JPS5948791B2 - マグネシアスピネルの気相成長方法 - Google Patents
マグネシアスピネルの気相成長方法Info
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- JPS5948791B2 JPS5948791B2 JP52151637A JP15163777A JPS5948791B2 JP S5948791 B2 JPS5948791 B2 JP S5948791B2 JP 52151637 A JP52151637 A JP 52151637A JP 15163777 A JP15163777 A JP 15163777A JP S5948791 B2 JPS5948791 B2 JP S5948791B2
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- gas
- substrate
- magnesia spinel
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- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、化学式が（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（Ａｌ２Ｏ
３）ｘ−但しｘはＡｌ２Ｏ３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法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（ＳｉｏｎＳ
ａｐｈｉｒｅ）と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ビルを気相成長させる方法に関する
ものである。
３）ｘ−但しｘはＡｌ２Ｏ３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法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（ＳｉｏｎＳ
ａｐｈｉｒｅ）と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ビルを気相成長させる方法に関する
ものである。
５０５は素子間の分離か容易に達成でき、寄生容量を小
さくして装置の動作スピードを向上できることなど、種
々の魅力ある特色を有Ｌ高速論理素子等のニーズとして
注目を集めているが、その反面棟々の問題点を有してい
るので、現在の半導体工業の王流にはなつていない。
さくして装置の動作スピードを向上できることなど、種
々の魅力ある特色を有Ｌ高速論理素子等のニーズとして
注目を集めているが、その反面棟々の問題点を有してい
るので、現在の半導体工業の王流にはなつていない。
その問題点とは次の如きものである。（１）ホモシリコ
ンエピタキシーヤル成長に比ベコストが高い。
ンエピタキシーヤル成長に比ベコストが高い。
この理由としては、Ｈ）サファイア基板そのものが高価
であること、（口１ 研磨技術、化学表面処理技術等の
表面処理がサフア４アに対しては困難であることがある
。
であること、（口１ 研磨技術、化学表面処理技術等の
表面処理がサフア４アに対しては困難であることがある
。
（２） ホモシリコンエピタキシ・ヤル成長に比ベシリ
コン活性層の結晶が悪い。
コン活性層の結晶が悪い。
この原因としては、ａ）サファイア基板の結晶性が悪い
ため不安定なＡｌ原子がＰ型不純物としてシリコンエピ
タキシ・ヤル活性層の中に混入することが考えられる。
ため不安定なＡｌ原子がＰ型不純物としてシリコンエピ
タキシ・ヤル活性層の中に混入することが考えられる。
次にＩＣＩ） ２００〜３００μの厚さのサファイア基
板の上に成長する数μのシリコン層との間の格子不整合
によつて、シリコン層が歪を受けて結晶性が悪くなるこ
とが考えられる。さらに、（→ サファイアと基板のシ
リコンとの熱膨張の差に起因する歪も考えられる。この
ような５０５の欠点を解消するために、２００〜３００
μｍ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
装置を本発明者等が既に提案した。
板の上に成長する数μのシリコン層との間の格子不整合
によつて、シリコン層が歪を受けて結晶性が悪くなるこ
とが考えられる。さらに、（→ サファイアと基板のシ
リコンとの熱膨張の差に起因する歪も考えられる。この
ような５０５の欠点を解消するために、２００〜３００
μｍ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
装置を本発明者等が既に提案した。
このような厚いシリコン基板の上ｖ−薄いサフアイア層
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【近いものになる。したがつて、サフアイア層の上
のシリコンエピタキシヤル層はシリコン基板の上に成長
させた場合【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６上記新規構造のＳＯＳ
にはシリコン結晶とサフアイア結晶との格子不整合に基
づく問題があることが分かつた。
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【近いものになる。したがつて、サフアイア層の上
のシリコンエピタキシヤル層はシリコン基板の上に成長
させた場合【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６上記新規構造のＳＯＳ
にはシリコン結晶とサフアイア結晶との格子不整合に基
づく問題があることが分かつた。
そこで本発明者等はサフアイアの代りにマグネシアスピ
ネル結晶をシリコン基板上に成長させる改良ＳＯＳ装置
を既に提案している。以上のようにマグネジ゜ヤスピネ
ルを使用するにおいて問題はその製法である。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
ることにより調製されていた。しかＵＡｌ，Ｏ，の融点
は２０００℃を越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。マグネシーヤスピネルを液相
ではなく気相ｒこよつて成長させること【より上記問題
を解決することを目的として、本願発明者は次の方法を
特許出願しムこの方法は、第１流路を流れるＨＣｌガス
と液体又は固体のＡｌとを接触させて、第１反応ガスを
得る段階、第１流路を流れるＨＣｌガスと混合されない
ように第２流路を水素又は不活性ガスを流ず段階、第２
流路においてＭｇを加熱してＭｇ蒸気を前記水素又は不
活性ガスによつて搬送する段階、前記第１反応ガス、Ｍ
ｇ蒸気及びＣＯ２ガス！ｆ：Ｂ＆合して第２反応ガスを
得る段階、及びこの第２反応ガスと単結晶基板とを接触
させる段階を含んでなることを特徴とする。
ネル結晶をシリコン基板上に成長させる改良ＳＯＳ装置
を既に提案している。以上のようにマグネジ゜ヤスピネ
ルを使用するにおいて問題はその製法である。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
ることにより調製されていた。しかＵＡｌ，Ｏ，の融点
は２０００℃を越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。マグネシーヤスピネルを液相
ではなく気相ｒこよつて成長させること【より上記問題
を解決することを目的として、本願発明者は次の方法を
特許出願しムこの方法は、第１流路を流れるＨＣｌガス
と液体又は固体のＡｌとを接触させて、第１反応ガスを
得る段階、第１流路を流れるＨＣｌガスと混合されない
ように第２流路を水素又は不活性ガスを流ず段階、第２
流路においてＭｇを加熱してＭｇ蒸気を前記水素又は不
活性ガスによつて搬送する段階、前記第１反応ガス、Ｍ
ｇ蒸気及びＣＯ２ガス！ｆ：Ｂ＆合して第２反応ガスを
得る段階、及びこの第２反応ガスと単結晶基板とを接触
させる段階を含んでなることを特徴とする。
上記特許出願に係る方法では、Ｍｇ金属の高い蒸気圧を
利用してＭｇ原子が基板の領域に輸送される。
利用してＭｇ原子が基板の領域に輸送される。
この方法の欠点は、マグネシアスピネル結晶成長以前【
基板を初期加熱する！１１８にも６Ｍｇ原子が基板領域
に輸送されることより生ずる。ＭｇはＳｉと反応し易い
ためら初期加熱の時にはＳｉ基板がＭｇで汚染さ九所望
のマグネシアスピネル組成より偏倚した生成物がＳｉ基
板上に生じる。続いて、所望組成のマグネシアスピネル
の結晶成長を行つても、成長層の結晶性は良くなＸ，）
本発明は成長層の結晶性が改良されるマグネシアスピネ
ルの気相成長法を提供することを目的とする。本発明に
係る方法は、化学式が（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（Ａｌ２
Ｏ，）ｘ一但しｘは（Ａｌ２Ｏ，）のモル数、で表わさ
れるマグネシアスピネルをＳｉ基板上に気相成長させる
方法において、Ｓｉ基板を加熱する第１段階：第１流路
に置かれたＡ１金属を加熱器で加熱する第２段階：第２
流路ｅこ置かれたＭｇ金属を前記加熱器とは異なる加熱
器で加熱する第３段階：第１段階及び第３段階の後に、
第２流路内の気相を、Ｓｉ基板から遠ざかる方向ｒこ、
搬送する第４段階：第４段階の後に、前記第２流路内に
水素又は不活性ガスを流してＭｇ蒸気をＳｉ基板の方向
に搬送する第５段階；第２段階及び第４段階の後ら第１
流路内にＨＣｌガスを流して液体又は固体の前記Ａｌと
接触させて第１反応ガスを生成する第６段階、及び、前
記第１反応ガス、前記Ｍｇ蒸気及びＣＯ２ガスを混合し
て第２反応ガスを生成して、第２反応ガスを前記Ｓｉ基
板と接触させる第７段階を含んでなることを特徴とする
。
基板を初期加熱する！１１８にも６Ｍｇ原子が基板領域
に輸送されることより生ずる。ＭｇはＳｉと反応し易い
ためら初期加熱の時にはＳｉ基板がＭｇで汚染さ九所望
のマグネシアスピネル組成より偏倚した生成物がＳｉ基
板上に生じる。続いて、所望組成のマグネシアスピネル
の結晶成長を行つても、成長層の結晶性は良くなＸ，）
本発明は成長層の結晶性が改良されるマグネシアスピネ
ルの気相成長法を提供することを目的とする。本発明に
係る方法は、化学式が（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（Ａｌ２
Ｏ，）ｘ一但しｘは（Ａｌ２Ｏ，）のモル数、で表わさ
れるマグネシアスピネルをＳｉ基板上に気相成長させる
方法において、Ｓｉ基板を加熱する第１段階：第１流路
に置かれたＡ１金属を加熱器で加熱する第２段階：第２
流路ｅこ置かれたＭｇ金属を前記加熱器とは異なる加熱
器で加熱する第３段階：第１段階及び第３段階の後に、
第２流路内の気相を、Ｓｉ基板から遠ざかる方向ｒこ、
搬送する第４段階：第４段階の後に、前記第２流路内に
水素又は不活性ガスを流してＭｇ蒸気をＳｉ基板の方向
に搬送する第５段階；第２段階及び第４段階の後ら第１
流路内にＨＣｌガスを流して液体又は固体の前記Ａｌと
接触させて第１反応ガスを生成する第６段階、及び、前
記第１反応ガス、前記Ｍｇ蒸気及びＣＯ２ガスを混合し
て第２反応ガスを生成して、第２反応ガスを前記Ｓｉ基
板と接触させる第７段階を含んでなることを特徴とする
。
この方法は本発明者が以前【提案したＳＯＳのサフアイ
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。
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。
しかしこの方法は、従来の一般のＳＯＳのサフアイアを
マグネシアスピネルに代えるためにも使用可能である〇
化学式が（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（Ａｌ２Ｏ，）ｘで表
わされるマグネシアスピネル【おいてｘぱｌ×１０４〜
９．９Ｘ１０−１である〇第１段階においては、シリコ
ン基板は９５０℃ないし１３５０℃、一般には１０００
℃ないし１２７０℃６の温度に加熱される。
マグネシアスピネルに代えるためにも使用可能である〇
化学式が（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（Ａｌ２Ｏ，）ｘで表
わされるマグネシアスピネル【おいてｘぱｌ×１０４〜
９．９Ｘ１０−１である〇第１段階においては、シリコ
ン基板は９５０℃ないし１３５０℃、一般には１０００
℃ないし１２７０℃６の温度に加熱される。
シリコン基板は成長面が１１１又は１００の単結晶が使
用される。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ーヤル成長速度が低く、一方上限
を越えると混合ガスと基板の間に不所望の反応が起こる
。第１段階でシリコン基板をマグネシアスピネルの成長
温度に加熱してもよいが、成長温度より高い温度に加熱
ＵＭｇ蒸気のバージ段階（第４段階）の後（成長温度ま
で降温させてもよい。このようにするとＳｉ基板表面【
被着しているＳｉＯ，膜をより完全に除去出気マグネシ
アスピネル結晶の特性を向上出米るので．好ましい。第
２段階では、アルミニウムは塩化水素との反応ｒこ好都
合な温度であつて、一般ｔこ５００〜７００℃、好まし
くは５００〜６４０℃の範囲内の温度ｅこ加熱される。
用される。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ーヤル成長速度が低く、一方上限
を越えると混合ガスと基板の間に不所望の反応が起こる
。第１段階でシリコン基板をマグネシアスピネルの成長
温度に加熱してもよいが、成長温度より高い温度に加熱
ＵＭｇ蒸気のバージ段階（第４段階）の後（成長温度ま
で降温させてもよい。このようにするとＳｉ基板表面【
被着しているＳｉＯ，膜をより完全に除去出気マグネシ
アスピネル結晶の特性を向上出米るので．好ましい。第
２段階では、アルミニウムは塩化水素との反応ｒこ好都
合な温度であつて、一般ｔこ５００〜７００℃、好まし
くは５００〜６４０℃の範囲内の温度ｅこ加熱される。
アルミニウムとしては純アルミニウム（純度９９．９９
９％以上）が使用される。第３段階では６マグネシアス
ピネルの他の成分であるマグネシウム含有蒸気を発生さ
せるため１こ、マグネシウムを好ましくは４００〜７０
０℃ｅこ加熱する。
９％以上）が使用される。第３段階では６マグネシアス
ピネルの他の成分であるマグネシウム含有蒸気を発生さ
せるため１こ、マグネシウムを好ましくは４００〜７０
０℃ｅこ加熱する。
マグネシウムは２００ないし１０００℃の温度で１０−
１０〜１ａｔｒｎの高い蒸気圧をもつことを利用して、
本発明ｒこおいては加熱のみによつてマグネシアスピネ
ルの生成反応ガスを得ることを特色としている。すなわ
へ本発明ｒこあつては塩化マグネシウムなどの反応性ｒ
こ富むハロゲン化合物を利用するのではなく、マグネシ
ウム蒸気そのものをマグネシアスピネルの生成反応に利
用するのである。
１０〜１ａｔｒｎの高い蒸気圧をもつことを利用して、
本発明ｒこおいては加熱のみによつてマグネシアスピネ
ルの生成反応ガスを得ることを特色としている。すなわ
へ本発明ｒこあつては塩化マグネシウムなどの反応性ｒ
こ富むハロゲン化合物を利用するのではなく、マグネシ
ウム蒸気そのものをマグネシアスピネルの生成反応に利
用するのである。
Ｍｇ金属の加熱はＡｌ金属の加熱とは異なる加熱器ｅこ
よつて行い、Ｍｇ蒸気が過剰に発生してＳｉ基板を汚染
しないようｅこする〇Ｓｉ基板とＭｇ金属が加熱される
とＭｇ蒸気がＳｌ基板の領域１こ到達して、Ｓｉ基板が
汚染される危険が生じる。
よつて行い、Ｍｇ蒸気が過剰に発生してＳｉ基板を汚染
しないようｅこする〇Ｓｉ基板とＭｇ金属が加熱される
とＭｇ蒸気がＳｌ基板の領域１こ到達して、Ｓｉ基板が
汚染される危険が生じる。
したかつて、本発明ｅこよると、第４段階で、Ｍｇ金属
が置かれた第２流路内の気相を、Ｓｉ基板から遠ざかる
方向ｅ！吸引などｒこよつて搬出する。この搬出ｅこよ
つて、Ｍｇ蒸気力（その搬送ガス及び気相成長炉内に存
在する他のガスとともＬバージされ、Ｓｉ基板がＭｇ！
こよつて汚染されない。この段階は通常３〜８分間行う
。以上の段階ｅこよつてマグネシアスピネル成長の準備
段階が終了する。第５段階で、マグネシウム蒸気をＳｉ
基板の領域に搬送するためｒこＨ２ガス又はＡｒ，Ｎ２
、あるいはこれらの混合ガスを使用する。
が置かれた第２流路内の気相を、Ｓｉ基板から遠ざかる
方向ｅ！吸引などｒこよつて搬出する。この搬出ｅこよ
つて、Ｍｇ蒸気力（その搬送ガス及び気相成長炉内に存
在する他のガスとともＬバージされ、Ｓｉ基板がＭｇ！
こよつて汚染されない。この段階は通常３〜８分間行う
。以上の段階ｅこよつてマグネシアスピネル成長の準備
段階が終了する。第５段階で、マグネシウム蒸気をＳｉ
基板の領域に搬送するためｒこＨ２ガス又はＡｒ，Ｎ２
、あるいはこれらの混合ガスを使用する。
第６段階で塩化水素ガスと液体又は固体のアルミニウム
を反応させる。
を反応させる。
塩化水素ガスは一般ｅこ常温に保たね加熱されたアルミ
ニウムと接触する。この接触ｒこより次式：なる反応が
起こると考えられる。
ニウムと接触する。この接触ｒこより次式：なる反応が
起こると考えられる。
Ｈ２，Ｈｅ，Ａｒ，ガスとを混合してアルミニウムとの
反応に使用すると、塩化水素ガスが反応管内を均一に流
れマグネシアスピネルの結晶成長も均一に行われる。Ｍ
ｇ蒸気を発生させる反応室と異なる反応室において上記
（１）式の反応を行うと、Ｍｇ蒸気ｅこよつてＡｌ金属
が汚染されないため好ましい。以上の段階において発生
した第１反応ガス一ＡｌＣｌ３及びＨ２混合ガスと考え
られる一をＳｉ基板の領域まで搬送する。
反応に使用すると、塩化水素ガスが反応管内を均一に流
れマグネシアスピネルの結晶成長も均一に行われる。Ｍ
ｇ蒸気を発生させる反応室と異なる反応室において上記
（１）式の反応を行うと、Ｍｇ蒸気ｅこよつてＡｌ金属
が汚染されないため好ましい。以上の段階において発生
した第１反応ガス一ＡｌＣｌ３及びＨ２混合ガスと考え
られる一をＳｉ基板の領域まで搬送する。
次の混合段階ｒこおいて、塩化アルミニウム、マグネシ
ウム蒸気ならびｒ−ＣＯ２ガスを混合させ、この混合ガ
スをシリコン基板と接触させる。
ウム蒸気ならびｒ−ＣＯ２ガスを混合させ、この混合ガ
スをシリコン基板と接触させる。
この接触ｅこおいて，ＣＯ２による塩化アルミニウム及
びマグネシウムの酸化反応は次式：であると考えられる
。
びマグネシウムの酸化反応は次式：であると考えられる
。
現混合段階ｅこおいて、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。
同時に起こる必要はない。
しかＵＣＯ２と他の成分との混合が遅過ぎると第１反応
ガス（ＡｌＣｌ，＋Ｈ２）とＭｇ蒸気との反応が生じ６
これらのガスの降温など、場合によつては金属Ａｌが第
１反応ガスの分解ｒこよつて生成する危険がある。生成
した直後の（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（．Ａｌ２Ｏ入を基
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ＨＣｌガス流はＨＣｌｌＯＯｃｃ．／分〜７００ｃ
ｃ．／分とＨ２キヤリアーガス３ｔ／分との混合ガス、
Ｍｇと接触するＨ２ガスは１ｔ／分〜３ｔ／分ＣＯ２ガ
ス流は５０ｃｃ．／分〜３Ｖ分とＨ２キヤリアーガス５
ｔ／分〜１５ｔ／分との混合ガスであることが望ましい
。
ガス（ＡｌＣｌ，＋Ｈ２）とＭｇ蒸気との反応が生じ６
これらのガスの降温など、場合によつては金属Ａｌが第
１反応ガスの分解ｒこよつて生成する危険がある。生成
した直後の（ＭｇＯ）（１−ｘ）・（．Ａｌ２Ｏ入を基
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ＨＣｌガス流はＨＣｌｌＯＯｃｃ．／分〜７００ｃ
ｃ．／分とＨ２キヤリアーガス３ｔ／分との混合ガス、
Ｍｇと接触するＨ２ガスは１ｔ／分〜３ｔ／分ＣＯ２ガ
ス流は５０ｃｃ．／分〜３Ｖ分とＨ２キヤリアーガス５
ｔ／分〜１５ｔ／分との混合ガスであることが望ましい
。
マグネシアスピネルはｘ値が（０．１）ないし（０．９
）である時ｅこ最も安定である。
）である時ｅこ最も安定である。
このようなｘ値のマグネシアスピネルを得るためには、
Ａｌと接触するＨＣｌｆ）流量は７００ｃｃ／Ｍｉｎ６
Ｍｇと接触するＨ２ガスの流量は３ｔ／Ｉｎｉｎそして
ＣＯ２の流量は３ｔ／Ｒｎｉｎであるのが好ましい。Ｈ
Ｃｌ及びＣＯ２の流量が一定ならばＭｇと接触、するガ
スの流量が増加するとｘ値は減少する。本発明【係る方
法１こよると、マグネシアスピネルの結晶成長時以前１
こシリコン基板に到達するマグネシウム原子が減少して
、シリコン基板表面がマグネシウム原子で汚染されるこ
とがなくなるためへマグネシアスピネル・エピタキシャ
ル成長層の結晶性が改善される。従つて６このエピタキ
シーヤル層上に成長されたシリコンエピタキシ・ヤル活
性層の結晶特性が向上して、半導体素子特性が向上する
。以下、本発明の気相エピタキシヤル成長法を実施する
装置の具体例を図面に基づいて説明する。
Ａｌと接触するＨＣｌｆ）流量は７００ｃｃ／Ｍｉｎ６
Ｍｇと接触するＨ２ガスの流量は３ｔ／Ｉｎｉｎそして
ＣＯ２の流量は３ｔ／Ｒｎｉｎであるのが好ましい。Ｈ
Ｃｌ及びＣＯ２の流量が一定ならばＭｇと接触、するガ
スの流量が増加するとｘ値は減少する。本発明【係る方
法１こよると、マグネシアスピネルの結晶成長時以前１
こシリコン基板に到達するマグネシウム原子が減少して
、シリコン基板表面がマグネシウム原子で汚染されるこ
とがなくなるためへマグネシアスピネル・エピタキシャ
ル成長層の結晶性が改善される。従つて６このエピタキ
シーヤル層上に成長されたシリコンエピタキシ・ヤル活
性層の結晶特性が向上して、半導体素子特性が向上する
。以下、本発明の気相エピタキシヤル成長法を実施する
装置の具体例を図面に基づいて説明する。
図面は横型の気相成長装置を示す断面図であつて石英反
応管１の中において２本の管４，５が固定されてぃる。
管４，５の先端は皿状になつておりＡｌ６のソースボー
ト及びＭｇ７のソースボートとして供用される。Ａｌ６
のソースボートを囲むように抵抗加熱器８が６またＭｇ
７のソースボートを囲むよう１こ抵抗加熱器９がそれぞ
ね反応管１の周りに設けられている。反応管１の空間の
一部ｒこ、石英からなる基台３０上にはＳｉＣコーテイ
ングカーボン、ＭＯ又はＮｂ等からなる支持台３１が固
定されている。
応管１の中において２本の管４，５が固定されてぃる。
管４，５の先端は皿状になつておりＡｌ６のソースボー
ト及びＭｇ７のソースボートとして供用される。Ａｌ６
のソースボートを囲むように抵抗加熱器８が６またＭｇ
７のソースボートを囲むよう１こ抵抗加熱器９がそれぞ
ね反応管１の周りに設けられている。反応管１の空間の
一部ｒこ、石英からなる基台３０上にはＳｉＣコーテイ
ングカーボン、ＭＯ又はＮｂ等からなる支持台３１が固
定されている。
支持台３１上には３枚の円盤状基板２が支持されている
。基板の領域には公知の高周波加熱手段３が設けられて
いる。さらに、すり合せキーアップ３３が反応管の出口
側ｒこ設けら九基板２を反応管１の中に装入できるよう
になつている。円盤状のＳｉ基板２はその平担面によつ
て台３１ｒ−支持されている力（その周縁で支持されて
いてもよい。単結晶Ｓｉ基板２の平担面は１１１面、１
１０面、１００面の何れ力＼好ましくは１００面がよい
。気相成長に必要な各梳ガスは反応管１の入口側から反
応管１の内部に送られる。
。基板の領域には公知の高周波加熱手段３が設けられて
いる。さらに、すり合せキーアップ３３が反応管の出口
側ｒこ設けら九基板２を反応管１の中に装入できるよう
になつている。円盤状のＳｉ基板２はその平担面によつ
て台３１ｒ−支持されている力（その周縁で支持されて
いてもよい。単結晶Ｓｉ基板２の平担面は１１１面、１
１０面、１００面の何れ力＼好ましくは１００面がよい
。気相成長に必要な各梳ガスは反応管１の入口側から反
応管１の内部に送られる。
Ａｌ６と反応するＨＣｌガスは流量計１７から炉内に送
られる。Ｈ２又は不活性ガスなどのキヤリーヤーガス源
（図示せず）は流量計１８を経てＨＣｌガス搬送用ガス
を供給する。ＨＣｌ供給管に設けられた弁１１は、Ｍｇ
のバージが終了した後開放される。キーヤリヤーガス管
に設けられた弁１０はＨＣｌガスが反応管内に供給され
ている時に開放さね場合によつてはＡｌ６の酸化を防ぐ
ためにその以前に開放される。Ｍｇ蒸気搬送用管５ｒ−
はキヤリ゛ヤーガス供給源（図示せず）が流量Ｉｌｆｆ
ｌ９及び弁１２を介して導通している。
られる。Ｈ２又は不活性ガスなどのキヤリーヤーガス源
（図示せず）は流量計１８を経てＨＣｌガス搬送用ガス
を供給する。ＨＣｌ供給管に設けられた弁１１は、Ｍｇ
のバージが終了した後開放される。キーヤリヤーガス管
に設けられた弁１０はＨＣｌガスが反応管内に供給され
ている時に開放さね場合によつてはＡｌ６の酸化を防ぐ
ためにその以前に開放される。Ｍｇ蒸気搬送用管５ｒ−
はキヤリ゛ヤーガス供給源（図示せず）が流量Ｉｌｆｆ
ｌ９及び弁１２を介して導通している。
この搬送管５ｒ−は弁１３を介してバージライン１６が
接続されている。バージライン１６ｒ−はポンプ（図示
せず）が接続される。弁１２と１３は一方が開放される
と他方が閉鎖される。反応管１の人口側木端面からＣＯ
２ガス導入管３４が伸ぴ出て、弁１４を介してＣＯ２ガ
ス供給源２０と導通している。
接続されている。バージライン１６ｒ−はポンプ（図示
せず）が接続される。弁１２と１３は一方が開放される
と他方が閉鎖される。反応管１の人口側木端面からＣＯ
２ガス導入管３４が伸ぴ出て、弁１４を介してＣＯ２ガ
ス供給源２０と導通している。
ＣＯ２ガス導入管３４から，キャリャーガス管が分岐し
てバルブ１５！！：介してその流量計２１に導通してい
る。マグネシアスピネルの成長後にＳｉの活性層を成長
させるために、弁２６を備えたＳｉＯ４の供給管がＣＯ
２管３４からさらに分岐しており６ＳｉＨ４の流量計２
５と接続している。マグネシアスピネルの成長が終了し
た後ｒ−６成長し終えた直後のスピネル層ｔこシリコン
のエピタキシ・ヤル成長を行うと、シリコンの結晶性が
優れたものになる。また．改良ＳＯＳ装置の生産性も高
められる。マグネシアスピネルの成長からシリコンの成
長に切換えるためには反応管内の各種ガスを切換える必
要がある。上記装置によるとガスの切換えは次の如くし
て確実に行われる。まず６ＨＣ１ガスの管４からの導入
を中止する。次乙Ｈ２ガス、又はＨｅ．Ａｒ，Ｎ２の１
種以上の搬送ガスで反応管１内に残存するＨＣｌガスを
置換する。
てバルブ１５！！：介してその流量計２１に導通してい
る。マグネシアスピネルの成長後にＳｉの活性層を成長
させるために、弁２６を備えたＳｉＯ４の供給管がＣＯ
２管３４からさらに分岐しており６ＳｉＨ４の流量計２
５と接続している。マグネシアスピネルの成長が終了し
た後ｒ−６成長し終えた直後のスピネル層ｔこシリコン
のエピタキシ・ヤル成長を行うと、シリコンの結晶性が
優れたものになる。また．改良ＳＯＳ装置の生産性も高
められる。マグネシアスピネルの成長からシリコンの成
長に切換えるためには反応管内の各種ガスを切換える必
要がある。上記装置によるとガスの切換えは次の如くし
て確実に行われる。まず６ＨＣ１ガスの管４からの導入
を中止する。次乙Ｈ２ガス、又はＨｅ．Ａｒ，Ｎ２の１
種以上の搬送ガスで反応管１内に残存するＨＣｌガスを
置換する。
また、ＣＯ２導入管３４からのＣＯ２導入を中止して、
Ｈ２ガス又はＨｅ．Ａｒ，Ｎ２の１棟以上の搬送ガスを
管３４から送入する。加熱手段８及９による加熱を中止
してＭｇとＡｌの蒸発を防止する。一方加熱手段によつ
てＳｉ基板を１０００ないし１１００℃に加熱する。上
記搬送ガスによるＨＣｌ，ＡｌＣｌ，，Ｍｇ等のバージ
を約５〜１５分続けて、ガスの置換を終える。次ｑ本発
明の方法により成長させたマグネシアスピネル（ＭｇＯ
）。．５（Ａｌ２Ｏ，）。．，のシリコン基板との格子
整合率を討算した結果を説明する。マグネシアスピネル
の成長条件は次のとおりであつｔら次表に、シリコン及
びサフアイアの公知の格子定数熱膨張率及びマグネシア
スピネルの本発明者が測定した格子定図、熱膨張率、格
子不整合率を次表に示す。
Ｈ２ガス又はＨｅ．Ａｒ，Ｎ２の１棟以上の搬送ガスを
管３４から送入する。加熱手段８及９による加熱を中止
してＭｇとＡｌの蒸発を防止する。一方加熱手段によつ
てＳｉ基板を１０００ないし１１００℃に加熱する。上
記搬送ガスによるＨＣｌ，ＡｌＣｌ，，Ｍｇ等のバージ
を約５〜１５分続けて、ガスの置換を終える。次ｑ本発
明の方法により成長させたマグネシアスピネル（ＭｇＯ
）。．５（Ａｌ２Ｏ，）。．，のシリコン基板との格子
整合率を討算した結果を説明する。マグネシアスピネル
の成長条件は次のとおりであつｔら次表に、シリコン及
びサフアイアの公知の格子定数熱膨張率及びマグネシア
スピネルの本発明者が測定した格子定図、熱膨張率、格
子不整合率を次表に示す。
上記表から分かるようｅこ、シリコン上ｅこマグネシア
スピネルを成長させると両者の格子不整合率はシリコン
とサフアイアの間の格子不整合率・よりも３分の１ない
し８分の１に低下している。
スピネルを成長させると両者の格子不整合率はシリコン
とサフアイアの間の格子不整合率・よりも３分の１ない
し８分の１に低下している。
また、マグネシアスピネルの線膨？係数はサフアイアの
係数よりもシリコンｅこ近い。さらｒこ、シリコンとマ
グネシアスピネルの結晶型は同じ立方晶係である。かか
るすべての事実が、改良ＳＯＳ装置内の結晶歪を低下さ
せ装置の特性向上に奇与することは容易ｅこ理解される
。以下、本発明の実施例を説明する。
係数よりもシリコンｅこ近い。さらｒこ、シリコンとマ
グネシアスピネルの結晶型は同じ立方晶係である。かか
るすべての事実が、改良ＳＯＳ装置内の結晶歪を低下さ
せ装置の特性向上に奇与することは容易ｅこ理解される
。以下、本発明の実施例を説明する。
実施例
第１図の如き装置を使用して、Ｓｌｌｌｌ又は１００基
板１こマグネシアスピネルの結晶成長を行つた。
板１こマグネシアスピネルの結晶成長を行つた。
水素ガスを１５ｔ／分の流管で管３４から炉内ｒこ流し
ながら、シリコン基板２を高周波コイル３で１２００−
１３００℃ｒこ加熱し、そして１２００〜１３００℃の
温度範囲ｒこ約５分間保持しらシリコン基板の加熱と同
時ｒこ、Ａｌ金属６を抵抗加熱器８で５００〜６４０℃
ｒこ加熱１Ｊ．Ｍｇ金属７を抵抗加熱器９で４００〜７
００℃′こ加熱した。
ながら、シリコン基板２を高周波コイル３で１２００−
１３００℃ｒこ加熱し、そして１２００〜１３００℃の
温度範囲ｒこ約５分間保持しらシリコン基板の加熱と同
時ｒこ、Ａｌ金属６を抵抗加熱器８で５００〜６４０℃
ｒこ加熱１Ｊ．Ｍｇ金属７を抵抗加熱器９で４００〜７
００℃′こ加熱した。
シリコン基板、Ａｌ金属及びＭｇ金属を以上のようｒこ
加熱した状態て―弁１０（ＨＣｌガス遮断用弁）弁１２
（キヤリーヤーガス遮断用弁）、弁１４（ＣＯ２ガス遮
断用弁）を閉じム一方、弁１１（キヤリヤーガス遮断弁
）、弁１３（バージラィン開閉弁）、弁１５を開き、反
応管内のＭｇ蒸気を弁１１，１５から送られる１８ｔ／
分の流量の１部である１ｔ／分のＨ２ガスでバージライ
ン１６１こ排気した。その後、シリコン基板温度をマグ
ネシアスピネルエピ成長のためｅこ１１００〜１２００
′Ｃｌこ降下させて、保持した。続いて、マグネシアス
ピネルの結晶成長を行うためへ弁１３を閉じ、弁１０，
１２，１４を同時に開いた。
加熱した状態て―弁１０（ＨＣｌガス遮断用弁）弁１２
（キヤリーヤーガス遮断用弁）、弁１４（ＣＯ２ガス遮
断用弁）を閉じム一方、弁１１（キヤリヤーガス遮断弁
）、弁１３（バージラィン開閉弁）、弁１５を開き、反
応管内のＭｇ蒸気を弁１１，１５から送られる１８ｔ／
分の流量の１部である１ｔ／分のＨ２ガスでバージライ
ン１６１こ排気した。その後、シリコン基板温度をマグ
ネシアスピネルエピ成長のためｅこ１１００〜１２００
′Ｃｌこ降下させて、保持した。続いて、マグネシアス
ピネルの結晶成長を行うためへ弁１３を閉じ、弁１０，
１２，１４を同時に開いた。
そしてＡｌのソースボート４ｆｆ．ＨＣ１ガスを２００
〜７００ｃｃ．／分の流量でキーヤリヤーガス３ｔ／分
とともｒこ流レ またＭｇのソースポート５にＨ２キヤ
リーヤーガスを３ｔ／分の流量で流した。反応管１のガ
ス人口（左）１１ｌからＣＯ２ガスを流すため１こ弁１
４を開放し、ＣＯ２源（図示せず）から３ｔ／分の流量
でＣＯ２を流した。このようｅこして、シリコン基板に
マグネシアスピネルを成長させ、反応が終了したガスは
Ｈ２Ｏバブラ一２４から反応系外に排出したＯマグネシ
アスピネルの成長終了時点でバルブ系を成長開始前の状
態に戻し、シリコン基板の温度を１０００〜１１００℃
の範囲冫こ降下させた。そして、反応管内ｅこ残留する
ガスをバージするため、バルブ系を前記状態（−１０分
間保持した。続いて、Ｓｉエピタキシヤル成長を開始す
る時点で弁２６を開きＳｉＨ４とＨ２の混合ガス（１０
％ＳｉＨ４・残りＨ２ガス）を２ｔ／分の流量で導人し
、マグネシアスピネルエピタキシヤル成長層の上１こＳ
ｉエピタキシヤル層を成長させら上記条件で成長させた
マグネシアスピネルの工ピ成長速度は約３０００〜５０
００Ａ／分，．Ｓｉのエピ成長速度は約２ｐｍ／分であ
つた。
〜７００ｃｃ．／分の流量でキーヤリヤーガス３ｔ／分
とともｒこ流レ またＭｇのソースポート５にＨ２キヤ
リーヤーガスを３ｔ／分の流量で流した。反応管１のガ
ス人口（左）１１ｌからＣＯ２ガスを流すため１こ弁１
４を開放し、ＣＯ２源（図示せず）から３ｔ／分の流量
でＣＯ２を流した。このようｅこして、シリコン基板に
マグネシアスピネルを成長させ、反応が終了したガスは
Ｈ２Ｏバブラ一２４から反応系外に排出したＯマグネシ
アスピネルの成長終了時点でバルブ系を成長開始前の状
態に戻し、シリコン基板の温度を１０００〜１１００℃
の範囲冫こ降下させた。そして、反応管内ｅこ残留する
ガスをバージするため、バルブ系を前記状態（−１０分
間保持した。続いて、Ｓｉエピタキシヤル成長を開始す
る時点で弁２６を開きＳｉＨ４とＨ２の混合ガス（１０
％ＳｉＨ４・残りＨ２ガス）を２ｔ／分の流量で導人し
、マグネシアスピネルエピタキシヤル成長層の上１こＳ
ｉエピタキシヤル層を成長させら上記条件で成長させた
マグネシアスピネルの工ピ成長速度は約３０００〜５０
００Ａ／分，．Ｓｉのエピ成長速度は約２ｐｍ／分であ
つた。
また、ＸｆｆＢ回折測定からＳｉｌｌｌ基板上ぐこは１
１１マグネジ”ヤスピネル層が、そして１１１Ｓｉエピ
層が成長していることが確認された。さらに、ＳｉｌＯ
Ｏの上には１００マグネシアスピネルエピ層が成長する
ことが確認されら
１１マグネジ”ヤスピネル層が、そして１１１Ｓｉエピ
層が成長していることが確認された。さらに、ＳｉｌＯ
Ｏの上には１００マグネシアスピネルエピ層が成長する
ことが確認されら
第１図はマグネシアスピネル気相成長法を実施する装置
の一例を示す 反応炉の縦断面図に各種ガス供給系統ラ
インを付加して示す図面である。
の一例を示す 反応炉の縦断面図に各種ガス供給系統ラ
インを付加して示す図面である。
Claims (1)
- １ 化学式が（ＭｇＯ）＿（＿１＿−＿ｘ＿）・（Ａｌ
＿２Ｏ＿３）＿ｘ−但しｘは（Ａｌ＿２Ｏ＿３）のモル
数、で表わされるマグネシアスピネルをＳｉ基板上に気
相成長させる方法にいて、前記Ｓｉ基板を加熱する第１
段階；第１流路に置かれたＡｌ金属を加熱器で加熱する
第２段階；第２流路に置かれたＭｇ金属を前記加熱器と
は異なる加熱器で加熱する第３段階；前記第１段階及び
第３段階の後に、前記第２流路内の気相を、前記Ｓｉ基
板から遠ざかる方向に、搬送する第４段階；第４段階の
後に、前記第２流路内に水素又は不活性ガスを流してＭ
ｇ蒸気を前記Ｓｉ基板の方向に搬送する第５段階；第２
段階及び第４段階の後に前記第１流路内にＨＣｌガスを
流して液体又は固体の前記Ａｌと接触させて第１反応ガ
スを生成する第６段階、及び前記第１反応ガス、前記Ｍ
ｇ蒸気及びＣＯ＿２ガスを混合して第２反応ガスを生成
して、第２反応ガスを前記Ｓｉ基板と接触させる第７段
階を含んでなることを特徴とするマグネシアスピネルの
気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52151637A JPS5948791B2 (ja) | 1977-12-19 | 1977-12-19 | マグネシアスピネルの気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52151637A JPS5948791B2 (ja) | 1977-12-19 | 1977-12-19 | マグネシアスピネルの気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5484900A JPS5484900A (en) | 1979-07-06 |
| JPS5948791B2 true JPS5948791B2 (ja) | 1984-11-28 |
Family
ID=15522892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52151637A Expired JPS5948791B2 (ja) | 1977-12-19 | 1977-12-19 | マグネシアスピネルの気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948791B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03169511A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-23 | Ikeuchi:Kk | 生コンクリート製造用ミキサータンク内壁の自動洗浄装置 |
-
1977
- 1977-12-19 JP JP52151637A patent/JPS5948791B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03169511A (ja) * | 1989-11-28 | 1991-07-23 | Ikeuchi:Kk | 生コンクリート製造用ミキサータンク内壁の自動洗浄装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5484900A (en) | 1979-07-06 |
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