JP2018095922A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することのできる成膜装置を提供することである。
【解決手段】 成膜装置１０００は、第１室１００と、第２室２００と、第１室１００と第２室２００とを区切る仕切り部１３００と、を有する。第１室１００は、ターゲットＴ１を収容するターゲット収容部１１０を有する。第２室２００は、基板Ｓ１を支持する基板支持部２１０を有する。仕切り部１３００は、第１室１００と第２室２００とを連通するための貫通孔１３０１を有する。
【選択図】図１
【解決手段】 成膜装置１０００は、第１室１００と、第２室２００と、第１室１００と第２室２００とを区切る仕切り部１３００と、を有する。第１室１００は、ターゲットＴ１を収容するターゲット収容部１１０を有する。第２室２００は、基板Ｓ１を支持する基板支持部２１０を有する。仕切り部１３００は、第１室１００と第２室２００とを連通するための貫通孔１３０１を有する。
【選択図】図１
Description
本明細書の技術分野は、スパッタリング法またはＣＶＤ法により薄膜を成膜する成膜装置に関する。
基板に薄膜を成膜する技術として種々の技術がある。例えば、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法が挙げられる。スパッタリング法では、真空中で高速のイオンをターゲットに衝突させ、ターゲットから放出された粒子を基板の上に付着させる。ターゲットに衝突するイオンの運動エネルギーが大きいため、ターゲットから放出される粒子の運動エネルギーも大きい。したがって、緻密で付着力の高い薄膜が得られる。
ところで、従来、ＧａＮを成膜する際には、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法が用いられてきた。そして近年では、高い生産性への期待から、大口径基板にＧａＮを成膜することが要求されるようになってきている。しかし、基板が大きいほど、基板とＧａＮ層との間の熱膨張係数差に起因する歪が大きい。そして、基板とＧａＮ層との界面付近で大きな応力が発生する。このような応力は、ＧａＮ層の結晶性に悪影響を与えるおそれがある。また、応力が半導体層の内部にピエゾ電界を生じさせることがある。そのため、このような半導体層を有する半導体素子における電子の振る舞いに悪影響を及ぼすおそれがある。
スパッタリング法では、従来のＭＯＣＶＤ法等に比べて低い温度で成膜できる可能性がある。成膜温度が低いほど、熱膨張係数差に起因する応力を抑制できる。そのため、近年では、ＧａＮの成膜にスパッタリング法を用いる技術が開発されてきている。例えば、特許文献１では、ターゲットであるＧａを冷却する技術が開示されている（特許文献の段落［０００７］等参照）。
しかし、特許文献１のスパッタリング装置を用いてＧａＮを成膜する場合には、窒素ガスがＧａターゲットの表面に供給されるおそれがある。窒素ガスはＧａターゲットを窒化する。Ｇａターゲットの窒化により、ＧａターゲットからＧａ粒子が放出されにくくなる。つまり、スパッタ収率が低下する。また、得られるＧａＮの結晶性に影響を及ぼすおそれもある。そして、Ｇａターゲットを交換する時間間隔が短くなる。このように、ターゲットと供給ガスとの組み合わせによっては、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応するおそれがある。これにより、工業利用上の安定性が失われるおそれがある。この問題点は、ＧａＮを成膜する場合に限らず生じる。
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することのできる成膜装置を提供することである。
第１の態様における成膜装置は、第１室と、第２室と、第１室と第２室とを区切る仕切り部と、を有する。第１室は、ターゲットを収容するターゲット収容部を有する。第２室は、基板を支持する基板支持部を有する。仕切り部は、第１室と第２室とを連通するための貫通孔を有する。
この成膜装置においては、ターゲット収容部と基板支持部とが別々の部屋に収容されている。そのため、ターゲット収容部を有する第１室と、基板支持部を有する第２室とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットが収容されている第１室の内部に、ターゲットと反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔を介して第２室から第１室にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することができる。
第２の態様における成膜装置においては、基板支持部は、ターゲット収容部と貫通孔とを結ぶ線の延長線上に配置されている。
第３の態様における成膜装置は、第１室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を有する。
第４の態様における成膜装置は、第２のガス供給部が供給する第２のガスをプラズマ化するプラズマ発生装置を有する。
第５の態様における成膜装置は、ターゲット収容部に電位を付与する第１の電位付与部を有する。
本明細書では、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することのできる成膜装置が提供されている。
以下、具体的な実施形態について、成膜装置およびＧａＮ層の成膜方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態の成膜装置は、スパッタリング装置である。
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態の成膜装置は、スパッタリング装置である。
１．成膜装置
図１は、第１の実施形態の成膜装置１０００の概略構成を示す図である。第１の実施形態の成膜装置１０００は、スパッタリング法により基板の上に薄膜を成膜する装置である。成膜装置１０００は、筐体１１００と、壁１２００と、仕切り部１３００と、を有する。ここで、筐体１１００と壁１２００と仕切り部１３００との材質は、例えば、ＮｉめっきされたＳＵＳである。筐体１１００と壁１２００と仕切り部１３００とは、接地されている。
図１は、第１の実施形態の成膜装置１０００の概略構成を示す図である。第１の実施形態の成膜装置１０００は、スパッタリング法により基板の上に薄膜を成膜する装置である。成膜装置１０００は、筐体１１００と、壁１２００と、仕切り部１３００と、を有する。ここで、筐体１１００と壁１２００と仕切り部１３００との材質は、例えば、ＮｉめっきされたＳＵＳである。筐体１１００と壁１２００と仕切り部１３００とは、接地されている。
筐体１１００は、第１室１００および第２室２００を収容している。壁１２００および仕切り部１３００は、第１室１００を収容している。仕切り部１３００は、第１室１００と第２室２００とを区切っている。つまり、成膜装置１０００は、第１室１００と、第２室２００と、第１室１００と第２室２００とを区切る仕切り部１３００と、を有する。
１−１．第１室
第１室１００は、ターゲット収容部１１０と、ターゲット収容部支持部１２０と、冷却部１３０と、第１の電位付与部１４０と、第１のガス供給部１５０と、第１のガス供給管１６０と、を有している。
第１室１００は、ターゲット収容部１１０と、ターゲット収容部支持部１２０と、冷却部１３０と、第１の電位付与部１４０と、第１のガス供給部１５０と、第１のガス供給管１６０と、を有している。
ターゲット収容部１１０は、ターゲットＴ１を収容するためのものである。そのため、ターゲット収容部１１０は、ターゲットＴ１を載置するための凹部を有するとよい。ターゲットＴ１は、スパッタリングに用いられる材料である。ターゲットＴ１は、例えば、Ｇａである。
ターゲット収容部支持部１２０は、ターゲット収容部１１０を支持するためのものである。また、ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有している。
冷却部１３０は、ターゲット収容部１１０を冷却するためのものである。冷却部１３０は、水を流す流路１３１と、流路１３１に水を流すポンプ（図示せず）と、ポンプを制御するポンプ制御部（図示せず）と、を有する。水の温度は、例えば１０℃である。水温は、ターゲットＴ１の材料に応じて変更してもよい。冷却部１３０は、ターゲット収容部１１０を介してターゲットＴ１を冷却する。
第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に高周波電位を付与するためのものである。そのため、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０を介してターゲットＴ１に電位を付与することができる。高周波電位の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数を用いてもよい。
第１のガス供給部１５０は、第１室１００の内部に第１のガスを供給するためのものである。第１のガス供給部１５０は、第１のガスを収容する役割も担っている。第１のガス供給部１５０は、第１のガスとして例えばアルゴンガスを第１室１００に供給する。第１のガスは、後述する第１のプラズマ生成領域でプラズマ化し、ターゲットＴ１に高速で入射する粒子となるものである。第１のガスは、その他の希ガスであってもよい。第１のガスは、その他の不活性ガスであってもよい。ただし、第１のガスは、ターゲットＴ１と反応しにくいガスである。ターゲットＴ１の表面にターゲットＴ１と第１のガスの成分との反応生成物の膜ができることを防止するためである。
第１のガス供給管１６０は、第１のガス供給部１５０から第１室１００に第１のガスを供給するための流路である。
１−２．第２室
第２室２００は、基板支持部２１０と、加熱部２２０と、プラズマ発生装置２３０と、第２の電位付与部２４０と、第２のガス供給部２５０と、第２のガス供給管２６０と、排気口２７０と、を有している。
第２室２００は、基板支持部２１０と、加熱部２２０と、プラズマ発生装置２３０と、第２の電位付与部２４０と、第２のガス供給部２５０と、第２のガス供給管２６０と、排気口２７０と、を有している。
基板支持部２１０は、基板Ｓ１を支持するためのものである。ここで、基板Ｓ１は、スパッタリングにより薄膜を成膜されるための成膜対象部材である。
加熱部２２０は、基板支持部２１０を加熱するためのものである。加熱部２２０は、基板支持部２１０を介して基板支持部２１０に支持されている基板Ｓ１を加熱することができる。また、加熱部２２０は、温度センサーを有するとよい。そして、加熱部２２０は、基板温度を入力された設定温度に保持することができるとよい。
プラズマ発生装置２３０は、第２のガス供給部２５０から供給された第２のガスをプラズマ化するためのものである。プラズマ発生装置２３０は、例えば、ＩＣＰユニットである。プラズマ発生装置２３０は、その他の方式によりプラズマを発生させてもよい。
第２の電位付与部２４０は、プラズマ発生装置２３０に高周波電位を付与するためのものである。高周波電位の周波数は、例えば、２７．１２ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数を用いてもよい。
第２のガス供給部２５０は、第２室２００の内部に第２のガスを供給するためのものである。第２のガス供給部２５０は、第２のガスを収容する役割も担っている。第２のガス供給部２５０は、第２のガスとして例えば窒素ガスを第２室２００に供給する。第２のガスは、第２のプラズマ生成領域でプラズマ化し、ターゲットＴ１からたたき出された粒子と反応して基板Ｓ１に成膜されるためのものである。第２のガスは、その他の反応性ガスであってもよい。また、成膜する材料によっては、その他の不活性ガスであってもよい。
第２のガス供給管２６０は、第２のガス供給部２５０からプラズマ発生装置２３０に第２のガスを供給するための流路である。
１−３．仕切り部
仕切り部１３００は、前述したように第１室１００と第２室２００とを区切っている。仕切り部１３００は、第１室１００と第２室２００とを連通するための貫通孔１３０１を有する。そのため、第１室１００と第２室２００とは貫通孔１３０１により連通している。貫通孔１３０１の形状は円形形状である。貫通孔１３０１の内径は、例えば、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。ただし、これ以外の数値であってもよい。そして、基板支持部２１０は、仕切り部１３００の貫通孔１３０１を挟んでターゲット収容部１１０と対面している。つまり、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されている。
仕切り部１３００は、前述したように第１室１００と第２室２００とを区切っている。仕切り部１３００は、第１室１００と第２室２００とを連通するための貫通孔１３０１を有する。そのため、第１室１００と第２室２００とは貫通孔１３０１により連通している。貫通孔１３０１の形状は円形形状である。貫通孔１３０１の内径は、例えば、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。ただし、これ以外の数値であってもよい。そして、基板支持部２１０は、仕切り部１３００の貫通孔１３０１を挟んでターゲット収容部１１０と対面している。つまり、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されている。
２．ＧａＮ層の成膜方法
ＧａＮ層の成膜方法について説明する。ここでは、基板Ｓ１としてＳｉ（１１１）基板を用いる場合について説明する。ここで、ターゲットＴ１は、Ｇａである。第１のガスは、アルゴンガスである。第２のガスは、窒素ガスである。また、基板Ｓ１は、その表面にＡｌＮバッファ層を有するとよい。このような条件で、Ｓｉ（１１１）基板の上にＧａＮ層を成膜する。このように、本実施形態のＧａＮ層の成膜方法は、ＧａＮ層を有するＳｉ基板の製造方法でもある。
ＧａＮ層の成膜方法について説明する。ここでは、基板Ｓ１としてＳｉ（１１１）基板を用いる場合について説明する。ここで、ターゲットＴ１は、Ｇａである。第１のガスは、アルゴンガスである。第２のガスは、窒素ガスである。また、基板Ｓ１は、その表面にＡｌＮバッファ層を有するとよい。このような条件で、Ｓｉ（１１１）基板の上にＧａＮ層を成膜する。このように、本実施形態のＧａＮ層の成膜方法は、ＧａＮ層を有するＳｉ基板の製造方法でもある。
第１の電位付与部１４０は、ターゲットＴ１に高周波電位を付与する。そのため、ターゲットＴ１の周囲にプラズマが発生する。第１室１００におけるターゲット収容部１１０と仕切り部１３００との間の領域は、第１のプラズマ生成領域である。このように、第１室１００は、第１のプラズマ生成領域を有する。第１のプラズマ生成領域に発生するプラズマは、第１のガスに由来するイオンをターゲットＴ１に照射し、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させる。
第２の電位付与部２４０は、プラズマ発生装置２３０に高周波電位を付与する。そのため、プラズマ発生装置２３０の内部にプラズマが発生する。第２のガスは、このプラズマの内部を通過する際に電離される。そして、第２室２００に供給された第２のガスは、プラズマガスの状態で基板支持部２１０と仕切り部１３００との間に供給される。そのため、第２室２００における基板支持部２１０と仕切り部１３００との間の領域は、第２のプラズマ生成領域である。このように、第２室２００は、第２のプラズマ生成領域を有する。第２のプラズマ生成領域に横たわるプラズマは、ターゲットＴ１から放出された粒子と反応する粒子を有している。
また、前述のように、第１室１００と第２室２００とは貫通孔１３０１により連通している。そして、基板支持部２１０は、仕切り部１３００の貫通孔１３０１を挟んでターゲット収容部１１０と対面している。したがって、第１室１００のターゲットＴ１から飛び出した粒子は、第２室２００の基板Ｓ１に向かって飛翔する。そして、ターゲットＴ１から飛び出した粒子は、第２のプラズマ生成領域の第２のガスに由来する粒子と反応して基板Ｓ１の上に成膜されることとなる。
第１室１００および第２室２００の内圧は、０．１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の範囲内である。基板温度は、例えば、３００℃以上８００℃以下である。もちろん、上記以外の数値範囲であってもよい。
３．本実施形態の効果
本実施形態では、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させる第１室１００と、基板Ｓ１の上に成膜する第２室２００とが、別々に設けられている。そのため、ターゲット収容部を有する第１室と、基板支持部を有する第２室とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットが収容されている第１室の内部に、ターゲットと反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔を介して第２室から第１室にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することができる。
本実施形態では、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させる第１室１００と、基板Ｓ１の上に成膜する第２室２００とが、別々に設けられている。そのため、ターゲット収容部を有する第１室と、基板支持部を有する第２室とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットが収容されている第１室の内部に、ターゲットと反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔を介して第２室から第１室にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することができる。
また、本実施形態では、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させるための第１のプラズマ生成領域と、成膜に用いられるプラズマガスを含む第２のプラズマ生成領域とが、別々に発生する。そのため、第１のプラズマ生成領域のプラズマと、第２のプラズマ生成領域のプラズマとを、別々に制御することができる。例えば、第１のプラズマ生成領域を生成するための電力を強くすることにより、ターゲットＴ１からの粒子を増やすとともに、粒子の運動エネルギーを高くすることができる。そのため、ターゲットＴ１からの粒子の数と、第２のガスに由来する粒子の数とを調整できる可能性がある。したがって、スパッタ収率の向上や、薄膜の結晶性の向上が期待される。
４．変形例
４−１．複数の第１室
本実施形態では、成膜装置１０００は、１つの第１室１００を有する。しかし、成膜装置１０００は、複数の第１室１００を有していてもよい。例えば、成膜装置１０００は、Ｇａターゲットを有する第１室１００と、Ａｌターゲットを有する第１室１００と、を有するとよい。その場合には、基板Ｓ１の上にＡｌＧａＮ層を成膜することができる。もちろん、成膜装置１０００は、３以上の第１室１００を有していてもよい。
４−１．複数の第１室
本実施形態では、成膜装置１０００は、１つの第１室１００を有する。しかし、成膜装置１０００は、複数の第１室１００を有していてもよい。例えば、成膜装置１０００は、Ｇａターゲットを有する第１室１００と、Ａｌターゲットを有する第１室１００と、を有するとよい。その場合には、基板Ｓ１の上にＡｌＧａＮ層を成膜することができる。もちろん、成膜装置１０００は、３以上の第１室１００を有していてもよい。
４−２．シャッター
成膜装置１０００は、貫通孔１３０１を開閉するシャッターを有していてもよい。シャッターは、貫通孔１３０１を開放状態と閉鎖状態とのいずれかの状態にする開閉部である。シャッターは、上記のように複数の第１室１００を有する場合に有効である。つまり、複数の第１室１００は、それぞれ貫通孔およびシャッターを有する。これにより、基板Ｓ１の上にＡｌターゲットからＡｌＮを成膜し、ＧａターゲットからＧａＮを成膜し、ＡｌターゲットおよびＧａターゲットからＡｌＧａＮを成膜することができる。
成膜装置１０００は、貫通孔１３０１を開閉するシャッターを有していてもよい。シャッターは、貫通孔１３０１を開放状態と閉鎖状態とのいずれかの状態にする開閉部である。シャッターは、上記のように複数の第１室１００を有する場合に有効である。つまり、複数の第１室１００は、それぞれ貫通孔およびシャッターを有する。これにより、基板Ｓ１の上にＡｌターゲットからＡｌＮを成膜し、ＧａターゲットからＧａＮを成膜し、ＡｌターゲットおよびＧａターゲットからＡｌＧａＮを成膜することができる。
４−３．水素ガスを含む第２のガス
第２のガスは、水素ガスを含んでいてもよい。第２のガスが、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであるとよい。この場合には、プラズマ発生装置２３０によりＮＨが生成される。この場合にはＮＨが、ＧａＮ層の成膜に寄与するものと考えられる。
第２のガスは、水素ガスを含んでいてもよい。第２のガスが、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであるとよい。この場合には、プラズマ発生装置２３０によりＮＨが生成される。この場合にはＮＨが、ＧａＮ層の成膜に寄与するものと考えられる。
４−４．第１室および第２室の内圧
第２室２００の内圧を第１室１００の内圧よりも低くしてもよい。第２室２００の内部の第２のプラズマ生成領域の粒子が、第１室１００の内部にさらに流入しにくいからである。
第２室２００の内圧を第１室１００の内圧よりも低くしてもよい。第２室２００の内部の第２のプラズマ生成領域の粒子が、第１室１００の内部にさらに流入しにくいからである。
４−５．第１の電位付与部
本実施形態では、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に高周波電位を付与する。第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０にパルス電位を付与してもよい。また、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に定電位を付与してもよい。この場合には、ターゲットＴ１と仕切り部１３００との間に直流電圧が加わる。
本実施形態では、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に高周波電位を付与する。第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０にパルス電位を付与してもよい。また、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に定電位を付与してもよい。この場合には、ターゲットＴ１と仕切り部１３００との間に直流電圧が加わる。
４−６．基板支持部
基板支持部２１０は、回転できるようになっていてもよい。また、基板支持部２１０に高周波電位または定電位を付与する第３の電位付与部を有していてもよい。
基板支持部２１０は、回転できるようになっていてもよい。また、基板支持部２１０に高周波電位または定電位を付与する第３の電位付与部を有していてもよい。
４−７．貫通孔
本実施形態では、貫通孔１３０１は、円形である。しかし、その他の形状であっても構わない。例えば、長穴形状である。もちろん、その他の形状であってもよい。また、仕切り部１３００は、複数の貫通孔を有していてもよい。例えば、仕切り部１３００は、メッシュ状の複数の貫通孔を有していてもよい。
本実施形態では、貫通孔１３０１は、円形である。しかし、その他の形状であっても構わない。例えば、長穴形状である。もちろん、その他の形状であってもよい。また、仕切り部１３００は、複数の貫通孔を有していてもよい。例えば、仕切り部１３００は、メッシュ状の複数の貫通孔を有していてもよい。
４−８．ガスの種類
第２のガスは、アルゴンガスを含んでいてもよい。このように、第１のガスおよび第２のガスは、２種類以上のガスの混合ガスであってもよい。ただし、第１のガスは、ターゲットＴ１と反応しやすいガスを含まないことが好ましい。そして、第１のガスは、ターゲットＴ１から粒子を放出させるためのものである。第２のガスは、ターゲットＴ１から放出される粒子と反応する粒子を含む。そのため、成膜する材料の種類に応じて適宜選択してもよい。
第２のガスは、アルゴンガスを含んでいてもよい。このように、第１のガスおよび第２のガスは、２種類以上のガスの混合ガスであってもよい。ただし、第１のガスは、ターゲットＴ１と反応しやすいガスを含まないことが好ましい。そして、第１のガスは、ターゲットＴ１から粒子を放出させるためのものである。第２のガスは、ターゲットＴ１から放出される粒子と反応する粒子を含む。そのため、成膜する材料の種類に応じて適宜選択してもよい。
４−９．ターゲットと基板支持部との間の位置関係
本実施形態では、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されている。しかし、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されていなくともよい。例えば、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上より第２のガスの流れの下流側に配置されていてもよい。
本実施形態では、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されている。しかし、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上に配置されていなくともよい。例えば、基板支持部２１０が、ターゲット収容部１１０と貫通孔１３０１とを結ぶ線の延長線上より第２のガスの流れの下流側に配置されていてもよい。
４−１０．プラズマ発生装置
プラズマ発生装置２３０としてＩＣＰ装置を用いた場合について説明する。その場合には、ＩＣＰ装置にイオンフィルタを装着してもよい。これにより、窒素イオンが基板Ｓ１に損傷を与えることを抑制できる。
プラズマ発生装置２３０としてＩＣＰ装置を用いた場合について説明する。その場合には、ＩＣＰ装置にイオンフィルタを装着してもよい。これにより、窒素イオンが基板Ｓ１に損傷を与えることを抑制できる。
４−１１．ターゲット収容部支持部の磁石
本実施形態では、ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有している。ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有さなくてもよい。
本実施形態では、ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有している。ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有さなくてもよい。
４−１２．粒子のタイミング制御
また、第１室１００から供給される粒子と、第２室２００から供給される粒子とを制御してもよい。例えば、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成している期間内に第２の電位付与部２４０は第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成せず、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成していない期間内に第２の電位付与部２４０が第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成する。つまり、第１のプラズマ生成領域と第２のプラズマ生成領域とに交互にプラズマを生成する。これにより、第１室１００から基板Ｓ１に向かう粒子と、第２室２００から基板Ｓ１に向かう粒子とを交互に生成する。また、第１のガス供給部１５０が第１のガスを供給するタイミングと、第２のガス供給部２５０が第２のガスを供給するタイミングとを交互にずらしてもよい。
また、第１室１００から供給される粒子と、第２室２００から供給される粒子とを制御してもよい。例えば、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成している期間内に第２の電位付与部２４０は第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成せず、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成していない期間内に第２の電位付与部２４０が第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成する。つまり、第１のプラズマ生成領域と第２のプラズマ生成領域とに交互にプラズマを生成する。これにより、第１室１００から基板Ｓ１に向かう粒子と、第２室２００から基板Ｓ１に向かう粒子とを交互に生成する。また、第１のガス供給部１５０が第１のガスを供給するタイミングと、第２のガス供給部２５０が第２のガスを供給するタイミングとを交互にずらしてもよい。
４−１３．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
５．本実施形態のまとめ
本実施形態の成膜装置１０００は、ターゲット収容部１１０を収容する第１室１００と、基板支持部２１０を収容する第２室２００と、を有する。そのため、ターゲット収容部を有する第１室と、基板支持部を有する第２室とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットが収容されている第１室の内部に、ターゲットと反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔を介して第２室から第１室にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することができる。
本実施形態の成膜装置１０００は、ターゲット収容部１１０を収容する第１室１００と、基板支持部２１０を収容する第２室２００と、を有する。そのため、ターゲット収容部を有する第１室と、基板支持部を有する第２室とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットが収容されている第１室の内部に、ターゲットと反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔を介して第２室から第１室にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットの表面でターゲットが供給ガスと反応することを抑制することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の成膜装置は、ＣＶＤ装置である。第２の実施形態の成膜装置の機械的構成は、第１の実施形態の成膜装置１０００の機械的構成と同じである。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１のガスおよび第２のガスの種類である。
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の成膜装置は、ＣＶＤ装置である。第２の実施形態の成膜装置の機械的構成は、第１の実施形態の成膜装置１０００の機械的構成と同じである。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１のガスおよび第２のガスの種類である。
１．第１のガスおよび第２のガス
第１のガス供給部１５０は、第１のガスとしてアルゴンガスと塩素ガス（Ｃｌ2 ）とを含むガスを供給する。第２のガス供給部２５０は、第２のガスとして窒素ガスと水素ガスとを含むガスを供給する。ここでターゲットＴ１はＧａターゲットである。
第１のガス供給部１５０は、第１のガスとしてアルゴンガスと塩素ガス（Ｃｌ2 ）とを含むガスを供給する。第２のガス供給部２５０は、第２のガスとして窒素ガスと水素ガスとを含むガスを供給する。ここでターゲットＴ１はＧａターゲットである。
塩素ガスは、第１のプラズマ生成領域でプラズマ化される。そして、塩素原子に由来する粒子（塩素分子、塩素原子、塩素ラジカルを含む）は、Ｇａターゲットに衝突する。そして、Ｇａターゲットは、塩素原子に由来する粒子と反応してＧａＣｌｘ（Ｇａ塩化物）を生成する。そしてＧａＣｌｘの粒子が飛び出す。飛び出したＧａＣｌｘ粒子は、基板Ｓ１に向かって飛翔する。そして、ＧａＣｌｘ粒子は、第２のプラズマ生成領域の窒素原子に由来する粒子と反応する。これにより、基板Ｓ１の上にＧａＮ層が成膜される。
なお、第２のプラズマ生成領域に含まれる粒子が、Ｇａ原子とＣｌ原子との間の結合を断ち切る。したがって、基板Ｓ１の上のＧａＮ層は、Ｃｌ原子をほとんど含まない。
２．変形例
２−１．第１のガス
第１のガスとして、塩素ガスの代わりに臭素等のその他のハロゲンを含むガスを用いてもよい。その場合には、Ｇａとハロゲンとの反応生成物が基板Ｓ１に輸送される。また、第１のガスは、メチル等の有機分子を含んでいてもよい。
２−１．第１のガス
第１のガスとして、塩素ガスの代わりに臭素等のその他のハロゲンを含むガスを用いてもよい。その場合には、Ｇａとハロゲンとの反応生成物が基板Ｓ１に輸送される。また、第１のガスは、メチル等の有機分子を含んでいてもよい。
２−２．第２のガス
第２のガスとして、酸素を用いてもよい。この場合には、基板Ｓ１の上にガリウムの酸化物が成膜される。
第２のガスとして、酸素を用いてもよい。この場合には、基板Ｓ１の上にガリウムの酸化物が成膜される。
２−３．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。第１の実施形態およびその変形例と第２の実施形態およびその変形例とを組み合わせてもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。第１の実施形態およびその変形例と第２の実施形態およびその変形例とを組み合わせてもよい。
実験Ａ
Ａ−１．基材の種類
基板Ｓ１として、ＡｌＮバッファ層を形成済みのＳｉ（１１１）基板を用いた。
Ａ−１．基材の種類
基板Ｓ１として、ＡｌＮバッファ層を形成済みのＳｉ（１１１）基板を用いた。
Ａ−２．成膜装置の成膜条件
ターゲットＴ１としてＧａを用いた。そのため、粒状のＧａを１００℃で加熱溶融し、成膜時には冷却部１３０の冷却水で冷却した。冷却水の温度は１０℃であった。第１のガスとしてアルゴンガスを２０ｓｃｃｍ流した。第２のガスとして窒素ガスを３０ｓｃｃｍ流した。第１の電位付与部１４０の電力は６０Ｗであった。第１の電位付与部１４０の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。プラズマ発生装置２３０は、ＩＣＰ装置である。ＩＣＰ装置の電力は６００Ｗであった。ＩＣＰ装置の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。第１室１００および第２室２００の内圧は２Ｐａであった。加熱部２２０の温度、すなわち基板温度は、５００℃であった。成膜時間は１時間であった。
ターゲットＴ１としてＧａを用いた。そのため、粒状のＧａを１００℃で加熱溶融し、成膜時には冷却部１３０の冷却水で冷却した。冷却水の温度は１０℃であった。第１のガスとしてアルゴンガスを２０ｓｃｃｍ流した。第２のガスとして窒素ガスを３０ｓｃｃｍ流した。第１の電位付与部１４０の電力は６０Ｗであった。第１の電位付与部１４０の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。プラズマ発生装置２３０は、ＩＣＰ装置である。ＩＣＰ装置の電力は６００Ｗであった。ＩＣＰ装置の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。第１室１００および第２室２００の内圧は２Ｐａであった。加熱部２２０の温度、すなわち基板温度は、５００℃であった。成膜時間は１時間であった。
Ａ−３．Ｘ線回折
図２は、実験Ａにおいて成膜したＧａＮ層を有するＳｉ基板のＸ線回折の結果を示すグラフである。図２に示すように、Ｓｉ（１１１）のピーク、ＡｌＮ（０００２）のピーク、Ｓｉ（２２２）のピーク、ＡｌＮ（０００４）のピークの他に、ＧａＮ（０００２）のピークが観測された。そのため、Ｓｉ（１１１）基板のＡｌＮバッファ層の上に好適なＧａＮ層が形成されている。
図２は、実験Ａにおいて成膜したＧａＮ層を有するＳｉ基板のＸ線回折の結果を示すグラフである。図２に示すように、Ｓｉ（１１１）のピーク、ＡｌＮ（０００２）のピーク、Ｓｉ（２２２）のピーク、ＡｌＮ（０００４）のピークの他に、ＧａＮ（０００２）のピークが観測された。そのため、Ｓｉ（１１１）基板のＡｌＮバッファ層の上に好適なＧａＮ層が形成されている。
また、成膜後において、Ｇａターゲットの表面に窒化膜は観測されなかった。したがって、Ｇａターゲットの窒化によるスパッタ収率の低下はほとんど生じないと考えられる。
実験Ｂ
Ｂ−１．基板の種類
基板Ｓ１として、実験Ａと同様のＡｌＮバッファ層を形成済みのＳｉ（１１１）基板を用いた。
Ｂ−１．基板の種類
基板Ｓ１として、実験Ａと同様のＡｌＮバッファ層を形成済みのＳｉ（１１１）基板を用いた。
Ｂ−２．成膜装置の成膜条件
ターゲットＴ１としてＧａを用いた。そのため、粒状のＧａを１００℃で加熱溶融し、成膜時には冷却部１３０の冷却水で冷却した。冷却水の温度は１０℃であった。第１のガスとしてアルゴンガスと塩素ガスとの混合ガスを流した。アルゴンガスの流量は３９．８ｓｃｃｍであった。塩素ガスの流量は０．２ｓｃｃｍであった。第２のガスとして窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを流した。窒素ガスの流量は９．０ｓｃｃｍであった。水素ガスの流量は１．０ｓｃｃｍであった。
ターゲットＴ１としてＧａを用いた。そのため、粒状のＧａを１００℃で加熱溶融し、成膜時には冷却部１３０の冷却水で冷却した。冷却水の温度は１０℃であった。第１のガスとしてアルゴンガスと塩素ガスとの混合ガスを流した。アルゴンガスの流量は３９．８ｓｃｃｍであった。塩素ガスの流量は０．２ｓｃｃｍであった。第２のガスとして窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを流した。窒素ガスの流量は９．０ｓｃｃｍであった。水素ガスの流量は１．０ｓｃｃｍであった。
第１の電位付与部１４０の電力は６０Ｗであった。第１の電位付与部１４０の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。プラズマ発生装置２３０は、ＩＣＰ装置である。ＩＣＰ装置の電力は１ｋＷであった。ＩＣＰ装置の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。第１室１００および第２室２００の内圧は２Ｐａであった。加熱部２２０の温度、すなわち基板温度は、５００℃であった。成膜時間は１時間であった。
図３は、実験Ｂにおいて成膜したＧａＮ層を有するＳｉ基板のＸ線回折の結果を示すグラフである。図３に示すように、Ｓｉ（１１１）のピーク、ＡｌＮ（０００２）のピーク、ＡｌＮ（０００４）のピークにの他に、ＧａＮ（０００２）のピークおよびＧａＮ（０００４）のピークが観測された。実験ＢのＧａＮ（０００２）のピークは、実験ＡのＧａＮ（０００２）のピークよりも鋭い。そのため、実験ＢのＧａＮ層の結晶性は、実験ＡのＧａＮ層の結晶性よりも優れていると考えられる。
１０００…成膜装置
１１００…筐体
１２００…壁
１３００…仕切り部
１３０１…貫通孔
１００…第１室
１１０…ターゲット収容部
１２０…ターゲット収容部支持部
１３０…冷却部
１４０…第１の電位付与部
１５０…第１のガス供給部
１６０…第１のガス供給管
２００…第２室
２１０…基板支持部
２２０…加熱部
２３０…プラズマ発生装置
２４０…第２の電位付与部
２５０…第２のガス供給部
２６０…第２のガス供給管
２７０…排気口
Ｓ１…基板
Ｔ１…ターゲット
１１００…筐体
１２００…壁
１３００…仕切り部
１３０１…貫通孔
１００…第１室
１１０…ターゲット収容部
１２０…ターゲット収容部支持部
１３０…冷却部
１４０…第１の電位付与部
１５０…第１のガス供給部
１６０…第１のガス供給管
２００…第２室
２１０…基板支持部
２２０…加熱部
２３０…プラズマ発生装置
２４０…第２の電位付与部
２５０…第２のガス供給部
２６０…第２のガス供給管
２７０…排気口
Ｓ１…基板
Ｔ１…ターゲット
Claims (5)
- 成膜装置において、
第１室と、第２室と、前記第１室と前記第２室とを区切る仕切り部と、を有し、
前記第１室は、
ターゲットを収容するターゲット収容部を有し、
前記第２室は、
基板を支持する基板支持部を有し、
前記仕切り部は、
前記第１室と前記第２室とを連通するための貫通孔を有すること
を特徴とする成膜装置。 - 請求項１に記載の成膜装置において、
前記基板支持部は、
前記ターゲット収容部と前記貫通孔とを結ぶ線の延長線上に配置されていること
を特徴とする成膜装置。 - 請求項１または請求項２に記載の成膜装置において、
前記第１室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記第２室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を有すること
を特徴とする成膜装置。 - 請求項３に記載の成膜装置において、
前記第２のガス供給部が供給する前記第２のガスをプラズマ化するプラズマ発生装置を有すること
を特徴とする成膜装置。 - 請求項３または請求項４に記載の成膜装置において、
前記ターゲット収容部に電位を付与する第１の電位付与部を有すること
を特徴とする成膜装置。
Priority Applications (2)
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