JPS61139666A - 炭化珪素薄膜の形成方法 - Google Patents

炭化珪素薄膜の形成方法

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JPS61139666A
JPS61139666A JP26039084A JP26039084A JPS61139666A JP S61139666 A JPS61139666 A JP S61139666A JP 26039084 A JP26039084 A JP 26039084A JP 26039084 A JP26039084 A JP 26039084A JP S61139666 A JPS61139666 A JP S61139666A
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JP
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thin film
silicon carbide
dimethyldichlorosilane
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gas
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Makoto Onoe
誠 尾上
Yukio Ibe
伊部 幸雄
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Inoue Japax Research Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば高温用治具、耐熱耐蝕性のメカニカル
シールあるいは半導体用シリコンウェハの加熱台等に使
用される炭化珪素(S i C)薄膜形成部材をCVD
法を用いて炭素もしくは炭化物基材、またはセラミック
スや比較的高耐熱性の金属、合金基村上に形成する方法
に関する。
(従来の枝術) 炭化物の膜形成方法として、気相反応すなわちCVD法
が知られている。CVD法は膜の構成元素を気化しやす
い化合物にし、これをキャリアガスによって反応系に導
入し、反応ガスの化学反応によって生成する固層を大村
上に析出させて膜を形成させる方法である。このCVD
法により炭化珪素薄膜を炭素(黒鉛)あるいは炭化物基
材等に形成する場合、従来は、反応炉内を窒素ガスによ
り置換し、排気した後、棒状黒鉛基材と電極との間で交
流によりグロー放電を行ない、次に基材を1400℃に
通電加熱し、テトラメチルシランを一定流量(例えば2
.8X10−4モル/分)でグロー放電プラズマ中に供
給することにより、炭化珪素薄膜を形成している。
この従来方法によると、炭化珪素薄膜をせいぜい3.7
5 g m / win程度の析出速度でしか形成させ
ることができない。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、従来よりも高速で炭化珪素薄膜を形成するこ
とができる炭化珪素薄膜の形成方法を提供しようとする
ものである。また本発明は、電気抵抗値の範囲が広く選
定できる薄膜形成方法を提供しようとするものである。
(間顕点を解決するための手段) 本発明による炭化珪素薄膜の形成方法は、反応炉内にキ
ャリアガス共にジメチルジクロロシラン(S i  (
C)(:l ) 2 CKL2)を供給し、基材を加熱
してCVD法により基材表面に炭化珪素薄膜を形成する
ことを特徴とする。また本発明は、ジメチルジクロロシ
ランと四m化珪素の混合ガスを反応炉に供給し、CVD
法によって炭化珪素と炭素を含む薄膜を形成するように
したものである。
(実施例) 以下本発明の一実施例を第1図により説明する。キャリ
アガスであるアルゴンガスにより置換された反応炉1内
に、黒鉛でなる基材2を入れ、炉体(ヒータ)3により
に基材2を加熱し、ガス人口4からキャリアガスとジメ
チルジクロロシランの混合ガスを供給することにより、
CVD法により炭化珪素薄膜を基材2−ヒに形成する。
キャリアガスとしては、アルゴンガスを用い、アルゴン
ガスの反応炉lへの供給は、アルゴンガスの圧力容器5
から、供給管路6の流量調節用の手動弁7A 、7Bと
、コック8A〜8Cと、脱酸素装置9と、脱水分装置1
0とを通して、圧力計11A−1icと、酸素分析計1
2と、流量計13Aの各計測値を監視しながらガス供給
を行なう。
一方、原料ガスの供給は、ジメチルジクロロシランを収
容している原料容器14から定量ポンプ15により断熱
容器である気化室16に滴下し、該気化室16からの気
化されたジメチルジクロロシランガスを前記キャリアガ
スの供給管路6に合流させる断熱層を有する管路17を
介して反応炉l内に供給する。
原料容器14および気化室16に対しては、キャリアガ
スを充填する管路18〜20と、これらの管路に設けら
れた手動弁7C、コック8D。
8E、およびトラップ21A、21Bを介して流量計1
3Bの計測値を監視しながら供給する。
この装置を用いて薄膜形成を行なう場合は、まず反応炉
1内をアルゴンガスにより置換し、完全に置換されたか
どうかは酸素分圧計22により反応炉l内の酸素分圧を
測定することにより確認した。反応炉1の炉体3を働か
せて反応炉lの温度が設定値に到達させた後、ジメチル
ジクロロシランを定にポンプ15により気化室16に滴
下することにより気化させ、この気化させたジメチルジ
クロロシランとアルゴンガスとの混合ガスを、前記手動
弁7A〜7C、コック8A〜8E等の操作により、内径
20fflfflの反応炉1内に導入し熱分解した。ア
ルゴンガス中のジメチルジクロロシランの分圧は、電子
恒温槽で制御された気化室16の温度、ジメチルジクロ
ロシランの滴下速度、気化室16のアルゴン流量、およ
び流量計13Aにより計測されるバイパス流量を変える
ことにより調節した。
具体的には、反応炉1内の温度を1200〜1500℃
の範囲内に制御し、ジメチルジクロロシランの気化室1
6への滴下速度を0.1〜1m文/win、アルゴンガ
ス流量を0.1〜2.517w1nの条件下で反応を行
なわせた。例えば、反応炉温度1400℃、ジメチルジ
クロロシランの気化室16への滴下速度を0.3 m 
fL/mi n、気化室16へのアルゴンガス流量を0
.05Jl /win 、バイパス側のアルゴンガス流
量を0.5J1/minの条件で1時間熱分解を行なう
ことにより、黒鉛基材2の表面にビッカース硬度が30
00、厚さ0.3 mmのβ型炭化珪素薄膜が形成され
た。この時の薄膜の平均形成速度は5ルm/minであ
り、従来よりも大幅に形成速度を向上させることが可能
であった。
ジメチルジクロロシランの熱分解温度は炭化珪素の結晶
性に作用し、反応炉l内のアルゴンガス流量により制御
することができる。例えば、反応炉温度を1200℃一
定とし、アルゴンガス流量を変化させた時、薄膜のX線
回折パターンは第2図のように変化する。すなわち、ア
ルゴンガス流量が2.517w1nである場合には(A
)に示すように、ピークは観測されないが、(B)のよ
うに0゜5Jlj/win となるとブロード、な(1
11)、(220)の回折ピークが観測される。さらに
(C)のO,li/minとなると、(111)、(2
20)の回折ピークの他に(311)が観測される。こ
の時、ジメチルジクロロシランの滴下速度は0.3m文
/minであった。つまり、分解速度のJ−’A、Cア
ルゴンガス流量を少なくすることは、分解速度を[こげ
ることに等しい)に伴ない、結晶化が進むことを意味し
ている。ジメチルジクロロシランの熱分解温度は5t−
CH3の結合を残存させないために、1150°C以上
必要であり、それ以下では基材表面に5i−CH3の結
合のある薄膜が形成される。最適な熱分解温度は125
0〜1350℃である。
ジメチルジクロロシランの濃度はその滴下速度とアルゴ
ンガス施量によって決定される。濃度が高い場合、炭化
珪素薄膜の形成速度は速くなるが、粒子径が大きくなり
、粗い薄膜となる。逆に低い場合、粒子径の小さい緻密
な薄膜となる。
ジメチルジクロロシランから炭化珪素が形成されるメカ
ニズムは次のように考えられる。 700 ’C以下の
温度でジメチルジクロロシランは第3図に示すようにラ
ジカル開裂(a)〜(d)を起こす。続いてこれらのラ
ジカルとジメチルジクロロシランが脱塩素、脱メタンを
伴なって重縮合を繰り返えし、高分子用のポリメチルポ
リクロロポリシランとなる。これがさらに脱塩素、脱メ
タンを繰り返えしながら炭化珪素が形成される。これら
の反応が完全に遂行されるには1150°C以上の温度
が必要である。
以上の例では、有機珪素としてジメチルジクロロシラン
単独を用いた場合について述べたが、ジメチルジクロロ
シランガス以外に四塩化炭素を混合してアルゴンガスと
共に反応炉1内に供給し、その混合比を訳択することに
より、任意の抵抗値を有する炭化薄膜を形成することが
できる。すなわち第1図において、原料容器14にジメ
チルジクロロシランと四塩化珪素との混合液体を入れて
滴下するか、あるいは14〜21.7C、8D 。
8Eで示したジメチルジクロロシラン用の気化装置と同
様構成の四塩化珪素気化用装置23をジメチルジクロロ
シラン用の気化装置に対して並設し、ジメチルジクロロ
シランガスと四塩化珪素ガスとを混合して反応炉lに供
給する。四塩化珪素中 反応し、炭化珪素となる。ジメチルジクロロシランはそ
の組成内に珪素と炭素を含み、熱分解により炭素基材2
上に炭化珪素薄膜を形成し、メータンガスおよび塩素ガ
スを発生する。すなわち四塩化珪素とは異なり、炭素基
材2とはほとんど反応しない。ところがこれに四塩化珪
素が混入すると。
炭素基材2と反応しない四塩化珪素中の70〜80%の
珪素はジメチルジクロロシラン中の炭素を炭素薄膜とし
て形成させる作用をなす。
このような作用を利用すると、ジメチルジクロロシラン
と四塩化珪素との混合比を変化させることで、炭化珪素
薄膜と炭素の割合が任意に設定された薄膜を得ることが
できる。すなわち、ジメチルジクロロシラン単独の場合
、熱分解温度を変化させることにより、炭化珪素薄膜と
して、抵抗値が102〜108ΩCmの電気抵抗値が得
られるが、四塩化珪素を混合することによって、10−
2〜106Ωamというより広い範囲の電気抵抗値が得
られる。
なお具体的な例を述べると、ジメチルジクロロシランと
四塩化珪素の混合液体を原料容器14内に入れ、そのモ
ル比を1 :O,,8〜1 :1.2の条件で5mJ1
10.5〜2.5 hrの液体混合物を気化室16に滴
下して気化し、アルゴンガスを1.5〜0.5Q/mi
n供給し、反応炉l中の炭素材に遮閉板を設けて乱流を
生じさせて反応を促進させることにより、大村上に3 
p、 m / minの析出速度で100IIlin間
薄膜を形成させる(すなわち0.3 m111厚の薄膜
を得る)ことができた。このようにして得られた薄膜は
、ビッカース硬度が3000で断面写真によれば極めて
緻密な層であることが確認され、電気抵抗は104Ωc
mであった。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明によれば、有機珪素としてジ
メチルジクロロシランを用いて、CVD法により炭化珪
素薄膜を形成するようにしたので、従来よりも高い速度
で炭化珪素薄膜を形成することができる。また本発明に
おいては、ジメチルジクロロシランと四塩化珪素の混合
ガスを供給して炭化珪素と炭素を含む薄膜を形成するよ
うにしたので、混合比を変化させることにより、薄膜の
電気抵抗値を広い範囲にわたって任意に設定できる。
なお、本発明は、炭化珪素薄膜の形成方法を称している
が、例えば黒鉛等の基材と基材とを積み重ね等接合した
状態で行なうと表面に膜が形成されるだけでなく接合隙
間に侵入していて対向接合面にも炭化珪素膜が形成され
、そしてついには両県材が形成炭化珪素により強固に結
合されるもので、従って本発明は、炭化珪素による接合
方法として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を一実施例を説明する装置構成図
、第2図は本発明の方法により得られる薄膜のX線回折
パターン図、第3図は本発明において生じる反応を説明
する図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、反応炉内にキャリアガス共にジメチルジクロロシラ
    ンを供給し、基材を加熱してCVD法により基材表面に
    炭化珪素薄膜を形成することを特徴とする炭化珪素薄膜
    の形成方法。 2、反応炉内にキャリアガス共にジメチルジクロロシラ
    ンと四塩化珪素ガスとの混合ガスを供給し、基材を加熱
    してCVD法により基材表面に炭化珪素薄膜および炭素
    を含む薄膜を形成することを特徴とする炭化珪素薄膜の
    形成方法。
JP26039084A 1984-10-12 1984-12-08 炭化珪素薄膜の形成方法 Granted JPS61139666A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63190173A (ja) * 1987-02-02 1988-08-05 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
US5225032A (en) * 1991-08-09 1993-07-06 Allied-Signal Inc. Method of producing stoichiometric, epitaxial, monocrystalline films of silicon carbide at temperatures below 900 degrees centigrade
US5522105A (en) * 1994-06-27 1996-06-04 Ivy Inc. Health pillow
JP2014114509A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei Univ C/SiC傾斜コーティング膜の形成方法及び装置
JP2020083665A (ja) * 2018-11-15 2020-06-04 住友金属鉱山株式会社 黒鉛基材、炭化珪素の成膜方法および炭化珪素基板の製造方法

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