JPH057360B2 - - Google Patents
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- JPH057360B2 JPH057360B2 JP57136051A JP13605182A JPH057360B2 JP H057360 B2 JPH057360 B2 JP H057360B2 JP 57136051 A JP57136051 A JP 57136051A JP 13605182 A JP13605182 A JP 13605182A JP H057360 B2 JPH057360 B2 JP H057360B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
- C30B29/26—Complex oxides with formula BMe2O4, wherein B is Mg, Ni, Co, Al, Zn, or Cd and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co, or Al
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はマグネシアスピネルの気相エピタキシ
ヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置に
関する。
ヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置に
関する。
半導体集積回路の高速化、高密度化のため素子
間を絶縁体分離する方法が試みられている。近
年、特に半導体活性層を多層化した３次元集積回
路の研究開発気運の盛り上りによつて、絶縁体の
上にシリコン等の半導体単結晶膜を形成する技術
開発が盛んである。その中で、シリコン単結晶基
板上に絶縁体のマグネシアスピネルMgO・Al2O3
のエピタキシヤル膜を成長し、その上に半導体単
結晶膜を形成する方法は安価で品質の保証された
シリコン単結晶基板を用いるために良質の半導体
単結晶膜が容易かつ安価に形成される可能性があ
るために注目されている。この方法において良質
の半導体単結晶膜を得るためには、シリコン単結
晶基板に成長されるマグネシアスピネルのエピタ
キシヤル膜の結晶性、均一性が良いことが重要で
ある。マグネシアスピネル膜は次のようにして作
られる。
間を絶縁体分離する方法が試みられている。近
年、特に半導体活性層を多層化した３次元集積回
路の研究開発気運の盛り上りによつて、絶縁体の
上にシリコン等の半導体単結晶膜を形成する技術
開発が盛んである。その中で、シリコン単結晶基
板上に絶縁体のマグネシアスピネルMgO・Al2O3
のエピタキシヤル膜を成長し、その上に半導体単
結晶膜を形成する方法は安価で品質の保証された
シリコン単結晶基板を用いるために良質の半導体
単結晶膜が容易かつ安価に形成される可能性があ
るために注目されている。この方法において良質
の半導体単結晶膜を得るためには、シリコン単結
晶基板に成長されるマグネシアスピネルのエピタ
キシヤル膜の結晶性、均一性が良いことが重要で
ある。マグネシアスピネル膜は次のようにして作
られる。
第１図は従来の気相エピタキシヤル成長装置の
一例の断面図である。
一例の断面図である。
第１図において、反応管１は内部に塩化マグネ
シウム２を設置する部屋３とアルミニウム４を設
置する部屋５を有しており、ガス導入口６から水
素ガス部屋３に導入して蒸発したMgCl2のガスを
輸送する。一方、ガス導入口７から部屋５に塩酸
ガスと水素ガスを導入し、アルミニウムと塩酸ガ
スとが反応して生成されるAlCl3ガスを水素ガス
で輸送する。さらにガス導入口８より炭酸ガスと
水素ガスを導入する。以上のようにそれぞれ別々
の経路を通つて輸送される各ガスは成長室９で混
合される。その結果、次の反応 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2→MgO・Al2
O3＋4CO＋8HCl……(1) が生起し、シリコン単結晶基板１０に、マグネシ
アスピネルMgO・Al2O3がエピタキシヤル成長す
ることになる。
シウム２を設置する部屋３とアルミニウム４を設
置する部屋５を有しており、ガス導入口６から水
素ガス部屋３に導入して蒸発したMgCl2のガスを
輸送する。一方、ガス導入口７から部屋５に塩酸
ガスと水素ガスを導入し、アルミニウムと塩酸ガ
スとが反応して生成されるAlCl3ガスを水素ガス
で輸送する。さらにガス導入口８より炭酸ガスと
水素ガスを導入する。以上のようにそれぞれ別々
の経路を通つて輸送される各ガスは成長室９で混
合される。その結果、次の反応 MgCl2＋2AlCl3＋4CO2＋4H2→MgO・Al2
O3＋4CO＋8HCl……(1) が生起し、シリコン単結晶基板１０に、マグネシ
アスピネルMgO・Al2O3がエピタキシヤル成長す
ることになる。
以上のような従来方法においては、MgCl2ガ
ス、AlCl3ガス及び炭酸ガスがそれぞれ別々の経
路を通り、かつ成長室で同じ流れ方向のまま混合
されるため成長室でのガス混合が均一にならず、
均一な膜形成ができなくなることであり、また、
各ガス成分種の偏在が大きいために酸化マグネシ
ウムMgO、酸化アルミニウムAl2O3等の異相が析
出しやすくなり成長室全体にマグネシアスピネル
のみを析出させる各ガス成分種の濃度範囲が著し
く狭くなつてそれだけガス制御がむつかしくな
る。従つて、大口径ウエハー全面に結晶性及び膜
厚、組成等の均一性の良いマグネシアスピネルの
エピタキシヤル膜を量産性、再現性良く作成する
ことは困難であるという欠点があつた。さらに、
従来のマグネシアスピネルの気相エピタキシヤル
成長においては白金製のボートを用いていたが、
白金製ボートは高価であるばかりでなく、温度の
昇降を繰返すうちに変形してしまい、原料輸送速
度を一定に制御することが困難であるという欠点
もあつた。
ス、AlCl3ガス及び炭酸ガスがそれぞれ別々の経
路を通り、かつ成長室で同じ流れ方向のまま混合
されるため成長室でのガス混合が均一にならず、
均一な膜形成ができなくなることであり、また、
各ガス成分種の偏在が大きいために酸化マグネシ
ウムMgO、酸化アルミニウムAl2O3等の異相が析
出しやすくなり成長室全体にマグネシアスピネル
のみを析出させる各ガス成分種の濃度範囲が著し
く狭くなつてそれだけガス制御がむつかしくな
る。従つて、大口径ウエハー全面に結晶性及び膜
厚、組成等の均一性の良いマグネシアスピネルの
エピタキシヤル膜を量産性、再現性良く作成する
ことは困難であるという欠点があつた。さらに、
従来のマグネシアスピネルの気相エピタキシヤル
成長においては白金製のボートを用いていたが、
白金製ボートは高価であるばかりでなく、温度の
昇降を繰返すうちに変形してしまい、原料輸送速
度を一定に制御することが困難であるという欠点
もあつた。
本発明は上記欠点を除去し、結晶性、膜厚、組
成の均一性の良いマグネシアスピネル膜を得るこ
とのできるマグネシアスピネルの気相エピタキシ
ヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置を
提供するものである。
成の均一性の良いマグネシアスピネル膜を得るこ
とのできるマグネシアスピネルの気相エピタキシ
ヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置を
提供するものである。
本発明のマグネシアスピネルの気相エピタキシ
ヤル成長法は、一端開放の管状室を第１原料室と
し、該第１原料室を収容し前記第１原料室の開放
端側空地を第２原料室とする原料室と、該原料室
に接しかつ仕切り板で仕切られる成長室と、前記
第１原料室に接続し第１のガスを導入する第１の
パイプと、前記第２原料室に接続され第２のガス
を導入する第２のパイプと、前記成長室に接続さ
れ第３のガスを導入する第３のパイプと、前記原
料室からのガスを成長室へ送り込むバイパス管と
を含んで構成される気相エピタキシヤル装置を用
い、前記第１原料室にアルミニウムを置き、前記
第２原料室に塩化マグネシウムを置き、前記成長
室に被成長基板を置き、第１のガスとして塩酸ガ
スと窒素ガスを用い、第２のガスとして窒素ガス
を用い、第３のガスとして炭酸ガスと水素ガスと
窒素ガスとを用いることを特徴とする。
ヤル成長法は、一端開放の管状室を第１原料室と
し、該第１原料室を収容し前記第１原料室の開放
端側空地を第２原料室とする原料室と、該原料室
に接しかつ仕切り板で仕切られる成長室と、前記
第１原料室に接続し第１のガスを導入する第１の
パイプと、前記第２原料室に接続され第２のガス
を導入する第２のパイプと、前記成長室に接続さ
れ第３のガスを導入する第３のパイプと、前記原
料室からのガスを成長室へ送り込むバイパス管と
を含んで構成される気相エピタキシヤル装置を用
い、前記第１原料室にアルミニウムを置き、前記
第２原料室に塩化マグネシウムを置き、前記成長
室に被成長基板を置き、第１のガスとして塩酸ガ
スと窒素ガスを用い、第２のガスとして窒素ガス
を用い、第３のガスとして炭酸ガスと水素ガスと
窒素ガスとを用いることを特徴とする。
本発明の気相エピタキシヤル成長装置は、一端
開放の管状室を第１原料室とし、該第１原料室を
収容し前記第１原料室の開放端側空地を第２原料
室とする原料室と、該原料室に接しかつ仕切り板
で仕切られる成長室と、前記第１原料室に接続し
第１のガスを導入する第１のパイプと、前記第２
原料室に接続され第２のガスを導入する第２のパ
イプと、前記成長室に接続され第３のガスを導入
する第３のパイプと、前記原料室からのガスを成
長室へ送り込むバイパス管とを含んで構成され
る。
開放の管状室を第１原料室とし、該第１原料室を
収容し前記第１原料室の開放端側空地を第２原料
室とする原料室と、該原料室に接しかつ仕切り板
で仕切られる成長室と、前記第１原料室に接続し
第１のガスを導入する第１のパイプと、前記第２
原料室に接続され第２のガスを導入する第２のパ
イプと、前記成長室に接続され第３のガスを導入
する第３のパイプと、前記原料室からのガスを成
長室へ送り込むバイパス管とを含んで構成され
る。
次に、本発明の実施例について図面を用いて説
明する。
明する。
第２図は本発明の気相エピタキシヤル成長装置
の一実施例の断面図である。
の一実施例の断面図である。
この実施例の気相エピタキシヤル成長装置は、
一端開放の管状室を第１原料室１２とし、この第
１原料室を収容し、第１原料室の開放端側空地を
第２原料室１３とする原料室１１と、この原料室
１１に接しかつ仕切り板１５で仕切られる成長室
１４と、第１原料室１２に接続し第１のガスを導
入する第１のパイプ１６と、第２原料室１３に接
続され第２のガスを導入する第２のパイプ１７
と、成長室１４に接続され第３のガスを導入する
第３のパイプ１８と、原料室１１からのガスを成
長室１４へ送り込むバイパス管１９とを含んで構
成される。
一端開放の管状室を第１原料室１２とし、この第
１原料室を収容し、第１原料室の開放端側空地を
第２原料室１３とする原料室１１と、この原料室
１１に接しかつ仕切り板１５で仕切られる成長室
１４と、第１原料室１２に接続し第１のガスを導
入する第１のパイプ１６と、第２原料室１３に接
続され第２のガスを導入する第２のパイプ１７
と、成長室１４に接続され第３のガスを導入する
第３のパイプ１８と、原料室１１からのガスを成
長室１４へ送り込むバイパス管１９とを含んで構
成される。
次に、この気相エピタキシヤル成長装置を用い
てマグネシアスピネルを気相エピタキシヤル成長
させる本発明のマグネシアスピネル気相エピタキ
シヤル成長方法の実施例について説明する。アル
ミナ（または窒化珪素）製のボート２０にアルミ
ニウムを、ボート２１に塩化マグネシウムを入
れ、それぞれ第１原料室１２、第２原料室１３に
設置する。第１のパイプ１６から塩酸ガスと窒素
ガスを、第２のパイプ１７から窒素ガスを、第３
のパイプ１８から炭酸ガスと水素ガスと窒素ガス
をそれぞれ導入する。
てマグネシアスピネルを気相エピタキシヤル成長
させる本発明のマグネシアスピネル気相エピタキ
シヤル成長方法の実施例について説明する。アル
ミナ（または窒化珪素）製のボート２０にアルミ
ニウムを、ボート２１に塩化マグネシウムを入
れ、それぞれ第１原料室１２、第２原料室１３に
設置する。第１のパイプ１６から塩酸ガスと窒素
ガスを、第２のパイプ１７から窒素ガスを、第３
のパイプ１８から炭酸ガスと水素ガスと窒素ガス
をそれぞれ導入する。
成長条件は塩酸ガスを20cm3／min、窒素ガスを
１／minとして第１のパイプ１６から導入し、
第２のパイプ１７から窒素ガスを35／minで導
入する。第３のパイプ１８から炭酸ガスを300
cm3／min、水素ガスを20／min、窒素ガスを30
／min導入する。ホルダー２２はエピタキシヤ
ル成長膜の膜厚のガスの流れ方向の均一性を良く
するために1.5度〜2.4度の勾配をつけておく。ホ
ルダー２２の上に被成長基板２３として（100）
面を有するシリコン単結晶基板２３を載置し、成
長室１４に設置する。アルミニウムの温度を600
℃、塩化マグネシウムの温度を950℃、成長室の
温度を980℃にする。原料室では次の反応が起る。
１／minとして第１のパイプ１６から導入し、
第２のパイプ１７から窒素ガスを35／minで導
入する。第３のパイプ１８から炭酸ガスを300
cm3／min、水素ガスを20／min、窒素ガスを30
／min導入する。ホルダー２２はエピタキシヤ
ル成長膜の膜厚のガスの流れ方向の均一性を良く
するために1.5度〜2.4度の勾配をつけておく。ホ
ルダー２２の上に被成長基板２３として（100）
面を有するシリコン単結晶基板２３を載置し、成
長室１４に設置する。アルミニウムの温度を600
℃、塩化マグネシウムの温度を950℃、成長室の
温度を980℃にする。原料室では次の反応が起る。
Al＋3HCl→AlCl3＋３／２H2 ……(2)
生成したAlCl3の輸送速度はHClの流量によつ
て決まり、これはHClの流量計のマスフローメー
タによつて正確に制御できる。AlCO3は下流側に
置かれた塩化マグネシウムから揮発したMgCl2ガ
スと一緒になつて成長室１４にバイパス管１９を
通つて輸送される。成長室１４では第３のパイプ
１８からの炭酸ガスと混合され、(1)式で示される
MgO・Al2O3の生成反応が起つてホルダー２２上
に置かれた基板２３上にマグネシア・スピネルが
成長する。
て決まり、これはHClの流量計のマスフローメー
タによつて正確に制御できる。AlCO3は下流側に
置かれた塩化マグネシウムから揮発したMgCl2ガ
スと一緒になつて成長室１４にバイパス管１９を
通つて輸送される。成長室１４では第３のパイプ
１８からの炭酸ガスと混合され、(1)式で示される
MgO・Al2O3の生成反応が起つてホルダー２２上
に置かれた基板２３上にマグネシア・スピネルが
成長する。
このようにして得られるマグネシア・スピネル
の成長を10回行ないマグネシア・スピネル（400）
回折のＸ線ロツキングプロフアイルの半値幅を測
定した所0.7゜±0.05゜であつた。この値は第１図で
説明した従来方法に比べて格段にばらつきが改善
されていることを示す。これは、バイパス管１９
からのAlCl3とMgCl2との混合ガスと第３のパイ
プ１８からのCO2ガスとが反応室１４への入口付
近でぶつかり合い良く混合してから被成長基板２
３に流れて行くからである。このように、本発明
の装置と方法を用いるとばらつきの極めて小さい
マグネシア・スピネルを得ることができる。
の成長を10回行ないマグネシア・スピネル（400）
回折のＸ線ロツキングプロフアイルの半値幅を測
定した所0.7゜±0.05゜であつた。この値は第１図で
説明した従来方法に比べて格段にばらつきが改善
されていることを示す。これは、バイパス管１９
からのAlCl3とMgCl2との混合ガスと第３のパイ
プ１８からのCO2ガスとが反応室１４への入口付
近でぶつかり合い良く混合してから被成長基板２
３に流れて行くからである。このように、本発明
の装置と方法を用いるとばらつきの極めて小さい
マグネシア・スピネルを得ることができる。
なお、本実施例では、窒素ガスを用いたが、こ
れの代りにアルゴンガスを用いても同様の結果を
得ることができる。
れの代りにアルゴンガスを用いても同様の結果を
得ることができる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、
結晶性、均一性の良いマグネシア・スピネル膜を
気相エピタキシヤル成長させる方法と装置が得ら
れるのでその効果は大きい。
結晶性、均一性の良いマグネシア・スピネル膜を
気相エピタキシヤル成長させる方法と装置が得ら
れるのでその効果は大きい。
第１図は従来の気相エピタキシヤル成長装置の
一例の断面図、第２図は本発明の気相エピタキシ
ヤル成長装置の一実施例の断面図である。 １……反応管、２……塩化マグネシウム、３…
…塩化マグネシウム収納室、４……アルミニウ
ム、５……アルミニウム収納室、６，７，８……
ガス導入口、９……成長室、１０……シリコン単
結晶基板、１１……原料室、１２……第１原料
室、１３……第２原料室、１４……成長室、１５
……仕切り板、１６……第１のパイプ、１７……
第２のパイプ、１８……第３のパイプ、１９……
バイパス管、２０，２１……ボート、２２……ホ
ルダー、２３……シリコン単結晶基板。
一例の断面図、第２図は本発明の気相エピタキシ
ヤル成長装置の一実施例の断面図である。 １……反応管、２……塩化マグネシウム、３…
…塩化マグネシウム収納室、４……アルミニウ
ム、５……アルミニウム収納室、６，７，８……
ガス導入口、９……成長室、１０……シリコン単
結晶基板、１１……原料室、１２……第１原料
室、１３……第２原料室、１４……成長室、１５
……仕切り板、１６……第１のパイプ、１７……
第２のパイプ、１８……第３のパイプ、１９……
バイパス管、２０，２１……ボート、２２……ホ
ルダー、２３……シリコン単結晶基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一端開放の管状室を第１原料室とし、該第１
原料室を収容し前記第１原料室の開放端側空地を
第２原料室とする原料室と、該原料室に接しかつ
仕切り板で仕切られる成長室と、前記第１原料室
に接続し第１のガスを導入する第１のパイプと、
前記第２原料室に接続され第２のガスを導入する
第２のパイプと、前記成長室に接続され第３のガ
スを導入する第３のパイプと、前記原料室からの
ガスを成長室へ送り込むバイパス管とを含む気相
エピタキシヤル装置を用い、前記第１原料室にア
ルミニウムを置き、前記第２原料室に塩化マグネ
シウムを置き、前記成長室に被成長基板を置き、
第１のガスとして塩酸ガスと窒素ガスを用い、第
２のガスとして窒素ガスを用い、第３ガスとして
炭酸ガスと水素ガスとを用いることを特徴とする
マグネシアスピネルの気相エピタキシヤル成長方
法。 ２ 一端開放の管状室を第１原料室とし、該第１
原料室を収容し前記第１原料室の開放端側空地を
第２原料室とする原料室と、該原料室に接しかつ
仕切り板で仕切られる成長室と、前記第１原料室
に接続し第１のガスを導入する第１のパイプと、
前記第２原料室に接続され第２のガスを導入する
第２のパイプと、前記成長室に接続され第３のガ
スを導入する第３のパイプと、前記原料室からの
ガスを成長室へ送り込むバイパス管とを含むこと
を特徴とする気相エピタキシヤル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136051A JPS5926999A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | マグネシアスピネルの気相エピタキシヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57136051A JPS5926999A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | マグネシアスピネルの気相エピタキシヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5926999A JPS5926999A (ja) | 1984-02-13 |
| JPH057360B2 true JPH057360B2 (ja) | 1993-01-28 |
Family
ID=15166026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57136051A Granted JPS5926999A (ja) | 1982-08-04 | 1982-08-04 | マグネシアスピネルの気相エピタキシヤル成長方法及び気相エピタキシヤル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5926999A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5084438A (en) * | 1988-03-23 | 1992-01-28 | Nec Corporation | Electronic device substrate using silicon semiconductor substrate |
-
1982
- 1982-08-04 JP JP57136051A patent/JPS5926999A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5926999A (ja) | 1984-02-13 |
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