有機ケイ素を用いたSiCエピタキシャル成長の表面化学

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650025
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 末光 眞希 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (00134057)
• 研究分担者: 築舘 厳和 東北大学, 電気通信研究所, 日本学術振興会特別研究員 ; 中澤 日出樹 東北大学, 電気通信研究所, 中核的研究機関研究員
• キーワード: 炭化ケイ素 / SiC / ガスソースMBE / ヘテロエピタキシー / モノメチルシラン / 有機ケイ素 / 表面化学 / 「その場」表面評価

研究概要

SiCは次世代パワーデバイス用として最有望視されている材料である。本研究はSiC低温エピタキシー用原料ガスとして高い可能性を有する有機ケイ素化合物に関し、種々の有機ケイ素ガスによるSiC成長素過程を微視的に明らかにし,その知見に基づいて低温・高品質のSiCエピタキシ技術を構築することを目的とする.本年度はSi基板上のSiCヘテロエピタキシャル成長実験を行い、以下のような成果を上げた。
1.Si表面有機シラン吸着過程の解明 Si基板上SiCヘテロエピ成長の最重要素過程である、Si表面における炭化水素および有機シランガスの吸着過程を詳細に調べ、その結果、分子中に安定なSi-C結合を有する有機シランガスの吸着表面では基板からのSi原子外方拡散が大幅に抑制されることを見出した。
2.有機シランバッファ法の開発 Si基板上に良好なSiCエピタキシーを行うには、両結晶間に存在する約20%の格子不整合を解消するため界面にバッファ層を挿入する必要がある。従来は炭化水素ガスとSi基板との化学反応を用いてこれを形成していたが、炭化水素ガスの分解に900℃以上の高温を必要とするため、表面粗れやSi基板中のボイドの発生が問題だった。本研究では炭化水素ガスに替わって有機シランガスを用い、炭化法に比べて300℃低い600℃という低温で良好なバッファ層を形成することに成功した。
3.有機シランGSMBE法の開発 従来Si系とC系の2種類の原料ガスを用いて行われてきたSiCエピタキシーを有機シラン原料ガス1種類に置き換え、上記の有機シランバッファ法と組合わせることにより、Si基板上SiCヘテロ成長温度を従来の1100℃から900℃へと、200℃低減することに成功した。さらに表面水素の存在が良好なSiCエピタキシーを阻害することを明らかにし、SiCエピタキシーの低温化に関する本質的指針を得た。

研究成果

• [文献書誌] H.Nakazawa: "Gas-Source MBE of SiC/Si using monomethylsilane"Thin Solid Films. 369. 269-272 (2000)
• [文献書誌] H.Nakazawa: "Formation of High Quality SiC on Si(100) at 900C using Monomethylsilane Gas-Source MBE"Materials Science Forum. 338-342. 269-272 (2000)
• [文献書誌] H.Nakazawa: "Dissociative adsorption of monomethylsilane (MMS) on Si (100) as revealed by comparative temperature-programmed-desorption studies on H/, C_2H_2/, and MMS/Si (100)"Appl.Surf.Sci.. 162-163. 139-145 (2000)
• [文献書誌] M.Suemitsu: "Transition from random to island growth mode during Si (100) -2x1 dry oxidation and its description with autocatalytic reaction model"Appl.Surf.Sci.. 162-163. 293-298 (2000)
• [文献書誌] H.Nakazawa: "Role of hydrogen prepairing in the hydrogen desorption kinetics from Si (100) -2x1 : effects of hydrogenating-gas and thermal history"Surf.Sci.. 465. 177-185 (2000)
• [文献書誌] M.Suemitsu: "Mode transition between growth and decomposition of oxides on Si (001) : Kinetically determined critical coverage for oxidation"Appl.Phys.Lett.. 77. 3179-3181 (2000)
• [文献書誌] Y.Tsukidate: "Growth kinetics and doping mechanism in phosphorus-doped Si gas-source molecular beam epitaxy"Appl.Surf.Sci.. 6791. 1-6 (2001)