JPH08119616A - Formation of silicon carbide thin-film - Google Patents

Formation of silicon carbide thin-film

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JPH08119616A
JPH08119616A JP6250285A JP25028594A JPH08119616A JP H08119616 A JPH08119616 A JP H08119616A JP 6250285 A JP6250285 A JP 6250285A JP 25028594 A JP25028594 A JP 25028594A JP H08119616 A JPH08119616 A JP H08119616A
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Japan
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thin film
silicon carbide
forming
substrate
metal thin
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JP6250285A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Matsuzaki
一夫 松崎
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To prepare a high-quality silicon carbide thin-film of an arbitrary shape by applying a polysilane polymer contg. silicon atoms on a thin film of a metal having dehydrogenation action and carrying out firing. CONSTITUTION: The surface of a silicon wafer 1 is coated with an oxidized film 2, a palladium thin film 3 is vapor-deposited on the oxidized film 2 and a polysilane polymer [Ib] layer 4 is formed on the palladium film 3. After drying, a palladium thin film 5 is further vapor-deposited on the polysilane polymer [Ib] layer 4 and they are fired at 400 deg.C to obtain the objective polycrystalline film 6 of silicon carbide.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の保護
膜、抵抗体およびダイオードとして利用できる炭化ケイ
素薄膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon carbide thin film which can be used as a protective film for semiconductor elements, a resistor and a diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化ケイ素は元来、コークスとケイ砂と
を電気炉中で1800〜1900℃に熱せられて作られ
る。炭化ケイ素は融点が2700℃以上と高く、また高
温でもほかの元素と反応せず、酸にも全く侵されない安
定な物質である。硬度が極めて大きく、ダイヤモンドに
近いため研磨材に用いられるほか、耐火物や抵抗体など
にも用いられている。一方、以上のような従来の用途に
限らず、最近ではシリコンに代わる半導体材料としても
注目されてきている。その理由は、シリコンに比べてバ
ンドギャップが3倍程度広く、アバランシェ耐量に効く
最大電界強度が8倍程度大きく、さらに移動度は小さい
もののドリフト領域の伝導度が90倍も大きいため、特
にパワー半導体素子の次世代材料として有望視されてい
る。
2. Description of the Related Art Silicon carbide is originally produced by heating coke and silica sand in an electric furnace at 1800 to 1900 ° C. Silicon carbide has a high melting point of 2700 ° C. or higher, does not react with other elements even at high temperatures, and is a stable substance that is not attacked by acid at all. Not only is it used as an abrasive because it has extremely high hardness and is close to diamond, it is also used for refractories and resistors. On the other hand, not only the above-mentioned conventional applications, but recently, attention has been paid to it as a semiconductor material replacing silicon. The reason is that the bandgap is about three times wider than that of silicon, the maximum electric field strength effective for avalanche resistance is about eight times larger, and the mobility of the drift region is smaller, but the conductivity of the drift region is 90 times larger. Promising as a next-generation material for devices.

【0003】このような炭化ケイ素の特徴を半導体素子
に活かすためには、薄膜形成が欠かせない(シリコンウ
エハのように大口径化することが目下のところ困難であ
る)。従来、炭化ケイ素薄膜はスパッタや蒸着(例え
ば、J.Electrochem.Soc.,Vol.140,No.6 (1993), pp1756
-1762 など)などの物理的な方法やCVD(例えば、J.
Electrochem.Soc.,Vol.140,No.3 (1993), pp851-854 な
ど)に代表される化学的な方法によって形成されるのが
一般的である。
In order to utilize such characteristics of silicon carbide in a semiconductor device, thin film formation is indispensable (it is currently difficult to increase the diameter like a silicon wafer). Conventionally, silicon carbide thin films are produced by sputtering or vapor deposition (for example, J. Electrochem. Soc., Vol.140, No.6 (1993), pp1756.
-1762, etc.) or CVD (eg J.
Electrochem.Soc., Vol.140, No.3 (1993), pp851-854, etc.) is generally used for the formation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の形成方
法では次のような欠点がある。 1 基板全面に形成されるため、その後のホトエッチン
グによる所定の形への加工が不可欠となるが、炭化ケイ
素は化学的に安定であり、従来のエッチング技術の適用
が困難である。例えば、反応性イオンエッチング法を用
いてもエッチング速度が余りに遅いことや選択性がない
ことなど、実用上課題が多い。
However, the conventional forming method has the following drawbacks. 1 Since it is formed on the entire surface of the substrate, subsequent processing into a predetermined shape by photoetching is indispensable, but silicon carbide is chemically stable and it is difficult to apply conventional etching techniques. For example, even if the reactive ion etching method is used, the etching rate is too slow and there is no selectivity, and there are many practical problems.

【0005】2 CVDの場合には少なくとも700℃
以上の高温処理が必要となり、また加熱蒸着やスパッタ
の場合には組成制御が困難である。さらに加熱蒸着の場
合には処理枚数に制限があり量産性が劣る。 3 単結晶にするには1250℃以上の高温処理(アニ
ール)が必要となるが、この熱処理の過程でクラックが
発生し、広い面積の単結晶化は困難である。
2 At least 700 ° C. in case of CVD
The above high temperature treatment is required, and composition control is difficult in the case of heating vapor deposition or sputtering. Further, in the case of heating vapor deposition, the number of sheets to be processed is limited and mass productivity is poor. 3 High temperature treatment (annealing) of 1250 ° C. or higher is required to form a single crystal, but cracks occur during the heat treatment, and it is difficult to form a large area single crystal.

【0006】この発明は、前記欠点を除去し、低温処理
による良質の膜質を得て、所定の形に加工できる炭化ケ
イ素薄膜の形成方法を提供することにある。
The present invention provides a method for forming a silicon carbide thin film which eliminates the above-mentioned drawbacks, obtains a good film quality by low temperature treatment, and can be processed into a predetermined shape.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は前記の目的を
達成するために、基板上に脱水素作用のある金属薄膜と
シリコン原子を含む有機高分子層とが積層された後、有
機高分子層中の水素が脱水素作用のある金属薄膜と反応
する温度で焼成する。またこの基板を半導体基板または
絶縁基板として、基板上に脱水素作用のある金属薄膜が
形成された後、該基板上と該金属薄膜上とにシリコン原
子を含む有機高分子を溶解した液体を塗布し、焼成する
こと、または基板上にシリコン原子を含む有機高分子を
溶解した液体を塗布し、固化した後、塗布膜上に脱水素
作用のある金属薄膜を形成し、焼成すること、またはこ
の基板上に脱水素作用のある金属薄膜が形成され、該基
板上と、該金属薄膜上とにシリコン原子を含む有機高分
子を溶解した液体を塗布し、固化した後、塗布膜上に、
前記金属薄膜に対応するように、脱水素作用のある金属
薄膜を形成し、焼成することが有効である。また基板上
の一部または全面に脱水素作用のある金属薄膜を形成す
ること、または基板上にシリコン原子を含む有機高分子
を溶解した液体が塗布され、固化された後、塗布膜上の
一部または全面に、脱水素作用のある金属薄膜を形成す
ること、または基板上の一部または全面に脱水素作用の
ある金属薄膜が形成された後、該基板上と、該金属薄膜
上とにシリコン原子を含む有機高分子を溶解した液体を
塗布し、固化した後、塗布膜上に、前記金属薄膜の一部
または全面に対応するように、脱水素作用のある金属薄
膜を形成し、焼成することが有効である。また半導体基
板上に絶縁層を形成してもよく、また絶縁基板上に、半
導体薄膜層を形成するか、半導体薄膜と絶縁膜とを積層
してもよい。シリコン原子を含む有機高分子がポリシラ
ン重合体であり、焼成温度を300°Cないし700°
Cとすると効果的である。また脱水素作用のある金属薄
膜が脱水素触媒金属のパラジウム薄膜または脱水素吸蔵
合金のNi 5 の化学量論組成を含む金属間化合物を主成
分とした薄膜とすると効果的である。炭化ケイ素薄膜を
選択的に形成したり、また少なくとも一部を単結晶にす
ることができる。シリコン原子を含む有機高分子の液体
の塗布を回転塗布で行うとよい。
The present invention has the above objects.
In order to achieve, a metal thin film with dehydrogenation effect on the substrate
After being laminated with the organic polymer layer containing silicon atoms, the
Of hydrogen in organic polymer layer reacts with dehydrogenating metal thin film
Bake at the desired temperature. In addition, this substrate is a semiconductor substrate or
As an insulating substrate, a thin metal film with a dehydrogenation effect is on the substrate.
After being formed, a silicon source is formed on the substrate and the metal thin film.
Apply a liquid in which an organic polymer containing particles is dissolved and fire.
Or an organic polymer containing silicon atoms on the substrate
After applying the dissolved liquid and solidifying, dehydrogenate on the coating film
Forming and baking a thin metal film that works
A metal thin film having a dehydrogenation effect is formed on the substrate of
Organic compounds containing silicon atoms on the plate and on the metal thin film
After applying the liquid in which the child is dissolved and solidifying it, on the coating film,
A metal having a dehydrogenation action corresponding to the metal thin film.
It is effective to form a thin film and fire it. Also on the board
A metal thin film with dehydrogenation effect on part or all of the
Or organic polymer containing silicon atoms on the substrate
On the coating film after the liquid that has been dissolved is applied and solidified
Form a metal thin film with dehydrogenation effect on part or all of the surface
Or dehydrogenation of part or all of the substrate
After a certain metal thin film is formed, on the substrate and the metal thin film
A liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved
After coating and solidifying, a part of the metal thin film on the coating film
Or, to support the entire surface, a thin metal film with dehydrogenation
It is effective to form a film and bake it. Also semiconductor base
An insulating layer may be formed on the plate, or a semi-insulating layer may be formed on the insulating substrate.
Form a conductor thin film layer or stack a semiconductor thin film and an insulating film
May be. Organic polymer containing silicon atoms is polysila
It is a polymer and has a firing temperature of 300 ° C to 700 ° C.
Setting C is effective. In addition, thin metal with dehydrogenation action
The film is a palladium thin film of dehydrogenation catalytic metal or dehydrogenation storage
Alloy Ni FiveOf intermetallic compounds including stoichiometric composition of
It is effective to use a thin film. Silicon carbide thin film
Selectively formed or at least partly made into single crystal
Can be Liquid of organic polymer containing silicon atom
It is advisable to apply the above method by spin coating.

【0008】[0008]

【作用】炭化ケイ素薄膜形成の出発物質としてはポリジ
メチルシリレンとその環状化合物が知られている(Che
m.Lett.,(1975)931,ibid.,(1975)1209,J.Mat.Sci., 15
(1980)720,J.Organometallic Chem., 300 ,p327-346,(1
986)など)。このポリジメチルシリレンを加熱すると、
βタイプの炭化ケイ素ができることが知られている。し
かし、従来の真空中または不活性ガス雰囲気などでの焼
成では、400℃以下の低温においてはパウダー状にな
り、アモルファスおよび多結晶の薄膜とするためには1
000℃以上の高温での焼成が必要になる。低温焼成に
よる炭化ケイ素の多結晶薄膜および単結晶薄膜を実現す
るために、この発明のように触媒の力を借りることが必
要となる。
[Function] Polydiene is used as a starting material for forming a silicon carbide thin film.
Methylsilylene and its cyclic compounds are known (Che
m.Lett., (1975) 931, ibid., (1975) 1209, J.Mat.Sci.,Fifteen
(1980) 720, J. Organometallic Chem.,300, p327-346, (1
986) etc.). When heating this polydimethylsilylene,
It is known that β-type silicon carbide can be formed. I
Stake, baking in a conventional vacuum or in an inert gas atmosphere
At low temperature of 400 ℃ or less, it becomes powdery
1 to obtain amorphous and polycrystalline thin films
Firing at a high temperature of 000 ° C or higher is required. For low temperature firing
To realize polycrystalline and single crystal thin films of silicon carbide
Therefore, it is necessary to borrow the power of the catalyst as in this invention.
It will be important.

【0009】ポリシランポリマー(ポリシラン重合体)
などのシリコン原子を含む有機高分子から炭化ケイ素の
多結晶または単結晶薄膜を生成する反応は脱水素チェー
ン反応であるため、脱水素カップリング触媒となるパラ
ジウムなどの金属薄膜や水素引き抜き効果のある水素吸
蔵合金薄膜の存在の下にポリシランポリマーおよび高分
子ポリマー成分の薄膜を真空中または不活性ガス雰囲気
中で焼成すれば、400℃程度の低温処理でも炭化ケイ
素の多結晶または単結晶を形成できる。また、多結晶に
なるか、単結晶になるかは炭化ケイ素薄膜の膜厚に関係
し、膜厚を0.2μm以下と薄くすると、X線回折の結
果、単結晶化されることが判明している。
Polysilane polymer (polysilane polymer)
Since a reaction to form a polycrystalline or single-crystal thin film of silicon carbide from an organic polymer containing silicon atoms such as is a dehydrogenation chain reaction, it has a metal thin film such as palladium as a dehydrogenation coupling catalyst and a hydrogen abstraction effect. If a thin film of a polysilane polymer and a high molecular polymer component is fired in a vacuum or in an inert gas atmosphere in the presence of a hydrogen storage alloy thin film, a polycrystal or single crystal of silicon carbide can be formed even at a low temperature treatment of about 400 ° C. . Further, whether it becomes a polycrystal or a single crystal depends on the film thickness of the silicon carbide thin film, and if the film thickness is made as thin as 0.2 μm or less, it is found as a result of X-ray diffraction that it becomes a single crystal. ing.

【0010】[0010]

【実施例】この発明で使用するポリシランポリマーは既
に開示されている矢島らの合成法があるが、その概要を
次に説明する。ホトレジストなどのポリマー(重合体)
塗布に代表されるような塗布法とその後の熱処理による
炭化ケイ素薄膜形成法を採用し、そのときの塗布材料と
してポリシランポリマーに着目した。例えば、炭化ケイ
素薄膜形成の出発物質としてはポリジメチルシリレンた
その環状化合物が知られている(Chem.Lett.,(1975)93
1,ibid.,(1975)1209,J.Mat.Sci., 15(1980)720,J.Organ
ometallic Chem., 300 ,p327-346,(1986)など)。ポリ
ジメチルシリレンを加熱すると、一般に以下の反応式に
従って、βタイプの炭化ケイ素ができることが知られて
いる。
EXAMPLES The polysilane polymer used in the present invention has the synthesis method of Yajima et al. Which has been already disclosed. The outline thereof will be described below. Polymers such as photoresists
A coating method typified by coating and a silicon carbide thin film forming method by subsequent heat treatment were adopted, and attention was paid to polysilane polymer as a coating material at that time. For example, polydimethylsilylene or its cyclic compound is known as a starting material for forming a silicon carbide thin film (Chem. Lett., (1975) 93.
1, ibid., (1975) 1209, J.Mat.Sci., 15 (1980) 720, J.Organ
ometallic Chem., 300 , p327-346, (1986)). It is known that when polydimethylsilylene is heated, β-type silicon carbide is generally formed according to the following reaction formula.

【0011】[0011]

【化1】 Embedded image

【0012】一例として、矢島ら(Chem.Lett.,(1975)9
31) が合成したプロセスを以下に示す。Li金属片存在
のテトラハイドロフラン溶媒中で、ジメチルジクロロシ
ランは反応式に従ってドデカメチルシクロヘキサンとな
る。
As an example, Yajima et al. (Chem. Lett., (1975) 9
The process synthesized by 31) is shown below. Dimethyldichlorosilane becomes dodecamethylcyclohexane according to the reaction formula in a tetrahydrofuran solvent in which Li metal pieces are present.

【0013】[0013]

【化2】 Embedded image

【0014】次に得られたドデカメチルシクロヘキサシ
ランをArガス封入の高圧釜中で48時間かけて400
℃に加熱すると、次に示す開環反応とそれに続く重合反
応を起こしてポリマーが生成する。
Next, the obtained dodecamethylcyclohexasilane was heated to 400 in a high pressure kettle filled with Ar gas for 48 hours.
When heated to 0 ° C., the following ring-opening reaction and subsequent polymerization reaction occur to produce a polymer.

【0015】[0015]

【化3】 Embedded image

【0016】生成したポリマーをジエチルエーテルに溶
かすと、ポリマーの低分子ポリマー成分(nの値が極端
に小さい成分)はジエチルエーテルと一緒に蒸発し、高
分子ポリマー成分のみが残る。この残存物をノルマルヘ
キサンとアセトンの混合溶媒に溶かすと、高分子ポリマ
ー成分の中でも、nの値の大きい高分子ポリマー成分は
ノルマルヘキサンに、nの値の小さい高分子ポリマー成
分はアセトンに溶解分離する。そのため、ノルマルヘキ
サンに溶解したnの値の大きい高分子ポリマー成分を取
り出せば分子量の揃った高分子ポリマー成分が得られ
る。ここで、(1)の反応式の左辺をポリシランポリマ
ー〔I〕、(3)の反応式の右辺の内、nの値が極端に
小さい高分子ポリマー成分をポリシランポリマー〔I
a〕、nの値の大きい(ここではn=25とする)高分
子ポリマー成分をポリシランポリマー〔Ib〕と定義す
る。
When the produced polymer is dissolved in diethyl ether, the low molecular weight polymer component (component having an extremely small value of n) of the polymer is evaporated together with the diethyl ether, and only the high molecular weight polymer component remains. When this residue is dissolved in a mixed solvent of normal hexane and acetone, among the high molecular polymer components, the high molecular polymer component having a large n value is dissolved in normal hexane and the high polymer component having a small n value is dissolved in acetone. To do. Therefore, by taking out a high molecular weight polymer component having a large n value dissolved in normal hexane, a high molecular weight polymer component having a uniform molecular weight can be obtained. Here, the left side of the reaction formula of (1) is the polysilane polymer [I], and the high molecular polymer component of the right side of the reaction formula of (3) is a polysilane polymer [I].
A polymer component having a large value of a] and n (here, n = 25) is defined as a polysilane polymer [Ib].

【0017】ポリシランポリマー〔I〕を溶剤に溶かし
たもの、またはノルマルヘキサンに溶解した高分子ポリ
マー成分であるポリシランポリマー〔Ib〕を通常のホ
トレジスト塗布のようにウエハに回転塗布し、その後、
焼成すれば、β−SiCを主成分とする材料が得られ
る。このポリシランポリマー〔I〕やポリシランポリマ
ー〔Ib〕から炭化ケイ素の多結晶または単結晶薄膜を
得る生成反応は脱水素チェーン反応であるため、脱水素
カップリング触媒となるパラジウムなどの金属薄膜や水
素引き抜き効果のある水素吸蔵合金薄膜を利用する。ま
た合成されたポリシランポリマー〔Ib〕は前記反応式
(3)のポリマーの内でn=25が大部分の高分子ポリ
マーがノルマルヘキサンに溶けたものであり、このポリ
シランポリマー〔Ib〕を使用して炭化ケイ素薄膜を形
成する方法について、その実施例を次に説明する。
Polysilane polymer [I] dissolved in a solvent or polysilane polymer [Ib], which is a high molecular polymer component dissolved in normal hexane, is spin-coated on a wafer like a usual photoresist coating, and then,
By firing, a material containing β-SiC as a main component is obtained. Since the production reaction for obtaining a polycrystalline or single-crystal thin film of silicon carbide from this polysilane polymer [I] or polysilane polymer [Ib] is a dehydrogenation chain reaction, a metal thin film such as palladium or a hydrogen abstraction that serves as a dehydrogenation coupling catalyst. Use an effective hydrogen storage alloy thin film. In the synthesized polysilane polymer [Ib], n = 25 in the polymer of the reaction formula (3) is a polymer in which most of the high molecular weight polymer is dissolved in normal hexane, and the polysilane polymer [Ib] is used. An example of a method of forming a silicon carbide thin film by the following will be described below.

【0018】図1は第1実施例の工程フロー図である。
4インチφのシリコンウエハ1の表面に1μm程度の厚
さの酸化膜2を被着する(同図(a))。つぎに通常の
スパッタ法により、0.5μm程度の厚さにパラジウム
を蒸着し、パラジウム薄膜3を形成する(同図
(b))。その後、ポリシランポリマー〔Ib〕を含ん
だ溶液をパラジウム薄膜3上に滴下し、500rpmで
回転塗布し、パラジウム薄膜3上に均一の厚さの液状の
ポリシランポリマー〔Ib〕層を形成する。その後、こ
のウエハを100℃のクリーンオーブン中で1時間程ベ
ーク、乾燥する。この過程で、溶剤であるノルマルヘキ
サンは蒸発し固化したポリシランポリマー〔Ib〕層4
を形成する(同図(c))。その後、固化したポリシラ
ンポリマー〔Ib〕層4上に0.5μm程度の厚さにパ
ラジウムを蒸着し、パラジウム薄膜5を形成する(同図
(d))。つぎに、このウエハを400℃で真空状態の
電気炉中で3時間焼成することにより、炭化ケイ素の多
結晶薄膜6(膜厚約0.5μm)が得られる(同図
(e))。
FIG. 1 is a process flow chart of the first embodiment.
An oxide film 2 having a thickness of about 1 μm is deposited on the surface of a 4-inch φ silicon wafer 1 (FIG. 3A). Next, palladium is vapor-deposited to a thickness of about 0.5 μm by a normal sputtering method to form a palladium thin film 3 (FIG. 2B). Then, a solution containing the polysilane polymer [Ib] is dropped onto the palladium thin film 3 and spin-coated at 500 rpm to form a liquid polysilane polymer [Ib] layer having a uniform thickness on the palladium thin film 3. Then, the wafer is baked and dried in a clean oven at 100 ° C. for about 1 hour. In this process, the solvent normal n-hexane was evaporated to solidify the polysilane polymer [Ib] layer 4
Are formed ((c) in the figure). After that, palladium is vapor-deposited on the solidified polysilane polymer [Ib] layer 4 to a thickness of about 0.5 μm to form a palladium thin film 5 (FIG. 3D). Next, this wafer is fired at 400 ° C. in an electric furnace in a vacuum state for 3 hours to obtain a polycrystalline silicon carbide thin film 6 (thickness: about 0.5 μm) ((e) in the same figure).

【0019】図2は第1実施例で塗布回転数を変えてポ
リシランポリマー〔Ib〕層の膜厚を変化させた場合の
炭化ケイ素薄膜の結晶性をX線回折から評価した結果で
ある。同図中の(1)は膜厚が0.5、0.3μmの場
合のX線回折パターンであり、いずれも同様のパターン
を示し、基板シリコンに起因したピークは見受けられる
ものの、炭化ケイ素に起因したピークはノイズに隠れて
はっきりとは確認出来ない。同図中の(2)は膜厚を
0.2、0.1μmとした場合のもので、35.5°の
回折角をもつβ−SiCのピークが際立って観測され
る。このX線回折強度からポリシランポリマー〔Ib〕
層をパラジウム層で両面から挟んだ場合はポリシランポ
リマー〔Ib〕の膜厚を0.2μm以下にすると炭化ケ
イ素の単結晶が得られることが分かる。
FIG. 2 shows the results of evaluation by X-ray diffraction of the crystallinity of the silicon carbide thin film when the coating rotation speed was changed and the film thickness of the polysilane polymer [Ib] layer was changed in the first embodiment. (1) in the figure is an X-ray diffraction pattern when the film thickness is 0.5 and 0.3 μm. Both show the same pattern, and although a peak due to the substrate silicon can be seen, The resulting peak is hidden by noise and cannot be clearly confirmed. (2) in the figure shows the case where the film thickness is 0.2 and 0.1 μm, and the peak of β-SiC having a diffraction angle of 35.5 ° is conspicuously observed. From this X-ray diffraction intensity, polysilane polymer [Ib]
It can be seen that when the layer is sandwiched by palladium layers from both sides, a single crystal of silicon carbide can be obtained by setting the film thickness of the polysilane polymer [Ib] to 0.2 μm or less.

【0020】図3は第2実施例の工程フロー図を示す。
図1と同様、表面を約1μmの厚さに酸化した4インチ
φのシリコンウエハ1の酸化膜2上に通常のスパッタ法
により約0.5μmの厚さにパラジウムを蒸着し、パラ
ジウム薄膜3を形成する(同図(a))。このパラジウ
ム薄膜3をホトマスクを用いた通常のホトリソグラフィ
により、所定の部分が残るように加工する(同図
(b))。この加工時のエッチングは混酸(塩酸:硝
酸:酢酸=1:10:10)を用いる湿式エッチングを
採用したが、プラズマエッチングなどの乾式エッチング
でも可能である。その後、図1と同様にポリシランポリ
マー〔Ib〕をシリコンウエハの酸化膜2上に滴下、回
転塗布、乾燥させポリシランポリマー〔Ib〕層4を形
成する(同図(c))。その後、再度約0.5μmの厚
さに蒸着したパラジウム薄膜5を前回用いたものと全く
同一のホトマスクを用いて加工する(同図(d))。こ
の状態で、図1と同様の条件で焼成すると上下のパラジ
ウム薄膜3、5で挟まれた部分のポリシランポリマー
〔Ib〕層は炭化ケイ素の多結晶薄膜6(膜厚約0.5
μm)に改質されたが、その他の部分は炭化ケイ素を主
成分とするパウダー状の層7となる(同図(e))。こ
の状態で、超音波水洗すると、パウダー状の層7は除去
され、パラジウム薄膜3、5で挟まれた炭化ケイ素の多
結晶薄膜6が選択的に形成される(同図(f))。この
ことから、炭化ケイ素薄膜の加工は 従来技術で容易に
可能なパラジウム薄膜の加工を仲立ちとして、それを転
写した形に加工できることがわかる。
FIG. 3 shows a process flow chart of the second embodiment.
Similar to FIG. 1, palladium is vapor-deposited to a thickness of about 0.5 μm on the oxide film 2 of a silicon wafer 1 of 4 inches φ whose surface is oxidized to a thickness of about 1 μm by a normal sputtering method to form a palladium thin film 3. It is formed ((a) in the same figure). This palladium thin film 3 is processed by ordinary photolithography using a photomask so that a predetermined portion remains (FIG. 2B). Although wet etching using a mixed acid (hydrochloric acid: nitric acid: acetic acid = 1: 10: 10) is adopted as the etching at the time of this processing, dry etching such as plasma etching is also possible. Then, similarly to FIG. 1, polysilane polymer [Ib] is dropped on the oxide film 2 of the silicon wafer, spin-coated and dried to form a polysilane polymer [Ib] layer 4 (FIG. 1C). After that, the palladium thin film 5 vapor-deposited to a thickness of about 0.5 μm is processed again by using the same photomask as that used previously (the same figure (d)). In this state, if the polysilane polymer [Ib] layer sandwiched between the upper and lower palladium thin films 3 and 5 is fired under the same conditions as in FIG.
μm), but the other portion becomes a powdery layer 7 containing silicon carbide as a main component (FIG. 7E). In this state, ultrasonic washing with water removes the powdery layer 7 and selectively forms the polycrystalline silicon carbide thin film 6 sandwiched between the palladium thin films 3 and 5 ((f) in the same figure). From this, it is understood that the processing of the silicon carbide thin film can be processed into a transferred form by interposing the processing of the palladium thin film which can be easily performed by the conventional technique.

【0021】図4は第3実施例の工程フロー図を示す。
加工されたパラジウム薄膜3がポリシランポリマー〔I
b〕層4の下に形成される(同図(a))。このポリシ
ランポリマー〔Ib〕層4の厚さはパラジウム薄膜3が
一層で触媒効果が弱まることを考慮して約1μmとし
た。その後の熱処理でパラジウム薄膜と接している部分
のみが炭化ケイ素の単結晶薄膜8として形成され、その
他の部分は炭化ケイ素を主成分とするパウダー状の層7
として形成される(同図(b))。つぎに超音波水洗で
パウダー状の層7が除去され、パラジウム薄膜3の被着
した部分のみ選択的に炭化ケイ素の単結晶薄膜8が形成
される(同図(c))。
FIG. 4 shows a process flow chart of the third embodiment.
The processed palladium thin film 3 is a polysilane polymer [I
b] It is formed under the layer 4 ((a) in the same figure). The thickness of the polysilane polymer [Ib] layer 4 was set to about 1 μm in consideration of the fact that the palladium thin film 3 is a single layer and the catalytic effect is weakened. In the subsequent heat treatment, only the portion in contact with the palladium thin film is formed as the silicon carbide single crystal thin film 8, and the other portion is a powdery layer 7 containing silicon carbide as a main component.
Is formed as shown in FIG. Next, the powdery layer 7 is removed by ultrasonic water washing, and a single crystal thin film 8 of silicon carbide is selectively formed only on the portion where the palladium thin film 3 is adhered (FIG. 7C).

【0022】図5は第4実施例の工程フロー図を示す。
加工されたパラジウム薄膜がポリシランポリマー〔I
b〕層4の上に形成される(同図(a))。その後の熱
処理でパラジウム薄膜4と接している部分のみが炭化ケ
イ素の結晶薄膜8として形成され、その他の部分は炭化
ケイ素を主成分とするパウダー状の層7として形成され
る(同図(b))。つぎに超音波水洗でパウダー状の層
7が除去され、パラジウム薄膜5の被着した部分のみ選
択的に炭化ケイ素の単結晶薄膜8が形成される(同図
(c))。
FIG. 5 is a process flow chart of the fourth embodiment.
The processed palladium thin film is a polysilane polymer [I
b] It is formed on the layer 4 ((a) of the same figure). In the subsequent heat treatment, only the portion in contact with the palladium thin film 4 is formed as the silicon carbide crystal thin film 8, and the other portion is formed as the powdery layer 7 containing silicon carbide as the main component ((b) in the figure). ). Next, the powdery layer 7 is removed by ultrasonic water washing, and a single crystal thin film 8 of silicon carbide is selectively formed only on the portion where the palladium thin film 5 is adhered (FIG. 2C).

【0023】尚、前記の実施例ではそれぞれ独立に示し
たが、これらの実施例を任意にくみあわせることによっ
て、炭化ケイ素薄膜の抵抗体やシリコン基板上およびシ
リコン基板上に形成された絶縁膜上に構成し、複合半導
体素子を製作できる。またポリシランポリマー〔Ib〕
の代わりにポリシランポリマー〔I〕でも前記と同様の
処理で炭化ケイ素の多結晶薄膜または単結晶が得られ
る。またパラジウム薄膜の代わりに、脱水素吸蔵合金で
あるNi5 の化学量論組成を含む金属間化合物を主成分
とした薄膜でも前記と同様の処理で炭化ケイ素の多結晶
薄膜または単結晶薄膜が得られる。またシリコン基板の
代わりにガラスなどの絶縁板、絶縁板上にシリコン薄膜
を形成した板、または絶縁板上にシリコン薄膜と酸化膜
などの絶縁膜を形成した板をそれぞれ基板として用いて
も同様の結果が得られる。
Although the above-mentioned embodiments are shown independently of each other, by arbitrarily combining these embodiments, a resistor of a silicon carbide thin film, a silicon substrate and an insulating film formed on the silicon substrate can be formed. In this way, a composite semiconductor device can be manufactured. In addition, polysilane polymer [Ib]
A polysilane thin film or a single crystal of silicon carbide can be obtained by the same treatment as above with polysilane polymer [I] instead of. Also, instead of the palladium thin film, a thin film containing an intermetallic compound containing a stoichiometric composition of Ni 5 which is a dehydrogenation storage alloy as a main component can be used to obtain a polycrystalline silicon carbide film or a single crystal thin film of silicon carbide by the same treatment as described above. To be Also, instead of the silicon substrate, an insulating plate made of glass or the like, a plate having a silicon thin film formed on the insulating plate, or a plate having an insulating film such as a silicon thin film and an oxide film formed on the insulating plate may be used as the substrate. The result is obtained.

【0024】[0024]

【発明の効果】この発明によれば、従来の薄膜形成法に
比べて簡便、かつ低温で形成出来るため、従来のシリコ
ン半導体との複合化が可能である。また、塗布工程で層
形成ができることから、従来の薄膜形成法に比べて、量
産性に優れ低コスト化が図れる。さらに、選択形成が可
能なことから、薄膜加工工程が不要で、このことが、よ
り一層の低コスト化効果を生む。さらに大きな効果は、
薄膜で炭化ケイ素の単結晶が低温で得られるという点で
あって、シリコン半導体ウエハ上に抵抗体およびダイオ
ード等を複合的に作り込めるという利点が得られる。ま
た極めて安定な半導体表面保護膜としても利用できる。
According to the present invention, since it can be formed more simply and at a lower temperature than the conventional thin film forming method, it can be combined with a conventional silicon semiconductor. Further, since the layer can be formed in the coating step, the mass productivity is excellent and the cost can be reduced as compared with the conventional thin film forming method. Furthermore, since selective formation is possible, a thin film processing step is unnecessary, which produces a further cost reduction effect. An even greater effect is
Since a single crystal of silicon carbide can be obtained in a thin film at a low temperature, there is an advantage that a resistor, a diode and the like can be compositely formed on a silicon semiconductor wafer. It can also be used as an extremely stable semiconductor surface protective film.

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

【図1】第1実施例の工程フロー図で、同図(a)ない
し同図(e)は形成順に示した工程図
FIG. 1 is a process flow chart of a first embodiment, in which FIG. 1 (a) to FIG.

【図2】第1実施例で塗布回転数を変えて高分子ポリマ
ー成分〔Ib〕層の膜厚を変化させた場合の炭化ケイ素
薄膜の結晶性をX線回折から評価した結果の図
FIG. 2 is a diagram showing the results of evaluation of the crystallinity of a silicon carbide thin film by X-ray diffraction when the coating speed was changed and the film thickness of the high molecular polymer component [Ib] layer was changed in the first example.

【図3】第2実施例の工程フロー図で、同図(a)ない
し同図(f)は形成順に示した工程図
FIG. 3 is a process flow chart of the second embodiment, wherein FIGS. 3A to 3F are process diagrams shown in the order of formation;

【図4】第3実施例の工程フロー図で、同図(a)ない
し同図(c)は形成順に示した工程図
FIG. 4 is a process flow chart of the third embodiment, and FIGS. 4A to 4C are process diagrams shown in the order of formation;

【図5】第4実施例の工程フロー図で、同図(a)ない
し同図(c)は形成順に示した工程図
5A to 5C are process flow charts of a fourth embodiment, and FIGS. 5A to 5C are process diagrams shown in the order of formation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコンウエハ 2 酸化膜 3 パラジウム薄膜 4 ポリシランポリマー〔Ib〕層 5 パラジウム薄膜 6 炭化ケイ素の多結晶薄膜 7 パウダー状の層 8 炭化ケイ素の単結晶薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer 2 Oxide film 3 Palladium thin film 4 Polysilane polymer [Ib] layer 5 Palladium thin film 6 Polycrystalline thin film of silicon carbide 7 Powdery layer 8 Single crystal thin film of silicon carbide

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に脱水素作用のある金属薄膜とシリ
コン原子を含む有機高分子層とが積層された後、有機高
分子層中の水素が脱水素作用のある金属薄膜と反応する
温度で焼成することを特徴とする炭化ケイ素薄膜の形成
方法。
1. A temperature at which hydrogen in an organic polymer layer reacts with a dehydrogenating metal thin film after a metal thin film having a dehydrogenating action and an organic polymer layer containing silicon atoms are laminated on a substrate. A method for forming a silicon carbide thin film, which comprises firing at.
【請求項2】基板上に脱水素作用のある金属薄膜が形成
された後、該基板上と該金属薄膜上とにシリコン原子を
含む有機高分子を溶解した液体が塗布され、焼成される
ことを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の形成
方法。
2. A metal thin film having a dehydrogenation effect is formed on a substrate, and then a liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved is applied onto the substrate and the metal thin film and baked. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein:
【請求項3】基板上にシリコン原子を含む有機高分子を
溶解した液体が塗布され、固化された後、塗布膜上に脱
水素作用のある金属薄膜が形成され、焼成されることを
特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
3. A liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved is applied onto a substrate and solidified, and then a metal thin film having a dehydrogenation action is formed on the applied film and baked. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1.
【請求項4】基板上に脱水素作用のある金属薄膜が形成
され、該基板上と、該金属薄膜上とにシリコン原子を含
む有機高分子を溶解した液体を塗布し、固化した後、塗
布膜上に、前記金属薄膜に対応するように、脱水素作用
のある金属薄膜が形成され、焼成されることを特徴とす
る請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
4. A metal thin film having a dehydrogenating action is formed on a substrate, and a liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved is applied onto the substrate and the metal thin film, and after solidification, application. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein a metal thin film having a dehydrogenation action is formed on the film so as to correspond to the metal thin film, and is baked.
【請求項5】基板上の一部または全面に脱水素作用のあ
る金属薄膜が形成されることを特徴とする請求項1記載
の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
5. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein a metal thin film having a dehydrogenation action is formed on a part or the whole surface of the substrate.
【請求項6】基板上にシリコン原子を含む有機高分子を
溶解した液体が塗布され、固化された後、塗布膜上の一
部または全面に、脱水素作用のある金属薄膜が形成され
ることを特徴とする請求項2記載の炭化ケイ素薄膜の形
成方法。
6. A metal thin film having a dehydrogenation effect is formed on a part or the whole surface of a coated film after a liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved is applied and solidified on a substrate. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 2, wherein
【請求項7】基板上の一部または全面に脱水素作用のあ
る金属薄膜が形成された後、該半導体基板上と、該金属
薄膜上とにシリコン原子を含む有機高分子を溶解した液
体を塗布し、固化した後、塗布膜上に、前記金属薄膜の
一部または全面に対応するように、脱水素作用のある金
属薄膜が形成され、焼成されることを特徴とする請求項
3記載の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
7. A liquid in which an organic polymer containing silicon atoms is dissolved is formed on the semiconductor substrate and on the metal thin film after a metal thin film having a dehydrogenation action is formed on a part or the whole surface of the substrate. 4. The metal thin film having a dehydrogenation effect is formed on the coated film so as to correspond to a part or the whole surface of the metal thin film after coating and solidifying, and then baked. Method for forming silicon carbide thin film.
【請求項8】基板が半導体または絶縁物からなることを
特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
8. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the substrate is made of a semiconductor or an insulator.
【請求項9】半導体基板上に、絶縁層が形成されること
を特徴とする請求項8記載の炭化ケイ素薄膜の形成方
法。
9. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 8, wherein an insulating layer is formed on the semiconductor substrate.
【請求項10】絶縁基板上に、半導体薄膜層が形成され
ることを特徴とする請求項8記載の炭化ケイ素薄膜の形
成方法。
10. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 8, wherein a semiconductor thin film layer is formed on the insulating substrate.
【請求項11】絶縁基板上に、半導体薄膜と絶縁膜とが
積層されて、形成されることを特徴とする請求項1記載
の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
11. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein a semiconductor thin film and an insulating film are laminated and formed on an insulating substrate.
【請求項12】シリコン原子を含む有機高分子がポリシ
ラン重合体であり、焼成温度が300°Cないし700
°Cであることを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素
薄膜の形成方法。
12. The organic polymer containing silicon atoms is a polysilane polymer, and the firing temperature is 300 ° C. to 700 ° C.
The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the temperature is ° C.
【請求項13】脱水素作用のある金属薄膜が脱水素触媒
金属のパラジウム薄膜または脱水素吸蔵合金のNi5
化学量論組成を含む金属間化合物を主成分とした薄膜で
あることを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の
形成方法。
13. A metal thin film having a dehydrogenation action is a palladium thin film of a dehydrogenation catalyst metal or a thin film mainly composed of an intermetallic compound containing a stoichiometric composition of Ni 5 of a dehydrogenation storage alloy. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1.
【請求項14】炭化ケイ素薄膜が選択的に形成されるこ
とを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄膜の形成方
法。
14. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein the silicon carbide thin film is selectively formed.
【請求項15】炭化ケイ素薄膜の少なくとも一部が単結
晶であることを特徴とする請求項1記載の炭化ケイ素薄
膜の形成方法。
15. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 1, wherein at least a part of the silicon carbide thin film is a single crystal.
【請求項16】シリコン原子を含む有機高分子の液体の
塗布が回転塗布であることを特徴とする請求項2ないし
7のいずれか一つに記載の炭化ケイ素薄膜の形成方法。
16. The method for forming a silicon carbide thin film according to claim 2, wherein the coating of the organic polymer liquid containing silicon atoms is spin coating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11171528A (en) * 1997-08-27 1999-06-29 Dow Corning Corp Tetradecachlorocyclohexasilane-dianion-containing compound
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