水素ラジカル支援プラズマ化学気相成長法による立方晶炭化ケイ素結晶の低温成長

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650028
• Research Institution: Nagaoka Universiyt of Technology
• Principal Investigator: 安井 寛治 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70126481)
• Keywords: 水素ラジカル / プラズマ化学気相成長法 / 立方晶炭化ケイ素 / エピタキシャル成長

Research Abstract

本研究課題は、プラズマにより生成した水素ラジカルの反応性を用いてシリコン基板上に高融点半導体である立方晶炭化珪素(3C-SiC)の結晶成長やエピタキシャル成長を低温で実現することを目的として行ってきた。
初年度である平成9年度、三極管型プラズマCVD法およびハイブリッドプラズマCVD法により原料に有機珪素化合物の一種であるジメチルクロロシランおよびジメチルシランを用いて1000℃程度までの低温プロセスでの結晶成長を試みた結果、低温での結晶成長には三極管型プラズマCVD法が有効で、本成長法により600℃以下の低温で結晶SiCの成長を実現し、この結晶成長が成長時の基板表面近傍の低いプラズマ空間電位と1eV以下の低電子温度条件下で実現することを見出した。さらにプラズマ空間電位の高周波変動振幅を2V以下にまで低減させることで13.56MHzの高周波に追随すると考えられる水素イオンのシースでの加速を低減させ、結晶性の向上を実現した。また1000℃においてSi(100)、(111)基板上でエピタキシャル成長に成功している。三極管型プラズマCVD法を用いることで同じ温度を用いた熱CVD法の場合に比べより良好な表面平坦性を得ている。
平成10年度、科研費補助金で購入したターボ分子ポンプの高い排気能力を利用してジメチルシランの水素希釈率を50から1500程度まで、反応時圧力を0.1Torrから1.4Torrまで広範囲に振ることで水素希釈率300以上、反応時圧力0.3Torrにて最も結晶性・配向性に優れたエピタキシャル膜を得た。また同時にSi(100)基板上で1×10^9dyne/cm^2以下の残留応力値を、熱CVD法で常に大きな残留応力の発生するSi(111)基板上においても、水素希釈率によって圧縮応力から引っ張り応力側まで変わり、水素希釈率を変えることで残留応力の低いエピタキシャル膜を得られることが分かった。

Research Products

• [Publications] Kanji Yasui: "Heteroepitaxy of 3c-SiC using triode plasma enhanced chemical vapor deposition on si substrates without buffer layer" Applied Surface Science. 印刷中. (1999)
• [Publications] Abdul M.B.Hashim: "Plasma parameter control of the spatially afterglow plasma for the growth of 3c-SiC epitaxial films by triode plasma CVD" Extended Abstracts of 4th Int.Conf.on Reactive Plasmas. 91-92 (1998)
• [Publications] 安井寛治: "ジメチルシランを用いたシリコン基板上への3C-SiCエピタキシャル成長" 電子情報通信学会技術研究報告. CPM98・124. 15-20 (1998)