JP7313530B2 - Deposition method - Google Patents

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Description

本発明は、ミスト状の原料を用いて基板上に成膜を行う成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming method for forming a film on a substrate using mist-like raw materials.

従来、パルスレーザー堆積法(Pulsed laser deposition:PLD)、分子線エピタキシー法(Molecular beam epitaxy:MBE)、スパッタリング法等の非平衡状態を実現できる高真空成膜装置が開発されており、これまでの融液法等では作製不可能であった酸化物半導体の作製が可能となってきた。また、霧化されたミスト状の原料を用いて、基板上に結晶成長させるミスト化学気相成長法(Mist Chemical Vapor Deposition:Mist CVD。以下、「ミストCVD法」ともいう。)が開発され、コランダム構造を有する酸化ガリウム(α-Ga)の作製が可能となってきた。α-Gaは、バンドギャップの大きな半導体として、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子への応用が期待されている。 Conventionally, pulsed laser deposition (PLD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering, and other high-vacuum film deposition apparatuses capable of achieving a non-equilibrium state have been developed. In addition, a mist chemical vapor deposition (Mist CVD) method for growing crystals on a substrate using an atomized mist-like raw material (hereinafter also referred to as "mist CVD method") has been developed, making it possible to produce gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) having a corundum structure. As a semiconductor with a large bandgap, α-Ga 2 O 3 is expected to be applied to next-generation switching elements capable of achieving high withstand voltage, low loss and high heat resistance.

ミストCVD法等の水微粒子を用いたα-Gaの成膜手法として、特許文献1には、ガリウムアセチルアセトナートやガリウムクロライドなどのガリウム化合物及び塩化錫(II)などの錫(II)化合物を、水、塩酸及び過酸化水素を含む溶液に溶解して原料溶液を作成し、この原料溶液を微粒子化することによって原料微粒子を生成し、この原料微粒子をキャリアガスによって被成膜試料の成膜面に供給し、原料ミストを反応させて成膜面上に薄膜を形成することによって、被成膜試料上に結晶性の高い酸化ガリウム系薄膜を形成する方法を開示している。 As a method for forming a film of α-Ga 2 O 3 using water fine particles such as the mist CVD method, Patent Document 1 discloses that a gallium compound such as gallium acetylacetonate or gallium chloride and a tin (II) compound such as tin (II) chloride are dissolved in a solution containing water, hydrochloric acid, and hydrogen peroxide to prepare a raw material solution, and the raw material solution is atomized to generate raw fine particles. discloses a method of forming a highly crystalline gallium oxide-based thin film on a sample to be deposited by forming a thin film on a sample.

特開2013-028480号公報JP 2013-028480 A 特開2015-199649号公報JP 2015-199649 A

特許文献1の方法によれば、導電性に優れたα-Ga薄膜を形成することができるが、膜表面が平滑ではないといった特有の問題があり、半導体装置に用いるには、まだまだ満足のいくものではなかった。また、膜表面を平滑にするため、エッチング等の表面処理を行うことも考えられるが、この場合、薄膜が削られてしまったり、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。 According to the method of Patent Document 1, an α-Ga 2 O 3 thin film with excellent conductivity can be formed, but there is a unique problem that the film surface is not smooth, and it is still unsatisfactory for use in semiconductor devices. In order to smoothen the surface of the film, it may be possible to perform a surface treatment such as etching.

これに対し特許文献2においては、原料溶液に臭化水素酸やヨウ化水素酸を混合することで、表面平滑性に優れる膜が得られることが開示されている。しかし、この方法によると、ガリウムと酸素以外の物質を膜中に含有させることになり、このために膜の結晶性や電気特性が損なわれるといった課題があった。また、溶液が強酸となることから、成膜装置の腐食が早まるなどの問題もあった。 On the other hand, Patent Document 2 discloses that a film having excellent surface smoothness can be obtained by mixing hydrobromic acid or hydroiodic acid in the raw material solution. However, according to this method, substances other than gallium and oxygen are included in the film, which causes a problem that the crystallinity and electrical characteristics of the film are impaired. In addition, since the solution becomes a strong acid, there is also a problem that corrosion of the film forming apparatus is accelerated.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた膜を成膜することができる成膜方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and to provide a film forming method capable of forming a film with less impurities and excellent crystallinity and surface flatness.

上記課題を解決するために、本発明では、
原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む成膜方法であって、
前記原料溶液を調製する工程において、
金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする成膜方法を提供する。
In order to solve the above problems, in the present invention,
a step of preparing a raw material solution;
a mist generation step of misting the raw material solution in a misting unit to generate mist;
a carrier gas supplying step of supplying a carrier gas for transporting the mist to the misting section;
a conveying step of conveying the mist from the mist generating unit to the film forming chamber using the carrier gas through a supply pipe connecting the mist generating unit and the film forming chamber;
and a film forming step of heat-treating the conveyed mist to form a film on a substrate,
In the step of preparing the raw material solution,
A method for forming a film is provided, wherein the raw material solution is prepared by mixing a metal chloride salt or an aqueous solution thereof with hydrogen peroxide, or the raw material solution is prepared by dissolving a metal in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide.

このような成膜方法によれば、表面平坦性に優れ、膜中不純物が少なく、結晶性に優れた膜を成膜することができる。 According to such a film forming method, it is possible to form a film having excellent surface flatness, few impurities in the film, and excellent crystallinity.

前記原料溶液を調製する工程において用いる前記過酸化水素の量を、前記塩化物塩に含まれる塩素原子の量もしくは前記塩酸に含まれる塩素原子の量に対し、モル比で0.2倍以上とすることが好ましい。 It is preferable that the amount of the hydrogen peroxide used in the step of preparing the raw material solution is 0.2 times or more in molar ratio with respect to the amount of chlorine atoms contained in the chloride salt or the amount of chlorine atoms contained in the hydrochloric acid.

これにより、原料溶液の反応効率を高めることができ、その結果、膜中の不純物はより少なくなり、結晶性及び表面平坦性により優れた膜を得ることができる。 As a result, the reaction efficiency of the raw material solution can be increased, and as a result, impurities in the film can be reduced, and a film with excellent crystallinity and surface flatness can be obtained.

前記原料溶液を調製する工程において、液温を15~90℃として前記原料溶液を調製することが好ましい。 In the step of preparing the raw material solution, it is preferable to prepare the raw material solution at a liquid temperature of 15 to 90°C.

これにより、原料溶液の反応効率を高めることができ、その結果、膜中の不純物はより少なくなり、結晶性及び表面平坦性により優れた膜を得ることができる。 As a result, the reaction efficiency of the raw material solution can be increased, and as a result, impurities in the film can be reduced, and a film with excellent crystallinity and surface flatness can be obtained.

前記金属として、ガリウムを主成分とするものを用いてもよい。 As the metal, one containing gallium as a main component may be used.

これにより、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた酸化ガリウム膜を得ることができる。 This makes it possible to obtain a gallium oxide film with less impurities in the film and excellent crystallinity and surface flatness.

以上のように、本発明の成膜方法によれば、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた膜を成膜することができる。本発明の成膜方法によって半導体膜を製膜した場合、成膜した膜は、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れるので、優れた半導体特性を示すことができる。 As described above, according to the film forming method of the present invention, it is possible to form a film containing few impurities and excellent in crystallinity and surface flatness. When a semiconductor film is formed by the film forming method of the present invention, the formed film has few impurities in the film and is excellent in crystallinity and surface flatness, and thus can exhibit excellent semiconductor characteristics.

本発明の成膜方法で用いることができる成膜装置の一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of a film forming apparatus that can be used in the film forming method of the present invention; FIG. 本発明の成膜方法で用いることができるミスト化部の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the misting part which can be used with the film-forming method of this invention.

上述のように、ミストCVD法において、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた膜を成膜することができる成膜方法の開発が求められていた。 As described above, in the mist CVD method, there has been a demand for the development of a film formation method capable of forming a film with less impurities in the film and with excellent crystallinity and surface flatness.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、ミストCVD法によって成膜を行う際、金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、原料溶液を調製するか、又は塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、原料溶液を調製し、このように調製した原料溶液をミスト化し、このミストを成膜室に搬送し、そこで熱処理して基板上に成膜することにより、表面平坦性に優れ、また結晶性に優れた膜が得られることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies on the above problems, the inventors of the present invention prepared a raw material solution by mixing a metal chloride salt or its aqueous solution with hydrogen peroxide, or dissolving a metal in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide to prepare a raw material solution. The present invention was completed by finding that

即ち、本発明は、原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む成膜方法であって、
前記原料溶液を調製する工程において、
金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする成膜方法である。
That is, the present invention comprises a step of preparing a raw material solution;
a mist generation step of misting the raw material solution in a misting unit to generate mist;
a carrier gas supplying step of supplying a carrier gas for transporting the mist to the misting section;
a conveying step of conveying the mist from the mist generating unit to the film forming chamber using the carrier gas through a supply pipe connecting the mist generating unit and the film forming chamber;
and a film forming step of heat-treating the conveyed mist to form a film on a substrate,
In the step of preparing the raw material solution,
The method for forming a film is characterized in that the raw material solution is prepared by mixing a metal chloride salt or an aqueous solution thereof with hydrogen peroxide, or the raw material solution is prepared by dissolving a metal in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide.

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the present invention will be described in detail below, the present invention is not limited thereto.

なお、本発明でいうミストとは、気体中に分散した液体の微粒子の総称を指し、霧、液滴等と呼ばれるものを含む。 The term "mist" as used in the present invention is a general term for fine particles of liquid dispersed in gas, and includes what is called fog, liquid droplets, and the like.

(成膜装置)
まず、図1及び図2を参照しながら、本発明に係る成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を説明する。ただし、本発明に係る成膜方法は、図1及び図2に示す成膜装置以外の成膜装置で実施することもできる。
(Deposition device)
First, an example of a film forming apparatus capable of carrying out the film forming method according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. However, the film forming method according to the present invention can also be carried out in a film forming apparatus other than the film forming apparatus shown in FIGS.

図1に示す成膜装置101は、原料溶液104aをミスト化してミストを発生させるミスト化部120と、ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部130と、ミスト化部120と成膜室107とを接続し、キャリアガスによってミストが搬送される供給管109と、供給管109からキャリアガスとともに供給されたミストを熱処理して、基板110上に成膜を行う成膜室107とを少なくとも有している。 The film forming apparatus 101 shown in FIG. 1 has at least a misting unit 120 that mists a raw material solution 104a to generate mist, a carrier gas supply unit 130 that supplies a carrier gas for transporting the mist, a supply pipe 109 that connects the misting unit 120 and the film formation chamber 107 and conveys the mist by the carrier gas, and a film formation chamber 107 that heats the mist supplied together with the carrier gas from the supply pipe 109 and forms a film on the substrate 110.

以下、成膜装置101の各構成要素を説明する。 Each component of the film forming apparatus 101 will be described below.

(ミスト化部)
ミスト化部120では、原料溶液104aをミスト化してミストを発生させる。ミスト化手段は、原料溶液104aをミスト化できさえすれば特に限定されず、公知のミスト化手段であってよいが、超音波振動によるミスト化手段を用いることが好ましい。より安定してミスト化することができるためである。
(Misting part)
The mist generating unit 120 mists the raw material solution 104a to generate mist. The misting means is not particularly limited as long as it can mist the raw material solution 104a, and may be a known misting means, but it is preferable to use a misting means using ultrasonic vibration. This is because mist can be made more stably.

このようなミスト化部120の一例を、図2も併せて参照しながら説明する。例えば、ミスト化部120は、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、超音波振動を伝達可能な媒体、例えば水105aが入れられる容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106とを含んでもよい。詳細には、原料溶液104aが収容されている容器からなるミスト発生源104が、水105aが収容されている容器105に、支持体(図示せず)を用いて収納されることができる。容器105の底部には、超音波振動子106が備え付けられていてもよく、超音波振動子106と発振器116とが接続されていてもよい。そして、発振器116を作動させると超音波振動子106が振動し、水105aを介してミスト発生源104内に超音波が伝播し、原料溶液104aがミスト化するように構成されることができる。 An example of such a mist generating unit 120 will be described with reference to FIG. 2 as well. For example, the mist generation unit 120 may include a mist generation source 104 containing a raw material solution 104a, a container 105 containing a medium capable of transmitting ultrasonic vibrations, such as water 105a, and an ultrasonic transducer 106 attached to the bottom surface of the container 105. Specifically, the mist generation source 104, which is a container containing the raw material solution 104a, can be accommodated in the container 105 containing the water 105a using a support (not shown). An ultrasonic transducer 106 may be provided at the bottom of the container 105, and the ultrasonic transducer 106 and the oscillator 116 may be connected. When the oscillator 116 is operated, the ultrasonic vibrator 106 vibrates, ultrasonic waves propagate into the mist generation source 104 through the water 105a, and the raw material solution 104a becomes mist.

原料溶液104aの詳細については、後段で説明する。 Details of the raw material solution 104a will be described later.

(キャリアガス供給部)
図1に示すキャリアガス供給部130は、キャリアガスをミスト発生源104に供給するキャリアガス源102a、及びキャリアガス源102aとミスト発生源104とを流体接続する供給管111aを有する。供給管111aは、キャリアガス源102aからミスト発生源104に送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103aを備えていてもよい。また、キャリアガス供給部130は、必要に応じて、図1にそれぞれ示す、希釈用キャリアガスを供給管9に供給する希釈用キャリアガス源102bや、希釈用キャリアガス源102bと供給管9とを流体接続する供給管111bや、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bを備えることもできる。
(Carrier gas supply unit)
The carrier gas supply unit 130 shown in FIG. 1 has a carrier gas source 102 a that supplies carrier gas to the mist generation source 104 and a supply pipe 111 a that fluidly connects the carrier gas source 102 a and the mist generation source 104 . The supply pipe 111a may include a flow control valve 103a for adjusting the flow rate of the carrier gas delivered from the carrier gas source 102a to the mist generation source 104. In addition, the carrier gas supply unit 130 can also include a carrier gas source 102b for dilution that supplies the carrier gas for dilution to the supply pipe 9, a supply pipe 111b that fluidly connects the carrier gas source 102b for dilution and the supply pipe 9, and a flow control valve 103b for adjusting the flow rate of the carrier gas for dilution sent from the carrier gas source 102b for dilution, as shown in FIG.

キャリアガスの種類は、特に限定されず、成膜物に応じて適宜選択可能である。例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、又は水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類でも、2種類以上であってもよい。例えば、第2のキャリアガスとして、第1のキャリアガスと同じガスをそれ以外のガスで希釈した(例えば10倍に希釈した)希釈ガスなどをさらに用いてもよく、空気を用いることもできる。キャリアガスの流量は特に限定されない。例えば、30mm角の基板上に成膜する場合には、キャリアガスの流量(希釈用キャリアガスを用いる場合は、キャリアガスの流量と希釈用キャリアガスの流量との合計)は0.01~20L/分とすることが好ましく、1~10L/分とすることがより好ましい。 The type of carrier gas is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the film to be deposited. Examples thereof include oxygen, ozone, inert gases such as nitrogen and argon, and reducing gases such as hydrogen gas and forming gas. Also, the number of carrier gases may be one, or two or more. For example, as the second carrier gas, a diluent gas obtained by diluting the same gas as the first carrier gas with another gas (for example, diluted 10 times) may be used, or air may be used. The flow rate of carrier gas is not particularly limited. For example, when forming a film on a 30 mm square substrate, the flow rate of the carrier gas (when using a carrier gas for dilution, the sum of the flow rate of the carrier gas and the flow rate of the carrier gas for dilution) is preferably 0.01 to 20 L / min, more preferably 1 to 10 L / min.

(供給管)
成膜装置101は、ミスト化部120と成膜室107とを接続する供給管109を有する。この場合、ミストは、ミスト化部120のミスト発生源104から供給管109を介してキャリアガスによって搬送され、成膜室107内に供給される。供給管109は、例えば、石英管やガラス管、樹脂製のチューブなどを使用することができる。
(supply pipe)
The film forming apparatus 101 has a supply pipe 109 that connects the misting section 120 and the film forming chamber 107 . In this case, the mist is transported by the carrier gas from the mist generation source 104 of the mist generator 120 through the supply pipe 109 and supplied into the film forming chamber 107 . A quartz tube, a glass tube, a resin tube, or the like can be used as the supply tube 109, for example.

(成膜室)
成膜室107は、中に基板110が設置できるように構成されている。成膜室107において、基板110を、成膜室107の上面に設置するなどして、フェイスダウンの状態で設置してもよいし、又は、図1に示すように、基板110を、成膜室107の底面に設置して、フェイスアップの状態で設置してもよい。
(Deposition chamber)
The film formation chamber 107 is configured such that the substrate 110 can be placed therein. In the film formation chamber 107, the substrate 110 may be placed face down, for example, on the upper surface of the film formation chamber 107, or, as shown in FIG.

成膜室107は、該基板110を加熱するためのヒーター108を備えることができる。ヒーター108は、図1に示されるように成膜室107の外部に設けられていてもよいし、成膜室107の内部に設けられていてもよい。また、成膜室107には、基板110へのミストの供給に影響を及ぼさない位置に、排ガスの排気口112が設けられてもよい。 The deposition chamber 107 can be equipped with a heater 108 for heating the substrate 110 . The heater 108 may be provided outside the film forming chamber 107 as shown in FIG. 1 or may be provided inside the film forming chamber 107 . Further, the deposition chamber 107 may be provided with an exhaust port 112 for exhaust gas at a position that does not affect the supply of mist to the substrate 110 .

(成膜方法)
次に、本発明の成膜方法を説明する。
(Film formation method)
Next, the film-forming method of this invention is demonstrated.

本発明の成膜方法は、
原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む。
The film forming method of the present invention is
a step of preparing a raw material solution;
a mist generation step of misting the raw material solution in a misting unit to generate mist;
a carrier gas supplying step of supplying a carrier gas for transporting the mist to the misting section;
a conveying step of conveying the mist from the mist generating unit to the film forming chamber using the carrier gas through a supply pipe connecting the mist generating unit and the film forming chamber;
and a film forming step of heat-treating the transported mist to form a film on the substrate.

また、本発明の成膜方法は、前記原料溶液を調製する工程において、
(1)金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
(2)塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする。
Further, in the film forming method of the present invention, in the step of preparing the raw material solution,
(1) The raw material solution is prepared by mixing a metal chloride salt or an aqueous solution thereof with hydrogen peroxide, or (2) The raw material solution is prepared by dissolving a metal in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide.

このようにして調製した原料溶液を用いて上記の通りミストCVD法により成膜を実施することにより、膜中不純物が低減され、優れた結晶性及び優れた表明平坦性を示す膜を成膜することができる。理論により縛られることは望まないが、その理由は以下のとおりであると考えられる。 By performing film formation by the mist CVD method as described above using the raw material solution prepared in this manner, impurities in the film are reduced, and a film exhibiting excellent crystallinity and excellent surface flatness can be formed. While not wishing to be bound by theory, we believe the reasons are as follows.

過酸化水素は、原料溶液中の塩化物イオンを塩素ガスに酸化する。生成した塩素ガスは、溶液調製時ないし成膜時にガスとして飛散し、膜中に残留しない。このようにして膜中の塩素濃度が低減することにより、得られる膜の表面平坦性が改善される。また、過酸化水素は水素と酸素で構成されており、反応後は水になるのみであることから、過酸化水素が過剰に存在し反応しないで残留することがあっても、生成される膜の特性、特に結晶性に関しては特に問題は生じない。よって、上記の通り調製した原料溶液を用いてミストCVD法により成膜を行うことにより、膜中不純物が低減され、優れた結晶性及び優れた表明平坦性を示す膜を得ることができる。特に、半導体膜を成膜した場合、得られた膜は、優れた結晶性を示すことができるため、優れた半導体特性を示すことができる。 Hydrogen peroxide oxidizes chloride ions in the source solution to chlorine gas. The generated chlorine gas scatters as gas during solution preparation or film formation, and does not remain in the film. By reducing the chlorine concentration in the film in this way, the surface flatness of the resulting film is improved. In addition, since hydrogen peroxide is composed of hydrogen and oxygen, and only becomes water after the reaction, even if hydrogen peroxide exists excessively and remains unreacted, there is no particular problem with the properties of the film produced, particularly with regard to crystallinity. Therefore, by forming a film by the mist CVD method using the raw material solution prepared as described above, impurities in the film are reduced, and a film exhibiting excellent crystallinity and excellent surface flatness can be obtained. In particular, when a semiconductor film is formed, the obtained film can exhibit excellent crystallinity, and thus can exhibit excellent semiconductor characteristics.

それに対し、先に述べた特許文献2では、ターゲットの膜の成分以外の成分を原料溶液に含ませるため、膜中に不純物が導入され、十分に優れた結晶性を示す膜を得ることができない。 On the other hand, in the above-mentioned Patent Document 2, since the raw material solution contains components other than the components of the target film, impurities are introduced into the film, and a film showing sufficiently excellent crystallinity cannot be obtained.

また、詳細な理由は不明であるが、特許文献1のように、ガリウムクロライドなどのガリウム化合物を、水、塩酸及び過酸化水素を含む溶液に溶解して調製した原料溶液を用いた場合、先に述べたように、膜表面が平滑ではないといった特有の問題がある。この点については、後段で、比較例として示す。 In addition, although the detailed reason is unknown, as in Patent Document 1, when a raw material solution prepared by dissolving a gallium compound such as gallium chloride in a solution containing water, hydrochloric acid, and hydrogen peroxide is used, as described above, there is a unique problem that the film surface is not smooth. This point will be described later as a comparative example.

以下、原料溶液を調製する工程をより詳細に説明する。 The process of preparing the raw material solution will be described in more detail below.

(1)金属の塩化物塩もしくはその水溶液と過酸化水素とを混合する場合
金属の塩化物塩を用いる場合、原料溶液の溶媒は特に限定されないが、水であることが好ましい。
(1) Mixing a metal chloride salt or an aqueous solution thereof with hydrogen peroxide When using a metal chloride salt, the solvent for the raw material solution is not particularly limited, but water is preferred.

該金属の塩化物塩としては、成膜しようとする膜に必要とされる金属を含むものを用いることができ、例えば、塩化ガリウム、塩化鉄、塩化インジウム、塩化アルミニウム、塩化バナジウム、塩化チタン、塩化クロム、塩化ロジウム、塩化ニッケル、塩化コバルトから選ばれる1種又は2種以上の塩などが使用できる。 As the metal chloride salt, one containing a metal required for the film to be formed can be used. For example, one or more salts selected from gallium chloride, iron chloride, indium chloride, aluminum chloride, vanadium chloride, titanium chloride, chromium chloride, rhodium chloride, nickel chloride, and cobalt chloride can be used.

例えば、塩化物塩における金属として、ガリウムを主成分とするものを用いることにより、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた酸化ガリウム膜を得ることができる。 For example, by using a metal containing gallium as a main component in the chloride salt, it is possible to obtain a gallium oxide film with few impurities in the film and excellent crystallinity and surface flatness.

金属の塩化物塩もしくはその水溶液と混合する過酸化水素の量は、特に限定されないが、原料溶液における過酸化水素と塩化物イオンとの反応における過酸化水素と塩化物イオンの化学量論比は1:2であることから、塩化物塩に含まれる塩素原子の量に対し、モル比で0.5倍以上とすることが好ましい。これにより、原料溶液中の塩化物イオンの酸化を十分に行うことができると共に、原料溶液の反応効率を高めることができ、その結果、膜中の不純物はより少なくなり、結晶性及び表面平坦性により優れた膜を得ることができる。 The amount of hydrogen peroxide to be mixed with the metal chloride salt or its aqueous solution is not particularly limited, but since the stoichiometric ratio of hydrogen peroxide and chloride ions in the reaction between hydrogen peroxide and chloride ions in the raw material solution is 1:2, the molar ratio is preferably at least 0.5 times the amount of chlorine atoms contained in the chloride salt. As a result, the chloride ions in the raw material solution can be sufficiently oxidized, and the reaction efficiency of the raw material solution can be enhanced. As a result, impurities in the film are reduced, and a film having excellent crystallinity and surface flatness can be obtained.

(2)塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解する場合
該金属としては、成膜しようとする膜に必要とされる金属を含むものを用いることができ、例えば、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル及びコバルトから選ばれる1種又は2種以上の金属を含むものなどを使用できる。
(2) In the case of dissolving a metal in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide As the metal, one containing the metal required for the film to be formed can be used. For example, one containing one or more metals selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel and cobalt can be used.

例えば、金属として、ガリウムを主成分とするものを用いることにより、膜中不純物が少なく、結晶性及び表面平坦性に優れた酸化ガリウム膜を得ることができる。 For example, by using a metal containing gallium as a main component, it is possible to obtain a gallium oxide film with few impurities in the film and excellent crystallinity and surface flatness.

塩酸濃度は、金属が溶解できていれば特に限定されないが、金属濃度に対しモル比で2~4倍であることが好ましい。 The concentration of hydrochloric acid is not particularly limited as long as the metal can be dissolved, but it is preferably 2 to 4 times the metal concentration in terms of molar ratio.

このような塩酸濃度とすることにより、金属を十分に溶解させることができると共に、調製する原料溶液の酸濃度を抑えることができ、ひいては成膜装置の腐食を抑制することができる。 By setting the hydrochloric acid concentration to such a value, the metal can be sufficiently dissolved, the acid concentration of the raw material solution to be prepared can be suppressed, and corrosion of the film forming apparatus can be suppressed.

塩酸と混合する過酸化水素の量は、特に限定されないが、原料溶液における過酸化水素と塩化物イオンとの反応における過酸化水素と塩化物イオンの化学量論比は1:2であることから、塩酸に含まれる塩素原子の量に対し、モル比で0.5倍以上とすることが好ましい。これにより、原料溶液中の塩化物イオンの酸化を十分に行うことができると共に、原料溶液の反応効率を高めることができ、その結果、膜中の不純物はより少なくなり、結晶性及び表面平坦性により優れた膜を得ることができる。 The amount of hydrogen peroxide to be mixed with hydrochloric acid is not particularly limited, but since the stoichiometric ratio of hydrogen peroxide and chloride ions in the reaction between hydrogen peroxide and chloride ions in the raw material solution is 1:2, the molar ratio is preferably at least 0.5 times the amount of chlorine atoms contained in hydrochloric acid. As a result, the chloride ions in the raw material solution can be sufficiently oxidized, and the reaction efficiency of the raw material solution can be enhanced. As a result, impurities in the film are reduced, and a film having excellent crystallinity and surface flatness can be obtained.

上記(1)及び(2)のいずれの原料溶液の調製においても、原料溶液中の金属濃度は特に限定されず、0.005~1mol/Lなどとすることができる。 In the preparation of any of the raw material solutions of (1) and (2) above, the metal concentration in the raw material solution is not particularly limited, and may be 0.005 to 1 mol/L.

また、上記(1)又は(2)の原料溶液の調製において、液温を15~90℃として前記原料溶液を調製することが好ましい。 Moreover, in the preparation of the raw material solution of (1) or (2) above, it is preferable to prepare the raw material solution at a liquid temperature of 15 to 90°C.

これにより、原料溶液の反応効率を高めることができ、その結果、膜中の不純物はより少なくなり、結晶性及び表面平坦性により優れた膜を得ることができる。 As a result, the reaction efficiency of the raw material solution can be increased, and as a result, impurities in the film can be reduced, and a film with excellent crystallinity and surface flatness can be obtained.

更に、原料溶液中には、ドーパントを含ませてもよい。ドーパントを添加する手段は、特に限定さない。また、ドーパントは特に限定されず、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブ等のn型ドーパント、又は、銅、銀、イリジウム、ロジウム等のp型ドーパントなどが挙げられる。 Furthermore, the raw material solution may contain a dopant. A means for adding the dopant is not particularly limited. Further, the dopant is not particularly limited, and examples thereof include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium, and niobium, and p-type dopants such as copper, silver, iridium, and rhodium.

本発明の成膜方法では、原料溶液にドーパントを含ませても、表面平坦性に優れた膜を成膜することができる。 In the film forming method of the present invention, even if the raw material solution contains a dopant, a film having excellent surface flatness can be formed.

本発明の成膜方法で用いることができる基板は、成膜可能であり膜を支持できるものであれば特に限定されず、公知の基板を用いることができ、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、鉄やアルミニウム、ステンレス鋼、金等の金属、シリコン、サファイア、石英、ガラス、タンタル酸リチウム、タンタル酸カリウム、酸化ガリウム、等が挙げられるが、これに限られるものではない。基板の厚さは特に限定されないが、好ましくは10~2000μmであり、より好ましくは50~800μmである。 The substrate that can be used in the film forming method of the present invention is not particularly limited as long as it can form a film and can support a film, and a known substrate can be used, and it may be an organic compound or an inorganic compound. Examples include, but are not limited to, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyimide, polyetherimide, fluororesin, metals such as iron, aluminum, stainless steel, and gold, silicon, sapphire, quartz, glass, lithium tantalate, potassium tantalate, and gallium oxide. Although the thickness of the substrate is not particularly limited, it is preferably 10 to 2000 μm, more preferably 50 to 800 μm.

基板の大きさは特に限定されない。基板面積が100mm以上のものを用いることもできるし、直径が2~8インチ(50~200mm)あるいはそれ以上の基板を用いることもできる。 The size of the substrate is not particularly limited. Substrate areas of 100 mm 2 or more can be used, and substrates with diameters of 2-8 inches (50-200 mm) or more can be used.

次に、以下、図1及び図2を参照しながら、本発明に係る成膜方法の一例を説明する。 Next, an example of the film forming method according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

まず、上記のようにして調製した原料溶液104aをミスト発生源104内に収容し、基板110を成膜室107内に戴置して、ヒーター108を作動させる。次に、流量調節弁103a及び103bを開いて、キャリアガス及び希釈用キャリアガスを、キャリアガス源102a及び102bから、供給管111a及び111b、ミスト発生源104の上部空間、並びに供給管109を介して、成膜室107内に供給する。成膜室107の雰囲気をキャリアガス及び希釈用キャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量と希釈用キャリアガスの流量をそれぞれ調節する。 First, the raw material solution 104a prepared as described above is placed in the mist generation source 104, the substrate 110 is placed in the film forming chamber 107, and the heater 108 is activated. Next, the flow control valves 103a and 103b are opened to supply the carrier gas and the carrier gas for dilution from the carrier gas sources 102a and 102b into the deposition chamber 107 via the supply pipes 111a and 111b, the upper space of the mist generation source 104, and the supply pipe 109. After sufficiently replacing the atmosphere in the film forming chamber 107 with the carrier gas and the carrier gas for dilution, the flow rates of the carrier gas and the carrier gas for dilution are respectively adjusted.

次に、ミスト発生工程として、ミスト化部120において、超音波振動子106を振動させ、その振動を、水105aを通じて原料溶液104aに伝播させることによって、原料溶液104aをミスト化してミストを発生させる。 Next, in the mist generating step, the ultrasonic vibrator 106 is vibrated in the mist generator 120, and the vibration is propagated to the raw material solution 104a through the water 105a, thereby misting the raw material solution 104a to generate mist.

次に、キャリアガス供給工程として、ミストを搬送するためのキャリアガスをミスト化部120に供給する。 Next, as a carrier gas supply step, a carrier gas for transporting mist is supplied to the mist generating section 120 .

次に、搬送工程として、ミスト化部120と成膜室107とを接続する供給管109を介して、ミスト化部120から成膜室107へと、ミストをキャリアガスにより搬送する。 Next, as a transport step, the mist is transported from the mist generating unit 120 to the film forming chamber 107 via the supply pipe 109 that connects the mist generating unit 120 and the film forming chamber 107 with a carrier gas.

次に、成膜工程として、成膜室107に搬送されたミストを加熱し熱反応を生じさせて、基板110の表面の一部又は全部に成膜を行う。 Next, as a film forming process, the mist transported to the film forming chamber 107 is heated to cause a thermal reaction, thereby forming a film on part or all of the surface of the substrate 110 .

熱反応は、加熱によりミストが反応すればよく、反応条件等も特に限定されない。原料や目的とする成膜物に応じて適宜設定することができる。例えば、加熱温度は120~600℃の範囲であり、好ましくは200℃~600℃の範囲であり、より好ましくは300℃~550℃の範囲とすることができる。 The thermal reaction is not particularly limited as long as the mist reacts by heating. It can be appropriately set according to the raw material and the target film-forming product. For example, the heating temperature can be in the range of 120-600°C, preferably in the range of 200-600°C, more preferably in the range of 300-550°C.

熱反応は、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、目的とする成膜物に応じて適宜設定すればよい。また、反応圧力は、大気圧下、加圧下又は減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、大気圧下の成膜であれば、装置構成が簡略化できるので好ましい。 The thermal reaction may be carried out under vacuum, under a non-oxygen atmosphere, under a reducing gas atmosphere, under an air atmosphere, or under an oxygen atmosphere. In addition, the reaction pressure may be under atmospheric pressure, under increased pressure or under reduced pressure, but film formation under atmospheric pressure is preferable because the apparatus configuration can be simplified.

以上のような成膜方法により、先に詳細に述べた理由で、原料溶液中の塩素を、ガスとして系外へ放出することが可能となり、膜中の塩素濃度を低減できる。これにより、表面平坦性は改善し、結晶性は優れたものとなる。半導体膜を成膜した場合には、優れた半導体特性を示すことができる膜が得られる。さらに、強酸とする必要がないことから、装置の腐食は抑制される。 For the reason described in detail above, the film forming method described above makes it possible to release the chlorine in the raw material solution to the outside of the system as a gas, thereby reducing the chlorine concentration in the film. Thereby, the surface flatness is improved and the crystallinity is excellent. When a semiconductor film is formed, a film that can exhibit excellent semiconductor characteristics is obtained. Furthermore, corrosion of the device is suppressed because it is not necessary to use a strong acid.

本発明の成膜方法は、様々な態様をとることができる。その例を以下に示すが、本発明は、これらの態様に限定されるものではない。 The film forming method of the present invention can take various aspects. Examples thereof are shown below, but the present invention is not limited to these embodiments.

(バッファ層の形成)
上記成膜にあたっては、基板と当該膜の間に適宜バッファ層を設けてもよい。バッファ層の材料としては、Al、Ga、Cr、Fe、In、Rh、V、Ti、Ir等が好適に用いられる。バッファ層の形成方法は特に限定されず、スパッタ法、蒸着法など公知の方法により成膜することができるが、上記のようなミストCVD法を用いる場合は、原料溶液を適宜変更するだけで形成でき簡便である。具体的には、アルミニウム、ガリウム、クロム、鉄、インジウム、ロジウム、バナジウム、チタン、イリジウム、から選ばれる1種又は2種以上の金属を、錯体又は塩の形態で水に溶解又は分散させたものを原料水溶液として好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。また、上記金属を、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸等に溶解したものも塩の水溶液として用いることができる。溶質濃度は0.005~1mol/Lが好ましい。また、過酸化水素を混合してもよい。他の条件についても、上記と同様にすることでバッファ層を形成することが可能である。バッファ層を所定の厚さ成膜した後、本発明の成膜方法により成膜を行うことができる。バッファ層の厚さとしては0.1μm~2μmが好ましい。
(Formation of buffer layer)
In the above film formation, a buffer layer may be appropriately provided between the substrate and the film. As materials for the buffer layer , Al2O3 , Ga2O3 , Cr2O3 , Fe2O3 , In2O3 , Rh2O3 , V2O3 , Ti2O3 , Ir2O3 and the like are preferably used. The method of forming the buffer layer is not particularly limited, and it can be formed by a known method such as a sputtering method or a vapor deposition method. Specifically, one or two or more metals selected from aluminum, gallium, chromium, iron, indium, rhodium, vanadium, titanium, and iridium are dissolved or dispersed in water in the form of complexes or salts. Examples of forms of the complex include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Salt forms include, for example, metal chloride salts, metal bromide salts, and metal iodide salts. In addition, a solution obtained by dissolving the above metal in hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, or the like can also be used as an aqueous salt solution. The solute concentration is preferably 0.005 to 1 mol/L. Hydrogen peroxide may also be mixed. The buffer layer can also be formed under the same conditions as above. After forming the buffer layer to a predetermined thickness, film formation can be performed by the film forming method of the present invention. The thickness of the buffer layer is preferably 0.1 μm to 2 μm.

(熱処理)
また、本発明に係る成膜方法で得られた膜を、200~600℃で熱処理してもよい。これにより、膜中の未反応種などが除去され、より高品質の積層構造体を得ることができる。熱処理は、空気中、酸素雰囲気中で行ってもよいし、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行ってもかまわない。熱処理時間は適宜決定されるが、例えば、5~240分とすることができる。
(Heat treatment)
Also, the film obtained by the film forming method according to the present invention may be heat-treated at 200 to 600.degree. As a result, unreacted species and the like in the film are removed, and a higher quality laminated structure can be obtained. The heat treatment may be performed in air, in an oxygen atmosphere, or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The heat treatment time is appropriately determined, and can be, for example, 5 to 240 minutes.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

(実施例1)
図1を参照しながら、本実施例で用いた成膜装置101を説明する。成膜装置101は、キャリアガスを供給するキャリアガス源102aと、キャリアガス源102aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103aと、希釈用キャリアガスを供給する希釈用キャリアガス源102bと、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bと、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、水105aが収容された容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106と、ヒーター108を具備する成膜室107と、ミスト発生源104から成膜室107までをつなぐ石英製の供給管109と、キャリアガス源102aとミスト発生源104とをつなぐ供給管111aと、希釈用キャリアガス源102bと供給管109とをつなぐ供給管111bと、を備えている。流量調節弁103aは、供給管111aに設けられている。流量調節弁103bは、供給管111bに設けられている。
(Example 1)
A film forming apparatus 101 used in this example will be described with reference to FIG. The film forming apparatus 101 includes a carrier gas source 102a for supplying a carrier gas, a flow rate control valve 103a for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas source 102a, a dilution carrier gas source 102b for supplying a dilution carrier gas, a flow rate adjustment valve 103b for adjusting the flow rate of the dilution carrier gas sent from the dilution carrier gas source 102b, a mist generation source 104 containing a raw material solution 104a, and water 105a. an ultrasonic oscillator 106 attached to the bottom surface of the container 105; a film formation chamber 107 equipped with a heater 108; a quartz supply pipe 109 connecting the mist generation source 104 to the film formation chamber 107; a supply pipe 111a connecting the carrier gas source 102a and the mist generation source 104; . The flow control valve 103a is provided on the supply pipe 111a. The flow control valve 103b is provided on the supply pipe 111b.

(基板)
基板110として、1辺3cmに切出した正方形のc面サファイア基板を、成膜室107内に戴置し、ヒーター108を作動させて温度を500℃に昇温した。
(substrate)
As the substrate 110, a square c-plane sapphire substrate cut into 3 cm sides was placed in the film formation chamber 107, and the heater 108 was operated to raise the temperature to 500.degree.

(原料溶液)
出発溶液として、塩化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を調整した。これに、塩素原子濃度と過酸化水素濃度とのモル比が2:1となるよう、過酸化水素水を混合した。これを原料溶液104aとした。なお、混合時の液温は室温(約25℃)とした。
(raw material solution)
A 0.1 mol/L aqueous solution of gallium chloride was prepared as a starting solution. Hydrogen peroxide water was mixed into this so that the molar ratio of the chlorine atom concentration and the hydrogen peroxide concentration was 2:1. This was used as the raw material solution 104a. The liquid temperature during mixing was room temperature (approximately 25° C.).

(成膜)
上述のようにして得た原料溶液104aを、ミスト発生源104内に収容した。続いて、流量調節弁103a及び103bを開いて、キャリアガス及び希釈用キャリアガスを、キャリアガス源102a及び102bから、供給管111a及び111b、ミスト発生源104の上部空間、並びに供給管109を介して、成膜室107内に供給した。成膜室107の雰囲気をキャリアガス及び希釈用キャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を1L/minに、希釈用キャリアガスの流量を24L/minにそれぞれ調節した。キャリアガスとしては窒素を用いた。希釈用キャリアガスとしては窒素を用いた。
(deposition)
The raw material solution 104 a obtained as described above was accommodated in the mist generation source 104 . Subsequently, the flow control valves 103a and 103b were opened to supply the carrier gas and the carrier gas for dilution from the carrier gas sources 102a and 102b into the deposition chamber 107 via the supply pipes 111a and 111b, the upper space of the mist generation source 104, and the supply pipe 109. After sufficiently replacing the atmosphere in the film forming chamber 107 with the carrier gas and the carrier gas for dilution, the flow rate of the carrier gas and the carrier gas for dilution were adjusted to 1 L/min and 24 L/min, respectively. Nitrogen was used as the carrier gas. Nitrogen was used as the carrier gas for dilution.

次に、超音波振動子106を2.4MHzで振動させ、その振動を、水105aを通じて原料溶液104aに伝播させることによって、原料溶液104aをミスト化してミストを生成した。このミストを、キャリアガスによって供給管109を経て成膜室107内に導入した。そして、大気圧下、500℃の条件で、成膜室107内でミストを熱反応させて、基板110上に酸化ガリウム(α-Ga)の薄膜を形成した。成膜時間は30分とした。 Next, the ultrasonic vibrator 106 was oscillated at 2.4 MHz, and the vibration was propagated to the raw material solution 104a through the water 105a, thereby misting the raw material solution 104a to generate mist. This mist was introduced into the film formation chamber 107 through the supply pipe 109 by the carrier gas. Then, a thin film of gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) was formed on the substrate 110 by thermally reacting the mist in the film forming chamber 107 under the conditions of 500° C. under atmospheric pressure. The film formation time was 30 minutes.

(評価)
基板110上に形成した薄膜について、FILMETRICS社の干渉式膜厚計F-50を用い測定した。測定箇所を基板110上の面内の9点として、平均膜厚を算出した。また、X線回折装置を用い、α-Ga(006)ピークのロッキングカーブ半値幅(FWHM)を測定し、結晶性を評価した。表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定し算術平均粗さRaで評価した。
(evaluation)
The thin film formed on the substrate 110 was measured using an interferometric film thickness meter F-50 manufactured by FILMETRICS. The average film thickness was calculated using 9 in-plane points on the substrate 110 as measurement points. Also, using an X-ray diffractometer, the rocking curve half width (FWHM) of the α-Ga 2 O 3 (006) peak was measured to evaluate the crystallinity. Surface roughness was measured using an atomic force microscope (AFM) and evaluated by arithmetic mean roughness Ra.

(実施例2)
実施例2では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
(Example 2)
In Example 2, films were formed in the same manner as in Example 1 except for the process of preparing the raw material solution, and the obtained films were evaluated.

実施例2では、塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属ガリウムを混合して溶解させたものを原料溶液とした。金属ガリウムは濃度0.1mol/Lとなるよう調整し、塩酸はガリウムに対しモル比で3倍、過酸化水素はガリウムに対しモル比で1.5倍となるよう調整した。その他の条件は実施例1と同様とした。 In Example 2, a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide was mixed with metal gallium and dissolved therein, and this was used as the raw material solution. Metallic gallium was adjusted to a concentration of 0.1 mol/L, hydrochloric acid was adjusted to a molar ratio of 3 times that of gallium, and hydrogen peroxide was adjusted to a molar ratio of 1.5 times that of gallium. Other conditions were the same as in Example 1.

(実施例3)
実施例3では、原料溶液混合時の温度を10℃となるよう調整しながら、原料溶液を調製した。これ以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
(Example 3)
In Example 3, the raw material solution was prepared while adjusting the temperature at which the raw material solution was mixed to 10°C. Other than this, film formation was performed in the same manner as in Example 1, and the resulting film was evaluated.

(実施例4)
実施例4では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜した。
(Example 4)
In Example 4, a film was formed in the same manner as in Example 1 except for the process of preparing the raw material solution.

実施例4では、塩化ガリウムの代わりに塩化アルミニウムを用いた。その他の条件は実施例1と同様とした。 In Example 4, aluminum chloride was used instead of gallium chloride. Other conditions were the same as in Example 1.

実施例4では、このようにして調製した原料溶液を用いて、α―Alの薄膜を成膜した。結晶性評価においては、α―Al(006)ピークのロッキングカーブ半値幅を評価したこと以外は、実施例1と同様に評価した。 In Example 4, a thin film of α-Al 2 O 3 was formed using the raw material solution thus prepared. Crystallinity was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the rocking curve half width of the α-Al 2 O 3 (006) peak was evaluated.

(実施例5)
実施例5では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
(Example 5)
In Example 5, a film was formed in the same manner as in Example 1 except for the preparation of the raw material solution, and the obtained film was evaluated.

実施例5では、塩素原子濃度と過酸化水素濃度とのモル比が10:1となるよう混合し、原料溶液を調製した。その他の条件は実施例1と同様とした。 In Example 5, the raw material solution was prepared by mixing so that the molar ratio of the chlorine atom concentration and the hydrogen peroxide concentration was 10:1. Other conditions were the same as in Example 1.

(比較例1)
比較例1では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
(Comparative example 1)
In Comparative Example 1, a film was formed in the same manner as in Example 1 except for the process of preparing the raw material solution, and the obtained film was evaluated.

比較例1では、過酸化水素を混合しないで原料溶液を調製した。すなわち、出発溶液として、塩化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を用いた。 In Comparative Example 1, a raw material solution was prepared without mixing hydrogen peroxide. That is, a 0.1 mol/L aqueous solution of gallium chloride was used as the starting solution.

実施例1~5及び比較例1の条件及び結果を、以下の表1に示す。 The conditions and results of Examples 1-5 and Comparative Example 1 are shown in Table 1 below.

Figure 0007313530000001
Figure 0007313530000001

表1から明らかなように、過酸化水素を混合せずに、塩化ガリウム水溶液を原料溶液として用いた比較例1で得られた膜に対し、本発明の実施例1~5で得られた膜は、いずれも半値幅が極めて小さく、結晶性に優れていることがわかる。また、本発明の実施例1~5で得られた膜は、比較例1で得られた膜に対し、表面粗さRaが小さく、表面平滑性に優れていたこともわかる。 As is clear from Table 1, the films obtained in Examples 1 to 5 of the present invention all have extremely small half widths and excellent crystallinity, compared to the films obtained in Comparative Example 1 in which an aqueous gallium chloride solution was used as a raw material solution without mixing hydrogen peroxide. Moreover, it can be seen that the films obtained in Examples 1 to 5 of the present invention had smaller surface roughness Ra and superior surface smoothness than the film obtained in Comparative Example 1.

また、本発明の実施例1~5で得られた膜を、二次イオン質量分析法(SIMS)により組成分析に供した。実施例1~3及び5で得られた膜は、塩素の含有量が1×1016/cm以下であった。実施例4で得られた膜は、塩素の含有量が1×1016/cmであった。このように、本発明の実施例1~5で得られた膜は、膜中不純物が極めて低いものであった。 In addition, the films obtained in Examples 1 to 5 of the present invention were subjected to composition analysis by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The films obtained in Examples 1 to 3 and 5 had a chlorine content of 1×10 16 /cm 3 or less. The film obtained in Example 4 had a chlorine content of 1×10 16 /cm 3 . Thus, the films obtained in Examples 1 to 5 of the present invention had extremely low impurities in the film.

(比較例2)
比較例2では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
(Comparative example 2)
In Comparative Example 2, a film was formed in the same manner as in Example 1 except for the process of preparing the raw material solution, and the obtained film was evaluated.

比較例2では、室温(約25℃)で、水、塩酸及び過酸化水素を含む溶液と、塩化ガリウムとを混合して、原料溶液を調製した。調製に際し、塩酸は塩化ガリウムに対しモル比で3倍、過酸化水素は塩化ガリウムに対しモル比で1.5倍となるよう、これらを混合した。その他の条件は実施例1と同様とした。 In Comparative Example 2, a raw material solution was prepared by mixing a solution containing water, hydrochloric acid, and hydrogen peroxide with gallium chloride at room temperature (approximately 25° C.). At the time of preparation, hydrochloric acid was mixed in a molar ratio of 3 times that of gallium chloride, and hydrogen peroxide was mixed in a molar ratio of 1.5 times that of gallium chloride. Other conditions were the same as in Example 1.

比較例2で得られた膜は、表面粗さRaが125nmであり、実施例1~5で得られた膜よりも大きかった。 The film obtained in Comparative Example 2 had a surface roughness Ra of 125 nm, which was larger than the films obtained in Examples 1-5.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having similar effects is included in the technical scope of the present invention.

101…成膜装置、 102a…キャリアガス源、 102b…希釈用キャリアガス源、 103a…流量調節弁、 103b…流量調節弁、 104…ミスト発生源、 104a…原料溶液、 105…容器、 105a…水、 106…超音波振動子、 107…成膜室、 108…ヒーター、 109、111a及び111b…供給管、 110…基板、116…発振器、112…排気口、 120…ミスト化部、 130…キャリアガス供給部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101... Film-forming apparatus 102a... Carrier gas source 102b... Carrier gas source for dilution 103a... Flow control valve 103b... Flow control valve 104... Mist generation source 104a... Raw material solution 105... Container 105a... Water 106... Ultrasonic vibrator 107... Film-forming chamber 108... Heater 109, 111a and 111b ... supply pipe, 110 ... substrate, 116 ... oscillator, 112 ... exhaust port, 120 ... misting section, 130 ... carrier gas supply section.

Claims (3)

原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む成膜方法であって、
前記原料溶液を調製する工程において、
塩化ガリウムまたは塩化アルミニウムを主成分とする水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
塩酸と過酸化水素との混合溶液にガリウムを主成分とする金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする成膜方法。
a step of preparing a raw material solution;
a mist generation step of misting the raw material solution in a misting unit to generate mist;
a carrier gas supplying step of supplying a carrier gas for transporting the mist to the misting section;
a conveying step of conveying the mist from the mist generating unit to the film forming chamber using the carrier gas through a supply pipe connecting the mist generating unit and the film forming chamber;
and a film forming step of heat-treating the conveyed mist to form a film on a substrate,
In the step of preparing the raw material solution,
A film forming method comprising: preparing the raw material solution by mixing an aqueous solution containing gallium chloride or aluminum chloride as a main component and hydrogen peroxide; or preparing the raw material solution by dissolving a metal containing gallium as a main component in a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide.
前記原料溶液を調製する工程において用いる前記過酸化水素の量を、前記塩化物塩に含まれる塩素原子の量もしくは前記塩酸に含まれる塩素原子の量に対し、モル比で0.1倍以上とすることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。 2. The film forming method according to claim 1, wherein the amount of hydrogen peroxide used in the step of preparing the raw material solution is 0.1 times or more in molar ratio with respect to the amount of chlorine atoms contained in the chloride salt or the amount of chlorine atoms contained in the hydrochloric acid. 前記原料溶液を調製する工程において、液温を15~90℃として前記原料溶液を調製することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の成膜方法。 3. The film forming method according to claim 1, wherein in the step of preparing the raw material solution, the raw material solution is prepared at a liquid temperature of 15 to 90.degree.
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