3C-SiC薄膜エピ成長における不純物酸素の影響に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650029
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 孫 勇 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (60274560)
• 研究分担者: 宮里 達郎 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (90029900)
• 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 / 不純物酸素 / ドーピング / 欠陥 / 成長メカニズム

研究概要

本年度では、酸素を混入した水素プラズマスパッタリング法を用いて3C-SiC薄膜の作製を行ない、膜の性質を評価した。実験結果によると、プラズマへの酸素の混入によってSiC薄膜の物性に強い影響を与えることを判明した。
・酸素の混入によるSiC薄膜のモルフォロジーへの影響――酸素の混入量を一定にして薄膜成長温度を変える場合、温度の増加に従い薄膜のモルフォロジーは著しく変化する。低温(700℃程度)の場合、薄膜の中に酸化ケイ素の微結晶が形成される。これらの微結晶は種となり、細長いSiCウェスカーが成長する。中間温度(850℃程度)の場合、薄膜はSiCの微粒子によって形成される。高温(950℃程度)の場合、薄膜は層状のC layerになる。
・酸素の混入によるSiC薄膜の組成への影響――低温の場合、SiC薄膜中に混入酸素、SiとCが検出される。中間温度の場合、混入酸素が検出されず膜はSiCの微粒子に構成されている。高温の場合、Cしか検出できない。SiCの薄膜が成長できない。
・酸素の混入によるSiC薄膜の結晶性への影響――極微量の酸素の水素プラズマへの混入でも膜の結晶成長条件が破壊されてしまうことが明らかとなった。その原因として、低温の場合酸素はSiと反応して膜の中に混入する。高温の場合酸素はCと反応し酸化炭素ガスとして排出され、化学量論的なSiC薄膜成長条件を崩してしまう。
以上の結果から、SiC薄膜成長雰囲気に高い反応活性をもつ酸素の混入は極力避けるべきである。薄膜成長装置内壁の吸着酸素、ソースガス特にキャリアガス中の混入酸素などの存在は、SiC薄膜の結晶成長に強い影響を与える。

研究成果

• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Activation Enefgy of Manoscale 3D-SiC Island Growth on Si Substrate"Japanese Journal 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-demensional 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 SiCfilms Prepared by Hydrogen Plasema Sputtering"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L714-L716 (1999)
• [文献書誌] T.Miyasato,Y.sun et.al: "Growth and Characterization of Nanoscale 3D-SiC Islands on Si substrate"Journal 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 Tmperature"Physica B. 263/264. 766-768 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun,T.Miyasato et.al: "Characterization of Excess Carbon in Cubic SiC films by Infrared Absorption"Journal of applied Physics. 85. 3377-3379 (1999)
• [文献書誌] Y.Sun and T.Miyasato: "Infrared Absorption Properties of Nanocrystalline Cubic SiC Films"Japanese Journal 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 substrate during Film Growth"Journal of Applied Physics. 84. 6451-6453 (1998)
• [文献書誌] Y.Sun and T.Miyasato: "Characterization of Cubic SiC Films Grown on Thermally Oxidized Si Substrate"Journal of Applied Physics. 84. 2602-2611 (1998)