JPS5855119B2 - Vapor phase growth method and equipment for magnesia spinel - Google Patents

Vapor phase growth method and equipment for magnesia spinel

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JPS5855119B2
JPS5855119B2 JP52067252A JP6725277A JPS5855119B2 JP S5855119 B2 JPS5855119 B2 JP S5855119B2 JP 52067252 A JP52067252 A JP 52067252A JP 6725277 A JP6725277 A JP 6725277A JP S5855119 B2 JPS5855119 B2 JP S5855119B2
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hollow body
magnesia spinel
hct
reaction
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賢 井原
正幸 地福
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Description

【発明の詳細な説明】 不発明は化学式がn Mg’OHAz2o s−但しn
はMgOのモル数を指す−で表わされるマグネシアスピ
ネルの製造法に関するものであり、さらに詳しく述べる
ならば、一般にSO8(S i on 5aphire
)と総称されている半導体装置のサファイアに代えて
マグネシアスピネルを気相成長させる方法に関するもの
である。
[Detailed description of the invention] The chemical formula is n Mg'OHAz2o s-However, n
refers to the manufacturing method of magnesia spinel, which is represented by - which refers to the number of moles of MgO.
The present invention relates to a method of vapor-phase growth of magnesia spinel instead of sapphire in semiconductor devices, which is generally referred to as .

本発明はさらにこの気相成長を行う装置に関するもので
ある。
The present invention further relates to an apparatus for performing this vapor phase growth.

SO8は種々の魅力ある特色を有し、高速論理素子等の
エースとして注目を集めているが、その反面様々の問題
点を有しているので、現在の半導体工業の主流にはなっ
ていない。
SO8 has various attractive features and is attracting attention as the ace of high-speed logic elements, but on the other hand, it has various problems and has not become mainstream in the current semiconductor industry.

その問題点とは次の如きものである。The problems are as follows.

(1)ホモシリコンエピタキシャル成長に比ベコストが
高い。
(1) Higher cost than homosilicon epitaxial growth.

この理由としては、(イ)サファイア基板そのものが高
価であること、(0)研磨技術、化学表面処理技術等の
表面処理がサファイアに対しては困難であることがある
The reasons for this are (a) that the sapphire substrate itself is expensive, and (0) that surface treatments such as polishing techniques and chemical surface treatment techniques are difficult for sapphire.

(2)ホモシリコンエピタキシャル成長に比ベシリコン
活性層の結晶性が悪い。
(2) The crystallinity of the silicon active layer is poor compared to homosilicon epitaxial growth.

この原因としては、(イ)サファイア基板の結晶性が悪
いために不安定なAt原子がP型不純物としてシリコン
エピタキシャル活性層の中に混入することが考えられる
The reason for this is considered to be (a) unstable At atoms mixed into the silicon epitaxial active layer as P-type impurities due to the poor crystallinity of the sapphire substrate.

次に、<o)2oo〜300μの厚さのサファイア基板
の上に成長する数μのシリコン層との間の格子不整合に
よって、シリコン層が歪を受けて結晶性が悪くなること
が考えられる。
Next, <o) Due to the lattice mismatch between the silicon layer, which is several microns thick, grown on the sapphire substrate with a thickness of 2oo to 300 microns, the silicon layer is likely to be strained, resulting in poor crystallinity. .

さらに、ン→サファイアと基板のシリコンとの熱膨張の
差に起因する歪も考えられる。
Furthermore, strain caused by the difference in thermal expansion between sapphire and silicon of the substrate is also considered.

このようなSO8の欠点を解消するために、200〜3
00μmのシリコン基板上に2〜5μmのサファイア単
結晶膜が形成され、このサファイア単結晶上にシリコン
エピタキシャル活性層が形成されている新規構造の半導
体装置(以下改良SO8と称する)を本発明者等が既に
提案した。
In order to eliminate these drawbacks of SO8, 200 to 3
The present inventors have developed a semiconductor device with a new structure (hereinafter referred to as improved SO8) in which a sapphire single crystal film of 2 to 5 μm is formed on a 00 μm silicon substrate, and a silicon epitaxial active layer is formed on this sapphire single crystal. has already proposed.

このような厚いシリコン基板の上に薄いサファイア層を
形成すると、後者の結晶構造は前者によって規制され後
者に近いものになる。
When a thin sapphire layer is formed on such a thick silicon substrate, the crystal structure of the latter is regulated by the former and becomes similar to the latter.

したがって、サファイア層の上のシリコンエピタキシャ
ル層はシリコン基板の上に夜長させた場合に近い状態で
、戒長し結晶性が良好になる。
Therefore, the silicon epitaxial layer on the sapphire layer is cured and has good crystallinity in a state similar to when it is grown on a silicon substrate.

しかし、本発明者の研究の結果、改良SO8には次の如
き問題が未解決で残っていることが分かった。
However, as a result of research conducted by the present inventors, it has been found that the following problems remain unsolved with the improved SO8.

第一に、シリコンの結晶構造(立方晶)とサファイアの
結晶構造(三方晶)の相違による格子不整合がシリコン
エピタキシャル層の結晶性を悪くすることが避けられな
い。
First, lattice mismatch due to the difference between the crystal structure of silicon (cubic crystal) and the crystal structure of sapphire (trigonal crystal) inevitably deteriorates the crystallinity of the silicon epitaxial layer.

次に、シリコン結晶の熱膨張係数(3,59x 10
’(1771/’C)とサファイア結晶の熱膨張係数(
8,40X10″″6crrL/C)の差異に起因して
、改良SO8の製造工程でシリコン活性層の結晶性が悪
くなる。
Next, the coefficient of thermal expansion of silicon crystal (3,59x 10
'(1771/'C) and the coefficient of thermal expansion of the sapphire crystal (
Due to the difference of 8,40×10″″6crrL/C), the crystallinity of the silicon active layer deteriorates in the manufacturing process of the improved SO8.

第三に、シリコン結晶の硬度7とサファイア結晶の硬度
9の差異によりクラックが発生しやすくなる。
Thirdly, cracks are likely to occur due to the difference in hardness 7 of silicon crystal and hardness 9 of sapphire crystal.

以上のような難点によって、このシリコンエピタキシャ
ル層ではキャリヤーの移動度が低く、バルクシリコンに
比べて60ないし70%にしか達しない。
Due to the above-mentioned drawbacks, carrier mobility in this silicon epitaxial layer is low, reaching only 60 to 70% compared to bulk silicon.

よって、改良SO8の素子特性は十分満足すべきもので
はなく、さらに改良を要する問題が残っていることが分
かった。
Therefore, it was found that the device characteristics of the improved SO8 were not fully satisfactory, and there remained problems that required further improvement.

一般のSO8装置においてサファイアの代りに、シリコ
ンの結晶構造と同一の結晶構造をもつ絶縁材料であるマ
グネシアスピネル結晶(nMgO・At203)を使用
することが公知である。
It is known to use magnesia spinel crystal (nMgO.At203), which is an insulating material having the same crystal structure as silicon, in place of sapphire in a general SO8 device.

このマグネシアスピネル結晶(格子定数a=8.080
人)とシリコン結晶(格子定数a=5,430人)との
間には格子定数の不一致がある。
This magnesia spinel crystal (lattice constant a=8.080
There is a mismatch in lattice constant between the silicon crystal (lattice constant a=5,430).

しかし、それぞれの(100面)において、スピネル結
晶の2倍の格子間隔とシリコン結晶の3倍の格子開扉と
はほぼ等しいために、両者の結晶旬には格子不整合はな
く、良好なシリコンエピタキシャル結晶が得られると言
われている。
However, in each (100 planes), the lattice spacing twice that of a spinel crystal and the lattice opening three times that of a silicon crystal are almost equal, so there is no lattice mismatch between the two crystals, and good silicon It is said that epitaxial crystals can be obtained.

また、誘電率はサファイア結晶の10に対してマグネシ
アスピネルは8であるために、薄膜層の場合、マグネシ
アスピネルを用いた方が寄生容量を小さくすることがで
きる。
Further, since the dielectric constant of magnesia spinel is 8 compared to 10 of sapphire crystal, in the case of a thin film layer, parasitic capacitance can be reduced by using magnesia spinel.

以上のようなマグネシアスピネルを使用することは一般
のSO8においても、改良SO8においても望ましいこ
とではあるが、問題はその製、去である。
Although it is desirable to use magnesia spinel as described above in both general SO8 and improved SO8, the problem lies in its production and removal.

従来マグネシアスピネルは所定組成のメルトから単結晶
を引上げることにより調製されていた。
Conventionally, magnesia spinel has been prepared by pulling a single crystal from a melt of a predetermined composition.

しかし、At203の融点は2000℃を越えるため上
記メルトの悪寒が高くなり、Mgの蒸発を招く。
However, since the melting point of At203 exceeds 2000° C., the temperature of the melt increases, leading to evaporation of Mg.

この結果、メルトの組成を制御することは甚々困難であ
る。
As a result, it is extremely difficult to control the composition of the melt.

したがって、本発明はマグネシアスピネルを液相てはな
く気相によって族長させることにより上記問題を解決す
ることを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to solve the above problem by making magnesia spinel predominant in a gas phase rather than in a liquid phase.

本発明に係る方法(ま、化学式がn Mg 0−A40
3、但しnはMgOのモル数、て表わされるマグネシア
スピネルを気相成長させるために、第1流路を流れるH
Ctガスと液体又は固体のAtとを接触させて、第1反
応ガスを得る段階、第1流路を流れるHCtガスと混合
されないように第2流路を流れるHCtガスと固体のM
gとを接触させて、第2反応ガスを得る段階、第1反応
ガス、第2反応ガスとCO2ガスとを混合させ、第3反
応ガスを得る段階、及びこの第3反応ガスと単結晶基板
とを接触させる段階を含んでなるものである。
The method according to the present invention (the chemical formula is n Mg 0-A40
3, where n is the number of moles of MgO. In order to grow magnesia spinel in a vapor phase, H flowing through the first channel
A step of contacting Ct gas with liquid or solid At to obtain a first reaction gas; HCt gas and solid M flowing through the second flow path so as not to be mixed with the HCt gas flowing through the first flow path;
g to obtain a second reaction gas; mixing the first reaction gas, the second reaction gas, and CO2 gas to obtain a third reaction gas; and the third reaction gas and the single crystal substrate. The method comprises the step of contacting the.

この方法は改良SO8のサファイアをマグネシアスピネ
ルに代えるために使用するうえで利点が多い。
This method has many advantages when used to replace modified SO8 sapphire with magnesia spinel.

しかしこの方法は、従来の一般のSO8のサファイアを
マグネシアスピネルに代えるためにも使用可能である。
However, this method can also be used to replace conventional SO8 sapphire with magnesia spinel.

第1反応ガスを得る段階においては、液体又は固体のア
ルミニウム及び塩化水素ガスを出発材料として用いるこ
とにある。
The step of obtaining the first reaction gas consists in using liquid or solid aluminum and hydrogen chloride gases as starting materials.

アルミニウムとしては純アルミニウム(純度99.99
9%以上)が使用される。
As aluminum, pure aluminum (purity 99.99
9% or more) is used.

アルミニウムは固体又は液体状であってその温度は塩化
水素との反応に好都合な温度であって、一般に500〜
700℃、好ましくは500〜600℃の範囲内である
Aluminum is in a solid or liquid state and its temperature is convenient for reaction with hydrogen chloride, generally 500 -
The temperature is 700°C, preferably within the range of 500 to 600°C.

塩化水素ガスは一般に常温に保たれ、加熱されたアルミ
ニウムと接触する。
Hydrogen chloride gas is generally kept at room temperature and comes into contact with heated aluminum.

この接触により次式:%式%(1) なる反応が起こると考えられる。Due to this contact, the following formula: % formula % (1) It is thought that the following reaction will occur.

金属ktを出発材料の一つとして用いることによって、
「AtCt3を用いた場合に生じる出発材料の潮解性」
に起因する問題が防止される。
By using metal kt as one of the starting materials,
"Deliquescence of starting material that occurs when AtCt3 is used"
problems caused by this will be prevented.

さらに、HCt中に若干存在する水分がAtと反応して
At203を生成させる。
Furthermore, some water present in HCt reacts with At to generate At203.

したがって、HCtの導入によってSi基板が酸化され
At203単結晶の成長が妨げられることがない。
Therefore, the introduction of HCt does not oxidize the Si substrate and prevent the growth of the At203 single crystal.

以上の段階において発生した第1反応ガス−AtCt3
及びN2?R,合ガスと考えられる−をSi基板の領域
まで搬送する。
The first reaction gas generated in the above steps - AtCt3
and N2? R and -, which is considered to be a combined gas, are transported to the region of the Si substrate.

第2反応ガスを得る段階において、液体又は固体のMg
(l!:HCtガスを接触させる。
In the step of obtaining the second reaction gas, liquid or solid Mg
(l!: Contact with HCt gas.

このHCtガスはAtと接触するHCtガスとは別の流
路を流れることが必要である。
This HCt gas needs to flow through a different flow path from the HCt gas that contacts At.

すなわち、マグネシウムとアルミニウムとは互いに異な
る流路に置かれており、それぞれの接触反応は相互に影
響されずに実施される。
That is, magnesium and aluminum are placed in different channels, and their contact reactions are carried out without being influenced by each other.

)ICtガスとの反応条件はMg及びAtについて互い
に異なって制御して、良好なマグネシアスピネル結晶を
成長させることが、本発明ノ一つの特色である。
) One feature of the present invention is that the reaction conditions with ICt gas are controlled differently for Mg and At to grow good magnesia spinel crystals.

マグネシウムとしては純度が99.999%以上の純マ
グネシウムが使用される。
As the magnesium, pure magnesium with a purity of 99.999% or more is used.

マグネシウムの加熱温度は500〜640℃が好ましい
The heating temperature for magnesium is preferably 500 to 640°C.

融点を越えてマグネシウムを加熱スルとその蒸気の発生
が激しくなるから不都合である。
This is inconvenient since magnesium is heated above its melting point and its vapor is intensely generated.

塩化水素ガスは一般に常温に保たれ次式:%式%(2) によりMgと反応すると考えられる。Hydrogen chloride gas is generally kept at room temperature and has the following formula: % formula % (2) It is thought that it reacts with Mg.

したがって、第2反応ガスはMgCl2とN2とからな
ると考えられる。
Therefore, it is considered that the second reaction gas consists of MgCl2 and N2.

第1反応ガス及び第2反応ガスを基板の方向に搬送する
ためにN2ガス又はAr、N2、あるいはこれらの混合
ガスを使用することができる。
N2 gas or Ar, N2, or a mixture thereof can be used to transport the first and second reactant gases toward the substrate.

次の混合段階において、第1及び第2反応ガスならびに
CO2ガスを混合させ、この混合ガスを基板と接触させ
る。
In the next mixing step, the first and second reactant gases and CO2 gas are mixed and the mixed gas is brought into contact with the substrate.

基板はSO8装置の場合にはマグネシアスピネルの単結
晶であり、改良SO8装置の場合はシリコン単結晶であ
る。
The substrate is a single crystal of magnesia spinel in the case of the SO8 device and a single crystal of silicon in the case of the improved SO8 device.

この接触において、シリコン基板は950℃ないし13
50℃、一般には1000℃ないし1270℃、の温度
に加熱されている。
In this contact, the silicon substrate is heated between 950°C and 13°C.
It is heated to a temperature of 50°C, generally 1000°C to 1270°C.

また、マグネシアスピネル基板は1000’C〜130
0℃に加熱されている。
In addition, the magnesia spinel substrate has a temperature of 1000'C to 130'C.
It is heated to 0°C.

両方の場合において加熱温度が下限より低下すると、マ
グネシアスピネルのエピタキシャル成長速度が低く、一
方上限を越えると混合ガスと基板の間に不所望の反応が
起こる。
In both cases, if the heating temperature falls below the lower limit, the epitaxial growth rate of the magnesia spinel will be low, while if it exceeds the upper limit, undesirable reactions will occur between the gas mixture and the substrate.

CO2による第1及び第2反応ガスの酸化反応は次式: %式% (3) であると考えられる。The oxidation reaction of the first and second reaction gases by CO2 is expressed by the following equation: %formula% (3) It is thought that.

現混合段階において、三種ガス成分の混合は必ずしも同
時に起こる必要はない。
In the current mixing stage, the mixing of the three gas components does not necessarily have to occur simultaneously.

CO2と他の成分との混合が遅過ぎると第1反応ガス(
AtCt3+H2)と第2反応ガス(MgCt2+11
2)との反応が生じ、これらのガスの降温なと、場合に
よっては金属At又はへ1gの分解の危険がある。
If CO2 and other components are mixed too slowly, the first reaction gas (
AtCt3+H2) and the second reaction gas (MgCt2+11
2), and if the temperature of these gases is lowered, there is a risk of decomposition of 1 g into metal At or metal depending on the case.

生成した直後のn\1go−At203を基板の上に成
長させる観点からはCO2と他の成分との混合は遅い方
がよい。
From the viewpoint of growing the generated n\1go-At203 on the substrate, it is better to mix CO2 and other components slowly.

上記各種ガスの流量は、Atと接触する)−(Ctは1
X 10−3〜I X 10−1rnOZ /命*
M gと接触するHC,aはlx 10−3〜lx 1
0−’mo、4/xi。
The flow rate of the various gases mentioned above is 1 (in contact with At) - (Ct is 1
X 10-3~I X 10-1rnOZ/life*
HC, a in contact with M g is lx 10-3 to lx 1
0-'mo, 4/xi.

CO2は上記HCtガスの合計流量の2倍ないし3倍が
望ましい。
It is desirable that CO2 be two to three times the total flow rate of the HCt gas.

マグネシアスピネルは、1値が0.1ないし3.5であ
る時に最も安定である。
Magnesia spinel is most stable when the 1 value is between 0.1 and 3.5.

このようなn値のマグネシアスピネルを得るためには、
Atと接触するHClの流量は0.1〜I L/rri
yt 、 M gと接触するHClの流量は0.5〜
177M、そしてCO2の流量はHClの合計流量の2
倍ないし3倍であるのが好ましい。
In order to obtain magnesia spinel with such n value,
The flow rate of HCl in contact with At is 0.1 to I L/rri
The flow rate of HCl in contact with yt, Mg is 0.5~
177M, and the flow rate of CO2 is 2 of the total flow rate of HCl.
Preferably, it is twice to three times as large.

第1及び第2反応ガスを搬送するための搬送ガスの流量
は、反応管の直径が7Qgmの場合に、10t/順〜3
0t/関が望ましい。
When the diameter of the reaction tube is 7Qgm, the flow rate of the carrier gas for conveying the first and second reaction gases is 10t/sequential to 3
0t/seki is desirable.

本発明のマグネシアスピネルの気相成長装置は、(イ)
1個以上のHCtガス導入口を具えた反応管、(に)一
端が前記HCtガス導入口の何れかに連結され他端が反
応管イ内に開口する第1中空体、(ハ)第1中空体口の
内部に配置されたAtの保持器、に)一端が前記HCt
ガス導入口の何れかに連結され他端が反応管イ内に開口
する第2中空体、(ホ)第2中空体二の内部に配置され
たMgの保持器、(へ)、Uノ加熱手段、(ト)Mgの
加熱手段、(7)反応管イ内において、第1中空体口及
び第2中空体二のそれぞれの開口部に向かい合って配置
された基板支持台、(’J)第1中空体口及び第2中空
体二の開口部から基板支持台六までの何れかの部分で前
記反応管イ内に開口するCO2導入管を含んでなり、(
2)材料ガス生成領域を電気炉により、成長基板領域を
高周波により加熱することを特徴とする。
The magnesia spinel vapor phase growth apparatus of the present invention includes (a)
a reaction tube equipped with one or more HCt gas inlets; (c) a first hollow body having one end connected to any of the HCt gas inlets and the other end opening into the reaction tube; At retainer disposed inside the hollow body mouth, one end of which is attached to the HCt
A second hollow body connected to either of the gas inlet ports and having the other end opened into the reaction tube A, (e) an Mg retainer disposed inside the second hollow body A, (F), and U heating. (g) Mg heating means; (7) a substrate support stand disposed in the reaction tube (a) facing the respective openings of the first hollow body and the second hollow body (2); ('J) the second hollow body; a CO2 introduction pipe that opens into the reaction tube A at any part from the opening of the hollow body 1 and the opening of the second hollow body 2 to the substrate support 6;
2) The material gas generation region is heated by an electric furnace, and the growth substrate region is heated by high frequency.

Mgの保持器ホが前記HCtガスの流れ方向で見てAt
の保持器ハに対して前方又は後方に配置されていること
が好ましい。
The Mg retainer is At when viewed in the flow direction of the HCt gas.
It is preferable that the retainer C is disposed in front or behind the retainer C.

上記装置のHCを導入口は通常2個設けられており、そ
れぞれがAt8¥持用中空体及びMg保持用中空体に連
結される。
There are usually two HC inlet ports in the above-mentioned device, each of which is connected to the At8\ holding hollow body and the Mg holding hollow body.

また、場合によっては1個のHCを導入口が上記2個の
中空体に連結されることもある。
Further, in some cases, the inlet of one HC may be connected to the two hollow bodies.

上記2個の中空体は各種方法によるその構成法が可能で
ある。
The two hollow bodies mentioned above can be constructed in various ways.

例えば、2本の管を反応管内に並列に配置してもよく、
1本の管の内部をその長軸に旧って分割してもよく、大
小2本の管を同軸状に配置してもよい。
For example, two tubes may be placed in parallel within the reaction tube,
The interior of one tube may be divided along its long axis, or two large and small tubes may be arranged coaxially.

2個の中空体の構成方法は、その内部を流れるそれぞれ
のガスが上述の開口端を出たところで相互に混合するよ
うな構成法であれば、いかなるものであってもよい。
The two hollow bodies may be constructed in any manner as long as the respective gases flowing inside the hollow bodies mix with each other when exiting the above-mentioned open end.

At及びMgの各保持器はHCtガス流方向において偏
位配置されており、また相互に独立の加熱手段を具えて
いるのが好ましい。
Preferably, the At and Mg retainers are offset in the direction of the HCt gas flow and are provided with mutually independent heating means.

このために、kt及びMgは相互に違なる最適反応温度
に加熱される。
For this purpose, kt and Mg are heated to different optimal reaction temperatures.

以下、本発明の気相エピタキシャル成長装置の具体例を
図面に基づいて説明する。
Hereinafter, a specific example of the vapor phase epitaxial growth apparatus of the present invention will be described based on the drawings.

図面は横型の気相成長装置を示す断面図であって、石英
反応管1の中において小管2が固定されている。
The drawing is a sectional view showing a horizontal vapor phase growth apparatus, in which a small tube 2 is fixed in a quartz reaction tube 1.

小管2は隔壁2aによって二重されており、上部中空体
2b及び下部中空体2Cが隔壁2aによって形成されて
いる。
The small tube 2 is doubled by a partition wall 2a, and an upper hollow body 2b and a lower hollow body 2C are formed by the partition wall 2a.

それぞれの中空体2b 、2cは半円形断面を有する。Each hollow body 2b, 2c has a semicircular cross section.

小管2の一端は石英反応管1を貫通する塩化水素管4と
連通しており、他端は反応管1の中に開放している。
One end of the small tube 2 communicates with a hydrogen chloride tube 4 passing through the quartz reaction tube 1, and the other end is open into the reaction tube 1.

隔壁2aはHCtガス導入管4の中に伸びており、管4
の内部を二つの流路に分割している。
The partition 2a extends into the HCt gas introduction pipe 4, and the partition wall 2a extends into the HCt gas introduction pipe 4.
The interior is divided into two flow paths.

He 。A r l N2の1種以上のガスとH2ガス
からなる搬送ガスを管4の中にHClとともに流すこと
ができる。
He. A carrier gas consisting of one or more gases of A r l N2 and H2 gas can be flowed into the tube 4 together with HCl.

分割された2本の流路の流量及びガスの種類を相互に異
なったものにすることができる。
The flow rates and gas types of the two divided flow paths can be made different from each other.

図示された具体例では、小管2が配置された領域におい
て反応管1との間にほぼ二重同心管状の構造が形成され
ている。
In the illustrated embodiment, an approximately double concentric tubular structure is formed between the reaction tube 1 and the region in which the small tube 2 is arranged.

しかし、必ずしも二重同心管構造を採剛する必要はない
However, it is not necessarily necessary to adopt a double concentric tube structure.

それぞれの中空体2b 、2cの中には皿5b。Inside each hollow body 2b, 2c is a plate 5b.

5cが置かれている。5c is placed.

皿5bはHCtガスの流れ方向で見て皿5cより前方に
位置している。
The plate 5b is located in front of the plate 5c when viewed in the flow direction of the HCt gas.

皿5b及び5cにはそれぞれマグネシウム6b及びアル
ミニウム6cが受けられている。
Magnesium 6b and aluminum 6c are received in the plates 5b and 5c, respectively.

相互に独立のエネルギ供給源(図示せず)に接続された
公知の加熱手段7b 、7cがMg及びAtを取囲むよ
うに反応管1の周りに設けられている。
Known heating means 7b, 7c connected to mutually independent energy supplies (not shown) are provided around the reaction tube 1 to surround Mg and At.

反応管1の一端に搬送ガス人口8が設けられている。A carrier gas port 8 is provided at one end of the reaction tube 1 .

入口8から流れる搬送ガスは、最初は中空体5b 、5
cの周囲の環状空間部を流れ、続いてMg及びAtの反
応ガスと一緒になって基板10の方向に流れる。
The carrier gas flowing from the inlet 8 initially passes through the hollow bodies 5b and 5.
c, and then flows in the direction of the substrate 10 together with the Mg and At reaction gases.

反応管1の空間の一部に、石英からなる基台15上には
SiCコーティングカーボン、Mo又はNb等からなる
支持台9が固定されている。
In a part of the space of the reaction tube 1, a support 9 made of SiC coated carbon, Mo, Nb, etc. is fixed on a base 15 made of quartz.

支持台9上には3枚の円盤状基板10が支持されている
Three disc-shaped substrates 10 are supported on the support stand 9.

基板の領域には公知の高周波加熱手段12が設けられて
いる。
Known high-frequency heating means 12 are provided in the area of the substrate.

さらに、すり合せキャップ13が反応管の出口11側に
設けられている。
Furthermore, a fitting cap 13 is provided on the outlet 11 side of the reaction tube.

円盤状基板10はその平坦面によって台9に支持されて
いるが、その周縁で支持されていてもよい。
Although the disc-shaped substrate 10 is supported by the stand 9 by its flat surface, it may be supported by its periphery.

反応管1の壁面を貫通してCO2導入管14が基板10
と中空体の出口端の中間において、この間隔りに対しd
=%〜3ADだけ前者に近づいて開口している。
A CO2 introduction pipe 14 passes through the wall of the reaction tube 1 and connects to the substrate 10.
and midway between the outlet end of the hollow body and for this spacing d
=% ~ 3AD approaches the former and opens.

このような開口位置においてCO2を導入することが、
CO2によるMgCl2及びAtC23の酸化開始時期
を調節する観点から、好ましい。
Introducing CO2 at such an opening position
This is preferable from the viewpoint of controlling the timing of the start of oxidation of MgCl2 and AtC23 by CO2.

基板10の平坦面は(111)面、(110)面、(1
00)面の何れか、好ましくは(100)面がよい。
The flat surfaces of the substrate 10 are the (111) plane, the (110) plane, and the (1
00) plane, preferably (100) plane.

基板10がシリコンである場合は成長中に1000〜1
270℃に加熱されている。
When the substrate 10 is silicon, 1000 to 1
It is heated to 270°C.

以上の如き装置によって基板10上にマグネシアスピネ
ルの単結晶をエピタキシャル成長させることができる。
A single crystal of magnesia spinel can be epitaxially grown on the substrate 10 using the apparatus as described above.

以上の如き装置においてマグネシアスピネル単結晶を気
相成長させた後に同一装置でシリコン活性層のエピタキ
シャル成長を行うと、改良SO8の生産性を高めること
ができる。
If a magnesia spinel single crystal is vapor-phase grown in the above-mentioned apparatus and then a silicon active layer is epitaxially grown in the same apparatus, the productivity of improved SO8 can be increased.

さらに、新鮮なマグネシアスピネル単結晶の上にシリコ
ンが成長されるので、シリコンの結晶性のうえからもこ
の方法は有利である。
Furthermore, since silicon is grown on a fresh magnesia spinel single crystal, this method is advantageous in terms of the crystallinity of silicon.

この方法では、まずHCtガスの導入口4からの送入を
中止する。
In this method, first, the supply of HCt gas from the inlet 4 is stopped.

このために、I]2ガス、又はHe 、Ar 、N2の
1種以上の搬送ガスでHCtガスを置換する。
To this end, the HCt gas is replaced by I]2 gas or one or more carrier gases He, Ar, N2.

また、CO2導入口14からのC02導入を中止して、
H2ガス又はHe 、 Ar 、 N2の1種以上の搬
送ガスを14から送入する。
Also, stop introducing CO2 from the CO2 inlet 14,
H2 gas or one or more carrier gases such as He, Ar, and N2 are fed from 14.

H2ガスとHe + A r + N 2の1種以上と
の混合ガスを入口4及び14から導入してもよい。
A mixed gas of H2 gas and one or more of He+Ar+N2 may be introduced through the inlets 4 and 14.

そして、加熱手段7による加熱を中止してMgとA7の
蒸発を防止する。
Then, heating by the heating means 7 is stopped to prevent evaporation of Mg and A7.

一方加熱手段によってSi基板を1000ないし110
0℃に加熱する。
On the other hand, the Si substrate is heated to 1000 to 110% by heating means.
Heat to 0°C.

上記搬送ガスによるHCt、AtCt31MgCt2等
のパージを約5〜15分続けた後に、入口8から5IH
4又はS r C1<を導入することにより、マグネシ
アスピネルの上にSi単結晶をエピタキシャル成長させ
ることができる。
After continuing to purge HCt, AtCt31MgCt2, etc. with the carrier gas for about 5 to 15 minutes, 5IH from inlet 8
By introducing 4 or S r C1<, Si single crystal can be epitaxially grown on magnesia spinel.

以上の説明において、図面と関連して横型装置を説明し
たが、縦型装置においても全く同様の効果が達成される
In the above description, a horizontal device has been described in conjunction with the drawings, but exactly the same effects can be achieved in a vertical device.

さらに、本発明を改良型SO8の製法に関して説明した
が、本発明は改良型SO8に限定されるものではなく、
基板上にマグネシアスピネル単結晶膜をエピタキシャル
成長させあらゆる分野に適用されるものである。
Further, although the present invention has been described with respect to a method for manufacturing improved SO8, the present invention is not limited to improved SO8.
This method involves epitaxially growing a magnesia spinel single crystal film on a substrate and can be applied to various fields.

次に、本発明を実施例により更に詳しく説明する。Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

実施例 1 図面の如き装置によりマグネシアスピネル単結晶のエピ
タキシャル成長を行なった。
Example 1 A magnesia spinel single crystal was epitaxially grown using an apparatus as shown in the drawings.

成長条件を第1表に示す。Growth conditions are shown in Table 1.

上述の条件により10分間成長を続け、厚さが3ミクロ
ンの成長層を得た。
Growth was continued for 10 minutes under the above conditions to obtain a grown layer with a thickness of 3 microns.

この層はn値−0,2であり且つ成長面が(111)の
マグネシアスピネル単結晶であることが、X線回折及び
IMAに*ャよる組成分析により確認された。
It was confirmed by X-ray diffraction and compositional analysis by IMA that this layer was a magnesia spinel single crystal with an n value of -0.2 and a growth plane of (111).

続いて上記マグネシアスピネル単結晶の上に第2表の条
件でシリコンの成長を行なった。
Subsequently, silicon was grown on the magnesia spinel single crystal under the conditions shown in Table 2.

−L述の条件により2分間成長を続け、厚さが4ミクロ
ンの成長層を得た。
Growth was continued for 2 minutes under the conditions described above to obtain a grown layer with a thickness of 4 microns.

この層は(111)面を有する単結晶エピタキシャルシ
リコンであることがX線回折により確認された。
It was confirmed by X-ray diffraction that this layer was single-crystal epitaxial silicon having a (111) plane.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明に係る気相成長装置の一具体例を示す断面
図である。 1・・・・・・反応管、2・・・・・・管、2b、2c
・・・・・・中空部、4・・・・・・HC1導入管、5
・・・・・・皿、6・・・・・・アルミニウム、7・・
・・・・加熱手段、8・・・・・・搬送ガス入口、9・
・・・・・基板支持台、10・・・・・・基板、11・
・・・・・出口、12・・・・・・加熱手段、13・・
・・・・すり合わせキャップ、14・・・・・・C02
導入管。
The drawing is a sectional view showing a specific example of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. 1...Reaction tube, 2...Tube, 2b, 2c
...Hollow part, 4...HC1 introduction pipe, 5
...Plate, 6...Aluminum, 7...
... Heating means, 8 ... Carrier gas inlet, 9.
... Board support stand, 10 ... Board, 11.
...Outlet, 12...Heating means, 13...
...Grinning cap, 14...C02
Introductory tube.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 化学式がn Mg 0−At20.3、但しnはM
gOのモル数、で表わされるマグネシアスピネルを気相
族長させるために、第1流路を流れるIIctガスと肢
体又は固乍σ)Atとを接触させて、第1反応ガスを得
る段階、第1流路を流れるHCtガスと置台されないよ
うに第2流路を流れるHCtガスと固体のAgとを接触
させて、第2反応ガスを得る段階、前記第1反応ガス、
第2反応ガスとCO2ガスとを混合させ、第3反応ガス
を得る段階、及びこの第3反応ガスと単結晶基板とを接
触させる段階を含んでなるマグネシアスピネルの気相成
長法。 2111記化学式におけるn値が0.1ないし3.50
)マグネシアスピネルを成長させるために、@記A4を
400’Cないし700℃に7IO熱し且つ第1流路を
流れる前記HCtガスの流量を100cc /分ないし
1000cc/分に定め、また前記Mgを300℃ない
し700’Cに加熱し且つ第2流路を流れる前記HCt
ガスの流(丘を50cc/分ないし1000cc/分に
定めることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマ
グネシアスピネルの気相成長法。 3 下記要素: (イ) 1個以上のHCtガス導入口を具えた反応管(
ロ)一端が前記HCtガス導入口の何れかに連結され他
端が前記反応管イ内に開口する第1中空体、 (ハ)前記第1中空体口の内部に配置されたktのの保
持器、 に)一端が前記HCtガス導入口の何れかに連結され他
端が前記反応管イ内に開口する第2中空体、 (ホ)前記第2中空体二の内部に配置されたMgの保持
器、 (へ)前記A7の加熱手段、 (ト)前記Mgの加熱手段、 (7)前記反応管イ内において前記第1中空体口及び第
2中空体二のそれぞれの開口部に向かい合って配置され
た基板支持台、 (す)前記第1中空体口及び第2中空体二の開口部から
前記基板支持台チまての何れかの部分で前記反応管イ内
に開口するCO2導入管を含んでなり、 −)材料ガス生成領域を電気炉により、族長基板領域を
高周波により加熱することを特徴とする単結晶マグネシ
アスピネルの族長装置、 4 前記Mgの保持器ホが前記1−(Ctガスの流れ方
向で見てAtの保持器ハに対して前方又は後方に配置さ
れ前記CO2導入管は前記材料ガス生成領域と、前記族
長基板領域との間に開口することを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載の単結晶マグネシアスピネルの族長装
置。
[Claims] 1. The chemical formula is n Mg 0-At20.3, where n is M
a step of contacting the IIct gas flowing through the first flow path with the limbs or solids σ) At to obtain a first reaction gas in order to make the magnesia spinel, represented by the number of moles of gO, into a gas phase family; a step of contacting the HCt gas flowing through the flow path with solid Ag and the HCt gas flowing through the second flow path so as not to be placed on a stand, to obtain a second reaction gas; the first reaction gas;
A method for vapor phase growth of magnesia spinel, comprising the steps of: mixing a second reaction gas and CO2 gas to obtain a third reaction gas; and bringing the third reaction gas into contact with a single crystal substrate. The n value in the chemical formula 2111 is 0.1 to 3.50
) In order to grow magnesia spinel, heat A4 for 7IO to 400'C to 700°C, set the flow rate of the HCt gas flowing through the first flow path to 100cc/min to 1000cc/min, and set the Mg to 300cc/min to 1000cc/min. ℃ to 700'C and flowing through the second flow path.
A method for vapor phase growth of magnesia spinel according to claim 1, characterized in that the flow of gas is set at 50 cc/min to 1000 cc/min. 3. The following elements: (a) One or more HCt gases. Reaction tube equipped with an inlet (
b) A first hollow body whose one end is connected to any of the HCt gas inlets and whose other end opens into the reaction tube A; (c) Holding of kt disposed inside the first hollow body inlet. (b) a second hollow body whose one end is connected to either of the HCt gas inlet ports and whose other end opens into the reaction tube (e) a Mg gas inlet disposed inside the second hollow body (2); a holder, (f) heating means for the A7, (g) a heating means for the Mg, (7) facing the respective openings of the first hollow body mouth and the second hollow body 2 in the reaction tube A; (a) a CO2 introduction pipe that opens into the reaction tube A at any part from the openings of the first hollow body mouth and the second hollow body 2 to the substrate support base; -) A monocrystalline magnesia spinel family leader device, characterized in that the material gas generation region is heated by an electric furnace and the family leader substrate region is heated by high frequency; A patent claim characterized in that the CO2 introduction pipe is disposed in front or behind the At retainer C when viewed in the gas flow direction and opens between the material gas generation region and the chief substrate region. The single crystal magnesia spinel patriarch device according to item 3.
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