炭化ケイ素結晶の異方性:高温酸化と表面プロセス変形によるアプローチ

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550696
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 成島 尚之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20198394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井口 泰孝 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90005413) ; 大内 千秋 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00312603)
• Keywords: 炭化ケイ素 / ネガティブクリスタル / 高温酸化 / 表面自由エネルギー / オゾンガス / 異方性 / 表面プロセス変形 / 速度論

Research Abstract

昨年度に引き続き、炭化ケイ素(SiC)結晶の異方性に関して、オゾン含有雰囲気酸化および表面プロセス変形の観点から検討した。
1、炭化ケイ素のオゾンガス酸化
CVD法により合成された炭化ケイ素および単結晶炭化ケイ素ウエハを試料として、オゾンガス-酸素混合ガス中(最大オゾンガス分圧:0.07atm)、573〜1273Kの温度範囲で試料表面に形成されるシリカ皮膜厚さをエリプソメータで測定することにより酸化速度を評価した。オゾン含有雰囲気においても、これまで純酸素中や酸素-水蒸気混合ガス中で報告されているように、全実験温度範囲で(0001)Si面よりも(0001^^-)C面で酸化速度の大きいことが確認された。また、単結晶炭化ケイ素試料を用いた検討から酸化速度は以下の順に大きいことが明らかとなった。
(0001^^-)>(12^^-10)>(101^^-0)>(0001)
この順番は各結晶面におけるC原子密度と良く対応しており、酸化プロセスに炭化ケイ素中のC原子が重要な役割を果たすことが示唆された。一方、オゾン含有雰囲気においては(0001)Si面における酸化速度が、純酸素中や酸素-水蒸気混合ガス中と比較して相対的に上昇していた。オゾンガスは酸化皮膜中の炭素濃度を減少させることを考え併せれば、炭化ケイ素Si面を用いた半導体プロセスにおけるオゾンガスの有用性が確認されたこととなる。
2、炭化ケイ素表面プロセス変形
2473Kにおいて{0001}on-axis材およびoff-axis材の熱処理に伴うネガティブクリスタル形状変化観察を行った。それらの結果と表面化学ポテンシャルの違いを駆動力としたモデル計算からの計算結果より、on-axis材に関しては表面着脱が律速段階であること、off-axis材については表面拡散が律速段階に関与することが示唆された。

Research Products

• [Publications] 井口泰孝: "セラミックス表面・界面の異方性"日本学術振興会製鋼第19委員会反応プロセス研究会提出資料,19委-12032,反応プロセス-III-46. 85(8). 1-12 (2003)
• [Publications] T.Narushima: "Oxidation of Boron Carbide-Silicon Carbide Composite at 1073 to 1773K"Mater. Trans. 44(3). 401-406 (2003)
• [Publications] T.Narushima: "Wet Oxidation of Silicon Carbide and Silicon Nitride"Metal Materials and Processes. 15(1-4)(accepted). (2004)