JP7413495B2 - 結晶性酸化物薄膜 - Google Patents
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Description
原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む成膜方法であって、
前記原料溶液を調製する工程において、
金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする成膜方法を提供する。
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前記原料溶液を調製する工程において、
金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする成膜方法である。
まず、図1及び図2を参照しながら、本発明に係る成膜方法を実施することができる成膜装置の一例を説明する。ただし、本発明に係る成膜方法は、図1及び図2に示す成膜装置以外の成膜装置で実施することもできる。
ミスト化部120では、原料溶液104aをミスト化してミストを発生させる。ミスト化手段は、原料溶液104aをミスト化できさえすれば特に限定されず、公知のミスト化手段であってよいが、超音波振動によるミスト化手段を用いることが好ましい。より安定してミスト化することができるためである。
図1に示すキャリアガス供給部130は、キャリアガスをミスト発生源104に供給するキャリアガス源102a、及びキャリアガス源102aとミスト発生源104とを流体接続する供給管111aを有する。供給管111aは、キャリアガス源102aからミスト発生源104に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103aを備えていてもよい。また、キャリアガス供給部130は、必要に応じて、図1にそれぞれ示す、希釈用キャリアガスを供給管9に供給する希釈用キャリアガス源102bや、希釈用キャリアガス源102bと供給管9とを流体接続する供給管111bや、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bを備えることもできる。
成膜装置101は、ミスト化部120と成膜室107とを接続する供給管109を有する。この場合、ミストは、ミスト化部120のミスト発生源104から供給管109を介してキャリアガスによって搬送され、成膜室107内に供給される。供給管109は、例えば、石英管やガラス管、樹脂製のチューブなどを使用することができる。
成膜室107は、中に基板110が設置できるように構成されている。成膜室107において、基板110を、成膜室107の上面に設置するなどして、フェイスダウンの状態で設置してもよいし、又は、図1に示すように、基板110を、成膜室107の底面に設置して、フェイスアップの状態で設置してもよい。
次に、本発明の成膜方法を説明する。
原料溶液を調製する工程と、
ミスト化部において前記原料溶液をミスト化して、ミストを発生させるミスト発生工程と、
前記ミストを搬送するためのキャリアガスを前記ミスト化部に供給するキャリアガス供給工程と、
前記ミスト化部と成膜室とを接続する供給管を介して、前記ミスト化部から前記成膜室へと前記ミストを前記キャリアガスにより搬送する搬送工程と、
前記搬送されたミストを熱処理して基板上に成膜を行う成膜工程と
を含む。
(1)金属の塩化物塩もしくはその水溶液と、過酸化水素とを混合することによって、前記原料溶液を調製するか、又は
(2)塩酸と過酸化水素との混合溶液に金属を溶解することによって、前記原料溶液を調製することを特徴とする。
金属の塩化物塩を用いる場合、原料溶液の溶媒は特に限定されないが、水であることが好ましい。
該金属としては、成膜しようとする膜に必要とされる金属を含むものを用いることができ、例えば、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル及びコバルトから選ばれる1種又は2種以上の金属を含むものなどを使用できる。
上記成膜にあたっては、基板と当該膜の間に適宜バッファ層を設けてもよい。バッファ層の材料としては、Al2O3、Ga2O3、Cr2O3、Fe2O3、In2O3、Rh2O3、V2O3、Ti2O3、Ir2O3等が好適に用いられる。バッファ層の形成方法は特に限定されず、スパッタ法、蒸着法など公知の方法により成膜することができるが、上記のようなミストCVD法を用いる場合は、原料溶液を適宜変更するだけで形成でき簡便である。具体的には、アルミニウム、ガリウム、クロム、鉄、インジウム、ロジウム、バナジウム、チタン、イリジウム、から選ばれる1種又は2種以上の金属を、錯体又は塩の形態で水に溶解又は分散させたものを原料水溶液として好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。また、上記金属を、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸等に溶解したものも塩の水溶液として用いることができる。溶質濃度は0.005~1mol/Lが好ましい。また、過酸化水素を混合してもよい。他の条件についても、上記と同様にすることでバッファ層を形成することが可能である。バッファ層を所定の厚さ成膜した後、本発明の成膜方法により成膜を行うことができる。バッファ層の厚さとしては0.1μm~2μmが好ましい。
また、本発明に係る成膜方法で得られた膜を、200~600℃で熱処理してもよい。これにより、膜中の未反応種などが除去され、より高品質の積層構造体を得ることができる。熱処理は、空気中、酸素雰囲気中で行ってもよいし、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行ってもかまわない。熱処理時間は適宜決定されるが、例えば、5~240分とすることができる。
図1を参照しながら、本実施例で用いた成膜装置101を説明する。成膜装置101は、キャリアガスを供給するキャリアガス源102aと、キャリアガス源102a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103aと、希釈用キャリアガスを供給する希釈用キャリアガス源102bと、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bと、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、水105aが収容された容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106と、ヒーター108を具備する成膜室107と、ミスト発生源104から成膜室107までをつなぐ石英製の供給管109と、キャリアガス源102aとミスト発生源104とをつなぐ供給管111aと、希釈用キャリアガス源102bと供給管109とをつなぐ供給管111bと、を備えている。流量調節弁103aは、供給管111aに設けられている。流量調節弁103bは、供給管111bに設けられている。
基板110として、1辺3cmに切出した正方形のc面サファイア基板を、成膜室107内に戴置し、ヒーター108を作動させて温度を500℃に昇温した。
出発溶液として、塩化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を調整した。これに、塩素原子濃度と過酸化水素濃度とのモル比が2:1となるよう、過酸化水素水を混合した。これを原料溶液104aとした。なお、混合時の液温は室温(約25℃)とした。
上述のようにして得た原料溶液104aを、ミスト発生源104内に収容した。続いて、流量調節弁103a及び103bを開いて、キャリアガス及び希釈用キャリアガスを、キャリアガス源102a及び102bから、供給管111a及び111b、ミスト発生源104の上部空間、並びに供給管109を介して、成膜室107内に供給した。成膜室107の雰囲気をキャリアガス及び希釈用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1L/minに、希釈用キャリアガスの流量を24L/minにそれぞれ調節した。キャリアガスとしては窒素を用いた。希釈用キャリアガスとしては窒素を用いた。
基板110上に形成した薄膜について、FILMETRICS社の干渉式膜厚計F-50を用い測定した。測定箇所を基板110上の面内の9点として、平均膜厚を算出した。また、X線回折装置を用い、α-Ga2O3(006)ピークのロッキングカーブ半値幅(FWHM)を測定し、結晶性を評価した。表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定し算術平均粗さRaで評価した。
実施例2では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
実施例3では、原料溶液混合時の温度を10℃となるよう調整しながら、原料溶液を調製した。これ以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
実施例4では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜した。
実施例5では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
比較例1では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
比較例2では、原料溶液の調製工程以外は実施例1と同じ方法で成膜を行い、得られた膜を評価した。
Claims (1)
- X線回折測定によるロッキングカーブ半値幅が12~25秒で、AFM測定による算術平均粗さRaが2.9~7.2nmであり、
膜中の塩素原子の含有量が1x10 16 /cm 3 以下であり、
コランダム構造を有するものであることを特徴とする結晶性酸化物薄膜。
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