(57)【要約】立方晶炭化ケイ素緩衝膜でコーティングされたケイ素（１００）基材上に酸化マグネシウムを成長させる本発明の化学蒸着法は良質な単結晶酸化マグネシウム膜を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学蒸着法を用いて立方晶炭化ケイ素緩衝膜をケイ素（１００）基材上に蒸着した後、前記緩衝膜上に酸化マグネシウム膜を形成することを含む、単結晶酸化マグネシウム膜をケイ素（１００）基材上に成長させる方法。
【請求項２】
ケイ素（１００）基材の表面が［１１０］方向に１〜１０°傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炭化ケイ素緩衝膜がジメチルイソプロピルシラン、１，３−ジシラブタン、１，３，５−トリシラペンタン、２，４，６−トリシラヘプタン、及び２，６−ジメチル−２，４，６−トリシラヘプタンからなる群から選択された前駆物質を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
酸化マグネシウム膜がアルキルマグネシウムアルコキシドを前駆物質として用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項の方法によって製造された、コーティングされた単結晶酸化マグネシウム膜を有するケイ素（１００）基材。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コーティングされた立方晶炭化ケイ素緩衝膜を有するケイ素（１００）基材上に良質な単結晶酸化マグネシウム膜を成長させる化学蒸着法（ＣＶＤ）に関する。
【従来の技術】
酸化マグネシウムは透明で優れた電気特性を有する化学的に安定な物質であって、融点である２８５２℃に至る高温においても相転移を起こさない。酸化マグネシウムは銅酸化物系の高温超伝導体、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウムを始めとした様々な酸化物、窒化ガリウム、窒化ニオブを始めとした様々な窒化物など、数多くの無機化合物の膜を形成するための基材として用いられてきた。また、このような酸化物及び窒化物膜を、石英、ケイ素、ガリウム砒素、又はサファイヤの表面上にコーティングされた酸化マグネシウム膜上で成長できることが知られている。
単結晶基材の表面上に酸化マグネシウム膜を製造する種々の方法が知られている。例えば、デシスト（ＤｅＳｉｓｔｏ）などはサファイヤ、又はアルミナでコーティングされたサファイヤ上に超音波噴霧熱分解法によって蒸着した酸化マグネシウム薄膜を開示している［Ｗ． Ｊ． ＤｅＳｉｓｔｏ ａｎｄ Ｒ． Ｌ． Ｈｅｎｒｙ， ”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＭｇＯ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｓｐｒａｙ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｇ（２，４−ｐｅｎｔａｎｅｄｉｏｎａｔｅ）２”， Ｊ． Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ １０９， ３１４−３１７（１９９１）］。また、ユン（Ｙｏｏｎ）等及びタルサ（Ｔａｒｓａ）等はゾルゲル法によってケイ素及びガリウム砒素上に蒸着された酸化マグネシウム膜を［Ｊ． Ｇ． Ｙｏｏｎ， Ｙ． Ｊ． Ｋｗａｇ， ａｎｄ Ｈ． Ｋ． Ｋｉｍ， ”Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｄｅｒｉｖｅｄ ＭｇＯ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ ｏｎ Ｓｉ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ”， Ｊ． Ｋｏｒｅａｎ Ｐｈｙｓ． Ｓｏｃ． ３１， ６１３−６１６ （１９９７）；及び Ｅ．Ｊ． Ｔａｒｓａ， Ｘ． Ｈ． Ｗｕ， Ｊ． Ｐ． Ｉｂｂｅｔｓｏｎ， Ｊ． Ｓ． Ｓｐｅｃｋ， ａｎｄ Ｊ． Ｊ． Ｚｉｎｃｋ， ”Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＭｇＯ ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｂ−ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ （００１）ＧａＡｓ： Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＭｇＯ／ＧａＡｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６６， ３５８８−３５９０ （１９９５）］；フォーク（Ｆｏｒｋ）等及びナシモト（Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ）等はパルスレーザ蒸着法によってケイ素及びガリウム砒素上に形成させた酸化マグネシウム膜を［Ｄ． Ｋ． Ｆｏｒｋ， Ｆ． Ａ． Ｐｏｎｃｅ， Ｊ． Ｃ． Ｔｒａｍｏｎｔａｎａ， ａｎｄ Ｔ． Ｈ． Ｇｅｂａｌｌｅ， ”Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＭｇＯ ｏｎ Ｓｉ（００１） ｆｏｒ Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｇｒｏｗｔｈ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５８， ２２９４−２２９６ （１９９１）；Ｄ． Ｋ． Ｆｏｒｋ ａｎｄ Ｇ． Ｂ． Ａｎｄｅｒｓｏｎ， ”Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＭｇＯ ｏｎ ＧａＡｓ（１１１） ａｓ ａ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ ｆｏｒ ｚ−ｃｕｔ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌｉｔｈｉｕｍ ｎｉｏｂａｔｅ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６３， １０２９−１０３１ （１９９３）；及び Ｋ． Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｄ． Ｋ． Ｆｏｒｋ， ａｎｄ Ｔ． Ｈ． Ｇｅｂａｌｌｅ， ”Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＭｇＯ ｏｎ ＧａＡｓ（００１） ｆｏｒ ｇｒｏｗｉｎｇ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＢａＴｉＯ３ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｂｙ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０， １１９９−１２０１ （１９９２）］；ブルリー（Ｂｒｕｌｅｙ）等及びカネコ（Ｋａｎｅｋｏ）等はマグネトロンスパッタリング法によってガリウム砒素及びケイ素上に蒸着させた酸化マグネシウム膜を［Ｊ． Ｂｒｕｌｅｙ， Ｓ． Ｓｔｅｍｍｅｒ． Ｆ． Ｅｒｎｓｔ， Ｍ． Ｒｕｈｌｅ， Ｗ．−Ｙ． Ｈｓｕ， ａｎｄ Ｒ． Ｒａｊ， ”Ｎａｎｏｓｔ��ｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ａ （１００）ＭｇＯ／（１００）ＧａＡｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６５， ５６４−５６６ （１９９４）；及び Ｙ． Ｋａｎｅｋｏ， Ｎ． Ｍｉｋｏｓｈｉｂａ， ａｎｄ Ｔ． Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＭｇＯ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ ＲＦ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３０， １０９１−１０９２ （１９９１）］；及びフン（Ｈｕｎｇ）等及びマスダ（Ｍａｓｕｄａ）等は電子ビーム蒸発法によってガリウム砒素及び／又はケイ素上に蒸着させた酸化マグネシウム膜を報告している［Ｌ． Ｓ． Ｈｕｎｇ， Ｒ． Ｚｈｅｎｇ， ａｎｄ Ｔ． Ｎ． Ｂｌａｎｔｏｎ， ”Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＭｇＯ ｏｎ （１００）ＧａＡｓ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｖａｃｕｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０， ３１２９−３１３１ （１９９２）；及び Ａ． Ｍａｓｕｄａ ａｎｄ Ｋ． Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ， ”Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＭｇＯ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｓｉ（１００） ａｎｄ ＧａＡｓ（１００） Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂｅａｍ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ”， Ｊｐｎ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３３， Ｌ７９３−Ｌ７９６ （１９９４）］。
良質な膜を積層成長させるためには、基材とその上に蒸着される膜の格子整合、結晶構造及び化学結合の特性などを考慮しなければならない。しかし、格子酸素及びマグネシウム原子が各々面心立方構造をなす酸化マグネシウム（格子定数：０．４２１３ｎｍ）を、ダイヤモンド構造を有するケイ素単結晶（格子定数：０．５４３１ｎｍ）上に成長させる場合、格子不整合が−２２．４％と非常に大きいため、良質な酸化マグネシウム膜を得ることが困難である。
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ケイ素（１００）基材上に良質な単結晶酸化マグネシウム膜を成長させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
従って、本発明では化学蒸着法を用いて立方晶炭化ケイ素緩衝膜をケイ素（１００）基材上に蒸着した後、前記緩衝膜上に酸化マグネシウム膜を形成することを含む、単結晶酸化マグネシウム膜をケイ素（１００）基材上に成長させる方法が提供される。
【発明の実施の形態】
本発明によってケイ素（１００）基材の表面に炭化ケイ素緩衝膜をコーティングする方法は、通常の化学蒸着法によって行ってもよく、例えば、炭化ケイ素前駆物質の蒸気を必要に応じて適当なキャリアガスと共に８００〜１１００℃の温度に加熱された基材に送って接触させてもよい。
炭化ケイ素膜形成のための前駆物質としては、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、三塩化シラン（ＳｉＨＣｌ３）、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有化合物とメタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）等の炭素含有化合物の混合物、テトラメチルシラン、ジメチルイソプロピルシラン、１，２−ビスシリルエタン、線状シラアルカン、及びこれらの混合物を用いてもよい［Ｃ． Ｅ． Ｍｏｒｏｓａｎｕ， Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， Ｅｌｓｅｖｉｅｒ （１９９０）；米国特許第４，９２３，７１６号；及び韓国特許第９６−１２７１０号］。これらの前駆物質の中、ジメチルイソプロピルシラン及び炭素とケイ素原子が交互に直接結合された線状シラアルカンが好ましく、特にジメチルイソプロピルシラン、１，３−ジシラブタン（Ｈ３ＳｉＣＨ２ＳｉＨ２ＣＨ３）、１，３，５−トリシラペンタン（Ｈ３ＳｉＣＨ２ＳｉＨ２ＣＨ２ＳｉＨ３）、２，４，６−トリシラヘプタン（Ｈ３ＣＳｉＨ２ＣＨ２ＳｉＨ２ＣＨ２ＳｉＨ２ＣＨ３）及び２，６−ジメチル−２，４，６−トリシラへプタン（Ｈ３ＣＳｉＨ（ＣＨ３）ＣＨ２ＳｉＨ２ＣＨ２ＳｉＨ（ＣＨ３）ＣＨ３）等がさらに好ましい。
本発明によると、前記のように形成された炭化ケイ素緩衝膜上に通常の化学蒸着法によって酸化マグネシウム膜を蒸着できる。本発明の好ましい実施形態では、アルキルマグネシウムアルコキシドの蒸気を必要に応じてアルゴン、水素、又は窒素キャリアガスと共に６００〜９００℃の温度に加熱された緩衝膜の表面と接触させて、酸化マグネシウム膜を製造できる。
本発明に用いてもよいアルキルマグネシウムアルコキシドの代表的な例としては、メチルマグネシウムｔ−ブトキシド、メチルマグネシウムイソプロポキシドが挙げられる。
立方晶炭化ケイ素（格子定数：０．４３５８ｎｍ）は２８３０℃の高融点を有する化学的に安定な物質であって、ｘ，ｙ，ｚ方向に単位セルの１／４の長さの間隔で相互に浸透する（ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ）炭素とケイ素原子の２つの面心立方構造からなる。炭化ケイ素のこのような結晶構造は酸化マグネシウムの結晶構造とほぼ完全に合致し、酸化マグネシウムの炭化ケイ素に対する格子不整合は−３．３３％に過ぎない。また、炭化ケイ素とケイ素基材は類似した結合特性を有し、格子定数の比が１：１に近い４：５であるため、ケイ素上に炭化ケイ素を積層成長することも可能である。
また、本発明の実施において、表面が（１００）面に平行するオンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）のケイ素（１００）基材を、好ましくはその表面が［１１０］方向（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）に１〜１０°傾斜するように切断してもよい。このような切断は、基材表面のテラスを狭くし、良質な炭化ケイ素膜のステップ流動成長（ｓｔｅｐ ｆｌｏｗ ｇｒｏｗｔｈ）を可能にする。このような炭素ケイ素膜上に形成される酸化マグネシウム膜は結晶性が優れた膜として積層成長され得る。
本発明の方法によって製造された、単結晶酸化マグネシウムコーティングされたケイ素（１００）は、酸化マグネシウム膜の優れた性能のため、多様な分野で有用に用いられ、従って、本発明の範疇に含まれる。
【実施例】
下記実施例及び比較例は、本発明の具体的な実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲がこれによって何ら限定されるものではない。
実施例１
１，３−ジシラブタンを常温で蒸発させ、９５０℃において２５分間ケイ素（１００）基材上で熱分解させて立方晶炭化ケイ素緩衝膜を蒸着した。立方晶炭化ケイ素はその反射高速電子線回折（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ， ＲＨＥＥＤ）パターンがはっきり見えるまで蒸着を行った。次に、メチルマグネシウムｔ−ブトキシドを水素キャリアガスと共に常温で蒸発させ、８５０℃で３時間炭化ケイ素緩衝膜上で熱分解させて、酸化マグネシウム膜を蒸着した。
生成した酸化マグネシウム膜のＲＨＥＥＤパターンでは多数個の規則的な回折点が示され、Ｘ線回折パターンでは２θ＝４２．９８°の位置にＭｇＯ（２００）に当る単一ピークが現われた。また、酸化マグネシウム膜のＸ線回折強度曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）は０．９°の半値幅（ＦＷＨＭ）を示し、極点分析では９０°対称を有する４つの極点が現われた。また、Ｘ線光電子分光法によって測定した膜表面の元素組成は、酸化マグネシウム単結晶と一致する、マグネシウム：酸素＝１．０：１．１であった。
実施例２
メチルマグネシウムｔ−ブトキシドを８００℃で熱分解させたことを除いては、実施例１の方法と同様に実験を行って、炭化ケイ素緩衝膜でコーティングされたケイ素（１００）基材上に酸化マグネシウム膜を蒸着した。
生成した酸化マグネシウム膜のＲＨＥＥＤパターンは多数個の規則的な回折点を示し、Ｘ線回折パターンでは２θ＝４２．９８°の位置にＭｇＯ（２００）に当る単一ピークが現われた。また、酸化マグネシウム膜のＸ線回折強度曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）は１．５°の半値幅（ＦＷＨＭ）を示し、極点分析では９０°対称を有する４つの極点が現われた。また、Ｘ線光電子分光法によって測定した膜表面の元素組成は、酸化マグネシウム単結晶と一致する、マグネシウム：酸素＝１．０：１．１であった。
実施例３
１，３−ジシラブタンを常温で蒸発させ、９４０℃で２５分間、［１１０］方向の４°斜めに切断して形成されたケイ素（１００）基材表面上で熱分解させて、立方晶炭化ケイ素緩衝膜を蒸着した。次に、メチルマグネシウムｔ−ブトキシドを水素キャリアガスと共に１４０℃で蒸発させ、８５０℃で３時間炭化ケイ素緩衝膜上で熱分解させて、酸化マグネシウム膜を蒸着した。
生成した酸化マグネシウム膜のＲＨＥＥＤパターンは多数個の規則的な回折点を示し、Ｘ線回折パターンでは２θ＝４２．９８°の位置にＭｇＯ（２００）に当る単一ピークが現われた。また、酸化マグネシウム膜のＸ線回折強度曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）は０．５５°の半値幅（ＦＷＨＭ）を示し、極点分析では９０°対称を有する４つの極点が現われた。また、Ｘ線光電子分光法によって測定した膜表面の元素組成は、酸化マグネシウム単結晶と一致する、マグネシウム：酸素＝１．０：１．１であった。
実施例４
［１１０］方向に６°斜めにして切断されたケイ素（１００）基材を用いたことを除いては、実施例３の方法と同様に実験を行った。
生成した酸化マグネシウム膜のＲＨＥＥＤパターンは多数個の規則的な回折点を示し、Ｘ線回折パターンでは２θ＝４２．９８°の位置にＭｇＯ（２００）に当る単一ピークが現われた。また、酸化マグネシウム膜のＸ線回折強度曲線（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）は０．６２°の半値幅（ＦＷＨＭ）を示し、極点分析では９０°対称を有する４つの極点が現われた。また、Ｘ線光電子分光法によって測定した膜表面の元素組成は、酸化マグネシウム単結晶と一致する、マグネシウム：酸素＝１．０：１．１であった。
比較例１
炭化ケイ素緩衝膜を有しないケイ素（１００）基材を用いたことを除いては、実施例１の方法と同様に実験を行って、ケイ素（１００）基材上に酸化マグネシウム膜を直接蒸着した。
生成した酸化マグネシウム膜のＲＨＥＥＤパターンには何らの回折点も現われなかった。Ｘ線回折パターンでは２θ＝３６．９６°、４２．９８°、及び６２．３６°の位置でＭｇＯ（１１１）、ＭｇＯ（２００）及びＭｇＯ（２２０）の各々に当る様々なピークが現われた。これらの結果は生成した酸化マグネシウム膜が多結晶性であることを意味する。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、良質な単結晶酸化マグネシウム膜を立方晶炭化ケイ素緩衝膜でコーティングされたケイ素（１００）基材上で成長させることができる。
【国際公開パンフレット】
2004506098.tif 000002
2004506098.tif 000003
2004506098.tif 000004
2004506098.tif 000005
2004506098.tif 000006
2004506098.tif 000007
2004506098.tif 000008
2004506098.tif 000009
【国際調査報告】
2004506098.tif 000010
2004506098.tif 000011