JPS62226892A - 単結晶サフアイア薄膜の製造法 - Google Patents
単結晶サフアイア薄膜の製造法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は高品質単結晶サファイア薄膜の製造法、特に半
導体シリコン・デバイス及び新しい超伝導ジョセフソン
・デバイスを用いるコンピュータ・デバイス並びに微細
化・高集積化による高性能化を図る集積回路に用いるの
に適する単結晶サファイア薄膜の”!J ’fa法に関
するものである。
導体シリコン・デバイス及び新しい超伝導ジョセフソン
・デバイスを用いるコンピュータ・デバイス並びに微細
化・高集積化による高性能化を図る集積回路に用いるの
に適する単結晶サファイア薄膜の”!J ’fa法に関
するものである。
(従来の技術)
情報化が急速に進展している現在、大M情報処理の可能
な超高速電子計算機の開発は社会の大きな要請であり、
そのためコンピュータ・デバイス及び集積回路の高速化
・高性能化が必要となり、その際それらの微細化・高集
積化は重要な要素である。
な超高速電子計算機の開発は社会の大きな要請であり、
そのためコンピュータ・デバイス及び集積回路の高速化
・高性能化が必要となり、その際それらの微細化・高集
積化は重要な要素である。
従来は、非晶質の酸化アルミニウム薄膜が化学気相反応
法(CVD法: Chemical V apor[
) eposition )により製造されているのみ
であり、単結晶サファイア薄膜の製造法は開発されてい
なく、従って該非晶質酸化アルミニウム薄膜をMΔOS
(M etal A lumina Oxide
S elnicOnductor)メモリ及びMAS
(MetalAlumiiia 3emicondu
ctor) トランジスタのゲーi〜酸化膜等、一部の
電子デバイスに利用されているのみであった。
法(CVD法: Chemical V apor[
) eposition )により製造されているのみ
であり、単結晶サファイア薄膜の製造法は開発されてい
なく、従って該非晶質酸化アルミニウム薄膜をMΔOS
(M etal A lumina Oxide
S elnicOnductor)メモリ及びMAS
(MetalAlumiiia 3emicondu
ctor) トランジスタのゲーi〜酸化膜等、一部の
電子デバイスに利用されているのみであった。
従来の酸化アルミニウム:4膜製造法について説明する
。第4図は代表的な装置の概略図である。
。第4図は代表的な装置の概略図である。
薄膜を製造する反応管11は通常、透明石英でできてお
り、その中に設置された基板支持台12上に基板13を
置く。反応管11内は薄1!製造開始前にあらかじめ不
活性ガスによってガス置換される。基板13を、薄膜製
造時反応管11に巻いた高周波加熱用コイル14により
高周波誘導加熱し、この際反応管11をジャケット15
により水冷する。また反応管11は上方部に原料容器1
6を備え、薄膜製造時には原料ガスが容器16より、ガ
ス導入管17より導入される搬送ガスと共に反応管11
に搬送される。原料としては通常塩化アルミニウム(A
I Cl 3 )等が使用される。該原料は常温で固体
であるため、昇温装置18により気化して用いられる。
り、その中に設置された基板支持台12上に基板13を
置く。反応管11内は薄1!製造開始前にあらかじめ不
活性ガスによってガス置換される。基板13を、薄膜製
造時反応管11に巻いた高周波加熱用コイル14により
高周波誘導加熱し、この際反応管11をジャケット15
により水冷する。また反応管11は上方部に原料容器1
6を備え、薄膜製造時には原料ガスが容器16より、ガ
ス導入管17より導入される搬送ガスと共に反応管11
に搬送される。原料としては通常塩化アルミニウム(A
I Cl 3 )等が使用される。該原料は常温で固体
であるため、昇温装置18により気化して用いられる。
反応管11は、更にガス導入管19を備え、原料ガスに
AI CI 3が使用される際には反応ガスが19より
反応管11へ原料ガスの導入と同時に導入される。薄膜
を製造する際反応管11内で化学反応により発生するガ
ス及び未反応ガスを排気口20より排気するという化学
気相反応法が知られている。
AI CI 3が使用される際には反応ガスが19より
反応管11へ原料ガスの導入と同時に導入される。薄膜
を製造する際反応管11内で化学反応により発生するガ
ス及び未反応ガスを排気口20より排気するという化学
気相反応法が知られている。
(発明が解決しようとする問題点)
従来の薄膜製造法は、酸化アルミニウム成分のアルミニ
lシム及び酸素元素を同時に含む原料ガス又は原料・反
応混合ガスを反応管11内の括板13に吹きll)ける
方法である。原料ガスとしてAI Cl 3を用いる場
合には、その搬送ガスとして水素(H2)ガス、反応ガ
スとして炭酸(CO2)ガスを用い、基板温度約850
℃程度で次式; %式% で示される反応により醇化アルミニウム薄膜が基板上に
製造される。上記am製造時の反応管11内の気圧は約
1気圧で、成膜速度は反応管11への原料ガス及び反応
ガスの導入量に依存するため、成膜速度制御には導入ガ
ス流量の鞘密な制御を必要とした。しかしながら、かか
る方法は原料ガスを得るための原料(固体)の気化過程
を経なければならない為、その制御性の悪さから膜厚制
御が回動であり、更に得られた薄膜は通常非晶質であり
、結晶薄膜が得られず、その膜質は単結晶に比して著し
く劣るという問題点があった。
lシム及び酸素元素を同時に含む原料ガス又は原料・反
応混合ガスを反応管11内の括板13に吹きll)ける
方法である。原料ガスとしてAI Cl 3を用いる場
合には、その搬送ガスとして水素(H2)ガス、反応ガ
スとして炭酸(CO2)ガスを用い、基板温度約850
℃程度で次式; %式% で示される反応により醇化アルミニウム薄膜が基板上に
製造される。上記am製造時の反応管11内の気圧は約
1気圧で、成膜速度は反応管11への原料ガス及び反応
ガスの導入量に依存するため、成膜速度制御には導入ガ
ス流量の鞘密な制御を必要とした。しかしながら、かか
る方法は原料ガスを得るための原料(固体)の気化過程
を経なければならない為、その制御性の悪さから膜厚制
御が回動であり、更に得られた薄膜は通常非晶質であり
、結晶薄膜が得られず、その膜質は単結晶に比して著し
く劣るという問題点があった。
(問題点を解決するための手段)
本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意研究の結果、
良絶縁体材料である高品質単結晶サファイア薄膜を分子
層レベル(〜2人)で高精度に制御して単分子層(〜2
人)毎に積層成長させることが可能な単結晶サファイア
薄膜の製造法を見い出し本発明を達成するに至った。
良絶縁体材料である高品質単結晶サファイア薄膜を分子
層レベル(〜2人)で高精度に制御して単分子層(〜2
人)毎に積層成長させることが可能な単結晶サファイア
薄膜の製造法を見い出し本発明を達成するに至った。
即ら本発明は単結晶サファイア薄膜の製造法において、
単結晶基板を超高真空中で加熱し、第1工程においてサ
ファイア構成元素の一元索であるアルミニウムを含む原
料ガスを上記基板上に直接吹き掛け、次いで真空排気し
た後、直ちに第2工程においてサファイア構成元素の一
元素である酸素を含む反応ガスを上記基板上に直接吹き
掛け、再び上記酸素を含む反応ガスを真空排気する上記
第1工程と第2工程から成る単位工程を繰り返して、該
基板上での原料ガスと反応ガスの単分子層毎の吸着及び
反応による単結晶サファイア薄膜の中分子層毎の高精度
な積層成長を行うことを特徴とする単結晶サファイア薄
膜の製造法に関する−6のである。
単結晶基板を超高真空中で加熱し、第1工程においてサ
ファイア構成元素の一元索であるアルミニウムを含む原
料ガスを上記基板上に直接吹き掛け、次いで真空排気し
た後、直ちに第2工程においてサファイア構成元素の一
元素である酸素を含む反応ガスを上記基板上に直接吹き
掛け、再び上記酸素を含む反応ガスを真空排気する上記
第1工程と第2工程から成る単位工程を繰り返して、該
基板上での原料ガスと反応ガスの単分子層毎の吸着及び
反応による単結晶サファイア薄膜の中分子層毎の高精度
な積層成長を行うことを特徴とする単結晶サファイア薄
膜の製造法に関する−6のである。
本発明の方法により得られる単結晶サファイアは、アル
ミニウム原子(A1)と酸素原子く0)により組成比3
:2で構成される酸化アルミニウム(A1203)の一
種であるα−アルミナ(α−Al2O2)の高品質単結
晶で且つ約2050℃の高融点、し−ス硬度9の高硬度
材料であり、電気的絶縁特性が優れ、誘電体損失が低く
、熱伝導が良好で、化学的にも高安定である等、電子デ
バイス並びに集積回路用絶縁材料として従来使用されて
いるシリコン(Si )及びシリコン酸化物(Si 0
2 、Si Q)等に比し極めて優れた特性を有する。
ミニウム原子(A1)と酸素原子く0)により組成比3
:2で構成される酸化アルミニウム(A1203)の一
種であるα−アルミナ(α−Al2O2)の高品質単結
晶で且つ約2050℃の高融点、し−ス硬度9の高硬度
材料であり、電気的絶縁特性が優れ、誘電体損失が低く
、熱伝導が良好で、化学的にも高安定である等、電子デ
バイス並びに集積回路用絶縁材料として従来使用されて
いるシリコン(Si )及びシリコン酸化物(Si 0
2 、Si Q)等に比し極めて優れた特性を有する。
以下、本発明を図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の単結晶サファイア(α−へ1203
)薄膜製造法に用いた装置の薄膜製造室1の概略図を示
す。本薄膜製造室1は金属(スデンレススチール)製で
、真空排気装置2(図示せず)と連結しており、薄膜製
造前に該真空排気装置2により該¥1をあらかじめ少な
くとも真空度10−’pa台の超高真空状態にまで排気
する。圧力が1O−7pa台より高くなると該製造室1
中の残留ガスが不純物として薄膜形成時に結晶内に取り
込まれて純度の低下を生ずるため好ましくない。
)薄膜製造法に用いた装置の薄膜製造室1の概略図を示
す。本薄膜製造室1は金属(スデンレススチール)製で
、真空排気装置2(図示せず)と連結しており、薄膜製
造前に該真空排気装置2により該¥1をあらかじめ少な
くとも真空度10−’pa台の超高真空状態にまで排気
する。圧力が1O−7pa台より高くなると該製造室1
中の残留ガスが不純物として薄膜形成時に結晶内に取り
込まれて純度の低下を生ずるため好ましくない。
この場合の真空排気装置2はターボ分子ポンプ及び油回
転ポンプ、クライオポンプ及びターボ分子ポンプそして
油回転ポンプ、又は油拡散ポンプと油回転ポンプ等のい
ずれの組み合わせによるものでもよい。該基板は裏面よ
り抵抗加熱方法によるヒーター8により約300〜10
00℃、好ましくは約400〜900℃に加熱されるこ
とを必要とする。加熱温度が300℃より低いと非晶質
の薄膜が形成し、1000℃より高いと、原料ガス自体
の基板への吸着率の低下を生じ、さらにその吸着分子の
熱分解も促進されることにより分解アルミニウム原子の
吸着度合が増加するため、均一な薄膜形成を行うために
は、ガス導入の高精度な制御が必要となり、また、基板
に成長薄膜とは異なる物質のものを用いた場合には、こ
れら両者の間で反応が生ずる可能性があることからも好
ましくない。部室1にはガス導入管3及び4の2系統が
取り付けられており、管3はストップバルブ5を介して
、サファイアの構成元素の一つであるアルミニウム(A
1)を組成に含む原料ガスの供給容器が、管4はストッ
プバルブ6を介してもう一つの構成元素である酸素(0
)を含む反応ガスの供給容器が接続されている。アルミ
ニウム元素を組成に含む原料ガスとしてはハロゲン化ア
ルミニウム(AI Cl 3又はAlBr5)の蒸気が
用いられる。AI Cl 3及びAI 3r 3は常温
では固体である為、その適当な蒸気圧を得るように通常
各々の沸点く即ち該装置内においてAl2Cl3は約1
00〜150℃、Al 2 [3r 3は約100〜2
50℃)近傍の温度にまで加熱して使用する。反応ガス
としては酸素(02)、その不活性ガス(He 、Ne
、Ar等)による希釈ガス、又は酸素を含む化合物ガ
ス(CO2+H2、水蒸気)が用いられる。アルミニウ
ム元素を含む原料ガスと酸素元素を含む反応ガスは各々
独立にバルブ5及び6を操作することにより薄膜製造室
1に真空度10−2〜10’pa台となるまで導入する
。真空度が10’paより低いと、基板上に中分子ガス
吸管層を形成するには過剰の原料ガス導入となり、ポン
プで多量のガスを排気するのに時間がかかり、そのため
、その間に不純物ガスの吸着確率も増大し、また1O−
IPaより高いと基板表面を完全に吸着分子で覆うこと
ができず従って薄膜の部分的成長を生じ好ましくない。
転ポンプ、クライオポンプ及びターボ分子ポンプそして
油回転ポンプ、又は油拡散ポンプと油回転ポンプ等のい
ずれの組み合わせによるものでもよい。該基板は裏面よ
り抵抗加熱方法によるヒーター8により約300〜10
00℃、好ましくは約400〜900℃に加熱されるこ
とを必要とする。加熱温度が300℃より低いと非晶質
の薄膜が形成し、1000℃より高いと、原料ガス自体
の基板への吸着率の低下を生じ、さらにその吸着分子の
熱分解も促進されることにより分解アルミニウム原子の
吸着度合が増加するため、均一な薄膜形成を行うために
は、ガス導入の高精度な制御が必要となり、また、基板
に成長薄膜とは異なる物質のものを用いた場合には、こ
れら両者の間で反応が生ずる可能性があることからも好
ましくない。部室1にはガス導入管3及び4の2系統が
取り付けられており、管3はストップバルブ5を介して
、サファイアの構成元素の一つであるアルミニウム(A
1)を組成に含む原料ガスの供給容器が、管4はストッ
プバルブ6を介してもう一つの構成元素である酸素(0
)を含む反応ガスの供給容器が接続されている。アルミ
ニウム元素を組成に含む原料ガスとしてはハロゲン化ア
ルミニウム(AI Cl 3又はAlBr5)の蒸気が
用いられる。AI Cl 3及びAI 3r 3は常温
では固体である為、その適当な蒸気圧を得るように通常
各々の沸点く即ち該装置内においてAl2Cl3は約1
00〜150℃、Al 2 [3r 3は約100〜2
50℃)近傍の温度にまで加熱して使用する。反応ガス
としては酸素(02)、その不活性ガス(He 、Ne
、Ar等)による希釈ガス、又は酸素を含む化合物ガ
ス(CO2+H2、水蒸気)が用いられる。アルミニウ
ム元素を含む原料ガスと酸素元素を含む反応ガスは各々
独立にバルブ5及び6を操作することにより薄膜製造室
1に真空度10−2〜10’pa台となるまで導入する
。真空度が10’paより低いと、基板上に中分子ガス
吸管層を形成するには過剰の原料ガス導入となり、ポン
プで多量のガスを排気するのに時間がかかり、そのため
、その間に不純物ガスの吸着確率も増大し、また1O−
IPaより高いと基板表面を完全に吸着分子で覆うこと
ができず従って薄膜の部分的成長を生じ好ましくない。
薄膜製造室1は、ガス供給源からバルブ5及び6によっ
て隔離されており、ガス導入時以外は超高真空に保持さ
れている。また薄膜製造室1中にM板7をガス導入管3
及び4の出口に対向、接近して配置する。かかる理由は
、原料ガスのアルミニウム化合物は酸素と混合すると直
ちに室温でも容易に気相中で化学反応するため薄膜形成
を生じにくいことに基ずくものであり、本発明は各々の
ガスを混合することなく独立に基板7近傍まで導入し、
基板7に直接吹き)lける。更に基板7上に単結晶サフ
ァイア薄膜が成長するためには、基板7はサファイアと
類似の原子配列及び原子間距離を有する物質の単結晶で
あることを要し、例えばサファイア(α−AI203)
、スピネル(M(+ Al 204 ) 、シリコン(
Si)、石英又は水晶(Si 02 ) 、 ?−i’
力(KH2AI 3(S104)3)等がある。非晶
質あるいは多結晶質の基板を用いた場合には、非晶質あ
るいは多結晶質の薄膜が形成され好ましくない。基板7
の加熱にはランプを薄膜製造室1に設置しその光を基板
7の表面に当てる方法及びレーザー光を外部より′1f
JII!製造至1の覗き窓を通して基板7の表面に当て
る方法を用いることも、あるいは併用することでもよい
。更に、il[III製造至1にはイオン・ゲージ9及
び4重極型質量分析計10が付設されており、薄膜製造
室1の真空度及びその際の残留ガス、並びにガス導入時
のガス圧、導入ガス及び反応ガス等の監視を行なうこと
が可能である。
て隔離されており、ガス導入時以外は超高真空に保持さ
れている。また薄膜製造室1中にM板7をガス導入管3
及び4の出口に対向、接近して配置する。かかる理由は
、原料ガスのアルミニウム化合物は酸素と混合すると直
ちに室温でも容易に気相中で化学反応するため薄膜形成
を生じにくいことに基ずくものであり、本発明は各々の
ガスを混合することなく独立に基板7近傍まで導入し、
基板7に直接吹き)lける。更に基板7上に単結晶サフ
ァイア薄膜が成長するためには、基板7はサファイアと
類似の原子配列及び原子間距離を有する物質の単結晶で
あることを要し、例えばサファイア(α−AI203)
、スピネル(M(+ Al 204 ) 、シリコン(
Si)、石英又は水晶(Si 02 ) 、 ?−i’
力(KH2AI 3(S104)3)等がある。非晶
質あるいは多結晶質の基板を用いた場合には、非晶質あ
るいは多結晶質の薄膜が形成され好ましくない。基板7
の加熱にはランプを薄膜製造室1に設置しその光を基板
7の表面に当てる方法及びレーザー光を外部より′1f
JII!製造至1の覗き窓を通して基板7の表面に当て
る方法を用いることも、あるいは併用することでもよい
。更に、il[III製造至1にはイオン・ゲージ9及
び4重極型質量分析計10が付設されており、薄膜製造
室1の真空度及びその際の残留ガス、並びにガス導入時
のガス圧、導入ガス及び反応ガス等の監視を行なうこと
が可能である。
本発明は、ハロゲン化アルミニウム蒸気を原料ガスに用
い、酸素若しくはその不活性ガスによる希釈ガス又は酸
素を含む化合物ガスを反応ガスとしてこれらを混合する
ことなく各々を交互に、超高真空中に保持され■つ加熱
された単結晶基板上に直接吹き掛けることで各々のガス
の基板上での単分子層毎の吸着と反応とを利用して高品
質単結晶丈ファイア薄膜の単分子層毎の高精度積層成長
を実現し、原料ガスと反応ガスの混合ガスを基板に吹き
掛ける化学気相反応法における膜質及び膜厚制御性に関
する問題を回避する。
い、酸素若しくはその不活性ガスによる希釈ガス又は酸
素を含む化合物ガスを反応ガスとしてこれらを混合する
ことなく各々を交互に、超高真空中に保持され■つ加熱
された単結晶基板上に直接吹き掛けることで各々のガス
の基板上での単分子層毎の吸着と反応とを利用して高品
質単結晶丈ファイア薄膜の単分子層毎の高精度積層成長
を実現し、原料ガスと反応ガスの混合ガスを基板に吹き
掛ける化学気相反応法における膜質及び膜厚制御性に関
する問題を回避する。
本発明の方法により得られる単結晶丈ファイア薄膜は電
子計停機、マイクロプロセッサ−1増幅器、トランジス
タ、光センサ、温度センサ、圧力センサ、f41気レン
サ(磁束計、心磁計)、電磁波検出器、電磁波混合器、
電磁波発振器、電圧標準器等の電子計測・制御機器類の
電子デバイス及び集積回路を利用する電子・通信・電気
・情報産業の種々の分野で利用できる。
子計停機、マイクロプロセッサ−1増幅器、トランジス
タ、光センサ、温度センサ、圧力センサ、f41気レン
サ(磁束計、心磁計)、電磁波検出器、電磁波混合器、
電磁波発振器、電圧標準器等の電子計測・制御機器類の
電子デバイス及び集積回路を利用する電子・通信・電気
・情報産業の種々の分野で利用できる。
(実施例)
本発明を図面を参照して実施例により説明する。
第1図で示す本発明の単結晶サファイア薄膜製造装置に
おいて単結晶基板7を設置した薄膜製造室1を、真空排
気装置2を用いて排気し、少なくとも真空度10−’p
a台の超高真空状態にする。その後、バルブ5を開き原
料のAI Cl 3ガスを薄+1S1 ’!J造室1に
真空度10−2〜10−’ p a台となルマテ数秒〜
数十秒間導入し、基板7に直接吹き掛ける。
おいて単結晶基板7を設置した薄膜製造室1を、真空排
気装置2を用いて排気し、少なくとも真空度10−’p
a台の超高真空状態にする。その後、バルブ5を開き原
料のAI Cl 3ガスを薄+1S1 ’!J造室1に
真空度10−2〜10−’ p a台となルマテ数秒〜
数十秒間導入し、基板7に直接吹き掛ける。
この際、導入ガス囲の厳密な制御は全く必要なく、基板
7の温度を約300〜1000℃、好ましくは約400
〜900℃の適当な温度に保つことのみで、AI C1
3気体分子は同種間の吸着力より基板との吸着力が優勢
となり、AI CI 3分子そのまま又は一部分解して
第2A図に示す如く基板7にその単分子層の吸着が行な
われる。この後△ICl3ガスの供給をバルブ5を閉じ
ることにより停止し、薄膜製造室1内の残留ガスを真空
排気装置2によって約〜lX1O−1pa程度となるま
で排気する。次いで直ちにバルブ6を開ぎ、02ガス若
しくはその不活性ガス(He 、 Ne 、 Ar等)
による希釈ガス又は酸素を含む化合物ガス(CO2+H
2、水蒸気等)を薄膜製造室1に真空度10−2〜10
’Pa台となるまで数秒〜数十秒間導入し、基板7に直
接吹き掛ける(第2B図)。
7の温度を約300〜1000℃、好ましくは約400
〜900℃の適当な温度に保つことのみで、AI C1
3気体分子は同種間の吸着力より基板との吸着力が優勢
となり、AI CI 3分子そのまま又は一部分解して
第2A図に示す如く基板7にその単分子層の吸着が行な
われる。この後△ICl3ガスの供給をバルブ5を閉じ
ることにより停止し、薄膜製造室1内の残留ガスを真空
排気装置2によって約〜lX1O−1pa程度となるま
で排気する。次いで直ちにバルブ6を開ぎ、02ガス若
しくはその不活性ガス(He 、 Ne 、 Ar等)
による希釈ガス又は酸素を含む化合物ガス(CO2+H
2、水蒸気等)を薄膜製造室1に真空度10−2〜10
’Pa台となるまで数秒〜数十秒間導入し、基板7に直
接吹き掛ける(第2B図)。
これにより、02は基板7に既に吸着している単分子A
lCl3層と反応し、第2C図に示す如くAl2O3の
単分子層(厚さ:〜2人)が基板7上に形成される。こ
の後、薄膜製造室1の残留ガスを真空排気袋δ2によっ
て排気する。以上の工程が、本発明の単結晶サファイア
薄膜製造法の単位工程であり、該単位工程を繰り返すこ
とにより、単位層厚の繰り返し回数倍の厚さを持つ単結
晶サファイア薄膜を容易に製造することができる。
lCl3層と反応し、第2C図に示す如くAl2O3の
単分子層(厚さ:〜2人)が基板7上に形成される。こ
の後、薄膜製造室1の残留ガスを真空排気袋δ2によっ
て排気する。以上の工程が、本発明の単結晶サファイア
薄膜製造法の単位工程であり、該単位工程を繰り返すこ
とにより、単位層厚の繰り返し回数倍の厚さを持つ単結
晶サファイア薄膜を容易に製造することができる。
実施例1
第1図に示ず装置内にサファイア単結晶基板7を設置し
真空度的8x 10−’ p aで約600℃に加熱し
て保持した。AI C13原料ガスを該真空装置内に真
空度約1xlO’pa程度となるまで約30秒間導入し
て上記基板−ヒに直接吹き掛け、次いで該装置内に残留
するAI Cl 3原料ガスを真空排気した後、直ちに
0213%を含む02−トIC混合ガスを該装置内の真
空度が約1x10’pa程度となるまで約30秒間導入
して上記基板上に直接吹き掛け、次いで該装置内に残留
する02−Hf3混合ガスを真空排気する工程を150
回繰り返した。151られた薄膜の反射電子回折結果に
よる結晶の構造を第3図に示す。この結果及び偏光解析
装置による光学的測定結果より得られた薄膜は平坦な表
面及びエピタキシャル成長した規則正しい原子配列を有
する単結晶サファイア(α−AI203>薄膜で、光の
屈折率が1.77のサファイアのそれと合致し、ざらに
触針法による測定結果から19られた膜の厚みは約30
0人であり、従って膜の成長速度は〜2人/単位工程で
あった。
真空度的8x 10−’ p aで約600℃に加熱し
て保持した。AI C13原料ガスを該真空装置内に真
空度約1xlO’pa程度となるまで約30秒間導入し
て上記基板−ヒに直接吹き掛け、次いで該装置内に残留
するAI Cl 3原料ガスを真空排気した後、直ちに
0213%を含む02−トIC混合ガスを該装置内の真
空度が約1x10’pa程度となるまで約30秒間導入
して上記基板上に直接吹き掛け、次いで該装置内に残留
する02−Hf3混合ガスを真空排気する工程を150
回繰り返した。151られた薄膜の反射電子回折結果に
よる結晶の構造を第3図に示す。この結果及び偏光解析
装置による光学的測定結果より得られた薄膜は平坦な表
面及びエピタキシャル成長した規則正しい原子配列を有
する単結晶サファイア(α−AI203>薄膜で、光の
屈折率が1.77のサファイアのそれと合致し、ざらに
触針法による測定結果から19られた膜の厚みは約30
0人であり、従って膜の成長速度は〜2人/単位工程で
あった。
(発明の効果)
本発明の単結晶サファイア薄膜の製造法は、サファイア
の成分元素であるA1とOの一種類ずつを含む原料ガス
と反応ガスを各々独立に交互に単結晶基板上に吹き掛け
、その単分子層毎の吸着と反応とを利用覆ることで単結
晶サファイア薄膜を単分子層(〜2人)毎の高精度で積
層成長し、単分子層からμmレベルの厚膜までの種々の
厚さの単結晶サファイア膜を(Oることができるという
効果が得られる。また、本発明の方法により製造した単
結晶サファイア薄膜は種々の半導体デバイスの絶縁膜、
ゲート酸化膜又は表面保護膜等に用いることができ、更
に従来ジョセフソン素子は回路を組んだ場合に誤作動を
抑えるため全体のマシン速度が遅くなっていたが本発明
の方法による単結晶薄膜を超伝導ジョセフソン接合素子
の層間絶縁膜及び数十人の薄さく約10分子層のHさ)
が高精度で必要とされるトンネル障壁層として用いるこ
とにより高性能な単結晶薄膜積層形ジョセフソンl〜ン
ネル接合素子を実現し、電流漏洩のない完全な電極分離
及び素子間分離を可能にし種々の電子デバイス及び集積
回路の極微細化、高集積化及び高性能化を可能にすると
いう効果がある。
の成分元素であるA1とOの一種類ずつを含む原料ガス
と反応ガスを各々独立に交互に単結晶基板上に吹き掛け
、その単分子層毎の吸着と反応とを利用覆ることで単結
晶サファイア薄膜を単分子層(〜2人)毎の高精度で積
層成長し、単分子層からμmレベルの厚膜までの種々の
厚さの単結晶サファイア膜を(Oることができるという
効果が得られる。また、本発明の方法により製造した単
結晶サファイア薄膜は種々の半導体デバイスの絶縁膜、
ゲート酸化膜又は表面保護膜等に用いることができ、更
に従来ジョセフソン素子は回路を組んだ場合に誤作動を
抑えるため全体のマシン速度が遅くなっていたが本発明
の方法による単結晶薄膜を超伝導ジョセフソン接合素子
の層間絶縁膜及び数十人の薄さく約10分子層のHさ)
が高精度で必要とされるトンネル障壁層として用いるこ
とにより高性能な単結晶薄膜積層形ジョセフソンl〜ン
ネル接合素子を実現し、電流漏洩のない完全な電極分離
及び素子間分離を可能にし種々の電子デバイス及び集積
回路の極微細化、高集積化及び高性能化を可能にすると
いう効果がある。
第1図は本発明の単結晶サファイアi’J RrAM造
装置の薄膜製造至を示した図、 第2A−0図は本発明の方法による単結晶サファイア薄
膜形成の状態を示した図、 第3図は本発明の方法により得られた単結晶薄膜の反1
11’J電子回折による結晶の構造写真図、第4図は従
来の化学気相反応法(CVD法)における薄膜製造装置
を示した図である。 1・・・ii?膜製造室 2・・・真空排気装置
3、 4.17.19・・・ガス導入管5.6・・・ス
トップバルブ 1.13・・・基板 8・・・ヒーター9・・
・イオンゲージ 10・・・4重極型質聞分析計11
・・・反応管 12・・・基板支持台14・・
・高周波加熱用コイル 15・・・水冷ジセケット 16・・・原料容器18・
・・昇温コイル 20・・・ガス排気口特許出願人
東 北 大 学 長 第2A図
装置の薄膜製造至を示した図、 第2A−0図は本発明の方法による単結晶サファイア薄
膜形成の状態を示した図、 第3図は本発明の方法により得られた単結晶薄膜の反1
11’J電子回折による結晶の構造写真図、第4図は従
来の化学気相反応法(CVD法)における薄膜製造装置
を示した図である。 1・・・ii?膜製造室 2・・・真空排気装置
3、 4.17.19・・・ガス導入管5.6・・・ス
トップバルブ 1.13・・・基板 8・・・ヒーター9・・
・イオンゲージ 10・・・4重極型質聞分析計11
・・・反応管 12・・・基板支持台14・・
・高周波加熱用コイル 15・・・水冷ジセケット 16・・・原料容器18・
・・昇温コイル 20・・・ガス排気口特許出願人
東 北 大 学 長 第2A図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、単結晶サファイア薄膜の製造法において、単結晶基
板を超高真空中で加熱し、第1工程においてサファイア
構成元素の一元素であるアルミニウムを含む原料ガスを
上記基板上に直接吹き掛け、次いで真空排気した後、直
ちに第2工程においてサファイア構成元素の一元素であ
る酸素を含む反応ガスを上記基板上に直接吹き掛け、再
び上記酸素を含む反応ガスを真空排気する上記第1工程
と第2工程から成る単位工程を繰り返して、該基板上で
の原料ガスと反応ガスの単分子層毎の吸着及び反応によ
る単結晶サファイア薄膜の単分子層毎の高精度な積層成
長を行うことを特徴とする単結晶サファイア薄膜の製造
法。 2、単結晶基板を300〜1000℃に加熱する特許請
求の範囲1項記載の方法。 3、原料ガスはハロゲン化アルミニウムである特許請求
の範囲第1項記載の方法。 4、反応ガスは酸素若しくはその不活性ガスによる希釈
ガス又は酸素を含む化合物ガスである特許請求の範囲第
1項記載の方法。 5、単結晶基板はサファイアと類似の原子配列及び原子
間距離を有する物質の単結晶である特許請求の範囲第1
項記載の方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7149986A JPS62226892A (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 単結晶サフアイア薄膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7149986A JPS62226892A (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 単結晶サフアイア薄膜の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62226892A true JPS62226892A (ja) | 1987-10-05 |
Family
ID=13462422
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7149986A Pending JPS62226892A (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 単結晶サフアイア薄膜の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62226892A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8592294B2 (en) | 2010-02-22 | 2013-11-26 | Asm International N.V. | High temperature atomic layer deposition of dielectric oxides |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4058430A (en) * | 1974-11-29 | 1977-11-15 | Tuomo Suntola | Method for producing compound thin films |
JPS55130896A (en) * | 1979-02-28 | 1980-10-11 | Lohja Ab Oy | Method and device for growing compound thin membrane |
JPS5864300A (ja) * | 1981-10-15 | 1983-04-16 | Nec Corp | 気相法によるアルミニウム酸化物の薄膜製造方法 |
-
1986
- 1986-03-29 JP JP7149986A patent/JPS62226892A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4058430A (en) * | 1974-11-29 | 1977-11-15 | Tuomo Suntola | Method for producing compound thin films |
JPS55130896A (en) * | 1979-02-28 | 1980-10-11 | Lohja Ab Oy | Method and device for growing compound thin membrane |
JPS5864300A (ja) * | 1981-10-15 | 1983-04-16 | Nec Corp | 気相法によるアルミニウム酸化物の薄膜製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8592294B2 (en) | 2010-02-22 | 2013-11-26 | Asm International N.V. | High temperature atomic layer deposition of dielectric oxides |
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