy (e.g.
It has the characteristic of having V). By using this method, it is possible to lower the thermal energy, that is, the substrate temperature, by the high kinetic energy of the evaporated substance.

【0008】本発明では、膜と同じ組成・結晶構造を持
つα−SiCの多結晶体あるいは単結晶体のターゲット
を用いる。アブレーションの過程ではパルスレーザの照
射によりターゲットの表面部分が瞬間的に剥離される。
そして、アブレーションされた粒子がターゲットの組成
をほとんど保ったまま基板上へ堆積し、目的とするα−
SiCの薄膜が得られる。
In the present invention, a polycrystalline or single crystal target of α-SiC having the same composition and crystal structure as the film is used. In the process of ablation, the surface portion of the target is instantaneously peeled off by the irradiation of the pulsed laser.
Then, the ablated particles are deposited on the substrate while maintaining the composition of the target, and the target α-
A thin film of SiC is obtained.

【0009】しかし、真空中でα−SiCターゲットを
用いてレーザアブレーション法により成膜を行っても、
例えば、約800℃という低い基板温度ではエピタキシ
ャル薄膜を作製することはできなかった。本発明は、低
圧不活性ガス雰囲気中で成膜を行うことによりα−Si
Cヘテロエピタキシャル薄膜の作製を可能にするもので
ある。本発明では、低圧不活性ガスとして、1×10-3
Pa〜200Paのアルゴン、ネオン、ヘリウム、キセ
ノン、クリプトン等が用いられる。低圧不活性ガス雰囲
気中でアブレーションを行うことによる効果として、次
の2つが考えられる。第1は、蒸発した物質の粒子と不
活性ガス分子との衝突により運動エネルギーの低い粒子
成分が散乱され、その結果、結晶成長に十分な高い運動
エネルギーを持った粒子のみが選択的に基板表面まで到
達することができるようになり、膜のエピタキシャル化
が促進される。第2は、高い運動エネルギーを持った蒸
発物質がガス分子と衝突することによりプラズマ状態に
励起され、この蒸発物質の活性化状態が成膜プロセスの
低温化に大きく寄与する。
However, even if a film is formed by a laser ablation method using an α-SiC target in vacuum,
For example, an epitaxial thin film could not be formed at a substrate temperature as low as about 800 ° C. In the present invention, α-Si is formed by forming a film in a low pressure inert gas atmosphere.
This makes it possible to produce a C heteroepitaxial thin film. In the present invention, the low pressure inert gas is 1 × 10 −3
Pa to 200 Pa argon, neon, helium, xenon, krypton, etc. are used. The following two can be considered as the effect of performing ablation in a low pressure inert gas atmosphere. First, the particles of the evaporated material and the inert gas molecules collide with each other to scatter the particle components having a low kinetic energy, and as a result, only the particles having a high kinetic energy for crystal growth are selectively formed on the substrate surface. Can be reached, and the epitaxialization of the film is promoted. Second, the vaporized substance having a high kinetic energy collides with gas molecules to be excited into a plasma state, and the activated state of the vaporized substance greatly contributes to lowering the temperature of the film forming process.

【0010】上記手段により、基板材料として非常に高
価なSiC単結晶基板を用いなくても、より安価なサフ
ァイア等の異種単結晶基板を用いて、約800℃の低い
基板温度でα−SiCエピタキシャルを作製することが
できる。基板としては、α−SiC単結晶基板以外の異
種単結晶基板が用いられ、例えば、サファイア、シリコ
ン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等が用
いられる。基板は、800〜1200℃、より好ましく
は820〜1000℃に加熱する。
By the above means, even if a very expensive SiC single crystal substrate is not used as the substrate material, an α-SiC epitaxial film can be formed at a low substrate temperature of about 800 ° C. by using a cheaper heterogeneous single crystal substrate such as sapphire. Can be produced. As the substrate, a heterogeneous single crystal substrate other than the α-SiC single crystal substrate is used, and for example, sapphire, silicon, magnesium oxide, strontium titanate or the like is used. The substrate is heated to 800-1200 ° C, more preferably 820-1000 ° C.

【0011】パルスレーザ光としては、Nd:YAGパ
ルスレーザやエキシマレーザからの高出力紫外線光が用
いられる。蒸着時間は、約5〜60分であり、必要な膜
厚により増減させる。本発明の方法により、α−SiC
の単結晶基板以外のより低融点の異種単結晶基板上に成
膜された高温相のα−SiCヘテロエピタキシャル薄膜
が作製される。低圧不活性ガス雰囲気中で成膜を行うこ
とで従来よりも低い温度で成膜が可能となったことの理
由として、低圧不活性ガスがバッファとして働き結晶成
長に十分な高いエネルギーを持った粒子のみが選択的に
基板面までに到達できるためなどが考えられる。。
As the pulsed laser light, high-power ultraviolet light from Nd: YAG pulsed laser or excimer laser is used. The vapor deposition time is about 5 to 60 minutes, and can be increased or decreased depending on the required film thickness. According to the method of the present invention, α-SiC
A high-temperature phase α-SiC heteroepitaxial thin film formed on a heterogeneous single crystal substrate having a lower melting point than the single crystal substrate of No. The reason why film formation is possible at a lower temperature than before by performing film formation in a low-pressure inert gas atmosphere is that low-pressure inert gas acts as a buffer and particles with sufficiently high energy for crystal growth. It is conceivable that only the substrate can selectively reach the substrate surface. .

【0012】[0012]

【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は、以下の実施例により何ら限定され
るものではない。 実施例 本実施例ではエピタキシャル薄膜の作製方法及び該方法
を用いて得られるα−SiCエピタキシャル薄膜の一実
施形態を図面により詳細に説明する。エピタキシャル薄
膜を作製する装置として、図1に示す10-9Pa台まで
真空引きが可能であり、且つ不活性ガス導入系を備えた
高真空チャンバーを用い、パルスレーザとして、Nd:
YAGパルスレーザ(第4高調波)を用いた。本発明の
一実施形態として、(001)面のサファイア単結晶基
板上に該成膜を行う例を示す。まず初めに、容器1を真
空排気系(ターボ分子ポンプとロータリーポンプ)を用
いて6.0×10-7Torrまで真空引きし、その後、
不活性ガス(アルゴン)を50Paまで導入した(図
1)。パルスレーザ光にはNd:YAGレーザ第4高調
波の紫外線(波長266nm)を用いた。パルス周波数
は2Hzである。パルスレーザ光を集光装置6(石英製
凸レンズ等)を用いて集光し、光導入用窓5(石英等)
を通してターゲット4上に照射してターゲットを蒸発
(アブレーション)させ、基板上に薄膜を堆積させた。
ターゲット4にはα−SiCの焼結体を用いた。ターゲ
ット上でのレーザエネルギー密度は20J/cm2 であ
る。ターゲットの1カ所にレーザビームが集中し損傷す
るのを防ぐために、レーザ照射中はターゲットを回転さ
せた。ターゲットに対向して基板ヒータ2を置き、ヒー
タ面に基板3を固定して820℃に加熱した。基板3に
はサファイア(001)面単結晶を用いた。蒸着時間は
30分とした。
EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples. Example In this example, an embodiment of a method for producing an epitaxial thin film and an α-SiC epitaxial thin film obtained by using the method will be described in detail with reference to the drawings. As an apparatus for producing an epitaxial thin film, a high vacuum chamber capable of vacuuming up to the order of 10 −9 Pa shown in FIG. 1 and equipped with an inert gas introduction system is used, and Nd:
A YAG pulse laser (4th harmonic) was used. As one embodiment of the present invention, an example of forming the film on a (001) plane sapphire single crystal substrate is shown. First, the container 1 is evacuated to 6.0 × 10 −7 Torr using a vacuum exhaust system (a turbo molecular pump and a rotary pump), and then,
Inert gas (argon) was introduced up to 50 Pa (Fig. 1). Ultraviolet (wavelength 266 nm) of the fourth harmonic of Nd: YAG laser was used as the pulsed laser light. The pulse frequency is 2 Hz. The pulsed laser light is condensed using a condenser 6 (convex lens made of quartz, etc.), and a window 5 for introducing light (quartz, etc.)
The target 4 is irradiated through the target 4 to evaporate (ablate) the target to deposit a thin film on the substrate.
An α-SiC sintered body was used for the target 4. The laser energy density on the target is 20 J / cm 2 . The target was rotated during laser irradiation in order to prevent the laser beam from being concentrated and damaged at one location on the target. The substrate heater 2 was placed facing the target, and the substrate 3 was fixed on the heater surface and heated to 820 ° C. A sapphire (001) plane single crystal was used for the substrate 3. The vapor deposition time was 30 minutes.

【0013】図2は、サファイアAl23 (001)
基板上に成膜を行ったSiC薄膜についてθ−2θ掃引
により測定したX線回折図である。基板のピークの他に
α−SiCの(001)面による回折ピークが観察され
る。また、α−SiCによる(001)面以外からの他
のピークは検出されなかった。この膜が配向膜であるか
を調べるために、このα−SiC(001)面からのピ
ークについて更にω掃引によるX線回折測定を行った。
その結果、配向膜に対して特徴的にみられるピークを持
った回折パターンが得られた(図3)。これらの結果か
ら、この薄膜が基板に垂直にc軸配向したα−SiC膜
であることが分かる。
FIG. 2 shows sapphire Al 2 O 3 (001)
FIG. 3 is an X-ray diffraction diagram of a SiC thin film formed on a substrate, measured by θ-2θ sweep. In addition to the peak of the substrate, a diffraction peak due to the (001) plane of α-SiC is observed. Further, other peaks other than the (001) plane due to α-SiC were not detected. In order to investigate whether this film was an alignment film, X-ray diffraction measurement by ω sweep was further performed on the peak from the α-SiC (001) plane.
As a result, a diffraction pattern having a peak characteristic of the alignment film was obtained (FIG. 3). From these results, it can be seen that this thin film is an α-SiC film that is c-axis oriented perpendicular to the substrate.

【0014】次に、図4に、反射型高速電子線回折(R
HEED)による表面観察の結果を示す。図中、
(a)、(b)は、蒸着を行う前のサファイア単結晶基
板の(001)面のRHEED回折パターンである。電
子線の入射方向はそれぞれ[100]、[210]であ
る。基板表面の六方平面格子から期待されるように、3
0度異なるこれらの2方向で対称的なストリークを有す
る回折パターンがみられ、60度周期を持って観測され
る。成膜後、基板[100]方向のRHEED回折パタ
ーンは図(c)のように変化した。他方、[210]方
向では図(d)の回折パターンが得られた。30度毎に
異なる方向で2種類の異なるパターン(図(c)及び
(d))が見られることから、作製した膜も基板と同じ
6回対称性を持っていることが分かる。また、図(c)
及び(d)の回折スポットの間隔から、膜のa軸の格子
定数は約3.02Åと見積もられる。これは、α−Si
Cの格子定数(a=3.08Å)と誤差の範囲内で一致
する。これらの結果は、作製した薄膜が面内配向をして
いることを示している。
Next, FIG. 4 shows a reflection type high-speed electron diffraction (R
The result of the surface observation by HEED) is shown. In the figure,
(A) and (b) are RHEED diffraction patterns of the (001) plane of the sapphire single crystal substrate before vapor deposition. The incident directions of the electron beam are [100] and [210], respectively. As expected from the hexagonal plane lattice on the substrate surface, 3
A diffraction pattern having a streak symmetrical in these two directions, which are different by 0 degree, is observed and observed with a 60 degree period. After film formation, the RHEED diffraction pattern in the substrate [100] direction changed as shown in FIG. On the other hand, in the [210] direction, the diffraction pattern of FIG. Since two different patterns (FIGS. (C) and (d)) are seen in different directions every 30 degrees, it can be seen that the manufactured film also has the same 6-fold symmetry as the substrate. Also, Figure (c)
From the distance between the diffraction spots of (d) and (d), the lattice constant of the a-axis of the film is estimated to be about 3.02Å. This is α-Si
It matches the lattice constant of C (a = 3.08Å) within the error range. These results indicate that the produced thin film has in-plane orientation.

【0015】以上のX線回折による面垂直配向及び反射
型高速電子線回折(RHEED)による面内配向の結果
から、本発明による方法を用いることにより、820℃
の低い基板温度で、SiC単結晶を用いなくともサファ
イア(001)面単結晶基板等の異種単結晶基板上にα
−SiCのエピタキシャル薄膜を作製できることが分か
った。
From the results of the above-mentioned plane vertical alignment by X-ray diffraction and in-plane alignment by reflection type high-energy electron diffraction (RHEED), it is possible to use the method of the present invention at 820 ° C.
At a low substrate temperature of α even on a heterogeneous single crystal substrate such as a sapphire (001) plane single crystal substrate without using a SiC single crystal.
It was found that an epitaxial thin film of —SiC can be produced.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アルゴ
ン等の低圧不活性ガス雰囲気中で、α−SiCをターゲ
ットに用いたレーザアブレーション法で成膜を行う方法
とそれにより得られるα−SiCヘテロエピタキシャル
薄膜に係るものであり、本発明により、1)SiC単結
晶を用いなくてもサファイア単結晶基板等の安価な異種
単結晶基板上に約800℃の極めて低い基板温度でα−
SiCのヘテロエピタキシャル薄膜を作製することがで
きる、2)本発明の成膜方法及び本方法により作製した
α−SiCエピタキシャル薄膜を用いれば、これまで高
価なSiC単結晶基板上に高い基板温度で作製を行って
きたSiC半導体素子構造を安価な基板上に簡便な装置
で作製することが可能となる、という格別の効果が奏さ
れる。
As described above, the present invention provides a method of forming a film by a laser ablation method using α-SiC as a target in an atmosphere of a low pressure inert gas such as argon, and an α-obtained thereby. The present invention relates to a SiC heteroepitaxial thin film, and according to the present invention, 1) without using a SiC single crystal, on an inexpensive dissimilar single crystal substrate such as a sapphire single crystal substrate, at a very low substrate temperature of about 800 ° C.
A heteroepitaxial thin film of SiC can be produced. 2) By using the film forming method of the present invention and the α-SiC epitaxial thin film produced by the present method, it can be produced on a previously expensive SiC single crystal substrate at a high substrate temperature. It is possible to produce the SiC semiconductor element structure which has been performed on an inexpensive substrate with a simple device, which is a particular effect.

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

【図1】本発明の一実施形態によるα−SiCエピタキ
シャル薄膜の作製方法に用いる装置の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an apparatus used in a method for producing an α-SiC epitaxial thin film according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態によりサファイア(00
1)単結晶基板上に作製したα−SiCエピタキシャル
薄膜のθ−2θ掃引により測定したX線回折図である。
FIG. 2 illustrates sapphire (00
1) An X-ray diffraction diagram of an α-SiC epitaxial thin film formed on a single crystal substrate, measured by θ-2θ sweep.

【図3】図2で観察されたSiC(001)からの回折
ピークについてω掃引により測定したX線回折図であ
る。
FIG. 3 is an X-ray diffraction diagram of a diffraction peak from SiC (001) observed in FIG. 2 measured by ω sweep.

【図4】サファイア基板(001)面上で30度だけ異
なる2つの方向(a)、(b)の反射型高速電子線回折
(RHEED)による回折パターン、及び本発明の一実
施形態により同基板上に作製したα−SiCエピタキシ
ャル膜の同2方向でのRHEEDパターンである。
FIG. 4 is a diffraction pattern by reflection high-energy electron diffraction (RHEED) in two directions (a) and (b) different by 30 degrees on the sapphire substrate (001) surface, and the same substrate according to an embodiment of the present invention. It is a RHEED pattern in the same two directions of the alpha-SiC epitaxial film produced above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 容器(低圧の不活性ガス雰囲気に保った真空チャン
バー等の容器) 2 基板ヒータ 3 基板(サファイア(001)基板等) 4 ターゲット(α−SiC) 5 光導入窓(石英等) 6 集光装置(石英製凸レンズ等)
1 container (a container such as a vacuum chamber kept in a low pressure inert gas atmosphere) 2 substrate heater 3 substrate (sapphire (001) substrate etc.) 4 target (α-SiC) 5 light introduction window (quartz etc.) 6 light concentrator (Convex lens made of quartz, etc.)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 BE08 DA03 EA05 EA06 ED06 SB10 4K029 AA04 AA07 BA56 BB10 CA01 DB05 DB20 5F103 AA10 BB23 BB55 DD17 HH04 NN01 RR10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 4G077 AA03 BE08 DA03 EA05 EA06                       ED06 SB10                 4K029 AA04 AA07 BA56 BB10 CA01                       DB05 DB20                 5F103 AA10 BB23 BB55 DD17 HH04                       NN01 RR10

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 α−SiCエピタキシャル薄膜を作製す
る方法であって、低圧不活性ガス雰囲気中で高温相のα
−SiCのターゲットにパルスレーザを照射してターゲ
ットを蒸発(アブレーション)させ、加熱した基板上に
堆積させることによりα−SiCのエピタキシャル薄膜
を作製することを特徴とするα−SiCエピタキシャル
薄膜の作製方法。
1. A method for producing an α-SiC epitaxial thin film, comprising a high-temperature phase α in a low-pressure inert gas atmosphere.
A method for producing an α-SiC epitaxial thin film, which comprises producing an α-SiC epitaxial thin film by irradiating a pulsed laser on the SiC target to evaporate (ablate) the target and deposit the target on a heated substrate. .
【請求項2】 前記低圧不活性ガスが、アルゴンである
ことを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
2. The film forming method according to claim 1, wherein the low-pressure inert gas is argon.
【請求項3】 前記ターゲットが、α−SiCの単結晶
体又は多結晶体であることを特徴とする請求項1記載の
成膜方法。
3. The film forming method according to claim 1, wherein the target is a single crystal or a polycrystal of α-SiC.
【請求項4】 前記基板が、α−SiCの単結晶基板以
外の異種単結晶基板であることを特徴とする請求項1記
載の成膜方法。
4. The film forming method according to claim 1, wherein the substrate is a heterogeneous single crystal substrate other than an α-SiC single crystal substrate.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の薄膜
の作製方法で作製したことを特徴とする、α−SiCの
単結晶基板以外の異種単結晶基板上に成膜された高温相
のα−SiCヘテロエピタキシャル薄膜。
5. A high temperature phase formed on a heterogeneous single crystal substrate other than an α-SiC single crystal substrate, which is produced by the method for producing a thin film according to any one of claims 1 to 4. Α-SiC heteroepitaxial thin film.
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