JP2019148002A - Film deposition apparatus - Google Patents

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茂 高辻
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Abstract

To provide a film deposition apparatus capable of growing a semiconductor layer excellent in crystallinity by suppressing collision of gallium particles toward a substrate with other particles.SOLUTION: A first chamber 100 has a target housing part 110 for housing a target T1. A second chamber 200 has a substrate support part 210 for supporting a substrate S1. A partition part 300 has a cylindrical shape part 330, and an opening member 340 covering a first opening end 331 of the cylindrical shape part 330, and having a plurality of open holes for allowing communication between the first chamber 100 and the second chamber 200. The target housing part 110 is arranged so as to face the substrate support part 210. The opening member 340 is arranged between the target housing part 110 and the substrate support part 210.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書の技術分野は、プラズマを用いて薄膜を成膜する成膜装置に関する。   The technical field of this specification relates to a film forming apparatus for forming a thin film using plasma.

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。   There are various techniques for forming a thin film on a substrate. For example, a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, and an ion plating method can be used. In the sputtering method, high-speed ions collide with the target in a vacuum, and particles emitted from the target are deposited on the substrate. Since the kinetic energy of ions colliding with the target is large, the kinetic energy of particles emitted from the target is also large. Accordingly, a thin film having a high adhesion can be obtained.

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。   By the way, conventionally, when a GaN film is formed, an MOCVD method or an HVPE method has been used. In recent years, it has been required to form a GaN film on a large-diameter substrate in view of high productivity. However, the larger the substrate, the greater the strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the GaN layer. A large stress is generated near the interface between the substrate and the GaN layer. Such stress may adversely affect the crystallinity of the GaN layer. In addition, the stress may cause a piezo electric field inside the semiconductor layer. Therefore, the behavior of electrons in a semiconductor element having such a semiconductor layer may be adversely affected.

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)。   In the sputtering method, there is a possibility that the film can be formed at a lower temperature than the conventional MOCVD method or the like. As the film forming temperature is lower, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed. For this reason, in recent years, a technique using a sputtering method for film formation of GaN has been developed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for cooling Ga that is a target (see paragraph [0007] and the like of Patent Document).

特開平11−172424号公報JP-A-11-172424

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、Gaターゲットから基板に向かうGaターゲット粒子が窒素ガスおよびアルゴンガスに衝突するおそれがある。Gaターゲットから飛び出したGaターゲット粒子は、窒素ガスおよびアルゴンガスと衝突を繰り返しながら運動エネルギーを失っていく。運動エネルギーを失ったGaターゲット粒子は、基板の表面でほとんど動き回らない。Gaターゲット粒子の運動状態が悪いと、GaNが3次元成長しやすくなる。そうすると、面内に一様で結晶性に優れた半導体層を成長させることが困難になる。   When forming a GaN film using the sputtering apparatus of Patent Document 1, there is a possibility that Ga target particles directed from the Ga target to the substrate collide with nitrogen gas and argon gas. Ga target particles that have jumped out of the Ga target lose kinetic energy while repeatedly colliding with nitrogen gas and argon gas. Ga target particles that have lost their kinetic energy hardly move around on the surface of the substrate. If the motion state of the Ga target particles is poor, GaN tends to grow three-dimensionally. Then, it becomes difficult to grow a semiconductor layer that is uniform in the surface and excellent in crystallinity.

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、基板に向かうガリウム粒子が他の粒子に衝突することを抑制し、結晶性に優れた半導体層を成長させることのできる成膜装置を提供することである。   The technique of this specification has been made to solve the problems of the conventional techniques described above. The problem is to provide a film forming apparatus capable of suppressing the collision of gallium particles toward the substrate with other particles and growing a semiconductor layer having excellent crystallinity.

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室とを区画する区画部と、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。区画部は、第1の開口端が基板と対面する筒形状部と、筒形状部の第1の開口端を覆うとともに第1室と第2室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有する。ターゲット収容部は、基板支持部と対向する位置に配置されている。開口部材は、ターゲット収容部と基板支持部との間の位置に配置されている。   The film-forming apparatus in a 1st aspect has a 1st chamber, a 2nd chamber, and the division part which divides a 1st chamber and a 2nd chamber. The first chamber has a target accommodating portion that accommodates the target. The second chamber has a substrate support portion that supports the substrate. The partition part has an opening member having a first opening end facing the substrate, a plurality of through holes that cover the first opening end of the cylindrical part and communicate the first chamber and the second chamber. And having. The target accommodating portion is disposed at a position facing the substrate support portion. The opening member is disposed at a position between the target accommodating portion and the substrate support portion.

この成膜装置においては、基板と開口部材との間の距離が小さい。そのため、ターゲットから飛び出したターゲット粒子が第2室のガスと衝突する回数が少ない。したがって、ターゲット粒子は高い運動エネルギーを保持したまま基板に衝突する。ターゲット粒子が基板もしくはその上層の半導体の表面で好適に動き回るので、結晶性に優れた半導体層を成長させることができる。また、ターゲット粒子と第2室のガスとが基板から離れた空間で反応することを抑制することができる。   In this film forming apparatus, the distance between the substrate and the opening member is small. Therefore, the number of times the target particles that have jumped out of the target collide with the gas in the second chamber is small. Therefore, the target particles collide with the substrate while maintaining high kinetic energy. Since the target particles preferably move around on the surface of the substrate or the upper semiconductor layer, a semiconductor layer having excellent crystallinity can be grown. Moreover, it can suppress that target particle | grains and the gas of a 2nd chamber react in the space away from the board | substrate.

本明細書では、基板に向かうガリウム粒子が他の粒子に衝突することを抑制し、結晶性に優れた半導体層を成長させることのできる成膜装置が提供されている。   In this specification, there is provided a film formation apparatus capable of suppressing the collision of gallium particles directed toward a substrate with other particles and growing a semiconductor layer having excellent crystallinity.

第1の実施形態の成膜装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the film-forming apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の成膜装置における開口部材の貫通孔を示す平面図である。It is a top view which shows the through-hole of the opening member in the film-forming apparatus of 1st Embodiment. 実験における開口部材と基板との間の距離とGaNの成膜速度との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between the opening member and board | substrate in experiment, and the film-forming speed | rate of GaN. 実験における開口部材と基板との間の距離とGaNの結晶性との間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between the opening member and board | substrate in experiment, and the crystallinity of GaN. 実験における開口部材と基板との間の距離とGaNの表面モルフォロジーとの間の関係を示す走査型顕微鏡写真である。It is a scanning microscope picture which shows the relationship between the distance between the opening member and board | substrate in experiment, and the surface morphology of GaN.

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。   Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking a film forming apparatus and a method for forming a GaN layer as examples.

(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を備える。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. The film forming apparatus of the first embodiment includes a sputtering apparatus.

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1001と、区画部300と、を有する。ここで、筐体1001と区画部300との材質は、例えば、NiめっきされたSUSである。筐体1001と区画部300とは、接地されている。
1. Film Forming Apparatus FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus 1000 according to the first embodiment. The film forming apparatus 1000 according to the first embodiment is an apparatus that forms a thin film on a substrate by a sputtering method. The film forming apparatus 1000 includes a housing 1001 and a partition unit 300. Here, the material of the housing 1001 and the partition 300 is, for example, Ni-plated SUS. The casing 1001 and the partition unit 300 are grounded.

筐体1001は、第1室100および第2室200を収容している。区画部300は、第1室100を収容している。区画部300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とを区画する区画部300と、を有する。   The housing 1001 accommodates the first chamber 100 and the second chamber 200. The partition unit 300 accommodates the first chamber 100. The partition unit 300 separates the first chamber 100 and the second chamber 200. That is, the film forming apparatus 1000 includes the first chamber 100, the second chamber 200, and the partition unit 300 that partitions the first chamber 100 and the second chamber 200.

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。
1-1. First Chamber The first chamber 100 includes a target storage unit 110, a target storage unit support unit 120, a cooling unit 130, a first potential application unit 140, a first gas supply unit 150, and a first gas. And a supply pipe 160.

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110は、後述する基板支持部210と対向する位置に配置されている。   The target accommodating part 110 is for accommodating the target T1. Therefore, the target accommodating part 110 is good to have a recessed part for mounting the target T1. The target T1 is a material used for sputtering. The target T1 is, for example, Ga. The target accommodating portion 110 is disposed at a position facing a substrate support portion 210 described later.

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。   The target accommodating portion support 120 is for supporting the target accommodating portion 110. Moreover, the target accommodating part support part 120 has a magnet.

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。   The cooling unit 130 is for cooling the target accommodating unit 110. The cooling unit 130 includes a flow channel 131 for flowing water, a pump (not shown) for flowing water through the flow channel 131, and a pump control unit (not shown) for controlling the pump. The temperature of water is, for example, 10 ° C. The water temperature may be changed according to the material of the target T1. The cooling unit 130 cools the target T <b> 1 through the target storage unit 110.

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。   The first potential applying unit 140 is for applying a high-frequency potential to the target accommodating unit 110. Therefore, the first potential applying unit 140 can apply a potential to the target T1 via the target accommodating unit 110. The frequency of the high-frequency potential is, for example, 13.56 MHz. Of course, other frequencies may be used.

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。   The first gas supply unit 150 is for supplying the first gas into the first chamber 100. The first gas supply unit 150 also plays a role of accommodating the first gas. The first gas supply unit 150 supplies, for example, argon gas as the first gas to the first chamber 100. The first gas is turned into plasma in a first plasma generation region, which will be described later, and becomes particles that enter the target T1 at high speed. The first gas may be other rare gas. The first gas may be other inert gas. However, the first gas is a gas that hardly reacts with the target T1. This is to prevent a reaction product film of the target T1 and the first gas component from forming on the surface of the target T1.

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。   The first gas supply pipe 160 is a flow path for supplying the first gas from the first gas supply unit 150 to the first chamber 100.

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。
1-2. Second Chamber The second chamber 200 includes a substrate support unit 210, a heating unit 220, a plasma generator 230, a second potential applying unit 240, a second gas supply unit 250, and a second gas supply pipe. 260 and an exhaust port 270.

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成膜対象部材である。基板支持部210は、基板S1の表面が鉛直下方に向くように配置されている。   The substrate support unit 210 is for supporting the substrate S1. Here, the substrate S1 is a film formation target member on which a thin film is formed by sputtering. The substrate support part 210 is disposed so that the surface of the substrate S1 faces vertically downward.

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。   The heating unit 220 is for heating the substrate support unit 210. The heating unit 220 can heat the substrate S <b> 1 supported by the substrate support unit 210 via the substrate support unit 210. The heating unit 220 may have a temperature sensor. And it is good for the heating part 220 to hold | maintain board | substrate temperature to the input preset temperature.

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。   The plasma generator 230 is for converting the second gas supplied from the second gas supply unit 250 into plasma. The plasma generator 230 is, for example, an ICP unit. The plasma generator 230 may generate plasma by other methods.

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。   The second potential applying unit 240 is for applying a high-frequency potential to the plasma generator 230. The frequency of the high-frequency potential is, for example, 27.12 MHz. Of course, other frequencies may be used.

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。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。   The second gas supply unit 250 is for supplying the second gas into the second chamber 200. The second gas supply unit 250 also plays a role of accommodating the second gas. The second gas supply unit 250 supplies, for example, nitrogen gas to the second chamber 200 as the second gas. The second gas is turned into plasma in the second plasma generation region, reacts with the particles knocked out from the target T1, and is formed on the substrate S1. The second gas may be other reactive gas. In addition, other inert gas may be used depending on the material to be formed.

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。   The second gas supply pipe 260 is a flow path for supplying the second gas from the second gas supply unit 250 to the plasma generator 230.

1−3.区画部
区画部300は、前述したように第1室100と第2室200とを区画している。区画部300は、壁310と、天板320と、筒形状部330と、開口部材340と、を有する。壁310および天板320は、第1室100と第2室200とを区画するためのものである。
1-3. Partition Unit The partition unit 300 partitions the first chamber 100 and the second chamber 200 as described above. The partition part 300 includes a wall 310, a top plate 320, a cylindrical part 330, and an opening member 340. The wall 310 and the top plate 320 are for partitioning the first chamber 100 and the second chamber 200.

2.筒形状部および開口部材
筒形状部330は、基板支持部210に向かって突出する円筒形状の部材である。筒形状部330は、ターゲット収容部110と基板支持部210との間の位置に配置されている。基板支持部210に支持された基板S1およびターゲットT1が、筒形状部330を延長したと仮定した場合の筒形状の内部に含まれている。そのため、筒形状部330は、ターゲットT1から飛び出したGaラジカルが基板S1に向かうことを妨げることはない。筒形状部330は、第1の開口端331を有する。第1の開口端331は、筒形状部330の開口端のうちの一方である。第1の開口端331は基板S1と対面している。
2. Cylindrical part and opening member The cylindrical part 330 is a cylindrical member that protrudes toward the substrate support part 210. The cylindrical portion 330 is disposed at a position between the target accommodating portion 110 and the substrate support portion 210. The substrate S1 and the target T1 supported by the substrate support part 210 are included in the cylindrical shape when it is assumed that the cylindrical part 330 is extended. Therefore, the cylindrical portion 330 does not prevent the Ga radicals jumping out from the target T1 from moving toward the substrate S1. The cylindrical portion 330 has a first opening end 331. The first opening end 331 is one of the opening ends of the cylindrical portion 330. The first opening end 331 faces the substrate S1.

開口部材340は、複数の貫通孔を有する板状の部材である。開口部材340は、筒形状部330の第1の開口端331を覆うとともに第1室100と第2室200とを連通する複数の貫通孔を有する。開口部材340は、ターゲット収容部110と基板支持部210との間の位置に配置されている。   The opening member 340 is a plate-like member having a plurality of through holes. The opening member 340 has a plurality of through holes that cover the first opening end 331 of the cylindrical portion 330 and communicate the first chamber 100 and the second chamber 200. The opening member 340 is disposed at a position between the target housing part 110 and the substrate support part 210.

図2は、開口部材340の貫通孔341を示す平面図である。図2に示すように、開口部材340の貫通孔341は、開口部材340の表面にハニカム状に配置されている。開口部材340の貫通孔341は円形である。貫通孔341は、ターゲットT1と基板S1とを結ぶ線上に規則的に配置されている。   FIG. 2 is a plan view showing the through hole 341 of the opening member 340. As shown in FIG. 2, the through holes 341 of the opening member 340 are arranged in a honeycomb shape on the surface of the opening member 340. The through hole 341 of the opening member 340 is circular. The through holes 341 are regularly arranged on a line connecting the target T1 and the substrate S1.

開口部材340の開口率は30%以上50%以下である。開口部材340の貫通孔341の内径は1mm以上である。開口部材340の貫通孔341の内径が1mm未満であると、Gaを含む物質が貫通孔341を塞いでしまうおそれがあるためである。貫通孔341の大きさが十分であるため、ターゲットT1から飛び出したGaラジカルは開口部材340の貫通孔341を通過して基板S1の表面に到達する。   The opening ratio of the opening member 340 is 30% or more and 50% or less. The inner diameter of the through hole 341 of the opening member 340 is 1 mm or more. This is because if the inner diameter of the through hole 341 of the opening member 340 is less than 1 mm, a substance containing Ga may block the through hole 341. Since the size of the through hole 341 is sufficient, the Ga radical that has jumped out of the target T1 passes through the through hole 341 of the opening member 340 and reaches the surface of the substrate S1.

開口部材340と基板S1との間の距離は20mm以下である。後述するように、ターゲット粒子が第2室200のガスとそれほど衝突しないようにするためである。好ましくは、開口部材340と基板S1との間の距離は10mm以下である。開口部材340と基板S1との間に窒素原子を含むガスを通過させるために、開口部材340と基板S1との間の距離は2mm以上あるとよい。   The distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm or less. This is to prevent the target particles from colliding with the gas in the second chamber 200 as much as will be described later. Preferably, the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm or less. In order to allow a gas containing nitrogen atoms to pass between the opening member 340 and the substrate S1, the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is preferably 2 mm or more.

3.ターゲット粒子とガス粒子との衝突回数
ターゲット粒子と第2室200のガス粒子との衝突回数N1は、第2室200の内圧Pと、開口部材340と基板S1との間の距離Tと、に依存する。衝突回数N1は、内圧Pおよび距離Tの積に比例する。そのため、次式を満たす場合に、ターゲット粒子と第2室200のガス粒子との衝突回数は少ない。
4(mm・Pa) ≦ P・T ≦ 40(mm・Pa)
P:第2室の内圧
T:開口部材と基板との間の距離
3. Number of collisions between target particles and gas particles The number of collisions N1 between target particles and gas particles in the second chamber 200 depends on the internal pressure P in the second chamber 200 and the distance T between the opening member 340 and the substrate S1. Dependent. The number of collisions N1 is proportional to the product of the internal pressure P and the distance T. Therefore, when the following equation is satisfied, the number of collisions between the target particles and the gas particles in the second chamber 200 is small.
4 (mm · Pa) ≤ P · T ≤ 40 (mm · Pa)
P: Internal pressure in the second chamber
T: Distance between the opening member and the substrate

より好ましくは、次式を満たす。
10(mm・Pa) ≦ P・T ≦ 20(mm・Pa)
More preferably, the following formula is satisfied.
10 (mm · Pa) ≤ P · T ≤ 20 (mm · Pa)

4.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としてサファイア基板を用いる場合について説明する。ただし、サファイア基板の代わりに別の基板を用いてもよい。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、サファイア基板の上に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、サファイア基板の上にGaN層を製造する方法でもある。
4). GaN Layer Formation Method A GaN layer formation method will be described. Here, a case where a sapphire substrate is used as the substrate S1 will be described. However, another substrate may be used instead of the sapphire substrate. Here, the target T1 is Ga. The first gas is argon gas. The second gas is nitrogen gas. The substrate S1 may have an AlN buffer layer on the surface. Under such conditions, a GaN layer is formed on the sapphire substrate. Thus, the GaN layer deposition method of this embodiment is also a method of manufacturing a GaN layer on a sapphire substrate.

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。その際に、第1のガス供給部150は、第1のガスを第1室100に供給する。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と区画部300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または粒子をターゲットT1に照射し、ターゲットT1から粒子を飛び出させる。   The first potential applying unit 140 applies a high frequency potential to the target T1. At that time, the first gas supply unit 150 supplies the first gas to the first chamber 100. Therefore, plasma is generated around the target T1. A region between the target storage unit 110 and the partition unit 300 in the first chamber 100 is a first plasma generation region. As described above, the first chamber 100 includes the first plasma generation region. The plasma generated in the first plasma generation region irradiates the target T1 with ions or particles derived from the first gas and causes the particles to jump out of the target T1.

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。その際に、第2のガス供給部250は、第2のガスを第2室200に供給する。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と区画部300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と区画部300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、窒素原子に由来する粒子を有する。窒素原子に由来する粒子とは、窒素イオン、窒素ラジカル、またはこれらの励起状態である。   The second potential applying unit 240 applies a high frequency potential to the plasma generator 230. At that time, the second gas supply unit 250 supplies the second gas to the second chamber 200. Therefore, plasma is generated inside the plasma generator 230. The second gas is ionized when passing through the inside of the plasma. And the 2nd gas supplied to the 2nd chamber 200 is supplied between the board | substrate support part 210 and the division part 300 in the state of plasma gas. Therefore, the area between the substrate support part 210 and the partition part 300 in the second chamber 200 is a second plasma generation area. As described above, the second chamber 200 includes the second plasma generation region. The plasma lying in the second plasma generation region has particles derived from nitrogen atoms. The particles derived from nitrogen atoms are nitrogen ions, nitrogen radicals, or excited states thereof.

ターゲットT1から飛び出したGa粒子は、筒形状部330を通過して開口部材340の貫通孔341を通過する。つまり、Ga粒子は、第1室100から第2室200に進入し、基板S1に向かって飛翔する。Ga粒子は、窒素ガスやアルゴンガスとほとんど衝突しないため、高い運動エネルギーで基板S1に突入する。そのため、基板S1に到達したGa粒子は、基板S1の上を好適に動き回る。   The Ga particles that have jumped out of the target T1 pass through the cylindrical portion 330 and pass through the through hole 341 of the opening member 340. That is, Ga particles enter the second chamber 200 from the first chamber 100 and fly toward the substrate S1. Since the Ga particles hardly collide with nitrogen gas or argon gas, they enter the substrate S1 with high kinetic energy. Therefore, the Ga particles that have reached the substrate S1 suitably move around on the substrate S1.

一方、窒素原子に由来する粒子は、基板S1と開口部材340とが対向する空間に拡散する。窒素原子に由来する粒子は、基板S1の上で動き回っているGa粒子と結合し、GaN層が成膜される。   On the other hand, particles derived from nitrogen atoms diffuse into the space where the substrate S1 and the opening member 340 face each other. Particles derived from nitrogen atoms combine with Ga particles moving around on the substrate S1, and a GaN layer is formed.

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。   The internal pressures of the first chamber 100 and the second chamber 200 are in the range of 0.1 Pa to 20 Pa. The substrate temperature is, for example, 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Of course, a numerical range other than the above may be used.

5.本実施形態の効果
5−1.Gaラジカルの運動エネルギー
本実施形態では、開口部材340と基板S1との間の距離が十分に小さい。そのため、ターゲットT1から飛び出したGaラジカルが第2室200でアルゴンガスおよび窒素ガスと衝突する回数は、少ない。したがって、Gaラジカルが基板S1に衝突する際の運動エネルギーは十分に大きい。そのため、Gaラジカルは基板S1の表面上または半導体層の表面上を動き回ることができる。その結果、面内に均一な結晶性に優れた半導体層が成膜されることとなる。ここで、Gaラジカルの運動エネルギーが小さいと、Gaラジカルが基板S1の表面を十分に動き回ることが出来ない。その場合には停止状態に近いGa粒子を核にしてGaNが3次元成長しやすく、結晶性に優れた半導体層を成長させることは困難である。
5. Effects of the present embodiment 5-1. Kinetic energy of Ga radical In this embodiment, the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is sufficiently small. For this reason, the number of times that Ga radicals that have jumped out of the target T1 collide with argon gas and nitrogen gas in the second chamber 200 is small. Therefore, the kinetic energy when the Ga radical collides with the substrate S1 is sufficiently large. Therefore, Ga radicals can move around on the surface of the substrate S1 or the surface of the semiconductor layer. As a result, a semiconductor layer having excellent uniform crystallinity is formed in the plane. Here, when the kinetic energy of the Ga radical is small, the Ga radical cannot sufficiently move around the surface of the substrate S1. In that case, GaN is likely to grow three-dimensionally with Ga particles close to a stopped state as a nucleus, and it is difficult to grow a semiconductor layer having excellent crystallinity.

5−2.空間中でのGaNの合成の抑制
本実施形態では、開口部材340と基板S1との間の距離が十分に小さい。そのため、Gaラジカルと窒素原子を含む粒子との衝突回数が少ない。つまり、Gaラジカルと窒素原子を含む粒子とが反応して基板S1と離れた位置でGaNの化合物を生成する割合が小さい。また、基板S1の板面が鉛直下方に向いているため、このようなGaNの化合物が基板S1に堆積しにくい。
5-2. Inhibition of GaN synthesis in space In this embodiment, the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is sufficiently small. Therefore, the number of collisions between Ga radicals and particles containing nitrogen atoms is small. That is, the ratio of the Ga radicals and the nitrogen atom-containing particles reacting to produce a GaN compound at a position away from the substrate S1 is small. Further, since the plate surface of the substrate S1 faces vertically downward, such a GaN compound is difficult to deposit on the substrate S1.

5−3.窒素原子を含む粒子の隔離
本実施形態の成膜装置1000は、開口部材340を有する。開口部材340における貫通孔341以外の部分は、窒素原子に由来する粒子の透過を防止する。つまり、窒素原子を由来する粒子が第1室100に入りにくい。そのため、ターゲットT1から飛び出したGa粒子が第1室100で窒素原子に由来する粒子と衝突することが抑制される。また、ターゲットT1が窒化されることを抑制することができる。
5-3. Isolation of Particles Containing Nitrogen Atoms The film forming apparatus 1000 of this embodiment has an opening member 340. Portions other than the through-hole 341 in the opening member 340 prevent permeation of particles derived from nitrogen atoms. That is, particles derived from nitrogen atoms are unlikely to enter the first chamber 100. Therefore, collision of Ga particles that have jumped out of the target T <b> 1 with particles derived from nitrogen atoms in the first chamber 100 is suppressed. Moreover, it can suppress that target T1 is nitrided.

5−4.ガスの選択
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110を有する第1室100と、基板支持部210を有する第2室200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T1が収容されている第1室100の内部に、ターゲットT1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341を介して第2室200から第1室100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T1の表面でターゲットT1が供給ガスと反応することを抑制することができる。
5-4. Selection of Gas In the present embodiment, the first chamber 100 for ejecting particles from the target T1 and the second chamber 200 for forming a film on the substrate S1 are provided separately. Therefore, different gases can be supplied to the first chamber 100 having the target accommodating portion 110 and the second chamber 200 having the substrate support portion 210. Therefore, a gas that does not easily react with the target T1 can be selected and supplied into the first chamber 100 in which the target T1 is accommodated. Although there is a possibility that gas flows from the second chamber 200 into the first chamber 100 through the through hole 341, the flow rate is very small. Thereby, it can suppress that target T1 reacts with supply gas on the surface of target T1.

5−5.プラズマ生成領域の分離
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。
5-5. Separation of Plasma Generation Region In the present embodiment, a first plasma generation region for ejecting particles from the target T1 and a second plasma generation region containing a plasma gas used for film formation are generated separately. To do. Therefore, the plasma in the first plasma generation region and the plasma in the second plasma generation region can be controlled separately. For example, by increasing the power for generating the first plasma generation region, the number of particles from the target T1 can be increased and the kinetic energy of the particles can be increased. Therefore, there is a possibility that the number of particles from the target T1 and the number of particles derived from the second gas can be adjusted. Therefore, improvement in sputtering yield and improvement in crystallinity of the thin film are expected.

6.変形例
6−1.筒形状部の形状
本実施形態の筒形状部330は円筒形状である。筒形状部330は多角形の筒形状であってもよい。ターゲットT1から飛び出したGa粒子が基板S1に向かって飛翔することを妨げなければよいからである。
6). Modification 6-1. Shape of the cylindrical portion The cylindrical portion 330 of the present embodiment has a cylindrical shape. The cylindrical portion 330 may be a polygonal cylindrical shape. This is because it is not necessary to prevent the Ga particles that have jumped out of the target T1 from flying toward the substrate S1.

6−2.貫通孔
開口部材340の貫通孔341の形状は円形である。貫通孔341の形状は、直径1mmの円より大きい多角形であってもよい。また、貫通孔341の配置はハニカム状以外の配置であってもよい。
6-2. Through hole The shape of the through hole 341 of the opening member 340 is circular. The shape of the through hole 341 may be a polygon larger than a circle having a diameter of 1 mm. Further, the arrangement of the through holes 341 may be other than the honeycomb shape.

6−3.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。
6-3. Multiple First Chambers In the present embodiment, the film forming apparatus 1000 has one first chamber 100. However, the film forming apparatus 1000 may have a plurality of first chambers 100. For example, the film formation apparatus 1000 may include a first chamber 100 having a Ga target and a first chamber 100 having an Al target. In that case, an AlGaN layer can be formed on the substrate S1. Needless to say, the film forming apparatus 1000 may include three or more first chambers 100.

6−4.シャッター
成膜装置1000は、貫通孔341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341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。
6-4. Shutter The film formation apparatus 1000 may have a shutter that opens and closes the through hole 341. The shutter is an opening / closing part that brings the through-hole 341 into either an open state or a closed state. The shutter is effective when it has a plurality of first chambers 100 as described above. That is, the plurality of first chambers 100 each have a through hole and a shutter. Thereby, AlN can be formed on the substrate S1 from the Al target, GaN can be formed from the Ga target, and AlGaN can be formed from the Al target and the Ga target.

6−5.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。
6-5. Second gas containing hydrogen gas The second gas may contain hydrogen gas. The second gas may be a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas. In this case, NH is generated by the plasma generator 230. In this case, NH is considered to contribute to the formation of the GaN layer.

6−6.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。
6-6. Internal pressure of first chamber and second chamber The internal pressure of the second chamber 200 may be lower than the internal pressure of the first chamber 100. This is because the particles in the second plasma generation region inside the second chamber 200 are less likely to flow into the first chamber 100.

6−7.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と区画部300との間に直流電圧が加わる。
6-7. First Potential Applying Unit In the present embodiment, the first potential applying unit 140 applies a high-frequency potential to the target accommodating unit 110. The first potential applying unit 140 may apply a pulse potential to the target accommodating unit 110. Further, the first potential applying unit 140 may apply a constant potential to the target accommodating unit 110. In this case, a DC voltage is applied between the target T1 and the partition unit 300.

6−8.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。
6-8. Substrate Support Unit The substrate support unit 210 may be rotatable. Further, the substrate support unit 210 may include a third potential applying unit that applies a high-frequency potential or a constant potential.

6−9.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。
6-9. Type of gas The second gas may contain argon gas. Thus, the first gas and the second gas may be a mixed gas of two or more kinds of gases. However, it is preferable that the first gas does not include a gas that easily reacts with the target T1. The first gas is for releasing particles from the target T1. The second gas includes particles that react with particles emitted from the target T1. Therefore, it may be appropriately selected according to the type of material to be deposited.

6−10.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。
6-10. Plasma Generation Device A case where an ICP device is used as the plasma generation device 230 will be described. In that case, an ion filter may be attached to the ICP device. Thereby, it can suppress that nitrogen ion damages board | substrate S1.

6−11.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。
6-11. Magnet of target accommodating part support part In this embodiment, the target accommodating part support part 120 has a magnet. The target accommodating part support part 120 does not need to have a magnet.

6−12.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。
6-12. Particle Timing Control The particles supplied from the first chamber 100 and the particles supplied from the second chamber 200 may be controlled. For example, the second potential application unit 240 does not generate plasma in the second plasma generation region during the period in which the first potential application unit 140 generates plasma in the first plasma generation region, The second potential applying unit 240 generates plasma in the second plasma generating region within a period in which the potential applying unit 140 does not generate plasma in the first plasma generating region. That is, plasma is generated alternately in the first plasma generation region and the second plasma generation region. As a result, particles from the first chamber 100 toward the substrate S1 and particles from the second chamber 200 toward the substrate S1 are alternately generated. The timing at which the first gas supply unit 150 supplies the first gas and the timing at which the second gas supply unit 250 supplies the second gas may be alternately shifted.

6−13.基板の種類
本実施形態の基板S1はサファイア基板である。基板S1は、Si(111)基板等のその他の基板であってもよい。
6-13. Substrate Type The substrate S1 of this embodiment is a sapphire substrate. The substrate S1 may be another substrate such as a Si (111) substrate.

6−14.組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
6-14. Combination The above modification examples may be freely combined.

7.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。そして、第1室100と第2室200との間の距離が十分に小さい。そのため、ターゲットT1から飛び出したGaラジカルは、アルゴンガスおよび窒素ガスにそれほど衝突しない。そのため、Gaラジカルが高い運動エネルギーをもった状態で基板S1に衝突する。これにより、結晶性に優れた半導体が成膜される。
7). Summary of the Present Embodiment A film forming apparatus 1000 according to the present embodiment includes a first chamber 100 that accommodates the target accommodating portion 110 and a second chamber 200 that accommodates the substrate support portion 210. The distance between the first chamber 100 and the second chamber 200 is sufficiently small. For this reason, the Ga radicals jumping out of the target T1 do not collide so much with argon gas and nitrogen gas. Therefore, the Ga radical collides with the substrate S1 with a high kinetic energy. Thereby, a semiconductor having excellent crystallinity is formed.

(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。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. The film forming apparatus of the second embodiment is a CVD apparatus. The mechanical configuration of the film forming apparatus of the second embodiment is the same as the mechanical configuration of the film forming apparatus 1000 of the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the types of the first gas and the second gas.

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。
1. The first gas and the second gas the first gas supply unit 150 supplies a gas containing argon gas and chlorine gas (Cl 2) as the first gas. The second gas supply unit 250 supplies a gas containing nitrogen gas and hydrogen gas as the second gas. Here, the target T1 is a Ga target.

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。   Chlorine gas is turned into plasma in the first plasma generation region. Then, particles derived from chlorine atoms (including chlorine molecules, chlorine atoms and chlorine radicals) collide with the Ga target. The Ga target reacts with particles derived from chlorine atoms to generate GaClx (Ga chloride). Then GaClx particles pop out. The jumped GaClx particles fly toward the substrate S1. The GaClx particles react with particles derived from nitrogen atoms in the second plasma generation region. Thereby, a GaN layer is formed on the substrate S1.

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。   Note that particles contained in the second plasma generation region break the bond between Ga atoms and Cl atoms. Therefore, the GaN layer on the substrate S1 contains almost no Cl atoms.

2.塩素ガスの流量
第1のガスに占める塩素ガスの流量は、体積比で0.1%以上1%以下であるとよい。
2. Flow rate of chlorine gas The flow rate of chlorine gas in the first gas is preferably 0.1% or more and 1% or less by volume ratio.

3.変形例
3−1.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。
3. Modification 3-1. First Gas As the first gas, a gas containing other halogen such as bromine may be used instead of chlorine gas. In that case, a reaction product of Ga and halogen is transported to the substrate S1. The first gas may contain an organic molecule such as methyl.

3−2.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。
3-2. Second gas Oxygen may be used as the second gas. In this case, a gallium oxide film is formed on the substrate S1.

3−3.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。
3-3. Combination The above modification examples may be freely combined. You may combine 1st Embodiment and its modification, 2nd Embodiment, and its modification.

A−1.基板の種類
基板S1として、AlNバッファ層を形成済みのサファイア基板を用いた。
A-1. Type of substrate A sapphire substrate on which an AlN buffer layer has been formed was used as the substrate S1.

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39.8sccm、塩素ガス0.2sccm流した。第2のガスとして窒素ガスを9sccm、水素ガスを1sccm流した。第1の電位付与部140の電力は100W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1000W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、600℃であった。成膜時間は1時間であった。
A-2. Film forming conditions of the film forming apparatus Ga was used as the target T1. Therefore, granular Ga was heated and melted at 100 ° C. and cooled with cooling water from the cooling unit 130 during film formation. The temperature of the cooling water was 10 ° C. As the first gas, 39.8 sccm of argon gas and 0.2 sccm of chlorine gas were flowed. As the second gas, 9 sccm of nitrogen gas and 1 sccm of hydrogen gas were flowed. The power of the first potential applying unit 140 was 100W. The frequency of the first potential application unit 140 was 13.56 MHz. The plasma generator 230 is an ICP device. The power of the ICP device was 1000W. The frequency of the ICP device was 13.56 MHz. The internal pressure of the first chamber 100 and the second chamber 200 was 2 Pa. The temperature of the heating unit 220, that is, the substrate temperature was 600 ° C. The film formation time was 1 hour.

A−3.成膜速度
図3は、開口部材340と基板S1との間の距離とGaNの成膜速度との間の関係を示すグラフである。図3の横軸は、開口部材340と基板S1との間の距離である。図3の縦軸は、成膜速度(μm/h)である。図3に示すように、成膜速度は1μm/hの程度である。
A-3. Deposition Rate FIG. 3 is a graph showing the relationship between the distance between the opening member 340 and the substrate S1 and the GaN deposition rate. The horizontal axis in FIG. 3 is the distance between the opening member 340 and the substrate S1. The vertical axis in FIG. 3 represents the film formation rate (μm / h). As shown in FIG. 3, the deposition rate is about 1 μm / h.

A−4.結晶性
図4は、開口部材340と基板S1との間の距離とGaNの結晶性との間の関係を示すグラフである。図4の横軸は、開口部材340と基板S1との間の距離である。図4の縦軸は、X線回折におけるGaN(0002)のFWHMである。図4はX線ロッキングカーブの結果である。図4に示すように、開口部材340と基板S1との間の距離が10mmの場合には、FWHMは0.85である。開口部材340と基板S1との間の距離が20mmの場合には、FWHMは1.03である。開口部材340と基板S1との間の距離が30mmの場合には、FWHMは1.9である。
A-4. Crystallinity FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance between the opening member 340 and the substrate S1 and the crystallinity of GaN. The horizontal axis in FIG. 4 is the distance between the opening member 340 and the substrate S1. The vertical axis in FIG. 4 is the FWHM of GaN (0002) in X-ray diffraction. FIG. 4 shows the result of the X-ray rocking curve. As shown in FIG. 4, when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm, the FWHM is 0.85. When the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm, the FWHM is 1.03. When the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 30 mm, the FWHM is 1.9.

このように、開口部材340と基板S1との間の距離が20mm以下の場合に、FWHMは1.05以下の程度である。そのため、開口部材340と基板S1との間の距離は20mm以下であるとよい。   Thus, when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm or less, the FWHM is about 1.05 or less. Therefore, the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is preferably 20 mm or less.

A−5.表面モルフォロジー
図5は、開口部材340と基板S1との間の距離とGaNの表面モルフォロジーとの間の関係を示す走査型顕微鏡写真である。図5(a)は、開口部材340と基板S1との間の距離が30mmのときの断面SEM画像である。図5(b)は、開口部材340と基板S1との間の距離が20mmのときの断面SEM画像である。図5(c)は、開口部材340と基板S1との間の距離が10mmのときの断面SEM画像である。図5(d)は、開口部材340と基板S1との間の距離が30mmのときの表面SEM画像である。図5(e)は、開口部材340と基板S1との間の距離が20mmのときの表面SEM画像である。図5(f)は、開口部材340と基板S1との間の距離が10mmのときの表面SEM画像である。
A-5. Surface Morphology FIG. 5 is a scanning photomicrograph showing the relationship between the distance between the aperture member 340 and the substrate S1 and the surface morphology of GaN. FIG. 5A is a cross-sectional SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 30 mm. FIG. 5B is a cross-sectional SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm. FIG. 5C is a cross-sectional SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm. FIG. 5D is a surface SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 30 mm. FIG. 5E is a surface SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm. FIG. 5F is a surface SEM image when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm.

図5(d)から図5(f)に示すように、開口部材340と基板S1との間の距離が小さいほど、表面モルフォロジーは良好である。つまり、開口部材340と基板S1との間の距離が10mm以下の場合に、GaNの表面モルフォロジーは良好である。   As shown in FIGS. 5D to 5F, the smaller the distance between the opening member 340 and the substrate S1, the better the surface morphology. That is, the surface morphology of GaN is good when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm or less.

A−6.実験のまとめ
以上説明したように、開口部材340と基板S1との間の距離が20mm以下の場合に、GaNのFWHMは1.05以下である。開口部材340と基板S1との間の距離が10mm以下の場合に、GaNの表面モルフォロジーは良好である。
A-6. Summary of Experiment As described above, when the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 20 mm or less, the FWHM of GaN is 1.05 or less. When the distance between the opening member 340 and the substrate S1 is 10 mm or less, the surface morphology of GaN is good.

B.付記
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室とを区画する区画部と、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。区画部は、第1の開口端が基板と対面する筒形状部と、筒形状部の第1の開口端を覆うとともに第1室と第2室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有する。ターゲット収容部は、基板支持部と対向する位置に配置されている。開口部材は、ターゲット収容部と基板支持部との間の位置に配置されている。
B. Appendix The film forming apparatus according to the first aspect includes a first chamber, a second chamber, and a partition section that divides the first chamber and the second chamber. The first chamber has a target accommodating portion that accommodates the target. The second chamber has a substrate support portion that supports the substrate. The partition portion has an opening member having a first opening end facing the substrate, a plurality of through holes that cover the first opening end of the cylindrical portion and communicate the first chamber and the second chamber. And having. The target accommodating portion is disposed at a position facing the substrate support portion. The opening member is disposed at a position between the target accommodating portion and the substrate support portion.

第2の態様における成膜装置においては、第2室の内圧と、開口部材と基板との間の距離は、次式
4(mm・Pa) ≦ P・T ≦ 40(mm・Pa)
P:第2室の内圧(Pa)
T:開口部材と基板との間の距離(mm)
を満たす。
In the film forming apparatus according to the second aspect, the internal pressure of the second chamber and the distance between the opening member and the substrate are expressed by the following formula 4 (mm · Pa) ≦ P · T ≦ 40 (mm · Pa)
P: Internal pressure of second chamber (Pa)
T: Distance between opening member and substrate (mm)
Meet.

第3の態様における成膜装置においては、基板支持部に支持された基板と開口部材との間の距離が、20mm以下である。   In the film forming apparatus according to the third aspect, the distance between the substrate supported by the substrate support portion and the opening member is 20 mm or less.

第4の態様における成膜装置において、基板支持部に支持された基板およびターゲットが、筒形状部を延長した場合の筒形状の内部に含まれる。   In the film forming apparatus according to the fourth aspect, the substrate and the target supported by the substrate support portion are included in a cylindrical shape when the cylindrical portion is extended.

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。   The film forming apparatus according to the fifth aspect includes a first potential applying unit that applies a potential to the target accommodating unit.

第6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。   The film-forming apparatus in a 6th aspect has a 1st gas supply part which supplies 1st gas to a 1st chamber, and a 2nd gas supply part which supplies 2nd gas to a 2nd chamber. .

第7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。   The film forming apparatus according to the seventh aspect includes a plasma generating apparatus that converts the second gas supplied from the second gas supply unit into plasma.

1000…成膜装置
1001…筐体
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
300…区画部
310…壁
330…筒形状部
340…開口部材
S1…基板
T1…ターゲット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1000 ... Film-forming apparatus 1001 ... Case 100 ... 1st chamber 110 ... Target accommodating part 120 ... Target accommodating part support part 130 ... Cooling part 140 ... 1st electric potential provision part 150 ... 1st gas supply part 160 ... 1st Gas supply pipe 200 ... second chamber 210 ... substrate support part 220 ... heating part 230 ... plasma generator 240 ... second potential applying part 250 ... second gas supply part 260 ... second gas supply pipe 270 ... exhaust Mouth 300 ... partition part 310 ... wall 330 ... cylindrical part 340 ... opening member S1 ... substrate T1 ... target

Claims (7)

第1室と、
第2室と、
前記第1室と前記第2室とを区画する区画部と、
を有する成膜装置において、
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、
前記区画部は、
第1の開口端が前記基板と対面する筒形状部と、
前記筒形状部の前記第1の開口端を覆うとともに前記第1室と前記第2室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有し、
前記ターゲット収容部は、
前記基板支持部と対向する位置に配置されており、
前記開口部材は、
前記ターゲット収容部と前記基板支持部との間の位置に配置されていること
を特徴とする成膜装置。
The first room,
The second room,
A partition section that partitions the first chamber and the second chamber;
In a film forming apparatus having
The first chamber is
Having a target accommodating portion for accommodating the target;
The second chamber is
Having a substrate support for supporting the substrate;
The partition is
A cylindrical portion having a first opening end facing the substrate;
An opening member that covers the first opening end of the cylindrical portion and has a plurality of through holes that communicate the first chamber and the second chamber;
The target container is
It is arranged at a position facing the substrate support part,
The opening member is
A film forming apparatus, wherein the film forming apparatus is disposed at a position between the target accommodating portion and the substrate supporting portion.
請求項1に記載の成膜装置において、
前記第2室の内圧と、前記開口部材と前記基板との間の距離は、次式
4(mm・Pa) ≦ P・T ≦ 40(mm・Pa)
P:第2室の内圧(Pa)
T:開口部材と基板との間の距離(mm)
を満たすこと
を特徴とする成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1,
The internal pressure of the second chamber and the distance between the opening member and the substrate are as follows: 4 (mm · Pa) ≦ P · T ≦ 40 (mm · Pa)
P: Internal pressure of second chamber (Pa)
T: Distance between opening member and substrate (mm)
The film-forming apparatus characterized by satisfy | filling.
請求項1に記載の成膜装置において、
前記基板支持部に支持された前記基板と前記開口部材との間の距離が、
20mm以下であること
を特徴とする成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1,
The distance between the substrate supported by the substrate support portion and the opening member is
A film forming apparatus having a thickness of 20 mm or less.
請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の成膜装置において、
前記基板支持部に支持された前記基板および前記ターゲットが、
前記筒形状部を延長した場合の筒形状の内部に含まれること
を特徴とする成膜装置。
In the film-forming apparatus of any one of Claim 1- Claim 3,
The substrate and the target supported by the substrate support unit are:
A film forming apparatus, wherein the film forming apparatus is included in a cylindrical shape when the cylindrical shape portion is extended.
請求項1から請求項4までのいずれか1項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。
In the film-forming apparatus of any one of Claim 1- Claim 4,
A film forming apparatus comprising a first potential applying unit that applies a potential to the target accommodating unit.
請求項1から請求項5までのいずれか1項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。
In the film-forming apparatus of any one of Claim 1- Claim 5,
A first gas supply unit for supplying a first gas to the first chamber;
A second gas supply unit for supplying a second gas to the second chamber;
A film forming apparatus comprising:
請求項6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。
In the film-forming apparatus of Claim 6,
A film forming apparatus, comprising: a plasma generating apparatus that converts the second gas supplied from the second gas supply unit into plasma.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07113173A (en) * 1993-10-13 1995-05-02 Hitachi Ltd Ion beam sputtering device
JP3080945B1 (en) * 1999-05-28 2000-08-28 科学技術振興事業団 High efficiency plasma gas condensing cluster deposition system
JP2005200681A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Sputtering system, and method for forming molding die by using the sputtering system
JP2009206348A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Honda Motor Co Ltd Method of manufacturing chalcopyrite type solar cell
JP2011246788A (en) * 2010-05-28 2011-12-08 Fujifilm Corp Method of forming oxide transparent conductive film, sputtering apparatus, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP6261929B2 (en) * 2013-09-26 2018-01-17 Hoya株式会社 Mask blank manufacturing method and transfer mask manufacturing method
JP2018095922A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 国立大学法人名古屋大学 Film deposition apparatus

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