JPH057359B2 - - Google Patents
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- JPH057359B2 JPH057359B2 JP11692488A JP11692488A JPH057359B2 JP H057359 B2 JPH057359 B2 JP H057359B2 JP 11692488 A JP11692488 A JP 11692488A JP 11692488 A JP11692488 A JP 11692488A JP H057359 B2 JPH057359 B2 JP H057359B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、集積回路、トランジスタ等の半導
体製造工業に於いて用いられるSi/Al2O3/Si多
層構造の形成法に関するものである。
体製造工業に於いて用いられるSi/Al2O3/Si多
層構造の形成法に関するものである。
「従来技術及びその問題点」
Si基板上への単結晶絶縁膜は、3次元集積回路
やSOI(Si on Insulator)素子実現のために必要
な要素の1つである。
やSOI(Si on Insulator)素子実現のために必要
な要素の1つである。
そのためこれまで種々の絶縁膜が検討されてき
ているが、実用上種々の問題点が残されており、
未だ充分満足すべきものではない。
ているが、実用上種々の問題点が残されており、
未だ充分満足すべきものではない。
しかして、Si基板上にAl2O3膜をエピタキシヤ
成長させ、更にその上にSi膜をエピタキシヤル成
長させた三層の多層構造が可能となれば、種々の
有意義な効果が生ずる。まず、基板がSiであるた
め、SOS(Si on Sapphire)と比較して価格が格
段に下がるため、大口径のSOI(Si on Insulater)
基板を製作することが可能となり、しかもエピタ
キシヤルSi/γ−Al2O3/基板Siというサンドイ
ツチ構造をとるため、圧縮応力が軽減される利点
が得られる。更に、以下に述べるような優れた利
点も有している。
成長させ、更にその上にSi膜をエピタキシヤル成
長させた三層の多層構造が可能となれば、種々の
有意義な効果が生ずる。まず、基板がSiであるた
め、SOS(Si on Sapphire)と比較して価格が格
段に下がるため、大口径のSOI(Si on Insulater)
基板を製作することが可能となり、しかもエピタ
キシヤルSi/γ−Al2O3/基板Siというサンドイ
ツチ構造をとるため、圧縮応力が軽減される利点
が得られる。更に、以下に述べるような優れた利
点も有している。
(1) Siとγ−Al2O3間の格子不整合は、2.4%と
SOSよりも小さくなる。
SOSよりも小さくなる。
(2) γ−Al2O3/Siの界面準位は、1×1011eV-1
cm-1と低い。
cm-1と低い。
(3) Naや他の不純物のバリアーとして効果的に
働く。
働く。
(4) 耐放射線損傷効果が大きい。
(5) 高い比誘電率(εr=8〜9)を有している。
(6) γ−Al2O3は、1100℃の高温下でも安定であ
る。
る。
このような特徴を有するγ−Al2O3を、減圧気
相成長法でSi基板上に成長させるには、従来は
1000℃近い基板温度が必要であつたが、このよう
な高温度では、多層構造を形成し3次元集積回路
とするには、温度が高すぎる問題があつた。即
ち、Siに半導体デバイスを組み込んでその上に
γAl2O3絶縁膜を形成するのに、1000℃近い温度
であると、半導体デバイス中の不純物濃度が異な
つてくるからである。
相成長法でSi基板上に成長させるには、従来は
1000℃近い基板温度が必要であつたが、このよう
な高温度では、多層構造を形成し3次元集積回路
とするには、温度が高すぎる問題があつた。即
ち、Siに半導体デバイスを組み込んでその上に
γAl2O3絶縁膜を形成するのに、1000℃近い温度
であると、半導体デバイス中の不純物濃度が異な
つてくるからである。
本発明は、このような欠点を解消し、低い成長
温度でγ−Al2O3絶縁膜を成長させるSi/
Al2O3/Si多層構造の形成法を提供することを目
的とする。
温度でγ−Al2O3絶縁膜を成長させるSi/
Al2O3/Si多層構造の形成法を提供することを目
的とする。
「問題点を解決するための手段」
本発明者等は、上記目的を達成するため鋭意研
究の結果、トリメチルアルミニウムとN2Oガス
とを5×10-5トル以下の分圧よりも低い分圧下で
分子線とし、基板温度720〜800℃の反応条件でSi
基板上にエピタキシヤル成長させることによつ
て、基板上に極めて良質のγ−Al2O3単結晶膜が
形成し得ることを見い出し、本発明に到達した。
究の結果、トリメチルアルミニウムとN2Oガス
とを5×10-5トル以下の分圧よりも低い分圧下で
分子線とし、基板温度720〜800℃の反応条件でSi
基板上にエピタキシヤル成長させることによつ
て、基板上に極めて良質のγ−Al2O3単結晶膜が
形成し得ることを見い出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、トリメチルアルミニウムと
N2Oガスとをガスソースとし、5×10-5トル以下
の低い分圧下、720〜800℃の低温度で、分子線エ
ピタキシヤル法により、Si基板上にγ−Al2O3単
結晶を成長させ、ついで該γ−Al2O3単結晶膜上
にSiの単結晶膜を成長させることを特徴とする。
N2Oガスとをガスソースとし、5×10-5トル以下
の低い分圧下、720〜800℃の低温度で、分子線エ
ピタキシヤル法により、Si基板上にγ−Al2O3単
結晶を成長させ、ついで該γ−Al2O3単結晶膜上
にSiの単結晶膜を成長させることを特徴とする。
「実施例」
次に、本発明の実施例を挙げ、本発明を更に説
明する。
明する。
本発明の方法を概略的に説明すれば、まず第1
図に示すように、Siウエハー上にγ−Al2O3単結
晶膜を成長させ、ついでその上にSi2H6により、
Siエピ層を形成させるものである。
図に示すように、Siウエハー上にγ−Al2O3単結
晶膜を成長させ、ついでその上にSi2H6により、
Siエピ層を形成させるものである。
基板として2インチのSi(100)ウエハーを用い
て、分子線エピタキシヤル成長装置内で、基板温
度720〜800℃に加熱し、反応ガスとしてN2ガス
でバブリングしたトリメチルアルミニウムの分圧
3×10-6トルとN2Oガス分圧5×10-5トルとを用
い、γ−Al2O3結晶膜のエピタキシヤル成長を行
なつた。
て、分子線エピタキシヤル成長装置内で、基板温
度720〜800℃に加熱し、反応ガスとしてN2ガス
でバブリングしたトリメチルアルミニウムの分圧
3×10-6トルとN2Oガス分圧5×10-5トルとを用
い、γ−Al2O3結晶膜のエピタキシヤル成長を行
なつた。
本発明に於いては、反応温度は720℃〜800℃で
ある必要があるが、720℃より低い温度であつて
は、γ−Al2O3が単結晶化しないし、また800℃
を越えた温度であつては、前記したように多層構
造とする場合に半導体デバイス中の不純物濃度が
異なつたり、γ−Al2O3単結晶の表面凹凸が激し
くなるからである。
ある必要があるが、720℃より低い温度であつて
は、γ−Al2O3が単結晶化しないし、また800℃
を越えた温度であつては、前記したように多層構
造とする場合に半導体デバイス中の不純物濃度が
異なつたり、γ−Al2O3単結晶の表面凹凸が激し
くなるからである。
基板のSiの方位は、(100)、(111)などに関係
なく、エピタキシヤル成長が可能であつた。
なく、エピタキシヤル成長が可能であつた。
面方位の関係は、第2図及び第3図の反射電子
線回折パターンから、下記のようになつているこ
とが判明した。
線回折パターンから、下記のようになつているこ
とが判明した。
γ−Al2O3(100)/Si(100)
γ−Al2O3/(111)/Si(111)
上記のように成長した膜の組成は、Alと0か
らできていることが、オージエ電子分光法により
分析して確認されている。
らできていることが、オージエ電子分光法により
分析して確認されている。
ついで、このようにして形成したγ−Al2O3
(100)/Si(100)上に、Si2H6ガスを用いて、Si
のエピタキシヤル成長を行ない、成長した膜がSi
(100)/γ−Al2O3(100)/Si(100)の構造にな
つていることが、第4図の反射電子線回折の結果
から明らかになつた。この第3層目のSiの成長
は、分子線エピタキシヤル成長であれば、約700
℃で成長可能であり、気相成長法では通常のSOS
成長と同様の条件で成長することが実験により確
認されてる。
(100)/Si(100)上に、Si2H6ガスを用いて、Si
のエピタキシヤル成長を行ない、成長した膜がSi
(100)/γ−Al2O3(100)/Si(100)の構造にな
つていることが、第4図の反射電子線回折の結果
から明らかになつた。この第3層目のSiの成長
は、分子線エピタキシヤル成長であれば、約700
℃で成長可能であり、気相成長法では通常のSOS
成長と同様の条件で成長することが実験により確
認されてる。
「発明の効果」
以上述べた如く本発明によるときは、著しく顕
著な電気的特性を示し且つ高温熱処理時の安定性
に優れた絶縁膜をSi基板上に容易に形成させるこ
とができるので、3次元集積回路やSOI素子実現
に貢献するところ極めて大きい。
著な電気的特性を示し且つ高温熱処理時の安定性
に優れた絶縁膜をSi基板上に容易に形成させるこ
とができるので、3次元集積回路やSOI素子実現
に貢献するところ極めて大きい。
第1図は、本発明のSi/Al2O3/Si多層構造を
示す説明図、第2図1は、デポジシヨン前Si
(100)基板のRHEED像(結晶構造)を示す電子
顕微鏡写真、第2図2は、デポジシヨン前の反射
電子線回折パターン、第2図3は、デポジシヨン
後のγ−Al2O3(100)/Si(100)のRHEED像
(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、第2図4は、
デポジシヨン後のγ−Al2O3(100)/Si(100)の
反射電子回折パターン、第3図1は、デポジシヨ
ン前Si(111)基板のRHEED像(結晶構造)を示
す電子顕微鏡写真、第3図2は、デポジシヨン前
の反射電子線回折パターン、第3図3は、デポジ
シヨン後のγ−Al2O3(111)/Si(111)の
RHEED像(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、
第3図4は、デポジシヨン後のγ−Al2O3
(111)/Si(111)の反射電子回折パターン、第4
図1は、γ−Al2O3(100)/Si(100)基板上にエ
ピタキシヤル成長させたSi(100)膜からの
RHEED像(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、
第4図2は、Si(100)/γ−Al2O3(100)/Si
(100)表面の反射電子線回折パターンである。
示す説明図、第2図1は、デポジシヨン前Si
(100)基板のRHEED像(結晶構造)を示す電子
顕微鏡写真、第2図2は、デポジシヨン前の反射
電子線回折パターン、第2図3は、デポジシヨン
後のγ−Al2O3(100)/Si(100)のRHEED像
(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、第2図4は、
デポジシヨン後のγ−Al2O3(100)/Si(100)の
反射電子回折パターン、第3図1は、デポジシヨ
ン前Si(111)基板のRHEED像(結晶構造)を示
す電子顕微鏡写真、第3図2は、デポジシヨン前
の反射電子線回折パターン、第3図3は、デポジ
シヨン後のγ−Al2O3(111)/Si(111)の
RHEED像(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、
第3図4は、デポジシヨン後のγ−Al2O3
(111)/Si(111)の反射電子回折パターン、第4
図1は、γ−Al2O3(100)/Si(100)基板上にエ
ピタキシヤル成長させたSi(100)膜からの
RHEED像(結晶構造)を示す電子顕微鏡写真、
第4図2は、Si(100)/γ−Al2O3(100)/Si
(100)表面の反射電子線回折パターンである。
Claims (1)
- 1 トリメチルアルミニウムとN2Oガスとをガ
スソースとし、5×10-5トル以下の低い分圧下、
720℃〜800℃の低温度で、分子線エピタキシヤル
法により、Si基板上にγ−Al2O3単結晶膜を成長
させ、ついで該γ−Al2O3単結晶膜上にSiの単結
晶膜を成長させることを特徴とするエピタキシヤ
ル法によるSi/Al2O3/Si多層構造の形成法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11692488A JPH01290595A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Si/Al↓2O↓3/Si多層構造の形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11692488A JPH01290595A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Si/Al↓2O↓3/Si多層構造の形成法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01290595A JPH01290595A (ja) | 1989-11-22 |
JPH057359B2 true JPH057359B2 (ja) | 1993-01-28 |
Family
ID=14699049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11692488A Granted JPH01290595A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | Si/Al↓2O↓3/Si多層構造の形成法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01290595A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07187892A (ja) * | 1991-06-28 | 1995-07-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | シリコン及びその形成方法 |
-
1988
- 1988-05-16 JP JP11692488A patent/JPH01290595A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01290595A (ja) | 1989-11-22 |
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