(57)【要約】【課題】  基板に向かうガリウム粒子が他の粒子に衝突することを抑制し、結晶性に優れた半導体層を成長させることのできる成膜装置を提供することである。【解決手段】  第１室１００は、ターゲットＴ１を収容するターゲット収容部１１０を有する。第２室２００は、基板Ｓ１を支持する基板支持部２１０を有する。区画部３００は、筒形状部３３０と、筒形状部３３０の第１の開口端３３１を覆うとともに第１室１００と第２室２００とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材３４０と、を有する。ターゲット収容部１１０は、基板支持部２１０と対向する位置に配置されている。開口部材３４０は、ターゲット収容部１１０と基板支持部２１０との間の位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１室と、
第２室と、
前記第１室と前記第２室とを区画する区画部と、
を有する成膜装置において、
前記第１室は、
ターゲットを収容するターゲット収容部を有し、
前記第２室は、
基板を支持する基板支持部を有し、
前記区画部は、
第１の開口端が前記基板と対面する筒形状部と、
前記筒形状部の前記第１の開口端を覆うとともに前記第１室と前記第２室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有し、
前記ターゲット収容部は、
前記基板支持部と対向する位置に配置されており、
前記開口部材は、
前記ターゲット収容部と前記基板支持部との間の位置に配置されていること
を特徴とする成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置において、
前記第２室の内圧と、前記開口部材と前記基板との間の距離は、次式
４（ｍｍ・Ｐａ）  ≦  Ｐ・Ｔ  ≦  ４０（ｍｍ・Ｐａ）
Ｐ：第２室の内圧（Ｐａ）
Ｔ：開口部材と基板との間の距離（ｍｍ）
を満たすこと
を特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項１に記載の成膜装置において、
前記基板支持部に支持された前記基板と前記開口部材との間の距離が、
２０ｍｍ以下であること
を特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の成膜装置において、
前記基板支持部に支持された前記基板および前記ターゲットが、
前記筒形状部を延長した場合の筒形状の内部に含まれること
を特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の成膜装置において、
前記ターゲット収容部に電位を付与する第１の電位付与部を有すること
を特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の成膜装置において、
前記第１室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記第２室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
を有すること
を特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の成膜装置において、
前記第２のガス供給部が供給する前記第２のガスをプラズマ化するプラズマ発生装置を有すること
を特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の技術分野は、プラズマを用いて薄膜を成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に薄膜を成膜する技術として種々の技術がある。例えば、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法が挙げられる。スパッタリング法では、真空中で高速のイオンをターゲットに衝突させ、ターゲットから放出された粒子を基板の上に付着させる。ターゲットに衝突するイオンの運動エネルギーが大きいため、ターゲットから放出される粒子の運動エネルギーも大きい。したがって、緻密で付着力の高い薄膜が得られる。
【０００３】
ところで、従来、ＧａＮを成膜する際には、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法が用いられてきた。そして近年では、高い生産性への期待から、大口径基板にＧａＮを成膜することが要求されるようになってきている。しかし、基板が大きいほど、基板とＧａＮ層との間の熱膨張係数差に起因する歪が大きい。そして、基板とＧａＮ層との界面付近で大きな応力が発生する。このような応力は、ＧａＮ層の結晶性に悪影響を与えるおそれがある。また、応力が半導体層の内部にピエゾ電界を生じさせることがある。そのため、このような半導体層を有する半導体素子における電子の振る舞いに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
スパッタリング法では、従来のＭＯＣＶＤ法等に比べて低い温度で成膜できる可能性がある。成膜温度が低いほど、熱膨張係数差に起因する応力を抑制できる。そのため、近年では、ＧａＮの成膜にスパッタリング法を用いる技術が開発されてきている。例えば、特許文献１では、ターゲットであるＧａを冷却する技術が開示されている（特許文献の段落［０００７］等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７２４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスパッタリング装置を用いてＧａＮを成膜する場合には、Ｇａターゲットから基板に向かうＧａターゲット粒子が窒素ガスおよびアルゴンガスに衝突するおそれがある。Ｇａターゲットから飛び出したＧａターゲット粒子は、窒素ガスおよびアルゴンガスと衝突を繰り返しながら運動エネルギーを失っていく。運動エネルギーを失ったＧａターゲット粒子は、基板の表面でほとんど動き回らない。Ｇａターゲット粒子の運動状態が悪いと、ＧａＮが３次元成長しやすくなる。そうすると、面内に一様で結晶性に優れた半導体層を成長させることが困難になる。
【０００７】
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、基板に向かうガリウム粒子が他の粒子に衝突することを抑制し、結晶性に優れた半導体層を成長させることのできる成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様における成膜装置は、第１室と、第２室と、第１室と第２室とを区画する区画部と、を有する。第１室は、ターゲットを収容するターゲット収容部を有する。第２室は、基板を支持する基板支持部を有する。区画部は、第１の開口端が基板と対面する筒形状部と、筒形状部の第１の開口端を覆うとともに第１室と第２室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有する。ターゲット収容部は、基板支持部と対向する位置に配置されている。開口部材は、ターゲット収容部と基板支持部との間の位置に配置されている。
【０００９】
この成膜装置においては、基板と開口部材との間の距離が小さい。そのため、ターゲットから飛び出したターゲット粒子が第２室のガスと衝突する回数が少ない。したがって、ターゲット粒子は高い運動エネルギーを保持したまま基板に衝突する。ターゲット粒子が基板もしくはその上層の半導体の表面で好適に動き回るので、結晶性に優れた半導体層を成長させることができる。また、ターゲット粒子と第２室のガスとが基板から離れた空間で反応することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書では、基板に向かうガリウム粒子が他の粒子に衝突することを抑制し、結晶性に優れた半導体層を成長させることのできる成膜装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の成膜装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の成膜装置における開口部材の貫通孔を示す平面図である。
【図３】実験における開口部材と基板との間の距離とＧａＮの成膜速度との間の関係を示すグラフである。
【図４】実験における開口部材と基板との間の距離とＧａＮの結晶性との間の関係を示すグラフである。
【図５】実験における開口部材と基板との間の距離とＧａＮの表面モルフォロジーとの間の関係を示す走査型顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、具体的な実施形態について、成膜装置およびＧａＮ層の成膜方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態の成膜装置は、スパッタリング装置を備える。
【００１４】
１．成膜装置
図１は、第１の実施形態の成膜装置１０００の概略構成を示す図である。第１の実施形態の成膜装置１０００は、スパッタリング法により基板の上に薄膜を成膜する装置である。成膜装置１０００は、筐体１００１と、区画部３００と、を有する。ここで、筐体１００１と区画部３００との材質は、例えば、ＮｉめっきされたＳＵＳである。筐体１００１と区画部３００とは、接地されている。
【００１５】
筐体１００１は、第１室１００および第２室２００を収容している。区画部３００は、第１室１００を収容している。区画部３００は、第１室１００と第２室２００とを区切っている。つまり、成膜装置１０００は、第１室１００と、第２室２００と、第１室１００と第２室２００とを区画する区画部３００と、を有する。
【００１６】
１−１．第１室
第１室１００は、ターゲット収容部１１０と、ターゲット収容部支持部１２０と、冷却部１３０と、第１の電位付与部１４０と、第１のガス供給部１５０と、第１のガス供給管１６０と、を有している。
【００１７】
ターゲット収容部１１０は、ターゲットＴ１を収容するためのものである。そのため、ターゲット収容部１１０は、ターゲットＴ１を載置するための凹部を有するとよい。ターゲットＴ１は、スパッタリングに用いられる材料である。ターゲットＴ１は、例えば、Ｇａである。ターゲット収容部１１０は、後述する基板支持部２１０と対向する位置に配置されている。
【００１８】
ターゲット収容部支持部１２０は、ターゲット収容部１１０を支持するためのものである。また、ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有している。
【００１９】
冷却部１３０は、ターゲット収容部１１０を冷却するためのものである。冷却部１３０は、水を流す流路１３１と、流路１３１に水を流すポンプ（図示せず）と、ポンプを制御するポンプ制御部（図示せず）と、を有する。水の温度は、例えば１０℃である。水温は、ターゲットＴ１の材料に応じて変更してもよい。冷却部１３０は、ターゲット収容部１１０を介してターゲットＴ１を冷却する。
【００２０】
第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に高周波電位を付与するためのものである。そのため、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０を介してターゲットＴ１に電位を付与することができる。高周波電位の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数を用いてもよい。
【００２１】
第１のガス供給部１５０は、第１室１００の内部に第１のガスを供給するためのものである。第１のガス供給部１５０は、第１のガスを収容する役割も担っている。第１のガス供給部１５０は、第１のガスとして例えばアルゴンガスを第１室１００に供給する。第１のガスは、後述する第１のプラズマ生成領域でプラズマ化し、ターゲットＴ１に高速で入射する粒子となるものである。第１のガスは、その他の希ガスであってもよい。第１のガスは、その他の不活性ガスであってもよい。ただし、第１のガスは、ターゲットＴ１と反応しにくいガスである。ターゲットＴ１の表面にターゲットＴ１と第１のガスの成分との反応生成物の膜ができることを防止するためである。
【００２２】
第１のガス供給管１６０は、第１のガス供給部１５０から第１室１００に第１のガスを供給するための流路である。
【００２３】
１−２．第２室
第２室２００は、基板支持部２１０と、加熱部２２０と、プラズマ発生装置２３０と、第２の電位付与部２４０と、第２のガス供給部２５０と、第２のガス供給管２６０と、排気口２７０と、を有している。
【００２４】
基板支持部２１０は、基板Ｓ１を支持するためのものである。ここで、基板Ｓ１は、スパッタリングにより薄膜を成膜される成膜対象部材である。基板支持部２１０は、基板Ｓ１の表面が鉛直下方に向くように配置されている。
【００２５】
加熱部２２０は、基板支持部２１０を加熱するためのものである。加熱部２２０は、基板支持部２１０を介して基板支持部２１０に支持されている基板Ｓ１を加熱することができる。また、加熱部２２０は、温度センサーを有するとよい。そして、加熱部２２０は、基板温度を入力された設定温度に保持することができるとよい。
【００２６】
プラズマ発生装置２３０は、第２のガス供給部２５０から供給された第２のガスをプラズマ化するためのものである。プラズマ発生装置２３０は、例えば、ＩＣＰユニットである。プラズマ発生装置２３０は、その他の方式によりプラズマを発生させてもよい。
【００２７】
第２の電位付与部２４０は、プラズマ発生装置２３０に高周波電位を付与するためのものである。高周波電位の周波数は、例えば、２７．１２ＭＨｚである。もちろん、これ以外の周波数を用いてもよい。
【００２８】
第２のガス供給部２５０は、第２室２００の内部に第２のガスを供給するためのものである。第２のガス供給部２５０は、第２のガスを収容する役割も担っている。第２のガス供給部２５０は、第２のガスとして例えば窒素ガスを第２室２００に供給する。第２のガスは、第２のプラズマ生成領域でプラズマ化し、ターゲットＴ１からたたき出された粒子と反応して基板Ｓ１に成膜される。第２のガスは、その他の反応性ガスであってもよい。また、成膜する材料によっては、その他の不活性ガスであってもよい。
【００２９】
第２のガス供給管２６０は、第２のガス供給部２５０からプラズマ発生装置２３０に第２のガスを供給するための流路である。
【００３０】
１−３．区画部
区画部３００は、前述したように第１室１００と第２室２００とを区画している。区画部３００は、壁３１０と、天板３２０と、筒形状部３３０と、開口部材３４０と、を有する。壁３１０および天板３２０は、第１室１００と第２室２００とを区画するためのものである。
【００３１】
２．筒形状部および開口部材
筒形状部３３０は、基板支持部２１０に向かって突出する円筒形状の部材である。筒形状部３３０は、ターゲット収容部１１０と基板支持部２１０との間の位置に配置されている。基板支持部２１０に支持された基板Ｓ１およびターゲットＴ１が、筒形状部３３０を延長したと仮定した場合の筒形状の内部に含まれている。そのため、筒形状部３３０は、ターゲットＴ１から飛び出したＧａラジカルが基板Ｓ１に向かうことを妨げることはない。筒形状部３３０は、第１の開口端３３１を有する。第１の開口端３３１は、筒形状部３３０の開口端のうちの一方である。第１の開口端３３１は基板Ｓ１と対面している。
【００３２】
開口部材３４０は、複数の貫通孔を有する板状の部材である。開口部材３４０は、筒形状部３３０の第１の開口端３３１を覆うとともに第１室１００と第２室２００とを連通する複数の貫通孔を有する。開口部材３４０は、ターゲット収容部１１０と基板支持部２１０との間の位置に配置されている。
【００３３】
図２は、開口部材３４０の貫通孔３４１を示す平面図である。図２に示すように、開口部材３４０の貫通孔３４１は、開口部材３４０の表面にハニカム状に配置されている。開口部材３４０の貫通孔３４１は円形である。貫通孔３４１は、ターゲットＴ１と基板Ｓ１とを結ぶ線上に規則的に配置されている。
【００３４】
開口部材３４０の開口率は３０％以上５０％以下である。開口部材３４０の貫通孔３４１の内径は１ｍｍ以上である。開口部材３４０の貫通孔３４１の内径が１ｍｍ未満であると、Ｇａを含む物質が貫通孔３４１を塞いでしまうおそれがあるためである。貫通孔３４１の大きさが十分であるため、ターゲットＴ１から飛び出したＧａラジカルは開口部材３４０の貫通孔３４１を通過して基板Ｓ１の表面に到達する。
【００３５】
開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離は２０ｍｍ以下である。後述するように、ターゲット粒子が第２室２００のガスとそれほど衝突しないようにするためである。好ましくは、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離は１０ｍｍ以下である。開口部材３４０と基板Ｓ１との間に窒素原子を含むガスを通過させるために、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離は２ｍｍ以上あるとよい。
【００３６】
３．ターゲット粒子とガス粒子との衝突回数
ターゲット粒子と第２室２００のガス粒子との衝突回数Ｎ１は、第２室２００の内圧Ｐと、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離Ｔと、に依存する。衝突回数Ｎ１は、内圧Ｐおよび距離Ｔの積に比例する。そのため、次式を満たす場合に、ターゲット粒子と第２室２００のガス粒子との衝突回数は少ない。
４（ｍｍ・Ｐａ）  ≦  Ｐ・Ｔ  ≦  ４０（ｍｍ・Ｐａ）
Ｐ：第２室の内圧
Ｔ：開口部材と基板との間の距離
【００３７】
より好ましくは、次式を満たす。
１０（ｍｍ・Ｐａ）  ≦  Ｐ・Ｔ  ≦  ２０（ｍｍ・Ｐａ）
【００３８】
４．ＧａＮ層の成膜方法
ＧａＮ層の成膜方法について説明する。ここでは、基板Ｓ１としてサファイア基板を用いる場合について説明する。ただし、サファイア基板の代わりに別の基板を用いてもよい。ここで、ターゲットＴ１は、Ｇａである。第１のガスは、アルゴンガスである。第２のガスは、窒素ガスである。また、基板Ｓ１は、その表面にＡｌＮバッファ層を有するとよい。このような条件で、サファイア基板の上にＧａＮ層を成膜する。このように、本実施形態のＧａＮ層の成膜方法は、サファイア基板の上にＧａＮ層を製造する方法でもある。
【００３９】
第１の電位付与部１４０は、ターゲットＴ１に高周波電位を付与する。その際に、第１のガス供給部１５０は、第１のガスを第１室１００に供給する。そのため、ターゲットＴ１の周囲にプラズマが発生する。第１室１００におけるターゲット収容部１１０と区画部３００との間の領域は、第１のプラズマ生成領域である。このように、第１室１００は、第１のプラズマ生成領域を有する。第１のプラズマ生成領域に発生するプラズマは、第１のガスに由来するイオンまたは粒子をターゲットＴ１に照射し、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させる。
【００４０】
第２の電位付与部２４０は、プラズマ発生装置２３０に高周波電位を付与する。その際に、第２のガス供給部２５０は、第２のガスを第２室２００に供給する。そのため、プラズマ発生装置２３０の内部にプラズマが発生する。第２のガスは、このプラズマの内部を通過する際に電離される。そして、第２室２００に供給された第２のガスは、プラズマガスの状態で基板支持部２１０と区画部３００との間に供給される。そのため、第２室２００における基板支持部２１０と区画部３００との間の領域は、第２のプラズマ生成領域である。このように、第２室２００は、第２のプラズマ生成領域を有する。第２のプラズマ生成領域に横たわるプラズマは、窒素原子に由来する粒子を有する。窒素原子に由来する粒子とは、窒素イオン、窒素ラジカル、またはこれらの励起状態である。
【００４１】
ターゲットＴ１から飛び出したＧａ粒子は、筒形状部３３０を通過して開口部材３４０の貫通孔３４１を通過する。つまり、Ｇａ粒子は、第１室１００から第２室２００に進入し、基板Ｓ１に向かって飛翔する。Ｇａ粒子は、窒素ガスやアルゴンガスとほとんど衝突しないため、高い運動エネルギーで基板Ｓ１に突入する。そのため、基板Ｓ１に到達したＧａ粒子は、基板Ｓ１の上を好適に動き回る。
【００４２】
一方、窒素原子に由来する粒子は、基板Ｓ１と開口部材３４０とが対向する空間に拡散する。窒素原子に由来する粒子は、基板Ｓ１の上で動き回っているＧａ粒子と結合し、ＧａＮ層が成膜される。
【００４３】
第１室１００および第２室２００の内圧は、０．１Ｐａ以上２０Ｐａ以下の範囲内である。基板温度は、例えば、３００℃以上８００℃以下である。もちろん、上記以外の数値範囲であってもよい。
【００４４】
５．本実施形態の効果
５−１．Ｇａラジカルの運動エネルギー
本実施形態では、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が十分に小さい。そのため、ターゲットＴ１から飛び出したＧａラジカルが第２室２００でアルゴンガスおよび窒素ガスと衝突する回数は、少ない。したがって、Ｇａラジカルが基板Ｓ１に衝突する際の運動エネルギーは十分に大きい。そのため、Ｇａラジカルは基板Ｓ１の表面上または半導体層の表面上を動き回ることができる。その結果、面内に均一な結晶性に優れた半導体層が成膜されることとなる。ここで、Ｇａラジカルの運動エネルギーが小さいと、Ｇａラジカルが基板Ｓ１の表面を十分に動き回ることが出来ない。その場合には停止状態に近いＧａ粒子を核にしてＧａＮが３次元成長しやすく、結晶性に優れた半導体層を成長させることは困難である。
【００４５】
５−２．空間中でのＧａＮの合成の抑制
本実施形態では、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が十分に小さい。そのため、Ｇａラジカルと窒素原子を含む粒子との衝突回数が少ない。つまり、Ｇａラジカルと窒素原子を含む粒子とが反応して基板Ｓ１と離れた位置でＧａＮの化合物を生成する割合が小さい。また、基板Ｓ１の板面が鉛直下方に向いているため、このようなＧａＮの化合物が基板Ｓ１に堆積しにくい。
【００４６】
５−３．窒素原子を含む粒子の隔離
本実施形態の成膜装置１０００は、開口部材３４０を有する。開口部材３４０における貫通孔３４１以外の部分は、窒素原子に由来する粒子の透過を防止する。つまり、窒素原子を由来する粒子が第１室１００に入りにくい。そのため、ターゲットＴ１から飛び出したＧａ粒子が第１室１００で窒素原子に由来する粒子と衝突することが抑制される。また、ターゲットＴ１が窒化されることを抑制することができる。
【００４７】
５−４．ガスの選択
本実施形態では、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させる第１室１００と、基板Ｓ１の上に成膜する第２室２００とが、別々に設けられている。そのため、ターゲット収容部１１０を有する第１室１００と、基板支持部２１０を有する第２室２００とに、異なるガスを供給することができる。そのため、ターゲットＴ１が収容されている第１室１００の内部に、ターゲットＴ１と反応しにくいガスを選択して供給することができる。貫通孔３４１を介して第２室２００から第１室１００にガスが流入するおそれがあるが、その流量は非常に少ない。これにより、ターゲットＴ１の表面でターゲットＴ１が供給ガスと反応することを抑制することができる。
【００４８】
５−５．プラズマ生成領域の分離
また、本実施形態では、ターゲットＴ１から粒子を飛び出させるための第１のプラズマ生成領域と、成膜に用いられるプラズマガスを含む第２のプラズマ生成領域とが、別々に発生する。そのため、第１のプラズマ生成領域のプラズマと、第２のプラズマ生成領域のプラズマとを、別々に制御することができる。例えば、第１のプラズマ生成領域を生成するための電力を強くすることにより、ターゲットＴ１からの粒子を増やすとともに、粒子の運動エネルギーを高くすることができる。そのため、ターゲットＴ１からの粒子の数と、第２のガスに由来する粒子の数とを調整できる可能性がある。したがって、スパッタ収率の向上や、薄膜の結晶性の向上が期待される。
【００４９】
６．変形例
６−１．筒形状部の形状
本実施形態の筒形状部３３０は円筒形状である。筒形状部３３０は多角形の筒形状であってもよい。ターゲットＴ１から飛び出したＧａ粒子が基板Ｓ１に向かって飛翔することを妨げなければよいからである。
【００５０】
６−２．貫通孔
開口部材３４０の貫通孔３４１の形状は円形である。貫通孔３４１の形状は、直径１ｍｍの円より大きい多角形であってもよい。また、貫通孔３４１の配置はハニカム状以外の配置であってもよい。
【００５１】
６−３．複数の第１室
本実施形態では、成膜装置１０００は、１つの第１室１００を有する。しかし、成膜装置１０００は、複数の第１室１００を有していてもよい。例えば、成膜装置１０００は、Ｇａターゲットを有する第１室１００と、Ａｌターゲットを有する第１室１００と、を有するとよい。その場合には、基板Ｓ１の上にＡｌＧａＮ層を成膜することができる。もちろん、成膜装置１０００は、３以上の第１室１００を有していてもよい。
【００５２】
６−４．シャッター
成膜装置１０００は、貫通孔３４１を開閉するシャッターを有していてもよい。シャッターは、貫通孔３４１を開放状態と閉鎖状態とのいずれかの状態にする開閉部である。シャッターは、上記のように複数の第１室１００を有する場合に有効である。つまり、複数の第１室１００は、それぞれ貫通孔およびシャッターを有する。これにより、基板Ｓ１の上にＡｌターゲットからＡｌＮを成膜し、ＧａターゲットからＧａＮを成膜し、ＡｌターゲットおよびＧａターゲットからＡｌＧａＮを成膜することができる。
【００５３】
６−５．水素ガスを含む第２のガス
第２のガスは、水素ガスを含んでいてもよい。第２のガスが、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであるとよい。この場合には、プラズマ発生装置２３０によりＮＨが生成される。この場合にはＮＨが、ＧａＮ層の成膜に寄与するものと考えられる。
【００５４】
６−６．第１室および第２室の内圧
第２室２００の内圧を第１室１００の内圧よりも低くしてもよい。第２室２００の内部の第２のプラズマ生成領域の粒子が、第１室１００の内部にさらに流入しにくいからである。
【００５５】
６−７．第１の電位付与部
本実施形態では、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に高周波電位を付与する。第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０にパルス電位を付与してもよい。また、第１の電位付与部１４０は、ターゲット収容部１１０に定電位を付与してもよい。この場合には、ターゲットＴ１と区画部３００との間に直流電圧が加わる。
【００５６】
６−８．基板支持部
基板支持部２１０は、回転できるようになっていてもよい。また、基板支持部２１０に高周波電位または定電位を付与する第３の電位付与部を有していてもよい。
【００５７】
６−９．ガスの種類
第２のガスは、アルゴンガスを含んでいてもよい。このように、第１のガスおよび第２のガスは、２種類以上のガスの混合ガスであってもよい。ただし、第１のガスは、ターゲットＴ１と反応しやすいガスを含まないことが好ましい。そして、第１のガスは、ターゲットＴ１から粒子を放出させるためのものである。第２のガスは、ターゲットＴ１から放出される粒子と反応する粒子を含む。そのため、成膜する材料の種類に応じて適宜選択してもよい。
【００５８】
６−１０．プラズマ発生装置
プラズマ発生装置２３０としてＩＣＰ装置を用いた場合について説明する。その場合には、ＩＣＰ装置にイオンフィルタを装着してもよい。これにより、窒素イオンが基板Ｓ１に損傷を与えることを抑制できる。
【００５９】
６−１１．ターゲット収容部支持部の磁石
本実施形態では、ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有している。ターゲット収容部支持部１２０は、磁石を有さなくてもよい。
【００６０】
６−１２．粒子のタイミング制御
また、第１室１００から供給される粒子と、第２室２００から供給される粒子とを制御してもよい。例えば、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成している期間内に第２の電位付与部２４０は第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成せず、第１の電位付与部１４０が第１のプラズマ生成領域にプラズマを生成していない期間内に第２の電位付与部２４０が第２のプラズマ生成領域にプラズマを生成する。つまり、第１のプラズマ生成領域と第２のプラズマ生成領域とに交互にプラズマを生成する。これにより、第１室１００から基板Ｓ１に向かう粒子と、第２室２００から基板Ｓ１に向かう粒子とを交互に生成する。また、第１のガス供給部１５０が第１のガスを供給するタイミングと、第２のガス供給部２５０が第２のガスを供給するタイミングとを交互にずらしてもよい。
【００６１】
６−１３．基板の種類
本実施形態の基板Ｓ１はサファイア基板である。基板Ｓ１は、Ｓｉ（１１１）基板等のその他の基板であってもよい。
【００６２】
６−１４．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
【００６３】
７．本実施形態のまとめ
本実施形態の成膜装置１０００は、ターゲット収容部１１０を収容する第１室１００と、基板支持部２１０を収容する第２室２００と、を有する。そして、第１室１００と第２室２００との間の距離が十分に小さい。そのため、ターゲットＴ１から飛び出したＧａラジカルは、アルゴンガスおよび窒素ガスにそれほど衝突しない。そのため、Ｇａラジカルが高い運動エネルギーをもった状態で基板Ｓ１に衝突する。これにより、結晶性に優れた半導体が成膜される。
【００６４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の成膜装置は、ＣＶＤ装置である。第２の実施形態の成膜装置の機械的構成は、第１の実施形態の成膜装置１０００の機械的構成と同じである。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１のガスおよび第２のガスの種類である。
【００６５】
１．第１のガスおよび第２のガス
第１のガス供給部１５０は、第１のガスとしてアルゴンガスと塩素ガス（Ｃｌ2 ）とを含むガスを供給する。第２のガス供給部２５０は、第２のガスとして窒素ガスと水素ガスとを含むガスを供給する。ここでターゲットＴ１はＧａターゲットである。
【００６６】
塩素ガスは、第１のプラズマ生成領域でプラズマ化される。そして、塩素原子に由来する粒子（塩素分子、塩素原子、塩素ラジカルを含む）は、Ｇａターゲットに衝突する。そして、Ｇａターゲットは、塩素原子に由来する粒子と反応してＧａＣｌｘ（Ｇａ塩化物）を生成する。そしてＧａＣｌｘの粒子が飛び出す。飛び出したＧａＣｌｘ粒子は、基板Ｓ１に向かって飛翔する。そして、ＧａＣｌｘ粒子は、第２のプラズマ生成領域の窒素原子に由来する粒子と反応する。これにより、基板Ｓ１の上にＧａＮ層が成膜される。
【００６７】
なお、第２のプラズマ生成領域に含まれる粒子が、Ｇａ原子とＣｌ原子との間の結合を断ち切る。したがって、基板Ｓ１の上のＧａＮ層は、Ｃｌ原子をほとんど含まない。
【００６８】
２．塩素ガスの流量
第１のガスに占める塩素ガスの流量は、体積比で０．１％以上１％以下であるとよい。
【００６９】
３．変形例
３−１．第１のガス
第１のガスとして、塩素ガスの代わりに臭素等のその他のハロゲンを含むガスを用いてもよい。その場合には、Ｇａとハロゲンとの反応生成物が基板Ｓ１に輸送される。また、第１のガスは、メチル等の有機分子を含んでいてもよい。
【００７０】
３−２．第２のガス
第２のガスとして、酸素を用いてもよい。この場合には、基板Ｓ１の上にガリウムの酸化物が成膜される。
【００７１】
３−３．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。第１の実施形態およびその変形例と第２の実施形態およびその変形例とを組み合わせてもよい。
【実施例】
【００７２】
Ａ−１．基板の種類
基板Ｓ１として、ＡｌＮバッファ層を形成済みのサファイア基板を用いた。
【００７３】
Ａ−２．成膜装置の成膜条件
ターゲットＴ１としてＧａを用いた。そのため、粒状のＧａを１００℃で加熱溶融し、成膜時には冷却部１３０の冷却水で冷却した。冷却水の温度は１０℃であった。第１のガスとしてアルゴンガスを３９．８ｓｃｃｍ、塩素ガス０．２ｓｃｃｍ流した。第２のガスとして窒素ガスを９ｓｃｃｍ、水素ガスを１ｓｃｃｍ流した。第１の電位付与部１４０の電力は１００Ｗであった。第１の電位付与部１４０の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。プラズマ発生装置２３０は、ＩＣＰ装置である。ＩＣＰ装置の電力は１０００Ｗであった。ＩＣＰ装置の周波数は１３．５６ＭＨｚであった。第１室１００および第２室２００の内圧は２Ｐａであった。加熱部２２０の温度、すなわち基板温度は、６００℃であった。成膜時間は１時間であった。
【００７４】
Ａ−３．成膜速度
図３は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離とＧａＮの成膜速度との間の関係を示すグラフである。図３の横軸は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離である。図３の縦軸は、成膜速度（μｍ／ｈ）である。図３に示すように、成膜速度は１μｍ／ｈの程度である。
【００７５】
Ａ−４．結晶性
図４は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離とＧａＮの結晶性との間の関係を示すグラフである。図４の横軸は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離である。図４の縦軸は、Ｘ線回折におけるＧａＮ（０００２）のＦＷＨＭである。図４はＸ線ロッキングカーブの結果である。図４に示すように、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が１０ｍｍの場合には、ＦＷＨＭは０．８５である。開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が２０ｍｍの場合には、ＦＷＨＭは１．０３である。開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が３０ｍｍの場合には、ＦＷＨＭは１．９である。
【００７６】
このように、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が２０ｍｍ以下の場合に、ＦＷＨＭは１．０５以下の程度である。そのため、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離は２０ｍｍ以下であるとよい。
【００７７】
Ａ−５．表面モルフォロジー
図５は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離とＧａＮの表面モルフォロジーとの間の関係を示す走査型顕微鏡写真である。図５（ａ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が３０ｍｍのときの断面ＳＥＭ画像である。図５（ｂ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が２０ｍｍのときの断面ＳＥＭ画像である。図５（ｃ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が１０ｍｍのときの断面ＳＥＭ画像である。図５（ｄ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が３０ｍｍのときの表面ＳＥＭ画像である。図５（ｅ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が２０ｍｍのときの表面ＳＥＭ画像である。図５（ｆ）は、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が１０ｍｍのときの表面ＳＥＭ画像である。
【００７８】
図５（ｄ）から図５（ｆ）に示すように、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が小さいほど、表面モルフォロジーは良好である。つまり、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が１０ｍｍ以下の場合に、ＧａＮの表面モルフォロジーは良好である。
【００７９】
Ａ−６．実験のまとめ
以上説明したように、開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が２０ｍｍ以下の場合に、ＧａＮのＦＷＨＭは１．０５以下である。開口部材３４０と基板Ｓ１との間の距離が１０ｍｍ以下の場合に、ＧａＮの表面モルフォロジーは良好である。
【００８０】
Ｂ．付記
第１の態様における成膜装置は、第１室と、第２室と、第１室と第２室とを区画する区画部と、を有する。第１室は、ターゲットを収容するターゲット収容部を有する。第２室は、基板を支持する基板支持部を有する。区画部は、第１の開口端が基板と対面する筒形状部と、筒形状部の第１の開口端を覆うとともに第１室と第２室とを連通する複数の貫通孔を有する開口部材と、を有する。ターゲット収容部は、基板支持部と対向する位置に配置されている。開口部材は、ターゲット収容部と基板支持部との間の位置に配置されている。
【００８１】
第２の態様における成膜装置においては、第２室の内圧と、開口部材と基板との間の距離は、次式
４（ｍｍ・Ｐａ）  ≦  Ｐ・Ｔ  ≦  ４０（ｍｍ・Ｐａ）
Ｐ：第２室の内圧（Ｐａ）
Ｔ：開口部材と基板との間の距離（ｍｍ）
を満たす。
【００８２】
第３の態様における成膜装置においては、基板支持部に支持された基板と開口部材との間の距離が、２０ｍｍ以下である。
【００８３】
第４の態様における成膜装置において、基板支持部に支持された基板およびターゲットが、筒形状部を延長した場合の筒形状の内部に含まれる。
【００８４】
第５の態様における成膜装置は、ターゲット収容部に電位を付与する第１の電位付与部を有する。
【００８５】
第６の態様における成膜装置は、第１室に第１のガスを供給する第１のガス供給部と、第２室に第２のガスを供給する第２のガス供給部と、を有する。
【００８６】
第７の態様における成膜装置は、第２のガス供給部が供給する第２のガスをプラズマ化するプラズマ発生装置を有する。
【符号の説明】
【００８７】
１０００…成膜装置
１００１…筐体
１００…第１室
１１０…ターゲット収容部
１２０…ターゲット収容部支持部
１３０…冷却部
１４０…第１の電位付与部
１５０…第１のガス供給部
１６０…第１のガス供給管
２００…第２室
２１０…基板支持部
２２０…加熱部
２３０…プラズマ発生装置
２４０…第２の電位付与部
２５０…第２のガス供給部
２６０…第２のガス供給管
２７０…排気口
３００…区画部
３１０…壁
３３０…筒形状部
３４０…開口部材
Ｓ１…基板
Ｔ１…ターゲット
【図１】
2019148002.tif 000003
【図２】
2019148002.tif 000004
【図３】
2019148002.tif 000005
【図４】
2019148002.tif 000006
【図５】
2019148002.tif 000007