(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料からなるミストをキャリアガスによって基板上に搬送して成膜するための成膜装置であって、
前記原料を霧化してミストを発生させるミスト発生器と、
前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、
前記ミスト発生器で発生したミストを前記キャリアガスによって前記基板へ供給する供給管と、
を備え、
前記供給管内に、または所望により前記供給管に併設されている成長室内に、前記基板を保持するサセプタを備え、前記キャリアガスによって搬送されているミストを前記基板までさらに加速上昇させるミスト加速手段として、前記サセプタが、該ミストを前記基板まで加速上昇させるためのミスト加速部を備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記サセプタが占めるサセプタ領域と、前記基板領域と、未反応のミストを排出する排出領域とに分けられる前記供給管または前記成長室内のミスト流路の中心軸線に対して鉛直方向の断面において、前記サセプタ領域と前記基板との総面積が、前記排出領域の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管または前記成長室の内周に沿って略同一となるような形状である請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記供給管内に前記サセプタを備え、前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管の内周に沿って略同一となるような略円状またはその一部である請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記サセプタの前記基板側表面の外周形状が略半円状である請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記サセプタが前記基板を傾斜させて保持する手段を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
ミスト流路の中心軸線に対する前記基板の傾斜角が５°〜６０°である請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
前記サセプタが前記基板を埋め込んで保持する手段を有する請求項１〜７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項９】
ミスト加速手段が、キャリアガスによって搬送されているミストに対し、さらに、０．１〜１０ｍ／ｓ２の加速度を付与する請求項１〜８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】
加速させるミストの流路方向が、前記基板に対して、平行または略平行である請求項１〜９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１１】
原料を霧化して発生したミストをキャリアガスによってサセプタに保持されている基板上に搬送して成膜する成膜方法であって、
前記原料を霧化して前記ミストを発生させる工程と、
前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミストをキャリアガスによって前記基板へ供給するミスト供給工程と、
を含み、
前記ミスト供給工程にて、前記サセプタを用いて、前記キャリアガスによって搬送されているミストを前記基板までさらに加速上昇させることを特徴とする成膜方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の成膜方法によって形成された膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミストを用いて成膜するための成膜装置および成膜方法ならびに前記成膜装置に用いられるサセプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パルスレーザー堆積法(Pulsed laser deposition: PLD)、分子線エピタキシー法(Molecular beam epitaxy: MBE)、スパッタリング法等の非平衡状態を実現できる高真空製膜装置が検討されており、これまでの融液法等では作製不可能であった酸化物半導体の作製が可能となってきている。中でも、霧化された原料溶液（ミスト）を用いて、基板上に結晶成長させるミスト化学気相成長法（Mist Chemical Vapor Deposition: Mist CVD。以下、ミストＣＶＤ法ともいう。）が検討されており、コランダム構造を有する酸化ガリウム（α−Ｇａ２Ｏ３）の作製が可能となってきている（非特許文献１）。α−Ｇａ２Ｏ３は、バンドギャップの大きな半導体として、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子への応用が期待されている。
【０００３】
ミスト化学気相成長装置（以下、ミストＣＶＤ装置ともいう。）については、特許文献１には、管状炉型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献２には、ファインチャネル型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献３には、リニアソース型のミストＣＶＤ装置が記載されている。特許文献４には、管状炉のミストＣＶＤ装置が記載されており、特許文献１記載のミストＣＶＤ装置とは、ミスト発生器内にキャリアガスを導入する点で異なっている。また、特許文献５には、ミスト発生器の上方に基板を設置し、さらにサセプタがホットプレート上に備え付けられた回転ステージであるミストＣＶＤ装置が記載されている。
【０００４】
しかしながら、ミストＣＶＤ法は、他の方法とは異なり、高温にする必要もなく、α−酸化ガリウムのコランダム構造のような準安定相の結晶構造も作製可能である一方、ライデンフロスト効果により、ミスト揮発層で基板表面を覆うことで、ミストの液滴が直接膜に接触することなく結晶成長させる必要があるため、その制御が容易ではなく、均質な結晶膜を得ることが困難であった。また、ミストＣＶＤ法では、ミストの粒子にバラつきがあったり、基板に至るまでに、供給管内でミストが沈んでしまったりする問題もあった。
【０００５】
これら従来の問題に対し、本発明者らは、特許文献６記載の気相化学装置のような構成のミストＣＶＤ装置への適用を試みたが、沈んだり凝集したりするミストが液だれし、ミストの加速が阻害され、異常成長を誘発する等の問題があり、供給管を傾けたり、原料供給に個別の細い供給管を設けたりするなど、従来技術の適用では均質な膜を得ることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２５７３３７号公報
【特許文献２】特開２００５−３０７２３８号公報
【特許文献３】特開２０１２−４６７７２号公報
【特許文献４】特許第５３９７７９４号
【特許文献５】特開２０１４−６３９７３号公報
【特許文献６】特開平２−２９１１１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】金子健太郎、「コランダム構造酸化ガリウム系混晶薄膜の成長と物性」、京都大学博士論文、平成２５年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、均質な膜を得ることができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、サセプタを用いて、ミストを基板まで加速させることで、成膜装置の成膜品質が格段に向上することを知見し、このような成膜装置が、上記した従来の課題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ね、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、
（１）  原料からなるミストをキャリアガスによって基板上に搬送して成膜するための成膜装置であって、前記原料を霧化してミストを発生させるミスト発生器と、
前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、
前記ミスト発生器で発生したミストを前記キャリアガスによって前記基板へ供給する供給管と、
を備え、
前記キャリアガスによって搬送されているミストを前記基板までさらに加速させるミスト加速手段を備えていることを特徴とする成膜装置、
に関する。
【００１１】
また、本発明は、
（２）  前記供給管内に、または所望により前記供給管に併設されている成長室内に、前記基板を保持するサセプタを備え、
前記サセプタが、ミストを前記基板まで加速させるためのミスト加速部を備えていることを特徴とする前記（１）記載の成膜装置、
（３）  前記サセプタが占めるサセプタ領域と、前記基板領域と、未反応のミストを排出する排出領域とに分けられる前記供給管または前記成長室内の断面において、前記サセプタ領域と前記基板との総面積が、前記排出領域の面積よりも大きいことを特徴とする前記（２）記載の成膜装置、
（４）  前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管または前記成長室の内周に沿って略同一となるような形状である前記（２）または（３）に記載の成膜装置、
（５）  前記供給管内に前記サセプタを備え、前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管の内周に沿って略同一となるような略円状である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の成膜装置、
（６）  前記サセプタの前記基板側表面の外周形状が略半円状である前記（５）記載の成膜装置、
（７）  前記サセプタが前記基板を傾斜させて保持する手段を有していることを特徴とする前記（２）〜（６）のいずれかに記載の成膜装置、
（８）  前記基板の傾斜角が５°〜６０°である前記（７）記載の成膜装置、
（９）  前記サセプタが前記基板を埋め込んで保持する手段を有する前記（２）〜（８）のいずれかに記載の成膜装置、
に関する。
【００１２】
また、本発明は、
（１０）  ミスト加速手段が、キャリアガスによって搬送されているミストに対し、さらに、０．１〜１０ｍ／ｓ２の加速度を付与する前記（１）〜（９）のいずれかに記載の成膜装置、
（１１）  加速させるミストの流路方向が、前記基板に対して、平行または略平行である前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の成膜装置、
（１２）  原料を霧化して発生したミストをキャリアガスによって基板上に搬送して成膜する成膜方法であって、
前記原料を霧化してミストを発生させる工程と、
キャリアガスを供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト発生器で発生したミストをキャリアガスによって前記基板へ供給するミスト供給工程と、
を含み、                            
前記ミスト供給工程にて、キャリアガスによって搬送されているミストを基板までさらに加速させることを特徴とする成膜方法、
（１３）  前記（１２）記載の成膜方法によって形成された膜、
に関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成膜装置および成膜方法によれば、均質な膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る成膜装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係るサセプタの一例を示す模式図である。
【図３】供給内に配置されているサセプタの一態様を示す模式図である。（ａ）は、ミストの上流から下流方向に向けて、基板に至るまでの供給管内の断面を見た模式図である。（ｂ）は、ミストの上流を左に、下流を右にしたときの、供給管、基板およびサセプタの断面を見た模式図である。
【図４】図３に示されるサセプタのサセプタと基板との総面積と、排出領域の面積との関係を説明する図である。
【図５】成膜時における管状炉の内部を模式的に示す図である。
【図６】本発明に係るサセプタの一例を示す模式図である。
【図７】図６のサセプタの断面を示す模式図である。
【図８】本発明に係るサセプタが熱電対を備える場合の好適な例を示す模式図である。
【図９】本発明に係るサセプタの一例を示す模式図である。
【図１０】本発明に係るサセプタの一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施例で用いたミストＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の成膜装置は、原料からなるミストをキャリアガスによって基板上に搬送して成膜するための成膜装置であって、前記原料を霧化してミストを発生させるミスト発生器と、前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、前記ミスト発生器で発生したミストを前記キャリアガスによって前記基板へ供給する供給管とを備え、前記キャリアガスによって搬送されているミストを前記基板までさらに加速させるミスト加速手段を備えてさえいれば特に限定されない。成膜装置の種類等も、特に限定されず、ミストＣＶＤ装置であってもよいし、ミスト・エピタキシー装置であってもよいし、その他のミスト法による成膜装置であってもよい。本発明においては、前記成膜装置が、ミストＣＶＤ装置またはミスト・エピタキシー装置であるのが好ましい。なお、ミスト・エピタキシー装置は、ミストの形で原料を供給し、下地基板の情報を用いて結晶薄膜を成長させる装置であれば特に限定されず、反応を促進させる手段も、特に限定されず、例えば、熱エネルギー、レーザー、プラズマ、ビーム等のいずれの手段であってもよい。
【００１６】
以下、本発明の成膜装置について、図面を用いて説明するが、本発明は、これら図面に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の好ましい成膜装置の一例を示している。成膜装置１０は、ミスト発生器３、キャリアガス供給手段４、供給管５およびサセプタ１を備えている。
【００１８】
前記キャリアガス供給手段は、キャリアガスを供給できれば特に限定されず、前記キャリアガスは、原料を霧化して発生したミストを基板上に搬送できるガス状のものであれば特に限定されない。前記キャリアガスとしては、特に限定されないが、例えば、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、フォーミングガスなどが挙げられる。
【００１９】
前記ミスト発生器は、原料を霧化してミストを発生させることができれば特に限定されず、公知のものであってもよいが、本発明においては、超音波により、原料を霧化してミストを発生させるのが好ましい。超音波を用いて得られたミストは、初速度がゼロであり、空中に浮遊するので好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮遊してガスとして搬送することが可能なミストであるので衝突エネルギーによる損傷がないため、非常に好適である。ミストの液滴サイズは、特に限定されず、数ｍｍ程度の液滴であってもよいが、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは１〜１０μｍである。また、前記原料は、霧化することができ、霧化して発生したミストから成膜できるものであれば、特に限定されないが、本発明においては、前記原料が溶液であるのが好ましく、また、熱反応により、成膜できるものであるのも好ましい。なお、得られる膜は、結晶膜であっても非晶膜であってもよいが、本発明においては、結晶膜であるのが好ましい。前記結晶膜は、単結晶膜であってもよく、多結晶膜であってもよく、結晶を主成分としていれば特に限定されない。
【００２０】
図１に示される成膜装置１０は、水槽に超音波振動子２を備えており、超音波振動子２により、ミスト発生器３内の原料溶液が霧化し、ミストが発生するように構成されている。また、ミスト発生器３で発生したミストは、キャリアガス供給手段４から供給されるキャリアガスによって供給管５内に搬送されるように構成されている。成膜装置１０は、管状炉６も備えており、供給管５を管状炉６に挿入して、供給管５内の基板とサセプタ１を管状炉内に設置することで、熱反応により、成膜できるように構成されている。
【００２１】
前記供給管は、前記ミスト発生器で発生したミストをキャリアガスによって前記基板へ供給することができれば特に限定されない。前記キャリアガスとしては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は１種類であってよいが、２種類以上であってもよく、流量を下げた希釈ガス（例えば１０倍希釈ガス等）などを、第２のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も１箇所だけでなく、２箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、０．０１〜２０Ｌ／分であるのが好ましく、１〜１０Ｌ／分であるのがより好ましい。希釈ガスの場合には、希釈ガスの流量が、０．００１〜２Ｌ／分であるのが好ましく、０．１〜１Ｌ／分であるのがより好ましい。なお、前記供給管の種類や形状等も本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、本発明においては、前記供給管が、石英管であるのが好ましい。
【００２２】
前記供給管は、その内部にサセプタを備えていてもよい。本発明の成膜装置が、前記供給管内に、サセプタを備えている場合には、前記供給管は、通常、ミスト加速手段を備えている。本発明においては、前記ミスト加速手段として、前記サセプタが、キャリアガスによって搬送されているミストを基板までさらに加速させるためのミスト加速部を備えているのが好ましく、液だれによるミストの加速機能の喪失をより簡便かつより効率的に防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明においては、所望により前記供給管に成長室を直接にまたは間接的に併設してもよい。前記成長室は、ミストから成膜する成膜室であれば、特に限定されない。本発明の目的を阻害しない限り、閉鎖系であってもよいし、開放系であってもよい。前記成長室には、あらゆる形状の反応容器を用いることができ、前記成長室の形状としては、例えば、立方体や直方体等の多角形体、円柱、角柱、円錐または角錐等が挙げられる。前記成長室は、前記供給管に直接併設されていてもよいし、他の処理室等を介して間接的に併設されていてもよい。なお、本発明の成膜装置が、前記成長室内に、サセプタを備えている場合には、前記成長室は、通常、ミスト加速手段を備えており、この場合でも、前記ミスト加速手段として、前記サセプタが、キャリアガスによって搬送されているミストを基板までさらに加速させるためのミスト加速部を備えているのが好ましい。
【００２４】
ミスト加速手段は、キャリアガスによって搬送されているミストをさらに加速させるので、重力やキャリアガスによるものではなく、重力加速度とは異なる加速度が、キャリアガスによって搬送されているミストに付与される。前記加速度は、特に限定されないが、０．０１〜１００ｍ／ｓ２であるのが好ましく、０．１〜１０ｍ／ｓ２であるのがより好ましく、０．５〜５ｍ／ｓ２であるのが最も好ましい。なお、前記加速度は、いうまでもないが、キャリアガスによって搬送されているミストに付与される重力加速度以外の加速度を意味する。
【００２５】
前記ミスト加速手段は、キャリアガスによって搬送されているミストを基板までさらに加速させることができれば、特に限定されない。前記基板の直前からミストを加速してもよいし、前記供給管の入口から加速してもよい。ミストの発生から基板までのどの間からでもミストを加速してもよい。加速手段としては、例えば、ミストの流路面積を徐々に小さくする手段、送風ファンや吸気ファンを用いる手段、電場、磁場または圧力場を利用する手段などが挙げられるが、好適には、例えば、ミストの流れが加速するように、ミストの下流部を上流部に対して狭くしていくこと等が挙げられる。本発明においては、液だれによるミストの加速機能の喪失を注意する必要があり、例えば、基板後も含め、ミストの加速軌道上に、液だれや液だれの再蒸発ポイントがないように構成すること等に注意して、液だれによるミストの加速機能喪失を回避しつつ、ミストを加速させる機能を発現できるようにすることが肝要である。本発明においては、ミスト加速手段が、ミストを加速上昇させる手段であるのが好ましい。
【００２６】
前記サセプタは、基板を保持できれば特に限定されないが、本発明においては、前記サセプタが、基板を埋め込んで保持する手段を有しているのが好ましい。前記サセプタの材料なども特に限定されないが、本発明においては、石英からなるサセプタであるのが好ましい。また、本発明においては、前記サセプタが、前記ミスト加速手段として、ミストを基板まで加速させるためのミスト加速部を備えているのが好ましい。
【００２７】
また、前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管または前記成長室の内周に沿って略同一となるような形状であるのも好ましく、前記供給管内にサセプタを備えている場合には、前記サセプタの外周形状の全部または一部が、前記供給管の内周に沿って略同一となるような略円状またはその一部であるのが好ましく、前記サセプタの基板側表面の外周形状が略半円状であるのがより好ましい。このような好ましいサセプタを用いることにより、より効率的にミストを加速させることができるだけでなく、より効率的に液だれによる悪影響を回避することもできる。
「略同一」とは、完全同一でなくてもよく、例えば、円状と楕円状との関係のように、本発明の各効果を奏する程度に同一であればよい。
「略円状」とは、円状のみならず、楕円状や、その他放物局面などの円状に近い各種の曲面を総称するものをいう。
「略半円状」とは、半円状のみならず、半楕円状や、その他放物局面などの半円状に近い各種の曲面を総称するものをいう。
【００２８】
本発明では、前記サセプタが基板を傾斜させて保持する手段を有しているのが好ましく、さらに、ミスト流路の中心軸線に対する前記基板の傾斜角が５°〜６０°であるのがより好ましく、３０°〜５０°であるのがより好ましく、３５°〜４７°であるのが最も好ましい。このような好ましいサセプタを用いることにより、より均質な膜を得ることができる。
【００２９】
以下、前記サセプタの好ましい態様について、図面を用いて説明するが、本発明はこれら態様に限定されるものではない。
【００３０】
図２は、本発明の好ましいサセプタの一例を示している。図２のサセプタ１０１は、ミスト加速部１０２、基板保持部１０３および支持部１０４を備えている。
【００３１】
ミスト加速部１０２は、略半円状であり、供給管内に配置されたときに、沈降しているミストを加速上昇させることができるように構成されている。基板保持部１０３は、基板に嵌合する凹部となっており、基板を埋め込んで保持できるように構成されている。支持部１０４は、基板を傾斜させて保持するように構成されている。
【００３２】
図３は、供給内に配置されているサセプタの一態様を示している。図３に示されるサセプタ１０１は、ミスト加速部１０２、基板保持部１０３および支持部１０４を備えており、図２に示されるサセプタとは、支持部１０４の形状等が異なっている。支持部１０４は棒状であり、途中で角度を変えて、支持部１０４の供給管１０５との接触角を約９０°にするように構成されている。このような構成とすることにより、サセプタ１０１の安定性が向上する。
【００３３】
図３（ａ）は、ミストの上流から下流方向に向けて、基板に至るまでの供給管内の断面を示しており、供給管の基板側表面の外周形状が、略半円状であり、前記供給管の内周に沿って略同一となるような形状であることが分かる。図３（ｂ）は、ミストの上流を左に、下流を右にしたときの、供給管、基板およびサセプタの断面を示している。ミストはその性質上、供給管では沈降しやすいが、サセプタ１０１では、ミスト加速部１０２が傾斜して設けられており、沈降したミストを加速上昇させて基板１０３に搬送できるように構成されている。
【００３４】
図４は、供給管１０５内において、図３に示されるサセプタおよび基板の領域を基板・サセプタ領域１１１として、未反応のミストを排出する領域を、排出領域１１２として示しており、サセプタと基板との総面積と、排出領域の面積との関係が分かるようになっている。本発明では、図４に示されるように、前記サセプタが占めるサセプタ領域と、前記基板領域と、未反応のミストを排出する排出領域とに分けられる前記供給管または前記成長室内の断面において、前記サセプタ領域と前記基板との総面積が、前記排出領域の面積よりも大きいことが好ましい。このような好ましいサセプタを用いることにより、より良好にミストを加速させることができ、より均質な膜を得ることができる。
【００３５】
また、本発明においては、加速させるミストの流路方向が、基板に対して、平行または略平行であるのが好ましい。「平行または略平行」とは、基板の主面に平行な場合だけでなく、基板の主面に対して±３０°以内の角度をなす場合も含む意である。図５は、成膜時における管状炉の内部を示す。図５では、図３に示されるサセプタを用いている。図５に示されるように、供給管内に搬送されたミスト１０８ａは、沈降して、不均一で厚いミスト層となっているが、本発明によれば、サセプタのミスト加速手段１０２によって、ミスト１０８ｂが加速し、均質な膜を得ることができる。また、液だれ１０８ｃによって、ミストの加速が阻害されることもない。
【００３６】
本発明に用いられるサセプタは、本発明の目的を阻害しない限り、種々の形状や形態をとり得るが、図６および図７に示すように、さらに、上部板等を備えていてもよい。上部板１２６は、基板側表面の左右の２か所に設けられた上部支持部１２７によって支えられている。この上部板１２６によって、ミストの加速度を制御することができる。
【００３７】
図８は、本発明に係るサセプタが熱電対を備える場合の好適な例を示す。図８のサセプタは、支持部１３４に熱電対１３５が装着されている。このようなサセプタを用いることにより、基板の温度をモニターできるので、温度制御にも優れたものとなる。
【００３８】
なお、前記基板保持部の位置や大きさ等も、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、例えば、図９に示すように、基板を埋め込める形態の基板保持部１０３であってもよいし、図１０に示すように、サイズの大きい基板も埋め込める基板保持部１０３であってもよく、本発明においては、基板保持部の形状や大きさ等を、基板の形状や大きさに合わせて、適宜、設定することができる。
【００３９】
本発明においては、ミストが基板まで加速して、熱反応により成膜するのが好ましい。熱反応は、熱でもって前記ミストが反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本発明では、前記熱反応を、通常、原料の溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度（例えば７００℃）以下が好ましく、６００℃以下がより好ましい。下限については、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、１００℃以上が好ましく、１１０℃以上がより好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよいが、非酸素雰囲気下または酸素雰囲気下で行われるのが好ましい。また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが好ましい。なお、膜厚は、成膜時間を調整することにより、設定することができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（実施例１）
図１１を用いて、本実施例で用いたミストＣＶＤ装置１９を説明する。ミストＣＶＤ装置１９は、基板２０を載置するサセプタ２１と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給手段２２と、キャリアガス供給手段２２から送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁２３と、原料溶液２４ａが収容されるミスト発生源２４と、水２５ａが入れられる容器２５と、容器２５の底面に取り付けられた超音波振動子２６と、内径４０ｍｍの石英管からなる供給管２７と、供給管２７の周辺部に設置されたヒーター２８を備えている。サセプタ２１は、石英からなり、被成膜試料２０を載置する面が水平面から傾斜している。供給管２７とサセプタ２１をどちらも石英で作製することにより、基板２０上に形成される膜内に装置由来の不純物が混入することを抑制している。
なお、サセプタ２１として、図３に示されるサセプタを用いて、α−Ｇａ２Ｏ３膜を成膜した。成膜条件は以下の通りである。なお、サセプタの傾斜角は４５°とし、供給管内の基板・サセプタの総面積は、図４の通り、サセプタ領域を大きく、排出領域を狭くした。
【００４２】
＜成膜条件＞
臭化ガリウムと酸化ゲルマニウムをガリウムに対するゲルマニウムの原子比が１：０．０５となるように水溶液を調整した。この際、４８％臭化水素酸溶液を体積比で１０％を含有させた。条件１では、酸化ゲルマニウムの濃度は、５．０×１０−３ｍｏｌ／Ｌとした。
この原料溶液２４ａをミスト発生源２４内に収容した。
【００４３】
次に、被成膜試料２０として、２０ｍｍ四方のｃ面サファイア基板を試料台２１上に設置させ、ヒーター２８を作動させて成膜室２７内の温度を５００℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁２３を開いてキャリアガス源２２からキャリアガスを成膜室２７内に供給し、成膜室２７の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を５Ｌ／ｍｉｎに調節した。キャリアガスとしては、酸素ガスを用いた。
【００４４】
次に、超音波振動子２６を２．４ＭＨｚで振動させ、その振動を、水２５ａを通じて原料溶液２４ａに伝播させることによって、原料溶液２４ａを微粒子化させて、原料微粒子を生成した。
この原料微粒子が、キャリアガスによって成膜室２７内に導入され、成膜室２７内で反応して、被成膜試料２０の成膜面でのＣＶＤ反応によって被成膜試料２０上に膜を形成した。なお、ミストの加速度は１．５１ｍ／ｓ２であった。
【００４５】
膜の相の同定をした。同定は、ＸＲＤ回折装置を用いて、１５度から９５度の角度で２θ／ωスキャンを行うことによって行った。測定は、ＣｕＫα線を用いて行った。その結果、条件１の原料溶液を用いて形成した膜は、α−Ｇａ２Ｏ３であった。
【００４６】
次に各点の膜厚を測定し、中心点の膜厚３４２ｎｍを０として、上下左右の分布を調べた。結果を表１に示す。バラつきの範囲は、４３ｎｍであった。標準偏差は、１４．１２であった。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
（比較例１）
非特許文献１記載の管状炉型ミストＣＶＤ装置のサセプタを用いたこと以外は、実施例１と同様にしてα−Ｇａ２Ｏ３膜を成膜した。なお、ミストの加速度は０であった。得られたα−Ｇａ２Ｏ３膜につき、各点の膜厚を測定し、その分布を調べた。結果を表２に示す。バラつきの範囲は、１９２ｎｍであった。標準偏差は、７１．１９であった。
【００４９】
【表２】
0006627132.tif 000003
【００５０】
（比較例２）
α−Ｇａ２Ｏ３の代わりに、ＩＧＺＯを３５０℃の条件で成膜したこと以外は、比較例１と同様にして成膜した。なお、ミストの加速度は０であった。得られたＩＧＺＯ膜につき、各点の膜厚を測定し、その分布を調べた。結果を表３に示す。バラつきの範囲は、１１０ｎｍであった。標準偏差は、４２．２８であった。
【００５１】
【表３】
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【００５２】
（比較例３）
α−Ｇａ２Ｏ３の代わりに、ＺｎＯを２５０℃の条件で成膜したこと以外は、比較例１と同様にして成膜した。なお、ミストの加速度は０であった。得られたＺｎＯ膜につき、各点の膜厚を測定し、その分布を調べた。結果を表４に示す。バラつきの範囲は、４４０ｎｍであった。標準偏差は、１２９．４５であった。
【００５３】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のミストＣＶＤ装置は、様々な成膜に用いることができるが、特に、結晶膜や酸化物半導体の成膜に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１    サセプタ
２    超音波振動子
３    ミスト発生器
４    キャリアガス供給手段
５    供給管
６    管状炉
１０    成膜装置
１９    ミストＣＶＤ装置
２０    基板
２１    サセプタ
２２    キャリアガス供給手段
２３    流量調節弁
２４    ミスト発生源
２４ａ  原料溶液
２５    容器
２５ａ  水
２６    超音波振動子
２７    成膜室
２８    ヒーター
１０１    サセプタ
１０２    ミスト加速手段
１０３    基板保持部
１０４    支持部
１０５    供給管
１０７    ヒーター
１０８ａ  ミスト（沈降）
１０８ｂ  ミスト（加速）
１０８ｃ  液だれ
１０９    基板
１１１    基板・サセプタ領域
１１２    排出領域
１２１    サセプタ
１２２    ミスト加速手段
１２３    基板保持部
１２４    支持部
１２５    供給管
１２６    上部板
１２７    上部支持部
１３４    支持部
１３５    熱電対
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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