【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野］本発明は、ＡＱＮ薄膜の製造方法及びその製造装置に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing an AQN thin film and an apparatus for manufacturing the same.
［従来の技術］ｍ族元素であるＡＱ（アルミニウム）と■族元素である
Ｎ（窒素）との化合物から成る八〇Ｎ（窒化アルミニウ
ム）膜は、次のような利点を有しているので電子デバイ
スの一種である５ＡＷ（表面弾性波）デバイスに好んで
応用されている。[Prior art] The 80N (aluminum nitride) film, which is made of a compound of AQ (aluminum), which is an m group element, and N (nitrogen), which is a group II element, has the following advantages. It is preferably applied to 5AW (surface acoustic wave) devices, which are a type of electronic device.
（１）音速が速く、伝播損失が小さいため高周波用に適
する。(1) The speed of sound is high and the propagation loss is small, making it suitable for high frequency applications.
（２）ＡＱＮ膜は化学的、物理的に極めて安定であり、
ＳＡＷデバイスに適用した場合素子の温度特性も改善さ
れる可能性が高い。(2) AQN film is extremely stable chemically and physically;
When applied to SAW devices, there is a high possibility that the temperature characteristics of the element will also be improved.
（３）音速の周波数分散が小さく広帯域の信号を扱い易
い。(3) The frequency dispersion of the speed of sound is small, making it easy to handle broadband signals.
（４）基板としてＳｊ（シリコン）を用いるとＩＣプロ
セスとの整合性があるので、Ｓ１素子を周辺に配置した
モノリシックＳＡＷデバイスを形成できる可能性がある
。(4) Using Sj (silicon) as the substrate is compatible with the IC process, so it is possible to form a monolithic SAW device with S1 elements arranged around it.
■従来このようなＡＱＮ薄膜を製造するには、ＡＱを含ん
だ■族原料としてＴＭＡ （トリメチルアルミニウム）
を、 またＮを含んだＶ族原料としてアンモニアガスを
各々用意して両者を反応することが行われている。 し
がしＴＭＡとアンモニアガスは気相中で反応し易いので
、両者を混合した後にこの混合ガスを基板に吹き付けて
も、気相中において両者の付加化合物やそれが分解した
へ〇Ｎ粉末を生じてしまうため、ＡρＮ膜を形成するこ
とは困難である。■ Conventionally, in order to manufacture such an AQN thin film, TMA (trimethylaluminum) is used as a group ■ raw material containing AQ.
In addition, ammonia gas is prepared as a group V raw material containing N, and the two are reacted. However, since TMA and ammonia gas easily react in the gas phase, even if the mixed gas is sprayed onto the substrate after mixing the two, addition compounds of the two and the decomposed 〇N powder will be generated in the gas phase. Therefore, it is difficult to form an AρN film.
このため予め基板内にアンモニアガスを拡散させておい
た状態で、この基板上にＴＭＡを水素キャリアガスによ
って吹き付けてＡＱＮ膜を形成するというように、両者
を予め分離して導入することが考えられている。この場
合ＴＭＡガスを吹き付けるための適当なノズルと、ＴＭ
Ａガスが吹き付けられている条件下でアンモニアガスを
基板内に拡散させるためにアンモニアを多量に流すこと
が必要となる。このため従来方法ではノズルの最適化や
アンモニアの拡散法に種々の工夫が凝らされている。For this reason, it may be possible to separate the two and introduce them in advance, such as by diffusing ammonia gas into the substrate and then spraying TMA onto the substrate using a hydrogen carrier gas to form an AQN film. ing. In this case, a suitable nozzle for spraying TMA gas and a TM
It is necessary to flow a large amount of ammonia in order to diffuse the ammonia gas into the substrate under conditions where the A gas is being blown. For this reason, in conventional methods, various efforts have been made to optimize the nozzle and to the ammonia diffusion method.
第４図は従来方法を実施するために用いられる製造装置
を示すもので、１はＴＭＡが収容されている容器、２は
水素キャリアガス供給口、３はＨ，ガス（ＴＭＡバック
アップガス）供給口、４はアンモニアガス供給口、５は
ＭＦＣ１６はパルブタ１１が配置さ九て周囲には誘導加
熱用ワークコイル」２が設けられている。】３は反応済
みガスの排気口である。Figure 4 shows the manufacturing equipment used to carry out the conventional method, where 1 is a container containing TMA, 2 is a hydrogen carrier gas supply port, and 3 is a H gas (TMA backup gas) supply port. , 4 is an ammonia gas supply port, 5 is an MFC 16, a pallet valve 11 is arranged, and an induction heating work coil 2 is provided around it. ] 3 is an exhaust port for the reacted gas.
このような第４図の製造装置を用いてＡＱＮ薄膜を成長
させた例について次に示す。An example of growing an AQN thin film using the manufacturing apparatus shown in FIG. 4 will be described below.
成長条件ＴＭＡ ６．０ＸＩＯ−Ｓモル７分アンモニア
６．７Ｘ１０−” モル７分水素 １．８ モル
フ分反応圧力 ７６０ｔｏｒｒ成長温度 １１５０℃ＴＭＡノズル内ガス線速度 ０ 、３４ ｍ／ｓｅｅ３
−４Ｖ／ｍ比 １１０００すなわちアンモニア（ｖｉｔＡｙＫ料）トＴＭＡ、（Ｔ
ＩＩ族原料）との比率は１００００以上必要であり、使
用するアンモニアは標準状態換算で１５α／分、水素は
４（ｌｔ／分必要とした。Growth conditions TMA 6.0XIO-S moles 7 minutes ammonia
6.7X10-” mol 7 min hydrogen 1.8 morph min Reaction pressure 760 torr Growth temperature 1150°C Linear gas velocity in TMA nozzle 0, 34 m/see3
−4 V/m ratio 11000 i.e. ammonia (vitAyK material) to TMA, (T
The ratio with respect to Group II raw materials) was required to be 10,000 or more, the ammonia used was required to be 15α/min in terms of standard conditions, and the hydrogen was required to be 4 (lt/min).
［発明が解決しようとする課題］ところで従来のＡＱＮ薄膜の製造方法では、多量の原料
を浪費すると共に大きなＶ／ｍ比を必要とするので極め
て非効率であるという問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional method for producing an AQN thin film has the problem that it is extremely inefficient because it wastes a large amount of raw materials and requires a large V/m ratio.
本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
効率よくＡｌＮ薄膜を形成することができるＡＱＮ薄膜
製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする
ものである。The present invention has been made in response to the above-mentioned problems.
It is an object of the present invention to provide an AQN thin film manufacturing method and its manufacturing apparatus that can efficiently form an AlN thin film.
［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために本発明は、■族元素を含むガ
スと■族元素を含むガスとを反応圧力０．２乃至１０ｔ
ｏｒｒ下で混合せしめ、この混合ガスを０ 、７２ ｍ
／ｓｅｅ以上のガス線速度で基板に吹き付けることを特
徴とするものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a method for reacting a gas containing a group Ⅰ element and a gas containing a group Ⅰ element at a reaction pressure of 0.2 to 10 tons.
The mixed gas was mixed under 0,72 m
It is characterized by spraying onto the substrate at a linear gas velocity of /see or higher.
また本発明はＡＱＮ薄膜の製造装置として、■族元素を
含むガス発生源と、このガス発生源から送出されるガス
圧力を所定の値に調整する第１のガス調整手段と、■族
元素を含むガス発生源と、このガス発生源から送出され
るガス圧力を所定の値に調整する第２のガス調整手段と
、上記第１及び第２のガス調整手段を介したガスを混合
して反応容器に送出するガス混合器と、上記反応容器か
ら所定の圧力で排気する排気手段とを備えたことを特徴
とするものである。The present invention also provides an apparatus for manufacturing an AQN thin film, which includes a gas generation source containing a group Ⅰ element, a first gas adjustment means for adjusting the gas pressure sent from the gas generation source to a predetermined value, and a gas generation source containing a group Ⅰ element. A gas generation source including a gas generation source, a second gas adjustment means for adjusting the gas pressure sent from the gas generation source to a predetermined value, and the gases passed through the first and second gas adjustment means are mixed and reacted. The reactor is characterized by comprising a gas mixer for delivering gas to the container, and exhaust means for exhausting air from the reaction container at a predetermined pressure.
［作用］成長圧力を０．２乃至１０ｔｏｒｒに規定し、また混合
ガスのガス線速度を０ 、７２ ｍ／ｓｅｅ以上に設定
することにより、■族原料とＶ族原料との気相反応を抑
えることができるので、少量の原料でも高品質のＡＱＮ
薄膜を成長させることができる。[Effect] By regulating the growth pressure to 0.2 to 10 torr and setting the gas linear velocity of the mixed gas to 0.72 m/see or higher, the gas phase reaction between the Group I raw material and the Group V raw material is suppressed. Because it is possible to produce high quality AQN even with a small amount of raw materials.
Thin films can be grown.
従って効率良＜ＡＱＮ薄膜を形成することができる。Therefore, it is possible to form an AQN thin film with high efficiency.
［実施例コ以下図面を参照して本発明実施例を説明する。[Example code]Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明のＡＱＮ薄膜の製造方法を実施５するために用いられる製造装置の構成を示すもので、１
はＴＭＡを収容している容器、２は水素キャリアガス供
給口、３はＨ２ガス（ＴＭＡバックアップガス）供給口
、４はアンモニアガス供給口、ワークコイル、１３は反
応済みガスの排気口である。また１４は圧力調整ニード
ルバルブ、１５はガス混合器、１６は圧力調整バルブで
ある。Figure 1 shows the configuration of a manufacturing apparatus used to carry out the method for manufacturing an AQN thin film of the present invention.
2 is a hydrogen carrier gas supply port, 3 is a H2 gas (TMA backup gas) supply port, 4 is an ammonia gas supply port and a work coil, and 13 is a reacted gas exhaust port. Further, 14 is a pressure regulating needle valve, 15 is a gas mixer, and 16 is a pressure regulating valve.
ＴＭＡ容器１からバルブ６を通して供給されるＴＭＡ及
び供給１コ４から供給されるアンモニアガスは各々圧力
調整ニードルバルブ１４によって圧力が調整された後、
反応容器７の直上に設けられたガス混合器１５によって
反応直前に混合されて反応容器７内に導入される。この
場合ＴＭＡとアンモニアを分離するための特別なノズル
は不要であり、また反応容器７の形状も特別な形状は必
要でなく単なる円筒型でよい。After the pressure of the TMA supplied from the TMA container 1 through the valve 6 and the ammonia gas supplied from the supply 1 container 4 is adjusted by the pressure adjustment needle valve 14,
Immediately before the reaction, they are mixed by a gas mixer 15 provided directly above the reaction vessel 7 and introduced into the reaction vessel 7 . In this case, a special nozzle for separating TMA and ammonia is not required, and the shape of the reaction vessel 7 is not required to be a special shape, but may be a simple cylindrical shape.
反応容器７内は減圧されており、この減圧容器７内に導
入された混合ガスは線速度が高められた状態で基板１０
に吹き付けられる。このように反応容器７内を減圧する
ことによりＴＭＡとアンモニアとの気相反応速度が抑え
られ、またガス線速度を高めたことによりノズルを用い
た場合と同等かそれ以上の効果が得られる。The pressure inside the reaction container 7 is reduced, and the mixed gas introduced into the reduced pressure container 7 reaches the substrate 10 with an increased linear velocity.
sprayed on. By reducing the pressure inside the reaction vessel 7 in this manner, the gas phase reaction rate between TMA and ammonia is suppressed, and by increasing the gas linear velocity, an effect equal to or greater than that obtained when using a nozzle can be obtained.
次に本発明の第１の実施例を以下に示す。Next, a first embodiment of the present invention will be described below.
（第１の実施例）ＡＱＮ膜成長条件’ｒＭＡ ３ 、 ＯＸ １０−’ −ｅＪ
Ｌｉ１分アンモニア Ｌ、５Ｘ１０−３モル／分水
素 ２．４−ＸＩＯ−’乃至２．０Ｘ１０−
’モル／分反応圧力 ０−２ ＋ １ 、Ｏ＋ １０ ｔｏ
ｒｒ成長温度 ９５０℃ガス線速度 ０ 、７２ ｍ／ｓｅｃ反応容器形状
円筒型Ｖ／ＩＩＩ比 ５０以上のような条件によってＳｉ基板上に成長したＡＱＮ
薄膜のＲＨＥＥＤ写真を第２図（ａ）。(First Example) AQN film growth conditions 'rMA 3 , OX 10-' -eJ
Li1min Ammonia L, 5X10-3 mol/min Hydrogen 2.4-XIO-' to 2.0X10-
'mol/min reaction pressure 0-2 + 1, O+ 10 to
rr Growth temperature: 950°C Linear gas velocity: 0, 72 m/sec Reaction vessel shape: Cylindrical V/III ratio: 50 AQN grown on a Si substrate under the above conditions
Figure 2 (a) is a RHEED photograph of the thin film.
（ｂ）、（Ｃ）に示す。各々は反応圧力が異なってい−８る６第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかなように
ＡＱＮの構造を示すスポットが観察され、原料ガスを混
合しかつＶ／ｍ比５ｏでも良好な結晶が成長することを
示している。ＩＱｔｏｒｒではＲＨＥＥＤパターンはリ
ング状になって結晶性が多少悪化していることを示して
いる。ガスを混合しているためＩＱｔｏｒｒ程度の反応
圧力では気相反応が進み、ＡＱＮ膜の成長を阻害してい
るものと考えられる。Shown in (b) and (C). As is clear from Figure 2 (a), (b), and (c), spots showing the structure of AQN were observed, and the reaction pressure was different in each case. It is shown that good crystals can be grown even at 5o. At IQtorr, the RHEED pattern has a ring shape, indicating that the crystallinity has deteriorated to some extent. Since gases are mixed, a gas phase reaction progresses at a reaction pressure of about IQtorr, which is thought to inhibit the growth of the AQN film.
Ａｌ２Ｎ薄膜の成長には１Ｑｔｏｒｒ以下であることが
望ましい条件である。このとき使用したアンモニアガス
は標準状態換算で０．０３４Ｑ１分、水素は０．０５４
乃至４．ＥＭｌ／分であり、従来方法に比べて大幅に使
用ガス量が削減されている。アンモニア量は数百分の１
となっている。A desirable condition for growing an Al2N thin film is 1 Qtorr or less. The ammonia gas used at this time was 0.034 Q1 min in terms of standard conditions, and the hydrogen was 0.054 Q1 min.
to 4. EMl/min, which significantly reduces the amount of gas used compared to conventional methods. The amount of ammonia is several hundredths
It becomes.
次に本発明の第２の実施例を以下に示す。Next, a second embodiment of the present invention will be shown below.
（第２の実施例）ＡＱＮ膜成長条件ＴＭＡ ４ Ｘ １０−’ （−／Ｌ／／分
Ｓアンモニア ２ Ｘ １０”＝モル／分水素
６．７Ｘ１０〜３乃至１．７Ｘ１０−’モル／分反応圧力 １ ｔ、ｏｒｒ反応容器形状 円筒型Ｖ１ｍ比 ５０以上のような条件によってＳｉ基板上に成長したＡＱＮ
薄膜のＲＨＥＥＤ写真を第３図（ａ）。(Second example) AQN film growth conditions TMA 4 x 10-' (-/L//min S ammonia 2 x 10" = mol/min hydrogen
6.7X10~3 to 1.7X10-' mol/min Reaction pressure 1 t, orr Reaction vessel shape Cylindrical V1m ratio 50 AQN grown on a Si substrate under the above conditions
Figure 3 (a) is a RHEED photograph of the thin film.
（ｂ）、（ｃ）に示す。各々はガス線速度が異なってい
る。第３図（ａ）、（ｂ）ｌ（ｃ）から明らがなように
、 ０．３１ ｍ／ｓｅｃの線速度ではＡＱＮ薄膜は成
長していない。線速度が小さいと気相反応によって基板
到達前に原料ガスであるＴＭＡが消費されてしまうか、
又はＴＭＡを基板に到達させるに必要なガス線速度が足
りないためと考えられる。いずれにしろ０ 、７２ ｍ
／ｓｅｃ以」二の線速度ではＲＨＥＥＤパターンはＡμ
Ｎの結晶構造を示しており、ガスを混合してもこの線速
度以上であればＡＱＮが成長することを示している。Shown in (b) and (c). Each has a different gas linear velocity. As is clear from FIGS. 3(a), 3(b) and 3(c), the AQN thin film did not grow at a linear velocity of 0.31 m/sec. If the linear velocity is low, the raw material gas TMA may be consumed by gas phase reaction before it reaches the substrate.
Alternatively, it is considered that the gas linear velocity required for TMA to reach the substrate is insufficient. In any case, 0,72 m
At linear velocities greater than /sec, the RHEED pattern is Aμ
It shows the crystal structure of N, and shows that AQN will grow even if gases are mixed if the linear velocity is higher than this.
０［発明の効果］以上述へたように本発明によれば、ＩＩＩ族ガスと■族
ガスの浪費を防ぎかつ効率よ＜ＡＱＮ薄膜を形成するこ
とができるので、ＳＡＷデバイスのような電子デバイス
に適用して効果的であり、ＳＡＷモノリシック回路実現
に大きく寄与することができる。0 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to prevent waste of Group III gas and Group II gas and to form an AQN thin film with high efficiency. It is effective when applied to SAW monolithic circuits, and can greatly contribute to the realization of SAW monolithic circuits.
第１図は本発明のＡＱＮ薄膜の製造方法を実施するため
に用いられる製造装置の構成図、第２図ために用いられ
た製造装置ｉｆｆの構成図である。７・・・ 反応容器、】Ｏ・基鈑、」４・・・・圧力調
整ニーｌ−用バルブ、」５ ・・ガス混合器。FIG. 1 is a block diagram of a manufacturing apparatus used to carry out the method of manufacturing an AQN thin film of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a manufacturing apparatus IF used for this purpose. 7...Reaction vessel, ]O base plate, 4...Pressure adjustment valve, 5...Gas mixer.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29195889AJPH03152930A (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Manufacture of aln thin film and manufacturing device thereof |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29195889AJPH03152930A (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Manufacture of aln thin film and manufacturing device thereof |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03152930Atrue JPH03152930A (en) | 1991-06-28 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29195889APendingJPH03152930A (en) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | Manufacture of aln thin film and manufacturing device thereof |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03152930A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976260A (en)* | 1992-09-07 | 1999-11-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor producing apparatus, and wafer vacuum chucking device, gas cleaning method and nitride film forming method in semiconductor producing apparatus |
| US20130029496A1 (en)* | 2011-07-29 | 2013-01-31 | Asm America, Inc. | Methods and Apparatus for a Gas Panel with Constant Gas Flow |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976260A (en)* | 1992-09-07 | 1999-11-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor producing apparatus, and wafer vacuum chucking device, gas cleaning method and nitride film forming method in semiconductor producing apparatus |
| US20130029496A1 (en)* | 2011-07-29 | 2013-01-31 | Asm America, Inc. | Methods and Apparatus for a Gas Panel with Constant Gas Flow |
| US8728239B2 (en)* | 2011-07-29 | 2014-05-20 | Asm America, Inc. | Methods and apparatus for a gas panel with constant gas flow |
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