JPS6052118B2 - Magnesia spinel vapor phase growth equipment - Google Patents

Magnesia spinel vapor phase growth equipment

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JPS6052118B2
JPS6052118B2 JP52156792A JP15679277A JPS6052118B2 JP S6052118 B2 JPS6052118 B2 JP S6052118B2 JP 52156792 A JP52156792 A JP 52156792A JP 15679277 A JP15679277 A JP 15679277A JP S6052118 B2 JPS6052118 B2 JP S6052118B2
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JP
Japan
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hollow body
magnesia spinel
reaction tube
gas
silicon
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JP52156792A
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JPS5487700A (en
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正幸 地福
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Fujitsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学式がnMg0−Al2O3−但しnはMg
Oのモル数を指す一で表わされるマグネシアスピネルの
製造装置に関するものであり、さらに詳しく述べるなら
ば、一般にSOS(SionSaphire)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装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The chemical formula of the present invention is nMg0-Al2O3-, where n is Mg
This relates to an apparatus for manufacturing magnesia spinel, which is expressed as 1, which refers to the number of moles of O, and more specifically, it is a method for vapor phase growth of magnesia spinel in place of sapphire in semiconductor devices, which is generally referred to collectively as SOS (Sion Sapphire). It is related to the device.

505は種々の魅力ある特色を有し、高速論理素子等の
ニーズとして注目を集めているが、その反面種々の問題
点を有しているので、現在の半導体工業の主流にはなつ
ていない。
505 has various attractive features and is attracting attention as a need for high-speed logic elements, etc. However, 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。(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。
The problems are as follows. (1) Higher cost than homosilicon epitaxial growth.

(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.

このような505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505と称する)を本発明者等が既に
提案した。
In order to eliminate such drawbacks of 505, 200-3
The present inventors have developed a semiconductor device with a new structure (hereinafter referred to as improvement 505) in which a 2-5 μm sapphire single crystal film 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つて規制され後
者に近いものになる。したがつて、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成長さ
せた場合に近い状態で、成長し結晶性が良好になる。し
かし、本発明者の研究の結果、改良505には次の如き
問題が未解決であることが分かつた。
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. Therefore, the silicon epitaxial layer on the sapphire layer grows in a state similar to that when grown on a silicon substrate, and has good crystallinity. However, as a result of the research conducted by the present inventor, it was found that the following problems remain unsolved in the improvement 505.

第一に、シリコンの結晶構造(立方晶)とサフアイアの
結晶構造(三方晶)の相違による格子不整合がシリコン
エピタキシャル相の結晶性を悪くすることが避けられな
い。次に、シリコン結晶の熱膨脹係数(3.59×10
−6Crf1/℃)とサファイア結晶の熱膨脹係数(8
.40×10−6cm/℃)の差異に起因して、改良S
OSの製造工程でシリコン活性層の結晶性が悪くなる。
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。以上のよ
うな難点によつて、このシリコンエピタキシヤ層ではキ
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%しか達しない。よつて、改良SOS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
る問題が残つていることが分かつた。一般のSOS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(RlMgO●Ae2O3)を使用することが公知
である。
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 phase. Next, the coefficient of thermal expansion of silicon crystal (3.59×10
-6Crf1/℃) and the coefficient of thermal expansion of sapphire crystal (8
.. 40 x 10-6 cm/℃), the improved S
The crystallinity of the silicon active layer deteriorates during the OS manufacturing process.
Thirdly, cracks are likely to occur due to the difference in hardness 7 of silicon crystal and hardness 9 of sapphire crystal. Due to the above-mentioned difficulties, carrier mobility in this silicon epitaxial layer is low, and 60% is lower than in bulk silicon.
Or it only reaches 70%. Therefore, it has been found that the device characteristics of the improved SOS are not fully satisfactory and that there are still problems that require further improvement. It is known to use magnesia spinel crystal (RlMgO●Ae2O3), which is an insulating material having the same crystal structure as silicon, in place of sapphire in a general SOS device.

このマグネシアスピネル結晶(格子定数a=8.080
A)とシリコン結晶(格子定数a=5.430A)との
間には格子定数の不一致がある。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倍の格子間隔とはほぼ等しいために、
両者の結晶間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。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、エピタキシャル薄膜の寄生容量を
小さくすることができる。以上のよなマグネシアスピネ
ルを使用すること.は一般のSOSにおいても、改良S
OSにおいても望ましいことではあるが、問題はその製
法である。
This magnesia spinel crystal (lattice constant a=8.080
There is a lattice constant mismatch between A) and silicon crystal (lattice constant a=5.430A). However, each (
100 planes), the twice the lattice spacing of the spinel crystal and the three times the lattice spacing of the silicon crystal are almost equal.
It is said that there is no lattice mismatch between the two crystals, and that a good silicon epitaxial crystal can be obtained. Furthermore, since the dielectric constant of magnesia spinel is 8 compared to 10 of sapphire crystal, the parasitic capacitance of the epitaxial thin film can be reduced. Use magnesia spinel like the one above. Even in general SOS, improved S
Although this is desirable for an OS, the problem lies in the manufacturing method.

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整されていた。しかし、Ae2
O3の融点は2000゜Cを超えるため上記.メルトの
温度が高くなり、Mgの蒸発を招く。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。したがつて、
本発明者はマグネシアスピネルを液相ではなく気相によ
つて成長させることにより・上記問題を解決することを
目的として、第1図に例示された如き気相成長装置を特
許出願した。
Conventionally, magnesia spinel has been prepared by pulling a single crystal from a melt of a predetermined composition. However, Ae2
Since the melting point of O3 exceeds 2000°C, the above. The temperature of the melt increases, leading to evaporation of Mg. As a result, it is extremely difficult to control the composition of the melt. Therefore,
The present inventor filed a patent application for a vapor phase growth apparatus as illustrated in FIG. 1 with the aim of solving the above problem by growing magnesia spinel in a vapor phase instead of a liquid phase.

この装置は、(イ)1個以上のHCeガス導入口4を具
えた反応管1、(口)一端が前記Hceガス導入口の何
れかに連結され他端が反応管内に開口する第1中空体2
C1(ハ)第1中空体の内部に配置されたA′金属6c
の保持器5C1(ニ)一端が前記HCeガス導入口の何
れかに連結され他端が反応管内に開口する第2中空体2
b、(ホ)第2中空体の内部に配置されたMg金属6b
の保持器5b1(へ)Ae6cの加熱手段7b1(卜)
Mgの加熱手段7c1(力反応管(イ)内において、第
1中空体及び第2中空体のそれぞれの開口部に向かい合
つて配置された基ノ板10の支持台9、及び(り)第1
中空体及び第2中空体の開口部から基板支持台9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14、を含んてある。本発明者は上記装置でマグネ
シアスピネルの気相成長を実施したところ、Mg又はA
eを接触させるHCeガスの流量を微妙に制御しないと
、AeソースがMg含有蒸気によつて汚染されるという
問題があることが分かつた。
This device comprises: (a) a reaction tube 1 equipped with one or more HCe gas inlets 4; body 2
C1 (c) A' metal 6c placed inside the first hollow body
A second hollow body 2 having one end connected to either of the HCe gas inlets and the other end opening into the reaction tube.
b, (e) Mg metal 6b placed inside the second hollow body
The heating means 7b1 of the retainer 5b1 (to) Ae6c (to)
Mg heating means 7c1 (within the force reaction tube (a), the support base 9 of the base plate 10 disposed facing the respective openings of the first hollow body and the second hollow body; 1
A CO2 introduction pipe 14 is included which opens into the reaction tube (a) at any part from the openings of the hollow body and the second hollow body to the substrate support stand 9. The present inventor carried out vapor phase growth of magnesia spinel using the above apparatus, and found that Mg or A
It has been found that unless the flow rate of the HCe gas contacting the Ae is carefully controlled, there is a problem in that the Ae source is contaminated by Mg-containing vapor.

良好なマグネシアスピネルを成長させるためにはMgソ
ースを600ないし900℃の比較的高温に加熱を要す
ることが本発明者の実験により分かつた。このような高
温加熱に伴つてAlソースがMg含有蒸気によつて汚染
される前述の問題が発生したのである。したがつて、本
発明はA′ソースがMg含有蒸気によつて汚染されない
ようなマグネシアスピネルの気相成長装置を提供するこ
とを目的とする。
The inventor's experiments have revealed that in order to grow good magnesia spinel, it is necessary to heat the Mg source to a relatively high temperature of 600 to 900°C. As a result of such high-temperature heating, the aforementioned problem of contamination of the Al source with Mg-containing vapor occurred. Therefore, it is an object of the present invention to provide an apparatus for vapor phase growth of magnesia spinel in which the A' source is not contaminated by Mg-containing vapor.

本発明に係る気相成長装置は、イ1個以上のHClガス
導入口を具えた反応管、ロー端が前記HCI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、ハ第1中空体口の内部に配置されたAe
の保持器、ニー端が前記HCl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中空体であ
つて、その長さe1が第1中空体口の長さE2に対して
1/1.5〜1/2倍であり(且つ/又は)その内径t
1が第1中空体(口)の内径T2の3〜4倍である第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Aeの加熱手段、卜Mgの加熱手段、(チ)
反応管イ内において第1中空体(口)及ひ第2中空体二
のそれぞれの開口部に向かい合つて配置された基板支持
台、及び(り)前記反応管イ内に開口するCO2導入管
を含んでなるものである。以下、本発明に係る装置を図
面に基づいて説明する。
The vapor phase growth apparatus according to the present invention includes (a) a reaction tube equipped with one or more HCl gas inlets, the low end of which is connected to any of the HCI gas inlets, and the other end of which is connected to the reaction tube (a); A first hollow body to be opened, and Ae disposed inside the first hollow body opening.
The retainer is a second hollow body whose knee end is connected to either of the HCl gas inlets and whose other end opens into the reaction tube (A), and the length e1 thereof is the length of the first hollow body opening. The inner diameter t is 1/1.5 to 1/2 times the diameter E2 (and/or)
1 is 3 to 4 times the inner diameter T2 of the first hollow body (mouth).
A hollow body, (e) a Mg retainer disposed inside the second hollow body, a heating means for Ae, and a heating means for Mg; (ch)
A substrate support stand disposed within the reaction tube A to face the respective openings of the first hollow body (mouth) and the second hollow body II, and (ri) a CO2 introduction pipe opening into the reaction tube A. It includes. Hereinafter, the apparatus according to the present invention will be explained based on the drawings.

第2図は第1図と同じ参照符号が付された本発明に係る
装置の一具体例を説明する断面図である。この装置は改
良SOS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。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a specific example of the device according to the present invention, which is labeled with the same reference numerals as in FIG. This device has many advantages when used to replace sapphire with magnesia spinel in modified SOS.

しかしこの装置は、従来の一般のSOS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てある。
石英反応管1の中において小管2が固定されている。
However, this device can also be used to replace sapphire with magnesia spinel in conventional general SOS.
A small tube 2 is fixed in a quartz reaction tube 1.

小管2は隔壁2aによつて二分され、第2中空体として
の上部中空体2b及び第1中空体としての下部中空体2
cが隔壁2aによつて形成されている。それぞれの上部
中空体2b1下部中空体2cは半円形断面を有する。上
部中空体2b1下部中空体2cのそれぞれの中には皿5
b,5cが置かれている。
The small tube 2 is divided into two parts by a partition wall 2a, an upper hollow body 2b as a second hollow body and a lower hollow body 2 as a first hollow body.
c is formed by the partition wall 2a. Each of the upper hollow bodies 2b1 and lower hollow bodies 2c has a semicircular cross section. Inside each of the upper hollow body 2b1 and the lower hollow body 2c is a plate 5.
b, 5c are placed.

皿5bはHCeガスの流れ方向で見て皿5cより前方に
位置している。皿5b及び5cにはそれぞれマグネシウ
ム(Mg)6b及びアルミニウム(A′)6cがソース
として入れられている。Mgが配置された上部中空体2
bの長さf1に対して、A′が配置された下部中空体2
cの長さE2は1.5ないし2倍である。E2が1.5
e1未満であると、以下に説明するAeの汚染防止が達
成されない。E2が2.0′1を越えると、A′の汚染
防止は達成されるが反応管1の長さが長くなつて不都合
である。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。
The plate 5b is located in front of the plate 5c when viewed in the flow direction of the HCe gas. Magnesium (Mg) 6b and aluminum (A') 6c are placed as sources in the dishes 5b and 5c, respectively. Upper hollow body 2 where Mg is placed
The lower hollow body 2 in which A' is arranged for the length f1 of b
The length E2 of c is 1.5 to 2 times. E2 is 1.5
If it is less than e1, the prevention of Ae contamination described below will not be achieved. When E2 exceeds 2.0'1, prevention of A' contamination can be achieved, but the length of the reaction tube 1 becomes longer, which is disadvantageous. 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HC′ガス導入用管4の中に伸びており、塩
化水素管4の内部を二つの流路に分割している。He,
Ar,N2の1種以上のガスとH2ガスからなる搬送ガ
スを塩化水素管4の中にHCIとともに流すことができ
る。分割された2本の流路の流量及びガスの種類を相互
に異なつたものにすることができる。図示された具体例
ては、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。しかし、
必ずしも二重同心管構造を採用する必要はない。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ソース6b及びAeソース6
cを取囲むように反応管1の周りに設けられている。
The partition wall 2a extends into the HC' gas introduction pipe 4, and divides the inside of the hydrogen chloride pipe 4 into two flow paths. He,
A carrier gas consisting of one or more of Ar, N2 gas and H2 gas can be flowed into the hydrogen chloride tube 4 together with HCI. The flow rates and gas types of the two divided flow paths can be made different from each other. In the illustrated example, an approximately double concentric tubular structure is formed between the region where the small tube 2 is placed and the reaction tube 1 . but,
It is not necessarily necessary to adopt a double concentric tube structure. Known heating means 7b, 7c connected to mutually independent energy supplies (not shown) supply the Mg source 6b and the Ae source 6.
It is provided around the reaction tube 1 so as to surround c.

Afは塩化水素との反応に好都合な温度であつて、一般
に500〜700℃、好ましくは500〜600℃の範
囲内に、加熱手段7bによつて加熱される。HCeは常
温に保たれ、加熱されたAeと接触する。この接触によ
り次式:Ae+3HCf−+AfCf3+11ノ2H2
・・・(1)なる反応が起こることが考えられる。HC
e中に若干存在する水分がAeと反応してAe2O3を
生成するためにHCeの導入によつてSi基板が酸化さ
れA′203単結晶の成長が妨げられることがない。M
gソース6bは加熱手段7cによつて600ないし90
0℃に加熱される。
Af is heated by the heating means 7b to a temperature convenient for reaction with hydrogen chloride, generally within the range of 500 to 700°C, preferably 500 to 600°C. HCe is kept at room temperature and comes into contact with heated Ae. Due to this contact, the following formula: Ae+3HCf-+AfCf3+11 no 2H2
It is conceivable that the following reaction (1) will occur. H.C.
Since some moisture present in e reacts with Ae to produce Ae2O3, the introduction of HCe does not oxidize the Si substrate and inhibit the growth of the A'203 single crystal. M
The g sauce 6b is heated to 600 to 90 g depending on the heating means 7c.
Heated to 0°C.

このMgソース6bとHCeガスを接触させる。このH
CeガスはAeソース6cと接触するHC′ガスとは別
の流路を流れることが必要である。すなわち、Mgソー
ス6bとAeソース6c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すに実施
される。塩化水素ガスは一般に常温に保たれ次式:ーー
〜一 −〜一によりMgと反応iると考えられる。
This Mg source 6b is brought into contact with HCe gas. This H
The Ce gas needs to flow through a different flow path from the HC' gas that contacts the Ae source 6c. That is, the Mg source 6b and the Ae source 6c are placed in different flow paths, and their contact reactions are carried out without being influenced by each other. Hydrogen chloride gas is generally kept at room temperature and is thought to react with Mg according to the following formula:

したがつて、第2反応ガスはMgC′2と鴇とからなる
と考えられる。十分な量のMgC′2蒸気を前記反応に
よつて発生させるためには、Mgを600〜900℃に
比較的高温に加熱する必要がある。このことによつてA
′ソース6cがMg含有蒸気によつて汚染する危険を防
止するために、12≧1.5e1なる関係によつて上部
中空体2b、下部中空体2cの長さが定められている。
この結果、Mg含有蒸気がAeソース6cまで到達せず
汚染が避けられる。反応管1の一端に搬送ガス入口8が
設けられている。
Therefore, it is considered that the second reaction gas consists of MgC'2 and sulfur. In order to generate a sufficient amount of MgC'2 vapor by the reaction, it is necessary to heat the Mg to a relatively high temperature of 600 DEG to 900 DEG C. By this A
'In order to prevent the risk of contaminating the source 6c with Mg-containing vapor, the lengths of the upper hollow body 2b and the lower hollow body 2c are determined by the relationship 12≧1.5e1.
As a result, Mg-containing vapor does not reach the Ae source 6c, thereby avoiding contamination. A carrier gas inlet 8 is provided at one end of the reaction tube 1 .

入口8から流れる搬送ガスは、最初は上部中空体2b1
下部中空体2cの周囲の環状空間部を流れ、続いてMg
及びAeの反応ガスと一緒になつて基板10の方向に流
れる。反応管1の空間の一部に、石英からなる基台15
上にはSiClコーティングカーボン、MO又はN蒔か
らなる支持台9が固定されている。
The carrier gas flowing from the inlet 8 initially passes through the upper hollow body 2b1.
Flows through the annular space around the lower hollow body 2c, and then Mg
It flows in the direction of the substrate 10 together with the reaction gases of Ae and Ae. A base 15 made of quartz is placed in a part of the space of the reaction tube 1.
A support base 9 made of SiCl coated carbon, MO or N sowing is fixed on top.

支持台9上には3枚の円盤状Si基板10(以・下、基
板10という)が支持されている。
Three disk-shaped Si substrates 10 (hereinafter referred to as 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11が設けられて
いる。さらに、すり合せキャップ13が反応管の出口1
1側に設けられている。円盤状基板10はその平坦面に
よつて支持台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。基板10はSOS装置の楊合にはマグ
ネシアスピネルの単結晶であり、改良SOS装置の場合
はシリコン単結晶である。
Known high-frequency heating means 11 are provided in the area of the substrate. Furthermore, the fitting cap 13 is attached to the outlet 1 of the reaction tube.
It is provided on the first side. Although the disc-shaped substrate 10 is supported by the support stand 9 by its flat surface, it may be supported by its periphery. Substrate 10 is a single crystal of magnesia spinel in the case of an SOS device, and is a single crystal of silicon in the case of an improved SOS 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。また、マグネシアスピネル基板は1
000〜1300℃に加熱されている。何れの場合にも
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
合ガスの間に不所望の反応が起こる。基板10の平坦面
は111面、110面、100面の何れか、好ましくは
100面がよい。
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. In addition, the magnesia spinel substrate is 1
It is heated to 000-1300°C. In either case, if the heating temperature falls below the lower limit, the epitaxial growth rate of magnesia spinel will be low, while if it exceeds the upper limit, undesirable reactions will occur between the mixed gases. The flat surface of the substrate 10 is preferably 111, 110, or 100, preferably 100.

基板10がシリコンである場合は成長中に1000〜1
270℃に加熱されいる。反応管1の壁面を貫通してC
O2導入管14が管1の内部に開口している。
When the substrate 10 is silicon, 1000 to 1
It is heated to 270°C. C through the wall of reaction tube 1
An O2 introduction pipe 14 opens into the inside of the pipe 1.

CO2導入管14は基板10の近傍まで伸びていてもよ
い。CO2による酸化反応は次式: ー1へ5ν !1(2νJllVVl(μAV(
1U1であると考えられ
る。
The CO2 introduction pipe 14 may extend to the vicinity of the substrate 10. The oxidation reaction by CO2 is as follows: -1 to 5ν! 1(2νJllVVl(μAV(
It is considered to be 1U1.

A′Cl3,MgCf2及びCO2の混合段階において
、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 mixing step of A'Cl3, MgCf2 and CO2, 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(
Afce3+H2)を第2反応ガス(MgCe2+H2
)との反応が生じ、これらのガス降温など、場合によつ
ては金属A′又はMgの分解の危険がある。生成した直
後のNMgO−Al2O3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。上記
各種ガスの流量は、Alと接触するHC′は1×10−
3〜1×10−1m0eImin,.Mgと接触するH
Ceは1刈0−3〜1×10−1m0e1min.sC
02は上記HCeガスの合計流量の2倍ないし3倍が望
虞.しい。マグネシアスピネルはn値が0.1ないし3
.5である時に最も安定である。
If CO2 and other components are mixed too slowly, the first reaction gas (
Afce3+H2) to the second reaction gas (MgCe2+H2
), and there is a risk of decomposition of metal A' or Mg depending on the case, such as a decrease in the temperature of these gases. From the viewpoint of growing NMgO-Al2O3 on the substrate immediately after generation, it is better to mix CO2 and other components slowly. The flow rates of the various gases mentioned above are 1 x 10-
3 to 1×10−1 m0eImin,. H in contact with Mg
Ce is 0-3 to 1×10-1m0e1min. sC
02 is expected to be two to three times the total flow rate of the HCe gas. Yes. Magnesia spinel has an n value of 0.1 to 3
.. It is most stable when it is 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、
A′と接触するHCeの流量は0.1〜1e1min.
.Mgと接触するHC,eの流量は0.5〜1e1mi
n1そしてCO2の流量はHCeの合計流量の2倍ない
し3倍であるのが好ましい。Aec′2及びMgCf2
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7Ch7!77!の場合に、10′Imin〜30′
Iminが望ましい。
In order to obtain magnesia spinel with such n value,
The flow rate of HCe in contact with A' is 0.1 to 1e1 min.
.. The flow rate of HC,e in contact with Mg is 0.5~1e1mi
Preferably, the flow rates of n1 and CO2 are two to three times the total flow rate of HCe. Aec'2 and MgCf2
The flow rate of the carrier gas for transporting the gas is 7Ch7!77! for the diameter of the reaction tube. In the case of 10'Imin~30'
Imin is desirable.

以上の如き装置によつて基板10にマグネシアスピネル
を成長させると、A′ソース6cがMgによつて汚染さ
れないために、Aec′3反応ガス及びMgCl2反応
ガスの流量が前以つて定められた流量に正確に維持され
る。したがつて、生成するマグネシアスピネルーAl2
O3−ハtρのn値を正確に且つ容易に制御できるため
、本発明lは半導体装置の製法、特に量産において利点
が多い。第3図は他の一具体例に係る本発明のマグネシ
アスピネルの気相成長装置である。
When magnesia spinel is grown on the substrate 10 using the above-described apparatus, the flow rates of the Aec'3 reaction gas and the MgCl2 reaction gas are kept at predetermined flow rates in order to prevent the A' source 6c from being contaminated with Mg. accurately maintained. Therefore, the generated magnesia spinel-Al2
Since the n value of O3-tρ can be controlled accurately and easily, the present invention has many advantages in the manufacturing method of semiconductor devices, especially in mass production. FIG. 3 shows a vapor phase growth apparatus for magnesia spinel according to another specific example of the present invention.

この装置が第2図の装置と異なるところは、上部中空体
2b、・下部中空体2cの長さを相互に変える代りに、
その内径をt1=(3〜4)×T2なる関係で変化させ
ていることである。このことによつて、第2図の装置と
同様に、MgによるAfソース6cの汚染が防止される
。ち〉4t2でもAlソース6cの汚染゛が防止される
が、反応管1の径が大きくなり不都合である。なお、T
l,t.は一般にそれぞれ、t1=20〜257!r!
N,t2=5〜87mである。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SOSの生産性を高めることができる。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。この方法では、ます、HCeガスの導入管4か
らの送入を中止する。このために、H2ガス又は、He
,,Ar,N2の1種以上の搬送ガスでHClガスを置
換する。また、CO2導入管14からのCO2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CO2導入管14から送入する。H2ガスとH
e,Ar′,N2の1種以上との混合ガスを管4及び1
4から導入してもよい。そして、加熱手段7による加熱
を中止しMg.l5Afの蒸発を防止する。一方、加熱
手段12によつて基板10を1000ないし1100℃
に加熱する。上記搬送ガスによるHce,AIC′3,
Mgce2等のパージを約5〜12分続けた後に、入口
8からSiH4又はSiCf4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。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。
The difference between this device and the device shown in FIG. 2 is that instead of changing the lengths of the upper hollow body 2b and the lower hollow body 2c,
The inner diameter is changed according to the relationship t1=(3-4)×T2. This prevents the Af source 6c from being contaminated by Mg, similar to the device shown in FIG. 4t2 also prevents contamination of the Al source 6c, but the diameter of the reaction tube 1 increases, which is disadvantageous. In addition, T
l,t. are generally t1=20-257!, respectively. r!
N, t2=5 to 87 m. 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 the improved SOS can be increased. Furthermore, since silicon is grown on a fresh magnesia spinel single crystal, this method is advantageous in terms of the crystallinity of silicon. In this method, the supply of HCe gas from the introduction pipe 4 is first stopped. For this purpose, H2 gas or He
, Ar, and N2 to replace the HCl gas. Further, the introduction of CO2 from the CO2 introduction pipe 14 is stopped, and H2 gas or one or more carrier gases of He, Ar, and N2 are introduced from the CO2 introduction pipe 14. H2 gas and H
A mixed gas with one or more of e, Ar', and N2 is supplied to pipes 4 and 1.
It may be introduced from 4. Then, the heating by the heating means 7 is stopped and the Mg. Prevent evaporation of l5Af. Meanwhile, the heating means 12 heats the substrate 10 to 1000 to 1100°C.
Heat to. Hce, AIC'3, due to the above carrier gas,
After continuing purging of Mgce2 etc. for about 5 to 12 minutes, by introducing SiH4 or SiCf4 from the inlet 8,
Si single crystals can be epitaxially grown on magnesia spinel. 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SOSの製法に関して説明した
が、本発明は改良型SOS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
成長させる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 an improved SOS, the present invention is not limited to improved SOS.
It can be applied to all fields in which a magnesia spinel single crystal film is epitaxially grown on a substrate.

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 第2図の如き装置(e1=300T1n,e2=500
wn)によりマグネシアスピネル単結晶のエピタキシャ
ル成長を行なつた。
Example 1 Device as shown in Fig. 2 (e1=300T1n, e2=500
Epitaxial growth of a magnesia spinel single crystal was carried out using wn).

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1紛間成長を続け、厚さが3ミクロン
の成長層を得た。
One powder growth was continued 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てあることが、X線回折及びIM
Aによる組成−分析により確認された。上記成長を20
回繰返して行つたが、全ての場合に流量その他の条件を
同じにして成長を行うことができた。
X-ray diffraction and IM analysis show that this layer has an n value of 0.2 and is a magnesia spinel single crystal with a growth plane of 111.
Confirmed by composition analysis by A. The above growth is 20
The process was repeated several times, and growth could be performed using the same flow rate and other conditions in all cases.

Ae金属のMgによる汚染は見られず、マグネシアスピ
ネルのn値は各回で殆んど同.じであつた。
No contamination of Ae metal by Mg was observed, and the n value of magnesia spinel was almost the same each time. It was the same.

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

第1図は本願の先願に係る気相成長装置の断面図、第2
図及び第3図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・・・塩化水素管、5・・・皿、6b・・・Mgソ
ース、6c・・A′ソース、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・・・CO2導入管。
Figure 1 is a cross-sectional view of the vapor phase growth apparatus according to the earlier application of the present application;
3 and 3 are cross-sectional views 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... Hydrogen chloride tube, 5... Dish, 6b... Mg source, 6c... A' source, 7... Heating means, 8...
- Carrier gas inlet, 9... Substrate support stand, 10... Substrate, 11... Outlet, 12... Heating means, 13... Grinding cap, 14... CO2 introduction pipe.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1(イ)1個以上のHClガス導入口を具えた反応管、
(ロ)一端が前記HCl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(ロ)の内部に配置されたAlの保持
器、(ニ)一端が前記HCl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中空体で
あつて、その長さl_1が前記第1中空体(ロ)の長さ
l_2に対して1/1.5〜1/2倍であり(且つ/又
は)その内径t_1が前記第1中空体(ロ)の内径t_
2の3〜4倍である第2中空体、(ホ)前記第2中空体
(ニ)の内部に配置されたMgの保持器、(ヘ)前記A
lの加熱手段、 (ト)前記Mgの加熱手段、 (チ)前記反応管(イ)内において前記第1中空体(ロ
)及び第2中空体(ニ)のそれぞれの開口部に向かい合
つて配置された基板支持台、及び(リ)前記反応管(イ
)内に開口するCO_2導入管、を含んでなる、単結晶
マグネシアスピネルの成長装置。
[Claims] 1(a) A reaction tube equipped with one or more HCl gas inlets;
(b) a first hollow body having one end connected to one of the HCl gas inlets and the other end opening into the reaction tube (a); (c) disposed inside the first hollow body (b); (d) a second hollow body having one end connected to one of the HCl gas inlets and the other end opening into the reaction tube (a), the length l_1 of which is The length l_2 of the first hollow body (b) is 1/1.5 to 1/2 times (and/or) the inner diameter t_1 is the inner diameter t_ of the first hollow body (b).
(e) a Mg retainer disposed inside the second hollow body (d); (f) the A;
(g) heating means for the Mg; (ch) facing the respective openings of the first hollow body (b) and the second hollow body (d) in the reaction tube (a); A single-crystal magnesia spinel growth apparatus comprising: a substrate supporting stand arranged therein; and (i) a CO_2 introduction tube opening into the reaction tube (a).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0533368Y2 (en) * 1987-07-24 1993-08-25

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