JP2771635B2 - Ｃａ▲下１▼―▲下ｘ▼Ｓｒ▲下ｘ▼Ｆ▲下２▼膜の形成方法 - Google Patents
Ｃａ▲下１▼―▲下ｘ▼Ｓｒ▲下ｘ▼Ｆ▲下２▼膜の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、絶縁層としてCaF2,SrF2膜の混晶のCa1-xSr
xF2膜を用いたSOI（Semiconductor on Insulator）構造
を形成するためのSi基板上への単結晶Ca1-xSrxF2膜の形
成方法に関する。
xF2膜を用いたSOI（Semiconductor on Insulator）構造
を形成するためのSi基板上への単結晶Ca1-xSrxF2膜の形
成方法に関する。
（ロ）従来の技術 Si基板上に単結晶絶縁膜を形成し、更にこの絶縁膜上
に単結晶Siや単結晶GaAs膜を形成したSOI構造を有する
ものは、半導体集積回路における高集積化、高速化、低
消費電力化が図れるものとして知られている。
に単結晶Siや単結晶GaAs膜を形成したSOI構造を有する
ものは、半導体集積回路における高集積化、高速化、低
消費電力化が図れるものとして知られている。
CaF2はSiやGaAsと同じ立方晶構造をもち、その格子定
数は5.46ÅでSiとの格子不整合率は0.6％と極めて良い
ので、良質な単結晶CaF2を単結晶Si基板上に成長させる
ことができ、単結晶Si基板上に上層がSiであるSOI構造
を形成する際の絶縁膜として用いることが考えられてい
る。
数は5.46ÅでSiとの格子不整合率は0.6％と極めて良い
ので、良質な単結晶CaF2を単結晶Si基板上に成長させる
ことができ、単結晶Si基板上に上層がSiであるSOI構造
を形成する際の絶縁膜として用いることが考えられてい
る。
一方、SrF2も同様な結晶系で、その格子定数は5.8Å
であることから、CaF2とSrF2の混晶を用い、その混晶比
を制御することにより、単結晶Si基板上に5.46から5.8
Åの範囲で任意の格子定数を持つ単結晶絶縁膜が形成さ
れる。
であることから、CaF2とSrF2の混晶を用い、その混晶比
を制御することにより、単結晶Si基板上に5.46から5.8
Åの範囲で任意の格子定数を持つ単結晶絶縁膜が形成さ
れる。
半導体集積回路においては、高集積化のために、能動
層としての半導体層を間に絶縁膜を介在させて積層した
三次元回路の研究開発が進められており、多機能化の要
請から、異なる半導体層を積層することが研究されてい
る。
層としての半導体層を間に絶縁膜を介在させて積層した
三次元回路の研究開発が進められており、多機能化の要
請から、異なる半導体層を積層することが研究されてい
る。
その一つに単結晶Si基板上に絶縁層を介して単結晶Ga
As膜を形成するものがある。このときの絶縁層としてCa
1-xSrxF2膜が用いられる（Materials Reserch Society
Symposium Proceeding Vol.91 pp337〜pp348、1987参
照）。
As膜を形成するものがある。このときの絶縁層としてCa
1-xSrxF2膜が用いられる（Materials Reserch Society
Symposium Proceeding Vol.91 pp337〜pp348、1987参
照）。
しかし、単結晶Si基板上に直接Ca1-xSrxF2膜をエピタ
キシャル成長させると、その表面には無数のクラックが
発生するため、このCa1-xSrxF2膜上に単結晶GaAs膜を成
長させても、質の悪い半導体素子の作成には適さないGa
As膜しか得られない。
キシャル成長させると、その表面には無数のクラックが
発生するため、このCa1-xSrxF2膜上に単結晶GaAs膜を成
長させても、質の悪い半導体素子の作成には適さないGa
As膜しか得られない。
そこで、単結晶Si基板上にまず単結晶CaF2膜を成長さ
せ、そのCaF2膜上に組成比ｘを連続的に変化させてCa
1-xSrxF2膜を成長させることで、クラックの発生を抑え
たCa1-xSrxF2膜の成長を行っている。
せ、そのCaF2膜上に組成比ｘを連続的に変化させてCa
1-xSrxF2膜を成長させることで、クラックの発生を抑え
たCa1-xSrxF2膜の成長を行っている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 然し乍ら、混晶比を連続的に変化させてCa1-xSrxF2膜
を成長させていくと、格子定数のわずかな違いによるSi
とCaF2の格子不整合により発生する単結晶CaF2膜中の欠
陥、あるいはCaF2とCa1-xSrxF2の格子定数の違いによる
格子不整合に起因して、単結晶CaF2膜とCa1-xSrxF2膜と
の界面で生じる結晶欠陥が、Ca1-xSrxF2膜の中で界面か
ら表面まで連続的に発生してしまう。
を成長させていくと、格子定数のわずかな違いによるSi
とCaF2の格子不整合により発生する単結晶CaF2膜中の欠
陥、あるいはCaF2とCa1-xSrxF2の格子定数の違いによる
格子不整合に起因して、単結晶CaF2膜とCa1-xSrxF2膜と
の界面で生じる結晶欠陥が、Ca1-xSrxF2膜の中で界面か
ら表面まで連続的に発生してしまう。
表面に結晶欠陥のあるCa1-xSrxF2膜上に単結晶GaAs膜
をエピタキシャル成長させても、やはり、半導体素子を
作成するに適した良好な単結晶GaAs膜を得ることはでき
なかった。
をエピタキシャル成長させても、やはり、半導体素子を
作成するに適した良好な単結晶GaAs膜を得ることはでき
なかった。
本発明は斯様な点に鑑みて為されたもので、単結晶Si
基板上に、良好な単結晶GaAs膜の成長が可能なCa1-xSrx
F2膜を形成するものである。
基板上に、良好な単結晶GaAs膜の成長が可能なCa1-xSrx
F2膜を形成するものである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、単結晶Si基板上に単結晶CaF2膜を形成し、
該単結晶CaF2膜上に、段階的に混晶比ｘを変化させて、
複数の単結晶Ca1-xSrxF2膜を形成し、GaAsの成長に適し
た格子定数のCa1-xSrxF2膜を得るCa1-xSrxF2膜の形成方
法である。
該単結晶CaF2膜上に、段階的に混晶比ｘを変化させて、
複数の単結晶Ca1-xSrxF2膜を形成し、GaAsの成長に適し
た格子定数のCa1-xSrxF2膜を得るCa1-xSrxF2膜の形成方
法である。
（ホ）作用 単結晶CaF2膜上に、混晶比ｘを段階的に変化させて単
結晶Ca1-xSrxF2膜を形成するので、単結晶CaF2膜上との
界面に発生する欠陥が、単結晶CaF2膜との界面から連続
してCa1-xSrxF2膜内に発生することを抑えられる。そし
て、欠陥密度の小さい単結晶Ca1-xSrxF2膜が形成され
る。
結晶Ca1-xSrxF2膜を形成するので、単結晶CaF2膜上との
界面に発生する欠陥が、単結晶CaF2膜との界面から連続
してCa1-xSrxF2膜内に発生することを抑えられる。そし
て、欠陥密度の小さい単結晶Ca1-xSrxF2膜が形成され
る。
（ヘ）実施例 第１図Ａ乃至Ｆは本発明一実施例の工程説明図であ
る。
る。
（１）は（100）面を主面とする単結晶Si基板で（第
１図Ａ）、化学的に洗浄され、図示しないMBE（分子線
エピタキシー）成長装置内に設置されている。そしてま
ず、１×10-11Torr台の真空度下で基板を850℃から950
℃に昇温して、約20〜30分間保持し、Si基板表面の薄い
自然酸化膜及びコンタミネーションを熱的に除去して清
浄な表面を露出させる。清浄な表面が露出したかどうか
は、MBE成長装置に備えられる電子線回折装置により判
断される。
１図Ａ）、化学的に洗浄され、図示しないMBE（分子線
エピタキシー）成長装置内に設置されている。そしてま
ず、１×10-11Torr台の真空度下で基板を850℃から950
℃に昇温して、約20〜30分間保持し、Si基板表面の薄い
自然酸化膜及びコンタミネーションを熱的に除去して清
浄な表面を露出させる。清浄な表面が露出したかどうか
は、MBE成長装置に備えられる電子線回折装置により判
断される。
その後基板温度を約550℃に降下させ、あらかじめ約1
200℃に昇温しておいたCaF2が充填されているクヌード
センセルから、温度に応じた分子線強度を有するCaF2分
子線を単結晶Si基板（１）表面に照射して、単結晶CaF2
膜（２）を成長させる（第１図Ｂ）。単結晶CaF2膜
（２）は、約140Å/minの成長速度で、約700Å成長させ
る。
200℃に昇温しておいたCaF2が充填されているクヌード
センセルから、温度に応じた分子線強度を有するCaF2分
子線を単結晶Si基板（１）表面に照射して、単結晶CaF2
膜（２）を成長させる（第１図Ｂ）。単結晶CaF2膜
（２）は、約140Å/minの成長速度で、約700Å成長させ
る。
単結晶CaF2膜（２）を成長させたら、基板温度を約80
0℃に昇温し、３分間以上この温度を保持して、単結晶C
aF2膜（２）の結晶性及び表面モホロジーの改善を行
う。
0℃に昇温し、３分間以上この温度を保持して、単結晶C
aF2膜（２）の結晶性及び表面モホロジーの改善を行
う。
次に混晶比ｘが0.07、即ち、CaF2分子線の強度とSrF2
分子線の強度の比が0.93:0.07となる様に、先にCaF2が
充填されたクヌードセンセルとSrF2が充填されたクヌー
ドセンセルの温度を調節し、約800℃に保持された基板
の単結晶CaF2膜（２）表面に夫々の分子線を照射して、
単結晶Ca1-xSrxF2膜（ここではｘ＝0.07なので、Ca0.93
Sr0.07F2膜）（3a）をエピタキシャル成長させる（第１
図Ｃ）。単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）の成長速度は約
140Å/minで、約1000Å成長させる。
分子線の強度の比が0.93:0.07となる様に、先にCaF2が
充填されたクヌードセンセルとSrF2が充填されたクヌー
ドセンセルの温度を調節し、約800℃に保持された基板
の単結晶CaF2膜（２）表面に夫々の分子線を照射して、
単結晶Ca1-xSrxF2膜（ここではｘ＝0.07なので、Ca0.93
Sr0.07F2膜）（3a）をエピタキシャル成長させる（第１
図Ｃ）。単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）の成長速度は約
140Å/minで、約1000Å成長させる。
このときSiとの格子不整合により単結晶CaF2膜（２）
内に発生していた欠陥は、格子定数の異なるCa0.93Sr
0.07F2膜（3a）を成長させることで、単結晶CaF2膜
（２）とCa0.93Sr0.07F2膜（3a）との界面においてCa
0.93Sr0.07F2膜（3a）の成長面に吸収されて、欠陥数は
減少する。
内に発生していた欠陥は、格子定数の異なるCa0.93Sr
0.07F2膜（3a）を成長させることで、単結晶CaF2膜
（２）とCa0.93Sr0.07F2膜（3a）との界面においてCa
0.93Sr0.07F2膜（3a）の成長面に吸収されて、欠陥数は
減少する。
次に、混晶比ｘを0.07から0.1増化して0.17にする様
に、即ち、CaF2とSrF2の分子線強度の比を0.83:0.17に
する様に、CaF2とSrF2が充填された夫々のクヌードセン
セルの温度を制御する。そして、単結晶Ca0.93Sr0.07F2
膜（3a）の表面にCaF2とSrF2の分子線を照射してCa0.83
Sr0.17F2膜（3b）をエピタキシャル成長させる。
に、即ち、CaF2とSrF2の分子線強度の比を0.83:0.17に
する様に、CaF2とSrF2が充填された夫々のクヌードセン
セルの温度を制御する。そして、単結晶Ca0.93Sr0.07F2
膜（3a）の表面にCaF2とSrF2の分子線を照射してCa0.83
Sr0.17F2膜（3b）をエピタキシャル成長させる。
更に同様にして、混晶比ｘを0.1づつ増加して、夫々
約1000Åの厚さのCa0.73Sr0.27F2膜（3c）、Ca0.63Sr
0.37F2膜（3d）、Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）を、順次エピ
タキシャル成長させる（第１図Ｄ）。
約1000Åの厚さのCa0.73Sr0.27F2膜（3c）、Ca0.63Sr
0.37F2膜（3d）、Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）を、順次エピ
タキシャル成長させる（第１図Ｄ）。
単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）を成長させたら、上述
と同様に、混晶比を0.1増加して、Ca0.53Sr0.47F2膜（3
e）上にCa0.43Sr0.57F2膜（3f）をエピタキシャル成長
させる（第１図Ｅ）。この時、単結晶Ca0.43Sr0.57F2膜
（3f）の膜厚は約3000Åとする。
と同様に、混晶比を0.1増加して、Ca0.53Sr0.47F2膜（3
e）上にCa0.43Sr0.57F2膜（3f）をエピタキシャル成長
させる（第１図Ｅ）。この時、単結晶Ca0.43Sr0.57F2膜
（3f）の膜厚は約3000Åとする。
そして最後に、このCa0.43Sr0.57F2膜（3f）上に単結
晶GaAs膜（４）をエピタキシャル成長させる（第１図
Ｆ）。
晶GaAs膜（４）をエピタキシャル成長させる（第１図
Ｆ）。
格子定数の異なる膜を成長させるためにCa1-xSrxF2膜
中に生じる欠陥は、混晶比ｘの異なるCa1-xSrxF2膜を成
長させるときの界面付近に局在するので、成長させたCa
1-xSrxF2膜の表面に現れる欠陥は少ない。従って、混晶
比ｘの異なる６層のCa1-xSrxF2膜の内、最上層のCa0.43
Sr0.57F2膜（3f）は、極めて欠陥の少ない単結晶Ca1-xS
rxF2膜となる。また、このCa0.43Sr0.57F2膜（3f）の格
子定数は約5.64Åで、GaAsの格子定数とほぼ等しいの
で、欠陥の少ない良質で半導体素子の作成に適した単結
晶GaAs膜のエピタキシャル成長がされる。
中に生じる欠陥は、混晶比ｘの異なるCa1-xSrxF2膜を成
長させるときの界面付近に局在するので、成長させたCa
1-xSrxF2膜の表面に現れる欠陥は少ない。従って、混晶
比ｘの異なる６層のCa1-xSrxF2膜の内、最上層のCa0.43
Sr0.57F2膜（3f）は、極めて欠陥の少ない単結晶Ca1-xS
rxF2膜となる。また、このCa0.43Sr0.57F2膜（3f）の格
子定数は約5.64Åで、GaAsの格子定数とほぼ等しいの
で、欠陥の少ない良質で半導体素子の作成に適した単結
晶GaAs膜のエピタキシャル成長がされる。
ここで、更に半導体素子の作成に好適な、表面モホロ
ジーが平坦な単結晶GaAs膜を形成する場合には、単結晶
Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）、Ca0.83Sr0.17F2膜（3b）、単
結晶Ca0.73Sr0.27F2膜（3c）、単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜
（3d）、単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）及び単結晶Ca
0.43Sr0.57F2膜（3f）を夫々エピタキシャル成長させた
時点で、アニール処理を施すことによってこれらの膜の
表面モホロジーを改善させればよい。
ジーが平坦な単結晶GaAs膜を形成する場合には、単結晶
Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）、Ca0.83Sr0.17F2膜（3b）、単
結晶Ca0.73Sr0.27F2膜（3c）、単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜
（3d）、単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）及び単結晶Ca
0.43Sr0.57F2膜（3f）を夫々エピタキシャル成長させた
時点で、アニール処理を施すことによってこれらの膜の
表面モホロジーを改善させればよい。
即ち、上述と同様に、単結晶Si基板（１）上に単結晶
CaF2（２）をエピタキシャル成長させ、アニール処理に
より表面モホロジーの改善を行った後、基板温度を約73
0℃に設定保持して単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）をエ
ピタキシャル成長させる。
CaF2（２）をエピタキシャル成長させ、アニール処理に
より表面モホロジーの改善を行った後、基板温度を約73
0℃に設定保持して単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）をエ
ピタキシャル成長させる。
続いて、基板温度を約750℃以上、ここでは約800℃に
昇温し、３分間以上保持してアニール処理を行う。この
アニール処理により単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）の表
面モホロジーは改善され、平坦となる。
昇温し、３分間以上保持してアニール処理を行う。この
アニール処理により単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜（3a）の表
面モホロジーは改善され、平坦となる。
更に、それ以降のCa0.83Sr0.17F2膜（3b）、単結晶Ca
0.73Sr0.27F2膜（3c）、単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜（3
d）、単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）及び単結晶Ca0.43S
r0.57F2膜（3f）についても、基板温度約530℃でエピタ
キシャル成長させ、続いて約800℃、３分以上のアニー
ル処理を行って、これら膜の表面モホロジーの改善を行
う。
0.73Sr0.27F2膜（3c）、単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜（3
d）、単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜（3e）及び単結晶Ca0.43S
r0.57F2膜（3f）についても、基板温度約530℃でエピタ
キシャル成長させ、続いて約800℃、３分以上のアニー
ル処理を行って、これら膜の表面モホロジーの改善を行
う。
そして、斯様にして形成された単結晶Ca0.43Sr0.57F2
膜（3f）上に単結晶GaAs膜をエピタキシャル成長させれ
ば、欠陥が少なく、表面が平坦で半導体素子の作成に好
適な単結晶GaAs膜が得られる。
膜（3f）上に単結晶GaAs膜をエピタキシャル成長させれ
ば、欠陥が少なく、表面が平坦で半導体素子の作成に好
適な単結晶GaAs膜が得られる。
（ト）発明の効果 本発明は、以上の説明から明らかな如く、複数のCa
1-xSrxF2膜を、混晶比ｘを段階的に変化させて単結晶Ca
F2膜上にエピタキシャル成長させることにより、結晶欠
陥の極めて少ないCa1-xSrxF2膜を形成することができ
る。そして、半導体素子の作成に適した単結晶GaAs膜を
絶縁膜上に形成でき、半導体集積回路の多機能化を図る
ことが可能になる。
1-xSrxF2膜を、混晶比ｘを段階的に変化させて単結晶Ca
F2膜上にエピタキシャル成長させることにより、結晶欠
陥の極めて少ないCa1-xSrxF2膜を形成することができ
る。そして、半導体素子の作成に適した単結晶GaAs膜を
絶縁膜上に形成でき、半導体集積回路の多機能化を図る
ことが可能になる。
また、各々の単結晶Ca1-xSrxF2膜を、アニール処理に
よりその表面モホロジーを改善すれば、より半導体素子
の作成に適した単結晶GaAs膜が形成できる。
よりその表面モホロジーを改善すれば、より半導体素子
の作成に適した単結晶GaAs膜が形成できる。
第１図Ａ乃至Ｆは本発明の一実施例の工程説明図であ
る。 （１）……単結晶Si基板、（２）……単結晶CaF2膜、
（3a）……単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜、（3b）……単結晶
Ca0.83Sr0.17F2膜、（3c）……単結晶Ca0.73Sr0.27F
2膜、（3d）……単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜、（3e）……
単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜、（3f）……単結晶Ca0.43Sr
0.57F2膜、（４）……単結晶GaAs膜。
る。 （１）……単結晶Si基板、（２）……単結晶CaF2膜、
（3a）……単結晶Ca0.93Sr0.07F2膜、（3b）……単結晶
Ca0.83Sr0.17F2膜、（3c）……単結晶Ca0.73Sr0.27F
2膜、（3d）……単結晶Ca0.63Sr0.37F2膜、（3e）……
単結晶Ca0.53Sr0.47F2膜、（3f）……単結晶Ca0.43Sr
0.57F2膜、（４）……単結晶GaAs膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｃｄｌｎｇ，Ｖｏｌ．91, （1987） Ｐ．337−348 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/314 ＪＯＩＳファイル
Claims (4)
- 【請求項１】単結晶半導体基板上に単結晶CaF2膜を形成
し、該単結晶CaF2膜上に混晶比ｘ（０＜ｘ＜１）を所望
の値まで段階的に変化させた複数の単結晶Ca1-xSrxF2膜
を形成することを特徴とするCa1-xSrxF2膜の形成方法。 - 【請求項２】前記単結晶半導体基板は単結晶Si基板であ
り、混晶比ｘは段階的に増加することを特徴とする請求
項１記載のCa1-xSrxF2膜の形成方法。 - 【請求項３】前記混晶比ｘを約0.07から約0.57まで0.1
づつ増加させ、６層の単結晶Ca1-xSrxF2膜を形成するこ
とを特徴とする請求項２記載のCa1-xSrxF2膜の形成方
法。 - 【請求項４】前記複数の単結晶Ca1-xSrxF2膜各々は、基
板温度約530℃で形成され、次いで、約750℃以上の温度
でアニール処理されることを特徴とする請求項１、２又
は３記載のCa1-xSrxF2膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26075389A JP2771635B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-10-05 | Ｃａ▲下１▼―▲下ｘ▼Ｓｒ▲下ｘ▼Ｆ▲下２▼膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3671689 | 1989-02-15 | ||
| JP1-36716 | 1989-02-15 | ||
| JP26075389A JP2771635B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-10-05 | Ｃａ▲下１▼―▲下ｘ▼Ｓｒ▲下ｘ▼Ｆ▲下２▼膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290023A JPH02290023A (ja) | 1990-11-29 |
| JP2771635B2 true JP2771635B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=26375804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26075389A Expired - Fee Related JP2771635B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-10-05 | Ｃａ▲下１▼―▲下ｘ▼Ｓｒ▲下ｘ▼Ｆ▲下２▼膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2771635B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-05 JP JP26075389A patent/JP2771635B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｃｄｌｎｇ，Ｖｏｌ．９１，（１９８７） Ｐ．３３７−３４８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02290023A (ja) | 1990-11-29 |
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