JP2005272894A - 化合物膜の製造方法および化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の化合物膜の製造方法は、元素Aを含み、融点がTmである材料からなるターゲット18を用意する工程(a)と、ターゲット18に対向する位置に基板12を配置する工程(b)と、ターゲット18と基板12との間において元素Bを含むガスのプラズマを形成し、ターゲット18の表面をスパッタリングする工程(c)と、基板12上に元素Aおよび元素Bを含む化合物の膜20を成長させる工程(d)とを含む化合物膜の製造方法である。工程(c)は、ターゲット18の少なくとも表面領域を融点Tm以上に加熱し、厚さ1μm以上の溶融層を形成しながら、溶融層の表面をスパッタリングする工程(c1)を含む。
【選択図】図1
Description
まず、SUS製のシャーレ(直径:75mm、深さ:6mm)22を用意し、150℃に加熱したGa(融点:約29℃)をシャーレの内部へ流し込んだ。この後、Gaの温度を室温程度に低下させた。そして、ほとんど固体化させた状態のGaターゲット18を図1に示すスパッタ装置のカソード16上に固定した。Gaターゲット18の厚さは約6mmであった。スパッタ時におけるGaターゲット18の温度上昇が過度のレベルに達しないように、カソード16の温度を調節することが好ましい。通常のスパッタ装置のカソードには、水冷機構が備え付けられているので、その水冷機構をそのまま用いることができる。本発明では、前述した特許文献1および2に記載されているような特別の冷却装置(ターゲット温度を融点よりも充分に低い温度に保つ装置)は不要である。
カソード16の温度を調節する冷却水の温度を8℃まで低下させることにより、ターゲットのバッキングプレートの温度を10℃程度に下げたこと以外は実施例1と同一の条件で、スパッタを行なった。この場合、スパッタ工程中におけるターゲット18の溶融は観察されず、固体状態のGaターゲット18のスパッタが行なわれた。この比較例では、膜の成長レートは8nm/minに低下し、得られた膜も非晶質であった。EPMAによる組成分析を行なったところ、膜の組成はGaリッチであり、窒素含有比率が著しく低下していた。
本実施例では、室温でGa−75%In(融点:15.7℃)をSUS製シャーレ(直径:75mm、深さ:6mm)22の内部へ流し込んだ。本実施例では、融点が室温(25℃程度)を下回る低い値を有するターゲット材料を用いるため、特別の加熱をしない場合でも、シャーレ22などの容器内にターゲット材料を流し込むことができる。
150℃に加熱したGa(融点:約29℃)を実施例1と同じシャーレの内部へ流し込んだ。この後、Gaの温度を室温程度に低下させた。そして、ほとんど固体化させた状態のGaターゲット18を図1に示すスパッタ装置のカソード16上に固定した。Gaターゲット18の厚さは約6mmであった。本実施例でも、スパッタ工程中において室温程度または室温を少し下回る温度の冷却水を水冷機構内で循環させることにより、カソード16を冷却し、バッキングプレート24の温度を18〜22℃程度に制御する。
図2は、スパッタ工程中の窒素雰囲気ガス圧力と窒化ガリウム膜形成レートおよびXRDピーク強度との関係を示すグラフである。このグラフの左側の縦軸は膜形成レートであるが、右側の横軸はXRDピーク強度である。グラフ中の●は膜形成レートを示し、○はXRDピーク強度を示している。RF電力は500W、基板温度は780℃であった。
図3は、スパッタ工程中のRF電力と窒化ガリウム膜形成レートおよびXRDピーク強度との関係を示すグラフである。グラフの左側の縦軸は膜形成レートであるが、右側の横軸はXRDピーク強度である。
12 基板
14 基板ホルダー(アノード)
16 カソード
18 ターゲット
20 半導体膜
22 シャーレ
24 バッキングプレート
26 シールド(アースシールド)
100 スパッタ装置
Claims (12)
- 元素Aを含み、融点がTmである材料からなるターゲットを用意する工程(a)と、
前記ターゲットに対向する位置に基板を配置する工程(b)と、
前記ターゲットと前記基板との間において元素Bを含むガスのプラズマを形成し、前記ターゲットの表面をスパッタリングする工程(c)と、
前記基板上に元素Aおよび元素Bを含む化合物の膜を成長させる工程(d)と、
を含む化合物膜の製造方法であって、
前記工程(c)は、前記ターゲットの少なくとも表面領域を融点Tm以上に加熱し、厚さ1μm以上の溶融層を形成しながら、前記ターゲットの表面をスパッタリングする工程(c1)を含む化合物膜の製造方法。 - 前記材料は、Ga、In、およびAlからなる群から選択された少なくとも1種類の材料を主成分とし、融点Tmが30℃以下である前記元素である請求項1に記載の化合物膜の製造方法。
- 前記材料は、GaおよびInからなる群から選択された少なくとも1種類の材料を主成分とし、融点Tmが30℃以下である前記元素である請求項1に記載の化合物膜の製造方法。
- 前記元素AはGaであり、元素Bは窒素である請求項2または3に記載の化合物膜の製造方法。
- 前記基板上に成長させられる膜は窒化物半導体膜である請求項4に記載の化合物膜の製造方法。
- 前記工程(c1)において、前記ターゲットの裏面と接触する部材の温度を10℃以上に保持する、請求項1から5のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 前記基板は、サファイア、SiC、GaN、またはZnOの単結晶から形成されている請求項1から6のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 前記工程(d)は、前記基板の温度を350〜1200℃以下に加熱・保持する工程(d1)を含む請求項1から7のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 前記工程(c)は、元素Bを前記溶融層中に溶解させる工程(c2)を含む、請求項1から8のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 前記(c)は、元素Bを前記溶融層中の元素Aと化学的に結合させる工程(c2)を含む、請求項1から9のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 前記工程(c)は、前記ターゲットの表面に元素Aおよび元素Bを含む反応層を形成し、前記反応層をスパッタリングする工程(c3)を含む請求項1から10のいずれかに記載の化合物膜の製造方法。
- 請求項1から11のいずれかに記載された方法よって化合物膜が形成された基板を用意する工程と、
前記化合物膜の上に化合物半導体積層構造を設ける工程と、
を含む化合物半導体素子の製造方法。
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