JP3928989B2

JP3928989B2 - ＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法およびＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置

Info

Publication number: JP3928989B2
Application number: JP24345697A
Authority: JP
Inventors: 信行諸貫; 俊堀内; 三沢　　俊司; 憲一高木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2017-08-25
Also published as: JPH1171200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高真空下でのスパッタリングによってＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法、およびＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は高い硬度を有し、耐熱性に優れている上、エネルギーギャップ２．４ｅＶ（β型）〜３．３ｅＶ（α型）の半導体であることから、宇宙空間ないしは高温、高エネルギー線照射の環境下で使用する半導体デバイスの材料として、また高エネルギー線用のミラー、特に球面ミラーの材料として期待されており、ＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させる努力が続けられている。既に公開されている方法はＥＢ（電子線）銃による真空蒸着方法であり、他には常圧および減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）やプラズマを用いたＣＶＤ法がある。
【０００３】
ＥＢ銃を用いてＳｉやＳｉＣの単結晶を蒸発させ基板上に薄膜を形成させる真空蒸着方法は、“真空”、第２５巻、第１１号、７２７頁（１９８２）に記載されている。例えば、図８に示すように、真空チャンバ７１内において、アセチレン・ガスを導入した後、ＥＢ銃７２からの電子線７３によって「るつぼ」７４中のＳｉ単結晶７５を溶解し蒸発させ、基板ホルダー７６内のヒータ７７によって加熱されているＳｉ基板７８上にＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させる方法である。
【０００４】
プラズマＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法によるＳｉＣ薄膜の形成は“ＳｉＣおよび関連材料に関する国際会議の技術抄録”、ＩＣＳＣＲＭ−９５、京都、１９９５、Ｔｏｐ−４５，および“電子技術総合研究所彙報”、第５８巻、第２号、７３頁に記載されている。例えば、プラズマＣＶＤでは図９に示すように、真空チャンバ８１内にガス整流器を兼ねるカソード電極８２と、基板ホルダーを兼ねるアノード電極８６とが対向して平行に設置されており、カソード電極８２はＲＦ電源８３に接続され、アノード電極８６は接地されている。アノード電極８６にはヒータ８７が内蔵され、表面にはＳｉ基板８８が載置される。カソード電極８２から矢印のように供給される原料ガスとしてのＳｉＨ₄（シラン）ガスとＣ₃ Ｈ₈（プロパン）ガスとをＲＦ放電によってプラズマ化させ、Ｓｉ基板８８上にＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させる方法である。また、“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．（ジャーナル・オブ・アプライドイド・フィジックス）”、第７２巻、第５号、２０１１頁（１９９２）には、Ｓｉ₂ Ｈ₆（ジシラン）ガスとＣ₂ Ｈ₂ (アセチレン）ガスとを交互に導入してＳｉ基板上にＳｉＣエピタキシャル薄膜の形成されることが報告されている。
【０００５】
そのほか、マグネトロンスパッタ法でＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させる試みもある。マグネトロンスパッタ法は放射性の電子線を使用しない、反応性ガスを使用しない、原料としてのターゲットが容易に得られる、操作が比較的容易である、などの特徴を備えているので実用上は好ましいが、マグネトロンスパッタ法でのＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させる試みは現在のところ成功していない。その大きい理由は、ターゲットとＳｉ基板との距離が３０〜６０ｍｍと狭いので、その間に形成される高温のプラズマにＳｉＣエピタキシャル薄膜が直接に接触して損傷を受けること、および成膜圧力が１０^-2Ｔｏｒｒと比較的高く、材料ガスに含まれる不純物がＳｉＣのエピタキシャル成長を阻害し易いことによると考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＥＢ銃を使用する真空蒸着法ではＥＢ銃および「るつぼ」を含む蒸発源まわりからの輻射熱が大きく、Ｓｉ基板の全面を均一な温度に維持することが困難であることから、ＳｉＣが部分的に結晶成長し、平坦で面積の大きいＳｉＣエピタキシャル薄膜が得られない。また、形成されるＳｉＣエピタキシャル薄膜は大きい熱ストレスを有しており変形し易い。更に、ＥＢ銃の加熱による真空蒸着は「るつぼ」からのＳｉやＳｉＣの蒸発レートが大であり、広い面積に一様な蒸着が困難であるほか、ＳｉＣをエピタキシャル成長させるためには高度の熟練を必要とする。また、ＳｉＣの蒸発レートが大であることによって高真空容器内の汚染が激しく、そのためかＳｉＣエピタキシャル成長の再現性に欠ける。
【０００７】
また、上述のプラズマＣＶＤ方法は、ＣＶＤ法であるが故に成膜圧力が５０〜２００Ｔｏｒｒと高く、反応ガスに含まれる不純物が混入することによってＳｉＣのエピタキシャル成長が阻害され易いほか、Ｓｉ基板とカソード電極との間の距離が短く、不均一に生成するプラズマにＳｉＣエピタキシャル薄膜が直接に曝されるため、プラズマの熱による損傷、高エネルギーのイオンや電子による損傷を受け易く、また、チャージアップし放電破壊し易いという問題もあり、大きい面積のＳｉＣエピタキシャル薄膜を形成させ難い。一方、ＣＶＤ法は１３００℃以上の高温を要し、またガスの対流効果により均一な膜が得られ難い。
【０００８】
すなわち、従来のＥＢ銃を使用する真空蒸着法やＲＦ放電によるプラズマＣＶＤ法では、ＳｉＣエピタキシャル薄膜は限られた条件でのみしか得られず、大きい面積で均一なＳｉＣエピタキシャル薄膜は得られないのである。
【０００９】
従って、本発明は３インチ径以上の大きい面積にＳｉＣを一様にエピタキシャル成長させ得るＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法およびＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、請求項１の構成によって解決されるが、その解決手段を実施の形態によって示せば、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法は、図１を参照して、スパッタリングにより基板ホルダー１５の下面に保持されたＳｉ基板１１にＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長させるＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法であって、超高真空チャンバ２内でＳｉ基板を９００℃から１２００℃に加熱するステップと、図２に示した、Ｓｉターゲット２４が設置されＲＦ誘導コイル２２およびマグネトロンスパッタカソード２６を有する第一へリコンスパッタ銃２１でＳｉターゲット２４をスパッタして、Ｓｉ基板１１にＳｉ粒子を放出するＳｉスパッタステップと、Ｃターゲット３４が設置されＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを同様に有する第二へリコンスパッタ銃３１でＣターゲット３４をスパッタして、Ｓｉ基板１１にＣ粒子を放出するＣスパッタステップとを有し、ＳｉスパッタステップとＣスパッタステップは同時に行われ、Ｓｉ基板１１にＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長する方法である。
【００１１】
また、上記の課題は、請求項８の構成によって解決されるが、その解決手段を実施の形態によって示せば、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置は、図１を参照して、超高真空チャンバ２と、超高真空チャンバ２内に設置されＳｉ基板１１を９００℃以上、１２００℃以下の温度に加熱可能な基板ホルダー１５と、基板ホルダー１５に対向して設置される第一へリコンスパッタ銃２１および第二へリコンスパッタ銃３１とを具備し、第一へリコンスパッタ銃２１は、Ｓｉターゲット２４が設置され、ＲＦ誘導コイル２２およびマグネトロンスパッタカソード２６を有し、第二へリコンスパッタ銃３１は、Ｃターゲット３４が設置され、同様なＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有し、第一へリコンスパッタ銃２１と第二へリコンスパッタ銃３１を同時に稼動させて、Ｓｉターゲット２４およびＣターゲット３４をスパッタし、ＳｉターゲットからＳｉ粒子、Ｃターゲット３４からＣ粒子を個別に放出させることにより、基板ホルダー１５に設置されたＳｉ基板１１にＳｉＣエピタキシャル薄膜を成長させる装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法、およびＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置について図面を参照して具体的に説明する。
【００１３】
図１は実施の形態によるＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置１の部分破断側面図である。到達真空度１０^-10 Ｔｏｒｒとされた超高真空チャンバ２にはターボ分子ポンプ５が接続され、電離真空計６が取り付けられている。超高真空チャンバ２の上蓋３に取り付けた基板保持機構としてのマニピュレータ１２が超高真空チャンバ２内へ挿入されており、その下端部には一点鎖線で示すメインシャッタ１３が設けられている。図１においてメインシャッタ１３は水平方向に直線状に移動するシャッタとして描いているが回転するシャッタであってもよい。
【００１４】
マニピュレータ１２には最大径４インチのＳｉ基板１１が保持され、上下位置の調整及び回転が可能になっている。すなわち、マニピュレータ１２においては、アノード電極としての基板ホルダー１５がシャフト１６の下端に取り付けて垂下され、シャフト１６は上蓋３を貫通して上方に設けた駆動モータ１７にギヤを介し連結されている。この駆動モータ１７によって基板ホルダー１５は最大２０ｒｐｍで回転が可能となっており、また駆動モータ１７を兼用して基板ホルダー１５は上下に±１０ｍｍの位置調整も可能とされている。そして、Ｓｉ基板１１は基板ホルダー１５の下面に保持され、基板ホルダー１５に内蔵されているヒータによって最高１２００℃の温度まで加熱される。
【００１５】
超高真空チャンバ２の下部には、Ｓｉ（シリコン）ターゲット２４が取り付けられており、図２に示すように、ＲＦ誘導コイル２２およびマグネトロンスパッタカソード２６を有するヘリコンスパッタ銃２１と、Ｃ（炭素）ターゲット３４が取り付けられており、同様にＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有するヘリコンスパッタ銃３１が、上方のＳｉ基板１１を臨むように４５度の角度で相対して設置されている。ヘリコンスパッタ銃２１には回転式のカソード・シャッタ２５が設けられ、同じくヘリコンスパッタ銃３１にも回転式のカソード・シャッタ３５が設けられている。
【００１６】
そして、ヘリコンスパッタ銃３１についてのみ一点鎖線で示したが、ヘリコンスパッタ銃３１は軸心方向への位置を調整可能に設置されており、Ｃターゲット３４と上方のＳｉ基板１１との間の距離が調整されるようになっているが、本実施の形態では２００ｍｍに設定される。従来のマグネトロンスパッタ装置ではこのターゲット・基板間の距離が３０〜６０ｍｍであるに比較して極めて大きい。勿論、このことはヘリコンスパッタ銃２１についても同様である。これは、作動圧力が１０^-4Ｔｏｒｒ台であり、スパッタされる粒子の自由行程を大にすることが可能となったヘリコンスパッタ銃２１、３１の大きい特長である。これらヘリコンスパッタ銃２１、３１は超高真空チャンバ２内が１０^-10Ｔｏｒｒ台の超高真空に到達することを妨げない構成とされている。なお、図示していないが、スパッタリングに使用するＡｒ（アルゴン）ガスはヘリコンスパッタ銃２１、３１それぞれの内部に導入ノズルが取り付けられている。
【００１７】
ここに言う、ヘリコンスパッタ銃２１、３１とは、本願出願人の出願による特開平６−４１７３９号公報、「高真空・高速イオン処理装置」に開示されている成膜装置に相当するものである。例えば、ヘリコンスパッタ銃２１は基本的にはその要部の断面図である図２に示すように、アノード電極となる基板ホルダー１５に保持されたＳｉ基板１１と対向してカソード電極２６が設置され、これにＲＦ電源２７が接続されている。カソード電極２６の表面にはＳｉターゲット２４が取り付けられるが、裏面側にはＳｉターゲット２４の表面に平行なマグネトロン磁界２９を形成させるための電磁石２８と補助電磁石２８’とが設けられる。この構成は通常のマグネトロンスパッタ装置と同様であるが、ヘリコンスパッタ銃２１はこれに対してヘリカルな形状のＲＦ誘導コイル２２を結合させたものである。ＲＦ誘導コイル２２にはＲＦ電源２３が接続されている。このＲＦ誘導コイル２２が結合されていることにより、カソード単体での放電維持が可能となっており、一般的なマグネトロンスパッタ装置では１０^-2Ｔｏｒｒ台の真空度でしかスパッタリングが行われ得ないに対して、ヘリコンスパッタ銃２１では１０^-4Ｔｏｒｒ台の高真空度でのスパッタリングが可能となっている。
【００１８】
また、図１において、ヘリコンスパッタ銃２１とヘリコンスパッタ銃３１との中間位置に高純度Ｃ₂ Ｈ₂ ガスの導入ポート４１が設けられており、噴出チューブ４２によりＳｉ基板１１に向けて噴射されるようになっている。
【００１９】
また、超高真空チャンバ２の側面には、Ｓｉ基板１１の面に形成させるＳｉＣエピタキシャル薄膜をモニタリングするためのＲＨＥＥＤ（反射高速度電子線回折）用電子銃５１と回折像としてのＲＨＥＥＤパターンを観測するための蛍光スクリーン５２とがＳｉ基板１１を挟む位置に対向して取り付けられている。
【００２０】
ＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置１は以上のように構成されるが、次にこの装置１を使用する実施の形態のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法について、基板にＳｉ（１００）を用いた場合のその一連のフローを示す図３に従って説明する。
【００２１】
Ｓｉ（１００）基板１１をマニピュレータ１２の基板ホルダー１５に取り付けた後、メインシャッタ１３、カソード・シャッタ２５、３５を開けた状態で、超高真空チャンバ２内を１０^-10Ｔｏｒｒ台の真空度まで排気すると共に、Ｓｉ（１００）基板１１を５０℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、吸着ないしは吸蔵されているＣＯ、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂ 等の不純物を超高真空チャンバ２から排除すると共にＳｉ（１００）基板１１を清浄化する。次いでカソード・シャッタ２５、３５を閉じ、Ｓｉ（１００）基板１１の温度が４００℃になった時点で、ガス導入ポート４１から高純度Ｃ₂ Ｈ₂ ガスを２ｓｃｃｍの流量で導入してＳｉ（１００）基板１１へ噴射し、超高真空チャンバ２内の圧力を５．５×１０^-5 Ｔｏｒｒに維持する。この間、１０℃／ｍｉｎの昇温速度でＳｉ（１００）基板１１を９００℃の温度まで加熱する。この操作によってＳｉ（１００）基板１１の表面に炭化層が形成される。Ｓｉ（１００）基板１１が高温になると、Ｓｉ（１００）基板１１中のＳｉ原子が動いて表面へマイグレートしてくるが、上記の炭化層を形成させない場合には、Ｓｉ（１００）基板１１の表面へマイグレートしてくるＳｉ原子がスパッタリングさせるＳｉ原子とＣ原子との１対１の関係を乱すためか目的とするＳｉＣエピタキシャル薄膜が形成されないのである。その後、２℃／ｍｉｎの昇温速度でＳｉ（１００）基板１１を１０００℃の温度まで加熱し、その温度を維持したまま高純度Ｃ₂ Ｈ₂ ガスの導入を停止し、Ｓｉ（１００）基板１１側のメインシャッタ１３を閉じる。
【００２２】
一方、ヘリコンスパッタ銃２１ではＡｒ（アルゴン）ガスを導入すると共に、カソード・シャッタ２５を開け、Ｓｉターゲット２４を取り付けたカソード電極２６に５０Ｗ、ＲＦ誘導コイル２２に１００ＷのＲＦ電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加してプラズマを点火させる。ヘリコンスパッタ銃３１においても同様であるが、カソード電極３６に１５０Ｗ、ＲＦ誘導コイル（不図示）に１５０ＷのＲＦ電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）を印加する。このプラズマの点火時に、ターボ分子ポンプ５のコンダクタンスバルブを一時的に閉じるが、図３ではこの操作を「排気系切り替え」と記している。それぞれのプラズマについて必要なマッチングを行なった後、メインシャッタ１３を開けてスパッタリングを開始する。
【００２３】
ヘリコンスパッタ銃２１ではプラズマによって生じるＡｒ⁺ イオンがカソード電極２６に向かいＳｉターゲット２４に衝突してＳｉ粒子をスパッタさせ、Ｓｉ粒子はＳｉ（１００）基板１１に向かって飛行し付着する。同様に、ヘリコンスパッタ銃３１からはＣターゲット３４からスパッタされるＣ粒子がＳｉ（１００）基板１１に向かって飛行し付着する。ヘリコンスパッタ銃２１からのＳｉのスパッタレート、及びヘリコンスパッタ銃３１からのＣのスパッタレートは独立して制御され、ＳｉとＣとの原子数の比が化学量論的に１対１になるようにスパッタされＳｉ（１００）基板１１上にＳｉＣの薄膜が形成される。この成膜の間、Ｓｉ（１００）基板１１はマニピュレータ１２によって基板ホルダー１５と共に１０ｒｐｍで回転され、超高真空チャンバ２内の圧力は８．５×１０^-4Ｔｏｒｒに、Ｓｉ（１００）基板１１の温度は１０００℃に維持される。３０ｍｉｎの成膜時間が経過した後、メインシャッタ１３を閉じて成膜が停止され、カソード・シャッタ２５、３５を閉じてＳｉとＣのスパッタリングが停止される。Ｓｉ（１００）基板１１は５０℃／ｍｉｎの降温速度で冷却される。
【００２４】
この一連の成膜過程において、図３にＲＨＥＥＤ−１、ＲＨＥＥＤ−２、ＲＨＥＥＤ−３、−４、−５と記した時点で観察されたＲＨＥＥＤの回折像のパターン、すなわちＲＨＥＥＤパターンを図５〜図７に示した。ＲＨＥＥＤ用電子銃５１、Ｓｉ（１００）基板１１、および蛍光スクリーン５２の位置関係を示す平面図である図４を参照し、ＲＨＥＥＤパターンは、Ｓｉ（１００）基板１１に対する電子線の入射方向θとして、Ｓｉ（１００）基板１１のオリエンテーション・フラット面ＯＦを蛍光スクリーン５２に平行としたθ＝Ｂ方向、およびオリエンテーション・フラット面ＯＦをＢ方向から±４５度回転させることによってθ＝Ａ方向、θ＝Ｃ方向について観測されている。
【００２５】
図５は高純度Ｃ₂ Ｈ₂（アセチレン）ガスの噴射前でＳｉ（１００）基板１１の温度が４００℃の時点におけるθ＝Ｃ方向のＲＨＥＥＤパターンであり、Ｓｉ（１００）基板１１のストリークパターンである。図６はＣ₂ Ｈ₂ ガスの噴射停止直前でＳｉ（１００）基板１１の温度が１０００℃の時点のＲＨＥＥＤパターンであり、Ｓｉ（１００）基板１１の表面炭化層による、ＳｉＣのエピタキシャル成長が弱く観測される。これに対して、成膜停止後の冷却途中でＳｉ（１００）基板１１の温度が８００℃の時点におけるθ＝Ａ方向、θ＝Ｂ方向、θ＝Ｃ方向のＲＨＥＥＤパターンをそれぞれ図７のＡ、Ｂ、Ｃに示した。Ｓｉ（１００）基板１１の（１００）面にＳｉＣエピタキシャル薄膜の形成されたことが明瞭である。
【００２６】
以上、本発明のＳｉ（１００）基板上への実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的精神に基づいて用いる基板の種類等により種々の変形が可能である。
【００２７】
例えば本実施の形態においては、Ｓｉ（１００）基板１１の表面に形成される炭化層の炭素源ガスとして高純度Ｃ₂ Ｈ₂ ガスを採用したが、Ｃ₂ Ｈ₄（エチレン）ガスも使用し得る。炭化水素系のガスであればこれら以外のガスであってもよく、高純度である限り、その種類は問わない。
【００２８】
また本実施の形態においては、Ｓｉ（１００）基板１１の温度を１０００℃として、Ｓｉ用のヘリコンスパッタ銃２１とＣ用のヘリコンスパッタ銃３１とによるスパッタリングを行なったが、Ｓｉ（１００）基板１１の温度は１２００℃まで上昇させることができる。１２００℃以上の温度にすると、基板へ与える熱ストレスが大きくなるほか、薄膜形成装置自体の耐熱性に問題を生じるので好ましくない。また、９００℃以下とするとＳｉＣエピタキシャル薄膜を得難くなる。ＳｉＣエピタキシャル薄膜が形成されるＳｉ基板１１の温度は９００℃〜１２００℃の範囲内にあるが、薄膜の成長速度と形成される薄膜の均質性との観点からは１０００℃以上の温度で可及的に１０００℃に近い温度とすることが好ましい。
【００２９】
また本実施の形態においては、Ｓｉターゲット２４またはＣターゲット３４とＳｉ基板１１との間の距離を２００ｍｍとしたが、少なくとも１００ｍｍは離すことが望ましく、１００ｍｍ以下にすることは通常のマグネトロンスパッタ装置に接近し本発明の特性を失う。この距離の好ましい範囲は１５０ｍｍ〜２００ｍｍ、もしくは、離せ得る範囲で２００ｍｍ以上としてもよい。
【００３０】
また本実施の形態においては、（１００）面を有するＳｉ基板にＳｉＣエピタキシャル薄膜を作成したが、Ｓｉの（００１）面、（１１１）面についても同様にＳｉＣエピタキシャル薄膜を作成し得る。また、Ｓｉ基板以外の基板、例えばＧｅ（ゲルマニウム）基板やＧａＡｓ（砒化ガリウム）基板、サファイア、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等の１０００℃以上での耐熱性のある単結晶基板にも同様にＳｉＣエピタキシャル薄膜を作成し得る。また、これら半導体基板のほか、各種の金属基板も採用され得る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、次ぎに記載するような効果を奏する。
【００３２】
本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法によれば、Ｓｉ基板を９００℃〜１２０００℃の温度範囲内でＳｉＣをエピタキシャル成長させるので、Ｓｉ基板に大きい熱ストレスを与えないほか、ＥＢ銃を使用する真空蒸着法による場合のように「るつぼ」からの輻射熱を不均一に受けてＳｉＣが部分的に結晶成長することもなく、３インチ径以上の大きい面積で平面性の良好なＳｉＣエピタキシャル薄膜が得られる。
【００３３】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法によれば、２基のヘリコンスパッタ銃を使用して、１×１０ ^-4 Ｔｏｒｒ以上、１×１０ ^-3 Ｔｏｒｒ未満の圧力下にＳｉ粒子とＣ粒子とをスパッタさせるので、これらスッパタされたＳｉ粒子、Ｃ粒子は他の分子、原子と衝突し難く直進性が向上するほか、ＳｉターゲットまたはＣターゲットとＳｉ基板との間の距離を、通常のマグネトロンスパッタ装置における３０〜６０ｍｍよりも格段に大きい１００ｍｍ以上、ないしは１５０ｍｍ以上にすることができ、その結果、ＳｉＣエピタキシャル薄膜がプラズマに曝されることによる熱損傷や不均一な熱入力を避けることができ、欠陥部を含まない大面積のＳｉＣエピタキシャル薄膜が得られる。
【００３４】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法によれば、ＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長させる前に、温度が４００℃〜１０００℃の範囲内にあるＳｉ基板の表面に炭化水素ガスを供給して炭化層を形成させるので、Ｓｉ基板の内部から表面ヘマイグレーションしてくるＳｉの拡散を防ぐことができ、Ｓｉ基板上においてＳｉとＣとが化学量論的な１対１の関係を失うことなくエピタキシャル成長する。
【００３５】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法によれば、Ｓｉ用のヘリコンスパッタ銃におけるＳｉのスパッタレートと、Ｃ用のヘリコンスパッタ銃におけるＣのスパッタレートとを独立して制御することができるので、Ｓｉ原子数とＣ原子数とを１対１とする化学量論的な割合でスパッタさせることができ、ＳｉＣエピタキシャル薄膜の作成を容易化させる。
【００３６】
本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置によれば、Ｓｉ基板を加熱することができる基板ホルダーを備えているので、Ｓｉ基板を９００℃〜１２００℃の温度に加熱してＳｉ基板に大きい熱ストレスを与えずにＳｉＣエピタキシャル薄膜を作成することができるほか、ＥＢ銃を使用する真空蒸着法のように「るつぼ」から輻射熱を不均一に受けてＳｉＣが部分的に結晶成長することはなく、３インチ径以上の大きい面積で平面性の良好なＳｉＣエピタキシャル薄膜の作成を可能にする。
【００３７】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置によれば、１×１０ ^-4 Ｔｏｒｒ以上、１×１０ ^-3 Ｔｏｒｒ未満の圧力下にＳｉ粒子、Ｃ粒子をそれぞれスパッタさせることができる２基のヘリコンスパッタ銃を備えているので、スッパタされたＳｉ粒子、Ｃ粒子は他の分子、原子と衝突し難く直進性が向上するほか、Ｓｉターゲット、ＣターゲットとＳｉ基板との間の距離を、通常のマグネトロンスパッタ装置における３０〜６０ｍｍよりも格段に大きい１００ m ｍ以上、ないしは１５０ｍｍ以上にすることができ、その結果ＳｉＣエピタキシャル薄膜がプラズマに曝されることによる熱損傷、不均一な熱入力を避けることができ、欠陥部のない大面積のＳｉＣエピタキシャル薄膜の作成が可能である。
【００３８】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置によれば、Ｓｉのスパッタレートと、Ｃのスパッタレートを独立して制御することができるＳｉ用のヘリコンスパッタ銃とＣ用のヘリコンスパッタ銃を備えているので、Ｓｉ原子数とＣ原子数とを１対１とする化学量論的な割合でスパッタさせることができ、ＳｉＣエピタキシャル薄膜の作成を容易化させる。
【００３９】
また、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置によれば、Ｓｉ基板の表面に炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給手段を備えているので、ＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長させる前に、温度が４００℃〜１０００℃の範囲内にあるＳｉ基板の表面に炭化水素ガスを供給して炭化層を形成し、Ｓｉ基板の内部から表面ヘマイグレーションしてくるＳｉの拡散を防ぐことができることにより、Ｓｉ基板上においてＳｉとＣとが化学量論的な１対１の関係を失うことなくエピタキシャル成長することを可能にする。
【００４０】
以上に述べたように、本発明のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法およびＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置によれば、３インチ径以上の大面積を有し、均質かつ平滑な面を有するＳｉＣエピタキシャル薄膜を極めて容易に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳｉＣエピタキシャル成長装置１の部分破断側面図である。
【図２】ヘリコンスパッタ銃の要部の断面図である。
【図３】ＳｉＣエピタキシャル成長のプロセスを示すフロー図である。
【図４】測定に使用したＲＨＥＥＤ用電子銃の電子線のＳｉ基板面に対する入射方向を
示す図である。
【図５】Ｓｉ基板のＲＨＥＥＤパターンである（４００℃）。
【図６】アセチレン・ガスの噴射停止直前においてＳｉ基板上に炭化層を形成させた時
のＲＨＥＥＤパターンである（１０００℃）。
【図７】ＳｉＣがエピタキシャル成長したＳｉ基板のＲＨＥＥＤパターンであり（１０
００℃）、Ａ、Ｂ、Ｃは測定方向が異なるパターンを示す。
【図８】従来例のＥＢ銃による真空蒸着装置の概略図である。
【図９】従来例のＡＣプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
【符号の説明】
１ＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置
２超高真空チャンバ
３上蓋
５ターボ分子ポンプ
６電離真空計
１１Ｓｉ基板
１２マニピュレータ
１３メインシャッタ
１５基板ホルダー
１６シャフト
１７駆動モータ
２１Ｓｉ用ヘリコンスパッタ銃
２２ｒｆ誘導放電コイル
２３ＲＦ電源
２４Ｓｉターゲット
２５カソード・シャッタ
２６カソード電極
２７ＲＦ電源
２８電磁石
２９マグネトロン磁界
３１Ｃ用ヘリコンスパッタ銃
３４Ｃターゲット
３５カソード・シャッタ
４１炭化水素ガス導入ポート
４２炭化水素ガス噴出チューブ
５１ＲＨＥＥＤ用電子銃
５２蛍光スクリーン

Claims

スパッタリングにより基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させるＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法であって、
真空中で前記基板を９００℃から１２００℃に加熱するステップと、
Ｓｉ（シリコン）ターゲットが設置され、ＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有する第一へリコンスパッタ銃で前記Ｓｉターゲットをスパッタして、前記基板にＳｉ粒子を放出するＳｉスパッタステップと、
Ｃ（炭素）ターゲットが設置され、ＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有する第二へリコンスパッタ銃で前記Ｃターゲットをスパッタして、前記基板にＣ粒子を放出するＣスパッタステップと、を有し、
前記Ｓｉスパッタステップと前記Ｃスパッタステップは同時に行われ、前記基板上でＳｉＣ膜がエピタキシャル成長することを特徴とするＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記Ｓｉスパッタステップおよび前記Ｃスパッタステップは、１×１０ ^-4 Ｔｏｒｒ以上、１×１０ ^-3 Ｔｏｒｒ未満の圧力下に行われる請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットと、前記基板との距離が１００ｍｍ以上である請求項１または請求項２に記載のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットと、前記基板との距離が１５０ｍｍ以上である請求項１または請求項２に記載のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記加熱ステップの過程で、前記基板に炭化水素ガスを導入して、前記基板の表面を炭化する炭化ステップを有する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記Ｓｉスパッタステップおよび前記Ｃスパッタステップにおいて、スパッタされるＳｉとＣとの比が１対１の化学量論的な割合になるように、前記第一へリコンスパッタ銃と前記第二へリコンスパッタ銃が独立して制御される請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
前記基板がＳｉ、サファイア、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、のいずれかの単結晶板である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成方法。
真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設置され基板を９００℃以上、１２００℃以下に加熱可能な基板ホルダーと、前記基板ホルダーに対向して設置される第一へリコンスパッタ銃および第二へリコンスパッタ銃と、を具備し、
前記第一へリコンスパッタ銃は、Ｓｉターゲットが設置され、ＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有し、
前記第二へリコンスパッタ銃は、Ｃターゲットが設置され、ＲＦ誘導コイルおよびマグネトロンスパッタカソードを有し、
前記第一へリコンスパッタ銃と前記第二へリコンスパッタ銃を同時に稼動させて、前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットをスパッタし、前記ＳｉターゲットからＳｉ粒子を、前記ＣターゲットからＣ粒子を個別に放出させることにより、前記基板ホルダーに設置された基板にＳｉＣの膜をエピタキシャル成長させることを特徴とするＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットと、前記基板との距離が１００ｍｍ以上である請求項８に記載のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットと、前記基板との距離が１５０ｍｍ以上である請求項８に記載のＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記Ｓｉターゲットおよび前記Ｃターゲットをスパッタするときの前記真空チャンバ内の圧力を１×１０ ^-4 Ｔｏｒｒ以上、１×１０ ^-3 Ｔｏｒｒ未満とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記第一へリコンスパッタ銃におけるＳｉのスパッタレートと、前記第二へリコンスパッタ銃におけるＣのスパッタレートを独立して制御する請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記真空チャンバに炭化水素ガスを供給する炭化水素ガス供給手段を有する請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。
前記高真空チャンバに、前記基板に形成されたＳｉＣ薄膜に電子線を照射する反射高速電子線回折用電子銃と、回折像用蛍光スクリーンとが設置された請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載されたＳｉＣエピタキシャル薄膜作成装置。