JP7292089B2 - Method for manufacturing silicon carbide film - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素結晶からなる膜を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a film made of silicon carbide crystals.

炭化珪素（ＳｉＣ）は、耐熱性、耐食性等を有し、熱伝導性、機械的強度等に優れることから、高温部材として用いられており、また、半導体用基板の表面に、炭化珪素からなる膜を形成して半導体部品等に応用されている。
基板の表面に炭化珪素の膜を形成する方法としては、ＣＶＤ法、加熱昇華法、金属珪素基板の表面を炭化させる方法等が知られている。
ＣＶＤ法は、例えば、特許文献１に記載されており、基板を加熱しながら、原料となるシラン化合物及び炭化水素を交互に基板上に供給し、基板の表面に炭化珪素薄膜を形成する方法が開示されている。また、加熱昇華法は、例えば、特許文献２に記載されており、第１の炭化珪素結晶基板上に予め炭化珪素薄膜を成長させ、当該炭化珪素薄膜を第２の炭化珪素結晶基板表面に接触させた状態で炭化珪素坩堝内に配置し、第１の炭化珪素結晶基板が低温側、第２の炭化珪素結晶基板が高温側となるように温度勾配を設け、第２の炭化珪素結晶基板を炭化珪素の昇華温度以上に加熱し、第２の炭化珪素結晶基板側から昇華した炭化珪素を第１の炭化珪素結晶基板上の炭化珪素薄膜上に再結晶化させて成長させる、炭化珪素薄膜の形成方法が開示されている。 Silicon carbide (SiC) has heat resistance, corrosion resistance, etc., and is excellent in thermal conductivity, mechanical strength, etc., so it is used as a high-temperature member. It is applied to semiconductor parts by forming a film.
As a method for forming a silicon carbide film on the surface of a substrate, a CVD method, a heat sublimation method, a method for carbonizing the surface of a metal silicon substrate, and the like are known.
The CVD method is described, for example, in Patent Document 1, in which a silicon carbide thin film is formed on the surface of the substrate by alternately supplying a raw material silane compound and a hydrocarbon onto the substrate while heating the substrate. disclosed. Further, the heat sublimation method is described, for example, in Patent Document 2, in which a silicon carbide thin film is grown in advance on a first silicon carbide crystal substrate, and the silicon carbide thin film is brought into contact with the surface of a second silicon carbide crystal substrate. placed in a silicon carbide crucible in a state where the first silicon carbide crystal substrate is on the low temperature side and the second silicon carbide crystal substrate is on the high temperature side. A silicon carbide thin film is grown by heating above the sublimation temperature of silicon carbide to recrystallize and grow silicon carbide sublimated from the second silicon carbide crystal substrate side on the silicon carbide thin film on the first silicon carbide crystal substrate. A forming method is disclosed.

特開平９－５２７９７号公報JP-A-9-52797 特開２００４－９１２２８号公報JP-A-2004-91228

ＣＶＤ法の場合、原料ガスが高価であり、経済的でなく、また、原料ガスの供給装置や、加熱装置だけでなく、減圧装置が必要であり、トータルの電力消費量が大きくなるという問題があった。また、加熱昇華法の場合、炭化珪素を２４００℃以上にまで加熱する必要があり、経済的ではなかった。
本発明の目的は、炭化珪素結晶からなる膜を効率よく形成する方法を提供することである。 In the case of the CVD method, the raw material gas is expensive, which is not economical, and not only a raw material gas supply device and a heating device but also a decompression device are required, resulting in a problem of large total power consumption. there were. Moreover, in the case of the heat sublimation method, it is necessary to heat silicon carbide to 2400° C. or higher, which is not economical.
An object of the present invention is to provide a method for efficiently forming a film made of silicon carbide crystals.

本発明者らは、炭化珪素又はレーザーの照射により炭化珪素が生成される原料体（前駆体含有原料体）に、特定の出力のレーザーを照射することにより、炭化珪素が昇華するという知見を得た。そして、炭化珪素の昇華物が基材に接触すると、基材の表面に炭化珪素からなる結晶膜が形成されるという知見を得た。
本発明は、以下に示される。
（１）炭化珪素に出力２５０Ｗ／ｃｍ２以上のレーザーを照射して該炭化珪素を昇華させ、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を上記基材の表面に堆積させることを特徴とする、炭化珪素膜の製造方法（以下、「第１の観点の炭化珪素膜製造方法」という）。
（２）上記レーザーが照射される上記炭化珪素は、金属珪素及び炭素を含む原料体に出力２５０Ｗ／ｃｍ２未満のレーザーを照射して得られたものである（１）に記載の炭化珪素膜の製造方法。
（３）金属珪素及び炭素を含む原料体に出力２５０Ｗ／ｃｍ２以上のレーザーを照射して、炭化珪素の合成及び該炭化珪素の昇華を行って、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を上記基材の表面に堆積させることを特徴とする、炭化珪素膜の製造方法（以下、「第２の観点の炭化珪素膜製造方法」という）。
（４）上記基材が予熱されている（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。
（５）上記レーザーが、不活性ガスの雰囲気下で照射される（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。
（６）上記基材が炭化珪素単結晶からなる（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。 The present inventors have found that silicon carbide is sublimated by irradiating silicon carbide or a raw material (precursor-containing raw material) from which silicon carbide is generated by laser irradiation with a laser of a specific output. rice field. Then, the inventors have found that when the sublimate of silicon carbide comes into contact with the base material, a crystal film made of silicon carbide is formed on the surface of the base material.
The present invention is shown below.
(1) Silicon carbide is irradiated with a laser having an output of 250 W/cm 2 or more to sublimate the silicon carbide, and the sublimate is brought into contact with a substrate to deposit silicon carbide crystals on the surface of the substrate. (hereinafter referred to as "silicon carbide film manufacturing method of the first aspect").
(2) The silicon carbide film according to (1), wherein the silicon carbide irradiated with the laser is obtained by irradiating a raw material containing metallic silicon and carbon with a laser having an output of less than 250 W/cm 2 . manufacturing method.
(3) A raw material containing metallic silicon and carbon is irradiated with a laser having an output of 250 W/cm 2 or more to synthesize silicon carbide and sublimate the silicon carbide, and the sublimate is brought into contact with a substrate to be carbonized. A method for producing a silicon carbide film (hereinafter referred to as "a method for producing a silicon carbide film according to a second aspect"), characterized by depositing silicon crystals on the surface of the substrate.
(4) The method for producing a silicon carbide film according to any one of (1) to (3), wherein the substrate is preheated.
(5) The method for producing a silicon carbide film according to any one of (1) to (4), wherein the laser is irradiated in an inert gas atmosphere.
(6) The method for producing a silicon carbide film according to any one of (1) to (5), wherein the substrate is made of a silicon carbide single crystal.

本発明において、炭化珪素に出力２５０Ｗ／ｃｍ２以上のレーザーを照射する方法によれば、基材の表面に炭化珪素結晶膜を効率よく形成することができる。
基材が予熱されている場合には、炭化珪素結晶膜を更に効率よく形成することができる。 According to the method of irradiating silicon carbide with a laser having an output of 250 W/cm 2 or more in the present invention, a silicon carbide crystal film can be efficiently formed on the surface of the substrate.
When the substrate is preheated, the silicon carbide crystal film can be formed more efficiently.

本発明により得られた、基材の表面に形成された炭化珪素結晶膜を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a silicon carbide crystal film formed on the surface of a base material obtained by the present invention; FIG. 本発明の製造方法で用いるレーザー照射用試料（金属珪素及び炭素を含む原料体）の一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a sample for laser irradiation (raw material containing metallic silicon and carbon) used in the production method of the present invention; FIG. 本発明の製造方法で用いるレーザー照射用試料（金属珪素及び炭素を含む原料体）の他例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of a sample for laser irradiation (raw material containing metallic silicon and carbon) used in the manufacturing method of the present invention; 本発明の製造方法の一例（実施例１）を示す概略説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic explanatory drawing which shows an example (Example 1) of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の他例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the manufacturing method of this invention. 実施例１で得られた炭化珪素結晶膜の表面を示すＳＥＭ画像である。4 is an SEM image showing the surface of the silicon carbide crystal film obtained in Example 1. FIG. 実施例１で得られた炭化珪素結晶膜及び基材を含む断面全体を示すＳＥＭ画像である。4 is an SEM image showing the entire cross section including the silicon carbide crystal film and the substrate obtained in Example 1. FIG. 実施例１で得られた炭化珪素結晶膜及び基材の界面を示すＳＥＭの拡大画像である。4 is an enlarged SEM image showing the interface between the silicon carbide crystal film obtained in Example 1 and the substrate. 実施例２で得られた炭化珪素結晶膜及び基材を含む断面全体を示すＳＥＭ画像である。4 is an SEM image showing the entire cross section including the silicon carbide crystal film and the substrate obtained in Example 2. FIG. 図９の実線で囲んだ部分のＥＢＳＤ法によるＩＱマッピング画像である。10 is an IQ mapping image by the EBSD method of the portion surrounded by the solid line in FIG. 9. FIG. 図１０における結晶相のマッピング画像である。FIG. 11 is a mapping image of the crystal phase in FIG. 10; 図１０における結晶の面垂直方向のマッピング画像である。FIG. 11 is a mapping image of the crystal in FIG. 10 in the plane-perpendicular direction. 図１０における結晶の面内方向のマッピング画像である。FIG. 11 is a mapping image in the in-plane direction of the crystal in FIG. 10; 実施例３で得られた炭化珪素結晶膜及び基材を含む断面全体を示すＳＥＭ画像である。4 is an SEM image showing the entire cross section including the silicon carbide crystal film and the substrate obtained in Example 3. FIG. 実施例４で得られた炭化珪素結晶膜及び基材を含む断面全体を示すＳＥＭ画像である。10 is an SEM image showing the entire cross section including the silicon carbide crystal film and the substrate obtained in Example 4. FIG.

本発明により得られる炭化珪素膜は、炭化珪素へのレーザー照射によって得られた、炭化珪素の昇華物が基材３０の表面に接触し、結晶が堆積して形成された膜２５である（図１参照）。
基材３０の構成材料は、特に限定されないが、昇華物の温度が２０００℃以上であることから、好ましくは無機材料であり、特に好ましくは金属、合金、セラミックス又はこれらの混合物である。 The silicon carbide film obtained according to the present invention is a film 25 formed by depositing crystals on the surface of the base material 30 when a sublimate of silicon carbide obtained by irradiating silicon carbide with a laser contacts the surface of the substrate 30 (Fig. 1).
The constituent material of the substrate 30 is not particularly limited, but is preferably an inorganic material, particularly preferably a metal, an alloy, ceramics, or a mixture thereof, since the temperature of the sublimate is 2000° C. or higher.

本発明において、第１の観点の炭化珪素膜製造方法、及び、第２の観点の炭化珪素膜製造方法で用いられるレーザーは、特に限定されず、固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザー等を用いることができる。これらのうち、ファイバーレーザーが好ましい。
ファイバーレーザーは、光ファイバー中で希土類元素等をドープしたコア中で誘導放電を起こさせ、レーザーをファイバー中に閉じ込めた状態で伝送するものである。ファイバーレーザーを発振する装置は、固体レーザー等の他のレーザーを発振する装置と連結して、より高い出力を有するレーザー発振装置としてもよい。 In the present invention, the laser used in the silicon carbide film manufacturing method of the first aspect and the silicon carbide film manufacturing method of the second aspect is not particularly limited, and includes solid-state lasers, gas lasers, semiconductor lasers, fiber lasers, and the like. can be used. Of these, fiber lasers are preferred.
A fiber laser causes an induced discharge in a core doped with a rare earth element or the like in an optical fiber, and transmits the laser in a state confined in the fiber. A device that oscillates a fiber laser may be connected to a device that oscillates another laser such as a solid-state laser to form a laser oscillating device having a higher output.

本発明において、第１の観点の炭化珪素膜製造方法、及び、第２の観点の炭化珪素膜製造方法で用いられるレーザーの出力は、炭化珪素昇華物の生成性の観点から、２５０Ｗ／ｃｍ２以上であり、好ましくは２８０Ｗ／ｃｍ２以上である。尚、上限は、通常、５００Ｗ／ｃｍ２である。
上記レーザーの波長は、特に限定されないが、好ましくは５００ｎｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは８００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。
上記レーザーは、連続的に照射してよいし、分割（間欠等）して照射してもよい。
また、上記レーザーの照射時間は、特に限定されず、目的、用途等に応じて、適宜、選択すればよいが、例えば、厚さ５μｍの膜を形成する場合、照射時間は、少なくとも１分間である。 In the present invention, the output of the laser used in the silicon carbide film manufacturing method of the first aspect and the silicon carbide film manufacturing method of the second aspect is 250 W/cm 2 from the viewpoint of the production of silicon carbide sublimate. 280 W/cm 2 or more, preferably 280 W/cm 2 or more. Incidentally, the upper limit is usually 500 W/cm 2 .
Although the wavelength of the laser is not particularly limited, it is preferably 500 nm or more and 10 μm or less, more preferably 800 nm or more and 1500 nm or less.
The laser may be applied continuously, or may be applied in divided (eg, intermittent) applications.
The irradiation time of the laser is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the purpose, application, etc. For example, when forming a film with a thickness of 5 μm, the irradiation time is at least 1 minute. be.

第１の観点の炭化珪素膜製造方法では、炭化珪素にレーザーを照射して該炭化珪素を昇華させ、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を上記基材の表面に堆積させる。原料である炭化珪素の形状は、板状、線状、粒状、塊状及び不定形状のいずれでもよい。
また、原料である炭化珪素は、特に限定されず、結晶質及び非晶質のいずれでもよく、その調製方法も特に限定されない。第１の観点の炭化珪素膜製造方法で用いられる好ましい炭化珪素は、金属珪素及び炭素を含む原料体に出力２５０Ｗ／ｃｍ２未満（下限は、通常、１５０Ｗ／ｃｍ２）のレーザーを照射して得られたものである。この方法によれば、炭素がレーザーのエネルギーを吸収して発熱すると同時に、金属珪素と反応して炭化珪素が容易に形成される。但し、レーザーの出力が２５０Ｗ／ｃｍ２未満であるので、形成された炭化珪素が昇華することはない。 In the silicon carbide film manufacturing method of the first aspect, silicon carbide is irradiated with a laser to sublimate the silicon carbide, and the sublimate is brought into contact with the base material to deposit silicon carbide crystals on the surface of the base material. The shape of silicon carbide as a raw material may be plate-like, linear, granular, massive, or irregular.
Silicon carbide as a raw material is not particularly limited, and may be either crystalline or amorphous, and its preparation method is also not particularly limited. Silicon carbide, which is preferably used in the silicon carbide film manufacturing method of the first aspect, is obtained by irradiating a raw material containing metallic silicon and carbon with a laser having an output of less than 250 W/cm 2 (the lower limit is usually 150 W/cm 2 ). It is obtained. According to this method, carbon absorbs laser energy to generate heat, and at the same time reacts with metallic silicon to easily form silicon carbide. However, since the laser output is less than 250 W/cm 2 , the formed silicon carbide does not sublimate.

上記「金属珪素及び炭素を含む原料体」（以下、「レーザー照射用試料」ともいう）は、第２の観点の炭化珪素膜製造方法においても同じものを用いることができるが、具体例は、以下に示される。
（１）金属珪素粉末及び炭素粉末の混合物
（２）金属珪素の上面側に炭素が堆積したもの（炭素堆積物） The same "raw material containing metallic silicon and carbon" (hereinafter also referred to as "sample for laser irradiation") can be used in the silicon carbide film manufacturing method of the second aspect. shown below.
(1) Mixture of metallic silicon powder and carbon powder (2) Metallic silicon with carbon deposited on the upper surface side (carbon deposit)

上記（１）の態様は、金属珪素粉末及び炭素粉末の混合物である限りにおいて、加圧物及び非加圧物のいずれでもよく、また、金属珪素粉末及び炭素粉末の混合比は特に限定されない。上記（１）の態様の一例は、図２に示されるレーザー照射用試料２０であり、金属珪素粉末１１及び炭素粉末１３が均一に混合され、板状を有する混合原料である。
上記（２）の態様は、レーザーを上方から照射する場合に少なくとも炭素に照射されることを考慮した構成であり、金属珪素及び炭素は、粉末でも、大面積の膜又は板でもよい。図３は、好ましい炭素堆積物を示すものであり、金属珪素からなる板１５の表面に炭素粉末１３が堆積したレーザー照射用試料２２を示す。 The above aspect (1) may be either pressurized or non-pressurized as long as it is a mixture of metallic silicon powder and carbon powder, and the mixing ratio of metallic silicon powder and carbon powder is not particularly limited. An example of the above mode (1) is the laser irradiation sample 20 shown in FIG. 2, which is a plate-like mixed raw material in which the metallic silicon powder 11 and the carbon powder 13 are uniformly mixed.
The above aspect (2) is a configuration considering that at least carbon is irradiated with the laser from above, and the metallic silicon and carbon may be powder, large-area film or plate. FIG. 3 shows a preferable carbon deposit, and shows a sample 22 for laser irradiation in which carbon powder 13 is deposited on the surface of a plate 15 made of metallic silicon.

第２の観点の炭化珪素膜製造方法では、金属珪素及び炭素を含む原料体にレーザーを照射して、炭化珪素の合成及びその昇華を行って、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を基材の表面に堆積させる。金属珪素及び炭素を含む原料体（レーザー照射用試料）としては、上記（１）の態様で例示した図２のレーザー照射用試料２０が好ましく用いられる。 In the silicon carbide film manufacturing method of the second aspect, a raw material containing metallic silicon and carbon is irradiated with a laser to synthesize and sublimate silicon carbide, and the sublimate is brought into contact with a substrate to produce silicon carbide. Crystals are deposited on the surface of the substrate. As the raw material (laser irradiation sample) containing metallic silicon and carbon, the laser irradiation sample 20 shown in FIG. 2 exemplified in the aspect (1) is preferably used.

第２の観点の炭化珪素膜製造方法であって、レーザー照射用試料２０を用いて、基材３０の表面に炭化珪素膜を形成する方法について、図４及び図５を用いて説明する。 A method of forming a silicon carbide film on the surface of the substrate 30 using the sample 20 for laser irradiation, which is a silicon carbide film manufacturing method of the second aspect, will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

図４は、レーザーのエネルギーを吸収しない又は吸収しにくい材料（単結晶炭化珪素等の単結晶セラミックス、石英、サファイア等）からなる基材３０に成膜する好ましい方法の例であり、基材３０を、レーザー照射用試料２０とレーザー光源４０との間に配置した状態で、レーザー光源４０から、レーザー照射用試料２０にレーザーを照射し、炭化珪素が合成されるとともに瞬時に昇華物１８となって、基材３０の下面側に接触し、炭化珪素結晶が堆積し成膜される方法を示す。また、この図４では、台座５０の上に載置したレーザー照射用試料２０の上方に基材３０を配置し、レーザー照射用試料２０及び基材３０を密閉空間に位置させるために、レーザーを透過する材料からなる部材を備える包囲体６０を被せている。レーザー光源４０を含むレーザー照射装置は、生成した炭化珪素昇華物１８により汚染されないように、包囲体６０の外部に配置することが好ましい。
図４に示していないが、密閉空間において、生成した炭化珪素昇華物１８を流動させる手段を備えることができる。 FIG. 4 shows an example of a preferred method for forming a film on a substrate 30 made of a material that does not or hardly absorbs laser energy (single crystal ceramics such as single crystal silicon carbide, quartz, sapphire, etc.). is placed between the laser irradiation sample 20 and the laser light source 40, the laser irradiation sample 20 is irradiated with a laser from the laser light source 40, and silicon carbide is synthesized and instantly becomes the sublimate 18. A method of depositing silicon carbide crystals and forming a film is shown. 4, the substrate 30 is placed above the laser irradiation sample 20 placed on the pedestal 50, and the laser is used to position the laser irradiation sample 20 and the substrate 30 in a closed space. It is covered with an enclosure 60 comprising a member of permeable material. The laser irradiation device including the laser light source 40 is preferably arranged outside the enclosure 60 so as not to be contaminated with the generated silicon carbide sublimate 18 .
Although not shown in FIG. 4, means for flowing the produced silicon carbide sublimate 18 in the closed space can be provided.

レーザーがレーザー照射用試料２０に向かって照射されると、レーザーのエネルギーを吸収しない又は吸収しにくい材料からなる基材３０の温度は変化し、その構成材料にもよるが、通常、１０００℃以上に予熱された基材３０となる。予熱状態の基材３０は、炭化珪素結晶からなる膜の形成に好適であるため、図４において、基材３０が、レーザーのエネルギーを吸収しない又は吸収しにくく、且つ、レーザーの照射により加熱される材料からなる場合には、炭化珪素昇華物１８が連続的に接触すると厚さ方向に結晶が成長し、厚膜化に好適である。 When the laser is irradiated toward the laser irradiation sample 20, the temperature of the substrate 30 made of a material that does not or hardly absorbs the energy of the laser changes. It becomes the base material 30 preheated to . Since the substrate 30 in the preheated state is suitable for forming a film made of silicon carbide crystals, in FIG. If the silicon carbide sublimate 18 is in continuous contact with the silicon carbide sublimate 18, crystals grow in the thickness direction, which is suitable for thickening the film.

図５は、構成材料が限定されない基材３０に成膜する好ましい方法の例であり、基材３０をレーザーの光路に配置せず、基材３０の表面に炭化珪素結晶を堆積させ成膜する方法を示す。即ち、レーザー光源４０から、レーザー照射用試料２０にレーザーを照射し、炭化珪素が合成されるとともに瞬時に昇華物１８となって、基材３０の下面側に接触し、炭化珪素結晶が堆積し成膜される方法である。また、この図５においても、レーザー照射用試料２０及び基材３０を密閉空間に位置させるために、レーザーを透過する材料からなる部材を備える包囲体６０を被せている。
図４では、基材３０がレーザーの光路に位置したため、レーザー照射により基材３０が予熱されることとなったが、図５は、基材３０をレーザーの光路に配置しない方法であるため、別途、基材３０を予熱する手段（図示せず）を備えることが特に好ましい。 FIG. 5 shows an example of a preferred method of forming a film on a base material 30 whose constituent materials are not limited. Show how. That is, the sample 20 for laser irradiation is irradiated with laser light from the laser light source 40, and silicon carbide is synthesized and instantaneously becomes a sublimate 18, which contacts the lower surface side of the substrate 30, and silicon carbide crystals are deposited. It is the method by which a film is formed. Also in FIG. 5, the enclosure 60 having a member made of a laser-transmitting material covers the sample 20 for laser irradiation and the substrate 30 in order to position them in a closed space.
In FIG. 4, the substrate 30 is positioned in the optical path of the laser, so the substrate 30 is preheated by the laser irradiation. It is particularly preferable to separately provide means (not shown) for preheating the substrate 30 .

レーザーがレーザー照射用試料２０に照射されると、予熱状態の基材３０に、炭化珪素昇華物１８が連続的に接触し、炭化珪素結晶からなる膜が効率よく形成される。 When the laser irradiation sample 20 is irradiated with the laser, the silicon carbide sublimate 18 is continuously brought into contact with the preheated substrate 30, and a film made of silicon carbide crystals is efficiently formed.

本発明において、炭化珪素膜が形成されることとなる基材が炭化珪素単結晶である場合には、成膜後の積層体を半導体ウエハとして好適に用いることができる。従って、基材がレーザー透過性を有し、半導体用基板の構成材料として好適な炭化珪素であれば、従来、公知の成膜方法よりも低コストで効率よく半導体ウエハを得ることができる。 In the present invention, when the substrate on which the silicon carbide film is to be formed is a silicon carbide single crystal, the layered product after film formation can be suitably used as a semiconductor wafer. Therefore, if the base material is laser-transmissive and is silicon carbide suitable as a constituent material of a semiconductor substrate, a semiconductor wafer can be obtained efficiently at a lower cost than conventionally known film forming methods.

以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。 EXAMPLES The embodiments of the present invention will now be described more specifically with reference to Examples. However, the present invention is by no means restricted to these examples.

実施例１
シグマ・アルドリッチ社製金属珪素粉末（平均粒径：～４０μｍ）と、高純度化学研究所社製グラファイト粉末（平均粒径：～５μｍ）とを、Ｓｉ：Ｃ＝１：１（モル比）となるように秤量し、ボールミルを用いて混合した。次いで、得られた混合原料を、ペレット成形器を用いて、圧力１０ＭＰａで仮成形に供した。そして、静水圧プレスにより、圧力２４５ＭＰａで加圧し、直径１０ｍｍ及び厚さ約１ｍｍの円板状圧縮成形物（以下、「レーザー照射用試料」という）を得た。このレーザー照射用試料は、ボールミルを用いて得られた混合原料を加圧して得られたものであるため、特に、金属珪素粉末は、最大粒径が３０μｍの微細粉末となって含まれている。
その後、図４に示す構成で、台座５０の上に載置した、金属珪素粉末１１及び炭素粉末１３の混合物成形体からなるレーザー照射用試料２０に、ファイバーレーザー照射装置の光源４０からレーザーを照射し、炭化珪素を生成及び昇華させて昇華物１８を基材３０の下面側に接触させて基材３０の表面に炭化珪素結晶膜を形成させた。尚、レーザー照射用試料２０及び基材３０の間隔は１０ｍｍである。レーザー照射用試料２０及び基材３０は、るつぼからなる包囲体６０で覆い、台座５０及び包囲体６０により形成される密閉空間に昇華物１８が滞留するようにした。基材３０及び包囲体６０は、いずれも、レーザーを透過する材料からなるものを用い、基材３０は、平滑な板であり、その構成材料は、炭化珪素の単結晶である。包囲体６０の構成材料は、石英である。また、基材３０及び光源４０は、レーザー照射用試料２０の真上に位置するように配置し、光源４０の先端に光拡散レンズ（図示せず）を配設し、光源４０からのレーザーが、レーザー照射用試料２０の表面に広く照射されるようにした。
レーザー照射装置の光源４０から、波長１０６４ｎｍ、出力３００Ｗ／ｃｍ２のファイバーレーザーを、基材３０を介して、レーザー照射用試料２０の表面０．７ｃｍ２に対し、１８０秒間照射することにより、基材３０の下面（レーザー照射用試料２０側の表面）に炭化珪素結晶膜を形成した。基材３０の構成材料である炭化珪素は、レーザーを透過する作用を有するだけでなく、レーザーにより予熱されるため、炭化珪素昇華物１８が基材３０に接触すると炭化珪素結晶膜が形成されたことが確認された。 Example 1
Sigma-Aldrich metal silicon powder (average particle size: ~ 40 µm) and Kojundo Chemical Laboratory Co. graphite powder (average particle size: ~ 5 µm) were mixed with Si:C = 1: 1 (molar ratio). and mixed using a ball mill. Next, the obtained mixed raw material was subjected to temporary molding at a pressure of 10 MPa using a pelletizer. Then, it was pressurized at a pressure of 245 MPa by hydrostatic pressing to obtain a disk-shaped compression-molded product (hereinafter referred to as "sample for laser irradiation") having a diameter of 10 mm and a thickness of about 1 mm. Since this sample for laser irradiation was obtained by pressurizing a mixed raw material obtained using a ball mill, the metal silicon powder in particular was contained as a fine powder with a maximum particle size of 30 μm. .
After that, in the configuration shown in FIG. 4, the laser irradiation sample 20 made of the mixture molded body of the metal silicon powder 11 and the carbon powder 13 placed on the pedestal 50 is irradiated with a laser from the light source 40 of the fiber laser irradiation device. Then, silicon carbide was generated and sublimated, and the sublimate 18 was brought into contact with the lower surface side of the substrate 30 to form a silicon carbide crystal film on the surface of the substrate 30 . The distance between the laser irradiation sample 20 and the substrate 30 is 10 mm. The sample 20 for laser irradiation and the base material 30 were covered with an enclosure 60 made of a crucible so that the sublimate 18 was retained in a sealed space formed by the pedestal 50 and the enclosure 60 . Both the base material 30 and the enclosure 60 are made of a laser-transmitting material, the base material 30 is a smooth plate, and the constituent material thereof is silicon carbide single crystal. The constituent material of the enclosure 60 is quartz. In addition, the substrate 30 and the light source 40 are arranged so as to be positioned right above the laser irradiation sample 20, and a light diffusion lens (not shown) is disposed at the tip of the light source 40 so that the laser from the light source 40 is , the surface of the sample 20 for laser irradiation was widely irradiated.
A fiber laser with a wavelength of 1064 nm and an output of 300 W/cm 2 is irradiated from the light source 40 of the laser irradiation device to the surface 0.7 cm 2 of the sample 20 for laser irradiation through the substrate 30 for 180 seconds. A silicon carbide crystal film was formed on the lower surface of the material 30 (the surface on the laser irradiation sample 20 side). Silicon carbide, which is a constituent material of the base material 30, not only has the effect of transmitting the laser, but is also preheated by the laser, so that when the silicon carbide sublimate 18 came into contact with the base material 30, a silicon carbide crystal film was formed. was confirmed.

基材３０に形成された炭化珪素結晶膜の電子顕微鏡観察を行った。図６は、炭化珪素結晶膜の表面の画像であり、図７及び図８は、それぞれ、炭化珪素結晶膜の断面の画像であって、図７は断面全体（研磨面）を表し、図８は、炭化珪素結晶膜と基材３０との界面を拡大した画像である。図８によれば、基材３０の最表面では、炭化珪素結晶がグラニュラー状となっているものの、図７によれば、膜全体として、炭化珪素結晶は、基材３０に対して垂直に成長した柱状であることが分かる。また、レーザーの照射時間と炭化珪素結晶膜の厚さとから算出される成膜速度は１０μｍ／分であった。 The silicon carbide crystal film formed on the substrate 30 was observed with an electron microscope. 6 is an image of the surface of the silicon carbide crystal film, and FIGS. 7 and 8 are images of the cross section of the silicon carbide crystal film, respectively, FIG. 7 showing the entire cross section (polished surface), and FIG. is an enlarged image of the interface between the silicon carbide crystal film and the substrate 30 . According to FIG. 8, silicon carbide crystals are granular on the outermost surface of base material 30, but according to FIG. It can be seen that it has a columnar shape. Further, the film formation rate calculated from the laser irradiation time and the thickness of the silicon carbide crystal film was 10 μm/min.

比較例１
ファイバーレーザーの出力を２００Ｗ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。レーザー照射用試料２０の表面が焼結されただけで、炭化珪素の昇華は確認されず、炭化珪素結晶膜も形成されなかった。 Comparative example 1
The same operation as in Example 1 was performed except that the output of the fiber laser was 200 W/cm 2 . Only the surface of laser irradiation sample 20 was sintered, sublimation of silicon carbide was not confirmed, and no silicon carbide crystal film was formed.

実施例２
基材３０として、六方晶炭化珪素（４Ｈ－ＳｉＣ）からなる板を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行い、炭化珪素結晶膜を得た（図９参照）。その後、図９において実線で囲んだ部分（図１０）に対するＥＢＳＤ法により、結晶の同定及び方位解析を行った。測定条件は、加速電圧：２０ｋＶ、測定領域：１５０×７０μｍ、測定点間隔：０．２μｍ、倍率：５００倍である。その結果、結晶膜は、図１１に示すように、大部分が立方晶炭化珪素（３Ｃ－ＳｉＣ）であることが分かった。また、結晶方位は、面に垂直な方向では１１１配向であり（図１２参照）、面内方向では１０１配向である（図１３参照）ことが分かった。 Example 2
A silicon carbide crystal film was obtained in the same manner as in Example 1, except that a plate made of hexagonal silicon carbide (4H—SiC) was used as the substrate 30 (see FIG. 9). After that, crystal identification and orientation analysis were performed by the EBSD method for the portion surrounded by the solid line in FIG. 9 (FIG. 10). The measurement conditions are acceleration voltage: 20 kV, measurement area: 150×70 μm, measurement point interval: 0.2 μm, and magnification: 500 times. As a result, as shown in FIG. 11, it was found that most of the crystal film was cubic silicon carbide (3C—SiC). It was also found that the crystal orientation was 111 orientation in the direction perpendicular to the plane (see FIG. 12) and 101 orientation in the in-plane direction (see FIG. 13).

実施例３
レーザー照射装置の光源４０から、波長１０６４ｎｍ、出力８０Ｗ／ｃｍ２のファイバーレーザーを、基材３０を介して、レーザー照射用試料２０の表面０．７ｃｍ２に対し、６０秒間照射することにより、炭化珪素焼結体を得た。
次いで、レーザー照射装置の光源４０から、波長１０６４ｎｍ、出力３００Ｗ／ｃｍ２のファイバーレーザーを、基材３０を介して、炭化珪素焼結体の表面０．７ｃｍ２に対し、６０秒間照射することにより、基材３０の下面に炭化珪素結晶膜を形成させた（図１４参照）。また、レーザーの照射時間と炭化珪素結晶膜の厚さとから算出される成膜速度は５μｍ／分であった。 Example 3
A fiber laser with a wavelength of 1064 nm and an output of 80 W/cm 2 is irradiated from the light source 40 of the laser irradiation device to the surface 0.7 cm 2 of the sample 20 for laser irradiation through the base material 30 for 60 seconds to carbonize it. A silicon sintered body was obtained.
Next, a fiber laser with a wavelength of 1064 nm and an output of 300 W/cm 2 is irradiated from the light source 40 of the laser irradiation device to the surface of the silicon carbide sintered body 0.7 cm 2 through the base material 30 for 60 seconds. , a silicon carbide crystal film was formed on the lower surface of the substrate 30 (see FIG. 14). Further, the film formation rate calculated from the laser irradiation time and the thickness of the silicon carbide crystal film was 5 μm/min.

実施例４
レーザー照射用試料を、実施例１の混合物成形体に代えて、シリコンウエハの表面に日本船舶工具有限会社製エアゾール乾性黒鉛皮膜形成潤滑剤「ＤＧＦスプレー」（商品名）を吹き付けて黒鉛堆積膜を形成させたレーザー照射用試料（炭素粉末堆積物）２２（図３参照）とし、黒鉛堆積膜にレーザーを照射した以外は、実施例１と同様の操作を行った。その結果、基材３０の下面（レーザー照射用試料２２側の表面）に炭化珪素結晶膜を形成させた（図１５参照）。また、レーザーの照射時間と炭化珪素結晶膜の厚さとから算出される成膜速度は１０μｍ／分であった。 Example 4
Instead of the mixture molded body of Example 1 as the sample for laser irradiation, an aerosol dry graphite film forming lubricant "DGF Spray" (trade name) manufactured by Nippon Sensen Tool Co., Ltd. was sprayed on the surface of the silicon wafer to form a graphite deposit film. The same operation as in Example 1 was performed except that the formed sample for laser irradiation (carbon powder deposit) 22 (see FIG. 3) was irradiated with the laser to the graphite deposited film. As a result, a silicon carbide crystal film was formed on the lower surface of the substrate 30 (the surface on the laser irradiation sample 22 side) (see FIG. 15). Further, the film formation rate calculated from the laser irradiation time and the thickness of the silicon carbide crystal film was 10 μm/min.

本発明により得られる炭化珪素膜は、強化ガラス等の補強された部材の構成材料、半導体部品の構成材料等に好適である。 The silicon carbide film obtained by the present invention is suitable as a constituent material of reinforced members such as tempered glass, a constituent material of semiconductor parts, and the like.

１１：金属珪素粉末、１３：炭素粉末、１５：金属珪素板、１８：炭化珪素昇華物、２０：レーザー照射用試料（混合原料）、２２：レーザー照射用試料（炭素粉末堆積物）、２５：炭化珪素結晶膜、３０：基材、４０：レーザー光源、５０：台座、６０：包囲体 11: Metal silicon powder, 13: Carbon powder, 15: Metal silicon plate, 18: Silicon carbide sublimate, 20: Sample for laser irradiation (mixed raw material), 22: Sample for laser irradiation (carbon powder deposit), 25: Silicon carbide crystal film, 30: base material, 40: laser light source, 50: base, 60: enclosure

Claims (7)

金属珪素及び炭素を含む原料体に、波長が５００ｎｍ以上１０μｍ以下、且つ、出力２５０Ｗ／ｃｍ２以上のレーザーを照射して、炭化珪素の合成及び該炭化珪素の昇華を行って、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を前記基材の表面に堆積させることを特徴とする、炭化珪素膜の製造方法。 A raw material containing metallic silicon and carbon is irradiated with a laser having a wavelength of 500 nm or more and 10 μm or less and an output of 250 W/cm 2 or more to synthesize silicon carbide and sublimate the silicon carbide to obtain a sublimate as a base. A method for producing a silicon carbide film, characterized by depositing silicon carbide crystals on the surface of the base material by bringing the base material into contact with the base material. 炭化珪素に、波長が５００ｎｍ以上１０μｍ以下、且つ、出力２５０Ｗ／ｃｍ２以上のレーザーを照射して該炭化珪素を昇華させ、昇華物を基材に接触させて、炭化珪素結晶を前記基材の表面に堆積させることを特徴とする、炭化珪素膜の製造方法。 Silicon carbide is irradiated with a laser having a wavelength of 500 nm or more and 10 μm or less and an output of 250 W/cm 2 or more to sublimate the silicon carbide, and the sublimate is brought into contact with a substrate to form silicon carbide crystals on the substrate. A method for producing a silicon carbide film, characterized by depositing it on a surface. 前記レーザーが照射される前記炭化珪素は、金属珪素及び炭素を含む原料体に、波長が５００ｎｍ以上１０μｍ以下、且つ、出力２５０Ｗ／ｃｍ２未満のレーザーを照射して得られたものである請求項２に記載の炭化珪素膜の製造方法。 The silicon carbide irradiated with the laser is obtained by irradiating a raw material containing metallic silicon and carbon with a laser having a wavelength of 500 nm or more and 10 μm or less and an output of less than 250 W/cm 2 . 3. The method for manufacturing a silicon carbide film according to 2 . 前記レーザーの波長が８００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。4. The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the laser has a wavelength of 800 nm or more and 1500 nm or less. 前記基材が予熱されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。 5. The method for producing a silicon carbide film according to claim 1 , wherein said base material is preheated. 前記レーザーが、不活性ガスの雰囲気下で照射される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。 6. The method for manufacturing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the laser is irradiated in an inert gas atmosphere. 前記基材が炭化珪素単結晶からなる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の炭化珪素膜の製造方法。 7. The method for producing a silicon carbide film according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon carbide single crystal.
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