(57)【要約】【課題】  最適化された板状部材を備えた成膜装置を提供する。【解決手段】  実施形態に係る成膜装置は、基板支持部材１２と、基板支持部材の上方に設けられ、第１のガスを供給する第１のガス供給部１６と、基板支持部材と第１のガス供給部との間に設けられ、第２のガスを供給する第２のガス供給部１７と、第１のガス供給部と第２のガス供給部との間に設けられ、穴１８ａを有する板状部材１８とを備え、第１のガス供給部と板状部材との間の領域は、第１のガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生領域２９であり、穴の直径は０．１ｍｍから２ｍｍの範囲であり、穴の深さは０．１ｍｍから５ｍｍの範囲である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板支持部材と、
前記基板支持部材の上方に設けられ、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記基板支持部材と前記第１のガス供給部との間に設けられ、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
前記第１のガス供給部と前記第２のガス供給部との間に設けられ、穴を有する板状部材と、
を備えた成膜装置であって、
前記第１のガス供給部と前記板状部材との間の領域は、前記第１のガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生領域であり、
前記穴の直径は０．１ｍｍから２ｍｍの範囲であり、前記穴の深さは０．１ｍｍから５ｍｍの範囲である
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記穴の直径に対する前記穴の深さの比率は０．５から２．０の範囲である
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
基板支持部材と、
前記基板支持部材の上方に設けられ、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、
前記基板支持部材と前記第１のガス供給部との間に設けられ、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、
前記第１のガス供給部と前記第２のガス供給部との間に設けられ、穴を有する板状部材と、
を備えた成膜装置であって、
前記第１のガス供給部と前記板状部材との間の領域は、前記第１のガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生領域であり、
前記穴は、スリット状の穴である
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記第１のガスは、少なくとも窒素ガスを含有する
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記第２のガスは、III 属金属元素を含有する有機金属ガスを含有する
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記板状部材は、金属部材又は絶縁物をコーティングされた金属部材で形成されている
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記第１のガスは、少なくとも窒素ガスを含有し、
前記第２のガスは、III 属金属元素を含有する有機金属ガスを含有し、
前記第１のガスをプラズマ化することで発生した窒素ラジカルと、前記第２のガスとによって、前記支持部材に支持された基板上にIII 属窒化物半導体層が形成される
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記III 属窒化物半導体層が形成されるチャンバ内の圧力は、１０Ｐａから１０００Ｐａの範囲である
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記成膜装置に供給される電力は、１ｋＷから５ｋＷの範囲である
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII 属窒化物半導体層の成膜方法として、ＭＯＣＶＤが広く知られている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤを用いたIII 属窒化物半導体層の成膜方法において、窒素ガスを含有する第１のガスを供給する第１のガス供給部と、有機金属ガスを含有する第２のガスを供給する第２のガス供給部との間に、複数の穴を有する板状部材を配置したものが提案されている。
【０００４】
しかしながら、上述した板状部材が設けられた成膜装置では、板状部材の構成が必ずしも最適化されているとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−９９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最適化された板状部材を備えた成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る成膜装置は、基板支持部材と、前記基板支持部材の上方に設けられ、第１のガスを供給する第１のガス供給部と、前記基板支持部材と前記第１のガス供給部との間に設けられ、第２のガスを供給する第２のガス供給部と、前記第１のガス供給部と前記第２のガス供給部との間に設けられ、穴を有する板状部材と、を備えた成膜装置であって、前記第１のガス供給部と前記板状部材との間の領域は、前記第１のガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生領域であり、前記穴の直径は０．１ｍｍから２ｍｍの範囲であり、前記穴の深さは０．１ｍｍから５ｍｍの範囲である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】第１の実施形態に係り、板状部材の構成を模式的に示した平面図である。
【図３】第１の実施形態に係り、板状部材に設けられた穴の構成を模式的に示した断面図である。
【図４】第１の実施形態に係り、基板の直上におけるプラズマ発光スペクトルを示した図である。
【図５】第１の実施形態に係り、穴の直径及び深さを変化させたときの、基板の直上での放電の有無のシミュレーション結果を示した図である。
【図６】第１の実施形態の変更例に係り、板状部材に設けられた穴の構成を模式的に示した断面図である。
【図７】第２の実施形態に係り、板状部材に設けられた穴の構成を模式的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１０】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示した図である。具体的には、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）装置の構成を模式的に示した図である。
【００１１】
排気口１１ａを有するチャンバ１１内にはサセプタ（基板支持部材）１２が配置され、サセプタ１２上に基板（例えば、半導体ウェハ）１３が載置される。サセプタ１２は、回転機構１４によって回転できるようになっている。また、サセプタ１２の下方にはヒーター１５が設けられ、基板１３を所望の温度に加熱できるようになっている。
【００１２】
サセプタ１２の上方には、第１のガス（後述する）を供給する第１のガス供給部１６が設けられている。具体的には、第１のガス供給部１６としてシャワーヘッドノズルが設けられている。サセプタ１２と第１のガス供給部１６との間には、第２のガス（後述する）を供給する第２のガス供給部１７が設けられている。具体的には、チャンバ１１内に第２のガスを導入するガス導入ノズル１７ａのガス噴出口が設けられている部分が、第２のガス供給部１７に対応する。第１のガス供給部１６と第２のガス供給部１７との間には、穴１８ａを有する板状部材１８が設けられている。この板状部材１８については、後で詳細に説明する。
【００１３】
第１のガス供給部（シャワーヘッドノズル）１６は、ＲＦ電力を供給するための電極としても用いられる。すなわち、第１のガス供給部１６には、ＲＦ電源（６０ＭＨｚ程度の高周波電源）１９からマッチングボックス２０を介してＲＦ電力が供給される。
【００１４】
また、第１のガス供給部（シャワーヘッドノズル）１６にはガス供給管２１が接続されており、第１のガス供給部（シャワーヘッドノズル）１６にはマスフローコントローラ２２を介してガス供給管２１から所望のガスが供給されるようになっている。
【００１５】
ガス導入ノズル１７ａにはガス供給管２３が接続されており、ガス供給管２３にはニードルバルブ（或いは、自動圧力制御部）２４を介して原料供給部２５が接続されている。原料供給部２５には、第２のガスの原料が蓄えられている。原料供給部２５には、ガス供給管２６からマスフローコントローラ２７を介してバブリング用ガスが供給されるようになっており、バブリングによって気化されたガスがチャンバ１１内に供給されるようになっている。
【００１６】
本実施形態の成膜装置により、III 属窒化物半導体層２８を基板１３上に形成することができる。
【００１７】
この場合、第１のガスは少なくとも窒素ガス（Ｎ2 ガス）を含有している。具体的には、第１のガスは窒素ガス（Ｎ2 ガス）及び水素ガス（Ｈ2 ガス）を含有している。
【００１８】
また、第２のガスは、III 属金属元素を含有する有機金属ガスを含有する。III 属金属元素としては、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）があげられる。窒化ガリウム（ＧａＮ）を形成する場合には、有機金属ガスとしてトリメチルガリウムを用いる。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成する場合には、有機金属ガスとしてトリメチルアルミニウムを用いる。窒化インジウム（ＩｎＮ）を形成する場合には、有機金属ガスとしてトリメチルインジウムを用いる。
【００１９】
第１のガス供給部１６からチャンバ１１内に第１のガスを供給し、第１のガス供給部１６にＲＦ電源１９からＲＦ電力を供給することで、第１のガス供給部１６と板状部材１８との間の領域にプラズマが発生する。すなわち、第１のガス供給部１６と板状部材１８との間の領域が第１のガスをプラズマ化させるためのプラズマ発生領域２９となる。このプラズマ発生領域２９で第１のガスがプラズマ化され、窒素ラジカル（Ｎラジカル）が発生する。窒素ラジカルは、板状部材１８に設けられた複数の穴１８ａを通過して基板１３の表面に供給される。一方、第２のガス供給部１７からは、有機金属ガスを含有する第２のガスが基板１３の表面に供給される。その結果、窒素ラジカルと有機金属ガスとが反応して、基板上にIII 属窒化物半導体層２８が形成される。
【００２０】
良質なIII 属窒化物半導体層２８を形成するためには、プラズマをプラズマ発生領域２９内に閉じ込めておくことが重要である。すなわち、プラズマ発生領域２９内で発生したプラズマが、板状部材１８に設けられた穴１８ａを通して板状部材１８の外側に漏れ出さないようにすることが重要である。
【００２１】
プラズマをプラズマ発生領域２９内に閉じ込めておくためには、穴１８ａの直径や穴１８ａの深さ（板状部材１８の厚さ）等が重要であることが判明した。以下、穴１８ａを有する板状部材１８の詳細について説明する。
【００２２】
図２は、板状部材１８の構成を模式的に示した平面図である。図２に示すように、板状部材１８には複数の円状の穴１８ａが網目状に設けられている。
【００２３】
図３は、穴１８ａの構成を模式的に示した断面図である。図３に示すように、穴１８ａの直径はφであり、穴１８ａの深さ（板状部材１８の厚さ）はｄである。
【００２４】
板状部材１８は金属部材又は絶縁物をコーティングされた金属部材で形成されていることが好ましい。また、板状部材１８は接地されていることが好ましい。
【００２５】
図４は、基板１３の直上におけるプラズマ発光スペクトルを示した図である。穴１８ａの直径φ及び深さｄを適切に調整することにより、基板１３の直上で放電が生じないようにすることが可能である。
【００２６】
図５は、穴１８ａの直径φ及び深さｄを変化させたときの、基板１３の直上での放電の有無のシミュレーション結果を示した図である。シミュレーション条件は、ＲＥ電力＝４ｋＷ、圧力＝１００Ｐａ、である。
【００２７】
図５に示すように、放電の有無は、穴１８ａの直径φ、穴１８ａの深さｄ、及び穴１８ａのアスペクト比（穴１８ａの直径φに対する板状部材１８の厚さｄの比率：ｄ／φ）に関連していることがわかる。図５のシミュレーション結果から、穴１８ａの直径φが１ｍｍの時には、穴１８ａの深さｄが少なくとも０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲で、基板１３の直上において放電が生じないことがわかる。また、穴１８ａの直径φが２ｍｍの時には、穴１８ａの深さｄが少なくとも３．０ｍｍから５．０ｍｍの範囲で、基板１３の直上において放電が生じないことがわかる。また、図５のシミュレーション結果から、穴１８ａのアスペクト比（ｄ／φ）も、放電の有無の要因になることがわかる。また、図５のシミュレーション条件は、ＲＥ電力＝４ｋＷ、圧力＝１００Ｐａ、の場合であるが、一般的には、成膜装置に供給されるＲＦ電力が１ｋＷから５ｋＷの範囲で且つ、チャンバ内の圧力が１０Ｐａから１０００Ｐａ（より一般的には、５０Ｐａから４００Ｐａ）の範囲で成膜が行われることが多い。そこで、穴１８ａの直径が０．１ｍｍから２ｍｍの範囲であり、穴１８ａの深さが０．１ｍｍから５ｍｍの範囲であり、穴１８ａの直径に対する穴の深さの比率（アスペクト比）が０．５から２．０の範囲であることが好ましい。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、第１のガス供給部と第２のガス供給部との間に穴１８ａを有する板状部材１８を設け、穴１８ａの直径φ、穴１８ａの深さｄ、及び穴１８ａのアスペクト比（ｄ／φ）を最適化することにより、プラズマ発生領域２９内で発生したプラズマが穴１８ａを通して板状部材１８の外側に漏れ出さないようにすることが可能である。その結果、プラズマに晒されることなく、基板１３上にIII 属窒化物半導体層等の良質な層を形成することが可能となる。
【００２９】
図６は、本実施形態の変更例の構成を模式的に示した図である。具体的には、板状部材１８に設けられた穴１８ａの構成を模式的に示した断面図である。本変更例では、板状部材１８の下部分（プラズマ発生領域２９に対して逆側の部分）がテーパー状に形成されている。板状部材１８の厚さが厚い場合には、このようにテーパー状に加工された部分を設けることにより、実質的な穴の深さ（非テーパー部分の穴の深さｄ）を的確に調整することが可能である。
【００３０】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態に係る成膜装置について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【００３１】
図７は、第２の実施形態に係る成膜装置における板状部材１８の穴１８ａの構成を模式的に示した平面図である。なお、成膜装置の構成は図１と同様である。
【００３２】
図７に示すように、本実施形態では、板状部材１８がスリット状の穴１８ａを有している。具体的には、板状部材１８がスリット状で且つ楕円状の穴１８ａを有している。穴１８ａの基本的な断面形状は、第１の実施形態と同様である。この場合、楕円の短軸方向の短径をφとして、第１の実施形態で示した穴１８ａの条件が満たされていることが好ましい。
【００３３】
このように、板状部材１８にスリット状の穴１８ａを設けた場合にも、プラズマ発生領域２９内で発生したプラズマが穴１８ａを通して板状部材１８の外側に漏れ出さないようにすることが可能である。その結果、第１の実施形態と同様に、本実施形態でも、プラズマに晒されることなく、基板１３上にIII 属窒化物半導体層等の良質な層を形成することが可能となる。
【００３４】
また、スリット状の穴１８ａを設けることで、円状の穴を設ける場合によりも開口率を増加させることができ、成膜効率を高めることが可能である。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１１…チャンバ    １１ａ…排気口    １２…サセプタ（基板支持部材）
１３…基板    １４…回転機構    １５…ヒーター
１６…第１のガス供給部    １７…第２のガス供給部    １７ａ…ガス導入ノズル
１８…板状部材    １８ａ…穴    １９…ＲＦ電源
２０…マッチングボックス    ２１…ガス供給管
２２…マスフローコントローラ    ２３…ガス供給管
２４…ニードルバルブ    ２５…原料供給部    ２６…ガス供給管
２７…マスフローコントローラ    ２８…III 属窒化物半導体層
２９…プラズマ発生領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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