JPS61140139A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61140139A
JPS61140139A JP59263281A JP26328184A JPS61140139A JP S61140139 A JPS61140139 A JP S61140139A JP 59263281 A JP59263281 A JP 59263281A JP 26328184 A JP26328184 A JP 26328184A JP S61140139 A JPS61140139 A JP S61140139A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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dvD法という)により窒化アルミニュームを例えば
半導体エレクトロニクス用のパフシベイシッン被膜また
はファイナルコーティング用の絶縁膜として作製する方
法に関する。
この発明は有機アルミニュー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5iHeとN
H,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7e
Vを有せしめた窒化アルミニュームを作製し、この窒化
アルミニュームをアクティブ素子の操護膜(パッシベイ
ション膜)またはファイナルコーティング膜として形成
せしめたものである。
この発明はアルミニュームの有機化合物例えばトリメチ
ルアルミニューム((CH3) 3A1) 、またはト
リエチルアルミニューム((CzHs) Jl)を用い
、アンモニア(NH3) 、ヒドラジン(Nzoa)、
窒化弗素(NF3゜NiF2)を加えることにより、窒
化アルミニューム(以下^INとも略記する)を900
℃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、ファイナルコーティングの被膜として窒化珪素膜
が用いられていた。この被膜は、グロー放電法を用いた
プラズマ気相反応方法によりシラン(Stl(4,)と
アンモニア(NH,)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。
しかしかかる窒化珪素膜は、その膜内に珪素の不対結合
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。さらに光
学的エネルギーバンド巾が5eVと小さく、例えば不揮
発性メモリ(紫外線消去型)のパッシベイション膜とし
ての適用は不可能であった。
このため、Egが約7eVを有し、紫外光の透光性に優
れ、かつナトリエームイオンに関し優れたバリア作用を
有する被膜が求められていた。
このため、本発明においては、この被膜として窒化アル
ミニュームを適用したものである。
本発明はかかる目的のため、即ち有機アルミニューム特
に好ましくはA l (CH3) 3 (TMAという
)とアンモニア(NH3)を用い、特に300nl11
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ュームのパッシベイション膜を作
製せんとするものである。
その主たる反応式は AI(CHa)z+NH3−→ AIN + 4CH4
である。
このTI’l^は東洋ストファ社製を用いた。その基礎
物性は以下の如くである。
分子量  72゜09 純度   99.9998X(AI トt、c>密度 
   0.152g/m l (20℃)融点   1
5.3℃ 蒸気圧   1度(’C)  蒸気圧(rmmHg)2
0      9.2 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CVO
装置の概要を示す。
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〜
900℃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TMA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TMA(At(CH3)ff(MP 15.3℃)
)は室温で液体であるため、バプラ(20)に充填され
ている。このTMA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TMAの吸着を防いだ。さらにこのTMAはノズ
ルより(17)に示されるように基板(2)側に吹きつ
けるようにした。
かくしてTMAとアンモニアは反応室にて初めて混合し
、光励起をして反応をさせた。
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、300ItII以下
の波長の発生ランプ(低圧水銀ランプ、ウシオ電機製、
ULI −45EL2− N −1) (4)を16本
及びそれに伴う電源系(5)を用いた。さらにこのう゛
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蛎を防ぐため、(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184 nn+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T?lAとアンモニアとの光化学反応によ
りAIN被膜を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
(例えば350℃)に加熱してAIN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に
アクティブ素子例えば第2図(A)に示す絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置が珪素基板(2)に設けられている
。かかる基板(2)をヒータ上方のホルダ(22)上に
配設している。さらに、パルプ(7)を開にして、アン
モニアを導入した。さらにTMAをTMA/NH3#1
/ 5として導入した。反応容器内圧力は、0.1〜2
0torrの範囲例えば10torrとした。すると反
応管内にAINを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
なり0.1人/秒の成長速度で得ることができた。この
被膜成長速度は3 torrとすると0.04人/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 −’に
巾広の大きな吸収が見られ、AIN膜であることが判明
した。さらに本発明方法において重要なことは、かかる
AINの作製に対してはTMAもアンモニアも300n
m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AIN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(18
4nmおよび254n曽)を透過させることができる。
このため、窓にだとえAINが付着しても、紫外光を反
応性気体に到遡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AINは窒化物であるため、ナトリエーム等のアル
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。
実施例2 この実施例は、TMAとアンモニアとのプラズマCVD
法により窒化アルミニューム被膜を単結晶珪素基板また
はその基板に第2図(B)に示す如きバイポーラ素子ま
たはSIT素子等のアクティブ素子が1ケまたは複数ケ
設けられた基板上に作製した。
実施例1と同様の装置を用いた。基板温度は350℃、
圧力0.2 torrSTMA/NH3#l/8とした
。高周波電源より13.56MHzを反応性気体の導入
後3011で加えた。
すると、この保護膜はきわめて緻密であり、かつ耐アル
カリ特性に優れたものであった。そのため、第2図(B
)に示す(17)のリード(40) 、 (41”)。
(44”)の下側の保護膜として電圧をファイナルコー
ティング(35)としても優れていた。加えてこのAI
Nはその熱伝導率が窒化珪素の5倍もあるためIC中で
電力用素子に見られるごとく、発熱作用をしても、1つ
のチップ中てその発熱が大きい領域と小さな領域との間
をより均一に動作させることが可能である。
即ち、ICの特徴である同一プロ°セスで作られるため
、特性にプラツキがない。また、作製後の局部的な発熱
による動作不良に対しても、このアクティブ素子の上面
に密接してAINが設けられているため、ICの動作に
よる発熱がチップ全体へ分散させ、より高温での動作用
として優れたものであった。
本発明において、アルミニューム膜としてAIF3(A
IF、AIFgを含む)またはAlCl3を用いてもよ
い。
第2図(B)においては、ファンナルコーティング(1
9)としては、実施例1に示されるごとく、光CVD法
さらにこの上に連結してプラズマCVD法を行う多層膜
を用いてよいことはいうまでもない。
実施例3 この実施例は第2図に示された絶縁ゲート型電界効果半
導体装置(A)およびバイポーラ型半導体装置(B)に
対し信頼性テストを行ったものである。
第2図(A)において、MIS−FET素子を用いたロ
ジックICを試料として、素子構造はシリコン基板(2
)、フィールド絶縁物(21) 、ゲイト(30) 、
ソース(31) 、  ドレイン(32) 、  リー
ド(33) 、 (34) 、層間絶縁物(29) 、
 ファイナルコーティングのAIN膜(35) Hさ2
000人である。
これらをプレッシャークツカーテスト 120℃10気
圧、湿度100χとした。するとこのAINであっ・ 
 でもまた従来より公知の窒化珪素膜にあっても、10
0時間を経て、不良が0730であった。゛またこれら
の信頼性テストに加えて、その動作上限温度は窒化珪素
膜が70℃までは動作できた。
しかしAINを用いたICにおいては、さらに電源電圧
を上昇せしめ、電流をさらに20χも多く加えても、即
ち発熱がさらに20℃も高い90℃になっても、不良が
みられず、これまでの窒化珪素にかわる優れた特性を有
していた。
本発明において、さらに第2図(B)にリード下側の絶
縁膜(37)として熱cvn法を用いたAINとするこ
とは可能である。その場合はTE^とNH3,TMAと
NH3またはNzH4の反応を500〜900℃の温度
で用いることにより成就させる。
また、300 nva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500〜100 ns)
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。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。
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.N1Fa)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。
【図面の簡単な説明】
第1図は窒化アルミニューム膜を作製するためのCVD
装置の概要を示す。 第2図は本発明の半導体装置の一例を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上に設けられたアクティブ素子の保護膜または
    ファイナルコーティング膜として窒化アルミニューム被
    膜が設けられたことを特徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、アクティブ素子の
    保護膜としてリード配線下またはリード配線上に窒化ア
    ルミニューム被膜または該被膜と酸化珪素または窒化珪
    素被膜との複合被膜が設けられたことを特徴とする半導
    体装置。 3、特許請求の範囲第1項において、アクティブ素子の
    保護膜としてリード配線上に該リード配線に密着して窒
    化アルミニューム被膜が設けられたことを特徴とする半
    導体装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5821827A (ja) * 1981-07-31 1983-02-08 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JPS59152633A (ja) * 1983-02-21 1984-08-31 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法

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