JPH0371656A - 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 - Google Patents

単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法

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JPH0371656A
JPH0371656A JP20814989A JP20814989A JPH0371656A JP H0371656 A JPH0371656 A JP H0371656A JP 20814989 A JP20814989 A JP 20814989A JP 20814989 A JP20814989 A JP 20814989A JP H0371656 A JPH0371656 A JP H0371656A
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JP
Japan
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film
single crystal
mgal2o4
heat treatment
mga
Prior art date
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Pending
Application number
JP20814989A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Kobayashi
靖弘 小林
Eiji Taguchi
英二 田口
Yasunori Inoue
恭典 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0371656A publication Critical patent/JPH0371656A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、絶縁層上に単結晶Si膜が形成されたS O
I  (Silicon on In5ulator)
構造の絶縁層として用いられる単結晶マグネシアスピネ
ル膜の形成方法に関する。
(ロ)従来の技術 5OItJl造は、素子分離が容易である、寄生容量を
小さくできる、ラッチアップ耐性がある等の特徴を有し
、半導体集積回路の高集積化、高速化が図れるものとし
て知られており、研究開発が盛んに行われている。なか
でも、Si基板上に単結晶絶縁膜をエピタキシャル成長
させ、その上に単結晶Si膜をエピタキシャル成長させ
る方法は、大面積のSOI基板を作成するのに適してい
る。
単結晶絶縁膜として、Ca F s、BP、SrOlM
gA 1104 (MgO−A 110 m)などの研
究がなされている。なかでも、マグネシアスピネル(M
gO・AI=Os)は、Siとの格子不整合率が0.8
%と小さく、更に残留応力も小さいことから、5O8(
Silicon on 5apphire)に比べて高
品質なSOI基板が得られる可能性が高い。
M g A 1104は、CV D (Chemica
l vapor Deposition)法を用いて、
(100)面を主面とするSi基板上にヱピタキシャル
成長させることができる。そして、成長したMgA +
、01膜を、酸化性雰囲気中で熱処理することにより、
結晶性の向上が図られ、更にMgA +101/ S 
i界面が酸化されて絶縁特性の向上が図られることが報
告されている(Extended Abstracts
 of the tsth Conferenee o
n 5olid 5tate Devices and
 Materials、Tokyo、 1983. p
p、 31〜34参照)。
熱処理によるM g A I t 04膜の結晶性は、
高温で熱処理を行うほど向上するが、例えば1200℃
で熱処理を行うとMgA 1104膜の表面が荒れ、そ
の表面層の結晶性はかえって悪くなってしまう。
そこで、特願昭63−257482号では、最初100
0℃以下の温度で熱処理を行ってMgA 1104/ 
S i界面に酸化膜を形成した後、1200℃ぐらいの
温度で2時間の熱処理を行うことで、表面の荒れを防い
で結晶性の向上を図っている。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、SOI構造の適用、即ち、下層のSi基
板にデバイスを作成し、その上にM g A 1 *0
4膜を形成し、更にそのM g A 1 * O+膜上
に上層の81層を形成してこの層にデバイスを作成する
ことを考慮した場合、1200℃で数時間の熱処理は、
MgA lto 4膜の下層のSi基板に形成されたデ
バイスに悪影響を及ぼし、デバイスの特性劣化や素子破
壊を引き起こす虞があった。
本発明は、斯様な点に鑑みて為されたもので、下層デバ
イスへ悪影響を及ぼすことなく、結晶性の良いM g 
A I * O+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層上に単結晶M g A l 1
01膜を形成し、酸化性雰囲気中で、単結晶M g A
 I *O1膜の表面に荒れが発生しない温度で第1の
熱処理を行い、次いで該単結晶MgA two 4膜を
第1の熱処理における温度より高い温度に瞬時的に昇温
して、第2の熱処理を短時間の間、行うものである。
(ホ)作用 第1の熱処理により、MgAl*0+とSi層との界面
に、MgAL04膜の表面を荒らす原因となるSi原子
の移動を阻止する5iO=膜が形成され、第2の熱処理
により、第1の熱処理で形成されたSin、膜にてSi
原子のMgA1101膜への移動が阻止されて、表面が
荒れることなく、M g A I * 04膜の結晶性
の改善がされる。これら熱処理において、MgA I!
01膜を形成したSi層を高温に曝す時間は非常に短い
ので、このSi層に悪影響は及ばない。
(へ)実施例 第1図は、本発明の一実施例の工程説明図である。
(1)は(100)面を主面とする単結晶Si層として
の単結晶Si基板で、該基板(1)上に、r!c長温度
920℃とするA I−HCI−MgCL+−C01H
!系の気相エピタキシャル成長方法により、成長遠度1
0nm/minで20分間、g厚約200nmの単結晶
MgALO+膜(2)を形成する(第1図A)。成長じ
たMgAl*CL膜(2)の表面は、微細な島状の凹凸
状態となっている。
次いで、酸化性雰囲気として加湿窒素雰囲気中で、抵抗
加熱炉による900℃の温度での熱処理を4時間行う。
すると、MgA lto */ S i界面にSiO2
膜(3)が数百nm (およそ200膜m)形成される
(第1図B) 。この時、MgA I−0+n’J (
2) ノ表面は、MgA1104膜(2)成長時と余り
変化はない。
続いて、加湿窒素雰囲気中で、赤外線ランプで基板を瞬
時的に1200℃まで昇温し、10秒間加熱する(所謂
、R,T、A (Rapidly Thermal A
nneal)を行う〉 (第1図C〉。この結果、Mg
A IイO1膜(2′)の表面は、島状の凹凸がなくな
り、非常に平坦な表面となる。
これは、最初の熱処理により形成される、MgALO4
(2)とSi基板(1)との界面のSin。
膜(3)が、M g A 1 * 04膜の表面を荒ら
す原因となるSi原子の移動を阻止し、次の熱処理にお
いて、表面が荒れることなく、M g A I 104
膜の結晶性の改善がされると考えられる。
さて、斯様にして形成したMgA lto 4膜(2゛
)のX線回折(MgA 1s04膜(400)のX線回
折)のロッキングカーブの半値幅は1.09°で、成長
時のMgA 1.0 、膜(400)のX線回折のロッ
キングカーブの半値幅は1.37°、900℃で4時間
の熱処理終了時では1.23°であり、良好な結晶性が
得られている酸化雰囲気中1200℃で2時間の熱処理
を行ったMgALO<膜(400)の線回折のロッキン
グカーブの半値幅0.94°と比較して遜色ない値とな
っている。即ち、結晶性が改善され、良好なものとなっ
ている。
第2図に、M g A + 104膜を成長させた基板
の電流−電界特性を示す。第2図において、aはMgA
 1.0 、膜を成長させた時点のもの、bはaのMg
A l ! 04膜に900℃、4時間の熱処理を行っ
たもの、Cは本発明によるbに更に1200℃、10秒
の熱処理を行ったものの電流−電界特性である。
bの電流−電界特性の立ち上がりは、aに比べ高電界側
にシフトしており、絶縁特性が向上していることが分か
る。これは、MgA1.O,膜/ S i基板界面にS
 io 、膜が形成されたためと考えられる。そして、
Cでは更に高電界側にシフトしており、より絶縁特性が
向上している。
第3図、第4図は、MgA1*04膜を用いたMISダ
イオードのIMHzにおけるC−■特性を示すものであ
る。第3図はSi基板上にMgA ]t04膜を成長さ
せただけのものによるC−■特性図、第4図は本発明に
よる900℃で4時間、1200℃で10秒の熱処理を
行ったものによるC−■特性図である。
第3図のものでは表面準位の全電荷量は、Q ss= 
1.98X 10’ ”cm−”であり、第4図のもの
ではQ 5s=4.66X 10”cm−”と減少して
いる。第4図テハ、第3図に比べてフラットバンド電圧
のシフト量(バイアス電圧Oを基準とする)も減少して
おり、本発明により形成したMgA1*O+膜は、表面
準位の低減も図られている。このため、このMgAt 
* 04膜上にSi膜を形成したSOI構造において、
S i/ M g A 1 ! 04界面にバックチャ
ネルが形成されることを抑えることができる。
また、デバイスを作成したSi基板上にM g A ]
 t04膜を形成し、更にそのMgA1*O<膜上にS
i膜を形成してSOI構造を構築する場合、まず、Si
基板上に下層のデバイスを形成した後、デバイスを保護
膜で覆い、Si基板の単結晶面をシードとして形成した
デバイス上に単結晶Si膜を全面に同相成長させる。そ
して、その上に本発明によるMgA 1104膜をエピ
タキシャル成長及び熱処理を行い、そのMgAtwo4
膜上に単結晶Si膜を成長させ、最後に、その単結晶S
i膜に上層のデバイスが形成される。
以上のようにSOI構造を構築する場合、本発明による
MgA 1*O+膜を形成する工程において、下層デバ
イスの特性劣化を引き起こすような加熱は行われない。
また、MgA +101膜の存在により、MgA 1!
04膜より下の層から上の層への不純物の拡散が防止さ
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、熱処理を2段
階に分けて行うことにより、M g A l s O4
膜の表面層の膜質を低下させることなく、MgA 1、
O1膜の表面の平坦化と結晶性の向上が図られる。そし
て、M g A 1 x O+膜の高温への昇温加熱は
、瞬時に、短時間であるので、下層に形成されたデバイ
スの特性劣化を避けることができる。
更に、斯様にして得られた単結晶MgA Ito 4膜
上に良質な単結晶Si膜を成長させることができ、良好
なデバイス特性の得られる高品質なSOI基板を得るこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の工程説明図、第2図はMgA
 Ito <膜の電流−電界特性図、第3図及び第4図
はSi基板上に形成したMgA tto 4膜を用いた
MISダイオードのC−■特性を示す図である。 (1)・・・単結晶Si基板(単結晶Si層)、(2)
、(2′)・・・単結晶MgA1t04膜、(3)・・
・S iO=膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶シリコン層上に単結晶マグネシアスピネル
    膜を形成し、酸化性雰囲気中で、単結晶マグネシアスピ
    ネル膜の表面に荒れが発生しない温度で第1の熱処理を
    行い、次いで該単結晶マグネシアスピネル膜を第1の熱
    処理における温度より高い温度に瞬時的に昇温して、第
    2の熱処理を短時間の間、行うことを特徴とする単結晶
    マグネシアスピネル膜の形成方法。
  2. (2)第1の熱処理の温度は1000℃以下で、第2の
    熱処理の温度は約1200℃であることを特徴とする請
    求項1記載の単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法。
JP20814989A 1989-08-10 1989-08-10 単結晶マグネシアスピネル膜の形成方法 Pending JPH0371656A (ja)

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Cited By (2)

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JP2004158717A (ja) * 2002-11-07 2004-06-03 Fujitsu Ltd 薄膜積層体、その薄膜積層体を用いた電子装置及びアクチュエータ、並びにアクチュエータの製造方法
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