JPH07283138A - シリコンへの炭素のレーザー蒸着による炭化シリコンの結晶学的整合フィルムの作成 - Google Patents
シリコンへの炭素のレーザー蒸着による炭化シリコンの結晶学的整合フィルムの作成Info
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- JPH07283138A JPH07283138A JP7005125A JP512595A JPH07283138A JP H07283138 A JPH07283138 A JP H07283138A JP 7005125 A JP7005125 A JP 7005125A JP 512595 A JP512595 A JP 512595A JP H07283138 A JPH07283138 A JP H07283138A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 純粋炭素ターゲットのレーザー融除により加
熱した結晶性シリコン基板上に結晶性炭化シリコン・フ
ィルムを成長させる。 【構成】 蒸着中の基板温度が１０００゜Ｃ以上で単一
結晶シリコン基板では、生成ＳｉＣフィルムは基板に対
してエピタキシャル方位を有する。化学量論的ＳｉＣの
フィルムが約４０００Åの厚さまで成長する。ＳｉＣフ
ィルムはシリコン基板の上面で成長し、フィルムの炭素
源は炭素ターゲットの融除煙から、シリコン源は基板か
らである。純粋炭素と純粋シリコン・ターゲットの交番
融除の方法を使用することにより、同様のエピタキシャ
ル・フィルムが１μｍを越える厚さまで成長可能であ
り、シリコンの一部はシリコン・ターゲットの融除煙に
より与えられる。
熱した結晶性シリコン基板上に結晶性炭化シリコン・フ
ィルムを成長させる。 【構成】 蒸着中の基板温度が１０００゜Ｃ以上で単一
結晶シリコン基板では、生成ＳｉＣフィルムは基板に対
してエピタキシャル方位を有する。化学量論的ＳｉＣの
フィルムが約４０００Åの厚さまで成長する。ＳｉＣフ
ィルムはシリコン基板の上面で成長し、フィルムの炭素
源は炭素ターゲットの融除煙から、シリコン源は基板か
らである。純粋炭素と純粋シリコン・ターゲットの交番
融除の方法を使用することにより、同様のエピタキシャ
ル・フィルムが１μｍを越える厚さまで成長可能であ
り、シリコンの一部はシリコン・ターゲットの融除煙に
より与えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素を、オプションと
してシリコンを含む元素ターゲットからシリコン上に炭
化シリコンの結晶化フィルムをレーザー蒸着することに
関し、上記フィルムはエピタキシャルであることが望ま
しい。
してシリコンを含む元素ターゲットからシリコン上に炭
化シリコンの結晶化フィルムをレーザー蒸着することに
関し、上記フィルムはエピタキシャルであることが望ま
しい。
【０００２】
【従来の技術】結晶化炭化シリコン（ＳｉＣ）フィルム
の成長に最も一般的に使用される方法は炭素とシリコン
を含む分子の流れ、例えば各々炭化水素とシランの流れ
からの化学蒸着（ＣＶＤ）である。ＣＶＤ蒸着は通常水
素雰囲気で実行され、しばしば炭化水素フィルム形成に
は、フィルム成長の基板は単一の結晶Ｓｉウェファであ
る。通常炭化シリコンＣＶＤ蒸着は、高温で炭化水素の
みをＳｉ基板に反応させることにより最初に薄いＳｉＣ
フィルムを成長させる段階を含む炭化段階から開始され
る。アモルファスまたは多結晶ＳｉＣフィルムはまたＳ
ｉＣターゲットのイオン打ち込みにより成長可能であ
る。
の成長に最も一般的に使用される方法は炭素とシリコン
を含む分子の流れ、例えば各々炭化水素とシランの流れ
からの化学蒸着（ＣＶＤ）である。ＣＶＤ蒸着は通常水
素雰囲気で実行され、しばしば炭化水素フィルム形成に
は、フィルム成長の基板は単一の結晶Ｓｉウェファであ
る。通常炭化シリコンＣＶＤ蒸着は、高温で炭化水素の
みをＳｉ基板に反応させることにより最初に薄いＳｉＣ
フィルムを成長させる段階を含む炭化段階から開始され
る。アモルファスまたは多結晶ＳｉＣフィルムはまたＳ
ｉＣターゲットのイオン打ち込みにより成長可能であ
る。
【０００３】高エネルギーを有するＣ+ イオンによる打
ち込みにＳｉがさらされている多くの実験で、表面近傍
で非化学量論的なＳｉx Ｃ1 −x の薄層中に分散したＳ
ｉＣ結晶の形成が報告されている。１００ｋｅＶのＣ+
の大きなイオン流によるＳｉの打ち込みは不整列のＣ−
Ｓｉ混合体を発生し、これは以後の高温アニールにより
多結晶ＳｉＣに変形することも報告されている。
ち込みにＳｉがさらされている多くの実験で、表面近傍
で非化学量論的なＳｉx Ｃ1 −x の薄層中に分散したＳ
ｉＣ結晶の形成が報告されている。１００ｋｅＶのＣ+
の大きなイオン流によるＳｉの打ち込みは不整列のＣ−
Ｓｉ混合体を発生し、これは以後の高温アニールにより
多結晶ＳｉＣに変形することも報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｌｅｔｔ．１９９１年５９巻（１８）、２２６６頁の
Ｌ．Ｒｉｍａｉ、Ｒ．Ａｇｅｒ、Ｅ．Ｍ．Ｌｏｇｏｔｈ
ｅｔｉｓ、Ｗ．Ｈ．Ｗｅｂｅｒ、およびＪ．Ｈａｎｇａ
ｓ「セラミック炭化シリコンターゲットのレーザー融除
による配向されて炭化シリコンフィルムの作成」には、
セラミックＳｉＣターゲットのパルスレーザー融除によ
りＳｉウェファ上に結晶化ＳｉＣフィルムが成長可能で
あり、適当な条件下でこれらのフィルムは実質的な程度
のエピタキシャル方位を示すことが開示されている。こ
の処理の一つの欠点は、材料源としてのセラミックＳｉ
Ｃターゲットの必要性である。このようなターゲットは
通常その作成のために必要な添加剤を含み、これは成長
するフィルムに不純物として転送される。 前記ターゲ
ットの融除速度は相対的に遅く、その結果フィルム成長
は遅くなる。本発明の方法は、ＳｉＣフィルムの炭素原
子の源として純粋な炭素元素のターゲット（ｐｕｒｅ
ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｃａｒｂｏｎ ｔａｒｇｅｔ）の
レーザー融除により発生された煙（ｐｌｕｍｅ）を、そ
してシリコン原子の源としてシリコン基板自体または純
粋シリコン・ターゲットからのレーザー融除煙を使用す
ることにより従来技術の方法のこれらの欠点を克服す
る。
Ｌｅｔｔ．１９９１年５９巻（１８）、２２６６頁の
Ｌ．Ｒｉｍａｉ、Ｒ．Ａｇｅｒ、Ｅ．Ｍ．Ｌｏｇｏｔｈ
ｅｔｉｓ、Ｗ．Ｈ．Ｗｅｂｅｒ、およびＪ．Ｈａｎｇａ
ｓ「セラミック炭化シリコンターゲットのレーザー融除
による配向されて炭化シリコンフィルムの作成」には、
セラミックＳｉＣターゲットのパルスレーザー融除によ
りＳｉウェファ上に結晶化ＳｉＣフィルムが成長可能で
あり、適当な条件下でこれらのフィルムは実質的な程度
のエピタキシャル方位を示すことが開示されている。こ
の処理の一つの欠点は、材料源としてのセラミックＳｉ
Ｃターゲットの必要性である。このようなターゲットは
通常その作成のために必要な添加剤を含み、これは成長
するフィルムに不純物として転送される。 前記ターゲ
ットの融除速度は相対的に遅く、その結果フィルム成長
は遅くなる。本発明の方法は、ＳｉＣフィルムの炭素原
子の源として純粋な炭素元素のターゲット（ｐｕｒｅ
ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｃａｒｂｏｎ ｔａｒｇｅｔ）の
レーザー融除により発生された煙（ｐｌｕｍｅ）を、そ
してシリコン原子の源としてシリコン基板自体または純
粋シリコン・ターゲットからのレーザー融除煙を使用す
ることにより従来技術の方法のこれらの欠点を克服す
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はシリコン上に結
晶化炭化シリコンのフィルムを作成する方法に関する。
本方法は、約６００゜Ｃ以上の温度であるシリコンに向
けられた炭素原子の煙を発生するレーザー融除を炭素タ
ーゲットに受けさせ、これにより結晶化炭化シリコン・
フィルム（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ
ｃａｒｂｉｄｅｆｉｌｍ）を発生するよう反応させる段
階を含む。本方法はまた、炭素そしてその後にシリコン
を交互に融除してフィルムを形成させることを可能とす
る。別の実施例によると、本発明は本方法により作成さ
れたフィルムに関する。約１０００゜Ｃ以上の温度で
は、フィルムはシリコン基板とエピタキシャル的に整合
している。
晶化炭化シリコンのフィルムを作成する方法に関する。
本方法は、約６００゜Ｃ以上の温度であるシリコンに向
けられた炭素原子の煙を発生するレーザー融除を炭素タ
ーゲットに受けさせ、これにより結晶化炭化シリコン・
フィルム（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ
ｃａｒｂｉｄｅｆｉｌｍ）を発生するよう反応させる段
階を含む。本方法はまた、炭素そしてその後にシリコン
を交互に融除してフィルムを形成させることを可能とす
る。別の実施例によると、本発明は本方法により作成さ
れたフィルムに関する。約１０００゜Ｃ以上の温度で
は、フィルムはシリコン基板とエピタキシャル的に整合
している。
【０００６】
【実施例】本発明によると、純粋な元素のターゲット
材、すなわち炭素ターゲットのみを用いて、または最初
にシリコン上にＳｉＣフィルムを形成するために炭素タ
ーゲットを、その後炭素とシリコンのターゲットを交互
に用いて炭化シリコンフィルムを真空中でシリコン上に
成長させる。上述したように、本方法は、ＳｉＣフィル
ムを成長させるシリコン基板材へ向けられる元素の原子
またはイオンを発生するターゲットを融除するためにレ
ーザー光線を使用する段階を含む。
材、すなわち炭素ターゲットのみを用いて、または最初
にシリコン上にＳｉＣフィルムを形成するために炭素タ
ーゲットを、その後炭素とシリコンのターゲットを交互
に用いて炭化シリコンフィルムを真空中でシリコン上に
成長させる。上述したように、本方法は、ＳｉＣフィル
ムを成長させるシリコン基板材へ向けられる元素の原子
またはイオンを発生するターゲットを融除するためにレ
ーザー光線を使用する段階を含む。
【０００７】ＳｉＣフィルムを成長させるシリコン基板
材はシリコン・ウェファを含むシリコン全体か、または
酸化アルミニウム（サファイア）、溶融水晶または他の
絶縁または電導支持材のような支持体上に設けたシリコ
ン層を含む。本発明に従ってフィルムが成長されるシリ
コン基板材の厚さは本発明を実施するのには重要でな
く、約０．５マイクロメータからミリメータまで一般的
に変化し、少なくとも１μｍが最も望ましい。有利な点
として、本発明を実施する際に、約１０００゜Ｃ以上に
加熱しシリコン基板が単結晶シリコンである条件の下
で、生成する本発明のＳｉＣフィルムの結晶性と方位は
ＳｉＣフィルムを成長させる結晶性シリコン基板材のも
のに対応していることが解った。約６００゜Ｃと１００
０゜Ｃの間の基板温度では、生成するＳｉＣフィルムは
多結晶質である。これはＳｉＣを成長させるために用い
られた従来技術の方法からしばしば生成するアモルファ
ス・フィルムと対照的である。このような従来技術の方
法と対比して、蒸着中の水素雰囲気の必要性なしに、ま
た以後のアニール段階の必要性なしに、本発明の方法は
多結晶質ＳｉＣフィルムと結晶性エピタキシャルＳｉＣ
フィルムを有利に提供する。
材はシリコン・ウェファを含むシリコン全体か、または
酸化アルミニウム（サファイア）、溶融水晶または他の
絶縁または電導支持材のような支持体上に設けたシリコ
ン層を含む。本発明に従ってフィルムが成長されるシリ
コン基板材の厚さは本発明を実施するのには重要でな
く、約０．５マイクロメータからミリメータまで一般的
に変化し、少なくとも１μｍが最も望ましい。有利な点
として、本発明を実施する際に、約１０００゜Ｃ以上に
加熱しシリコン基板が単結晶シリコンである条件の下
で、生成する本発明のＳｉＣフィルムの結晶性と方位は
ＳｉＣフィルムを成長させる結晶性シリコン基板材のも
のに対応していることが解った。約６００゜Ｃと１００
０゜Ｃの間の基板温度では、生成するＳｉＣフィルムは
多結晶質である。これはＳｉＣを成長させるために用い
られた従来技術の方法からしばしば生成するアモルファ
ス・フィルムと対照的である。このような従来技術の方
法と対比して、蒸着中の水素雰囲気の必要性なしに、ま
た以後のアニール段階の必要性なしに、本発明の方法は
多結晶質ＳｉＣフィルムと結晶性エピタキシャルＳｉＣ
フィルムを有利に提供する。
【０００８】本発明で使用されるシリコン基板は１００
または１１１方位シリコンのような任意の方位でよく、
方位の選択はそのときの応用例に依存する。ＳｉＣフィ
ルムの形成中にシリコン基板は何らかの方法によって少
なくとも６００゜Ｃの温度まで（エピタキシャル・フィ
ルムが必要な場合には１０００゜Ｃ以上の温度まで）加
熱できる。上記したように、エピタキシャル結晶性Ｓｉ
Ｃフィルムを作成したい場合には、シリコン基板は単結
晶シリコンが最適である。ＳｉＣの蒸着速度はシリコン
基板温度が増加するにつれて増加することが分った。
または１１１方位シリコンのような任意の方位でよく、
方位の選択はそのときの応用例に依存する。ＳｉＣフィ
ルムの形成中にシリコン基板は何らかの方法によって少
なくとも６００゜Ｃの温度まで（エピタキシャル・フィ
ルムが必要な場合には１０００゜Ｃ以上の温度まで）加
熱できる。上記したように、エピタキシャル結晶性Ｓｉ
Ｃフィルムを作成したい場合には、シリコン基板は単結
晶シリコンが最適である。ＳｉＣの蒸着速度はシリコン
基板温度が増加するにつれて増加することが分った。
【０００９】炭素ターゲットは真空装置中に設けられ、
ここではパルスレーザーを含む前記の適当な装置の１実
施例は図１に概略的に図示されている。本発明に用いら
れる真空装置はターゲットのレーザー融除を可能とする
任意のものでよい。５ｘ１０ -6から５ｘ１０-5Ｔｏｒｒ
基本圧の典型的な真空装置が使用できる。当業者には明
らかなように、他の圧力も適当に使用でき、しばしば１
０-6と１０-2Ｔｏｒｒの間の圧力を含む。図１の実施例
では、レーザー光、例えばエキシマ・レーザー光が炭素
ターゲット（図１の５）に当たる。一般的にこのような
装置では、ターゲットは回転していてレーザーは２５か
ら６０゜の範囲の角度でターゲットに当たり、ここでタ
ーゲットの小区域、例えば０．２ｃｍ2 のオーダーで照
射する。本発明で用いられたレーザーは５〜２０Ｈｚの
範囲の速度でパルスを与えられるＸｅＦエキシマ・レー
ザー（３５１ｎｍの波長）である。２０ｎｓｅｃ長の２
００から３５０ｍＪパルスは本実施例でターゲットに１
から３Ｊ／ｃｍ2 の流れ（ｆｌｕｅｎｃｅ）を生じる。
本開示を考慮して当業者には明らかなように他のレーザ
ー型式やパラメータ（例えば波長、流れ）も使用できる
ため、本実施例は発明を限定する意味のものではない。
例えば、ターゲット材の光学吸収特性に応じて他の波長
のレーザー光線、例えばＫＦエキシマ・レーザーからの
２４８ｎｍ、ＮｄＹａｇレーザーからの１０６０または
５３２ｎｍも使用可能である。ＳｉＣターゲットより長
波長光線に対して透明度が小さい本発明の元素のターゲ
ットの使用は、ターゲット融除に対して近赤外または可
視レーザー光線の使用を可能とすることが解った。この
ような光線はエキシマ・レーザーより良い光線安定性と
品質を有し、焦点整合性、煙（ｐｌｕｍｅ）安定性、お
よびその結果蒸着フィルム品質を改良する。融除中は単
一元素ターゲットは回転されて表面損傷を最小とする。
しかしながら、モーター化ジンバル上の鏡２により焦点
合わせレンズ３の前でレーザー光の方向を連続的に（わ
ずかに）移動させることにより照射点を連続的に移動さ
せることにより同様のことが実施可能であり、ジンバル
（６と７）の２自由度はコンピュータ制御されているた
め照射点はターゲットの走査パターンを記述する。シリ
コン基板の前面は適当なパターンのシャドウ・マスクに
より覆われて対応するパターンのＳｉＣフィルムを得る
ことが可能である。
ここではパルスレーザーを含む前記の適当な装置の１実
施例は図１に概略的に図示されている。本発明に用いら
れる真空装置はターゲットのレーザー融除を可能とする
任意のものでよい。５ｘ１０ -6から５ｘ１０-5Ｔｏｒｒ
基本圧の典型的な真空装置が使用できる。当業者には明
らかなように、他の圧力も適当に使用でき、しばしば１
０-6と１０-2Ｔｏｒｒの間の圧力を含む。図１の実施例
では、レーザー光、例えばエキシマ・レーザー光が炭素
ターゲット（図１の５）に当たる。一般的にこのような
装置では、ターゲットは回転していてレーザーは２５か
ら６０゜の範囲の角度でターゲットに当たり、ここでタ
ーゲットの小区域、例えば０．２ｃｍ2 のオーダーで照
射する。本発明で用いられたレーザーは５〜２０Ｈｚの
範囲の速度でパルスを与えられるＸｅＦエキシマ・レー
ザー（３５１ｎｍの波長）である。２０ｎｓｅｃ長の２
００から３５０ｍＪパルスは本実施例でターゲットに１
から３Ｊ／ｃｍ2 の流れ（ｆｌｕｅｎｃｅ）を生じる。
本開示を考慮して当業者には明らかなように他のレーザ
ー型式やパラメータ（例えば波長、流れ）も使用できる
ため、本実施例は発明を限定する意味のものではない。
例えば、ターゲット材の光学吸収特性に応じて他の波長
のレーザー光線、例えばＫＦエキシマ・レーザーからの
２４８ｎｍ、ＮｄＹａｇレーザーからの１０６０または
５３２ｎｍも使用可能である。ＳｉＣターゲットより長
波長光線に対して透明度が小さい本発明の元素のターゲ
ットの使用は、ターゲット融除に対して近赤外または可
視レーザー光線の使用を可能とすることが解った。この
ような光線はエキシマ・レーザーより良い光線安定性と
品質を有し、焦点整合性、煙（ｐｌｕｍｅ）安定性、お
よびその結果蒸着フィルム品質を改良する。融除中は単
一元素ターゲットは回転されて表面損傷を最小とする。
しかしながら、モーター化ジンバル上の鏡２により焦点
合わせレンズ３の前でレーザー光の方向を連続的に（わ
ずかに）移動させることにより照射点を連続的に移動さ
せることにより同様のことが実施可能であり、ジンバル
（６と７）の２自由度はコンピュータ制御されているた
め照射点はターゲットの走査パターンを記述する。シリ
コン基板の前面は適当なパターンのシャドウ・マスクに
より覆われて対応するパターンのＳｉＣフィルムを得る
ことが可能である。
【００１０】ターゲットへ転送されたレーザー・エネル
ギから生じた基板に到達する煙中のイオンおよび中性原
子のエネルギは高々数十ｅＶが最適である。このエネル
ギは真空室中の圧力を増加することにより下方へ調節可
能であり、このエネルギはフィルムの物理特性に影響す
るためこれは重要である。原子とイオンの煙は一般にタ
ーゲットに垂直な円錐中に現れ、ある距離、例えば５か
ら１５ｃｍ離れた所に配置したシリコン基板に衝突す
る。開示した実施例のレーザー光線は、共に真空装置の
外側に配置した４５゜偏光鏡（図１の２）と５０ｃｍの
集束レンズ（３）により真空装置に放射される。光線は
水晶窓（４）を介して真空室へ入る。一つのケースで
は、純粋の炭素ターゲット（５）が入射光線に約４５゜
の角度でレーザー光の焦点近傍真空装置の内側に固定し
て保持される。ターゲットのレーザー融除中は煙は一般
的にターゲットの表面に垂直な方向に鋭くピークを有し
てシリコン上に一様でない蒸着を生じることが解った
が、これはターゲット走査処理により補正可能である。
その理由は煙が基板に対して移動するからである。この
技術は一様性を増加し、基板上の大きな区域上に一様な
フィルムを与える。十分に低い圧力では、シリコン基板
対炭素ターゲット距離も増加できさらに一様なフィルム
蒸着を与えることができる。例えば、１０-3Ｔｏｒｒで
は平均自由行程は１０ｃｍのオーダーで、これは圧力に
反比例する。ターゲット対基板距離が平均自由行程より
小さいかまたはそのオーダーである限り蒸着過程に影響
を与える煙特性は圧力に独立である。
ギから生じた基板に到達する煙中のイオンおよび中性原
子のエネルギは高々数十ｅＶが最適である。このエネル
ギは真空室中の圧力を増加することにより下方へ調節可
能であり、このエネルギはフィルムの物理特性に影響す
るためこれは重要である。原子とイオンの煙は一般にタ
ーゲットに垂直な円錐中に現れ、ある距離、例えば５か
ら１５ｃｍ離れた所に配置したシリコン基板に衝突す
る。開示した実施例のレーザー光線は、共に真空装置の
外側に配置した４５゜偏光鏡（図１の２）と５０ｃｍの
集束レンズ（３）により真空装置に放射される。光線は
水晶窓（４）を介して真空室へ入る。一つのケースで
は、純粋の炭素ターゲット（５）が入射光線に約４５゜
の角度でレーザー光の焦点近傍真空装置の内側に固定し
て保持される。ターゲットのレーザー融除中は煙は一般
的にターゲットの表面に垂直な方向に鋭くピークを有し
てシリコン上に一様でない蒸着を生じることが解った
が、これはターゲット走査処理により補正可能である。
その理由は煙が基板に対して移動するからである。この
技術は一様性を増加し、基板上の大きな区域上に一様な
フィルムを与える。十分に低い圧力では、シリコン基板
対炭素ターゲット距離も増加できさらに一様なフィルム
蒸着を与えることができる。例えば、１０-3Ｔｏｒｒで
は平均自由行程は１０ｃｍのオーダーで、これは圧力に
反比例する。ターゲット対基板距離が平均自由行程より
小さいかまたはそのオーダーである限り蒸着過程に影響
を与える煙特性は圧力に独立である。
【００１１】炭素煙の原子またはイオンがシリコン基板
材に接触した時、これらの炭素粒子と基板材のシリコン
との反応によりＳｉＣフィルムが形成され、炭素結合を
形成することが解った。以後、ＳｉＣフィルムは成長し
続けるため、１０００゜Ｃのような低温でさえもＳｉＣ
の有限な厚み中でＳｉまたはＣまたは両者のどちらかの
拡散があることは明らかである。すなわち、シリコン基
板材のシリコン原子は形成されたＳｉＣフィルム中を拡
散してＳｉＣをさらに作成し、そして／又は炭素は形成
されたＳｉＣフィルム中を拡散してシリコン基板材と反
応する。
材に接触した時、これらの炭素粒子と基板材のシリコン
との反応によりＳｉＣフィルムが形成され、炭素結合を
形成することが解った。以後、ＳｉＣフィルムは成長し
続けるため、１０００゜Ｃのような低温でさえもＳｉＣ
の有限な厚み中でＳｉまたはＣまたは両者のどちらかの
拡散があることは明らかである。すなわち、シリコン基
板材のシリコン原子は形成されたＳｉＣフィルム中を拡
散してＳｉＣをさらに作成し、そして／又は炭素は形成
されたＳｉＣフィルム中を拡散してシリコン基板材と反
応する。
【００１２】レーザー真空装置で炭素ターゲットのみで
発明の方法を使用し、一般的に約１２００゜Ｃまでの上
昇温度を含み、基本的に化学量論的なＳｉＣフィルムが
約４０００Åまでの厚さで最適に容易に形成可能である
ことが解った。本発明の１実施例によると、シリコン基
板は抵抗性ヒーターにより約１０００と１１５０゜Ｃの
間まで加熱される。フィルム成長速度は図２のデータに
より示されるように基板温度が増加すると増加し、この
図２では１００方位Ｓｉ基板に対して蒸着時の基板温度
の関数としてレーザーパルスあたりのÅ単位でのフィル
ム厚増加がプロットされている。本発明のＳｉＣフィル
ムは結晶性立方ＳｉＣから構成され、これはシリコン基
板の方位を有する。すなわち、約１０００゜Ｃ以上の基
板温度では、１００シリコン・ウェファ上で成長するＳ
ｉＣは１００方位を有し、１１１シリコン上で成長する
ＳｉＣは１１１方位を有する。これは図３Ａ、図３Ｂ、
図３Ｃの「θ−２θ」ｘ線回折トレースにより明瞭に図
示されている。トレース（３Ａ）は炭素のみのターゲッ
トからの１００Ｓｉ上のフィルムに対してのものであ
り、エピタキシャル的な方位のフィルムの強い２００回
折特性と非常に弱い１１１回折を明白に示し、１％より
相当以下のフィルムが不正方位であることを指示してい
る。トレース（３Ｂ）は炭素のみターゲットからの１１
１Ｓｉ上のフィルムに対してで、トレース（３Ａ）と対
比して、非常に強い１１１回折と非常に弱い２００回折
を示し、これはエピタキシャル・フィルム成長に期待さ
れるものそのものである。
発明の方法を使用し、一般的に約１２００゜Ｃまでの上
昇温度を含み、基本的に化学量論的なＳｉＣフィルムが
約４０００Åまでの厚さで最適に容易に形成可能である
ことが解った。本発明の１実施例によると、シリコン基
板は抵抗性ヒーターにより約１０００と１１５０゜Ｃの
間まで加熱される。フィルム成長速度は図２のデータに
より示されるように基板温度が増加すると増加し、この
図２では１００方位Ｓｉ基板に対して蒸着時の基板温度
の関数としてレーザーパルスあたりのÅ単位でのフィル
ム厚増加がプロットされている。本発明のＳｉＣフィル
ムは結晶性立方ＳｉＣから構成され、これはシリコン基
板の方位を有する。すなわち、約１０００゜Ｃ以上の基
板温度では、１００シリコン・ウェファ上で成長するＳ
ｉＣは１００方位を有し、１１１シリコン上で成長する
ＳｉＣは１１１方位を有する。これは図３Ａ、図３Ｂ、
図３Ｃの「θ−２θ」ｘ線回折トレースにより明瞭に図
示されている。トレース（３Ａ）は炭素のみのターゲッ
トからの１００Ｓｉ上のフィルムに対してのものであ
り、エピタキシャル的な方位のフィルムの強い２００回
折特性と非常に弱い１１１回折を明白に示し、１％より
相当以下のフィルムが不正方位であることを指示してい
る。トレース（３Ｂ）は炭素のみターゲットからの１１
１Ｓｉ上のフィルムに対してで、トレース（３Ａ）と対
比して、非常に強い１１１回折と非常に弱い２００回折
を示し、これはエピタキシャル・フィルム成長に期待さ
れるものそのものである。
【００１３】４０００Åを越えてＳｉＣフィルムを形成
し続けるためには、以下のように修正した実施例が用い
られる。すなわちシリコン・ターゲットが炭素ターゲッ
トに加えて真空レーザー蒸着装置に含まれる。そうでな
ければ、炭素の連続蒸着は既形成のＳｉＣフィルム上の
黒鉛炭素層の形成を助長する。適切な走査パターンを用
いて各ターゲットから融除した材料の相対量を制御可能
である。使用される繰り返し走査パターンは、一般的に
等しい時間量だけ、典型的には各サイクルで５ｓの間炭
素とシリコン・ターゲット間を前後に照射点を繰り返し
移動させる。点が各ターゲット上にある時には連続的に
移動されて、各ターゲットで消費する時間はプログラム
可能であり、これにより各元素のターゲット源から融除
される材料の量に対して正確な制御を与えることが望ま
しい。トレース（３Ｃ）は１００Ｓｉ基板上に２重ター
ゲット、交番融除処理により成長したフィルムを示し、
２００エピタキッシャル的整合ＳｉＣの特徴的回折を示
す。標準的には、本発明の方法の本実施例によると、２
重ターゲットからの蒸着は３５１ｎｍエキシマレーザー
光線の２０Ｈｚ速度または３００ｍＪパルスで実施さ
れ、ターゲット上の照射域は約０．２ｃｍ2 （２０ｎｓ
のパルス長で１．５Ｊ／ｃｍ2 の流れ（ｆｌｕｅｎｃ
ｅ））である。２重ターゲット設定の前面は図１で別個
に（６）として図示され、ここに照射域の可能な走査路
が概略的に図示され、これにより照射点は走査の上下部
分で一方の材料から他方へ移動する。レーザー光線が炭
素又はシリコンのどちらに当たっているかは、適当なス
ペクトル・フィルタを介した煙により放射される可視光
線の強度を測定することにより監視できる、なぜならこ
の光線のスペクトル分布はターゲット材に特徴的である
からである。ターゲット上の照射点の実際の位置は、偏
光鏡の背面に反射され、その位置座標が融除光線の衝突
点のターゲット上の位置によって校正されるＨｅＮｅレ
ーザー光（８）により照射されるスクリーン（７）上の
点を観察することにより監視される。この処理は多数の
異なるターゲットに拡張可能であり、フィルムの組成と
構造を調節する手段を与える。本実施例では、シリコン
（９）、１００または１１１シリコン・ウェファは抵抗
性窒化ボロン絶縁炭素フィルム・ヒーター（１０）の上
に取り付けられて蒸着中のその温度の制御を可能とす
る、なぜなら生成フィルムの性質はこの温度に非常に依
存するからである。すなわち、低い角度境界と欠陥によ
り決定され、ｘ線回折線幅から得られる結晶寸法は蒸着
温度に従って増加する。これは図４のデータにより示さ
れ、ここでは炭素のみのターゲットを使用して１００Ｓ
ｉ基板上に成長した１００ＳｉＣフィルムの基板蒸着温
度の関数としてこの結晶寸法がプロットされている。ヒ
ーター・シリコン組立体は本実施例ではタンタル光線シ
ールド（１１）に挿入され、このシールドは融除煙を収
容するよう基板の前面に正方形の２．５ｘ２．５ｃｍ開
口部を有する。いくつかの実験では、長方形、円形また
は他の形状の蒸着フィルムを得るためにタンタルのシャ
ドウマスク（１２）を基板の前面に挿入した。このよう
なマスクによる蒸着は蒸着中のフィルム上の温度の一様
性を強化し、プロファイルメータ（ｐｒｏｆｉｌｅｍｅ
ｔｅｒ）の縁厚さ測定を介して正確な蒸着速度決定を可
能とする。初期基板温度は図１の赤外パイロメータ１３
により測定され、これは窓１５を介してその検出器に到
達する光線１４を狭い０．９から１．０μｍ帯に限定す
る帯域フィルタを含む。成長するＳｉＣフィルムはこの
光線には透明なため、フィルムが成長し始めるにつれ
て、パイロメータの出力はフィルム中のこの狭い帯光線
の干渉定在波の形成により振動する。連続する振動ピー
ク間の分離は、フィルム厚がフィルム中の光線波長の半
分だけ増加すると発生する。これらの振動はフィルム成
長の「その場の」監視を可能とし、ＳｉＣの既知屈折率
を使用する時プロファイロメータ測定と一致する最終フ
ィルム厚を生じる。これらの例では、シリコン基板は約
７ｃｍターゲットから離して取り付けられ、それに対し
て約４５゜の２平面角を形成する。従って煙軸はターゲ
ットに対して大体垂直なため、シリコン基板材と約４５
゜の角度を形成する。シリコン基板対ターゲット距離と
角度は発明には重要ではなく、変更したときには主に蒸
着速度を変更する。
し続けるためには、以下のように修正した実施例が用い
られる。すなわちシリコン・ターゲットが炭素ターゲッ
トに加えて真空レーザー蒸着装置に含まれる。そうでな
ければ、炭素の連続蒸着は既形成のＳｉＣフィルム上の
黒鉛炭素層の形成を助長する。適切な走査パターンを用
いて各ターゲットから融除した材料の相対量を制御可能
である。使用される繰り返し走査パターンは、一般的に
等しい時間量だけ、典型的には各サイクルで５ｓの間炭
素とシリコン・ターゲット間を前後に照射点を繰り返し
移動させる。点が各ターゲット上にある時には連続的に
移動されて、各ターゲットで消費する時間はプログラム
可能であり、これにより各元素のターゲット源から融除
される材料の量に対して正確な制御を与えることが望ま
しい。トレース（３Ｃ）は１００Ｓｉ基板上に２重ター
ゲット、交番融除処理により成長したフィルムを示し、
２００エピタキッシャル的整合ＳｉＣの特徴的回折を示
す。標準的には、本発明の方法の本実施例によると、２
重ターゲットからの蒸着は３５１ｎｍエキシマレーザー
光線の２０Ｈｚ速度または３００ｍＪパルスで実施さ
れ、ターゲット上の照射域は約０．２ｃｍ2 （２０ｎｓ
のパルス長で１．５Ｊ／ｃｍ2 の流れ（ｆｌｕｅｎｃ
ｅ））である。２重ターゲット設定の前面は図１で別個
に（６）として図示され、ここに照射域の可能な走査路
が概略的に図示され、これにより照射点は走査の上下部
分で一方の材料から他方へ移動する。レーザー光線が炭
素又はシリコンのどちらに当たっているかは、適当なス
ペクトル・フィルタを介した煙により放射される可視光
線の強度を測定することにより監視できる、なぜならこ
の光線のスペクトル分布はターゲット材に特徴的である
からである。ターゲット上の照射点の実際の位置は、偏
光鏡の背面に反射され、その位置座標が融除光線の衝突
点のターゲット上の位置によって校正されるＨｅＮｅレ
ーザー光（８）により照射されるスクリーン（７）上の
点を観察することにより監視される。この処理は多数の
異なるターゲットに拡張可能であり、フィルムの組成と
構造を調節する手段を与える。本実施例では、シリコン
（９）、１００または１１１シリコン・ウェファは抵抗
性窒化ボロン絶縁炭素フィルム・ヒーター（１０）の上
に取り付けられて蒸着中のその温度の制御を可能とす
る、なぜなら生成フィルムの性質はこの温度に非常に依
存するからである。すなわち、低い角度境界と欠陥によ
り決定され、ｘ線回折線幅から得られる結晶寸法は蒸着
温度に従って増加する。これは図４のデータにより示さ
れ、ここでは炭素のみのターゲットを使用して１００Ｓ
ｉ基板上に成長した１００ＳｉＣフィルムの基板蒸着温
度の関数としてこの結晶寸法がプロットされている。ヒ
ーター・シリコン組立体は本実施例ではタンタル光線シ
ールド（１１）に挿入され、このシールドは融除煙を収
容するよう基板の前面に正方形の２．５ｘ２．５ｃｍ開
口部を有する。いくつかの実験では、長方形、円形また
は他の形状の蒸着フィルムを得るためにタンタルのシャ
ドウマスク（１２）を基板の前面に挿入した。このよう
なマスクによる蒸着は蒸着中のフィルム上の温度の一様
性を強化し、プロファイルメータ（ｐｒｏｆｉｌｅｍｅ
ｔｅｒ）の縁厚さ測定を介して正確な蒸着速度決定を可
能とする。初期基板温度は図１の赤外パイロメータ１３
により測定され、これは窓１５を介してその検出器に到
達する光線１４を狭い０．９から１．０μｍ帯に限定す
る帯域フィルタを含む。成長するＳｉＣフィルムはこの
光線には透明なため、フィルムが成長し始めるにつれ
て、パイロメータの出力はフィルム中のこの狭い帯光線
の干渉定在波の形成により振動する。連続する振動ピー
ク間の分離は、フィルム厚がフィルム中の光線波長の半
分だけ増加すると発生する。これらの振動はフィルム成
長の「その場の」監視を可能とし、ＳｉＣの既知屈折率
を使用する時プロファイロメータ測定と一致する最終フ
ィルム厚を生じる。これらの例では、シリコン基板は約
７ｃｍターゲットから離して取り付けられ、それに対し
て約４５゜の２平面角を形成する。従って煙軸はターゲ
ットに対して大体垂直なため、シリコン基板材と約４５
゜の角度を形成する。シリコン基板対ターゲット距離と
角度は発明には重要ではなく、変更したときには主に蒸
着速度を変更する。
【００１４】２元素ターゲット（炭素とシリコン）の交
番レーザー融除は炭素ターゲットのみのものより幾分速
い蒸着速度を可能とし、フィルムは１マイクロメータま
たはそれ以上を含む所要の厚さまで成長できる。炭素タ
ーゲットのみを使用したものでは、１１４０゜Ｃで約７
分の蒸着後に３０００Åの厚さに到達したが、上述した
２重ターゲットでは、同じ温度で、１０分の蒸着後に１
マイクロメータの厚さが達成された。有利なことに、２
重ターゲットにより形成される生成フィルムは、フィル
ムを通して実質的に同一の結晶学的方位を有し、図３Ｃ
のようにシリコン基板材トレースの方位と整合する。本
発明に対して開示したものと同様な各種のパラメータに
より作られた多くのフィルムのラマン・スペクトルはこ
れらが基本的に化学量論的ＳｉＣから構成されているこ
とを示している。炭素ターゲットのみで成長されたフィ
ルムからの図５のラマン・スペクトルは７９３および９
７０ｃｍ-1近傍で立方体ＳｉＣの特徴である横および縦
光学フォノンの存在を明らかに示している。Ｓｉ基板に
張り付いた２枚のフィルムもＳｉ基板の特徴である９４
０と９９０ｃｍ-1の間の広いバンドのさらなる存在を示
し、一方このバンドは成長後に同じ基板から除去される
ＳｉＣフィルムからは存在しない。張り付けフィルムと
除去フィルムとの間のＳｉＣラマン・バンドの小さな移
動は多分ＳｉＣとＳｉ基板間の格子定数と熱膨張係数間
の不整合に関係する歪み場変化によるものである。これ
らのフィルムの化学量はまたオージェ深度プロファイル
により確認できる。以前当該技術で用いられたセラミッ
クＳｉＣではなく元素のターゲットの使用は、ターゲッ
トの増大した融除効率により蒸着ＳｉＣフィルムの成長
速度を増加させる。実質的に速い成長速度は方位付け結
晶フィルムにたいしてＣＶＤにより達成可能なものの１
オーダー大きい驚異的なもので、これは本方法を非常に
望ましい方法としている。ＳｉＣ蒸着のＣＶＤ処理は、
これが高濃度の水素の存在下で実行され、水素の一部が
フィルム中に含まれる欠点をこうむる。ＳｉＣフィルム
を提供する従来技術で開示されるスパッタリングやイオ
ン・ビーム技術と比較して、本発明は１１１および１０
０方位の両方に対してＳｉ上の立方体ＳｉＣの結晶学的
に整合したフィルムを有利に作成可能であり、一方従来
のフィルムはアモルファスであるかまたは良くても多結
晶質である。
番レーザー融除は炭素ターゲットのみのものより幾分速
い蒸着速度を可能とし、フィルムは１マイクロメータま
たはそれ以上を含む所要の厚さまで成長できる。炭素タ
ーゲットのみを使用したものでは、１１４０゜Ｃで約７
分の蒸着後に３０００Åの厚さに到達したが、上述した
２重ターゲットでは、同じ温度で、１０分の蒸着後に１
マイクロメータの厚さが達成された。有利なことに、２
重ターゲットにより形成される生成フィルムは、フィル
ムを通して実質的に同一の結晶学的方位を有し、図３Ｃ
のようにシリコン基板材トレースの方位と整合する。本
発明に対して開示したものと同様な各種のパラメータに
より作られた多くのフィルムのラマン・スペクトルはこ
れらが基本的に化学量論的ＳｉＣから構成されているこ
とを示している。炭素ターゲットのみで成長されたフィ
ルムからの図５のラマン・スペクトルは７９３および９
７０ｃｍ-1近傍で立方体ＳｉＣの特徴である横および縦
光学フォノンの存在を明らかに示している。Ｓｉ基板に
張り付いた２枚のフィルムもＳｉ基板の特徴である９４
０と９９０ｃｍ-1の間の広いバンドのさらなる存在を示
し、一方このバンドは成長後に同じ基板から除去される
ＳｉＣフィルムからは存在しない。張り付けフィルムと
除去フィルムとの間のＳｉＣラマン・バンドの小さな移
動は多分ＳｉＣとＳｉ基板間の格子定数と熱膨張係数間
の不整合に関係する歪み場変化によるものである。これ
らのフィルムの化学量はまたオージェ深度プロファイル
により確認できる。以前当該技術で用いられたセラミッ
クＳｉＣではなく元素のターゲットの使用は、ターゲッ
トの増大した融除効率により蒸着ＳｉＣフィルムの成長
速度を増加させる。実質的に速い成長速度は方位付け結
晶フィルムにたいしてＣＶＤにより達成可能なものの１
オーダー大きい驚異的なもので、これは本方法を非常に
望ましい方法としている。ＳｉＣ蒸着のＣＶＤ処理は、
これが高濃度の水素の存在下で実行され、水素の一部が
フィルム中に含まれる欠点をこうむる。ＳｉＣフィルム
を提供する従来技術で開示されるスパッタリングやイオ
ン・ビーム技術と比較して、本発明は１１１および１０
０方位の両方に対してＳｉ上の立方体ＳｉＣの結晶学的
に整合したフィルムを有利に作成可能であり、一方従来
のフィルムはアモルファスであるかまたは良くても多結
晶質である。
【００１５】本発明により作成されるフィルムは薄膜高
温電子素子、高温センサ応用および立方体ＳｉＣの蒸気
相成長用の種として使用される。本方法はまた蒸気相成
長の六方晶形ＳｉＣウェファ上の立方体ＳｉＣフィルム
の水素のないエピタキシャル成長の可能性も与える。立
方体ＳｉＣは他の多結晶型より高いキャリア移動度を有
するものと期待されるためこれは電子応用には重要であ
る。
温電子素子、高温センサ応用および立方体ＳｉＣの蒸気
相成長用の種として使用される。本方法はまた蒸気相成
長の六方晶形ＳｉＣウェファ上の立方体ＳｉＣフィルム
の水素のないエピタキシャル成長の可能性も与える。立
方体ＳｉＣは他の多結晶型より高いキャリア移動度を有
するものと期待されるためこれは電子応用には重要であ
る。
【図１】結晶性ＳｉＣを蒸着するため本発明に従って使
用されるレーザー蒸着装置の１実施例を概略的に図示す
る。
用されるレーザー蒸着装置の１実施例を概略的に図示す
る。
【図２】炭素ターゲットによりシリコン上に成長された
本発明の実施例によるフィルムに対する温度の関数とし
てのフィルム成長速度を図示するグラフである。
本発明の実施例によるフィルムに対する温度の関数とし
てのフィルム成長速度を図示するグラフである。
【図３】本発明により作成されたＳｉＣフィルムの実施
例のｘ線回折データで、Ａは１００Ｓｉ上のフィルム、
Ｂは１１１Ｓｉ上のフィルム、Ｃは２重ターゲットによ
り形成されたフィルムのｘ線回折データである。
例のｘ線回折データで、Ａは１００Ｓｉ上のフィルム、
Ｂは１１１Ｓｉ上のフィルム、Ｃは２重ターゲットによ
り形成されたフィルムのｘ線回折データである。
【図４】本発明の実施例により１００シリコン上に成長
したＳｉＣフィルムのｘ線回折から得られた結晶寸法の
温度依存性を図示するグラフである。
したＳｉＣフィルムのｘ線回折から得られた結晶寸法の
温度依存性を図示するグラフである。
【図５】本発明の実施例によるＣターゲットからＳｉ上
に成長したフィルムのラマン・スペクトルを図示するグ
ラフである。
に成長したフィルムのラマン・スペクトルを図示するグ
ラフである。
２ 偏光鏡 ３ 集束レンズ ４ 水晶窓 ５ 炭素ターゲット ９ シリコン １０ 絶縁炭素フィルムヒーター １２ シャドウ・マスク
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン基板上に結晶性炭化シリコンの
フィルムを作成する方法において、 真空装置中で、炭素ターゲットにレーザー融除を受けさ
せ、約６００゜Ｃより高い温度の前記シリコン基板に向
けられる炭素原子の煙を発生させる段階を含み、これに
より反応して前記結晶性炭化シリコンフィルムを基板上
に作成する、シリコン基板上に結晶性炭化シリコンのフ
ィルムを作成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US181717 | 1994-01-18 | ||
| US08/181,717 US5406906A (en) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Preparation of crystallographically aligned films of silicon carbide by laser deposition of carbon onto silicon |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07283138A true JPH07283138A (ja) | 1995-10-27 |
Family
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