水素プラズマを用いたSiC結晶の低温成長におけるSi基板のピラミッド処理効果

氢等离子体低温生长SiC晶体时金字塔处理对Si衬底的影响

• 批准号: 16656097
• 负责人: 孫 勇
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656097/
• 关键词: SiC結晶; Si基板; ピラミッド化処理; 水素プラズマスパッタ; 低温成長; 界面空洞化; 結晶欠陥; エピ成長; 配向

本研究の目的は、シリコン基板表面をピラミッド化に処理し、その上にSiCエピ成長を実現することである。ピラミッド化処理によって次の二つの目標を目指していた。まず、SiC/Si界面の結晶欠陥の方向を結晶成長方向からずらすことにより、結晶の成長に連れ欠陥密度を減少させる狙いがある。更に、SiC/Si界面付近にSiCとSiが混在するバッファ的な領域を形成されることで、SiCとSi間の熱膨張係数の差による結晶欠陥の導入を阻止することができる。研究の初年度では、(100)Si基板一面にフォトリソグラフィーで高さ2μmのピラミッドを作製し、その上に水素プラズマスパッタリング法でSiC結晶をエピ成長させた。これによってSiC結晶性を向上させたことが確認できた。しかし、成長温度が1075℃を超えると、依然としてSiC/Si界面にSi基板ロスによる空洞化が進んだことも認められる。つまり、ピラミッド化処理は結晶性を改善したものの、デバイス用材料の成長に至らなかった。その原因として、結晶成長初期段階における成長速度が遅すぎることが挙げられる。成長温度が1000℃を超えると、シリコン基板が著しく蒸発しはじめる。特に炭素などの不純物が存在する場合、結晶欠陥が基板に導入され、蒸発速度が一段と増加する。問題解決の焦点は、如何にシリコン基板が蒸発する前にSiC結晶を形成させるかである。研究の最終年度では、ピラミッドの表面を平面から曲面に変えた。これによってSiC/Si界面での空洞化が随分抑制された。曲面上にナノメートルオーダーのステップが形成されSiC成長初期段階の速度を増加させたと思われる。この成長速度の増加で曲面上ではSiC/Si界面の空洞化が完全に阻止できた。しかし、ピラミッド状ではすべての表面を曲率の小さい曲面にすることができない。フォトリソグラフィー工程も考慮して、シリコン表面のサインウェブ化を提案する。その実現方法としてシリコンのエッチングと酸化を繰り返すことによって表面曲率を減少させることが考えられる。

は の purpose, this study シ リ コ ン substrate surface を ピ ラ ミ ッ ド change に 処 し, そ の に on SiC エ ピ growth を be presently す る こ と で あ る. Youdaoplaceholder0 ピラ ッド processing によって secondary <s:1> secondary を を objective を refers to た て た た た. ま ず, SiC/Si interface の crystallization owe 陥 の direction を crystal growth direction か ら ず ら す こ と に よ り, the density of crystalline の に growth even れ owe 陥 を reduce さ せ る previously い が あ る. More pay nearly に に, SiC/Si interface SiC と Si が mixed in す る バ ッ フ ァ を な field formed さ れ る こ と で, SiC と の の thermal expansion coefficient difference between Si に よ る crystallization owe 陥 の import を stop す る こ と が で き る. Early research の annual で は, (100) Si substrate side に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ ー で さ 2 microns の ピ ラ ミ ッ ド を as し, そ の に water element プ ラ ズ マ ス パ ッ タ リ ン グ crystallization method で SiC を エ ピ growth さ せ た. <s:1> れによってSiC crystallinity を upward させた とが とが confirmation で た た た. し か し が, growth temperature 1075 ℃ を super え る と, still と し て SiC/Si interface に Si substrate ロ ス に よ る hollowing out が into ん だ こ と も recognize め ら れ る. つ ま り, ピ ラ ミ ッ ド change 処 Richard は crystalline を improve し た も の の, デ バ イ ス materials の に to ら な か っ た. Youdaoplaceholder0 the reason is と て て, the initial stage of crystallization growth における growth rate が遅すぎる とが挙げられる とが挙げられる. The growth temperature is が1000℃. The を is over えると and the シリコ <s:1> substrate が undergoes <s:1> く evaporation, which results in じめる じめる じめる. Special に carbon な ど の impurity content exist が す る occasions, crystallization owe 陥 が substrate に import さ れ, steamed 発 speed が a と raised す requirement by る. The focus of the problem-solving issue is, how to にシリコ が substrate が evaporation する pre-に SiC crystallization を to form させる に である. Study the <s:1> final year で, ピラ ピラ ッド ッド <s:1> surface を plane を ら curved surface に change えた. <s:1> れによってSiC/Si interface で <s:1> hollowing が random suppression された. On the surface, にナノメ, ト, させたと, ダ, ステップが, ステップが form されSiC. At the initial stage of growth, the <s:1> velocity を increases させたと and われる. The <s:1> <s:1> growth rate <e:1> increases the で SiC/Si interface <s:1> hollowing on the で surface が completely に prevents で た た た. し か し, ピ ラ ミ ッ ド shape で は す べ て を の surface curvature の small さ い surface に す る こ と が で き な い. Youdaoplaceholder0 フォトリソグラフィ engineering <e:1> considers the を て, シリコ シリコ surface <s:1> サ サ ウェブ ウェブ ウェブ rendering を proposal する. そ の be presently method と し て シ リ コ ン の エ ッ チ ン グ と acidification を Qiao り return す こ と に よ っ て surface curvature を reduce さ せ る こ と が exam え ら れ る.

项目成果

Epitaxial growth of Cubic SiC Film on Si Crystal with Curved Surface

曲面硅晶体上外延生长立方碳化硅薄膜

• 发表时间: 2005
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 44・10
• 作者: Yong Sun;Tatsuro Miyasato
• 通讯作者: Tatsuro Miyasato

Void Free at Interface of the SiC Film and Si Substrate

SiC 薄膜和 Si 衬底界面处无空隙

• 发表时间: 2004
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 43・12A
• 作者: Yong Sun;Tatsuro Miyasato;Koichiro Masuda;Toyotsugu Enokida;Hiroyasu Hagino
• 通讯作者: Hiroyasu Hagino