シリコン基板上3C-SiC薄膜の低温成長

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450127
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 宮里 達郎 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (90029900)
• 研究分担者: 孫 勇 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (60274560)
• キーワード: 3C-SiC薄膜 / エピタキシャル成長 / スパッタリング / 水素プラズマ / 内部応力 / 初期段階 / 欠陥 / 成長メカニズム

研究概要

本年度の実験では、水素プラズマパッタリング法で700℃程度のシリコン基板上に3C-SiC薄膜の結晶成長は可能であることを判明しました。温度をもっと上げればエピタキシャル成長も実現できる。しかし、薄膜の性質は作製条件に強く依存し、高品質の薄膜を成長するために次に挙げる問題点を解決しなければならない。
・成長の初期段階――SiCとSiとの格子定数の差が20%があり、薄膜成長の初期段階に応力の作用で一旦成長した膜が潰れて粒子状になる。これはエピタキシャル成長に大きな障害である。我々の実験結果によると、この粒子状膜の成長活性化エネルギーが低く、簡単に形成されてしまう。
・薄膜中応力の存在――SiCとSiとの膨張係数の差が約8%があり、成長した薄膜の歪は約1.5%である。この歪の積み重ねによって、双晶や転位や積層欠陥など薄膜中に各種の欠陥が導入される。
・酸素不純物の混入――酸素は不純物として混入する場合、SiC薄膜の結晶成長に大きな影響を与える。酸素混入のルートとして雰囲気と基板から二つのケースがある。現段階に使用している装置においてはどっちでも無視できない存在である。雰囲気からの酸素は直接膜に混入し、基板からの酸素は基板表面付近に空洞などを形成する。
・CとSiのロス――薄膜成長中に膜中のCが基板に拡散する。Cが基板中での存在状態は入れ替えと格子間原子の2種類がある。これは薄膜と基板のマーチングを破壊し結晶欠陥を導入する。
以上の結果から、SiC薄膜成長初期段階の制御、雰囲気と基板からの酸素の混入、成長中原子の拡散などについては、何らかの措置を取らなければならない。新種バッファ層の導入、基板表面の特殊処理などを含み、これから2年間問題の解決に全力で研究していくつもりである。

研究成果

• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Activation Energy of Nanoscale 3C-SiC Island Growth on Si Substrate"Japanese Jaurnal of Applied Physics. 38. L1166-L1168 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Self-organized Griwth of Zero-,One- and Two-dimensional Nanoscale SiC Structures by Oxygen-enhanced Hydrogen Plasma Sputtering"Journal of Applied Physics. 86. 3076-3082 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Influence of SiC Cover Layer of Si Substrate on Properties of Cubic SiC Films Prepared by Hydrogen Plasma Sputtering"Japanese Jaurnal of Applied Physics. 38. L714-L716 (1999)
• [文献書誌] T.Miyasato,Y.Sun et.al: "Growth and Characterization of Nanoscale 3C-SiC Islands on Si Substrate"Jaurnal of Applied Physics. 85. 3565-3568 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "SAW Attenuation in C_<60> Thin Films at Transition Temperature"Physica B. 263/264. 766-768 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Chauacterization of Excess Carbon in Cubic SiC Films by Infrared Absorption"Journal of Applied Physics. 85. 3377-3379 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato: "Infrared Absorption Properties of Nanocrystalline Cubic SiC Films"Japanese Jaurnal of Applied Physics. 38. 5485-5489 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Outdiffusion of the Excess Carbon in SiC Films into Si Substuate during Film Growth"Jaurnal of Applied Physics. 84. 6451-6453 (1998)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato: "Characterization of Cubic SiC Films Grown on Thermally Oxidized Si Substrate"Jaurnal of Applied Physics. 84. 2602-2611 (1998)