JPH0674502B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0674502B2 JPH0674502B2 JP8614990A JP8614990A JPH0674502B2 JP H0674502 B2 JPH0674502 B2 JP H0674502B2 JP 8614990 A JP8614990 A JP 8614990A JP 8614990 A JP8614990 A JP 8614990A JP H0674502 B2 JPH0674502 B2 JP H0674502B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum nitride
- reaction
- trimethylaluminum
- film
- semiconductor device
- 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 - Lifetime
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、熱、光化学反応を用いた気相反応方法（以
下CVD法という）により窒化アルミニウム、例えば半導
体エレクトロニクス用のゲイト絶縁膜を作製する方法に
関する。
下CVD法という）により窒化アルミニウム、例えば半導
体エレクトロニクス用のゲイト絶縁膜を作製する方法に
関する。
この発明は有機アルミニウムと窒化物気体との光化学反
応を行わしめることにより、従来公知のSiH4とNH3によ
り作製された窒化珪素に比べて光学的エネルギバンド巾
を大きく（窒化珪素は約5.0eV）約7eVを有せしめた窒化
アルミニウムを作製する方法に関する。
応を行わしめることにより、従来公知のSiH4とNH3によ
り作製された窒化珪素に比べて光学的エネルギバンド巾
を大きく（窒化珪素は約5.0eV）約7eVを有せしめた窒化
アルミニウムを作製する方法に関する。
この発明はアルミニウムの有機化学物例えばトリメチル
アルミニウム（（CH3）3Al），またはトリエチルアルミ
ニウム（（C2H5）3Al）を用い、加えてアンモニア（N
H3），ヒドラジン（N2H4），窒化弗素（NF3,N2F4）を加
えることにより窒化アルミニウム（以下AINとも略記す
る）を800℃以下の温度好ましくは100〜500℃例えば300
℃で形成する方法に関する。
アルミニウム（（CH3）3Al），またはトリエチルアルミ
ニウム（（C2H5）3Al）を用い、加えてアンモニア（N
H3），ヒドラジン（N2H4），窒化弗素（NF3,N2F4）を加
えることにより窒化アルミニウム（以下AINとも略記す
る）を800℃以下の温度好ましくは100〜500℃例えば300
℃で形成する方法に関する。
従来、窒化アルミニウム膜を作製せんとするには、グロ
ー放電法を用いたプラズマ気相反応方法により塩化アル
ミニウム（AlCl3）とアンモニア（NH3）とを反応せし
め、200〜400℃の基板温度にて被膜を作製していた。
ー放電法を用いたプラズマ気相反応方法により塩化アル
ミニウム（AlCl3）とアンモニア（NH3）とを反応せし
め、200〜400℃の基板温度にて被膜を作製していた。
しかしかかる窒化アルミニウム膜は、その膜内に金属ア
ルミニウムの不対結合手、珪素のクラスタが残存するこ
とにより、電気的絶縁性に対しバラツキを有し、耐圧低
下を生ずる。
ルミニウムの不対結合手、珪素のクラスタが残存するこ
とにより、電気的絶縁性に対しバラツキを有し、耐圧低
下を生ずる。
さらに残留塩素がMOS.IC等のファイナル・コーティング
として用いるときに腐食の原因となってしまった。加え
て金属アルミニウムのクラスタのため、紫外光の透光性
が十分でなかった。このため、Egが約7eVを有し、かつ
紫外光の透光性に優れた窒化アルミニウムが求められて
いた。
として用いるときに腐食の原因となってしまった。加え
て金属アルミニウムのクラスタのため、紫外光の透光性
が十分でなかった。このため、Egが約7eVを有し、かつ
紫外光の透光性に優れた窒化アルミニウムが求められて
いた。
このためには、従来より公知の窒化珪素に関しても、Eg
が約5eVしかなく、また珪素クラスタの残存により十分
でなかった。これらの原因のため半導体の作製過程にお
けるファイナルコーティングが材料として不十分であっ
た。
が約5eVしかなく、また珪素クラスタの残存により十分
でなかった。これらの原因のため半導体の作製過程にお
けるファイナルコーティングが材料として不十分であっ
た。
本発明はかかる目的のため、有機アルミニウム特に好ま
しくはAl（CH3）３（トリメチルアルミニウムという）
とアンモニア（NH3）を用いることにより、特に300nm以
下の波長の紫外光を照射した光気相反応法を用いること
により窒化アルミニウムを作製し半導体装置の保護膜と
して応用せんとするものである。
しくはAl（CH3）３（トリメチルアルミニウムという）
とアンモニア（NH3）を用いることにより、特に300nm以
下の波長の紫外光を照射した光気相反応法を用いること
により窒化アルミニウムを作製し半導体装置の保護膜と
して応用せんとするものである。
その主たる反応式は Al（CH3）３＋NH3＋4CH4 である。
その基礎物性は以下の如くである。
分子量 72.09 純度 99.9998％（Alとして） 密度 0.752g/ml（20℃） 融点 15.3℃ 蒸気圧 温度（℃） 蒸気圧（mmHg） 20 9.2 80 157 127 760 以下に図面に従って本発明を記す。
第１図は、本発明に用いられた光CVDまたは熱CVD装置の
概要を示す。
概要を示す。
図面において、反応容器または真空容器（１）は石英か
らなっている。基板（２）はハロゲンヒータ（３）で下
側から加熱されたホルダ（22）上に配設され、室温〜90
0℃好ましくは200〜500℃例えば350℃に加熱されてい
る。ドーピング系は流量計（６），（26），バルブ
（７）よりなり、アンモニアおよび窒素はそれぞれ
（９），（10）より供給される。さらにこの窒化物気体
は分解反応をしても気体であるため、反応室の窓の内側
にノズルより吹きつけ、紫外光照射による光励起がなさ
れた気体を下側の基板表面に（16）に示されるようにふ
き下ろすようにした。加えて分解反応をした時固体とな
るトリメチルアルミニウム またはその反応物が石英窓
の表面に至らないようにするための効果をも有せしめ
た。
らなっている。基板（２）はハロゲンヒータ（３）で下
側から加熱されたホルダ（22）上に配設され、室温〜90
0℃好ましくは200〜500℃例えば350℃に加熱されてい
る。ドーピング系は流量計（６），（26），バルブ
（７）よりなり、アンモニアおよび窒素はそれぞれ
（９），（10）より供給される。さらにこの窒化物気体
は分解反応をしても気体であるため、反応室の窓の内側
にノズルより吹きつけ、紫外光照射による光励起がなさ
れた気体を下側の基板表面に（16）に示されるようにふ
き下ろすようにした。加えて分解反応をした時固体とな
るトリメチルアルミニウム またはその反応物が石英窓
の表面に至らないようにするための効果をも有せしめ
た。
またトリメチルアルミニウム（Al（CH3）３（MP 15.3
℃））は室温で液体であるため、バブラ（20）に充填さ
れている。このトリメチルアルミニウムに対し窒素を
（11）よりバブルさせた。このバブラ（20）により反応
室（１）に至るまでは100℃に流量計（26）を含め加熱
させ、配管内壁へのトリメチルアルミニウムの吸着を防
いだ。さらにこのトリメチルアルミニウムはノズルより
（17）に示されるように基板側に吹きつけるようにし
た。
℃））は室温で液体であるため、バブラ（20）に充填さ
れている。このトリメチルアルミニウムに対し窒素を
（11）よりバブルさせた。このバブラ（20）により反応
室（１）に至るまでは100℃に流量計（26）を含め加熱
させ、配管内壁へのトリメチルアルミニウムの吸着を防
いだ。さらにこのトリメチルアルミニウムはノズルより
（17）に示されるように基板側に吹きつけるようにし
た。
かくしてトリメチルアルミニウムとアンモニアは反応室
にて初めて混合し、光励行をして反応をさせた。加えて
反応性気体が石英窓に付着しないようにした。
にて初めて混合し、光励行をして反応をさせた。加えて
反応性気体が石英窓に付着しないようにした。
さらに排気口（８）より圧力調整バルブ（12），ストッ
プバルブ（13）をへて、真空ポンプ（14）より排気させ
た。光化学反応させるため、300nm以下の波長の発生ラ
ンプ（低圧水銀ランプ，ウシオ電機製,UL1−45EL2−Ｎ
−１）（４）を10本及びそれに伴う電源系（５）を用い
た。さらにこのランプ室（28）を排気系に連結し、真空
引きした。このランプ室に反応性気体の逆流を防ぐた
め、（24）より窒素ガスを若干導入し、ヒータ（25）に
て600℃に加熱し分解した。さらにランプ室（28）は反
応室（１）と同じ圧力として窓の石英ガラス（26）が破
損しないようにバルブ（27）にて調整した。さらに加え
て、かくすると発生源より反応室に至る前に大気中の水
蒸気により184nmの短波長光の吸収損を防ぐことができ
た。さらに基板（２），ホルダ（22）の加熱用のハロゲ
ン加熱ヒータ（３）が反応空間（１）の下側に設けられ
ている。
プバルブ（13）をへて、真空ポンプ（14）より排気させ
た。光化学反応させるため、300nm以下の波長の発生ラ
ンプ（低圧水銀ランプ，ウシオ電機製,UL1−45EL2−Ｎ
−１）（４）を10本及びそれに伴う電源系（５）を用い
た。さらにこのランプ室（28）を排気系に連結し、真空
引きした。このランプ室に反応性気体の逆流を防ぐた
め、（24）より窒素ガスを若干導入し、ヒータ（25）に
て600℃に加熱し分解した。さらにランプ室（28）は反
応室（１）と同じ圧力として窓の石英ガラス（26）が破
損しないようにバルブ（27）にて調整した。さらに加え
て、かくすると発生源より反応室に至る前に大気中の水
蒸気により184nmの短波長光の吸収損を防ぐことができ
た。さらに基板（２），ホルダ（22）の加熱用のハロゲ
ン加熱ヒータ（３）が反応空間（１）の下側に設けられ
ている。
以下にその実施例を示す。
『実施例１』 この実施例はトリメチルアルミニウムとアンモニアとの
光化学反応により窒化アルミニウムを半導体基板上に作
製せんとしたものである。
光化学反応により窒化アルミニウムを半導体基板上に作
製せんとしたものである。
第１図において、ヒータ（３）にて基板を500℃以下に
加熱して窒化アルミニウム膜を形成するための半導体IC
が形成されたファイナルコーティング用の珪素基板
（２）をヒータ上方のホルダ（22）上に配設している。
さらにバルブ（７）を開にしてアンモニアを導入した。
さらにトリメチルアルミニウムをトリメチルアルミニウ
ム/NH3≒1/5として導入した。反応容器内圧力は、0.1〜
100torrの範囲例えば10torrとした。すると反応管内に
窒化アルミニウムが184nmおよび254nmの紫外光の照射に
よる光CVD法において水銀増感を用いることなく2.1Å／
秒の成長速度で得ることができた。この被膜成長速度は
3torrとすると1.4Å／秒と減少した。
加熱して窒化アルミニウム膜を形成するための半導体IC
が形成されたファイナルコーティング用の珪素基板
（２）をヒータ上方のホルダ（22）上に配設している。
さらにバルブ（７）を開にしてアンモニアを導入した。
さらにトリメチルアルミニウムをトリメチルアルミニウ
ム/NH3≒1/5として導入した。反応容器内圧力は、0.1〜
100torrの範囲例えば10torrとした。すると反応管内に
窒化アルミニウムが184nmおよび254nmの紫外光の照射に
よる光CVD法において水銀増感を用いることなく2.1Å／
秒の成長速度で得ることができた。この被膜成長速度は
3torrとすると1.4Å／秒と減少した。
この反応生成物を0.2μｍの厚さとしてIR（赤外線吸収
スペクトル）で調べたところ、900cm-1に巾広の大きな
吸収が見られ、窒化アルミニウム膜であることが判明し
た。さらに本発明において重要なことは、かかる窒化ア
ルミニウム膜の作製に対してはトリメチルアルミニウム
もアンモニアも300nm以下の光で励起されるため、水銀
を用いる必要がない。
スペクトル）で調べたところ、900cm-1に巾広の大きな
吸収が見られ、窒化アルミニウム膜であることが判明し
た。さらに本発明において重要なことは、かかる窒化ア
ルミニウム膜の作製に対してはトリメチルアルミニウム
もアンモニアも300nm以下の光で励起されるため、水銀
を用いる必要がない。
さらにこの窒化アルミニウム膜は熱伝導率が窒化珪素よ
り約５倍も優れているため、ICにおいてICチップ内の局
部加熱を防ぐことができる。さらにその光学的エネルギ
バンド巾が約7eV（177nm）もあるため、紫外光（184nm
および254nm）を透過させることができる。
り約５倍も優れているため、ICにおいてICチップ内の局
部加熱を防ぐことができる。さらにその光学的エネルギ
バンド巾が約7eV（177nm）もあるため、紫外光（184nm
および254nm）を透過させることができる。
このため、紫外光透過窓にたとえ窒化アルミニウムが付
着しても、紫外光を反応性気体に到達させない、いわゆ
るバリアにならないという特長を有する。
着しても、紫外光を反応性気体に到達させない、いわゆ
るバリアにならないという特長を有する。
また窒化アルミニウムは窒化物であるため、ナトリュー
ム等のアルカリイオンに対するバリア効果を同時に期待
でき、IC等の半導体素子のファイナルコーティング材料
として理想的であった。
ム等のアルカリイオンに対するバリア効果を同時に期待
でき、IC等の半導体素子のファイナルコーティング材料
として理想的であった。
『実施例２』 この実施例はトリメチルアルミニウムとアンモニアとの
熱反応により窒化アルミニウム被膜を単結晶珪素基板上
に作製した。その方法は実施例１と同様の装置を用い
た。基板温度は600〜900℃例えば800℃、圧力2torr、ト
リメチルアルミニウム/NH3≒1/8とした。
熱反応により窒化アルミニウム被膜を単結晶珪素基板上
に作製した。その方法は実施例１と同様の装置を用い
た。基板温度は600〜900℃例えば800℃、圧力2torr、ト
リメチルアルミニウム/NH3≒1/8とした。
この窒化アルミニウム（厚さ1000Å）上に対抗電極を作
り、ダイオード構造として、Ｃ−Ｖ特性を測定した。そ
の結果、界面準位密度は４×1011cm-2を得た。また、窒
化アルミニウム被膜に直流電界を加えた場合の破壊電圧
は、３×106V/cm以上を有していた。
り、ダイオード構造として、Ｃ−Ｖ特性を測定した。そ
の結果、界面準位密度は４×1011cm-2を得た。また、窒
化アルミニウム被膜に直流電界を加えた場合の破壊電圧
は、３×106V/cm以上を有していた。
即ち、500℃以下の温度で形成させる窒化アルミニウム
膜は半導体のパッシベイション膜として有効である。こ
のためには、本発明方法の有機アルミニウムが紫外光に
対し感光性を有する物性を利用することが有効である。
また500〜900℃で高温で形成し、緻密な被膜となるた
め、ゲイト電極絶縁物として窒化アルミニウムまたは窒
化アルミニウムとSiO2の２層膜として用いることは有効
である。さらに、RAMのキャパシタ用の絶縁膜（誘電
膜）としても有効である。
膜は半導体のパッシベイション膜として有効である。こ
のためには、本発明方法の有機アルミニウムが紫外光に
対し感光性を有する物性を利用することが有効である。
また500〜900℃で高温で形成し、緻密な被膜となるた
め、ゲイト電極絶縁物として窒化アルミニウムまたは窒
化アルミニウムとSiO2の２層膜として用いることは有効
である。さらに、RAMのキャパシタ用の絶縁膜（誘電
膜）としても有効である。
本発明において、有機アルミニウムを用いる場合は、メ
チル基の存在による炭素の被膜内への混入が心配され
る。しかしSIMS（二次イオン質量分析）では１％しかな
く、それによる物性劣化はないと考えられる。また酸素
の混入によりアルミナが同時に形成され得る。しかしそ
の量が10重量％以下の窒化アルミニウムにおいては熱伝
導率は99％以上の純度の窒化アルミニウムとほぼ同様の
高い値を得た。
チル基の存在による炭素の被膜内への混入が心配され
る。しかしSIMS（二次イオン質量分析）では１％しかな
く、それによる物性劣化はないと考えられる。また酸素
の混入によりアルミナが同時に形成され得る。しかしそ
の量が10重量％以下の窒化アルミニウムにおいては熱伝
導率は99％以上の純度の窒化アルミニウムとほぼ同様の
高い値を得た。
本発明において熱CVD法にてトリエチルアルミニウムとN
H3,トリメチルアルミニウムとN2H4の反応を用いること
は有効である。また、300nm以下の光エネルギの照射に
よる光CVD法としてエキシマ（波長500〜100nm）レーザ
を用いてもよいことはいうまでもない。
H3,トリメチルアルミニウムとN2H4の反応を用いること
は有効である。また、300nm以下の光エネルギの照射に
よる光CVD法としてエキシマ（波長500〜100nm）レーザ
を用いてもよいことはいうまでもない。
本発明において、光化学反応の励起用に水銀を同時に混
入し、水銀励起法を用いることも可能である。
入し、水銀励起法を用いることも可能である。
しかし水銀バブラを用いた方法は排気物中に水銀が残り
やすく、公害問題が発生しやすい。
やすく、公害問題が発生しやすい。
本発明における窒化物気体として非酸素化物の弗化窒素
（NF3,N2F4）またはその他の非酸化物のヒドラジン塩を
用いてもよい。
（NF3,N2F4）またはその他の非酸化物のヒドラジン塩を
用いてもよい。
第１図は本発明方法を実施するためのCVD装置の概要を
示す。
示す。
Claims (2)
- 【請求項１】塩素を含まない有機アルミニウムを含む反
応性気体と窒素化物気体との混合反応性気体に熱エネル
ギまたは熱エネルギと300nm以下の波長の光エネルギを
加えることにより、形成された窒化アルミニウムをゲイ
ト絶縁膜として用いたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記窒化
アルミニウム膜と酸化珪素を積層したゲイト絶縁膜を用
いたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614990A JPH0674502B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8614990A JPH0674502B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59234387A Division JPS61113771A (ja) | 1984-11-07 | 1984-11-07 | 窒化アルミニユ−ム作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03115575A JPH03115575A (ja) | 1991-05-16 |
| JPH0674502B2 true JPH0674502B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=13878684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8614990A Expired - Lifetime JPH0674502B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674502B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3148982B2 (ja) * | 1998-11-11 | 2001-03-26 | 工業技術院長 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2010228965A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 耐蝕性部材 |
| US9552979B2 (en) * | 2013-05-31 | 2017-01-24 | Asm Ip Holding B.V. | Cyclic aluminum nitride deposition in a batch reactor |
-
1990
- 1990-03-29 JP JP8614990A patent/JPH0674502B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03115575A (ja) | 1991-05-16 |
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