JPH09228055A - 微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体 - Google Patents
微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体Info
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- JPH09228055A JPH09228055A JP3800896A JP3800896A JPH09228055A JP H09228055 A JPH09228055 A JP H09228055A JP 3800896 A JP3800896 A JP 3800896A JP 3800896 A JP3800896 A JP 3800896A JP H09228055 A JPH09228055 A JP H09228055A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用
い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を成膜
できる微結晶炭化珪素薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 原料ガスとしてＳｉＨ4 ，ＣＨ4 を、希
釈ガスとしてＨ2 を、ガス導入口ＩG を介してプラズマ
生成室１ａに導入した。プラズマ生成室１ａで発生した
プラズマにより薄膜を成膜する際に、反応室１ｂ内の基
板支持台４上に保持された基板１０に対して周波数可変
の交流電源ＡＣから、マッチングボックス３を介して、
周波数が略１〔ｋＨｚ〕乃至略５００〔ｋＨｚ〕の範囲
内でパワー密度を略０．０９Ｗ／ｃｍ2 乃至略０．２２
Ｗ／ｃｍ2 の交流バイアス電圧を印加した。
い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を成膜
できる微結晶炭化珪素薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 原料ガスとしてＳｉＨ4 ，ＣＨ4 を、希
釈ガスとしてＨ2 を、ガス導入口ＩG を介してプラズマ
生成室１ａに導入した。プラズマ生成室１ａで発生した
プラズマにより薄膜を成膜する際に、反応室１ｂ内の基
板支持台４上に保持された基板１０に対して周波数可変
の交流電源ＡＣから、マッチングボックス３を介して、
周波数が略１〔ｋＨｚ〕乃至略５００〔ｋＨｚ〕の範囲
内でパワー密度を略０．０９Ｗ／ｃｍ2 乃至略０．２２
Ｗ／ｃｍ2 の交流バイアス電圧を印加した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微結晶炭化珪素薄
膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体に
関するものである。
膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体は温度変化や歪みによっ
て電気的特性が変化するため温度センサや歪みセンサ等
に用いられている。特に、結晶珪素（以下、結晶Ｓｉと
称す）における拡散抵抗や、ｐｎ接合ダイオードを温度
センサや歪みセンサ等に応用したものが知られている。
て電気的特性が変化するため温度センサや歪みセンサ等
に用いられている。特に、結晶珪素（以下、結晶Ｓｉと
称す）における拡散抵抗や、ｐｎ接合ダイオードを温度
センサや歪みセンサ等に応用したものが知られている。
【０００３】近年では、結晶Ｓｉに代わるものとして、
アモルファス珪素（以下、ａ−Ｓｉと称す）やアモルフ
ァス炭化珪素（以下、ａ−ＳｉＣと称す）をはじめとす
る薄膜半導体を応用するセンサの開発が活発になってき
ている。特に、ａ−Ｓｉ薄膜やａ−ＳｉＣ薄膜は、比較
的低温で成膜が可能で、結晶Ｓｉを用いたセンサに比べ
て、センサの製造工程が容易であり、低コスト化が図れ
る、ガラス等の任意の基板（絶縁性基板）上に形成でき
るという特徴がある。
アモルファス珪素（以下、ａ−Ｓｉと称す）やアモルフ
ァス炭化珪素（以下、ａ−ＳｉＣと称す）をはじめとす
る薄膜半導体を応用するセンサの開発が活発になってき
ている。特に、ａ−Ｓｉ薄膜やａ−ＳｉＣ薄膜は、比較
的低温で成膜が可能で、結晶Ｓｉを用いたセンサに比べ
て、センサの製造工程が容易であり、低コスト化が図れ
る、ガラス等の任意の基板（絶縁性基板）上に形成でき
るという特徴がある。
【０００４】ａ−Ｓｉ薄膜は上記特徴を有するため、ａ
−Ｓｉ薄膜を用いたセンサでは、結晶Ｓｉを用いたセン
サと同様に、薄膜抵抗素子のサーミスタやピエゾ素子、
温度変化や歪みに敏感なｐｉｎダイオード等の薄膜半導
体素子が開発されている。しかしながら、上記薄膜半導
体素子で構成したセンサは、結晶Ｓｉを用いたセンサと
比較して感度が低いという問題があった。そこで、ａ−
Ｓｉ薄膜やａ−ＳｉＣ薄膜に比べて歪みに対する抵抗値
の変化率が大きい微結晶珪素薄膜が、ピエゾ抵抗やサー
ミスタ等のセンサ用材料として検討されている。
−Ｓｉ薄膜を用いたセンサでは、結晶Ｓｉを用いたセン
サと同様に、薄膜抵抗素子のサーミスタやピエゾ素子、
温度変化や歪みに敏感なｐｉｎダイオード等の薄膜半導
体素子が開発されている。しかしながら、上記薄膜半導
体素子で構成したセンサは、結晶Ｓｉを用いたセンサと
比較して感度が低いという問題があった。そこで、ａ−
Ｓｉ薄膜やａ−ＳｉＣ薄膜に比べて歪みに対する抵抗値
の変化率が大きい微結晶珪素薄膜が、ピエゾ抵抗やサー
ミスタ等のセンサ用材料として検討されている。
【０００５】微結晶炭化珪素薄膜は、バンドギャップが
広く（２〜３ｅＶ程度）且つ導電率が高いため、太陽電
池の窓層やＳｉ1-X ＧｅX （ｘ＜１）薄膜をベース層に
するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のエ
ミッタ層等の材料にも利用が検討されている。ａ−Ｓｉ
Ｃ薄膜の成膜技術としては通常の高周波グロー放電プラ
ズマＣＶＤ技術が知られているが、高周波グロー放電プ
ラズマＣＶＤ技術のみによって微結晶炭化珪素薄膜を成
膜することは一般的に困難である。このため、微結晶炭
化珪素薄膜の製造方法として、ａ−ＳｉＣ薄膜を形成し
高温でアニールする方法が知られている。しかし、この
方法は、高温でアニールを行う工程が増えるため使用で
きる基板が制約されてしまう（例えば、石英ガラスは使
用できるが、ソーダガラスは使用できない）、予めアル
ミニウム（Ａｌ）等の融点が比較的低い金属膜が成膜さ
れている場合は高温のアニールはできない、等の問題が
あった。
広く（２〜３ｅＶ程度）且つ導電率が高いため、太陽電
池の窓層やＳｉ1-X ＧｅX （ｘ＜１）薄膜をベース層に
するヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のエ
ミッタ層等の材料にも利用が検討されている。ａ−Ｓｉ
Ｃ薄膜の成膜技術としては通常の高周波グロー放電プラ
ズマＣＶＤ技術が知られているが、高周波グロー放電プ
ラズマＣＶＤ技術のみによって微結晶炭化珪素薄膜を成
膜することは一般的に困難である。このため、微結晶炭
化珪素薄膜の製造方法として、ａ−ＳｉＣ薄膜を形成し
高温でアニールする方法が知られている。しかし、この
方法は、高温でアニールを行う工程が増えるため使用で
きる基板が制約されてしまう（例えば、石英ガラスは使
用できるが、ソーダガラスは使用できない）、予めアル
ミニウム（Ａｌ）等の融点が比較的低い金属膜が成膜さ
れている場合は高温のアニールはできない、等の問題が
あった。
【０００６】そこで、高周波グロー放電プラズマに比べ
て高い電子エネルギを得ることができる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ（以下、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
と称す）技術によって微結晶炭化珪素薄膜を成膜する方
法が検討されている。
て高い電子エネルギを得ることができる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ（以下、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
と称す）技術によって微結晶炭化珪素薄膜を成膜する方
法が検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマＣ
ＶＤ技術によって炭化珪素を形成する場合、原料ガスと
しては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）のような水素化珪素ガ
スと、メタン（ＣＨ4 ）のような水素化炭素ガスとが用
いられる。しかしながら、ＥＣＲプラズマＣＶＤ技術に
よってもこのような原料ガスでは微結晶炭化珪素薄膜が
得られていなかった。このため、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
技術によって微結晶炭化珪素薄膜を成膜す方法として、
基板温度を６００℃〜７００℃にしたり、メチルシラン
系のガスを用いたりすることが検討されていた。また、
特開平２−６７７２０号公報で提案された製造方法で
は、原料ガスとし、ビニルシラン、フルオロシラン等の
ガスが使用されている。
ＶＤ技術によって炭化珪素を形成する場合、原料ガスと
しては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）のような水素化珪素ガ
スと、メタン（ＣＨ4 ）のような水素化炭素ガスとが用
いられる。しかしながら、ＥＣＲプラズマＣＶＤ技術に
よってもこのような原料ガスでは微結晶炭化珪素薄膜が
得られていなかった。このため、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
技術によって微結晶炭化珪素薄膜を成膜す方法として、
基板温度を６００℃〜７００℃にしたり、メチルシラン
系のガスを用いたりすることが検討されていた。また、
特開平２−６７７２０号公報で提案された製造方法で
は、原料ガスとし、ビニルシラン、フルオロシラン等の
ガスが使用されている。
【０００８】しかしながら、メチルシラン系のガスや、
ビニルシラン、フルオロシラン等のガスは、毒性が強い
とともに半導体用材料ガスとして一般的でない（また、
高価である）という問題があった。また、成膜時の基板
温度が高いと、従来例で述べたような問題があった。本
発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目
的は、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低い基板温度て微結晶炭化珪素薄膜を成膜で
きる微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を
用いたピエゾ抵抗体を提供することにある。
ビニルシラン、フルオロシラン等のガスは、毒性が強い
とともに半導体用材料ガスとして一般的でない（また、
高価である）という問題があった。また、成膜時の基板
温度が高いと、従来例で述べたような問題があった。本
発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目
的は、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低い基板温度て微結晶炭化珪素薄膜を成膜で
きる微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を
用いたピエゾ抵抗体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、原料ガスとして水素化珪素ガス
及び水素化炭素ガスを用いるとともに希釈ガスとして水
素ガスを用い、基板に対して交流バイアス電圧を印加
し、前記各ガスをプラズマ生成室に導入し電子サイクロ
トロン共鳴により発生させたプラズマによって前記基板
の主表面上に微結晶炭化珪素薄膜を成膜することを特徴
とするものであり、原料ガスとして一般的な半導体用材
料ガスを用い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素
薄膜を得ることができる。
目的を達成するために、原料ガスとして水素化珪素ガス
及び水素化炭素ガスを用いるとともに希釈ガスとして水
素ガスを用い、基板に対して交流バイアス電圧を印加
し、前記各ガスをプラズマ生成室に導入し電子サイクロ
トロン共鳴により発生させたプラズマによって前記基板
の主表面上に微結晶炭化珪素薄膜を成膜することを特徴
とするものであり、原料ガスとして一般的な半導体用材
料ガスを用い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素
薄膜を得ることができる。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、交流バイアスの周波数を略１ｋＨｚ乃至略５００ｋ
Ｈｚとしたので、原料ガスとして一般的な半導体用材料
ガスを用い且つ低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得
ることができる。請求項３の発明は、請求項１の発明に
おいて、交流バイアスのパワー密度を略０．０９Ｗ／ｃ
ｍ2 乃至略０．２２Ｗ／ｃｍ2 としたので、原料ガスと
して一般的な半導体用材料ガスを用い且つ比較的低い基
板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる。
て、交流バイアスの周波数を略１ｋＨｚ乃至略５００ｋ
Ｈｚとしたので、原料ガスとして一般的な半導体用材料
ガスを用い且つ低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得
ることができる。請求項３の発明は、請求項１の発明に
おいて、交流バイアスのパワー密度を略０．０９Ｗ／ｃ
ｍ2 乃至略０．２２Ｗ／ｃｍ2 としたので、原料ガスと
して一般的な半導体用材料ガスを用い且つ比較的低い基
板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる。
【００１１】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、原料ガスとともにホウ素を含むドーピ
ング用ガスをプラズマ生成室に導入するので、ｐ形に価
電子制御された微結晶炭化珪素薄膜を得ることができ
る。請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３の発明に
おいて、原料ガスとともにリンを含むドーピング用ガス
をプラズマ生成室に導入するので、ｎ形に価電子制御さ
れた微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる。
の発明において、原料ガスとともにホウ素を含むドーピ
ング用ガスをプラズマ生成室に導入するので、ｐ形に価
電子制御された微結晶炭化珪素薄膜を得ることができ
る。請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３の発明に
おいて、原料ガスとともにリンを含むドーピング用ガス
をプラズマ生成室に導入するので、ｎ形に価電子制御さ
れた微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる。
【００１２】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
に記載の製造方法によってピエゾ抵抗体を形成している
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低温でゲージ率の良好なピエゾ抵抗体を得る
ことができる。
に記載の製造方法によってピエゾ抵抗体を形成している
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低温でゲージ率の良好なピエゾ抵抗体を得る
ことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
説明する。図１にＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略構成
図を示す。ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成については
周知なので説明を省略し、以下、微結晶炭化珪素薄膜の
製造方法について説明する。
説明する。図１にＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略構成
図を示す。ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成については
周知なので説明を省略し、以下、微結晶炭化珪素薄膜の
製造方法について説明する。
【００１４】原料ガスである水素化珪素ガス（例えば、
ＳｉＨ4 ）及び水素化炭素ガス（例えば、ＣＨ4 ）と、
希釈ガスである水素（Ｈ2 ）とをガス導入口ＩG を介し
てプラズマ生成室１ａに導入するとともに、反応室１ｂ
内の基板支持台４上に保持された基板１０に対して周波
数可変の交流電源ＡＣからマッチングボックス３を介し
て交流バイアス電圧を印加する。その後、マグネットコ
イルＭＣに電流を流しプラズマ生成室１ａに８７５〔Ｇ
ａｕｓｓ〕の磁場を発生させ、発振周波数が２．４５
〔ＧＨｚ〕のマグネトロン発振器２からのマイクロ波
（μ波）を導波管５及びマイクロ波導入部７を介してプ
ラズマ生成室１ａに導入することにより、プラズマ生成
室１ａ内に高密度のプラズマを発生させる。すると、プ
ラズマ生成室１ａで発生したプラズマがプラズマ引き出
し口６を通って反応室１ｂ内の基板１０の主表面に到達
し薄膜を成膜するのである。なお、図１中のＥｘは排気
口であってターボ分子ポンプ等の排気用ポンプ（図示せ
ず）に接続されている。
ＳｉＨ4 ）及び水素化炭素ガス（例えば、ＣＨ4 ）と、
希釈ガスである水素（Ｈ2 ）とをガス導入口ＩG を介し
てプラズマ生成室１ａに導入するとともに、反応室１ｂ
内の基板支持台４上に保持された基板１０に対して周波
数可変の交流電源ＡＣからマッチングボックス３を介し
て交流バイアス電圧を印加する。その後、マグネットコ
イルＭＣに電流を流しプラズマ生成室１ａに８７５〔Ｇ
ａｕｓｓ〕の磁場を発生させ、発振周波数が２．４５
〔ＧＨｚ〕のマグネトロン発振器２からのマイクロ波
（μ波）を導波管５及びマイクロ波導入部７を介してプ
ラズマ生成室１ａに導入することにより、プラズマ生成
室１ａ内に高密度のプラズマを発生させる。すると、プ
ラズマ生成室１ａで発生したプラズマがプラズマ引き出
し口６を通って反応室１ｂ内の基板１０の主表面に到達
し薄膜を成膜するのである。なお、図１中のＥｘは排気
口であってターボ分子ポンプ等の排気用ポンプ（図示せ
ず）に接続されている。
【００１５】本実施の形態の製造方法では、薄膜を成膜
する時に、基板に適度な交流バイアス電圧を印加するこ
とにより、プラズマ中のイオン及び電子を加速し、プラ
ズマ中の成長種（反応種）を高活性化するとともに、プ
ラズマ中のイオンを交流バイアスの周波数に追従させて
イオンを基板１０上の成長表面に到達させて成長表面を
加熱することによって原料ガスとして一般的な半導体用
材料ガスである水素化珪素ガス及び水素化炭素ガスを用
い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得る
ことができるのである。この際、水素化珪素ガス系や水
素化炭素ガス系のプラズマで発生するイオンを交流バイ
アスの周波数に追従させるには、略１〔ｋＨｚ〕乃至略
５００〔ｋＨｚ〕の範囲の周波数をもつ交流バイアスが
望ましい。また、印加する交流バイアスのパワー密度が
小さすぎると、成長種の活性化や成長表面の加熱が不十
分になってしまう。一方、交流バイアスのパワー密度が
大きすぎると、イオン衝撃が大きくなって微結晶化が妨
げられるので、交流バイアスのパワー密度としては、適
切なパワー密度を選択することが望ましい。
する時に、基板に適度な交流バイアス電圧を印加するこ
とにより、プラズマ中のイオン及び電子を加速し、プラ
ズマ中の成長種（反応種）を高活性化するとともに、プ
ラズマ中のイオンを交流バイアスの周波数に追従させて
イオンを基板１０上の成長表面に到達させて成長表面を
加熱することによって原料ガスとして一般的な半導体用
材料ガスである水素化珪素ガス及び水素化炭素ガスを用
い且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得る
ことができるのである。この際、水素化珪素ガス系や水
素化炭素ガス系のプラズマで発生するイオンを交流バイ
アスの周波数に追従させるには、略１〔ｋＨｚ〕乃至略
５００〔ｋＨｚ〕の範囲の周波数をもつ交流バイアスが
望ましい。また、印加する交流バイアスのパワー密度が
小さすぎると、成長種の活性化や成長表面の加熱が不十
分になってしまう。一方、交流バイアスのパワー密度が
大きすぎると、イオン衝撃が大きくなって微結晶化が妨
げられるので、交流バイアスのパワー密度としては、適
切なパワー密度を選択することが望ましい。
【００１６】ところで、本実施の形態の製造方法におい
ては、原料ガスに加えてリン（Ｐ）を含むドーピングガ
ス（例えば、ＰＨ3 ）をガス導入口ＩG からプラズマ生
成室１ａに導入しプラズマを発生させると、交流バイア
ス電圧により、ドーパントイオンが加速されて成長膜中
に打ち込まれるため、ドーパントが活性化され、価電子
制御が効率よく行われるので、導電率の高いｎ形の微結
晶炭化珪素薄膜を得ることができるのである。ここで、
原料ガスに対するＰを含むドーピングガスの濃度として
は、略０．００１％乃至略５％が望ましい。
ては、原料ガスに加えてリン（Ｐ）を含むドーピングガ
ス（例えば、ＰＨ3 ）をガス導入口ＩG からプラズマ生
成室１ａに導入しプラズマを発生させると、交流バイア
ス電圧により、ドーパントイオンが加速されて成長膜中
に打ち込まれるため、ドーパントが活性化され、価電子
制御が効率よく行われるので、導電率の高いｎ形の微結
晶炭化珪素薄膜を得ることができるのである。ここで、
原料ガスに対するＰを含むドーピングガスの濃度として
は、略０．００１％乃至略５％が望ましい。
【００１７】また、原料ガスに加えてホウ素（Ｂ）を含
むドーピングガス（例えば、Ｂ2 Ｈ 6 ）をガス導入口Ｉ
G からプラズマ生成室１ａに導入しプラズマを発生させ
ると、同様に価電子制御が効率よく行われるので、導電
率の高いｐ形の微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる
のである。ここで、原料ガスに対するＢを含むドーピン
グガスの濃度としては、略０．００１％乃至略５％が望
ましい。
むドーピングガス（例えば、Ｂ2 Ｈ 6 ）をガス導入口Ｉ
G からプラズマ生成室１ａに導入しプラズマを発生させ
ると、同様に価電子制御が効率よく行われるので、導電
率の高いｐ形の微結晶炭化珪素薄膜を得ることができる
のである。ここで、原料ガスに対するＢを含むドーピン
グガスの濃度としては、略０．００１％乃至略５％が望
ましい。
【００１８】而して、上記製造方法によって原料ガスと
して一般的な半導体用材料ガスである水素化珪素ガス及
び水素化炭素ガスを用い且つ比較的低温で微結晶炭化珪
素薄膜を使用したピエゾ抵抗体を得ることができる。図
２（ａ）に上記製造方法を利用したピエゾ抵抗体の平面
図を、図２（ｂ）にそのＡ−Ａ’断面図を示す。以下、
その製造方法を簡単に説明する。
して一般的な半導体用材料ガスである水素化珪素ガス及
び水素化炭素ガスを用い且つ比較的低温で微結晶炭化珪
素薄膜を使用したピエゾ抵抗体を得ることができる。図
２（ａ）に上記製造方法を利用したピエゾ抵抗体の平面
図を、図２（ｂ）にそのＡ−Ａ’断面図を示す。以下、
その製造方法を簡単に説明する。
【００１９】絶縁性基板１０上に、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ装置により、例えば、ＳｉＨ4 ，ＣＨ4 ，ＰＨ3 ，Ｈ
2 の混合ガスを用いてｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０を
成膜する。その後、ｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０をピ
エゾ抵抗用の所定の形状に加工する。次に、アルミニウ
ム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属薄膜をスパッタ法
や蒸着法等により形成し、所定の形状に加工することに
より電極３０を形成する。
Ｄ装置により、例えば、ＳｉＨ4 ，ＣＨ4 ，ＰＨ3 ，Ｈ
2 の混合ガスを用いてｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０を
成膜する。その後、ｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０をピ
エゾ抵抗用の所定の形状に加工する。次に、アルミニウ
ム（Ａｌ）やクロム（Ｃｒ）等の金属薄膜をスパッタ法
や蒸着法等により形成し、所定の形状に加工することに
より電極３０を形成する。
【００２０】このようなピエゾ抵抗体では、基板１０に
歪みが加わると、ｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０にも歪
みが加わり、ピエゾ抵抗効果によりｎ形の微結晶炭化珪
素薄膜２０の抵抗値が変化する。したがって、この抵抗
値の変化を測定することにより、基板１０に加えられた
歪みの大きさを測定することが可能となるのである。
歪みが加わると、ｎ形の微結晶炭化珪素薄膜２０にも歪
みが加わり、ピエゾ抵抗効果によりｎ形の微結晶炭化珪
素薄膜２０の抵抗値が変化する。したがって、この抵抗
値の変化を測定することにより、基板１０に加えられた
歪みの大きさを測定することが可能となるのである。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （実施例１）本実施例では、一例として、図１に示すよ
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであ
るＳｉＨ4 ，ＣＨ4 の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，
０．５〔ｓｃｃｍ〕、希釈ガスであるＨ2 の流量を１０
０〔ｓｃｃｍ〕、基板温度を３５０〔℃〕、マイクロ波
のパワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの周波数を２０
〔ｋＨｚ〕、交流バイアスのパワー密度を略０．２２
〔Ｗ／ｃｍ2 〕の条件で、単結晶Ｓｉ基板上の（厚さ約
１〔μｍ〕の）熱酸化膜上に薄膜の成膜を行った。その
結果、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスである
ＳｉＨ4 ，ＣＨ4を用い３５０〔℃〕という低い基板温
度でも微結晶炭化珪素薄膜を得ることができた。
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであ
るＳｉＨ4 ，ＣＨ4 の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，
０．５〔ｓｃｃｍ〕、希釈ガスであるＨ2 の流量を１０
０〔ｓｃｃｍ〕、基板温度を３５０〔℃〕、マイクロ波
のパワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの周波数を２０
〔ｋＨｚ〕、交流バイアスのパワー密度を略０．２２
〔Ｗ／ｃｍ2 〕の条件で、単結晶Ｓｉ基板上の（厚さ約
１〔μｍ〕の）熱酸化膜上に薄膜の成膜を行った。その
結果、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスである
ＳｉＨ4 ，ＣＨ4を用い３５０〔℃〕という低い基板温
度でも微結晶炭化珪素薄膜を得ることができた。
【００２２】なお、薄膜成膜時の反応室１ｂの圧力は１
０-2〜１０-3〔Ｔｏｒｒ〕程度であり、基板温度は基板
支持台４の中に挿入した熱電対により測定している。上
記条件で成膜された微結晶炭化珪素薄膜の結晶性をＸ線
回折法により評価した結果を図３に示す。図３から分か
るように、上記条件で形成された薄膜は、２θの３３°
付近と３５°付近とにピークが観察された。３３°付近
のピークは珪素の結晶相に対応し、３５°付近のピーク
は炭化珪素の結晶相に対応するので、形成された薄膜は
微結晶珪素と微結晶炭化珪素の混相状態の膜である。
０-2〜１０-3〔Ｔｏｒｒ〕程度であり、基板温度は基板
支持台４の中に挿入した熱電対により測定している。上
記条件で成膜された微結晶炭化珪素薄膜の結晶性をＸ線
回折法により評価した結果を図３に示す。図３から分か
るように、上記条件で形成された薄膜は、２θの３３°
付近と３５°付近とにピークが観察された。３３°付近
のピークは珪素の結晶相に対応し、３５°付近のピーク
は炭化珪素の結晶相に対応するので、形成された薄膜は
微結晶珪素と微結晶炭化珪素の混相状態の膜である。
【００２３】（実施例２）本実施例では、図１に示すよ
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであ
るＳｉＨ4 ，ＣＨ4 の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，
０．５〔ｓｃｃｍ〕、ドーピング用ガスであるＰＨ3 の
原料ガスに対する濃度を１〔％〕、基板温度を３５０
℃、マイクロ波パワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの
周波数を２０〔ｋＨｚ〕一定とし、交流バイアスのパワ
ーを０〔Ｗ〕〜１２５〔Ｗ〕の範囲で変化させた時に成
膜された薄膜の導電率を図４に示す。なお、希釈ガスで
あるＨ 2 の流量としては６０〔ｓｃｃｍ〕、１００〔ｓ
ｃｃｍ〕の２水準について示してある。
うなＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであ
るＳｉＨ4 ，ＣＨ4 の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，
０．５〔ｓｃｃｍ〕、ドーピング用ガスであるＰＨ3 の
原料ガスに対する濃度を１〔％〕、基板温度を３５０
℃、マイクロ波パワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの
周波数を２０〔ｋＨｚ〕一定とし、交流バイアスのパワ
ーを０〔Ｗ〕〜１２５〔Ｗ〕の範囲で変化させた時に成
膜された薄膜の導電率を図４に示す。なお、希釈ガスで
あるＨ 2 の流量としては６０〔ｓｃｃｍ〕、１００〔ｓ
ｃｃｍ〕の２水準について示してある。
【００２４】図４より、基板１０に交流バイアスを印加
しない場合に成膜された薄膜は、導電率が１０-7〔Ｓ／
ｃｍ〕程度の低い値であり、アモルファス状態である。
しかし、５０〔Ｗ〕〜１００〔Ｗ〕程度のパワーの交流
バイアスを印加することにより導電率の値が１０-2〜１
０-3〔Ｓ／ｃｍ〕のオーダまで大きくなり、ｎ形の微結
晶炭化珪素薄膜が得られている。さらに、交流バイアス
のパワーを大きくし、１２５〔Ｗ〕にすると導電率が大
きく低下し、アモルファス状態になってしまうことがわ
かった。これは、基板１０上の成長表面へ入射するイオ
ンのエネルギが大きくなりすぎて、膜の損傷やエッチン
グ効果が大きくなったためであると考えられる。したが
って、交流バイアスのパワーとしては、略４０〔Ｗ〕乃
至略１００〔Ｗ〕程度、パワー密度に換算すると略０．
０９〔Ｗ／ｃｍ2 〕乃至略０．２２〔Ｗ／ｃｍ2 〕が適
当であると考えられる。
しない場合に成膜された薄膜は、導電率が１０-7〔Ｓ／
ｃｍ〕程度の低い値であり、アモルファス状態である。
しかし、５０〔Ｗ〕〜１００〔Ｗ〕程度のパワーの交流
バイアスを印加することにより導電率の値が１０-2〜１
０-3〔Ｓ／ｃｍ〕のオーダまで大きくなり、ｎ形の微結
晶炭化珪素薄膜が得られている。さらに、交流バイアス
のパワーを大きくし、１２５〔Ｗ〕にすると導電率が大
きく低下し、アモルファス状態になってしまうことがわ
かった。これは、基板１０上の成長表面へ入射するイオ
ンのエネルギが大きくなりすぎて、膜の損傷やエッチン
グ効果が大きくなったためであると考えられる。したが
って、交流バイアスのパワーとしては、略４０〔Ｗ〕乃
至略１００〔Ｗ〕程度、パワー密度に換算すると略０．
０９〔Ｗ／ｃｍ2 〕乃至略０．２２〔Ｗ／ｃｍ2 〕が適
当であると考えられる。
【００２５】（実施例３）本実施例では、一例として、
絶縁性基板１０上に、図１に示すようなＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであるＳｉＨ4 ，ＣＨ4
の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，０．５〔ｓｃｃ
ｍ〕、希釈ガスであるＨ2 の流量を１００〔ｓｃｃ
ｍ〕、ドーピング用ガスであるＰＨ3 の原料ガスに対す
る濃度を１〔％〕、基板温度を３５０℃、マイクロ波パ
ワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの周波数を２０〔ｋ
Ｈｚ〕、交流バイアスのパワーを１００〔Ｗ〕（パワー
密度に換算すると略０．２２〔Ｗ／ｃｍ2 〕）の条件で
ｎ形微結晶炭化珪素薄膜２０を成膜し、その後、ｎ形微
結晶炭化珪素薄膜２０を加工し、Ａｌよりなる金属電極
３０を所定の形状に加工することにより図２に示すよう
なピエゾ抵抗体を形成した。
絶縁性基板１０上に、図１に示すようなＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであるＳｉＨ4 ，ＣＨ4
の流量をそれぞれ２〔ｓｃｃｍ〕，０．５〔ｓｃｃ
ｍ〕、希釈ガスであるＨ2 の流量を１００〔ｓｃｃ
ｍ〕、ドーピング用ガスであるＰＨ3 の原料ガスに対す
る濃度を１〔％〕、基板温度を３５０℃、マイクロ波パ
ワーを５００〔Ｗ〕、交流バイアスの周波数を２０〔ｋ
Ｈｚ〕、交流バイアスのパワーを１００〔Ｗ〕（パワー
密度に換算すると略０．２２〔Ｗ／ｃｍ2 〕）の条件で
ｎ形微結晶炭化珪素薄膜２０を成膜し、その後、ｎ形微
結晶炭化珪素薄膜２０を加工し、Ａｌよりなる金属電極
３０を所定の形状に加工することにより図２に示すよう
なピエゾ抵抗体を形成した。
【００２６】図５に、基板１０に歪みを加えたときの、
歪みとｎ形微結晶炭化珪素薄膜２０の抵抗値の変化率
（抵抗変化率）との関係を示す。図５より求められるゲ
ージ率は−８０である。通常のｎ形微結晶珪素薄膜のゲ
ージ率が−２０〜−３０であるのと比べると、本実施例
で形成されたピエゾ抵抗体のゲージ率の絶対値の方が大
きく、良好なゲージ率が得られていることがわかる。
歪みとｎ形微結晶炭化珪素薄膜２０の抵抗値の変化率
（抵抗変化率）との関係を示す。図５より求められるゲ
ージ率は−８０である。通常のｎ形微結晶珪素薄膜のゲ
ージ率が−２０〜−３０であるのと比べると、本実施例
で形成されたピエゾ抵抗体のゲージ率の絶対値の方が大
きく、良好なゲージ率が得られていることがわかる。
【００２７】なお、基板１０は金属や半導体基板の上に
絶縁膜を形成したものであってもよい。また、ｎ形微結
晶炭化珪素膜２０をブリッジ状に複数箇所に形成するこ
とにより歪みに対する検出感度を更に向上することがで
きることは勿論である。各実施例では、原料ガスである
水素化珪素ガスとしてＳｉＨ4 を、水素化炭化ガスとし
てＣＨ4 を、使用したが、水素化珪素ガスとしては、Ｓ
ｉＨ4 の水素原子の一部あるいは全部をフッ素または塩
素で置換したようなガス（例えば、四フッ化珪素：Ｓｉ
Ｆ4 、ジクロルシラン：ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、四塩化珪素：
ＳｉＣｌ 4 等）や、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等を用いて
もよい。一方、水素化炭素ガスとしては、アセチレン
（Ｃ2 Ｈ2 ）、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ）、プロパン（Ｃ3
Ｈ8）等を用いてもよい。また、各実施例では、マイク
ロ波パワーを５００〔Ｗ〕としたが、マイクロ波パワー
は５００〔Ｗ〕に限定するものではなく、マイクロ波ワ
ーとしては略３００〔Ｗ〕乃至１０００〔Ｗ〕が望まし
い。基板温度も３５０〔℃〕に限定するものではなく、
基板温度としては略３００〔℃〕乃至４００〔℃〕が望
ましい。
絶縁膜を形成したものであってもよい。また、ｎ形微結
晶炭化珪素膜２０をブリッジ状に複数箇所に形成するこ
とにより歪みに対する検出感度を更に向上することがで
きることは勿論である。各実施例では、原料ガスである
水素化珪素ガスとしてＳｉＨ4 を、水素化炭化ガスとし
てＣＨ4 を、使用したが、水素化珪素ガスとしては、Ｓ
ｉＨ4 の水素原子の一部あるいは全部をフッ素または塩
素で置換したようなガス（例えば、四フッ化珪素：Ｓｉ
Ｆ4 、ジクロルシラン：ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、四塩化珪素：
ＳｉＣｌ 4 等）や、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等を用いて
もよい。一方、水素化炭素ガスとしては、アセチレン
（Ｃ2 Ｈ2 ）、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ）、プロパン（Ｃ3
Ｈ8）等を用いてもよい。また、各実施例では、マイク
ロ波パワーを５００〔Ｗ〕としたが、マイクロ波パワー
は５００〔Ｗ〕に限定するものではなく、マイクロ波ワ
ーとしては略３００〔Ｗ〕乃至１０００〔Ｗ〕が望まし
い。基板温度も３５０〔℃〕に限定するものではなく、
基板温度としては略３００〔℃〕乃至４００〔℃〕が望
ましい。
【００２８】
【発明の効果】請求項１の発明は、電子サイクロトロン
共鳴プラズマＣＶＤ法によって基板の主表面上に微結晶
炭化珪素薄膜を成膜する際に、基板に対して交流バイア
ス電圧を印加しているので、原料ガスとして一般的な半
導体用材料ガスを用い且つ比較的低い基板温度で微結晶
炭化珪素薄膜を得ることができるという効果がある。
共鳴プラズマＣＶＤ法によって基板の主表面上に微結晶
炭化珪素薄膜を成膜する際に、基板に対して交流バイア
ス電圧を印加しているので、原料ガスとして一般的な半
導体用材料ガスを用い且つ比較的低い基板温度で微結晶
炭化珪素薄膜を得ることができるという効果がある。
【００２９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、交流バイアスの周波数を略１ｋＨｚ乃至略５００ｋ
Ｈｚとしたので、原料ガスとして一般的な半導体用材料
ガスを用い且つ低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得
ることができるという効果がある。請求項３の発明は、
請求項１の発明において、交流バイアスのパワー密度を
略０．０９Ｗ／ｃｍ2 乃至略０．２２Ｗ／ｃｍ2 とした
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得るこ
とができるという効果がある。
て、交流バイアスの周波数を略１ｋＨｚ乃至略５００ｋ
Ｈｚとしたので、原料ガスとして一般的な半導体用材料
ガスを用い且つ低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得
ることができるという効果がある。請求項３の発明は、
請求項１の発明において、交流バイアスのパワー密度を
略０．０９Ｗ／ｃｍ2 乃至略０．２２Ｗ／ｃｍ2 とした
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低い基板温度で微結晶炭化珪素薄膜を得るこ
とができるという効果がある。
【００３０】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
の発明において、原料ガスとともにホウ素を含むドーピ
ング用ガスをプラズマ生成室に導入するので、ｐ形に価
電子制御された微結晶炭化珪素薄膜を得ることができ
る。請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３の発明に
おいて、原料ガスとともにリンを含むドーピング用ガス
をプラズマ生成室に導入するので、ｎ形に価電子制御さ
れた微結晶炭化珪素薄膜を得ることができるという効果
がある。
の発明において、原料ガスとともにホウ素を含むドーピ
ング用ガスをプラズマ生成室に導入するので、ｐ形に価
電子制御された微結晶炭化珪素薄膜を得ることができ
る。請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３の発明に
おいて、原料ガスとともにリンを含むドーピング用ガス
をプラズマ生成室に導入するので、ｎ形に価電子制御さ
れた微結晶炭化珪素薄膜を得ることができるという効果
がある。
【００３１】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
に記載の製造方法によってピエゾ抵抗体を形成している
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低温でゲージ率の良好なピエゾ抵抗体を得る
ことができるという効果がある。
に記載の製造方法によってピエゾ抵抗体を形成している
ので、原料ガスとして一般的な半導体用材料ガスを用い
且つ比較的低温でゲージ率の良好なピエゾ抵抗体を得る
ことができるという効果がある。
【図１】実施の形態を説明するための電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
ン共鳴プラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は実施の形態のピエゾ抵抗体の平面図で
ある。（ｂ）は同上のＡ−Ａ’断面図である。
ある。（ｂ）は同上のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】実施例１に示した条件で成膜された微結晶炭化
珪素薄膜の結晶性を示す特性図である。
珪素薄膜の結晶性を示す特性図である。
【図４】実施例２に関し、交流バイアスパワーと成膜さ
れる薄膜の導電率との関係説明図である。
れる薄膜の導電率との関係説明図である。
【図５】実施例３に関し、ピエゾ抵抗体の歪みと抵抗変
化率との関係説明図である。
化率との関係説明図である。
１ａ プラズマ生成室 １ｂ 反応室 ２ マグネトロン発振器 ３ マッチングボックス ４ 基板支持台 ５ 導波管 ６ プラズマ引き出し口 ７ マイクロ波導入部 １０ 基板 ＡＣ 交流電源 ＩG ガス導入口 Ｅｘ 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｈ０１Ｌ 29/84 Ａ // Ｇ０１Ｂ 7/16 Ｇ０１Ｂ 7/16 (72)発明者 北川 雅俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ
法による薄膜の製造方法であって、原料ガスとして水素
化珪素ガス及び水素化炭素ガスを用いるとともに希釈ガ
スとして水素ガスを用い、基板に対して交流バイアス電
圧を印加し、前記各ガスをプラズマ生成室に導入し電子
サイクロトロン共鳴により発生させたプラズマによって
前記基板の主表面上に微結晶炭化珪素薄膜を成膜するこ
とを特徴とする微結晶炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項２】 交流バイアスの周波数を略１ｋＨｚ乃至
略５００ｋＨｚとしたことを特徴とする請求項１記載の
微結晶炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項３】 交流バイアスのパワー密度を略０．０９
Ｗ／ｃｍ2 乃至略０．２２Ｗ／ｃｍ2 としたことを特徴
とする請求項１記載の微結晶炭化珪素薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 前記原料ガスとともにホウ素を含むドー
ピング用ガスをプラズマ生成室に導入することを特徴と
する請求項１乃至請求項３記載の微結晶炭化珪素薄膜の
製造方法。 - 【請求項５】 前記原料ガスとともにリンを含むドーピ
ング用ガスをプラズマ生成室に導入することを特徴とす
る請求項１乃至請求項３記載の微結晶炭化珪素薄膜の製
造方法。 - 【請求項６】請求項１乃至請求項５記載の製造方法によ
って形成された微結晶炭化珪素薄膜を有することを特徴
とするピエゾ抵抗体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3800896A JPH09228055A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3800896A JPH09228055A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09228055A true JPH09228055A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12513557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3800896A Withdrawn JPH09228055A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 微結晶炭化珪素薄膜の製造方法及びその製造方法を用いたピエゾ抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09228055A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000315805A (ja) * | 1999-04-28 | 2000-11-14 | Nagano Keiki Co Ltd | 歪み検出素子及び歪み検出素子製造方法 |
| JP2005083961A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | ▲高▼木 敏行 | 歪センサー |
| US6926926B2 (en) * | 2001-09-10 | 2005-08-09 | Applied Materials, Inc. | Silicon carbide deposited by high density plasma chemical-vapor deposition with bias |
-
1996
- 1996-02-26 JP JP3800896A patent/JPH09228055A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000315805A (ja) * | 1999-04-28 | 2000-11-14 | Nagano Keiki Co Ltd | 歪み検出素子及び歪み検出素子製造方法 |
| US6926926B2 (en) * | 2001-09-10 | 2005-08-09 | Applied Materials, Inc. | Silicon carbide deposited by high density plasma chemical-vapor deposition with bias |
| JP2005083961A (ja) * | 2003-09-10 | 2005-03-31 | ▲高▼木 敏行 | 歪センサー |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060428 |