WO2024257556A1

WO2024257556A1 - スパッタリング装置及びスパッタリング方法

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Publication number: WO2024257556A1
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Inventors: 有親石田
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Publication date: 2024-12-19
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Abstract

スパッタリング装置は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部と対向するように配置された第１ターゲットと、前記基板保持部と対向するように前記第１ターゲットと並んで配置された第２ターゲットと、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に配置された隔壁と、を有する。前記第１ターゲットの任意の位置における第１法線及び前記第２ターゲットの任意の位置における第２法線の各々は、前記基板上の任意の点に接続される。

Description

スパッタリング装置及びスパッタリング方法

　本発明の一実施形態は、スパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。特に、本発明の一実施形態は、ロータリターゲットが用いられたスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関する。

　スマートフォン等の中小型表示装置においては、液晶又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を用いた表示装置が既に製品化されている。これらのなかでも、自発光型素子であるＯＬＥＤを用いたＯＬＥＤ表示装置は、液晶表示装置と比べて、高コントラストでバックライトが不要という利点を有する。しかしながら、ＯＬＥＤは有機化合物で構成されるため、有機化合物の劣化に起因してＯＬＥＤ表示装置の高信頼性を確保することが難しい。

　近年、次世代表示装置として、回路基板の画素内に微小なＬＥＤチップが実装された、いわゆるマイクロＬＥＤ表示装置又はミニＬＥＤ表示装置の開発が進められている。ＬＥＤは、ＯＬＥＤと同様の自発光型素子である。ただし、ＬＥＤは、ＯＬＥＤと異なり、ガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）などを含む安定した無機化合物で構成される。したがって、ＯＬＥＤ表示装置と比較すると、マイクロＬＥＤ表示装置は高信頼性を確保しやすい。さらに、ＬＥＤチップは、発光効率が高く、高輝度を実現することができる。したがって、マイクロＬＥＤ表示装置又はミニＬＥＤ表示装置は、高信頼性、高輝度、及び高コントラストの次世代表示装置として期待されている。

　ところで、マイクロＬＥＤなどで用いられる窒化ガリウム膜は、一般的には、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて８００℃～１０００℃という高温で成膜されている。しかしながら、近年、比較的低温で成膜することができるスパッタリングによる窒化ガリウム膜の成膜方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１１９５６９号公報

　窒化ガリウム膜のマイクロＬＥＤを構成する膜を低温で成膜することができれば、ガラス基板上に直接マイクロＬＥＤを形成することが可能である。マイクロＬＥＤは、組成の異なる複数の膜を積層することで形成される。従来のスパッタリング装置では、組成の異なる膜ごとにターゲット及びチャンバを準備する必要があった。

　本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、新たなスパッタリング装置及びスパッタリング方法を提供することを目的の一つとする。

　本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部と対向するように配置された第１ターゲットと、前記基板保持部と対向するように前記第１ターゲットと並んで配置された第２ターゲットと、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に配置された隔壁と、を有する。前記第１ターゲットの任意の位置における第１法線及び前記第２ターゲットの任意の位置における第２法線の各々は、前記基板上の任意の点に接続される。

　本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部と対向するように配置され、第１ターゲット部材が取り付けられた第１ターゲットと、前記基板保持部と対向するように前記第１ターゲットと並んで配置され、前記第１ターゲット部材とは異なる第２ターゲット部材が取り付けられた第２ターゲットと、を有する。前記第１ターゲット部材は、ガリウムを含む。

　本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法は、第１ターゲット及び第２ターゲットに対向する基板保持部に基板を保持し、第１ステップにおいて、前記第１ターゲットに対するプラズマを発生しながら、前記第１ターゲットと前記基板保持部とを相対的に移動させることで、前記基板に前記第１ターゲットの第１材料を成膜し、第２ステップにおいて、前記第２ターゲットに対するプラズマを発生しながら、前記第２ターゲットと前記基板保持部とを相対的に移動させることで、前記基板に前記第２ターゲットの第２材料を成膜することで、前記第１材料と前記第２材料とを含む積層構造体を形成する。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を示すフローチャート図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した半導体装置を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を示すフローチャート図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の変形例の概要を示す図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の変形例の概要を示す図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要及びスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要及びスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要及びスパッタリング方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した半導体装置を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した発光素子を示す断面図である。

　以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の開示はあくまで一例にすぎない。当業者が、発明の主旨を保ちつつ、実施形態の構成を適宜変更することによって容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等にが模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定しない。本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

　本発明の各実施の形態において、第１部材から第２部材に向かう方向を上又は上方という。逆に、第２部材から第１部材に向かう方向を下又は下方という。このように、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、第１部材と第２部材との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。以下の説明で、例えば第１部材上の第２部材という表現は、上記のように第１部材と第２部材との上下関係を説明しているに過ぎず、第１部材と第２部材との間に他の部材が配置されていてもよい。上方又は下方は、複数の層が積層された構造における積層順を意味するものであり、第１部材の上方の第２部材と表現する場合、平面視において、第１部材と第２部材とが重ならない位置関係であってもよい。一方、第１部材の鉛直上方の第２部材と表現する場合は、平面視において、第１部材と第２部材とが重なる位置関係を意味する。

　本明細書において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、場合により、互いに入れ替えることができる。

　本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ、Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ、Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ～Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。

　なお、以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。

［１．第１実施形態］
　図１～図４を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０、スパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法、及び当該スパッタリング方法によって形成された半導体装置２０について説明する。

［１－１．スパッタリング装置１０の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す図である。図１は、スパッタリング装置１０を上方から見た図である。図１に示すように、スパッタリング装置１０は、チャンバ１００、ターゲット部２００、及び基板保持部３００を有する。図１では、チャンバ１００の一部が示されている。チャンバ１００は閉空間を構成する。図示しないが、チャンバ１００には排気口及びプロセスガス供給口が設けられている。排気口を介してチャンバ１００内を減圧することができる。プロセスガス供給口を介してチャンバ１００内にスパッタリングに必要なアルゴンや窒素などのガスを供給することができる。基板保持部３００に被成膜対象である基板３１０が保持される。図１の例では、基板３１０は、基板３１０の主面がＸ軸方向及びＺ軸方向に拡がるように基板保持部３００に保持される。換言すると、基板３１０は縦置きの状態で基板保持部３００に保持される。

　ターゲット部２００は、基板保持部３００と対向するように並んで配置されたロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２を含む。ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２は、それぞれ支持部材２１０、２２０、固定部材２１１、２２１、ヨーク２１２、２２２、中央磁石２１３、２２３、周辺磁石２１４、２２４、バッキングチューブ２１５、２２５、及びターゲット２１６、２２６を含む。ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２は、遮蔽板２１７、２２７によって囲まれている。ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２を構成する上記の各部材はＺ方向に延びる形状を有している。ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２はＸ方向に離隔して配置されている。ロータリターゲットＲＴ１を「第１ターゲット」という場合がある。ロータリターゲットＲＴ２を「第２ターゲット」という場合がある。

　支持部材２１０、２２０は、チャンバ１００に対して回動可能に固定されている。固定部材２１１、２２１は、支持部材２１０、２２０に接続され、支持部材２１０、２２０からバッキングチューブ２１５、２２５に向かって延びている。固定部材２１１、２２１の端部にヨーク２１２、２２２が固定されている。中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４は、ヨーク２１２、２２２に固定されており、ヨーク２１２、２２２からバッキングチューブ２１５、２２５に向かって延びている。中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４のバッキングチューブ２１５、２２５側の端部は、バッキングチューブ２１５、２２５の内壁に沿って湾曲した形状を有している。

　中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４は、Ｚ方向に延びた直線形状を有している。中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４は、支持部材２１０、２２０を中心としてバッキングチューブ２１５、２２５の内壁に沿って回動する。支持部材２１０、２２０は、固定部材２１１、２２１に固定され、中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４とともに回動する。ただし、支持部材２１０、２２０がチャンバ１００に対して回動せずに固定されていてもよい。この場合、固定部材２１１、２２１は支持部材２１０、２２０に対して回動可能に接続される。

　ターゲット２１６、２２６はバッキングチューブ２１５、２２５に固定されている。バッキングチューブ２１５、２２５及びターゲット２１６、２２６は、Ｚ方向に延びる軸を中心とした円筒形状を有しており、支持部材２１０、２２０を中心として回動する。ターゲット２１６、２２６は、中央磁石２１３、２２３及び周辺磁石２１４、２２４とは独立して回動する。以下の説明において、中央磁石２１３及び周辺磁石２１４を特に区別しない場合、かつ中央磁石２２３及び周辺磁石２２４を特に区別しない場合、これらを単に「磁石」という場合がある。

　図１に示すように、基板３１０に対して成膜可能な磁石の位置を「成膜位置」という場合がある。つまり、磁石の位置が成膜位置である場合、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に対して発生するプラズマ領域ＰＬＳは、後述するスリット２１８、２２８を介して遮蔽板２１７、２２７の外に拡がっている。一方、基板３１０に対して成膜不可能な磁石の位置を「非成膜位置」という場合がある。つまり、磁石の位置が非成膜位置である場合、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に対して発生するプラズマ領域ＰＬＳは、遮蔽板２１７、２２７によって遮蔽され、その外に拡がらない。

　ターゲット２１６、２２６として、ガリウム、窒化ガリウム、アルミニウム、窒化アルミニウム、インジウム、窒化インジウム、シリコン、及び窒化シリコンが用いられる。ターゲット２１６、２２６として、上記の材料に対して不純物（ドーパント）が導入された材料が用いられてもよい。例えば、窒化ガリウムに対してマグネシウム又はシリコンがドーパントとして導入された材料が用いられてもよい。ドーパントとしてマグネシウムを含む窒化ガリウムはＰ型半導体として機能する。ドーパントとしてシリコンを含む窒化ガリウムはＮ型半導体として機能する。

　ターゲット２１６とターゲット２２６とは異なる材料である。例えば、ターゲット２１６として窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６として窒化アルミニウムが用いられる。又は、ターゲット２１６として窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６として窒化インジウムが用いられる。又は、ターゲット２１６として真性の窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６としてドーパントが導入された窒化ガリウムが用いられる。真性とは、意図的にドーパントが導入されていないことを意味する。

　中央磁石２１３、２２３は周辺磁石２１４、２２４と異なる極性を有する。つまり、これらの磁石によって中央磁石２１３、２２３から周辺磁石２１４、２２４に向かう（又はその逆に向かう）磁場が形成される。この磁場によってプラズマ中の電子が閉じ込められるため、中央磁石２１３、２２３と周辺磁石２１４、２２４との間に対応する領域に高濃度のプラズマ領域ＰＬＳが形成される。プラズマ領域ＰＬＳでは、プロセスガスとして導入されたアルゴンがイオン化される。イオン化したアルゴンは、プラズマ領域ＰＬＳとターゲット２１６との間、及びプラズマ領域ＰＬＳとターゲット２２６との間に形成されたシース領域において、ターゲット２１６、２２６に向かって加速される。このように加速されたアルゴンがターゲット２１６、２２６に衝突することで、ターゲット材料がスパッタリングされる。

　上記のように、スパッタリングされたターゲット材料は、ターゲット２１６、２２６の表面からプラズマ領域ＰＬＳに向かって飛来する。図１において、ターゲット２１６、２２６の表面からプラズマ領域ＰＬＳを通過して基板３１０に達する点線は、スパッタリングされるターゲット材料の軌跡である。上記のスパッタリングによって、当該点線が基板３１０に達する位置を中心として、基板３１０にターゲット材料が堆積する。支持部材２１０、２２０のそれぞれの中心は、当該点線の延長線上に位置している。つまり、当該点線は、ターゲット２１６、２２６の任意の表面における法線である。ターゲット２１６から基板３１０に向かって延びる点線を「第１法線」という場合がある。ターゲット２２６から基板３１０に向かって延びる点線を「第２法線」という場合がある。第１法線及び第２法線の各々は、基板３１０上の任意の点に接続されている。換言すると、ターゲット２１６、２２６は、これらからスパッタリングされたターゲット材料が基板３１０の同じ点に成膜されるように配置されている。

　遮蔽板２１７、２２７にはスリット２１８、２２８が設けられている。遮蔽板２１７、２２７は、スリット２１８、２２８が設けられた領域を除きターゲット２１６、２２６の周囲を連続して囲んでいる。スリット２１８は、基板保持部３００又は基板３１０の表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ１の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ２側に設けられている。スリット２２８は、基板保持部３００又は基板３１０の表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ２の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ１側に設けられている。

　遮蔽板２１７、２２７のうち、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２との間に挟まれた部分は、ロータリターゲットＲＴ１からスパッタリングされたターゲット材料がロータリターゲットＲＴ２に堆積することを抑制する隔壁として機能し、ロータリターゲットＲＴ２からスパッタリングされたターゲット材料がロータリターゲットＲＴ１に堆積することを抑制する隔壁として機能する。隔壁として機能する部分は、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２とによって挟まれる空間を遮蔽するように設けられる。

　遮蔽板２１７のうち、ロータリターゲットＲＴ１と基板保持部３００（又は、基板３１０）との間に位置する部分は、ロータリターゲットＲＴ１からスパッタリングされたターゲット材料がスリット２１８以外の領域を通過して基板３１０に堆積することを抑制する。当該部分を「第１遮蔽板」という場合がある。遮蔽板２２７のうち、ロータリターゲットＲＴ２と基板保持部３００（又は、基板３１０）との間に位置する部分は、ロータリターゲットＲＴ２からスパッタリングされたターゲット材料がスリット２２８以外の領域を通過して基板３１０に堆積することを抑制する。当該部分を「第２遮蔽板」という場合がある。

　上記のように表現する場合、第１遮蔽板は、遮蔽板２１７のうち、基板保持部３００の表面と平行に延びる部分に相当する。第２遮蔽板は、遮蔽板２２７のうち、基板保持部３００の表面と平行に延びる部分に相当する。隔壁は、遮蔽板２１７、２２７のうち、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２との間で、基板保持部３００又は基板３１０の表面に対する垂線と同じ方向に延びる部分の両方又は一方に相当する。この場合、第１遮蔽板及び第２遮蔽板は、隔壁に接続されているということができる。

　基板保持部３００は、移動機構３２０によって矢印の方向に移動する。移動機構３２０として、例えば、基板保持部３００に接するローラが設けられる。ただし、移動機構３２０は基板３１０を保持した状態の基板保持部３００を矢印の方向に移動することができればよく、図１の構成に限定されない。本実施形態では、基板保持部３００がターゲット部２００に対して移動する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、基板保持部３００の位置が固定され、ターゲット部２００が基板保持部３００に対して移動してもよい。つまり、基板保持部３００がターゲット部２００に対して相対的に移動することができる。

［１－２．スパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法］
　図２は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を示すフローチャート図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。これらの図面を用いて、スパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。図３Ａ及び図３Ｂでは、チャンバ１００が省略されている。

　まず、基板３１０がチャンバ内に誘導され、基板保持部３００に保持される（ステップＳ３０１；基板支持部における基板の保持）。続いて、真空ポンプなどを用いた真空引きによってチャンバ内が減圧され、チャンバ内にプロセスガスが導入される（ステップＳ３０２；プロセスガスの導入）。プロセスガスの導入後に、ロータリターゲットＲＴ１に電力が供給され、図３Ａに示すようにロータリターゲットＲＴ１に対してプラズマが発生する（ステップＳ３０３；第１ＲＴへのプラズマＯＮ）。このとき、ロータリターゲットＲＴ２には電力が供給されないため、ロータリターゲットＲＴ２に対するプラズマは発生しない（ステップＳ３０３；第２ＲＴへのプラズマＯＦＦ）。この状態で、図３Ａに示すように、基板３１０を保持した基板保持部３００を矢印の方向に移動する（ステップＳ３０４；基板移動）。ステップＳ３０４によって、基板３１０にはロータリターゲットＲＴ１に装着されたターゲット２１６の材料（第１材料）が成膜される。

　基板保持部３００が図３Ａの矢印の方向に移動し、基板３１０の成膜領域の端部まで成膜が完了すると、基板保持部３００は矢印の逆方向に移動する。逆方向への移動の際に上記の成膜を継続してもよく、プラズマを停止して成膜を行わなくてもよい。

　上記の逆方向への移動が完了すると、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に電力が供給され、図３Ｂに示すようにロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に対してプラズマが発生する（ステップＳ３０５；第１ＲＴへのプラズマＯＮ、第２ＲＴへのプラズマＯＮ）。この状態で、基板３１０を保持した基板保持部３００を矢印の方向に移動する（ステップＳ３０６；基板移動）。ステップＳ３０５、Ｓ３０６によって、基板３１０にはロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に装着されたターゲット２１６の材料及びターゲット２２６の材料（第２材料）が成膜される。その結果、基板３１０にはターゲット２１６、２２６の材料によって構成される化合物が成膜される。

　ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２への電力供給を停止し、これらに対して発生していたプラズマを停止し（ステップＳ３０７；第１ＲＴへのプラズマＯＦＦ、第２ＲＴへのプラズマＯＦＦ）、プロセスガスの供給を停止することで、上記の成膜プロセスは終了する。

　上記のスパッタリング方法では、ステップＳ３０５でロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に対してプラズマを発生させ、基板３１０にターゲット２１６、２２６の各々の材料を成膜する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、ロータリターゲットＲＴ１に対するプラズマを発生させず、ロータリターゲットＲＴ２に対するプラズマのみを発生させることで、ターゲット２２６の材料のみを基板３１０に成膜してもよい。

［１－３．半導体装置の製造方法］
　図４は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した半導体装置を示す断面図である。ターゲット２１６として窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６として窒化アルミニウムが用いられた場合に、上記の成膜プロセスを行うことで、図４に示すような半導体装置２０を製造することができる。

　上記の構成で、図２のステップＳ３０３、Ｓ３０４、及び図３Ａに示す成膜を行うと、基板３１０には窒化ガリウム層（ＧａＮ層）が成膜される。続いて、図２のステップＳ３０５、Ｓ３０６、及び図３Ｂに示す成膜を行うと、基板３１０にはドーパントとしてアルミニウムが導入された窒化ガリウム層（窒化アルミニウムガリウム層；ＡｌＧａＮ層）が成膜される。上記の成膜によって、基板３１０の上には、ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層の積層が形成される。つまり、同一のチャンバ内で窒化ガリウム層の成膜及び窒化アルミニウムガリウム層の成膜を連続して行うことができる。

　上記の成膜プロセスを用いて形成された半導体装置の一例が、図４の半導体装置２０である。図４に示すように、半導体装置２０は、基板３１０の上に形成されている。半導体装置２０は、第１窒化ガリウム層３３０、第２窒化ガリウム層３４０、ゲート絶縁層３５０、ゲート電極３６０、ソース電極３７０、及びドレイン電極３８０を有する。

　第１窒化ガリウム層３３０として、真性のＧａＮ層が形成される。第２窒化ガリウム層３４０としてＡｌＧａＮ層が形成される。第１窒化ガリウム層３３０は半導体装置２０のチャネルとして機能する。ゲート絶縁層３５０として、酸化アルミニウムが形成される。ゲート電極３６０、ソース電極３７０、及びドレイン電極３８０として、例えばアルミニウム、チタン、モリブデンなどの一般的な金属材料が形成される。

　上記のスパッタリング装置１０及び成膜プロセスを用いることで、異なる組成の層を同一のチャンバ内で成膜し、積層構造体を形成することができる。例えば、第２窒化ガリウム層３４０／第１窒化ガリウム層３３０として、ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層を同一チャンバ１００で連続して成膜することができる。したがって、第１窒化ガリウム層３３０と第２窒化ガリウム層３４０との界面（ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層の界面）にゴミや汚染物質が付着することを抑制することができる。その結果、ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層の界面を清浄に保つことができるため、高い移動度かつ高い信頼性を備えた半導体装置２０を実現することができる。

［１－４．スパッタリング方法の変形例１］
　図５は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を示すフローチャート図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を説明する図である。これらの図面を用いて、スパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法の変形例について説明する。図６Ａ及び図６Ｂでは、チャンバ１００が省略されている。

　図５において、ステップＳ５０１、Ｓ５０２は、図２のステップＳ２０１、Ｓ２０２と同じなので、説明を省略する。ステップＳ５０２におけるプロセスガスの導入後に、図６Ａに示すように、ロータリターゲットＲＴ１の磁石（中央磁石２１３及び周辺磁石２１４）の位置を成膜位置に制御し（ステップＳ５０３；第１ＲＴの磁石を成膜位置に制御）、ロータリターゲットＲＴ２の磁石（中央磁石２２３及び周辺磁石２２４）の位置を非成膜位置に制御する（ステップＳ５０３；第２ＲＴの磁石を非成膜位置に制御）。この状態で、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に電力が供給され、両者に対してプラズマが発生する（ステップＳ５０４；第１ＲＴへのプラズマＯＮ、第２ＲＴへのプラズマＯＮ）。

　上記のステップによって、図６Ａに示すようにロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に対してプラズマが発生するが、ターゲット２１６からスパッタリングされたターゲット材料のみが基板３１０に成膜される。ターゲット２２６からスパッタリングされたターゲット材料は、基板３１０とは逆の方向に向かい、かつ遮蔽板２２７によって遮蔽されるため、当該ターゲット材料は基板３１０に成膜されない。換言すると、ロータリターゲットＲＴ１に含まれる磁石を制御することによってスリット２１８が設けられた位置にプラズマが発生し、ロータリターゲットＲＴ２に含まれる磁石を制御することによってスリット２２８が設けられていない位置にプラズマが発生する。この状態で、基板３１０を保持した基板保持部３００が矢印の方向に移動する（ステップＳ５０５；基板移動）。ステップＳ５０５によって、基板３１０にはロータリターゲットＲＴ１に装着されたターゲット２１６の材料のみが成膜される。

　基板保持部３００が図６Ａの矢印の方向に移動し、基板３１０の成膜領域の端部まで成膜が完了すると、基板保持部３００は矢印の逆方向に移動する。逆方向への移動の際に上記の成膜を継続してもよく、プラズマを停止して成膜を行わなくてもよい。

　逆方向への移動が完了すると、逆方向への移動の際に成膜を行っていた場合はロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２への電力供給を停止し（ステップＳ５０６；第１ＲＴへのプラズマＯＦＦ、第２ＲＴへのプラズマＯＦＦ）、図６Ｂに示すように、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方の磁石の位置を成膜位置に制御する（ステップＳ５０７；第１ＲＴの磁石を成膜位置に制御、第２ＲＴの磁石を成膜位置に制御）。この状態で、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に電力が供給され、両者に対してプラズマが発生する（ステップＳ５０８；第１ＲＴへのプラズマＯＮ、第２ＲＴへのプラズマＯＮ）。換言すると、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に含まれる磁石を制御することによってスリット２１８、２２８が設けられた位置にプラズマが発生する。この状態で、基板３１０を保持した基板保持部３００を矢印の方向に移動する（ステップＳ５０９；基板移動）。ステップＳ５０８、Ｓ５０９によって、基板３１０にはロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に装着されたターゲット２１６、２２６の材料が成膜される。その結果、基板３１０にはターゲット２１６、２２６の材料によって構成される化合物が成膜される。

　ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２への電力供給を停止し、これらに対して発生していたプラズマを停止し（ステップＳ５１０；第１ＲＴへのプラズマＯＦＦ、第２ＲＴへのプラズマＯＦＦ）、プロセスガスの供給を停止することで、上記の成膜プロセスは終了する。

　上記の変形例に係るスパッタリング方法であっても、第１実施形態に係るスパッタリング方法と同様に、同一のチャンバ１００内で組成の異なる層を連続して成膜することができる。

［１－５．スパッタリング方法の変形例２］
　上記のスパッタリング装置１０及び成膜プロセスを用いることで、成膜される膜中に含まれるドーパント濃度を調整する方法について説明する。上記のように、ターゲット２１６として窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６として窒化アルミニウムが用いられた場合、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に供給される電力を調整することで、ＡｌＧａＮ層におけるドーパント濃度（アルミニウム濃度）を調整することができる。具体的には、ロータリターゲットＲＴ１に供給される電力に対してロータリターゲットＲＴ２に供給される電力を相対的に小さくすることによって、ＡｌＧａＮ層におけるアルミニウム濃度を低くすることができる。逆に、ロータリターゲットＲＴ１に供給される電力に対してロータリターゲットＲＴ２に供給される電力を相対的に大きくすることによって、ＡｌＧａＮ層におけるアルミニウム濃度を高くすることができる。

　上記の構成を換言すると、ターゲット２２６として用いられる材料は、ターゲット２１６として用いられる材料よりも多くのドーパントを含む。ロータリターゲットＲＴ１に対してプラズマを発生させる電力とロータリターゲットＲＴ２に対してプラズマを発生させる電力との比率を調整することで、基板３１０に形成される薄膜に含まれるドーパントの濃度を調整する。ターゲット２２６としてマグネシウム又はシリコンが導入された窒化ガリウムが用いられてもよい。例えば、ターゲット２２６の材料に含まれるドーパント濃度は、基板３１０に成膜される薄膜に含まれるドーパント濃度の１倍以上２０倍以下であってもよい。

［１－６．スパッタリング装置の変形例］
　図７は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の変形例の概要を示す図である。図７に示すスパッタリング装置１０は、図１に示すスパッタリング装置１０と類似しているが、遮蔽板の構成が図１のスパッタリング装置１０とは異なる。それ以外の図７の構成は、図１と同じなので、説明を省略する。

　図７に示すように、遮蔽板２４０は、隔壁２４１、第１遮蔽板２４２、及び第２遮蔽板２４３を有する。第１遮蔽板２４２には、図１のスリット２１８と同じ位置にスリット２４４が設けられている。第２遮蔽板２４３には、図１のスリット２２８と同じ位置にスリット２４５が設けられている。

　隔壁２４１は、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２との間に設けられている。隔壁２４１は、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２とによって挟まれる空間を遮蔽するように設けられている。隔壁２４１は、ロータリターゲットＲＴ１からスパッタリングされたターゲット材料がロータリターゲットＲＴ２に堆積することを抑制し、ロータリターゲットＲＴ２からスパッタリングされたターゲット材料がロータリターゲットＲＴ１に堆積することを抑制する。

　第１遮蔽板２４２は、ロータリターゲットＲＴ１と基板保持部３００との間に設けられている。第１遮蔽板２４２は、ロータリターゲットＲＴ１からスパッタリングされたターゲット材料がスリット２４４以外の領域を通過して基板３１０に堆積することを抑制する。第２遮蔽板２４３は、ロータリターゲットＲＴ２と基板保持部３００との間に設けられている。第２遮蔽板２４３は、ロータリターゲットＲＴ２からスパッタリングされたターゲット材料がスリット２４５以外の領域を通過して基板３１０に堆積することを抑制する。

　図７では、隔壁２４１、第１遮蔽板２４２、及び第２遮蔽板２４３がそれぞれ個別の部材として設けられた構成が例示されているが、この構成に限定されない。例えば、隔壁２４１、第１遮蔽板２４２、及び第２遮蔽板２４３のうち、少なくとも２以上の部材が一体で構成されていてもよい。

　上記の変形例に係るスパッタリング装置であっても、第１実施形態に係るスパッタリング装置と同様に、同一のチャンバ１００内で組成の異なる層を連続して成膜することができる。なお、第１遮蔽板２４２及び第２遮蔽板２４３は省略されてもよい。又は、隔壁２４１が省略されていてもよい。

［２．第２実施形態］
　図８Ａ～図８Ｂを参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０Ａを用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０Ａの構成は、図１に示すスパッタリング装置１０と同じなので、説明を省略する。本実施形態では、スパッタリング装置１０Ａを用いて、窒化ガリウム層（ＧａＮ層）及び窒化インジウムガリウム層（ＩｎＧａＮ層）の多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｗｅｌｌ）構造を形成する実施形態について説明する。以下の説明において、スパッタリング装置１０Ａの構成のうち第１実施形態のスパッタリング装置１０と同様の構成の説明を省略し、主にスパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様の構成について説明をする場合、図１～７を参照し、図１～７に示された符号の後にアルファベット“Ａ”を付して説明する。

［２－１．スパッタリング装置１０Ａを用いたスパッタリング方法］
　図８Ａ～図８Ｂは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本実施形態では、ターゲット２１６Ａとして窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６Ａとして窒化インジウムが用いられる。以下のスパッタリング方法では、第１ステップにおいてＧａＮ層が形成され、第２ステップにおいてＩｎＧａＮ層が形成される。第１ステップと第２ステップとが交互に繰り返されることによって、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とが交互に積層されたＭＱＷ構造が形成される。

　図８Ａに示すように、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に対して電力を供給することで、これらに対するプラズマが発生する。ロータリターゲットＲＴ１からは窒化ガリウムがスパッタリングされ、ロータリターゲットＲＴ２からはＩｎＮがスパッタリングされる。その結果、基板３１０ＡにはＩｎＧａＮ層が成膜される。この状態で、基板保持部３００Ａが矢印の方向に移動することによって、基板３１０Ａの全体に対してＩｎＧａＮ層が成膜される。ＩｎＧａＮ層を成膜する膜厚に応じて、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に供給される電力及び基板保持部３００Ａの移動速度が調整される。上記の動作を「第１ステップ」という場合がある。

　図８Ａの動作で所望の膜厚のＩｎＧａＮ層を成膜した後に、図８Ｂに示すように、ロータリターゲットＲＴ１に対して電力を供給した状態でロータリターゲットＲＴ２に対する電力の供給を停止することで、ロータリターゲットＲＴ１のみにプラズマが発生する。ロータリターゲットＲＴ２からＩｎＮはスパッタリングされず、ロータリターゲットＲＴ１のみから窒化ガリウムがスパッタリングされる。その結果、基板３１０ＡにはＧａＮ層が成膜される。この状態で、基板保持部３００Ａが矢印の方向に移動することによって、基板３１０Ａの全体に対してＧａＮ層が成膜される。ＧａＮ層を成膜する膜厚に応じて、ロータリターゲットＲＴ１に供給される電力及び基板保持部３００Ａの移動速度が調整される。上記の動作を「第２ステップ」という場合がある。

　上記の第１ステップと第２ステップとを繰り返すことによって、基板３１０Ａの上にＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とが繰り返し積層されたＭＱＷ構造が形成される。

　本実施形態では、第１ステップ及び第２ステップはともに基板保持部３００Ａが一方向に移動することで各層を成膜する方法を例示したが、この方法に限定されない。例えば、一方向への移動だけでは所望の膜厚を得ることができない場合、第１ステップ及び第２ステップのそれぞれにおいて基板保持部３００Ａが一往復以上移動してもよい。

　複数の異なる層を繰り返し積層する必要がある場合であっても、上記のスパッタリング装置１０Ａ及び成膜プロセスを用いることで、そのような積層構造を同一のチャンバ内で成膜することができる。上記のスパッタリング方法によって、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層との間にゴミや汚染物質が付着することを抑制することができる。その結果、ＧａＮ層／ＩｎＧａＮ層の界面を清浄に保つことができるため、高い移動度かつ高い信頼性を備えた半導体装置を実現することができる。

［２－２．スパッタリング方法の変形例］
　図８Ｃは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法の変形例を説明する図である。図８Ｃを用いて、本実施形態に係るスパッタリング方法の変形例について説明する。図８Ｃは、図８Ｂの第２ステップの代替となるステップを示す図である。変形例において、第１ステップは上記の第１ステップと同じなので、説明を省略する。

　変形例では、図８Ｃに示すように、ロータリターゲットＲＴ２の磁石（中央磁石２２３Ａ及び周辺磁石２２４Ａ）の位置を非成膜位置に制御した状態で、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に対して電力を供給する。この場合、ロータリターゲットＲＴ２からスパッタリングされたＩｎＮは遮蔽板２２７Ａによって遮蔽されるため、ＩｎＮは基板３１０Ａに成膜されない。その結果、基板３１０ＡにはＧａＮ層のみが成膜される。

［３．第３実施形態］
　図９を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｂを用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０Ｂの構成は、図１に示すスパッタリング装置１０と類似しているが、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２との間にライン状プラズマソースが設けられている点においてスパッタリング装置１０と相違する。以下の説明において、スパッタリング装置１０Ｂの構成のうち第１実施形態のスパッタリング装置１０と同様の構成の説明を省略し、主にスパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様の構成について説明をする場合、図１～７を参照し、図１～７に示された符号の後にアルファベット“Ｂ”を付して説明する。

［３－１．スパッタリング装置１０Ｂの構成］
　図９に示すように、スパッタリング装置１０Ｂは、ロータリターゲットＲＴ１とＲＴ２との間にライン状プラズマを生成するプラズマユニット４００Ｂを備えている。プラズマユニット４００Ｂは、電極４１０Ｂ、筐体４２０Ｂ、マッチングボックス４３０Ｂ、及びＲＦ電源４４０Ｂを有する。電極４１０Ｂは筐体４２０Ｂの内部に設けられている。マッチングボックス４３０ＢはＲＦ電源４４０Ｂと電極４１０Ｂとの間に設けられており、ＲＦ電源４４０Ｂから送信されたＲＦ信号を効率よく電極４１０Ｂに送るための整合器として機能する。ＲＦ電源４４０Ｂから送信されたＲＦ信号が電極４１０Ｂに伝達されることによって、線状のプラズマ領域４１１Ｂが生成される。プラズマ領域４１１Ｂは、電極４１０Ｂから基板３１０Ｂに向かって延びている。特に、本実施形態では、プラズマ領域４１１Ｂは、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の各々からスパッタリングされるターゲット材料の軌跡（点線）が基板３１０Ｂに達する位置に向かって延びている。

　図９の場合、例えば、ロータリターゲットＲＴ１のターゲット２１６Ｂとして窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２２６Ｂとして窒化インジウムが用いられる。さらに、プラズマ領域４１１Ｂに生成されるプラズマは窒素プラズマである。この場合、ターゲット２１６Ｂとして用いられる窒化ガリウムのガリウムに対する窒素の比率は、成膜されるＧａＮ層におけるガリウムに対する窒素の比率よりも小さい。同様に、ターゲット２２６Ｂとして用いられるＩｎＮのインジウムに対する窒素の比率は、成膜されるＩｎＮ層におけるインジウムに対する窒素の比率より小さい。このような組成のターゲットを用いた場合であっても、スパッタリングされたターゲット材料は基板３１０Ｂの表面で窒素プラズマによって窒化されるため、所望の比率を有するＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を形成することができる。

　上記のように、ターゲット２１６Ｂ、２２６Ｂにおいて、ガリウム、インジウムに対する窒素の比率を相対的に小さくすることで、ターゲット自体の電気抵抗を小さくすることができる。スパッタリング装置では、ターゲットは陰極として機能する。したがって、ターゲット自体の電気抵抗を小さくすることで、スパッタリングによる成膜レートを上げることができる。ターゲット２１６Ｂ、２２６Ｂとして、窒化ガリウム、窒化インジウムではなく、ガリウム、インジウムの金属ターゲットを用いてもよい。

　上記の構成によって、図８Ａ～図８Ｂと同様のスパッタリング方法を実行することができる。したがって、本実施形態によって、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

［３－２．スパッタリング装置の変形例］
　図１０は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の変形例の概要を示す図である。図１０に示すように、ロータリターゲットＲＴ１及びプラズマユニット４００Ｂによってスパッタリング装置１０Ｂが構成されていてもよい。例えば、ターゲット２１６Ｂとして、ガリウム又は窒化ガリウムが用いられる。ターゲット２１６Ｂとして窒化ガリウムが用いられる場合、窒化ガリウムのガリウムに対する窒素の比率は、成膜されるＧａＮ層におけるガリウムに対する窒素の比率より小さい。この構成によって、ＧａＮ層のスパッタリングによる成膜レートを向上させることができる。

［４．第４実施形態］
　図１１Ａ～図１２を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｃを用いたスパッタリング方法、及び当該スパッタリング方法によって形成された半導体装置５０Ｃについて説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０Ｃの構成は、図１に示すスパッタリング装置１０と類似しているが、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に加えてロータリターゲットＲＴ３が設けられている点においてスパッタリング装置１０と相違する。以下の説明において、スパッタリング装置１０Ｃの構成のうち第１実施形態のスパッタリング装置１０と同様の構成の説明を省略し、主にスパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様の構成について説明をする場合、図１～７を参照し、図１～７に示された符号の後にアルファベット“Ｃ”を付して説明する。

［４－１．スパッタリング装置１０Ｃの構成］
　図１１Ａに示すように、スパッタリング装置１０Ｃは、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に加えてロータリターゲットＲＴ３を有している。ロータリターゲットＲＴ３は、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２と同様に、支持部材２３０Ｃ、固定部材２３１Ｃ、ヨーク２３２Ｃ、中央磁石２３３Ｃ、周辺磁石２３４Ｃ、バッキングチューブ２３５Ｃ、及びターゲット２３６Ｃを含む。ロータリターゲットＲＴ３は、遮蔽板２３７Ｃによって囲まれている。ロータリターゲットＲＴ３を構成する上記の各部材はＺ方向に延びる形状を有している。ロータリターゲットＲＴ３は、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２からＸ方向に離隔して配置されている。ロータリターゲットＲＴ３の各構成はロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の各構成と同様なので詳細な説明は省略する。

　スリット２１８Ｃは、基板保持部３００Ｃ又は基板３１０Ｃの表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ１の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ２側に設けられている。スリット２３８Ｃは、当該表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ３の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ２側に設けられている。遮蔽板２２７Ｃには、スリット２２８Ｃ、２２９Ｃが設けられている。スリット２２８Ｃは、当該表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ２の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ１側に設けられている。スリット２２９Ｃは、当該表面に対する垂線のうちロータリターゲットＲＴ２の回転軸を通る線よりロータリターゲットＲＴ３側に設けられている。

　ロータリターゲットＲＴ２の磁石（中央磁石２２３Ｃ及び周辺磁石２２４Ｃ）の位置は制御可能である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、スパッタリングされたターゲット材料がスリット２２８Ｃを通過して基板３１０Ｃに成膜される場合の当該磁石の位置を「第１成膜位置」という場合がある。図１１Ｃに示すように、スパッタリングされたターゲット材料がスリット２２９Ｃを通過して基板３１０Ｃに成膜される場合の当該磁石の位置を「第２成膜位置」という場合がある。

［４－２．スパッタリング装置１０Ｃを用いたスパッタリング方法］
　図１１Ａ～図１１Ｃは、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を説明する図である。本実施形態では、ターゲット２１６Ｃとして窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられ、ターゲット２２６Ｃとして窒化ガリウムが用いられ、ターゲット２３６Ｃとしてマグネシウムがドーピングされた窒化ガリウムが用いられる。マグネシウムがドーピングされた窒化ガリウムはＰ型の半導体として機能するため、当該窒化ガリウム層を「ｐ－ＧａＮ層」という場合がある。以下のスパッタリング方法では、第１ステップにおいてＧａＮ層が形成され、第２ステップにおいてＡｌＧａＮ層が形成され、第３ステップにおいてｐ－ＧａＮ層が形成される。第１ステップ～第３ステップが実行されることによって、後述する図１２に示すＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成することができる。ターゲット２３６Ｃの材料に含まれるドーパント濃度は、基板３１０Ｃに成膜される薄膜に含まれるドーパント濃度の１倍以上２０倍以下である。

　図１１Ａに示すように、ロータリターゲットＲＴ２に対して電力が供給されてプラズマが発生する。ロータリターゲットＲＴ２からは窒化ガリウムがスパッタリングされる。その結果、基板３１０ＡにはＧａＮ層が成膜される。この状態で、基板保持部３００Ｃが矢印の方向に移動することによって、基板３１０Ｃの全体に対してＧａＮ層が成膜される。ＧａＮ層を成膜する膜厚に応じて、ロータリターゲットＲＴ２に供給される電力及び基板保持部３００Ｃの移動速度が調整される。上記の動作を「第１ステップ」という場合がある。図１１Ａでは、ロータリターゲットＲＴ２の磁石の位置が第１成膜位置である構成を例示したが、当該磁石の位置は第２成膜位置であってもよい。

　図１１Ａの動作で所望の膜厚のＧａＮ層を成膜した後に、図１１Ｂに示すように、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２の両方に対して電力を供給することで、これらに対するプラズマが発生する。この場合において、ロータリターゲットＲＴ２の磁石の位置は第１成膜位置である。ロータリターゲットＲＴ１からは窒化アルミニウムがスパッタリングされ、ロータリターゲットＲＴ２からは窒化ガリウムがスパッタリングされる。その結果、基板３１０ＣにはＡｌＧａＮ層が成膜される。この状態で、基板保持部３００Ｃが矢印の方向に移動することによって、基板３１０Ｃの全体に対してＡｌＧａＮ層が成膜される。ＡｌＧａＮ層を成膜する膜厚に応じて、ロータリターゲットＲＴ１、ＲＴ２に供給される電力及び基板保持部３００Ｃの移動速度が調整される。上記の動作を「第２ステップ」という場合がある。

　図１１Ｂの動作で所望の膜厚のＡｌＧａＮ層を成膜した後に、図１１Ｃに示すように、ロータリターゲットＲＴ２の磁石の位置を第２成膜位置に切り替え、ロータリターゲットＲＴ２、ＲＴ３の両方に対して電力を供給することで、これらに対するプラズマが発生する。ロータリターゲットＲＴ２からは窒化ガリウムがスパッタリングされ、ロータリターゲットＲＴ３からはマグネシウム含有窒化ガリウムがスパッタリングされる。その結果、基板３１０Ｃには、ｐ－ＧａＮ層が成膜される。上記の動作を「第３ステップ」という場合がある。

　第３ステップにおいて、ロータリターゲットＲＴ２に対してプラズマを発生させる電力とロータリターゲットＲＴ３に対してプラズマを発生させる電力との比率を調整することで、基板３１０Ｃに形成される薄膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。

　上記のように図１１Ａ～図１１Ｃに示す第１ステップ～第３ステップによって、ｐ－ＧａＮ層／ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層が形成される。つまり、本実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｃによると、例えば、ｐ－ＧａＮ層／ＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層のような積層構造において、これらの界面にゴミや汚染物質が付着することを抑制することができる。

　ターゲット２１６Ｃとしてアルミニウム（Ａｌ）が用いられてもよい。ターゲット２２６Ｃとしてガリウム（Ｇａ）が用いられてもよい。ターゲット２３６Ｃとして用いられるマグネシウム含有窒化ガリウムのドーパント濃度は、基板３１０Ｃに形成されるｐ－ＧａＮ層のドーパント濃度と同じであってもよく、基板３１０Ｃに形成されるｐ－ＧａＮ層のドーパント濃度より高くてもよい。その場合、ターゲット２３６Ｃとして用いられるマグネシウム含有窒化ガリウムのドーパント濃度は、基板３１０Ｃに形成されるｐ－ＧａＮ層のドーパント濃度の１倍以上２０倍以下であってもよい。

［４－３．スパッタリング装置１０Ｃを用いて作製した半導体装置５０Ｃ］
　図１２は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した半導体装置を示す断面図である。

　図１２に示すように、半導体装置５０Ｃは、基板５０１Ｃ、バリア層５０２Ｃ、バッファ層５０３Ｃ、ＧａＮ層５０４Ｃ、第１ＡｌＧａＮ層５０５Ｃ、第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃ、第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃ、ソース電極５０８Ｃ、ドレイン電極５０９Ｃ、ゲート電極５１０Ｃ、第１絶縁層５１１Ｃ、第２絶縁層５１２Ｃ、及びシールド電極５１３Ｃを有する。半導体装置５０Ｃは、いわゆるＨＥＭＴであるが、これに限られない。

　基板５０１Ｃとして、例えば、ガラス基板又は石英基板などを用いることができる。バリア層５０２Ｃとして、例えば、窒化シリコン膜などを用いることができる。バッファ層５０３Ｃとして、例えば、窒化アルミニウム膜などを用いることができる。ＧａＮ層５０４Ｃとして、真性の窒化ガリウム層を用いることができる。第１ＡｌＧａＮ層５０５Ｃとして、真性の窒化アルミニウムガリウム層を用いることができる。第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃとして、例えば、マグネシウムがドーピングされた窒化アルミニウムガリウム層を用いることができる。第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃとして、真性の窒化アルミニウムガリウム層を用いることができる。

　ソース電極５０８Ｃ及びドレイン電極５０９Ｃとして、例えば、チタン又はアルミニウムなどの金属を用いることができる。ゲート電極５１０Ｃとして、例えば、ニッケル又は金などの金属を用いることができる。第１絶縁層５１１Ｃとして、例えば、窒化シリコン層を用いることができる。第２絶縁層５１２Ｃとして、例えば、酸化シリコン層を用いることができる。シールド電極５１３Ｃとして、例えば、アルミニウム／チタン（Ａｌ／Ｔｉ）などの積層金属を用いることができる。バリア層５０２Ｃは省略されてもよい。

　半導体装置５０Ｃの製造方法は次のとおりである。まず、基板５０１Ｃ上に、窒化シリコン層及び窒化アルミニウム層を順に成膜することで、バリア層５０２Ｃ及びバッファ層５０３Ｃを形成する。次に、バッファ層５０３Ｃの上に、窒化ガリウム層、窒化アルミニウムガリウム層、マグネシウム含有窒化アルミニウムガリウム層、及び窒化アルミニウムガリウム層を成膜することで、ＧａＮ層５０４Ｃ、第１ＡｌＧａＮ層５０５Ｃ、第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃ、及び第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃを形成する。

　続いて、フォトリソグラフィ工程によって、第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃの一部が露出するように第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃをエッチングする。表面に露出した第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃの上に、ソース電極５０８Ｃ及びドレイン電極５０９Ｃを形成する。第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃの上に、ゲート電極５１０Ｃを形成する。ソース電極５０８Ｃ、ドレイン電極５０９Ｃ、及びゲート電極５１０Ｃを覆うように、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を順に成膜し、第１絶縁層５１１Ｃ及び第２絶縁層５１２Ｃを形成する。第２絶縁層５１２Ｃの上に、シールド電極５１３Ｃを形成することで、半導体装置５０Ｃを形成することができる。

　本実施形態では、スパッタリング装置１０Ｃを利用して、ＧａＮ層５０４Ｃ、第１ＡｌＧａＮ層５０５Ｃ、第２ＡｌＧａＮ層５０６Ｃ、及び第３ＡｌＧａＮ層５０７Ｃを同一のチャンバ１００Ｃ内で成膜することができる。したがって、これらの界面にゴミや汚染物質が付着することを抑制することができる。

　さらに、本実施形態に係る半導体装置５０Ｃは、スパッタリング装置１０Ｃを利用して窒化ガリウム膜を成膜することができるため、耐熱性の低い、例えばガラス基板を用いて作製することができる。

［５．第５実施形態］
　図１３及び図１４を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｄ及び当該スパッタリング装置１０Ｄを用いて形成された発光素子７０Ｄについて説明する。以下の説明において、スパッタリング装置１０Ｄの構成のうち第１実施形態のスパッタリング装置１０と同様の構成の説明を省略し、主にスパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様の構成について説明をする場合、図１～７を参照し、図１～７に示された符号の後にアルファベット“Ｄ”を付して説明する。

［５－１．スパッタリング装置１０Ｄの構成］
　図１３は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す図である。図１３に示すように、スパッタリング装置１０Ｄは、搬送チャンバ６００Ｄ、第１成膜チャンバ６１０Ｄ、第２成膜チャンバ６２０Ｄ、第３成膜チャンバ６３０Ｄ、第４成膜チャンバ６４０Ｄ、第５成膜チャンバ６５０Ｄ、及びロードロック室６６０Ｄを備える。

　搬送チャンバ６００Ｄには、基板３１０Ｄを搬送する搬送ロボットが配置されている。搬送チャンバ６００Ｄと各チャンバとの間にはゲートシャッタが配置されている。ゲートシャッタが開いているときは、隣接するチャンバの空間は連続する。ゲートシャッタが閉じているときは、隣接するチャンバの空間は遮断され、各々のチャンバの雰囲気は個別に制御可能である。ロードロック室６６０Ｄは、スパッタリング装置１０Ｄと外部との間で基板３１０Ｄの搬出又は搬入を実行するチャンバである。

　第１成膜チャンバ６１０Ｄには、窒化シリコンのターゲットが配置されている。第２成膜チャンバ６２０Ｄには、窒化アルミニウムのターゲットが配置されている。第３成膜チャンバ６３０Ｄには、窒化アルミニウムのターゲット、窒化ガリウムのターゲット、及びシリコンがドーピングされた窒化ガリウム（Ｎ型の半導体）のターゲットが配置されている。つまり、第３成膜チャンバ６３０Ｄは、図１１Ａ等に示すように、第４実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｃと同じ構成を有する。第４成膜チャンバ６４０Ｄには、窒化ガリウムのターゲット及び窒化インジウムのターゲットが配置されている。つまり、第４成膜チャンバ６４０Ｄは、図８Ａ等に示すように、第２実施形態に係るスパッタリング装置１０Ａと同じ構成を有する。第５成膜チャンバ６５０Ｄには、窒化アルミニウムのターゲット、窒化ガリウムのターゲット、及びマグネシウムがドーピングされた窒化ガリウム（Ｐ型の半導体）のターゲットが配置されている。つまり、第５成膜チャンバ６５０Ｄは、図１１Ａ等に示すように、第４実施形態に係るスパッタリング装置１０Ｃと同じ構成を有する。

［５－２．スパッタリング装置１０Ｄを用いて作製した発光素子７０Ｄ］
　図１４は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング方法を用いて製造した発光素子を示す断面図である。

　図１４に示すように、発光素子７０Ｄは、基板７０１Ｄ、バリア層７０２Ｄ、バッファ層７０３Ｄ、Ｎ型半導体層７０４Ｄ、発光層７０５Ｄ、Ｐ型半導体層７０６Ｄ、Ｎ型電極７０７Ｄ、及びＰ型電極７０８Ｄを有する。発光素子７０Ｄは、いわゆるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）であるが、これに限られない。

　基板７０１Ｄとして、例えば、ガラス基板又は石英基板などを用いることができる。バリア層７０２Ｄとして、例えば、窒化シリコン層などを用いることができる。バッファ層７０３Ｄとして、例えば、窒化アルミニウム層などを用いることができる。Ｎ型半導体層７０４Ｄとして、シリコンがドーピングされた窒化ガリウム層などを用いることができる。発光層７０５Ｄとして、窒化インジウムガリウム層と窒化ガリウム層とが交互に積層された積層体を用いることができる。Ｐ型半導体層７０６Ｄとして、マグネシウムがドーピングされた窒化ガリウム層などを用いることができる。Ｎ型電極７０７Ｄとして、インジウムなどの金属を用いることができる。Ｐ型電極７０８Ｄとして、パラジウム又は金などの金属を用いることができる。バリア層７０２Ｄは省略されてもよい。

　発光素子７０Ｄの製造方法は次のとおりである。まず、基板７０１Ｄ上に、窒化シリコン層及び窒化アルミニウム層を順に成膜することで、バリア層７０２Ｄ及びバッファ層７０３Ｄを形成する。次に、バッファ層７０３Ｄの上に、シリコンがドーピングされた窒化ガリウム層を成膜し、その上に窒化インジウムガリウム層と窒化ガリウム層とを交互に成膜し、その上にマグネシウムがドーピングされた窒化ガリウム層を成膜することで、Ｎ型半導体層７０４Ｄ、発光層７０５Ｄ、及びＰ型半導体層７０６Ｄを形成する。

　続いて、フォトリソグラフィ工程によって、Ｎ型半導体層７０４Ｄの一部が露出するようにＰ型半導体層７０６Ｄ、発光層７０５Ｄ、及びＮ型半導体層７０４Ｄの一部をエッチングする。フォトリソグラフィ工程によって、表面に露出したＮ型半導体層７０４Ｄの上に、Ｎ型電極７０７Ｄを形成する。同様に、Ｐ型半導体層７０６Ｄの上に、Ｐ型電極７０８Ｄを形成する。

　本実施形態では、スパッタリング装置１０Ｄを利用して、Ｎ型半導体層７０４Ｄ、発光層７０５Ｄ、及びＰ型半導体層７０６Ｄを同一のチャンバ内で成膜することができる。したがって、これらの界面にゴミや汚染物質が付着することを抑制することができる。

　上記の実施形態では、スパッタリング装置に設けられたターゲットがロータリターゲットである構成を例示したが、ロータリターゲットに代えて平板型ターゲットが用いられてもよい。

　本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、又は工程の追加、省略、もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

　上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０：スパッタリング装置、　２０：半導体装置、　５０Ｃ：半導体装置、　７０Ｄ：発光素子、　１００：チャンバ、　２００：ターゲット部、　２１０、２２０、２３０Ｃ：支持部材、　２１１、２２１、２３１Ｃ：固定部材、　２１２、２２２、２３２Ｃ：ヨーク、　２１３、２２３、２３３Ｃ：中央磁石、　２１４、２２４、２３４Ｃ：周辺磁石、　２１５、２２５、２３５Ｃ：バッキングチューブ、　２１６、２２６、２３６Ｃ：ターゲット、　２１７、２２７、２３７Ｃ：遮蔽板、　２１８、２２８、２２９Ｃ、２３８Ｃ：スリット、　２４０：遮蔽板、　２４１：隔壁、　２４２：第１遮蔽板、　２４３：第２遮蔽板、　２４４、２４５：スリット、　３００：基板保持部、　３１０：基板、　３２０：移動機構、　３３０：第１窒化ガリウム層、　３４０：第２窒化ガリウム層、　３５０：ゲート絶縁層、　３６０：ゲート電極、　３７０：ソース電極、　３８０：ドレイン電極、　４００Ｂ：プラズマユニット、　４１０Ｂ：電極、　４１１Ｂ：プラズマ領域、　４２０Ｂ：筐体、　４３０Ｂ：マッチングボックス、　４４０Ｂ：ＲＦ電源、　５０１Ｃ：基板、　５０２Ｃ：バリア層、　５０３Ｃ：バッファ層、　５０４Ｃ：窒化ガリウム層（ＧａＮ層）、　５０５Ｃ：第１窒化アルミニウムガリウム層（第１ＡｌＧａＮ層）、　５０６Ｃ：第２窒化アルミニウムガリウム層（第２ＡｌＧａＮ層）、　５０７Ｃ：第３窒化アルミニウムガリウム層（第３ＡｌＧａＮ層）、　５０８Ｃ：ソース電極、　５０９Ｃ：ドレイン電極、　５１０Ｃ：ゲート電極、　５１１Ｃ：第１絶縁層、　５１２Ｃ：第２絶縁層、　５１３Ｃ：シールド電極、　６００Ｄ：搬送チャンバ、　６１０Ｄ：第１成膜チャンバ、　６２０Ｄ：第２成膜チャンバ、　６３０Ｄ：第３成膜チャンバ、　６４０Ｄ：第４成膜チャンバ、　６５０Ｄ：第５成膜チャンバ、　６６０Ｄ：ロードロック室、　７０１Ｄ：基板、　７０２Ｄ：バリア層、　７０３Ｄ：バッファ層、　７０４Ｄ：Ｎ型半導体層、　７０５Ｄ：発光層、　７０６Ｄ：Ｐ型半導体層、　７０７Ｄ：Ｎ型電極、　７０８Ｄ：Ｐ型電極、　ＰＬＳ：プラズマ領域、　ＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３：ロータリターゲット

Claims

　基板を保持する基板保持部と、
　前記基板保持部と対向するように配置された第１ターゲットと、
　前記基板保持部と対向するように前記第１ターゲットと並んで配置された第２ターゲットと、
　前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に配置された隔壁と、を有し、
　前記第１ターゲットの任意の位置における第１法線及び前記第２ターゲットの任意の位置における第２法線の各々は、前記基板上の任意の点に接続されるスパッタリング装置。
　前記隔壁は、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとによって挟まれる空間を遮蔽するように設けられる、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記基板保持部と前記第１ターゲットとの間に配置された、第１スリットが設けられた第１遮蔽板と、
　前記基板保持部と前記第２ターゲットとの間に配置された、第２スリットが設けられた第２遮蔽板と、をさらに有する、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記第１遮蔽板及び前記第２遮蔽板は、前記隔壁に接続されている、請求項３に記載のスパッタリング装置。
　前記第１遮蔽板は、前記第１スリットが設けられた領域を除き前記第１ターゲットの周囲を連続して囲み、
　前記第２遮蔽板は、前記第２スリットが設けられた領域を除き前記第２ターゲットの周囲を連続して囲む、請求項３に記載のスパッタリング装置。
　前記第１スリットは、前記基板保持部又は前記基板に対する垂線のうち前記第１ターゲットの回転軸を通る線より前記第２ターゲット側に設けられ、
　前記第２スリットは、前記基板保持部又は前記基板に対する垂線のうち前記第２ターゲットの回転軸を通る線より前記第１ターゲット側に設けられる、請求項３に記載のスパッタリング装置。
　基板を保持する基板保持部と、
　前記基板保持部と対向するように配置され、第１ターゲット部材が取り付けられた第１ターゲットと、
　前記基板保持部と対向するように前記第１ターゲットと並んで配置され、前記第１ターゲット部材とは異なる第２ターゲット部材が取り付けられた第２ターゲットと、を有し、
　前記第１ターゲット部材は、ガリウムを含む、スパッタリング装置。
　前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に配置された隔壁をさらに有する、請求項７に記載のスパッタリング装置。
　前記隔壁は、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとによって挟まれる空間を遮蔽するように設けられる、請求項８に記載のスパッタリング装置。
　前記基板保持部と前記第１ターゲットとの間に配置された、第１スリットが設けられた第１遮蔽板と、
　前記基板保持部と前記第２ターゲットとの間に配置された、第２スリットが設けられた第２遮蔽板と、をさらに有する、請求項７に記載のスパッタリング装置。
　前記第１遮蔽板及び前記第２遮蔽板は、前記隔壁に接続されている、請求項１０に記載のスパッタリング装置。
　前記第１遮蔽板は、前記第１スリットが設けられた領域を除き前記第１ターゲットの周囲を連続して囲み、
　前記第２遮蔽板は、前記第２スリットが設けられた領域を除き前記第２ターゲットの周囲を連続して囲む、請求項１０に記載のスパッタリング装置。
　前記第１スリットは、前記基板保持部又は前記基板に対する垂線のうち前記第１ターゲットの回転軸を通る線より前記第２ターゲット側に設けられ、
　前記第２スリットは、前記基板保持部又は前記基板に対する垂線のうち前記第２ターゲットの回転軸を通る線より前記第１ターゲット側に設けられる、請求項１０に記載のスパッタリング装置。
　第１ターゲット及び第２ターゲットに対向する基板保持部に基板を保持し、
　第１ステップにおいて、前記第１ターゲットに対するプラズマを発生しながら、前記第１ターゲットと前記基板保持部とを相対的に移動させることで、前記基板に前記第１ターゲットの第１材料を成膜し、
　第２ステップにおいて、前記第２ターゲットに対するプラズマを発生しながら、前記第２ターゲットと前記基板保持部とを相対的に移動させることで、前記基板に前記第２ターゲットの第２材料を成膜することで、
　前記第１材料と前記第２材料とを含む積層構造体を形成するスパッタリング方法。
　前記第１ステップにおいて、前記第１材料を前記基板に成膜する際に、前記第２ターゲットに対するプラズマを停止し、
　前記第２ステップにおいて、前記第１ターゲットに対するプラズマ及び前記第２ターゲットに対するプラズマを発生させることで、前記基板に前記第１材料及び前記第２材料を成膜する、請求項１４に記載のスパッタリング方法。
　前記第１材料を前記基板に成膜する際に、
　　前記第１ターゲットに含まれる第１磁石を制御して、第１スリットが設けられた位置にプラズマを発生させ、
　前記第２材料を前記基板に成膜する際に、
　　前記第２ターゲットに含まれる第２磁石を制御して、第２スリットが設けられた位置にプラズマを発生させる、請求項１４に記載のスパッタリング方法。
　前記第２材料は、前記第１材料よりも多くのドーパントを含み、
　前記第２ターゲットに対してプラズマを発生させる電力を調整することで、前記基板に形成される薄膜に含まれる前記ドーパントの濃度を調整する、請求項１４に記載のスパッタリング方法。