JPH0369145A

JPH0369145A - 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法

Info

Publication number: JPH0369145A
Application number: JP20496289A
Authority: JP
Inventors: Eiji Taguchi; 英二田口; Yasunori Inoue; 恭典井上; Yasuhiro Kobayashi; 靖弘小林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1991-03-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｓｏ　
１　　（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）
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ＳＯ■基板を作成するのに適している。

単結晶絶縁膜として、Ｃａ　Ｆ　ｔ、　Ｂ　Ｐ　、　Ｓ
　ｒｏ、ＭｇＡ　ｌ＊ｏ　＜　（ＭｇＯＡ　ＬＯｓ）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（Ｍ　ｇＯ−ＡＬＯｓ）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、５
Ｏ５（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　５ａｐｐｈｉｒｅ）に比
べて高品質なＳＯ■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Ｍ　ｇ　Ｏ−Ａ　ｌ　
ｔ　Ｏｓ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６０−３３０４号公報やＪ　、　Ｅ　Ｉｅｃ
ｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓ　ｏｃ。

Ｖｏｌ、１２９．Ｎｏ、１１１９８２第２５６９−２５
７３頁にあるように、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　
Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるＡ　Ｉ−Ｈ
Ｃｌ−ＭｇＣｌ、−ＣＯ、−Ｈ！系気相エピタキシャル
方法が取られる。

第３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。

（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）の中央付近まで押入されたガス導入管である
。

ガス導入管（３）の途中にはＡＩ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Ｍ
ｇＣ＋！　（６）が配置されている。

（７）は、単結晶ＭｇＯ・Ａ　Ｉ　１０　ｓ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。

（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Ａ１ソース（５）、ＭｇＣＩ
ｓ　（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）、（１０）
、　（１１）により、Ａ１ソース（５）、ＭｇＣＬ（６
）及びＳｉ基板（８）を夫々６５０℃、８５０℃、９２
０℃に加熱保持し、ガス導入管（２）からＣＯ，とＨ，
ガスを夫々７０ｃｃ／ｍｉｎ、７　ｌ　／ｍｉｎの流量
で、ガス導入管（３）からＨＣＩとＨ！ガスを夫々１５
ｃｃ／ｍｉｎ、２１　／ｍｉｎの流量で、更に、ガス導
入管（４）からＨ，ガスを３９　／ｍｉｎの流量で、反
応管（１）内に供給する。

而して、ＡＩソース（５）とＨ２とＨＣ１ガスが反応し
てＡｌＣ１，ガスが発生し、Ｈ，ガスをキャリアガスと
する蒸気のＭ　ｇ　Ｃ＋　！ガスをＳｉ基板上に輸送さ
れ、これらのＡ　Ｉｃ　１．とＭ　ｇ　Ｃｌ　ｔ、及び
Ｈ２とＣＯ，ガスとで、ＭｇＣＬ＋２ＡＩＣ１，＋４ＣＯ，＋４Ｈ。

→Ｍ　ｇ　Ｏ−Ａ　Ｉ　、Ｏｓ　＋　４　ＣＯ＋　８　
ＨＣ１の反応が起こり、Ｓｉ基板上に単結晶Ｍ　ｇ　Ｏ
−Ａ　ｌ　ｔＯ１膜が成長される。このときの成長速度
は、およそ７０Å／ｍｉｎである。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、例えば上述の条件でＭｇ０−ＡＩ。

Ｏ８膜を成長させた場合、三次元的な核成長をするため
表面に微細な凹凸が形成されて、第４図に示すように、
平坦な成長面が得られていない。また、結晶性において
も良好なものではなかった。

５ＯＩｔｆＩ造を形成する上で、デバイスを作成して良
好な特性を得られるＳｉを形成するためには、Ｓｉ膜を
形成する単結晶絶縁膜に、良好な結晶性と表面の平坦性
が要求される。

本発明は、斯様な点に鑑みて為されたもので、結晶性が
よく、表面が平坦な単結晶ＭｇＯ−Ａ　１．０、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、ＭｇＣ１＊とＡｌＣｌ、とＣＯ２とＨ８を反
応させて、単結晶Ｓｉ層上に単結晶ＭｇＯ−Ａ　ＩｓＯ
ｒ膜を気相エピタキシャル成長させる単結晶ＭｇＯ・Ａ
　］　＊　Ｏｓ膜の形成方法であって、　反応のために
供給するＨ、ガスの濃度を制御することにより、単結晶
ＭｇＯ’ＡＬＯｓ膜の成長速度を層状成長が起こる速度
にして、気相エピタキシャル成長を行うものである。

（ホ）作用単結晶Ｍｇ０−ＡＬＯｓ膜の成長速度を制御する要因の
一つに、反応のために供給するＨ８ガスの濃度がある。

これは、Ｈ，＋ＣＯ＊→Ｈ，Ｏ＋ＣＯで示されるＨ８とＣＯ８との反応で生成されるＨ。

０が、Ｍｇ０−ＡＩｔｏｊの生成反応に直接関与してお
り、このＨｔ　Ｏの生成量を制御すること、即ち、Ｈ８
の供給量を制御することでＭｇ０−ＡＩｔｏｓの成長速
度が制御される。

従って、Ｈ８の供給量を少なくするだけで、成長速度を
遅くすることができるので、結晶性が向上する。そして
、成長速度を層状成長が起こる速度にすることにより、
平坦な成長面が得られる。

（へ）実施例第３図のＣＶＤ装置を用い、単結晶Ｓｉ層としての単結
晶Ｓｉ基板（８）上への単結晶ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ＋膜の
エピタキシャル成長について説明する。

まず、加熱炉（９）、（１０）、（１１）により、ＡＩ
ソース（５）　、ＭｇＣＩｚ　（６）及びＳｉ基板（８
）を夫々６５０℃、８５０℃、９２０℃に加熱保持する
。

ガス導入管（３）にＨＣＩとＮ、の混合ガスを導入して
、次式の反応によりＡ　ＩＣＩｓガスを発生させ、Ｓｉ
基板（８）上に輸送する。

２Ａ１＋６ＨＣＩ→２　ＡｌＣｌ、＋　３　Ｈ。

このとき、ＨＣＩガス流量は１５ｃｃ／ｍｉｎ、　Ｎ　
１ガス流量は２　ｌ　／ｍｉｎとする〇同時に、ガス導入管（４）には、加熱により蒸発したＭ
ｇＣ１ｔガスのキャリアガスとしてＨ８を、ガス流量３
　Ｋ　／ｍｉｎで供給する。

更に、ガス導入管（２）からガス流量７０ｃｃ／ｍｉｎ
でＣＯｌを、ガス流量６１　／ｍｉｎでＮ、を、及びガ
ス流量１１　／ｍｉｎ’″ｃＨ，を反応管（１）内に導
入する。反応管（１）内にＮ２を供給するのは、Ｈ８を
希釈してその濃度を下げるためである。

而して、ガス導入管（３）で輸送されるＡ）Ｃ１、と、
ガス導入管（４）で輸送されるＭ　ｇ　Ｃｌ　ｓと、ガ
ス導入管（２）から供給されるＣＯ８とＨ，とで、ＭｇＣ１，＋２ＡＩＣＩ、＋４ＣＯ，＋４Ｈ。

１Ｍｇ０−Ａ１．Ｏ，＋４ＣＯ＋８ＨＣＩの反応が起こ
り、単結晶Ｓｉ基板（８）上に単結晶Ｍｇ０−Ａ１＊Ｏ
ｓ膜がエピタキシャル成長される。このときのＭｇＯ−
Ａ　ＩｔＯｓ膜の成長速度は、約８〜９Å／ｍｉｎであ
る。

第１図に、反応管内に供給するＨ７濃度と成長速度の関
係を示し、成長速度がＨ８濃度に依存する様子を示す。

これは、反応管内に供給されるＨｌとＣＯ８とが、Ｈ，＋ＣＯＩ→Ｈ，Ｏ＋ＣＯの如く反応する。この反応により生成されるＨ３０が、
Ｍｇ０−Ａ１．Ｏ＋の生成反応に直接関与しており、こ
のＨ，Ｏの生成量を制御すること、即ち、Ｈ！の供給量
を制御することでＭ　ｇ　Ｏ−Ａ　Ｉ　＊　Ｏｎの成長
速度が制御される。

そして、反応管（１）内に供給するＨ８の濃度（Ｈｔ／
　（Ｈ−＋　Ｎ　＊）　ｘ　１００）を約１０％以下（
本実施例では８．３％（＝１／　（１＋２＋３＋６）Ｘ
１００）にすることにより、単結晶Ｍｇ０−Ａｌｔｏｓ
膜の成長速度を１０Å／ｍｉｎ以下にすることができる
。

従来、単結晶ＭｇＯＡ　ＩｔＯｓ膜の成長速度を数十か
ら数百Å／ｍｉｎの速度にして成長を行っていた。しか
し、この成長速度では上述したように、成長じた膜の表
面に微細な凹凸が形成されて、平坦な成長面が得られて
いない。

そこで、成長速度を遅くしていき、約１０Å／ｍｉｎ以
下の成長速度では、成長面上で層状に単結晶ＭｇＯ−Ａ
　ＩｔＯｌ膜が成長じていくことが分かった。

第２図に、およそ１８０分間反応を行い、膜厚約１５０
０人に成長させた単結晶Ｍｇ０−ＡＬＯｓ膜の表面モホ
ロジーを示す。この図から分かるように、層状に成長が
行われているので、その表面は、微細な凹凸もなく、非
常に平坦であることがわかる。

また、この単結晶ＭｇＯ−Ａ　１１０　ｓ　（ＭｇＡ　
ｌ５Ｏ６）膜の結晶性をＸ線回折法で調べたところ、従
来の様に数十から数百Å／ｍｉｎの速度で成長をさせた
場合と比べて、ＭｇＡ１．Ｏ，（４００）のＸ線回折の
ロッキングカーブの半値幅は約１／３の値が得られ、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様に、反応管内に供
給するＨ８の濃度を制御することにより、単結晶ＭｇＯ
−Ａ　ＩｔＯｓ膜の成長速度を層状成長が起こる速度ま
で遅くして、気相エピタキシャル成長を行っている。

これにより、平坦性に優れ、結晶性の良好な単結晶Ｍｇ
０−ＡＩｔｏｓ膜が得られる。

そして、斯様にして得られた単結晶Ｍ　ｇ　Ｏ−Ａ　Ｉ
　！Ｏ８膜上に良質な単結晶Ｓｉ［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Ｓ０１基
板を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は反応管内に供給するＨ　、濃庶と成長速度の関
係を示す図、第２図は本発明による単結晶ＭｇＯ・Ａ　
Ｉ、０　、膜の表面の結晶の構造を示す電子顕微鏡万真
、第３図はＣＶＤ装置の概格溝戒図。第４図は従来技術による単結晶ＭｇＯ・ＡＬＯ□膜の表
面の結晶の溝清にノ云ず屯′ｆ顕微鏡写真である。（１）・・・反応管、（２）、（３）、（４）・・・ガ
ス導入管、　（５）・・・Ａ１ソース、（６）　・・Ｍ
ｇＣ１，、（７）・・・サセプタ、（８）・・・単結晶
３１基板（単結晶Ｓｉ層）、　（９）、（１０）、（１
１）・・・加熱炉。第り図

Claims

【特許請求の範囲】

（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、反応のために供給する水素ガスの濃度を制御することに
より、単結晶マグネシアスピネル膜の成長速度を層状成
長が起こる速度にして、気相エピタキシャル成長を行う
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。
（２）単結晶マグネシアスピネル膜の成長速度を、約１
０Å／ｍｉｎとす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。