JPH04360509A - 立方晶窒化ホウ素基板およびその製造方法 - Google Patents
立方晶窒化ホウ素基板およびその製造方法Info
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- JPH04360509A JPH04360509A JP16367891A JP16367891A JPH04360509A JP H04360509 A JPH04360509 A JP H04360509A JP 16367891 A JP16367891 A JP 16367891A JP 16367891 A JP16367891 A JP 16367891A JP H04360509 A JPH04360509 A JP H04360509A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイオ−ド、トランジ
スタ、センサ等の各種半導体デバイス、絶縁膜、あるい
は超硬工具材料として有用な立方晶窒化ホウ素を成長さ
せるための基板に関する。特に大量にしかも安価に半導
体デバイスや超硬工具材料等を生産する上で有利な、面
積が大きく表面が平滑な、立方晶窒化ホウ素基板に関す
る。
スタ、センサ等の各種半導体デバイス、絶縁膜、あるい
は超硬工具材料として有用な立方晶窒化ホウ素を成長さ
せるための基板に関する。特に大量にしかも安価に半導
体デバイスや超硬工具材料等を生産する上で有利な、面
積が大きく表面が平滑な、立方晶窒化ホウ素基板に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化ホウ素（ＢＮ）は窒素Ｎとホウ素Ｂ
の化合物である。立方晶窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、六方
晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）、乱層構造窒化ホウ素（ｔ−
ＢＮ）、アモルファス窒化ホウ素（ａ−ＢＮ）などの構
造体がある。ｈ−ＢＮはＢとＮとよりなる六角形の平面
構造がｃ軸方向に多層積層された構造である。ｔ−ＢＮ
はｈ−ＢＮがさらに乱れた構造のものである。ｃ−ＢＮ
は閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）型の結晶構造をとる立方晶系（ｃ
ｕｂｉｃ）の物質である。すなわち立方体の隅部と面心
位置に一方の元素があり、その一方の元素から１／４、
１／４、１／４ずれた位置に他方の元素がある。
の化合物である。立方晶窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）、六方
晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）、乱層構造窒化ホウ素（ｔ−
ＢＮ）、アモルファス窒化ホウ素（ａ−ＢＮ）などの構
造体がある。ｈ−ＢＮはＢとＮとよりなる六角形の平面
構造がｃ軸方向に多層積層された構造である。ｔ−ＢＮ
はｈ−ＢＮがさらに乱れた構造のものである。ｃ−ＢＮ
は閃亜鉛鉱（ＺｎＳ）型の結晶構造をとる立方晶系（ｃ
ｕｂｉｃ）の物質である。すなわち立方体の隅部と面心
位置に一方の元素があり、その一方の元素から１／４、
１／４、１／４ずれた位置に他方の元素がある。
【０００３】ＢＮは炭素（Ｃ）に似た物質である。炭素
も、グラファイト、ダイヤモンド、アモルファス炭素（
ａ−ｃ）などの異なる構造体を持つ。大ざっぱに言えば
、ｈ−ＢＮがグラファイトに、ａ−ＢＮがアモルファス
炭素に、ｃ−ＢＮがダイヤモンドに対応する。物性も炭
素の対応物に似ている。ダイヤモンドが作りにくいのと
同様、ｃ−ＢＮはこれらの構造体の中でもひときわ作り
難い。しかし反面ｃ−ＢＮは極めて優れた性質を持つ物
質である。下記に述べるようにｃ−ＢＮは幅広い応用が
期待できる材料として強い期待が寄せられている。
も、グラファイト、ダイヤモンド、アモルファス炭素（
ａ−ｃ）などの異なる構造体を持つ。大ざっぱに言えば
、ｈ−ＢＮがグラファイトに、ａ−ＢＮがアモルファス
炭素に、ｃ−ＢＮがダイヤモンドに対応する。物性も炭
素の対応物に似ている。ダイヤモンドが作りにくいのと
同様、ｃ−ＢＮはこれらの構造体の中でもひときわ作り
難い。しかし反面ｃ−ＢＮは極めて優れた性質を持つ物
質である。下記に述べるようにｃ−ＢＮは幅広い応用が
期待できる材料として強い期待が寄せられている。
【０００４】ｃ−ＢＮはｐ型、ｎ型ともにド−ピング可
能なワイドギャップ半導体として有望である。具体的に
はその優れた耐熱性、高い絶縁破壊強度、高い熱伝導率
を活かした耐環境デバイス、パワーデバイス、あるいは
紫外〜青色発光デバイス材料として期待されている。ｐ
型にするには、Ｂｅなどのド−パントをド−プする。ｎ
型にするには、ＳｉやＳなどのド−パントをド−プすれ
ばよい。バンドギャップが広いので温度変化によるキャ
リヤ密度の変化が少なく、比較的高温まで真性領域に入
らない。ド−ピングを行わない場合には、ｃ−ＢＮは絶
縁性、熱伝導性に優れた絶縁膜となる。これは半導体デ
バイスの層間絶縁膜などへの応用が注目されている。
能なワイドギャップ半導体として有望である。具体的に
はその優れた耐熱性、高い絶縁破壊強度、高い熱伝導率
を活かした耐環境デバイス、パワーデバイス、あるいは
紫外〜青色発光デバイス材料として期待されている。ｐ
型にするには、Ｂｅなどのド−パントをド−プする。ｎ
型にするには、ＳｉやＳなどのド−パントをド−プすれ
ばよい。バンドギャップが広いので温度変化によるキャ
リヤ密度の変化が少なく、比較的高温まで真性領域に入
らない。ド−ピングを行わない場合には、ｃ−ＢＮは絶
縁性、熱伝導性に優れた絶縁膜となる。これは半導体デ
バイスの層間絶縁膜などへの応用が注目されている。
【０００５】またｃ−ＢＮはダイヤモンドに並ぶ高い硬
度を有し工具材料としても極めて有望である。ダイヤモ
ンドは鉄と合金を作るので鉄の切削には使えないから、
鉄系材料の加工にはｃ−ＢＮ工具が最適である。しかし
、工具や絶縁膜として実用化されているのはｃ−ＢＮの
多結晶もしくは焼結体である。これらの用途に対しては
多結晶や焼結体でもよいのであるが、半導体デバイス用
としては単結晶のｃ−ＢＮでなければ役に立たない。 現在、ｃ−ＢＮ単結晶は高圧合成法によってのみ得られ
る。これは薄膜ではなくバルク単結晶を作る方法である
。ブリッジマン法やチョクラルスキー法のような通常よ
く使われる単結晶成長法は適用できない。これはＢＮ材
料を高圧高温で立方晶にするものである。
度を有し工具材料としても極めて有望である。ダイヤモ
ンドは鉄と合金を作るので鉄の切削には使えないから、
鉄系材料の加工にはｃ−ＢＮ工具が最適である。しかし
、工具や絶縁膜として実用化されているのはｃ−ＢＮの
多結晶もしくは焼結体である。これらの用途に対しては
多結晶や焼結体でもよいのであるが、半導体デバイス用
としては単結晶のｃ−ＢＮでなければ役に立たない。 現在、ｃ−ＢＮ単結晶は高圧合成法によってのみ得られ
る。これは薄膜ではなくバルク単結晶を作る方法である
。ブリッジマン法やチョクラルスキー法のような通常よ
く使われる単結晶成長法は適用できない。これはＢＮ材
料を高圧高温で立方晶にするものである。
【０００６】ド−ピングを行ったｃ−ＢＮのバルク単結
晶でｐｎ接合ダイオ−ドを試作し、５００℃以上の高温
でも整流性を示し、順バイアス時に紫外〜可視光の発光
が得られたという報告もなされている。しかしこれはコ
ストの点で実用的でない。高圧合成法では、未だ大きい
バルク結晶はできず、直径数ｍｍ程のものしかできない
。
晶でｐｎ接合ダイオ−ドを試作し、５００℃以上の高温
でも整流性を示し、順バイアス時に紫外〜可視光の発光
が得られたという報告もなされている。しかしこれはコ
ストの点で実用的でない。高圧合成法では、未だ大きい
バルク結晶はできず、直径数ｍｍ程のものしかできない
。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】既に述べたように、現
在ｃ−ＢＮ単結晶を作る方法は高圧合成法しかない。こ
れで作ったｃ−ＢＮ単結晶は直径が僅か数ｍｍ程度の粒
状結晶である。現在のところ大きい単結晶のｃ−ＢＮ基
板を得ることはできない。大きい単結晶基板が得られな
ければ、Ｓｉ半導体のように、ウエハプロセスによって
同一の半導体を数多く一挙に製作するということができ
ない。それでは生産性が悪く品質が一定しないので実用
的な半導体デバイスを作る事ができない。実用化のため
には大面積の基板が不可欠である。
在ｃ−ＢＮ単結晶を作る方法は高圧合成法しかない。こ
れで作ったｃ−ＢＮ単結晶は直径が僅か数ｍｍ程度の粒
状結晶である。現在のところ大きい単結晶のｃ−ＢＮ基
板を得ることはできない。大きい単結晶基板が得られな
ければ、Ｓｉ半導体のように、ウエハプロセスによって
同一の半導体を数多く一挙に製作するということができ
ない。それでは生産性が悪く品質が一定しないので実用
的な半導体デバイスを作る事ができない。実用化のため
には大面積の基板が不可欠である。
【０００８】単に面積が小さいというだけでなく、高圧
合成法は高価な高圧発生装置を必要とする。このため合
成した単結晶の価格が極めて高くなってしまう。これも
従来技術の重大な欠陥である。ｃ−ＢＮ単結晶の幅広い
応用を考えるとき、大きな面積の、平滑なｃ−ＢＮ基板
を、安価に形成することができるのでなければならない
。
合成法は高価な高圧発生装置を必要とする。このため合
成した単結晶の価格が極めて高くなってしまう。これも
従来技術の重大な欠陥である。ｃ−ＢＮ単結晶の幅広い
応用を考えるとき、大きな面積の、平滑なｃ−ＢＮ基板
を、安価に形成することができるのでなければならない
。
【０００９】以上はバルクのｃ−ＢＮの事である。ｃ−
ＢＮを成長させる基板であるから、ｃ−ＢＮを基板とす
るのが最も良い。しかしバルクのｃ−ＢＮができないの
で、ｃ−ＢＮ以外の物質を基板として、この上にｃ−Ｂ
Ｎの単結晶薄膜を形成するという事が次善の策として考
えられよう。
ＢＮを成長させる基板であるから、ｃ−ＢＮを基板とす
るのが最も良い。しかしバルクのｃ−ＢＮができないの
で、ｃ−ＢＮ以外の物質を基板として、この上にｃ−Ｂ
Ｎの単結晶薄膜を形成するという事が次善の策として考
えられよう。
【００１０】従来から熱ＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法や、Ｉ
ＶＤ法（イオン蒸着：Ｉｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンプレーティング法、活性化反
応性蒸着法、スパッタ法などのＰＶＤ法によってなんら
かの基板の上にｃ−ＢＮ薄膜を成長するという事が試み
られてきた。
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法や、Ｉ
ＶＤ法（イオン蒸着：Ｉｏｎ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンプレーティング法、活性化反
応性蒸着法、スパッタ法などのＰＶＤ法によってなんら
かの基板の上にｃ−ＢＮ薄膜を成長するという事が試み
られてきた。
【００１１】既に、ＳｉやＮａＣｌなどの単結晶基板上
にｃ−ＢＮ薄膜が形成できたという多くの報告がなされ
ている。しかしこれらは全体がｃ−ＢＮであるのではな
いし、いわんや全体が単結晶になっているのではない。 このような単結晶Ｓｉ、単結晶ＮａＣｌ基板の上にＣＶ
Ｄ法、ＰＶＤ法で成長させたものは、現在のところたか
だか直径数１００Åの微結晶ｃ−ＢＮからなる多結晶薄
膜にすぎない。現在なお大きな面積の平滑な単結晶薄膜
がＣＶＤ法、ＰＶＤ法によっても得られていない。しか
し、半導体素子を形成するための半導体材料であるため
には良好な単結晶、もしくは単結晶層であることが必要
である。特に半導体素子の特性向上のためには結晶欠陥
の少ない単結晶が不可欠である。
にｃ−ＢＮ薄膜が形成できたという多くの報告がなされ
ている。しかしこれらは全体がｃ−ＢＮであるのではな
いし、いわんや全体が単結晶になっているのではない。 このような単結晶Ｓｉ、単結晶ＮａＣｌ基板の上にＣＶ
Ｄ法、ＰＶＤ法で成長させたものは、現在のところたか
だか直径数１００Åの微結晶ｃ−ＢＮからなる多結晶薄
膜にすぎない。現在なお大きな面積の平滑な単結晶薄膜
がＣＶＤ法、ＰＶＤ法によっても得られていない。しか
し、半導体素子を形成するための半導体材料であるため
には良好な単結晶、もしくは単結晶層であることが必要
である。特に半導体素子の特性向上のためには結晶欠陥
の少ない単結晶が不可欠である。
【００１２】ところが、単結晶バルクｃ−ＢＮは現在の
ところ高圧合成法で小さいものができるだけである。薄
膜単結晶ｃ−ＢＮは未だにできない。このため大面積の
ｃ−ＢＮ単結晶基板というものは未だに存在しない。ど
うしてＳｉ、ＮａＣｌ単結晶の上にｃ−ＢＮ単結晶が成
長しないのかというと、これは格子定数の違いが大きす
ぎるためである。ｃ−ＢＮは閃亜鉛鉱型の結晶構造で格
子定数が３．６１５Åである。Ｓｉはダイヤモンド型の
結晶構造で、ｃ−ＢＮとよく似ている。しかしＳｉの格
子定数は５．４３０１Åであって、格子定数が１．８Å
も違う。このため格子不整合が大きい。このような理由
でＳｉ単結晶の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長させ
単結晶薄膜を得るということができない。
ところ高圧合成法で小さいものができるだけである。薄
膜単結晶ｃ−ＢＮは未だにできない。このため大面積の
ｃ−ＢＮ単結晶基板というものは未だに存在しない。ど
うしてＳｉ、ＮａＣｌ単結晶の上にｃ−ＢＮ単結晶が成
長しないのかというと、これは格子定数の違いが大きす
ぎるためである。ｃ−ＢＮは閃亜鉛鉱型の結晶構造で格
子定数が３．６１５Åである。Ｓｉはダイヤモンド型の
結晶構造で、ｃ−ＢＮとよく似ている。しかしＳｉの格
子定数は５．４３０１Åであって、格子定数が１．８Å
も違う。このため格子不整合が大きい。このような理由
でＳｉ単結晶の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長させ
単結晶薄膜を得るということができない。
【００１３】ＮａＣｌはＮａＣｌ型の結晶構造を持ちｃ
−ＢＮとは全く違う。しかも格子定数が５．６２Åで、
ｃ−ＢＮの３．６１５Åと大きく異なっている。このた
めＮａＣｌ単結晶とｃ−ＢＮとは格子不整合が大きすぎ
て、ＮａＣｌ基板の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長
させることができないのである。このような難点を解決
し、大面積の平滑なｃ−ＢＮ基板もしくは単結晶ｃ−Ｂ
Ｎ基板を大量かつ安価に提供する事が本発明の目的であ
る。
−ＢＮとは全く違う。しかも格子定数が５．６２Åで、
ｃ−ＢＮの３．６１５Åと大きく異なっている。このた
めＮａＣｌ単結晶とｃ−ＢＮとは格子不整合が大きすぎ
て、ＮａＣｌ基板の上にｃ−ＢＮをエピタキシャル成長
させることができないのである。このような難点を解決
し、大面積の平滑なｃ−ＢＮ基板もしくは単結晶ｃ−Ｂ
Ｎ基板を大量かつ安価に提供する事が本発明の目的であ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のｃ−ＢＮ基板は
、Ｓｉ基板とその上に形成されたＮｉ基板とさらにその
上に形成されたｃ−ＢＮ層とよりなる。本発明に於いて
使用するＳｉ基板は、引き上げ法等の通常の方法により
製造されたインゴットから切り出した基板で良い。Ｓｉ
を使うのは高純度の単結晶がえやすいからである。これ
をＮｉ単結晶成長の為の基板として使う。Ｓｉ基板上に
中間層として形成するＮｉは真空蒸着法や分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ）、その他のＰＶＤ法によって成長
させることができる。単結晶Ｎｉであることが望ましい
。多結晶であればできるだけＮｉ結晶粒径の大きなもの
が望ましい。格子定数を合わせるためであるからＮｉの
厚みは薄くて良い。
、Ｓｉ基板とその上に形成されたＮｉ基板とさらにその
上に形成されたｃ−ＢＮ層とよりなる。本発明に於いて
使用するＳｉ基板は、引き上げ法等の通常の方法により
製造されたインゴットから切り出した基板で良い。Ｓｉ
を使うのは高純度の単結晶がえやすいからである。これ
をＮｉ単結晶成長の為の基板として使う。Ｓｉ基板上に
中間層として形成するＮｉは真空蒸着法や分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ）、その他のＰＶＤ法によって成長
させることができる。単結晶Ｎｉであることが望ましい
。多結晶であればできるだけＮｉ結晶粒径の大きなもの
が望ましい。格子定数を合わせるためであるからＮｉの
厚みは薄くて良い。
【００１５】Ｎｉ基板の上に形成するｃ−ＢＮは、前述
したような公知のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐ
ｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によ
って形成できる。このｃ−ＢＮは単結晶である事がもち
ろん望ましい。しかしｃ−ＢＮは多結晶になる事もある
。この場合に於いても表面粗さが１０００Å程度か又は
それ以下である事が要求される。
したような公知のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐ
ｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によ
って形成できる。このｃ−ＢＮは単結晶である事がもち
ろん望ましい。しかしｃ−ＢＮは多結晶になる事もある
。この場合に於いても表面粗さが１０００Å程度か又は
それ以下である事が要求される。
【００１６】
【作用】ｃ−ＢＮは閃亜鉛鉱型の結晶構造で格子定数は
３．６１５Åである。ＳｉやＮａＣｌなど格子定数がｃ
−ＢＮのそれと大きく異なるものを基板とせず、本発明
ではＳｉ基板上に中間層として平滑なＮｉ層を介在させ
る事により、その上に平滑ｃ−ＢＮを成長させる事に成
功している。Ｎｉの格子定数は３．５２３８Åであり、
ｃ−ＢＮの格子定数３．６１５Åに近い。結晶構造も面
心立方型で、ｃ−ＢＮの構造に近い。そこでＳｉ基板上
にエピタキシャル成長したＮｉ層上に、結晶構造や格子
定数の極めて近いｃ−ＢＮを成長させると平滑なｃ−Ｂ
Ｎが得られるものと考えられる。
３．６１５Åである。ＳｉやＮａＣｌなど格子定数がｃ
−ＢＮのそれと大きく異なるものを基板とせず、本発明
ではＳｉ基板上に中間層として平滑なＮｉ層を介在させ
る事により、その上に平滑ｃ−ＢＮを成長させる事に成
功している。Ｎｉの格子定数は３．５２３８Åであり、
ｃ−ＢＮの格子定数３．６１５Åに近い。結晶構造も面
心立方型で、ｃ−ＢＮの構造に近い。そこでＳｉ基板上
にエピタキシャル成長したＮｉ層上に、結晶構造や格子
定数の極めて近いｃ−ＢＮを成長させると平滑なｃ−Ｂ
Ｎが得られるものと考えられる。
【００１７】もしもＮｉが単結晶であれば、この上に成
長するｃ−ＢＮも単結晶になる確率が高い。また単結晶
にならないとしても、平滑なｃ−ＢＮが得られる。本発
明でいう平滑なｃ−ＢＮ層とは、その表面粗さが表面粗
さ計による測定でＲｍａｘ が１０００Å程度以下のも
のである。このような平滑なｃ−ＢＮ層は、単結晶であ
るか、双晶を含む単結晶であるか、あるいは粒径が数μ
ｍ以上の多結晶からなる多結晶であると考えられる。こ
の中ではもちろん双晶を含まない単結晶であるのが望ま
しい。図１に本発明の基板の概略構造を示す。
長するｃ−ＢＮも単結晶になる確率が高い。また単結晶
にならないとしても、平滑なｃ−ＢＮが得られる。本発
明でいう平滑なｃ−ＢＮ層とは、その表面粗さが表面粗
さ計による測定でＲｍａｘ が１０００Å程度以下のも
のである。このような平滑なｃ−ＢＮ層は、単結晶であ
るか、双晶を含む単結晶であるか、あるいは粒径が数μ
ｍ以上の多結晶からなる多結晶であると考えられる。こ
の中ではもちろん双晶を含まない単結晶であるのが望ま
しい。図１に本発明の基板の概略構造を示す。
【００１８】ここでｃ−ＢＮ層としてはノンド−プ層で
あってもよい。この上にさらにｐ型、ｎ型のｃ−ＢＮ層
をエピタキシャル成長して所望の活性層を作ればよいの
である。ノンド−プ層であれば、これは絶縁体であるの
で素子間分離がそれによってなされる。しかしノンド−
プ層に限定されるわけではない。Ｓｉ基板上にエピタキ
シャル成長したＮｉ層の上に形成するｃ−ＢＮ層は、Ｓ
ｉやＳをド−プしたｎ型半導体とすることもできる。あ
るいはＢｅをド−プしたｐ型半導体としてもよい。そう
すれば基板の一部を半導体デバイスの能動層の一部とし
て利用する事ができる。
あってもよい。この上にさらにｐ型、ｎ型のｃ−ＢＮ層
をエピタキシャル成長して所望の活性層を作ればよいの
である。ノンド−プ層であれば、これは絶縁体であるの
で素子間分離がそれによってなされる。しかしノンド−
プ層に限定されるわけではない。Ｓｉ基板上にエピタキ
シャル成長したＮｉ層の上に形成するｃ−ＢＮ層は、Ｓ
ｉやＳをド−プしたｎ型半導体とすることもできる。あ
るいはＢｅをド−プしたｐ型半導体としてもよい。そう
すれば基板の一部を半導体デバイスの能動層の一部とし
て利用する事ができる。
【００１９】以上に説明したものは３層構造の基板であ
るが、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長したＮｉ層の上
に、ノンド−プｃ−ＢＮを形成し、さらにその上にｐ型
又はｎ型不純物をド−ピングしたｃ−ＢＮ層を積層した
４層構造としてもよい。図２にこれを示す。さらに下地
基板であるＳｉ及びＮｉをエッチング又は研磨によって
除去することにより、ｃ−ＢＮのみからなる自立膜とす
ることもできる。図３にこれを示す。Ｎｉ層の上に形成
するｃ−ＢＮ層の膜厚は厚すぎると熱膨張係数の差によ
って基板の反りが生ずるので１０μｍ以下が望ましい。 しかし前述のようにＮｉ層をエッチング除去して、ｃ−
ＢＮの自立膜とする場合は、膜厚を１０μｍ以上にして
もよい。
るが、Ｓｉ基板上にエピタキシャル成長したＮｉ層の上
に、ノンド−プｃ−ＢＮを形成し、さらにその上にｐ型
又はｎ型不純物をド−ピングしたｃ−ＢＮ層を積層した
４層構造としてもよい。図２にこれを示す。さらに下地
基板であるＳｉ及びＮｉをエッチング又は研磨によって
除去することにより、ｃ−ＢＮのみからなる自立膜とす
ることもできる。図３にこれを示す。Ｎｉ層の上に形成
するｃ−ＢＮ層の膜厚は厚すぎると熱膨張係数の差によ
って基板の反りが生ずるので１０μｍ以下が望ましい。 しかし前述のようにＮｉ層をエッチング除去して、ｃ−
ＢＮの自立膜とする場合は、膜厚を１０μｍ以上にして
もよい。
【００２０】一方、形成するＮｉ中間層の膜厚は、薄す
ぎると中間層としての効果がなく中間層に平滑なｃ−Ｂ
Ｎ層が得られないため、少なくとも２０Å以上が好まし
い。又Ｎｉ中間層上に成長させるｃ−ＢＮ層を半導体デ
バイスの能動層として用いる場合には、下地基板界面か
ら発生する転位の影響を避ける為、少なくとも１０００
Å以上であることが望ましい。更に、ｃ−ＢＮ形成時の
基板温度は高すぎると中間層であるＮｉが蒸発してしま
うので、１０００℃以下が好ましい。
ぎると中間層としての効果がなく中間層に平滑なｃ−Ｂ
Ｎ層が得られないため、少なくとも２０Å以上が好まし
い。又Ｎｉ中間層上に成長させるｃ−ＢＮ層を半導体デ
バイスの能動層として用いる場合には、下地基板界面か
ら発生する転位の影響を避ける為、少なくとも１０００
Å以上であることが望ましい。更に、ｃ−ＢＮ形成時の
基板温度は高すぎると中間層であるＮｉが蒸発してしま
うので、１０００℃以下が好ましい。
【００２１】
［実施例１］ 図１に示すような基板を次のように作
製した。シリコン基板の上にＮｉを成長させるのはＭＢ
Ｅ法、Ｎｉの上にｃ−ＢＮを成長させるのはマグネトロ
ンスパッタ法を用いた。基板は直径２インチ面方位（１
００）の単結晶Ｓｉである。バッフア−ドフツ酸により
表面酸化膜を除去したものを用いた。図４にＭＢＥ装置
の概略を示す。真空チャンバ１は超高真空に引くことの
できる容器である。真空チャンバ１の中央にマニピュレ
−タ２が設けられる。これは基板を保持し加熱回転する
ものである。マニピュレ−タの斜め下方に幾つかの分子
線セル３が設けられる。分子線セルは、るつぼ４、ヒ−
タ５、反射板６等を備える。原料融液７がるつぼ４の中
にあり加熱気化して分子線となり基板に向けて飛ぶ。基
板１０はマニピュレ−タ２に下向きに取り付けられてお
りヒ−タ９によって適当な温度に加熱されている。ここ
では基板としてＳｉ単結晶を用い分子線セルの原料とし
てＮｉを用いる。基板温度は４００℃とした。こうして
厚み２５００ÅのＮｉ薄膜を成長させた。
製した。シリコン基板の上にＮｉを成長させるのはＭＢ
Ｅ法、Ｎｉの上にｃ−ＢＮを成長させるのはマグネトロ
ンスパッタ法を用いた。基板は直径２インチ面方位（１
００）の単結晶Ｓｉである。バッフア−ドフツ酸により
表面酸化膜を除去したものを用いた。図４にＭＢＥ装置
の概略を示す。真空チャンバ１は超高真空に引くことの
できる容器である。真空チャンバ１の中央にマニピュレ
−タ２が設けられる。これは基板を保持し加熱回転する
ものである。マニピュレ−タの斜め下方に幾つかの分子
線セル３が設けられる。分子線セルは、るつぼ４、ヒ−
タ５、反射板６等を備える。原料融液７がるつぼ４の中
にあり加熱気化して分子線となり基板に向けて飛ぶ。基
板１０はマニピュレ−タ２に下向きに取り付けられてお
りヒ−タ９によって適当な温度に加熱されている。ここ
では基板としてＳｉ単結晶を用い分子線セルの原料とし
てＮｉを用いる。基板温度は４００℃とした。こうして
厚み２５００ÅのＮｉ薄膜を成長させた。
【００２２】このＮｉ膜の結晶状態を高速反射電子線回
折により観察したところ、単結晶Ｎｉに対応したストリ
−ク状の回折パタ−ンが認められた。（１００）面を持
つ単結晶であることが確認された。また表面粗さ計によ
りＮｉ面を測定したところ、表面粗さの最大は１２０Å
であった。次にこのＮｉ中間層の上にマグネトロンスパ
ッタ法により膜厚１μｍのｃ−ＢＮ層を形成した。マグ
ネトロンスパッタ装置は、図５に示すように反応室２２
の中に、下部電極２３、基板ホルダ２６（上部電極に当
たる）、ヒ−タ２７などを設けたものである。基板３４
はＳｉ基板の上にＮｉ薄膜を形成したものであるがこれ
が基板ホルダ２６に下向きに取り付けられる。ヒ−タ２
７は基板を適当な温度に加熱するためのものである。反
応室２２には排気口２５があり真空排気装置（図示せず
）につながっている。ガス導入口２８からは原料ガスを
導入できるようになっているがここでは窒素ガスを導入
する。コンダクタンスバルブ２９によって、圧力を調整
することができる。
折により観察したところ、単結晶Ｎｉに対応したストリ
−ク状の回折パタ−ンが認められた。（１００）面を持
つ単結晶であることが確認された。また表面粗さ計によ
りＮｉ面を測定したところ、表面粗さの最大は１２０Å
であった。次にこのＮｉ中間層の上にマグネトロンスパ
ッタ法により膜厚１μｍのｃ−ＢＮ層を形成した。マグ
ネトロンスパッタ装置は、図５に示すように反応室２２
の中に、下部電極２３、基板ホルダ２６（上部電極に当
たる）、ヒ−タ２７などを設けたものである。基板３４
はＳｉ基板の上にＮｉ薄膜を形成したものであるがこれ
が基板ホルダ２６に下向きに取り付けられる。ヒ−タ２
７は基板を適当な温度に加熱するためのものである。反
応室２２には排気口２５があり真空排気装置（図示せず
）につながっている。ガス導入口２８からは原料ガスを
導入できるようになっているがここでは窒素ガスを導入
する。コンダクタンスバルブ２９によって、圧力を調整
することができる。
【００２３】下部電極２３にはマグネット３２が設置さ
れている。この上にｈ−ＢＮのタ−ゲット２４が置かれ
ている。下部電極２３は第１の高周波電源発振器３０に
より高周波電力が供給される。基板ホルダ２６にも第２
の高周波電源発振器３１によって高周波電力が与えられ
る。スパッタリング装置であるので、窒素ガスなどを高
周波電力で励起してプラズマとする。マグネットの作用
でプラズマ励起密度が高まる。これをｈ−ＢＮのタ−ゲ
ットに当てて、衝撃力によりＢＮを飛び出させる。この
ＢＮが加熱された基板３４に当たるので、ｃ−ＢＮの薄
膜が基板３４の上に堆積される。基板温度は３５０℃、
チャンバ内の圧力は３×１０−２Ｔｏｒｒであった。得
られた１μｍ厚のｃ−ＢＮ層の結晶状態を高速反射電子
線回折により観察した。その結果、若干の双晶を含むも
のの単結晶ｃ−ＢＮに対応するストリ−ク状の回折パタ
−ンが得られた。これは双晶を含んだ（１００）面をも
つｃ−ＢＮであることが分かった。表面粗さは最大で１
３０Åであった。
れている。この上にｈ−ＢＮのタ−ゲット２４が置かれ
ている。下部電極２３は第１の高周波電源発振器３０に
より高周波電力が供給される。基板ホルダ２６にも第２
の高周波電源発振器３１によって高周波電力が与えられ
る。スパッタリング装置であるので、窒素ガスなどを高
周波電力で励起してプラズマとする。マグネットの作用
でプラズマ励起密度が高まる。これをｈ−ＢＮのタ−ゲ
ットに当てて、衝撃力によりＢＮを飛び出させる。この
ＢＮが加熱された基板３４に当たるので、ｃ−ＢＮの薄
膜が基板３４の上に堆積される。基板温度は３５０℃、
チャンバ内の圧力は３×１０−２Ｔｏｒｒであった。得
られた１μｍ厚のｃ−ＢＮ層の結晶状態を高速反射電子
線回折により観察した。その結果、若干の双晶を含むも
のの単結晶ｃ−ＢＮに対応するストリ−ク状の回折パタ
−ンが得られた。これは双晶を含んだ（１００）面をも
つｃ−ＢＮであることが分かった。表面粗さは最大で１
３０Åであった。
【００２４】［比較例１］実施例１と同じ単結晶Ｓｉ基
板上に、Ｎｉ中間層を形成することなく直接に実施例１
と同じ条件のマグネトロンスパッタ法によって１μｍの
ｃ−ＢＮを成長させた。得られた膜を高速反射電子線回
折により評価した結果ｃ−ＢＮに対応したリングパタ−
ンとなっており多結晶薄膜であることが分かった。表面
粗さは最大で１８００Åであった。
板上に、Ｎｉ中間層を形成することなく直接に実施例１
と同じ条件のマグネトロンスパッタ法によって１μｍの
ｃ−ＢＮを成長させた。得られた膜を高速反射電子線回
折により評価した結果ｃ−ＢＮに対応したリングパタ−
ンとなっており多結晶薄膜であることが分かった。表面
粗さは最大で１８００Åであった。
【００２５】［実施例２］ 用いる基板を（１１１）
面のＳｉ基板とした。その他の条件は実施例１と同様に
して２５００Å厚みのＮｉ薄膜をＳｉ基板の上にＭＢＥ
法で成長させた。高速電子線回折の結果このＮｉ層は単
結晶の（１１１）面を持つＮｉであることが分かった。 次にこのＮｉ中間層の上に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に
より膜厚２μｍのｃ−ＢＮ層を形成した。図６に装置の
概要を示す。導波管１１、誘電体窓１２を通ってマイク
ロ波がチャンバ１３の中に導入される。チャンバ１３に
は導入管１４から原料ガスが導入される。チャンバ１３
の外周にはコイル１５があってマイクロ波周波数に対し
て電子のサイクロトロン運動が共鳴できる大きさの磁場
をチャンバ内に形成している。チャンバ内には基板１６
を戴置したサセプタ１７が設けてある。サセプタ１７の
中にはヒ−タ１８があって基板１６を適当な温度に加熱
している。基板には高周波電源発振器２０によって高周
波バイアスが印加されている。
面のＳｉ基板とした。その他の条件は実施例１と同様に
して２５００Å厚みのＮｉ薄膜をＳｉ基板の上にＭＢＥ
法で成長させた。高速電子線回折の結果このＮｉ層は単
結晶の（１１１）面を持つＮｉであることが分かった。 次にこのＮｉ中間層の上に、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に
より膜厚２μｍのｃ−ＢＮ層を形成した。図６に装置の
概要を示す。導波管１１、誘電体窓１２を通ってマイク
ロ波がチャンバ１３の中に導入される。チャンバ１３に
は導入管１４から原料ガスが導入される。チャンバ１３
の外周にはコイル１５があってマイクロ波周波数に対し
て電子のサイクロトロン運動が共鳴できる大きさの磁場
をチャンバ内に形成している。チャンバ内には基板１６
を戴置したサセプタ１７が設けてある。サセプタ１７の
中にはヒ−タ１８があって基板１６を適当な温度に加熱
している。基板には高周波電源発振器２０によって高周
波バイアスが印加されている。
【００２６】チャンバ内に縦方向に磁力線が形成されガ
ス中の電子がこの磁力線に捕らえられてサイクロトロン
運動する。これがマイクロ波と共鳴するかまたは共鳴に
近い条件で運動するのでマイクロ波のエネルギ−を吸収
し加速されガス分子に衝突するからプラズマ２１が高濃
度に励起される。これが気相反応を起こし反応生成物が
基板上に成長する。成長条件は： 原料ガス
Ｈ２ 、Ｂ２ Ｈ６ 、ＮＨ３
Ｈ２ （希
釈ガス） １０ ｓｃｃｍ
ＮＨ
３ ０．６ｓｃｃｍ
Ｂ２ Ｈ６
０．２ｓｃｃｍ
基板温度
３００ ℃
圧力
２×１０−３Ｔｏｒｒ
マイクロ波パワ−
４００ Ｗ
ｃ−ＢＮ膜厚
２ μｍ である。得られたｃ−ＢＮ層
について高速電子線回折を行った。これは若干の双晶を
含むものの単結晶ｃ−ＢＮに対応したストリ−ク状の回
折パタ−ンが得られた。双晶を含んだ（１１１）面の単
結晶ｃ−ＢＮであることが分かった。つまり最下層のＳ
ｉ基板の結晶方位に従う膜形成ができるということであ
る。表面粗さの最大値は１５０Åであった。十分に満足
できる平滑さである。
ス中の電子がこの磁力線に捕らえられてサイクロトロン
運動する。これがマイクロ波と共鳴するかまたは共鳴に
近い条件で運動するのでマイクロ波のエネルギ−を吸収
し加速されガス分子に衝突するからプラズマ２１が高濃
度に励起される。これが気相反応を起こし反応生成物が
基板上に成長する。成長条件は： 原料ガス
Ｈ２ 、Ｂ２ Ｈ６ 、ＮＨ３
Ｈ２ （希
釈ガス） １０ ｓｃｃｍ
ＮＨ
３ ０．６ｓｃｃｍ
Ｂ２ Ｈ６
０．２ｓｃｃｍ
基板温度
３００ ℃
圧力
２×１０−３Ｔｏｒｒ
マイクロ波パワ−
４００ Ｗ
ｃ−ＢＮ膜厚
２ μｍ である。得られたｃ−ＢＮ層
について高速電子線回折を行った。これは若干の双晶を
含むものの単結晶ｃ−ＢＮに対応したストリ−ク状の回
折パタ−ンが得られた。双晶を含んだ（１１１）面の単
結晶ｃ−ＢＮであることが分かった。つまり最下層のＳ
ｉ基板の結晶方位に従う膜形成ができるということであ
る。表面粗さの最大値は１５０Åであった。十分に満足
できる平滑さである。
【００２７】
【発明の効果】本発明のｃ−ＢＮ基板は、平滑であって
大面積でありしかも単結晶である。この上に、ｃ−ＢＮ
薄膜を成長させる場合の基板として用いる事ができる。 従ってｃ−ＢＮ半導体素子を製造する際に極めて有利で
ある。さらにｃ−ＢＮを用いた工具を製作する場合にも
本発明のｃ−ＢＮ基板を用いることができる。この場合
、多結晶ｃ−ＢＮでよいのであるが平滑な面を持たなけ
ればならない。本発明はこれに答えて大面積の平滑な基
板を与えることができる。本発明によれば、半導体用途
や超硬工具用途などに有用な、面積の大きい平滑なｃ−
ＢＮ基板もしくは単結晶ｃ−ＢＮ基板を大量に安価に製
造することができ極めて有用である。
大面積でありしかも単結晶である。この上に、ｃ−ＢＮ
薄膜を成長させる場合の基板として用いる事ができる。 従ってｃ−ＢＮ半導体素子を製造する際に極めて有利で
ある。さらにｃ−ＢＮを用いた工具を製作する場合にも
本発明のｃ−ＢＮ基板を用いることができる。この場合
、多結晶ｃ−ＢＮでよいのであるが平滑な面を持たなけ
ればならない。本発明はこれに答えて大面積の平滑な基
板を与えることができる。本発明によれば、半導体用途
や超硬工具用途などに有用な、面積の大きい平滑なｃ−
ＢＮ基板もしくは単結晶ｃ−ＢＮ基板を大量に安価に製
造することができ極めて有用である。
【図１】本発明のｃ−ＢＮ基板の構造例を示す断面図。
【図２】本発明のｃ−ＢＮ基板の他の構造例を示す断面
図。
図。
【図３】本発明のｃ−ＢＮ基板の第３の構造例を示す断
面図。
面図。
【図４】実施例１でＮｉ層を形成するために用いるＭＢ
Ｅ装置の概略断面図。
Ｅ装置の概略断面図。
【図５】実施例１でｃ−ＢＮを成長させるために用いる
マグネトロンスパッタ装置の概略断面図。
マグネトロンスパッタ装置の概略断面図。
【図６】実施例２でｃ−ＢＮを成長させるたに用いるＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略断面図。
ＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略断面図。
１ 真空チャンバ
２ マニピュレ−タ
３ 分子線セル
４ るつぼ
５ ヒ−タ
６ 反射板
７ 原料融液
８ 液体窒素シュラウド
９ ヒ−タ
１０ 基板
１１ 導波管
１２ 誘電体窓
１３ チャンバ
１４ 導入管
１５ コイル
１６ 基板
１７ サセプタ
１８ ヒ−タ
１９ 排出口
２０ 高周波電源発振器
２１ プラズマ
２２ 反応室
２３ 下部電極
２４ ｈ−ＢＮタ−ゲット
２５ 排気口
２６ 基板ホルダ
２７ ヒ−タ
２８ ガス導入口
２９ コンダクタンスバルブ
３０ 第１高周波電源発振器
３１ 第２高周波電源発振器
３２ マグネット
３４ 基板
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に形成された
単結晶又は多結晶のＮｉ薄膜と、該Ｎｉ薄膜上に堆積さ
れた立方晶窒化ホウ素薄膜とよりなる事を特徴とする立
方晶窒化ホウ素基板。 - 【請求項２】 Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板上に成長させた
単結晶のＮｉ薄膜と、該Ｎｉ薄膜上に堆積されたノンド
ープ立方晶窒化ホウ素薄膜と、該ノンドープ立方晶窒化
ホウ素薄膜の上に堆積されたｐ型又はｎ型の立方晶窒化
ホウ素薄膜よりなる事を特徴とする立方晶窒化ホウ素基
板。 - 【請求項３】 単結晶Ｓｉ基板上に単結晶又は多結晶
Ｎｉ薄膜と、立方晶窒化ホウ素膜を堆積する事を特徴と
する立方晶窒化ホウ素基板の製造方法。 - 【請求項４】 単結晶Ｓｉ基板上に単結晶又は多結晶
Ｎｉ薄膜と、立方晶窒化ホウ素膜を堆積し、その後Ｓｉ
基板及びＮｉ基板を除去し、立方晶窒化ホウ素膜のみに
する事を特徴とする立方晶窒化ホウ素基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16367891A JPH04360509A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 立方晶窒化ホウ素基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16367891A JPH04360509A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 立方晶窒化ホウ素基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360509A true JPH04360509A (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=15778522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16367891A Pending JPH04360509A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 立方晶窒化ホウ素基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04360509A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019108237A (ja) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | 日本電信電話株式会社 | 結晶成長方法および結晶積層構造 |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP16367891A patent/JPH04360509A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019108237A (ja) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | 日本電信電話株式会社 | 結晶成長方法および結晶積層構造 |
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