JP2008121109A - スパッタ成膜装置およびスパッタ成膜装置用のバッキングプレート - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、Gaが固体状態および液体状態のいずれの状態においても、Gaとバッキングプレートとの間の熱伝導を均一に行うことによって、成膜を安定して行なわせる。また、Gaが液体状態のときには、バッキングプレートのスパッタ面に液体状態のGaを均一に広げ、成膜を行わせることによって、不純物を含まないGa窒化物化合物半導体を形成させることである。
【解決手段】Gaを含むターゲット材料を保持するバッキングプレートを具備してなり、少なくとも前記バッキングプレートの前記ターゲット材料と接する接触面が、液体状態のGaとの接触角が90°以下となる易濡れ性材料で構成されていることを特徴とするスパッタ成膜装置を用いる。
【選択図】図5
Description
(1) Gaを含むターゲット材料を保持するバッキングプレートを具備してなり、少なくとも前記バッキングプレートの前記ターゲット材料と接する接触面が、液体状態のGaとの接触角が90°以下となる易濡れ性材料で構成されていることを特徴とするスパッタ成膜装置。
(2) 前記易濡れ性材料が、シリコン、カーボン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる1種の材料からなることを特徴とする(1)に記載のスパッタ成膜装置。
(3) 前記接触面を含む前記バッキングプレート全体が、前記易濡れ性材料から構成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載のスパッタ成膜装置。
(4) 前記ターゲット材料として、液体状態のGaが用いられることを特徴とする(3)に記載のスパッタ成膜装置。
(5) 前記バッキングプレートに、前記易濡れ性材料がコーティングされて前記接触面が形成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載のスパッタ成膜装置。
(6) 前記ターゲット材料として、固体状態または液体状態のGaが用いられることを特徴とする(5)に記載のスパッタ成膜装置。
(7) 基板上にGaを含むIII族窒化物化合物半導体からなる層を成膜する際に用いられることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のスパッタ成膜装置。
(8) Gaを含むターゲット材料を保持するスパッタ成膜装置用のバッキングプレートであって、前記バッキングプレートの前記ターゲット材料と接する接触面が、液体状態のGaとの接触角が90°以下となる易濡れ性材料で構成されていることを特徴とするスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
(9) 前記易濡れ性材料が、ポリシリコン、カーボンおよび石英からなる群より選ばれる1種の材料からなることを特徴とする(8)に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
(10) 前記接触面を含む前記バッキングプレート全体が、前記易濡れ性材料から構成されていることを特徴とする(8)または(9)に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
(11) 前記バッキングプレートに、前記易濡れ性材料がコーティングされて前記接触面が形成されていることを特徴とする(8)または(9)に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
ここでいうシリコンとは、単結晶であっても構わないし、多結晶であっても良い。価格の面から多結晶シリコンを用いることが望ましいが、含有される不純物を適切に制御する必要があることは言うまでもない。また、導電性を持つ材料とすることが望ましい。このことは、図1のようにバッキングプレート自体をシリコンで形成する場合でも、図2のように他の材料で作製したバッキングプレートをシリコンでコートする場合でも同様である。コート材料の場合は、ポリシリコンとすることが現実的であり、望ましい。
ここでいうカーボンとは、グラファイトカーボンであることが、価格、加工性、導電性の面から望ましい。この場合も、含有される不純物を適切に制御する必要がある。また、コート用の材料としては、ダイヤモンドライクカーボン(以下、DLC)と呼ばれる材料も用いることができる。コートは、カーボンで作製したバッキングプレートに施すことも可能である。
ポリシリコン製の母材を成形加工することにより、図1に示すような、ポリシリコン製バッキングプレートを製造した。
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着材により冷却プレートに固定した。ビーカーにGa粒を数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却してGaを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、図5に示すように、このスパッタターゲットをスパッタ成膜装置のチャンバ内の所定の位置に設置し、その上部にはサファイア基板を設置した。スパッタ成膜装置内で、サファイア基板を500℃まで加熱し、窒素ガスを15sccmの流量で流しいれ、チャンバ内の圧力を1.0Pa(0.6×10−3Torr)とし、50Wの高周波プラズマで基板洗浄を行った。次に、基板温度を500℃に保持し、アルゴンガスおよび窒素ガスをそれぞれ5sccmおよび15sccmの流量で流入させた状態で、上記バッキングプレートをヒーターにより暖め、Gaを液体状態にした後、1W/cm2のパワーの高周波をGaターゲットに印加し、サファイア基板上にGaNの単層膜を形成した。完成したGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。GaNの膜中のSi濃度は、5×1016atoms/cm3であった。このSiは、バッキングプレートの構成材料に由来するものであるが、検出された濃度では、膜に悪影響を与える量ではないことが分かった。
(実施例2)
次に、実施例1と同様にして、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートによりスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNの単層膜を形成した。完成したGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。CuおよびCが不純物として検出されるかどうか調べたが、SIMSの検出レベル以下であった。
(実施例3)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、直径1mm程度のAl線を2〜3cmに切ったものを、1kgのGaにつき8gのAlとなる割合で加え、溶融させたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaAlを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、実施例1と同様にして、サファイア基板上にAlGaNの単層膜を形成した。完成したAlGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。AlGaNの膜中のSi濃度は、5×1016atoms/cm3であった。このSiは、バッキングプレート材料として用いたSiO2に由来するものであるが、検出された濃度では、膜に悪影響を与える量ではないことが分かった。
(実施例4)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、Inを、1kgのGaにつき164gのInとなる割合で数粒加えたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaInを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートによりスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaInをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にInGaNの単層膜を形成した。完成したInGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。CuおよびCが不純物として検出されるかどうか調べたが、SIMSの検出レベル以下であることが分かった。
(実施例5)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、直径1cm程度のMg塊を、1kgのGaにつき800mgのMgとなる割合で加え、溶解させたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaMgを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、実施例1と同様にして、サファイア基板上にMgをドープしたGaN(以下、GaN:Mg)の単層膜を形成した。完成したGaN:Mgの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。Cが不純物として検出されるかどうか調べたが、SIMSの検出レベル以下であることが分かった。
(実施例6)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、直径50μm程度の粒状Siを、1kgのGaにつき1260mgのSiとなる割合で加えたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaSiを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートによりスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaSiをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にSiをドープしたGaN(以下、GaN:Si)の単層膜を形成した。完成したGaN:Siの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。GaN:Siの膜中のSi濃度は、5×1018atoms/cm3であった。ドーパントとして添加したSiの適切な値が得られた。
(実施例7)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、直径1mm程度のAl線を2〜3cmに切ったものを、加えたものに、さらに直径1cm程度のMg塊を、1kgのGaにつき800mgのMgとなる割合で加え、溶解させたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaAlMgを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、実施例1と同様にして、サファイア基板上にMgをドープしたAlGaN(以下、AlGaN:Mg)の単層膜を形成した。完成したAlGaN:Mgの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。AlGaN:Mgの膜中のSi濃度は、5×1016atoms/cm3であった。バッキングプレート材料として用いたポリシリコンの元素が不純物として検出されたが、膜に悪影響を与える量ではないことが分かった。
(実施例8)
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にした後、Inを少量加え、溶解させたものに、直径50μm程度の粒状Siを、1kgのGaにつき1260mgのSiとなる割合で加えたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却し、GaInSiを固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートによりスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaInSiをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にSiをドープしたInGaN(以下、InGaN:Si)の単層膜を形成した。完成したInGaN:Siの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。検出された元素はSiであり、5×1017atoms/cm3であった。ドーパントとして添加したSiの適切な値が得られた。
(実施例9)
Cu製の母材を成形加工し、CVD法により窒化シリコンによるコーティングを行い、図2に示すような、膜厚200μmの窒化シリコン・コーティングされたCu製バッキングプレートを製造した。
次に、上記バッキングプレートを、IPAなどの有機溶剤に浸して洗浄した後、接着剤により冷却プレートに固定した。ビーカーにGaを数粒いれ、60℃に暖めて液体にしたものを、上記バッキングプレートの凹部に流し入れ、クリーンルームの設定した室温25℃まで冷却して固化することにより、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートによりスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNの単層膜を形成した。完成したGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。CuおよびSiが不純物として検出されるかどうか調べたが、SIMSの検出レベル以下であることが分かった。
(比較例1)
次に、実施例1と同様にして、スパッタターゲットを製造した。
さらに、実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNの単層膜を形成した。完成したGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。主に、不純物として検出された元素はCuであり、その量は1×1018atoms/cm3であった。バッキングプレートの材料に用いたCuが不純物として膜に含有されていた。この量は膜の特性に影響を与えるものであるので、比較例1に用いた方法は実用には用いることができないことが分かった。
(比較例2)
次に、上記バッキングプレートを、HClに浸して洗浄したこと以外は施例1と同様にして、スパッタターゲットを製造した。
さらに、冷却プレートを通してスパッタターゲットを冷却し、固体状態のGaをスパッタしたこと以外は実施例1と同様にして、サファイア基板上にGaNの単層膜を形成した。完成したGaNの単層膜を取り出し、SIMS分析を行った。GaNの膜中のCu濃度は、1×1015atoms/cm3であった。バッキングプレート材料として用いたCuが不純物として検出されたが、膜に悪影響を与える量ではないことが分かった。
以上の結果を表1に示す。
Claims (11)
- Gaを含むターゲット材料を保持するバッキングプレートを具備してなり、少なくとも前記バッキングプレートの前記ターゲット材料と接する接触面が、液体状態のGaとの接触角が90°以下となる易濡れ性材料で構成されていることを特徴とするスパッタ成膜装置。
- 前記易濡れ性材料が、シリコン、カーボン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる1種の材料からなることを特徴とする請求項1に記載のスパッタ成膜装置。
- 前記接触面を含む前記バッキングプレート全体が、前記易濡れ性材料から構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスパッタ成膜装置。
- 前記ターゲット材料として、液体状態のGaが用いられることを特徴とする請求項3に記載のスパッタ成膜装置。
- 前記バッキングプレートに、前記易濡れ性材料がコーティングされて前記接触面が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスパッタ成膜装置。
- 前記ターゲット材料として、固体状態または液体状態のGaが用いられることを特徴とする請求項5に記載のスパッタ成膜装置。
- 基板上にGaを含むIII族窒化物化合物半導体からなる層を成膜する際に用いられることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載のスパッタ成膜装置。
- Gaを含むターゲット材料を保持するスパッタ成膜装置用のバッキングプレートであって、前記バッキングプレートの前記ターゲット材料と接する接触面が、液体状態のGaとの接触角が90°以下となる易濡れ性材料で構成されていることを特徴とするスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
- 前記易濡れ性材料が、ポリシリコン、カーボンおよび石英からなる群より選ばれる1種の材料からなることを特徴とする請求項8に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
- 前記接触面を含む前記バッキングプレート全体が、前記易濡れ性材料から構成されていることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
- 前記バッキングプレートに、前記易濡れ性材料がコーティングされて前記接触面が形成されていることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のスパッタ成膜装置用のバッキングプレート。
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