酸化膜形成方法、ＭＯＳデバイス製造方法、ＭＯＳトランジスタ製造方法、ＳｉＯｘ粉末、及びＳｉＯｘ粉末製造方法
【課題】ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を窒化物半導体の上に作成する。
【解決手段】本発明による酸化膜形成方法は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発により、窒化物半導体部材の上にＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程と備えている。原料のＳｉＯｘ粉末は、下記特性を有している：（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。
【解決手段】本発明による酸化膜形成方法は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発により、窒化物半導体部材の上にＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程と備えている。原料のＳｉＯｘ粉末は、下記特性を有している：（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜形成方法、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）デバイス製造方法、ＳｉＯｘ粉末、及びＳｉＯｘ粉末製造方法に関し、特に、ＧａＮのような窒化物半導体を用いて良好な特性を有するＭＯＳ構造を形成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンと比較して高い絶縁破壊電界、高い飽和速度、高い電子移動度、及び良好な熱伝導性を有する窒化物半導体を用いた窒化物半導体電子デバイスは、シリコン電子デバイスよりも優れた性能を実現する電子デバイスとして期待されている。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体電子デバイスの普及は、現段階では限られている。現在までに実用化された窒化物半導体電子デバイスとしては、ＧａＮとＡｌＧａＮとのヘテロ接合を利用したＨＥＭＴ（high electron mobility transistor）が挙げられる。しかし、ＨＥＭＴは、アナログ回路に使用される電子デバイスである上、複雑な構造、大きなゲート電流、ノーマリオフのデバイスの作成の困難性等の様々な問題がある。
【０００４】
窒化物半導体でＭＯＳ構造を作成することができれば、窒化物半導体電子デバイスが様々な用途に応用可能になる。例えば、ＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタを窒化物半導体で実現することができれば、窒化物半導体によってＣＭＯＳ集積回路を作成可能になり、これは、窒化物半導体電子デバイスの応用を大きく広げることになる。
【０００５】
窒化物半導体で良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するための一つの障害は、ゲート絶縁膜の形成の困難性である。シリコン基板の上に高品位のシリコン酸化膜を形成することが容易である一方、窒化物半導体の上に高品位のシリコン酸化膜を形成することは、一般に、困難である。
【０００６】
ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着は、低温のプロセスで高品位のシリコン酸化膜を形成するために有望な技術の一つであると考えられている。ここで、「ＳｉＯｘ粉末」とは、シリコンが完全に酸化されたＳｉＯ２粉末ではない、酸化されていないシリコンを含んでいるような粉末を意味している。例えば、Sameshima et al., "Improvement of SiO2 Properties an Silicon Surface Passivation by Heat Treatment with High-Pressure H2O Vapor", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37 (1998) pp. L1452-L1454は、高圧の水蒸気で熱処理することにより、真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜（ｘ＜２）の特性を向上させる技術を開示している。更に、本願の一出願人は、特開２００４−３３１４８０号公報において、シリコン集積回路におけるゲート酸化膜に利用可能な、良好な絶縁破壊電圧を有する絶縁膜を真空蒸着で形成するために好適なＳｉＯｘ粉末の製造方法を開示している。また、Nakamura et al., "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)", Solid State Communications, Vol. 50, No. 12, pp. 1079-1081, 1984は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着によって得られたＳｉＯｘ膜の赤外吸収スペクトルについて議論している。
【０００７】
しかしながら、発明者の検討によれば、上述の技術では、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を窒化物半導体の上に作成するためには充分でない。より具体的には、上記の技術で作成された酸化膜は、絶縁性が充分に高くなく、また、半導体／酸化膜界面の準位密度や、酸化膜中の電荷密度が充分に低くない。したがって、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成し、これにより、良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するための技術の提供が望まれている。
【非特許文献１】Sameshima et al., "Improvement of SiO2 Properties an Silicon Surface Passivation by Heat Treatment with High-Pressure H2O Vapor", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37 (1998) pp. L1452-L1454
【非特許文献２】Nakamura et al., "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)", Solid State Communications, Vol. 50, No. 12, pp. 1079-1081, 1984
【特許文献１】特開２００４−３３１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明による酸化膜形成方法は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発により、窒化物半導体部材の上にＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程とを備えている。
【００１０】
発明者らの知見の一つは、ＳｉＯｘ粉末の特性の最適化が重要であるということである。発明者は、下記の性質を有するＳｉＯｘ粉末を使用することが、高品位の酸化膜を窒化物半導体の上に作成することを可能にすることを発見した：
（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。
【００１１】
このような状態のＳｉＯｘ粉末を原料として真空蒸着によって窒化物半導体基板の上にＳｉＯｘ膜を堆積させると、堆積されたＳｉＯｘ膜には、弱いＳｉ−Ｓｉ結合が多く含まれる。ＳｉＯｘ膜の酸化の際、ＳｉＯｘ膜に含まれる弱いＳｉ−Ｓｉ結合は紫外線の照射によって容易に分離され、低温の酸化雰囲気によってＳｉＯｘ膜がより完全に酸化される。このため、本発明の酸化膜形成方法によれば、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成することができる。
【００１２】
堆積されたＳｉＯｘ膜の酸化に使用される酸化雰囲気は、水蒸気を含む雰囲気であることが望ましい。
【００１３】
ＳｉＯｘ粉末は、モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させて生成されることが好適である。この場合、前記反応領域におけるガス流れに垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００であることが望ましい。
【００１４】
本発明の酸化膜形成方法は、窒化物半導体のＭＯＳ構造のシリコン酸化膜、及び、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の形成に適用されることが好適である。
【００１５】
本発明のＳｉＯｘ粉末製造方法は、モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させてＳｉＯｘ粉末を生成する工程を備えている。前記反応領域におけるガス流に垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００である。このような製造方法によれば、上述の（１）〜（３）の性質を有するＳｉＯｘ粉末を製造することができる。
【００１６】
前記反応容器の前記反応領域は円筒形である場合には、前記反応領域の内径は、８０ｍｍ以上であることが好ましい。また、反応の際の前記反応容器の圧力が１０〜１０００ｋＰａであり、前記反応容器の内部の温度が５００〜１０００℃であることが好ましい。
【００１７】
前記モノシランガスと酸化性ガスとは、前記反応容器に交互に導入されることが好ましい。その代わりに、前記酸化性ガスが前記反応容器に導入される導入口が、前記モノシランガスが前記反応容器に導入される導入口よりも、下流側に位置していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態では、本発明の酸化膜形成方法が、ＭＯＳキャパシタの作成に適用される。図１は、本実施形態のＭＯＳキャパシタ１の構造を示す断面図である。ＭＯＳキャパシタ１は、シリコン基板２と、シリコン基板２の上に形成されたｎ−ＧａＮ膜３と、ｎ−ＧａＮ膜３の上に形成されたシリコン酸化膜４と、導電材料で形成された上部電極５とから構成されている。ｎ−ＧａＮ膜３と、シリコン酸化膜４と、上部電極５とにより、ＭＯＳ構造が形成されている。シリコン基板２の裏面には、導電材料で形成された下部電極６が形成されている。ＭＯＳキャパシタ１の特性は、上部電極５及び下部電極６を用いて測定可能である。上部電極５、下部電極６としては、最も典型的には、Ａｌ電極が使用される。なお、本実施形態では、ｎ−ＧａＮ膜３が使用されているが、ｐ−ＧａＮ膜が使用されることも可能である。
【００２０】
良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するためには、シリコン酸化膜４の形成の最適化が重要である。本実施形態では、シリコン酸化膜４の形成は、下記の手順で行われる：まず、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着により、ｎ−ＧａＮ膜３の上にＳｉＯｘ膜が堆積される。ＳｉＯｘ粉末の酸素量を示すパラメータ値ｘは、１．０〜１．３であることが好ましい。パラメータｘは、ＳｉＯｘ粉末のＳｉモル量をＪＩＳ−Ｒ；６１２４（単価けい素質研削材の化学分析）に準じた方法で測定し、酸素モル量を酸素窒素同時分析装置（例えばＬＥＣＯ社「ＴＣ−１３６」）を用いて測定し、Ｓｉモル量と酸素モル量の比から算出ことができる。
【００２１】
原料として使用されるＳｉＯｘ粉末は、高い純度を有していることが望ましい。具体的にはＳｉＯｘ粉末に含まれるＮａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｌの合計量が１０ｐｐｍであることが望ましく、５ｐｐｍ以下であることが一層に好ましい。ＳｉＯｘ粉末の純度は、例えば、ＩＣＰ発光分析によって分析が可能である。
【００２２】
また、ＳｉＯｘ粉末の粒径は、ＳｉＯｘ粉末の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるように、より好適には、５０ｍ２／ｇ以上である程度に微細化されることが好ましい。ＳｉＯｘ粉末の比表面積が１０ｍ２／ｇ未満であると、蒸着開始温度が高くなることがある。
【００２３】
真空蒸着によって堆積されたＳｉＯｘ膜は、ａｓ−ｄｅｐｏでは、充分に酸化された状態ではない。そこで、堆積されたＳｉＯｘ膜が、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化され、これによりシリコン酸化膜４が形成される。好適には、ＳｉＯｘ膜は、水蒸気を含む酸化雰囲気で、紫外線を照射しながらアニールすることによって酸化される。アニール温度は、好適には４００℃である。ＳｉＯｘ膜の酸化は、水蒸気を含まない酸化雰囲気で行われてもよい。ただし、よりシリコン酸化膜４の特性を良くするためには、水蒸気を含む酸化雰囲気で、ＳｉＯｘ膜が酸化されることが好ましい。
【００２４】
本実施形態では、真空蒸着の工程において原料として用いられるＳｉＯｘ粉末の性質が、良好な特性のシリコン酸化膜４を形成するために重要である。本実施形態では、真空蒸着において、下記の特性を呈するＳｉＯｘ粉末が原料として使用される：
（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。ここで、ピークの高さは、ベースラインからの高さとして定義される。また、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークは、ＳｉＯｘ粉末の内部においては表面よりも低くなることがあるが、内部においてもＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上になることに留意されたい。
【００２５】
以下では、上記の（１）〜（３）の特性を呈するＳｉＯｘ粉末を、「良好なＳｉＯｘ粉末」と呼び、そうでないＳｉＯｘ粉末を「良好でないＳｉＯｘ粉末」と呼ぶ。
【００２６】
「良好なＳｉＯｘ粉末」は、定性的には、下記の状態にあると考えられる。第１に、「良好なＳｉＯｘ粉末」は、（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合を含む）３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合の極めて小さなクラスタや、低次元的な（即ち、１次元的、又は、２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合を含むものの、３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合）を持つ大きなシリコン結晶は含まない。言い換えれば、当該ＳｉＯｘ粉末は、容易に分離されるようなＳｉ−Ｓｉ結合を含むものの、結晶を形成するような強いＳｉ−Ｓｉ結合を含まない。このことは、赤外吸収スペクトルとラマンスペクトルから裏付けられる。即ち、ＦＴＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れるということは、極めて小さなクラスタや低次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を含むことを意味している。一方、ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れないことは、３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を持つ大きなシリコン結晶を含まないことを意味している。第２に、当該ＳｉＯｘ粉末は、Ｓｉ−Ｏ結合のみならずＳｉ−Ｓｉ結合を多く含む。このことは、ＸＰＳスペクトルにおけるＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上であることから裏付けられる。
【００２７】
ＸＰＳスペクトルにおけるＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さは、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．７倍以上であることが好ましく、１．０倍以上であることは、一層に好ましい。ＳｉＯｘ粉のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク高さが高くなると、それを原料として真空蒸着によって堆積させたＳｉＯｘ膜が、より酸化されやすくなり、絶縁膜としての特性に優れる傾向がある。その理由は定かでないが、ＸＰＳスペクトルに見られるＳｉＯｘ粉中のＳｉ−Ｓｉ結合が不安定で、その結合が切れて酸素と結合しやすいからであろうと推測される。
【００２８】
上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」を原料とする真空蒸着によってＳｉＯｘ膜を堆積させ、そのＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながら酸化することにより、熱酸化膜に近い特性のシリコン酸化膜４を形成することができる。（１）〜（３）の特性を呈する「良好なＳｉＯｘ粉末」を原料とする真空蒸着によってＳｉＯｘ膜を堆積させると、堆積された状態のＳｉＯｘ膜は、弱いＳｉ−Ｓｉ結合が多く含まれる。ＳｉＯｘ膜の酸化の際、ＳｉＯｘ膜に含まれる弱いＳｉ−Ｓｉ結合が紫外線の照射によって容易に分離されるから、低温の酸化雰囲気によってＳｉＯｘ膜がより完全に酸化される。したがって、本実施形態の形成プロセスによれば、熱酸化膜に近い特性を有するシリコン酸化膜４、即ち、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスでｎ−ＧａＮ膜３の上に作成することができる。
【００２９】
上記の酸化膜形成プロセスが、ＭＯＳキャパシタ以外の他のＭＯＳデバイスにも好適に適用可能であることは、当業者には自明的であろう。例えば、上記の酸化膜形成プロセスは、ＭＯＳトランジスタや、ＭＯＳ−ＨＥＭＴのゲート酸化膜の形成に適用することが可能である。例えば、ＭＯＳトランジスタの製造は、概略的には、下記のようにして行われる。まず、窒化物半導体基板、又は窒化物半導体膜の上に上記の酸化膜形成プロセスによってシリコン酸化膜が形成される。その後、シリコン酸化膜の上にゲート電極が形成される。更に、ゲート電極がパターニングされた後、ソース、ドレインが形成される。
【００３０】
上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」を作製する好適な方法は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと酸化性ガスとを反応させることによってＳｉＯｘ粉末を作製する方法である。酸化性ガスとしては、酸素ガス、乾燥空気が使用可能であり、モノシランガスに対して酸化性を有する他のガス、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等のガスを使用することもできる。モノシランガスと酸化性ガスとの反応は、モノシランの酸化に寄与しない希釈ガスの存在下で行われることが好ましい。希釈ガスを導入することにより、生成されたＳｉＯｘ粉末の反応容器の内壁への付着の防止、反応熱の除去、及び粒成長の防止が図れる。
【００３１】
図２Ａは、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと酸化性ガスとを反応させてＳｉＯｘ粉末を作製するために好適なＳｉＯｘ粉末製造装置１０の構成を示す概念図である。ＳｉＯｘ粉末製造装置１０は、反応容器１１と、加熱装置１２と、酸化性ガス導入管１３と、モノシランガス導入管１４と、排出管１５と、バグフィルター１６とを備えている。
【００３２】
反応容器１１は、モノシランガスと酸素ガスを混合して反応させるための空間である。モノシランガスと酸素ガスの反応は、反応容器１１の、酸化性ガス導入管１３とモノシランガス導入管１４の下流に位置する領域である反応領域１１ａで行われる。本実施形態では、反応容器１１は、円筒形であり、且つ、その中心軸が水平方向であるように配置されている。ただし、反応容器１１の中心軸の方向は、鉛直方向であることも可能であり、また、反応容器１１の形状も、様々に変更可能である。
【００３３】
加熱装置１２は、反応容器１１を所望の反応温度に加熱するために使用される。詳細には、反応容器１１の内部に熱電対が設けられ、その熱電対によって反応容器１１の中心部の温度が計測される。加熱装置１２への電力の供給は、熱電対によって測定された温度に応答して行われる。加熱装置１２による加熱方法としては、例えば、抵抗加熱、高周波加熱、及び赤外輻射加熱が使用可能である。
【００３４】
酸化性ガス導入管１３は、酸化性ガスを反応容器１１に導入するために使用される。酸化性ガス導入管１３の先端には導入口１３ａが設けられており、その導入口１３ａから酸化性ガスが反応容器１１に導入される。本実施形態では、酸化性ガスとして酸素ガスが使用される。その酸素ガスは希釈ガスによって希釈されて反応容器１１に導入される。酸素ガスを希釈する希釈ガスとしては、本実施形態では窒素ガスが使用される。詳細には、酸化性ガス導入管１３は、電磁弁２１及び質量流量計（ＭＦＣ）２２を介して酸素ガスを供給する酸素ガスライン２３に接続され、更に、質量流量計２４を介して窒素ガスライン２５に接続されている。
【００３５】
モノシランガス導入管１４は、モノシランガスを反応容器１１に導入するために使用される。モノシランガス導入管１４の先端には導入口１４ａが設けられており、その導入口１４ａからモノシランガスが反応容器１１に導入される。本実施形態では、モノシランガスは希釈ガスによって希釈されて反応容器１１に導入される。モノシランガスを希釈する希釈ガスとしても窒素ガスが使用される。詳細には、モノシランガス導入管１４は、電磁弁２６及び質量流量計２７を介してモノシランガスを供給するモノシランガスライン２８に接続され、更に、質量流量計２９を介して窒素ガスライン３０に接続されている。
【００３６】
排出管１５は、生成されたＳｉＯｘ粉末を、未反応のガス及び希釈ガスと共に反応容器１１から排出する。排出管１５はバグフィルター１６に接続されており、生成されたＳｉＯｘ粉末は、バグフィルター１６によって回収される。未反応のガス及び希釈ガスは、排ガス処理装置１７によって処理される。
【００３７】
このように構成されたＳｉＯｘ粉末製造装置１０では、反応容器１１の内部が所望の反応温度に調節された状態でモノシランガスと酸素ガスが希釈ガスと共に反応容器１１に導入されると、モノシランガスと酸素ガスとが反応してＳｉＯｘ粉末が生成される。
【００３８】
発明者の知見によれば、上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の３点に留意することにより、作製可能である：
（Ａ）反応容器１１の内壁にＳｉＯｘ粉末が付着することによるガス流の乱れをなるべく小さくすること。
（Ｂ）反応容器１１の内壁における反応をなるべく抑制すること。
（Ｃ）反応容器１１の内部のガスの流れを、なるべく層流に保つこと。
【００３９】
上記の（Ａ）〜（Ｃ）の要求を満足させるためには、（ａ）反応容器１１のモノシランガスと酸化性ガスとが反応する反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすること、具体的には５０ｃｍ２以上にし、更に、（ｂ）反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２００〜２０００になるように、モノシランガス、酸化性ガス、及び希釈ガスの流量を調節すればよい。反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすることにより、反応容器１１の内壁へのＳｉＯｘ粉末の付着によるガス流の乱れを小さくし、また、反応容器１１の内壁における反応を抑制することができる。加えて、レイノルズ数が２００〜２０００であるようにガスの流れを制御することにより、反応容器１１の内部のガスの流れを、なるべく層流に保つことができる。ガスの流れを層流に保つためには、反応容器１１の反応領域１１ａが円筒形であることが好ましく、また、反応領域１１ａが円筒形である場合には、断面積を５０ｃｍ２以上にするためには、反応容器１１の内径ｄ（inner diameter）を８０ｍｍ以上にすればよい。反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数は、各ガスの密度、平均流速、反応容器１１の内径、ガスの粘度から算出可能である。
【００４０】
モノシランガスと酸素ガスとの反応の際の反応容器１１の圧力は、１０〜１０００ｋＰａであることが好ましい。反応容器１１の圧力が１０ｋＰａ未満であると、生成されたＳｉＯｘ粉末が反応容器１１の壁面に付着し、ガス流が乱れやすくなり、また、排出管１５の入口が閉塞されやすくなる。一方、圧力が１０００ｋＰａを超えると、反応容器１１の耐圧を高めるために大掛かりな設備が必要になる上、不純物が増加する傾向が出る。好ましい圧力は、３０〜１５０ｋＰａである。
【００４１】
反応温度（反応容器１１の内部の温度）は、５００〜１０００℃であることが好ましい。反応温度が５００℃未満であると、ＳｉＯ２が生成されやすくなるため好ましくない。一方、反応温度が１０００℃を超えると、単体のＳｉが生成されやすくなると共に、反応容器１１その他の部材からの不純物が多く混入する恐れが高くなるため好ましくない。反応温度は、５５０〜９５０℃であることが好ましく、６５０〜８５０℃であることが一層に好ましい。
【００４２】
モノシランガスと酸素ガスは、同時にではなく、それぞれが別の時期に交互に反応容器１１に導入されることが好ましい。理由は定かではないものの、これにより、（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合を含む）３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合の極めて小さなクラスタ、又は、低次元（即ち、１次元的、又は２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合しか含まない、部分的に酸化された「良好なＳｉＯｘ粉末」を得ることができる。この「良好なＳｉＯｘ粉末」は、ダイヤモンド構造を持つシリコンの大きな塊、即ち、結晶質シリコンは含まない。モノシランガスと酸素ガスの反応容器１１への交互の導入は、酸素ガスライン２３に接続された電磁弁２１及びモノシランガスライン２８に接続された電磁弁２６によって行われる。電磁弁２１、２６は、交互に開状態にされ、これにより、モノシランガスと酸素ガスとが交互に反応容器１１に導入される。
【００４３】
モノシランガスと酸化性ガスとを交互に供給する代わりに、図２Ｂに示されているように、酸化性ガス導入管１３の先端に設けられた導入口１３ａを、モノシランガス導入管１４の先端に設けられた導入口１４ａよりも下流側に位置させることも好適である。これにより、モノシランガスと酸素ガスを交互に反応容器に導入する場合と同様の効果が得られる。ただし、反応容器１１へのモノシランガスの供給位置と、酸化性ガスの供給位置の関係は、十分に吟味する必要がある。
【００４４】
以下では、ＳｉＯｘ粉末の作製、及び、作製されたＳｉＯｘ粉末を用いて形成されたシリコン酸化膜を含むＭＯＳ構造の実施例を説明する。
【実施例】
【００４５】
１．ＳｉＯｘ粉末の作製
図２Ｂに図示されたＳｉＯｘ粉末製造装置１０により、ＳｉＯｘ粉末が生成された。酸化性ガスとしては酸素ガスが使用され、モノシランガス及び酸素ガスを希釈する希釈ガスとしては窒素が用いられた。反応温度は、７００〜８５０℃に設定され、反応容器１１の圧力は、１００ｋＰａに設定された。反応容器１１としては、円筒形の石英ガラス管が使用され、その内径は４０〜２００ｍｍであった。反応容器１１の反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数は、１６０〜２４００に調節された。レイノルズ数は、モノシランガス、酸素ガス、窒素ガスの流量及び粘度、並びに反応容器１１の内径から算出された。モノシランガスと酸素ガスは、電磁弁２１、２６の動作によって交互に反応容器１１に導入された。
【００４６】
図３は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の作製条件を示す表である。
実施例１〜６は、本発明によるＳｉＯｘ粉末製造方法によって作成された「良好なＳｉＯｘ粉末」である。詳細には、実施例１〜４は、内径が８０ｍｍの反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。実施例５、６は、内径が２００ｍｍの反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。内径が８０ｍｍであるとき、反応容器１１の反応領域１１ａの断面積が５０．２ｃｍ２であり、内径が２００ｍｍであるとき、反応容器１１の反応領域１１ａの断面積が３１４．１ｃｍ２であることに留意されたい。実施例１〜６のいずれについても、レイノルズ数が２００〜２０００の範囲に調節されていることに留意されたい。
【００４７】
比較例１〜４は、「良好でないＳｉＯｘ粉末」である。比較例１は、レイノルズ数が過剰に小さくされて作製されたＳｉＯｘ粉末であり、比較例１の作製では、反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が１６０に調節された。比較例２、３は、内径が過剰に小さい反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。具体的には、比較例２、３は、内径がそれぞれ４０ｍｍ、６０ｍｍの反応容器１１を用いて作製されている。一方、比較例４は、レイノルズ数が過剰に大きくされて試料であり、比較例４の作製では、反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２４００に調節された。
【００４８】
作製されたＳｉＯｘ粉末に対して、フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）、ラマン分光分析、及びＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）が行われた。ラマン分光分析では、波長が５３２ｎｍ、パワーが５ｍＷの励起レーザ光が使用された。
【００４９】
図４は、実施例１〜６及び比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末の特性を示す表であり、図５Ａ〜図５Ｃは、ＦＴ−ＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルのグラフであり、図６Ａ〜図６Ｃは、ラマンスペクトルのグラフであり、図７Ａ〜図７Ｃは、ＸＰＳスペクトルのグラフである。
【００５０】
図５Ａ、図５Ｂに示されているように、実施例１〜６の「良好なＳｉＯｘ粉末」では、いずれも、ＦＴ−ＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れていた。このことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」では、容易に分離されるようなＳｉ−Ｓｉ結合（即ち、極めて小さなクラスタの３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合や、低次元的な（即ち、１次元的、又は、２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合）を含んでいることを意味している。一方、図５Ｃに示されているように、比較例１〜４の「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、８８０ｃｍ−１にピークが現れなかった。
【００５１】
また、「良好なＳｉＯｘ粉末」である実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末では、ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られなかった。図６Ａに、実施例４のラマンスペクトルを「良好なＳｉＯｘ粉末」の一例として示す。４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークがないという事実は、「良好なＳｉＯｘ粉末」が強固な３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を含まないということを意味している。
【００５２】
一方、「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークが表れることがあった。図６Ｂは、「良好でないＳｉＯｘ粉末」について測定されたラマンスペクトルを示すグラフである。図６Ｂの「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、約５２３ｃｍ−１にピークが現れた。このピークは、ＳｉＯｘ粉末に、粒径が約６ｎｍのシリコンナノ結晶が含まれていることを示している。
【００５３】
ただし、「ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない」ことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」の必要条件であり、十分条件ではないと理解されなくてはならない。「良好でないＳｉＯｘ粉末」でも、ラマンスペクトルに４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない場合もある。例えば、図６Ｃに示されているように、比較例３の「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない。
【００５４】
しかしながら、「ラマンスペクトルに４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない」ことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」に必須である。４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られないことは、ＳｉＯｘ粉末が３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を持つ大きなシリコン結晶を含まないことを意味しており、ＳｉＯｘ粉末の真空蒸着によって高品位のシリコン酸化膜を形成するのに必要な条件である。
【００５５】
更に、図４に示されているように、実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末では、Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２でのＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上であった。ピークの高さは、ベースラインからの高さとして定義されることに留意されたい。一方、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末では、Ｓｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）にピークが現れるものの、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークは弱く、且つ、その位置もエネルギーが低い側にシフトしていた。実際に測定されたＸＰＳスペクトルを図７Ａ〜図７Ｃに示す。図７Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルであり、図７Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルであり、図７Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルである。
【００５６】
以上の実験結果は、（ａ）反応容器１１のモノシランガスと酸化性ガスとが反応する反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすること、具体的には５０ｃｍ２以上にし、更に、（ｂ）反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２００〜２０００になるように調節することにより、「良好なＳｉＯｘ粉末」、即ち、下記の特性：
（１）ＦＴＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である
を呈するＳｉＯｘ粉末を得ることができることを実証するものである。
【００５７】
２．ＭＯＳ構造の形成と特性評価
「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いてＭＯＳ構造が形成された。詳細には、ｎ−ＧａＮ膜の表面をＲＣＡ洗浄によって洗浄した後、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着によってＳｉＯｘ膜が堆積された。堆積されたＳｉＯｘ膜が水蒸気を含む酸化雰囲気で紫外線を照射しながらアニールされて酸化され、ＭＯＳ構造を構成するシリコン酸化膜が形成された。アニール温度は、４００度であった。そのシリコン酸化膜の上にＡｌ膜が蒸着され、その後、水素ガス（Ｈ２）及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスの雰囲気下において４００℃でアニールされた。これにより、ＭＯＳ構造が形成された。
【００５８】
作製されたＭＯＳ構造について、Ｊ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）が測定された。図８は、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造のＪ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）を示すグラフである。「良好なＳｉＯｘ粉末」としては、実施例１のＳｉＯｘ粉末が使用され、「良好でないＳｉＯｘ粉末」としては、比較例１のＳｉＯｘ粉末が使用された。「良好でないＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜の膜厚は１２．０ｎｍであり、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜の膜厚は１１．５ｎｍである。図８には、膜厚１１ｎｍの熱酸化膜のＪ−Ｅ特性が比較データとして示されている。
【００５９】
「良好でないＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜は、比較的に低い印加電界で、大きな電流密度を示した。このような特性は、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜としては好ましくない。
【００６０】
一方、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜は、熱酸化膜に対比できるような低い電流密度と、高い絶縁破壊電界を示した。これは、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したシリコン酸化膜のゲート酸化膜として適格性を意味するものである。
【００６１】
更に、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）が測定された。図９Ａ〜図９Ｃは、測定されたＣ−Ｖ特性を示すグラフである。詳細には、図９Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性であり、図９Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性である。一方、図９Ｃは、比較例１、及び比較例４のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性である。図９Ｃには、比較のために、実施例６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性もプロットされている。Ｃ−Ｖ特性の横軸は、バイアス電圧を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜の容量Ｃｏｘに対するＭＯＳ構造全体の容量Ｃの比Ｃ／Ｃｏｘを示している。Ｃ−Ｖ特性の測定では、「良好でないＳｉＯｘ粉末」として比較例１のＳｉＯｘ粉末が使用され、「良好なＳｉＯｘ粉末」として、実施例６のＳｉＯｘ粉末が使用された。
【００６２】
比較例１、４のＳｉＯｘ粉末（即ち、「良好でないＳｉＯｘ粉末」）を用いて作製したＭＯＳ構造のＣ-Ｖ特性は、正電圧の範囲で容量の減少が見られ、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分（即ち、空乏領域の幅が変化する電圧範囲）の傾きが比較的緩やかであり、また、Ｃ−Ｖカーブが負電圧の方向にシフトしていた。正電圧の範囲での容量の減少は、比較例１のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造が、リーク電流が大きいためにＭＯＳキャパシタとして充分に機能していないことを意味する。また、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分の傾きが比較的緩やかであること、及びＣ−Ｖカーブのシフトは、界面準位密度、界面電荷密度、及びシリコン酸化膜中の電荷密度が非常に高いことを意味している。
【００６３】
一方、実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末（即ち、「良好なＳｉＯｘ粉末」）では、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分（即ち、空乏領域の幅が変化する電圧範囲）の傾きが急峻であり、また、Ｃ−Ｖカーブのシフトが見られず、より、良好なＭＯＳ特性を示した。この結果も、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したシリコン酸化膜のゲート酸化膜として適格性を意味するものである。
【００６４】
最後に、ＳｉＯｘ粉末の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながらアニールして酸化する工程を、水蒸気を含む酸化雰囲気で行うことの有効性を示す実験結果を、以下に示す。「良好なＳｉＯｘ粉末」の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜について、ＦＴ−ＩＲによって赤外吸収スペクトルが測定された。測定された試料は、下記の４種類である。
ａ．真空蒸着によって成膜された状態のＳｉＯｘ膜（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）
ｂ．紫外線を照射せず、水蒸気を含まない酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（４００℃）
ｃ．紫外線を照射しながら、水蒸気を含まない酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（ＵＶ＋４００℃）
ｄ．紫外線を照射しながら、水蒸気を含む酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（ｗｅｔ＋ＵＶ（４００℃））
【００６５】
図１０は、上記の４つの試料の赤外吸収スペクトルに現れたＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置と半値全幅とを示すグラフである。ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークは、１０００〜１１００ｃｍ−１に現れる。図１０には、対比データとして、熱酸化膜の赤外吸収スペクトルの測定結果と、上述の非特許文献で挙げられた赤外吸収スペクトルの測定結果が付け加えられている。熱酸化膜は、ほぼ理想的なＳｉＯ２であると考えてよいので、図１０における各試料のプロットの位置が熱酸化膜のプロットの位置に近いほど、良好なＳｉＯ２膜であると考えてよい。
【００６６】
真空蒸着によって成膜された状態のＳｉＯｘ膜では、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置が熱酸化膜から大きくずれている上、半値全幅も大きかった。酸素雰囲気における４００℃のアニールによって、吸収ピークの位置及び半値全幅の値は、熱酸化膜の値に近づき（４００℃）、また、紫外線照射により、吸収ピークの位置が熱酸化膜の値に更に近づく（ＵＶ＋４００℃）。そして、水蒸気を含む酸素雰囲気を使用すれば、吸収ピークの位置及び半値全幅の値が熱酸化膜の値に更に近づく。
【００６７】
この結果は、ｉＯｘ粉末の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながらアニールして酸化する工程を、水蒸気を含む酸化雰囲気で行うことの有効性を実証するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明の酸化膜形成方法の一実施形態によって形成されるシリコン酸化膜を含むＭＯＳキャパシタの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＳｉＯｘ粉末を作製するのに好適なＳｉＯｘ製造装置の構成を示す概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＳｉＯｘ粉末を作製するのに好適なＳｉＯｘ製造装置の他の構成を示す概念図である。
【図３】図３は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の作製条件を示す表である。
【図４】図４は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の特性を示す表である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例４のＳｉＯｘ粉末のラマンスペクトルを示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、「良好でないＳｉＯｘ粉末」のラマンスペクトルの例を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、比較例３のＳｉＯｘ粉末のラマンスペクトルの例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図８】図８は、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造のＪ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）の例を示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図９Ｃ】図９Ｃは、比較例１及び比較例４のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄのＳｉＯｘ膜、及び、アニール処理されたシリコン酸化膜の赤外吸収スペクトルに現れたＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置と半値全幅とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１：ＭＯＳキャパシタ
２：シリコン基板
３：ｎ−ＧａＮ膜
４：シリコン酸化膜
５：上部電極
６：下部電極
１０：ＳｉＯｘ粉末製造装置
１１：反応容器
１１ａ：反応領域
１２：加熱装置
１３：酸化性ガス導入管
１４：モノシランガス導入管
１５：排出管
１６：バグフィルター
１７：排ガス処理装置
２１、２６：電磁弁
２２、２４、２７、２９：質量流量計
２３：酸素ガスライン
２５：窒素ガスライン
２８：モノシランガスライン
３０：窒素ガスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜形成方法、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）デバイス製造方法、ＳｉＯｘ粉末、及びＳｉＯｘ粉末製造方法に関し、特に、ＧａＮのような窒化物半導体を用いて良好な特性を有するＭＯＳ構造を形成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンと比較して高い絶縁破壊電界、高い飽和速度、高い電子移動度、及び良好な熱伝導性を有する窒化物半導体を用いた窒化物半導体電子デバイスは、シリコン電子デバイスよりも優れた性能を実現する電子デバイスとして期待されている。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体電子デバイスの普及は、現段階では限られている。現在までに実用化された窒化物半導体電子デバイスとしては、ＧａＮとＡｌＧａＮとのヘテロ接合を利用したＨＥＭＴ（high electron mobility transistor）が挙げられる。しかし、ＨＥＭＴは、アナログ回路に使用される電子デバイスである上、複雑な構造、大きなゲート電流、ノーマリオフのデバイスの作成の困難性等の様々な問題がある。
【０００４】
窒化物半導体でＭＯＳ構造を作成することができれば、窒化物半導体電子デバイスが様々な用途に応用可能になる。例えば、ＰＭＯＳトランジスタ及びＮＭＯＳトランジスタを窒化物半導体で実現することができれば、窒化物半導体によってＣＭＯＳ集積回路を作成可能になり、これは、窒化物半導体電子デバイスの応用を大きく広げることになる。
【０００５】
窒化物半導体で良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するための一つの障害は、ゲート絶縁膜の形成の困難性である。シリコン基板の上に高品位のシリコン酸化膜を形成することが容易である一方、窒化物半導体の上に高品位のシリコン酸化膜を形成することは、一般に、困難である。
【０００６】
ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着は、低温のプロセスで高品位のシリコン酸化膜を形成するために有望な技術の一つであると考えられている。ここで、「ＳｉＯｘ粉末」とは、シリコンが完全に酸化されたＳｉＯ２粉末ではない、酸化されていないシリコンを含んでいるような粉末を意味している。例えば、Sameshima et al., "Improvement of SiO2 Properties an Silicon Surface Passivation by Heat Treatment with High-Pressure H2O Vapor", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37 (1998) pp. L1452-L1454は、高圧の水蒸気で熱処理することにより、真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜（ｘ＜２）の特性を向上させる技術を開示している。更に、本願の一出願人は、特開２００４−３３１４８０号公報において、シリコン集積回路におけるゲート酸化膜に利用可能な、良好な絶縁破壊電圧を有する絶縁膜を真空蒸着で形成するために好適なＳｉＯｘ粉末の製造方法を開示している。また、Nakamura et al., "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)", Solid State Communications, Vol. 50, No. 12, pp. 1079-1081, 1984は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着によって得られたＳｉＯｘ膜の赤外吸収スペクトルについて議論している。
【０００７】
しかしながら、発明者の検討によれば、上述の技術では、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を窒化物半導体の上に作成するためには充分でない。より具体的には、上記の技術で作成された酸化膜は、絶縁性が充分に高くなく、また、半導体／酸化膜界面の準位密度や、酸化膜中の電荷密度が充分に低くない。したがって、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成し、これにより、良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するための技術の提供が望まれている。
【非特許文献１】Sameshima et al., "Improvement of SiO2 Properties an Silicon Surface Passivation by Heat Treatment with High-Pressure H2O Vapor", Jpn. J. Appl. Phys. Vol.37 (1998) pp. L1452-L1454
【非特許文献２】Nakamura et al., "Infrared absorption spectra and compositions of evaporated silicon oxides (SiOx)", Solid State Communications, Vol. 50, No. 12, pp. 1079-1081, 1984
【特許文献１】特開２００４−３３１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明による酸化膜形成方法は、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発により、窒化物半導体部材の上にＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程とを備えている。
【００１０】
発明者らの知見の一つは、ＳｉＯｘ粉末の特性の最適化が重要であるということである。発明者は、下記の性質を有するＳｉＯｘ粉末を使用することが、高品位の酸化膜を窒化物半導体の上に作成することを可能にすることを発見した：
（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。
【００１１】
このような状態のＳｉＯｘ粉末を原料として真空蒸着によって窒化物半導体基板の上にＳｉＯｘ膜を堆積させると、堆積されたＳｉＯｘ膜には、弱いＳｉ−Ｓｉ結合が多く含まれる。ＳｉＯｘ膜の酸化の際、ＳｉＯｘ膜に含まれる弱いＳｉ−Ｓｉ結合は紫外線の照射によって容易に分離され、低温の酸化雰囲気によってＳｉＯｘ膜がより完全に酸化される。このため、本発明の酸化膜形成方法によれば、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成することができる。
【００１２】
堆積されたＳｉＯｘ膜の酸化に使用される酸化雰囲気は、水蒸気を含む雰囲気であることが望ましい。
【００１３】
ＳｉＯｘ粉末は、モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させて生成されることが好適である。この場合、前記反応領域におけるガス流れに垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００であることが望ましい。
【００１４】
本発明の酸化膜形成方法は、窒化物半導体のＭＯＳ構造のシリコン酸化膜、及び、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の形成に適用されることが好適である。
【００１５】
本発明のＳｉＯｘ粉末製造方法は、モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させてＳｉＯｘ粉末を生成する工程を備えている。前記反応領域におけるガス流に垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００である。このような製造方法によれば、上述の（１）〜（３）の性質を有するＳｉＯｘ粉末を製造することができる。
【００１６】
前記反応容器の前記反応領域は円筒形である場合には、前記反応領域の内径は、８０ｍｍ以上であることが好ましい。また、反応の際の前記反応容器の圧力が１０〜１０００ｋＰａであり、前記反応容器の内部の温度が５００〜１０００℃であることが好ましい。
【００１７】
前記モノシランガスと酸化性ガスとは、前記反応容器に交互に導入されることが好ましい。その代わりに、前記酸化性ガスが前記反応容器に導入される導入口が、前記モノシランガスが前記反応容器に導入される導入口よりも、下流側に位置していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスで窒化物半導体の上に作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態では、本発明の酸化膜形成方法が、ＭＯＳキャパシタの作成に適用される。図１は、本実施形態のＭＯＳキャパシタ１の構造を示す断面図である。ＭＯＳキャパシタ１は、シリコン基板２と、シリコン基板２の上に形成されたｎ−ＧａＮ膜３と、ｎ−ＧａＮ膜３の上に形成されたシリコン酸化膜４と、導電材料で形成された上部電極５とから構成されている。ｎ−ＧａＮ膜３と、シリコン酸化膜４と、上部電極５とにより、ＭＯＳ構造が形成されている。シリコン基板２の裏面には、導電材料で形成された下部電極６が形成されている。ＭＯＳキャパシタ１の特性は、上部電極５及び下部電極６を用いて測定可能である。上部電極５、下部電極６としては、最も典型的には、Ａｌ電極が使用される。なお、本実施形態では、ｎ−ＧａＮ膜３が使用されているが、ｐ−ＧａＮ膜が使用されることも可能である。
【００２０】
良好な特性を有するＭＯＳ構造を実現するためには、シリコン酸化膜４の形成の最適化が重要である。本実施形態では、シリコン酸化膜４の形成は、下記の手順で行われる：まず、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着により、ｎ−ＧａＮ膜３の上にＳｉＯｘ膜が堆積される。ＳｉＯｘ粉末の酸素量を示すパラメータ値ｘは、１．０〜１．３であることが好ましい。パラメータｘは、ＳｉＯｘ粉末のＳｉモル量をＪＩＳ−Ｒ；６１２４（単価けい素質研削材の化学分析）に準じた方法で測定し、酸素モル量を酸素窒素同時分析装置（例えばＬＥＣＯ社「ＴＣ−１３６」）を用いて測定し、Ｓｉモル量と酸素モル量の比から算出ことができる。
【００２１】
原料として使用されるＳｉＯｘ粉末は、高い純度を有していることが望ましい。具体的にはＳｉＯｘ粉末に含まれるＮａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｌの合計量が１０ｐｐｍであることが望ましく、５ｐｐｍ以下であることが一層に好ましい。ＳｉＯｘ粉末の純度は、例えば、ＩＣＰ発光分析によって分析が可能である。
【００２２】
また、ＳｉＯｘ粉末の粒径は、ＳｉＯｘ粉末の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上であるように、より好適には、５０ｍ２／ｇ以上である程度に微細化されることが好ましい。ＳｉＯｘ粉末の比表面積が１０ｍ２／ｇ未満であると、蒸着開始温度が高くなることがある。
【００２３】
真空蒸着によって堆積されたＳｉＯｘ膜は、ａｓ−ｄｅｐｏでは、充分に酸化された状態ではない。そこで、堆積されたＳｉＯｘ膜が、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化され、これによりシリコン酸化膜４が形成される。好適には、ＳｉＯｘ膜は、水蒸気を含む酸化雰囲気で、紫外線を照射しながらアニールすることによって酸化される。アニール温度は、好適には４００℃である。ＳｉＯｘ膜の酸化は、水蒸気を含まない酸化雰囲気で行われてもよい。ただし、よりシリコン酸化膜４の特性を良くするためには、水蒸気を含む酸化雰囲気で、ＳｉＯｘ膜が酸化されることが好ましい。
【００２４】
本実施形態では、真空蒸着の工程において原料として用いられるＳｉＯｘ粉末の性質が、良好な特性のシリコン酸化膜４を形成するために重要である。本実施形態では、真空蒸着において、下記の特性を呈するＳｉＯｘ粉末が原料として使用される：
（１）フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectroscopy）によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である。ここで、ピークの高さは、ベースラインからの高さとして定義される。また、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークは、ＳｉＯｘ粉末の内部においては表面よりも低くなることがあるが、内部においてもＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上になることに留意されたい。
【００２５】
以下では、上記の（１）〜（３）の特性を呈するＳｉＯｘ粉末を、「良好なＳｉＯｘ粉末」と呼び、そうでないＳｉＯｘ粉末を「良好でないＳｉＯｘ粉末」と呼ぶ。
【００２６】
「良好なＳｉＯｘ粉末」は、定性的には、下記の状態にあると考えられる。第１に、「良好なＳｉＯｘ粉末」は、（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合を含む）３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合の極めて小さなクラスタや、低次元的な（即ち、１次元的、又は、２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合を含むものの、３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合）を持つ大きなシリコン結晶は含まない。言い換えれば、当該ＳｉＯｘ粉末は、容易に分離されるようなＳｉ−Ｓｉ結合を含むものの、結晶を形成するような強いＳｉ−Ｓｉ結合を含まない。このことは、赤外吸収スペクトルとラマンスペクトルから裏付けられる。即ち、ＦＴＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れるということは、極めて小さなクラスタや低次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を含むことを意味している。一方、ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れないことは、３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を持つ大きなシリコン結晶を含まないことを意味している。第２に、当該ＳｉＯｘ粉末は、Ｓｉ−Ｏ結合のみならずＳｉ−Ｓｉ結合を多く含む。このことは、ＸＰＳスペクトルにおけるＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上であることから裏付けられる。
【００２７】
ＸＰＳスペクトルにおけるＳｉ−Ｓｉ結合のピークの高さは、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．７倍以上であることが好ましく、１．０倍以上であることは、一層に好ましい。ＳｉＯｘ粉のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク高さが高くなると、それを原料として真空蒸着によって堆積させたＳｉＯｘ膜が、より酸化されやすくなり、絶縁膜としての特性に優れる傾向がある。その理由は定かでないが、ＸＰＳスペクトルに見られるＳｉＯｘ粉中のＳｉ−Ｓｉ結合が不安定で、その結合が切れて酸素と結合しやすいからであろうと推測される。
【００２８】
上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」を原料とする真空蒸着によってＳｉＯｘ膜を堆積させ、そのＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながら酸化することにより、熱酸化膜に近い特性のシリコン酸化膜４を形成することができる。（１）〜（３）の特性を呈する「良好なＳｉＯｘ粉末」を原料とする真空蒸着によってＳｉＯｘ膜を堆積させると、堆積された状態のＳｉＯｘ膜は、弱いＳｉ−Ｓｉ結合が多く含まれる。ＳｉＯｘ膜の酸化の際、ＳｉＯｘ膜に含まれる弱いＳｉ−Ｓｉ結合が紫外線の照射によって容易に分離されるから、低温の酸化雰囲気によってＳｉＯｘ膜がより完全に酸化される。したがって、本実施形態の形成プロセスによれば、熱酸化膜に近い特性を有するシリコン酸化膜４、即ち、ゲート絶縁膜としての使用に耐え得るような高品位の酸化膜を低温プロセスでｎ−ＧａＮ膜３の上に作成することができる。
【００２９】
上記の酸化膜形成プロセスが、ＭＯＳキャパシタ以外の他のＭＯＳデバイスにも好適に適用可能であることは、当業者には自明的であろう。例えば、上記の酸化膜形成プロセスは、ＭＯＳトランジスタや、ＭＯＳ−ＨＥＭＴのゲート酸化膜の形成に適用することが可能である。例えば、ＭＯＳトランジスタの製造は、概略的には、下記のようにして行われる。まず、窒化物半導体基板、又は窒化物半導体膜の上に上記の酸化膜形成プロセスによってシリコン酸化膜が形成される。その後、シリコン酸化膜の上にゲート電極が形成される。更に、ゲート電極がパターニングされた後、ソース、ドレインが形成される。
【００３０】
上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」を作製する好適な方法は、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと酸化性ガスとを反応させることによってＳｉＯｘ粉末を作製する方法である。酸化性ガスとしては、酸素ガス、乾燥空気が使用可能であり、モノシランガスに対して酸化性を有する他のガス、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等のガスを使用することもできる。モノシランガスと酸化性ガスとの反応は、モノシランの酸化に寄与しない希釈ガスの存在下で行われることが好ましい。希釈ガスを導入することにより、生成されたＳｉＯｘ粉末の反応容器の内壁への付着の防止、反応熱の除去、及び粒成長の防止が図れる。
【００３１】
図２Ａは、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと酸化性ガスとを反応させてＳｉＯｘ粉末を作製するために好適なＳｉＯｘ粉末製造装置１０の構成を示す概念図である。ＳｉＯｘ粉末製造装置１０は、反応容器１１と、加熱装置１２と、酸化性ガス導入管１３と、モノシランガス導入管１４と、排出管１５と、バグフィルター１６とを備えている。
【００３２】
反応容器１１は、モノシランガスと酸素ガスを混合して反応させるための空間である。モノシランガスと酸素ガスの反応は、反応容器１１の、酸化性ガス導入管１３とモノシランガス導入管１４の下流に位置する領域である反応領域１１ａで行われる。本実施形態では、反応容器１１は、円筒形であり、且つ、その中心軸が水平方向であるように配置されている。ただし、反応容器１１の中心軸の方向は、鉛直方向であることも可能であり、また、反応容器１１の形状も、様々に変更可能である。
【００３３】
加熱装置１２は、反応容器１１を所望の反応温度に加熱するために使用される。詳細には、反応容器１１の内部に熱電対が設けられ、その熱電対によって反応容器１１の中心部の温度が計測される。加熱装置１２への電力の供給は、熱電対によって測定された温度に応答して行われる。加熱装置１２による加熱方法としては、例えば、抵抗加熱、高周波加熱、及び赤外輻射加熱が使用可能である。
【００３４】
酸化性ガス導入管１３は、酸化性ガスを反応容器１１に導入するために使用される。酸化性ガス導入管１３の先端には導入口１３ａが設けられており、その導入口１３ａから酸化性ガスが反応容器１１に導入される。本実施形態では、酸化性ガスとして酸素ガスが使用される。その酸素ガスは希釈ガスによって希釈されて反応容器１１に導入される。酸素ガスを希釈する希釈ガスとしては、本実施形態では窒素ガスが使用される。詳細には、酸化性ガス導入管１３は、電磁弁２１及び質量流量計（ＭＦＣ）２２を介して酸素ガスを供給する酸素ガスライン２３に接続され、更に、質量流量計２４を介して窒素ガスライン２５に接続されている。
【００３５】
モノシランガス導入管１４は、モノシランガスを反応容器１１に導入するために使用される。モノシランガス導入管１４の先端には導入口１４ａが設けられており、その導入口１４ａからモノシランガスが反応容器１１に導入される。本実施形態では、モノシランガスは希釈ガスによって希釈されて反応容器１１に導入される。モノシランガスを希釈する希釈ガスとしても窒素ガスが使用される。詳細には、モノシランガス導入管１４は、電磁弁２６及び質量流量計２７を介してモノシランガスを供給するモノシランガスライン２８に接続され、更に、質量流量計２９を介して窒素ガスライン３０に接続されている。
【００３６】
排出管１５は、生成されたＳｉＯｘ粉末を、未反応のガス及び希釈ガスと共に反応容器１１から排出する。排出管１５はバグフィルター１６に接続されており、生成されたＳｉＯｘ粉末は、バグフィルター１６によって回収される。未反応のガス及び希釈ガスは、排ガス処理装置１７によって処理される。
【００３７】
このように構成されたＳｉＯｘ粉末製造装置１０では、反応容器１１の内部が所望の反応温度に調節された状態でモノシランガスと酸素ガスが希釈ガスと共に反応容器１１に導入されると、モノシランガスと酸素ガスとが反応してＳｉＯｘ粉末が生成される。
【００３８】
発明者の知見によれば、上記の「良好なＳｉＯｘ粉末」は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の３点に留意することにより、作製可能である：
（Ａ）反応容器１１の内壁にＳｉＯｘ粉末が付着することによるガス流の乱れをなるべく小さくすること。
（Ｂ）反応容器１１の内壁における反応をなるべく抑制すること。
（Ｃ）反応容器１１の内部のガスの流れを、なるべく層流に保つこと。
【００３９】
上記の（Ａ）〜（Ｃ）の要求を満足させるためには、（ａ）反応容器１１のモノシランガスと酸化性ガスとが反応する反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすること、具体的には５０ｃｍ２以上にし、更に、（ｂ）反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２００〜２０００になるように、モノシランガス、酸化性ガス、及び希釈ガスの流量を調節すればよい。反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすることにより、反応容器１１の内壁へのＳｉＯｘ粉末の付着によるガス流の乱れを小さくし、また、反応容器１１の内壁における反応を抑制することができる。加えて、レイノルズ数が２００〜２０００であるようにガスの流れを制御することにより、反応容器１１の内部のガスの流れを、なるべく層流に保つことができる。ガスの流れを層流に保つためには、反応容器１１の反応領域１１ａが円筒形であることが好ましく、また、反応領域１１ａが円筒形である場合には、断面積を５０ｃｍ２以上にするためには、反応容器１１の内径ｄ（inner diameter）を８０ｍｍ以上にすればよい。反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数は、各ガスの密度、平均流速、反応容器１１の内径、ガスの粘度から算出可能である。
【００４０】
モノシランガスと酸素ガスとの反応の際の反応容器１１の圧力は、１０〜１０００ｋＰａであることが好ましい。反応容器１１の圧力が１０ｋＰａ未満であると、生成されたＳｉＯｘ粉末が反応容器１１の壁面に付着し、ガス流が乱れやすくなり、また、排出管１５の入口が閉塞されやすくなる。一方、圧力が１０００ｋＰａを超えると、反応容器１１の耐圧を高めるために大掛かりな設備が必要になる上、不純物が増加する傾向が出る。好ましい圧力は、３０〜１５０ｋＰａである。
【００４１】
反応温度（反応容器１１の内部の温度）は、５００〜１０００℃であることが好ましい。反応温度が５００℃未満であると、ＳｉＯ２が生成されやすくなるため好ましくない。一方、反応温度が１０００℃を超えると、単体のＳｉが生成されやすくなると共に、反応容器１１その他の部材からの不純物が多く混入する恐れが高くなるため好ましくない。反応温度は、５５０〜９５０℃であることが好ましく、６５０〜８５０℃であることが一層に好ましい。
【００４２】
モノシランガスと酸素ガスは、同時にではなく、それぞれが別の時期に交互に反応容器１１に導入されることが好ましい。理由は定かではないものの、これにより、（ダイヤモンド構造を作るようなＳｉ−Ｓｉ結合を含む）３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合の極めて小さなクラスタ、又は、低次元（即ち、１次元的、又は２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合しか含まない、部分的に酸化された「良好なＳｉＯｘ粉末」を得ることができる。この「良好なＳｉＯｘ粉末」は、ダイヤモンド構造を持つシリコンの大きな塊、即ち、結晶質シリコンは含まない。モノシランガスと酸素ガスの反応容器１１への交互の導入は、酸素ガスライン２３に接続された電磁弁２１及びモノシランガスライン２８に接続された電磁弁２６によって行われる。電磁弁２１、２６は、交互に開状態にされ、これにより、モノシランガスと酸素ガスとが交互に反応容器１１に導入される。
【００４３】
モノシランガスと酸化性ガスとを交互に供給する代わりに、図２Ｂに示されているように、酸化性ガス導入管１３の先端に設けられた導入口１３ａを、モノシランガス導入管１４の先端に設けられた導入口１４ａよりも下流側に位置させることも好適である。これにより、モノシランガスと酸素ガスを交互に反応容器に導入する場合と同様の効果が得られる。ただし、反応容器１１へのモノシランガスの供給位置と、酸化性ガスの供給位置の関係は、十分に吟味する必要がある。
【００４４】
以下では、ＳｉＯｘ粉末の作製、及び、作製されたＳｉＯｘ粉末を用いて形成されたシリコン酸化膜を含むＭＯＳ構造の実施例を説明する。
【実施例】
【００４５】
１．ＳｉＯｘ粉末の作製
図２Ｂに図示されたＳｉＯｘ粉末製造装置１０により、ＳｉＯｘ粉末が生成された。酸化性ガスとしては酸素ガスが使用され、モノシランガス及び酸素ガスを希釈する希釈ガスとしては窒素が用いられた。反応温度は、７００〜８５０℃に設定され、反応容器１１の圧力は、１００ｋＰａに設定された。反応容器１１としては、円筒形の石英ガラス管が使用され、その内径は４０〜２００ｍｍであった。反応容器１１の反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数は、１６０〜２４００に調節された。レイノルズ数は、モノシランガス、酸素ガス、窒素ガスの流量及び粘度、並びに反応容器１１の内径から算出された。モノシランガスと酸素ガスは、電磁弁２１、２６の動作によって交互に反応容器１１に導入された。
【００４６】
図３は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の作製条件を示す表である。
実施例１〜６は、本発明によるＳｉＯｘ粉末製造方法によって作成された「良好なＳｉＯｘ粉末」である。詳細には、実施例１〜４は、内径が８０ｍｍの反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。実施例５、６は、内径が２００ｍｍの反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。内径が８０ｍｍであるとき、反応容器１１の反応領域１１ａの断面積が５０．２ｃｍ２であり、内径が２００ｍｍであるとき、反応容器１１の反応領域１１ａの断面積が３１４．１ｃｍ２であることに留意されたい。実施例１〜６のいずれについても、レイノルズ数が２００〜２０００の範囲に調節されていることに留意されたい。
【００４７】
比較例１〜４は、「良好でないＳｉＯｘ粉末」である。比較例１は、レイノルズ数が過剰に小さくされて作製されたＳｉＯｘ粉末であり、比較例１の作製では、反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が１６０に調節された。比較例２、３は、内径が過剰に小さい反応容器１１を用いて作製されたＳｉＯｘ粉末である。具体的には、比較例２、３は、内径がそれぞれ４０ｍｍ、６０ｍｍの反応容器１１を用いて作製されている。一方、比較例４は、レイノルズ数が過剰に大きくされて試料であり、比較例４の作製では、反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２４００に調節された。
【００４８】
作製されたＳｉＯｘ粉末に対して、フーリエ変換赤外分光分析（ＦＴ−ＩＲ）、ラマン分光分析、及びＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）が行われた。ラマン分光分析では、波長が５３２ｎｍ、パワーが５ｍＷの励起レーザ光が使用された。
【００４９】
図４は、実施例１〜６及び比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末の特性を示す表であり、図５Ａ〜図５Ｃは、ＦＴ−ＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルのグラフであり、図６Ａ〜図６Ｃは、ラマンスペクトルのグラフであり、図７Ａ〜図７Ｃは、ＸＰＳスペクトルのグラフである。
【００５０】
図５Ａ、図５Ｂに示されているように、実施例１〜６の「良好なＳｉＯｘ粉末」では、いずれも、ＦＴ−ＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れていた。このことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」では、容易に分離されるようなＳｉ−Ｓｉ結合（即ち、極めて小さなクラスタの３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合や、低次元的な（即ち、１次元的、又は、２次元的な）Ｓｉ−Ｓｉ結合）を含んでいることを意味している。一方、図５Ｃに示されているように、比較例１〜４の「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、８８０ｃｍ−１にピークが現れなかった。
【００５１】
また、「良好なＳｉＯｘ粉末」である実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末では、ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られなかった。図６Ａに、実施例４のラマンスペクトルを「良好なＳｉＯｘ粉末」の一例として示す。４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークがないという事実は、「良好なＳｉＯｘ粉末」が強固な３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を含まないということを意味している。
【００５２】
一方、「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークが表れることがあった。図６Ｂは、「良好でないＳｉＯｘ粉末」について測定されたラマンスペクトルを示すグラフである。図６Ｂの「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、約５２３ｃｍ−１にピークが現れた。このピークは、ＳｉＯｘ粉末に、粒径が約６ｎｍのシリコンナノ結晶が含まれていることを示している。
【００５３】
ただし、「ラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない」ことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」の必要条件であり、十分条件ではないと理解されなくてはならない。「良好でないＳｉＯｘ粉末」でも、ラマンスペクトルに４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない場合もある。例えば、図６Ｃに示されているように、比較例３の「良好でないＳｉＯｘ粉末」では、４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない。
【００５４】
しかしながら、「ラマンスペクトルに４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られない」ことは、「良好なＳｉＯｘ粉末」に必須である。４５０〜５５０ｃｍ−１の範囲にピークは見られないことは、ＳｉＯｘ粉末が３次元的なＳｉ−Ｓｉ結合を持つ大きなシリコン結晶を含まないことを意味しており、ＳｉＯｘ粉末の真空蒸着によって高品位のシリコン酸化膜を形成するのに必要な条件である。
【００５５】
更に、図４に示されているように、実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末では、Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、ＳｉＯ２でのＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上であった。ピークの高さは、ベースラインからの高さとして定義されることに留意されたい。一方、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末では、Ｓｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）にピークが現れるものの、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークは弱く、且つ、その位置もエネルギーが低い側にシフトしていた。実際に測定されたＸＰＳスペクトルを図７Ａ〜図７Ｃに示す。図７Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルであり、図７Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルであり、図７Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末について測定されたＸＰＳスペクトルである。
【００５６】
以上の実験結果は、（ａ）反応容器１１のモノシランガスと酸化性ガスとが反応する反応領域１１ａのガス流に垂直な断面における断面積を広くすること、具体的には５０ｃｍ２以上にし、更に、（ｂ）反応領域１１ａにおけるガス流のレイノルズ数が２００〜２０００になるように調節することにより、「良好なＳｉＯｘ粉末」、即ち、下記の特性：
（１）ＦＴＩＲによって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｏ結合に対応するピーク（約１０３ｅＶ）とＳｉ−Ｓｉ結合のピーク（約９９ｅＶ）とが現れ、且つ、Ｓｉ−Ｓｉ結合のピークの高さが、Ｓｉ−Ｏ結合のピークの高さの０．６倍以上である
を呈するＳｉＯｘ粉末を得ることができることを実証するものである。
【００５７】
２．ＭＯＳ構造の形成と特性評価
「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いてＭＯＳ構造が形成された。詳細には、ｎ−ＧａＮ膜の表面をＲＣＡ洗浄によって洗浄した後、ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸着によってＳｉＯｘ膜が堆積された。堆積されたＳｉＯｘ膜が水蒸気を含む酸化雰囲気で紫外線を照射しながらアニールされて酸化され、ＭＯＳ構造を構成するシリコン酸化膜が形成された。アニール温度は、４００度であった。そのシリコン酸化膜の上にＡｌ膜が蒸着され、その後、水素ガス（Ｈ２）及び窒素ガス（Ｎ２）の混合ガスの雰囲気下において４００℃でアニールされた。これにより、ＭＯＳ構造が形成された。
【００５８】
作製されたＭＯＳ構造について、Ｊ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）が測定された。図８は、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造のＪ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）を示すグラフである。「良好なＳｉＯｘ粉末」としては、実施例１のＳｉＯｘ粉末が使用され、「良好でないＳｉＯｘ粉末」としては、比較例１のＳｉＯｘ粉末が使用された。「良好でないＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜の膜厚は１２．０ｎｍであり、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜の膜厚は１１．５ｎｍである。図８には、膜厚１１ｎｍの熱酸化膜のＪ−Ｅ特性が比較データとして示されている。
【００５９】
「良好でないＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜は、比較的に低い印加電界で、大きな電流密度を示した。このような特性は、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜としては好ましくない。
【００６０】
一方、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したＭＯＳ構造のシリコン酸化膜は、熱酸化膜に対比できるような低い電流密度と、高い絶縁破壊電界を示した。これは、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したシリコン酸化膜のゲート酸化膜として適格性を意味するものである。
【００６１】
更に、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）が測定された。図９Ａ〜図９Ｃは、測定されたＣ−Ｖ特性を示すグラフである。詳細には、図９Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性であり、図９Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性である。一方、図９Ｃは、比較例１、及び比較例４のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性である。図９Ｃには、比較のために、実施例６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製されたＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性もプロットされている。Ｃ−Ｖ特性の横軸は、バイアス電圧を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜の容量Ｃｏｘに対するＭＯＳ構造全体の容量Ｃの比Ｃ／Ｃｏｘを示している。Ｃ−Ｖ特性の測定では、「良好でないＳｉＯｘ粉末」として比較例１のＳｉＯｘ粉末が使用され、「良好なＳｉＯｘ粉末」として、実施例６のＳｉＯｘ粉末が使用された。
【００６２】
比較例１、４のＳｉＯｘ粉末（即ち、「良好でないＳｉＯｘ粉末」）を用いて作製したＭＯＳ構造のＣ-Ｖ特性は、正電圧の範囲で容量の減少が見られ、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分（即ち、空乏領域の幅が変化する電圧範囲）の傾きが比較的緩やかであり、また、Ｃ−Ｖカーブが負電圧の方向にシフトしていた。正電圧の範囲での容量の減少は、比較例１のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造が、リーク電流が大きいためにＭＯＳキャパシタとして充分に機能していないことを意味する。また、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分の傾きが比較的緩やかであること、及びＣ−Ｖカーブのシフトは、界面準位密度、界面電荷密度、及びシリコン酸化膜中の電荷密度が非常に高いことを意味している。
【００６３】
一方、実施例１〜６のＳｉＯｘ粉末（即ち、「良好なＳｉＯｘ粉末」）では、Ｃ／Ｃｏｘが変化する部分（即ち、空乏領域の幅が変化する電圧範囲）の傾きが急峻であり、また、Ｃ−Ｖカーブのシフトが見られず、より、良好なＭＯＳ特性を示した。この結果も、「良好なＳｉＯｘ粉末」で作製したシリコン酸化膜のゲート酸化膜として適格性を意味するものである。
【００６４】
最後に、ＳｉＯｘ粉末の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながらアニールして酸化する工程を、水蒸気を含む酸化雰囲気で行うことの有効性を示す実験結果を、以下に示す。「良好なＳｉＯｘ粉末」の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜について、ＦＴ−ＩＲによって赤外吸収スペクトルが測定された。測定された試料は、下記の４種類である。
ａ．真空蒸着によって成膜された状態のＳｉＯｘ膜（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）
ｂ．紫外線を照射せず、水蒸気を含まない酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（４００℃）
ｃ．紫外線を照射しながら、水蒸気を含まない酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（ＵＶ＋４００℃）
ｄ．紫外線を照射しながら、水蒸気を含む酸素雰囲気における４００℃のアニールによって酸化されたシリコン酸化膜（ｗｅｔ＋ＵＶ（４００℃））
【００６５】
図１０は、上記の４つの試料の赤外吸収スペクトルに現れたＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置と半値全幅とを示すグラフである。ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークは、１０００〜１１００ｃｍ−１に現れる。図１０には、対比データとして、熱酸化膜の赤外吸収スペクトルの測定結果と、上述の非特許文献で挙げられた赤外吸収スペクトルの測定結果が付け加えられている。熱酸化膜は、ほぼ理想的なＳｉＯ２であると考えてよいので、図１０における各試料のプロットの位置が熱酸化膜のプロットの位置に近いほど、良好なＳｉＯ２膜であると考えてよい。
【００６６】
真空蒸着によって成膜された状態のＳｉＯｘ膜では、ＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置が熱酸化膜から大きくずれている上、半値全幅も大きかった。酸素雰囲気における４００℃のアニールによって、吸収ピークの位置及び半値全幅の値は、熱酸化膜の値に近づき（４００℃）、また、紫外線照射により、吸収ピークの位置が熱酸化膜の値に更に近づく（ＵＶ＋４００℃）。そして、水蒸気を含む酸素雰囲気を使用すれば、吸収ピークの位置及び半値全幅の値が熱酸化膜の値に更に近づく。
【００６７】
この結果は、ｉＯｘ粉末の真空蒸着によって形成されたＳｉＯｘ膜を紫外線を照射しながらアニールして酸化する工程を、水蒸気を含む酸化雰囲気で行うことの有効性を実証するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明の酸化膜形成方法の一実施形態によって形成されるシリコン酸化膜を含むＭＯＳキャパシタの構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ＳｉＯｘ粉末を作製するのに好適なＳｉＯｘ製造装置の構成を示す概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＳｉＯｘ粉末を作製するのに好適なＳｉＯｘ製造装置の他の構成を示す概念図である。
【図３】図３は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の作製条件を示す表である。
【図４】図４は、各実施例及び各比較例のＳｉＯｘ粉末の特性を示す表である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例４のＳｉＯｘ粉末のラマンスペクトルを示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、「良好でないＳｉＯｘ粉末」のラマンスペクトルの例を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、比較例３のＳｉＯｘ粉末のラマンスペクトルの例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、比較例１〜４のＳｉＯｘ粉末のＸＰＳスペクトルを示すグラフである。
【図８】図８は、「良好なＳｉＯｘ粉末」と「良好でないＳｉＯｘ粉末」とを用いて作製されたＭＯＳ構造のＪ−Ｅ特性（電流密度−電界特性）の例を示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例１〜３のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例４〜６のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図９Ｃ】図９Ｃは、比較例１及び比較例４のＳｉＯｘ粉末を用いて作製したＭＯＳ構造の高周波Ｃ−Ｖ特性（容量−電圧特性）の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄのＳｉＯｘ膜、及び、アニール処理されたシリコン酸化膜の赤外吸収スペクトルに現れたＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合の吸収ピークの位置と半値全幅とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１：ＭＯＳキャパシタ
２：シリコン基板
３：ｎ−ＧａＮ膜
４：シリコン酸化膜
５：上部電極
６：下部電極
１０：ＳｉＯｘ粉末製造装置
１１：反応容器
１１ａ：反応領域
１２：加熱装置
１３：酸化性ガス導入管
１４：モノシランガス導入管
１５：排出管
１６：バグフィルター
１７：排ガス処理装置
２１、２６：電磁弁
２２、２４、２７、２９：質量流量計
２３：酸素ガスライン
２５：窒素ガスライン
２８：モノシランガスライン
３０：窒素ガスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発によりＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、
堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程
とを具備し、前記ＳｉＯｘ粉末は、下記条件（１）〜（３）：
（１）フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合の第１ピークとＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応する第２ピークとが現れ、且つ、前記第１ピークの高さが前記第２ピークの高さの０．６倍以上である。
を満足する
酸化膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化膜形成方法であって、
前記酸化雰囲気は、水蒸気を含む雰囲気である
酸化膜形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の酸化膜形成方法であって、
更に、
モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させて前記ＳｉＯｘ粉末を生成する工程
を具備し、
前記反応領域におけるガス流れに垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数が、２００〜２０００である
酸化膜形成方法。
【請求項４】
窒化物半導体部材の上に、請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上に導電材料により電極を形成する工程
とを具備する
ＭＯＳデバイス製造方法。
【請求項５】
窒化物半導体部材の上に、請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体に、ソース及びドレインを形成する工程
とを具備する
ＭＯＳトランジスタ製造方法。
【請求項６】
（１）フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れ、
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れず、
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合の第１ピークとＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応する第２ピークとが現れ、且つ、前記第１ピークの高さが前記第２ピークの高さの０．６倍以上である
ＳｉＯｘ粉末。
【請求項７】
モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させてＳｉＯｘ粉末を生成する工程
を備え、
前記反応領域におけるガス流に垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記反応容器の前記反応領域は円筒形であり、
前記反応領域の内径は、８０ｍｍ以上である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記反応容器の圧力が１０〜１０００ｋＰａであり、前記反応容器の内部の温度が５００〜１０００℃である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記モノシランガスと酸化性ガスとが前記反応容器に交互に導入される
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれかに記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記酸化性ガスが前記反応容器に導入される導入口が、前記モノシランガスが前記反応容器に導入される導入口よりも、下流側に位置している
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項１】
ＳｉＯｘ粉末を原料として用いる真空蒸発によりＳｉＯｘ膜を堆積する工程と、
堆積された前記ＳｉＯｘ膜を、酸化雰囲気で紫外線を照射しながら加熱することによって酸化する工程
とを具備し、前記ＳｉＯｘ粉末は、下記条件（１）〜（３）：
（１）フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れる。
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れない。
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合の第１ピークとＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応する第２ピークとが現れ、且つ、前記第１ピークの高さが前記第２ピークの高さの０．６倍以上である。
を満足する
酸化膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化膜形成方法であって、
前記酸化雰囲気は、水蒸気を含む雰囲気である
酸化膜形成方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の酸化膜形成方法であって、
更に、
モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させて前記ＳｉＯｘ粉末を生成する工程
を具備し、
前記反応領域におけるガス流れに垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数が、２００〜２０００である
酸化膜形成方法。
【請求項４】
窒化物半導体部材の上に、請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上に導電材料により電極を形成する工程
とを具備する
ＭＯＳデバイス製造方法。
【請求項５】
窒化物半導体部材の上に、請求項１乃至３のいずれかに記載の酸化膜形成方法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体に、ソース及びドレインを形成する工程
とを具備する
ＭＯＳトランジスタ製造方法。
【請求項６】
（１）フーリエ変換赤外分光分析によって得られた赤外吸収スペクトルにおいて、８８０ｃｍ−１にピークが現れ、
（２）ラマン分光分析によって得られたラマンスペクトルにおいて、４５０〜５５０ｃｍ−１にピークが現れず、
（３）Ｘ線光電子分光分析によって得られたＸＰＳスペクトルにおいて、Ｓｉの２ｐ軌道のＳｉ−Ｓｉ結合の第１ピークとＳｉＯ２のＳｉ−Ｏ結合に対応する第２ピークとが現れ、且つ、前記第１ピークの高さが前記第２ピークの高さの０．６倍以上である
ＳｉＯｘ粉末。
【請求項７】
モノシランガスと酸化性ガスとを反応容器の反応領域で反応させてＳｉＯｘ粉末を生成する工程
を備え、
前記反応領域におけるガス流に垂直な断面における、前記反応領域の断面積は５０ｃｍ２以上であり、
前記反応領域における前記ガス流のレイノルズ数は、２００〜２０００である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記反応容器の前記反応領域は円筒形であり、
前記反応領域の内径は、８０ｍｍ以上である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記反応容器の圧力が１０〜１０００ｋＰａであり、前記反応容器の内部の温度が５００〜１０００℃である
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記モノシランガスと酸化性ガスとが前記反応容器に交互に導入される
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれかに記載のＳｉＯｘ粉末製造方法であって、
前記酸化性ガスが前記反応容器に導入される導入口が、前記モノシランガスが前記反応容器に導入される導入口よりも、下流側に位置している
ＳｉＯｘ粉末製造方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４１０８０（Ｐ２００９−４１０８０Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０８６４１（Ｐ２００７−２０８６４１）
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：電気通信大学 卒業論文発表会 主催者名 ：国立大学法人 電気通信大学 開催日 ：平成１９年２月９日
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 研究集会名：電気通信大学 卒業論文発表会 主催者名 ：国立大学法人 電気通信大学 開催日 ：平成１９年２月９日
【出願人】（５０４１３３１１０）国立大学法人 電気通信大学 (383)
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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