KR20240063901A - 성막방법, 성막장치 및 결정성 산화물막 - Google Patents

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타케노리 와타베
히로시 하시가미
타카히로 사카츠메
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 가열하는 공정과, 가열한 상기 기판 상에 가열한 상기 노즐의 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 상기 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하고, 상기 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하는 상태로 성막을 행하는 성막방법이다. 이에 따라, 결정성이 우수하고, 대면적이며 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막, 이 결정성 산화물막을 성막하기 위한 성막방법 및 이 성막방법을 행하기 위한 성막장치를 제공한다.

Description

성막방법, 성막장치 및 결정성 산화물막
본 발명은, 성막방법, 성막장치 및 결정성 산화물막에 관한 것이다.
고내압, 저손실 및 고내열을 실현할 수 있는 차세대의 스위칭소자로서, 밴드갭이 큰 산화갈륨(Ga2O3)을 이용한 반도체장치가 주목받고 있고, 인버터 등의 전력용 반도체장치에 대한 적용이 기대되고 있다. 또한, 산화갈륨은 그 넓은 밴드갭으로부터, LED나 센서 등의 수발광장치로서의 폭넓은 응용도 기대되고 있다. 특히, 산화갈륨 중에서도 커런덤구조를 갖는 α-Ga2O3 등은, 인듐이나 알루미늄을 각각, 혹은 조합하여 혼정으로 함으로써 밴드갭을 제어하는 것이 가능하여, InAlGaO계 반도체로서 매우 매력적인 재료계통을 구성하고 있다. 여기서 InAlGaO계 반도체란, InXAlYGaZO3(0≤X≤2, 0≤Y≤2, 0≤Z≤2, X+Y+Z=1.5~2.5)을 나타내고, 산화갈륨을 내포하는 동일 재료계통으로서 부감할 수 있다.
그러나, 산화갈륨은 최안정상이 β갈리아구조이므로, 특수한 성막법을 이용하지 않으면, 준안정상인 커런덤구조의 결정막을 성막하는 것이 곤란하다. 예를 들어, 헤테로 에피택셜 성장 등에 결정성장조건이 제약되는 경우도 많고, 그 때문에, 전위밀도가 높아지는 경향이 있다. 또한, 커런덤구조의 결정막으로 한정되지 않고, 성막레이트나 결정품질의 향상, 크랙이나 이상성장의 억제, 트윈억제, 휨에 의한 기판의 균열 등에 있어서도 아직 수많은 과제가 존재하고 있다. 이러한 상황하, 현재, 커런덤구조를 갖는 결정성 반도체의 성막에 대하여, 몇 가지 검토가 이루어지고 있다.
특허문헌 1에는, 갈륨 또는 인듐의 브롬화물 또는 요오드화물을 이용하여, 미스트CVD법에 의해, 산화물 결정박막을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2~4에는, 커런덤형 결정구조를 갖는 하지기판 상에, 커런덤형 결정구조를 갖는 반도체층과, 커런덤형 결정구조를 갖는 절연막이 적층된 다층구조체가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 5~7에 기재되어 있는 바와 같이, ELO기판이나 보이드형성을 이용하여, 미스트CVD에 의한 성막도 검토되고 있다.
특허문헌 8에는, 적어도, 갈륨원료와 산소원료를 이용하여, 할라이드 기상성장법(HVPE법)에 의해 커런덤구조를 갖는 산화갈륨을 성막하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 9에는, 패턴형성된 기판을 이용하여 ELO결정성장을 행하고, 표면적은 9μm2 이상이며, 전이밀도가 5×106cm-2 이하인 결정막을 얻는 것이 기재되어 있다.
일본특허 제5397794호 공보 일본특허 제5343224호 공보 일본특허 제5397795호 공보 일본특허공개 2014-072533호 공보 일본특허공개 2016-100592호 공보 일본특허공개 2016-098166호 공보 일본특허공개 2016-100593호 공보 일본특허공개 2016-155714호 공보 일본특허공개 2019-034883호 공보 국제공개 제2021/065940호
그러나, 산화갈륨은 방열성에 문제가 있어, 방열성의 문제를 해소하려면, 예를 들어 산화갈륨의 막두께를 30μm 이하로 얇게 할 필요가 있는데, 연마공정이 번잡해지고, 비용이 높아진다는 문제가 있으며, 또한, 애초에, 연마에 의해 얇게 한 경우에는, 막두께분포를 유지한 채로 대면적의 산화갈륨막을 얻는 것이 곤란하다는 문제를 안고 있었다. 또한, 종형 디바이스에 적용한 경우의 직렬저항에 있어서도, 충분히 만족할 수 있는 것은 아니었다. 그 때문에, 파워반도체 디바이스로서 산화갈륨의 성능을 만족할 만큼 발휘하려면, 더욱 대면적이고 막두께분포가 좋은, 예를 들어 막두께 30μm 이하의 얇은 산화갈륨막을 얻는 것이 바람직하고, 이러한 결정막이 고대되고 있었다.
이 과제에 대하여, 특허문헌 10에서는, ELO마스크를 이용하여 막두께분포가 양호한 산화갈륨막을 얻는 방법이 개시되어 있는데, 해당 방법은 박리공정이나 연마공정이 필요하여 공정이 번잡하거나, 복잡한 공정 때문에 수율이 저하되는 것과 같은 문제가 있었다.
본 발명은, 결정성이 우수하고, 대면적이며 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막, 그러한 결정성 산화물막을 성막하기 위한 성막방법 및 이 성막방법을 행하기 위한 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것으로, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 가열하는 공정과, 가열한 상기 기판 상에 가열한 상기 노즐의 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 상기 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하고, 상기 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하는 상태로 성막을 행하는 성막방법을 제공한다.
이러한 성막방법에 따르면, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다.
이때, 상기 기판의 가열을, 기판재치부와 기판비재치부를 갖는 기판가열수단을 이용하여, 상기 기판재치부에 상기 기판을 재치해서 행하고, 상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판비재치부를 위치시켜, 상기 기판가열수단에 의해 상기 노즐의 가열을 행하는 성막방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 간략화된 성막장치를 사용할 수 있으므로, 비용적으로 유리해진다.
이때, 상기 노즐의 가열을, 상기 노즐에 마련한 노즐가열수단에 의해 행하는 성막방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 효율적으로 노즐을 가열할 수 있다.
본 발명은, 또한, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 성막용 부재를 가열하는 공정과, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에, 가열한 상기 성막용 부재가 존재하는 상태로 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에 상기 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 상기 성막용 부재의 가열을 행하는 성막방법을 제공한다.
이러한 성막방법에 따르면, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다.
이때, 상기 기판을 가열하는 공정에 있어서, 기판재치부와 기판비재치부를 갖는 기판가열수단을 이용하여, 상기 기판재치부에 상기 기판을 재치해서 기판의 가열을 행하고, 상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판비재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판비재치부 상에 상기 성막용 부재를 위치시켜, 상기 기판가열수단에 의해 상기 성막용 부재의 가열을 행하는 성막방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 간략화된 성막장치를 사용할 수 있으므로, 비용적으로 유리해진다.
이때, 상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 성막용 부재의 가열을, 상기 성막용 부재에 마련한 성막용 부재가열수단에 의해 행하는 성막방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 효율적으로 성막용 부재를 가열할 수 있다.
이때, 상기 성막용 부재는, 상기 기판에 상기 미스트를 공급하기 위한 노즐이며,
상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에 상기 노즐의 토출구가 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하는 성막방법으로 할 수 있다.
이에 따라, 보다 효과적으로 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다.
이때, 상기 기판으로서, 성막면의 면적이 100mm2 이상, 또는, 직경 2인치(50mm) 이상인 것, 나아가, 직경이 4인치(100mm)~8인치(200mm)인 것을 이용하는 성막방법으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 성막방법에 따르면, 이러한 대면적기판에 대해서도 막두께분포가 양호한 결정성 산화물막을 얻을 수 있다.
본 발명은, 또한, 상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 것이며, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향인, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐과, 상기 노즐의 상기 토출방향의 위치와 상기 토출방향 이외의 위치에 상기 기판재치부의 위치를 조정가능한 상기 노즐 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단을 구비하는 성막장치를 제공한다.
이러한 성막장치에 따르면, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 된다.
이때, 상기 기판가열수단은 추가로 기판비재치부를 구비하고, 상기 노즐 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단은, 상기 노즐의 상기 토출방향의 위치에 상기 기판비재치부의 위치를 조정가능한 것인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 장치의 구조가 간략화되고, 또한, 장치 자체가 소형화되어 풋프린트도 작아지므로, 비용적으로 유리한 것이 된다.
이때, 상기 노즐은, 이 노즐을 가열하기 위한 노즐가열수단을 구비하는 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 효율적이고 또한 자유도 높게 노즐을 가열할 수 있는 것이 된다.
본 발명은, 또한, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 성막용 부재와, 상기 성막용 부재의 위치를 상기 기판재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판재치부 상의 위치 이외의 위치에 조정가능한 위치조정수단을 구비하는 성막장치를 제공한다.
이러한 성막장치에 따르면, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 된다.
이때, 상기 기판가열수단은 추가로 기판비재치부를 구비하고, 상기 성막용 부재 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단은, 상기 성막용 부재의 위치를 상기 기판비재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판비재치부 상의 위치에 조정가능한 것인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 장치의 구조가 간략화되고, 또한, 장치 자체가 소형화되어 풋프린트도 작아지므로, 비용적으로 유리한 것이 된다.
이때, 상기 성막용 부재는, 이 성막용 부재를 가열하기 위한 성막용 부재가열수단을 구비하는 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 효율적이고 또한 자유도 높게 성막용 부재를 가열할 수 있는 것이 된다.
이때, 상기 성막용 부재는, 상기 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐 또는 공급된 미스트를 상기 기판 상에서 정류하기 위한 천판인 성막장치로 할 수 있다.
이에 따라, 보다 효과적으로 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 된다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 면 내 25점의 막두께에 대하여 하기 식(1)로 얻어지는 V값이 0.045 이하인 결정성 산화물막을 제공한다.
[수학식 1]
여기서, xi는 i번째(i=1~25)의 측정값이다.
이러한 결정성 산화물막은, 막두께분포가 양호하고, 파워반도체 디바이스로 했을 때에는 결정성 산화물막의 성능을 만족할 만큼 발휘할 수 있고, 또한, 성능의 편차를 억제할 수 있는 것이 된다.
이때, 상기 V값이 0.041 이하인 결정성 산화물막으로 할 수 있다.
이에 따라, 막두께분포는 보다 양호해지고, 파워반도체 디바이스로 했을 때의 성능의 편차를 보다 억제할 수 있는 것이 된다.
이때, 직경이 4인치(100mm)~8인치(200mm)인 기판과 이 기판 상에 마련된 상기 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체로 할 수 있다.
이러한 대면적의 결정성 산화물막의 막두께분포가 양호한 적층구조체는, 파워반도체 디바이스로 했을 때에는 결정성 산화물막의 성능을 만족할 만큼 발휘할 수 있고, 또한, 성능의 편차를 억제할 수 있는 것이 된다.
이때, 상기 적층구조체로부터 제조된 반도체장치만을 2 이상 포함하는 제품로트로서, 그 내압수율이 75% 이상인 것인 반도체장치의 제품로트로 할 수 있다.
이러한 제품로트는, 고수율인 것이다.
본 발명은, 또한, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정과, 상기 미스트를 상기 기판으로 유도하여 결정성 산화물막의 성막을 행하고, 성막 후의 상기 미스트를 배기하는 공정을 포함하고, 상기 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판을 경유하는 일 없이 배기하는 성막방법을 제공한다.
이러한 성막방법에 따르면, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다.
본 발명은, 또한, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 상기 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐과, 성막 후의 상기 미스트를 배기하기 위한 배기수단을 갖고, 상기 배기수단은, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판재치부를 경유하는 일 없이 배기하는 기구를 갖는 것인 성막장치를 제공한다.
이러한 성막장치에 따르면, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 된다.
이상과 같이, 본 발명의 성막방법에 따르면, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 성막하는 것이 가능해진다. 본 발명의 성막장치에 따르면, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 된다. 본 발명의 결정성 산화물막에 따르면, 막두께분포가 양호하며, 파워반도체 디바이스로 했을 때에는 결정성 산화물막의 성능을 만족할 만큼 발휘할 수 있고, 또한, 성능의 편차를 억제할 수 있는 것이 된다.
도 1은 노즐가열시의 제1의 예를 나타낸다.
도 2는 노즐가열시의 제2의 예를 나타낸다.
도 3은 노즐가열시의 제3의 예를 나타낸다.
도 4는 노즐가열시의 제4의 예를 나타낸다.
도 5는 미스트CVD법에 의해 성막을 행하는 성막장치의 개략을 나타낸다.
도 6은 성막장치에 있어서의 미스트화부의 일례를 설명하는 도면을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체장치의 일례를 나타내는 개략구성도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 서술한 바와 같이, 결정성이 우수하고, 대면적이며 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막, 그러한 결정성 산화물막을 성막하기 위한 성막방법 및 이 성막방법을 행하기 위한 제조장치를 제공하는 것이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 가열하는 공정과, 가열한 상기 기판 상에 가열한 상기 노즐의 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 상기 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하고, 상기 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하는 상태로 성막을 행하는 성막방법에 의해, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자들은, 또한 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 성막용 부재를 가열하는 공정과, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에, 가열한 상기 성막용 부재가 존재하는 상태로 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에 상기 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 상기 성막용 부재의 가열을 행하는 성막방법에 의해, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자들은, 또한, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향인, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐과, 상기 노즐의 상기 토출방향의 위치와 상기 토출방향 이외의 위치에 상기 기판재치부의 위치를 조정가능한 상기 노즐 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단을 구비하는 성막장치에 의해, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자들은, 또한, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 성막용 부재와, 상기 성막용 부재의 위치를 상기 기판재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판재치부 상의 위치 이외의 위치에 조정가능한 위치조정수단을 구비하는 성막장치에 의해, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자들은, 또한, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 면 내 25점의 막두께에 대하여 하기 식(1)로 얻어지는 V값이 0.045 이하인 결정성 산화물막에 의해, 막두께분포가 양호하며, 파워반도체 디바이스로 했을 때에는 결정성 산화물막의 성능을 만족할 만큼 발휘할 수 있고, 또한, 성능의 편차를 억제할 수 있는 것이 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
[수학식 2]
여기서, xi는 i번째(i=1~25)의 측정값이다.
본 발명자들은, 또한, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정과, 상기 미스트를 상기 기판으로 유도하여 결정성 산화물막의 성막을 행하고, 성막 후의 상기 미스트를 배기하는 공정을 포함하고, 상기 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판을 경유하는 일 없이 배기하는 성막방법에 의해, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명자들은, 또한, 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 상기 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐과, 성막 후의 상기 미스트를 배기하기 위한 배기수단을 갖고, 상기 배기수단은, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판재치부를 경유하는 일 없이 배기하는 기구를 갖는 것인 성막장치에 의해, 상기 서술한 성막방법을 실시할 수 있는 것이며, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 얻을 수 있는 성막장치가 되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
(결정성 산화물막)
우선, 본 발명에 따른 결정성 산화물막에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 결정성 산화물막은, 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 면 내 25점의 막두께에 대하여 하기 식(1)로 얻어지는 V값이 0.045 이하인 결정성 산화물막이다.
[수학식 3]
여기서, xi는 i번째(i=1~25)의 측정값이다.
이러한 본 발명에 따른 결정성 산화물막은, 막두께분포가 양호하며, 파워반도체 디바이스로 했을 때에는 결정성 산화물막의 성능을 만족할 만큼 발휘할 수 있고, 또한, 성능의 편차를 억제할 수 있는 것이다. 이하의 설명에서는, 「산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막」을 간단히 「결정성 산화물막」이라고 하기도 한다.
일반적으로 결정성 산화물막은 금속과 산소로 구성되는데, 본 발명에 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, 주석, 이리듐, 로듐, 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 이하인 저농도로 해도, 약 1×1020/cm3 이상의 고농도로 해도 된다.
결정성 산화물막의 결정구조는 특별히 한정되지 않고, β갈리아구조일 수도 있고, 커런덤구조일 수도 있고, 직방정일 수도 있다. 복수의 결정구조가 혼재되어 있어도, 다결정이어도 상관없으나, 단결정 또는 1축배향한 막인 것이 바람직하다. 단결정 또는 1축배향한 막인 것은, X선회절장치나 전자선회절장치 등으로 확인할 수 있다. 막에 X선이나 전자선을 조사하면 결정구조에 따른 회절상이 얻어지는데, 1축배향하고 있으면 특정한 피크만이 출현한다. 이에 따라, 1축배향하고 있다고 판단할 수 있다.
결정성 산화물막의 막두께는 특별히 한정되지 않으나, 0.1μm 이상인 것이 바람직하다. 상한값은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 100μm 이하일 수 있고, 바람직하게는 50μm 이하이며, 보다 바람직하게는 30μm 이하로 할 수 있다. 막두께는, 촉침식의 단차계나, 반사분광식의 막두께계, 엘립소미터, 단면을 SEM이나 TEM으로 관찰하는 등의 방법으로 측정할 수 있고, 어느 방법이어도 된다. 본 발명에 따른 결정성 산화물막에 있어서는, 결정성 산화물막의 면 내의 25점을 막두께 측정했을 때의 V값이 0.045 이하이다. 여기서, V값은, 다음의 식(1)로 정의되는 무차원량이다.
[수학식 4]
한편, xi는 i번째(i=1~25)의 측정값이다.
V값이 작을수록 막두께편차가 작은 것을 나타낸다. 이 때문에, V값은 0.041 이하인 것이 바람직하다. V값이 0.041 이하인 결정성 산화물막이면, 막두께분포가 보다 양호해지고, 파워반도체 디바이스로 했을 때의 성능의 편차를 보다 유효하게 억제할 수 있는 것이 되므로 바람직하다. 이러한 결정성 산화물막은, 후술하는 미스트CVD장치(성막장치)를 이용한 미스트CVD법에 의해 성막함으로써 얻을 수 있다. 한편, V값의 하한은 0 이상이다.
(적층구조체)
본 발명에 따른 적층구조체(210)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 적어도 기판(110) 상에 결정성 산화물막(203)을 마련한 것으로 할 수 있다. 결정성 산화물막(203)은 단층일 수도, 도 7에 나타낸 바와 같이 복수층일 수도 있다. 또한, 이때의 기판으로는, 직경이 4인치(100mm)~8인치(200mm)인 기판으로 할 수 있다. 이렇게 함으로써, 대면적이고 막두께분포가 우수하며, 반도체장치에 적용한 경우에 반도체특성은 우수한 것이 된다. 즉, 이러한 적층구조체로부터 파워반도체 디바이스 등의 반도체장치를 제조할 때, 해당 반도체장치를 2 이상 포함하는 제품로트는, 그의 내압수율을 75% 이상으로 할 수 있다.
기판(110)과 결정성 산화물막(203)의 사이에는 별도의 층이 개재해도 상관없다. 별도의 층이란, 기판 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.
(기판)
본 발명에 따른 결정성 산화물을 포함하는 적층구조체나 본 발명에 따른 성막방법으로 이용하는 기판은, 상기의 결정성 산화물막의 지지체가 되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 재료는 특별히 한정되지 않고, 공지의 기판을 이용할 수 있고, 유기 화합물이어도 되고, 무기 화합물이어도 된다. 예를 들어, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 불소 수지, 철이나 알루미늄, 스테인레스강, 금 등의 금속, 석영, 유리, 탄산칼슘, 산화갈륨, ZnO 등을 들 수 있다. 이들에 더하여, 실리콘, 사파이어나, 탄탈산리튬, 니오븀산리튬, SiC, GaN, 산화철, 산화크롬, 등의 단결정기판을 들 수 있고, 본 발명에 따른 적층구조체에 있어서는 이상과 같은 단결정기판이 바람직하다. 이들에 의해, 보다 양질의 결정성 산화물막을 얻을 수 있다. 특히, 사파이어기판, 탄탈산리튬기판, 니오븀산리튬기판은 비교적 저렴하며, 공업적으로 유리하다.
기판의 두께는 100~5000μm인 것이 바람직하다. 이러한 범위인 것이면, 핸들링이 용이하며, 또한, 성막시에 열저항을 억제할 수 있으므로 양질의 막이 얻어지기 쉬워진다.
기판의 크기에 특별히 제한은 없으나, 기판의 면적이 100mm2 이상, 또는, 직경 2인치(50mm) 이상인 것이면, 결정성이 양호한 대면적의 막이 얻어져 바람직하다. 기판의 면적의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 100000mm2 이하로 할 수 있다. 나아가, 기판의 직경을 4인치(100mm)~8인치(200mm)로 하면, 얻어진 적층구조체에 대하여, 기존의 가공장치를 이용한 가공이 실시하기 쉬워지고, 반도체장치 제조시에 공업적으로 유리해진다.
(반도체장치의 구성예)
본 발명에 따른 적층구조체(210)를 이용한 반도체장치(200)의 호적한 예를 도 7에 나타낸다. 도 7의 예에서는, 기판(110) 상에 결정성 산화물막(203)이 형성되어 있다. 결정성 산화물막(203)은, 기판(110)측으로부터 차례로 절연성 박막(203a)과 도전성 박막(203b)이 적층되어 구성되어 있다. 도전성 박막(203b) 상에 게이트절연막(205)이 형성되어 있다. 게이트절연막(205) 상에는 게이트전극(207)이 형성되어 있다. 또한, 도전성 박막(203b) 상에는, 게이트전극(207)을 끼우도록, 소스·드레인전극(209)이 형성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 게이트전극(207)에 인가하는 게이트전압에 의해, 도전성 박막(203b)에 형성되는 공핍층의 제어가 가능해지고, 트랜지스터 동작(FET디바이스)이 가능해진다.
본 발명에 따른 적층구조체를 이용하여 형성되는 반도체장치로는, MIS나 HEMT, IGBT 등의 트랜지스터나 TFT, 반도체-금속접합을 이용한 쇼트키 배리어 다이오드(SBD), 다른 P층과 조합한 PN 또는 PIN다이오드, 수발광소자를 들 수 있다. 본 발명에 따른 적층구조체는, 이들 디바이스의 특성 향상에 유용하다.
상기 서술한 바와 같은 본 발명에 따른 결정성 산화물막이나 적층구조체는, 미스트CVD법으로 제작하는 것이 가능하다. 이하에, 본 발명에 따른 결정성 산화물막이나 적층구조체의 제조에 호적한 성막장치, 성막방법을 설명한다. 여기서, 본 발명에서 말하는 미스트란, 기체 중에 분산한 액체의 미립자의 총칭을 가리키고, 안개, 액적 등이라 불리는 것을 포함한다. 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
[성막장치]
(제1의 성막장치)
우선, 본 발명에 따른 성막장치의 제1의 예에 대하여 설명한다. 도 5에 미스트CVD법에 의해 성막을 행하는 성막장치(101)의 개략을 나타낸다. 성막장치(101)는, 원료용액(104a)을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트화부(120)와, 미스트를 반송하는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스공급부(130)와, 미스트화부(120)와 성막실(107)을 접속하고, 캐리어가스에 의해 미스트가 반송되는 공급관(109)과, 해당 미스트를 열처리하여, 기판(110) 상에 성막을 행하는 성막실(107), 그리고, 공급관(109)으로부터 캐리어가스와 함께 공급된 미스트를 기판 상에 분출시키는 노즐(150)을 적어도 갖고 있다.
(미스트화부)
미스트화부(120)에서는, 원료용액(104a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다. 미스트화수단은, 원료용액(104a)을 미스트화만 할 수 있으면 특별히 한정되지 않고, 공지의 미스트화수단일 수 있는데, 초음파진동에 의한 미스트화수단을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 안정되게 미스트화할 수 있기 때문이다.
이러한 미스트화부(120)의 일례를 도 6에 나타낸다. 미스트화부(120)는, 원료용액(104a)이 수용되는 미스트발생원(104)과, 초음파진동을 전달가능한 매체, 예를 들어 물(105a)이 들어 있는 용기(105)와, 용기(105)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(106)를 포함할 수도 있다. 상세하게는, 원료용액(104a)이 수용되어 있는 용기로 이루어지는 미스트발생원(104)이, 물(105a)이 수용되어 있는 용기(105)에, 지지체(도시하지 않음)를 이용하여 수납될 수 있다. 용기(105)의 바닥부에는, 초음파진동자(106)가 구비되어 있을 수도 있고, 초음파진동자(106)와 발진기(116)가 접속되어 있을 수도 있다. 그리고, 발진기(116)를 작동시키면 초음파진동자(106)가 진동하고, 물(105a)을 개재하여 미스트발생원(104) 내에 초음파가 전파되고, 원료용액(104a)이 미스트화하도록 구성될 수 있다.
(원료용액)
원료용액(104a)은 미스트화가 가능하면 용액에 포함되는 재료는 특별히 한정되지 않고, 무기재료여도, 유기재료여도 된다. 금속 또는 금속 화합물이 호적하게 이용되고, 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, 아세틸아세토네이트착체, 카르보닐착체, 암민착체, 하이드라이드착체 등을 들 수 있다. 전술한 염의 용액에 아세틸아세톤을 혼합함으로써도, 아세틸아세토네이트착체를 형성할 수 있다. 원료용액(104a) 중의 금속농도는 특별히 한정되지 않고, 0.005~1mol/L 등으로 할 수 있다.
원료용액에는, 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 유기과산화물 등을 들 수 있다.
원료용액에는, 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.
(캐리어가스공급부)
도 5에 나타낸 바와 같이, 캐리어가스공급부(130)는 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(102a)을 갖는다. 이때, 캐리어가스원(102a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(103a)를 구비하고 있을 수도 있다. 또한, 필요에 따라 희석용 캐리어가스를 공급하는 희석용 캐리어가스원(102b)이나, 희석용 캐리어가스원(102b)으로부터 송출되는 희석용 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(103b)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, 제2의 캐리어가스로서, 제1의 캐리어가스와 동일한 가스를 그 이외의 가스로 희석한(예를 들어 10배로 희석한) 희석 가스 등을 추가로 이용해도 되고, 공기를 이용할 수도 있다.
(공급관)
성막장치(101)는, 미스트화부(120)와 성막실(107)을 접속하는 공급관(109)을 갖는다. 이 경우, 미스트는, 미스트화부(120)의 미스트발생원(104)으로부터 공급관(109)을 개재하여 캐리어가스에 의해 반송되고, 성막실(107) 내에 공급된다. 공급관(109)은, 예를 들어, 석영관이나 유리관, 수지제의 튜브 등을 사용할 수 있다.
(성막실)
성막실(107) 내에는 기판(110)이 설치되어 있고, 기판(110)을 기판재치부에 재치하여 가열하기 위한 히터 등의 기판가열수단(108)을 구비하고 있다. 이하, 기판가열수단(108)에 있어서 기판이 재치되는 영역을 「기판재치부」라고 한다. 또한, 후술의 「기판비재치부」란, 기판가열수단 중 기판이 재치되어 있지 않은 영역을 나타낸다. 예를 들어, 기판보다 기판가열수단의 기판재치면이 크면, 기판가열수단은 「기판재치부」와 「기판비재치부」를 갖게 된다(도 1, 2 참조). 기판가열수단의 기판재치면의 크기가 기판과 동일한(또는 그 이하) 경우와 같이, 기판가열수단은 「기판비재치부」를 갖지 않는 경우도 있다(도 3, 4 참조).
기판가열수단(108)은, 도 5에 나타내는 바와 같이 성막실(107)의 외부에 마련되어 있을 수도 있고, 성막실(107)의 내부에 마련되어 있을 수도 있다. 또한, 성막실(107) 내에는, 공급관(109)으로부터 공급된 원료용액을 포함하는 미스트를, 캐리어가스와 함께 기판(110)을 향하여 분출하기 위한 노즐(150)을 갖는다. 성막시의 노즐(150)의 토출방향은, 기판(110)의 표면에 대하여 수직방향이다.
그리고 본 발명에 따른 성막장치는, 노즐(150)의 토출방향의 위치와 토출방향 이외의 위치에 기판재치부의 위치를 조정가능한 노즐 및/또는 기판가열수단의 위치조정수단을 구비하고 있다. 이와 같이, 노즐(150)의 토출방향의 위치에 대하여 기판재치부의 위치가 조정가능한 것이면, 후술하는 성막방법과 같이 노즐을 가열할 때의 기판에 대한 악영향을 억제할 수 있다.
도 1-4에 노즐가열의 예를 나타낸다. 도 1, 3에 나타내는 예는 노즐의 위치조정수단(170)을 구비한 것이며, 노즐을 가열한 후에, 노즐을 기판(110)(기판재치부(111A)) 상에 이동시키고, 노즐의 토출방향으로 기판을 존재하는 상태로 할 수 있는 것이다. 한편, 노즐의 위치조정수단(170)은 도 1, 3에 예시하는 바와 같은 기판에 대하여 평행이동시키는 것으로 한정되지 않고, 노즐의 각도를 기울이는 기구일 수도 있다.
도 2, 도 4에 나타내는 예는, 기판가열수단(108)의 위치조정수단(180)을 구비한 것이며, 노즐을 가열한 후에, 기판(110)(기판재치부(111A))을 노즐 아래(토출방향)로 이동시키고, 노즐의 토출방향으로 기판을 존재하는 상태로 할 수 있는 것이다.
또한, 도 1, 2에 나타내는 예에서는, 기판가열수단(108)이, 기판재치부(111A)와 기판비재치부(111B)를 갖고 있다. 이때, 노즐의 위치조정수단(170) 및/또는 기판가열수단의 위치조정수단(180)이, 노즐의 토출방향의 위치에 기판비재치부(111B)의 위치를 조정가능한 것이 바람직하다. 이러한 장치이면, 장치의 구조가 간략화되고, 또한, 장치 자체가 소형화되어 풋프린트도 작아지므로, 비용적으로 유리한 것이 됨과 함께, 기판가열수단에 의해 노즐의 가열을 효율적으로 행할 수 있는 것이 된다.
또한, 도 3, 4에 나타내는 예는, 노즐을 가열하기 위한 노즐가열수단(151)이, 노즐(150)에 마련되어 있다. 이에 따라, 기판과 독립하여 노즐의 가열·온조가 가능하므로 자유도가 높아지고, 보다 효율적으로 노즐을 가열·온조할 수 있는 성막장치가 된다.
한편, 도 1, 2에 기재된 성막장치에 있어서, 노즐(150)에 노즐가열수단(151)이 마련되어 있을 수도 있다. 또한, 도 3, 4에 기재된 성막장치에 있어서, 기판가열수단(108)이, 기판재치부(111A)와 기판비재치부(111B)를 갖는 것일 수도 있다. 이 경우, 노즐의 가열을 더욱 효율적으로 행할 수 있는 것이 된다.
또한, 성막실(107)에는, 기판(110)에의 미스트의 공급에 영향을 미치지 않는 위치에, 배기가스의 배기구(112)가 마련될 수도 있다. 또한, 기판(110)을 성막실(107)의 상면에 설치하는 등 하여, 페이스다운으로 할 수도 있고, 기판(110)을 성막실(107)의 바닥면에 설치하여, 페이스업으로 할 수도 있다. 기판(110)을 설치하는 기판가열수단의 표면의 수평면에 대한 각도도 특별히 한정되지 않는다. 기판의 설치각도에 따라 노즐의 토출방향을 조정하면 된다.
(제2의 성막장치)
다음에, 본 발명에 따른 성막장치의 제2의 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1의 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다. 미스트CVD법을 행하는 성막장치의 제2의 예는, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 성막용 부재와, 성막용 부재의 위치를 기판재치부의 표면의 법선방향의 기판재치부 상의 위치 이외의 위치에 조정가능한 위치조정수단을 구비하는 것이다. 이와 같이, 노즐(150)이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 위치에 대하여 기판재치부의 위치가 조정가능한 것이면, 후술하는 성막방법과 같이 성막용 부재를 가열할 때의 기판에 대한 악영향을 억제할 수 있다.
상기의 기판가열수단은 추가로 기판비재치부를 구비할 수 있다. 그리고, 성막용 부재 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단은, 성막용 부재의 위치를 기판비재치부의 표면의 법선방향의 기판비재치부 상의 위치에 조정가능한 것이 바람직하다.
한편, 성막용 부재의 위치가 기판비재치부의 표면의 법선방향의 기판비재치부 상의 위치에 있다란, 기판비재치부가 법선방향으로 뻗은 공간에 성막용 부재가 존재(위치)하는 것을 의미한다. 기판재치부가 법선방향으로 뻗은 공간에 성막용 부재가 존재(위치)할 때는, 성막용 부재의 위치가 기판재치부의 표면의 법선방향의 기판재치부 상의 위치에 있다고 할 수 있다.
성막용 부재는, 성막용 부재를 가열하기 위한 성막용 부재 가열수단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재에 히터 등의 가열수단을 탑재하는 등 하여 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재 단독으로 온조를 행하는 것이 가능하다.
성막용 부재는 성막장치 중에서 성막시에 이용하는 부재이면 특별히 한정되지 않으나, 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐이나 공급된 미스트를 상기 기판 상에서 정류하기 위한 천판을 들 수 있다.
(제3의 성막장치)
다음에, 본 발명에 따른 성막장치의 제3의 예에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1의 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다. 미스트CVD법을 행하는 성막장치의 제3의 예는, 기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과, 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐과, 성막 후의 미스트를 배기하기 위한 배기수단을 갖고, 배기수단이, 노즐로부터 배출되는 배출물을, 기판재치부를 경유하는 일 없이 배기하는 기구를 갖는 것이다. 상기 서술한 바와 같이, 성막실(107)에는, 기판(110)에의 미스트의 공급에 영향을 미치지 않는 위치에, 배기가스의 배기구(112)가 마련되어 있다. 제3의 예의 성막장치는, 예를 들어 상기 서술한 바와 같이 노즐(150)이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재와 기판재치부의 상대적인 위치를 조정가능한 성막용 부재 및/또는 기판가열수단의 위치조정수단을 구비함으로써, 배기수단이, 노즐로부터 배출되는 배출물을, 기판재치부를 경유하는 일 없이 배기하는 것이 가능한 기구가 되므로, 후술하는 성막방법과 같이 성막용 부재를 가열할 때의 기판에 대한 악영향을 억제할 수 있는 것이 된다.
[성막방법]
(제1의 성막방법)
다음에, 이하, 도 1-6을 참조하면서, 본 발명에 따른 성막방법의 제1의 예를 설명한다. 본 발명에 따른 성막방법은, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 가열하는 공정과, 가열한 기판 상에 가열한 노즐의 토출방향이 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하지 않는 상태로 노즐의 가열을 행하고, 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정에 있어서, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하는 상태로 성막을 행하는 방법이다.
(기판가열공정)
전술의 원료용액(104a)을 미스트발생원(104) 내에 수용하고, 기판(110)을 성막실(107) 내에 재치하고, 히터(108)를 작동시켜, 기판을 가열·승온해서 소정의 온도로 한다.
(노즐가열공정)
또한, 노즐(150)의 가열을 행한다. 성막 중에 노즐의 온도가 변화하면, 이상성장이 발생하거나 하기 때문이다. 노즐의 가열방법은 특별히 한정되지 않고, 상기 서술한 성막장치에서 설명한 바와 같이, 노즐에 히터 등의 노즐가열수단(151)을 탑재하는 등 하여 노즐 단독으로 온조를 행할 수도 있고, 기판가열수단(108)으로 노즐의 온도가 안정될 때까지 가열할 수도 있다. 노즐에 마련한 노즐가열수단에 의해 노즐의 가열을 행하는 경우에는, 효율적으로 노즐을 가열할 수 있다.
여기서, 노즐을 가열할 때의 노즐(150)과 기판의 위치관계는, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하지 않는 상태로 한다. 노즐가열시에 노즐의 토출방향으로 기판을 존재시키면, 기판 상에 의도하지 않은 막이 성장하고, 막두께분포나 결정성이 매우 악화되기 때문이다. 원인은 정확하지 않으나, 노즐이나 배관 내에 잔류한 미스트나 액적이 가열에 의해 증발하는 등 하여 이것이 기판에 부착되어 있다고 생각된다.
노즐의 가열이 종료되고 나서 기판을 재치하는 것도 생각되는데, 성막실의 개폐 등에 의한 온도변화의 영향이 우려되므로 바람직하지 않다. 이 때문에 본 발명에 따른 성막방법에서는, 기판가열수단이나 노즐에 위치조정수단을 마련하는 등의 방법에 의해 상기 문제를 해소할 수 있다.
성막 전의 노즐을 가열하는 방법의 예를 도 1~4를 참조하면서 설명한다. 모두, 노즐(150)의 토출방향으로 기판이 존재하지 않는 상태로 하고 있다.
상기와 같이, 노즐의 가열은, 기판가열수단을 이용하여 행할 수 있다. 기판가열수단(108)으로 노즐의 온도가 안정될 때까지 가열하는 것으로 하면, 성막장치의 구조가 간략화되고, 또한, 장치 자체가 소형화되어 풋프린트도 작아지므로, 비용적으로 유리하다. 이때, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판재치부(111A)와 기판비재치부(111B)를 갖는 기판가열수단(108)을 이용하여, 기판재치부(111A)에 기판을 재치하고, 노즐의 토출방향으로 기판비재치부(111B)를 위치시키도록 하여, 기판가열수단(108)에 의해 노즐(150)의 가열을 행하는 것이 바람직하다. 비용적으로 유리함과 함께, 보다 효율적인 노즐의 가열을 행할 수 있다.
또한, 노즐의 가열은, 도 3, 도 4에 나타낸 바와 같이 노즐(150)에 마련한 노즐가열수단(151)에 의해 행할 수도 있다. 이 경우, 보다 효율적으로 노즐을 가열·온조할 수 있다. 한편, 노즐의 가열을 노즐가열수단(151)에 의해 행하는 경우에도, 더욱 기판재치부(111A)와 기판비재치부(111B)를 갖는 기판가열수단(108)을 사용하는 것도 가능하다.
도 1, 도 3의 예에서는, 노즐을 가열한 후에, 노즐의 위치조정수단(170)에 의해, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하는 상태가 되도록 노즐을 기판 상에 이동시킨다. 도 2, 도 4는, 노즐을 가열한 후에, 기판가열수단의 위치조정수단(180)에 의해, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하는 상태가 되도록 기판을 노즐 아래로 이동시킨다.
노즐온도는, 예를 들어 50~250℃로 할 수 있다. 한편, 성막반응은 기판주위의 환경의 온도에도 의존한다. 따라서, 노즐뿐만 아니라, 성막실의 내벽의 온도도 실온보다도 높게 하는 것이 바람직하다.
(성막공정 등)
노즐의 온도가 안정되면, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하는 상태가 되도록 노즐 또는 기판(기판가열수단)을 이동하여 성막공정을 행한다.
미스트CVD법에 의한 성막에서는, 일반적인 공정으로서 이하의 공정이 포함된다. 즉, 미스트화부에 있어서, 갈륨을 포함하는 원료용액을 미스트화하여 미스트를 발생시키는 미스트발생공정과, 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 미스트화부에 공급하는 캐리어가스공급공정과, 미스트화부와 성막실을 접속하는 공급관을 개재하여, 미스트화부로부터 성막실로, 미스트를 상기 캐리어가스에 의해 반송하는 반송공정과, 반송된 미스트를 열처리하여 기판 상에 성막을 행하는 성막공정이다. 이하에 설명한다.
우선, 유량조절밸브(103a, 103b)를 열어 캐리어가스원(102a, 102b)으로부터 캐리어가스를 성막실(107) 내에 공급하고, 성막실(107)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량과 희석용 캐리어가스의 유량을 각각 조절한다. 캐리어가스의 유량은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 2인치의 기판 상에 성막하는 경우에는, 캐리어가스의 유량은 0.05~50L/분으로 하는 것이 바람직하고, 5~20L/분으로 하는 것이 보다 바람직하다.
다음에, 미스트발생공정으로서, 초음파진동자(106)를 진동시키고, 그 진동을, 물(105a)을 통하여 원료용액(104a)에 전파시킴으로써, 원료용액(104a)을 미스트화하여 미스트를 발생시킨다.
다음에, 캐리어가스공급공정으로서, 미스트를 반송하기 위한 캐리어가스를 미스트화부(120)에 공급한다.
다음에, 반송공정으로서, 미스트화부(120)와 성막실(107)을 접속하는 공급관(109)을 개재하여, 미스트화부(120)로부터 성막실(107)로, 미스트를 캐리어가스에 의해 반송한다.
다음에, 성막공정으로서, 공급관(109)으로부터 공급된 미스트는 성막실(107) 내의 배관을 통과하여, 노즐(150)로부터 기판(110)을 향하여 캐리어가스와 함께 원료용액을 포함하는 미스트를 토출하여 공급한다. 성막실(107)에 반송된 미스트를 가열하고 열반응을 발생시켜, 기판(110)의 표면의 일부 또는 전부에 성막을 행한다.
이때, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가열한 기판 상에, 가열한 노즐의 토출방향이 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행한다. 또한, 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하는 상태로 한다. 이와 같이, 노즐을 가열할 때와 성막을 행할 때의 노즐과 기판의 위치관계를 조정함으로써, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다. 특히, 상기 서술한 바와 같은, 면 내 25점의 막두께에 대하여 상기 식(1)로 얻어지는 V값이 0.045 이하인 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 제작할 수 있다.
열반응은, 가열에 의해 미스트에 포함되는 갈륨 등의 반응을 진행할 필요가 있다. 이 때문에, 반응시의 기판 표면의 온도는 적어도 400℃ 이상일 필요가 있다. 미스트CVD법은, 다른 CVD법과 달리, 원료를 액체의 상태로 기판 표면까지 도달시킬 필요가 있다. 이 때문에, 기판 표면의 온도는 크게 저하된다. 따라서, 반응시의 기판 표면의 온도는, 장치의 설정의 온도와는 상이하다. 반응시에도 기판 표면의 온도를 측정할 수 있는 것이 바람직하나, 이것이 곤란한 경우는, 캐리어가스만을 도입하거나, 용질을 포함하지 않는 물 미스트를 도입하거나 하는 등 하여, 반응의 모습을 모의적으로 만들어 온도를 측정하여 대용할 수 있다.
한편, 열반응은, 진공하, 비산소분위기하, 환원가스분위기하, 공기분위기하 및 산소분위기하의 어느 분위기하에서 행해져도 되고, 성막물에 따라 적당히 설정하면 된다. 또한, 반응압력은, 대기압하, 가압하 또는 감압하의 어느 조건하에서 행해져도 되는데, 대기압하의 성막이면, 장치구성을 간략화할 수 있으므로 바람직하다.
(버퍼층의 형성)
상기 서술한 바와 같이, 기판과 결정성 산화물막의 사이에 적당히 버퍼층을 마련해도 된다. 버퍼층의 형성방법은 특별히 한정되지 않고, 스퍼터법, 증착법 등 공지의 방법에 의해 성막할 수 있는데, 상기와 같은 미스트CVD법을 이용하는 경우는, 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, 아세틸아세토네이트착체, 카르보닐착체, 암민착체, 하이드라이드착체 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/L이 바람직하고, 용해온도는 20℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 다른 조건에 대해서도, 상기와 동일하게 함으로써 버퍼층을 형성하는 것이 가능하다. 버퍼층을 소정의 두께 성막한 후, 본 발명에 따른 성막방법에 의해 결정성 산화물막의 성막을 행한다.
(열처리)
또한, 본 발명에 따른 성막방법으로 얻어진 막을, 200~600℃에서 열처리해도 된다. 이에 따라, 막 중의 미반응종 등이 제거되고, 보다 고품질의 결정성 산화물막을 얻을 수 있다. 열처리는, 공기 중, 산소분위기 중에서 행할 수도 있고, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스분위기하에서 행해도 상관없다. 열처리시간은 적당히 결정되는데, 예를 들어, 5~240분으로 할 수 있다.
(박리)
기판과 결정성 산화물막을 포함하는 적층구조체를 얻은 후에, 결정성 산화물막을 기판으로부터 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. 박리함으로써, 결정성 산화물막을 자립막으로서 얻을 수 있다.
(제2의 성막방법)
다음에, 본 발명에 따른 성막방법의 제2의 예에 대하여 설명한다. 제2의 예에서는, 기판을 가열하는 공정과, 성막용 부재를 가열하는 공정과, 기판의 표면의 법선방향의 기판 상에, 가열한 성막용 부재가 존재하는 상태로 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고, 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 기판의 표면의 법선방향의 기판 상에 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 성막용 부재의 가열을 행하는, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법이다. 이하의 설명에서는, 제1의 성막방법의 예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
(성막용 부재를 가열하는 공정)
성막용 부재를 가열하는 공정에서는, 노즐(150)이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 가열을 행한다. 성막 중에 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 온도가 변화하면, 이상성장이 발생하거나 하기 때문이다. 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 가열방법은 특별히 한정되지 않고, 상기 서술한 성막장치에서 설명한 바와 같이, 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재에 히터 등의 가열수단을 탑재하는 등 하여 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재 단독으로 온조를 행할 수도 있고, 기판가열수단(108)으로 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 온도가 안정될 때까지 가열할 수도 있다. 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재에 마련한 가열수단에 의해 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 가열을 행하는 경우에는, 효율적으로 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재를 가열할 수 있다.
여기서, 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재를 가열할 때의 노즐(150)이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재와 기판의 위치관계는, 기판의 표면의 법선방향의 기판 상에 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 한다. 환언하면, 기판이 법선방향으로 뻗는 공간 내에 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 한다. 이러한 방법에 의해, 노즐의 소정온도까지의 가열시에, 해당 노즐로부터 배출되는 가스 등을 상기 기판을 경유하는 일 없이 배기할 수 있다.
노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 가열시에 기판의 표면의 법선방향의 기판 상에 성막용 부재를 위치시키면, 기판 상에 의도하지 않는 막이 성장하고, 막두께분포나 결정성이 매우 악화된다. 원인은 정확하지 않으나, 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재나 배관 내에 잔류한 미스트나 액적 등이 가열에 의해 증발하는 등 하여 이것이 기판에 부착되어 있다고 생각된다.
노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재의 가열이 종료되고 나서 기판을 재치하는 것도 생각되는데, 성막실의 개폐 등에 의한 온도변화의 영향이 우려되므로 바람직하지 않다. 이 때문에 본 발명에 따른 성막방법의 제2의 예에서는, 기판가열수단이나 노즐이나 정류용의 천판 등의 성막용 부재에 위치조정수단을 마련하는 등의 방법에 의해 상기 문제를 해소할 수 있다.
기판을 가열하는 공정에 있어서, 기판재치부와 기판비재치부를 갖는 기판가열수단을 이용하여, 기판재치부에 기판을 재치하고 기판의 가열을 행하여, 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 기판비재치부의 표면의 법선방향의 기판비재치부 상에 성막용 부재를 위치시켜, 기판가열수단에 의해 성막용 부재의 가열을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 성막용 부재의 가열을, 성막용 부재에 마련한 성막용 부재 가열수단에 의해 행하는 것이 바람직하다.
성막용 부재는, 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐이며, 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 기판의 표면의 법선방향의 기판 상에, 노즐의 토출구가 존재하지 않는 상태로 노즐의 가열을 행하는 것이 바람직하다.
(제3의 성막방법)
다음에, 본 발명에 따른 성막방법의 제3의 예에 대하여 설명한다. 제3의 예는, 기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정과, 미스트를 기판으로 유도하여 결정성 산화물막의 성막을 행하고, 성막 후의 미스트를 배기하는 공정을 포함한다. 그리고, 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정에 있어서, 노즐로부터 배출되는 배출물을, 기판을 경유하는 일 없이 배기하는, 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법이다. 이러한 성막방법에 따르면, 결정성이 우수하고, 얇은 막두께여도 면 내의 막두께분포가 양호한 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 반도체장치에 적용한 경우에 우수한 반도체특성을 갖는 결정성 산화물막을 얻을 수 있다. 이러한 성막방법은, 상기 서술한 성막장치의 제3의 예에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 행할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하는데, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 5를 참조하면서, 본 실시예에서 이용한 성막장치(101)를 설명한다. 성막장치(101)는, 캐리어가스를 공급하는 캐리어가스원(102a)과, 캐리어가스원(102a)으로부터 송출되는 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(103a)와, 희석용 캐리어가스를 공급하는 희석용 캐리어가스원(102b)과, 희석용 캐리어가스원(102b)으로부터 송출되는 희석용 캐리어가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(103b)와, 원료용액(104a)이 수용되는 미스트발생원(104)과, 물(105a)이 수용된 용기(105)와, 용기(105)의 바닥면에 장착된 초음파진동자(106)와, 기판가열수단(108)을 구비하는 성막실(107)과, 미스트발생원(104)으로부터 성막실(107)까지를 연결하는 석영제의 공급관(109)과, 노즐(150)을 구비하고 있다. 나아가, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판가열수단(108)에 반송기구를 갖게 하고, 성막 전에 노즐의 토출방향인 연직방향으로 기판이 존재하지 않는 상태로 할 수 있도록 되어 있다.
기판(110)으로서 4인치(100mm)의 c면 사파이어기판을 준비하고, 해당 기판을 성막실(107) 내에 재치하였다. 성막개시 전은, 도 2에 나타낸 바와 같이 기판가열수단(108)을 이동시키고, 노즐을 기판의 연직방향에 없는 상태로 하고 나서, 기판가열수단(108)을 450℃로 설정, 승온하고, 30분 방치하여, 노즐을 포함하는 성막실 내의 온도를 안정화시켰다. 이때의 노즐(150)의 선단부의 온도를 열전대를 이용하여 측정한 결과, 146℃였다. 노즐의 온도가 안정된 것을 확인한 후, 기판가열수단(108)을 기판과 함께 노즐 아래의 토출방향의 위치까지 이동시켰다(도 2로부터 도 5의 위치로 하였다).
원료용액(104a)은, 용매는 초순수, 용질은 브롬화갈륨으로 하였다. 갈륨농도는 0.1mol/L로 하였다. 얻어진 원료용액(104a)을 미스트발생원(104) 내에 수용하였다. 계속해서, 유량조절밸브(103a, 103b)를 열어 캐리어가스원(102a, 102b)으로부터 캐리어가스를 성막실(107) 내에 공급하고, 성막실(107)의 분위기를 캐리어가스로 충분히 치환한 후, 캐리어가스의 유량을 2L/분으로, 희석용 캐리어가스의 유량을 6L/분으로 각각 조절하였다. 캐리어가스로는 질소를 이용하였다.
다음에, 초음파진동자(106)를 2.4MHz로 진동시키고, 그 진동을, 물(105a)을 통하여 원료용액(104a)에 전파시킴으로써, 원료용액(104a)을 미스트화하여 미스트를 생성하였다. 이 미스트를, 캐리어가스에 의해 공급관(109)을 거쳐 성막실(107) 내에 도입하고, 기판(110) 상에서 미스트를 열반응시켜, 기판(110) 상에 산화갈륨의 박막을 형성하였다. 성막시간은 30분으로 하였다.
(평가)
기판(110) 상에 형성한 박막에 대하여, X선회절에 의해, α-Ga2O3이 형성되어 있는 것을 확인하였다. α-Ga2O3의 (006)면의 로킹커브를 측정한 결과, 그 반값폭은 9.2초로 매우 결정성이 양호하였다. 막두께를, 필메트릭스사의 반사분광식 막두께계(F50)로 면 내 25점을 측정한 결과, 평균막두께는 824nm, 상기 서술한 식(1)로 얻어지는 V값은 0.040이었다. 외관상도 면 내 동일한 색을 나타내고 있고, 막두께분포가 매우 양호한 것을 볼 수 있었다. 또한, 본 적층구조체로부터 반도체장치인 SBD를 제조했을 때, 해당 SBD 66대로 이루어지는 제품로트는, 그의 내압수율이 82%였다.
[비교예]
실시예 1에 있어서, 성막 전에 기판의 연직방향으로 노즐이 존재하는 상태로 기판 및 노즐의 가열·승온을 행하였다. 이 이외는 실시예 1과 동일하게 성막, 평가를 행하였다. 이 결과, 평균막두께는 932nm, 식(1)로 얻어지는 V값은 0.046이었다. 또한, 기판으로부터의 반사광은, 면 내에 다양한 색의 분포가 육안으로 확인되고, 외관상도 만족할 수 있는 것은 아니었다. 또한, 본 적층구조체로부터 반도체장치인 SBD를 제조했을 때, 해당 SBD 66대로 이루어지는 제품로트는, 그의 내압수율이 30%였다.
[실시예 2~7]
하기 표에 기재한 조건 이외는 실시예 1과 동일하게 조작하고 실험 및 평가를 행하였다.
[표 1]
이상의 결과로부터, 성막 전에 노즐의 토출방향으로 기판이 존재하지 않는 상태로 노즐가열을 행한다는 간이한 방법으로, 막두께분포가 크게 개선되는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 성막방법으로 얻어진 결정성 산화갈륨막은, 대면적이고 또한 막두께분포 그리고 결정성이 매우 양호하여, 반도체장치 등에 유용하다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (22)

  1. 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서,
    기판을 가열하는 공정과, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 가열하는 공정과, 가열한 상기 기판 상에 가열한 상기 노즐의 토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향이 되도록 상기 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고,
    상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하고,
    상기 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판이 존재하는 상태로 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 가열을, 기판재치부와 기판비재치부를 갖는 기판가열수단을 이용하여, 상기 기판재치부에 상기 기판을 재치해서 행하고,
    상기 노즐을 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐의 토출방향으로 상기 기판비재치부를 위치시켜, 상기 기판가열수단에 의해 상기 노즐의 가열을 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐의 가열을, 상기 노즐에 마련한 노즐가열수단에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  4. 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서,
    기판을 가열하는 공정과,
    성막용 부재를 가열하는 공정과,
    상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에, 가열한 상기 성막용 부재가 존재하는 상태로 미스트를 공급하여 결정성 산화물막의 성막을 행하는 공정을 포함하고,
    상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에 상기 성막용 부재가 존재하지 않는 상태로 상기 성막용 부재의 가열을 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판을 가열하는 공정에 있어서, 기판재치부와 기판비재치부를 갖는 기판가열수단을 이용하여, 상기 기판재치부에 상기 기판을 재치해서 기판의 가열을 행하고,
    상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판비재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판비재치부 상에 상기 성막용 부재를 위치시켜, 상기 기판가열수단에 의해 상기 성막용 부재의 가열을 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 성막용 부재의 가열을, 상기 성막용 부재에 마련한 성막용 부재 가열수단에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막용 부재는, 상기 기판에 상기 미스트를 공급하기 위한 노즐이며,
    상기 성막용 부재를 가열하는 공정에 있어서, 상기 기판의 표면의 법선방향의 상기 기판 상에 상기 노즐의 토출구가 존재하지 않는 상태로 상기 노즐의 가열을 행하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로서, 성막면의 면적이 100mm2 이상, 또는, 직경 2인치(50mm) 이상인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로서, 직경이 4인치(100mm)~8인치(200mm)인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  10. 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서,
    기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과,
    토출방향이 상기 기판의 표면에 대하여 수직방향인, 원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐과,
    상기 노즐의 상기 토출방향의 위치와 상기 토출방향 이외의 위치에 상기 기판재치부의 위치를 조정가능한 상기 노즐 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판가열수단은 추가로 기판비재치부를 구비하고,
    상기 노즐 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단은, 상기 노즐의 상기 토출방향의 위치에 상기 기판비재치부의 위치를 조정가능한 것을 특징으로 하는 성막장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 노즐은, 이 노즐을 가열하기 위한 노즐가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  13. 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서,
    기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과,
    성막용 부재와,
    상기 성막용 부재의 위치를 상기 기판재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판재치부 상의 위치 이외의 위치에 조정가능한 위치조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판가열수단은 추가로 기판비재치부를 구비하고,
    상기 성막용 부재 및/또는 상기 기판가열수단의 위치조정수단은, 상기 성막용 부재의 위치를 상기 기판비재치부의 표면의 법선방향의 상기 기판비재치부 상의 위치에 조정가능한 것을 특징으로 하는 성막장치.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 성막용 부재는, 이 성막용 부재를 가열하기 위한 성막용 부재가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막용 부재는, 상기 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐 또는 공급된 미스트를 상기 기판 상에서 정류하기 위한 천판인 것을 특징으로 하는 성막장치.
  17. 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막으로서, 면 내 25점의 막두께에 대하여 하기 식(1)로 얻어지는 V값이 0.045 이하인 것을 특징으로 하는 결정성 산화물막.
    [수학식 1]

    여기서, xi는 i번째(i=1~25)의 측정값이다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 V값이 0.041 이하인 것을 특징으로 하는 결정성 산화물막.
  19. 직경이 4인치(100mm)~8인치(200mm)인 기판과 이 기판 상에 마련된 제17항 또는 제18항에 기재된 결정성 산화물막을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층구조체.
  20. 제19항에 기재된 적층구조체로부터 제조된 반도체장치만을 2 이상 포함하는 제품로트로서, 그 내압수율이 75% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제품로트.
  21. 기판 상에 산화갈륨을 주성분으로 하는 결정성 산화물막을 미스트CVD법에 의해 성막하는 성막방법으로서,
    기판을 가열하는 공정과,
    원료용액을 포함하는 미스트를 공급하는 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정과,
    상기 미스트를 상기 기판으로 유도하여 결정성 산화물막의 성막을 행하고, 성막 후의 상기 미스트를 배기하는 공정을 포함하고,
    상기 노즐을 소정온도까지 가열하는 공정에 있어서, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판을 경유하는 일 없이 배기하는 것을 특징으로 하는 성막방법.
  22. 미스트CVD법을 행하는 성막장치로서,
    기판을 재치하는 기판재치부를 갖는 기판가열수단과,
    상기 기판에 미스트를 공급하기 위한 노즐과,
    성막 후의 상기 미스트를 배기하기 위한 배기수단을 갖고,
    상기 배기수단은, 상기 노즐로부터 배출되는 배출물을, 상기 기판재치부를 경유하는 일 없이 배기하는 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막장치.
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