KR20240000497A - 적층구조체, 반도체장치 및 적층구조체의 제조방법 - Google Patents

적층구조체, 반도체장치 및 적층구조체의 제조방법 Download PDF

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KR20240000497A
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히로시 하시가미
타카히로 사카츠메
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 적층구조체로서, 하지기판과, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 갖고, 상기 결정성 산화물막의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이고, 상기 하지기판의 직경이 50mm 이상이고, 상기 하지기판의 TTV가 30μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층구조체이다. 이에 따라, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체, 및, 상기 적층구조체의 제조방법이 제공된다.

Description

적층구조체, 반도체장치 및 적층구조체의 제조방법
본 발명은, 적층구조체, 반도체장치 및 적층구조체의 제조방법에 관한 것이다.
피성막 시료 상에 결정성이 높은 산화갈륨계 박막을 형성하는 방법으로서, 미스트 CVD법 등의 물 미립자를 이용한 성막수법이 알려져 있다(특허문헌 1). 이 방법에서는, 갈륨아세틸아세토네이트 등의 갈륨 화합물을 염산 등의 산에 용해하여 원료용액을 작성하고, 이 원료용액을 미립자화함으로써 원료미립자를 생성하고, 이 원료미립자를 캐리어가스에 의해 피성막 시료의 성막면에 공급하고, 원료미립자를 반응시켜 성막면 상에 박막을 형성함으로써, 피성막 시료 상에 결정성이 높은 산화갈륨계 박막을 형성하고 있다.
산화갈륨계 박막을 이용하여 반도체 디바이스를 형성하기 위해서는, 산화갈륨계 박막의 도전성의 제어가 필수이며, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1에서는, α-산화갈륨박막에 불순물의 도핑을 행하는 기술이 개시되어 있다.
일본특허공개 2013-028480호 공보 일본특허공개 2015-199649호 공보
Electrical Conductive Corundum-Structured α-Ga2O3 Thin Films on Sapphire with Tin-Doping Grown by Spray-Assisted Mist Chemical Vapor Deposition(Japanese Journal of Applied Physics 51(2012)070203)
특허문헌 1 및 비특허문헌 1의 방법에 따르면, 도전성이 우수한 α-산화갈륨(이하, 「α-Ga2O3」이라고 하는 경우도 있다)박막을 형성할 수 있는데, 막 표면이 평활하지 않은 것과 같은 특유의 문제가 있어, 반도체장치에 이용하기에는, 아직 만족스러운 것이 아니었다. 또한, 막 표면을 평활하게 하기 위해, 에칭 등의 표면처리를 행하는 것도 생각되는데, 이 경우, 박막이 깎이거나, 반도체 특성이 손상되거나 하는 등의 문제가 있었다.
이 문제에 대하여, 특허문헌 2는 평균거칠기(Ra)를 저감하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법을 이용해도 표면의 평탄성은 충분하다고는 할 수 없고, 얻어진 막을 이용한 반도체장치 특성도 만족스러운 것이 아니었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체를 제공하는 것, 및, 상기 적층구조체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, 적층구조체로서, 하지기판과, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 갖고, 상기 결정성 산화물막의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이고, 상기 하지기판의 직경이 50mm 이상이고, 상기 하지기판의 TTV가 30μm 이하인 적층구조체를 제공한다.
이러한 적층구조체는, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성은 우수한 것이 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 결정성 산화물막은 단결정 또는 일축 배향한 막으로 할 수도 있다.
이에 따라, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 것이 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판의 두께가 100~5000μm인 것이 바람직하다.
이에 따라, 표면이 보다 평활한 것이 되고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 보다 우수한 적층구조체로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 결정성 산화물막의 막두께가 1~100μm일 수도 있다.
이에 따라, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 보다 우수한 것이 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판이 단결정인 것이 바람직하다.
이에 따라, 결정성도 보다 우수한 산화갈륨막을 갖는 적층구조체로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판이 사파이어기판, 탄탈산리튬기판 또는 니오브산리튬기판 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이에 따라, 표면이 보다 평활하고 결정성도 보다 우수한 산화갈륨막을 갖는 적층구조체로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 적층구조체의 결정성 산화물막을 갖는 면과 반대측의 면의 표면거칠기(表面粗さ)Ra가 0.5μm 이하일 수도 있다.
이러한 적층구조체는, 고품질이며 반도체막장치의 제조에 적합한 적층구조체이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 적층구조체의 결정성 산화물막을 갖는 면과 반대측의 면의 기복(うねり)Wa이 50μm 이하일 수도 있다.
이러한 적층구조체는, 더욱 고품질이며 반도체막장치의 제조에 적합한 적층구조체이다.
또한, 본 발명에서는, 상기 기재된 적층구조체를 포함하는 것인 반도체장치를 제공한다.
이에 따라, 보다 우수한 특성을 갖는 반도체장치가 된다.
또한, 본 발명에서는, 적층구조체의 제조방법으로서,
미스트화부에 있어서, 갈륨을 포함하는 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트 발생공정과,
상기 미스트를 반송(搬送)하기 위한 캐리어가스를 상기 미스트화부에 공급하는 캐리어가스 공급공정과,
상기 미스트화부와 성막실을 접속하는 공급관을 개재하여, 상기 미스트화부로부터 하지기판이 설치된 상기 성막실로, 상기 미스트를 상기 캐리어가스에 의해 반송하는 반송공정과,
상기 반송된 미스트를 열처리하여 상기 하지기판 상에 성막을 행하는 성막공정
을 포함하고,
상기 하지기판으로서 직경이 50mm 이상, TTV가 30μm 이하인 것을 이용하는 적층구조체의 제조방법을 제공한다.
이러한 적층구조체의 제조방법에 따르면, 평활한 표면을 갖는 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판으로서 두께가 100~5000μm인 것을 이용할 수 있다.
이에 따라, 표면이 보다 평활한 것이 되고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 보다 우수한 적층구조체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판으로서 단결정인 것을 이용할 수 있다.
이에 따라, 결정성도 보다 우수한 산화갈륨막을 갖는 적층구조체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판으로서 사파이어기판, 탄탈산리튬기판 또는 니오브산리튬기판 중 어느 하나인 것을 이용할 수 있다.
이에 따라, 표면이 보다 평활하고 결정성도 보다 우수한 산화갈륨막을 갖는 적층구조체를 보다 저가에 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판의 성막면과 반대측의 면의 표면거칠기Ra를 0.5μm 이하로 할 수도 있다.
이러한 방법이면, 결정배향성이 우수한, 고품질인 반도체막을 포함하는 적층구조체를 안정적으로 제조가능하게 된다. 또한, 기판 이면에 의한 반송계나 기판캐리어에의 데미지가 대폭 경감되기 때문에, 장치 내에서의 발진(發塵)이 억제되는 것에 더하여, 반송계나 기판캐리어의 재질의 자유도가 커지므로, 고품질인 반도체막을 포함하는 적층구조체를 보다 안정적으로 저가에 제조가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판의 성막면과 반대측의 면의 기복Wa을 50μm 이하로 할 수도 있다.
이와 같이 하면, 기판과의 접촉면적이 증가함으로써 열전도가 향상되고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기판 표면의 온도저하가 현저해지지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않기 때문에, 고품질인 적층구조체를 안정적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 성막공정에 있어서는, 상기 하지기판은 스테이지에 재치되어 있고, 상기 스테이지에 있어서의 상기 하지기판과의 접촉면의 표면거칠기Ra를 0.5μm 이하로 할 수도 있다.
이러한 방법이면, 결정배향성이 우수한, 고품질인 반도체막을 포함하는 적층체를 안정적으로 제조가능하게 된다. 또한, 기판 이면에 의한 반송계나 기판캐리어에의 데미지가 대폭 경감되기 때문에, 장치 내에서의 발진이 억제되는 것에 더하여, 반송계나 기판캐리어의 재질의 자유도가 커지므로, 고품질인 커런덤형 결정구조를 갖는 반도체막을 포함하는 적층체를 보다 안정적으로 저가에 제조가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 성막공정에 있어서는, 상기 하지기판은 스테이지에 재치되어 있고, 상기 스테이지에 있어서의 상기 하지기판과의 접촉면의 기복Wa을 50μm 이하로 할 수도 있다.
이와 같이 하면, 기판과의 접촉면적이 증가함으로써 열전도가 향상되고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기판 표면의 온도저하가 현저해지지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않기 때문에, 고품질인 적층구조체를 안정적으로 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 적층구조체에 따르면, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 적층구조체가 된다. 또한, 본 발명의 적층구조체의 제조방법에 따르면, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 적층구조체를 제조하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체장치의 일례를 나타내는 개략구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성막방법에 이용하는 성막장치의 일례를 나타내는 개략구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하지기판의 TTV와 결정성 산화물막 표면의 제곱평균제곱근 거칠기의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 미스트화부의 일례를 나타내는 개략구성도이다.
상기 서술한 바와 같이, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체, 그리고, 상기 적층구조체의 제조방법을 제공하는 것이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 하지기판과, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 갖는 적층구조체로서, 상기 결정성 산화물막의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이고, 상기 하지기판의 직경이 50mm(2인치) 이상이고, 상기 하지기판의 TTV가 30μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층구조체에 의해, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 적층구조체가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
또한, 본 발명자들은, 적층구조체의 제조방법으로서,
미스트화부에 있어서, 갈륨을 포함하는 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트 발생공정과,
상기 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 상기 미스트화부에 공급하는 캐리어가스 공급공정과,
상기 미스트화부와 성막실을 접속하는 공급관을 개재하여, 상기 미스트화부로부터 하지기판이 설치된 상기 성막실로, 상기 미스트를 상기 캐리어가스에 의해 반송하는 반송공정과,
상기 반송된 미스트를 열처리하여 상기 하지기판 상에 성막을 행하는 성막공정
을 포함하고,
상기 하지기판으로서 직경이 50mm 이상, TTV가 30μm 이하인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법에 의해, 표면이 평활한 결정성 산화물막을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 적층구조체를 제조할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
여기서, 본 발명에서 말하는 미스트란, 기체 중에 분산된 액체의 미립자의 총칭을 가리키며, 안개, 액적 등으로 불리는 것을 포함한다. 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(적층구조체)
도 1에 본 발명의 적층구조체(110)를 구비한 반도체장치(100)를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 적층구조체(110)는, 하지기판(101)과, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막(103)을 갖고, 상기 결정성 산화물막(103)의 표면(103c)의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이고, 상기 하지기판(101)의 직경이 50mm(2인치) 이상이고, 상기 하지기판(101)의 TTV가 30μm 이하이다. 이에 따라, 표면이 평활한 결정성 산화물막(103)을 갖고, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체 특성이 우수한 적층구조체(110)가 된다.
(하지기판)
종래, 하지기판(101)의 직경이 커지면, 결정성 산화물막(103)의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기의 악화가 현저하고, 특히 직경 50mm 이상인 것에서는 거칠기가 0.2μm 이하인 것은 얻어지지 않았다. 이에 본 발명자들이 예의 조사한 결과, 도 3에 나타내는 바와 같이, 하지기판의 TTV가 30μm를 초과한 부근에서부터 결정성 산화물막의 표면의 RMS가 급격히 증가하고 있는 것을 알 수 있었다. 후술하는 바와 같이, 히터와의 열적 접촉의 악화, 및, 열저항의 증가가 원인으로 생각된다. 이에 본 발명에서는 TTV를 30μm 이하로 하였다. 본 발명과 같이, 하지기판(101)의 직경이 50mm(2인치) 이상인 것을 이용해도, 하지기판(101)의 TTV를 30μm 이하로 함으로써, 결정성 산화물막(103)의 표면(103c)의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하가 된다.
본 발명의 적층구조체에 따른 하지기판은, 직경이 50mm(2인치) 이상, TTV가 30μm 이하이다. 직경의 상한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 300mm 이하로 할 수 있다. 또한, TTV의 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.1μm 이상으로 할 수 있다.
TTV는, total thickness variation의 약자로, 웨이퍼 이면을 기준면으로 하여 두께방향으로 측정한 높이의 웨이퍼 전체면에 있어서의 최대값과 최소값의 차이다. 본 발명에 있어서는, 하지기판의 TTV는 30μm 이하이다. 이때 얻어지는 적층구조체의 TTV도 30μm 이하가 된다. TTV는, 마이크로미터나, 정전용량방식, 광간섭방식, 레이저공초점방식 등으로 측정할 수 있다.
상기 적층구조체의, 결정성 산화물막을 갖는 면(103c)과 반대측의 면의 Ra가 0.5μm 이하일 수도 있다. 표면거칠기Ra는 작으면 작을수록 바람직하고, 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.1nm 이상으로 할 수 있다. 표면거칠기Ra가 0.5μm 이하이면, 하지기판(101)과의 접촉면적이 감소하지 않기 때문에 열전도가 악화되지 않고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기체(基體) 표면의 온도저하가 일어나지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않는다.
상기 적층구조체의, 결정성 산화물막을 갖는 면(103c)과 반대측의 면의 기복Wa은 50μm 이하일 수도 있다. 기복Wa은 작으면 작을수록 바람직하고, 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.5μm 이상으로 할 수 있다. Wa가 50μm 이하이면, 하지기판(101)과의 접촉면적이 증가함으로써 열전도가 향상되고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기체 표면의 온도저하가 현저해지지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않는다.
기복Wa은, 「평면형상의 기하학적으로 반듯한 평면으로부터의 휘어짐(狂い)의 크기」로 정의된다. 기복Wa은, 이 재치면의 형상에 따라 적당히 결정되는 이 재치면 상의 1개 이상의 임의 직선 상에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 이 재치면이 원형인 경우, 이 원의 중심에서 직각으로 교차하는 2직선 상에 있어서, 이 원의 직경을 측정길이로 할 수 있다. 기복Wa은, 촉침법, 원자간력현미경(AFM)법, 혹은 광간섭법, 공초점법, 초점이동에 의한 화상합성법과 같은 레이저현미경이나 공초점현미경을 이용한 비접촉식의 측정법에 의한 표면형상 측정결과를 이용하고, JIS B 0601에 기초하여 산출해서 얻은 값을 말한다.
하지기판의 두께는 100~5000μm인 것이 바람직하다. 이 범위 내이면 핸들링이 양호해짐과 함께, 성막시에 열저항이 작아져, 양질의 막이 얻어진다.
하지기판은, 상기 결정성 산화물막의 지지체가 되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 재료는 특별히 한정되지 않고, 공지의 기판을 이용할 수 있으며, 유기 화합물일 수도 있고, 무기 화합물일 수도 있다. 예를 들어, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 불소 수지, 철이나 알루미늄, 스테인리스강, 금 등의 금속, 석영, 유리, 탄산칼슘, 산화갈륨, ZnO 등을 들 수 있다. 이들에 더하여, 실리콘, 사파이어나, α형 산화갈륨, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, SiC, GaN, 산화철, 산화크롬 등의 단결정기판을 들 수 있다. 본 발명의 적층구조체에 따른 하지기판에 있어서는 이상과 같은 단결정기판이 바람직하다. 이들에 따라, 보다 양질인 결정성 산화물막을 얻을 수 있다. 특히, 사파이어기판, 탄탈산리튬기판, 니오브산리튬기판은 비교적 저가이며, 공업적으로 유리하다.
한편, 하지기판 표면의 RMS는 0.1μm 이하인 것이 바람직하다. 이러한 기판을 이용함으로써, RMS가 0.2μm 이하인 결정성 산화물막을 얻기 쉬워진다. 또한, 하지기판 상의 0.5μm 이상의 파티클밀도는 50/cm2 이하인 것이 바람직하고, 금속불순물밀도는 1×1011/cm2 이하인 것이 바람직하다. 이러한 하지기판을 이용함으로써, 결정성이 양호한 결정성 산화물막을 얻기 쉬워진다. 일단 적층구조체로 한 후에는, 이러한 하지기판 표면의 RMS나, 하지기판 상의 파티클밀도, 금속불순물밀도 등의 평가는 곤란하다.
(결정성 산화물막)
본 발명의 적층구조체에 따른 결정성 산화물막은, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 상기 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이다. 제곱평균제곱근 거칠기의 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.0001μm 이상으로 할 수 있다.
일반적으로 결정성 산화물막은 금속과 산소로 구성되는데, 본 발명의 적층구조체에 따른 결정성 산화물막에 있어서는, 금속으로서 갈륨을 주성분으로 하고 있으면 된다. 한편, 본 발명에 있어서 「갈륨을 주성분으로 한다」란, 금속성분 중 50~100%가 갈륨인 것을 의미한다. 갈륨 이외의 금속성분으로는, 예를 들어, 철, 인듐, 알루미늄, 바나듐, 티탄, 크롬, 로듐, 이리듐, 니켈 및 코발트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함할 수도 있다.
결정성 산화물막 중에는, 도펀트원소가 포함되어 있을 수도 있다. 예를 들어, 주석, 게르마늄, 규소, 티탄, 지르코늄, 바나듐 또는 니오븀 등의 n형 도펀트, 또는, 구리, 은, 니켈, 주석, 이리듐, 로듐, 코발트, 마그네슘 등의 p형 도펀트 등을 들 수 있고 특별히 한정되지 않는다. 도펀트의 농도는, 예를 들어, 약 1×1016/cm3~1×1022/cm3일 수도 있고, 약 1×1017/cm3 이하의 저농도로 할 수도, 약 1×1020/cm3 이상의 고농도로 할 수도 있다.
결정성 산화물막의 결정구조는 특별히 한정되지 않고, β갈리아구조일 수도 있고, 커런덤구조일 수도 있고, 직방정일 수도 있다. 복수의 결정구조가 혼재되어 있거나, 다결정이어도 상관없는데, 단결정 혹은 일축 배향한 막인 것이 바람직하다. 단결정 혹은 일축 배향한 막인 것은, X선회절장치나 전자선회절장치 등으로 확인할 수 있다. 막에 X선이나 전자선을 조사하면 결정구조에 따른 회절상이 얻어지는데, 일축 배향해 있으면 특정 피크만이 출현한다. 이에 따라, 일축 배향해 있다고 판단할 수 있다.
상기 제곱평균제곱근 거칠기(RMS)는, 0.2μm 이하이면 특별히 한정되지 않는다. 한편, 제곱평균제곱근 거칠기(RMS)는, 원자간력현미경(AFM)에 의한 가로세로 10μm의 영역에 대한 표면형상 측정결과를 이용하고, JIS B 0601에 기초하여(동 규격 내에 있어서의 Rq에 상당) 산출해서 얻은 값을 말한다.
또한, 산술평균 거칠기(Ra)는, 원자간력현미경(AFM)에 의한 가로세로 10μm의 영역에 대한 표면형상 측정결과를 이용하고, JIS B 0601에 기초하여 산출해서 얻은 값을 말한다.
결정성 산화물막의 막두께는 특별히 한정되지 않는데, 1μm 이상인 것이 바람직하다. 상한값은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 100μm 이하일 수 있고, 바람직하게는 50μm 이하이고, 보다 바람직하게는 20μm 이하로 할 수 있다. 이와 같은 막두께로 함으로써, 반도체장치에 적용한 경우에, 내압이 향상되는 등 반도체 특성이 보다 우수한 것이 된다.
또한, 하지기판과 결정성 산화물막의 사이에는 다른 층이 개재해도 상관없다. 다른 층이란, 하지기판 그리고 최표층의 결정성 산화물막과 조성이 상이한 층이며, 버퍼층이라고도 불린다. 버퍼층은, 산화물 반도체막, 절연막, 금속막 등, 어느 것이어도 상관없고, 재료로는, 예를 들어, Al2O3, Ga2O3, Cr2O3, Fe2O3, In2O3, Rh2O3, V2O3, Ti2O3, Ir2O3 등이 호적하게 이용된다. 버퍼층의 두께로는 0.1μm~2μm가 바람직하다.
(성막장치)
도 2에, 본 발명의 적층구조체의 제조방법에 따른 성막장치(201)의 일례를 나타낸다. 성막장치(201)는, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부(220)와, 미스트를 반송하는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스 공급부(230)와, 미스트화부(220)와 성막실(207)을 접속하고, 캐리어가스에 의해 미스트가 반송되는 공급관(209)과, 공급관(209)으로부터 캐리어가스와 함께 공급된 미스트를 열처리하여, 하지기판(210) 상에 성막을 행하는 성막실(207)을 적어도 갖고 있다.
(미스트화부)
미스트화부(220)에서는, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다. 미스트화수단은, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화할 수만 있으면 특별히 한정되지 않고, 공지의 미스트화수단일 수 있는데, 초음파진동에 의한 미스트화수단을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 안정적으로 미스트화할 수 있기 때문이다.
이러한 미스트화부(220)의 일례를 도 4에 나타낸다. 미스트화부(220)는, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)이 수용되는 미스트 발생원(204)과, 초음파진동을 전달가능한 매체, 예를 들어 물(205a)이 들어가는 용기(205)와, 용기(205)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(206)를 포함할 수도 있다. 상세하게는, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)이 수용되어 있는 용기로 이루어지는 미스트 발생원(204)이, 물(205a)이 수용되어 있는 용기(205)에, 지지체(도시하지 않음)를 이용하여 수납될 수 있다. 용기(205)의 바닥부에는, 초음파진동자(206)가 설치되어 있을 수도 있고, 초음파진동자(206)와 발진기(發振器)(216)가 접속되어 있을 수도 있다. 그리고, 발진기(216)를 작동시키면 초음파진동자(206)가 진동하고, 물(205a)을 개재하여 미스트 발생원(204) 내에 초음파가 전파되어, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)이 미스트화되도록 구성될 수 있다.
(갈륨을 포함하는 원료용액)
갈륨을 포함하는 원료용액(204a)은 미스트화가 가능하고, 갈륨을 포함하고 있으면 용액에 포함되는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 무기 재료일 수도, 유기 재료일 수도 있다. 금속 또는 금속 화합물이 호적하게 이용되며, 예를 들어, 갈륨, 철, 인듐, 알루미늄, 바나듐, 티탄, 크롬, 로듐, 니켈 및 코발트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것을 사용해도 상관없다. 이러한 원료용액으로서, 금속을 착체 또는 염의 형태로, 유기용매 또는 물에 용해 또는 분산시킨 것을 호적하게 이용할 수 있다. 염의 형태로는, 예를 들어, 염화금속염, 브롬화금속염, 요오드화금속염과 같은 할로겐화염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속을, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산과 같은 할로겐화수소 등에 용해한 것도 염의 용액으로서 이용할 수 있다. 착체의 형태로는, 예를 들어, 아세틸아세토네이트 착체, 카르보닐 착체, 암민 착체, 하이드라이드 착체 등을 들 수 있다. 전술한 염의 용액에 아세틸아세톤을 혼합하는 것에 의해서도, 아세틸아세토네이트 착체를 형성할 수 있다. 갈륨을 포함하는 원료용액(204a) 중의 금속농도는 특별히 한정되지 않고, 0.005~1mol/L 등으로 할 수 있다.
갈륨을 포함하는 원료용액(204a)에는, 할로겐화수소산이나 산화제 등의 첨가제를 혼합할 수도 있다. 할로겐화수소산으로는, 예를 들어, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산 등을 들 수 있는데, 그 중에서도, 브롬화수소산 또는 요오드화수소산이 바람직하다. 산화제로는, 예를 들어, 과산화수소(H2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 과산화바륨(BaO2), 과산화벤조일(C6H5CO)2O2 등의 과산화물, 차아염소산(HClO), 과염소산, 질산, 오존수, 과아세트산이나 니트로벤젠 등의 유기 과산화물 등을 들 수 있다.
갈륨을 포함하는 원료용액(204a)에는, 도펀트가 포함되어 있을 수도 있다. 도펀트는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 주석, 게르마늄, 규소, 티탄, 지르코늄, 바나듐 또는 니오븀 등의 n형 도펀트, 또는, 구리, 은, 이리듐, 로듐, 마그네슘 등의 p형 도펀트 등을 들 수 있다.
(캐리어가스 공급부)
도 2에 나타내는 바와 같이, 캐리어가스 공급부(230)는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(202a)을 갖는다. 이때, 캐리어가스원(202a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(203a)를 구비하고 있을 수도 있다. 또한, 필요에 따라 희석용 캐리어가스를 공급하는 희석용 캐리어가스원(202b)이나, 희석용 캐리어가스원(202b)으로부터 송출되는 희석용 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(203b)를 구비할 수도 있다.
캐리어가스의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 성막물에 따라 적당히 선택가능하다. 예를 들어, 산소, 오존, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스, 또는 수소가스나 포밍가스 등의 환원가스 등을 들 수 있다. 또한, 캐리어가스의 종류는 1종류여도, 2종류 이상이어도 된다. 예를 들어, 제2 캐리어가스로서, 제1 캐리어가스와 동일한 가스를 그 이외의 가스로 희석한(예를 들어 10배로 희석한) 희석가스 등을 추가로 이용할 수도 있고, 공기를 이용할 수도 있다. 캐리어가스의 유량은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 50mm(2인치)의 하지기판 상에 성막하는 경우에는, 캐리어가스의 유량은 0.05~50L/분으로 하는 것이 바람직하고, 5~20L/분으로 하는 것이 보다 바람직하다.
(공급관)
성막장치(201)는, 미스트화부(220)와 성막실(207)을 접속하는 공급관(209)을 갖는다. 이 경우, 미스트는, 미스트화부(220)의 미스트 발생원(204)으로부터 공급관(209)을 개재하여 캐리어가스에 의해 반송되고, 성막실(207) 내에 공급된다. 공급관(209)은, 예를 들어, 석영관이나 유리관, 수지제의 튜브 등을 사용할 수 있다.
(성막실)
성막실(207) 내에는 하지기판(210)이 설치되어 있고, 이 하지기판(210)을 가열하기 위한 히터(208)를 구비할 수 있다. 히터(208)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 성막실(207)의 외부에 마련되어 있을 수도 있고, 성막실(207)의 내부에 마련되어 있을 수도 있다. 또한, 성막실(207)에는, 하지기판(210)에 대한 미스트의 공급에 영향을 미치지 않는 위치에, 배기가스의 배기구(212)가 마련될 수도 있다. 또한, 하지기판(210)을 성막실(207)의 상면에 설치하는 등 하여, 페이스다운으로 할 수도 있고, 하지기판(210)을 성막실(207)의 바닥면에 설치하여, 페이스업으로 할 수도 있다.
한편, 성막실(207) 내에는 하지기판(210)을 재치하기 위한 스테이지가 설치되어 있을 수도 있다. 이때, 상기 스테이지의 표면거칠기Ra는, 0.5μm 이하일 수도 있다. 표면거칠기Ra는 작으면 작을수록 바람직하고, 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.1nm 이상으로 할 수 있다. 표면거칠기Ra가 0.5μm 이하이면, 하지기판(210)과의 접촉면적이 감소하지 않기 때문에 열전도가 악화되지 않고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기체 표면의 온도저하가 일어나지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않는다.
또한, 기복Wa이 50μm 이하일 수도 있다. 기복Wa은 작으면 작을수록 바람직하고, 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.5μm 이상으로 할 수 있다. Wa가 50μm 이하이면, 하지기판(210)과의 접촉면적이 증가함으로써 열전도가 향상되고, 성막용 원료미스트에 의한 성막 중의 기체 표면의 온도저하가 현저해지지 않아 반도체막의 결정배향성이 저하되지 않는다.
(적층구조체의 제조방법)
다음으로, 이하, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 적층구조체의 제조방법의 일례를 설명한다. 본 발명은, 미스트 CVD에 있어서, 기판의 직경을 50mm 이상, TTV를 30μm 이하로 한 점에 특징이 있다.
미스트 CVD법은, 다른 CVD법과 달리, 원료를 액체의 상태로 기판 표면까지 도달시킬 필요가 있다. 이 때문에, 기판 표면의 온도는 크게 저하된다. 이때, 기판의 TTV가 30μm보다 크면, 기판과 히터의 열적인 접촉이 악화된다. 동시에, 기판두께가 두꺼운 개소는, 상대적으로 열저항이 커진다. 이들의 영향으로, 기판 표면온도의 저하는 더욱 커진다. 특히 직경 50mm 이상에서 현저하다. 이 상태로 성막을 행하면, 막 표면에서는 이상성장이 일어나고, 얻어지는 막의 표면거칠기는 0.2μm 초과의 매우 큰 것이 된다. 따라서, 본 발명의 적층구조체의 제조방법에 있어서, 직경이 50mm 이상, TTV가 30μm 이하인 하지기판을 이용함으로써, as-grown(애즈크로운) 상태에서 막 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하인 적층구조체를 얻을 수 있다.
전술한 방법으로 혼합한 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트 발생원(204) 내에 수용하고, 하지기판(210)을 성막실(207) 내에 재치하고, 히터(208)를 작동시킨다. 다음으로, 유량조절밸브(203a, 203b)를 열어 캐리어가스원(202a, 202b)으로부터 캐리어가스를 성막실(207) 내에 공급하고, 성막실(207)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 희석용 캐리어가스의 유량을 각각 조절한다.
다음으로, 미스트 발생공정으로서, 초음파진동자(206)를 진동시키고, 그 진동을, 물(205a)을 통하여 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)에 전파시킴으로써, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다.
다음으로, 캐리어가스 공급공정으로서, 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 미스트화부(220)에 공급한다.
다음으로, 반송공정으로서, 미스트화부(220)와 성막실(207)을 접속하는 공급관(209)을 개재하여, 미스트화부(220)로부터 성막실(207)로, 미스트를 캐리어가스에 의해 반송한다.
다음으로, 성막공정으로서, 성막실(207)에 반송된 미스트를 가열하여 열반응을 발생시키고, 하지기판(210)의 표면의 일부 또는 전부에 성막을 행한다.
열반응은, 가열에 의해 미스트가 반응하면 되고, 반응조건 등도 특별히 한정되지 않는다. 원료나 성막물에 따라 적당히 설정할 수 있다. 예를 들어, 가열온도는 120~600℃의 범위이고, 바람직하게는 200℃~600℃의 범위이고, 보다 바람직하게는 300℃~550℃의 범위로 할 수 있다.
한편, 열반응은, 진공하, 비산소 분위기하, 환원가스 분위기하, 공기 분위기하 및 산소 분위기하 중 어느 분위기하에서 행해져도 되고, 성막물에 따라 적당히 설정하면 된다. 또한, 반응압력은, 대기압하, 가압하 또는 감압하 중 어느 조건하에서 행해져도 되는데, 대기압하의 성막이면, 장치구성을 간략화할 수 있으므로 바람직하다.
(버퍼층)
상기 성막에 있어서는, 하지기판과 해당 막의 사이에 적당히 버퍼층을 마련할 수도 있다. 버퍼층의 형성방법은 특별히 한정되지 않고, 스퍼터법, 증착법 등 공지의 방법에 의해 성막할 수 있는데, 상기와 같은 미스트 CVD법을 이용하는 경우는, 갈륨을 포함하는 원료용액을 적당히 변경하는 것만으로 형성할 수 있어 간편하다. 구체적으로는, 알루미늄, 갈륨, 크롬, 철, 인듐, 로듐, 바나듐, 티탄, 이리듐으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을, 착체 또는 염의 형태로 물에 용해 또는 분산시킨 것을 원료수용액으로서 호적하게 이용할 수 있다. 착체의 형태로는, 예를 들어, 아세틸아세토네이트 착체, 카르보닐 착체, 암민 착체, 하이드라이드 착체 등을 들 수 있다. 염의 형태로는, 예를 들어, 염화금속염, 브롬화금속염, 요오드화금속염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속을, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산 등에 용해한 것도 염의 수용액으로서 이용할 수 있다. 이 경우도, 용질농도는 0.005~1mol/L가 바람직하고, 용해온도는 20℃ 이상으로 한다. 다른 조건에 대해서도, 상기와 동일하게 함으로써 버퍼층을 형성하는 것이 가능하다. 버퍼층을 소정의 두께로 성막한 후, 결정성 산화물막의 성막을 행한다.
(열처리)
또한, 본 발명의 적층구조체의 제조방법에 따른 성막방법으로 얻어진 막을, 200~600℃에서 열처리할 수도 있다. 이에 따라, 막 중의 미반응종 등이 제거되어, 보다 고품질의 적층구조체를 얻을 수 있다. 열처리는, 공기 중, 산소 분위기 중에서 행해도 되고, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기하에서 행해도 상관없다. 열처리시간은 적당히 결정되는데, 예를 들어, 5~240분으로 할 수 있다.
(박리)
본 발명의 적층구조체에 있어서는, 결정성 산화물막을 하지기판으로부터 박리할 수도 있다. 박리수단은 특별히 한정되지 않고, 공지의 수단일 수도 있다. 박리수단의 방법으로는 예를 들어, 기계적 충격을 부여하여 박리하는 수단, 열을 가하여 열응력을 이용해서 박리하는 수단, 초음파 등의 진동을 가하여 박리하는 수단, 에칭하여 박리하는 수단 등을 들 수 있다. 상기 박리에 의해, 상기 결정성 산화물막을 자립막으로서 얻을 수 있다.
(반도체장치의 구성예)
본 발명의 적층구조체를 이용한 반도체장치(100)의 호적한 예를 도 1에 나타낸다. 도 1의 예에서는, 하지기판(101) 상에 결정성 산화물막(103)이 형성되어 있다. 결정성 산화물막(103)은, 하지기판(101)측으로부터 순서대로 절연성 박막(103a)과 도전성 박막(103b)이 적층되어 구성되어 있다. 도전성 박막(103b) 상에 게이트절연막(105)이 형성되어 있다. 게이트절연막(105) 상에는 게이트전극(107)이 형성되어 있다. 또한, 도전성 박막(103b) 상에는, 게이트전극(107)을 사이에 끼우도록, 소스·드레인전극(109)이 형성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 게이트전극(107)에 인가하는 게이트전압에 의해, 도전성 박막(103b)에 형성되는 공핍층의 제어가 가능해지고, 트랜지스터동작(FET디바이스)이 가능해진다.
본 발명의 적층구조체를 이용하여 형성되는 반도체장치로는, MIS나 HEMT, IGBT, TFT 등의 트랜지스터나, 반도체-금속접합을 이용한 쇼트키 배리어 다이오드, 다른 P층과 조합한 PN 또는 PIN다이오드, 수발광소자를 들 수 있다. 본 발명의 적층구조체는, 이들 디바이스의 특성 향상에 유용하다.
(적층구조체의 제조시스템)
다음으로, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 적층구조체의 제조시스템의 일례를 설명한다. 본 발명은, 미스트 CVD에 있어서, 기판의 직경을 50mm 이상, TTV를 30μm 이하로 한 점에 특징이 있다.
미스트 CVD법은, 다른 CVD법과 달리, 원료를 액체의 상태로 기판 표면까지 도달시킬 필요가 있다. 이 때문에, 기판 표면의 온도는 크게 저하된다. 이때, 기판의 TTV가 30μm보다 크면, 기판과 히터의 열적인 접촉이 악화된다. 동시에, 기판두께가 두꺼운 개소는, 상대적으로 열저항이 커진다. 이들의 영향으로, 기판 표면온도의 저하는 더욱 커진다. 특히 직경 50mm 이상에서 현저하다. 이 상태로 성막을 행하면, 막 표면에서는 이상성장이 일어나고, 얻어지는 막의 표면거칠기는 0.2μm 초과의 매우 큰 것이 된다. 따라서, 본 발명의 적층구조체의 제조시스템에 있어서, 직경이 50mm 이상, TTV가 30μm 이하인 하지기판을 이용함으로써, as-grown(애즈크로운)의 상태에서 막 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하인 적층구조체를 얻을 수 있다.
전술한 방법으로 혼합한 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트 발생원(204) 내에 수용하고, 하지기판(210)을 성막실(207) 내에 재치하고, 히터(208)를 작동시킨다. 다음으로, 유량조절밸브(203a, 203b)를 열어 캐리어가스원(202a, 202b)으로부터 캐리어가스를 성막실(207) 내에 공급하고, 성막실(207)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 희석용 캐리어가스의 유량을 각각 조절한다.
다음으로, 미스트 발생기구로서, 초음파진동자(206)를 진동시키고, 그 진동을, 물(205a)을 통하여 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)에 전파시킴으로써, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다.
다음으로, 캐리어가스 공급기구로서, 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 미스트화부(220)에 공급한다.
다음으로, 반송기구로서, 미스트화부(220)와 성막실(207)을 접속하는 공급관(209)을 개재하여, 미스트화부(220)로부터 성막실(207)로, 미스트를 캐리어가스에 의해 반송한다.
다음으로, 성막기구로서, 성막실(207)에 반송된 미스트를 가열하여 열반응을 발생시키고, 하지기판(210)의 표면의 일부 또는 전부에 성막을 행한다.
열반응은, 가열에 의해 미스트가 반응하면 되고, 반응조건 등도 특별히 한정되지 않는다. 원료나 성막물에 따라 적당히 설정할 수 있다. 예를 들어, 가열온도는 120~600℃의 범위이고, 바람직하게는 200℃~600℃의 범위이고, 보다 바람직하게는 300℃~550℃의 범위로 할 수 있다.
한편, 열반응은, 진공하, 비산소 분위기하, 환원가스 분위기하, 공기 분위기하 및 산소 분위기하 중 어느 분위기하에서 행해져도 되고, 성막물에 따라 적당히 설정하면 된다. 또한, 반응압력은, 대기압하, 가압하 또는 감압하 중 어느 조건하에서 행해져도 되는데, 대기압하의 성막이면, 장치구성을 간략화할 수 있으므로 바람직하다.
(버퍼층)
상기 성막에 있어서는, 하지기판과 해당 막의 사이에 적당히 버퍼층을 마련할 수도 있다. 버퍼층의 형성방법은 특별히 한정되지 않고, 스퍼터법, 증착법 등 공지의 방법에 의해 성막할 수 있는데, 상기와 같은 미스트 CVD법을 이용하는 경우는, 갈륨을 포함하는 원료용액을 적당히 변경하는 것만으로 형성할 수 있어 간편하다. 구체적으로는, 알루미늄, 갈륨, 크롬, 철, 인듐, 로듐, 바나듐, 티탄, 이리듐으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을, 착체 또는 염의 형태로 물에 용해 또는 분산시킨 것을 원료수용액으로서 호적하게 이용할 수 있다. 착체의 형태로는, 예를 들어, 아세틸아세토네이트 착체, 카르보닐 착체, 암민 착체, 하이드라이드 착체 등을 들 수 있다. 염의 형태로는, 예를 들어, 염화금속염, 브롬화금속염, 요오드화금속염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 금속을, 브롬화수소산, 염산, 요오드화수소산 등에 용해한 것도 염의 수용액으로서 이용할 수 있다. 이 경우도, 용질농도는 0.005~1mol/L가 바람직하고, 용해온도는 20℃ 이상으로 한다. 다른 조건에 대해서도, 상기와 동일하게 함으로써 버퍼층을 형성하는 것이 가능하다. 버퍼층을 소정의 두께로 성막한 후, 결정성 산화물막의 성막을 행한다.
(열처리)
또한, 본 발명의 적층구조체의 제조시스템에 따른 성막시스템으로 얻어진 막을, 200~600℃에서 열처리할 수도 있다. 이에 따라, 막 중의 미반응종 등이 제거되어, 보다 고품질의 적층구조체를 얻을 수 있다. 열처리는, 공기 중, 산소 분위기 중에서 행해도 되고, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기하에서 행해도 상관없다. 열처리시간은 적당히 결정되는데, 예를 들어, 5~240분으로 할 수 있다.
(박리)
본 발명의 적층구조체에 있어서는, 결정성 산화물막을 하지기판으로부터 박리할 수도 있다. 박리수단은 특별히 한정되지 않고, 공지의 수단일 수도 있다. 박리수단의 방법으로는 예를 들어, 기계적 충격을 부여하여 박리하는 수단, 열을 가하여 열응력을 이용해서 박리하는 수단, 초음파 등의 진동을 가하여 박리하는 수단, 에칭하여 박리하는 수단 등을 들 수 있다. 상기 박리에 의해, 상기 결정성 산화물막을 자립막으로서 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 성막실에 상기 하지기판을 설치하기에 앞서, 상기 하지기판의 직경이 50mm 이상인 경우에 TTV가 30μm 이하인 것을 확인하는 적층구조체의 제조시스템인 것이 바람직하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 2를 참조하면서, 본 실시예에서 이용한 성막장치(201)를 설명한다. 성막장치(201)는, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(202a)과, 캐리어가스원(202a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(203a)와, 희석용 캐리어가스를 공급하는 희석용 캐리어가스원(202b)과, 희석용 캐리어가스원(202b)으로부터 송출되는 희석용 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(203b)와, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)이 수용되는 미스트 발생원(204)과, 물(205a)이 수용된 용기(205)와, 용기(205)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(206)와, 히터(208)를 구비하는 성막실(207)과, 미스트 발생원(204)으로부터 성막실(207)까지를 연결하는 석영제의 공급관(209)을 구비하고 있다.
(하지기판)
하지기판(210)으로서 직경 100mm(4인치)의 c면 사파이어기판을 준비하였다. 광간섭식의 플랫니스 테스터에 의해 TTV를 측정한 결과 16μm였다. 해당 기판을 성막실(207) 내에 재치하고, 히터(208)를 작동시켜 온도를 500℃로 승온하였다.
(갈륨을 포함하는 원료용액)
다음으로, 갈륨을 포함하는 원료용액의 제작을 행하였다. 용매는 초순수, 용질은 브롬화갈륨으로 하였다. 갈륨농도를 0.1mol/L로 하고, 이것을 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)으로 하였다.
(성막)
상기 서술한 바와 같이 하여 얻은 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트 발생원(204) 내에 수용하였다. 계속해서, 유량조절밸브(203a, 203b)를 열어 캐리어가스원(202a, 202b)으로부터 캐리어가스를 성막실(207) 내에 공급하고, 성막실(207)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량을 2L/분으로, 희석용 캐리어가스의 유량을 6L/분으로 각각 조절하였다. 캐리어가스로는 질소를 이용하였다.
다음으로, 초음파진동자(206)를 2.4MHz로 진동시키고, 그 진동을, 물(205a)을 통하여 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)에 전파시킴으로써, 갈륨을 포함하는 원료용액(204a)을 미스트화하여 미스트를 생성하였다. 이 미스트를, 캐리어가스에 의해 공급관(209)을 거쳐 성막실(207) 내에 도입하였다. 그리고, 대기압하, 500℃의 조건으로, 성막실(207) 내에서 미스트를 열반응시켜, 하지기판(210) 상에 산화갈륨의 박막을 형성하였다. 성막시간은 30분으로 하였다.
(평가)
하지기판(210) 상에 형성한 박막에 대하여, X선회절에 의해, α-Ga2O3이 형성되어 있는 것을 확인하였다. 이어서, AFM으로 막 표면의 제곱평균제곱근 거칠기RMS를 측정하였다. 이 결과 RMS는 8nm였다.
또한, 막두께를 필메트릭스사의 반사분광식 막두께계 F50으로 측정한 결과, 0.52μm였다.
(실시예 2, 3)
하지기판(210)으로서, TTV가 상이한 직경 100mm(4인치)의 c면 사파이어기판을 준비하였다. 구체적으로는, TTV가 3, 26μm인 기판을 준비하고, 이것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 각각 2, 8nm였다. 또한, 막두께는 각각 0.49, 0.51μm였다.
(비교예 1, 2)
하지기판(210)으로서, TTV가 41, 61μm인 직경 100mm(4인치)의 c면 사파이어기판을 준비하였다. 이것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 각각 245, 303nm였다. 또한, 막두께는 각각 0.47, 0.46μm였다.
(실시예 4)
성막시간을 60분으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과, 막두께는 1.1μm, RMS는 11nm였다.
(실시예 5)
성막시간을 480분으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과, 막두께는 8.5μm, RMS는 15nm였다.
(실시예 6)
실시예 1에 있어서, 기판 비성막면의 Ra를 0.41μm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 7nm였다. 또한, 막두께는 0.51μm였다.
(실시예 7)
실시예 1에 있어서, 기판 비성막면의 Wa를 47.7μm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 10nm였다. 또한, 막두께는 0.53μm였다.
(실시예 8)
실시예 1에 있어서, 히터 상에 구리판(스테이지)을 부설하고, 해당 구리판의 Ra를 0.45μm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 5nm였다. 또한, 막두께는 0.48μm였다.
(실시예 9)
실시예 1에 있어서, 히터 상에 구리판(스테이지)을 부설하고, 해당 구리판의 Wa를 48.2μm로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조건으로 성막, 평가를 행하였다. 이 결과 RMS는 6nm였다. 또한, 막두께는 0.50μm였다.
실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2를 정리한 그래프를 도 3에 나타낸다. 하지기판의 TTV가 30μm를 초과하면 결정성 산화물막의 표면의 RMS가 급격히 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 히터와의 열적 접촉의 악화, 및, 열저항의 증가가 원인으로 생각된다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (17)

  1. 적층구조체로서, 하지기판과, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 갖고, 상기 결정성 산화물막의 표면의 제곱평균제곱근 거칠기가 0.2μm 이하이고, 상기 하지기판의 직경이 50mm 이상이고, 상기 하지기판의 TTV가 30μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정성 산화물막은 단결정 또는 일축 배향한 막인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하지기판의 두께가 100~5000μm인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정성 산화물막의 막두께가 1~100μm인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하지기판이 단결정인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하지기판이 사파이어기판, 탄탈산리튬기판 또는 니오브산리튬기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층구조체의 결정성 산화물막을 갖는 면과 반대측의 면의 표면거칠기Ra가 0.5μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층구조체의 결정성 산화물막을 갖는 면과 반대측의 면의 기복Wa이 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 적층구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  10. 적층구조체의 제조방법으로서,
    미스트화부에 있어서, 갈륨을 포함하는 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트 발생공정과,
    상기 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 상기 미스트화부에 공급하는 캐리어가스 공급공정과,
    상기 미스트화부와 성막실을 접속하는 공급관을 개재하여, 상기 미스트화부로부터 하지기판이 설치된 상기 성막실로, 상기 미스트를 상기 캐리어가스에 의해 반송하는 반송공정과,
    상기 반송된 미스트를 열처리하여 상기 하지기판 상에 성막을 행하는 성막공정
    을 포함하고,
    상기 하지기판으로서 직경이 50mm 이상, TTV가 30μm 이하인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하지기판으로서 두께가 100~5000μm인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 하지기판으로서 단결정인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하지기판으로서 사파이어기판, 탄탈산리튬기판 또는 니오브산리튬기판 중 어느 하나인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하지기판의 성막면과 반대측의 면의 표면거칠기Ra를 0.5μm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하지기판의 성막면과 반대측의 면의 기복Wa을 50μm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막공정에 있어서는, 상기 하지기판은 스테이지에 재치되어 있고, 상기 스테이지에 있어서의 상기 하지기판과의 접촉면의 표면거칠기Ra를 0.5μm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막공정에 있어서는, 상기 하지기판은 스테이지에 재치되어 있고, 상기 스테이지에 있어서의 상기 하지기판과의 접촉면의 기복Wa을 50μm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 적층구조체의 제조방법.
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