JP5221075B2 - 酸化膜形成方法、MOSデバイス製造方法、MOSトランジスタ製造方法、SiOx粉末、及びSiOx粉末製造方法 - Google Patents
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Description
Sameshima et al., "Improvement of SiO2 Properties an Silicon Surface Passivation by Heat Treatment with High-Pressure H2O Vapor", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37 (1998) pp. L1452-L1454 Nakamura et al., "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)", Solid State Communications, Vol. 50, No. 12, pp. 1079-1081, 1984
(1)フーリエ変換赤外分光分析(FTIR:Fourier Transform Infrared Spectroscopy)によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、880cm−1にピークが現れる。
(2)ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、450〜550cm−1にピークが現れない。
(3)X線光電子分光分析(XPS:X-ray photoelectron spectroscopy)によって得られたXPSスペクトルにおいて、SiO2のSi−O結合に対応するピーク(約103eV)とSiの2p軌道のSi−Si結合のピーク(約99eV)とが現れ、且つ、Si−Si結合のピークの高さが、Si−O結合のピークの高さの0.6倍以上である。
(1)フーリエ変換赤外分光分析(FTIR:Fourier Transform Infrared Spectroscopy)によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、880cm−1にピークが現れる。
(2)ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、450〜550cm−1にピークが現れない。
(3)X線光電子分光分析(XPS:X-ray photoelectron spectroscopy)によって得られたXPSスペクトルにおいて、SiO2のSi−O結合に対応するピーク(103eV)とSiの2p軌道のSi−Si結合のピーク(約99eV)とが現れ、且つ、Si−Si結合のピークの高さが、Si−O結合のピークの高さの0.6倍以上である。ここで、ピークの高さは、ベースラインからの高さとして定義される。また、Si−Si結合のピークは、SiOx粉末の内部においては表面よりも低くなることがあるが、内部においてもSi−Si結合のピークの高さが、Si−O結合のピークの高さの0.6倍以上になることに留意されたい。
(A)反応容器11の内壁にSiOx粉末が付着することによるガス流の乱れをなるべく小さくすること。
(B)反応容器11の内壁における反応をなるべく抑制すること。
(C)反応容器11の内部のガスの流れを、なるべく層流に保つこと。
図2Bに図示されたSiOx粉末製造装置10により、SiOx粉末が生成された。酸化性ガスとしては酸素ガスが使用され、モノシランガス及び酸素ガスを希釈する希釈ガスとしては窒素が用いられた。反応温度は、700〜850℃に設定され、反応容器11の圧力は、100kPaに設定された。反応容器11としては、円筒形の石英ガラス管が使用され、その内径は40〜200mmであった。反応容器11の反応領域11aにおけるガス流のレイノルズ数は、160〜2400に調節された。レイノルズ数は、モノシランガス、酸素ガス、窒素ガスの流量及び粘度、並びに反応容器11の内径から算出された。モノシランガスと酸素ガスは、電磁弁21、26の動作によって交互に反応容器11に導入された。
実施例1〜6は、本発明によるSiOx粉末製造方法によって作成された「良好なSiOx粉末」である。詳細には、実施例1〜4は、内径が80mmの反応容器11を用いて作製されたSiOx粉末である。実施例5、6は、内径が200mmの反応容器11を用いて作製されたSiOx粉末である。内径が80mmであるとき、反応容器11の反応領域11aの断面積が50.2cm2であり、内径が200mmであるとき、反応容器11の反応領域11aの断面積が314.1cm2であることに留意されたい。実施例1〜6のいずれについても、レイノルズ数が200〜2000の範囲に調節されていることに留意されたい。
(1)FTIRによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、880cm−1にピークが現れる。
(2)ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、450〜550cm−1にピークが現れない。
(3)X線光電子分光分析によって得られたXPSスペクトルにおいて、Siの2p軌道のSi−O結合に対応するピーク(約103eV)とSi−Si結合のピーク(約99eV)とが現れ、且つ、Si−Si結合のピークの高さが、Si−O結合のピークの高さの0.6倍以上である
を呈するSiOx粉末を得ることができることを実証するものである。
「良好なSiOx粉末」と「良好でないSiOx粉末」とを用いてMOS構造が形成された。詳細には、n−GaN膜の表面をRCA洗浄によって洗浄した後、SiOx粉末を原料として用いる真空蒸着によってSiOx膜が堆積された。堆積されたSiOx膜が水蒸気を含む酸化雰囲気で紫外線を照射しながらアニールされて酸化され、MOS構造を構成するシリコン酸化膜が形成された。アニール温度は、400度であった。そのシリコン酸化膜の上にAl膜が蒸着され、その後、水素ガス(H2)及び窒素ガス(N2)の混合ガスの雰囲気下において400℃でアニールされた。これにより、MOS構造が形成された。
a.真空蒸着によって成膜された状態のSiOx膜(as−deposited)
b.紫外線を照射せず、水蒸気を含まない酸素雰囲気における400℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜(400℃)
c.紫外線を照射しながら、水蒸気を含まない酸素雰囲気における400℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜(UV+400℃)
d.紫外線を照射しながら、水蒸気を含む酸素雰囲気における400℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜(wet+UV(400℃))
2:シリコン基板
3:n−GaN膜
4:シリコン酸化膜
5:上部電極
6:下部電極
10:SiOx粉末製造装置
11:反応容器
11a:反応領域
12:加熱装置
13:酸化性ガス導入管
14:モノシランガス導入管
15:排出管
16:バグフィルター
17:排ガス処理装置
21、26:電磁弁
22、24、27、29:質量流量計
23:酸素ガスライン
25:窒素ガスライン
28:モノシランガスライン
30:窒素ガスライン
Claims (11)
- SiOx粉末を原料として用いる真空蒸発によりSiOx膜を堆積する工程と、
堆積された前記SiOx膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程
とを具備し、前記SiOx粉末は、下記条件(1)〜(3):
(1)フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、880cm−1にピークが現れる。
(2)ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、450〜550cm−1にピークが現れない。
(3)X線光電子分光分析によって得られたXPSスペクトルにおいて、Siの2p軌道のSi−Si結合の第1ピークとSiO2のSi−O結合に対応する第2ピークとが現れ、且つ、前記第1ピークの高さが前記第2ピークの高さの0.6倍以上である。
を満足する
酸化膜形成方法。 - 請求項1に記載の酸化膜形成方法であって、
前記酸化雰囲気は、水蒸気を含む雰囲気である
酸化膜形成方法。 - 請求項1又は2に記載の酸化膜形成方法であって、
更に、
モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させて前記SiOx粉末を生成する工程
を具備し、
前記反応領域におけるガス流れに垂直な断面における、前記反応領域の断面積は50cm2以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数が、200〜2000である
酸化膜形成方法。 - 窒化物半導体部材の上に、請求項1乃至3のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上に導電材料により電極を形成する工程
とを具備する
MOSデバイス製造方法。 - 窒化物半導体部材の上に、請求項1乃至3のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体に、ソース及びドレインを形成する工程
とを具備する
MOSトランジスタ製造方法。 - (1)フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、880cm−1にピークが現れ、
(2)ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、450〜550cm−1にピークが現れず、
(3)X線光電子分光分析によって得られたXPSスペクトルにおいて、Siの2p軌道のSi−Si結合の第1ピークとSiO2のSi−O結合に対応する第2ピークとが現れ、且つ、前記第1ピークの高さが前記第2ピークの高さの0.6倍以上である
SiOx粉末。 - モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させてSiOx粉末を生成する工程
を備え、
前記反応領域におけるガス流に垂直な断面における、前記反応領域の断面積は50cm2以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、200〜2000である
SiOx粉末製造方法。 - 請求項7に記載のSiOx粉末製造方法であって、
前記反応容器の前記反応領域は円筒形であり、
前記反応領域の内径は、80mm以上である
SiOx粉末製造方法。 - 請求項7又は8に記載のSiOx粉末製造方法であって、
前記反応容器の圧力が10〜1000kPaであり、前記反応容器の内部の温度が500〜1000℃である
SiOx粉末製造方法。 - 請求項7乃至9のいずれかに記載のSiOx粉末製造方法であって、
前記モノシランガスと酸化性ガスとが前記反応容器に交互に導入される
SiOx粉末製造方法。 - 請求項7乃至9のいずれかに記載のSiOx粉末製造方法であって、
前記酸化性ガスが前記反応容器に導入される導入口が、前記モノシランガスが前記反応容器に導入される導入口よりも、下流側に位置している
SiOx粉末製造方法。
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