JP3986177B2 - シリコンカーバイド結晶膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にシリコンカーバイド（SiC)結晶膜を成長形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンカーバイドの結晶膜の成長方法として、石英管内を真空ポンプにより１０-3 Torr以下に排気して大気の残留を少なくした上で、高周波加熱によりサセプタ（基板台）上にセットした基板を１３００℃〜１５００℃程度に加熱し、そこへ水素（H2）で適度に希釈されたシラン（SiH4）とブタン（C4H10）を供給し、気相成長（熱ＣＶＤ法）によりシリコンカーバイドをエピタキシャル成長させて、その単結晶の膜を形成する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような熱ＣＶＤ法では、化学反応を起こさせるために基板の加熱に１５００℃程度の高温が必要であるにも拘わらず、その成膜速度は３〜５μｍ／ｈと低く、また高周波加熱時に生じる熱歪みに起因する欠陥が発生し、高耐圧デバイスに求められる高品質なシリコンカーバイド膜を成長させることは困難であった。
【０００４】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板加熱温度を低くできしかも高速で良好なシリコンカーバイド結晶の成膜が行われるようにしたシリコンカーバイド結晶膜の形成方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、ホローカソード内壁にコーティングしたシリコンカーバイドターゲットを、放電ガスをプラズマ化して生じたイオンでスパッタリングし、該放電ガスの流れによって前記スパッタリングされたシリコンカーバイド分子を基板に供給し、シリコンカーバイド結晶膜を該基板上に形成するシリコンカーバイド結晶膜の形成方法において、前記ホローカソードとの間に電圧が印加されるアノードとして鏡面加工の凹面を持つアノードを使用し、該アノードの該凹面の焦点位置に前記基板を位置させて、前記プラズマで生じた光を前記凹面の反射により前記基板に集光させ、前記基板温度の昇温に寄与させるよう構成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の説明図である。１はサセプタ２上にセットした基板、３は該基板１を加熱するためのヒータ、４はチャンバ５を形成する石英管、６はこの石英管４の内壁から内側に突出させた絶縁用透明石英、７はこの絶縁用透明石英６の内壁に支持させた円筒型のホローカソード、８は基板１を向く面が凹面で鏡面加工され、その焦点が基板１の上面に合致するように位置付けられたアノード、９は高周波コイル、１０はアノード８とホローカソード７との間に電圧を印加するための直流電源である。
【０００９】
さて、本実施の形態では、円筒型のホローカソード７の内壁に予めシリコンカーバイドのターゲット１１をコーティングしておき、チャンバ５内を真空ポンプにより１０-6 Torr以下に排気した上で、ヒータ３に通電して基板１の温度を９００℃程度に昇温させる。
【００１０】
この後、アノード８側から放電ガスとしてアルゴンガス(Ar)１２を導入し、圧力コントローラ（図示せず）によりチャンバ５内を数Torr程度に保持し、この後に電源１０によってアノード８とホローカソード７との間に、数十Ｖ〜百数Ｖの直流電圧を印加する。
【００１１】
この状態で高周波コイル９に高周波電流（例えば、13.56ＭＨｚ）を流してトリガーとして高周波電界を印加すると、ホローカソード７の内側にアルゴンのプラズマ１３が発生する。このプラズマ１３は通常のグロー放電に比べて高度に電離されるため、その電離した正イオンがホローカソード７の内壁にコーティングされたシリコンカーバイドのターゲット１１を効率よくスパッタする。そして、このようにしてスパッタによりはじき出された多量のシリコンカーバイド分子（活性種）は、導入されたアルゴンガス１２の流れによりホローカソード７の外に輸送されて、基板１に到達する。
【００１２】
一方、基板１においては、プラズマ１３の発光光が、アノード８の凹面により反射されて絶縁用透明石英６等を通過しその基板１の面上に集光されるため、基板１の温度がヒータ３による温度（９００℃程度）よりも更に数十〜百数十℃昇温する。
【００１３】
かくして、基板１に到達したシリコンカーバイド分子は熱エネルギーにより基板１上をマイグレーション（移動）した後、安定な位置に落ち着き、そこに良好なシリコンカーバイド結晶膜が成長形成される。
【００１４】
このようにして生成されたシリコンカーバイド結晶膜の成膜速度は、１０〜２０μｍ／ｈと、従来例で説明した熱ＣＶＤ法による場合に比べて、２〜６倍であった。また、生成されたシリコンカーバイド結晶膜の結晶性をＸ線解析パターンにより評価したところ、非晶質性は全く示されず、良好なシリコンカーバイド結晶構造が得られていることが確認できた。
【００１５】
なお、より高い成膜速度を得て良質なシリコンカーバイド結晶膜を得るには、アルゴンガスに適度なキセノンを添加すると良い。適度な量のキセノンの添加は、その放電時の発光により周りのアルゴン原子を電離し易くさせ、プラズマ密度の増大に貢献するので、ターゲット１１からのスパッタ量を増大させることができ、高速成膜に寄与する。
【００１６】
また、ここで使用する基板１としては、シリコン基板（Si)、炭化ケイ素基板(SiC)その他の半導体、ガラス基板等の絶縁体、その他を使用することができる。また、放電ガスとしては、アルゴンガスの外に窒素等その他の不活性ガスが使用できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、化学反応を起こさせる必要がないため基板温度を低温にすることができ、熱歪みによる欠陥も生ぜず、高速成膜で結晶性の良好なシリコンカーバイド結晶膜を形成することができるばかりか、プラズマの発光光による熱エネルギーで基板を加熱できるので、その分ヒータ等の加熱手段によるエネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一つの実施の形態の成膜説明図である。
【符号の説明】
１：基板、２：サセプタ、３：ヒータ、４：石英管、５：チャンバ、６：絶縁用透明石英、７：円筒型ホローカソード、８：アノード、９：高周波コイル、１０：電源、１１：シリコンカーバイドターゲット、１２：アルゴンガス、１３：プラズマ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にシリコンカーバイド（SiC)結晶膜を成長形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンカーバイドの結晶膜の成長方法として、石英管内を真空ポンプにより１０-3 Torr以下に排気して大気の残留を少なくした上で、高周波加熱によりサセプタ（基板台）上にセットした基板を１３００℃〜１５００℃程度に加熱し、そこへ水素（H2）で適度に希釈されたシラン（SiH4）とブタン（C4H10）を供給し、気相成長（熱ＣＶＤ法）によりシリコンカーバイドをエピタキシャル成長させて、その単結晶の膜を形成する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような熱ＣＶＤ法では、化学反応を起こさせるために基板の加熱に１５００℃程度の高温が必要であるにも拘わらず、その成膜速度は３〜５μｍ／ｈと低く、また高周波加熱時に生じる熱歪みに起因する欠陥が発生し、高耐圧デバイスに求められる高品質なシリコンカーバイド膜を成長させることは困難であった。
【０００４】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板加熱温度を低くできしかも高速で良好なシリコンカーバイド結晶の成膜が行われるようにしたシリコンカーバイド結晶膜の形成方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、ホローカソード内壁にコーティングしたシリコンカーバイドターゲットを、放電ガスをプラズマ化して生じたイオンでスパッタリングし、該放電ガスの流れによって前記スパッタリングされたシリコンカーバイド分子を基板に供給し、シリコンカーバイド結晶膜を該基板上に形成するシリコンカーバイド結晶膜の形成方法において、前記ホローカソードとの間に電圧が印加されるアノードとして鏡面加工の凹面を持つアノードを使用し、該アノードの該凹面の焦点位置に前記基板を位置させて、前記プラズマで生じた光を前記凹面の反射により前記基板に集光させ、前記基板温度の昇温に寄与させるよう構成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の説明図である。１はサセプタ２上にセットした基板、３は該基板１を加熱するためのヒータ、４はチャンバ５を形成する石英管、６はこの石英管４の内壁から内側に突出させた絶縁用透明石英、７はこの絶縁用透明石英６の内壁に支持させた円筒型のホローカソード、８は基板１を向く面が凹面で鏡面加工され、その焦点が基板１の上面に合致するように位置付けられたアノード、９は高周波コイル、１０はアノード８とホローカソード７との間に電圧を印加するための直流電源である。
【０００９】
さて、本実施の形態では、円筒型のホローカソード７の内壁に予めシリコンカーバイドのターゲット１１をコーティングしておき、チャンバ５内を真空ポンプにより１０-6 Torr以下に排気した上で、ヒータ３に通電して基板１の温度を９００℃程度に昇温させる。
【００１０】
この後、アノード８側から放電ガスとしてアルゴンガス(Ar)１２を導入し、圧力コントローラ（図示せず）によりチャンバ５内を数Torr程度に保持し、この後に電源１０によってアノード８とホローカソード７との間に、数十Ｖ〜百数Ｖの直流電圧を印加する。
【００１１】
この状態で高周波コイル９に高周波電流（例えば、13.56ＭＨｚ）を流してトリガーとして高周波電界を印加すると、ホローカソード７の内側にアルゴンのプラズマ１３が発生する。このプラズマ１３は通常のグロー放電に比べて高度に電離されるため、その電離した正イオンがホローカソード７の内壁にコーティングされたシリコンカーバイドのターゲット１１を効率よくスパッタする。そして、このようにしてスパッタによりはじき出された多量のシリコンカーバイド分子（活性種）は、導入されたアルゴンガス１２の流れによりホローカソード７の外に輸送されて、基板１に到達する。
【００１２】
一方、基板１においては、プラズマ１３の発光光が、アノード８の凹面により反射されて絶縁用透明石英６等を通過しその基板１の面上に集光されるため、基板１の温度がヒータ３による温度（９００℃程度）よりも更に数十〜百数十℃昇温する。
【００１３】
かくして、基板１に到達したシリコンカーバイド分子は熱エネルギーにより基板１上をマイグレーション（移動）した後、安定な位置に落ち着き、そこに良好なシリコンカーバイド結晶膜が成長形成される。
【００１４】
このようにして生成されたシリコンカーバイド結晶膜の成膜速度は、１０〜２０μｍ／ｈと、従来例で説明した熱ＣＶＤ法による場合に比べて、２〜６倍であった。また、生成されたシリコンカーバイド結晶膜の結晶性をＸ線解析パターンにより評価したところ、非晶質性は全く示されず、良好なシリコンカーバイド結晶構造が得られていることが確認できた。
【００１５】
なお、より高い成膜速度を得て良質なシリコンカーバイド結晶膜を得るには、アルゴンガスに適度なキセノンを添加すると良い。適度な量のキセノンの添加は、その放電時の発光により周りのアルゴン原子を電離し易くさせ、プラズマ密度の増大に貢献するので、ターゲット１１からのスパッタ量を増大させることができ、高速成膜に寄与する。
【００１６】
また、ここで使用する基板１としては、シリコン基板（Si)、炭化ケイ素基板(SiC)その他の半導体、ガラス基板等の絶縁体、その他を使用することができる。また、放電ガスとしては、アルゴンガスの外に窒素等その他の不活性ガスが使用できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、化学反応を起こさせる必要がないため基板温度を低温にすることができ、熱歪みによる欠陥も生ぜず、高速成膜で結晶性の良好なシリコンカーバイド結晶膜を形成することができるばかりか、プラズマの発光光による熱エネルギーで基板を加熱できるので、その分ヒータ等の加熱手段によるエネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一つの実施の形態の成膜説明図である。
【符号の説明】
１：基板、２：サセプタ、３：ヒータ、４：石英管、５：チャンバ、６：絶縁用透明石英、７：円筒型ホローカソード、８：アノード、９：高周波コイル、１０：電源、１１：シリコンカーバイドターゲット、１２：アルゴンガス、１３：プラズマ。
Claims (1)
- ホローカソード内壁にコーティングしたシリコンカーバイドターゲットを、放電ガスをプラズマ化して生じたイオンでスパッタリングし、該放電ガスの流れによって前記スパッタリングされたシリコンカーバイド分子を基板に供給し、シリコンカーバイド結晶膜を該基板上に形成するシリコンカーバイド結晶膜の形成方法において、
前記ホローカソードとの間に電圧が印加されるアノードとして鏡面加工の凹面を持つアノードを使用し、該アノードの該凹面の焦点位置に前記基板を位置させて、前記プラズマで生じた光を前記凹面の反射により前記基板に集光させ、前記基板温度の昇温に寄与させることを特徴とするシリコンカーバイド結晶膜の形成方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP25158898A JP3986177B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | シリコンカーバイド結晶膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25158898A JP3986177B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | シリコンカーバイド結晶膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000087232A JP2000087232A (ja) | 2000-03-28 |
| JP3986177B2 true JP3986177B2 (ja) | 2007-10-03 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25158898A Expired - Fee Related JP3986177B2 (ja) | 1998-09-04 | 1998-09-04 | シリコンカーバイド結晶膜の形成方法 |
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| CN106480420A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-08 | 合肥优亿科机电科技有限公司 | 一种高密度等离子体溅射镀膜设备 |
| CN106555175A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-04-05 | 合肥优亿科机电科技有限公司 | 一种高密度等离子体增强化学气相沉积设备 |
-
1998
- 1998-09-04 JP JP25158898A patent/JP3986177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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