JP2019179903A - 薄膜製造方法、および基板 - Google Patents
薄膜製造方法、および基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019179903A JP2019179903A JP2018069999A JP2018069999A JP2019179903A JP 2019179903 A JP2019179903 A JP 2019179903A JP 2018069999 A JP2018069999 A JP 2018069999A JP 2018069999 A JP2018069999 A JP 2018069999A JP 2019179903 A JP2019179903 A JP 2019179903A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- film
- thin film
- forming
- holder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
【課題】基板の温度を迅速に、かつ均一に調整し管理する。【解決手段】基板200の成膜面210上に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、赤外線を受けて発熱する発熱膜202を基板200の成膜面210とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚くなるように形成し、貫通孔152を有するホルダ105に貫通孔152を覆う様に基板200を配置し、ホルダ105に保持された基板200の発熱膜202を加熱装置から放射される赤外線により加熱し、基板200の成膜面210に薄膜を成膜する。【選択図】図1
Description
本発明は、基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法、および薄膜を形成するための基板に関する。
薄膜を基板上に形成させる成膜方法として、ガス状の原料を基板上部で化学反応させて薄膜を形成する化学気相成長法(CVD: chemical vapor deposition)、固体状の原料を気化させて基板に堆積させて薄膜を形成したり、気化した原料とガスとを反応させながら基板に薄膜を形成する物理気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)などがある。
これらの成膜方法において、成膜中の基板の温度は重要な要素であり、例えば特許文献1には、窒化ガリウム(GaN)に代表されるIII−V族半導体を成膜する際に適した温度が記載されている。
また、特許文献2には、基板の裏面に金属チタンを蒸着し金属チタン層をヒータに接触させることで熱伝導性を向上させ、基板を効率的に加熱する技術が記載されている。
ところが、ヒータに接触した基板を加熱する場合、基板ばかりでなく、ヒータや基板を保持するホルダなども加熱しなければならず全体として熱容量が大きくなる。このため、基板が必要な温度になるまで長時間を要し、成膜後に基板を取り出すための冷却時間も長時間になる。また、成膜中に基板の温度を変更して異なる膜種を成膜したい場合にも基板の温度がゆっくりと変化するため、異なる膜種の成膜に長時間を要することになる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板の温度を迅速かつ均一に管理して薄膜を形成する薄膜製造方法、および加熱による温度ムラを低減できる基板の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の1つである薄膜製造方法は、基板の成膜面上に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、赤外線を受けて発熱する発熱膜を前記基板の成膜面とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚くなるように形成し、貫通孔を有するホルダに前記貫通孔を覆う様に前記基板を配置し、前記ホルダに保持された前記基板の前記発熱膜を加熱装置から放射される赤外線により加熱し、前記基板の成膜面に薄膜を成膜する。
また、上記目的を達成するために、本発明の他の1つである基板は、成膜面上に薄膜を形成するための基板であって、前記成膜面とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚く赤外線を受けて発熱する発熱膜を備える。
本発明によれば、中央部が厚い発熱膜が裏面に設けられた基板を裏側から赤外線で加熱することで基板の温度を迅速に、かつ均一に調整し管理することができる、高品質な膜を形成することができる。
まず、発明者の知見を説明する。成膜対象である基板を迅速に加熱するために、赤外線を用いて基板を直接加熱する着想を得た。この着想に基づき鋭意実験を行い、基板の成膜面側から赤外線を照射するのではなく、成膜面とは反対側の裏面から赤外線を照射して基板を加熱することで、チャンバ内の空間を有効に利用し、加熱装置が成膜に悪影響を与えないという知見を得た。発明者は、実験に先立ち貫通孔を備えたホルダを新規に製作し、このホルダの貫通孔を覆う様に基板を配置することにより、基板の裏面から赤外線を照射して加熱しながら成膜面に成膜することを実現させた。
ところが、半導体を成膜するための基板に使用される材料は、シリコンやサファイアなどがあり、これらの材料は赤外線の透過率が比較的高い。一方、基板を保持するホルダの材料は、高温に耐える必要から高融点のモリブデンなどが用いられ、かつ赤外線の照射方向に対する肉厚が基板よりも厚いため基板よりも温度が高くなる。このため、基板の中央部の温度が低くなるような温度勾配が発生することを見出すに至った。基板に温度ムラが生じると、成膜した薄膜の品質に悪影響が生じる。
本発明は、発明者の上記知見に基づきなされたものである。以下に、本発明に係る薄膜製造方法、および薄膜製造方法に用いられる基板の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
まず、薄膜製造方法を実現することができる成膜装置の形式は、特に限定されるものではないが、成膜装置100の一例として、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)装置を説明する。また、成膜する物質も特に限定されるものではないが、GaN、GaAlN等のIII−V族半導体結晶の成膜を例として説明する。図1は、薄膜製造方法を実現しうる成膜装置全体を模式的に示す断面図である。
成膜装置100は、基板200上に薄膜を成膜する装置であり、Ga、AlなどのIII族元素の原料を真空中でそれぞれ気化させることができ、また窒素などV族の原料ガスを導入することができる装置である。本実施の形態の場合、成膜装置100は、チャンバ101と、原料供給源102と、加熱装置103と、ホルダ固定部104と、ホルダ105と、ガス導入口106と、真空排気口107とを備えている。
チャンバ101は、内方の空間を真空に維持することができる筐体である。なお、チャンバ101の形状は特に限定されるものではなく、矩形、円筒形などを例示することができる。
原料供給源102は、気化させた原料を基板200の表面に供給する装置である。本実施の形態の場合、原料供給源102はいわゆるクヌーセンセルであり、常温では固体であるIII族元素が充填される坩堝と、坩堝に取り付けられたヒータとを備え、原料を蒸発温度まで加熱することで真空中にいわゆる分子線と称される原料のビームを発生させる。なお、GaAlNなどの結晶を成膜する場合、原料供給源102は、チャンバ101内に複数配置される場合がある。また、原料供給源102は、原料の放出を遮蔽する遮蔽機構(不図示)が備えられており、原料の供給量を正確に調整することができるものとなっている。
ホルダ固定部104は、チャンバ101内の所定の位置に基板200を保持するホルダ105をチャンバ101に対して保持する部材である。ホルダ固定部104の形状は特に限定されるものではなく、また、材質も特に限定されるものではないが、成膜中はホルダ105が高温になるため、ホルダ固定部104はモリブデンやタングステンなどの高融点金属で形成することが好ましい。
なお、ホルダ固定部104は、複数のホルダを保持し、複数のホルダを移動させることができる移動機構を備えていてもかまわない。
ガス導入口106は、反応ガスをチャンバ101内に導入するための導入口である。ガス導入口106にはマスフローコントローラーなどガスの導入量を正確に調整できる装置が接続されており、例えばV族の窒素ガスなどが反応ガスとして導入される。
真空排気口107は、チャンバ101内の空気などをチャンバ101の外に排出することができる真空ポンプ、および配管などからなる真空系に接続される開口である。真空ポンプとは例えば、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ロータリーポンプなどを含み、複数種類のポンプが配管により接続されて真空系が構成される場合が多い。
加熱装置103は、ホルダ105に保持された基板200を赤外線により加熱する装置である。加熱装置103は、赤外線を照射できる装置であれば、特に限定されるものではないが、例えば赤外線ランプを例示することができる。また、加熱装置103は、赤外線ランプとミラーなどを組み合わせて、赤外線を基板200、およびその近傍に集光するものでもよい。
図2は、ホルダに保持された基板を示す断面図である。ホルダ105は、貫通孔152を有し、貫通孔152を覆う様に配置される基板200の周縁部を保持する部材である。ホルダ105を構成する材料は、特に限定されるものではないが、成膜段階において高温に加熱された基板200を保持する部材であるため、成膜に影響しないチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属が好適と考えられる。
ホルダ105の形状、およびホルダ105に設けられる貫通孔152の形状は、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、ホルダ105は、円板形状の基板200に対応し円環形状であり、ホルダ105の中央部に設けられる貫通孔152は、基板200を挿入することができる径の円形である。また、貫通孔152の一端部には、基板200の周縁に当接して基板200を保持するために内方に突出したフランジ部153が一体に設けられている。
基板200は、薄膜が形成される基礎となる板状の部材であり、表面に成膜面210を有し、成膜面210とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚く、赤外線を受けて発熱する発熱膜202を備えている。
基板200の材質は、特に限定されるものではなく、形成される膜の種類により任意に選定されるが、例えばSi、SiC、GaN、サファイアなどを例示することができる。また、基板200の大きさも特に限定されるものではないが、本実施の形態では、直径2インチ、肉厚1mm程度を想定して説明している。
発熱膜202は、基板200の成膜面210とは反対側の裏面に膜として設けられ、加熱装置103からの赤外線を受けて発熱し、基板200を加熱する層である。発熱膜202の平面視における形状は、特に限定されるものではないが、基板200の形状、およびホルダ105の形状、特に貫通孔152の形状の少なくとも一方に依存して決定されることが好ましい。本実施の形態の場合、基板200が円形、貫通孔152も円形であるため、発熱膜202は、貫通孔152の径よりも小径の円形状となっている。基板200の周縁部において、発熱膜202の膜厚は0、またはほぼ0であり、中央部における発熱膜202の膜厚は100nm以上、5ミクロン以下の範囲から選定される。
発熱膜202を構成する材料は、基板200よりも赤外線の透過率が低い材料が好ましい。具体的には、発熱膜202の材料としては、ホルダ105と同様、チタン、モリブデンやタングステンを例示することができる。
次に、薄膜製造方法を説明する。はじめに基板200の成膜面210とは反対側に発熱膜202を形成する。発熱膜202を形成する方法は、特に限定されるものではなく、例えばPVD法、CVD法のほか、ALD (Atomic Layer Deposition)法等でもかまわない。また、発熱膜202を基板200の周縁部よりも中央部の膜厚が厚くなるように形成する方法としては、図3に示すように、形成したい発熱膜202の形状、および大きさに合致した貫通孔を備えたマスク201を基板200の裏面に接触させた状態で発熱膜202を成膜する方法を例示できる。また図4に示すように、マスク201を基板200の裏面からある程度離した状態で発熱膜202を成膜することで、基板200の周縁に向かって徐々に膜厚が薄くなる発熱膜202を成膜することも可能である。
次に、チャンバ101外、またはチャンバ101内にて、ホルダ105の貫通孔152を覆うようにして裏面に発熱膜202が形成された基板200をフランジ部153に載置する。
次に、基板200を保持したホルダ105をチャンバ101内のホルダ固定部104に固定する。これにより、基板200の成膜面が原料供給源102側に面し、基板200の裏面に設けられた発熱膜202が加熱装置103に面した状態となる。
次に、チャンバ101を閉塞して真空排気口107からチャンバ101内の空気を、真空系を用いて排出する。
所定の真空度に達すると、ホルダ105に保持された基板200、および発熱膜202を加熱装置103から放射される赤外線により加熱し、基板200を所定の温度にまで均一に昇温する。
以上の状態で、原料供給源102から原料の分子線を放出し、基板200の成膜面に薄膜を成膜する。
具体的に例えば、III−V族半導体である窒化ガリウムを成膜する場合は、ガス導入口106から窒素ガスをチャンバ101内に導入し、電磁波などを用いて基板200の成膜面上で窒素ガスをプラズマ化し、窒素ガスのプラズマ中にガリウムの分子線を投入することにより、基板200の成膜面に窒化ガリウムが成膜される。なお、基板200に窒化ガリウムが直接成膜されるのではなく、例えばバッファ層と称されるような複数種類の膜を成膜した後、窒化ガリウムを成膜する場合が多い。
ここで、窒化ガリウムを成膜する際の基板200の温度は、600℃以上、800℃以下の範囲内の所定の温度に設定される。本実施の形態の場合、例えば基板200の温度を700℃にまで加熱した場合、基板200全体の温度分布は±1%の範囲に収まっている。
上記のような成膜装置100によれば、基板200の裏面の中央部の膜厚が厚くなるように成膜された発熱膜202が、加熱装置103からの赤外線によって加熱される。そして、発熱膜202の発熱により、基板200が加熱される。従って、赤外線の透過率が高い基板200を用いた場合でも効果的に基板200を加熱することができる。また、基板200の温度分布を均一に維持することができる。従って上記のような薄膜製造方法によれば高品質の膜を製造することが可能となる。
また、発熱膜202の体積は基板200よりも少なくすることができ、発熱膜202の熱容量を抑制することができる。従って、真空中であっても、基板200の温度制御を容易かつ迅速に行う事ができるため、複数種類の膜を異なる温度帯で短時間に製造することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
例えば、発熱膜202の形成方法としてPVDやCVDなど乾式の成膜方法を例示したが、発熱膜202は、いわゆるメッキなどの湿式の成膜方法を用いてもよい。
また、基板200の成膜面の形状は、基板200に発熱膜202を成膜した後、研磨などによって形成してもかまわない。
また、上記実施の形態の場合では、PVDによる薄膜製造方法を例として説明したが、薄膜製造方法は、CVDにより実現してもかまわない。また、PVDとCVDを組み合わせた薄膜製造法であってもかまわない。
本発明はIII−V族半導体膜の形成の他、機能性薄膜の製造に利用可能である。
100:成膜装置、101:チャンバ、102:原料供給源、103:加熱装置、104:ホルダ固定部、105:ホルダ、106:ガス導入口、107:真空排気口、152:貫通孔、153:フランジ部、200:基板、201:マスク、202:発熱膜、210:成膜面
Claims (2)
- 基板の成膜面上に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
赤外線を受けて発熱する発熱膜を前記基板の成膜面とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚くなるように形成し、
貫通孔を有するホルダに前記貫通孔を覆う様に前記基板を配置し、
前記ホルダに保持された前記基板の前記発熱膜を加熱装置から放射される赤外線により加熱し、
前記基板の成膜面に薄膜を成膜する
薄膜製造方法。 - 成膜面上に薄膜を形成するための基板であって、
前記成膜面とは反対側の裏面に、周縁部よりも中央部の膜厚が厚く赤外線を受けて発熱する発熱膜を備える
基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018069999A JP2019179903A (ja) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | 薄膜製造方法、および基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018069999A JP2019179903A (ja) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | 薄膜製造方法、および基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019179903A true JP2019179903A (ja) | 2019-10-17 |
Family
ID=68278997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018069999A Pending JP2019179903A (ja) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | 薄膜製造方法、および基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019179903A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10597327B2 (en) | 2012-04-27 | 2020-03-24 | United States Gypsum Company | Dimensionally stable geopolymer composition and method |
-
2018
- 2018-03-30 JP JP2018069999A patent/JP2019179903A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10597327B2 (en) | 2012-04-27 | 2020-03-24 | United States Gypsum Company | Dimensionally stable geopolymer composition and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210156030A1 (en) | Multiple temperature range susceptor, assembly, reactor and system including the susceptor, and methods of using the same | |
US10438795B2 (en) | Self-centering wafer carrier system for chemical vapor deposition | |
TWI646214B (zh) | 在化學氣相沉積反應器中的基座的設計 | |
US20100199914A1 (en) | Chemical vapor deposition reactor chamber | |
TWI437621B (zh) | Film forming device | |
KR20130093113A (ko) | 고 복사율 표면을 갖는 가스 분배 샤워헤드 | |
JP2008227487A (ja) | 放射加熱を具備するマイクロバッチ堆積チャンバ | |
TWI626327B (zh) | 半導體設備的成膜方法、氮化鋁成膜方法以及電子裝置 | |
TW201218301A (en) | Apparatus having improved substrate temperature uniformity using direct heating methods | |
US20150083046A1 (en) | Carbon fiber ring susceptor | |
TW202020240A (zh) | 燈頭中的多分區燈控制和單獨燈控制 | |
JP2004091850A (ja) | 処理装置及び処理方法 | |
KR20130098663A (ko) | 박막 제조 장치 및 그 제조 방법 | |
JP2019179903A (ja) | 薄膜製造方法、および基板 | |
TW201314743A (zh) | 薄膜沉積系統 | |
US20190032244A1 (en) | Chemical vapor deposition system | |
JP5292963B2 (ja) | 成膜装置およびそれを用いた製造方法 | |
JP2010287615A (ja) | Ge−Sb−Te膜の成膜方法および記憶媒体 | |
JP2012142329A (ja) | 処理装置 | |
JP2019125644A (ja) | 成膜装置、および薄膜製造方法 | |
JP7435266B2 (ja) | サセプタ、化学気相成長装置及びエピタキシャルウェハの製造方法 | |
JP2003086516A (ja) | サセプタ、cvd装置、成膜方法、および半導体装置 | |
JP4210060B2 (ja) | 熱処理装置 | |
JP2016145391A (ja) | 気化装置及び成膜装置 | |
JP4157718B2 (ja) | 窒化シリコン膜作製方法及び窒化シリコン膜作製装置 |