CN101970708A - 氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法 - Google Patents

氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101970708A
CN101970708A CN2009800003844A CN200980000384A CN101970708A CN 101970708 A CN101970708 A CN 101970708A CN 2009800003844 A CN2009800003844 A CN 2009800003844A CN 200980000384 A CN200980000384 A CN 200980000384A CN 101970708 A CN101970708 A CN 101970708A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium nitride
thin film
aln
base material
aluminum nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009800003844A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101970708B (zh
Inventor
佐藤一成
水原奈保
谷崎圭祐
宫永伦正
樱田隆
山本喜之
中幡英章
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Publication of CN101970708A publication Critical patent/CN101970708A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101970708B publication Critical patent/CN101970708B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

本发明公开了平坦且薄的AlN薄膜及所述AlN薄膜的制造方法。AlN薄膜(2)包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。在真空室内设置AlN烧结体，并在基材(1)已经设置在真空室内的状态下用激光束对所述AlN烧结体进行照射而产生等离子体，利用该等离子体能够在所述基材(1)上形成所述AlN薄膜(2)，所述AlN烧结体包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。

Description

氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法
技术领域
本发明涉及氮化铝(下文中也称为“AlN”)薄膜及其制造方法，所述氮化铝薄膜例如可用作隧道磁阻(TMR)器件中的绝缘阻挡层。
背景技术
AlN是物理和化学稳定的材料，且因为其还具有突出的特性如绝缘和压电性能，因此将该材料用于多种应用中。一个如何使用AlN的例子为使用AlN薄膜作为隧道磁阻器件中的绝缘阻挡层的情况，这在例如Asahi等人，Applied Physics Letters(应用物理快报)89，232511(2006)中有记载。在刚才所引用的参考文献中，尽管在低温(77K)下，但是在GaCrN/AlN/GaCrN强磁性半导体隧道结中证实了TMR效应。
非专利文献1：Asahi et al.，Applied Physics Letters 89，232511(2006)
发明内容
本发明要解决的问题
在以强磁性体和超导体为基础的隧道磁阻器件中，保证薄绝缘阻挡层的均匀性存在很大难度，所述薄绝缘阻挡层形成隧道势垒(tunnel barrier)。这种状况抑制了隧道磁阻器件性能的提升(例如，泄漏电流低、开/关比高)和再现性的提高。
通常，在任意种类薄膜的制造中，生产均匀且平坦的超薄膜(在几个nm范围内)是非常有挑战性的。迄今为止，仅利用通过Al和Mg的薄气相沉积、随后氧化而得到的AlOx和MgO化合物证明了在实现高水平再现性上的成功。尽管这种成功依赖于Al和Mg两者易于发生氧化，但是就氮化物化合物而言，在金属薄膜形成之后对其进行氮化的技术是成问题的，因此仍待确立能够以高度再现性形成氮化物膜的方法。
在当前的硬盘驱动器(HDD)读头和永久性磁存储器(磁阻随机存取存储器-MRAM)中，使用金属和合金作为两侧强磁性电极层。
在这方面，使用强磁性半导体和半金属材料如GaTMAs(TM-磁性过渡金属离子)或GaTMN作为两侧强磁性电极层，使得获得更高的开/关比成为可能，并且将化合物半导体作为基体，可预期获得将磁性特征和光学特征结合在一起的全新功能的器件。
在将强磁性半导体如GaTMAs和GaTMN用于两侧强磁性电极层的隧道磁阻器件中，由于AlN具有优异的晶格匹配和高绝缘性能，所以其作为用于绝缘阻挡层中的材料是有前途的。
然而，如上所述，未确立能够以高度再现性形成均匀且平坦的薄氮化物膜的方法，因而当然也就未确立能够高度再现地形成均匀且平坦的薄AlN的方法。
在上面引用的文献中，尽管据报道可形成3nm厚的薄AlN绝缘阻挡层，但是未提及所述AlN绝缘阻挡层的平坦性。而且，从透射电子显微镜(TEM)显微照片能够看出，平坦性、特别是底面的平坦性不能令人满意，这表明难以形成平坦且薄的AlN薄膜，这并不令人惊讶。
为了解决诸如前述的问题而引起的本发明的目的是，得到平坦且薄的AlN薄膜及其制造方法。
解决所述问题的手段
本发明通过向氮化铝中添加特定的元素来尝试提高氮化铝薄膜的平坦性，所述元素并不是不可避免的杂质。更具体地，本发明涉及的氮化铝薄膜的特征在于包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。
能够给出的前述添加元素的实例包括选自碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、磷(P)、砷(As)、硼(B)、锡(Sn)和锑(Sb)中的至少一种元素。优选所述添加元素为一种以上的IV元素如碳和硅。
本发明涉及的氮化铝薄膜的制造方法包括下列步骤。将经烧结的氮化铝陶瓷设置在真空室内，所述经烧结的氮化铝陶瓷包含0.001wt～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素(特别是就Ge和Sn而言，优选为0.001wt％～5wt％)。在所述真空室内设置基材。利用激光对所述经烧结的氮化铝陶瓷进行照射以释放出等离子体，并利用所述等离子体在基材上形成含前述添加元素的氮化铝薄膜。
例如，通过在氮气气氛的真空容器内对通过将0.001wt％～10wt％的前述添加元素的粉末与氮化铝粉末混合在一起而形成的成型体进行烧结，可制造含上述添加元素的经烧结的氮化铝陶瓷。作为所述添加元素，能够列举选自碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、磷(P)、砷(As)、硼(B)、锡(Sn)和锑(Sb)中的至少一种元素。
关于前述基材，能够使用由化合物半导体如GaN构成的化合物半导体衬底或由绝缘体如Al2O3构成的绝缘体衬底。然后，优选在对所述基材进行加热的同时，形成含上述添加元素的氮化铝薄膜。
优选上述真空室内为氮气气氛。而且，上述等离子体为例如烧蚀等离子体，其为伴随粒子从固体中爆炸性发射的等离子体现象。
发明效果
根据本发明，向氮化铝中添加特定的不是不可避免的杂质的元素能提高氮化铝薄膜的平坦性。
附图说明
图1为本发明实施方式1中AlN薄膜的剖视图。图2为PLD制膜装置的简化构成图的示意图。图3为显示隧道磁阻器件的工作原理的说明图。图4为表示本发明实施方式2中隧道磁阻器件的结构性实例的剖视图。
附图标记
1：基材；2：AlN薄膜；3：第一强磁性电极层；4：第二强磁性电极层；5：导电层；7：绝缘层；8：衬底；10：PLD制膜装置；11：激光源；12：真空室；13：步进电机；14：烧结体原料；15：平台(stage)；16：保持器：17：控制单元；18：反射高能电子衍射装置；19：气体供应单元；20：隧道阻挡层
具体实施方式
下面，使用图1～图4，对本发明的实施方式进行说明。实施方式1首先，使用图1和图2对本发明的实施方式1进行说明。图1为表示本实施方式1中AlN薄膜2的剖视图。
如图1中所示，在基材1上形成AlN薄膜2。关于基材1，可以考虑多种材料，包括导体、绝缘体、半导体或将这些材料结合在一起的物质。由于AlN薄膜2的厚度典型地为约10nm以下(例如，约5nm)，所以通常需要能够保持AlN薄膜2的基材。
向前述AlN薄膜2中，添加特定的不是不可避免的杂质的元素。由此能够提高AlN薄膜2的平坦性。作为向AlN薄膜2中添加的元素，能够引用选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。特别地，能够利用选自碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、磷(P)、砷(As)、硼(B)、锡(Sn)和锑(Sb)中的至少一种元素作为所述添加元素。优选地，使用至少一种以上的IV族元素如碳和硅作为添加元素。
只要向AlN薄膜2中添加元素的添加量处于不能将其称作不可避免的杂质的水平，所述量即可接受；具体地，使其为0.001wt％～10wt％是令人满意的。
然后，使用图2对本实施方式1中AlN薄膜2的制造方法进行说明。图2为可用于形成氮化铝薄膜的PLD(脉冲激光淀积)制膜装置的简化构成图。
所述PLD制膜装置10具有：能够放射激光束的激光源11；真空室12；能够承载烧结体原料14的平台15，所述烧结体原料14为辐照靶；能够驱动所述平台15的步进电机13；能够保持所述基材1的保持器16；能够对步进电机13和激光源11实施工作控制的控制单元17；反射高能电子衍射装置(RHEED)18；向真空室12内供应气体的气体供应单元19；和安装在保持器16内的加热器，所述加热器能够加热基材1。应当理解，所述PLD制膜装置10包括除了前述元件之外的多种元件，但是为了便于说明而省略了这些元件的图示和描述。
首先，制造经烧结的AlN陶瓷，所述AlN陶瓷包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。
例如，通过将10wt％的碳粉和90wt％的AlN粉末混在一起并压制成形以准备成型体，并在真空室(在10-6托的压力下)内在氮气气氛中于2000℃下将所述成型体烧结2小时，来制造烧结的AlN陶瓷，所述碳粉为IV族元素。此处，可利用10wt％的硅粉(IV族元素)或利用组合总量为10wt％的硅粉和碳粉的粉末共混物来代替所述碳粉。
将前述得到的经烧结的AlN陶瓷设置在图2中所示的真空室12内。特别地，将其放置在图2中所示的平台15上。
然后，将作为膜沉积目标的基材1设置在保持器16的正面上并与前述经烧结的AlN陶瓷相对的位置中，所述保持器16安装在真空室12内。
关于基材1，使用直径为1英寸(约2.5cm)水平的由化合物半导体如GaN构成的化合物半导体衬底或由绝缘体如Al203构成的绝缘体衬底。
其中，优选使基材1的正面平坦。优选其处于平坦状态，其中例如将每单位面积的平均表面粗糙度表示为均方根(RMS)的值为约0.1nm以下。使得基材1的正面处于平坦状态能够有助于提高AlN薄膜2的表面平坦性。
然后，将发射自激光源11的激光束照射到前述经烧结的AlN陶瓷上，所述经烧结的AlN陶瓷为烧结体原料14。此处，例如能够使用KrF准分子激光器作为激光器，所述KrF准分子激光器的发射激光的波长为248nm，脉冲重复频率为10Hz，且每个脉冲的能量为1～3J/次发射(shot)。或者，也能够使用发射激光的波长为193nm的ArF准分子激光器。
其中，使得真空室12内为氮气气氛，并使其处于约1×10-3托～1×10-6托以下的真空状态下。在形成AlN薄膜2期间，使得真空室12内为氮气气氛，这样能够供应氮。应当理解，通过气体供应单元19能够向真空室12内供应氮。
在用激光束对经烧结的AlN陶瓷进行照射中，优选使用如上所述的短波长激光。当使用短波长激光时，吸收系数将变大，使得在经烧结的AlN陶瓷的正面附近几乎全部激光因而将被吸收。结果，大大提高了经烧结的AlN陶瓷的表面温度，使得在真空室12内产生烧蚀等离子体(伴随粒子从固体中爆炸性发射的等离子体)成为可能。包含在等离子体内的烧蚀粒子移动至基材1，同时通过重新结合并通过碰撞并与环境气体反应而发射状态变化。然后，到达基材1的粒子全部分散在基材1上并固定在稳定位点上而变成薄膜。由此能够在基材1上生长AlN薄膜2，所述AlN薄膜2包含上面列出的各种添加元素。
当生长前述AlN薄膜2时，优选在对基材1进行加热的同时形成含前述添加元素的AlN薄膜2。例如将基材1加热至约800℃是优选的。为了加热基材1，尽管能够使用其他方法如向基材1内通入电流来加热基材1，但是可以使用安装在真空室12内的上述加热器。
此处，能够利用源自安装在真空室12内的反射高能电子衍射装置(RHEED)18的振荡来监视AlN薄膜2的沉积厚度。
本申请的发明人实际上通过前述技术在1英寸(约2.5cm)直径的GaN衬底和Al2O3衬底上制造了约5nm厚、含10wt％碳和硅的AlN薄膜2，并测量了表面粗糙度；将使用下面列出的表对结果进行说明。
使用原子力显微镜(AFM)来表征生长后的AlN薄膜2的表面。在把测量为50μm×50μm的区域作为单位面积区域的条件下，沿所述AlN薄膜2的表面，选择多个单位面积区域。然后测量这些区域中的表面粗糙度，并计算平均粗糙度。将该值作为每单位面积上的表面粗糙度并表示为均方根(RMS)。结果列于下表中。
表
  试样   比较例   实施例1   实施例2   实施例3
  RMS(nm)   0.3   0.1   0.1   0.1
在上表中，比较例为在GaN衬底和Al2O3衬底上生长约5nm厚的AlN薄膜2的情况，所述AlN薄膜2未添加诸如碳和硅的添加元素；实施例1为在GaN衬底和Al2O3衬底上生长约5nm厚的AlN薄膜2的情况，所述AlN薄膜2含10wt％的碳，余量为AlN和不可避免的杂质；实施例2为在GaN衬底和Al2O3衬底上生长约5nm厚的AlN薄膜2的情况，所述AlN薄膜2含10wt％的硅，余量为AlN和不可避免的杂质；实施例3为在GaN衬底和Al2O3衬底上生长约5nm厚的AlN薄膜2的情况，所述AlN薄膜2含组合总量为10wt％的碳和硅，余量为AlN和不可避免的杂质。
如表中所示，显然实施例1～3中任一实施例的平坦度明显好于比较例。因此，应当理解，添加特定的不是不可避免的杂质的元素可提高AlN薄膜2的平坦性。
应当注意，由于碳和硅为IV族元素，因此添加除了碳和硅之外的IV族元素的情况大概也会以同样的方式允许AlN薄膜2的平坦性得到提高。类似地，在向AlN薄膜2中添加碳和硅两者的情况下，获得了优异的平坦性，因而添加多种元素的情况大概也会允许AlN薄膜2的平坦性得到提高。此外，已知V族元素和III族元素与IV族元素的性质相近，因此，可以预计与碳和硅的情况相类似的结果。同样，关于添加元素的量：只要所述量处于允许与不可避免的杂质区分的水平，即0.001wt％以上，就可预期沿前述路线的结果。实施方式2然后，使用图3A、3B和图4，对本发明的实施方式2进行说明。图3A和3B为显示隧道磁阻器件工作原理的示意图，而图4为表示应用了本实施方式1中AlN薄膜2的隧道磁阻器件的结构性实例的剖视图。
应将上述AlN薄膜2应用于：使用磁阻的功能性器件如隧道磁阻器件和大型磁阻器件；发光器件如发光二极管和激光二极管；以及整流器和多种电子器件如所有类型的晶体管中，所述晶体管包括双极晶体管、场效应晶体管(FET)、自旋FET和高电子迁移率晶体管(HEMT)。
在这一点上，作为应用本发明AlN薄膜2的一个实例，将对在隧道磁阻器件中应用本发明AlN薄膜2的情况进行说明。
首先，使用图3A和3B，对隧道磁阻器件的工作原理进行说明。
如图3A和3B中所示，形成第一和第二强磁性电极层30和40，在它们中间夹有隧道阻挡层20。所述第一和第二强磁性电极层30和40中的一个为固定层，另一个为记录层。
如图3A中所示，在第一和第二强磁性电极层30和40的磁化方向平行的平行磁化状况中，在与所述隧道结构的界面处，器件在法线方向上的电阻小。结果，电子能够穿过隧道阻挡层20，使得电流在电极之间流动。
另一方面，如图3B中所示，在第一和第二强磁性电极层30和40的磁化方向平行的反平行磁化状况中，在与所述隧道结构的界面处，器件在法线方向上的电阻大。因此，电子在与所述隧道结构的界面处分散，使得电流不能在电极之间流动。
接下来，使用图4，对应用了上述AlN薄膜2的隧道磁阻器件结构的实例进行说明。
在图4的实例中，在衬底8上形成了隧道磁阻器件。能够使用例如半导体衬底如GaN衬底作为所述衬底8。
在衬底8上依次形成第一强磁性电极层3、作为隧道阻挡层的AlN薄膜2和第二强磁性电极层4。例如，能够将GaTMAs(TM-磁性过渡金属离子)或GaTMN用于第一和第二强磁性电极层3和4。通过前述方法能够形成AlN薄膜2，而例如通过PLD法或者通过分子束外延(MBE)或溅射能够形成第一和第二强磁性电极层3和4。
在分别形成第一强磁性电极层3、AlN薄膜2和第二强磁性电极层4之后，将所述层构图成预定的各种几何形状。此外，在形成所述第一强磁性电极层3之后，在所述第一强磁性电极层3上形成导电层(电极)5。在不会与所述AlN薄膜2重叠的位置形成所述导电层5。所述导电层5能够由诸如Cu的金属材料构成，且可例如通过诸如CVD或溅射的技术产生金属材料层、然后将所述金属材料层构图成预定几何形状来形成。其后，通过CVD等技术形成氧化硅等绝缘层7，从而覆盖叠层结构。对所述绝缘层7进行例如化学机械研磨(CMP)操作，从而使得第二强磁性电极4的表面暴露。
接下来，在第二强磁性电极层4上形成导电层(电极)。另外，在不会与AlN薄膜2重叠的位置形成这种导电层。这种导电层也能够由诸如Cu的金属材料构成，且可例如通过诸如CVD或溅射的技术形成金属材料层、然后将所述金属材料层构图成预定几何形状来形成。
实施前述步骤能制造图4中所示的隧道磁阻器件。本实施方式2中的隧道磁阻器件具有作为隧道阻挡层的AlN薄膜2，所述AlN薄膜2如上所述具有优异的平坦性和晶格匹配并具有较好的绝缘性能，因而使得在降低泄漏电流的同时实现高开/关比成为可能。
以前述方式对本发明的实施方式进行了说明，但是无论如何应将此处公开的实施方式认为是示例性的而不是限制性的。本发明的范围由专利权利要求书的范围来确定，且包括与专利权利要求书的范围相等同的含义以及在所述范围内的所有修改。

Claims (8)

1.氮化铝薄膜，其特征在于，包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素。
2.如权利要求1所述的氮化铝薄膜，其中所述添加元素为选自碳、硅、锗、镓、铟、磷、砷、硼、锡和锑中的至少一种元素。
3.如权利要求1或2所述的氮化铝薄膜，其中所述添加元素为碳和硅中的至少一种。
4.氮化铝薄膜制造方法，包括：
在真空室内设置经烧结的氮化铝陶瓷的步骤，所述经烧结的氮化铝陶瓷包含0.001wt％～10wt％的选自III族元素、IV族元素和V族元素中的一种以上添加元素；
在所述真空室内设置基材的步骤；以及
用激光对所述经烧结的氮化铝陶瓷进行照射以释放出等离子体，并利用所述等离子体在所述基材上形成氮化铝薄膜的步骤，所述氮化铝薄膜包含所述添加元素。
5.如权利要求4所述的氮化铝薄膜制造方法，其中通过在氮气气氛的真空容器内对成型体进行烧结来制造含所述添加元素的经烧结的氮化铝陶瓷，所述成型体通过将0.001wt％～10wt％的所述添加元素的粉末与氮化铝粉末混合在一起而形成。
6.如权利要求4或5所述的氮化铝薄膜制造方法，其中所述添加元素为选自碳、硅、锗、镓、铟、磷、砷、硼、锡和锑中的至少一种元素。
7.如权利要求4～6中任一项所述的氮化铝薄膜制造方法，其中：所述基材为化合物半导体衬底或绝缘体衬底；以及在对所述基材加热的同时，形成含所述添加元素的所述氮化铝薄膜。
8.如权利要求4～7中任一项所述的氮化铝薄膜制造方法，其中：使得所述真空室内为氮气气氛；以及所述等离子体为烧蚀等离子体。
CN200980000384.4A 2008-02-27 2009-02-18 氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法 Expired - Fee Related CN101970708B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008046335 2008-02-27
JP2008-046335 2008-02-27
JP2009-012038 2009-01-22
JP2009012038A JP2009228131A (ja) 2008-02-27 2009-01-22 窒化アルミニウム薄膜およびその製造方法
PCT/JP2009/052747 WO2009107525A1 (ja) 2008-02-27 2009-02-18 窒化アルミニウム薄膜およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101970708A true CN101970708A (zh) 2011-02-09
CN101970708B CN101970708B (zh) 2014-04-16

Family

ID=41015925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980000384.4A Expired - Fee Related CN101970708B (zh) 2008-02-27 2009-02-18 氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8367577B2 (zh)
EP (1) EP2246458B1 (zh)
JP (1) JP2009228131A (zh)
KR (1) KR20100116109A (zh)
CN (1) CN101970708B (zh)
CA (1) CA2688453A1 (zh)
WO (1) WO2009107525A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106062238A (zh) * 2014-03-03 2016-10-26 株式会社村田制作所 氮化铝压电薄膜及其制造方法、压电材、压电部件

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102299218B (zh) * 2011-08-24 2015-04-01 上海蓝光科技有限公司 发光二极管及其制作方法
KR102317822B1 (ko) * 2012-07-02 2021-10-25 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 물리 기상 증착에 의한 알루미늄-질화물 버퍼 및 활성 층들
JP6565118B2 (ja) * 2015-08-24 2019-08-28 株式会社村田製作所 窒化アルミニウム圧電薄膜及びその製造方法、並びに圧電材及び圧電部品及び窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法
GB2600570B (en) * 2017-07-07 2022-11-16 Skyworks Solutions Inc Substituted aluminum nitride for improved acoustic wave filters
JP2020059644A (ja) * 2018-10-10 2020-04-16 東ソー株式会社 窒化ガリウム系焼結体及びその製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1732573A (zh) * 2002-12-25 2006-02-08 松下电器产业株式会社 磁性开关元件及使用该元件的磁性存储器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04342493A (ja) * 1991-05-20 1992-11-27 Fujitsu Ltd レーザアブレーション装置
JPH05320882A (ja) * 1992-05-20 1993-12-07 Mitsubishi Kasei Corp 蒸着薄膜の作製法
US5668524A (en) * 1994-02-09 1997-09-16 Kyocera Corporation Ceramic resistor and electrostatic chuck having an aluminum nitride crystal phase
US7682709B1 (en) * 1995-10-30 2010-03-23 North Carolina State University Germanium doped n-type aluminum nitride epitaxial layers
FR2798738B1 (fr) * 1999-09-16 2001-10-26 Saint Gobain Vitrage Substrat transparent muni d'un empilement de couches reflechissant la chaleur
WO2004005216A1 (ja) * 2002-07-09 2004-01-15 Kenichiro Miyahara 薄膜形成用基板、薄膜基板、光導波路、発光素子、及び発光素子搭載用基板
AU2003296063A1 (en) * 2002-12-25 2004-07-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic switching device and magnetic memory
US7544963B2 (en) * 2005-04-29 2009-06-09 Cree, Inc. Binary group III-nitride based high electron mobility transistors
WO2007133512A2 (en) * 2006-05-08 2007-11-22 The Regents Of The University Of California Methods and materials for growing iii-nitride semiconductor compounds containing aluminum

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1732573A (zh) * 2002-12-25 2006-02-08 松下电器产业株式会社 磁性开关元件及使用该元件的磁性存储器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106062238A (zh) * 2014-03-03 2016-10-26 株式会社村田制作所 氮化铝压电薄膜及其制造方法、压电材、压电部件
CN106062238B (zh) * 2014-03-03 2018-09-04 株式会社村田制作所 氮化铝压电薄膜及其制造方法、压电材、压电部件

Also Published As

Publication number Publication date
CN101970708B (zh) 2014-04-16
US8367577B2 (en) 2013-02-05
KR20100116109A (ko) 2010-10-29
EP2246458A4 (en) 2012-03-07
WO2009107525A1 (ja) 2009-09-03
JP2009228131A (ja) 2009-10-08
EP2246458B1 (en) 2013-10-09
US20100209622A1 (en) 2010-08-19
CA2688453A1 (en) 2009-09-03
EP2246458A1 (en) 2010-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101970708B (zh) 氮化铝薄膜和氮化铝薄膜的制造方法
Norton et al. ZnO: growth, doping & processing
US20090127583A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008533732A (ja) ナノ構造ｐｎ接合を含む発光ダイオードの製造方法及び当該方法によって得られるダイオード
US9331198B2 (en) Controlled epitaxial boron nitride growth for graphene based transistors
CN101124704A (zh) 氮化物半导体装置及其制造方法
EP2045838A1 (en) Method for producing zinc oxide semiconductor crystal
CN112888808A (zh) 氧化物层叠体及其制造方法
JP5621199B2 (ja) Ｓｉ（１−ｖ−ｗ−ｘ）ＣｗＡｌｘＮｖ基材の製造方法、エピタキシャルウエハの製造方法、Ｓｉ（１−ｖ−ｗ−ｘ）ＣｗＡｌｘＮｖ基材およびエピタキシャルウエハ
Osten MBE growth and properties of supersaturated, carbon-containing silicon/germanium alloys on Si (001)
JP4998801B2 (ja) トンネル素子の製造方法
US20090267081A1 (en) Semiconductor device and method for fabrication thereof
JPH10290051A (ja) 半導体装置とその製造方法
Lin et al. Characteristics and electrical properties of reactively sputtered AlInGaN films from three different Al0. 05InxGa0. 95− xN targets with x= 0.075, 0.15, and 0.25
Seo et al. Electronic and optical characteristics of multilayer nanocrystalline silicon/adsorbed oxygen superlattice
Kosiel MBE—Technology for nanoelectronics
JP3525137B2 (ja) 半導体微粒子集合体の製造方法
TW202248473A (zh) 複合基板及其製造方法
Sands et al. Growth and Properties of (Al, Ga) As/NiAl/(Al, Ga) As: An Epitaxical Semiconductor/Metal/Semiconductor System
TW201444046A (zh) 藉由插入介面原子單層來改善對第ｉｖ族半導體的金屬接觸
JPH03291980A (ja) ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法
JP2006303418A (ja) 積層構造体、その形成方法および半導体素子
JP2006269510A (ja) スピン注入源デバイス及びその製造方法
Ivanchenko et al. Increase in the density of β-FeSi 2 nanoclusters on a Si (111) surface by means of Si (111)√ 3×√ 3 R 30°-B reconstruction
Niu et al. Photodetection in hybrid single layer graphene/fully coherent Ge island nanostructures selectively grown on Si nano-tip patterns

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140416

Termination date: 20180218

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee