JPH06105779B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH06105779B2
JPH06105779B2 JP58030792A JP3079283A JPH06105779B2 JP H06105779 B2 JPH06105779 B2 JP H06105779B2 JP 58030792 A JP58030792 A JP 58030792A JP 3079283 A JP3079283 A JP 3079283A JP H06105779 B2 JPH06105779 B2 JP H06105779B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 〔分野〕 本願の装置の発明は、基体上に窒化ほう素からなる絶縁
層を有する半導体装置の技術分野に属する。
本願の方法の発明は、基体上に絶縁皮膜を形成する工程
と、前記絶縁皮膜上に半導体層をエピタシャル成長させ
る工程とを備えてなる半導体装置の製造方法の技術分野
に属する。
〔従来の技術〕
近時、半導体素子の高集積化にともない、半導体チップ
あるいは半導体層を積み重ねて一つの半導体素子を構成
する三次元実装の研究が行なわれているが、これを実現
するにはその構造上の特徴から以下の２つの問題点を克
服する必要がある。
一つは、半導体の層間絶縁層上に半導体素子を作り込む
のに十分な結晶性を有する半導体層を形成することが困
難な点を克服する必要がある。すなわち、半導体装置を
形成するには、半導体基板に対して、酸化、成膜、レジ
スト塗布、エッチング、イオン注入、洗浄時の工程を繰
り返し行い、素子及び配線層を形成する必要がある。こ
の工程を通し半導体素子が形成された基体表面は、当然
凹凸が形成されるとともに、パッシベーション用の酸化
膜等で被覆されている。したがってその表面状態はアモ
ルファス状となり、このアモルファス状の表面に絶縁層
を形成してもこの絶縁層自体アモルファス状であって、
さらにその絶縁層上に結晶性の良い半導体層を成長させ
ることはできない。
さらに、もう一つは、半導体層間の絶縁をどの様にして
行うかとうい点と、いかにしてその放熱性を向上させる
かという点が重要である。一般に、電気的絶縁体は熱伝
導特性が悪く、電気的絶縁性と放熱特性とは相反する関
係にあるが、材料の選定や、製造を工夫することによっ
て上記の問題点である電気的絶縁性と熱伝導特性を共に
向上することができれば、それだけ三次元実装における
集積化、高密度実装の度合を促進できることになる。
このような観点から、本発明者は、電気的絶縁性及び熱
伝導特性の良好な特性を有すると共に、酸化ベリウムな
どと異なり、人体に無害であるためその取り扱いも比較
的容易な窒化ほう素（以下BNという）に着目した。一般
には、このBNは窒素とほう素とを1500℃以上で発生させ
る等の手段により六方晶系の結晶構造をもつ固体として
得られている。そして、このBN結晶は、結晶の特定軸方
向において高い熱伝導率をもつ。このBN皮膜を形成する
試みは種々行なわれており、「応用物理」誌Vol.46No.2
（1977）p.120〜122にはスパッタ法によりガラス基板や
Si単結晶の（111）面上に六方晶BN皮膜を作ることが示
されている。しかしながら、このBN皮膜は六方晶である
ことが確認されている止まり、この六方晶BN皮膜上に結
晶性の良い半導体層、すなわち半導体素子を作り込める
ことができる半導体層をエピタシャル成長させることの
再現性は未だ乏しいという問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記問題の原因は、六方晶BN皮膜の特定軸方法への配向
性が未だ不十分な点にあると考えられる。したがって、 本装置の発明が解決しようとする課題は、アモルファス
基体や、半導体形成で行われる成膜、イオン注入等の物
理的処理あるいは酸化、エッチング等の化学的処理を受
けて、表面に半導体素子が形成され、そのために表面は
凹凸が形成されているとともに、パッシべーション用の
酸化膜等で被覆されていて、表面がアモルファス状とな
っている基体の表面に、特定軸方向に配向性の良い、六
方晶BN皮膜を形成することである。
また、本方法の発明が解決しようとする課題は、アモル
ファス基体や、半導体形成で行なわれる成膜、イオン注
入等の物理学処理あるいは酸化、エッチング等の化学的
処理を受けて、表面に半導体素子が形成され、そのため
に表面は凹凸が形成されているとともに、パッシべーシ
ョン用の酸化膜等で被覆されていて、表面がアモルファ
ス状となっている基体を持つ半導体装置の製造方法にお
いて、該基体の表面に、六方晶BN皮膜を特定軸方向に配
向性良く成長させることである。
「発明の構成」 〔課題を解決するための手段〕 本装置の発明は、上記の課題を解決するために、前記少
なくとも表面がアモルファス状である基体の表面上にＣ
軸方向に優先配向したBN皮膜を形成する、という手段を
講じた。
また、本方法の発明は、上記の課題を解決するために、
一個又は複数個のノズルを有する密閉形のるつぼ内に充
填した酸化ほう素又は硫化ほう素をその蒸気温度以上に
加熱して蒸気化し、ほう素の蒸気を10-2Torr以下の圧力
を有する窒素又はアンモニアと水素との混合ガス雰囲気
中に前記ノズルから噴出させてクラスタを形成させ、少
なくともほう素のクラスタ及び窒素又はアンモニアと水
素との混合ガスのそれぞれの一部に電子を射突させてイ
オン化し、この少なくとも一部がイオン化されたほう素
のクラスタを窒素とともに、少なくとも表面がアモルフ
ァス状である基体表面に射突させて皮膜を形成し、然る
後、該皮膜を真空中で熱処理して該基体表面にＣ軸優先
配向した窒化ほう素皮膜を形成する工程と、前記窒化ほ
う素皮膜上に半導体層をエピタシャル成長させる工程を
備えさせる、とう手段を講じた。
〔作用〕
本装置の発明は、上記の手段を講じたことにより、Ｃ軸
方向に優先配向したBN皮膜は、特定軸方向に配向性の良
い、六方晶BN皮膜に該当することとなる。
本方法の発明の作用については、言語のみでは説明がき
わめて困難につき、本方法の発明の実施例における実験
的内容の説明をもってこれに代えることとする。
〔実施例〕
以下、本方法の発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。
まず第１図を参照しつつ、クラスタイオンビーム法（以
下ICB法という）を用いて本方法の発明に係る半導体装
置の製造方法に必要とされるＣ軸方向に優先配向したBN
皮膜の製造方法に用いられる装置の構造を説明する。
図中１は、上部に0.5mm〜2.0mm程度の直径の一個または
複数個のノズル２を有する密閉系のるつぼである。この
ノズル２は、その軸方向の厚みをできるだけ薄くし、少
なくともノズル径よりは厚みを薄くするいわゆるアスペ
クト比を１以下にしておくことが望ましい。また、この
るつぼ１内には、粉末状フレーク状あるいはこれらを適
宜加工してペレット状とした酸化ほう素（B2O3）３が充
填されている。
４は、上記るつぼ１の周囲に設けられた加熱装置であ
り、この実施例ではるつぼ１の周囲に電子放出用のコイ
ル状フィラメントを配置し、これを加熱するとともに図
示しない電源によりるつぼ１に正電位を付与してフィラ
メントからの電子も加速し、るつぼ１の表面に射突させ
てるつぼ１の温度を上昇させる電子衝撃形の加熱装置を
用いている。
そのほか、るつぼ１を加熱する方法として、るつぼ１が
導電材料で形成されている場合は、このるつぼ１の上下
部に特定の端子を設け、るつぼ１自体に低電圧大電流を
印加することによってるつぼ１全体を加熱する抵抗加熱
法、あるいは、るつぼ１の周囲にヒータを配置してるつ
ぼ１の加熱を行う輻射加熱法や、これらの組合せによる
加熱方法を必要に応じて適宜選択して使用できる。
次に、５は熱遮へい板で、６はイオン化室であり、後述
する酸化ほう素（B2O3）の蒸気の通路を囲むように円
筒、角筒、あるいは平行板状に形成された網状のイオン
化用の陽極７と、この陽極７の周囲に配置された電子放
出用のフィラメント８及び遮へい板９とにより構成され
ている。
10は、皮膜を被着させる基体11を保持する保持ホルダ、
12は不要時に上記基体11に対するほう素（Ｂ）あるいは
酸素（Ｏ）の射突を阻止するシャッタである。ここで、
上記基体11は、半導体形成で行われる成膜、イオン注入
等の物理的処理あるいは酸化、エッチング等の化学的処
理を受けて、表面に半導体素子が形成され、そのために
表面は凹凸が形成されているとともに、パッシベーショ
ン用の酸化膜等で被覆されていて、表面がアモルファス
状となっている基体、少くとも表面がアモルファス状で
る各種金属基板あるいはガラスなどのアモルファス状絶
縁基板などを選択できる。
さらに13は、一個ないし複数個のノズル14が設けられた
ガス供給用パイプである。この場合、このノズル14はる
つぼ１のノズル２の近傍に配設されているが、上記基板
11の近傍にノズル14を設けるようにしてもよい。
また15は、加速電極であり、必要に応じて前記イオン化
室６と基板11との間に設けられ、図示しない電源により
るつぼ１に対して負の電位が印加され、後述するイオン
化されたB2O3蒸気を加速するためのものである。
さらに図示はしてはいないが、必要に応じて前記基体11
の近傍に、基体加熱用の加熱装置を設けるようにしても
よい。
しかして、上述した各部が図示しない真空容器内に適宜
な支持部材により支持されて配設され、この真空容器が
図示しない真空排気装置に接続されて、10-8Torrあるい
はそれ以下の真空度の高真空雰囲気に保持できる構成に
なる。また、上記ガス供給用パイプ13から、たとえば窒
素ガスと水素ガスの混合比が90対10の混合ガスいわゆる
フォーミングやその他の反応性ガスＧを真空容器内に導
入できるようになっている。
次に、上述した装置を用いた、Ｃ軸方向に優先配向した
BN皮膜の製造方法について述べる。
まず、るつぼ１内に適宜形状の酸化ほう素（B2O3）３を
充填すると共に、上述のように少なくとも10-8Torrある
いはそれ以下の真空度にひかれている真空容器内に、ガ
ス供給用パイプ13を介したたとえば窒素ガスと水素ガス
の混合比が90対10の混合ガスＧを導入し、真空容器内の
圧力を10-2Torr以下、好ましくは3.5×10-4Torr程度に
保つ。
次に、加熱装置４を作動させてるつぼ１内の酸化ほう素
（B2O3）３を蒸発させるべく、その蒸発温度以上である
1350℃から1450℃の温度範囲において加熱して蒸気3aに
し、るつぼ１のノズル２からこの蒸気3aをるつぼ１の内
外の圧力差によりるつぼ１外（窒素雰囲気中）へ噴出さ
せる。一般にBNは、結晶形として六方晶系又は立方晶系
を取り得る。しかしながら立方晶系は、高温高圧下（15
00℃以上、45000気圧）で合成されるものである。した
がって、本発明のように真空中で形成される場合は六方
晶系として成長する。
噴出された蒸気3aは、噴出速度に相当する運動エネルギ
ーを得て基体11方向へ向かう蒸気流3bとなり、噴出時に
おける断熱膨張に基づく過冷却現象を利用して蒸気状の
ほう素（Ｂ）がファンデルワールス力で緩く結合した巨
大な塊状原子集団、いわゆるクラスタを形成する。この
クラスタを形成することにより、次に述べるイオン化室
６でのイオン化効率の向上が図れたり、あるいは基体11
上によりＣ軸方向に優先配向した良質のBN皮膜16が形成
できるようになる。
そして、上記運動エネルギーを得たほう素の蒸気流ない
しクラスタ3bは、イオン化室６に入り、ここで少なくと
もその一部がイオン化される。すなわち、加熱されたフ
ィラメント８から放出された電子が、このフィラメント
８と網状の陽極７との間に印加された100〜1000V程度の
電圧により加速され、網状の陽極７を通り抜けて前記ほ
う素の蒸気流ないしクラスタ3bに射突し、ほう素の蒸気
流ないしクラスタ3bを構成している原子の最外殻電子を
はじき飛ばして、少なくともその一部がプラスイオンさ
れる。この場合、このほう素のクラスタは、前記イオン
化室６でクラスタを構成する原子集団のうちの１個の原
子が前記電子衝撃によりイオン化合され、いわゆるクラ
スタイオンが形成される。なお、ノズル14から噴出した
混合ガスＧもその一部はイオン化室６に入り電子衝撃を
受けてイオン化される。
このようにして、イオン化されたクラスタは、中性クラ
スタおよびその通路にある混合ガスＧとともにさらに基
体11方向に進み、シャッタ12が開かれていると基体11の
表面に射突され、形成されたクラスタが表面マイグレー
ション効果により個々の原子に分かれて基体11の表面に
拡散して基体11表面上に皮膜が形成される。そして、蒸
着後上記形成された皮膜を350℃程度の温度で１時間真
空中で熱処理（アニール）を行ない、混合ガスＧ中の水
素と酸化ほう素中の酸素との反応で生成される水分が、
上記皮膜に含まれるのをなくすと、Ｃ軸方向に優先配向
したBN皮膜16が得られる。
ここで、基体11に射突されるほう素の蒸気流ないしクラ
スタ3bは、前述したようにイオン化室６を通過すること
によって少なくともその一部がプラスイオン化されてい
るので、このイオンのもつ電界が皮膜形成等の初期段階
において有効に作用する。
すなわち、このイオンのもつ電界によって結晶成長のた
めの核形成が促進され、さらにこの形成された核を中心
にして原子が集まり島状領域を形成する、いわゆるコア
レッセンスに有効に作用する。
また、このイオン化は、ＢとＮの反応をも促進し化学量
論的組成にあった結晶性の良い皮膜が形成できるように
するという効果をも有する。
さらにまた、ほう素の蒸気流ないしクラスタ3bは、噴出
時に得た運動エネルギーをもって基体11に射突するよう
になるので、この入射エネルギーにより基体11に対し
て、付着力の強い皮膜が形成できるとともに、BN皮膜16
のパッキング密度の増加や、結晶性の改善に大きく寄与
し、良質のBN皮膜16が形成できることになる。すなわ
ち、基体11全体がアモルファス物質であったり、あるい
は半導体形成で行われる成膜、イオン注入等の物理的処
理あるいは酸化、エッチング等の化学的処理を受けて、
表面に半導体素子が形成され、そのため表面は凹凸が形
成されているとともに、パッシベーション用の酸化膜等
で被覆されていて、表面がアモルファス状であっても、
六方晶系の特定軸方向であるＣ軸方向に配向する皮膜16
が得られる。
さらに、前記陽極７に印加する加速電圧を調整し、フィ
ラメント８から引き出すイオン化電流を変えることによ
って蒸気流3bのイオン化率を制御でき、これによって基
体11に被着されるBN皮膜16の結晶性や諸特性を制御でき
る。
ところで、上述した実施例ではるつぼ１内外の圧力差を
利用して蒸気3aをるつぼ１外に噴出させ、運動エネルギ
ーを得るようにしているが、イオン化室６を通過してす
少なくともその一部がイオン化された前記ほう素の蒸気
流ないしクラスタ3bを電界によっても加速し、さらに運
動エネルギーを増大させて結晶性の制御や改善を行なう
ようにしてもよい。
すなわち、加速電極15に、るつぼ１に対して負の電圧、
例えば０〜10KV程度の適度な加速電圧を印加すれば、イ
オン化室６を通過してイオン化された前記ほう素の蒸気
流ないしクラスタ3b中の粒子が加速されて運動エネルギ
ーを得、このエネルギーが皮膜形成時に結晶性の改善や
その制御い有効に作用し、さらに良質のBN皮膜16が形成
できるようになる。
また、この電界によってイオン化された粒子に付与され
たエネルギーは、付着強度を改善する上からも有効に作
用する。
またこの場合、前記保持ホルダ10が導電材料で形成され
ている場合は、加速電極15を別個に設けずに、この保持
ホルダ10とるつぼ１との間に加速用の電界を印加するよ
うにしてもよい。
なお、本方法の発明に係る製造方法の実施例は、上述し
た実施例には限定されず、るつぼに充填される蒸発物質
として硫化ほう素でも可能であり、また真空容器内に導
入するガス（反応性ガス）としては、窒素ガスあるいは
アンモニアガスでもよい。この場合は、基体11表面に形
成された皮膜を真空中で熱処理（アニール）を行い、混
合ガスＧ中の水素と硫化ほう素中に硫黄との反応で生成
される硫化水素系のガスが上記皮膜中に含まれるのをな
くすると、Ｃ軸方向に優先配向したBN皮膜が得られる。
次に、前述したようにして得られたBN皮膜は、三次元半
導体装置の層間の絶縁材料として、有効に作用する。こ
の場合の半導体装置の実施例を第２図から第５図を参照
して説明する。
本装置の発明のに係る半導体装置の第１の実施例の構造
の概略を第２図で示す。まず単結晶SiやGap,GaAsなどの
半導体単結晶を、ガラスやセラミックス等の絶縁性の基
板101上に下部半導体層102として形成する。そして、こ
の下部半導体層102に周知の半導体素子形成技術を用い
て半導体素子を作り込んで基体110を形成し保持ホルダ1
0に取り付ける。
この半導体素子が形成された下部半導体層102の表面
は、凹凸が形成されているとともに、パッシベーション
用の酸化膜等で被覆されていて、表面がアモルファス状
となっている。
次に、前述した装置において、たとえば加速電極15の加
速電圧Va＝0.5KV,イオン化のための電子電流Ie＝100mA
の蒸着条件に設定し、上記下部半導体層102上にICB法に
より絶縁層そてのBN皮膜116を被着形成する。この形成
されたBN皮膜116は、例えば、下部半導体層102の表面に
半導体素子が作り込まれていて、凹凸が形成され、その
平坦性が失われていても、前述したようにBN皮膜116は
Ｃ軸方向に優先配向して成長する。したがって、このBN
皮膜116の配向性を利用して、その上にさらにイオンビ
ーム蒸着法等により単結晶の上部半導体層103をエピタ
キシャル成長させこの上部半導体層103に半導体素子を
作り込むことで多段積層の三次元薄膜半導体装置が作成
できることになる。
次に、第３図は本装置の発明に係る半導体装置の第２の
実施例の構造の概略を示しており、また、第３図に示す
ようにガラスやセラミクス等のアモルファス材料の基板
201上に、上述の蒸着条件でICB法により絶縁層としての
第１のBN皮膜216が被着形成されており、このBN皮膜216
の結晶軸C2は、Ｃ軸（002）に優先配向されている。そ
して、上記第１のBN皮膜216の上面に、ICB法によりこの
BN皮膜216の結晶に規正されてエピタキシャル成長させ
たSi単結晶の下部半導体層202が被着形成されていると
共に、この下部半導体層202の上面には下部半導体層202
の結晶に規正されて第２のBN皮膜226が形成されてお
り、さらに、この第２のBN皮膜226の上には第２のBN皮
膜226の結晶に規正されてICB法によりエピタキシャル成
長させた例えばGaAs単結晶の上部半導体層203が被着形
成されている。この第２の実施例では、アモルファス基
板201の材料として絶縁性、導電性を問わず任意のアモ
ルファス物質を選べる利点がある。
第４図にこの構造の概略を示す第３の実施例において、
Si単結晶半導体ウエハ502の表面502a側に集積回路等を
作り込み、この集積回路を作り込んだ半導体、すなわち
表面に凹凸ができているとともに、パッベーション用の
酸化膜等で被覆されていて、表面がアモルファス状とな
っている下部半導体層502の上面にBN皮膜516を前述の実
施例と同様に操作によって被着形成すると共に、このBN
皮膜516上にSi単結晶の上部半導体層503を被着形成し
て、この上部半導体層503にも集積回路等を作り込んだ
構造が可能となる。
一方、近時半導体集積回路の高集積化にともない、大電
力用の半導体素子、たとえばパワートランジスタ、オー
ディオ用リニアICなどやそれ以外の半導体装置の放熱に
ついえ考慮する必要が生じており、同時に半導体装置の
放熱特性が向上すれば集積度をさら上げることが可能で
ある。
そこで、基板上に成長させるBN皮膜を一層とせず、放熱
用の金属膜たとえばAl膜を蒸着してこの金属膜を通して
効率よく熱を外部に放出させたり、あるいはこの金属膜
により多層素子の電磁的な遮へいを行う作用をおたせそ
の上にもう一度BN皮膜を形成しそのBN皮膜の上にさらに
半導体層を形成すれば、高集積、高密度実装された半導
体装置の放熱特性を向上できることから、このような構
造を本装置の発明に係る半導体装置の第４の実施例とし
て第５図を参照して説明する。
第４の実施例では、半導体素子が作り込まれたた下部半
導体層602上に、絶縁層としての第１のBN皮膜616を被着
形成し、この第１のBN皮膜616上に金属材料あるいは磁
性材料からなる放熱板605を被着する。次にこの放熱板6
05上にさらに絶縁層としての第２のBN皮膜626を被着形
成し、この第２のBN皮膜626上に上部半導体層604を形成
した構成となっている。この上物質半導体層604は、下
地の第２のBN皮膜626の配向軸に規正され、結晶性の良
い皮膜となる。したがって、上部半導体層604には集積
回路等が形成できると共に、上部および下部半導体層60
4,602との電気的接続は、上記放熱板605に形成された小
穴606を通挿して設けられる結線607により行われてい
る。
この実施例において、結晶性のBN皮膜616,626は熱伝導
特性に優れているが、その熱伝導特性に異方性を有す
る。すなわち、後述するが結晶軸と平行方向の熱伝導率
は結晶軸方向と垂直する方向の熱伝導率に比べて３倍ほ
ど優れているので、上部および下部半導体層604,602か
ら放熱板605へ放熱効果を高めることができる。このこ
とから、大量の熱を発するパワートランジスタなどの半
導体装置や高密度実装された半導体装置に絶縁層として
結晶性のBN皮膜を適用すれば効率の良い放熱が行えるこ
とになる。なお、放熱板605として金属材料を用いれば
静電シールド効果が期待でき、また磁性材料を用いれば
磁気シールド効果が期待できることになる。
ところで、上述した本装置の発明に係る半導体装置の各
実施例においては、BN皮膜の形成を上述した本発明者ら
が提案しているICB法により行なうのが最も優れてお
り、良質のBN皮膜あるいは半導体層を形成できる。すな
わち、このICB法は、形成されたクラスタが基板に射突
した際に個々の原子に分かれて基板表面を拡散する表面
マイグレーション効果、クラスタや個々の原子の含まれ
るイオンが皮膜形成の初期段階において成長核の形成や
核の凝集に有効に作用する効果、あるいはほう素の蒸気
流ないしクラスタのもつ運動エネルギーによる表面洗浄
効果や、イオン注入効果などにより、結晶学的に良質
で、また少なくとも表面がアモルファス状である基体に
対する付着力が強く、表面平坦性の良い皮膜の形成が可
能となるものである。またこのICB法では、皮膜形成条
件、例えばるつぼ内外の圧力差、イオン化室でのプラス
イオン化の程度、あるいは加速電界の有無やその程度な
ど、皮膜形成時の自由度が高く、結晶構造の制御が容易
であって、必要とする特性に応じて結晶性の良いBN皮膜
の作製が可能になる利点がある。
また、上述した各実施例において、Ｃ軸方向に優先配向
したBN皮膜形成時の基本温度は、室温温度から500〜600
℃程度に設定すればよい。したがって、既に作り込まれ
ている半導体素子の不純物濃度をくずすおそれはなく、
この点からも三次元素子を作る上で有利である。
次に、本発明者らが製造したBN皮膜について実験結果の
一例を第６図から第８図に示す。
第６図は、蒸着条件として加速電極の加速電圧Va＝0.5K
V,イオン化のための電子電流Ie＝100mAに設定して、ICB
法により上記実施例に示すように基材としてのSi単結晶
半導体上にBN皮膜を形成した場合のBN皮膜のＸ線回折図
を示しており、横軸にＸ線反射角２θがとられている。
この図では、Ｘ線反射角２θが12.0°の値の位置に、ウ
ルツァイト鉱形（六方晶系）の結晶構造を有するBN皮膜
のＣ軸方向（002）から強い反射ピークが現れている。
このことから形成されたBN皮膜は、アモルファスでなく
Ｃ軸方向（002）の特性結晶軸方位に優先的に配向され
ていることが明らかである。
また図示しないが、ガラス（アモルファス）より成る基
体上に形成したBN皮膜のＸ線回折における実験結果で
は、同一蒸着条件において上記Si単結晶半導体層上に形
成したBN皮膜のそれと比べて、BN（002）の反射ピーク
はやや小さかったが、アモルファスであるガラス上でも
Ｃ軸方向（002）に優先配向してBN皮膜が形成されるこ
とが明らかとなった。
さらに、Si単結晶半導体層とBN皮膜の格子定数のミスフ
ィット（格子不整）は5.9％と小さく、Ｃ軸方向に優先
配向したBN皮膜上にSiを成長させた場合、この結晶軸を
結晶成長の核としてSi皮膜がほぼ完全にかつ容易にエピ
タシャル成長して、半導体素子を作り込むに足る単結晶
皮膜となっていることが判る。
一方、第６図と同じ蒸着条件で、アモルファス物質であ
るガラス基板上の形成したBN皮膜の赤外反射分光特性の
測定結果は、酸素原子と水素原子、あるいは窒素原子と
水素原子の結合の伸縮振動によるピークや、酸素原子と
ほう素原子の結合の伸縮振動によるピークも出てはいる
が、波数1380cm-1付近に、窒素原子とほう素原子の結合
の伸縮振動によるピークがみられる。しかも、このピー
クは比較的半値幅の狭いピークとなっている。これによ
り、多少水素や酸素、あるいはこれらの結合したものが
含まれているとはいえ、結晶学的に良好なBN皮膜が形成
されていることがわかる。
次に第７図は、第６図と同じ蒸着条件で基体上に形成さ
れたBN皮膜の室温（Ｔ＝300K）付近での導電率の測定結
果図であり、横軸には100/Tが、または縦軸には導電率
（CONDUCTIVITY）がとられている。
この図において、BN皮膜の導電率は約10-9Ω−１・cm-1
から10-11Ω−１・cm-1と極めて小さい値の範囲にあ
り、このことから形成されたBN皮膜は電気的に絶縁性を
示すことが明らかである。したがって、BN皮膜をたとえ
ば集積化ずみの半導体集積回路層間に挟み込んで形成す
るような第２図から第５図に示した実施例において、た
とえBN皮膜が薄くとも各層を電気的に確実に絶縁分離す
ることができることになる。
次に、第６図、第７図と同じ蒸着条件で、ガラス（アモ
ルファス）上に形成されたＣ軸優先配向のBN皮膜の熱伝
導率を熱パルス法で測定した結果について述べる。この
場合、BN皮膜は、その厚みがミクロンオーダの薄膜状で
与えられているので、それ自体の熱伝導率を測定するこ
とはむずかしいが、ガラス基板上のBN皮膜については、
その面方向（成長軸と垂直方向）でステンレス鋼並の0.
116W/cm・degという効果が得られた。一方結晶性の皮膜
では、成長軸方向の熱伝導率は、垂直方向のそれに比べ
て約３倍程度はよくなることが知られている。
したがって、第５図に示した実施例の様な場合と同様
に、第８図に示すように半導体層600に対して、半導体
層600の放熱方向に沿ってBN皮膜700が特定軸（Ｃ軸）配
向するように被着形成し、このBN皮膜700に放熱板800を
形成すれば、半導体600の発熱を放熱板800側に極めて良
好に伝導して放熱できるので、パワートランジスタなど
の大電力用半導体装置の放熱効果を高めることができる
と共に装置の集積化および高密度実装を可能にする。
なお、本装置の発明に係る半導体装置の実施例は、発明
の要旨を変更しない範囲の変更例を含むことは勿論であ
る。
「発明の効果」 本装置に係る発明は、アモルファス基体として安価なガ
ラスを使用できるという効果を生じる。
また、本装置に係る発明では、その層間絶縁層としての
BN皮膜は、Ｃ軸方向（200）に優先配向しており、この
Ｃ軸方向では、従来のアモルファスBN皮膜に比べて少な
くとも３倍程度の熱伝導率が得られることから、金属材
料などで成るヒートシンクとしての放熱板と半導体層と
の間に介在させると、高い電気的絶縁性を維持した状態
で、ヒートシンクとしての放熱性にすぐれた放熱性をも
たせることができ、したがって、大量の熱を発生する大
電力用半導体装置に使用すれば、高密度実装の大電力用
半導体装置が得られという効果を生じる。
本方法に係る発明は、500〜600℃程度の比較的低い基本
の温度でＣ軸方向に優先したBN皮膜形成ができることか
ら、既に作り込まれている半導体素子の不純物プロファ
イルをくずすおそれがなく、かつ、基本に対するBN皮膜
の付着力が強く、また表面平坦性が良いBN皮膜が得られ
るという効果も生じる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本方法の発明に係る半導体装置に必要される
Ｃ軸方向に優先配向したBN皮膜の製造方法のための装置
の構造を示す図、第２図から第５図は、本装置の発明に
係る半導体装置の第１の実施例から第４の実施例を説明
するための断面図、第６図は、Si単結晶半導体層上に形
成された窒化ほう素皮膜のＸ線回折図、第７図は、窒化
ほう素皮膜の室温付近での導電率の測定結果、第８図
は、さらに異なる本発明の半導体装置の他の実施例を示
す説明図である。 １…るつぼ、２…一個または複数個のノズル、３…ほう
化化合物としての酸化ほう素、3a…酸化ほう素の蒸気、
3b…ほう素の蒸気流（ないしクラスタ）、11…基本、16
…窒素ほう素皮膜、102…基本としての下層半導体層、3
02…下層半導体層、502,602,604…基体としてのSiデバ
イス、605…放熱板、116,316,516,616,626…絶縁層とし
てのＣ軸方向に優先配向した窒化ほう素皮膜、103,303,
503…上層半導体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/00 ３０１ Ｄ Ｈ // Ｃ３０Ｂ 29/38 Ａ 8216−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 23/36 23/373

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも表面がアモルファス状である基
    体とこれに積層される半導体層との間に、層間絶縁層が
    介在した構造の半導体装置において、前記層間絶縁層
    は、前記基体表面上にＣ軸優先配向した窒化ほう素皮膜
    からなる、半導体装置。
  2. 【請求項２】前記基体はアモルファス物質とされた特許
    請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】一個又は複数個のノズルを有する密閉形の
    るつぼ内に充填した酸化ほう素又は硫化ほう素をその蒸
    気温度以上に加熱して蒸気化し、ほう素の蒸気を10-2To
    rr以下の圧力を有する窒素又はアンモニアと水素との混
    合ガス雰囲気中に前記ノズルから噴出させてクラスタを
    形成させ、少なくともほう素のクラスタ及び窒素又はア
    ンモニアと水素との混合ガスのそれぞれの一部に電子を
    射突させてイオン化し、この少なくとも一部がイオン化
    されたほう素のクラスタを窒素とともに、少なくとも表
    面がアモルファス状である基体表面に射突させて皮膜を
    形成し、然る後、該皮膜を真空中で熱処理して該基体表
    面にＣ軸優先配向した窒化ほう素皮膜を形成する工程
    と、前記窒化ほう素皮膜上に半導体層をエピタキシャル
    成長させる工程とを備えてなる、半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項４】前記基体がアモルファス物質である特許請
    求の範囲第３項記載の半導体装置の製造方法。
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