JP4963455B2 - Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate - Google Patents

Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate Download PDF

Info

Publication number
JP4963455B2
JP4963455B2 JP2007229153A JP2007229153A JP4963455B2 JP 4963455 B2 JP4963455 B2 JP 4963455B2 JP 2007229153 A JP2007229153 A JP 2007229153A JP 2007229153 A JP2007229153 A JP 2007229153A JP 4963455 B2 JP4963455 B2 JP 4963455B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vacuum chamber
nitrogen
oxygen
semiconductor substrate
chamber
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007229153A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009064821A (en
Inventor
保 橋詰
雅裕 杉本
成雅 副島
勉 上杉
徹 加地
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.)
Hokkaido University NUC
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Hokkaido University NUC
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Hokkaido University NUC, Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Hokkaido University NUC
Priority to JP2007229153A priority Critical patent/JP4963455B2/en
Publication of JP2009064821A publication Critical patent/JP2009064821A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4963455B2 publication Critical patent/JP4963455B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

本発明は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成する技術に関する。特に、半導体基板の表面にアルミナ系の絶縁膜を形成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for forming an insulating film on a surface of a semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a technique for forming an alumina-based insulating film on the surface of a semiconductor substrate.

特許文献１に、半導体基板の表面にアルミナ系の絶縁膜を形成する技術が開示されている。この技術では、原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて、単結晶シリコンの表面に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成する。即ち、半導体基板を載置した真空チャンバ内に、アルミニウム原子を含む第１のソース材料と酸素原子を含む第２のソース材料の気相パルスを交互に導入し、半導体基板の表面にアルミニウム原子と酸化原子を交互に堆積させていく。 Patent Document 1 discloses a technique for forming an alumina-based insulating film on the surface of a semiconductor substrate. In this technique, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film is formed on the surface of single crystal silicon by atomic layer deposition (ALD). That is, a gas phase pulse of a first source material containing aluminum atoms and a second source material containing oxygen atoms are alternately introduced into a vacuum chamber on which a semiconductor substrate is placed, and aluminum atoms and Oxide atoms are deposited alternately.

特表２００４−５１１９０９号公報Special table 2004-511909 gazette

特許文献１の技術では、原子層堆積法を用いることから、酸化アルミニウム膜を形成するために必要とする時間が非常に長くなってしまう。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、半導体基板の表面にアルミナ系の絶縁膜を比較的に短時間で形成可能な技術を提供する。 In the technique of Patent Document 1, since the atomic layer deposition method is used, the time required for forming the aluminum oxide film becomes very long.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique capable of forming an alumina-based insulating film on the surface of a semiconductor substrate in a relatively short time.

本発明は、半導体基板に絶縁膜を形成する方法に具現化される。この方法は、半導体基板を真空チャンバ内に載置する第１工程と、前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する第２工程と、前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化する第３工程を備えている。   The present invention is embodied in a method for forming an insulating film on a semiconductor substrate. The method includes a first step of placing a semiconductor substrate in a vacuum chamber, a second step of supplying nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide in the vacuum chamber, and nitrogen, oxygen, and aluminum supplied in the vacuum chamber. A third step of converting the mixture of alkoxide into plasma is provided.

真空チャンバ内で前記した混合気をプラズマ化することによって、真空チャンバ内に窒素、酸素、アルミニウムのラジカルが発生する。発生した各元素のラジカルは、十分に励起された状態となっており、半導体基板の表面に速やかに結合していく。それにより、半導体基板の表面に、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜が比較的に速い速度で成長する。
この方法によると、半導体基板の表面に、アルミナ系の絶縁膜である酸窒化アルミニウム膜を比較的に短時間で形成することができる。 By converting the air-fuel mixture into plasma in the vacuum chamber, radicals of nitrogen, oxygen, and aluminum are generated in the vacuum chamber. The generated radicals of each element are in a sufficiently excited state and are quickly bonded to the surface of the semiconductor substrate. Thereby, an aluminum oxynitride (AlON) film grows on the surface of the semiconductor substrate at a relatively high rate.
According to this method, an aluminum oxynitride film that is an alumina-based insulating film can be formed on the surface of a semiconductor substrate in a relatively short time.

前記した第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、アルミニウムアルコキシド内でバブリングすることが好ましい。
この方法によると、常温において液体であるアルミニウムアルコキシドを、真空チャンバに供給しやすい。 In the second step, it is preferable that at least one of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber is bubbled in aluminum alkoxide.
According to this method, it is easy to supply aluminum alkoxide, which is liquid at room temperature, to the vacuum chamber.

前記した第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する窒素のみを、アルミニウムアルコキシド内でバブリングさせることが好ましい。
酸素をアルミニウムアルコキシド内でバブリングすると、アルミニウムアルコキシドが酸化されてしまうことがある。そのことから、窒素のみをアルミニウムアルコキシド内でバブリングすることで、アルミニウムアルコキシドが無用に酸化されることを避けることができる。 In the second step, it is preferable that only nitrogen supplied into the vacuum chamber is bubbled in the aluminum alkoxide.
When oxygen is bubbled in the aluminum alkoxide, the aluminum alkoxide may be oxidized. Therefore, it is possible to avoid unnecessary oxidation of the aluminum alkoxide by bubbling only nitrogen in the aluminum alkoxide.

本発明に係る方法では、前記真空チャンバが、第１室とその第１室から部分的に隔てられた第２室を備えていることが好ましい。この場合、前記第１工程では半導体基板を前記第１室に載置し、前記第２工程では窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを前記第２室に供給し、前記第３工程では前記第２室に供給された窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気を前記第２室でプラズマ化することが好ましい。
この方法によると、前記した混合気のプラズマ化を効率よく行うことができるとともに、プラズマ化によって発生した荷電粒子が半導体基板に過剰に接触することを防止することができる。 In the method according to the present invention, it is preferable that the vacuum chamber includes a first chamber and a second chamber partially separated from the first chamber. In this case, the semiconductor substrate is placed in the first chamber in the first step, nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide are supplied to the second chamber in the second step, and the second chamber is supplied in the third step. It is preferable that the supplied gas mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide is converted into plasma in the second chamber.
According to this method, it is possible to efficiently convert the air-fuel mixture into plasma and to prevent the charged particles generated by the plasma formation from excessively contacting the semiconductor substrate.

アルミニウムアルコキシドは、アルミニウム−酸素−炭素（Ａｌ−Ｏ−Ｃ）結合を有す化合物である。その例として、ジエチルアルミニウムエトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムトリ−ｓ−ブトキシド等が挙げられる。そのなかで、本発明では特にジエチルアルミニウムエトキシドを好適に用いることができる。   Aluminum alkoxide is a compound having an aluminum-oxygen-carbon (Al—O—C) bond. Examples thereof include diethylaluminum ethoxide, aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, aluminum tri-s-butoxide and the like. Among them, diethyl aluminum ethoxide can be particularly preferably used in the present invention.

本発明に係る方法は、窒化物半導体基板に絶縁膜を形成する場合に、特に有効に用いることができる。
窒化物半導体基板を用いた半導体装置の製造では、窒化物半導体基板に熱処理を行った時に、窒化物半導体基板から構成要素である窒素が抜けてしまうことがあり、その対策が必要とされている。
上記に関して、本発明に係る方法では、絶縁膜として酸窒化アルミニウム膜を形成することができる。窒化物半導体基板に窒素を含む酸窒化アルミニウム膜を形成することができるので、その後の熱処理などにおいて、窒化物半導体基板から窒素が抜けてしまうことを抑制することができる。 The method according to the present invention can be used particularly effectively when an insulating film is formed on a nitride semiconductor substrate.
In the manufacture of a semiconductor device using a nitride semiconductor substrate, when the nitride semiconductor substrate is subjected to heat treatment, nitrogen, which is a component, may escape from the nitride semiconductor substrate, and countermeasures are required. .
Regarding the above, in the method according to the present invention, an aluminum oxynitride film can be formed as the insulating film. Since an aluminum oxynitride film containing nitrogen can be formed over the nitride semiconductor substrate, nitrogen can be prevented from being released from the nitride semiconductor substrate in subsequent heat treatment or the like.

本発明の技術は、半導体基板に絶縁膜を形成する装置にも具現化される。この装置は、半導体基板を載置する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する供給装置と、前記真空チャンバ内に供給された窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化するプラズマ発生装置を備え、前記供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、アルミニウムアルコキシド内でバブリングさせることを特徴とする。
この装置によると、半導体基板の表面に、アルミナ系の絶縁膜である酸窒化アルミニウム膜を比較的に短時間で形成することができる。
前記した供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素のうち、窒素のみをアルミニウムアルコキシド内でバブリングすることが好ましい。
また、前記した真空チャンバは、前記半導体基板を載置する第１室と、その第１室から部分的に隔てられた第２室を備えていることが好ましい。この場合、前記供給装置は、窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを前記第２室に供給し、前記プラズマ発生装置は、前記第２室に供給された窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気を前記第２室でプラズマ化することが好ましい。
さらに、前記したアルミニウムアルコキシドは、ジエチルアルミニウムエトキシドであることが好ましく、前記した半導体基板は、窒化物半導体基板であることが好ましい。 The technique of the present invention is also embodied in an apparatus for forming an insulating film on a semiconductor substrate. This apparatus includes a vacuum chamber for placing a semiconductor substrate, a supply device for supplying nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide into the vacuum chamber, and a mixture of nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber. comprising a plasma generating apparatus for plasma, the supply device, at least one of oxygen and nitrogen supplied to the vacuum chamber, it characterized by bubbling with an aluminum alkoxide.
According to this apparatus , an aluminum oxynitride film that is an alumina-based insulating film can be formed on the surface of a semiconductor substrate in a relatively short time.
In the supply apparatus described above, it is preferable that only oxygen out of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber is bubbled in aluminum alkoxide.
The vacuum chamber preferably includes a first chamber on which the semiconductor substrate is placed and a second chamber partially separated from the first chamber. In this case, the supply device supplies nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide to the second chamber, and the plasma generator supplies the mixed gas of nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide supplied to the second chamber to the second chamber. It is preferable to plasmify in the chamber.
Further, the aluminum alkoxide is preferably diethyl aluminum ethoxide, and the semiconductor substrate is preferably a nitride semiconductor substrate.

本発明によって、例えばパワーデバイスのゲート絶縁膜のように、比較的に厚みが必要とされる絶縁膜を、酸窒化アルミニウムによって短時間で形成することが可能となる。   According to the present invention, an insulating film that requires a relatively large thickness, such as a gate insulating film of a power device, can be formed with aluminum oxynitride in a short time.

最初に、本発明を実施した実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） 絶縁膜形成装置の真空チャンバは、第１室と第２室を備えている。第１室と第２室は、互いに部分的に隔てられている。第１室には、半導体基板が載置される。
（形態２） 絶縁膜形成装置の供給装置は、酸素とアルミニウムエトキシド内でバブリングした窒素を、真空チャンバの第２室に供給する。
（形態３） プラズマ発生装置のプラズマ発生装置は、真空チャンバの第２室に供給された窒素と酸素アルミニウムエトキシドの混合気を、真空チャンバの第２室でプラズマ化する。 First, the main features of the embodiment in which the present invention is implemented are listed.
(Mode 1) The vacuum chamber of the insulating film forming apparatus includes a first chamber and a second chamber. The first chamber and the second chamber are partially separated from each other. A semiconductor substrate is placed in the first chamber.
(Mode 2) The supply device of the insulating film forming apparatus supplies oxygen and nitrogen bubbled in aluminum ethoxide to the second chamber of the vacuum chamber.
(Mode 3) The plasma generating apparatus of the plasma generating apparatus converts the mixed gas of nitrogen and oxygen aluminum ethoxide supplied to the second chamber of the vacuum chamber into plasma in the second chamber of the vacuum chamber.

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を実施した絶縁膜形成装置１０の構造を示している。絶縁膜形成装置１０は、半導体基板１００の表面１００ａに、アルミナ系の絶縁膜を形成する装置である。ここで、半導体基板１００は、窒化物半導体基板であり、詳しくは表面１００ａが（０００１）面である窒化ガリウムの単結晶基板である。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of an insulating film forming apparatus 10 embodying the present invention. The insulating film forming apparatus 10 is an apparatus that forms an alumina-based insulating film on the surface 100 a of the semiconductor substrate 100. Here, the semiconductor substrate 100 is a nitride semiconductor substrate. Specifically, the semiconductor substrate 100 is a gallium nitride single crystal substrate whose surface 100a is a (0001) plane.

図１に示すように、絶縁膜形成装置１０は、半導体基板１００が載置される真空チャンバ２０と、真空チャンバ２０に接続されている真空ポンプ３０を備えている。真空チャンバ２０は、気密に製作されている。真空ポンプ３０は、真空チャンバ２０内から脱気することによって、真空チャンバ２０内を略真空状態にすることができる。
真空チャンバ２０は、主に、成膜室２２と、プラズマ発生室２４を備えている。成膜室２２は、半導体基板１００を収容し、半導体基板１００の表面１００ａに絶縁膜を形成する空間である。成膜室２２には、半導体基板１００を載置する台座２８が設けられている。プラズマ発生室２４は、詳しくは後述するが、供給装置５０から供給される混合気を、プラズマ発生装置４０によってプラズマ化する空間である。
成膜室２２とプラズマ発生室２４の間には、開口２７を有する隔壁２６が設けられている。この隔壁２６によって、成膜室２２とプラズマ発生室２４は部分的に隔てられている。 As shown in FIG. 1, the insulating film forming apparatus 10 includes a vacuum chamber 20 on which a semiconductor substrate 100 is placed, and a vacuum pump 30 connected to the vacuum chamber 20. The vacuum chamber 20 is manufactured airtight. The vacuum pump 30 can make the inside of the vacuum chamber 20 in a substantially vacuum state by degassing from the inside of the vacuum chamber 20.
The vacuum chamber 20 mainly includes a film formation chamber 22 and a plasma generation chamber 24. The film formation chamber 22 is a space for accommodating the semiconductor substrate 100 and forming an insulating film on the surface 100 a of the semiconductor substrate 100. A pedestal 28 on which the semiconductor substrate 100 is placed is provided in the film forming chamber 22. As will be described in detail later, the plasma generation chamber 24 is a space in which the air-fuel mixture supplied from the supply device 50 is converted into plasma by the plasma generation device 40.
A partition wall 26 having an opening 27 is provided between the film formation chamber 22 and the plasma generation chamber 24. The partition wall 26 partially separates the film formation chamber 22 and the plasma generation chamber 24.

絶縁膜形成装置１０は、真空チャンバ２０のプラズマ発生室２４に、窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシド（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＯＣ2Ｈ5を供給する供給装置５０を備えている。供給装置５０は、主に、窒素ガスボンベ１１２からの窒素ガスを真空チャンバ２０のプラズマ発生室２４に供給する第１窒素供給管５２及び第２窒素供給管５６と、第１窒素供給管５２と第２窒素供給管５６の間に設けられているバブリング槽５４と、酸素ガスボンベ１１４からの酸素ガスを真空チャンバ２０のプラズマ発生室２４に供給する酸素供給管５８を備えている。
バブリング槽５４には、ジエチルアルミニウムエトキシド１１６が溜められている。バブリング槽５４では、窒素ガスボンベ１１２から供給された窒素ガスが、ジエチルアルミニウムエトキシド１１６内でバブリングされて、真空チャンバ２０のプラズマ発生室２４に送り出される。それにより、バブリング槽５４からプラズマ発生室２４に送り出される窒素ガスに、ジエチルアルミニウムエトキシド１１６が混合される。即ち、バブリング槽５４からプラズマ発生室２４に繋がる第２窒素供給管５６では、窒素とジエチルアルミニウムエトキシドの混合気が流れるようになっている。
以上の構成により、真空チャンバ２０のプラズマ発生室２４には、窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドが供給される。本実施例では窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドが常温で供給されるが、そのうちの一又は複数を必要に応じて加熱／冷却して供給するようにしてもよい。 The insulating film forming apparatus 10 includes a supply device 50 that supplies nitrogen, oxygen, and diethylaluminum ethoxide (C 2 H 5 ) 2 AlOC 2 H 5 to the plasma generation chamber 24 of the vacuum chamber 20. The supply device 50 mainly includes a first nitrogen supply pipe 52 and a second nitrogen supply pipe 56 that supply nitrogen gas from the nitrogen gas cylinder 112 to the plasma generation chamber 24 of the vacuum chamber 20, and the first nitrogen supply pipe 52 and the first nitrogen supply pipe 52. 2 A bubbling tank 54 provided between the nitrogen supply pipes 56 and an oxygen supply pipe 58 for supplying oxygen gas from the oxygen gas cylinder 114 to the plasma generation chamber 24 of the vacuum chamber 20 are provided.
Diethyl aluminum ethoxide 116 is stored in the bubbling tank 54. In the bubbling tank 54, nitrogen gas supplied from the nitrogen gas cylinder 112 is bubbled in the diethylaluminum ethoxide 116 and sent out to the plasma generation chamber 24 of the vacuum chamber 20. Thereby, diethylaluminum ethoxide 116 is mixed with nitrogen gas sent from the bubbling tank 54 to the plasma generation chamber 24. That is, in the second nitrogen supply pipe 56 connected from the bubbling tank 54 to the plasma generation chamber 24, a mixture of nitrogen and diethylaluminum ethoxide flows.
With the above configuration, nitrogen, oxygen, and diethylaluminum ethoxide are supplied to the plasma generation chamber 24 of the vacuum chamber 20. In this embodiment, nitrogen, oxygen, and diethylaluminum ethoxide are supplied at room temperature, but one or more of them may be supplied by heating / cooling as necessary.

絶縁膜形成装置１０は、プラズマ発生装置４０を備えている。プラズマ発生装置４０は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）型のプラズマ発生装置である。即ち、プラズマ発生装置４０は、主に、プラズマ発生室２４にマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）を発信するマイクロ波発信装置４２と、プラズマ発生室２４内に磁場を発生させる電磁石４４を備えている。プラズマ発生室２４に供給された窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドの混合気は、プラズマ発生装置４０によってプラズマ化される。この混合気のプラズマ化は、プラズマ発生室２４で行われる。プラズマ発生室２４は、半導体基板１００が載置された成膜室２２と部分的に隔てられている。そのことから、プラズマ化に伴って発生した荷電粒子が、半導体基板１００に衝突して悪影響を与えてしまうことが防止される。   The insulating film forming apparatus 10 includes a plasma generator 40. The plasma generator 40 is an electron cyclotron resonance (ECR) type plasma generator. That is, the plasma generation device 40 mainly includes a microwave transmission device 42 that transmits a microwave (2.45 GHz) to the plasma generation chamber 24 and an electromagnet 44 that generates a magnetic field in the plasma generation chamber 24. The mixture of nitrogen, oxygen, and diethylaluminum ethoxide supplied to the plasma generation chamber 24 is converted into plasma by the plasma generator 40. The air-fuel mixture is converted into plasma in the plasma generation chamber 24. The plasma generation chamber 24 is partially separated from the film formation chamber 22 on which the semiconductor substrate 100 is placed. Therefore, charged particles generated as a result of plasmatization are prevented from colliding with the semiconductor substrate 100 and having an adverse effect.

図１に示すように、プラズマ発生室２４で発生したプラズマ１２０は、隔壁２６の開口２７を通って成膜室２２へ移動する。プラズマ１２０には、十分に励起された窒素、酸素、アルミニウムのラジカルが存在しており、それらのラジカルが半導体基板１００の表面１００ａに結合する。それにより、半導体基板１００の表面１００ａに、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ：ＡｌxOyＮ1-x-y）膜が形成される。酸窒化アルミニウム膜は、アルミナ系の絶縁膜である。 As shown in FIG. 1, the plasma 120 generated in the plasma generation chamber 24 moves to the film formation chamber 22 through the opening 27 of the partition wall 26. The plasma 120 includes radicals of sufficiently excited nitrogen, oxygen, and aluminum, and these radicals are bonded to the surface 100 a of the semiconductor substrate 100. Thereby, an aluminum oxynitride (AlON: Al x O y N 1-xy ) film is formed on the surface 100 a of the semiconductor substrate 100. The aluminum oxynitride film is an alumina-based insulating film.

図２は、本実施例の絶縁膜形成装置１０によって窒化ガリウムの表面に形成した酸窒化アルミニウム膜のＣ−Ｖ特性を示している。図２には、常温（ＲＴ）での測定結果（ＲＴ）と、１００℃での測定結果と、２００℃での測定結果が示されている。また、図２中の破線（Calculated）は、界面準位がないとした場合の理論値（計算値）を示している。ここで、窒化ガリウムはｎ型の不純物を５×１０15／ｃｍ3の濃度で含む。酸窒化アルミニウム膜は、その径が５００μｍの円形範囲に６３ｎｍの膜厚で形成した。また、測定周波数（印加電圧の周波数）は、１００ｋＨｚに設定した。
図２に示すように、本実施例によって得られたＡｌＯＮ／ＧａＮのＭＩＳ構造では、負バイアス領域において計算値に近いＣ−Ｖ特性が確認され、正バイアス領域においても絶縁膜としての容量に十分な値が確認された。これらの特性は、２００℃における測定でも同様に確認されており、２００℃程度まで安定に動作する絶縁ゲート型のデバイスを実現可能なものといえる。実験結果に基づいて、界面準位密度は１×１０11／ｃｍ2／ｅＶと計算された。 FIG. 2 shows the CV characteristics of the aluminum oxynitride film formed on the surface of gallium nitride by the insulating film forming apparatus 10 of this example. FIG. 2 shows measurement results (RT) at room temperature (RT), measurement results at 100 ° C., and measurement results at 200 ° C. Moreover, the broken line (Calculated) in FIG. 2 has shown the theoretical value (calculated value) when there exists no interface state. Here, gallium nitride contains n-type impurities at a concentration of 5 × 10 15 / cm 3 . The aluminum oxynitride film was formed with a film thickness of 63 nm in a circular range having a diameter of 500 μm. The measurement frequency (frequency of the applied voltage) was set to 100 kHz.
As shown in FIG. 2, in the AlON / GaN MIS structure obtained in this example, the CV characteristics close to the calculated values are confirmed in the negative bias region, and the capacitance as the insulating film is sufficient even in the positive bias region. The value was confirmed. These characteristics are also confirmed in the measurement at 200 ° C., and it can be said that an insulated gate device that operates stably up to about 200 ° C. can be realized. Based on the experimental results, the interface state density was calculated to be 1 × 10 11 / cm 2 / eV.

以上のように、本実施例の絶縁膜形成装置１０は、半導体基板１００が載置された真空チャンバ２０内に、窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキサイドを供給し、その混合気をプラズマ化する。それにより、半導体基板１００の表面に、アルミナ系の絶縁膜である酸窒化アルミニウム膜を形成することができる。
本実施例の絶縁膜形成装置１０では、ジエチルアルミニウムエトキサイドに代えて、他のアルミニウムアルコキシドを用いることもできる。アルミニウムアルコキシドは、アルミニウム−酸素−炭素（Ａｌ−Ｏ−Ｎ）結合を有する化合物であり、例えばアルミニウムエトキシドＡｌ（ＯＣ2Ｈ5）3、アルミニウムイソプロポキシドＡｌ［ＯＣＨ（ＣＨ3）2］3、アルミニウムトリ−ｓ−ブトキシドＡｌ（ＯＣ4Ｈ9）3が挙げられる。 As described above, the insulating film forming apparatus 10 of this embodiment supplies nitrogen, oxygen, and diethylaluminum ethoxide into the vacuum chamber 20 on which the semiconductor substrate 100 is placed, and converts the mixture into plasma. Accordingly, an aluminum oxynitride film that is an alumina-based insulating film can be formed on the surface of the semiconductor substrate 100.
In the insulating film forming apparatus 10 of this embodiment, other aluminum alkoxides can be used instead of diethylaluminum ethoxide. Aluminum alkoxide is a compound having an aluminum-oxygen-carbon (Al—O—N) bond, such as aluminum ethoxide Al (OC 2 H 5 ) 3 , aluminum isopropoxide Al [OCH (CH 3 ) 2 ] 3. And aluminum tri-s-butoxide Al (OC 4 H 9 ) 3 .

本実施例の絶縁膜形成装置１０では、窒素ガスをジエチルアルミニウムエトキシド内でバブリングしているが、酸素ガスをジエチルアルミニウムエトキシド内でバブリングする構成とすることもできる。ただし、酸素ガスをジエチルアルミニウムエトキシド内でバブリングすると、ジエチルアルミニウムエトキシドが酸化してしまうこともあるので、窒素ガスのみをジエチルアルミニウムエトキシド内でバブリングすることが好ましい。   In the insulating film forming apparatus 10 of this embodiment, nitrogen gas is bubbled in diethylaluminum ethoxide, but oxygen gas can be bubbled in diethylaluminum ethoxide. However, since bubbling oxygen gas in diethylaluminum ethoxide may oxidize diethylaluminum ethoxide, it is preferable to bubbling only nitrogen gas in diethylaluminum ethoxide.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

絶縁膜形成装置の構造を示す図。The figure which shows the structure of an insulating film formation apparatus. 形成した絶縁膜のＣ−Ｖ特性を示す図。The figure which shows the CV characteristic of the formed insulating film.

符号の説明Explanation of symbols

１０：絶縁膜形成装置
２０：真空チャンバ
２２：成膜室
２４：プラズマ発生室
２６：隔壁
２７：開口
２８：台座
３０：真空ポンプ
４０：プラズマ発生装置
４２：マイクロ波発信装置
４４：電磁石
５０：供給装置
５２：第１窒素供給管
５４：バブリング槽
５６：第２窒素供給管
５８：酸素供給管
１００：半導体基板
１００ａ：表面
１１２：窒素ガスボンベ
１１４：酸素ガスボンベ
１１６：バブリング槽のジエチルアルミニウムエトキシド
１２０：プラズマ 10: Insulating film forming device 20: Vacuum chamber 22: Film forming chamber 24: Plasma generating chamber 26: Partition 27: Opening 28: Base 30: Vacuum pump 40: Plasma generating device 42: Microwave transmitter 44: Electromagnet 50: Supply Apparatus 52: First nitrogen supply pipe 54: Bubbling tank 56: Second nitrogen supply pipe 58: Oxygen supply pipe 100: Semiconductor substrate 100a: Surface 112: Nitrogen gas cylinder 114: Oxygen gas cylinder 116: Diethyl aluminum ethoxide 120 in the bubbling tank plasma

Claims (8)

半導体基板に絶縁膜を形成する方法であって、
半導体基板を真空チャンバ内に載置する第１工程と、
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する第２工程と、
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化する第３工程と、
を備え、
前記第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素のうち、窒素のみをアルミニウムアルコキシド内でバブリングすることを特徴とする方法。 A method of forming an insulating film on a semiconductor substrate,
A first step of placing a semiconductor substrate in a vacuum chamber;
A second step of supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
A third step of converting the mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
Equipped with a,
Wherein in the second step, the one of oxygen and nitrogen supplied to the vacuum chamber, the method only nitrogen you characterized by bubbling with an aluminum alkoxide. 半導体基板に絶縁膜を形成する方法であって、
半導体基板を真空チャンバ内に載置する第１工程と、
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する第２工程と、
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化する第３工程と、
を備え、
前記真空チャンバは、第１室とその第１室から部分的に隔てられた第２室を備え、
前記第１工程では、半導体基板を前記第１室に載置し、
前記第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方をアルミニウムアルコキシド内でバブリングさせるとともに、窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを前記第２室に供給し、
前記第３工程では、前記第２室に供給された窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気を前記第２室でプラズマ化する、
ことを特徴とする方法。 A method of forming an insulating film on a semiconductor substrate,
A first step of placing a semiconductor substrate in a vacuum chamber;
A second step of supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
A third step of converting the mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
With
The vacuum chamber includes a first chamber and a second chamber partially separated from the first chamber,
In the first step, a semiconductor substrate is placed in the first chamber,
In the second step, at least one of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber is bubbled in the aluminum alkoxide, and nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide are supplied to the second chamber,
In the third step, the mixture of nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide supplied to the second chamber is turned into plasma in the second chamber.
How it characterized in that. 半導体基板に絶縁膜を形成する方法であって、
半導体基板を真空チャンバ内に載置する第１工程と、
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドを供給する第２工程と、
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドの混合気をプラズマ化する第３工程と、
を備え、
前記第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、ジエチルアルミニウムエトキシド内でバブリングさせることを特徴とする方法。 A method of forming an insulating film on a semiconductor substrate,
A first step of placing a semiconductor substrate in a vacuum chamber;
A second step of supplying nitrogen, oxygen and diethylaluminum ethoxide into the vacuum chamber;
A third step of converting the mixed gas of nitrogen, oxygen and diethylaluminum ethoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
With
In the second step, at least one of oxygen and nitrogen supplied to the vacuum chamber, how you characterized by bubbling in diethyl aluminum ethoxide. 窒化物半導体基板に絶縁膜を形成する方法であって、
窒化物半導体基板を真空チャンバ内に載置する第１工程と、
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する第２工程と、
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化する第３工程と、
を備え、
前記第２工程では、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、アルミニウムアルコキシド内でバブリングさせることを特徴とする方法。 A method of forming an insulating film on a nitride semiconductor substrate,
A first step of placing a nitride semiconductor substrate in a vacuum chamber;
A second step of supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
A third step of converting the mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
With
In the second step, how you characterized in that at least one of oxygen and nitrogen supplied to the vacuum chamber, bubbling in the aluminum alkoxide. 半導体基板に絶縁膜を形成する装置であって、An apparatus for forming an insulating film on a semiconductor substrate,
半導体基板を載置する真空チャンバと、A vacuum chamber for placing a semiconductor substrate;
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する供給装置と、A supply device for supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化するプラズマ発生装置と、A plasma generator for converting a mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
を備え、With
前記供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素のうち、窒素のみをアルミニウムアルコキシド内でバブリングすることを特徴とする装置。The supply device is characterized in that, of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber, only nitrogen is bubbled in aluminum alkoxide. 半導体基板に絶縁膜を形成する装置であって、An apparatus for forming an insulating film on a semiconductor substrate,
半導体基板を載置する真空チャンバと、A vacuum chamber for placing a semiconductor substrate;
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する供給装置と、A supply device for supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化するプラズマ発生装置と、A plasma generator for converting a mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
を備え、With
前記真空チャンバは、前記半導体基板を載置する第１室と、その第１室から部分的に隔てられた第２室を備え、The vacuum chamber includes a first chamber for placing the semiconductor substrate and a second chamber partially separated from the first chamber,
前記供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方をアルミニウムアルコキシド内でバブリングさせるとともに、窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを前記第２室に供給し、The supply device causes at least one of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber to bubble in the aluminum alkoxide, and supplies nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide to the second chamber,
前記プラズマ発生装置は、前記第２室に供給された窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気を前記第２室でプラズマ化する、The plasma generator converts the gas mixture of nitrogen, oxygen, and aluminum alkoxide supplied to the second chamber into plasma in the second chamber;
ことを特徴とする装置。A device characterized by that. 半導体基板に絶縁膜を形成する装置であって、
半導体基板を載置する真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドを供給する供給装置と、
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とジエチルアルミニウムエトキシドの混合気をプラズマ化するプラズマ発生装置と、
を備え、
前記供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、アルミニウムアルコキシド内でバブリングさせることを特徴とする装置。 An apparatus for forming an insulating film on a semiconductor substrate,
A vacuum chamber for placing a semiconductor substrate;
A supply device for supplying nitrogen, oxygen and diethylaluminum ethoxide into the vacuum chamber;
A plasma generator for converting a mixture of nitrogen, oxygen and diethylaluminum ethoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
Equipped with a,
It said supply device, at least one of oxygen and nitrogen supplied to the vacuum chamber, you characterized by bubbling with an aluminum alkoxide device. 窒化物半導体基板に絶縁膜を形成する装置であって、An apparatus for forming an insulating film on a nitride semiconductor substrate,
窒化物半導体基板を載置する真空チャンバと、A vacuum chamber for placing a nitride semiconductor substrate;
前記真空チャンバ内に窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドを供給する供給装置と、A supply device for supplying nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide into the vacuum chamber;
前記真空チャンバ内に供給した窒素と酸素とアルミニウムアルコキシドの混合気をプラズマ化するプラズマ発生装置と、A plasma generator for converting a mixture of nitrogen, oxygen and aluminum alkoxide supplied into the vacuum chamber into plasma;
を備え、With
前記供給装置は、前記真空チャンバ内に供給する酸素と窒素の少なくとも一方を、アルミニウムアルコキシド内でバブリングさせることを特徴とする装置。The apparatus is characterized in that at least one of oxygen and nitrogen supplied into the vacuum chamber is bubbled in aluminum alkoxide.
JP2007229153A 2007-09-04 2007-09-04 Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate Expired - Fee Related JP4963455B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007229153A JP4963455B2 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007229153A JP4963455B2 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009064821A JP2009064821A (en) 2009-03-26
JP4963455B2 true JP4963455B2 (en) 2012-06-27

Family

ID=40559188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007229153A Expired - Fee Related JP4963455B2 (en) 2007-09-04 2007-09-04 Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4963455B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5839804B2 (en) 2011-01-25 2016-01-06 国立大学法人東北大学 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198937A (en) * 1992-01-20 1993-08-06 Toshiba Corp Electronic component
JPH06330326A (en) * 1993-03-26 1994-11-29 Shin Etsu Chem Co Ltd Production of thin silica film
US6660660B2 (en) * 2000-10-10 2003-12-09 Asm International, Nv. Methods for making a dielectric stack in an integrated circuit
WO2003026019A1 (en) * 2001-09-12 2003-03-27 Nec Corporation Semiconductor device and production method therefor
JP2004015034A (en) * 2002-06-12 2004-01-15 Handotai Process Kenkyusho:Kk Film forming method, film forming device and method for cleaning film forming device
JP2004063891A (en) * 2002-07-30 2004-02-26 Fujitsu Ltd Method for manufacturing ferroelectric memory
JP2004095900A (en) * 2002-08-30 2004-03-25 Fujitsu Ltd Method for forming alumina film
JP4741792B2 (en) * 2003-12-18 2011-08-10 日本電気株式会社 Manufacturing method of nitride semiconductor MIS type field effect transistor
US7779785B2 (en) * 2005-02-17 2010-08-24 Hitachi Kokusai Electric Inc. Production method for semiconductor device and substrate processing apparatus
JP4912604B2 (en) * 2005-03-30 2012-04-11 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 Nitride semiconductor HEMT and manufacturing method thereof.
JP2007016272A (en) * 2005-07-06 2007-01-25 Ge Speciality Materials Japan Kk Protective film covered on substrate, and its manufacturing method
US20080268154A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Shreyas Kher Methods for depositing a high-k dielectric material using chemical vapor deposition process

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009064821A (en) 2009-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI713834B (en) Method of depositing thin film, and method of manufacturing semiconductor device
US11289326B2 (en) Method for reforming amorphous carbon polymer film
US20210020431A1 (en) Method of forming topology-controlled amorphous carbon polymer film
KR20210105289A (en) Method of forming dielectric material layers using pulsed plasma power, structures and devices including the layers, and systems for forming the layers
JP5839804B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
KR20210093163A (en) Method of forming high aspect ratio features
KR20200143254A (en) Method of forming an electronic structure using an reforming gas, system for performing the method, and structure formed using the method
CN109690736A (en) Thick tungsten hard mask film deposition on high compression/stretching warped wafers
CN102956473B (en) Rising the method for the conformal amorphous carbon film of height of deposition in feature
WO1998021747A1 (en) Plasma film forming method and plasma film forming apparatus
TW200908151A (en) Boron nitride and boron nitride-derived materials deposition method
CN107980172A (en) The thick TEOS oxide of VNAND stretchings
JP2008021791A (en) Plasma-etching method and computer-readable storage medium
JP2015099866A (en) Manufacturing device and manufacturing method of group iii nitride semiconductor device; and manufacturing method of semiconductor wafer
JP4963455B2 (en) Method and apparatus for forming an insulating film on the surface of a semiconductor substrate
WO2003056617A1 (en) Etching method and plasma etching device
WO2012043250A1 (en) Method and device for forming insulation film
TW201125035A (en) Film-forming method, semiconductor element manufacturing method, insulating film and semiconductor element
US9472392B2 (en) Step coverage dielectric
CN108292594A (en) The single predecessor ARC hard masks of low temperature for multi-layered patterned application
JP6028970B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and etching method
KR101942819B1 (en) Method for forming thin film
KR20220008776A (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP6022189B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP7486442B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100719

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110825

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120228

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120323

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees