JP4979442B2 - Gaスパッタターゲットの製造方法 - Google Patents
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Description
一般的に、III族窒化物半導体は有機金属化学気相成長(MOCVD)法によって製造されている。MOCVD法は、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムおよびアンモニアを原料とし、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応により原料を分解して結晶を成長させる方法である。精密な膜厚および組成制御を行うことができるというメリットを有する代わりに、成膜時間が長くなることおよび制御パラメータの操作が困難であるというようなデメリットがある。
そのため、III族窒化物半導体をスパッタ法によって製造する研究も行われている。スパッタ法は、成膜速度を上げることができ、また制御パラメータの操作も簡易であるので、素子の生産性に大いに効果を発するためである。GaN膜をスパッタ法により成膜し、平滑性の良い膜を形成できたとの報告もある(非特許文献1および非特許文献2)。
また、非特許文献2では、カソードとターゲットを向かい合わせ、基板とターゲットの間にメッシュを入れた装置でGaNを成膜したとの記載がある。成膜条件はN2ガス中で圧力を0.67Paとし、基板温度は84〜600℃であり、投入電力は150W、基板とターゲット間の距離は80mmとされている。
更に、GaNを用いたIII族窒化物半導体の積層構造体の製造において、MOCVD法に加えてスパッタ法も合わせて行うことにより、精密な膜厚、組成制御とともに、成膜スピードを上げかつ欠陥の無い平滑な成膜を行うというような生産性の向上に大いに寄与する研究も行われ始めている。
(1)バッキングプレートにGaもしくはGa合金を液体状態にして流し込み、液体Ga保持バッキングプレートとした後、前記液体Ga保持バッキングプレートを、減圧状態または水素ガス雰囲気中で、0.5〜5時間、600〜900℃の温度で熱処理してから、前記Gaもしくは前記Ga合金を固体状態となるまで冷却させて製造することを特徴とするGaスパッタターゲットの製造方法。
(2)前記バッキングプレートがW、Ta、Moの高融点金属もしくはそれらを主とする高融点合金から構成されるとともに、前記バッキングプレートがSi、ポリシリコン、カーボン(ダイヤモンドライクカーボンを含む)、AlN、pBN、SiC、Al2O3、Y2O3、SiNまたは石英のいずれかによってコーティングされていることを特徴とする(1)に記載のGaスパッタターゲットの製造方法。
(3)前記バッキングプレートがSi、ポリシリコン、カーボン、AlN、pBN、SiC、Al2O3、Y2O3、SiNまたは石英から構成されることを特徴とする(1)に記載のGaスパッタターゲットの製造方法。
成膜したいIII族窒化物が単組成のGaNではない場合、Ga以外の元素を混ぜ込んだターゲットをスパッタすることにより所望の組成の成膜を行うことができる。Gaと混晶を形成するAlやInのほか、導電性を制御する目的で結晶中にドープする、Mg、Zn、C、Si、Ge、Snなどを混合することもできる。混合する量は、目的とする結晶の組成、ドープ量およびスパッタレートを考慮し計算することができる。混合元素を添加する場合は、合金や化合物のように、均一に混合した混合物となるようにターゲット材料25を作製するのが好ましい。不均一に混合された混合物を用いる場合には、液体状態の対流などの動きに応じて、スパッタされるターゲット材料25の組成の変化が生じる場合があるためである。また、ターゲット材料25としてGa合金を用いる場合には、酸素等からなる不純物を除去する目的で行う熱処理の温度は、Ga合金の融点以上の温度に設定すればよく、Gaを用いる場合と同様に、600〜900℃とすることがより好ましい。
本実施形態の製造方法により製造されたGaスパッタターゲット101、111において、バッキングプレート本体1aはSi、ポリシリコン、カーボン(ダイヤモンドライクカーボンを含む)、AlN、pBN、SiC、Al2O3、Y2O3、SiNまたは石英等の材料で構成されているので、あるいは高融点金属もしくは高融点合金からなるバッキングプレート11aに、コーティング材料12をコート材料としてコートする構成なので、600〜900℃の高温度にしたベーク炉27に、前記Gaスパッタターゲット111を保持することができ、液体Ga中に含有された酸素およびそれに基づく酸化物不純物を排出除去させることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
Ta製の母材を成形加工し、CVD法により膜厚3μmのポリシリコンと膜厚1μmのダイヤモンドライクカーボンをコーティングしたTa製バッキングプレートを製造した。次に、前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。ビーカーにGa粒(99.9999%)を数粒いれ、60℃に暖め作成した液体Gaを、前記バッキングプレートの凹部に流し入れたものを、ベーク炉へ導入した。減圧状態にする過程において、酸素もしくは酸素等からなる不純物が泡となって浮かび上がる様子を、ベーク炉ののぞき窓から観測することができた。さらに、1×10−6Torrに減圧した状態で、750℃の温度までベーク炉の温度を上げ、750℃となってから1時間保持した。その後、ベーク炉の温度を室温25℃まで冷却して、Gaを固化させてから、Gaスパッタターゲットを取り出した。
カーボン製の母材を成形加工し、CVD法によりダイヤモンドライクカーボン・コーティングを行い、膜厚3μmのダイヤモンドライクカーボンをコーティングしたカーボン製バッキングプレートを製造した。この前記バッキングプレートを用いた他は実施例1と同様にして、Gaスパッタターゲットの脱酸素処理を行った後、スパッタ成膜を行い、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分析を行った結果、GaNの膜中の酸素濃度は、1.1×1016cm−3であった。検出された酸素濃度は、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量ではなかった。
カーボン製の母材を成形加工し、CVD法により石英・コーティングを行い、膜厚5μmの石英をコーティングしたカーボン製バッキングプレートを製造した。この前記バッキングプレートを用いた他は実施例1と同様にして、Gaスパッタターゲットの脱酸素処理を行った後、スパッタ成膜を行い、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分析を行った結果、GaNの膜中の酸素濃度は、1.5×1016cm−3であった。検出された酸素濃度は、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量ではなかった。
W製の母材を成形加工し、CVD法によりAl2O3・コーティングを行い、膜厚2.5μmのAl2O3をコーティングしたW製バッキングプレートを製造した。この前記バッキングプレートを用いた他は実施例1と同様にして、Gaスパッタターゲットの脱酸素処理を行った後、スパッタ成膜を行い、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分析を行った結果、GaNの膜中の酸素濃度は、0.5×1016cm−3であった。検出された酸素濃度は、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量ではなかった。
カーボン製の母材を成形加工し、カーボン製バッキングプレートを製造した。この前記バッキングプレートを用いた他は実施例1と同様にして、Gaスパッタターゲットの脱酸素処理を行った後、スパッタ成膜を行い、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分析を行った結果、GaNの膜中の酸素濃度は、2.0×1016cm−3であった。検出された酸素濃度は、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量ではなかった。
pBN製の母材を成形加工し、pBN製バッキングプレートを製造した。この前記バッキングプレートを用いた他は実施例1と同様にして、Gaスパッタターゲットの脱酸素処理を行った後、スパッタ成膜を行い、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分析を行った結果、GaNの膜中の酸素濃度は、1.7×1016cm−3であった。検出された酸素濃度は、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量ではなかった。
実施例1と同様にして、膜厚200μmのカーボンをコーティングしたTa製バッキングプレートを製造した。次に、前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。ビーカーにGa粒(99.9999%)を数粒いれ、60℃に暖め作成した液体Gaを、前記バッキングプレートの凹部に流し入れたものを室温25℃まで冷却して、Gaを固化させ、Gaスパッタターゲットとした。このGaスパッタターゲットを用いて、実施例と同様にして、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の膜中の酸素濃度は、1×1020cm−3であった。この酸素は、液体Ga中の酸化物不純物に由来するものであり、膜質および半導体素子特性に悪影響を与える量であった。
Claims (3)
- バッキングプレートにGaもしくはGa合金を液体状態にして流し込み、液体Ga保持バッキングプレートとした後、前記液体Ga保持バッキングプレートを、減圧状態または水素ガス雰囲気中で、0.5〜5時間、600〜900℃の温度で熱処理してから、前記Gaもしくは前記Ga合金を固体状態となるまで冷却させて製造することを特徴とするGaスパッタターゲットの製造方法。
- 前記バッキングプレートがW、Ta、Moの高融点金属もしくはそれらを主とする高融点合金から構成されるとともに、前記バッキングプレートがSi、ポリシリコン、カーボン(ダイヤモンドライクカーボンを含む)、AlN、pBN、SiC、Al2O3、Y2O3、SiNまたは石英のいずれかによってコーティングされていることを特徴とする請求項1に記載のGaスパッタターゲットの製造方法。
- 前記バッキングプレートがSi、ポリシリコン、カーボン、AlN、pBN、SiC、Al2O3、Y2O3、SiNまたは石英から構成されることを特徴とする請求項1に記載のGaスパッタターゲットの製造方法。
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