JPH069198B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Formation Of Insulating Films (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絶縁膜として用いることに関す
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絶縁膜として用いることに関す
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、特に酸素が混入した窒化アルミニウムを
半導体集積回路のフアイナルコーティング膜、パッシベ
イション膜またはキャパシタ用絶縁体膜として用いるこ
とにより、高信頼性を有する半導体装置を提供すること
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、特に酸素が混入した窒化アルミニウムを
半導体集積回路のフアイナルコーティング膜、パッシベ
イション膜またはキャパシタ用絶縁体膜として用いるこ
とにより、高信頼性を有する半導体装置を提供すること
に関する。
この発明はアルミニウムの有機化合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(NH3)，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AlN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(NH3)，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AlN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、20
0〜400℃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、20
0〜400℃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＋NH3AlN＋４CH4 である。
その基礎物性は以下の如くである。
分子量 27.09 純度 99.9998％（Alとして） 密度 0.725ｇ／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〜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。
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、光励起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、光励起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(2
2)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。
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(2
2)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。また必要に応じて酸素を混入させた反応
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1.4Å／秒と減少
した。
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。また必要に応じて酸素を混入させた反応
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。さらに本発明方法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。このため、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。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。
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。さらに本発明方法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。このため、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。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。
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酸素が混入した窒化アルミ
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酸素が混入した窒化アルミ
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。
以上の如く実施例１及び実施例２に示した本発明におい
て、有機アルミニウムを用いる場合は、炭素の被膜内へ
の混入が必配される。しかしSIMS（二次イオン質量分
析）結果ではその量は1%以下しかなく、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酸化ア
ルミニウム（アルミナ）が同時に膜中に形成され得る。
しかしその混入される酸素量が10重量％以下の窒化アル
ミニウムにおいては下地材料との残留応力が軽減できか
つその熱伝導率は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ることができる。
て、有機アルミニウムを用いる場合は、炭素の被膜内へ
の混入が必配される。しかしSIMS（二次イオン質量分
析）結果ではその量は1%以下しかなく、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酸化ア
ルミニウム（アルミナ）が同時に膜中に形成され得る。
しかしその混入される酸素量が10重量％以下の窒化アル
ミニウムにおいては下地材料との残留応力が軽減できか
つその熱伝導率は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ることができる。
また酸素を混入することにより劈開がされにくい窒化ア
ルミニウムとすることができた。
ルミニウムとすることができた。
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，Ｎ３Ｆ４）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，Ｎ３Ｆ４）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】酸素が混入した窒化アルミニウム被膜また
は酸化珪素と窒化アルミニウムとの二層膜を半導体装置
のキャパシタの絶縁物として用いたことを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項２】半導体ＩＣが形成された珪素基板上に酸素
が混入した窒化アルミニウム膜がフアイナルコーティン
グ膜として設けられたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086150A JPH069198B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086150A JPH069198B2 (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 |
|---|---|
| JPH03108753A JPH03108753A (ja) | 1991-05-08 |
| JPH069198B2 true JPH069198B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=13878710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2086150A Expired - Lifetime JPH069198B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069198B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220213593A1 (en) * | 2019-04-12 | 2022-07-07 | Asml Netherlands B.V. | Method and apparatus for forming a patterned layer of material |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5161265A (en) * | 1974-11-25 | 1976-05-27 | Handotai Kenkyu Shinkokai | 335 zokukagobutsuhandotaisoshi |
| JPS59129774A (ja) * | 1983-01-12 | 1984-07-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 選択的窒化膜の作製方法 |
-
1990
- 1990-03-29 JP JP2086150A patent/JPH069198B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220213593A1 (en) * | 2019-04-12 | 2022-07-07 | Asml Netherlands B.V. | Method and apparatus for forming a patterned layer of material |
| US12325911B2 (en) * | 2019-04-12 | 2025-06-10 | Asml Netherlands B.V. | Method and apparatus for forming a patterned layer of material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03108753A (ja) | 1991-05-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |