(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面にシリコン単結晶層を有する基材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加熱するとともに該真空容器内部に、モノメチルシラン、ジメチルシラン及びトリメチルシランからなる群から選択されたものを導入することにより、前記シリコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法であって、基材温度が１０００℃及びそれ以上の温度で且つ１２００℃を下回る温度の範囲では、前記真空容器内に導入される、モノメチルシラン、ジメチルシラン及びトリメチルシランからなる群から選択されたものの分圧は、２．５×１０−５〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒに設定し、そして基材温度が９００〜１１００℃の温度の範囲では、前記真空容器内に導入される、モノメチルシラン、ジメチルシラン及びトリメチルシランからなる群から選択されたものの分圧は、２．５×１０−５〜５．０×１０−５Ｔｏｒｒに設定していることを満足する条件下に、シリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行うことを特徴とするシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法。
【請求項２】
前記真空容器内に導入される化合物がモノメチルシランである請求項１に記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記真空容器内に導入される化合物がモノメチルシランで、前記加熱による基材温度を１０００℃及びそれ以上の温度で且つ１２００℃を下回る温度の範囲とし且つ該真空容器内に導入されるモノメチルシランの分圧を２．５×１０−５〜２．０×１０−４Ｔｏｒｒに設定するか、あるいは、前記加熱による基材温度を９００〜１１００℃の範囲とし且つ該真空容器内に導入されるモノメチルシランの分圧を２．５×１０−５〜５．０×１０−５Ｔｏｒｒに設定するといった条件下にシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行う請求項１に記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、高性能な半導体材料として着目されているシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体材料としてシリコン単結晶やＧａＡｓ単結晶材料が使用されているが、近年においては、これらシリコン単結晶やＧａＡｓ単結晶材料では対応できない高温、放射線、高エネルギー密度においても動作可能なワイドギャップ半導体材料としてシリコンカーバイト単結晶材料が着目されている。
【０００３】
このシリコンカーバイト単結晶は、半導体材料としての特性は優れているものの、従来のシリコン材やＧａＡｓ材のように溶融引き上げ法により大口径の単結晶インゴットにすることができず、単結晶を得るための様々の方法が提案されている。
【０００４】
近年、特に有効な方法として、シリコンウエハ等の単結晶材料を真空容器内部に配置して加熱するとともに、硅素原子と炭素原子とを含有する有機硅素ガスを該容器内部に導入して前記シリコンウエハ等の単結晶材料表面にシリコンカーバイト単結晶層を形成する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら有機硅素ガスや混合ガスを用いる方法は、従来のシリコンウエハの表面を炭化してシリコンカーバイト単結晶層を形成する方法に比較して、過度の炭化による結晶欠落（ボイド）の発生を或る程度防止できることから好ましいが、これら有機硅素ガスを用いた場合には、これら有機硅素ガスの分圧が１〜１０パスカル（＝０.００７５〜０.０７５Ｔｏｒｒ）にて供給され、該供給される有機硅素ガスやが、前記シリコンウエハ表面にて分解し、分解により生成された炭素および硅素が供給されることでシリコンカーバイト単結晶層の成長がなされるために、その成長温度を１１００℃程度に保つ必要があり、この温度状況においては、シリコンウエハ表面の硅素原子の一部拡散が生じて結晶欠落（ボイド）を生じてしまい、得られるシリコンカーバイト単結晶層の結晶品質が安定せず、高品質で大面積のシリコンカーバイト単結晶層を安定して得ることが難しいという問題があった。
【０００６】
よって、本発明は上記した問題点に着目してなされたもので、シリコンカーバイト単結晶層を安定して形成することのできるシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した問題を解決するために、本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法は、少なくとも表面にシリコン単結晶層を有する基材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加熱するとともに該真空容器内部に少なくとも炭素原子および硅素原子を含有する化合物を導入することにより、前記シリコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法において、前記真空容器内に導入される少なくとも炭素原子および硅素原子を含む化合物の分圧；Ｎ×１０−ＸＴｏｒｒを１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、（Ｘは自然数）に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行うことを特徴としている。
この特徴によれば、前記真空容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧を従来の方法に比較して低いＮ×１０−ＸＴｏｒｒ（１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、Ｘは自然数）とすることにより、シリコンカーバイト単結晶薄膜が成長可能な前記基材の温度を低下させることができ、該成長温度を低下させることで、硅素原子の拡散を低減することが可能となって、得られるシリコンカーバイト単結晶層の結晶欠落が減少し、高品質で大面積のシリコンカーバイト単結晶層を安定して得ることができる。
【０００８】
本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法は、前記真空容器内に導入される化合物の分圧が、４≦Ｘ≦６の範囲であることが好ましい。
このようにすれば、前記真空容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧が過度に低減してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長速度が著しく遅くなることを防止できる。
【０００９】
本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法は、前記加熱による基材温度を、約９００〜１１００℃の範囲に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行うことが好ましい。
このようにすれば、前記基材温度を約９００〜１１００℃の範囲とすることにより、前記有機硅素化合物の分解により生成する水素が、前記シリコン単結晶層表面に吸着されることなく良好に飛散するようになるとともに、シリコン単結晶層表面よりの硅素原子の拡散を防止できることにより、安定して高品質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成することができる。
【００１０】
本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法は、前記炭素原子および硅素原子を含有する有機硅素化合物が、炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有する化合物であることが好ましい。
このようにすれば、有機硅素化合物の分解により供給される炭素原子と硅素原子との比率が常に１対１となるとともに、分解により多くの嵩高いメタン分子やシラン分子が生成してシリコン単結晶層表面に残存することを少なくできることから、形成されるシリコンカーバイト単結晶薄膜の品質を安定化できる。
【００１１】
本発明のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法は、前記炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有する有機硅素化合物がモノメチルシランであることが好ましい。
このようにすれば、有機硅素化合物をモノメチルシランとすることで、分解により最終的に生成する分解物を水素のみとすることができ、該水素は前述のようにして容易に除去可能となることから、分解による生成物のシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長に及ぼす影響を排除可能となり、安定して高品質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態において用いたシリコンカーバイト単結晶薄膜形成装置であり、該装置は、真空容器１内部を超高真空とするため第１ターボ分子ポンプ９と第２ターボ分子ポンプ８および第３ターボ分子ポンプ１０とが接続され、前記第１ターボ分子ポンプ９と第２ターボ分子ポンプ８は並列に、第３ターボ分子ポンプ１０は前記第１ターボ分子ポンプ９と第２ターボ分子ポンプ８と直列に接続されている。
【００１４】
前記第３ターボ分子ポンプ１０の下流部には、バルブＶ３およびＶ４を介してノーマルロータリーポンプ１１とケミカルロータリーポンプ１２とが設けられており、前記真空容器１内部の通常排気を実施する際にはバルブＶ３を開いてノーマルロータリーポンプ１１を使用し、前記真空容器１内部にモノメチルシラン等の反応性気体を導入する際には、前記バルブＶ４を開いてケミカルロータリーポンプ１２にて排気を実施し、この際バルブＶ５を開いて窒素ガスを該ケミカルロータリーポンプ１２に適宜導入してケミカルロータリーポンプ１２内部のオイル等が前記反応性気体に侵されないようにしており、前記ケミカルロータリーポンプ１２からの排気ガスは、トラップ１３にて収集される。
【００１５】
また、前記真空容器１には、水素ガスおよびモノメチルシランの導入量を適宜調節可能な可変リークバルブＶＬ１およびＶＬ２が設けられ、これらＶＬ１およびＶＬ２を調節することにより、前記真空容器１内部に導入する各ガスの分圧を適宜調節することを可能としており、これら導入された各ガスの圧力は、圧力計４にて検出される。また、前記水素ガスの導入口に近傍には、検量線作成時において導入される水素ガスを活性化（原子化）するためのタングステンフィラメント５が設けられている。
【００１６】
更に、前記真空容器１の周囲には、反射高速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）を実施するために、前記真空容器１内に配置された試料７に高速電子線の照射を行う電子銃２と、該試料７を挟んで前記電子銃２と対向する位置に回折受像部６とが設けられるとともに、後述する昇温脱離試験による試料表面よりの脱離物質を特定するとともに、その脱離状況を観察するために質量分析器用ヘッド（ＱＭＳヘッド）３が、前記真空容器１内部に露出するように配設されている。
【００１７】
該ＱＭＳヘッド３は、図２に示すように、質量分析器（ＱＭＳ）本体１４に接続されるともに、Ｄ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を介してマイクロコンピュータ１５に接続され、前記質量分析器（ＱＭＳ）本体１４にて検出された脱離物の質量データおよび検出量データがハードディスク等から成る記憶装置１６に記憶されるようになっている。
【００１８】
また、前記真空容器１内部に配置される試料７は、通電ユニット１８に接続され、該通電ユニット１８より適宜な電流が通電されることにより、所定の温度または所定速度にて昇温可能とされており、前記通電ユニット１８における通電の制御は、前記マイクロコンピュータ１５がＤ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を介して実施するようになっていて、前記通電による試料７の温度は、赤外線放射温度計１９により検出され、該赤外線放射温度計１９も前記Ｄ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ１７を介してマイクロコンピュータ１５に接続されており、赤外線放射温度計１９にて測定された試料温度データが、マイクロコンピュータ１５に出力されるようになっている。
【００１９】
前述したシリコンカーバイト単結晶薄膜形成装置を用いたシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成手順を、図３のフローに基づき以下に説明する。
【００２０】
まず、本実施形態においては前記試料７としてシリコンウエハを使用しており、該シリコンウエハ（試料）７にＲＣＡ洗浄を施した後、該洗浄済シリコンウエハ７を前記真空容器１内部に導入、所定位置に配置する。次いで、前記バルブＶ１、Ｖ２およびＶ３を開き、前記真空容器１内部を超高真空に排気する。尚、前記ＲＣＡ洗浄とは、シリコンウエハの重金属除去および有機物除去のために一般的に実施される洗浄法を示している。
【００２１】
次いで、前記通電ユニット１８よりシリコンウエハ７への通電を実施し、シリコンウエハ７を約７００℃に昇温して１時間処理し、シリコンウエハ７の脱ガスアニールを実施し、その後、シリコンウエハ７の温度を昇温して１２００℃、３０秒間フラッシングアニール処理を実施する。該フラッシングアニール処理の後、シリコンウエハ７表面の清浄状態は、前記反射高速電子線回折法（ＲＨＥＥＤ）により確認される。
【００２２】
次いで、前記通電ユニット１８による通電を制御してシリコンウエハ７を各所定の成長温度に保持した後、前記ＶＬ２を適宜調整して所定の成長圧力にてモノメチルシランを前記真空容器１内部に導入してシリコンカーバイト膜の成長を開始し、所定時間経過後に前記ＶＬ２を閉じてモノメチルシランの導入を停止して膜成長を停止する。
【００２３】
次いで、通電の停止により前記シリコンウエハ７の加熱を停止した後、前記ＲＨＥＥＤにより形成されたシリコンカーバイト薄膜の結晶状態観察を実施し、前記真空容器１内部の真空状態を解除してシリコンウエハ７を取り出し、該形成されたシリコンカーバイト薄膜の表面粗さ（ＲＭＳ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定するとともに、フーリエ変換赤外吸光分析（ＦＴ−ＩＲ）により分析、評価した。
【００２４】
これらシリコンカーバイト薄膜の形成を、シリコンウエハ７を各所定の温度とするとともに、前記真空容器１に導入されるモノメチルシランの分圧を種々に変更して実施した際の前記ＦＴ−ＩＲにおける７９４.５３ｃｍ−１の吸収ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）と前記原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面粗さ（ＲＭＳ）との関係を図５および図６に示す。
【００２５】
ここで、前記半値幅（ＦＷＨＭ）の大きさは、これが大きいと形成されたシリコンカーバイト薄膜の結晶が種々の波長を吸収可能な状態（不均一な結晶状態）であることを示し、これが小さいと薄膜の結晶が単一の結晶状態、つまりはシリコンウエハの結晶状態である単結晶情報を正しく保持した単結晶状態であることを示している。
【００２６】
また、前記表面粗さ（ＲＭＳ）の大きさは、これが大きいと形成されたシリコンカーバイト薄膜に多くの凹凸が存在することとなり、つまりは薄膜の結晶が不均一（欠陥等を有する）な状態であることを示し、これが小さいと、形成されたシリコンカーバイト薄膜には存在する凹凸が少ないこととなり、つまりは薄膜の結晶が均一（欠陥等を有しない）な状態であることを示している。
【００２７】
この結果から、前記導入されるモノメチルシランの分圧を、従来一般的に用いられている分圧である１〜１０パスカル（＝０.００７５〜０.０７５Ｔｏｒｒ）より低くしていくことにより、図５に示すように同一温度におけるＦＴ−ＩＲの吸収ピークにおける半値幅（ＦＷＨＭ）の値が小さくなることが判るとともに、単結晶状態を得る事の出来る温度を大幅に低下できることが判る。
【００２８】
これらモノメチルシランの分圧の低下に伴うシリコンカーバイト薄膜の膜質（単結晶性）向上の傾向と同様の傾向が、図６に示すように、前記表面粗さ（ＲＭＳ）においても見られ、これら双方のデータの傾向がほぼ一致することからも、これらモノメチルシランの分圧の低下により形成されるシリコンカーバイト薄膜の膜質（単結晶性、無欠陥性）が向上することが裏付けられる。
【００２９】
また、前記図５および図６の結果より判るように、前記モノメチルシランの分圧を低下させることにより、広い温度範囲にて単結晶状態を得ることが可能となることにより、多少の温度変化に対しても安定して単結晶状態を得ることが可能となるため、大きな面積であっても安定して単結晶状態のシリコンカーバイト薄膜の製造が可能となる。
【００３０】
前記の結果より、モノメチルシランの分圧を低下させることが単結晶のシリコンカーバイト薄膜の形成に有効であることが判るが、このモノメチルシランの分圧としては、図５に示すように、１.０×１０−３Ｔｏｒｒでは、良好な単結晶が得られ難く、得られてもごく小面積でしかないとともに、その最適成長温度も１１００度と高温であることから、好ましくは１０−４Ｔｏｒｒオーダー、つまりはＮ×１０−ＸＴｏｒｒ（１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、Ｘは自然数）とすれば良く、更には、該モノメチルシランの分圧が低すぎると、モノメチルシラン分子が前記シリコンウエハに衝突する機会が低減してシリコンカーバイト薄膜成長に要する時間が著しく長くなってしまうことから、好ましくは１.０×１０−５Ｔｏｒｒ以上、より好ましくは、図５において２.５×１０−５Ｔｏｒｒと５.０×１０−５Ｔｏｒｒとでは、結晶性に大きな向上が認められなくなることから、５.０×１０−５Ｔｏｒｒ以上とすれば良い。
【００３１】
このように、モノメチルシランの分圧の低下によってシリコンカーバイト薄膜の単結晶性の向上および最適成長温度の低下が生じる原因について検証するために、図４に示すように、前記シリコンウエハ７にモノメチルシランを室温にて飽和吸着させ、該モノメチルシランが飽和吸着したシリコンウエハ７を所定の昇温速度にて加熱昇温して、モノメチルシランが分解して該シリコンウエハ７より昇華、脱離する物質を前記ＱＭＳにて検出、測定した。この際、前記昇温速度と通電電流との関係は、測定前において事前に測定し、これら昇温速度の制御を該事前測定データに基づき前記マイクロコンピュータ１５にて実施している。
【００３２】
その結果、前記シリコンカーバイト薄膜の成長温度領域において前記シリコンウエハ７より脱離する物質は水素であって、その脱離による検出状況を前記図５および図６に記入したものが図７および図８であり、前記ＶＬ１の水素およびタングステンフィラメント５は、導入水素の量により前記ＱＭＳ検量線を作成して、脱離する水素量を特定するために使用される。
【００３３】
この結果より、前記水素の脱離のピークは約９００℃であり、該脱離のピークを超えた温度範囲において、単結晶シリコンカーバイト薄膜の良好な成長が見られることから、シリコンウエハ７表面にて分解したモノメチルシランの分解生成物である水素が、該シリコンウエハ７より離脱してシリコン表面が露出することにより、シリコンカーバイト薄膜の良好な成長が可能となることが判る。つまり、これらシリコンウエハ７に吸着する水素量は、供給されるモノメチルシランの導入圧力に比例することから、これらモノメチルシラン導入圧力を低減することにより、図９（ｄ）および（ｅ）にモデルを示すように、分解により水素を生じるモノメチルシランのシリコンウエハ７表面への供給量が、離脱可能な水素量と同等またはそれより小さくなることにより、該水素の離脱が良好になされて該水素が単結晶シリコンカーバイト薄膜の成長を阻害することが防止され、これら水素の離脱ピーク温度以上の温度範囲において単結晶シリコンカーバイト薄膜の良好な成長がなされるものと考えられる。
【００３４】
つまりは、単結晶シリコンカーバイト薄膜の良好な成長を妨げる要因は、シリコンウエハ７表面に分解生成物が残留することに起因しているものと考えられる。
【００３５】
この観点によれば、シリコンカーバイト薄膜の成長に使用される有機硅素化合物としては、分解により生成する分解物がシリコンウエハ７に吸着され難く、素早く離脱するとともに、該分解物が嵩高い分子でないものであることが好ましく、この点において、前記モノメチルシランは、分解により生成する分解物は、炭素および硅素はシリコンカーバイト薄膜の成長に供されることから水素のみとなることから好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらモノメチルシラン以外の有機硅素化合物、例えばヘキサメチルジシランやジメチルシランやトリメチルシラン等であっても良く、更には、前記メチル基やシリル基の水素をその他の元素、例えばハロゲン等に置き換えたものであっても良い。
【００３６】
また、有機硅素化合物として前記ヘキサメチルジシランやジメチルシランやトリメチルシラン等を用いる場合においては、１つの分子の分解にて生成するメチル基やシリル基の量が、モノメチルシランが炭素：硅素が１：１であるのに対し、６：２、２：１、３：１であって、モノメチルシランに比較して数倍となることから、見掛け上導入圧力が上昇したものと同じとなるために、その分圧をモノメチルシランに比較して数分の１とする必要が生じる場合があることから、これら低圧を形成のためのコストが大きくなるばかりか、その圧力制御も難しくなることから、これら観点からも炭素：硅素が１：１である前記モノメチルシランを用いることが好ましい。
【００３７】
また、前記図７および図８に示す結果より、シリコンカーバイト薄膜の成長における試料であるシリコンウエハ７の温度の影響は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すようになっているものと考えられる。つまり、９００℃以下の低温においては、水素の離脱が良好に成されず、これら水素がシリコンカーバイト薄膜の単結晶化成長を阻害する。そのため、前記シリコンウエハ７の温度を９００℃以上に上げていくと、水素の離脱が良好になされるようになり、シリコンカーバイト薄膜の単結晶化成長が阻害されることなく、結晶状態は１１００℃程度まで、安定して単結晶状態を得ることができる。しかしながら、図８に示すように、シリコンウエハ７の温度が約１１００℃を越えると、表面粗さ（ＲＭＳ）が増大して、欠陥が増大する傾向にある。この現象の原因としては、図１２の１２００℃におけるシリコンカーバイト薄膜の電子顕微鏡写真に示すように、１２００℃ではシリコンカーバイト薄膜とシリコンウエハ７との界面に黒く見える多くのボイド（欠陥）が発生しており、これらボイドは図９（ｃ）のモデルに示すように、シリコンウエハ７の硅素原子が高温によりシリコンカーバイト薄膜層に拡散、該膜表面に露出することにより生じるものと考えられる。よって、これらシリコンカーバイト薄膜の膜成長温度としては、前記９００〜１１００℃の範囲にて実施することが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら温度は使用する有機硅素化合物の種類や必要とされる成長速度等の観点から、適宜選択されれば良い。
【００３８】
以上前述の条件の内、モノメチルシランの分圧を５.０×１０−５Ｔｏｒｒ、シリコンウエハ温度を１０００℃、および９００℃として形成したシリコンカーバイト薄膜のＸ線回折パターンの測定結果を図１０に、前記フーリエ変換赤外吸光分析（ＦＴ−ＩＲ）の測定チャートを図１１に示す。
【００３９】
これら各図に示す結果より、シリコンウエハの単結晶情報を保持した単結晶のシリコンカーバイト薄膜が良好に形成されているこことが判る。
【００４０】
以上、本発明を図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での変更や追加があっても、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４１】
また、前記実施形態では、試料としてシリコンウエハを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら試料としてはその単結晶構造を保持することでシリコンカーバイトが単結晶構造をとることが可能な単結晶層を該表面に有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばＧａＡｓ等の単結晶ウエハでも良い。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は次の効果を奏する。
【００４３】
（ａ）少なくとも表面にシリコン単結晶層を有する基材を真空容器内に配置し、該基材を所定温度に加熱するとともに該真空容器内部に少なくとも炭素原子および硅素原子を含有する化合物を導入することにより、前記シリコン単結晶層表面にシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成するシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法において、前記真空容器内に導入される少なくとも炭素原子および硅素原子を含む化合物の分圧；Ｎ×１０−ＸＴｏｒｒを１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、（Ｘは自然数）に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行うことを特徴とするシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法の発明によれば、前記真空容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧を従来の方法に比較して低いＮ×１０−ＸＴｏｒｒ（１≦Ｎ＜１０、４≦Ｘ、Ｘは自然数）とすることにより、シリコンカーバイト単結晶薄膜が成長可能な前記基材の温度を低下させることができ、該成長温度を低下させることで、硅素原子の拡散を低減することが可能となって、得られるシリコンカーバイト単結晶層の結晶欠落が減少し、高品質の大面積のシリコンカーバイト単結晶層を安定して得ることができる。
【００４４】
（ｂ）前記真空容器内に導入される化合物の分圧が、４≦Ｘ≦６の範囲である上記（ａ）に記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法の発明によれば、前記真空容器内部に導入される有機硅素化合物の分圧が過度に低減してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長速度が著しく遅くなることを防止できる。
【００４５】
（ｃ）前記加熱による基材温度を、約９００〜１１００℃の範囲に設定してシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長を行う上記（ａ）または（ｂ）に記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法の発明によれば、前記基材温度を約９００〜１１００℃の範囲とすることにより、前記有機硅素化合物の分解により生成する水素が、前記シリコン単結晶層表面に吸着されることなく良好に飛散するようになるとともに、シリコン単結晶層表面よりの硅素原子の拡散を防止できることにより、安定して高品質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成することができる。
【００４６】
（ｄ）前記炭素原子および硅素原子を含有する化合物が、炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有する化合物である上記（ａ）〜（ｃ）のいずれかに記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法の発明によれば、有機硅素化合物の分解により供給される炭素原子と硅素原子との比率が常に１対１となるとともに、分解により多くの嵩高いメタン分子やシラン分子が生成してシリコン単結晶層表面に残存することを少なくできることから、形成されるシリコンカーバイト単結晶薄膜の品質を安定化できる。
【００４７】
（ｅ）前記炭素原子と硅素原子とを１つずつ含有する化合物がモノメチルシランである上記（ｄ）に記載のシリコンカーバイト単結晶薄膜の形成方法の発明によれば、有機硅素化合物をモノメチルシランとすることで、分解により最終的に生成する分解物を水素のみとすることができ、該水素は前述のようにして容易に除去可能となることから、分解による生成物のシリコンカーバイト単結晶薄膜の成長に及ぼす影響を排除可能となり、安定して高品質のシリコンカーバイト単結晶薄膜を形成できる。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にて用いたシリコンカーバイト単結晶薄膜形成装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にて用いたシリコンカーバイト単結晶薄膜形成装置における加熱および制御系統を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態におけるシリコンカーバイト単結晶薄膜形成手順を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施形態における昇華、脱離試験における試験手順を示すフロー図である。
【図５】各モノメチルシランの分圧における温度と半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。
【図６】各モノメチルシランの分圧における温度と表面粗さ（ＱＭＳ）との関係を示すグラフである。
【図７】図５に昇華、脱離試験における水素離脱の状況を付与したグラフである。
【図８】図６に昇華、脱離試験における水素離脱の状況を付与したグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明におけるシリコンカーバイトの成長と温度変化との関係を示すモデル図である。（ｄ）〜（ｅ）は、本発明におけるシリコンカーバイトの成長と圧力変化との関係を示すモデル図である。
【図１０】本発明の実施形態にて形成されたシリコンカーバイト単結晶薄膜のＸ線回折パターンの測定結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態にて形成されたシリコンカーバイト単結晶薄膜のＦＴーＩＲ測定チャートを示す図である。
【図１２】１２００℃におけるシリコンカーバイト薄膜とシリコンウエハとの界面状況を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
ｌ        真空容器
２        電子銃
３        質量分析器用ヘッド（ＱＭＳヘッド）
４        圧力計
５        タングステンフィラメント
６        回折受像部
７        試料（シリコンウエハ）
８        第２ターボ分子ポンプ
９        第１ターボ分子ポンプ
１０      第３ターボ分子ポンプ
１１      ノーマルロータリーポンプ
１２      ケミカルロータリーポンプ
１３      トラップ
１４      質量分析器（ＱＭＳ）本体
１５      マイクロコンピュータ
１６      記憶装置
１７      Ｄ／Ａ−Ａ／Ｄコンバータ
１８      通電ユニット
１９      赤外線放射温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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