JP2966459B2 - 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 - Google Patents
単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、絶縁層上に単結晶Si膜が形成されたSOI（S
ilicon on Insulator）構造の絶縁層として用いられる
単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法に関する。
ilicon on Insulator）構造の絶縁層として用いられる
単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法に関する。
（ロ）従来の技術 SOI構造は、素子分離が容易である、寄生容量を小さ
くできる、ラッチアップ耐性がある等の特徴を有し、半
導体集積回路の高集積化、高速化が図れるものとして知
られており、研究開発が盛んに行われている。なかで
も、Si基板上に単結晶絶縁膜をエピタキシャル成長さ
せ、その上に単結晶Si膜をエピタキシャル成長させる方
法は、大面積のSOI基板を作成するのに適している。
くできる、ラッチアップ耐性がある等の特徴を有し、半
導体集積回路の高集積化、高速化が図れるものとして知
られており、研究開発が盛んに行われている。なかで
も、Si基板上に単結晶絶縁膜をエピタキシャル成長さ
せ、その上に単結晶Si膜をエピタキシャル成長させる方
法は、大面積のSOI基板を作成するのに適している。
単結晶絶縁膜として、CaF2、BP、SrO、MgAl2O4（MgO
・Al2O3）などの研究がなされている。なかでも、マグ
ネシアスピネル（MgO・Al2O3）は、Siとの格子不整合率
が0.8％と小さく、更に残留応力も小さいことから、SOS
（Silicon on Sapphire）に比べて高品質なSOI基板が得
られる可能性が高い。
・Al2O3）などの研究がなされている。なかでも、マグ
ネシアスピネル（MgO・Al2O3）は、Siとの格子不整合率
が0.8％と小さく、更に残留応力も小さいことから、SOS
（Silicon on Sapphire）に比べて高品質なSOI基板が得
られる可能性が高い。
通常、単結晶Si基板上の単結晶MgO・Al2O3膜をヘテロ
エピタキシャル成長させる場合、例えば特公昭60−3330
4号公報やJ.Electrochem.Soc.Vol.129,No.111982第2569
〜2573頁にあるように、CVD（Chemical Vapor Depositi
on）によるAl−HCl−MgCl2−CO2−H2系気相エピタキシ
ャル方法が取られる。
エピタキシャル成長させる場合、例えば特公昭60−3330
4号公報やJ.Electrochem.Soc.Vol.129,No.111982第2569
〜2573頁にあるように、CVD（Chemical Vapor Depositi
on）によるAl−HCl−MgCl2−CO2−H2系気相エピタキシ
ャル方法が取られる。
即ち、AlソースにH2とHClガスを反応させたAlCl3ガス
と、H2ガスをキャリアガスとする蒸気のMgCl2ガスをSi
基板上に輸送し、更にH2及びCO2ガスを混合して、 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2 →MgO・Al2O3＋4CO＋8HCl の反応により、Si基板上に単結晶MgO・Al2O3膜が成長さ
れる。
と、H2ガスをキャリアガスとする蒸気のMgCl2ガスをSi
基板上に輸送し、更にH2及びCO2ガスを混合して、 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2 →MgO・Al2O3＋4CO＋8HCl の反応により、Si基板上に単結晶MgO・Al2O3膜が成長さ
れる。
（ハ）発明が解決しようとする課題 上述のようなCVD法により成長された単結晶MgO・Al2O
3膜は、結晶性が十分とはいえず、成長後に熱処理を行
って結晶性を向上させる必要があった。
3膜は、結晶性が十分とはいえず、成長後に熱処理を行
って結晶性を向上させる必要があった。
第３図は、熱処理における雰囲気を、ドライN2雰囲気
とした場合と、酸化性雰囲気（ウェットN2若しくはドラ
イO2）とした場合とで、結晶性の向上度合いを成長時の
単結晶MgO・Al2O3膜（as−grown膜）のＸ線回折強度を
“1"として相対的に表したものである。
とした場合と、酸化性雰囲気（ウェットN2若しくはドラ
イO2）とした場合とで、結晶性の向上度合いを成長時の
単結晶MgO・Al2O3膜（as−grown膜）のＸ線回折強度を
“1"として相対的に表したものである。
この図から、単結晶MgO・Al2O3膜の熱処理による結晶
性の向上には酸化性雰囲気が有効であることが分かる。
これは、酸化性雰囲気で熱処理することにより、単結晶
MgO・Al2O3膜中に欠損する酸素の補充が行われ、適当な
化学量論的組成に近づくためと考えられる。
性の向上には酸化性雰囲気が有効であることが分かる。
これは、酸化性雰囲気で熱処理することにより、単結晶
MgO・Al2O3膜中に欠損する酸素の補充が行われ、適当な
化学量論的組成に近づくためと考えられる。
例えば、成膜後に、窒素雰囲気中での室温までの降温
時に、成長した単結晶MgO・Al2O3膜から酸素が離脱して
酸素の欠損が生じ易い。
時に、成長した単結晶MgO・Al2O3膜から酸素が離脱して
酸素の欠損が生じ易い。
しかし、結晶性向上のために、基板を1100℃以上の高
温に長時間晒さなくてはならず、形成する半導体素子へ
の悪影響を考慮すると、SOI構造の単結晶絶縁膜に用い
るには問題がある。
温に長時間晒さなくてはならず、形成する半導体素子へ
の悪影響を考慮すると、SOI構造の単結晶絶縁膜に用い
るには問題がある。
単結晶MgO・Al2O3膜を成長させるときに、酸素を多く
含ませるために、単にCO2を過剰に供給すると、CO2とMg
Cl2の反応が優先的に起こってMgの組成が大きくなって
しまい、成長させる膜の組成制御ができなくなる。更
に、過剰に供給されるCO2によって、単結晶MgO・Al2O3
膜が成長する前に基板が酸化されて、所望の結晶方位の
膜が得られなくなる虞がある。
含ませるために、単にCO2を過剰に供給すると、CO2とMg
Cl2の反応が優先的に起こってMgの組成が大きくなって
しまい、成長させる膜の組成制御ができなくなる。更
に、過剰に供給されるCO2によって、単結晶MgO・Al2O3
膜が成長する前に基板が酸化されて、所望の結晶方位の
膜が得られなくなる虞がある。
本発明は、斯様な点に鑑みて為されたもので、成膜後
の熱処理を行うことなく、結晶性の良い単結晶MgO・Al2
O3膜を形成することを目的とするものである。
の熱処理を行うことなく、結晶性の良い単結晶MgO・Al2
O3膜を形成することを目的とするものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、MgCl2とAlCl3とCO2とH2を反応させて、単
結晶Si層上に単結晶MgO・Al2O3膜を気相エピタキシャル
成長させる単結晶MgO・Al2O3膜の形成方法であって、単
結晶Si層上に単結晶MgO・Al2O3膜を成長させた後、CO2
とH2の雰囲気中で降温させるものである。
結晶Si層上に単結晶MgO・Al2O3膜を気相エピタキシャル
成長させる単結晶MgO・Al2O3膜の形成方法であって、単
結晶Si層上に単結晶MgO・Al2O3膜を成長させた後、CO2
とH2の雰囲気中で降温させるものである。
（ホ）作用 単結晶Si層上に単結晶MgO・Al2O3膜を成長させた後、
CO2とH2の雰囲気中で降温させることにより、単結晶MgO
・Al2O3膜からの酸素の脱離を防ぐと同時に、成長した
単結晶MgO・Al2O3膜の欠損酸素の補充がされる。
CO2とH2の雰囲気中で降温させることにより、単結晶MgO
・Al2O3膜からの酸素の脱離を防ぐと同時に、成長した
単結晶MgO・Al2O3膜の欠損酸素の補充がされる。
（ヘ）実施例 第２図に、気相エピタキシャル成長に用いられるCVD
装置の概略構成図を示す。
装置の概略構成図を示す。
（１）は石英製の反応管、（２）は該反応管（１）内
にガスを導入するためのガス導入管、（３）、（４）は
反応管（１）の中央付近まで挿入されたガス導入管であ
る。
にガスを導入するためのガス導入管、（３）、（４）は
反応管（１）の中央付近まで挿入されたガス導入管であ
る。
ガス導入管（３）の途中にはAlソース（５）が配置さ
れ、ガス導入管（４）の途中にはMgソースとしてのMgCl
2（６）が配置されている。
れ、ガス導入管（４）の途中にはMgソースとしてのMgCl
2（６）が配置されている。
（７）は、単結晶MgO・Al2O3膜を成長させる単結晶Si
層としての（100）面を主面とする単結晶Si基板（８）
を載置するためのサセプタである。
層としての（100）面を主面とする単結晶Si基板（８）
を載置するためのサセプタである。
（９）、（10）及び（11）は反応管（１）の外部に設
けられた加熱炉で、夫々Alソース（５）、MgCl2（６）
及びSi基板（８）を、図示しない制御装置による温度制
御をしつつ加熱する。
けられた加熱炉で、夫々Alソース（５）、MgCl2（６）
及びSi基板（８）を、図示しない制御装置による温度制
御をしつつ加熱する。
斯様な装置において、例えば、加熱炉（９）、（1
0）、（11）により、Alソース（５）、MgCl2（６）及び
Si基板（８）を夫々650℃、850℃、920℃に加熱保持
し、ガス導入管（２）からCO2とH2ガスを夫々70cc/mi
n、７/minの流量で、ガス導入管（３）からHClとH2ガ
スを夫々15cc/min、２/minの流量で、更に、ガス導入
管（４）からH2ガスを３/minの流量で、反応管（１）
内に供給する。
0）、（11）により、Alソース（５）、MgCl2（６）及び
Si基板（８）を夫々650℃、850℃、920℃に加熱保持
し、ガス導入管（２）からCO2とH2ガスを夫々70cc/mi
n、７/minの流量で、ガス導入管（３）からHClとH2ガ
スを夫々15cc/min、２/minの流量で、更に、ガス導入
管（４）からH2ガスを３/minの流量で、反応管（１）
内に供給する。
すると、ガス導入管（３）で輸送されるAlCl3と、ガ
ス導入管（４）で輸送されるMgCl2と、ガス導入管
（２）から供給されるCO2とH2とで、 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2 →MgO・Al2O3＋4CO＋8HCl の反応が起こり、単結晶Si基板（８）上に単結晶MgO・A
l2O3膜がエピタキシャル成長する。この時の成長速度は
およそ70Å/minである。
ス導入管（４）で輸送されるMgCl2と、ガス導入管
（２）から供給されるCO2とH2とで、 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2 →MgO・Al2O3＋4CO＋8HCl の反応が起こり、単結晶Si基板（８）上に単結晶MgO・A
l2O3膜がエピタキシャル成長する。この時の成長速度は
およそ70Å/minである。
所望の膜厚の単結晶MgO・Al2O3膜が成長したら（例え
ば20分間成長させたら）、基板温度は920℃に保持した
まま、HClガスの供給を停止し、加熱炉（９）、（10）
によるAlソース（５）とMgCl2（６）の加熱をやめる。
これにより基板へのソースガスの供給が停止する。そし
て、CO2ガスとH2ガスの供給は継続したまま（従って全
体ではCO2とH2ガスは夫々70cc/min、12/minの流量で
供給される）、この状態を30分間保持する。
ば20分間成長させたら）、基板温度は920℃に保持した
まま、HClガスの供給を停止し、加熱炉（９）、（10）
によるAlソース（５）とMgCl2（６）の加熱をやめる。
これにより基板へのソースガスの供給が停止する。そし
て、CO2ガスとH2ガスの供給は継続したまま（従って全
体ではCO2とH2ガスは夫々70cc/min、12/minの流量で
供給される）、この状態を30分間保持する。
その後、CO2ガスとH2ガスの供給は継続したままで、
加熱炉（11）による基板（８）の加熱をやめて、単結晶
MgO・Al2O3膜を成長させた基板の降温を開始する。
加熱炉（11）による基板（８）の加熱をやめて、単結晶
MgO・Al2O3膜を成長させた基板の降温を開始する。
基板の温度が、CO2とH2が反応して水ができる温度
（およそ500℃）よりも下がったら、反応管（１）内の
雰囲気をN2に切り換えて更に室温まで、基板を降温させ
る。
（およそ500℃）よりも下がったら、反応管（１）内の
雰囲気をN2に切り換えて更に室温まで、基板を降温させ
る。
以上の様子を第１図に示す。
尚、ここで基板温度がCO2とH2が反応して水ができる
温度（およそ500℃）より下がるまでは、反応管（１）
内の雰囲気をCO2とH2の雰囲気とするのは、単結晶MgO・
Al2O3膜に供給される酸素（O2）は、CO2とH2が反応して
生じる水（H2O）から供給されるためで、水は生じる反
応が起こらない温度では、CO2とH2を供給する必要はな
い。
温度（およそ500℃）より下がるまでは、反応管（１）
内の雰囲気をCO2とH2の雰囲気とするのは、単結晶MgO・
Al2O3膜に供給される酸素（O2）は、CO2とH2が反応して
生じる水（H2O）から供給されるためで、水は生じる反
応が起こらない温度では、CO2とH2を供給する必要はな
い。
而して形成された単結晶MgO・Al2O3膜の結晶性をＸ線
回折法で調べたところ、従来のCO2とH2との雰囲気中で
基板を降温させなかったものに比べ（これを基準“1"と
する）と、相対的に、Ｘ線回折強度は2.43（従来のもの
を“1"とする）、Ｘ線回折のロッキングカーブの半値幅
は0.76（やはり、従来のものを“1"とする）という値が
得られ、結晶性の向上が図られている。
回折法で調べたところ、従来のCO2とH2との雰囲気中で
基板を降温させなかったものに比べ（これを基準“1"と
する）と、相対的に、Ｘ線回折強度は2.43（従来のもの
を“1"とする）、Ｘ線回折のロッキングカーブの半値幅
は0.76（やはり、従来のものを“1"とする）という値が
得られ、結晶性の向上が図られている。
（ト）発明の効果 本発明は、以上の説明から明らかなように、単結晶Si
層上に単結晶MgO・Al2O3膜を成長させた後、CO2とH2の
雰囲気中で降温させることにより、単結晶MgO・Al2O3膜
からの酸素の脱離を防ぐと同時に、成長した単結晶MgO
・Al2O3膜の欠損酸素の補充がされる。そして、結晶性
の良好な単結晶MgO・Al2O3膜を得ることができる。
層上に単結晶MgO・Al2O3膜を成長させた後、CO2とH2の
雰囲気中で降温させることにより、単結晶MgO・Al2O3膜
からの酸素の脱離を防ぐと同時に、成長した単結晶MgO
・Al2O3膜の欠損酸素の補充がされる。そして、結晶性
の良好な単結晶MgO・Al2O3膜を得ることができる。
よって、斯様にして得られた単結晶MgO・Al2O3膜上に
良質な単結晶Si膜を成長させることができ、良好なデバ
イス特性の得られる高品質なSOI基板を得ることが可能
になる。
良質な単結晶Si膜を成長させることができ、良好なデバ
イス特性の得られる高品質なSOI基板を得ることが可能
になる。
第１図は本発明方法に係る成長工程を説明する図、第２
図はCVD装置の概略構成図、第３図は熱処理による単結
晶MgO・Al2O3膜の結晶性向上の雰囲気依存性を説明する
図である。 （１）……反応管、（２）、（３）、（４）……ガス導
入管、（５）……Alソース、（６）……MgCl2、（７）
……サセプタ、（８）……単結晶Si基板（単結晶Si
層）、（９）、（10）、（11）……加熱炉。
図はCVD装置の概略構成図、第３図は熱処理による単結
晶MgO・Al2O3膜の結晶性向上の雰囲気依存性を説明する
図である。 （１）……反応管、（２）、（３）、（４）……ガス導
入管、（５）……Alソース、（６）……MgCl2、（７）
……サセプタ、（８）……単結晶Si基板（単結晶Si
層）、（９）、（10）、（11）……加熱炉。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/18 - 21/20 H01L 21/84 H01L 21/205 H01L 21/31 C30B 25/00 C30B 28/00 - 35/00
Claims (2)
- 【請求項１】塩化マグネシウムと塩化アルミニウムと二
酸化炭素と水素を反応させて、単結晶シリコン層上に単
結晶マグネシアスピネル膜を気相エピタキシャル成長さ
せる単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法において、 単結晶シリコン層上に単結晶マグネシアスピネル膜を成
長させた後、二酸化炭素と水素の雰囲気中で降温させる
ことを特徴とする単結晶マグネシアスピネル膜の形成方
法。 - 【請求項２】二酸化炭素と水素とにより水ができる反応
が起きなくなる温度まで、単結晶シリコン層上に成長さ
せた単結晶マグネシアスピネル膜を、二酸化炭素と水素
の雰囲気中で降温させることを特徴とする請求項１記載
の単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1678790A JP2966459B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1678790A JP2966459B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222347A JPH03222347A (ja) | 1991-10-01 |
| JP2966459B2 true JP2966459B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=11925891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1678790A Expired - Lifetime JP2966459B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2966459B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1589370A4 (en) * | 2003-01-27 | 2006-08-09 | Fujitsu Ltd | OPTICAL DEFLECTION DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP1678790A patent/JP2966459B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03222347A (ja) | 1991-10-01 |
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