薄膜形成装置及び薄膜形成方法
【課題】電気的手法によって高い成長速度で薄膜を形成することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供すること。
【解決手段】ターゲット２２を保持するターゲット保持部２１が導電性材料からなることとしたので、電子線をターゲット２２に照射し続けてもターゲット保持部２１がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【解決手段】ターゲット２２を保持するターゲット保持部２１が導電性材料からなることとしたので、電子線をターゲット２２に照射し続けてもターゲット保持部２１がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に例えばＩＩＩ族窒化物の結晶を薄膜状に成長させた半導体基板が知られている。このＩＩＩ族窒化物の薄膜は、従来、主として有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）などによって作製されてきた。これらの方法は、いずれも高温下でＩＩＩ族窒化物の結晶を基板上に成長させるものである。高温下では、基板の材料によっては、基板表面で化学反応（界面反応）が発生し、基板表面が劣化する虞がある。このため、上記の方法に用いられる基板は、サファイア基板やＳｉＣ基板など化学的に安定し界面反応が生じにくいものに限られていた。また、ＭＯＣＶＤ法は、発生するガスの排ガス処理装置や安全装置が必要となるため、装置コストが高いという問題がある。ＭＢＥ法は、液体窒素を循環させて装置を冷却する必要があるため、この方法も装置コストが高いという問題がある。また、ＰＬＤ法は高い運動エネルギーを持ったＩＩＩ族原子のプルームを前駆体として薄膜を成長させるが、ターゲットにパルスレーザ光を照射したときのプルームの広がりは極めて小さいという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、パルス電子線堆積法（ＰＥＤ法）と呼ばれる手法や、直流電源を用いたスパッタリング法（ＤＣスパッタリング法やパルスＤＣスパッタリング法等）などの手法が知られている。このような電気的手法によって薄膜を形成すると、高品質の薄膜を低コストで形成することができる。ＰＥＤ法やＤＣスパッタリング法では、ＩＩＩ族金属及びその合金をターゲットとして用いる。このターゲットを電気的手法によって蒸発させ、基板上に成長させるようにする。ＧａやＩｎなどのＩＩＩ族金属は低融点物質であり、液体の状態で蒸発させることになる。このため、ターゲットを蒸発させる際には、坩堝などのターゲット保持部に当該ターゲットを保持する。ターゲット保持部の材料としては、液体金属と反応性の低い窒化ホウ素やアルミナが用いられている。
【非特許文献１】J.Ohta, H.Fujioka, and M.Oshima, Appl. Phys. Lett., 83, 3060 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、窒化ホウ素やアルミナは絶縁性の物質であるため、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射し続けると、電子あるいは電荷を受けてターゲット保持部がチャージアップしてしまう。時間の経過と共に電子あるいは電荷を帯びた粒子がターゲットに到達しにくくなってしまうため、成長速度が次第に低くなってしまうという問題がある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電気的手法によって高い成長速度で薄膜を形成することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る薄膜形成装置は、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記ターゲットを保持するターゲット保持部を有し、前記ターゲット保持部が導電性材料からなることを特徴とする。
ここで、「電気的手法」とは、ターゲットに電荷を帯びた粒子（例えば電子やイオンなど）を照射することで、当該ターゲットを蒸発させる手法である。この電気的手法としては、例えばパルス電子線堆積法（ＰＥＤ法）や直流電圧スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法）などが挙げられる。
【０００７】
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合、このターゲットを保持するターゲット保持部が導電性材料からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【０００８】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素であることを特徴とする。
金属を添加した窒化ホウ素は一定の導電性を有する物質であることが知られている。本発明によれば、ターゲット保持部が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【０００９】
上記の薄膜形成装置は、前記添加する金属がチタンであることを特徴とする。
窒化ホウ素にチタンをドーピングした物質は、高い導電性を有することが知られている。本発明によれば、添加する金属がチタンであることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【００１０】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が当該ターゲットに含まれる金属の窒化物からなるものであり、ターゲットに含まれる金属とターゲット保持部に含まれる金属とが同種の金属である。これにより、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００１１】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることを特徴とする。
ＩＩＩ族金属の窒化物は一定の導電性を有することが知られている。また、ＩＩＩ族金属の窒化物は化学的に特に安定であることが知られている。本発明によれば、ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。また、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００１２】
本発明に係る薄膜形成方法は、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に前記ターゲットを保持することを特徴とする。
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合に、ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に当該ターゲットを保持することとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、電気的手法によって高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【００１３】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素であることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【００１４】
上記の薄膜形成方法は、前記添加する金属がチタンであることを特徴とする。
本発明によれば、成長速度の低下を回避することができると共に、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００１５】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が当該ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることとしたので、化学的に安定となる。これにより、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００１６】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることとしたので、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合、このターゲットを保持するターゲット保持部が導電性材料からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る薄膜を有する半導体素子の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体素子１は、本実施形態に係る半導体薄膜３が対象物上である基板２上に形成された構成になっている。この半導体素子１は、例えば発光素子や電子素子などに搭載される。
【００１９】
基板２は、例えばサファイア（０００１）やＺｎＯ（０００１）、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）などの材料からなる。また、ＭｇＯ（１１１）やＳｉ（１１１）などの材料であっても構わない。
【００２０】
半導体薄膜３は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体からなる薄膜である。ＩＩＩ族窒化物としては、例えばＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＡｌＮ（アルミニウムナイトライド）、ＩｎＮ（インジウムナイトライド）などが挙げられ、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るＰＥＤ装置１の概略的な構成を示す図である。
同図に示すように、ＰＥＤ装置１は、チャンバ１０と、電子線源１１と、ターゲット保持駆動部１２と、基板保持部１３と、ガス供給部１４と、圧力調整部１５とを主体として構成されており、ターゲットとなる物質に電子線を照射して蒸発させたものである。本実施形態では、一例として基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を形成するものとする。ＩＩＩ族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどが挙げられ、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。
【００２２】
電子線源１１は、チャンバ１０の外側に設けられており、放電管４１と、ホローカソード４２と、トリガー電極４３と、対向電極４４と、パルス発生器４５とを主体として構成されている。放電管４１は、例えばガラスなどからなり、長手方向の一端４１ａが開放された構成になっている。ホローカソード４２は、放電管４１の外面に取り付けられており、放電管４１内に電場を印加可能になっている。トリガー電極４３は放電管４１内の長手方向の他端４１ｂに設けられており、対向電極４４は放電管４１の一端４１ａに設けられている。パルス発生器４５は、トリガー電極４３に電気的に接続されており、トリガー電極４３に所定の周波数でパルス信号を供給するようになっている。電子線源１１は、このような機構により放電管４１内でチャネルスパーク放電を起こし、発生したパルス電子線を一端４１ａから射出するようになっている。
【００２３】
放電管４１の一端４１ａには、パルス電子線を誘導するセラミックチューブ１６が取り付けられている。チャンバ１０には窓部１７が設けられており、セラミックチューブ１６は当該窓部１７を介してチャンバ１０の内部（ターゲット保持駆動部１２）に到達するように設けられている。セラミックチューブ１６の一端には開口部（射出部）１６ａが設けられており、放電管４１内で発生し当該セラミックチューブ１６内を誘導されたパルス電子線が当該開口部１６ａから射出されるようになっている。セラミックチューブ１６の内径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度である。セラミックチューブ１６には図示しない移動機構が設けられており、当該セラミックチューブ１６の開口部１６ａを移動させるができるようになっている。
【００２４】
ターゲット保持駆動部１２は、ターゲット保持部２１と、ターゲット駆動部２３と、ターゲット駆動軸２４とを備えている。ターゲット保持部２１は、ターゲット２２を水平に保持可能に設置された坩堝である。ターゲット保持部２１の内部には、例えば電熱線などの加熱機構（図示しない）が設けられており、ターゲット２２を加熱可能になっている。ターゲット保持部２１は、一定の導電性を有する材料からなる。このような材料としては、例えばチタン（Ｔｉ）などの金属を添加した窒化ホウ素（ＢＮ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのＩＩＩ族金属の窒化物が挙げられる。
【００２５】
ターゲット２２としては例えばＩＩＩ族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ又はこれらの混合体）やＩＩＩ−Ｖ族化合物（例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ）のなどが挙げられる。これらは、３０℃で液体状になっている。
【００２６】
ターゲット駆動部２３は、ターゲット駆動軸２４を介してターゲット保持部２１を図中上下に移動させると共に、このターゲット駆動軸２４を回転軸としてターゲット保持部２１を回転させることが可能になっている。
【００２７】
基板保持部１３は、基板ホルダ３１と、基板ホルダ駆動部３３と、基板ホルダ駆動軸３４とを備えている。基板ホルダ３１は、基板２を水平に保持可能に設置されている。基板ホルダ３１の内部には、例えば電熱線などの加熱機構（図示しない）が設けられており、基板２を加熱可能になっている。
【００２８】
基板２としては、上述したサファイア（０００１）やＺｎＯ（０００１）、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）などの材料からなる基板を用いることができる。基板ホルダ駆動部３３は、基板ホルダ駆動軸３４を介して基板ホルダ３１を図中左右方向に移動させると共に、この基板ホルダ駆動軸３４を回転軸として基板ホルダ３１を回転させることが可能になっている。
【００２９】
ガス供給部１４は、チャンバ１０内にＶ族ガス、例えば窒素ガスを供給するガス供給源である。圧力調整部１５は、例えばポンプなどからなり、チャンバ１０内の圧力を調整可能になっている。
【００３０】
次に、上記のように構成されたＰＥＤ装置１によって基板２上にＩＩＩ−Ｖ窒化物の薄膜を形成する手法を説明する。
ガス供給部１４によってチャンバ１０内の窒素ガスの圧力を１ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒｒ程度にしておく。また、基板ホルダ３１に基板２を保持させ、基板ホルダ３１内の加熱機構によって基板２の温度を２００℃〜８５０℃程度にしておく。移動機構によって、セラミックチューブ１６の開口部１６ａをターゲット２２から２ｍｍ〜１０ｍｍ程度離れた位置、より好ましくは２ｍｍ〜３ｍｍ程度離れた位置に配置しておく。
【００３１】
この状態で、電子線源１１の放電管４１内でパルス電子線を発生させる。パルス電子線の加速電圧を１０ｋＶ〜２０ｋＶとし、周波数を１Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度にすることが好ましい。このパルス電子線は、セラミックチューブ１６内を誘導され、開口部１６ａから射出される。射出されたパルス電子線は、ターゲット２２に照射される。セラミックチューブ１６の開口部１６ａを例えば一筆書きの要領でターゲット２２の全面に移動させて、パルス電子線をターゲット２２の全面に照射する。
【００３２】
ターゲット２２にパルス電子線が照射されると、ターゲット２２を構成する原子あるいは分子に運動エネルギーが供給され、当該原子あるいは分子がプルームとなって蒸発する。このプルームは窒素ガスと衝突反応等を繰り返しながら徐々に状態を変化させて基板２に近接する。基板２に到達したプルームは、格子整合性の最も安定な状態、すなわちＩＩＩ族窒化物の状態で基板２上に堆積する。
【００３３】
基板２上には、ＩＩＩ族窒化物がまず島状（３次元島状）に成長する。その後、島状のＩＩＩ族窒化物が成長し、コアレッセンスが形成される。そして、膜厚方向に２次元的に成長し、ＩＩＩ族窒化物の薄膜（半導体層）が形成される。このようにして基板２上に薄膜が形成される。
【００３４】
本実施形態によれば、ターゲット２２を保持するターゲット保持部２１が導電性材料からなることとしたので、電子線をターゲット２２に照射し続けてもターゲット保持部２１がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【００３５】
金属を添加した窒化ホウ素は一定の導電性を有する物質であることが知られている。本実施形態によれば、ターゲット保持部２１が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。
【００３６】
特に、窒化ホウ素にチタンを添加した物質を用いた場合、高い導電性を有することとなるため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなるのを確実に抑えることができ、成長速度の低下を一層確実に回避することができる。
【００３７】
また、ターゲット保持部２１が当該ターゲット２２に含まれる金属（Ｇａ、Ｉｎ、ＡｌなどのＩＩＩ族金属）の窒化物からなるものであり、ターゲット２２に含まれるこれらの金属とターゲット保持部２１に含まれる金属とが同種の金属とした場合、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００３８】
特に、ＩＩＩ族金属の窒化物は一定の導電性を有することが知られている。また、ＩＩＩ族金属の窒化物は化学的に特に安定であることが知られている。このため、ターゲット２２に含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、ターゲット保持部２１がＩＩＩ族金属窒化物からなる場合、成長速度の低下を回避することができ、また、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００３９】
したがって、従来では作製できなかった高Ｉｎ濃度のＩｎＧａＮなどの薄膜を高品質な状態で作製することができる。このような薄膜を備えた半導体素子を発光素子に搭載した場合、例えば輝度の高い緑色、黄色、赤色、赤外線などの長波長発光素子を得ることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図３は、スパッタ装置の構成を示す図である。
同図に示すように、スパッタ装置１１０は、チャンバ１１１と、基板側電極１１２と、ターゲット側電極１１３と、直流電源１１４と、基板保持部１１５と、ターゲット保持部１１６と、窒素供給源１１７と、加熱装置１１８とを主体として構成されている。
【００４１】
チャンバ１１１は、外部に対して密閉可能に設けられている。チャンバ１１１内は図示しない真空ポンプなどによって減圧できるようになっている。
基板側電極１１２は、チャンバ１１１内の基板側に配置されている。ターゲット電極１１３は、チャンバ１１１内に基板側電極１１２に対向して設けられている。直流電源１１４は、基板側電極１１２及びターゲット側電極１１３にそれぞれ電気的に接続されており、基板側電極１１２とターゲット側電極１１３との間に直流電圧を印加する電圧源である。
【００４２】
基板保持部１１５は、薄膜を形成する基板１０２を保持可能に設けられている。
ターゲット保持部１１６は、ターゲット１１６ａを水平に保持可能に設置された坩堝であり、一定の導電性を有する材料からなる。このような材料としては、第１実施形態と同様に、例えばチタン（Ｔｉ）などの金属を添加した窒化ホウ素（ＢＮ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのＩＩＩ族金属の窒化物が挙げられる。
【００４３】
ターゲット１１６ａは、例えばＩＩＩ族金属及びその合金からなる。ターゲット１１６ａとして用いられるＩＩＩ族金属としては、例えばＧａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）などが挙げられる。これらのＩＩＩ族金属は、坩堝内に液体状で保持されるようになっている。
【００４４】
窒素供給源１１７は、例えば供給管などによってチャンバ１１１内に接続されており、チャンバ１１１内に窒素ガスを供給する。図示しないが、窒素供給源１１７の他、チャンバ内にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源も設けられている。
加熱装置１１８は、例えば基板保持部１１５に固定されており、基板保持部１１５上の基板１０２の周囲温度を調節できるようになっている。
【００４５】
次に、上記のスパッタ装置１１０を用いて薄膜を形成する工程を説明する。
まず、チャンバ１１１内にアルゴンガスを供給し、窒素供給源１１７から窒素ガスをチャンバ１１１内に供給する。アルゴンガス及び窒素ガスによってチャンバ１１１内が所定の圧力になった後、基板１０２を基板保持部１１５に保持し、ターゲット１１６ａをターゲット保持部１１６上に保持させる。
【００４６】
基板１０２及びターゲット１１６ａを配置した後、加熱装置１１８によって、基板１０２の周囲温度を調節する。基板１０２の周囲温度を調節したら、基板側電極１１２とターゲット側電極１１３との間に直流電圧を印加する。直流電圧が印加されている間、電荷を帯びたアルゴンのプラズマが発生し、ターゲット１１６ａに衝突する。この衝突エネルギーを受けて、ターゲット１１６ａを構成する金属原子がチャンバ１１１内に放出される。
【００４７】
本実施形態では、ターゲット保持部１１６が導電性を有する材料からなるため、時間が経過してもターゲット保持部１１６がアルゴンのプラズマの電荷によってチャージアップされることが無い。基板１０２上にはターゲットを構成するＩＩＩ族金属と窒素との化合物が堆積される。このように堆積したＩＩＩ族窒素化合物が薄膜となって形成される。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、直流電源スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法）によって薄膜を形成する場合についても、ターゲット１１６ａを保持するターゲット保持部１１６が導電性材料からなることとしたので、電荷を帯びたプラズマをターゲット１１６ａに照射し続けてもターゲット保持部１１６がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット１１６にプラズマを照射した状態で時間が経過しても、当該プラズマがターゲット１１６に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明に係る実施例を説明する。
本実施例では、上記実施形態のＰＥＤ装置を用いてＰＥＤ法によってＧａＮの薄膜を形成した。ターゲット保持部内には液体状のＧａをターゲットとして保持させ、パルス電子線の加速電圧を１９ｋＶ、パルス電子線のパルス周波数を８Ｈｚ、窒素雰囲気圧力を６ｍＴｏｒｒとして、Ｇａのターゲットにパルス電子線を照射した。ターゲット保持部を構成する材料を、（１）窒化ホウ素（ＢＮ）、（２）窒化ガリウム（ＧａＮ）、（３）窒化ホウ素にチタンを添加した材料、とした場合について、上記の条件でそれぞれＧａＮ薄膜を成長させた。
【００５０】
図４は、パルス電子線を照射してからの時間の経過に伴うＧａＮの成長速度の変化を示すグラフである。グラフの縦軸がＧａＮの成長速度（ｎｍ／時）である。グラフの横軸がカソード電圧の大きさ（ｋＶ）であり、時間の経過を示している。ここでは、カソード電圧を１５ｋＶから２０ｋＶとした場合について測定した。
【００５１】
同図に示すように、ターゲット保持部として（２）及び（３）の材料を用いた場合、ＧａＮの成長速度は大きく増加するが、（１）の材料を用いた場合、成長速度はそれほど増加しない。図示を省略するが、この後カソード電圧をさらに大きくした場合、（１）の材料を用いた場合では、成長速度の低下が確認されたが、（２）及び（３）の材料を用いた場合には、成長速度の低下は確認されなかった。また、（１）の材料を用いた場合、チャージアップのため６０ｎｍ／ｈｒの成長速度しか得られなかったが、（３）の材料では１４０ｎｍ／ｈｒと高い結晶成長速度が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体素子の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係るＰＥＤ製造装置を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスパッタ装置の構成を示す図。
【図４】本発明の実施例に係るＧａＮの成長速度と時間の経過との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１…製造装置 １０…チャンバ １１…電子線源 １２…ターゲット保持駆動部 ２１…ターゲット保持部 ２２…ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に例えばＩＩＩ族窒化物の結晶を薄膜状に成長させた半導体基板が知られている。このＩＩＩ族窒化物の薄膜は、従来、主として有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスレーザ堆積法（ＰＬＤ法）などによって作製されてきた。これらの方法は、いずれも高温下でＩＩＩ族窒化物の結晶を基板上に成長させるものである。高温下では、基板の材料によっては、基板表面で化学反応（界面反応）が発生し、基板表面が劣化する虞がある。このため、上記の方法に用いられる基板は、サファイア基板やＳｉＣ基板など化学的に安定し界面反応が生じにくいものに限られていた。また、ＭＯＣＶＤ法は、発生するガスの排ガス処理装置や安全装置が必要となるため、装置コストが高いという問題がある。ＭＢＥ法は、液体窒素を循環させて装置を冷却する必要があるため、この方法も装置コストが高いという問題がある。また、ＰＬＤ法は高い運動エネルギーを持ったＩＩＩ族原子のプルームを前駆体として薄膜を成長させるが、ターゲットにパルスレーザ光を照射したときのプルームの広がりは極めて小さいという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、パルス電子線堆積法（ＰＥＤ法）と呼ばれる手法や、直流電源を用いたスパッタリング法（ＤＣスパッタリング法やパルスＤＣスパッタリング法等）などの手法が知られている。このような電気的手法によって薄膜を形成すると、高品質の薄膜を低コストで形成することができる。ＰＥＤ法やＤＣスパッタリング法では、ＩＩＩ族金属及びその合金をターゲットとして用いる。このターゲットを電気的手法によって蒸発させ、基板上に成長させるようにする。ＧａやＩｎなどのＩＩＩ族金属は低融点物質であり、液体の状態で蒸発させることになる。このため、ターゲットを蒸発させる際には、坩堝などのターゲット保持部に当該ターゲットを保持する。ターゲット保持部の材料としては、液体金属と反応性の低い窒化ホウ素やアルミナが用いられている。
【非特許文献１】J.Ohta, H.Fujioka, and M.Oshima, Appl. Phys. Lett., 83, 3060 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、窒化ホウ素やアルミナは絶縁性の物質であるため、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射し続けると、電子あるいは電荷を受けてターゲット保持部がチャージアップしてしまう。時間の経過と共に電子あるいは電荷を帯びた粒子がターゲットに到達しにくくなってしまうため、成長速度が次第に低くなってしまうという問題がある。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電気的手法によって高い成長速度で薄膜を形成することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る薄膜形成装置は、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記ターゲットを保持するターゲット保持部を有し、前記ターゲット保持部が導電性材料からなることを特徴とする。
ここで、「電気的手法」とは、ターゲットに電荷を帯びた粒子（例えば電子やイオンなど）を照射することで、当該ターゲットを蒸発させる手法である。この電気的手法としては、例えばパルス電子線堆積法（ＰＥＤ法）や直流電圧スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法）などが挙げられる。
【０００７】
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合、このターゲットを保持するターゲット保持部が導電性材料からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【０００８】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素であることを特徴とする。
金属を添加した窒化ホウ素は一定の導電性を有する物質であることが知られている。本発明によれば、ターゲット保持部が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【０００９】
上記の薄膜形成装置は、前記添加する金属がチタンであることを特徴とする。
窒化ホウ素にチタンをドーピングした物質は、高い導電性を有することが知られている。本発明によれば、添加する金属がチタンであることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【００１０】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が当該ターゲットに含まれる金属の窒化物からなるものであり、ターゲットに含まれる金属とターゲット保持部に含まれる金属とが同種の金属である。これにより、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００１１】
上記の薄膜形成装置は、前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることを特徴とする。
ＩＩＩ族金属の窒化物は一定の導電性を有することが知られている。また、ＩＩＩ族金属の窒化物は化学的に特に安定であることが知られている。本発明によれば、ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。また、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００１２】
本発明に係る薄膜形成方法は、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、前記ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に前記ターゲットを保持することを特徴とする。
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合に、ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に当該ターゲットを保持することとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、電気的手法によって高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【００１３】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素であることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。
【００１４】
上記の薄膜形成方法は、前記添加する金属がチタンであることを特徴とする。
本発明によれば、成長速度の低下を回避することができると共に、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００１５】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲット保持部が当該ターゲットに含まれる金属の窒化物からなることとしたので、化学的に安定となる。これにより、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００１６】
上記の薄膜形成方法は、前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることを特徴とする。
本発明によれば、ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなることとしたので、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する場合、このターゲットを保持するターゲット保持部が導電性材料からなることとしたので、電子あるいは電荷を帯びた粒子をターゲットに照射した状態で時間が経過してもターゲット保持部がチャージアップすることが無い。このため、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなることは無く、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る薄膜を有する半導体素子の構成を示す図である。
同図に示すように、半導体素子１は、本実施形態に係る半導体薄膜３が対象物上である基板２上に形成された構成になっている。この半導体素子１は、例えば発光素子や電子素子などに搭載される。
【００１９】
基板２は、例えばサファイア（０００１）やＺｎＯ（０００１）、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）などの材料からなる。また、ＭｇＯ（１１１）やＳｉ（１１１）などの材料であっても構わない。
【００２０】
半導体薄膜３は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体からなる薄膜である。ＩＩＩ族窒化物としては、例えばＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＡｌＮ（アルミニウムナイトライド）、ＩｎＮ（インジウムナイトライド）などが挙げられ、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るＰＥＤ装置１の概略的な構成を示す図である。
同図に示すように、ＰＥＤ装置１は、チャンバ１０と、電子線源１１と、ターゲット保持駆動部１２と、基板保持部１３と、ガス供給部１４と、圧力調整部１５とを主体として構成されており、ターゲットとなる物質に電子線を照射して蒸発させたものである。本実施形態では、一例として基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を形成するものとする。ＩＩＩ族窒化物半導体は、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどが挙げられ、一般式ＩｎＸＧａＹＡｌ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。
【００２２】
電子線源１１は、チャンバ１０の外側に設けられており、放電管４１と、ホローカソード４２と、トリガー電極４３と、対向電極４４と、パルス発生器４５とを主体として構成されている。放電管４１は、例えばガラスなどからなり、長手方向の一端４１ａが開放された構成になっている。ホローカソード４２は、放電管４１の外面に取り付けられており、放電管４１内に電場を印加可能になっている。トリガー電極４３は放電管４１内の長手方向の他端４１ｂに設けられており、対向電極４４は放電管４１の一端４１ａに設けられている。パルス発生器４５は、トリガー電極４３に電気的に接続されており、トリガー電極４３に所定の周波数でパルス信号を供給するようになっている。電子線源１１は、このような機構により放電管４１内でチャネルスパーク放電を起こし、発生したパルス電子線を一端４１ａから射出するようになっている。
【００２３】
放電管４１の一端４１ａには、パルス電子線を誘導するセラミックチューブ１６が取り付けられている。チャンバ１０には窓部１７が設けられており、セラミックチューブ１６は当該窓部１７を介してチャンバ１０の内部（ターゲット保持駆動部１２）に到達するように設けられている。セラミックチューブ１６の一端には開口部（射出部）１６ａが設けられており、放電管４１内で発生し当該セラミックチューブ１６内を誘導されたパルス電子線が当該開口部１６ａから射出されるようになっている。セラミックチューブ１６の内径は２ｍｍ〜４ｍｍ程度である。セラミックチューブ１６には図示しない移動機構が設けられており、当該セラミックチューブ１６の開口部１６ａを移動させるができるようになっている。
【００２４】
ターゲット保持駆動部１２は、ターゲット保持部２１と、ターゲット駆動部２３と、ターゲット駆動軸２４とを備えている。ターゲット保持部２１は、ターゲット２２を水平に保持可能に設置された坩堝である。ターゲット保持部２１の内部には、例えば電熱線などの加熱機構（図示しない）が設けられており、ターゲット２２を加熱可能になっている。ターゲット保持部２１は、一定の導電性を有する材料からなる。このような材料としては、例えばチタン（Ｔｉ）などの金属を添加した窒化ホウ素（ＢＮ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのＩＩＩ族金属の窒化物が挙げられる。
【００２５】
ターゲット２２としては例えばＩＩＩ族金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ又はこれらの混合体）やＩＩＩ−Ｖ族化合物（例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ）のなどが挙げられる。これらは、３０℃で液体状になっている。
【００２６】
ターゲット駆動部２３は、ターゲット駆動軸２４を介してターゲット保持部２１を図中上下に移動させると共に、このターゲット駆動軸２４を回転軸としてターゲット保持部２１を回転させることが可能になっている。
【００２７】
基板保持部１３は、基板ホルダ３１と、基板ホルダ駆動部３３と、基板ホルダ駆動軸３４とを備えている。基板ホルダ３１は、基板２を水平に保持可能に設置されている。基板ホルダ３１の内部には、例えば電熱線などの加熱機構（図示しない）が設けられており、基板２を加熱可能になっている。
【００２８】
基板２としては、上述したサファイア（０００１）やＺｎＯ（０００１）、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）などの材料からなる基板を用いることができる。基板ホルダ駆動部３３は、基板ホルダ駆動軸３４を介して基板ホルダ３１を図中左右方向に移動させると共に、この基板ホルダ駆動軸３４を回転軸として基板ホルダ３１を回転させることが可能になっている。
【００２９】
ガス供給部１４は、チャンバ１０内にＶ族ガス、例えば窒素ガスを供給するガス供給源である。圧力調整部１５は、例えばポンプなどからなり、チャンバ１０内の圧力を調整可能になっている。
【００３０】
次に、上記のように構成されたＰＥＤ装置１によって基板２上にＩＩＩ−Ｖ窒化物の薄膜を形成する手法を説明する。
ガス供給部１４によってチャンバ１０内の窒素ガスの圧力を１ｍＴｏｒｒ〜２０ｍＴｏｒｒ程度にしておく。また、基板ホルダ３１に基板２を保持させ、基板ホルダ３１内の加熱機構によって基板２の温度を２００℃〜８５０℃程度にしておく。移動機構によって、セラミックチューブ１６の開口部１６ａをターゲット２２から２ｍｍ〜１０ｍｍ程度離れた位置、より好ましくは２ｍｍ〜３ｍｍ程度離れた位置に配置しておく。
【００３１】
この状態で、電子線源１１の放電管４１内でパルス電子線を発生させる。パルス電子線の加速電圧を１０ｋＶ〜２０ｋＶとし、周波数を１Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度にすることが好ましい。このパルス電子線は、セラミックチューブ１６内を誘導され、開口部１６ａから射出される。射出されたパルス電子線は、ターゲット２２に照射される。セラミックチューブ１６の開口部１６ａを例えば一筆書きの要領でターゲット２２の全面に移動させて、パルス電子線をターゲット２２の全面に照射する。
【００３２】
ターゲット２２にパルス電子線が照射されると、ターゲット２２を構成する原子あるいは分子に運動エネルギーが供給され、当該原子あるいは分子がプルームとなって蒸発する。このプルームは窒素ガスと衝突反応等を繰り返しながら徐々に状態を変化させて基板２に近接する。基板２に到達したプルームは、格子整合性の最も安定な状態、すなわちＩＩＩ族窒化物の状態で基板２上に堆積する。
【００３３】
基板２上には、ＩＩＩ族窒化物がまず島状（３次元島状）に成長する。その後、島状のＩＩＩ族窒化物が成長し、コアレッセンスが形成される。そして、膜厚方向に２次元的に成長し、ＩＩＩ族窒化物の薄膜（半導体層）が形成される。このようにして基板２上に薄膜が形成される。
【００３４】
本実施形態によれば、ターゲット２２を保持するターゲット保持部２１が導電性材料からなることとしたので、電子線をターゲット２２に照射し続けてもターゲット保持部２１がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【００３５】
金属を添加した窒化ホウ素は一定の導電性を有する物質であることが知られている。本実施形態によれば、ターゲット保持部２１が金属を添加した窒化ホウ素であることとしたので、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、当該電子線がターゲット２２に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。
【００３６】
特に、窒化ホウ素にチタンを添加した物質を用いた場合、高い導電性を有することとなるため、ターゲット２２に電子線を照射した状態で時間が経過しても、これらの電子あるいは粒子がターゲットに到達しにくくなるのを確実に抑えることができ、成長速度の低下を一層確実に回避することができる。
【００３７】
また、ターゲット保持部２１が当該ターゲット２２に含まれる金属（Ｇａ、Ｉｎ、ＡｌなどのＩＩＩ族金属）の窒化物からなるものであり、ターゲット２２に含まれるこれらの金属とターゲット保持部２１に含まれる金属とが同種の金属とした場合、不純物濃度の低い単結晶の薄膜を形成することができる。
【００３８】
特に、ＩＩＩ族金属の窒化物は一定の導電性を有することが知られている。また、ＩＩＩ族金属の窒化物は化学的に特に安定であることが知られている。このため、ターゲット２２に含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、ターゲット保持部２１がＩＩＩ族金属窒化物からなる場合、成長速度の低下を回避することができ、また、純度の高い単結晶を成長させることができる。
【００３９】
したがって、従来では作製できなかった高Ｉｎ濃度のＩｎＧａＮなどの薄膜を高品質な状態で作製することができる。このような薄膜を備えた半導体素子を発光素子に搭載した場合、例えば輝度の高い緑色、黄色、赤色、赤外線などの長波長発光素子を得ることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図３は、スパッタ装置の構成を示す図である。
同図に示すように、スパッタ装置１１０は、チャンバ１１１と、基板側電極１１２と、ターゲット側電極１１３と、直流電源１１４と、基板保持部１１５と、ターゲット保持部１１６と、窒素供給源１１７と、加熱装置１１８とを主体として構成されている。
【００４１】
チャンバ１１１は、外部に対して密閉可能に設けられている。チャンバ１１１内は図示しない真空ポンプなどによって減圧できるようになっている。
基板側電極１１２は、チャンバ１１１内の基板側に配置されている。ターゲット電極１１３は、チャンバ１１１内に基板側電極１１２に対向して設けられている。直流電源１１４は、基板側電極１１２及びターゲット側電極１１３にそれぞれ電気的に接続されており、基板側電極１１２とターゲット側電極１１３との間に直流電圧を印加する電圧源である。
【００４２】
基板保持部１１５は、薄膜を形成する基板１０２を保持可能に設けられている。
ターゲット保持部１１６は、ターゲット１１６ａを水平に保持可能に設置された坩堝であり、一定の導電性を有する材料からなる。このような材料としては、第１実施形態と同様に、例えばチタン（Ｔｉ）などの金属を添加した窒化ホウ素（ＢＮ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのＩＩＩ族金属の窒化物が挙げられる。
【００４３】
ターゲット１１６ａは、例えばＩＩＩ族金属及びその合金からなる。ターゲット１１６ａとして用いられるＩＩＩ族金属としては、例えばＧａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）などが挙げられる。これらのＩＩＩ族金属は、坩堝内に液体状で保持されるようになっている。
【００４４】
窒素供給源１１７は、例えば供給管などによってチャンバ１１１内に接続されており、チャンバ１１１内に窒素ガスを供給する。図示しないが、窒素供給源１１７の他、チャンバ内にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給源も設けられている。
加熱装置１１８は、例えば基板保持部１１５に固定されており、基板保持部１１５上の基板１０２の周囲温度を調節できるようになっている。
【００４５】
次に、上記のスパッタ装置１１０を用いて薄膜を形成する工程を説明する。
まず、チャンバ１１１内にアルゴンガスを供給し、窒素供給源１１７から窒素ガスをチャンバ１１１内に供給する。アルゴンガス及び窒素ガスによってチャンバ１１１内が所定の圧力になった後、基板１０２を基板保持部１１５に保持し、ターゲット１１６ａをターゲット保持部１１６上に保持させる。
【００４６】
基板１０２及びターゲット１１６ａを配置した後、加熱装置１１８によって、基板１０２の周囲温度を調節する。基板１０２の周囲温度を調節したら、基板側電極１１２とターゲット側電極１１３との間に直流電圧を印加する。直流電圧が印加されている間、電荷を帯びたアルゴンのプラズマが発生し、ターゲット１１６ａに衝突する。この衝突エネルギーを受けて、ターゲット１１６ａを構成する金属原子がチャンバ１１１内に放出される。
【００４７】
本実施形態では、ターゲット保持部１１６が導電性を有する材料からなるため、時間が経過してもターゲット保持部１１６がアルゴンのプラズマの電荷によってチャージアップされることが無い。基板１０２上にはターゲットを構成するＩＩＩ族金属と窒素との化合物が堆積される。このように堆積したＩＩＩ族窒素化合物が薄膜となって形成される。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、直流電源スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法）によって薄膜を形成する場合についても、ターゲット１１６ａを保持するターゲット保持部１１６が導電性材料からなることとしたので、電荷を帯びたプラズマをターゲット１１６ａに照射し続けてもターゲット保持部１１６がチャージアップすることが無い。このため、ターゲット１１６にプラズマを照射した状態で時間が経過しても、当該プラズマがターゲット１１６に到達しにくくなることは無いので、成長速度の低下を回避することができる。これにより、高い成長速度で薄膜を形成することが可能となる。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明に係る実施例を説明する。
本実施例では、上記実施形態のＰＥＤ装置を用いてＰＥＤ法によってＧａＮの薄膜を形成した。ターゲット保持部内には液体状のＧａをターゲットとして保持させ、パルス電子線の加速電圧を１９ｋＶ、パルス電子線のパルス周波数を８Ｈｚ、窒素雰囲気圧力を６ｍＴｏｒｒとして、Ｇａのターゲットにパルス電子線を照射した。ターゲット保持部を構成する材料を、（１）窒化ホウ素（ＢＮ）、（２）窒化ガリウム（ＧａＮ）、（３）窒化ホウ素にチタンを添加した材料、とした場合について、上記の条件でそれぞれＧａＮ薄膜を成長させた。
【００５０】
図４は、パルス電子線を照射してからの時間の経過に伴うＧａＮの成長速度の変化を示すグラフである。グラフの縦軸がＧａＮの成長速度（ｎｍ／時）である。グラフの横軸がカソード電圧の大きさ（ｋＶ）であり、時間の経過を示している。ここでは、カソード電圧を１５ｋＶから２０ｋＶとした場合について測定した。
【００５１】
同図に示すように、ターゲット保持部として（２）及び（３）の材料を用いた場合、ＧａＮの成長速度は大きく増加するが、（１）の材料を用いた場合、成長速度はそれほど増加しない。図示を省略するが、この後カソード電圧をさらに大きくした場合、（１）の材料を用いた場合では、成長速度の低下が確認されたが、（２）及び（３）の材料を用いた場合には、成長速度の低下は確認されなかった。また、（１）の材料を用いた場合、チャージアップのため６０ｎｍ／ｈｒの成長速度しか得られなかったが、（３）の材料では１４０ｎｍ／ｈｒと高い結晶成長速度が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体素子の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係るＰＥＤ製造装置を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るスパッタ装置の構成を示す図。
【図４】本発明の実施例に係るＧａＮの成長速度と時間の経過との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５３】
１…製造装置 １０…チャンバ １１…電子線源 １２…ターゲット保持駆動部 ２１…ターゲット保持部 ２２…ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記ターゲットを保持するターゲット保持部を有し、
前記ターゲット保持部が導電性材料からなる
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記添加する金属がチタンである
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、
前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなる
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に前記ターゲットを保持する
ことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素である
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記添加する金属がチタンである
ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなる
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、
前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなる
ことを特徴とする請求項９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１】
金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記ターゲットを保持するターゲット保持部を有し、
前記ターゲット保持部が導電性材料からなる
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素である
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記添加する金属がチタンである
ことを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、
前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなる
ことを特徴とする請求項４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
金属を含むターゲットを電気的手法で蒸発させて対象物上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
前記ターゲットを蒸発させるときには、導電性材料からなるターゲット保持部に前記ターゲットを保持する
ことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
前記ターゲット保持部が、金属を添加した窒化ホウ素である
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記添加する金属がチタンである
ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
前記ターゲット保持部が、前記ターゲットに含まれる金属の窒化物からなる
ことを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記ターゲットに含まれる金属がＩＩＩ族金属であり、
前記ターゲット保持部がＩＩＩ族金属窒化物からなる
ことを特徴とする請求項９に記載の薄膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４０００８（Ｐ２００８−２４０００８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７８１８５（Ｐ２００７−７８１８５）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１７年度独立行政法人科学技術振興機構、独創的シーズ展開事業 権利化試験「レーザーＭＢＥによる高輝度窒化ガリウム素子の開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１７年度独立行政法人科学技術振興機構、独創的シーズ展開事業 権利化試験「レーザーＭＢＥによる高輝度窒化ガリウム素子の開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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