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JPH0422877B2 - - Google Patents
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JPH0422877B2 - - Google Patents

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JPH0422877B2
JPH0422877B2 JP24821783A JP24821783A JPH0422877B2 JP H0422877 B2 JPH0422877 B2 JP H0422877B2 JP 24821783 A JP24821783 A JP 24821783A JP 24821783 A JP24821783 A JP 24821783A JP H0422877 B2 JPH0422877 B2 JP H0422877B2
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JP
Japan
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layer
magnesia
silicon
substrate
spinel
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JP24821783A
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Takaaki Kimura
Yoshihiro Arimoto
Shigeo Kodama
Hideki Yamawaki
Masaru Ihara
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C30B25/205Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer the substrate being of insulating material

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、表面に半導体層を成長することが可
能な絶縁性結晶基板の改良に関する。尚、便宜
上、本明細書に於いて、単に「基板」とは絶縁性
結晶であると半導体結晶であるとを問わず最下層
に在るものを指称し、また、「絶縁性結晶基板」
とは前記「基板」に絶縁性結晶層を成長させた
り、半導体層を成長させたり、加工したもの全て
を指称するものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field of the Invention The present invention relates to an improvement in an insulating crystal substrate on which a semiconductor layer can be grown. For convenience, in this specification, the term "substrate" simply refers to the lowest layer, regardless of whether it is an insulating crystal or a semiconductor crystal.
The term "substrate" refers to anything on which an insulating crystal layer is grown, a semiconductor layer is grown, or a processed material is formed on the "substrate".

従来技術と問題点 従来、SOI(silicon on insulator)構造の絶縁
性結晶基板としては何種類か知られている。
Prior Art and Problems Several types of insulating crystal substrates with an SOI (silicon on insulator) structure have been known.

第1図はそのような絶縁性結晶基板の一例であ
るSOS(silicon on sapphire)構造を表す要部切
断側面図である。
FIG. 1 is a cutaway side view of essential parts showing an SOS (silicon on sapphire) structure, which is an example of such an insulating crystal substrate.

図に於いて、1はサフアイア(α−Al2O3),
マグネシウム・スピネル(MgO・Al2O3)等から
なる基板、2はシリコン(Si)層をそれぞれ示し
ている。尚、MgO・Al2O3は正確には、(MgO)
x・(Al2O31-x(0<x<1)であるが、本明細
書では前記のように略記する。
In the figure, 1 is sapphire (α-Al 2 O 3 ),
2 shows a substrate made of magnesium spinel (MgO.Al 2 O 3 ), etc., and 2 shows a silicon (Si) layer, respectively. In addition, MgO・Al 2 O 3 is exactly (MgO)
x.(Al 2 O 3 ) 1-x (0<x<1), which is abbreviated as described above in this specification.

この絶縁性結晶基板を用いて半導体装置を作製
した場合には、浮遊容量が小さくすることがで
き、また、素子間分離が容易に且つ完全に行うこ
とができる等、優れた特徴を持つている。
When a semiconductor device is fabricated using this insulating crystal substrate, it has excellent features such as reduced stray capacitance and easy and complete isolation between elements. .

然しながら、欠点もまた存在し、例えば、基板
1とシリコン層2との熱膨張率が著しく相違して
いるので、例えばシリコン層2を厚く形成した場
合にはウエハに大きな反りを生ずるようになり、
通常の半導体装置作製工程で不都合が生ずる。
However, there are also disadvantages, for example, the thermal expansion coefficients of the substrate 1 and the silicon layer 2 are significantly different, so that if the silicon layer 2 is formed to be thick, the wafer may warp significantly.
This causes inconvenience in the normal semiconductor device manufacturing process.

また、シリコン/サフアイア構造のものでは、
シリコンとサフアイアとの間の格子定数の相違に
起因してシリコンに欠陥が生じ易く、結晶品位が
悪い為、MOS(metal oxide semiconductor)ト
ランジスタは良いとしても、バイポーラ・トラン
ジスタのように接合が重要な役割を果している半
導体装置を作製すると良い特性のものが得られな
い。
In addition, with silicon/sapphire structure,
Due to the difference in lattice constant between silicon and sapphire, silicon is prone to defects and its crystal quality is poor, so even though MOS (metal oxide semiconductor) transistors are good, they cannot be used in devices such as bipolar transistors where junctions are important. If you manufacture a semiconductor device that fulfills its role, you will not be able to obtain one with good characteristics.

更にまた、シリコン/マグネシア・スピネル構
造のものでは、シリコン層の結晶品位は良好であ
るが、良質のマグネシア・スピネルが得られない
為、基板1が割れる事故を発生し易い。
Furthermore, in the silicon/magnesia spinel structure, although the crystal quality of the silicon layer is good, since high quality magnesia spinel cannot be obtained, the substrate 1 is likely to break.

第2図は第1図に関して説明した従来例の欠点
を解消する為に本発明者等が開発した半導体ウエ
ハの要部切断側面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional side view of a main part of a semiconductor wafer developed by the present inventors in order to eliminate the drawbacks of the conventional example explained with reference to FIG.

図に於いて、3はシリコン基板、4はマグネシ
ア・スピネル層、5はシリコン層をそれぞれ示し
ている。
In the figure, 3 indicates a silicon substrate, 4 indicates a magnesia spinel layer, and 5 indicates a silicon layer.

この従来例は、シリコン基板3の上にマグネシ
ア・スピネル層4をエピタキシヤル成長させ、そ
の上に更にシリコン層5をエピタキシヤル成長さ
せた構成になつているので、マグネシア・スピネ
ル層の結晶性は良好であり、シリコン層5の結晶
品位も第1図に示した従来例のものと比較すると
優れていて、バイポーラ・トランジスタを形成す
ることも充分に可能である。
This conventional example has a structure in which a magnesia spinel layer 4 is epitaxially grown on a silicon substrate 3, and a silicon layer 5 is further epitaxially grown on top of that, so the crystallinity of the magnesia spinel layer is The crystal quality of the silicon layer 5 is also excellent compared to that of the conventional example shown in FIG. 1, and it is fully possible to form a bipolar transistor.

また、マグネシア・スピネル層4がシリコン基
板3及びシリコン層5で挟まれた状態になつてい
るので反りも発生しない。
Further, since the magnesia spinel layer 4 is sandwiched between the silicon substrate 3 and the silicon layer 5, no warpage occurs.

然しながら、この従来例であつても、結晶品位
の面から見ると完全に満足すべき状態にはなく、
未だ改良の余地が残されている。即ち、この従来
例に於いては、積層欠陥などの結晶欠陥が意外に
多い。その原因としては、シリコン層5とマグネ
シア・スピネル層4との間に於ける結晶格子のミ
スフイツトが考えられる。
However, even this conventional example is not completely satisfactory from the viewpoint of crystal quality.
There is still room for improvement. That is, in this conventional example, there are surprisingly many crystal defects such as stacking faults. A possible cause of this is a crystal lattice misfit between the silicon layer 5 and the magnesia spinel layer 4.

発明の目的 本発明は、表面に、例えば、シリコン層を成長
させた場合、そのシリコン層との間に於ける結晶
格子のミフフイツトが低減され、その結果、結晶
欠陥が少ない良質のシリコン層を得ることが可能
な絶縁性結晶基板を提供しようとする。
Purpose of the Invention The present invention provides that when, for example, a silicon layer is grown on the surface, the misfit of the crystal lattice between the silicon layer and the silicon layer is reduced, and as a result, a high quality silicon layer with few crystal defects can be obtained. We are trying to provide an insulating crystal substrate that can.

発明の構成 本発明の絶縁性結晶基板は、マグネシア・スピ
ネル基板上或いはマグネシア・スピネル層上に順
に形成されたマグネシア層及びマグネシア・スピ
ネル層を有してなる構成になつていて、このよう
にすると、最上層であるマグネシア・スピネル層
にシリコン、砒化ガリウム(GaAs)、燐化ガリ
ウム(GaP)などを結晶性良く成長させることが
可能である。
Structure of the Invention The insulating crystal substrate of the present invention has a structure including a magnesia layer and a magnesia spinel layer formed in this order on a magnesia spinel substrate or a magnesia spinel layer. , it is possible to grow silicon, gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), etc. with good crystallinity on the top layer, the magnesia spinel layer.

発明の実施例 第3図は本発明一実施例の要部切断側面図であ
る。
Embodiment of the Invention FIG. 3 is a cutaway side view of essential parts of an embodiment of the invention.

図に於いて、6はシリコン基板、7はマグネシ
ア・スピネル層、8はマグネシア(MgO)層、
9はマグネシア・スピネル層、10はシリコン層
をそれぞれ示している。
In the figure, 6 is a silicon substrate, 7 is a magnesia spinel layer, 8 is a magnesia (MgO) layer,
9 indicates a magnesia spinel layer, and 10 indicates a silicon layer.

次ぎに、第3図に見られる実施例の特徴を第4
図を参照しつつ説明する。
Next, the features of the embodiment shown in FIG.
This will be explained with reference to the figures.

第4図はマグネシア・スピネル系の格子定数を
表す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the lattice constant of the magnesia spinel system.

現在までに得られているシリコン基板上に形成
されたマグネシウム・スピネル層では、図のBに
見られるように、格子定数としては7.9〔Å〕乃至
8.08〔Å〕の範囲であるが、結晶性の問題があつ
て、7.9〔Å〕乃至8.01〔Å〕の範囲が実用になる。
The magnesium spinel layer formed on a silicon substrate that has been obtained to date has a lattice constant of 7.9 [Å] to 7.9 [Å], as shown in B in the figure.
The range is 8.08 [Å], but due to problems with crystallinity, the range of 7.9 [Å] to 8.01 [Å] is practical.

マグネシア・スピネル上にシリコンが成長する
場合、マグネシア・スピネルの2倍格子に対し、
シリコンの3倍格子(16.29〔Å〕=5.43〔Å〕×3)
がフイツテイングすると考えられていて、このミ
スフイツトを0〔%〕とするのには、格子定数が
8.15〔Å〕、即ち、図にAで指示してある物質を基
板にする必要があり、現在のマグネシア・スピネ
ル/シリコンからなる絶縁性結晶基板では、それ
を実現することはできない。然しながら、本発明
者等は、成長基板として、格子定数が4.21〔Å〕
であるマグネシアを使用し、その上にマグネシ
ア・スピネル層を成長させたところ、図にCで示
すように、格子定数が8.05〔Å〕乃至8.15〔Å〕の
マグネシア・スピネル層を成長させることができ
た。
When silicon grows on magnesia spinel, it has a double lattice of magnesia spinel,
Triple lattice of silicon (16.29 [Å] = 5.43 [Å] x 3)
It is believed that the misfit is 0%, and the lattice constant is
8.15 [Å], that is, it is necessary to use a material indicated by A in the figure as a substrate, which cannot be achieved with the current insulating crystal substrate made of magnesia spinel/silicon. However, the present inventors used a growth substrate with a lattice constant of 4.21 [Å].
When a magnesia-spinel layer was grown on top of magnesia with did it.

このようなことから、シリコン基板上にマグネ
シア・スピネル層を、その上にマグネシア層を、
更にその上にマグネシア・スピネル層を成長させ
ると、シリコンとの結晶格子のミスフイツトが少
ない絶縁性結晶基板が得られる。
For this reason, a magnesia spinel layer is placed on a silicon substrate, and a magnesia layer is placed on top of that.
Furthermore, by growing a magnesia spinel layer thereon, an insulating crystal substrate with less crystal lattice misfit with silicon can be obtained.

この知見を基に、本発明者等は、マグネシア・
スピネル/シリコンからなる系を利用して、マグ
ネシアの成長実験を反復したところ、図にDとし
て示すように、2倍格子が8.35〔Å〕乃至8.45
〔Å〕、従つて、格子定数が4.17〔Å〕乃至4.22
〔Å〕のマグネシアを成長させることができたの
で、そのマグネシア層の上にマグネシア・スピネ
ル層及びシリコン層を順に成長させ、所期の目的
を達成することができた。
Based on this knowledge, the present inventors discovered that magnesia
When magnesia growth experiments were repeated using a spinel/silicon system, the double lattice was 8.35 [Å] to 8.45 Å, as shown as D in the figure.
[Å], therefore, the lattice constant is 4.17 [Å] to 4.22
Since we were able to grow magnesia of [Å], we were able to grow a magnesia spinel layer and a silicon layer in order on the magnesia layer, thereby achieving the intended purpose.

次ぎに、この実験について詳細に説明する。 Next, this experiment will be explained in detail.

第5図は本発明に於けるマグネシア・スピネル
層及びマグネシア層を成長させた気相成長装置の
要部説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a main part of a vapor phase growth apparatus in which a magnesia spinel layer and a magnesia layer are grown according to the present invention.

図に於いて、11は反応管、12A,12B,
12Cはガス導入管、13はソース・チエンバ、
14A,14Bはソース・ボート、15はウエ
ハ・ホルダ、16はウエハ、17は排気管、18
A,18B,18Cは抵抗炉、19A,19B,
19Cはガスの流入を表す矢印をそれぞれ示して
いる。
In the figure, 11 is a reaction tube, 12A, 12B,
12C is a gas introduction pipe, 13 is a source chamber,
14A and 14B are source boats, 15 is a wafer holder, 16 is a wafer, 17 is an exhaust pipe, 18
A, 18B, 18C are resistance furnaces, 19A, 19B,
19C indicates arrows representing gas inflow.

この装置に於いては、反応管11内に設置され
たソース・チエンバ13の上段にはMgCl2を入れ
たソース・ボート14Aが配置され、それが抵抗
炉18Bで加熱されて気体状のMgCl2が発生し、
その気体状のMgCl2はガス導入管12Aから送入
されキヤリヤ・ガスとして作用するH2ガスに依
つてウエハ16上に送られる。
In this device, a source boat 14A containing MgCl 2 is placed in the upper stage of a source chamber 13 installed in a reaction tube 11, and the source boat 14A containing MgCl 2 is heated in a resistance furnace 18B to produce gaseous MgCl 2 . occurs,
The gaseous MgCl 2 is sent onto the wafer 16 by the H 2 gas which is introduced from the gas introduction pipe 12A and acts as a carrier gas.

また、ソース・チエンバ13の下段には金属ア
ルミニウム(Al)を入れたソース・ボート14
Bが配置され、それが抵抗炉18Aで加熱されて
いて、ガス導入管12Bからキヤリヤ・ガスであ
るH2ガスと共に送入されるHClガスと反応して
気体状のAlCl3を発生し、前記同様、ウエハ16
上に送られる。
In addition, a source boat 14 containing metal aluminum (Al) is placed at the bottom of the source chamber 13.
B is placed and heated in the resistance furnace 18A, and reacts with HCl gas fed together with H 2 gas as a carrier gas from the gas introduction pipe 12B to generate gaseous AlCl 3 . Similarly, wafer 16
sent to the top.

更にまた、ガス導入管12Cからキヤリヤ・ガ
スであるH2ガスと共に送入されるCO2ガスは同
じようにウエハ16上に送られている。
Furthermore, CO 2 gas, which is introduced from the gas introduction pipe 12C together with H 2 gas as a carrier gas, is also sent onto the wafer 16.

このような雰囲気中で、抵抗炉18Cに依り加
熱されているウエハ16上では、次式に見られる
ような反応を生じてマグネシア・スピネルが成長
する。
In such an atmosphere, on the wafer 16 heated by the resistance furnace 18C, a reaction as shown in the following equation occurs and magnesia spinel grows.

MgCl2+2AlCl3+4CO2 +4H2→MgO・Al2O3+8HCl+4CO また、マグネシアの成長はマグネシア・スピネ
ルを成長させた装置と同一の装置に於いて、抵抗
炉18Aで降温し、且つ、ガス導入管12Bから
H2ガスのみを送入し、AlCl3の発生を停止した状
態で前記マグネシア・スピネルの成長と同様にし
て行つた。
MgCl 2 +2AlCl 3 +4CO 2 +4H 2 →MgO・Al 2 O 3 +8HCl+4CO Also, magnesia was grown in the same equipment as the one used to grow magnesia spinel, in which the temperature was lowered in a resistance furnace 18A, and a gas inlet pipe was used to grow the magnesia. From 12B
The growth was carried out in the same manner as the growth of magnesia spinel described above, with only H 2 gas being introduced and the generation of AlCl 3 being stopped.

このとき、ウエハ16上では次式に見られるよ
うな反応を生じてマグネシアが成長する。
At this time, magnesia grows on the wafer 16 by a reaction as shown in the following equation.

MgCl2+CO2+H2→MgO+2HCl+CO 前記のようにして成長実験を行つた際の条件を
列挙すると次ぎに示す通りである。
MgCl 2 +CO 2 +H 2 →MgO+2HCl+CO The conditions under which the growth experiment was carried out as described above are listed below.

基板 材料:シリコン 面指数:(100) 径:5〔cm〕(2〔インチ〕) 第1層目マグネシア・スピネル 成長温度Tsub=925〔℃〕 MgCl2温度T1=850〔℃〕 CO2流量F1=200〔c.c./分〕 HCl流量F2=25〔c.c./分〕 H2流量F3=20〔l/分〕 成長膜厚t1=0.4〔μm〕 マグネシア 成長温度Tsub=925〔℃〕 MgCl2温度T1=830〔℃〕 CO2流量F1=100〔c.c./分〕 H2流量F3=20〔l/分〕 成長膜厚tM90=0.2〔μm〕 第2層目マグネシア・スピネル 第1層目マグネシア・スピネルと同じ この条件で作製されたウエハ16上に、従来か
ら多用されているモノシラン(SiH4)ガスの熱
分解に依る気相エピタキシヤル成長法にて、成長
温度を950〔℃〕として膜厚が40〔μm〕であるシ
リコン層を成長させた。
Substrate material: Silicon Surface index: (100) Diameter: 5 [cm] (2 [inches]) First layer magnesia spinel growth temperature T sub = 925 [℃] MgCl 2 temperature T 1 = 850 [℃] CO 2 Flow rate F 1 = 200 [cc/min] HCl flow rate F 2 = 25 [cc/min] H 2 flow rate F 3 = 20 [l/min] Growth film thickness t 1 = 0.4 [μm] Magnesia growth temperature T sub = 925 [℃] MgCl 2 temperature T 1 = 830 [℃] CO 2 flow rate F 1 = 100 [cc/min] H 2 flow rate F 3 = 20 [l/min] Growth film thickness t M90 = 0.2 [μm] Second layer Magnesia spinel Same as the first layer magnesia spinel On the wafer 16 manufactured under these conditions, vapor phase epitaxial growth using the thermal decomposition of monosilane (SiH 4 ) gas, which has been widely used in the past, was performed. A silicon layer with a thickness of 40 [μm] was grown at a growth temperature of 950 [°C].

この後、マグネシア・スピネル層及びマグネシ
ア層について、X線回折法に依り、その結晶性の
評価を行つた。
Thereafter, the crystallinity of the magnesia spinel layer and the magnesia layer was evaluated by X-ray diffraction.

その結果、第1層目及び第2層目のマグネシ
ア・スピネル層またはマグネシア層も共に良好な
結晶性を有し、その格子定数は、第1層目のマグ
ネシア・スピネル層が8.01〔Å〕、マグネシア層が
4.17〔Å〕、第2層目のマグネシア・スピネル層が
8.08〔Å〕であつた。
As a result, both the first and second magnesia spinel layers or magnesia layers have good crystallinity, and the lattice constant of the first magnesia spinel layer is 8.01 [Å]. The magnesia layer
4.17 [Å], the second layer of magnesia spinel layer
It was 8.08 [Å].

また、最後に成長したシリコン層は重クロム酸
カリとフツ酸との混合液(所謂、Seccoエツチン
グ液)を用いたエツチングに依り、その結晶欠陥
の密度を測定した。
Furthermore, the silicon layer finally grown was etched using a mixed solution of potassium dichromate and fluoric acid (so-called Secco etching solution), and the density of crystal defects was measured.

その結果、シリコン層の表面に於ける積層欠陥
(SF)密度は7.1×105〔cm-2〕を得ることができ
た。
As a result, it was possible to obtain a stacking fault (SF) density of 7.1×10 5 [cm -2 ] on the surface of the silicon layer.

第6図はシリコン層表面の結晶欠陥の様子を示
す顕微鏡写真であり、倍率は1×1100倍である。
FIG. 6 is a micrograph showing the state of crystal defects on the surface of the silicon layer, and the magnification is 1×1100.

図のaは前記本発明の実施例によつて得られた
ウエハに於けるシリコン層表面であつて、図中、
線状に見えるものが積層欠陥であり、その一例を
矢印で指示してある。
A in the figure shows the surface of the silicon layer in the wafer obtained by the embodiment of the present invention, and in the figure,
What looks like a line is a stacking fault, an example of which is indicated by an arrow.

また、bは第2図に就いて説明したシリコン/
マグネシア・スピネル/シリコン構造に於けるシ
リコン層表面での結晶欠陥の様子を比較の為に掲
示したものであり、この場合の積層欠陥密度は
7.6×106〔cm-2〕程度である。尚、この程度であ
つても、第1図に示したような従来のものが2.3
〜11.0×106〔cm-2〕であるのに比較すると優れて
いる。
In addition, b is the silicon/
The state of crystal defects on the surface of the silicon layer in the magnesia spinel/silicon structure is posted for comparison, and the stacking fault density in this case is
It is approximately 7.6×10 6 [cm -2 ]. Even with this level, the conventional one shown in Figure 1 is 2.3
~11.0×10 6 [cm -2 ], which is excellent in comparison.

従つて、本発明を適用した場合の優位性は著し
いものがある。
Therefore, there are significant advantages when the present invention is applied.

ところで、本発明者等は、マグネシアの成長条
件として、MgCl2温度T1を、 700〔℃〕≦T1≦950〔℃〕 マグネシア成長温度Tsubを、 700〔℃〕≦Tsub≦1200〔℃〕 成長速度SGを、 0.01〔μm/分〕≦SG SG≦1〔μm/分〕 のように変化させて成長実験を行つたが、何れの
場合に於いても結晶性が良好なマグネシアが成長
し、その格子定数は4.17〔Å〕乃至4.22〔Å〕であ
り、そのマグネシアを用いて第3図に見られるウ
エハを作製したところ、シリコン層に於ける積層
欠陥密度は0.46〜1.2×106〔cm-2〕が得られ、従来
技術に依る場合の1/2乃至1/10に低減させること
ができた。
By the way, the present inventors set the MgCl 2 temperature T 1 as the magnesia growth condition, 700 [℃]≦T 1 ≦950 [℃], and the magnesia growth temperature T sub as 700 [℃]≦T sub ≦1200 [℃]. ℃] Growth experiments were conducted by changing the growth rate S G as follows: 0.01 [μm/min] ≦ S G S G ≦ 1 [μm/min], but in all cases, the crystallinity was good. Magnesia grows, and its lattice constant is 4.17 [Å] to 4.22 [Å]. When the wafer shown in Figure 3 was fabricated using this magnesia, the stacking fault density in the silicon layer was 0.46 to 4.22 [Å]. 1.2×10 6 [cm −2 ] was obtained, which was able to be reduced to 1/2 to 1/10 of that obtained using the conventional technology.

前記実施例では、マグネシアの成長をマグネシ
ア・スピネルを成長させた気相成長装置を利用し
て行つたが、第7図に例示してあるようなマグネ
シアを成長させる専用の気相成長装置を用いても
良い。尚、第7図では第5図に関して説明した部
分と同部分は同記号で指示してある。
In the above embodiment, magnesia was grown using a vapor phase growth apparatus that grew magnesia spinel, but it was also possible to grow magnesia using a vapor phase growth apparatus dedicated to growing magnesia, as illustrated in FIG. It's okay. In FIG. 7, the same parts as those explained in connection with FIG. 5 are indicated by the same symbols.

また、前記したような2層のマグネシア・スピ
ネル層及びマグネシア層を成長するに際して同一
の成長装置内で連続的に行つても良いことは云う
までもない。
Furthermore, it goes without saying that the two magnesia spinel layers and the magnesia layer described above may be grown successively in the same growth apparatus.

ところで、従来、SOI構造の半導体ウエハに於
いて、半導体基板に凹所を形成し、該凹所内に半
導体素子を形成する為の半導体領域を他から絶縁
して設けることに依り、高耐圧の絶縁性を得る技
術が知られているが、このようなウエハを製造し
た場合、前記と同様に高品質のシリコン層が得ら
れず、また、イオン注入法を適用してシリコン半
導体基板中に二酸化シリコン(SiO2)層を形成
し、それを絶縁基板として利用したり、また、シ
リコン半導体基板に凸部を形成し、その上に二酸
化シリコン層と多結晶シリコン層とを交互に積層
することに依り絶縁基板を形成してからシリコン
半導体基板を裏面から研磨して前記凸部を残して
他を全て除去する技術も知られているが、これ等
は何れもコストが高くなる。
By the way, conventionally, in a semiconductor wafer having an SOI structure, a recess is formed in the semiconductor substrate, and a semiconductor region for forming a semiconductor element in the recess is provided insulated from other parts, thereby achieving high voltage insulation. However, when manufacturing such wafers, it is not possible to obtain a high-quality silicon layer, and the ion implantation method is used to add silicon dioxide into the silicon semiconductor substrate. (SiO 2 ) layer and use it as an insulating substrate, or by forming a convex part on a silicon semiconductor substrate and alternately stacking silicon dioxide layers and polycrystalline silicon layers on it. There is also a known technique of forming an insulating substrate and then polishing the silicon semiconductor substrate from the back side to remove all the remaining parts except for the convex portions, but all of these techniques are expensive.

然しながら、本発明は、このような構造の半導
体ウエハを製造する場合にも極めて有効であり、
次ぎに、これについて詳細に説明する。
However, the present invention is also extremely effective when manufacturing semiconductor wafers having such a structure.
Next, this will be explained in detail.

第8図は本発明に於ける他の実施例の要部切断
側面図であり、前記したように、半導体基板に凹
所を形成し、該凹所内に半導体素子を形成する為
の半導体領域を他から絶縁して設けるようにした
半導体ウエハを例示している。
FIG. 8 is a cross-sectional side view of a main part of another embodiment of the present invention, in which, as described above, a recess is formed in a semiconductor substrate, and a semiconductor region for forming a semiconductor element is formed in the recess. A semiconductor wafer provided insulated from others is illustrated.

図に於いて、21はシリコン半導体基板、21
Aはシリコン半導体基板21に形成された凹所、
22はマグネシア・スピネル層、23はマグネシ
ア層、24はマグネシア・スピネル層、25はシ
リコン活性層をそれぞれ示している。
In the figure, 21 is a silicon semiconductor substrate;
A is a recess formed in the silicon semiconductor substrate 21;
22 is a magnesia spinel layer, 23 is a magnesia layer, 24 is a magnesia spinel layer, and 25 is a silicon active layer.

第9図乃至第13図は第8図に見られる実施例
を製造する場合を解説する為の工程要所に於ける
半導体ウエハの要部切断側面図であり、以下、こ
れ等の図を参照しつつ説明する。尚、各図に於い
て、第8図に関して説明した部分と同部分は同記
号で指示してある。
FIGS. 9 to 13 are cross-sectional side views of the main parts of a semiconductor wafer at key points in the process to explain the manufacturing of the embodiment shown in FIG. 8, and these figures will be referred to below. I will explain as I go along. In each figure, the same parts as those explained in connection with FIG. 8 are indicated by the same symbols.

第9図参照 例えば、熱酸化法を適用し、シリコン半導体
基板21上に二酸化シリコン膜(図示せず)を
形成し、これに通常のフオト・リソグラフイ技
術を適用することに依りパターニングを行い、
凹所形成予定部分に開口を形成する。
See FIG. 9. For example, a silicon dioxide film (not shown) is formed on the silicon semiconductor substrate 21 by applying a thermal oxidation method, and patterning is performed by applying ordinary photolithography technology to the silicon dioxide film (not shown).
An opening is formed in the portion where the recess is to be formed.

前記二酸化シリコン膜をマスクとしてシリコ
ン半導体基板21のエツチングを行い、深さ例
えば?〔μm〕程度の凹所21Aを形成し、そ
の後、マスクである二酸化シリコン膜を除去す
る。
Using the silicon dioxide film as a mask, the silicon semiconductor substrate 21 is etched to a depth of, for example, ? A recess 21A of approximately [μm] is formed, and then the silicon dioxide film serving as a mask is removed.

第10図参照 例えば、気相成長法を適用し、マグネシア・
スピネル層22を厚さ例えば0.4〔μm〕程度に
成長させる。
See Figure 10. For example, by applying the vapor phase growth method, magnesia
The spinel layer 22 is grown to a thickness of, for example, about 0.4 [μm].

第11図参照 例えば、気相成長法を適用し、マグネシア層
23を厚さ例えば0.2〔μm〕程度に成長させ
る。
See FIG. 11. For example, by applying a vapor phase growth method, the magnesia layer 23 is grown to a thickness of, for example, about 0.2 [μm].

第12図参照 例えば、気相成長法を適用し、マグネシア・
スピネル層24を厚さ例えば0.4〔μm〕程度に
成長させる。
See Figure 12. For example, by applying the vapor phase growth method, magnesia
The spinel layer 24 is grown to a thickness of, for example, about 0.4 [μm].

第13図参照 例えば、気相成長法を適用し、シリコン活性
層25を厚さ例えば35〔μm〕程度に成長させ
る。
Refer to FIG. 13. For example, by applying a vapor phase growth method, the silicon active layer 25 is grown to a thickness of, for example, about 35 [μm].

第8図参照 例えば、エツチング法或いはラツピング等の
研磨法を適用し、凹所21A内のシリコン活性
層25が周囲から完全に絶縁分離されるまで、
不要なシリコン活性層25を除去して表面を平
坦にする。
See FIG. 8. For example, by applying a polishing method such as etching or lapping, until the silicon active layer 25 in the recess 21A is completely isolated from the surroundings,
Unnecessary silicon active layer 25 is removed to flatten the surface.

このようにして作製された半導体ウエハに於け
るシリコン活性層25は、結晶欠陥が少ない高品
質のものが得られ、また、高耐圧が得られること
云うまでもない。
It goes without saying that the silicon active layer 25 in the semiconductor wafer produced in this way is of high quality with few crystal defects and also has a high breakdown voltage.

発明の効果 本発明の絶縁性結晶基板は、マグネシア・スピ
ネル基板上或いはマグネシア・スピネル層上に順
に形成されたマグネシア層及びマグネシア・スピ
ネル層を有してなる構造になつていて、表面のマ
グネシア・スピネル層の格子定数を大きくしてあ
る為、その上にシリコン,砒化ガリウム,燐化ガ
リウム等を成長させた場合、マグネシア・スピネ
ル層と該成長された結晶層との格子ミスフイツト
は著しく小さくすることができ、その結果、結晶
欠陥が低減され、高品質のものが得られ、しか
も、最下層のマグネシア・スピネル層の下及び最
上層のマグネシア・スピネル層の上に同種の半導
体層(或いは基板)を存在させることが出来るか
ら、絶縁性結晶基板の反りは殆どなくなる。
Effects of the Invention The insulating crystal substrate of the present invention has a structure including a magnesia layer and a magnesia spinel layer formed in this order on a magnesia spinel substrate or a magnesia spinel layer, and the magnesia spinel layer on the surface Since the lattice constant of the spinel layer is increased, when silicon, gallium arsenide, gallium phosphide, etc. are grown on it, the lattice misfit between the magnesia spinel layer and the grown crystal layer must be significantly reduced. As a result, crystal defects are reduced and a high quality product is obtained. Moreover, the same type of semiconductor layer (or substrate) is formed under the bottom magnesia spinel layer and on the top magnesia spinel layer. Since it is possible to have the presence of , there is almost no warping of the insulating crystal substrate.

従つて、この絶縁性結晶性基板を用いて半導体
装置を製造した場合、優れた特性のものが得ら
れ、また、製造プロセス上の不都合もなくなる。
Therefore, when a semiconductor device is manufactured using this insulating crystalline substrate, excellent characteristics can be obtained, and there are no inconveniences in the manufacturing process.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図及び第2図はそれぞれ異なる従来例の要
部切断側面図、第3図は本発明一実施例の要部切
断側面図、第4図はマグネシア・スピネル系に於
ける格子定数を示す線図、第5図は本発明一実施
例を製造する場合に用いる気相成長装置を例示す
る要部説明図、第6図a,bはシリコン層表面に
於ける結晶の構造を示す顕微鏡写真、第7図は本
発明一実施例を製造する場合に用いる気相成長装
置を例示する要部説明図、第8図は本発明に於け
る他の実施例の要部説明図、第9図乃至第13図
は第8図に見られる実施例を製造する場合を説明
する為の工程要所に於ける絶縁性結晶基板の要部
切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、6はシリコン基板、7はマグネシ
ア・スピネル層、8はマグネシア層、9はマグネ
シア・スピネル層、10はシリコン層をそれぞれ
示している。
Figures 1 and 2 are cut-away side views of essential parts of different conventional examples, Figure 3 is a cut-away side view of essential parts of an embodiment of the present invention, and Figure 4 shows lattice constants in the magnesia-spinel system. Fig. 5 is an explanatory view of the main part illustrating the vapor phase growth apparatus used in manufacturing an embodiment of the present invention, and Fig. 6 a and b are micrographs showing the crystal structure on the surface of the silicon layer. , FIG. 7 is an explanatory diagram of a main part illustrating a vapor phase growth apparatus used in manufacturing one embodiment of the present invention, FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part of another embodiment of the present invention, and FIG. 9 13 to 13 respectively represent cut-away side views of essential parts of the insulating crystal substrate at key points in the process for explaining the case of manufacturing the embodiment shown in FIG. 8. In the figure, 6 is a silicon substrate, 7 is a magnesia spinel layer, 8 is a magnesia layer, 9 is a magnesia spinel layer, and 10 is a silicon layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 マグネシア・スピネル基板上或いはマグネシ
ア・スピネル層上に順に形成されたマグネシア層
及びマグネシア・スピネル層を有してなることを
特徴とする絶縁性結晶基板。
1. An insulating crystal substrate comprising a magnesia layer and a magnesia spinel layer sequentially formed on a magnesia spinel substrate or a magnesia spinel layer.
JP24821783A 1983-12-30 1983-12-30 Insulating crystal base Granted JPS60145993A (en)

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