WO2016175096A1 - Manufacturing method and manufacturing device of template substrate - Google Patents

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健一郎 高橋
鈴木 摂
知京 豊裕
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Abstract

The purpose of the present invention is to stably and continuously manufacture template substrates with good reproducibility by sputtering, the template substrates being metal sulfide thin films epitaxially grown on an Si(100) single crystal substrate. A barrier film 2 of metal sulfide is formed on an Si(100) single crystal substrate 1 by sputtering using a target having the composition of the metal sulfide. Then, the Si(100) single crystal substrate 1 is heated and the formed barrier film 2 is crystallized by solid phase epitaxial growth to be transformed into a barrier film 3. With the Si(100) single crystal substrate 1 kept heated, an epitaxial film 4 of the metal sulfide is epitaxially grown on the crystallized barrier film 3 by sputtering using the target having the composition of the metal sulfide.

Description

テンプレート基板の作製方法および作製装置Template substrate manufacturing method and manufacturing apparatus
 本発明は高輝度青色系発光素子(発光ダイオードおよび半導体レーザ)、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)、その他の電子デバイスに用いて好適なテンプレート基板の作製方法及び作製装置に関する。 The present invention includes high-intensity blue light-emitting elements (light-emitting diodes and semiconductor lasers), insulated gate field-effect transistors (MISFETs: Metal Insulator Semiconductors, Semiconductors, Semiconductors, Semiconductors), high-electron mobility transistors (HEMTs), and others. The present invention relates to a template substrate manufacturing method and a manufacturing apparatus suitable for use in an electronic device.
 窒化物や酸化物、硫化物は多様な物性を示す。それらは多結晶体であっても有用な機能性材料ではあるが、単結晶であるとより高性能になったり、単結晶にすることで発現する特性もある。これら材料を薄膜素子に応用する場合も単結晶的な薄膜を形成することにより、多結晶薄膜では得られない高性能・高機能素子を形成することが可能である。 Nitride, oxide and sulfide show various physical properties. Even if they are polycrystalline, they are useful functional materials, but if they are single crystals, they have higher performance or characteristics that are manifested by making them into single crystals. Even when these materials are applied to thin film elements, it is possible to form high-performance and high-function elements that cannot be obtained with a polycrystalline thin film by forming a single crystal thin film.
 例えば窒化ガリウム(GaN)薄膜を用いた高輝度青色系発光素子や窒化アルミニウム/窒化ガリウム(AlN/GaN)薄膜を用いたMISFETや窒化アルミニウムガリウム/窒化ガリウム(AlGaN/GaN)薄膜を用いたHEMTなど、窒化物薄膜を用いた素子は数多く提案され実現されているが、窒化物薄膜は格子欠陥や粒界の少ない単結晶的な薄膜でないとキャリアの移動度が下がったり、発光層の発光効率や薄膜素子の寿命が悪くなってしまう。 For example, high-intensity blue light emitting devices using gallium nitride (GaN) thin film, MISFET using aluminum nitride / gallium nitride (AlN / GaN) thin film, HEMT using aluminum gallium nitride / gallium nitride (AlGaN / GaN) thin film, etc. Many devices using nitride thin films have been proposed and realized. However, if the nitride thin film is not a single-crystal thin film with few lattice defects and grain boundaries, the mobility of carriers is reduced, the luminous efficiency of the light emitting layer The lifetime of the thin film element is deteriorated.
 これら単結晶的な薄膜は、単結晶基板を用いて、エピタキシャル成長させるのが一般的である。GaN系の場合、単結晶サファイア基板上に有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vaper Deposition Method)やガスソースMBE法(Molecular Beam Epitaxial Method;分子線エピタキシャル法)の手段で形成する報告や、炭化シリコン(SiC)基板の上に減圧式有機金属気相成長法により形成する報告などがある。酸化物系では単結晶チタン酸ストロンチウム(SrTiO:STO)や単結晶ランタンアルミネート(LaAlO:LAO)や単結晶サファイア基板上などにスパッタリング法やPLD法( Pulsed Laser Deposition;パルスレーザ堆積法)などによりエピタキシャル薄膜が得られている。 These single crystal thin films are generally grown epitaxially using a single crystal substrate. In the case of a GaN-based material, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD) or a gas source MBE method (Molecular Beam Epitaxic Method) is reported on a single crystal sapphire substrate. In addition, there is a report of forming on a silicon carbide (SiC) substrate by a reduced pressure metal organic chemical vapor deposition method. For oxides, sputtering or PLD (pulsed laser deposition) on single crystal strontium titanate (SrTiO 3 : STO), single crystal lanthanum aluminate (LaAlO 3 : LAO), single crystal sapphire substrate, etc. Thus, an epitaxial thin film is obtained.
 しかしながら、これらサファイア基板、SiC基板、単結晶STO基板、単結晶LAO基板などは高価であるため、汎用的なSi基板上、特に最も使用されるSi(100)基板上に形成することが望ましい。また、Siデバイスとの融合の観点からも、Si上に機能性薄膜をエピタキシャル成長させることが望まれる。ところが、Si単結晶基板の上に直接イオン結合性の薄膜をエピタキシャル成長させるのは困難である。その理由としては、Siは共有結合性の結晶であり、Siと数%格子定数が違う材料は基板にコヒーレント(pseudomorphic)に成長せず、格子欠陥が入ってしまうということが考えられる。 However, these sapphire substrates, SiC substrates, single crystal STO substrates, single crystal LAO substrates and the like are expensive, so it is desirable to form them on a general-purpose Si substrate, particularly the most used Si (100) substrate. Also, from the viewpoint of integration with Si devices, it is desired to epitaxially grow a functional thin film on Si. However, it is difficult to epitaxially grow an ion-bonding thin film directly on a Si single crystal substrate. The reason for this is that Si is a covalent crystal, and a material having a lattice constant different from that of Si by several percent does not grow coherently on the substrate, resulting in lattice defects.
 Si単結晶基板上に薄膜を形成する方法として、バッファ層を介する方法がある。よく用いられるのは、酸化セリウム(CeO),酸化イットリウム(Y),酸化ジルコニウム(ZrO)のようなSiより酸化されやすい金属の酸化物を形成し非晶質の酸化シリコン(SiO)の生成を防ぐ方法である。しかし、Si表面が酸化してしまうことは避けられず、SiO上に形成されたバッファ層の膜質はあまり良くないという問題がある。また窒化チタン(TiN)や窒化タンタル(TaN)を用いたバッファ層も窒化シリコン(SiN)を形成し良くない。 As a method for forming a thin film on a Si single crystal substrate, there is a method through a buffer layer. Often used is an amorphous silicon oxide formed by forming an oxide of a metal that is more easily oxidized than Si, such as cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). This is a method for preventing the formation of SiO 2 ). However, oxidation of the Si surface is inevitable, and there is a problem that the film quality of the buffer layer formed on SiO 2 is not very good. In addition, a buffer layer using titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN) is also not good at forming silicon nitride (SiN x ).
 これに対し、バッファ層に金属硫化物薄膜を用いる方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1によると、Siの硫化物をつくる生成ギブズエネルギは比較的小さく、Siと格子定数が近い場合、バッファ層/Si界面にアモルファス層を形成せずに硫化物をエピタキシャル成長させることが可能となる。特許文献1においてSiよりも硫化物をつくる生成ギブズエネルギが大きい元素には、Al,Ba,Be,Ca,Ce,In,La,Li,Mg,Mn,Mo,Na,Sr,Ta,Zrがあり、それらの単独か、それらの組合せの硫化物を用いることにより、Si界面反応を抑えることが可能であるとの開示があり、その金属硫化物層をバッファ層とした酸化物薄膜素子およびその製造方法が提案されている。また、硫化カドミウム(CdS)や硫化亜鉛(ZnS)もSiより硫化物をつくる生成ギブズエネルギが大きい。さらに、ZnS以外の硫化物薄膜でもSi基板上にエピタキシャル成長し、その上に酸化物以外でもイオン結晶をエピタキシャル成長させることが可能であることが見出され、Si基板直上に金属硫化物のエピタキシャル薄膜を形成した薄膜素子、該エピタキシャル薄膜を成膜する薄膜素子の製造方法が提案されている(特許文献2および特許文献3参照)。 On the other hand, a method using a metal sulfide thin film for the buffer layer has been proposed (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, the Gibbs energy generated to produce Si sulfide is relatively small, and when Si and the lattice constant are close, it is possible to epitaxially grow sulfide without forming an amorphous layer at the buffer layer / Si interface. Become. In Patent Document 1, elements having higher Gibbs energy to produce sulfide than Si include Al, Ba, Be, Ca, Ce, In, La, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Sr, Ta, and Zr. There is a disclosure that it is possible to suppress the Si interface reaction by using sulfides of these alone or in combination thereof, and an oxide thin film element using the metal sulfide layer as a buffer layer and the oxide thin film element Manufacturing methods have been proposed. Cadmium sulfide (CdS) and zinc sulfide (ZnS) also have a higher Gibbs energy for producing sulfides than Si. Furthermore, it has been found that a sulfide thin film other than ZnS can be epitaxially grown on a Si substrate, and an ion crystal can be epitaxially grown thereon other than an oxide, and a metal sulfide epitaxial thin film is formed directly on the Si substrate. A thin film element formed and a method of manufacturing a thin film element for forming the epitaxial thin film have been proposed (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
特開平2002-3297号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-3297 特開平2004-111883号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-111883 特開平2006-344982号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-344982
 前記特許文献2および特許文献3では、PLD法によるSi(100)基板上への金属硫化物のエピタキシャル薄膜形成が開示されているが、PLD法は大面積基板への成膜が難しく、量産性に問題がある。このPLD法に対してスパッタリング法は、大面積基板への成膜が容易な量産性に優れた薄膜形成法である。前記特許文献1では、このスパッタリング法によるSi基板上への金属硫化物のエピタキシャル薄膜形成が開示されている。該特許文献1では、RCA洗浄したSi基板をスパッタリング成膜装置のチャンバーに入れ、850℃に加熱後、600℃に下げて金属硫化物薄膜がエピタキシャル成長される。 Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose the formation of an epitaxial thin film of metal sulfide on a Si (100) substrate by the PLD method. However, the PLD method is difficult to form a film on a large area substrate, and is mass-productive. There is a problem. In contrast to the PLD method, the sputtering method is a thin film forming method excellent in mass productivity that can be easily formed on a large-area substrate. Patent Document 1 discloses the formation of an epitaxial thin film of metal sulfide on a Si substrate by this sputtering method. In Patent Document 1, an RCA-cleaned Si substrate is placed in a chamber of a sputtering film forming apparatus, heated to 850 ° C., and then lowered to 600 ° C. to epitaxially grow a metal sulfide thin film.
 しかしながら、本発明者らが上記特許文献1記載の方法によりSi基板上に金属硫化物の薄膜を形成したところ、同じチャンバーで複数のSi基板へのスパッタリング成膜を順次繰り返すと、成膜された金属硫化物薄膜の結晶性が徐々に悪化し、エピタキシャル成長できなくなる状態に至ることがわかった。このように、従来技術は再現性及び生産性(量産性)に問題があることが判明した。 However, when the present inventors formed a thin film of metal sulfide on the Si substrate by the method described in Patent Document 1, the film was formed when sputtering film formation on a plurality of Si substrates was sequentially repeated in the same chamber. It has been found that the crystallinity of the metal sulfide thin film gradually deteriorates, leading to a state where epitaxial growth cannot be performed. Thus, it has been found that the conventional technology has problems in reproducibility and productivity (mass productivity).
 このような問題を鑑み、本発明の目的は、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製できる方法、および装置を提供することである。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of stably and continuously producing a template substrate obtained by epitaxially growing a metal sulfide thin film on a Si (100) single crystal substrate by sputtering. Is to provide.
 このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 Measures for solving such problems will be described below, but other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
 本発明は、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物のエピタキシャル膜が積層されたテンプレート基板の作製方法であって、以下の第1~第3の工程を含む。 The present invention is a method for producing a template substrate in which a metal sulfide epitaxial film is laminated on a Si (100) single crystal substrate, and includes the following first to third steps.
 第1の工程では、金属硫化物の組成を有するターゲットを用いたスパッタリング法により、Si(100)単結晶基板上に前記金属硫化物のバリア膜を成膜する。第2の工程では、Si(100)単結晶基板を加熱して、第1の工程で成膜された前記バリア膜を固相エピタキシャル成長により結晶化したバリア膜に変化させる。第3の工程では、前記金属硫化物の組成を有するターゲットを用いたスパッタリング法により、第2の工程で結晶化したバリア膜上に、前記金属硫化物のエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させる。 In the first step, the metal sulfide barrier film is formed on the Si (100) single crystal substrate by sputtering using a target having a metal sulfide composition. In the second step, the Si (100) single crystal substrate is heated to change the barrier film formed in the first step into a barrier film crystallized by solid phase epitaxial growth. In the third step, the metal sulfide epitaxial film is epitaxially grown on the barrier film crystallized in the second step by sputtering using a target having the metal sulfide composition.
 Si(100)単結晶基板の温度は、第1の工程においては90℃以下に抑え、第2の工程では500℃以上1000℃以下に加熱するのが好適である。 The temperature of the Si (100) single crystal substrate is preferably suppressed to 90 ° C. or lower in the first step and heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in the second step.
 また、他の発明は、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物のエピタキシャル膜が積層されたテンプレート基板の作製装置であって、第1及び第2の成膜処理室と搬送室とを備える。 Another invention is an apparatus for producing a template substrate in which an epitaxial film of a metal sulfide is laminated on a Si (100) single crystal substrate, and includes a first and a second film formation processing chamber and a transfer chamber. Prepare.
 第1の成膜処理室では、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物をターゲットとしてSi(100)単結晶基板上に、前記金属硫化物のバリア膜をスパッタリング成膜する。第1の成膜処理室でバリア膜を成膜したSi(100)単結晶基板を、搬送室を介して第2の成膜処理室に搬送する。第2の成膜処理室では、第1の成膜処理室でバリア膜を成膜したSi(100)単結晶基板を加熱保持した状態で、前記金属硫化物のターゲットと同一組成のターゲットを用いて前記金属硫化物のエピタキシャル薄膜をスパッタリング成膜する。 In the first film formation chamber, the metal sulfide barrier film is formed by sputtering on the Si (100) single crystal substrate on the Si (100) single crystal substrate using the metal sulfide as a target. The Si (100) single crystal substrate on which the barrier film is formed in the first film formation chamber is transferred to the second film formation chamber via the transfer chamber. In the second film formation chamber, a target having the same composition as the metal sulfide target is used in a state where the Si (100) single crystal substrate on which the barrier film is formed in the first film formation chamber is heated and held. Then, an epitaxial thin film of the metal sulfide is formed by sputtering.
 Si(100)単結晶基板の温度は、第1の成膜処理室では90℃以下に抑え、第2の成膜処理室では500℃以上1000℃以下に加熱するのが好適である。 The temperature of the Si (100) single crystal substrate is preferably suppressed to 90 ° C. or lower in the first film formation chamber and heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in the second film formation chamber.
 上記本発明によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。 The effects obtained by the present invention will be briefly described as follows.
 すなわち、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製することができる。 That is, a template substrate obtained by epitaxially growing a metal sulfide thin film on a Si (100) single crystal substrate can be continuously produced with good reproducibility by a sputtering method.
図1は、本発明に係るテンプレート基板の構成例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a template substrate according to the present invention. 図2は、本発明に係るテンプレート基板の作製装置の構成例を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration example of a template substrate manufacturing apparatus according to the present invention. 図3は、第1の工程の模式的な説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of the first step. 図4は、第2の工程の模式的な説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of the second step. 図5は、第3の工程の模式的な説明図である。FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the third step. 図6は、第1の工程のMnS層の膜厚を変えた実験の結果を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the results of an experiment in which the thickness of the MnS layer in the first step was changed. 図7は、第1の工程の基板温度を変えた実験の結果を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of an experiment in which the substrate temperature in the first step was changed. 図8は、第2~第3の工程の基板温度を変えた実験の結果を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing the results of an experiment in which the substrate temperature in the second to third steps was changed. 図9は、良好なエピタキシャル膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when a good epitaxial film is formed. 図10は、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when an epitaxial film having a slightly poor crystallinity is formed. 図11は、多結晶膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when a polycrystalline film is formed.
1.実施の形態の概要
 先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。
1. First, an outline of a typical embodiment disclosed in the present application will be described.
 本発明者らは、上述のように、スパッタリング法によるSi基板上への金属硫化物薄膜のエピタキシャル成長において、同じチャンバーでの複数のSi基板へのスパッタリング成膜を順次繰り返した際に、成膜された金属硫化物薄膜の結晶性が徐々に悪化し、エピタキシャル成長できなくなる状態に至ることを見出した。このような、エピタキシャル成長できなくなる再現性の問題の原因について検討した結果、以下の結論を得た。即ち、スパッタリング成膜を繰り返し行うとチャンバー内壁にも金属硫化物膜が付着し、成膜前に行われる基板加熱時にチャンバー内壁が基板加熱の輻射により同時に加熱され、内壁に付着した金属硫化物膜から蒸気圧の高い硫黄が放出され、その硫黄が加熱中のSi基板表面にダメージを与えるためと推断した。 As described above, in the epitaxial growth of a metal sulfide thin film on a Si substrate by a sputtering method, the present inventors formed a film when the sputtering film formation on a plurality of Si substrates in the same chamber was sequentially repeated. It has been found that the crystallinity of the metal sulfide thin film gradually deteriorates and it becomes impossible to epitaxially grow. As a result of examining the cause of such a reproducibility problem that makes epitaxial growth impossible, the following conclusions were obtained. That is, when the sputtering film formation is repeated, the metal sulfide film adheres to the inner wall of the chamber, and the inner wall of the chamber is simultaneously heated by the radiation of the substrate heating when the substrate is heated before the film formation. It was inferred that sulfur with a high vapor pressure was released from the steel and that the sulfur damages the surface of the Si substrate being heated.
 本発明者らによる更なる検討の結果、Si単結晶基板上に低温で形成した非晶質の金属硫化物薄膜が、その後の加熱中にSi基板表面にダメージを与えると推断される硫黄に対するバリア膜となり、加えて、基板加熱中に固相エピタキシャル成長することを見出した。このとき、Si基板表面への硫黄のダメージが90℃よりも高い温度で現れることを見出し、前記バリア膜となる非晶質の金属硫化物薄膜の成膜は90℃以下でなければならないこと、また非晶質の金属硫化物薄膜がその後の加熱中に固相エピタキシャル成長できる膜厚が10nm以下であることを見出した。ここで、バリア膜として機能する金属硫化物薄膜は、膜厚が薄いためにその結晶性を正確に観測することは容易ではないが、形成される時の基板温度が90℃以下であることから、非晶質であることが強く推認される。しかし、仮に非晶質ではなく、多結晶であっても、バリア膜としての保護機能を有することには変わりはなく、その後の加熱によって固相エピタキシャル成長する限りにおいては、本発明の解決原理に、何らの変更を求めるものでもない。 As a result of further studies by the present inventors, an amorphous metal sulfide thin film formed on a Si single crystal substrate at a low temperature is considered to be a barrier against sulfur that is presumed to damage the surface of the Si substrate during subsequent heating. In addition, it has been found that solid phase epitaxial growth occurs during substrate heating. At this time, it is found that sulfur damage to the surface of the Si substrate appears at a temperature higher than 90 ° C., and the film formation of the amorphous metal sulfide thin film serving as the barrier film must be 90 ° C. or less, It was also found that the amorphous metal sulfide thin film has a film thickness of 10 nm or less that allows solid phase epitaxial growth during subsequent heating. Here, since the metal sulfide thin film functioning as a barrier film is thin, it is not easy to accurately observe the crystallinity, but the substrate temperature when formed is 90 ° C. or less. It is strongly inferred that it is amorphous. However, even if it is not amorphous, even if it is polycrystalline, it does not change that it has a protective function as a barrier film, and as long as solid phase epitaxial growth is performed by subsequent heating, the solution principle of the present invention is Nor does it require any change.
 よって、本発明の代表的な実施の形態は、以下の通りである。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。 Therefore, typical embodiments of the present invention are as follows. Reference numerals in the drawings referred to in parentheses in the outline description of the representative embodiments merely exemplify what are included in the concept of the components to which the reference numerals are attached.
 本発明の代表的な実施の形態は、シリコン(Si)(100)単結晶基板(1)上に金属硫化物のエピタキシャル膜(3、4)が積層されたテンプレート基板の作製方法であって、以下の第1~第3の工程を含む、テンプレート基板の作製方法である。 A typical embodiment of the present invention is a method for manufacturing a template substrate in which a metal sulfide epitaxial film (3, 4) is laminated on a silicon (Si) (100) single crystal substrate (1), A template substrate manufacturing method including the following first to third steps.
 第1の工程は、金属硫化物の組成を有するターゲット(6)を用いたスパッタリング法により、Si(100)単結晶基板(1)上に前記金属硫化物のバリア膜(2)を成膜する工程である。第2の工程は、Si(100)単結晶基板(1)を加熱して、前記第1の工程で成膜されたバリア膜(2)を固相エピタキシャル成長により結晶化する工程である。結晶化されたバリア膜は、符号「3」により参照する。第3の工程は、前記金属硫化物の組成を有するターゲット(6)を用いたスパッタリング法により、前記第2の工程で結晶化したバリア膜(3)上に、前記金属硫化物のエピタキシャル膜(4)をエピタキシャル成長させる工程である。 The first step forms the metal sulfide barrier film (2) on the Si (100) single crystal substrate (1) by sputtering using a target (6) having a metal sulfide composition. It is a process. The second step is a step of heating the Si (100) single crystal substrate (1) to crystallize the barrier film (2) formed in the first step by solid phase epitaxial growth. The crystallized barrier film is referred to by reference numeral “3”. In the third step, the metal sulfide epitaxial film (3) is formed on the barrier film (3) crystallized in the second step by sputtering using the target (6) having the metal sulfide composition. 4) is a step of epitaxial growth.
 これにより、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製することができる。 Thereby, a template substrate obtained by epitaxially growing a metal sulfide thin film on a Si (100) single crystal substrate can be continuously produced with good reproducibility by a sputtering method.
 ここで、より好適な実施の形態は、以下の通りである。 Here, a more preferred embodiment is as follows.
 第1の工程において、Si(100)単結晶基板(1)を90℃以下に保持する。このときに成膜されるバリア膜(2)は非晶質である。ここで、基板温度の下限については特に制限されず例えば常温(室温)とされ、上限は実験的に求められる。 In the first step, the Si (100) single crystal substrate (1) is held at 90 ° C. or lower. The barrier film (2) formed at this time is amorphous. Here, the lower limit of the substrate temperature is not particularly limited, and is set to room temperature (room temperature), for example, and the upper limit is obtained experimentally.
 第2の工程において、Si(100)単結晶基板(1)を500℃以上1000℃以下に加熱する。ここで、基板温度の下限と上限は実験的に求められる。 In the second step, the Si (100) single crystal substrate (1) is heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Here, the lower limit and the upper limit of the substrate temperature are obtained experimentally.
 第1の工程で成膜されるバリア膜(2)の膜厚は、0.5nm以上10nm以下が好適である。ここで、下限の0.5nmは、前記金属硫化物が結晶化したときの格子定数に相当し、概ね2原子層とされ、上限は実験的に求められる。 The film thickness of the barrier film (2) formed in the first step is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less. Here, the lower limit of 0.5 nm corresponds to the lattice constant when the metal sulfide is crystallized, and is generally a diatomic layer, and the upper limit is obtained experimentally.
 前記金属硫化物は、好適には、硫化マンガン(MnS),硫化マグネシウム(MgS)または硫化カルシウム(CaS)である。 The metal sulfide is preferably manganese sulfide (MnS), magnesium sulfide (MgS), or calcium sulfide (CaS).
 同じチャンバーでの複数のSi基板へのスパッタリング成膜を順次繰り返すことによって、高い量産性で、Si基板上への金属硫化物薄膜のエピタキシャル成長を連続して行うときに、当該チャンバーにおける基板温度を、エピタキシャル成長を可能とする高温(好適には上記500℃以上1000℃以下)に保持するのが好適である。本発明者らは、このとき、バリア層を有さないSi(100)単結晶基板が、当該チャンバーに導入されると、当該チャンバー内の硫黄がSi(100)単結晶基板にダメージを与えるという問題があることに気付いた。しかしながら、当該チャンバーにおける基板温度を90℃以下に下げて、上記第1の工程によりバリア層を形成した上で、基板温度を高温(例えば上記500℃以上1000℃以下)に上昇させた後に、金属硫化物薄膜のエピタキシャル成長を行うとすると、基板温度を下げる時間、上昇させる時間、及び安定させる時間を要するため、スループットが著しく低下することがわかった。 By sequentially repeating the sputtering film formation on a plurality of Si substrates in the same chamber, the substrate temperature in the chamber is set to be high when mass-produced and epitaxial growth of the metal sulfide thin film on the Si substrate is continuously performed. It is preferable to hold at a high temperature (preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower) that enables epitaxial growth. At this time, when the Si (100) single crystal substrate having no barrier layer is introduced into the chamber, the present inventors say that sulfur in the chamber damages the Si (100) single crystal substrate. I realized there was a problem. However, after the substrate temperature in the chamber is lowered to 90 ° C. or lower, the barrier layer is formed by the first step, and the substrate temperature is increased to a high temperature (for example, 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower), the metal It has been found that when epitaxial growth of a sulfide thin film is performed, the time required for lowering the substrate temperature, the time for increasing the substrate temperature, and the time for stabilizing the substrate are required.
 よって、本発明の別の代表的な実施の形態は、第1及び第2の成膜処理室(12、13)と搬送室(10)とを備える、テンプレート基板の作製装置であって、以下のように構成される。 Therefore, another exemplary embodiment of the present invention is a template substrate manufacturing apparatus including first and second film formation processing chambers (12, 13) and a transfer chamber (10). It is configured as follows.
 第1の成膜処理室(12)では、Si(100)単結晶基板(1)上に金属硫化物をターゲット(6)として前記Si(100)単結晶基板上(1)に、前記金属硫化物のバリア膜(2)をスパッタリング成膜する。 In the first film formation chamber (12), a metal sulfide is used as a target (6) on the Si (100) single crystal substrate (1), and the metal sulfide is applied on the Si (100) single crystal substrate (1). A barrier film (2) of the object is formed by sputtering.
 第2の成膜処理室(13)では、第1の成膜処理室で前記バリア膜(2)を成膜した前記Si(100)単結晶基板(1)を加熱して、成膜された前記バリア膜(2)を固相エピタキシャル成長により結晶化し、前記Si(100)単結晶基板(1)を加熱した状態を保持して、前記金属硫化物のターゲットと同一組成のターゲット(6)を用いて前記金属硫化物のエピタキシャル膜(4)をスパッタリング成膜する。 In the second film formation chamber (13), the Si (100) single crystal substrate (1) on which the barrier film (2) was formed in the first film formation chamber was heated to form a film. The barrier film (2) is crystallized by solid phase epitaxial growth, and the Si (100) single crystal substrate (1) is kept heated, and the target (6) having the same composition as the metal sulfide target is used. Then, an epitaxial film (4) of the metal sulfide is formed by sputtering.
 搬送室(10)は、前記第1の成膜処理室(12)で前記バリア膜(2)を成膜した前記Si(100)単結晶基板(1)を前記第2の成膜処理室(13)に搬送するためのスペースである。 In the transfer chamber (10), the Si (100) single crystal substrate (1) on which the barrier film (2) is formed in the first film formation chamber (12) is transferred to the second film formation chamber (10). It is a space for transporting to 13).
 これにより、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製するときに、高いスループットを保つことができる。 Thus, high throughput can be maintained when a template substrate obtained by epitaxially growing a metal sulfide thin film on a Si (100) single crystal substrate is continuously produced with good reproducibility by a sputtering method.
 ここで、より好適な実施の形態は、以下の通りである。 Here, a more preferred embodiment is as follows.
 第1の成膜処理室(12)において、前記スパッタリング成膜を行うまでの前記Si(100)単結晶基板(1)を90℃以下に保持する。このとき、前記第1の成膜処理室で成膜されるバリア膜は、非晶質である。第1の成膜処理室(12)における前記スパッタリング成膜は、上述の第1の工程に対応し、同様に、基板温度の下限については特に制限されず例えば常温(室温)とされ、上限は実験的に求められる。 In the first film formation chamber (12), the Si (100) single crystal substrate (1) is held at 90 ° C. or lower until the sputtering film formation is performed. At this time, the barrier film formed in the first film formation chamber is amorphous. The sputtering film formation in the first film formation chamber (12) corresponds to the first step described above. Similarly, the lower limit of the substrate temperature is not particularly limited, and is set to room temperature (room temperature), for example. Required experimentally.
 また、バリア膜(2)の膜厚は、0.5nm以上10nm以下が好適である。ここでのバリア膜(2)の好適な範囲も、上述と同様に規定される。 The thickness of the barrier film (2) is preferably 0.5 nm or more and 10 nm or less. The preferred range of the barrier film (2) here is also defined in the same manner as described above.
 第2の成膜処理室(13)では、前記Si(100)単結晶基板(1)を500℃以上1000℃以下に加熱保持する。ここで、Si(100)単結晶基板(1)が第2の成膜処理室(13)に搬送され、基板温度が加熱されたときに、上述の第2の工程に対応して、バリア膜(2)を固相エピタキシャル成長により結晶化し、その後のスパッタリングによって、前記金属硫化物のエピタキシャル膜(4)が成膜される工程が、上述の第3の工程に対応する。このときの、基板温度の下限と上限は、上述と同様に実験的に求められる。 In the second film formation chamber (13), the Si (100) single crystal substrate (1) is heated and held at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Here, when the Si (100) single crystal substrate (1) is transferred to the second film formation processing chamber (13) and the substrate temperature is heated, the barrier film corresponds to the second step described above. The step of crystallizing (2) by solid phase epitaxial growth and forming the metal sulfide epitaxial film (4) by subsequent sputtering corresponds to the third step described above. At this time, the lower limit and the upper limit of the substrate temperature are obtained experimentally as described above.
 また、前記金属硫化物は、好適には、MnS,MgSまたはCaSである。 The metal sulfide is preferably MnS, MgS or CaS.
 より好適なテンプレート基板の作製装置において、搬送室(10)は基板搬送用のロボット(30)を備え、さらにロードロック室(11)を備えてマルチチャンバーシステムに対応する。 In a more preferred template substrate manufacturing apparatus, the transfer chamber (10) includes a substrate transfer robot (30), and further includes a load lock chamber (11) to support a multi-chamber system.
 本発明によって奏せられる効果について総括すると以下の通りである。 The effects achieved by the present invention are summarized as follows.
 本発明では、Si(100)単結晶基板(1)を90℃以下に保持して金属硫化物ターゲット(6)をスパッタリングして金属硫化物を成膜する第1の工程により、前記Si(100)単結晶基板(1)上にバリア膜(2)が形成される。このとき前記Si(100)単結晶基板(1)を低温(例えば90℃以下)に保持しているため、チャンバー(9)内壁から放出される硫黄によるSi基板(1)表面にダメージが与えられることがない。この第1の工程で形成されるバリア膜(2)は、次の第2の工程で前記Si(100)単結晶基板(1)を高温(例えば500℃以上1000℃以下)に加熱保持する際に、チャンバー内壁から放出される硫黄によるSi基板表面へのダメージに対する表面保護膜として機能する。また、第1の工程で形成された非晶質の金属硫化物薄膜は、この第2の工程で前記Si(100)単結晶基板が500℃以上1000℃以下に加熱保持されるので、固相エピタキシャル成長する。第2の工程に続く第3の工程では、Si(100)単結晶基板を同じく高温(例えば500℃以上1000℃以下)に加熱保持した状態で、固相エピタキシャル成長した第1の工程の金属硫化物薄膜(3)の上に、前記金属硫化物ターゲット(6)(または金属硫化物ターゲット(6_1)と同じ組成の金属硫化物ターゲット(6_2))をスパッタリングして金属硫化物薄膜(4)を堆積するので、第3の工程の金属硫化物薄膜(4)はエピタキシャル成長する。 In the present invention, the Si (100) single crystal substrate (1) is held at 90 ° C. or lower, and the metal sulfide target (6) is sputtered to form a metal sulfide to form the Si (100). ) A barrier film (2) is formed on the single crystal substrate (1). At this time, since the Si (100) single crystal substrate (1) is held at a low temperature (for example, 90 ° C. or less), the surface of the Si substrate (1) is damaged by sulfur released from the inner wall of the chamber (9). There is nothing. The barrier film (2) formed in the first step is used when the Si (100) single crystal substrate (1) is heated and held at a high temperature (for example, 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less) in the next second step. Furthermore, it functions as a surface protective film against damage to the Si substrate surface due to sulfur released from the inner wall of the chamber. In addition, the amorphous metal sulfide thin film formed in the first step is heated and held at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in the Si (100) single crystal substrate in the second step. Epitaxial growth. In the third step following the second step, the metal sulfide of the first step, which is solid phase epitaxially grown in a state where the Si (100) single crystal substrate is heated and held at a high temperature (for example, 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower). A metal sulfide thin film (4) is deposited on the thin film (3) by sputtering the metal sulfide target (6) (or the metal sulfide target (6_2) having the same composition as the metal sulfide target (6_1)). Therefore, the metal sulfide thin film (4) in the third step is epitaxially grown.
 以上のようにスパッタリング法によるSi基板上への金属硫化物薄膜のエピタキシャル成長において、スパッタリング成膜を連続して繰り返した際にエピタキシャル成長できなくなる再現性の問題を解決でき、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製することが可能となる。 As described above, in the epitaxial growth of the metal sulfide thin film on the Si substrate by the sputtering method, the problem of reproducibility that cannot be epitaxially grown when the sputtering film formation is continuously repeated can be solved, and on the Si (100) single crystal substrate. In addition, a template substrate on which a metal sulfide thin film is epitaxially grown can be continuously produced with good reproducibility by a sputtering method.
 さらに、本発明では、第1の工程で形成する金属硫化物薄膜の膜厚を10nm以下とすることで、第2の工程における加熱保持の際に第1の工程で形成した金属硫化物薄膜が固相エピタキシャル成長可能となる。 Furthermore, in the present invention, the metal sulfide thin film formed in the first step at the time of heating and holding in the second step can be obtained by setting the thickness of the metal sulfide thin film formed in the first step to 10 nm or less. Solid phase epitaxial growth is possible.
 さらに、本発明では、前記金属硫化物薄膜をSiの格子定数0.543nmに近い格子定数を有するMnS(0.5209nm),MgS(0.5607nm)またはCaS(0.56836nm)のいずれかとすることでSi(100)単結晶基板上にエピタキシャル成長させることができ、テンプレート基板が作製可能となる。 Furthermore, in the present invention, the metal sulfide thin film is any one of MnS (0.5209 nm), MgS (0.5607 nm), and CaS (0.56836 nm) having a lattice constant close to 0.543 nm of Si. Can be epitaxially grown on a Si (100) single crystal substrate, and a template substrate can be produced.
 本発明では、基板搬送用のロボット(30)を備えている搬送室(10)の周囲に複数の独立した成膜処理室(12、13)とロードロック室(11)とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応するテンプレート基板の作製装置であって、Si(100)単結晶基板(1)上に金属硫化物をターゲット(6_1)として前記Si(100)単結晶基板の温度を90℃以下に保持した状態で前記金属硫化物の薄膜をスパッタリング成膜する第1の成膜処理室(12)と、前記第1の成膜処理室で前記金属硫化物薄膜を成膜した前記Si(100)単結晶基板(1)を500℃以上1000℃以下に加熱保持した状態で前記金属硫化物のターゲットと同一組成のターゲット(6_2)を用いて前記金属硫化物薄膜をスパッタリング成膜する第2の成膜処理室(13)とをそれぞれ少なくとも1室ずつ有する構成とする。本発明の構成とすることにより、前記第1の工程を第1の成膜処理室で行い、前記第2~第3の工程を第2の処理室で行うことにより、それぞれ個別の処理室で行うことができ、第1の工程と第2~第3の工程を同一成膜処理室で行った場合に必要な基板を加熱保持する機構の加熱と冷却の時間を省くことができ、Si(100)単結晶基板上に金属硫化物薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板をスパッタリング法により再現性良く安定に連続して作製できるとともに、スループットを高くすることができ生産性を向上させることができる。 In the present invention, a plurality of independent film forming chambers (12, 13) and a load lock chamber (11) are provided around a transfer chamber (10) provided with a substrate transfer robot (30). A template substrate manufacturing apparatus corresponding to a multi-chamber system, wherein a temperature of the Si (100) single crystal substrate is 90 ° C. or less with a metal sulfide as a target (6_1) on the Si (100) single crystal substrate (1). A first film-forming treatment chamber (12) in which the metal sulfide thin film is formed by sputtering while the metal sulfide thin film is formed in the first film-forming treatment chamber. ) Sputtering of the metal sulfide thin film using the target (6_2) having the same composition as the target of the metal sulfide while the single crystal substrate (1) is heated and held at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Second deposition process chamber (13) configured to have one by at least one room respectively for. By adopting the structure of the present invention, the first process is performed in the first film forming process chamber, and the second to third processes are performed in the second process chamber. When the first process and the second to third processes are performed in the same film formation chamber, the heating and cooling time of the mechanism for heating and holding the necessary substrate can be saved. 100) A template substrate obtained by epitaxially growing a metal sulfide thin film on a single crystal substrate can be continuously produced with good reproducibility by a sputtering method, and the throughput can be increased and the productivity can be improved.
 2.実施の形態の詳細
 実施の形態について更に詳述する。
2. Details of Embodiments Embodiments will be further described in detail.
 〔実施例1〕
 図1は、本発明に係るテンプレート基板の構成例を示す模式図である。Si(100)単結晶基板上に金属硫化物であるMnS薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板を示す。1はSi(100)単結晶基板、3は第1の工程で成膜され第2の工程で固相エピタキシャルさせて作製したMnS層、4は第3の工程でスパッタリング法により作成したMnS層である。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a template substrate according to the present invention. 1 shows a template substrate obtained by epitaxially growing a MnS thin film made of metal sulfide on a Si (100) single crystal substrate. 1 is a Si (100) single crystal substrate, 3 is a MnS layer formed by the first step and solid phase epitaxially formed in the second step, and 4 is a MnS layer formed by sputtering in the third step. is there.
 実施例1におけるテンプレート基板の作製方法について、詳しく説明する。 A method for producing a template substrate in Example 1 will be described in detail.
 まずSi(100)単結晶基板1の表面の自然酸化膜を弗酸(弗化水素(HF;Hydrogen Fluoride)水溶液)で除去し、水洗をせずに表面を水素終端した状態でスパッタリング成膜を行う成膜処理室に入れ、5×10-6Paまで真空排気した。次に、このSi(100)単結晶基板1上に第1の工程でMnS層2を2nmスパッタリング成膜した。第1の工程のスパッタリング成膜条件は、以下の通りである。 First, the natural oxide film on the surface of the Si (100) single crystal substrate 1 is removed with hydrofluoric acid (HF (Hydrogen Fluoride) aqueous solution), and sputtering film formation is performed with the surface terminated with hydrogen without being washed with water. It was put in a film forming treatment chamber to be evacuated to 5 × 10 −6 Pa. Next, the MnS layer 2 was formed by sputtering on the Si (100) single crystal substrate 1 in the first step by 2 nm. The sputtering film forming conditions in the first step are as follows.
  成膜方式: 斜め回転スパッタリング
  スパッタリング方式: RFマグネトロンスパッタリング
  基板温度: 50℃以下(無加熱)
  スパッタリングガス: アルゴン(Ar)
  スパッタリング圧力: 2Pa
  ターゲット: MnS
  スパッタリング電力: RF150W
  ターゲット-基板間距離: 140mm
 前記第1の工程でMnS層2を成膜した後、成膜を一旦止めて基板温度を700℃まで加熱した(第2の工程)。この第2の工程でMnS層2は固相エピタキシャル成長すると考えられる。次に基板温度以外を前記第1の工程と同じスパッタリング成膜条件とした第3の工程でMnS層4を50nm成膜した。
Film formation method: oblique rotation sputtering Sputtering method: RF magnetron sputtering Substrate temperature: 50 ° C. or less (no heating)
Sputtering gas: Argon (Ar)
Sputtering pressure: 2Pa
Target: MnS
Sputtering power: RF150W
Target-to-board distance: 140mm
After forming the MnS layer 2 in the first step, the film formation was temporarily stopped and the substrate temperature was heated to 700 ° C. (second step). In this second step, the MnS layer 2 is considered to be solid phase epitaxially grown. Next, an MnS layer 4 having a thickness of 50 nm was formed in a third step where the sputtering conditions were the same as those in the first step except for the substrate temperature.
 図9は前記実施例1のテンプレート基板の2次元検出器を用いたX線回折(XRD:X-Ray Diffraction)測定結果(2次元イメージ)を示す図である。2θ=34.4°にMnS(200)のχ方向に輝線のない輝点が観察され、Si(100)単結晶基板1上にMnS層3およびMnS層4が単結晶エピタキシャル成長していることを示している。 FIG. 9 is a diagram showing the X-ray diffraction (XRD) measurement result (two-dimensional image) using the two-dimensional detector of the template substrate of the first embodiment. A bright spot having no bright line in the χ direction of MnS (200) was observed at 2θ = 34.4 °, and the MnS layer 3 and the MnS layer 4 were monocrystal epitaxially grown on the Si (100) single crystal substrate 1. Show.
 前記実施例によれば、繰り返し何度スパッタリング成膜を行っても図9に示すXRD測定結果が得られ、Si(100)単結晶基板上にMnS薄膜をエピタキシャル成長させたテンプレート基板を再現性良く安定に作製することができた。 According to the above-described embodiment, the XRD measurement result shown in FIG. 9 can be obtained even if the sputtering film formation is repeatedly performed, and the template substrate obtained by epitaxially growing the MnS thin film on the Si (100) single crystal substrate is stable with good reproducibility. It was possible to make it.
 本実施例1では、基板温度以外のスパッタリング成膜条件を、第1の工程と第3の工程との間で同条件としたが、それぞれの工程において最適化してもよい。 In Example 1, the sputtering film forming conditions other than the substrate temperature are the same between the first process and the third process, but may be optimized in each process.
 〔実施例2〕
 図2は、本発明に係るテンプレート基板の作製装置の構成例を模式的に示す平面図である。本実施例2で例示するテンプレート基板の作製装置は、基板搬送用のロボットを備えている搬送室の周囲に複数の独立した成膜処理室とロードロック室とが備えられているマルチチャンバーシステムに対応する。マルチチャンバーシステムは、基板搬送用ロボット30を備えた搬送室10と、その周囲にロードロック室11と、第1の成膜処理室12と、第2の成膜処理室13とがゲートバルブ21、22、23を介して備えられている。搬送室10、ロードロック室11、第1の成膜処理室12、および第2の成膜処理室13には真空ポンプ(図示せず)がそれぞれ接続されており、それら真空ポンプによって各室が真空排気されるようになっている。
[Example 2]
FIG. 2 is a plan view schematically showing a configuration example of a template substrate manufacturing apparatus according to the present invention. The template substrate manufacturing apparatus exemplified in the second embodiment is a multi-chamber system in which a plurality of independent film formation processing chambers and load lock chambers are provided around a transfer chamber provided with a substrate transfer robot. Correspond. In the multi-chamber system, a transfer chamber 10 provided with a substrate transfer robot 30, a load lock chamber 11, a first film formation processing chamber 12, and a second film formation processing chamber 13 around the gate chamber 21 are provided. , 22 and 23. A vacuum pump (not shown) is connected to each of the transfer chamber 10, the load lock chamber 11, the first film forming chamber 12, and the second film forming chamber 13. It is designed to be evacuated.
 本テンプレート基板の作製装置を用いた処理手順を以下に説明する。図3、図4及び図5はそれぞれ、第1、第2及び第3の工程の模式的な説明図である。図3、図4及び図5において、6_1と6_2は前記金属硫化物のスパッタリングのターゲット、7_1と7_2は基板ホルダー、8_1と8_2はヒーター、9_1と9_2はチャンバーである。ヒーター8_1と8_2は、特に制限されないが例えば電熱線で、外部から電源が供給されることによって基板ホルダー7_1と7_2を介して基板をそれぞれ加熱することができる。チャンバー9_1と9_2内には、それぞれ高周波(RF:Radio Frequency)電極が設置され、外部から供給されるRF電力によって、スパッタリングガス(例えばAr)をプラズマ放電させる。チャンバー9の内部に設置されまたは外部に接続される、真空ポンプからなる排気装置の他、RF電極、スパッタリングガスの導入管とバルブ、真空ゲージ、基板温度計その他のセンサーなどは、図示が省略されている。 The processing procedure using the template substrate manufacturing apparatus will be described below. 3, 4 and 5 are schematic explanatory views of the first, second and third steps, respectively. 3, 4, and 5, 6_1 and 6_2 are sputtering targets for the metal sulfide, 7_1 and 7_2 are substrate holders, 8_1 and 8_2 are heaters, and 9_1 and 9_2 are chambers. The heaters 8_1 and 8_2 are not particularly limited. For example, the heaters 8_1 and 8_2 can be heated by, for example, heating wires, and the substrate can be heated via the substrate holders 7_1 and 7_2 by supplying power from the outside. Radio frequency (RF) electrodes are installed in the chambers 9_1 and 9_2, respectively, and a sputtering gas (for example, Ar) is plasma-discharged by RF power supplied from the outside. In addition to an evacuation device comprising a vacuum pump installed inside the chamber 9 or connected to the outside, the RF electrode, sputtering gas introduction pipe and valve, vacuum gauge, substrate thermometer and other sensors are not shown. ing.
 まずSi(100)単結晶基板1の表面の自然酸化膜をHFで除去し、水洗をせずに表面を水素終端した状態でロードロック室11内に導入して、真空ポンプによってロードロック室11内を真空排気する。ロードロック室11を所望の圧力まで真空排気した後、ゲートバルブ21および22を介して基板搬送用ロボット30で前記Si(100)単結晶基板1をロードロック室11から第1の成膜処理室12へ搬送する。 First, the natural oxide film on the surface of the Si (100) single crystal substrate 1 is removed with HF, introduced into the load lock chamber 11 with the surface terminated with hydrogen without being washed with water, and the load lock chamber 11 is introduced by a vacuum pump. The inside is evacuated. After the load lock chamber 11 is evacuated to a desired pressure, the Si (100) single crystal substrate 1 is transferred from the load lock chamber 11 to the first film formation chamber by the substrate transfer robot 30 via the gate valves 21 and 22. 12 to transport.
 次に第1の成膜処理室12において、搬送されたSi(100)単結晶基板1の温度を90℃以下に保持した状態で、金属硫化物(例えばMnS)をターゲット6_1として前記Si(100)単結晶基板1上に金属硫化物の薄膜2をスパッタリング成膜する、すなわち第1の工程、例えば前記実施例1記載の第1の工程を行う。例えば図3に示すように、ヒーター8_1による基板加熱を行わず、Si(100)単結晶基板1の基板温度を低温に保ったままで、金属硫化物(例えばMnS)層2をスパッタリング成膜する。このとき、チャンバー9_1の内壁には、金属硫化物が付着する。複数毎のSi(100)単結晶基板1を順次搬送チャンバー9_1内に導入し、スパッタリング法による金属硫化物層2のスパッタリング成膜を行って搬出する工程を、繰り返し行ったときには、チャンバー9_1の内壁に付着する金属硫化物は増していく。しかし、Si(100)単結晶基板1を加熱しないため、チャンバー9_1の内壁の温度は上昇しない。このため、内壁から離脱して雰囲気中に放出される硫黄の量は少なく(ほとんどなく)、また、基板温度が低く抑えられているので、Si(100)単結晶基板1の清浄なSi表面が露出していても硫黄との反応は抑えられ、ダメージは発生しない。 Next, in the first film formation chamber 12, the Si (100) single crystal substrate 1 is kept at a temperature of 90 ° C. or lower and a metal sulfide (for example, MnS) is used as the target 6_1 for the Si (100). ) A metal sulfide thin film 2 is formed on the single crystal substrate 1 by sputtering, that is, the first step, for example, the first step described in the first embodiment is performed. For example, as shown in FIG. 3, the metal sulfide (for example, MnS) layer 2 is formed by sputtering while the substrate temperature of the Si (100) single crystal substrate 1 is kept low without performing the substrate heating by the heater 8_1. At this time, metal sulfide adheres to the inner wall of the chamber 9_1. When a plurality of Si (100) single crystal substrates 1 are sequentially introduced into the transfer chamber 9_1 and the metal sulfide layer 2 is sputtered and carried out by sputtering, the inner wall of the chamber 9_1 is repeatedly formed. The metal sulfide adhering to the surface increases. However, since the Si (100) single crystal substrate 1 is not heated, the temperature of the inner wall of the chamber 9_1 does not increase. For this reason, the amount of sulfur released from the inner wall and released into the atmosphere is small (almost no), and the substrate temperature is kept low, so that the clean Si surface of the Si (100) single crystal substrate 1 can be obtained. Even if exposed, the reaction with sulfur is suppressed and no damage occurs.
 第1の成膜処理室12における第1の工程終了後、ゲートバルブ22および23を介して基板搬送用ロボット30で、第1の工程の成膜がなされたSi(100)単結晶基板1を、第1の成膜処理室12から第2の成膜処理室13へ搬送する。第2の成膜処理室13では、第1の工程の成膜がなされたSi(100)単結晶基板1を500℃以上1000℃以下に加熱保持した状態で前記金属硫化物のターゲットと同一組成のターゲット6_2を用いて前記金属硫化物薄膜をスパッタリング成膜する。すなわちSi(100)単結晶基板1を高温に加熱する第2の工程、例えば前記実施例1記載の第2の工程と、高温に加熱保持されたSi(100)単結晶基板1にスパッタリング成膜する第3の工程、例えば前記実施例1記載の第3の工程とを行う。例えば図4に示すように、第1の工程の成膜がなされたSi(100)単結晶基板1を、ヒーター8_2によって500℃以上1000℃以下に加熱する。より具体的には、500℃以上1000℃以下に加熱保持されているホルダー7_2上に、第1の工程の成膜がなされたSi(100)単結晶基板1を搬送して載置することにより、基板温度がホルダー7_2の温度に向かって上昇し、その過程で第1の工程で成膜された金属硫化物薄膜2が固相エピタキシャル成長して金属硫化物膜3に変化する(第2の工程)。その後、例えば図5に示すように、Si(100)単結晶基板1の基板温度を高温に保ったままで、金属硫化物膜3上に金属硫化物(例えばMnS)層4をスパッタリング成膜する(第3の工程)。このとき、チャンバー9_2の内壁には、金属硫化物が付着する。複数毎のSi(100)単結晶基板1を順次搬送してチャンバー9_2内に導入し、スパッタリング法による金属硫化物層4のスパッタリング成膜を行って搬出する工程を、繰り返し行ったときには、チャンバー9_2の内壁に付着する金属硫化物は増していく。ヒーター8_2により基板ホルダー7_2の温度は高温に保たれているため、その輻射によってチャンバー9_2の内壁は加熱され、蒸気圧の高い硫黄が内壁面から離脱して雰囲気中に放出されている。しかし、この雰囲気に搬送導入されるSi(100)単結晶基板1の表面には金属硫化物層2が成膜されているので、この金属硫化物層2が、雰囲気中の硫黄とSi(100)単結晶基板1のSi表面との反応を妨げる、バリア膜として機能する。 After the completion of the first step in the first film formation chamber 12, the Si (100) single crystal substrate 1 on which the film was formed in the first step is transferred by the substrate transfer robot 30 via the gate valves 22 and 23. Then, the film is transferred from the first film formation chamber 12 to the second film formation chamber 13. In the second film formation chamber 13, the same composition as that of the metal sulfide target is obtained in a state where the Si (100) single crystal substrate 1 on which the film is formed in the first step is heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. The metal sulfide thin film is formed by sputtering using the target 6_2. That is, the second step of heating the Si (100) single crystal substrate 1 to a high temperature, for example, the second step described in Example 1, and the sputtering film formation on the Si (100) single crystal substrate 1 heated and held at a high temperature. For example, the third step described in the first embodiment is performed. For example, as shown in FIG. 4, the Si (100) single crystal substrate 1 on which the film is formed in the first step is heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower by the heater 8_2. More specifically, by transporting and placing the Si (100) single crystal substrate 1 on which the film formation in the first step has been performed on the holder 7_2 that is heated and held at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Then, the substrate temperature rises toward the temperature of the holder 7_2, and the metal sulfide thin film 2 formed in the first step in the process changes into the metal sulfide film 3 by solid phase epitaxial growth (second step). ). Thereafter, as shown in FIG. 5, for example, a metal sulfide (eg, MnS) layer 4 is formed by sputtering on the metal sulfide film 3 while keeping the substrate temperature of the Si (100) single crystal substrate 1 at a high temperature ( (3rd process). At this time, metal sulfide adheres to the inner wall of the chamber 9_2. When a plurality of Si (100) single crystal substrates 1 are sequentially transferred and introduced into the chamber 9_2, and the metal sulfide layer 4 is formed by sputtering and carried out, the chamber 9_2 is repeatedly carried out. The metal sulfide adhering to the inner wall increases. Since the temperature of the substrate holder 7_2 is kept high by the heater 8_2, the inner wall of the chamber 9_2 is heated by the radiation, and sulfur having a high vapor pressure is released from the inner wall surface and released into the atmosphere. However, since the metal sulfide layer 2 is formed on the surface of the Si (100) single crystal substrate 1 transported and introduced into the atmosphere, the metal sulfide layer 2 is made up of sulfur in the atmosphere and Si (100 ) Functions as a barrier film that hinders reaction with the Si surface of the single crystal substrate 1.
 第2の成膜処理室13にて第3の工程の成膜がなされたSi(100)単結晶基板1は、ゲートバルブ23および21を介して第2の成膜処理室13からロードロック室11へ戻され、冷却後にロードロック室11をベントして取り出される。なお前記一連の処理工程で、ゲートバルブ21、22、23は各室の真空状態がお互いに影響しないように同時に開いた状態とならないように制御される。 The Si (100) single crystal substrate 1 formed in the third step in the second film formation chamber 13 is transferred from the second film formation chamber 13 to the load lock chamber via the gate valves 23 and 21. 11 and after cooling, the load lock chamber 11 is vented and taken out. In the series of processing steps, the gate valves 21, 22, and 23 are controlled so as not to be simultaneously opened so that the vacuum state of each chamber does not affect each other.
 本実施例2では、第1の工程と第2及び第3の工程とをそれぞれ個別に第1の成膜処理室12と第2の成膜処理室13で行うので、第2の成膜処理室13の基板加熱機構(図3及び図4に示すヒーター8_2)を加熱したままの状態とすることができ、第1の工程と第2及び第3の工程とを同一成膜処理室で行った場合に必要となる基板加熱機構の加熱と冷却の時間を省くことができる。 In the second embodiment, the first step, the second step, and the third step are individually performed in the first film formation chamber 12 and the second film formation chamber 13, respectively. The substrate heating mechanism (heater 8_2 shown in FIGS. 3 and 4) of the chamber 13 can be kept heated, and the first step and the second and third steps are performed in the same film formation chamber. In this case, the time required for heating and cooling the substrate heating mechanism can be saved.
 前記実施例2の第1の成膜処理室12および第2の成膜処理室13に取り付ける金属硫化物ターゲット6_1と6_2としては、MnSの他、MgS、CaSのいずれかを用いることができる。 As the metal sulfide targets 6_1 and 6_2 attached to the first film formation chamber 12 and the second film formation chamber 13 of the second embodiment, MgS or CaS can be used in addition to MnS.
 前記実施例2では、ロードロック室11、第1の成膜処理室12および第2の成膜処理室13を各1室としているが、これに限るものではなく、各室を搬送室10の周囲にゲートバルブを介して複数配置することができる。例えば、ロードロック室を2室として、一つをロード専用、もう一つをアンロード専用としてもよく、一連の処理時間における排気・ベントの占める時間を短くすることができる。また第1の工程よりも処理時間が長くなる第2及び第3の工程を行う第2の成膜処理室13を複数配置してもよく、スループットが高くなり、生産性を向上させることができる。 In the second embodiment, the load lock chamber 11, the first film formation processing chamber 12, and the second film formation processing chamber 13 are each set as one chamber. A plurality can be arranged around the gate valve. For example, two load lock chambers may be used, one dedicated to loading and the other dedicated to unloading, and the time occupied by exhaust and vent in a series of processing times can be shortened. In addition, a plurality of second film formation processing chambers 13 for performing the second and third steps that require a longer processing time than the first step may be arranged, resulting in high throughput and improved productivity. .
 また、前記実施例では金属硫化物としてMnSについて示したが、MgSまたはCaSでも同様にSi(100)単結晶基板上にエピタキシャル成長でき、テンプレート基板を作製できる。 In the above embodiment, MnS is shown as the metal sulfide. However, MgS or CaS can also be epitaxially grown on a Si (100) single crystal substrate, and a template substrate can be produced.
 〔実施例3〕
 第1の工程における金属硫化物膜2の膜厚と基板温度、及び、第2の工程における基板温度について、さらに詳しく検討する。図6、図7及び図8は、第1の工程の金属硫化物膜2の一例であるMnS層の膜厚を変えた実験の結果、第1の工程の基板温度を変えた実験の結果、及び、第2~第3の工程の基板温度を変えた実験の結果を、それぞれ示す説明図である。いずれも、第3の工程で金属硫化物(MnS)膜をスパッタリング法によって成膜した金属硫化物(MnS)膜の結晶性を評価した結果である。「○」印は良好なエピタキシャル膜が成膜されたことを表し、「△」印は結晶性が若干悪いエピタキシャル膜が成膜されたことを表し、「×」印は多結晶膜が成膜されたことを表す。
Example 3
The film thickness and substrate temperature of the metal sulfide film 2 in the first step and the substrate temperature in the second step will be examined in more detail. FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 show the results of the experiment in which the thickness of the MnS layer, which is an example of the metal sulfide film 2 in the first step, was changed, and the results of the experiment in which the substrate temperature in the first step was changed. FIG. 6 is an explanatory diagram showing results of experiments in which the substrate temperature in the second to third steps was changed. All are the results of evaluating the crystallinity of the metal sulfide (MnS) film formed by sputtering in the third step. “○” indicates that a good epitaxial film has been formed, “△” indicates that an epitaxial film having slightly poor crystallinity has been formed, and “×” indicates that a polycrystalline film has been formed. It represents what has been done.
 金属硫化物(MnS)膜の結晶性は、2次元検出器を用いたX線回折(XRD)で観測した結果に基づいて評価した。図9は、良好なエピタキシャル膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。入射X線の入射角θと等しい回折X線の強度を表す2θ方向に加え、それと垂直な面内の2次元の回折X線の強度をχ方向として、2次元イメージで表したものである。 The crystallinity of the metal sulfide (MnS) film was evaluated based on the results observed by X-ray diffraction (XRD) using a two-dimensional detector. FIG. 9 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when a good epitaxial film is formed. In addition to the 2θ direction representing the intensity of the diffracted X-ray equal to the incident angle θ of the incident X-ray, the intensity of the two-dimensional diffracted X-ray in the plane perpendicular to the 2θ direction is represented by a two-dimensional image as the χ direction.
 図9は、良好なエピタキシャル膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。2θ=34.4°にMnS(200)のχ方向に輝線のない輝点(スポット)が観察され、基板面に垂直方向および面内方向に軸が揃っていることがわかる。即ち、Si(100)単結晶基板1上にMnS層が単結晶エピタキシャル成長していること(上記「○」印に相当)を示している。 FIG. 9 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when a good epitaxial film is formed. A bright spot (spot) having no bright line in the χ direction of MnS (200) is observed at 2θ = 34.4 °, and it can be seen that the axes are aligned in the direction perpendicular to the substrate surface and in the in-plane direction. That is, it shows that the MnS layer is monocrystal epitaxially grown on the Si (100) single crystal substrate 1 (corresponding to the “◯” mark).
 図10は、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。(100)配向はしているが、χ方向に輝線が延びており、面内方向の配向性が若干悪いことがわかる。即ち、成膜されたMnS層は、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜であること(上記「△」印に相当)を示している。 FIG. 10 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when an epitaxial film having slightly poor crystallinity is formed. Although (100) is oriented, bright lines extend in the χ direction, indicating that the in-plane orientation is slightly poor. That is, the deposited MnS layer is an epitaxial film having a slightly poor crystallinity (corresponding to the “Δ” mark).
 図11は、多結晶膜が成膜された場合の2次元検出器を用いたXRD測定結果(2次元イメージ)を示す図である。(100)配向はしているが、χ方向にリング状の輝線が観察され、面内方向の配向性がないことがわかる。即ち、成膜されたMnS層は多結晶膜であること(上記「×」印に相当)を示している。 FIG. 11 is a diagram showing an XRD measurement result (two-dimensional image) using a two-dimensional detector when a polycrystalline film is formed. Although (100) is oriented, a ring-like bright line is observed in the χ direction, indicating that there is no orientation in the in-plane direction. That is, the formed MnS layer is a polycrystalline film (corresponding to the “x” mark).
 図6は、第1の工程のMnS層の膜厚を変えた実験の結果を示す説明図である。第1の工程のMnS層の膜厚を、1nm,2nm,5nm,10nm,15nm,20nmと変化させ、第2~第3の工程まで行った上で成膜されたMnS膜の結晶性を、2次元検出器を用いたXRDを使って評価した結果をまとめたものである。第1の工程のMnS層の膜厚以外の条件は、上述の実施例1に示した条件と同じである。MnS層の膜厚が1nm,2nm及び5nmでは、良好なエピタキシャル膜が成膜されている(「○」印)。膜厚が10nmでは、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜であり(「△」印)、15nmと20nmでは多結晶膜である(「×」印)であることが観測された。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the results of an experiment in which the thickness of the MnS layer in the first step was changed. The thickness of the MnS layer in the first step is changed to 1 nm, 2 nm, 5 nm, 10 nm, 15 nm, and 20 nm, and the crystallinity of the MnS film formed after performing the second to third steps is It summarizes the results of evaluation using XRD using a two-dimensional detector. Conditions other than the film thickness of the MnS layer in the first step are the same as the conditions shown in Example 1 above. When the thickness of the MnS layer is 1 nm, 2 nm, and 5 nm, a good epitaxial film is formed (“◯” mark). It was observed that when the film thickness was 10 nm, it was an epitaxial film with slightly poor crystallinity (“Δ” mark), and at 15 nm and 20 nm, it was a polycrystalline film (“×” mark).
 図7は、第1の工程の基板温度を変えた実験の結果を示す説明図である。第1の工程においてMnS膜2をスパッタリング成膜する際の基板温度を、25℃,50℃,70℃,90℃,110℃と変化させ、第2~第3の工程まで行った上で成膜されたMnS膜の結晶性を、2次元検出器を用いたXRDを使って評価した結果をまとめたものである。第1の工程の基板温度以外の条件は、上述の実施例1に示した条件と同じである。基板温度が25℃,50℃及び70℃では、良好なエピタキシャル膜が成膜されている(「○」印)。基板温度が90℃では、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜であり(「△」印)、110℃では多結晶膜である(「×」印)であることが観測された。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of an experiment in which the substrate temperature in the first step was changed. The substrate temperature when the MnS film 2 is formed by sputtering in the first step is changed to 25 ° C., 50 ° C., 70 ° C., 90 ° C., and 110 ° C., and the second to third steps are performed. The results of evaluating the crystallinity of the formed MnS film using XRD using a two-dimensional detector are summarized. Conditions other than the substrate temperature in the first step are the same as the conditions shown in the first embodiment. When the substrate temperature is 25 ° C., 50 ° C., and 70 ° C., a good epitaxial film is formed (“◯” mark). It was observed that the substrate temperature was 90 ° C. and the film was slightly poor in crystallinity (“Δ” mark), and 110 ° C. was a polycrystalline film (“×” mark).
 図8は、第2~第3の工程の基板温度を変えた実験の結果を示す説明図である。実施例1に示した条件で第1の工程を行った後、第2~3の工程における基板温度を、400℃,500℃,700℃,900℃,1000℃,1100℃と変化させ、第2~第3の工程まで行った上で成膜されたMnS膜の結晶性を、2次元検出器を用いたXRDを使って評価した結果をまとめたものである。第1の工程の基板温度以外の条件は、上述の実施例1に示した条件と同じである。基板温度が700℃及び900℃では、良好なエピタキシャル膜が成膜されている(「○」印)。基板温度が500℃または1000℃では、結晶性が若干悪いエピタキシャル膜であり(「△」印)、400℃と1100℃では多結晶膜である(「×」印)であることが観測された。 FIG. 8 is an explanatory view showing the results of an experiment in which the substrate temperature in the second to third steps was changed. After performing the first step under the conditions shown in Example 1, the substrate temperatures in the second to third steps are changed to 400 ° C., 500 ° C., 700 ° C., 900 ° C., 1000 ° C., 1100 ° C. This is a summary of the results of evaluating the crystallinity of the MnS film formed after performing the second to third steps using XRD using a two-dimensional detector. Conditions other than the substrate temperature in the first step are the same as the conditions shown in the first embodiment. When the substrate temperature is 700 ° C. and 900 ° C., a good epitaxial film is formed (“◯” mark). It was observed that when the substrate temperature was 500 ° C. or 1000 ° C., it was an epitaxial film with slightly poor crystallinity (“Δ” mark), and at 400 ° C. and 1100 ° C., it was a polycrystalline film (“×” mark). .
 以上の実験結果から、前記実施例1及び2で示したスパッタリング条件は、これらに限られるものではなく、第1の工程の基板温度を90℃以下に保持すること、第1の工程のMnS層2の膜厚を10nm以下にすること、第2~第3の工程の基板温度を500℃以上1000℃以下に加熱保持するのが好適であることがわかる。さらには、第1の工程の基板温度を70℃以下に保持し、第1の工程のMnS層2の膜厚を5nm以下にし、第2~第3の工程の基板温度を700℃以上900℃以下に加熱保持するとより好適である。ここで、第1の工程の基板温度の下限は任意であるが、同じチャンバーで行われる別の工程で積極的に基板を冷却する必要があるなどの特別の理由がなければ、室温または単に基板を加熱しない(ヒーターをオフする)とすればよい。また、第1の工程のMnS層2は、バリア膜としての機能を果たし、かつ、第2の工程における上記基板温度によって結晶化する膜厚であればよいので、下限は金属硫化物の結晶の格子定数相当(2原子層に相当)である、0.5nm程度である。 From the above experimental results, the sputtering conditions shown in Examples 1 and 2 are not limited to these, and the substrate temperature in the first step is maintained at 90 ° C. or lower, and the MnS layer in the first step. It can be seen that it is preferable to set the film thickness of No. 2 to 10 nm or less and to heat and hold the substrate temperature in the second to third steps at 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less. Further, the substrate temperature in the first step is maintained at 70 ° C. or less, the film thickness of the MnS layer 2 in the first step is 5 nm or less, and the substrate temperature in the second to third steps is 700 ° C. or more and 900 ° C. It is more preferable to heat and maintain the following. Here, the lower limit of the substrate temperature in the first step is arbitrary, but it is room temperature or simply the substrate unless there is a special reason such as the need to actively cool the substrate in another step performed in the same chamber. Is not heated (the heater is turned off). In addition, the MnS layer 2 in the first step may function as a barrier film and may be a film thickness that crystallizes depending on the substrate temperature in the second step. It is about 0.5 nm, which is equivalent to a lattice constant (corresponding to a diatomic layer).
 以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
 例えば、スパッタリング法をCVD法など他の成膜法に変更してもよい。第3の工程における金属硫化膜のエピタキシャル成膜のために、基板が高温に加熱されるより前に、バリア層が形成されており、そのバリア層が上記エピタキシャル成膜のための基板加熱によって結晶化すればよいからである。したがって、第1の工程または第3の工程の成膜法の一方だけをCVD法など他の成膜法に変更してもよい。 For example, the sputtering method may be changed to another film forming method such as a CVD method. For the epitaxial film formation of the metal sulfide film in the third step, a barrier layer is formed before the substrate is heated to a high temperature, and the barrier layer is crystallized by the substrate heating for the epitaxial film formation. It is because it is good. Therefore, only one of the film formation methods in the first step or the third step may be changed to another film formation method such as a CVD method.
 本発明は、高輝度青色系発光素子、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ、その他の電子デバイスに用いて好適なテンプレート基板の作製方法及び作製装置などに広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to a method and an apparatus for manufacturing a template substrate suitable for use in a high-luminance blue light-emitting element, an insulated gate field effect transistor, a high electron mobility transistor, and other electronic devices.
 1   Si(100)単結晶基板
 2   低温の基板温度でスパッタリング成膜したMnS層
 3   固相エピタキシャル成長したMnS層
 4   高温の基板温度でスパッタリング成膜したMnS層(エピタキシャル膜)
 6   ターゲット
 7   基盤ホルダー
 8   ヒーター
 9   チャンバー
 10  搬送室
 11  ロードロック室
 12  第1の成膜処理室
 13  第2の成膜処理室
 21、22、23  ゲートバルブ
 30  基板搬送用ロボット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si (100) single crystal substrate 2 MnS layer formed by sputtering at a low substrate temperature 3 MnS layer formed by solid phase epitaxial growth 4 MnS layer formed by sputtering at a high substrate temperature (epitaxial film)
6 Target 7 Base holder 8 Heater 9 Chamber 10 Transfer chamber 11 Load lock chamber 12 First film formation chamber 13 Second film formation chamber 21, 22, 23 Gate valve 30 Robot for substrate transfer

Claims (13)

  1.  シリコン(Si)(100)単結晶基板上に金属硫化物のエピタキシャル膜が積層されたテンプレート基板の作製方法であって、
     前記金属硫化物の組成を有するターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Si(100)単結晶基板上に前記金属硫化物のバリア膜を成膜する第1の工程と、
     前記Si(100)単結晶基板を加熱して、前記第1の工程で成膜された前記バリア膜を固相エピタキシャル成長により結晶化する第2の工程と、
     前記金属硫化物の組成を有するターゲットを用いたスパッタリング法により、前記第2の工程で結晶化した前記バリア膜上に、前記金属硫化物のエピタキシャル膜をエピタキシャル成長させる第3の工程とを含むことを特徴とするテンプレート基板の作製方法。
    A method for producing a template substrate in which an epitaxial film of a metal sulfide is laminated on a silicon (Si) (100) single crystal substrate,
    A first step of forming a barrier film of the metal sulfide on the Si (100) single crystal substrate by a sputtering method using a target having the composition of the metal sulfide;
    A second step of heating the Si (100) single crystal substrate to crystallize the barrier film formed in the first step by solid phase epitaxial growth;
    A third step of epitaxially growing the epitaxial film of the metal sulfide on the barrier film crystallized in the second step by a sputtering method using a target having the composition of the metal sulfide. A method for producing a template substrate.
  2.  前記第1の工程で成膜されるバリア膜が、非晶質であることを特徴とする請求項1記載のテンプレート基板の作製方法。 The method for manufacturing a template substrate according to claim 1, wherein the barrier film formed in the first step is amorphous.
  3.  前記第1の工程において、前記Si(100)単結晶基板を90℃以下に保持することを特徴とする請求項1記載のテンプレート基板の作製方法。 The method for manufacturing a template substrate according to claim 1, wherein in the first step, the Si (100) single crystal substrate is held at 90 ° C or lower.
  4.  前記第2の工程において、前記Si(100)単結晶基板を500℃以上1000℃以下に加熱することを特徴とする請求項3記載のテンプレート基板の作製方法。 4. The method for manufacturing a template substrate according to claim 3, wherein, in the second step, the Si (100) single crystal substrate is heated to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  5.  前記第1の工程で成膜されるバリア膜の膜厚が0.5nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項1記載のテンプレート基板の作製方法。 The method for manufacturing a template substrate according to claim 1, wherein the thickness of the barrier film formed in the first step is not less than 0.5 nm and not more than 10 nm.
  6.  前記金属硫化物は、硫化マンガン(MnS),硫化マグネシウム(MgS)または硫化カルシウム(CaS)であることを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載のテンプレート基板の作製方法。 The template metal substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal sulfide is manganese sulfide (MnS), magnesium sulfide (MgS), or calcium sulfide (CaS). Method.
  7.  Si(100)単結晶基板上に金属硫化物をターゲットとして、前記Si(100)単結晶基板上に前記金属硫化物のバリア膜をスパッタリング成膜する第1の成膜処理室と、
     前記第1の成膜処理室で前記バリア膜を成膜した前記Si(100)単結晶基板を加熱して、前記第1の工程で成膜された前記バリア膜を固相エピタキシャル成長により結晶化し、前記Si(100)単結晶基板を加熱した状態を保持して、前記金属硫化物のターゲットと同一組成のターゲットを用いて前記金属硫化物のエピタキシャル膜をスパッタリング成膜する、第2の成膜処理室と、
     前記第1の成膜処理室で前記バリア膜を成膜した前記Si(100)単結晶基板を前記第2の成膜処理室に搬送するための搬送室とを備えることを特徴とする、テンプレート基板の作製装置。
    A first film formation chamber for sputtering a metal sulfide barrier film on the Si (100) single crystal substrate with a metal sulfide as a target on the Si (100) single crystal substrate;
    Heating the Si (100) single crystal substrate on which the barrier film is formed in the first film formation chamber, and crystallizing the barrier film formed in the first step by solid phase epitaxial growth; A second film forming process in which the Si (100) single crystal substrate is maintained in a heated state and the metal sulfide epitaxial film is formed by sputtering using a target having the same composition as the metal sulfide target. Room,
    And a transfer chamber for transferring the Si (100) single crystal substrate on which the barrier film is formed in the first film formation chamber to the second film formation chamber. Substrate manufacturing device.
  8.  前記第1の成膜処理室で成膜されるバリア膜が、非晶質であることを特徴とする請求項7記載のテンプレート基板の作製装置。 8. The template substrate manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the barrier film formed in the first film forming chamber is amorphous.
  9.  前記第1の成膜処理室において、前記スパッタリング成膜を行うまでの前記Si(100)単結晶基板を90℃以下に保持することを特徴とする請求項7記載のテンプレート基板の作製装置。 The template substrate manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the Si (100) single crystal substrate is held at 90 ° C. or lower until the sputtering film formation is performed in the first film formation chamber.
  10.  前記第2の成膜処理室では、前記Si(100)単結晶基板を500℃以上1000℃以下に加熱保持することを特徴とする請求項9記載のテンプレート基板の作製装置。 10. The template substrate manufacturing apparatus according to claim 9, wherein, in the second film formation chamber, the Si (100) single crystal substrate is heated and held at 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  11.  前記バリア膜の膜厚が0.5nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項7記載のテンプレート基板の作製装置。 The template substrate manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the thickness of the barrier film is 0.5 nm or more and 10 nm or less.
  12.  前記金属硫化物は、MnS,MgSまたはCaSであることを特徴とする請求項7から11のうちのいずれか1項記載のテンプレート基板の作製装置。 12. The template substrate manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the metal sulfide is MnS, MgS, or CaS.
  13.  前記搬送室は基板搬送用のロボットを備え、さらにロードロック室を備えてマルチチャンバーシステムに対応する、請求項7から12のうちのいずれか1項記載のテンプレート基板の作製装置。 The template substrate manufacturing apparatus according to any one of claims 7 to 12, wherein the transfer chamber includes a substrate transfer robot, and further includes a load lock chamber and corresponds to a multi-chamber system.
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