JP3841111B2

JP3841111B2 - Ｓｉ基板上へのＡｌ２Ｏ３単結晶膜のヘテロエピタキシャル成長方法及び該方法に使用する装置

Info

Publication number: JP3841111B2
Application number: JP29328595A
Authority: JP
Inventors: 誠石田; 朝之奥原
Original assignee: Toyoko Kagaku Co Ltd
Current assignee: Toyoko Kagaku Co Ltd
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2015-10-17
Also published as: JPH09110594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造工業に於いて、ＬＳＩ等の基板として使用されるＳＯＩ（ＳｉｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の絶縁膜となるＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜のヘテロエピタキシャル成長方法及び該方法に使用する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｓｉ基板上にＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜をヘテロエピタキシャル成長させるには、材料アルミニウム（Ａｌ）源として、トリメチルアルミニウムガス（ＴＭＡ：Ａｌ（ＣＨ₃）₃）、酸素（Ｏ）源としてＮ₂Ｏガスを使用し、ガスソ−ス分子線エピタキシャルまたは減圧気相成長法により行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の方法では、Ａｌ源に有機金属ガスのＴＭＡを使用しているため、Ｓｉ基板とＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜との界面において、ＴＭＡの分解による副産物として生成した炭素の混入が避けられなかった。この界面への炭素混入は、従来法では、成長方法の改良などで多少減少させることは可能であったが、分析装置の検出限界以下までの減少は極めて困難であった。
【０００４】
Ｓｉ基板とＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜との界面に混入した炭素は、成長させたＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜の結晶性、表面平坦性等を劣化させるので、ＳＯＩ基板として用いてその上に素子を作成したとき、所望の特性が得られない等の欠点を招来する。
この発明は、このような点に着目してなされたものであり、界面への炭素混入量を極端に低減させ、Ｓｉ基板上のＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜の結晶性、表面平滑性等の種々の特性劣化を改善したＳｉ基板上へのＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜のヘテロエピタキシャル成長方法及び該方法に使用する装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究の結果、従来の方法でＡｌ源として用いたＴＭＡの代わりに、固体Ａｌを使用することによって、Ｓｉ基板とＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜との界面への炭素混入が低減し、その結果、Ｓｉ基板上のＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜の結晶性、表面平滑性等の種々の特性劣化が著しく改善することを見いだし、本発明に到達した。
【０００６】
即ち、本発明の成長方法は、真空装置内にＳｉ基板を配置し、内部を高度の真空度にして不純物を除去した後、該Ｓｉ基板上へアルミニウム分子線とＮ₂Ｏガスとを同時に照射することを特徴とする。
また、本発明の成長装置は、真空装置内に配置したＳｉ基板と、内部を高度の真空度にして不純物を除去した後、該Ｓｉ基板上へアルミニウム分子線とＮ _２Ｏガスとを同時に照射する、前記真空装置に取着したＮ₂Ｏガス導入管及び固体アルミニウムを内装したクヌーセンセルと、アルミニウム分子線を発生させるため該クヌーセンセルを加熱する手段とを具備してなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の成長装置の該略図であり、円筒形の内部を真空にする真空装置５と、該真空装置５内の中央に配置したＳｉ基板３と、該真空装置５に取着したＮ₂Ｏガス導入管１と、内部に固体アルミニウムを内装したステンレス製クヌ−センセル２とから構成した例を示す。尚、図中６は、タ−ボ分子ポンプであり、７はロ−タリ−ポンプであり、真空装置５内を高度の真空状態にするため、このように両ポンプを併用している。
【０００８】
Ｎ₂Ｏガス導入管１及びクヌーセンセル２は、Ｓｉ基板３に、それぞれＮ₂Ｏガス及びアルミニウム分子線を照射し得るように、照射口がＳｉ基板３に対向配置されている。
クヌーセンセル２の照射口には、シャッター４が開閉自在に取着され、アルミニウム分子線を照射するときは、シャッター４を開口させるようになっている。
クヌーセンセル２内には、ヒーター（図示せず）が内装され、該ヒーターによって、固体アルミニウムを１１００℃前後に加熱し、アルミニウムを溶解、蒸発させ、アルミニウム分子線を生成させるようになっている。
【０００９】
次に、上記本発明の装置を使用して、Ｓｉ基板上へＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜をヘテロエピタキシャル成長させる方法を、図１に基づいて説明する。
まず最初に、Ｓｉ基板３を化学洗浄した後、真空装置（成長室）５内に配置する。ついで、タ−ボ分子ポンプ６とロ−タリ−ポンプ７とによって、真空装置５内を１×１０^-7Ｐａの真空度とし、空気等に含まれている不純物を除去する。
それから、真空装置５内の真空度を３×１０^-2Ｐａに落とし、温度を８５０℃とし、クヌ−センセル２のヒ−タ−で固体アルミニウムを１１００℃に加熱して、アルミニウムを溶解、蒸発させ、Ａｌ分子線を生成させる。
【００１０】
Ｓｉ基板上へのＡｌ分子線の照射は、クヌ−センセル２の照射口に取着したシャッタ−４の開閉によって制御される。
シャッタ−４を開けて、Ｓｉ基板上へＡｌ分子線を照射し、同時にＮ₂ＯガスをＮ₂Ｏガス導入管１からＳｉ基板上へ照射する。
このように８５０℃で３０分間処理して、Ｓｉ基板上へＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜をヘテロエピタキシャル成長させる。
【００１１】
上記のようにして成長させたＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜を、Ｘ線光電子分光法によって組成分析した。結果のチャ−トを図２に示す。
図２より明らかなように、Ａｌと酸素（Ｏ）との化学量論比は、サフアイアと一致し、炭素は検出限界以下であった。
【００１２】
また、反射高速電子線回折によって、成長膜の結晶性を観測した。結果の反射高速電子線回折像を図３に示す。
図３より明らかなように、回折像はストリ−クパタ−ンとなった。このことは、Ａｌ₂Ｏ₃単結晶膜の結晶性及び表面平坦性が、従来の方法によって成長させたＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜よりも、はるかに良質であることを示すものである。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、Ｓｉ基板とＡｌ₂Ｏ₃単結晶膜との界面に混入する炭素量をなくすか、若しくは著しく低減させることができるので、従来法と比べて、Ａｌ₂Ｏ₃単結晶膜の結晶性及び平坦性が格段に改善されると共に、このことによって、ＳＯＩ基板としての素子を作成する際に、素子の特性劣化を防ぎ、高性能な素子の作成が可能となる等の画期的な効果が得られる。
【００１４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成長装置の概略図である。
【図２】本発明の方法により得たＡｌ_２Ｏ_３単結晶膜のＸ線光電子分光法による組成分析チヤ−トである。
【図３】本発明の方法により得たＡｌ_２Ｏ_３単結晶膜の結晶構造を示す反射高速電子線回折像である。

Claims

真空装置内にＳｉ基板を配置し、内部を高度の真空度にして不純物を除去した後、該Ｓｉ基板上へアルミニウム分子線とＮ_２Ｏガスとを同時に照射することを特徴とするＳｉ基板上へのＡｌ_２Ｏ_３単結晶膜のヘテロエピタキシャル成長方法。
前記アルミニウム分子線が、固体アルミニウムを前記真空装置内で加熱蒸発させて生成させたものである請求項１に記載のヘテロエピタキシャル成長方法。
真空装置内に配置したＳｉ基板と、内部を高度の真空度にして不純物を除去した後、該Ｓｉ基板上へアルミニウム分子線とＮ _２Ｏガスとを同時に照射する、前記真空装置に取着したＮ_２Ｏガス導入管及び固体アルミニウムを内装したクヌーセンセルと、アルミニウム分子線を発生させるため該クヌーセンセルを加熱する手段とを具備してなることを特徴とするＳｉ基板上へのＡｌ_２Ｏ_３単結晶膜のヘテロエピキシャル成長装置。
前記クヌーセンセルの照射口に、開閉自在なシャッターを取着し、該シャッターを開口させることによって、前記アルミニウム分子線を前記Ｓｉ基板に照射するように構成してなる請求項３に記載のヘテロエピタキシャル成長装置。