KR20200071680A - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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후미아키 가와이
히로유키 니시나카
마사히로 요시모토
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도요타 지도샤（주）
고쿠리츠 다이가쿠 호우진 교토 코우게이 센이 다이가쿠
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Abstract

[요약] 성막 장치에 있어서 성장시키는 막으로의 의도하지 않은 불순물의 혼입을 억제한다.
[해결 수단] 기체의 표면에 용액의 미스트를 공급함으로써 상기 기체의 상기 표면에 막을 성장시키는 성막 장치로서, 상기 기체를 수용하여 가열하는 가열로와, 상기 가열로에 상기 용액의 상기 미스트를 공급하는 미스트 공급 장치를 가지고 있다. 상기 성막 장치 중 상기 미스트에 노출되는 부분의 적어도 일부가, 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMATION APPARATUS AND FILM FORMATION METHOD}
본 명세서에 개시의 기술은, 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 기체(基體)의 표면에 용액의 미스트를 공급하여, 기체의 표면에 막을 성장시키는 성막 장치가 개시되어 있다. 이 성막 장치는, 기체를 수용하여 가열하는 가열로와, 가열로에 용액의 미스트를 공급하는 미스트 공급 장치를 가지고 있다. 가열로 내에서 미스트가 기체의 표면에 부착됨으로써, 기체의 표면에 막이 성장한다.
일본공개특허 특개2015-070248호 공보
특허 문헌 1의 성막 장치 중 미스트에 노출되는 부분은, 통상, 내열성 및 화학적 안정성이 우수한 석영에 의해 구성된다. 그러나, 이 종류의 성막 장치로 성장시킨 막을 분석한 결과, 막 중에 실리콘이 포함되는 것이 판명되었다. 성막 장치의 석영으로부터 미스트에 실리콘이 용출되어, 막 중에 혼입된 것이라고 생각된다. 이와 같이, 성막 시에, 성막 장치를 구성하는 재료에 기인하는 의도하지 않은 불순물(실리콘 등)이 막 중에 도입되어, 막의 특성을 정확하게 제어할 수 없는 경우가 있다. 본 명세서에서는, 막으로의 의도하지 않은 불순물의 혼입을 억제하는 것이 가능한 성막 장치를 제안한다.
본 명세서가 개시하는 성막 장치는, 기체의 표면에 용액의 미스트를 공급함으로써 상기 기체의 상기 표면에 막을 성장시킨다. 이 성막 장치는, 상기 기체를 수용하여 가열하는 가열로와, 상기 가열로에 상기 용액의 상기 미스트를 공급하는 미스트 공급 장치를 가지고 있다. 상기 성막 장치 중 상기 미스트에 노출되는 부분의 적어도 일부가, 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있다.
이 성막 장치의 미스트에 노출되는 부분의 적어도 일부는 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있다. 질화 붕소는, 높은 내열성을 가짐과 함께, 우수한 화학적 안정성을 가진다. 따라서, 미스트에 노출되는 부분의 적어도 일부를 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성함으로써, 성장시키는 막으로의 의도하지 않은 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 성막 장치의 구성도이다.
도 2는 실시예 2의 성막 장치의 구성도이다.
도 3은 실시예 3의 성막 장치의 구성도이다.
[실시예 1]
도 1에 나타내는 성막 장치(10)는, 기판(70)의 표면에 막을 에피택셜 성장시키는 장치이다. 성막 장치(10)는, 기판(70)이 배치되는 가열로(12)와, 가열로(12)를 가열하는 히터(14)와, 가열로(12)에 접속된 미스트 공급 장치(20)와, 가열로(12)에 접속된 배출관(80)을 구비하고 있다.
가열로(12)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다. 일례이지만, 도 1에 나타내는 가열로(12)는, 상류단(12a)으로부터 하류단(12b)까지 연장되는 관상로(管狀爐)이다. 가열로(12)의 길이 방향에 수직인 단면은, 원형이다. 단, 가열로(12)의 단면은 원형에 한정되지 않는다. 가열로(12)의 내면은, 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있다. 실시예 1에서는, 코팅층(90)은, 질화 붕소(PBN: Pyrolytic Boron Nitride)이다. 즉, 가열로(12) 중 미스트에 노출되는 부분이 질화 붕소에 의해 구성되어 있다.
미스트 공급 장치(20)는, 가열로(12)의 상류단(12a)에 접속되어 있다. 가열로(12)의 하류단(12b)에는, 배출관(80)이 접속되어 있다. 미스트 공급 장치(20)는, 가열로(12) 내에 미스트(62)를 공급한다. 미스트 공급 장치(20)에 의해 가열로(12) 내에 공급된 미스트(62)는, 가열로(12) 내를 하류단(12b)까지 흐른 후에, 배출관(80)을 통하여 가열로(12)의 외부로 배출된다.
가열로(12) 내에는, 기판(70)을 지지하기 위한 기판 스테이지(13)가 마련되어 있다. 기판 스테이지(13)는, 가열로(12)의 길이 방향에 대하여 기판(70)이 기울도록 구성되어 있다. 기판 스테이지(13)에 지지된 기판(70)은, 가열로(12) 내를 상류단(12a)으로부터 하류단(12b)을 향해 흐르는 미스트(62)가 기판(70)의 표면에 닿는 방향으로 지지된다. 기판 스테이지(13)의 표면은, 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅되어 있다. 즉, 기판 스테이지(13) 중 미스트(62)에 노출되는 부분이 질화 붕소에 의해 구성되어 있다.
히터(14)는, 전술한 바와 같이, 가열로(12)를 가열한다. 히터(14)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다. 일례이지만, 도 1에 나타내는 히터(14)는, 전기식의 히터로서, 가열로(12)의 외주벽을 따라 배치되어 있다. 히터(14)는 가열로(12)의 외주벽을 가열하고, 그에 따라 가열로(12) 내의 기판(70)이 가열된다.
미스트 공급 장치(20)는, 미스트 발생조(槽)(22)를 가지고 있다. 미스트 발생조(22)는, 수조(24), 용액 저류조(26), 및, 초음파 진동자(28)를 가지고 있다. 수조(24)는, 상부가 해방된 용기이며, 내부에 물(58)을 저류하고 있다. 초음파 진동자(28)는, 수조(24)의 바닥면에 설치되어 있다. 초음파 진동자(28)는, 수조(24) 내의 물(58)에 초음파 진동을 가한다. 용액 저류조(26)는, 밀폐형의 용기이다. 용액 저류조(26)는, 기판(70)의 표면에 에피택셜 성장시키는 막의 원료를 포함하는 용액(60)을 저류하고 있다. 예를 들면, 산화 갈륨(Ga2O3)의 막을 에피택셜 성장시키는 경우에는, 용액(60)으로서 갈륨이 용해된 용액을 이용할 수 있다. 또한, 용액(60) 중에, 산화 갈륨막에 n형 또는 p형의 도펀트를 부여하기 위한 원료(예를 들면, 불화 암모늄 등)가 더 용해되어 있어도 된다. 또한, 용액(60) 중에, 염산이 포함되어 있어도 된다. 용액 저류조(26)의 바닥부는, 수조(24) 내의 물(58)에 침지되어 있다. 용액 저류조(26)의 바닥면은, 필름에 의해 구성되어 있다. 이에 따라, 수조(24) 내의 물(58)로부터 용액 저류조(26) 내의 용액(60)으로 초음파 진동이 전달되기 쉽게 되어 있다. 초음파 진동자(28)가 수조(24) 내의 물(58)에 초음파 진동을 가하면, 물(58)을 통해 용액(60)에 초음파 진동이 전달된다. 그러면, 용액(60)의 표면이 진동되어, 용액(60)의 상부의 공간(즉, 용액 저류조(26) 내의 공간)에 용액(60)의 미스트(62)가 발생한다. 용액 저류조(26)의 내면에는, 코팅층(90)이 마련되어 있지 않다.
미스트 공급 장치(20)는, 미스트 공급로(40)와, 반송 가스 공급로(42)와, 희석 가스 공급로(44)를 더 구비하고 있다.
미스트 공급로(40)의 상류단은, 용액 저류조(26)의 상면에 접속되어 있다. 미스트 공급로(40)의 하류단은, 가열로(12)의 상류단(12a)에 접속되어 있다. 미스트 공급로(40)는, 용액 저류조(26)로부터 가열로(12)로 미스트(62)를 공급한다. 미스트 공급로(40) 중 하류측의 부분(가열로(12) 근방의 부분)의 내면은, 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅되어 있다. 미스트 공급로(40) 중 상류측의 부분(용액 저류조(26) 근방의 부분)의 내면에는, 코팅층(90)이 마련되어 있지 않다.
반송 가스 공급로(42)의 하류단은, 용액 저류조(26)의 측면의 상부에 접속되어 있다. 반송 가스 공급로(42)의 상류단은, 도면에 나타내지 않은 반송 가스 공급원에 접속되어 있다. 반송 가스 공급로(42)는, 반송 가스 공급원으로부터 용액 저류조(26)로 반송 가스(64)를 공급한다. 반송 가스(64)는, 질소 가스 또는 다른 불활성 가스이다. 용액 저류조(26) 내에 유입된 반송 가스(64)는, 용액 저류조(26)로부터 미스트 공급로(40)로 흐른다. 이 때, 용액 저류조(26) 내의 미스트(62)가, 반송 가스(64)와 함께 미스트 공급로(40)로 흐른다. 반송 가스 공급로(42)의 내면에는, 코팅층(90)이 마련되어 있지 않다.
희석 가스 공급로(44)의 하류단은, 미스트 공급로(40)의 도중에 접속되어 있다. 희석 가스 공급로(44)의 상류단은, 도면에 나타내지 않은 희석 가스 공급원에 접속되어 있다. 희석 가스 공급로(44)는, 희석 가스 공급원으로부터 미스트 공급로(40)로 희석 가스(66)를 공급한다. 희석 가스(66)는, 질소 가스 또는 다른 불활성 가스이다. 미스트 공급로(40)에 유입된 희석 가스(66)는, 미스트(62) 및 반송 가스(64)와 함께 가열로(12)로 흐른다. 희석 가스(66)에 의해, 미스트 공급로(40) 내의 미스트(62)가 희석된다. 희석 가스 공급로(44)의 내면에는, 코팅층(90)이 마련되어 있지 않다.
이어서, 성막 장치(10)를 이용한 성막 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 기판(70)으로서, β형 산화 갈륨(β-Ga2O3)의 단결정에 의해 구성된 기판을 이용한다. 또한, 용액(60)으로서, 염화 갈륨(GaCl3, Ga2Cl6)과 불화 암모늄(NH4F)이 용해된 수용액을 이용한다. 또한, 반송 가스(64)로서 질소 가스를 이용하고, 희석 가스(66)로서 질소 가스를 이용한다.
우선, 가열로(12) 내의 기판 스테이지(13) 상에 기판(70)을 설치한다. 이어서, 히터(14)에 의해, 기판(70)을 가열한다. 여기서는, 기판(70)의 온도를, 약 750℃로 제어한다. 기판(70)의 온도가 안정되면, 미스트 공급 장치(20)를 작동시킨다. 즉, 초음파 진동자(28)를 동작시킴으로써, 용액 저류조(26) 내에 용액(60)의 미스트(62)를 발생시킨다. 동시에, 반송 가스 공급로(42)로부터 용액 저류조(26)에 반송 가스(64)를 도입하고, 희석 가스 공급로(44)로부터 미스트 공급로(40)에 희석 가스(66)를 도입한다. 반송 가스(64)는, 용액 저류조(26)를 지나, 화살표(50)로 나타내는 바와 같이 미스트 공급로(40) 내에 유입된다. 이 때, 용액 저류조(26) 내의 미스트(62)가, 반송 가스(64)와 함께 미스트 공급로(40) 내에 유입된다. 또한, 희석 가스(66)는, 미스트 공급로(40) 내에서 미스트(62)와 혼합된다. 이에 따라, 미스트(62)가 희석화된다. 미스트(62)는, 질소 가스(즉, 반송 가스(64)와 희석 가스(66))와 함께 미스트 공급로(40) 내를 하류측으로 흐르며, 화살표(52)로 나타내는 바와 같이 미스트 공급로(40)로부터 가열로(12) 내에 유입된다. 가열로(12) 내에서는, 미스트(62)는, 질소 가스와 함께 하류단(12b)측으로 흘러, 배출관(80)으로 배출된다.
가열로(12) 내를 흐르는 미스트(62)의 일부는, 가열된 기판(70)의 표면에 부착된다. 그러면, 미스트(62)(즉, 용액(60))가, 기판(70) 상에서 화학 반응을 일으킨다. 그 결과, 기판(70) 상에, β형 산화 갈륨(β-Ga2O3)이 생성된다. 기판(70)의 표면에 계속적으로 미스트(62)가 공급되므로, 기판(70)의 표면에 산화 갈륨막이 성장한다. 기판(70)의 표면에 단결정의 산화 갈륨막이 성장한다. 용액(60)이 도펀트의 원료를 포함하는 경우에는, 산화 갈륨막에는, 도펀트가 도입된다. 예를 들면, 용액(60)이 불화 암모늄을 포함하는 경우에는, 불소가 도프된 산화 갈륨막이 형성된다.
상기 서술한 바와 같이, 용액 저류조(26) 내에서 발생한 미스트(62)는, 미스트 공급로(40)를 통하여 가열로(12)로 흐른다. 따라서, 용액 저류조(26)의 내면, 미스트 공급로(40)의 내면, 가열로(12)의 내면, 및, 기판 스테이지(13)의 표면은, 미스트(62)에 노출된다. 미스트에 노출되는 부분을 구성하는 재료로부터 미스트로 의도하지 않은 불순물이 용출되는 경우가 있다. 예를 들면, 미스트에 노출되는 부분이 석영에 의해 구성되어 있으면, 석영으로부터 미스트에 실리콘이 용출된다. 실리콘 등의 의도하지 않은 불순물을 포함하는 미스트가 기판(70)의 표면에 공급되면, 기판(70)의 표면에 의도하지 않은 불순물을 포함하는 산화 갈륨막이 성장한다. 이에 비해, 실시예 1에서는, 미스트 공급로(40)의 하류부의 내면과, 가열로(12)의 내면과, 기판 스테이지(13)의 표면이 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅되어 있다. 질화 붕소는 화학적으로 매우 안정적이다. 코팅층(90)에 의해, 미스트 공급로(40)의 하류부의 내면, 가열로(12)의 내면, 및, 기판 스테이지(13)의 표면으로부터 미스트(62)로 불순물이 용출되는 것이 억제된다. 이에 따라, 기판(70)의 표면에 성장하는 산화 갈륨막에 불순물이 의도하지 않게 혼입되는 것이 억제된다. 따라서, 실시예 1의 성막 장치(10)에 의하면, 순도가 높은 산화 갈륨막을 형성할 수 있다. 특히, 히터(14)에 의해 가열되는 가열로(12) 및 기판 스테이지(13)와, 가열로(12)에 접속되어 있는 미스트 공급로(40)의 하류부는, 성막 공정 중에 고온이 된다. 따라서, 가열로(12), 기판 스테이지(13), 및, 미스트 공급로(40)의 하류부로부터 미스트(62)로 불순물이 용출되기 쉽다. 실시예 1에서는, 이러한 고온이 되는 부분이 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있으므로, 미스트(62)로의 불순물의 용출을 효과적으로 억제할 수 있어, 산화 갈륨막으로의 의도하지 않은 불순물의 혼입을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 미스트(62)는 가열로(12)의 내면에도 부착되므로, 산화 갈륨막은 가열로(12)의 내면에도 성장한다. 가열로(12)의 내면이 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있지 않고, 또한, 가열로(12)의 외벽이 투명한 경우(예를 들면, 가열로(12)의 외벽이 석영인 경우)에는, 이하의 문제가 발생한다. 이 경우, 가열로(12)의 외벽이 투명하므로, 히터(14)로부터 발생하는 적외선이 가열로(12) 내의 기판(70)에 조사되어, 기판(70)이 열복사에 의해서도 가열된다. 이 경우, 가열로(12)의 내면에 산화 갈륨막이 성장할수록, 가열로(12)의 외벽의 투명도가 저하된다. 이 때문에, 가열로(12)의 내면에 산화 갈륨막이 성장할수록, 기판(70)의 가열 효율이 저하된다. 이에 비해, 가열로(12)의 내면이 불투명한 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅되어 있으면, 가열로(12)의 외벽은 적외선을 차단한다. 따라서, 가열로(12)의 내면에 산화 갈륨막이 성장해도, 기판(70)의 가열 효율이 대부분 변화되지 않는다. 이와 같이, 가열로(12)의 내면을 코팅층(90)에 의해 코팅함으로써, 기판(70)의 가열 효율의 변화가 억제되어, 보다 안정적으로 산화 갈륨막을 성장시키는 것이 가능해진다.
[실시예 2]
도 2에 나타내는 실시예 2의 성막 장치는, 가열로(12)의 외부에 히터(14)를 갖지 않는 성막 장치(이른바, 콜드월(cold wall)형의 성막 장치)이다. 실시예 2에서는, 기판 스테이지(13)가 히터를 내장하고 있다. 따라서, 기판(70)은, 기판 스테이지(13)측으로부터 가열된다.
실시예 2의 성막 장치에서도, 미스트 공급로(40)의 하류부의 내면과, 가열로(12)의 내면과, 기판 스테이지(13)의 표면이 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅되어 있다. 따라서, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 산화 갈륨막으로의 불순물의 의도하지 않은 혼입을 억제할 수 있다.
또한, 콜드월형의 성막 장치에서도, 산화 갈륨막은 가열로(12)의 내면에 성장한다. 가열로(12)의 내면이 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있지 않고, 또한, 가열로(12)의 외벽이 투명한 경우에는, 이하의 문제가 발생한다. 콜드월형의 성막 장치에 있어서, 가열로(12)의 외벽이 투명하면, 히터에 의해 가열된 기판 스테이지(13)로부터 발생하는 적외선이, 가열로(12)의 외부에 방사된다. 그러나, 가열로(12)의 내면에 산화 갈륨막이 성장하면, 가열로(12)의 외벽의 투명도가 저하되므로, 기판 스테이지(13)로부터 발생하는 적외선이 가열로(12)의 외부에 방사되기 어려워진다. 그러면, 기판(70)의 가열 효율이 상승한다. 이와 같이, 콜드월형의 성막 장치에서도, 가열로(12)의 외벽이 투명하면, 그 투명도의 저하에 의해 기판(70)의 가열 효율이 변화된다고 하는 문제가 발생한다. 이에 비해, 실시예 2과 같이 가열로(12)의 내면을 불투명한 코팅층(90)(질화 붕소)에 의해 코팅함으로써, 기판(70)의 가열 효율의 변화가 억제되어, 보다 안정적으로 산화 갈륨막을 성장시키는 것이 가능해진다.
[실시예 3]
도 3에 나타내는 실시예 3의 성막 장치는, 실시예 1과 마찬가지의 핫월(hot wall)형의 성막 장치이다. 즉, 가열로(12)가 히터(14)에 의해 가열된다. 실시예 3에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 가열로(12)의 내면과 기판 스테이지(13)의 표면이 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있다. 또한, 실시예 3에서는, 미스트 공급로(40)의 내면 전체가 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있다. 또한, 실시예 3에서는, 용액 저류조(26)의 바닥면을 제외한 내면 전체가 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있다. 이와 같이, 미스트(62)에 노출되는 부분 전체를 질화 붕소에 의해 구성함으로써, 미스트(62)로의 불순물의 용출을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 실시예 3에서는, 반송 가스 공급로(42)의 내면과 희석 가스 공급로(44)의 내면도 코팅층(90)에 의해 코팅되어 있다. 이에 따라, 미스트(62)로의 불순물의 용출을 보다 억제할 수 있다. 따라서, 실시예 3의 구성에 의하면, 성장시키는 막으로의 불순물의 의도하지 않은 혼입을 보다 저감할 수 있다.
또한, 질화 붕소는, 기계적 강도가 비교적 낮아, 박리하기 쉽다. 따라서, 기판(70)의 표면으로의 성막 처리 전에, 이하에 설명하는 사전 처리를 행해도 된다.
사전 처리에서는, 가열로(12) 내에 기판(70)을 설치하지 않고, 가열로(12)를 가열하면서, 용액 저류조(26)로부터 가열로(12)에 미스트를 공급한다. 여기서는, 성막 처리에서 이용하는 용액(60)과 동일한 액체의 미스트를 사용해도 되고, 용액(60)의 성분의 일부를 포함하는 액체의 미스트를 사용해도 된다. 사전 처리로 미스트를 공급하면, 코팅층(90)의 표면에 얇은 막이 성장한다. 즉, 코팅층(90)의 표면을 더 코팅할 수 있다. 이에 따라, 코팅층(90)의 강도를 늘려, 코팅층(90)의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서는, 당해 액체의 미스트가 아닌, 당해 액체 자체를 코팅층(90)에 도포해도 된다. 사전 처리의 종료 후에, 가열로(12) 내에 기판(70)을 설치하여, 성막 처리를 행할 수 있다. 코팅층(90)의 표면을 추가로 코팅하는 막의 성분은, 성막 처리에서 이용되는 미스트(62)(즉, 용액(60))와 동일한 성분을 포함하므로, 성막 처리 중에 문제가 발생하기 어렵다. 따라서, 성막 처리에서는, 적절히 산화 갈륨막을 성장시킬 수 있다.
또한, 실시예 3에서 설명한 사전 처리를, 콜드월형의 성막 장치로 실시해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시예 1~3에서는, 코팅층(90)이 질화 붕소였지만, 코팅층(90)이 질화 붕소를 포함하는 다른 재료여도 된다. 예를 들면, 코팅층(90)이, 질화 붕소와 알루미나(Al2O3)의 복합재에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한, 코팅층(90)이, 질화 붕소와 질화 실리콘(Si3N4)의 복합재에 의해 구성되어 있어도 된다. 이와 같이, 코팅층(90)으로서 질화 붕소와 다른 재료와의 복합재를 이용함으로써, 질화 붕소의 화학적 안정성을 이용하면서, 코팅층(90)의 기계적 강도를 높일 수 있다. 또한, 코팅층(90)의 재료를, 위치에 따라 변경해도 된다. 예를 들면, 기판 스테이지(13)의 표면을 코팅하는 코팅층(90)을 질화 붕소와 알루미나의 복합재에 의해 구성하고, 가열로(12)의 내면을 코팅하는 코팅층(90)을 질화 붕소와 질화 실리콘의 복합재에 의해 구성해도 된다.
질화 붕소를 포함하는 재료의 이점을, 다른 재료와 비교해 설명한다.
탄소계 재료는, 내열성이 높지만, 미스트에 노출되면 미스트 중의 H2O에 의해 산화되어 열화된다. 예를 들면, 탄화 실리콘(SiC)이 미스트에 노출되어 산화되면, 산화 실리콘(SiO2)이 형성되어 열화된다. 또한, 미스트가 HCl을 포함하고 있으면, HCl이 산화 실리콘을 부식시켜, 미스트 중에 실리콘이 용출된다. 이 때문에, 산화 갈륨막에 의도하지 않게 실리콘이 혼입된다.
석영은 내열성이 높지만, 석영이 미스트에 노출되면 석영으로부터 미스트에 실리콘이 용출된다. 따라서, 산화 갈륨막에 의도하지 않게 실리콘이 혼입된다.
알루미나나 지르코니아(ZrO2) 등은, 내열성이 높지만, 온도 변화에 따라 열화되기 쉽다. 미스트를 이용한 성막 장치에서는, 미스트의 도입 시에 비교적 큰 온도 변화가 발생한다. 이 온도 변화에 의해, 알루미나나 지르코니아는 열화되기 쉽다. 열화된 부분으로부터 미스트로 불순물이 용출되거나, 미스트로부터 열화된 부분에 성분이 흡착되므로, 산화 갈륨막의 성분을 의도한 것과 같이 제어하는 것이 곤란해진다.
이에 비해, 질화 붕소 또는 질화 붕소를 포함하는 재료에서는, 상기 서술한 탄소계 재료, 석영, 알루미나, 지르코니아에서의 문제가 발생하지 않아, 산화 갈륨막을 적합하게 성장시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 기판(70)보다 상류측에서 미스트(62)에 노출되는 부분을 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성함으로써, 성장시키는 막으로의 의도하지 않은 불순물의 혼입을 억제할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시예 1~3에서는, 산화 갈륨막을 성장시키는 경우를 예로서 설명했다. 그러나, 성장시키는 막은, 임의로 선택할 수 있다. 또한, 용액(60)과 기판(70)의 재료는, 성장시키는 막에 맞춰 임의로 선택할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시예 1~3에서는, 기판의 표면에 막을 성장시키는 경우를 예로서 설명했다. 그러나, 판 형상 이외의 형상의 기체의 표면에 막을 성장시켜도 된다.
또한, 상기 서술한 실시예 1~3에서는, 기판의 표면에 단결정의 막을 에피택셜 성장시키는 경우를 예로서 설명했다. 그러나, 성장시키는 막은, 단결정에 한정되지 않고, 다결정이나 어모퍼스 등이어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시예 1~3은, 코팅층(90)의 위치를 변경해도 된다. 예를 들면, 가열로(12)의 내면의 일부에만 코팅층(90)을 형성해도 된다. 코팅층(90)은, 기판(70)보다 상류측에서 미스트(62)에 노출되는 부분의 적어도 일부에 마련되어 있으면 된다.
본 명세서가 개시하는 기술 요소에 대하여, 이하에 열거하여 기재한다. 또한, 이하의 각 기술 요소는, 각각 독립적으로 유용한 것이다.
본 명세서가 개시하는 일례의 성막 장치에서는, 가열로의 내면의 적어도 일부가 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있어도 된다.
가열로의 외벽이 투명하면, 히터로부터 발생하는 적외선이 외벽을 통과한다. 가열로의 내면에는 미스트가 부착되므로, 가열로의 내면에는 기체의 표면에 성장하는 막과 대략 동일한 막이 성장한다. 가열로가 투명하면, 가열로의 내면에 막이 성장하면, 가열로의 투명도가 저하된다. 그 결과, 가열로의 적외선 투과율이 저하되어, 기체의 가열 효율이 변화된다. 이에 비해, 가열로의 내면의 적어도 일부가 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있으면, 질화 붕소를 포함하는 재료가 불투명하므로, 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 적외선이 차단된다. 가열로의 내면에 막이 성장해도, 질화 붕소를 포함하는 재료가 처음부터 불투명하므로, 가열로의 적외선의 투과율은 거의 바뀌지 않아, 기체의 가열 효율이 변화되기 어렵다. 따라서, 이 성막 장치에 의하면, 보다 안정적으로 막을 형성할 수 있다.
본 명세서가 개시하는 성막 장치를 이용하여 막을 에피택셜 성장시키는 성막 방법을 제안한다. 이 성막 방법은, 코팅 공정과 성장 공정을 가진다. 코팅 공정에서는, 질화 붕소를 포함하는 재료에, 용액에 포함되는 성분을 포함하는 액체 또는 상기 액체의 미스트를 공급함으로써, 질화 붕소를 포함하는 재료의 표면을 코팅 한다. 성장 공정에서는, 코팅하는 상기 공정 후에, 가열로 내에 기체를 배치한 상태로 미스트 공급 장치로부터 가열로에 용액의 미스트를 공급함으로써 기체의 표면에 막을 에피택셜 성장시킨다.
이 구성에 의하면, 성장 공정 전에 질화 붕소를 포함하는 재료의 표면을 코팅할 수 있으므로, 성장 공정 중에 질화 붕소를 포함하는 재료의 박리를 억제할 수 있다.
이상, 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허청구의 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허청구의 범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독 혹은 각종의 조합에 의해 기술 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성하는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술 유용성을 가지는 것이다.
10: 성막 장치
12: 가열로
13: 기판 스테이지
14: 히터
20: 미스트 공급 장치
22: 미스트 발생조
24: 수조
26: 용액 저류조
28: 초음파 진동자
40: 미스트 공급로
42: 반송 가스 공급로
44: 희석 가스 공급로
58: 물
60: 용액
62: 미스트
64: 반송 가스
66: 희석 가스
70: 기판
80: 배출관
90: 코팅층

Claims (3)

  1. 기체의 표면에 용액의 미스트를 공급함으로써 상기 기체의 상기 표면에 막을 성장시키는 성막 장치로서,
    상기 기체를 수용하여 가열하는 가열로와,
    상기 가열로에 상기 용액의 상기 미스트를 공급하는 미스트 공급 장치를 가지고 있으며,
    상기 성막 장치 중 상기 미스트에 노출되는 부분의 적어도 일부가, 질화 붕소를 포함하는 재료에 의해 구성되어 있는 성막 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열로의 내면의 적어도 일부가 질화 붕소를 포함하는 상기 재료에 의해 구성되어 있는 성막 장치.
  3. 제 1 항의 성막 장치를 이용하여 상기 막을 성장시키는 성막 방법으로서,
    질화 붕소를 포함하는 상기 재료에, 상기 용액에 포함되는 성분을 포함하는 액체 또는 상기 액체의 미스트를 공급함으로써, 질화 붕소를 포함하는 상기 재료의 표면을 코팅하는 공정과,
    코팅하는 상기 공정 후에, 상기 가열로 내에 상기 기체를 배치한 상태로 상기 미스트 공급 장치로부터 상기 가열로에 상기 용액의 상기 미스트를 공급함으로써 상기 기체의 상기 표면에 상기 막을 성장시키는 공정을 가지는 성막 방법.
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