CN114651084A - 层叠膜结构体和其制造方法 - Google Patents

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CN114651084A CN202080075909.7A CN202080075909A CN114651084A CN 114651084 A CN114651084 A CN 114651084A CN 202080075909 A CN202080075909 A CN 202080075909A CN 114651084 A CN114651084 A CN 114651084A
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上冈义弘
召田雅实
仓持豪人
长田贵弘
桑立雯
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Tosoh Corp
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Abstract

提供：具有高的结晶性和平坦性的层叠膜结构体和其制造方法。该层叠膜结构体具备：Si(111)基板；设置在前述Si(111)基板上的由氮化物系材料和/或铝形成的第1薄膜；和，设置在前述第1薄膜上的由氮化物系材料形成的第2薄膜，在前述Si(111)基板上存在厚度为0nm以上且低于1.0nm的非层晶体，前述层叠膜结构体的表面的(0002)面的摇摆曲线的半值宽度(FWHM)为1.50°以下。

Description

层叠膜结构体和其制造方法
技术领域
本发明涉及层叠膜结构体和其制造方法。
背景技术
氮化物系材料体现出优异的半导体特性。例如氮化镓(GaN)作为蓝色发光二极管(LED)、蓝色激光二极管(LD)的材料被安装。而且，由于具有高的耐压性能，因此，适合于功率器件等的用途。因此，在基板上设置氮化物系薄膜的层叠膜结构体在电子器件领域中是有用的。这种氮化物系薄膜通常通过有机金属化学气相沉积(MOCVD)法而制造。而且，提出了通过除MOCVD法以外的溅射法而制造氮化物系薄膜。作为公开涉及制造氮化物系薄膜的技术的文献，可以举出专利文献1～3。
专利文献1中公开了一种半导体晶体膜的沉积方法，其为向基板表面喷射反应气体以使半导体晶体膜在经加热的基板表面沉积的方法，其特征在于，平行或倾斜地向基板表面喷射反应气体，并且向基板喷射挤压扩散气体(专利文献1的权利要求书)。而且，在实施例中，记载了：使用氨、氢气和TMG(三甲基镓)气体，将GaN沉积在蓝宝石基板上(专利文献1的实施例)。
专利文献2中公开了一种金属镓渗透氮化镓成型物，其特征在于，氮化镓与金属镓在成型物中以不同的相的形式存在，且前述成型物整体中的Ga/(Ga+N)的摩尔比为55％以上且80％以下(专利文献2的权利要求1)。而且，在实施例中，记载了：将得到的金属镓渗透氮化镓成型物接合，制作氮化镓系溅射靶；对得到的靶进行溅射，结果RF溅射、DC溅射均未发生裂痕，能够成膜(专利文献2的[0102]段)。
专利文献3中公开了一种氮化镓膜的形成方法，其包括：使用由含氮气与稀有气体的混合气体生成的等离子体对铝靶进行溅射，在硅基板上形成氮化铝膜的工序；和，在前述氮化铝膜上形成氮化镓膜的工序，其中，在形成前述氮化铝膜前，包括：使用由稀有气体生成的等离子体对铝靶进行溅射，在前述硅基板上形成铝膜的工序(专利文献3的权利要求1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-164895号公报
专利文献2：日本特开2014-159368号公报
专利文献3：日本特开2013-227198号公报
发明内容
发明要解决的问题
通过以往的方法制造的氮化物系薄膜中存在课题。为了提高器件的特性，期望的是构成器件的氮化物系薄膜的结晶性高。此处结晶性高是指，薄膜内的晶体取向高度一致的状态。而且，在将氮化物系薄膜用于功率器件等用途的情况下，更大径且低成本的Si基板是最有效的基板。
但是，难以通过MOCVD法在Si基板上使高结晶性的氮化物系薄膜(例如氮化镓薄膜)成膜。即，为了通过MOCVD法使高结晶性的薄膜沉积，必须将基板温度升高至1000℃左右，在该温度下成膜。因此，存在在成膜时薄膜中的金属成分(例如镓)与Si基板发生反应的现象、即发生回熔蚀刻的问题。另外，氮化镓的热膨胀系数与Si基板显著不同。因此，存在在成膜后的降温过程中氮化镓薄膜容易裂纹的问题。由于存在这种问题，因此，MOCVD法中无法使用Si基板，必须使用蓝宝石基板、氮化镓单晶基板等昂贵的基板。
另一方面，在使用溅射法的情况下，可以在低于1000℃的低温下成膜。因此，可以在Si基板上使薄膜成膜而不会发生回熔蚀刻、裂纹的问题。但是，以往通过溅射法成膜的氮化物系薄膜的结晶性仍存在改善的余地。因此，为了制作在Si基板上具备高结晶性的氮化物系薄膜的层叠膜结构体，期望进一步研究薄膜的成膜条件、层叠膜结构体的界面结构。
鉴于这些问题，本发明人等进行了研究，结果获得了如下见解：在Si基板上设置由氮化物系材料和/或铝形成的薄膜的层叠膜结构体中，Si基板表面附近的状态对薄膜的结晶性起到重要作用，为了得到高结晶性氮化物系薄膜，控制其是很重要的。
本发明是基于这种见解而完成的，其目的在于，提供：具有高的结晶性和平坦性的层叠膜结构体和其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明包含下述(1)～(15)的方式。需要说明的是，本说明书中，“～”的表现包含其两端的数值。即，“X～Y”与“X以上且Y以下”为相同含义。而且，“X和/或Y”与“X和Y中的至少一者(X和Y中的一者或两者)”为相同含义。
(1)一种层叠膜结构体，其具备：
Si(111)基板；
设置在前述Si(111)基板上的由氮化物系材料和/或铝形成的第1薄膜；和，
设置在前述第1薄膜上的由氮化物系材料形成的第2薄膜，
在前述Si(111)基板上存在厚度为0nm以上且低于1.0nm的非层晶体，前述层叠膜结构体的表面的(0002)面的摇摆曲线的半值宽度(FWHM)为1.50°以下。
(2)根据上述(1)所述的层叠膜结构体，其中，前述非晶层的厚度为0nm，前述第1薄膜与前述Si(111)基板直接接触，未夹着其他层。
(3)根据上述(2)所述的层叠膜结构体，其中，距离前述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氧含量为5原子％以下。
(4)根据上述(2)或(3)所述的层叠膜结构体，其中，距离前述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％以下。
(5)根据上述(1)所述的层叠膜结构体，其中，前述非晶层的厚度超过0nm且低于1.0nm。
(6)根据上述(5)所述的层叠膜结构体，其中，距离前述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％以下。
(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的层叠膜结构体，其中，前述层叠膜结构体的表面的算术平均粗糙度(Ra)为10.0nm以下。
(8)根据上述(1)～(7)中任一项所述的层叠膜结构体，其中，前述第1薄膜为氮化铝薄膜，前述第2薄膜为氮化镓薄膜。
(9)根据上述(1)～(8)中任一项所述的层叠膜结构体，其中，前述结构体的最表面由六方晶氮化镓层构成，前述氮化镓层的表面为镓(Ga)极性。
(10)一种半导体元件，其具备上述(1)～(9)中任一项所述的层叠膜结构体。
(11)一种电子设备，其包含上述(10)所述的半导体元件。
(12)一种上述(1)～(9)中任一项所述的层叠膜结构体的制造方法，其包括以下的工序：
准备Si(111)基板的工序；
使前述Si(111)基板浸渍于清洗液的工序；
通过溅射法在浸渍后的前述Si(111)基板上使第1薄膜成膜的工序；和，
通过溅射法在前述第1薄膜上使第2薄膜成膜的工序，
使前述第1薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.1W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下，
使前述第2薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.04W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下。
(13)根据上述(12)所述的方法，其中，使前述第1薄膜成膜时，将即将成膜前的成膜装置内的真空度设为1×10-4Pa以下。
(14)根据上述(12)或(13)所述的方法，其中，使前述第1薄膜成膜时，向成膜室内仅导入氩气，使膜厚1～10nm的薄膜成膜，之后，向成膜室内导入包含氮气的气体并持续进行成膜。
(15)根据上述(12)～(14)中任一项所述的方法，其中，前述第1薄膜的膜厚为20nm以上。
发明的效果
根据本发明，可以提供：具有高的结晶性和平坦性的层叠膜结构体和其制造方法。
附图说明
图1示出层叠膜结构体的截面示意图的一例。
图2示出层叠膜结构体的截面示意图的另一例。
具体实施方式
对本发明的具体实施方式(以下，称为“本实施方式”)进行说明。需要说明的是，本发明不限定于以下的实施方式，在不变更本发明的主旨的范围内可以进行各种变更。而且，以下实施方式中，不应解释为限定于各特征的特定的组合，可以任意组合。
[层叠膜结构体]
本实施方式的层叠膜结构体具备：Si(111)基板；设置在该Si(111)基板上的由氮化物系材料和/或铝形成的第1薄膜；和，设置在该第1薄膜上的由氮化物系材料形成的第2薄膜。而且在Si(111)基板上存在厚度为0nm以上且低于1.0nm的非层晶体。进而层叠膜结构体的表面的(0002)面的摇摆曲线的半值宽度(FWHM)为1.50°以下。
本实施方式的层叠膜结构体具有高平坦的表面，且第1薄膜和第2薄膜的结晶性高。如果例如用X射线衍射法评价第1薄膜和第2薄膜的结晶性，则(0002)面的摇摆曲线的半值宽度(FWHM)为1.50°以下、优选1.00°以下、进一步优选0.95°以下、特别优选0.50°以下、最优选0.10°以下。因此，在Si基板上制作LED等发光元件、功率器件用元件时，可以将层叠膜结构体适合用于基底层。而且，可以将层叠膜结构体适合用作高结晶性氮化镓薄膜沉积用的模板基板。
就本发明人等所知，没有报到在Si基板上具备这种高平坦且高结晶性的氮化物系薄膜的层叠膜结构体。例如专利文献1公开了通过MOCVD法使氮化镓(GaN)沉积在蓝宝石基板上的方案，但使用的基板并不是Si基板。专利文献2提出了氧含量低的溅射靶用氮化镓烧结体。但没有涉及Si基板上的氮化镓的结晶性的记载。专利文献3公开了使氮化镓沉积在Si基板上时将氮化镓作为缓冲层装入的方法，但没有详细记载涉及Si基板与氮化铝缓冲层之间的结构。
Si(111)基板是其主表面的晶面取向为(111)面的Si基板。Si(111)基板的制法没有限定，可以为通过Czochraski(CZ)法或Floating-zone(FZ)法而制造，或者也可以为在通过这些方法制造的Si单晶基板上使Si单晶层外延沉积而得到的Si外延基板。而且，Si(111)基板在其表面和/或内部可以包含施主、受主等的掺杂剂元素或也可以不含。
在Si(111)基板上设置第1薄膜。第1薄膜由氮化物系材料和/或铝形成。氮化物系材料只要为氮化物系化合物就没有限定。氮化物系材料和/或铝可以包含掺杂剂元素或也可以不含。作为第1薄膜，例如可以举出氮化镓薄膜、氮化铝薄膜、氮化钛薄膜、氮化铟薄膜、氮化铝镓薄膜、氮化铟镓薄膜。需要说明的是，氮化物系化合物不限定于化学计量组成者。例如氮化镓(GaN)在化学计量组成上镓(Ga)与氮(N)之比为1:1，但只要维持氮化镓的晶体结构，就允许化学计量组成的偏差。而且，第1薄膜只要由氮化物系材料和/或铝形成即可，对其方式没有限定。可以仅由氮化物系材料形成，也可以仅由铝形成。或者可以由氮化物系材料与铝的混相形成，也可以为由氮化物系材料形成的层与由铝形成的层的层叠膜。
第1薄膜只要可以视为薄膜即可，对其厚度没有限定。然而，膜厚如果过薄，则第1薄膜和第2薄膜的结晶性、层叠膜结构体的表面平坦性有时差。因此，膜厚优选20nm以上、更优选30nm以上、进一步优选40nm以上。膜厚的上限没有限定。膜厚可以为1000nm以下，可以为500nm以下，可以为250nm以下。膜厚可以为20～1000nm、20～500nm、20～250nm、30～1000nm、30～500nm、30～250nm、40～1000nm、40～500nm和40～250nm中的任意者。可以通过准备在相同条件下溅射的多张膜，用接触式膜厚测定机、光学式膜厚测定机求出膜厚，并使用由这些求出的成膜速率来算出膜厚。
在第1薄膜上设置由氮化物系材料形成的第2薄膜。构成第2薄膜的材料只要为氮化物系化合物就没有限定。氮化物系化合物可以包含掺杂剂元素或也可以不含。作为第2薄膜，例如可以举出氮化镓薄膜、氮化铝薄膜、氮化钛薄膜、氮化铟薄膜、氮化铝镓薄膜、氮化铟镓薄膜。而且，第2薄膜只要可以视为薄膜即可，对其厚度没有限定。然而，膜厚优选10nm以上、进一步优选20nm以上、更优选30nm以上。膜厚的上限没有限定。膜厚可以为1000nm以下，可以为500nm以下，可以为300nm以下。膜厚可以为10～1000nm、10～500nm、10～300nm、20～1000nm、20～500nm、20～300nm、30～1000nm、30～500nm和30～300nm中的任意者。可以通过准备在相同条件下溅射的多张膜，用接触式膜厚测定机、光学式膜厚测定机求出膜厚，并使用由这些求出的成膜速率来算出膜厚。
本实施方式的层叠膜结构体优选的是，其表面、例如第2薄膜的表面的算术平均粗糙度(Ra)为10.0nm以下。通过如此减小表面粗糙度，可以提高第1薄膜和第2薄膜的结晶性和平坦性。而且，通过缩小第2薄膜的表面粗糙度，使薄膜进一步在其上外延沉积，可以制作具有良好的特性的半导体元件等器件。算术平均粗糙度(Ra)优选8.0nm以下、更优选5.0nm以下、进一步优选1.0nm以下。算术平均粗糙度(Ra)的下限没有限定。算术平均粗糙度(Ra)可以为0.1nm以上，可以为0.3nm以上，可以为0.5nm以上。算术平均粗糙度(Ra)可以为0.1～8.0nm、0.1～5.0nm、0.1～1.0nm、0.3～8.0nm、0.3～5.0nm、0.3～1.0nm、0.5～8.0nm、0.5～5.0nm和0.5～1.0nm中的任意者。
本实施方式的层叠膜结构体的Si(111)基板上的非晶层的厚度为0nm以上且低于1.0nm。即，在Si(111)基板上可以具备或也可以不具备非晶层。其中，具备非晶层的情况下，其厚度低于1.0nm。对于不具备非晶层的情况(第1方式)和具备非晶层的情况(第2方式)，以下分别进行说明。
首先，利用图1对第1方式进行说明。图1为第1方式中的层叠膜结构体的截面示意图。该层叠膜结构体(1)具备：Si(111)基板(2)；设置在Si(111)基板(2)上的第1薄膜(3)；和，设置在第1薄膜(3)上的第2薄膜(4)。第1方式中，不存在非晶层。即，非晶层的厚度为0nm，第1薄膜(3)与Si(111)基板(2)直接接触，未夹着其他层。
通过第1薄膜(3)与Si(111)基板(2)直接接触，可以提高第1薄膜(3)和第2薄膜(4)的结晶性。即，Si(111)基板(2)的结晶性高。通过第1薄膜(3)与高结晶性的Si(111)基板(2)直接接触，其结晶性延续到第1薄膜(3)。而且，第1薄膜(3)的结晶性延续到第2薄膜(4)。从制法的表现来看，第1薄膜(3)和第2薄膜(4)良好地外延沉积。与此相对，如果在Si(111)基板(2)上存在过厚的非晶层，则妨碍第1薄膜(3)的外延沉积，第1薄膜(3)和第2薄膜(4)的结晶性变低。
第1方式中，只要维持第2薄膜(4)的高结晶性即可，可以在第1薄膜(3)与第2薄膜之间存在其他层。然而，从结晶性的观点出发，优选第2薄膜(4)与第1薄膜(3)直接接触而不存在其他层。
第1方式中，优选距离Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氧含量为5原子％(原子％)以下。此处氧含量是相对于硅与氧与氮的总量的氧量。而且，距离基板表面的距离为10nm以内处的氧含量是指，距离基板表面的距离在高度方向上为10nm以内的区域中的氧含量。而且，高度方向是指，垂直于基板表面且离开基板的方向。而且，在距离基板中央的距离为基板半径的10％以内的范围处的任意位置进行测定。该含有的氧是源自层叠膜结构体制造中使用的Si(111)基板表面的自然氧化膜。即，Si基板的表面通常以新获得的状态覆盖有自然氧化膜。该自然氧化膜为非晶的，其厚度为约1～3nm。如果直接使用残留有自然氧化膜的Si基板，则距离基板表面的距离为10nm以内处的氧量过度增大，有第1薄膜与第2薄膜的结晶性降低的担心。与此相对，如果使用以更几乎完全的状态去除了自然氧化膜的Si基板，则可以抑制距离基板表面的距离为10nm以内处的氧量，可以更进一步提高第1薄膜与第2薄膜的结晶性。从结晶性的观点出发，优选氧量少。因此，氧含量更优选4原子％以下、进一步优选3原子％以下。氧含量的下限可以为0原子％，典型地为1原子％以上。氧含量可以为0～4原子％、0～3原子％、1～4原子％和1～3原子％中的任意者。
第1方式中，优选距离Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％(原子％)以下。此处氮化硅含量是相对于硅与氧与氮的总量的氮化硅量。该氮化硅源自制造层叠膜结构体时的第1薄膜成膜工序中使用的气氛气体(导入气体)。即，在Si(111)基板上使第1薄膜成膜时，如果成膜初始的阶段中气氛气体包含氮，则会在Si基板表面发生氮化反应，有时会形成非晶的氮化硅。这种氮化硅如果大量存在于Si基板表面，则有第1薄膜与第2薄膜的结晶性降低的担心。与此相对，通过控制使第1薄膜成膜时的气氛气体，可以抑制形成于Si基板表面的氮化硅的量。从结晶性的观点出发，优选距离基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅量少。因此，氮化硅含量更优选4原子％以下、进一步优选3原子％以下、特别优选2原子％以下。氮化硅含量的下限可以为0原子％，典型地为1原子％以上。氮化硅含量可以为0～4原子％、0～3原子％、0～2原子％、1～4原子％、1～3原子％和1～2原子％中的任意者。
接着，利用图2对第2方式进行说明。图2为第2方式中的层叠膜结构体的截面示意图。该层叠膜结构体(1)具备：Si(111)基板(2)；设置在Si(111)基板(2)上的第1薄膜(3)；和，设置在第1薄膜(3)上的第2薄膜(4)。而且，第2方式中，在Si(111)基板(2)与第1薄膜(3)之间存在非晶层(5)。然而，其厚度低于1.0nm。即，非晶层(5)的厚度超过0nm且低于1.0nm。
通过以这种方式限定非晶层(5)的厚度，即使存在非晶层(5)，也可以提高第1薄膜(3)和第2薄膜(4)的结晶性。与此相对，如果非晶层(5)过厚，则第1薄膜(3)的晶体取向不一致，会形成多晶状的薄膜。需要说明的是，非晶层的材质没有特别限定。然而，典型地由二氧化硅、氮化硅和/或氧化镁形成，更典型地由二氧化硅形成。而且，非晶层(5)的厚度可以为0.5nm以上且低于1.0nm。
第2方式中，只要维持第1薄膜(3)的高结晶性即可，在Si(111)基板(2)与第1薄膜(3)之间可以存在非晶层(5)以外的其他层。然而，优选不存在非晶层(5)以外的其他层。而且，只要维持第2薄膜(4)的高结晶性即可，在第1薄膜(3)与第2薄膜之间可以存在其他层。然而，优选第2薄膜(4)与第1薄膜(3)直接接触，未存在其他层。
第2方式中，优选距离基板表面的距离为10nm以内处的氧含量为5原子％(原子％)以下。此处氧含量是相对于硅与氧与氮的总量的氧量。而且，距离基板表面的距离为10nm以内处的氧含量是指，距离基板表面的距离为10nm以内的区域、且包含非晶层在内的部分中的氧含量。该含有的氧与第1方式的情况同样地是源自Si(111)基板表面的自然氧化膜。如果使用以更几乎完全的状态去除了自然氧化膜的Si(111)基板，则可以抑制距离基板表面的距离为10nm以内处所含的氧量，可以更进一步提高第1薄膜和第2薄膜的结晶性。氧含量更优选4原子％以下、进一步优选3原子％以下。氧含量的下限可以为0原子％，典型地为1原子％以上。氧含量可以为0～4原子％、0～3原子％、1～4原子％和1～3原子％中的任意者。
第2方式中，优选距离基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％(原子％)以下。该氮化硅与第1方式的情况同样地是源自第1薄膜成膜工序中使用的气氛气体。通过抑制距离基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅量，可以更进一步提高第1薄膜和第2薄膜的结晶性。从结晶性的观点出发，优选氮化硅量少。因此，氮化硅含量更优选4原子％以下、进一步优选3原子％以下、特别优选2原子％以下。氮化硅含量的下限可以为0原子％，典型地为1原子％以上。氮化硅含量可以为0～4原子％、0～3原子％、0～2原子％、1～4原子％、1～3原子％和1～2原子％中的任意者。
第1方式和第2方式中的任意者中，构成第1薄膜以及第2薄膜的材料的组合均没有限定。构成第1薄膜和第2薄膜的材料可以相同，或者也可以不同。而且，第1薄膜和/或第2薄膜可以为单层，或者也可以由多层构成。作为第1薄膜/第2薄膜的组合，可以举出氮化铝薄膜/氮化镓薄膜、氮化钛薄膜/氮化镓薄膜、氮化铝薄膜/氮化铟镓薄膜、氮化铝镓薄膜/氮化铝薄膜、氮化铝镓薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化铟镓薄膜、铝薄膜/氮化铝薄膜、铝薄膜/氮化铝薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化钛薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化铝薄膜/氮化铟镓薄膜、铝薄膜/氮化铝镓薄膜/氮化铝薄膜、铝薄膜/氮化铝镓薄膜/氮化镓薄膜，其中，优选氮化铝薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化镓薄膜、铝薄膜/氮化铝薄膜/氮化镓薄膜的组合，特别优选氮化铝薄膜/氮化镓薄膜的组合。
特别优选第1薄膜为氮化铝(AlN)薄膜、第2薄膜为氮化镓(GaN)薄膜。氮化镓(GaN)作为蓝色发光二极管(LED)、蓝色激光二极管(LD)之类的发光元件、功率器件之类的半导体元件的材料是有用的。通过由氮化镓(GaN)构成第2薄膜，可以将层叠膜结构体本身用于发光元件、半导体元件之类的电子器件。而且，也可以将层叠膜结构体作为基底基板、在其上进一步形成氮化镓(GaN)。形成在层叠膜结构体上的氮化镓(GaN)由于外延沉积，因此，可以形成具有良好的特性的器件。
此外，通过由氮化铝(AlN)构成第1薄膜，可以更进一步提高构成第2薄膜的氮化镓(GaN)的结晶性。即，在Si(111)基板上使氮化镓(GaN)直接成膜时，根据成膜条件而有时引起硅(Si)与镓(Ga)发生反应的现象、即回熔蚀刻。与此相对，通过在Si(111)基板上设置氮化铝(AlN)，可以更进一步显著地抑制回熔蚀刻。
优选的是，层叠膜结构体的最表面、例如第2薄膜的表面由六方晶氮化镓层构成、且该氮化镓层的表面为镓(Ga)极性。通过将最表面设为镓(Ga)极性，可以抑制在层叠膜结构体上进一步形成氮化镓(GaN)时使器件制作变得困难的六边形刻面的形成。
[半导体元件和电子设备]
本实施方式的半导体元件具备上述层叠膜结构体。而且，本实施方式的电子设备包含上述半导体元件。作为半导体元件，例如可以示例蓝色发光二极管(LED)、蓝色激光二极管(LD)等发光元件、二极管、晶体管等功率器件等。半导体元件将本实施方式的层叠膜结构体作为基底层，可以具备设置在其上的由氮化镓(GaN)等氮化物系材料形成的薄膜和/或厚膜。而且，半导体元件、电子设备可以包含层叠膜结构体以外的其他功能部件。由于构成层叠膜结构体的氮化物系薄膜的高结晶性，因此，这些半导体元件、电子设备体现良好的特性。
[层叠膜结构体的制造方法]
本实施方式的层叠膜结构体的制造方法没有限定。然而，可以依据以下的方法适合地制造。
本实施方式的层叠膜结构体的制造方法包括以下的工序：准备Si(111)基板的工序(基板准备工序)；使前述Si(111)基板浸渍于清洗液的工序(湿式蚀刻工序)；通过溅射法在浸渍后的Si(111)基板上使第1薄膜成膜的工序(第1薄膜成膜工序)；和，通过溅射法在该第1薄膜上使第2薄膜成膜的工序(第2薄膜成膜工序)。而且，使第1薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.1W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下，使第2薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.04W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下。对各工序的详细情况进行以下说明。
＜基板准备工序＞
基板准备工序中，准备Si(111)基板。Si(111)基板的制法没有限定，可以通过Czochraski(CZ)法、Floating-zone(FZ)法而制造，或者也可以为在通过这些方法制造的Si单晶基板上使Si单晶层外延沉积而得到的Si外延基板。而且，Si(111)基板在其表面和/或内部可以包含施主、受主等的掺杂剂元素或也可以不含。
＜湿式蚀刻工序＞
湿式蚀刻工序中，使准备好的Si(111)基板浸渍于清洗液。作为浸渍时使用的清洗液，可以举出氢氟酸水溶液、硫酸、盐酸、过氧化氢、氢氧化铵、三氯乙烯、丙酮、甲醇、异丙醇等，其中，优选氢氟酸水溶液。而且，浸渍于清洗液时可以并用超声波清洗机。Si(111)基板的表面通常以新获得的状态覆盖有污染物质、自然氧化膜。该自然氧化膜为非晶的，其厚度为约1～3nm。如果直接使用残留有污染物质、自然氧化膜的Si(111)基板，则距离基板表面的距离为10nm以内处的氧含量过度增大，有第1薄膜与第2薄膜的结晶性降低的担心。因此，设置湿式蚀刻工序，进行Si(111)基板表面的氧化膜的去除处理(清洗处理)。使用氢氟酸水溶液作为清洗液的情况下，氢氟酸浓度优选5～10质量％。通过将氢氟酸浓度设为5质量％以上，可以用氢修饰表面。另外，氢氟酸为超过10质量％的高浓度时，有表面粗糙度增大的可能性。
Si(111)基板的浸渍时间优选5～100秒。通过将浸渍时间设为5秒以上，可以充分地去除氧化膜，可以减小制造后的层叠膜结构体中的非晶层的厚度。而且，通过将浸渍时间设为100秒以下，可以抑制进行蚀刻时的表面粗糙度的降低。浸渍时间可以为20秒以上且100秒以下。由此，可以制作非晶层的厚度为0nm(不存在非晶)的第1方式的层叠膜结构体。浸渍时间可以为5秒以上且低于20秒。由此，可以制作非晶层的厚度超过0nm且低于1.0nm的第2方式的层叠膜结构体。
在浸渍于清洗液后，去除基板表面的残留液滴。残留液滴的去除可以通过使用了氮气的表面吹送等方法而进行。湿式蚀刻处理后的Si(111)基板的氧化膜被去除至相当程度，其表面平坦。处理后的Si(111)的算术平均粗糙度(Ra)为0.5nm以下，优选0.3nm以下。由于残留液滴去除后基板表面容易被气氛中的杂质污染，因此，优选的是不留24小时以上时间地进行到第1薄膜成膜工序。湿式蚀刻工序结束后，可以在5小时以内移至第1薄膜成膜工序，也可以在1小时以内移至第1薄膜成膜工序。
＜第1薄膜成膜工序＞
第1薄膜成膜工序中，通过溅射法在浸渍后的Si(111)基板上使第1薄膜成膜。作为溅射法，可以采用公知的方法。作为这种公知的方法，可以举出DC溅射法、RF溅射法、AC溅射法、DC磁控溅射法、RF磁控溅射法、脉冲溅射法和离子束溅射法。然而，优选能够大面积、均匀且高速地成膜的DC磁控溅射法或RF磁控溅射法。
作为溅射靶，可以使用氮化物系薄膜、铝薄膜的成膜中使用的公知的靶。作为这种靶，可以举出金属靶、氮化物系靶。另外，从提高膜整体的结晶性的观点出发，溅射靶的氧量越低越优选。氧含量优选3原子％(原子％)以下、进一步优选1原子％以下。此外，靶面积越大，越能够对大面积基板成膜、而且越改善膜厚、膜质的均匀性。因此，靶面积优选18cm2以上、更优选100cm2以上。需要说明的是，靶面积是指，靶的主表面的一者的面积。
使第1薄膜成膜时，优选将即将成膜前的成膜装置内的达到真空度设为1×10-4以下、更优选为7×10-5Pa以下、更优选为2×10-5Pa以下、进一步优选为9×10-6Pa以下、特别优选为5×10-6Pa以下。通过提高成膜前的装置内的真空度，可以抑制成膜时残留气体作为杂质而混入到沉积膜(氮化物系薄膜)中的情况，结果更进一步改善沉积膜的结晶性。为了去除残留气体，可以对成膜前的装置实施烘烤处理。另外，溅射成膜优选在基板被加热的状态下进行。由此，可以促进沉积在基板上的颗粒的迁移，并且可以形成稳定的结晶状态的沉积膜。基板加热温度(成膜温度)优选100～800℃、更优选200～600℃。成膜温度优选从低温阶段性地施加。而且，成膜初始的成膜温度优选200～500℃。由此，可以得到抑制过度的迁移且平坦的膜。通过进一步在300～600℃下成膜、进一步在500～800℃下阶段性地成膜，可以兼顾平坦性和结晶性。
作为溅射时的导入气体，可以使用氮化物系薄膜成膜中使用的公知的气体。作为这种气体，可以举出氩气(Ar)和氮气(N2)的混合气体。而且，可以根据需要导入氨气等其他气体。然而，使第1薄膜成膜时，优选的是向成膜室内仅导入氩气(Ar)气体，使膜厚3～10nm的薄膜成膜，之后，向成膜室内导入包含氮气(N2)的气体并持续进行成膜。例如，在使用金属靶(金属铝靶等)进行成膜时，在成膜初始仅导入氩气(Ar)气体，使厚度1～10nm的金属膜(铝膜等)成膜。之后，导入含氮气(N2)的气体(例如氮气与氩气的混合气体)依次进行成膜时，金属膜被氮化而转化为氮化物膜(氮化铝膜等)，并且在其上进一步沉积氮化物。由此，可以得到结晶性高且氮缺陷少的氮化物系薄膜(氮化铝薄膜等)。与此相对，如果在成膜初始导入含氮气(N2)的气体，则有时Si基板表面被氮化而形成非晶的氮化硅。另外，即使在仅导入氩气(Ar)气体的情况下，如果成膜初始的金属膜的膜厚低于1nm，则有时会由于依次成膜时导入的氮气(N2)而导致在Si基板表面形成氮化硅。如果在基板表面形成了氮化硅，则有时会妨碍第1薄膜的异质外延沉积。另一方面，如果成膜初始的金属膜的膜厚超过10nm，则有时会在依次成膜时难以充分地将金属膜氮化。因此，在导入含氮气的气体之前的成膜初始的膜厚优选1～10nm。成膜初始的膜厚可以为1～5nm。
使第1薄膜成膜时的溅射能量(Es)为0.1W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下。此处溅射能量(Es)是溅射成膜时的溅射颗粒的能量，由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2定义。输入功率密度是指，实际的输入功率除以溅射靶的面积时的每单位面积的输入能量。由此，可以使结晶性高的第1薄膜成膜。其详细的理由不确定，但推测是溅射颗粒的特性根据溅射能量(Es)的大小而变化，由此对氮化物系薄膜的结晶性产生影响，所述溅射颗粒的特性包括：达到基板的溅射颗粒的附着力、溅射颗粒在基板上迁移时的扩散长度和/或向已沉积的膜中侵入的深度。Es可以为0.5W/cm2Pa2以上，可以为1W/cm2Pa2以上，可以为2W/cm2Pa2以上，可以为5W/cm2Pa2以上，可以为10W/cm2Pa2以上，可以为15W/cm2Pa2以上，可以为20W/cm2Pa2以上，可以为25W/cm2Pa2以上。而且，Es可以为100W/cm2Pa2以下，可以为60W/cm2Pa2以下，可以为30W/cm2Pa2以下，可以为25W/cm2Pa2以下，可以为20W/cm2Pa2以下，可以为15W/cm2Pa2以下，可以为10W/cm2Pa2以下。Es可以为0.5～100W/cm2Pa2、0.5～60W/cm2Pa2、0.5～30W/cm2Pa2、0.5～25W/cm2Pa2、0.5～20W/cm2Pa2、0.5～15W/cm2Pa2、0.5～10W/cm2Pa2、1～100W/cm2Pa2、1～60W/cm2Pa2、1～30W/cm2Pa2、1～25W/cm2Pa2、1～20W/cm2Pa2、1～15W/cm2Pa2、1～10W/cm2Pa2、2～100W/cm2Pa2、2～60W/cm2Pa2、2～30W/cm2Pa2、2～25W/cm2Pa2、2～20W/cm2Pa2、2～15W/cm2Pa2、2～10W/cm2Pa2、5～100W/cm2Pa2、5～60W/cm2Pa2、5～30W/cm2Pa2、5～25W/cm2Pa2、5～20W/cm2Pa2、5～15W/cm2Pa2、5～10W/cm2Pa2、10～100W/cm2Pa2、10～60W/cm2Pa2、10～30W/cm2Pa2、10～25W/cm2Pa2、10～20W/cm2Pa2、10～15W/cm2Pa2、15～100W/cm2Pa2、15～60W/cm2Pa2、15～30W/cm2Pa2、15～25W/cm2Pa2、15～20W/cm2Pa2、20～100W/cm2Pa2、20～60W/cm2Pa2、20～30W/cm2Pa2、20～25W/cm2Pa2、25～100W/cm2Pa2、25～60W/cm2Pa2和25～30W/cm2Pa2中的任意者。
需要说明的是，当在成膜初始仅导入氩气(Ar)气体、在依次成膜时导入含氮气(N2)的气体进行成膜的情况下，可以使成膜初始与依次成膜时的溅射能量(Es)相同，或者也可以不同。
第1薄膜的膜厚优选20nm以上。第1薄膜的膜厚过薄的情况下，第1薄膜和第2薄膜的结晶性、层叠膜结构体的表面平坦性有时差。因此，第1薄膜的膜厚期望存在一定的厚度。第1薄膜的膜厚可以为30nm以上，可以为40nm以上，可以为50nm以上，可以为60nm以上，可以为70nm以上，可以为80nm以上。膜厚可以为90nm以下，可以为80nm以下，可以为70nm以下，可以为60nm以下，可以为50nm以下。膜厚可以为30～90nm、30～80nm、30～70nm、30～60nm、30～50nm、40～90nm、40～80nm、40～70nm、40～60nm、40～50nm、50～90nm、50～80nm、50～70nm、50～60nm、60～90nm、60～80nm、60～70nm、70～90nm、70～80nm和80～90nm中的任意者。
＜第2薄膜成膜工序＞
第2薄膜成膜工序中，通过溅射法在第1薄膜上使第2薄膜成膜。作为溅射法，优选能够大面积、均匀且高速地成膜的DC磁控溅射法、脉冲溅射法或RF磁控溅射法。另外，作为溅射靶，可以使用氮化物系薄膜的成膜中使用的公知的靶。然而，优选使用氮化物系靶(例如氮化镓靶)。而且，溅射靶的氧含量优选3原子％(原子％)以下、进一步优选1原子％以下。此外，靶面积优选18cm2以上、更优选100cm2以上。
溅射成膜优选与第1薄膜的成膜同样地在基板被加热的状态下进行。基板加热温度(成膜温度)优选100～800℃、更优选300～800℃。而且，作为溅射时的导入气体，可以使用氮化物系薄膜成膜中使用的公知的气体。作为这种气体，可以举出氩气(Ar)和氮气(N2)的混合气体。另外，也可以根据需要导入氨气等其他气体。
使第2薄膜成膜时将溅射能量(Es)设为0.04W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下。由此，可以使结晶性高的第2薄膜成膜。Es可以为0.1W/cm2Pa2以上，可以为0.5W/cm2Pa2以上，可以为1W/cm2Pa2以上，可以为5W/cm2Pa2以上，可以为10W/cm2Pa2以上，可以为20W/cm2Pa2以上，可以为25W/cm2Pa2以上，可以为30W/cm2Pa2以上。而且，Es可以为100W/cm2Pa2以下，可以为70W/cm2Pa2以下，可以为35W/cm2Pa2以下，可以为30W/cm2Pa2以下，可以为25W/cm2Pa2以下。Es可以为0.1～100W/cm2Pa2、0.1～70W/cm2Pa2、0.1～35W/cm2Pa2、0.1～30W/cm2Pa2、0.1～25W/cm2Pa2、0.5～100W/cm2Pa2、0.5～70W/cm2Pa2、0.5～35W/cm2Pa2、0.5～30W/cm2Pa2、0.5～25W/cm2Pa2、1～100W/cm2Pa2、1～70W/cm2Pa2、1～35W/cm2Pa2、1～30W/cm2Pa2、1～25W/cm2Pa2、5～100W/cm2Pa2、5～70W/cm2Pa2、5～35W/cm2Pa2、5～30W/cm2Pa2、5～25W/cm2Pa2、10～100W/cm2Pa2、10～70W/cm2Pa2、10～35W/cm2Pa2、10～30W/cm2Pa2、10～25W/cm2Pa2、20～100W/cm2Pa2、20～70W/cm2Pa2、20～35W/cm2Pa2、20～30W/cm2Pa2、20～25W/cm2Pa2、25～100W/cm2Pa2、25～70W/cm2Pa2、25～35W/cm2Pa2、25～30W/cm2Pa2、30～100W/cm2Pa2、30～70W/cm2Pa2和30～35W/cm2Pa2中的任意者。
可以根据需要设置在第2薄膜上进一步层叠其他氮化物系薄膜的工序。例如可以在通过溅射法使作为第2薄膜的氮化镓系薄膜成膜后，进一步在其上通过MOCVD法使氮化镓系薄膜成膜。
可以如此制造本实施方式的层叠膜结构体。
实施例
用以下的实施例和比较例对本发明进一步进行说明。然而，本发明不限定于以下的实施例。
[例1]
如下进行例1的层叠膜结构体的制作和评价。
(1)层叠膜结构体的制作
＜准备工序＞
准备n型Si(111)基板(株式会社松崎制作所、偏离角：无)作为Si基板。该基板的直径为50±0.5mmφ、厚度为425±25μm、电阻率为1000Ω·cm以上。
＜湿式蚀刻工序＞
对准备好的Si基板实施湿式蚀刻处理(清洗处理)。首先，用超纯水(关东化学株式会社、Ultrapure等级)稀释氢氟酸(关东化学株式会社、Ultrapure等级)，调整浓度5质量％的稀释氢氟酸水溶液。接着，使Si基板浸渍于调整好的稀释氢氟酸水溶液30秒，将该基板从氢氟酸水溶液中提出。之后，吹送氮气以去除残留在基板表面的液滴。由此，得到实施了清洗处理的Si基板(Ra：0.15nm)。之后，不留时间地进行到第1薄膜的成膜工序。
＜第1薄膜的成膜工序＞
使用磁控溅射装置，在实施了湿式蚀刻处理的Si基板上使第1薄膜成膜。首先，准备金属铝(Al)靶(纯度99.99质量％)作为溅射靶。将Si基板与该靶一起配置在溅射装置的成膜室内，对成膜室内进行抽真空。使成膜室内的真空度(成膜前达到真空度)成为1.9×10-6Pa后，开始成膜。
第1薄膜的成膜如下进行。首先，作为向成膜室内的导入气体仅使用氩气(流量：20sccm)，使膜厚3nm的薄膜成膜。此时，将基板温度设为300℃、溅射能量(Es)设为20W/cm2Pa2。接着，将导入气体切换为氮气(流量：3sccm)与氩气(流量：17sccm)的混合气体，使膜厚47nm的薄膜成膜。此时，将基板温度设为750℃、溅射能量(Es)设为5W/cm2Pa2。由此，使膜厚50nm的氮化铝薄膜成膜。
＜第2薄膜的成膜工序＞
使用磁控溅射装置，在成膜后的第1薄膜(氮化铝薄膜)上使第2薄膜成膜。首先，准备氮化镓(GaN)靶(纯度99.99质量％)作为溅射靶。将使第1薄膜成膜后的Si基板与该靶一起配置在成膜室内。作为向成膜室内的导入气体使用氮气(流量：10sccm)和氩气(流量：10sccm)的混合气体，在基板温度750℃、溅射能量20W/cm2Pa2的条件下进行成膜。由此，使膜厚50nm的氮化镓(GaN)薄膜成膜。
如此制作出在Si基板上设有氮化铝薄膜(第1薄膜)和氮化镓薄膜(第2薄膜)的层叠膜结构体。需要说明的是，将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件分别示于表1～表3。
(2)评价
得到的层叠膜结构体的评价如下进行。
＜结构解析＞
进行Si基板与第1薄膜之间的解析，由此，考察了非晶层的有无、其厚度。解析如下进行。首先，在层叠膜结构体的表面设置作为保护膜的碳涂层，然后，实施聚焦离子束(FIB)加工，制作观察用试样。接着，使用场发射型透射电子显微镜(FE-TEM；日本电子株式会社制JEM-2100F)进行试样的截面观察。此时，电子束加速电压设为200kV。
＜氧量和氮化硅量＞
通过X射线光电子能谱法(ESCA；Electron Spectroscopy for ChemicalAnalysis)，测定距离包含非晶层在内的Si基板的距离为10nm以内处的氧含量和氮化硅含量。在进行深度方向的分析时，利用氩(Ar)单体离子对膜试样进行离子研磨并测定。测定中使用O1s、N1s和Si2p的峰面积算出各元素(O、N、Si)的含量，以原子浓度相对于硅(Si)、氧(O)和氮(N)的总浓度的形式定量氧量和氮化硅量。需要说明的是，测定条件的详细如下所示。
-X射线源：单色Al-Kα射线(25W、15kW)
-照射X射线直径：100μmφ
-通过能量：93.9eV(O1s、N1s)
11.75eV(Si2p)
-步长：0.1eV
＜薄膜的结晶性＞
使用X射线衍射装置(Bruker AXS制、D8 DISCOVER)评价第1薄膜和第2薄膜的结晶性。在40kV、40mA的条件下以HIGH RESOLUTION模式进行分析。另外，为了去除CuKα2，使用单色器，执行ω扫描。测定(0002)面的摇摆曲线，求出半值宽度(FWHM)，将其作为薄膜的结晶性的指标。需要说明的是，分析条件的详细如下所示。
-射线源：CuKα射线(λ＝0.15418nm)
-单色器：Ge(220)
-Pathfinder：Crystal3B
-测定模式：ω扫描
-测定间隔：0.01°(半值宽度0.1°以下时为0.0005°)
-测量时间：0.5秒
-测定范围：ω＝0°～35°
＜氮化镓薄膜的极性和结晶性＞
使用飞行时间型原子散射表面分析装置(Pascal Co.,Ltd.、TOFLAS-3000)评价氮化镓薄膜的极性和晶相。将层叠膜结构体安装于装置使得其成膜面成为上表面，进行测定。氮化镓薄膜的极性和晶相是通过将测定得到的极象图与模拟得到的直至4层表层的各晶相和极性的极象图进行比较来判断的。需要说明的是，测定条件的详细如下所示。
-探针：He(原子散射)
-能量：3keV
-射束源-靶的间距：805mm
-靶-检测器的间距：395mm
-分析室真空度：2×10-3Pa以下
＜层叠膜结构体的表面粗糙度＞
测定层叠膜结构体表面的算术平均粗糙度(Ra)。使用扫描型探针显微镜(BrukerAXS、NanoScopeIIIa)、在撞击模式AFM下、在2μm×2μm的视野内进行测定。
[例2和例3]
将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例4]
湿式蚀刻处理时，将Si基板的浸渍时间设为5秒，将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例5]
使第1氮化物系薄膜成膜时使初始以及其后的成膜在500℃下为3nm、在750℃下为44nm，将第2氮化物系薄膜的成膜条件设为表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例6～例17]
将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例18(比较)]
湿式蚀刻处理时，将Si基板的浸渍时间设为2秒，将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例19(比较)]
将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例20(比较)]
湿式蚀刻处理后，在大气气氛下保管1天，进一步进行第1薄膜和第2薄膜的成膜。将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
[例21～例25(比较)]
将第1薄膜和第2薄膜的成膜条件设为表1～表3所示。除此之外，与例1同样地进行层叠膜结构体的制作和评价。
(3)结果
将对于例1～例25得到的评价结果示于表4。需要说明的是，例1～例17为实施例，例18～例25为比较例。
如表4所示，作为实施例的例1～例17的样品的非晶层的厚度小至0.9nm以下。而且，半峰全宽(FWHM)小至0.98°以下，算术平均粗糙度(Ra)小至8.1nm以下。由此，例1～例17中，成功地制作了高的平坦性/结晶性的、具有六方晶的Ga极性的氮化镓薄膜(氮化物系薄膜)。
与此相对，作为比较例的例18～例20的样品的非晶层的厚度大至2.0nm。因此，半峰全宽(FWHM)和算术平均粗糙度(Ra)大，结晶性和表面平坦性差。例如Si基板的浸渍时间为2秒的例18中，在Si基板与第1薄膜之间残留有认为是自然氧化膜的非晶层2.0nm，无法得到要求的特性的膜。在氩气和氮气下进行了10秒的成膜的例19中，在Si基板与第1薄膜之间残留有认为是源自气体中杂质的氧化膜的非晶层2.0nm，无法得到要求的特性的膜。使第1薄膜成膜前在大气气氛下保管1天的例20也同样地，残留有认为是源自大气中杂质的自然氧化膜的非晶层2.0nm，无法得到要求的特性的膜。使第1薄膜和第2薄膜成膜时的溅射能量(Es)为200W/cm2Pa2的例21、使第1薄膜的膜厚为10nm的例22中，无法得到要求的特性的膜。使第1薄膜成膜前的达到真空度为2.3×10-4Pa的例23中，距离Si表面的距离为10nm以内处的氧量多，无法得到要求的特性的膜。使第1薄膜的溅射能量(Es)为0.05W/cm2Pa2的例24、使第2薄膜的溅射能量(Es)为0.03W/cm2Pa2的例25中，无法得到要求的特性的膜。
[表1]
表1第1氮化物系薄膜的成膜条件
Figure BDA0003620978400000231
注1)“*”表示为比较例。
[表2]
表2第1氮化物系薄膜的成膜条件(续)
Figure BDA0003620978400000241
注1)“*”表示为比较例。
[表3]
表3第2氮化物系薄膜的成膜条件
Figure BDA0003620978400000251
注1)“*”表示为比较例。
[表4]
表4层叠膜结构体的评价结果
Figure BDA0003620978400000261
注1)“*”表示为比较例
注2)是距离Si表面的距离为10nm以内的氧量/非晶层和距离Si表面的距离为10nm以内的氧量。
注3)是距离Si表面的距离为10nm以内的氮化硅量/非晶层和距离Si表面的距离为10nm以内的氮化硅量。

Claims (15)

1.一种层叠膜结构体，其具备：
Si(111)基板；
设置在所述Si(111)基板上的由氮化物系材料和/或铝形成的第1薄膜；和，
设置在所述第1薄膜上的由氮化物系材料形成的第2薄膜，
在所述Si(111)基板上存在厚度为0nm以上且低于1.0nm的非层晶体，所述层叠膜结构体的表面的(0002)面的摇摆曲线的半值宽度(FWHM)为1.50°以下。
2.根据权利要求1所述的层叠膜结构体，其中，所述非晶层的厚度为0nm，所述第1薄膜与所述Si(111)基板直接接触，未夹着其他层。
3.根据权利要求2所述的层叠膜结构体，其中，距离所述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氧含量为5原子％以下。
4.根据权利要求2或3所述的层叠膜结构体，其中，距离所述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％以下。
5.根据权利要求1所述的层叠膜结构体，其中，所述非晶层的厚度超过0nm且低于1.0nm。
6.根据权利要求5所述的层叠膜结构体，其中，距离所述Si(111)基板表面的距离为10nm以内处的氮化硅含量为5原子％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的层叠膜结构体，其中，所述层叠膜结构体的表面的算术平均粗糙度(Ra)为10.0nm以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的层叠膜结构体，其中，所述第1薄膜为氮化铝薄膜，所述第2薄膜为氮化镓薄膜。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的层叠膜结构体，其中，所述结构体的最表面由六方晶氮化镓层构成，所述氮化镓层的表面为镓(Ga)极性。
10.一种半导体元件，其具备权利要求1～9中任一项所述的层叠膜结构体。
11.一种电子设备，其包含权利要求10所述的半导体元件。
12.一种权利要求1～9中任一项所述的层叠膜结构体的制造方法，其包括以下的工序：
准备Si(111)基板的工序；
使所述Si(111)基板浸渍于清洗液的工序；
通过溅射法在浸渍后的所述Si(111)基板上使第1薄膜成膜的工序；和，
通过溅射法在所述第1薄膜上使第2薄膜成膜的工序，
使所述第1薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.1W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下，
使所述第2薄膜成膜时，将由式：Es＝[输入功率密度(单位：W/cm2)]/[导入气体压力(单位：Pa)]2表示的溅射能量(Es)设为0.04W/cm2Pa2以上且150W/cm2Pa2以下。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，使所述第1薄膜成膜时，将即将成膜前的成膜装置内的真空度设为1×10-4Pa以下。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，使所述第1薄膜成膜时，向成膜室内仅导入氩气，使膜厚1～10nm的薄膜成膜，之后，向成膜室内导入包含氮气的气体并持续进行成膜。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的方法，其中，所述第1薄膜的膜厚为20nm以上。
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