JPS6229397B2 - - Google Patents
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- JPS6229397B2 JPS6229397B2 JP56044164A JP4416481A JPS6229397B2 JP S6229397 B2 JPS6229397 B2 JP S6229397B2 JP 56044164 A JP56044164 A JP 56044164A JP 4416481 A JP4416481 A JP 4416481A JP S6229397 B2 JPS6229397 B2 JP S6229397B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は基板に単結晶膜をヘテロ・エピタキシ
ヤル成長させる方法に関するものである。
ヤル成長させる方法に関するものである。
一般に、ヘテロ・エピタキシヤル成長方法はサ
フアイア、スピネル等の絶縁性基板等に、基板と
は結晶構造、格子定数の異なるシリコン等の単結
晶膜を成長させるのに使用される。このヘテロ・
エピタキシヤル成長方法には、基板と成長膜との
結晶構造、格子定数の相違により、あるいは、基
板と成長膜との反応による生成物の成長膜への導
入等により、成長膜に格子欠陥が発生しやすいと
いう問題点がある。したがつて、ヘテロ・エピタ
キシヤル成長方法において、良質の単結晶膜を得
ることは極めて困難である。
フアイア、スピネル等の絶縁性基板等に、基板と
は結晶構造、格子定数の異なるシリコン等の単結
晶膜を成長させるのに使用される。このヘテロ・
エピタキシヤル成長方法には、基板と成長膜との
結晶構造、格子定数の相違により、あるいは、基
板と成長膜との反応による生成物の成長膜への導
入等により、成長膜に格子欠陥が発生しやすいと
いう問題点がある。したがつて、ヘテロ・エピタ
キシヤル成長方法において、良質の単結晶膜を得
ることは極めて困難である。
例えば、近年、高速、低消費電力用集積回路材
料として注目されているSOS（silicon on
sapphire）は、SiH4ガスの熱分解による気相成
長法によつて製造されている。
料として注目されているSOS（silicon on
sapphire）は、SiH4ガスの熱分解による気相成
長法によつて製造されている。
しかし、この方法でSOSを製造する場合、シリ
コン単結晶膜の成長モードは核成長（nucleation
and growth）になるが、成長初期過程すなわち
サフアイア（Al2O3）基板がシリコン（Si）によつ
て覆われるまでの段階において、サフアイアとシ
リコン粒子との反応が活発に起り、Al―Si―Ｏの
化合物が形成されるために、核形成後の液滴様合
体による粒子間の方位の食い違い（mis―
orientation）の是正が妨げられる。その結果、シ
リコン単結晶中の欠陥密度が増大し、キヤリア移
動度が低下し、SOS基板の特性を低下させてい
た。また、アルミニウムのシリコン単結晶膜中へ
のオートドーピングの原因にもなつていた。な
お、このような問題点を解決するために、成長初
期段階を早い成長速度で成長させる方法が試みら
れていたが、本質的に上記の反応を抑制すること
はきわめて困難であつた。
コン単結晶膜の成長モードは核成長（nucleation
and growth）になるが、成長初期過程すなわち
サフアイア（Al2O3）基板がシリコン（Si）によつ
て覆われるまでの段階において、サフアイアとシ
リコン粒子との反応が活発に起り、Al―Si―Ｏの
化合物が形成されるために、核形成後の液滴様合
体による粒子間の方位の食い違い（mis―
orientation）の是正が妨げられる。その結果、シ
リコン単結晶中の欠陥密度が増大し、キヤリア移
動度が低下し、SOS基板の特性を低下させてい
た。また、アルミニウムのシリコン単結晶膜中へ
のオートドーピングの原因にもなつていた。な
お、このような問題点を解決するために、成長初
期段階を早い成長速度で成長させる方法が試みら
れていたが、本質的に上記の反応を抑制すること
はきわめて困難であつた。
本発明は上記従来技術の欠点を解消し、基板と
成長膜との反応を抑制して、良質の単結晶膜を成
長させることのできるヘテロ・エピタキシヤル成
長方法を提供するものである。
成長膜との反応を抑制して、良質の単結晶膜を成
長させることのできるヘテロ・エピタキシヤル成
長方法を提供するものである。
本発明は気相成長法により基板上に単結晶膜を
ヘテロ・エピタキシヤル成長させる方法におい
て、前記基板上に前記単結晶膜と同じ物質の多結
晶または非晶質の薄い膜をあらかじめ付着させて
から前記気相成長を行うことを特徴とするヘテ
ロ・エピタキシヤル成長方法である。
ヘテロ・エピタキシヤル成長させる方法におい
て、前記基板上に前記単結晶膜と同じ物質の多結
晶または非晶質の薄い膜をあらかじめ付着させて
から前記気相成長を行うことを特徴とするヘテ
ロ・エピタキシヤル成長方法である。
本発明によれば、基板上に多結晶または非晶質
の薄い膜をあらかじめ付着させるため、従来気相
成長時の初期過程で起つていた基板と成長膜との
反応が起らなくなり、良質の単結晶膜を成長させ
ることができる。
の薄い膜をあらかじめ付着させるため、従来気相
成長時の初期過程で起つていた基板と成長膜との
反応が起らなくなり、良質の単結晶膜を成長させ
ることができる。
以下、本発明をSOSの製造に適用した場合の実
施例を説明する。
施例を説明する。
先ず、厚さ0.4mmのサフアイア基板を準備し、
前記基板の（01１２）面上に厚さ約50〜300Åの
非晶質シリコンを４極DCスパツタリング法を用
いて付着させる。このときの条件は、例えば雰囲
気ガスAr：1.6×10-3torr、印加電圧：900V、マ
グネツト電流：5A、ターゲツト：単結晶シリコ
ン、堆積速度：100Å／分である。
前記基板の（01１２）面上に厚さ約50〜300Åの
非晶質シリコンを４極DCスパツタリング法を用
いて付着させる。このときの条件は、例えば雰囲
気ガスAr：1.6×10-3torr、印加電圧：900V、マ
グネツト電流：5A、ターゲツト：単結晶シリコ
ン、堆積速度：100Å／分である。
次に、前記非晶質シリコンの付着したサフアイ
ア基板を高周波加熱炉を用いたCVD装置へ移
し、炉の温度を室温から反応温度にまで例えば５
分間で上昇させると、アニール効果により、前記
非晶質シリコンは多結晶シリコン膜に変わる。
ア基板を高周波加熱炉を用いたCVD装置へ移
し、炉の温度を室温から反応温度にまで例えば５
分間で上昇させると、アニール効果により、前記
非晶質シリコンは多結晶シリコン膜に変わる。
第１図は、この状態の試料（ただしスパツタ法
で付着させた非晶質シリコンの厚さは約100Å）
をCVD装置から取り出し、電子顕微鏡で観察し
た写真である。シリコンのリングのパターンが見
えていることから、前記非晶質シリコンが多結晶
膜に変つていることが分る。
で付着させた非晶質シリコンの厚さは約100Å）
をCVD装置から取り出し、電子顕微鏡で観察し
た写真である。シリコンのリングのパターンが見
えていることから、前記非晶質シリコンが多結晶
膜に変つていることが分る。
次に、反応温度950℃〜1050℃に温度を上げた
CVD装置内に、例えば10〜30c.c.／分のSiH4ガス
と100c.c.／分のH2ガスを流し、200〜1000Å／分
の堆積速度で前記サフアイア基板上に厚さ0.3〜
0.6μｍの（001）面単結晶シリコン膜をヘテロ・
エピタキシヤル成長させる。
CVD装置内に、例えば10〜30c.c.／分のSiH4ガス
と100c.c.／分のH2ガスを流し、200〜1000Å／分
の堆積速度で前記サフアイア基板上に厚さ0.3〜
0.6μｍの（001）面単結晶シリコン膜をヘテロ・
エピタキシヤル成長させる。
第２図は前記方法（ただし反応温度は980℃）
でヘテロ・エピタキシヤル成長させた試料（膜厚
は約1000Å）の電子顕微鏡写真である。一般に、
非晶質または多結晶のシリコン膜上には単結晶シ
リコン膜は成長しないと考えられがちであるが、
本実施例の方法によれば、この写真から明らかな
ように単結晶シリコン膜が成長することがわか
る。
でヘテロ・エピタキシヤル成長させた試料（膜厚
は約1000Å）の電子顕微鏡写真である。一般に、
非晶質または多結晶のシリコン膜上には単結晶シ
リコン膜は成長しないと考えられがちであるが、
本実施例の方法によれば、この写真から明らかな
ように単結晶シリコン膜が成長することがわか
る。
本実施例において、サフアイア基板上にあらか
じめ非晶質シリコンを付着させる方法としては、
前記スパツタリング法以外にその他のPVD法
（例えば電子ビーム蒸着法）やプラズマCVD法な
どを用いることが可能である。また、非晶質の代
わりに最初から多結晶シリコンを付着させておい
てもよい。
じめ非晶質シリコンを付着させる方法としては、
前記スパツタリング法以外にその他のPVD法
（例えば電子ビーム蒸着法）やプラズマCVD法な
どを用いることが可能である。また、非晶質の代
わりに最初から多結晶シリコンを付着させておい
てもよい。
なお、あらかじめ付着しておく非晶質または多
結晶のシリコン膜は比較的薄いものがよく、特に
100Å以下のものを使つた場合に、その後のCVD
法による成長工程で良好な単結晶シリコン膜を成
長させることができる。
結晶のシリコン膜は比較的薄いものがよく、特に
100Å以下のものを使つた場合に、その後のCVD
法による成長工程で良好な単結晶シリコン膜を成
長させることができる。
本実施例によれば、サフアイア基板上にあらか
じめ多結晶または非晶質の薄いシリコン膜を付着
させてから、CVD法により単結晶シリコン膜を
成長させるため、従来、エピタキシヤル成長初期
過程で起つていたサフアイアとシリコン粒子との
反応が起らなくなり、Al−Si−Ｏの化合物はでき
なくなる。この場合における成長モードは核成長
でなく層成長になるものと考えられる。したがつ
て、この２つの効果により単結晶シリコンの欠陥
密度が非常に減少し、キヤリア移動度が向上す
る。また、アルミニウムのオートドーピングがき
わめて少なくなる。それ故、集積回路の材料とし
て優れた性質のSOS基板を得ることができる。
じめ多結晶または非晶質の薄いシリコン膜を付着
させてから、CVD法により単結晶シリコン膜を
成長させるため、従来、エピタキシヤル成長初期
過程で起つていたサフアイアとシリコン粒子との
反応が起らなくなり、Al−Si−Ｏの化合物はでき
なくなる。この場合における成長モードは核成長
でなく層成長になるものと考えられる。したがつ
て、この２つの効果により単結晶シリコンの欠陥
密度が非常に減少し、キヤリア移動度が向上す
る。また、アルミニウムのオートドーピングがき
わめて少なくなる。それ故、集積回路の材料とし
て優れた性質のSOS基板を得ることができる。
更に、本実施例では、生成された単結晶シリコ
ン膜の表面がきわめて平坦になることが確認され
ている。このことはLSIのような集積度の高い集
積回路を作る場合にきわめて有効である。
ン膜の表面がきわめて平坦になることが確認され
ている。このことはLSIのような集積度の高い集
積回路を作る場合にきわめて有効である。
第３図は従来方法と本実施例方法による平坦性
を比較した光学顕微鏡写真（倍率：20倍）であ
る。写真の右上の部分はサフアイア基板上に直接
にCVD法で単結晶シリコンを成長させた場合の
表面を示し、その他の部分はあらかじめ非晶質シ
リコンを付着しておく本実施例の方法で単結晶シ
リコンを成長させた場合の表面を示すものであ
る。写真から分るように、本実施例の場合の方が
平坦性の良い鏡面となつており、非晶質シリコン
のない部分と境界がついている。
を比較した光学顕微鏡写真（倍率：20倍）であ
る。写真の右上の部分はサフアイア基板上に直接
にCVD法で単結晶シリコンを成長させた場合の
表面を示し、その他の部分はあらかじめ非晶質シ
リコンを付着しておく本実施例の方法で単結晶シ
リコンを成長させた場合の表面を示すものであ
る。写真から分るように、本実施例の場合の方が
平坦性の良い鏡面となつており、非晶質シリコン
のない部分と境界がついている。
前記実施例ではSOSの製法について説明した
が、本発明の方法がその他のヘテロ・エピタキシ
ヤル成長に適用できることはもちろんである。
が、本発明の方法がその他のヘテロ・エピタキシ
ヤル成長に適用できることはもちろんである。
例えば、サフアイア基板の代わりにスピネルや
その他の基板を用いる場合にも本発明を適用する
ことができる。
その他の基板を用いる場合にも本発明を適用する
ことができる。
また、基板上にあらかじめ薄い膜を付着させる
方法としては、前記のスパツタリング法、電子ビ
ーム蒸着法及びプラズマCVD法以外でも、基板
との反応生成物ができにくいような方法ならばよ
く、一般に非平衡状態で付着する方法を用いるこ
とができる。例えば、単結晶が成長しないような
低めの温度におけるCVD法で基板上にあらかじ
め薄い膜を付着し、その後温度を上げてエピタキ
シヤル成長させれば、同一のCVD用装置内で処
理できるので、より清浄な単結晶膜を成長させる
ことができる。前述た薄い膜の膜厚は10Å〜500
Åの範囲にあればよい。
方法としては、前記のスパツタリング法、電子ビ
ーム蒸着法及びプラズマCVD法以外でも、基板
との反応生成物ができにくいような方法ならばよ
く、一般に非平衡状態で付着する方法を用いるこ
とができる。例えば、単結晶が成長しないような
低めの温度におけるCVD法で基板上にあらかじ
め薄い膜を付着し、その後温度を上げてエピタキ
シヤル成長させれば、同一のCVD用装置内で処
理できるので、より清浄な単結晶膜を成長させる
ことができる。前述た薄い膜の膜厚は10Å〜500
Åの範囲にあればよい。
以上詳細に説明したように、本発明は基板上に
単結晶膜を気相成長させるに先立ち、あらかじめ
他の方法で多結晶または非晶質の薄い膜を前記基
板表面に付着させておくことにより、欠陥密度が
少ないなどの優れた性質を有する単結晶膜を成長
させ得るものである。
単結晶膜を気相成長させるに先立ち、あらかじめ
他の方法で多結晶または非晶質の薄い膜を前記基
板表面に付着させておくことにより、欠陥密度が
少ないなどの優れた性質を有する単結晶膜を成長
させ得るものである。
第１図はサフアイア基板上にあらかじめ付着し
た非晶質シリコンがアニール後に多結晶化してい
ることを示す電子顕微鏡写真、第２図は本発明に
より試作されたSOSの単結晶シリコン膜の電子顕
微鏡写真及び第３図は前記単結晶シリコン膜の平
坦性を示すための光学顕微鏡写真である。
た非晶質シリコンがアニール後に多結晶化してい
ることを示す電子顕微鏡写真、第２図は本発明に
より試作されたSOSの単結晶シリコン膜の電子顕
微鏡写真及び第３図は前記単結晶シリコン膜の平
坦性を示すための光学顕微鏡写真である。
Claims (1)
- １ 所定の基板に単結晶膜を形成するヘテロ・エ
ピタキシヤル成長方法において、前記単結晶膜を
形成する物質と同じ物質の多結晶又は非晶質の膜
を前記基板上に前記単結晶膜の成長温度より低い
温度で、500Å程度までの厚さ付着した後、前記
単結晶膜を前記成長温度で気相成長することを特
徴とするヘテロ・エピタキシヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4416481A JPS57160993A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Heteroepitaxial growing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4416481A JPS57160993A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Heteroepitaxial growing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57160993A JPS57160993A (en) | 1982-10-04 |
| JPS6229397B2 true JPS6229397B2 (ja) | 1987-06-25 |
Family
ID=12683947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4416481A Granted JPS57160993A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Heteroepitaxial growing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57160993A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196757A (ja) † | 1992-06-10 | 1994-07-15 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化インジウムガリウム半導体の成長方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5430872A (en) * | 1977-08-12 | 1979-03-07 | Hope Henry F | Device of measuring area of slender strip material |
-
1981
- 1981-03-27 JP JP4416481A patent/JPS57160993A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5430872A (en) * | 1977-08-12 | 1979-03-07 | Hope Henry F | Device of measuring area of slender strip material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196757A (ja) † | 1992-06-10 | 1994-07-15 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化インジウムガリウム半導体の成長方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57160993A (en) | 1982-10-04 |
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