JPH0777203B2 - シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法Info
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- JPH0777203B2 JPH0777203B2 JP62071362A JP7136287A JPH0777203B2 JP H0777203 B2 JPH0777203 B2 JP H0777203B2 JP 62071362 A JP62071362 A JP 62071362A JP 7136287 A JP7136287 A JP 7136287A JP H0777203 B2 JPH0777203 B2 JP H0777203B2
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Description
【発明の詳細な説明】 イ）発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明はIC、VLSI等のデバイス等に有用な、シリコン単
結晶膜を有するサファイア基板の製造方法に関するもの
である。
結晶膜を有するサファイア基板の製造方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕 従来、結晶格子定数がシリコンに近いサファイア基板上
に、シリコンを気相成長させることにより、シリコン単
結晶膜を形成させる方法はよく知られている。
に、シリコンを気相成長させることにより、シリコン単
結晶膜を形成させる方法はよく知られている。
しかしながら、この従来法で得られたシリコン単結晶膜
は、 単結晶が完全でない 結晶欠陥が多い 例えばサファイア基板等から浮遊するアルミニウム等
の混入がある 等の問題があり、良質のシリコン単結晶膜を得ることは
困難であった。
は、 単結晶が完全でない 結晶欠陥が多い 例えばサファイア基板等から浮遊するアルミニウム等
の混入がある 等の問題があり、良質のシリコン単結晶膜を得ることは
困難であった。
このような問題を解決する為に、シリコンを、速い膜成
長速度、例えば２μm/分以上で気相成長させる方法、ま
た初め速く次いで遅い成長速度で気相成長させる方法、
さらに初期の気相成長素度を比較的遅くして下地膜を成
長させ、引き続き比較的速い成長速度で気相成長させる
方法、あるいは多結晶または非晶質のシリコン膜を基板
の上に所定の厚さだけ付着した後、単結晶膜を気相成長
させる方法等が試みられているが、前記の問題点を解決
するまでには至っていなかった。
長速度、例えば２μm/分以上で気相成長させる方法、ま
た初め速く次いで遅い成長速度で気相成長させる方法、
さらに初期の気相成長素度を比較的遅くして下地膜を成
長させ、引き続き比較的速い成長速度で気相成長させる
方法、あるいは多結晶または非晶質のシリコン膜を基板
の上に所定の厚さだけ付着した後、単結晶膜を気相成長
させる方法等が試みられているが、前記の問題点を解決
するまでには至っていなかった。
またサファイア基板上へ気相成長させるシリコンの原料
としては、以前は四塩化珪素が用いられていたが、最近
は主にモノシランが使用されている。この理由として
は、四塩化珪素よりモノシランの法が、より低い温度で
シリコンを気相成長させることが可能であり、たとえば
サファイア基板中のアルミニウムがシリコン成長層中へ
オートドーピングやオートデイヒュージョンせず、より
良質なシリコン単結晶膜が得られるためと言われてい
る。
としては、以前は四塩化珪素が用いられていたが、最近
は主にモノシランが使用されている。この理由として
は、四塩化珪素よりモノシランの法が、より低い温度で
シリコンを気相成長させることが可能であり、たとえば
サファイア基板中のアルミニウムがシリコン成長層中へ
オートドーピングやオートデイヒュージョンせず、より
良質なシリコン単結晶膜が得られるためと言われてい
る。
しかしながらモノシランを用いる方法によっても、上記
したような問題を完全に解決したシリコン単結晶膜を得
ることは出来ず、実用上さらに改良することが望まれて
いる。
したような問題を完全に解決したシリコン単結晶膜を得
ることは出来ず、実用上さらに改良することが望まれて
いる。
本発明者らは、シリコン単結晶膜の結晶が完全で、結晶
欠陥がなく、生産効率に優れ、かつ各種のIC、VLSI等の
デバイスに適用しうるシリコン単結晶膜を有するサファ
イアの製造方法につき鋭意研究した結果、本発明を完成
した。
欠陥がなく、生産効率に優れ、かつ各種のIC、VLSI等の
デバイスに適用しうるシリコン単結晶膜を有するサファ
イアの製造方法につき鋭意研究した結果、本発明を完成
した。
ロ）発明の構成 〔問題点を解決する手段〕 本発明は、熱CVD法による気相成長法でシリコン単結晶
膜を有するサファイア基板を製造するにあたり、ジシラ
ンを0.001vol％〜10vol％含有する希釈ガスを原料とし
て用い、気相成長温度を500℃〜1,300℃とし、かつシリ
コン単結晶膜の成長速度を0.001μm/min〜10μm/minと
することを特徴とするシリコン単結晶膜を有するサファ
イア基板の製造方法である。
膜を有するサファイア基板を製造するにあたり、ジシラ
ンを0.001vol％〜10vol％含有する希釈ガスを原料とし
て用い、気相成長温度を500℃〜1,300℃とし、かつシリ
コン単結晶膜の成長速度を0.001μm/min〜10μm/minと
することを特徴とするシリコン単結晶膜を有するサファ
イア基板の製造方法である。
本発明においてシリコン単結晶膜を形成すべきサファイ
ア基板としては、特に限定されるものではないが、たと
えば（01２）面、（11４）面、（0001）面等の面方
位のものが好ましい。
ア基板としては、特に限定されるものではないが、たと
えば（01２）面、（11４）面、（0001）面等の面方
位のものが好ましい。
本発明におけるジシラン（Si2H6）は高純度のものが望
ましい。ジシランを反応系へ供給する場合は、希釈ガス
と共に供給する。希釈ガスとしては、通常、水素、不活
性ガスが上げられ、好ましくは水素、ヘリウムである。
希釈ガスはいずれも精製したものを用いるのがよく、例
えば水素はパラジウム膜透過精製、モレキュラーシーブ
による吸着精製したものを用いればよい。
ましい。ジシランを反応系へ供給する場合は、希釈ガス
と共に供給する。希釈ガスとしては、通常、水素、不活
性ガスが上げられ、好ましくは水素、ヘリウムである。
希釈ガスはいずれも精製したものを用いるのがよく、例
えば水素はパラジウム膜透過精製、モレキュラーシーブ
による吸着精製したものを用いればよい。
ジシランと希釈ガスを反応系に供給する場合、別々に供
給してもよいが、両者が充分に混合されているのがより
望ましく、例えば混合器を用いて供給する方法が挙げら
れる。
給してもよいが、両者が充分に混合されているのがより
望ましく、例えば混合器を用いて供給する方法が挙げら
れる。
ジシランと希釈ガスの反応系への供給割合は、ジシラン
と希釈ガスの合計量基準で、ジシランが0.001Vol％〜10
Vol％である。0.001Vol％未満ではジシランの成長速度
が遅くなり過ぎ実用的でなくなる恐れがあり、10Vol％
を越えると、反応器壁への堆積、あるいは気相中での核
成長によるジシランのロスが大きくなるのみならず、精
製した微粉がシリコン膜に入り結晶欠陥の原因となる恐
れがある。
と希釈ガスの合計量基準で、ジシランが0.001Vol％〜10
Vol％である。0.001Vol％未満ではジシランの成長速度
が遅くなり過ぎ実用的でなくなる恐れがあり、10Vol％
を越えると、反応器壁への堆積、あるいは気相中での核
成長によるジシランのロスが大きくなるのみならず、精
製した微粉がシリコン膜に入り結晶欠陥の原因となる恐
れがある。
ジシランを分解してシリコン単結晶を気相成長させる手
段としては、熱CVDを適用する。
段としては、熱CVDを適用する。
熱CVDを行うための加熱手段としては、高周波加熱、赤
外線ランプによる加熱等を用いればよいが、低温成長を
行えるという利点を生かして、抵抗加熱を用いてもよ
い。
外線ランプによる加熱等を用いればよいが、低温成長を
行えるという利点を生かして、抵抗加熱を用いてもよ
い。
気相成長温度は1300℃〜500℃であり、更に好ましくは9
00℃〜600℃である。500℃未満ではシリコン単結晶膜の
成長速度が非常に小さくなり、成長に要する時間が長く
なるため実用的であるとは言えず、また結晶欠陥が増大
したり多結晶になる恐れがあり電気的特性の悪化につな
がる可能性がある。1300℃を越えるとシリコン単結晶膜
へのアルミニウムの混入が促進され、電気的特性が悪く
なる可能性の他、基板上へのシリコン単結晶膜の堆積
後、室温に戻すとシリコン単結晶膜と基板との界面に応
力が生じ、電気特性への劣化につながる可能性がある。
00℃〜600℃である。500℃未満ではシリコン単結晶膜の
成長速度が非常に小さくなり、成長に要する時間が長く
なるため実用的であるとは言えず、また結晶欠陥が増大
したり多結晶になる恐れがあり電気的特性の悪化につな
がる可能性がある。1300℃を越えるとシリコン単結晶膜
へのアルミニウムの混入が促進され、電気的特性が悪く
なる可能性の他、基板上へのシリコン単結晶膜の堆積
後、室温に戻すとシリコン単結晶膜と基板との界面に応
力が生じ、電気特性への劣化につながる可能性がある。
シリコン単結晶膜の成長速度は0.001μm/min〜10μm/mi
nである。0.001μm/min未満では成長が遅すぎて実用的
であるとは言えず、10μm/minを越えると完全な単結晶
を得がたくなる。
nである。0.001μm/min未満では成長が遅すぎて実用的
であるとは言えず、10μm/minを越えると完全な単結晶
を得がたくなる。
反応器は縦型、横型、バレル型等が挙げられるが、特に
その形状を問うものではない。
その形状を問うものではない。
圧力は常圧でも、減圧、加圧下でも行えるが、好ましく
は5Torr〜900Torrである。5Torr未満ではシリコン単結
晶膜の成長速度が遅くなり過ぎ、900Torrを越えると反
応器の選択範囲が限定される恐れがあるため好ましいと
は言えない。
は5Torr〜900Torrである。5Torr未満ではシリコン単結
晶膜の成長速度が遅くなり過ぎ、900Torrを越えると反
応器の選択範囲が限定される恐れがあるため好ましいと
は言えない。
本発明においてサファイア基板上に形成させるべきシリ
コン単結晶膜の厚さは、使用目的に応じて適宜定めれば
よい。
コン単結晶膜の厚さは、使用目的に応じて適宜定めれば
よい。
また本発明方法におけるその他の操作方法及び操作条件
などは、気相成長の技術分野において知られているとこ
ろに従えば足りる。
などは、気相成長の技術分野において知られているとこ
ろに従えば足りる。
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体
的に説明する。
的に説明する。
実施例１ 第１図に示した如き装置を用いてサファイア基板上にシ
リコン単結晶膜を形成させた。すなわち高周波加熱タイ
プの縦型石英製反応管８内のSiCコートしたグラファイ
ト製サセプター（回転数5rpm）７上に、苛性カリ水溶液
で超音波洗浄し、脱イオン水で充分洗浄、乾燥した、厚
さが0.4mm、大きさが２インチの鏡面研磨したサファイ
ア基板（01２）６を載置した。
リコン単結晶膜を形成させた。すなわち高周波加熱タイ
プの縦型石英製反応管８内のSiCコートしたグラファイ
ト製サセプター（回転数5rpm）７上に、苛性カリ水溶液
で超音波洗浄し、脱イオン水で充分洗浄、乾燥した、厚
さが0.4mm、大きさが２インチの鏡面研磨したサファイ
ア基板（01２）６を載置した。
水素精製装置２により精製した水素１を反応管８に１
／分で流しながら、高周波加熱用コイル５により、サフ
ァイア基板６の温度を室温から900℃まで５分間で上昇
させ、同温度で10分間保った。
／分で流しながら、高周波加熱用コイル５により、サフ
ァイア基板６の温度を室温から900℃まで５分間で上昇
させ、同温度で10分間保った。
その後同温度を保ち、マスフロメーター４により流量を
調節しながら、5Vol％のジシランを含有する水素３を5c
c/分の流量で、また水素１を１／分の流量で、導入管
10より反応管８に流し、３分間シリコン単結晶を気相成
長させた。
調節しながら、5Vol％のジシランを含有する水素３を5c
c/分の流量で、また水素１を１／分の流量で、導入管
10より反応管８に流し、３分間シリコン単結晶を気相成
長させた。
反応管８の下部にはターボ分子ポンプ11、回転式真空ポ
ンプ12が接続され、これにより未反応ガス、希釈ガスを
排気した。
ンプ12が接続され、これにより未反応ガス、希釈ガスを
排気した。
堆積したシリコン単結晶膜９の膜厚は0.3μｍであり、
成長速度は0.10μm/分であった。
成長速度は0.10μm/分であった。
このシリコン単結晶膜を電子線回折法により調べた結
果、菊池線がみられ、完全な単結晶である判った。また
エッチングにより結晶欠陥を調べたところ、エッチピッ
ト、スタッフキングフォールト等は殆ど見られず良質な
結晶であった。また膜の比抵抗は280Ω−cmであった。
果、菊池線がみられ、完全な単結晶である判った。また
エッチングにより結晶欠陥を調べたところ、エッチピッ
ト、スタッフキングフォールト等は殆ど見られず良質な
結晶であった。また膜の比抵抗は280Ω−cmであった。
次いで、このサファイア基板上のシリコン単結晶膜を用
いてMOS型FETを試作し、電子易動度を測定したところ60
0cm2/V−secであった。
いてMOS型FETを試作し、電子易動度を測定したところ60
0cm2/V−secであった。
実施例２ サファイア基板の温度を850℃にした以外は実施例１と
同情の方法でシリコン単結晶膜を製造した。得られた膜
は菊池線がみられ完全な単結晶であることが判った。
同情の方法でシリコン単結晶膜を製造した。得られた膜
は菊池線がみられ完全な単結晶であることが判った。
比較例１ モノシランを原料とした以外は実施例２と同様の方法で
シリコン単結晶膜を製造したが、多結晶となった。
シリコン単結晶膜を製造したが、多結晶となった。
ハ）発明の効果 本発明によれば、低温でサファイア基板上にシリコン単
結晶膜を製造することが出来、従来では実現出来なかっ
た、完全で殆ど結晶欠陥がない、電気的特性にすぐれ
た、各種のIC、VSLI等のデバイス等に有用されるシリコ
ン単結晶膜を有するサファイア基板を、優れた生産効率
で製造することが可能である。
結晶膜を製造することが出来、従来では実現出来なかっ
た、完全で殆ど結晶欠陥がない、電気的特性にすぐれ
た、各種のIC、VSLI等のデバイス等に有用されるシリコ
ン単結晶膜を有するサファイア基板を、優れた生産効率
で製造することが可能である。
第１図は本発明方法を行う適した気相成長装置の一例を
示す概略図である。 １……水素 ３……ジシランを含有する水素 ５……高周波加熱用コイル ６……サファイア基板 ７……サセプター ８……反応管 ９……シリコン単結晶膜 10……導入管
示す概略図である。 １……水素 ３……ジシランを含有する水素 ５……高周波加熱用コイル ６……サファイア基板 ７……サセプター ８……反応管 ９……シリコン単結晶膜 10……導入管
Claims (1)
- 【請求項１】熱CVD法による気相成長法でシリコン単結
晶膜を有するサファイア基板を製造するにあたり、ジシ
ランを0.001vol％〜10vol％含有する希釈ガスを原料と
して用い、気相成長温度を500℃〜1,300℃とし、かつシ
リコン単結晶膜の成長速度を0.001μm/min〜10μm/min
とすることを特徴とするシリコン単結晶膜を有するサフ
ァイア基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071362A JPH0777203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071362A JPH0777203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63239812A JPS63239812A (ja) | 1988-10-05 |
| JPH0777203B2 true JPH0777203B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=13458311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62071362A Expired - Lifetime JPH0777203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | シリコン単結晶膜を有するサファイア基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777203B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816040B2 (ja) * | 1988-03-07 | 1996-02-21 | 日本電気株式会社 | シリコンの分子線成長方法 |
| US5221412A (en) * | 1989-09-26 | 1993-06-22 | Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. | Vapor-phase epitaxial growth process by a hydrogen pretreatment step followed by decomposition of disilane to form monocrystalline Si film |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6193617A (ja) * | 1984-10-15 | 1986-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 硅素膜の製法 |
| JP2609844B2 (ja) * | 1985-06-10 | 1997-05-14 | 三洋電機株式会社 | エピタキシヤル成長方法 |
| JPH0758692B2 (ja) * | 1986-01-07 | 1995-06-21 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62071362A patent/JPH0777203B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63239812A (ja) | 1988-10-05 |
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