JP3219832B2 - 炭化珪素薄膜の作製方法 - Google Patents
炭化珪素薄膜の作製方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は切削工具の寿命および切
削性向上の為のコーティング膜や半導体素子の一部およ
び半導体素子本体として用いられる無定形または結晶性
を有する炭化珪素薄膜の作製方法に関する。
削性向上の為のコーティング膜や半導体素子の一部およ
び半導体素子本体として用いられる無定形または結晶性
を有する炭化珪素薄膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素は炭素と珪素が１対１で共有結
合した物質である。その結晶構造においてダイヤモンド
と同じ閃亜鉛鉱型もしくはウルツ型を取る物質であり、
六方晶ダイヤモンド（＝ウルツ型）に対応するα型と立
方晶すなわち一般のダイヤモンド（＝閃亜鉛鉱型）に対
応するβ型が良く知られている。
合した物質である。その結晶構造においてダイヤモンド
と同じ閃亜鉛鉱型もしくはウルツ型を取る物質であり、
六方晶ダイヤモンド（＝ウルツ型）に対応するα型と立
方晶すなわち一般のダイヤモンド（＝閃亜鉛鉱型）に対
応するβ型が良く知られている。
【０００３】従来、結晶性（無定形（アモルファス＝非
晶質）構造ではない粒径50Å〜１μｍの多結晶構造）炭
化珪素薄膜を化学的気相成長法（以下ＣＶＤ法）によっ
て作製する際に用いる原料ガスは、シランやジシランな
どの水素化珪素、メタンやエタンなどの炭化水素および
水素の混合ガスを用いるＳｉ−Ｃ−Ｈ系、四塩化珪素、
六塩化二珪素などの塩化珪素（主として常温常圧では液
体である）、メタンやエタンなどの炭化水素および水素
の混合ガスを用いるＳｉ−Ｃ−Ｃｌ−Ｈ系が知られてい
る。
晶質）構造ではない粒径50Å〜１μｍの多結晶構造）炭
化珪素薄膜を化学的気相成長法（以下ＣＶＤ法）によっ
て作製する際に用いる原料ガスは、シランやジシランな
どの水素化珪素、メタンやエタンなどの炭化水素および
水素の混合ガスを用いるＳｉ−Ｃ−Ｈ系、四塩化珪素、
六塩化二珪素などの塩化珪素（主として常温常圧では液
体である）、メタンやエタンなどの炭化水素および水素
の混合ガスを用いるＳｉ−Ｃ−Ｃｌ−Ｈ系が知られてい
る。
【０００４】また気相からの結晶性炭化珪素膜の合成を
するためのＣＶＤ法として熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法等が用いられている。
するためのＣＶＤ法として熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法等が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】熱ＣＶＤ法ではバルク
成長する結晶性炭化珪素を作製することができ、切削工
具などのコーティング方法として用いられることが多い
が、熱ＣＶＤ法を用いてその際の雰囲気温度および基体
温度は１０００℃以上であり、成膜基体には耐熱性にお
いて限定が加えられてしまう。
成長する結晶性炭化珪素を作製することができ、切削工
具などのコーティング方法として用いられることが多い
が、熱ＣＶＤ法を用いてその際の雰囲気温度および基体
温度は１０００℃以上であり、成膜基体には耐熱性にお
いて限定が加えられてしまう。
【０００６】またＥＣＲ型プラズマＣＶＤ法において結
晶性炭化珪素膜が得られた報告においては成膜速度が４
Å／ｓであり非常に遅い。
晶性炭化珪素膜が得られた報告においては成膜速度が４
Å／ｓであり非常に遅い。
【０００７】またプラズマＣＶＤ法および光ＣＶＤ法で
は、半導体素子の一部や半導体素子本体の電子材料とし
て用いられる無定形（アモルファス＝非晶質）構造の炭
化珪素膜が３００℃以下の比較的低い基板温度で成膜さ
れるが、その温度で結晶性を有する膜の成膜は困難であ
った。特に光ＣＶＤ法を用いて炭化珪素膜を作製する
と、膜中にＨを含有したアモルファス膜になることが知
られている。
は、半導体素子の一部や半導体素子本体の電子材料とし
て用いられる無定形（アモルファス＝非晶質）構造の炭
化珪素膜が３００℃以下の比較的低い基板温度で成膜さ
れるが、その温度で結晶性を有する膜の成膜は困難であ
った。特に光ＣＶＤ法を用いて炭化珪素膜を作製する
と、膜中にＨを含有したアモルファス膜になることが知
られている。
【０００８】また従来のプラズマＣＶＤ法による炭化珪
素膜成膜方法の多くは常に炭化水素ガスを用いている
が、炭化水素ガス（例えばＣＨ4 ）から生じた炭素ラジ
カルは三配位の平面状になることが多く、四配位の炭素
と珪素から構成されるべき炭化珪素結晶としては質が良
くないものが多かった。もしも炭化水素ガスを用いて膜
質向上を考えるのであれば、基体を高温にしなければな
らない。そのため、熱ＣＶＤ法と同様に耐熱性に乏しい
物質上には成膜することができない。さらに、炭化珪素
と熱膨張率の極端に違う物質上では成膜後の応力により
剥離する可能性が高くなる。
素膜成膜方法の多くは常に炭化水素ガスを用いている
が、炭化水素ガス（例えばＣＨ4 ）から生じた炭素ラジ
カルは三配位の平面状になることが多く、四配位の炭素
と珪素から構成されるべき炭化珪素結晶としては質が良
くないものが多かった。もしも炭化水素ガスを用いて膜
質向上を考えるのであれば、基体を高温にしなければな
らない。そのため、熱ＣＶＤ法と同様に耐熱性に乏しい
物質上には成膜することができない。さらに、炭化珪素
と熱膨張率の極端に違う物質上では成膜後の応力により
剥離する可能性が高くなる。
【０００９】また、半導体における電子素子として使用
に耐え得るほど膜質の良い炭化珪素膜も作製されていな
い。
に耐え得るほど膜質の良い炭化珪素膜も作製されていな
い。
【００１０】
【発明の目的】本発明はプラズマＣＶＤ法を用いて無定
形または結晶性を有する高膜質な炭化珪素薄膜を低温に
て高速に成膜することを目的とする。
形または結晶性を有する高膜質な炭化珪素薄膜を低温に
て高速に成膜することを目的とする。
【００１１】
【問題を解決する手段】上記の目的を達成するために、
本発明はプラズマを用いた化学気相成長法を用いて無定
形もしくは結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製するに際
し、炭素源として炭素のハロゲン化合物と、珪素源とし
て珪素のハロゲン化合物を原料ガスとして用いることを
特徴としている。
本発明はプラズマを用いた化学気相成長法を用いて無定
形もしくは結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製するに際
し、炭素源として炭素のハロゲン化合物と、珪素源とし
て珪素のハロゲン化合物を原料ガスとして用いることを
特徴としている。
【００１２】上記の構成により、高膜質な無定形または
結晶性炭化珪素薄膜を低温かつ高成膜速度にて作製する
ことができる。
結晶性炭化珪素薄膜を低温かつ高成膜速度にて作製する
ことができる。
【００１３】本発明者らは鋭意研究を重ねてきたが、そ
の結果ハロゲン（フッ素、塩素）ガスまたはハロゲン
（フッ素、塩素、臭素、沃素）化合物、好ましくはフッ
素系ガスを反応ガスとして用いれば、従来では無定形構
造の膜しか成膜され得なかった低基体温度において結晶
性の良好な炭化珪素薄膜を高速に作製できることを見い
だした。
の結果ハロゲン（フッ素、塩素）ガスまたはハロゲン
（フッ素、塩素、臭素、沃素）化合物、好ましくはフッ
素系ガスを反応ガスとして用いれば、従来では無定形構
造の膜しか成膜され得なかった低基体温度において結晶
性の良好な炭化珪素薄膜を高速に作製できることを見い
だした。
【００１４】これは従来用いてきた水素化合物、例えば
シラン、ジシラン、メタンなどから生じた炭素・珪素ラ
ジカルは前述の様に三配位すなわち平面状になるが、ハ
ロゲン化合物すなわち四フッ化炭素、四塩化炭素、四フ
ッ化珪素、四塩化珪素等の場合は閃亜鉛鉱型やウルツ型
構造において取られている四配位すなわち三角錐状にな
るためだと考えられる。
シラン、ジシラン、メタンなどから生じた炭素・珪素ラ
ジカルは前述の様に三配位すなわち平面状になるが、ハ
ロゲン化合物すなわち四フッ化炭素、四塩化炭素、四フ
ッ化珪素、四塩化珪素等の場合は閃亜鉛鉱型やウルツ型
構造において取られている四配位すなわち三角錐状にな
るためだと考えられる。
【００１５】また、四塩化珪素は反応ガスとして既に用
いられているが、その成膜例では必ずしも低温度雰囲気
において結晶性に富んだ炭化珪素薄膜の成膜に成功して
いない。本発明者らの研究によればその理由は、珪素原
料として四塩化珪素を用いるのであれば、炭素原料とし
てもハロゲン化合物を組み合わせる必要があることによ
る。
いられているが、その成膜例では必ずしも低温度雰囲気
において結晶性に富んだ炭化珪素薄膜の成膜に成功して
いない。本発明者らの研究によればその理由は、珪素原
料として四塩化珪素を用いるのであれば、炭素原料とし
てもハロゲン化合物を組み合わせる必要があることによ
る。
【００１６】すなわち炭素源としてのハロゲン化合物の
種類に関する選択も重要であることが明らかになった。
我々の研究では、四フッ化炭素・四塩化炭素のように四
配位単分子のガスを使用した場合のラジカル生成エネル
ギーは必ずしも低いとは言えず、分子構造のバランスに
若干偏りが見られるガスを使用することによって初め
て、従来は無定形構造の炭化珪素膜しか作製し得なかっ
た低温において結晶性に優れた炭化珪素膜を作製できる
ことがわかった。また炭素源ガスとしてはＣＨＦ3 が最
も好ましかった。また本方法により成膜速度の大幅な高
速化を図ることができた。
種類に関する選択も重要であることが明らかになった。
我々の研究では、四フッ化炭素・四塩化炭素のように四
配位単分子のガスを使用した場合のラジカル生成エネル
ギーは必ずしも低いとは言えず、分子構造のバランスに
若干偏りが見られるガスを使用することによって初め
て、従来は無定形構造の炭化珪素膜しか作製し得なかっ
た低温において結晶性に優れた炭化珪素膜を作製できる
ことがわかった。また炭素源ガスとしてはＣＨＦ3 が最
も好ましかった。また本方法により成膜速度の大幅な高
速化を図ることができた。
【００１７】故にハロゲン化合物ガス種は、ラジカル生
成に必要なエネルギーから選択されるべきであり、それ
らの条件を満足してガス種の選択を行えば、低温雰囲気
および低温基体温度で良質の結晶性炭化珪素薄膜を作製
することができ、特にクリーン度の高いプラズマＣＶＤ
法における高膜質低温高速成膜が可能となった。以下実
施例によって本発明を説明する。
成に必要なエネルギーから選択されるべきであり、それ
らの条件を満足してガス種の選択を行えば、低温雰囲気
および低温基体温度で良質の結晶性炭化珪素薄膜を作製
することができ、特にクリーン度の高いプラズマＣＶＤ
法における高膜質低温高速成膜が可能となった。以下実
施例によって本発明を説明する。
【００１８】
「実施例１」プラズマプロセスには、比較的低圧力でお
こなわれるマイクロ波プラズマＣＶＤ法や有磁場プラズ
マＣＶＤ法があり、更に圧力の高い（大気圧に近い）領
域でのＤＣプラズマ、アークプラズマ、燃焼炎等を用い
る方法がある。また低圧プロセスにおいては更に低圧
（１００Torr以下）の領域で成膜するものと中低圧（１
００Torr〜大気圧）の領域で成膜するものに分けられ
る。
こなわれるマイクロ波プラズマＣＶＤ法や有磁場プラズ
マＣＶＤ法があり、更に圧力の高い（大気圧に近い）領
域でのＤＣプラズマ、アークプラズマ、燃焼炎等を用い
る方法がある。また低圧プロセスにおいては更に低圧
（１００Torr以下）の領域で成膜するものと中低圧（１
００Torr〜大気圧）の領域で成膜するものに分けられ
る。
【００１９】この方法ではマイクロ波を反応管に導入
し、反応ガスを導入し、排気する構成を持っており、マ
イクロ波によって反応ガスを励起して活性種を形成し成
膜を行う。マイクロ波の発振周波数は2.45ＧＨｚが良く
用いられている。反応容器の圧力は10〜200Torr に保た
れている。
し、反応ガスを導入し、排気する構成を持っており、マ
イクロ波によって反応ガスを励起して活性種を形成し成
膜を行う。マイクロ波の発振周波数は2.45ＧＨｚが良く
用いられている。反応容器の圧力は10〜200Torr に保た
れている。
【００２０】マイクロ波を用いてプラズマを形成する方
法にはさらに条件によってマイクロ波と磁界の相互作用
を利用して、反応圧力が0.1Torr より高い場合に起こる
現象であるＭＣＲ（Mixed Cyclotron Resonance)を用い
る有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法や、反応圧力が0.
1Torr 以下と非常に低い場合に起きる現象であるＥＣＲ
プラズマＣＶＤ法等がある。
法にはさらに条件によってマイクロ波と磁界の相互作用
を利用して、反応圧力が0.1Torr より高い場合に起こる
現象であるＭＣＲ（Mixed Cyclotron Resonance)を用い
る有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法や、反応圧力が0.
1Torr 以下と非常に低い場合に起きる現象であるＥＣＲ
プラズマＣＶＤ法等がある。
【００２１】本実施例においては図１に示したプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて炭化珪素膜の合成・成膜を試みた。
本装置は所謂ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置であり、マイク
ロ波（２．４５ＧＨｚ）と磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）の
相互作用を用いて、高真空条件下において反応ガスを効
率良く励起させることができる。
ＣＶＤ装置を用いて炭化珪素膜の合成・成膜を試みた。
本装置は所謂ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置であり、マイク
ロ波（２．４５ＧＨｚ）と磁場（８７５Ｇａｕｓｓ）の
相互作用を用いて、高真空条件下において反応ガスを効
率良く励起させることができる。
【００２２】このＥＣＲプラズマは、高真空における成
膜プロセスに広く用いられており、クリーンに大面積成
膜を行うことができ、例えば薄膜素子製造等には非常に
有効な方法と言える。勿論多結晶炭化珪素薄膜の作製も
試みられているが、従来技術において述べた様に成膜速
度が著しく遅いという欠点があった。
膜プロセスに広く用いられており、クリーンに大面積成
膜を行うことができ、例えば薄膜素子製造等には非常に
有効な方法と言える。勿論多結晶炭化珪素薄膜の作製も
試みられているが、従来技術において述べた様に成膜速
度が著しく遅いという欠点があった。
【００２３】本発明者らはこのクリーンプロセス向きの
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いて適切なハロゲン系の原
料ガスを選択し、多結晶炭化珪素の成膜を試みた。反応
ガスとしてＳｉＦ4 １５ｃｃｍ、ＣＨＦ3 ６．０ｃｃｍ
を用いた。反応圧力はＥＣＲの効果が現れる低圧とする
必要があるために、５×１０-3Ｔｏｒｒとした。マイク
ロ波入力は４ｋＷ、基板温度はホルダー内部のシースヒ
ーター及び冷却水によって制御し１５０〜３００℃ここ
では１８０℃とした。基板はφ４インチＳｉウェハーを
用いて、磁場強度８７５Ｇａｕｓｓの位置に設置した。
ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いて適切なハロゲン系の原
料ガスを選択し、多結晶炭化珪素の成膜を試みた。反応
ガスとしてＳｉＦ4 １５ｃｃｍ、ＣＨＦ3 ６．０ｃｃｍ
を用いた。反応圧力はＥＣＲの効果が現れる低圧とする
必要があるために、５×１０-3Ｔｏｒｒとした。マイク
ロ波入力は４ｋＷ、基板温度はホルダー内部のシースヒ
ーター及び冷却水によって制御し１５０〜３００℃ここ
では１８０℃とした。基板はφ４インチＳｉウェハーを
用いて、磁場強度８７５Ｇａｕｓｓの位置に設置した。
【００２４】本発明の方法を用いて炭化珪素成膜を行う
場合は、副生成物としてのフッ化水素などの発生は避け
られない。従ってこれら副生成物と高温状態で接触する
反応容器は、従来多用された石英やステンレスを用いる
ことは困難である。そこで反応容器としてハロゲン系の
ガスと反応性が低く、また高温において構造材料に使用
出来る材料、具体的にはアルミナ・サファイヤ、乃至は
炭化珪素そのもの等セラミックス材料及びモネル・イン
コネル等耐酸化性金属材料を使用するのが好ましい。な
かでも炭化珪素焼結材料を使用すれば、不純物の混入が
著しく少なくなる。
場合は、副生成物としてのフッ化水素などの発生は避け
られない。従ってこれら副生成物と高温状態で接触する
反応容器は、従来多用された石英やステンレスを用いる
ことは困難である。そこで反応容器としてハロゲン系の
ガスと反応性が低く、また高温において構造材料に使用
出来る材料、具体的にはアルミナ・サファイヤ、乃至は
炭化珪素そのもの等セラミックス材料及びモネル・イン
コネル等耐酸化性金属材料を使用するのが好ましい。な
かでも炭化珪素焼結材料を使用すれば、不純物の混入が
著しく少なくなる。
【００２５】また基板材料に関しても同様の制約が生じ
る。基板としてはＳｉ・サファイヤ・アルミナ・モネル
・タングステンカーバイドその他の耐酸化性金属材料が
好ましい。
る。基板としてはＳｉ・サファイヤ・アルミナ・モネル
・タングステンカーバイドその他の耐酸化性金属材料が
好ましい。
【００２６】合成された炭化珪素膜は珪素がやや炭素よ
り多く含まれており、Ｃ／Ｓｉはおよそ０．９であっ
た。これはガス中のＣ／Ｓｉ比を反映していると考えら
れる。ＥＣＲ型の様な高活性条件においても、従来の様
な水素系のガスを使用した場合は、成膜温度特に基板
（基体）の温度が４００℃以上にならないと結晶性炭化
珪素膜は生成されなかったが、本実施例のＸＲＤの結果
およびＳＥＭ観察で認められたファセット（自形面）の
発達した表面形状から結晶性の炭化珪素膜が生成されて
いることがわかった。
り多く含まれており、Ｃ／Ｓｉはおよそ０．９であっ
た。これはガス中のＣ／Ｓｉ比を反映していると考えら
れる。ＥＣＲ型の様な高活性条件においても、従来の様
な水素系のガスを使用した場合は、成膜温度特に基板
（基体）の温度が４００℃以上にならないと結晶性炭化
珪素膜は生成されなかったが、本実施例のＸＲＤの結果
およびＳＥＭ観察で認められたファセット（自形面）の
発達した表面形状から結晶性の炭化珪素膜が生成されて
いることがわかった。
【００２７】従来の方法で結晶性炭化珪素膜を得るとき
は成膜速度が４Å／ｓ程度であり、かなり低くなければ
ならなかったが、本実施例では成膜速度は約１００Å／
ｓであり従来の２０倍以上であった。
は成膜速度が４Å／ｓ程度であり、かなり低くなければ
ならなかったが、本実施例では成膜速度は約１００Å／
ｓであり従来の２０倍以上であった。
【００２８】さらに本実施例では、８×１０-3〜１×１
０-4Torrの範囲で圧力による膜質の変化をＸＲＤの結果
から比較したところ、低圧にするほど結晶性が良好な炭
化珪素膜が生成されることがわかった。このことは低圧
においては電子が高エネルギーになりガスを高励起状態
にするためではないかと考えられる。
０-4Torrの範囲で圧力による膜質の変化をＸＲＤの結果
から比較したところ、低圧にするほど結晶性が良好な炭
化珪素膜が生成されることがわかった。このことは低圧
においては電子が高エネルギーになりガスを高励起状態
にするためではないかと考えられる。
【００２９】また炭化珪素膜成膜時にハロゲンガス即ち
フッ素、塩素、臭素等を微量添加することは有効であ
る。すなわち本実施例においては成膜時にフッ素ガスを
１ｃｃｍ以下添加することで成膜温度をさらに数十℃下
げることができ、また膜質の向上もみられた。
フッ素、塩素、臭素等を微量添加することは有効であ
る。すなわち本実施例においては成膜時にフッ素ガスを
１ｃｃｍ以下添加することで成膜温度をさらに数十℃下
げることができ、また膜質の向上もみられた。
【００３０】「比較例」本比較例においては実施例１と
同様に図１の装置を用いて炭化珪素膜の合成を試みた
が、炭素源ガスに非ハロゲン系のガスを用い、実施例１
と比較した。反応ガスとしてＳｉＦ4 １５ｃｃｍ、ＣＨ
4 ６．０ｃｃｍを用い、更にＨ2 ５０ｃｃｍと共に反応
容器に流した。反応圧力は実施例１と同様５×１０-3Ｔ
ｏｒｒとした。その他マイクロ波入力４ｋＷ、基板はφ
４インチＳｉウェハーを基板温度１５０〜３００℃ここ
では１８０℃で使用、磁場強度８７５Ｇａｕｓｓなども
実施例１と同様である。
同様に図１の装置を用いて炭化珪素膜の合成を試みた
が、炭素源ガスに非ハロゲン系のガスを用い、実施例１
と比較した。反応ガスとしてＳｉＦ4 １５ｃｃｍ、ＣＨ
4 ６．０ｃｃｍを用い、更にＨ2 ５０ｃｃｍと共に反応
容器に流した。反応圧力は実施例１と同様５×１０-3Ｔ
ｏｒｒとした。その他マイクロ波入力４ｋＷ、基板はφ
４インチＳｉウェハーを基板温度１５０〜３００℃ここ
では１８０℃で使用、磁場強度８７５Ｇａｕｓｓなども
実施例１と同様である。
【００３１】合成された炭化珪素膜は珪素と炭素の組成
比すなわちＣ／Ｓｉはおよそ０．６であった。これは気
相中の活性種組成比に対応していると考えられる。すな
わちＥＣＲ型の様な高活性条件においても、従来の様な
水素系のガスを使用した場合は、炭素活性種の濃度はハ
ロゲン系の場合に比べどうしても低くなってしまう為と
思われる。また成膜速度も６５Å／ｓと、炭素源・珪素
源共にハロゲン系とした場合に比べて著しく低かった。
ただし、ＸＲＤの結果および表面形状からは多結晶の炭
化珪素膜が生成されていると思われる。
比すなわちＣ／Ｓｉはおよそ０．６であった。これは気
相中の活性種組成比に対応していると考えられる。すな
わちＥＣＲ型の様な高活性条件においても、従来の様な
水素系のガスを使用した場合は、炭素活性種の濃度はハ
ロゲン系の場合に比べどうしても低くなってしまう為と
思われる。また成膜速度も６５Å／ｓと、炭素源・珪素
源共にハロゲン系とした場合に比べて著しく低かった。
ただし、ＸＲＤの結果および表面形状からは多結晶の炭
化珪素膜が生成されていると思われる。
【００３２】「実施例２」本実施例においては実施例
１、比較例と同様に図１の装置を用いて炭化珪素膜の合
成を試みたが、炭素源ガスのハロゲン系のガスを変更
し、実施例１と比較した。反応ガスとしてＳｉＦ4 １５
ｃｃｍ、ＣＨＣｌ3 ７．５ｃｃｍを用い、特に水素ガス
による希釈等は行わなかった。ＣＨＣｌ3 は常温で液体
であるため、液体ベーパーライザーを用いて気化し、実
験を行った。実験条件は反応圧力については実施例１と
同様５×１０-3Ｔｏｒｒとした。その他マイクロ波入力
４ｋＷ、基板はφ４インチＳｉウェハーを基板温度１５
０〜３００℃ここでは１８０℃で使用、磁場強度８７５
Ｇａｕｓｓなども実施例１と同様である。
１、比較例と同様に図１の装置を用いて炭化珪素膜の合
成を試みたが、炭素源ガスのハロゲン系のガスを変更
し、実施例１と比較した。反応ガスとしてＳｉＦ4 １５
ｃｃｍ、ＣＨＣｌ3 ７．５ｃｃｍを用い、特に水素ガス
による希釈等は行わなかった。ＣＨＣｌ3 は常温で液体
であるため、液体ベーパーライザーを用いて気化し、実
験を行った。実験条件は反応圧力については実施例１と
同様５×１０-3Ｔｏｒｒとした。その他マイクロ波入力
４ｋＷ、基板はφ４インチＳｉウェハーを基板温度１５
０〜３００℃ここでは１８０℃で使用、磁場強度８７５
Ｇａｕｓｓなども実施例１と同様である。
【００３３】合成された炭化珪素膜は珪素と炭素の組成
比すなわちＣ／Ｓｉはおよそ１．０であった。これはハ
ロゲン系の出発原料においてもガス種によって活性化エ
ネルギーに差があり、発生する活性種組成比に差が出る
ものと思われる。また成膜速度も１２０Å／ｓと、実施
例１に比べて向上しており、原料ガスの選択は非常に重
要であると思われる。ＸＲＤの結果および表面形状から
は結晶質の炭化珪素膜が生成されていた。
比すなわちＣ／Ｓｉはおよそ１．０であった。これはハ
ロゲン系の出発原料においてもガス種によって活性化エ
ネルギーに差があり、発生する活性種組成比に差が出る
ものと思われる。また成膜速度も１２０Å／ｓと、実施
例１に比べて向上しており、原料ガスの選択は非常に重
要であると思われる。ＸＲＤの結果および表面形状から
は結晶質の炭化珪素膜が生成されていた。
【００３４】「実施例３」本実施例では、図２に示す磁
場を用いないマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いた場
合の成膜例を述べる。本実施例の装置は、一般に用いら
れているチューブラー型のマイクロ波プラズマＣＶＤで
ある。また先の実施例と同様にハロゲンに対する耐性が
必要であるので、反応管材料はアルミナとした。
場を用いないマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いた場
合の成膜例を述べる。本実施例の装置は、一般に用いら
れているチューブラー型のマイクロ波プラズマＣＶＤで
ある。また先の実施例と同様にハロゲンに対する耐性が
必要であるので、反応管材料はアルミナとした。
【００３５】成膜条件は次の通りである。反応ガスは実
施例１と同様にＳｉＦ4 １５ｃｃｍとＣＨＦ3 ６．０ｃ
ｃｍを用いたが、水素５０ｃｃｍにより希釈し、反応管
内に流した。これは、ＥＣＲ条件に比べて不活性な条件
下においてもＳｉ−Ｆの結合を出来るだけ解離させるた
めである。チャンバー内圧力は１〜１００Torr、好まし
くは２０〜４０Torrとした。マイクロ波電力は１００〜
８００Ｗ、好ましくは４００〜６００Ｗとした。基板温
度はホルダー内部の冷却水によって冷却し１５０〜３０
０℃ここでは２５０℃程度になるようにした。周波数は
2.54ＧＨｚ、成膜時間は４時間とした。
施例１と同様にＳｉＦ4 １５ｃｃｍとＣＨＦ3 ６．０ｃ
ｃｍを用いたが、水素５０ｃｃｍにより希釈し、反応管
内に流した。これは、ＥＣＲ条件に比べて不活性な条件
下においてもＳｉ−Ｆの結合を出来るだけ解離させるた
めである。チャンバー内圧力は１〜１００Torr、好まし
くは２０〜４０Torrとした。マイクロ波電力は１００〜
８００Ｗ、好ましくは４００〜６００Ｗとした。基板温
度はホルダー内部の冷却水によって冷却し１５０〜３０
０℃ここでは２５０℃程度になるようにした。周波数は
2.54ＧＨｚ、成膜時間は４時間とした。
【００３６】基板材料はＳｉ、アルミナおよびモネルを
用いた。ただし基板材料には有機溶剤による脱脂洗浄を
除いて特に表面処理は行っていない。本装置において基
板４あるいは基板ホルダーの位置によって放電領域の形
状は変化する。
用いた。ただし基板材料には有機溶剤による脱脂洗浄を
除いて特に表面処理は行っていない。本装置において基
板４あるいは基板ホルダーの位置によって放電領域の形
状は変化する。
【００３７】成膜結果は次の通りであった。最大で約１
２０Å／ｓ程度の成膜速度が得られたが、ＸＲＤの結果
からは基板の中心部を除いては、アモルファス状の薄膜
となっていることがわかった。すなわち本実施例の方法
では局部的に高い成膜速度を得ることが出来るが、実施
例１〜２および比較例のように大面積で均一な炭化珪素
薄膜を得ることは困難であることが明らかになった。
２０Å／ｓ程度の成膜速度が得られたが、ＸＲＤの結果
からは基板の中心部を除いては、アモルファス状の薄膜
となっていることがわかった。すなわち本実施例の方法
では局部的に高い成膜速度を得ることが出来るが、実施
例１〜２および比較例のように大面積で均一な炭化珪素
薄膜を得ることは困難であることが明らかになった。
【００３８】近年バルク状炭化珪素を用いてｐｎ接合を
成功させて青色発光素子を作製したという報告がなされ
ているが、単結晶炭化珪素を得ることが困難なため非常
に高価な発光素子となっている。もし結晶性の薄膜状炭
化珪素を用いたｐｎ接合が達成されれば本発明方法を用
いて大量に発光素子を作製することができ、安価な青色
発光素子を作製することが可能となる。
成功させて青色発光素子を作製したという報告がなされ
ているが、単結晶炭化珪素を得ることが困難なため非常
に高価な発光素子となっている。もし結晶性の薄膜状炭
化珪素を用いたｐｎ接合が達成されれば本発明方法を用
いて大量に発光素子を作製することができ、安価な青色
発光素子を作製することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によりプラズマＣＶＤ法を用いて
無定形または結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製するに
際し、高膜質な炭化珪素薄膜を３００℃以下の低温にて
高速に成膜することができた。特にＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法による成膜では従来の２０倍以上も高速に成膜する
ことができた。
無定形または結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製するに
際し、高膜質な炭化珪素薄膜を３００℃以下の低温にて
高速に成膜することができた。特にＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法による成膜では従来の２０倍以上も高速に成膜する
ことができた。
【図１】実施例１、２および比較例におけるＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置の概略図である。
ズマＣＶＤ装置の概略図である。
【図２】実施例３におけるマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置の概略図である。
置の概略図である。
１ 反応ガス ２ マイクロ波 ３ 磁場コイル ４ 基板 ５ 基板ホルダー ６ 反応室 ７ 排気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−277775（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−135711（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 C01B 31/36
Claims (6)
- 【請求項１】有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用い
て結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製する方法におい
て、分子構造に対称性を有しない 炭素のハロゲン化合物と、
珪素のハロゲン化合物とを用いることを特徴とする炭化
珪素薄膜の作製方法。 - 【請求項２】有磁場マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用い
て結晶性を有する炭化珪素薄膜を作製する方法におい
て、分子構造に対称性を有しない 炭素のハロゲン化合物と、
珪素のハロゲン化合物と、ハロゲンガスとを用いること
を特徴とする炭化珪素薄膜の作製方法。 - 【請求項３】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いて結晶性を
有する炭化珪素薄膜を作製する方法において、分子構造に対称性を有しない 炭素のハロゲン化合物と、
珪素のハロゲン化合物とを用いることを特徴とする炭化
珪素薄膜の作製方法。 - 【請求項４】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用いて結晶性を
有する炭化珪素薄膜を作製する方法において、分子構造に対称性を有しない 炭素のハロゲン化合物と、
珪素のハロゲン化合物と、ハロゲンガスとを用いること
を特徴とする炭化珪素薄膜の作製方法。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項において、 前記炭素のハロゲン化合物と前記珪素のハロゲン化合物
のハロゲン元素はフッ素、塩素、臭素または沃素である
ことを特徴とする炭化珪素薄膜の作製方法。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか一項において、 前記炭素のハロゲン化合物は、ＣＨＦ3またはＣＨＣｌ3
を用いることを特徴とする炭化珪素薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09727392A JP3219832B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 炭化珪素薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09727392A JP3219832B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 炭化珪素薄膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05271947A JPH05271947A (ja) | 1993-10-19 |
| JP3219832B2 true JP3219832B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=14187924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09727392A Expired - Fee Related JP3219832B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 炭化珪素薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219832B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007329200A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-24 JP JP09727392A patent/JP3219832B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05271947A (ja) | 1993-10-19 |
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