JPH0635360B2 - 単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法 - Google Patents
単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法Info
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- JPH0635360B2 JPH0635360B2 JP60226048A JP22604885A JPH0635360B2 JP H0635360 B2 JPH0635360 B2 JP H0635360B2 JP 60226048 A JP60226048 A JP 60226048A JP 22604885 A JP22604885 A JP 22604885A JP H0635360 B2 JPH0635360 B2 JP H0635360B2
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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
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- 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
- C30B29/38—Nitrides
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アルミニウム蒸着といわゆる低エネルギー
の窒素イオン照射との併用によって、単結晶（六方晶系
単結晶、以下同じ）窒化アルミニウム膜を基板上に作製
する方法に関する。
の窒素イオン照射との併用によって、単結晶（六方晶系
単結晶、以下同じ）窒化アルミニウム膜を基板上に作製
する方法に関する。
例えばハイブリッドＩＣの基板材料等に用いられるもの
であって、原材料が毒性を有する等の点で問題があるベ
リリア（ＢｅＯ）に代替するものとして、高熱伝導性お
よび高電気絶縁性を有している単結晶窒化アルミニウム
が近年注目されている。
であって、原材料が毒性を有する等の点で問題があるベ
リリア（ＢｅＯ）に代替するものとして、高熱伝導性お
よび高電気絶縁性を有している単結晶窒化アルミニウム
が近年注目されている。
その場合、従来の窒素イオン注入を利用した単結晶窒化
アルミニウム膜の作製方法は、アルミニウム金属または
アルミニウム単結晶に直接、５０〜１００ＫｅＶ程度の
エネルギーで窒素イオンを注入するものであった。
アルミニウム膜の作製方法は、アルミニウム金属または
アルミニウム単結晶に直接、５０〜１００ＫｅＶ程度の
エネルギーで窒素イオンを注入するものであった。
ところが上記のような従来の方法においては、単結晶窒
化アルミニウム膜が一応作製できるものの、次のような
多くの問題点があった。
化アルミニウム膜が一応作製できるものの、次のような
多くの問題点があった。
窒素イオンを注入するだけであるため、換言すれば窒
素イオンしか制御できないため、Ａl／Ｎ（Ａl ：アル
ミニウム、Ｎ：窒素、以下同じ）の組成比の制御性が悪
い。
素イオンしか制御できないため、Ａl／Ｎ（Ａl ：アル
ミニウム、Ｎ：窒素、以下同じ）の組成比の制御性が悪
い。
窒素イオンのアルミニウム金属（または単結晶）中の
飛程（平均射影飛程）が小さいため（例えば１００Ｋｅ
Ｖで８００Å程度）、得られる窒化アルミニウム単独層
の厚みが小さく、殆どはアルミニウム単独層およびアル
ミニウムと窒化アルミニウムとの混合層となる。
飛程（平均射影飛程）が小さいため（例えば１００Ｋｅ
Ｖで８００Å程度）、得られる窒化アルミニウム単独層
の厚みが小さく、殆どはアルミニウム単独層およびアル
ミニウムと窒化アルミニウムとの混合層となる。
窒素イオンのエネルギーが高いため、窒化アルミニウ
ム結晶内に欠陥部等の損傷部が生じ易い。そのような損
傷部が生じると、膜の電気絶縁性や機械的強度が低下す
る。かといって単に窒素イオンのエネルギーを下げる
と、金属中の窒素イオンの飛程が小さくなって、上記
で指摘したように窒化アルミニウム単独層の厚みが益々
小さくなってしまう。
ム結晶内に欠陥部等の損傷部が生じ易い。そのような損
傷部が生じると、膜の電気絶縁性や機械的強度が低下す
る。かといって単に窒素イオンのエネルギーを下げる
と、金属中の窒素イオンの飛程が小さくなって、上記
で指摘したように窒化アルミニウム単独層の厚みが益々
小さくなってしまう。
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決すること
ができる単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法を提供す
ることを目的とする。
ができる単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法を提供す
ることを目的とする。
この発明の単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法は、真
空中で基板に対してアルミニウム蒸着と窒素イオン照射
とを、窒素イオンのエネルギーが０．５〜４０ＫｅＶの
範囲内かつイオン照射時の基板表面温度が３５０℃以下
の条件下で行うことを特徴とする。
空中で基板に対してアルミニウム蒸着と窒素イオン照射
とを、窒素イオンのエネルギーが０．５〜４０ＫｅＶの
範囲内かつイオン照射時の基板表面温度が３５０℃以下
の条件下で行うことを特徴とする。
従来、窒素イオンのエネルギーが４０ＫｅＶ以下のよう
ないわゆる低エネルギー領域においては、単結晶窒化ア
ルミニウム膜は作製できないと思われていた。ところ
が、アルミニウム蒸着と窒素イオン照射とを併用し、窒
素イオンのエネルギーを０．５〜４０ＫｅＶの範囲内か
つイオン照射時の基板表面温度を３５０℃以下とするこ
とにより、損傷部の少ない良質の単結晶窒化アルミニウ
ム膜が得られた。
ないわゆる低エネルギー領域においては、単結晶窒化ア
ルミニウム膜は作製できないと思われていた。ところ
が、アルミニウム蒸着と窒素イオン照射とを併用し、窒
素イオンのエネルギーを０．５〜４０ＫｅＶの範囲内か
つイオン照射時の基板表面温度を３５０℃以下とするこ
とにより、損傷部の少ない良質の単結晶窒化アルミニウ
ム膜が得られた。
第１図は、この発明に係る単結晶窒化アルミニウム膜の
作製方法を実施する装置の一例を示す概略図である。真
空容器（図示省略）内に、ヒータ２を有するホルダ１に
取り付けられて例えばシリコン、ガラス、金属、セラミ
ックス等から成る基板３が収納されており、当該基板３
に向けて蒸発源４およびイオン源７が配置されている。
蒸発源４は例えば電子ビーム蒸発源であり、蒸発材料と
してアルミニウム金属５を有しており、それからのアル
ミニウム蒸気６を基板３上に蒸着させる。イオン源７は
例えばバケット型イオン源であり、窒素イオン８を基板
３に向けて照射する。尚、９は膜厚制御用の膜厚モニタ
である。
作製方法を実施する装置の一例を示す概略図である。真
空容器（図示省略）内に、ヒータ２を有するホルダ１に
取り付けられて例えばシリコン、ガラス、金属、セラミ
ックス等から成る基板３が収納されており、当該基板３
に向けて蒸発源４およびイオン源７が配置されている。
蒸発源４は例えば電子ビーム蒸発源であり、蒸発材料と
してアルミニウム金属５を有しており、それからのアル
ミニウム蒸気６を基板３上に蒸着させる。イオン源７は
例えばバケット型イオン源であり、窒素イオン８を基板
３に向けて照射する。尚、９は膜厚制御用の膜厚モニタ
である。
膜作製に際しては、真空容器内を例えば１０-7Ｔｏｒｒ
程度にまで排気した後、好ましくは基板３を例えばヒー
タ２で加熱する。その際の基板３の表面温度は、好まし
くは１５０℃程度を最大とする。基板３を加熱するの
は、アルミニウムと窒素イオンとの反応を促進して両
者を結合し易くする、基板３をアニールしながら膜作
製する、窒素イオンの拡散を助長して当該窒素イオン
がアルミニウム中に入り易くする、等の理由による。最
高温度を１５０℃程度とするのは、イオン照射時の基板
３の表面温度を後述する理由で３５０℃以下に抑える必
要があるため、ベース温度があまり高くならないように
するためである。
程度にまで排気した後、好ましくは基板３を例えばヒー
タ２で加熱する。その際の基板３の表面温度は、好まし
くは１５０℃程度を最大とする。基板３を加熱するの
は、アルミニウムと窒素イオンとの反応を促進して両
者を結合し易くする、基板３をアニールしながら膜作
製する、窒素イオンの拡散を助長して当該窒素イオン
がアルミニウム中に入り易くする、等の理由による。最
高温度を１５０℃程度とするのは、イオン照射時の基板
３の表面温度を後述する理由で３５０℃以下に抑える必
要があるため、ベース温度があまり高くならないように
するためである。
そして基板３を上記のように加熱した状態で、蒸発源４
によるアルミニウム蒸着とイオン源７による窒素イオン
照射とを次の条件下で交互にまたは同時に行う。
によるアルミニウム蒸着とイオン源７による窒素イオン
照射とを次の条件下で交互にまたは同時に行う。
即ち、窒素イオン８のエネルギーは、作製される単結晶
窒化アルミニウム膜内の損傷部を少なくするため、０．
５／４０ＫｅＶとし、更に好ましくは０．５〜５ＫｅＶ
とする。
窒化アルミニウム膜内の損傷部を少なくするため、０．
５／４０ＫｅＶとし、更に好ましくは０．５〜５ＫｅＶ
とする。
また、イオン照射時の基板３の表面温度は３５０℃以下
とする。これは、アルミニウムの変態点が約４５０℃で
あるため、その温度との差を持たせて作製される単結晶
窒化アルミニウムの熱的損傷をできるだけ少なくするた
めである。
とする。これは、アルミニウムの変態点が約４５０℃で
あるため、その温度との差を持たせて作製される単結晶
窒化アルミニウムの熱的損傷をできるだけ少なくするた
めである。
尚、上記表面温度３５０℃は、基板３に対する窒素イオ
ン８の注入パワーに換算すれば約２．５Ｗ／cm２に相当
するため、窒素イオン８のエネルギーを０．５〜５Ｋｅ
Ｖとする場合、窒素イオン８の注入量は１０16〜１０18
イオン／cm２とするのが好ましい。これをあまり小さく
すると製膜に多くの時間がかかってしまう。
ン８の注入パワーに換算すれば約２．５Ｗ／cm２に相当
するため、窒素イオン８のエネルギーを０．５〜５Ｋｅ
Ｖとする場合、窒素イオン８の注入量は１０16〜１０18
イオン／cm２とするのが好ましい。これをあまり小さく
すると製膜に多くの時間がかかってしまう。
また、蒸着とイオン照射とを交互に行う場合、１回の蒸
着で作製するアルミニウム蒸着膜の膜厚は、後から注入
する窒素イオン８の飛程や窒素イオン８によるアルミニ
ウムのスパッタリング効果を考慮して選定するのが好ま
しい。これは、窒化アルミニウムの単独層は窒素イオン
８の飛程内の部分に作製されるからである。例えば、窒
素イオン８のエネルギーを０．５〜５ＫｅＶとする場
合、窒素イオン８の飛程は約８０Å程度以下となるた
め、１回の蒸着時の膜厚は１００Å程度以下とするのが
好ましい。従って、１回の蒸着およびイオン照射で所望
の膜厚の窒化アルミニウム層が得られない場合は、それ
が得られるまで両者を交互に複数回繰り返せば良い。も
っとも、蒸着とイオン照射とを同時に行う場合は、両者
を所定時間続けることで所望の膜厚の窒化アルミニウム
層を得ることも可能である。
着で作製するアルミニウム蒸着膜の膜厚は、後から注入
する窒素イオン８の飛程や窒素イオン８によるアルミニ
ウムのスパッタリング効果を考慮して選定するのが好ま
しい。これは、窒化アルミニウムの単独層は窒素イオン
８の飛程内の部分に作製されるからである。例えば、窒
素イオン８のエネルギーを０．５〜５ＫｅＶとする場
合、窒素イオン８の飛程は約８０Å程度以下となるた
め、１回の蒸着時の膜厚は１００Å程度以下とするのが
好ましい。従って、１回の蒸着およびイオン照射で所望
の膜厚の窒化アルミニウム層が得られない場合は、それ
が得られるまで両者を交互に複数回繰り返せば良い。も
っとも、蒸着とイオン照射とを同時に行う場合は、両者
を所定時間続けることで所望の膜厚の窒化アルミニウム
層を得ることも可能である。
第２図は、第１図の装置における膜作製工程の一例を示
す図である。この例は蒸着とイオン照射とを交互に行う
場合であり、上述のような条件下で、まず基板３にアル
ミニウム蒸気６を蒸着させてその表面にアルミニウム蒸
着膜１０を作製し、更に当該アルミウム蒸着膜１０に窒
素イオン８を照射して単結晶窒化アルミニウム膜１１を
得る。そして１回の蒸着およびイオン照射で必要膜厚が
得られない場合は、それが得られるまで蒸着およびイオ
ン照射を繰り返す。
す図である。この例は蒸着とイオン照射とを交互に行う
場合であり、上述のような条件下で、まず基板３にアル
ミニウム蒸気６を蒸着させてその表面にアルミニウム蒸
着膜１０を作製し、更に当該アルミウム蒸着膜１０に窒
素イオン８を照射して単結晶窒化アルミニウム膜１１を
得る。そして１回の蒸着およびイオン照射で必要膜厚が
得られない場合は、それが得られるまで蒸着およびイオ
ン照射を繰り返す。
上述したような方法によって、これまで不可能と思われ
ていた低エネルギーの領域において、良質の六方晶系単
結晶窒化アルミニウム膜を得ることができた。当該膜の
電子線回折図形の一例を第３図に示す。この場合の製膜
条件は、アルミニウムの蒸着量が１００Å、窒素イオン
のエネルギーが５ＫｅＶ、窒素イオンの注入量が１×１
０17イオン／cm２であった。
ていた低エネルギーの領域において、良質の六方晶系単
結晶窒化アルミニウム膜を得ることができた。当該膜の
電子線回折図形の一例を第３図に示す。この場合の製膜
条件は、アルミニウムの蒸着量が１００Å、窒素イオン
のエネルギーが５ＫｅＶ、窒素イオンの注入量が１×１
０17イオン／cm２であった。
最後に、上述した方法の特徴を示せば次の通りである。
単結晶窒化アルミニウム膜を形成するのに際して、ア
ルミニウム蒸着と窒素イオン照射の個々の処理条件を比
較的自由に選択および組み合わせすることが可能なた
め、Ａl／Ｎの組成比に対する制御性が良い。従って例
えば、窒素イオン８の飛程に見合った蒸着膜厚とするこ
とによって、深さ方向に見て窒素と結合していないアル
ミニウムが存在しないように、即ち全厚みが単結晶窒化
アルミニウム膜であるようにすることも可能である。
ルミニウム蒸着と窒素イオン照射の個々の処理条件を比
較的自由に選択および組み合わせすることが可能なた
め、Ａl／Ｎの組成比に対する制御性が良い。従って例
えば、窒素イオン８の飛程に見合った蒸着膜厚とするこ
とによって、深さ方向に見て窒素と結合していないアル
ミニウムが存在しないように、即ち全厚みが単結晶窒化
アルミニウム膜であるようにすることも可能である。
大きな膜厚の単結晶窒化アルミニウム膜を容易に得る
ことができる。特に、アルミニウム蒸着と窒素イオン照
射とを交互に複数回繰り返すようにすれば、基板３の表
面温度の上昇を抑制しつつ、換言すれば窒化アルミニウ
ムへの熱的損傷を抑制しつつ所望の膜厚の単結晶窒化ア
ルミニウム膜を容易に得ることができる。
ことができる。特に、アルミニウム蒸着と窒素イオン照
射とを交互に複数回繰り返すようにすれば、基板３の表
面温度の上昇を抑制しつつ、換言すれば窒化アルミニウ
ムへの熱的損傷を抑制しつつ所望の膜厚の単結晶窒化ア
ルミニウム膜を容易に得ることができる。
窒素イオン８のエネルギーが従来の方法に比べて小さ
いため、窒化アルミニウム膜内部のピンホールや結晶内
部の欠陥等の損傷部の発生が軽減でき、良質の単結晶窒
化アルミニウム膜が得られる。
いため、窒化アルミニウム膜内部のピンホールや結晶内
部の欠陥等の損傷部の発生が軽減でき、良質の単結晶窒
化アルミニウム膜が得られる。
従来のように高価なアルミニウム単結晶を用いる必要
がないので、安価に製膜できる。
がないので、安価に製膜できる。
低エネルギーの窒素イオン８を用いるため、イオン源
７が低コストになると共に、イオン源７を含めた各種機
器の操作、取扱い等も容易になる。
７が低コストになると共に、イオン源７を含めた各種機
器の操作、取扱い等も容易になる。
以上のようにこの発明によれば、損傷部の少ない良質の
六方晶系単結晶窒化アルミニウム膜が得られる。しか
も、Ａl／Ｎの組成比に対する制御製が良く、大きな厚
みの単結晶窒化アルミニウム単独層を得ることも可能で
ある。
六方晶系単結晶窒化アルミニウム膜が得られる。しか
も、Ａl／Ｎの組成比に対する制御製が良く、大きな厚
みの単結晶窒化アルミニウム単独層を得ることも可能で
ある。
第１図は、この発明に係る単結晶窒化アルミニウム膜の
作製方法を実施する装置の一例を示す概略図である。第
２図は、第１図の装置における膜作製工程の一例を示す
図である。第３図は、実施例の方法によって得られた単
結晶窒化アルミニウム膜の電子線回折図である。 ２……ヒータ、３……基板、４……蒸発源、６……アル
ミニウム蒸気、７……イオン源、８……窒素イオン、１
１……単結晶窒化アルミニウム膜
作製方法を実施する装置の一例を示す概略図である。第
２図は、第１図の装置における膜作製工程の一例を示す
図である。第３図は、実施例の方法によって得られた単
結晶窒化アルミニウム膜の電子線回折図である。 ２……ヒータ、３……基板、４……蒸発源、６……アル
ミニウム蒸気、７……イオン源、８……窒素イオン、１
１……単結晶窒化アルミニウム膜
Claims (2)
- 【請求項１】真空中で基板に対してアルミニウム蒸着と
窒素イオン照射とを、窒素イオンのエネルギーが０．５
〜４０ＫｅＶの範囲内かつイオン照射時の基板表面温度
が３５０℃以下の条件下で行うことを特徴とする単結晶
窒化アルミニウム膜の作製方法。 - 【請求項２】基板に対するアルミニウム蒸着と窒素イオ
ン照射とを交互に複数回繰り返して行うことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の単結晶窒化アルミニウム
膜の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226048A JPH0635360B2 (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60226048A JPH0635360B2 (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6287496A JPS6287496A (ja) | 1987-04-21 |
| JPH0635360B2 true JPH0635360B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=16838970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60226048A Expired - Fee Related JPH0635360B2 (ja) | 1985-10-11 | 1985-10-11 | 単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635360B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2512898B2 (ja) * | 1986-04-28 | 1996-07-03 | 日新電機株式会社 | 絶縁基体とその製造方法 |
| JPH0825837B2 (ja) * | 1987-05-12 | 1996-03-13 | 日新電機株式会社 | 分子線エピタキシー装置 |
| JPS6473069A (en) * | 1987-09-10 | 1989-03-17 | Nissin Electric Co Ltd | Production of aluminum nitride film |
| JPH0817156B2 (ja) * | 1988-10-13 | 1996-02-21 | 日新電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-10-11 JP JP60226048A patent/JPH0635360B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6287496A (ja) | 1987-04-21 |
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