專利名稱：氮化鋁膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鋁薄膜的形成方法，用于在半導(dǎo)體制造工藝等所使用的部件的表面形成氮化鋁薄膜。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造的干法工藝中，作為蝕刻、清潔用的氣體，多采用反應(yīng)性能高的氟類、氯類等鹵素類腐蝕性氣體，對于與這些腐蝕性氣體接觸的部件，要求具有較高的耐蝕性。以往，作為被處理物以外的部件，且與這些腐蝕性氣體接觸的部件，氧化鋁和氮化鋁或氧氮化鋁的燒結(jié)體等對鹵素類腐蝕性氣體的耐蝕性較高，被認(rèn)為較適合。另外，近年來，采用火焰噴涂法、濺射法、化學(xué)氣相淀積(CVD)等方法在金屬和碳等廉價(jià)部件的表面形成氧化鋁薄膜、氮化鋁薄膜或氧氮化鋁薄膜，這種技術(shù)有很大的發(fā)展。氧化鋁和氧氮化鋁對于氟類氣體的耐蝕性比氮化鋁更高，這是公知的。在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種具有氮化鋁(AIN)結(jié)晶、氧化鋁(AlxOy)結(jié)晶、以及氧氮化鋁(AlxNyOz) 結(jié)晶的Al-O-N類復(fù)合材料和其合成方法。然而，與氮化鋁相比，熱膨脹率高的氧化鋁和氧氮化鋁具有耐熱沖擊性低，薄膜上易產(chǎn)生裂紋或破裂的缺點(diǎn)。專利文獻(xiàn)2公開了一種技術(shù)，在由摻雜了熱分解氮化硼(pBN)、 熱分解石墨(PG)以及/或碳的氮化硼構(gòu)成的基板上，形成由氮化鋁(AIN)、氧化鋁(Al2O3)、 氧氮化鋁(AlON)或它們的組合中的任意一種構(gòu)成的保護(hù)膜，并且，通過對保護(hù)膜作用壓縮應(yīng)力，在維持尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，能夠減少裂紋的數(shù)量。但是，作用于薄膜的應(yīng)力是壓縮應(yīng)力還是拉伸應(yīng)力根據(jù)被形成的基體材料的熱膨脹率而不同，因此，專利文獻(xiàn)2 中的公開僅對具有一定熱膨脹率的基體材料有效。專利文獻(xiàn)1 日本特許第30M712號(hào)說明書專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-16272號(hào)公報(bào)近年，在半導(dǎo)體制造工藝中所使用的基座、夾環(huán)、加熱器等部件被大型化，達(dá)到 φ 3 0 Omm (12英寸)以上，隨著部件的大型化，其所承受的熱應(yīng)力也同樣增大，因此， 耐熱沖擊性低的氧化鋁和氧氮化鋁燒結(jié)體雖然顯示比氮化鋁更高的對氟類氣體的耐蝕性， 但作為這些部件的材料使用是有困難的。即使在由一般的氮化鋁薄膜被覆于半導(dǎo)體制造工藝所使用的被處理物以外的部件的表面的情況下，隨著晶片的大型化，基材也逐漸被大型化，形成裝置的形成空間也需要大型化。這樣，就導(dǎo)致氮化鋁薄膜的原料氣體到達(dá)被覆部件的距離變長，原料氣體在到達(dá)被覆部件之前先發(fā)生反應(yīng)，并且，形成氮化鋁顆粒。其結(jié)果，在以往的形成條件下，形成于被覆部件表面的氮化鋁薄膜成為粉末狀薄膜，且不能形成形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種采用CVD法形成氮化鋁薄膜的方法，其目的在于提供一種形成耐熱
3沖擊性高、質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜的形成方法。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明者經(jīng)過反復(fù)地銳意研究，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過在含鋁原子(Al)的氣體和含氮原子(N)的氣體中，混合含氧原子(0)的氣體，并且，朝著由氮化鋁薄膜被覆的被處理物供給，能夠形成耐熱沖擊性高、質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。本發(fā)明基于相關(guān)知識(shí)，通過一種氮化鋁薄膜的形成方法達(dá)到本發(fā)明的上述目的， 其特征在于將含鋁原子(Al)的氣體、含氮原子(N)的氣體以及含氧原子(0)的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。通過供給含鋁原子(Al)的氣體、含氮原子(N)的氣體以及含氧原子(0)的氣體， 能夠形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜的理由還不能絕對確定，但估計(jì)可能是因?yàn)橥ㄟ^在含鋁原子(Al)的氣體和含氮原子(N)的氣體中混合含氧原子(0)的氣體，抑制了含鋁原子(Al) 和氮原子(N)的氣體的反應(yīng)，在時(shí)間上推遲氮化鋁的生成。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，含鋁原子(Al)的氣體和含氮原子(N)的氣體通過不同的流動(dòng)路徑，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。在本發(fā)明中，含氧原子(0)的氣體可以從與含氮原子(N)的氣體的流動(dòng)路徑或含鋁原子(Al)的氣體的流動(dòng)路徑不同的流動(dòng)路徑通過，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中， 也可以在含氮原子(N)的氣體的流動(dòng)路徑中，與含氮原子(N)的氣體混合，并被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中，還可以在含鋁原子(Al)的氣體的流動(dòng)路徑中，與含鋁原子(Al)的氣體混合，并被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，含鋁原子的氣體和含氧原子的氣體，鋁原子與氧原子的摩爾比(A1/0)為1彡A1/0彡100，并被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。更優(yōu)選的是， 5 彡 A1/0 彡 30。在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，將含鋁原子(Al)的氣體、含氮原子(N)的氣體、含氧原子 (0)的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中的供給管為二層構(gòu)造或三層構(gòu)造。在本發(fā)明中，作為含氧原子(0)的氣體，優(yōu)選采用從由O2氣體、H2O氣體、NOx氣體、 COx氣體組成的組中選出的氣體。在本發(fā)明中，作為含鋁原子(Al)的氣體，優(yōu)選采用從由三甲基鋁氣(TMA)和氯化鋁氣組成的組中選出的氣體。在本發(fā)明中，當(dāng)?shù)X薄膜的形成裝置中的與含氧原子(0)的氣體接觸的部件是由碳制成時(shí)，在將含氧原子(0)的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中之前，先將含從熱分解氮化硼(PBN)、熱分解石墨(PG)、含硼熱分解石墨(B-PG)、氮化鋁(AIN)、碳化硅(SiC) 組成的組中選出的化合物的、且不含氧原子的氣體供給到上述氮化鋁薄膜的形成裝置中， 并由上述不含氧原子的氣體中所含的上述化合物被覆上述由碳制成的部件。下面，說明本發(fā)明的效果。按照本發(fā)明，能夠提供一種采用CVD法形成氮化鋁薄膜的方法，且該方法為形成耐熱沖擊性高、質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜的氮化鋁薄膜的形成方法。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的縱截面圖；圖2是設(shè)置在圖1所示氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管的主視圖3是設(shè)置在圖1所示氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管的縱截面圖；圖4是設(shè)置在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管的主視圖；圖5是圖4所示的氣體供給管的縱截面圖；圖6是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的縱截面圖；圖7是表示通過實(shí)施例1形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線的圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的縱截面圖。如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置是立式構(gòu)造，包括碳制的外筒1、碳制的內(nèi)筒2、配置在外筒1和內(nèi)筒2之間的碳制的加熱器3、載置用氮化鋁薄膜被覆的被處理物的碳制載置臺(tái)4、使得載置臺(tái)4旋轉(zhuǎn)、以使形成于被處理物表面的氮化鋁薄膜的膜厚分布均勻的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5、以及將原料氣體供給到內(nèi)筒2中的氣體供給管6。圖2是從設(shè)置在圖1所示氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管6的長度方向看出的主視圖；圖3是氣體供給管6的縱截面圖。如圖2和圖3所示，設(shè)置在本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管 6形成包括外管6a和內(nèi)管6b的二層構(gòu)造。在本實(shí)施例中，氮化鋁薄膜的形成裝置內(nèi)部的溫度被控制在例如100°C，氨氣等含氮原子(N)的高溫氣體和O2氣體、H2O氣體、NOx氣體、COx氣體等含氧原子(0)的高溫氣體的混合氣體從氣體供給管6的外管6a被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁等含鋁原子(Al)的高溫氣體從內(nèi)管6b被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2中。這樣，由于從氣體供給管6供給高溫氣體，因此，氣體供給管6的外管6a和內(nèi)管6b 是由熱分解氮化硼(PBN)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)和高熔點(diǎn)金屬等耐熱性高的材料制成。在圖1至圖3所示的本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置中，由于外筒1、內(nèi)筒 2、加熱器3、載置被處理物的載置臺(tái)4都是由廉價(jià)的碳制成，若將高溫且含氧原子(0)的氣體供給到內(nèi)筒2中，則導(dǎo)致氣體中所含的氧與碳制的外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4 發(fā)生反應(yīng)，被消耗，因此，氮化鋁薄膜的形成裝置中不能供給含氧原子(0)的高溫氣體。于是，本實(shí)施例中，在氮化鋁膜的形成之前，先將熱分解氮化硼(pBN)、熱分解石墨 (PG)、含硼熱分解石墨(B-PG)、氮化鋁(AIN)、碳化硅(SiC)等不含氧原子的氣體供給到內(nèi)筒2中，并且，在被覆碳制的外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4的表面之后，再將含氧原子(0)的氣體供給到內(nèi)筒2中。在使用如上述構(gòu)成的本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置，由氮化鋁薄膜被覆被處理物表面時(shí)，首先，熱分解氮化硼(pBN)、熱分解石墨(PG)、含硼熱分解石墨(B-PG)、氮化鋁(AIN)、碳化硅(SiC)等不含氧原子的氣體被供給到內(nèi)筒2中，碳制的外筒1、內(nèi)筒2、 加熱器3以及載置臺(tái)4的表面由熱分解氮化硼(pBN)等不含氧原子的氣體中所含的成分被覆。接著，由氮化鋁薄膜被覆的被處理物被載置在載置臺(tái)4上。
這樣，碳制的外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4的表面經(jīng)過被覆后，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5使得載置有被處理物的載置臺(tái)4旋轉(zhuǎn)，氨氣等含氮原子(N)的氣體與氧氣等含氧原子 (0)的氣體混合的氣體從氣體供給管6的外管6a被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2 中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體從內(nèi)管6b被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2中。其結(jié)果，氨氣等含氮原子(N)的氣體、O2氣體、H2O氣體、NOx氣體、COx氣體等含氧原子(0)的氣體以及三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體在被混合的基礎(chǔ)上，到達(dá)被處理物的表面，因此，能夠穩(wěn)定地控制混合氣體中的氮原子(N)、氧原子(0)以及鋁原子(Al)的成分比，因此，能夠在被處理物的表面形成成分比穩(wěn)定的氮化鋁薄膜。這里，從氣體供給管6的外管6a被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2中含鋁原子(Al)的氣體和含氧原子(0)的氣體中所含的鋁原子(Al)與氧原子(0)的摩爾比(Al/ 0)優(yōu)選1 < Α1/0< 100。當(dāng)?shù)X薄膜的形成裝置中被供給的鋁原子(Al)與氧原子(0) 的摩爾比(A1/0)未滿1時(shí)，在供給含氮原子的氣體和含鋁原子的氣體以外，供給含氧原子的氣體所產(chǎn)生的影響過大，在形成于被處理物表面的氮化鋁薄膜中，生成氧化鋁結(jié)晶相或氧氮化鋁結(jié)晶相，降低耐熱沖擊性，因此不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)鋁原子(Al)與氧原子(0)的摩爾比(A1/0)超出100時(shí)，在含氮原子的氣體和含鋁原子的氣體以外，供給含氧原子的氣體所產(chǎn)生的影響過小，形成在被處理物表面的氮化鋁薄膜成為粉末狀，因此不優(yōu)選。若鋁原子與氧原子(0)的摩爾比(A1/0)為5彡Al/0 ^ 30，則能夠制成質(zhì)地更細(xì)密的氮化鋁薄膜，更優(yōu)選。如上所述，在本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置中，氨氣等含氮原子(N)的氣體從氣體供給管6的外管6a被供給到內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al) 的氣體從內(nèi)管6b被供給到內(nèi)筒2中，因此，能夠有效地防止以下問題在到達(dá)被載置于氮化鋁薄膜的形成裝置的載置臺(tái)4上的被處理物之前，氮和鋁發(fā)生反應(yīng)，形成氮化鋁顆粒，并且，形成在被處理物表面的氮化鋁薄膜成為粉末狀。按照本發(fā)明，氨氣等含氮原子(N)的氣體與氧氣等含氧原子(0)的氣體的混合氣體從氣體供給管6的外管6a被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體從內(nèi)管6b被供給到內(nèi)筒2中，因此，能夠形成耐熱沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。圖4是設(shè)置在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管6的主視圖；圖5是氣體供給管6的縱截面圖，本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置，氣體供給管6的構(gòu)造不同，除此之外，與圖1所示的氮化鋁薄膜的形成裝置具有相同的構(gòu)成。如圖4和圖5所示，設(shè)置在本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的氣體供給管 6形成包括外管6a、中央管6c和內(nèi)管6b的三層管構(gòu)造。在本實(shí)施例中，分別構(gòu)成為氨氣等含氮原子(N)的氣體從氣體供給管6的外管 6a被供給到內(nèi)筒2中，O2氣體、H2O氣體、NOx氣體、COx氣體等含氧原子(0)的氣體從中央管6c被供給到內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體從內(nèi)管6b被供給到內(nèi)筒2中。在本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置中，也構(gòu)成為氨氣等含氮原子(N)的氣體從氣體供給管6的外管6a被供給到內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al) 的氣體從內(nèi)管6b被供給到內(nèi)筒2中，因此，能夠有效地防止以下問題在到達(dá)氮化鋁薄膜的形成裝置的載置臺(tái)4上所載置的被處理物之前，氮與鋁發(fā)生反應(yīng)，形成氮化鋁顆粒，并且， 形成在被處理物表面的氮化鋁薄膜成為粉末狀。在本實(shí)施例中，還構(gòu)成為氨氣等含氮原子(N)的氣體從氣體供給管6的外管6a 被供給到內(nèi)筒2中，氧氣等含氧原子(0)的氣體從中央管6c被供給到內(nèi)筒2中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體從內(nèi)管6b被供給到內(nèi)筒2中，因此，能夠形成耐熱沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。圖6是本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置的縱截面圖。如圖6所示，本實(shí)施例涉及的氮化鋁薄膜的形成裝置形成臥式構(gòu)造，并包括碳制的圓筒11，在圓筒11中，配置有碳制的加熱器12、載置被處理物的碳制的載置臺(tái)13以及將原料氣體供給到圓筒11中的氣體供給管14。圖6中未顯示，氣體供給管14與圖2和圖3所示的氣體供給管6相同，形成二層管構(gòu)造，或與圖4和圖5所示的氣體供給管6相同，形成三層管構(gòu)造。當(dāng)氣體供給管14形成二層管構(gòu)造時(shí)，與圖1至圖3所示的氮化鋁薄膜的形成裝置相同，含氧原子(0)的氣體和含鋁原子(Al)的氣體被混合后生成的混合氣體，從氣體供給管6的外管6被供給到圓筒11中，含氮原子(N)的氣體從氣體供給管6的內(nèi)管被供給到圓筒11中，在被載置于載置臺(tái)13上的被處理物的表面形成氮化鋁薄膜。另一方面，當(dāng)氣體供給管14形成三層管構(gòu)造時(shí)，與圖4和圖5所示的氮化鋁薄膜的形成裝置相同，氨氣等含氮原子(N)的氣體從氣體供給管14的未圖示的外管被供給到圓筒11中，氧氣等含氧原子(0)的氣體從未圖示的中央管被供給到圓筒11中，三甲基鋁氣和氯化鋁氣等含鋁原子(Al)的氣體從未圖示的內(nèi)管被供給到圓筒11中，在被載置于載置臺(tái) 13上的被處理物的表面形成氮化鋁薄膜。在本實(shí)施例中，含氮原子(N)的氣體與含鋁原子(Al)的氣體從氣體供給管14中被相互隔開的空間通過，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的圓筒11中，因此，能夠有效地防止以下問題在被供給到圓筒11中之前，氮與鋁發(fā)生反應(yīng)，形成氮化鋁顆粒，并且，形成在被處理物表面的氮化鋁薄膜成為粉末狀。在本實(shí)施例中，除了含氮原子的氣體和含鋁原子的氣體以外，還加上含氧原子的氣體被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的圓筒11中，因此，能夠形成耐熱沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。實(shí)施例下面，例舉實(shí)施例和比較例，以明確本發(fā)明的效果。實(shí)施例1使用包括圖1至圖3所示的二層管構(gòu)造的氣體供給管，并構(gòu)成φ 5 0 0 mmx 1 5 0 0 mm的立式氮化鋁薄膜的形成裝置，在載置于載置臺(tái)上的 50mm X 50mm X Imm的氮化鋁基材的表面，通過以下工序，形成氮化鋁薄膜。首先，從氣體供給管將氮化鋁(AIN)氣體供給到膜形成裝置中，在設(shè)置于氮化鋁薄膜的形成裝置的碳制外筒、碳制內(nèi)筒、碳制加熱器的表面形成氮化鋁薄膜，之后，在氮化鋁薄膜的形成裝置的載置臺(tái)上設(shè)置被處理物。
接著，將氮化鋁薄膜的形成裝置中的溫度設(shè)為1000°C，同時(shí)，將氮化鋁薄膜的形成裝置中的壓力設(shè)為lOOPa，之后，將混合了氨氣與氧氣的氣體從氣體供給管的外管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，并且，將三甲基鋁(TMA)氣從氣體供給管的內(nèi)管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，在50mm X 50mm X Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m 膜厚的氮化鋁薄膜。這里，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)與被供給到氮化鋁的形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比 (A1/0)設(shè)為 10。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量。其結(jié)果，得到圖7所示的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線。如圖7所示，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE_8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。比較例1使用與實(shí)施例1所使用的相同的氮化鋁薄膜的形成裝置，不將氧氣供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，僅將氨氣從供給管的外管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，以取代混合有氨氣和氧氣的混合氣體，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例1相同，在 50mm X 50mm X Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800” (商品名)對這樣獲得的氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，氮化鋁薄膜的截面為粉末狀，且不能形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。實(shí)施例2使用包括圖4和圖5所示的包括外管6a、中央管6c和內(nèi)管6b的三層管構(gòu)造的氣體供給管，并構(gòu)成如圖1所示的φ 5 0 Ommxl 5 0 0 mm的立式氮化鋁薄膜的形成裝置，在50mm X 50mm X Imm的氮化鋁基材的表面，通過以下工序，形成氮化鋁薄膜。首先，從氣體供給管將氮化鋁(AIN)氣體供給到膜形成裝置中，在設(shè)置于氮化鋁薄膜的形成裝置的碳制外筒、碳制內(nèi)筒、碳制加熱器的表面形成氮化鋁薄膜，之后，在氮化鋁薄膜的形成裝置的載置臺(tái)上設(shè)置被處理物。接著，將氮化鋁薄膜的形成裝置中的溫度設(shè)為1000°C，同時(shí)，將氮化鋁薄膜的形成裝置中的壓力設(shè)為lOOPa，之后，將氨氣從氣體供給管的外管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，并且，將氧氣從氣體供給管的中央管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，并且，將三甲基鋁(TMA)氣從氣體供給管的內(nèi)管供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中，在 50mm X 50mm X Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。這里，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)，與被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比(A1/0)設(shè)為1。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍
8射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE_8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。實(shí)施例3將被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)與被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比 (A1/0)設(shè)為10，除了這一點(diǎn)之夕卜，與實(shí)施例2相同，在50mmX50mmX Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。實(shí)施例4將被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)，與被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比 (A1/0)設(shè)為100，除此以外，與實(shí)施例2相同，在50mmX50mmXlmm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE_8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。比較例2將被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)，與被供給到氮化鋁的形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比(Al/ 0)設(shè)為0. 1，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例2相同，在50mmX50mmXlmm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中不僅確認(rèn)到氮化鋁的峰，還確認(rèn)到氧氮化鋁的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE_8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密，但可能由于生成了氧氮化鋁，導(dǎo)致熱沖擊變?nèi)酰∧ち验_。比較例3將被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒中的三甲基鋁(TMA)氣中所含的鋁原子(Al)，與被供給到氮化鋁的膜形成裝置的內(nèi)筒中的氧氣中所含的氧原子(0)的摩爾比 (A1/0)設(shè)為150，除此以外，與實(shí)施例2相同，在50mmX50mmX Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。
對這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射尺1附-250(^冊”(商品名)，在2 0 =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中不僅確認(rèn)到氮化鋁的峰，還確認(rèn)到氧氮化鋁的峰。使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800” (商品名)對這樣獲得的氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與比較例1相同，氮化鋁薄膜為粉末狀，且不能形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。實(shí)施例5使用二氧化氮(NO2)氣體取代氧氣，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例1相同，在 50mmX50mmXlmm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。這里，二氧化氮?dú)怏w的流量設(shè)為其氧原子的數(shù)量與實(shí)施例1的氧氣中所含的氧原子的數(shù)量相同。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE_8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。實(shí)施例6使用二氧化碳(CO2)氣體取代氧氣，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例1相同，在 50mmX50mmXlmm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。這里，二氧化碳?xì)怏w的流量設(shè)為其氧原子的數(shù)量與實(shí)施例1的氧氣中所含的氧原子的數(shù)量相同。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。實(shí)施例7使用水蒸氣(H2O)取代氧氣，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例1相同，在 50mmX 50mmX Imm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。這里，水蒸氣的流量設(shè)為其氧原子的數(shù)量與實(shí)施例1的氧氣中所含的氧原子的數(shù)量相同。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰值，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰值。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。實(shí)施例8使用氯化鋁氣取代三甲基鋁氣，除了這一點(diǎn)之外，與實(shí)施例1相同，在 50mmX50mmXlmm的氮化鋁基材的表面形成具有100 μ m膜厚的氮化鋁薄膜。這里，氯化鋁氣的流量設(shè)為其鋁原子的數(shù)量與實(shí)施例1的三甲基鋁氣中所含的鋁原子的數(shù)量相同。對于這樣形成的氮化鋁薄膜的X射線衍射曲線，使用株式會(huì)社理學(xué)生產(chǎn)的“X射線衍射RINT-2500VHF” (商品名)，在2 θ =20°至80°的范圍內(nèi)進(jìn)行測量，結(jié)果，X射線衍射曲線中僅出現(xiàn)氮化鋁的峰，沒有確認(rèn)到其他組成相的峰。而且，使用株式會(huì)社KEYENCE生產(chǎn)的電子顯微鏡“VE-8800”(商品名)對氮化鋁薄膜的截面進(jìn)行觀察，結(jié)果，與實(shí)施例1相同，氮化鋁薄膜的截面為柱狀，且質(zhì)地細(xì)密。從實(shí)施例1和比較例1中可以看出，氮化鋁薄膜的成膜形成裝置中不供給含氧原子(0)的氣體，而是僅供給含氮原子(N)的氣體和含鋁原子(Al)的氣體時(shí)，由于氣體在到達(dá)被處理物之前，氮和鋁發(fā)生反應(yīng)，形成氮化鋁顆粒，因此，形成在被處理物表面的氮化鋁薄膜為粉末狀，且不能形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。與此相反，除了含氮原子(N)的氣體和含鋁原子(Al)的氣體之外，氮化鋁薄膜的形成裝置中還供給了含氧原子(0)的氣體時(shí)，就能夠有效地防止氣體在到達(dá)被處理物之前，氮和鋁發(fā)生反應(yīng)，形成氮化鋁顆粒，從而能夠形成耐熱沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。從實(shí)施例2至4以及比較例2和3中可以看出，當(dāng)鋁原子與氧原子的摩爾比(Al/ 0)設(shè)為1、10或100，將含鋁原子的氣體和含氧原子的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中時(shí)，能夠形成耐熱沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。但是，當(dāng)鋁原子與氧原子的摩爾比(A1/0)設(shè)為150，將含鋁原子的氣體和含氧原子的氣體供給到氮化鋁膜的形成裝置中時(shí)，所形成的氮化鋁薄膜為粉末狀，且不能形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜。當(dāng)鋁原子與氧原子的摩爾比(A1/0)設(shè)為0.1，將含鋁原子的氣體和含氧原子的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中時(shí)，雖然能夠形成質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜，但由于生成了氧氮化鋁，導(dǎo)致熱沖擊性變?nèi)酰X薄膜裂開。因此，優(yōu)選鋁原子與氧原子的摩爾比(A1/0)設(shè)為1彡A1/0彡100，將含鋁原子的氣體和含氧原子的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。而且，從實(shí)施例1和實(shí)施例2至4中可以看出，只要是含氮原子的氣體和含鋁的氣體從不同流動(dòng)路徑通過，被供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中，則將氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中的氣體供給管的構(gòu)造就不受特別限定，可以是二層管構(gòu)造，也可以是三層管構(gòu)造。從實(shí)施例1、實(shí)施例2以及實(shí)施例5至7中可以看出，含氧原子的氣體的種類不受特別限定，另外，從實(shí)施例8中可以看出，含鋁原子的氣體的種類也不受特別限定。本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，可以在權(quán)利要求所記載的發(fā)明的范圍內(nèi)做各種修改，這些修改都應(yīng)該包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在上述實(shí)施例中，氮化鋁薄膜的形成裝置包括碳制外筒1、碳制內(nèi)筒2、配置在外筒1和內(nèi)筒2之間的碳制加熱器3、碳制載置臺(tái)4，但外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4并不一定需是碳制的。上述實(shí)施例中，在被處理物表面形成氮化鋁薄膜之前，熱分解氮化硼(pBN)、熱分解石墨(PG)、含硼熱分解石墨(B-PG)、氮化鋁(AIN)、碳化硅(SiC)等不含氧原子的氣體先被供給到內(nèi)筒2中，碳制的外筒1、內(nèi)筒2以及加熱器3的表面由氣體中所含的成分被覆，但當(dāng)外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4由耐氧化性能高的材料形成時(shí)，在被處理物表面形成氮化鋁薄膜之前，并不一定需要先將熱分解氮化硼(PBN)、熱分解石墨(PG)、含硼熱分解石墨(B-PG)、氮化鋁(AIN)、碳化硅(SiC)等不含氧原子的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中，可由不含氧原子的氣體中所含的成分被覆外筒1、內(nèi)筒2、加熱器3以及載置臺(tái)4的表面。而且，在圖1至圖5所示的實(shí)施例中，包括使載置臺(tái)4旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5，但是，并不一定非需要設(shè)置使載置臺(tái)4旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5不可。 在圖1至圖3所示的實(shí)施例中，使用具有包括外管6a和內(nèi)管6b的二層構(gòu)造的氣體供給管6，圖4和圖5所示的實(shí)施例中，使用具有包括外管6a、內(nèi)管6b以及中央管6c的三層構(gòu)造的氣體供給管6，但是，并不一定非要使用具有二層構(gòu)造的氣體供給管6或具有三層構(gòu)造的氣體供給管6，只要是在從氣體供給管6供給到氮化鋁薄膜的形成裝置的內(nèi)筒2之前，含氮原子(N)的氣體和含鋁原子(Al)的氣體不接觸的構(gòu)成，氣體供給管6的構(gòu)造就不受特別限定，也可使用多個(gè)氣體供給管6。
權(quán)利要求
1.一種氮化鋁薄膜的形成方法，其中，將含鋁原子的氣體、含氮原子的氣體、含氧原子的氣體供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，所述含鋁原子的氣體和所述含氮原子的氣體通過不同的流動(dòng)路徑，供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，在將所述含氧原子的氣體供給到所述氮化鋁薄膜的形成裝置中之前，先與所述含氮原子的氣體或所述含鋁原子的氣體混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任意一項(xiàng)中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，將所述含鋁原子的氣體和所述含氧原子的氣體，以鋁原子與氧原子的摩爾比為1 < Al/0 ^ 100的狀態(tài)供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，將所述含鋁原子的氣體和所述含氧原子的氣體，以鋁原子與氧原子的摩爾比為5 ^ Al/0 ^ 30的狀態(tài)供給到氮化鋁薄膜的形成裝置中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任意一項(xiàng)中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，由形成二層構(gòu)造或三層構(gòu)造的供給管將所述含鋁原子的氣體、所述含氮原子的氣體、所述含氧原子的氣體供給到所述氮化鋁薄膜的形成裝置中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任意一項(xiàng)中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，作為所述含氧原子的氣體，使用從由O2氣體、H2O氣體、NOx氣體、COx氣體所組成的組中選出的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任意一項(xiàng)中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，其中，作為所述含鋁原子的氣體，使用從由三甲基鋁氣和氯化鋁所組成的組中選出的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8的任意一項(xiàng)中記載的氮化鋁薄膜的形成方法，所述氮化鋁薄膜的形成裝置中的與所述含鋁原子的氣體、所述含氮原子的氣體、所述含氧原子的氣體接觸的部件由碳制成，在將所述含氧原子的氣體供給到所述氮化鋁薄膜的形成裝置中之前，先將含從由熱分解氮化硼、熱分解石墨、含硼熱分解石墨、氮化鋁以及碳化娃組成的組中選出的化合物的，且不含氧原子的氣體供給到所述氮化鋁薄膜的形成裝置中，由所述不含氧原子的氣體中所含的所述化合物被覆所述由碳制成的部件的表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用CVD法，形成耐沖擊性高，且質(zhì)地細(xì)密的氮化鋁薄膜的形成方法，在含鋁原子(Al)的氣體和含氮原子(N)的氣體中，混合含氧原子(O)的氣體，并且，朝著由氮化鋁薄膜被覆的被處理物供給。
文檔編號(hào)C23C16/455GK102453884SQ20111032593
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者加藤公二, 山村和市, 狩野正樹 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社