| 研究課題/領域番号 |
25287154
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
吉村 智 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40294029)
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| 研究分担者 |
木内 正人 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 主任研究員 (50356862)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | SiC / イオンビーム / CVD / ヘテロエピ成長 |
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| 研究実績の概要 |
シリコンカーバイド（SiC）は、次世代の省エネ大電力ワイドギャップ半導体として注目されている。一般的にSiCは高価な素子であるため、廉価なシリコン基板上にSiCを成膜（ヘテロエピ成長）して安価にSiCを入手できるようにするための研究が、様々な手法を用いて行われている。
SiCのヘテロエピ成長は、通常はシランガスなどを用いたCVDにより行われる。本研究では、これまでナノサイズの立体構造形成や磁気媒体の開発などに使われてきた、イオンビーム誘起CVD法の技術を、SiCのヘテロエピ成長に応用しようと考えている。イオンビームの効果により、（１）原料ガスの解離が促進され成膜率が向上する、（２）すでに堆積した膜にイオンビームが作用して改質が起こる、などの効果が期待できる。
本研究計画以前に、研究分担者のグループにより、イオンビーム誘起CVD法を用いたSiC成膜実験が行われていた。しかしながら、この研究にはいくつか問題があったため、SiCのヘテロエピ成長には成功していなかった。その原因としては、（１）この実験で用いたイオンビームの質が必ずしもよくなかった、（２）この実験では基板温度の制御ができていなかった、などが考えられる。本研究計画では、これら過去の研究での問題点を改善することにより、イオンビーム誘起CVD技術を高度化する研究を行った。
平成２６年度には、平成２５年度に行った実験設備の整備と新たに開発した基礎要素技術を用いて、メチルシランを原料ガスに用いてシリコン基板上にSiCを成長させる実験を行った。基板温度は、６００、７００、８００度とした。その結果、６００度の場合には、イオンビームの効果によりSiCの成膜が促進されることを確認した。一方、７００、８００度の場合には、イオンビームの有無にかかわらずSiCの成膜が起こった。また、イオンビームの効果により若干の膜厚の増加が観測された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
第２年度（平成２６年）に達成した事項は以下の通りである。
（１）原料ガスとして、メチルシランを用いて実験を行った。ガスの流量は1.2sccm、イオンビームにはアルゴンを選び、膜の損傷が起こらないように、エネルギーは比較的低い100eVとした。600, 700, 800度のシリコン基板にメチルシランを吹きつけつつアルゴンイオンビームを重畳する実験を行った。その結果、６００度の場合にはアルゴンイオンの効果により、SiCが成膜することがわかった。この研究成果は、現在学会誌に投稿中である。
（２）原料ガスをジメチルシランにした場合について、（１）と同様な実験を行った。この実験の場合、現在までのところ、SiC成膜に対するイオンビームのはっきりした効果を見出すことはできていない。
（３）メチルシランやジメチルシランは大変高価でかつ危険な原料である。一方、安価でかつ安全な液体原料を用いてSiC成膜が可能になれば、産業応用上重要な研究成果になるはずである。そのためには、液体材料気化装置が必要であるが、本研究計画の経費ではこれを購入することは不可能であった。そこで、研究分担者の所属する産総研より現在は使用されていない同装置を移管し、実験準備を行っている。具体的には、同装置に真空ポンプ、液体原料ガスボンベ、ガスチューブを接続し、イオンビーム装置実機に組み入れる作業を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、研究代表者のイオンビーム技術と研究分担者の材料表面分析技術を活用し、イオンビーム誘起CVD法を用いたSiCの成膜実験を行っている。SiとCを含有する各種原料にイオンビームを照射し、それによって生じたフラグメントをシリコン基板に堆積することによりSiCを成膜する。シリコン基板は、現有のイオンビーム装置のヒーターにより最大１０００度にまで加熱することができるようになっている。
室温で気体状態の原料（メチルシランとジメチルシラン）については、これまでに一定の成果をあげることができた。今後の研究方策は、産業応用性を考慮して、比較的安価かつ化学的に安全性の高い原料ガス（ヘキサメチルジシランなど）を用いた実験にシフトしていくことである。このことにより、安全かつ安価にSICのヘテロエピ成長ができるような手法を確立する。今後行う実験の手順の概略は、以下の通りである。
（１）導入した液体原料気化装置の試験を行う。
（２）こうして得た原料ガスを基板に吹きつけつつアルゴンイオンビームを照射して、できたフラグメントをシリコン基板に堆積させる。
（３）できた膜の表面分析を行う（X線回折やフーリエ分析）。
（４）イオンビームエネルギーや基板温度を変化させ、結晶成長モードなどを明らかにし、その制御性を調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究の当初の予定では、２年次には真空ポンプを購入して装置真空度を改善し、イオンビームの質を向上させる予定であった。一方、本実験装置を配置していた実験棟が耐震強度不十分であったため、平成２６年１０月より実験装置を移転することになった（その後、実験棟の耐震工事が行われた）。装置移転の際に、移転作業のうち装置解体・組み立てを請け負ったアルバックテクノ（株）によりポンプの整備が行われたため、新たな真空ポンプの購入は当面は見合わせ、解体・組み立て後（平成２７年）の真空度の様子をしばらくみてから判断をくだすことにした。また、移転先の建物も軽微な改修が行われたため、その期間の実験が停止したことも計画の多少の遅延および予算消化の遅れに影響した。こうした事情により、実験経費を平成２７年度に繰り越すことになったが、これら昨年度にできなかった課題は今年度に行う予定の研究計画と併せて実施する。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究経費の使用計画は、以下の通りである。（１）昨年度、本実験で使用する液体材料気化供給装置を産総研から譲渡（移管）していただいた。ただし、移管の事務処理に時間を要したことと上記の耐震移転により、予定していたこの装置の動作試験を行うことができなかった。そこで、この装置を使用可能な状態に仕上げることが必要である。この「次年度使用額」は、イオンビーム装置に組み入れるための架台や接続に要する真空部品などの消耗品経費となる。また、その動作試験の実験消耗品ともなる。（２）液体材料気化装置で用いる材料としては、ヘキサメチルジシランやヘキサメチルシロキサンを予定している。これらの原料購入費に加えて、専用容器の整備費としても使用する。（３）実験で作成した膜の表面分析の一部は外部に委託するため、その経費としても使用する。
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