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JP7825397B2 - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents
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JP7825397B2 - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents

Film forming apparatus and film forming method

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JP7825397B2 JP2021147866A JP2021147866A JP7825397B2 JP 7825397 B2 JP7825397 B2 JP 7825397B2 JP 2021147866 A JP2021147866 A JP 2021147866A JP 2021147866 A JP2021147866 A JP 2021147866A JP 7825397 B2 JP7825397 B2 JP 7825397B2
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Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film formation apparatus and a film formation method.

GaN(窒化ガリウム:Gallium Nitride)は、次世代のデバイス材料として注目されている。例えば、GaNを使用したデバイスとして、発光デバイス、パワーデバイス、高周波通信デバイスなどがある。このようなGaNデバイスは、GaN膜をシリコン(Si)ウェーハ、シリコンカーバイド(SiC)ウェーハ、サファイヤ基板、ガラス基板に形成することで製造される。従来から、GaNの成膜は、MO-CVD(metal organic chemical vapor deposition)法によって行われている。MO-CVD法は、加熱された基板上に、有機金属を含んだ材料ガスをキャリアガスで運搬し、材料を高温で分解、化学反応させる化学的気相成長によって、膜を析出させる成膜法である。 GaN (gallium nitride) is attracting attention as a next-generation device material. Examples of devices that use GaN include light-emitting devices, power devices, and high-frequency communication devices. These GaN devices are manufactured by forming GaN films on silicon (Si) wafers, silicon carbide (SiC) wafers, sapphire substrates, and glass substrates. GaN films have traditionally been formed using the metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD) method. MO-CVD is a deposition method in which a material gas containing organic metals is transported by a carrier gas onto a heated substrate, and the material is decomposed and chemically reacted at high temperatures to deposit a film through chemical vapor deposition.

特開2015-103652号公報JP 2015-103652 A

しかしながら、MO-CVD法によるGaNの成膜は、以下のように生産性に問題があった。まず、ガリウム(Ga)は常温常圧で液体であるが、Gaの蒸発を抑え、かつGaと窒素(N)を反応させるためには、処理に使用するNHガスが大量に必要となる。このため、材料の使用効率が悪い。さらに、材料ガスの取り扱いが難しく、装置の状態を安定に維持することが難しいため、歩留まりが悪い。MO-CVD法は、NHガスを完全に分解するため、1000℃レベルの高温処理が必要であり、高出力の加熱装置が必要となりコスト高となる。また、処理の際に処理ガス中に含まれる水素(H)が、成膜されたGaN膜の中に取り込まれるため、脱水素処理という余分な工程が必要となる。 However, the deposition of GaN films using the MO-CVD method has the following productivity problems. First, gallium (Ga) is liquid at room temperature and pressure, but a large amount of NH3 gas is required for the process to suppress Ga evaporation and to react Ga with nitrogen (N). This results in poor material utilization efficiency. Furthermore, handling the material gas is difficult, and maintaining a stable state of the equipment is difficult, resulting in poor yield. The MO-CVD method requires high-temperature processing at the 1000°C level to completely decompose NH3 gas, which requires a high-power heating device and increases costs. Furthermore, hydrogen (H) contained in the processing gas during processing is incorporated into the deposited GaN film, necessitating an extra step called dehydrogenation.

本発明は、上述のような課題を解決するために提案されたものであり、高い生産性でGaN膜を成膜できる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a film formation apparatus and film formation method that can form GaN films with high productivity.

上記の目的を達成するために、本実施形態の成膜装置は、内部を真空とすることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送する回転テーブルと、GaNを含む成膜材料から成るターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理部と、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、前記GaN成膜処理部において堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理部と、p型不純物又はn型不純物を含む成膜材料から成るターゲットと、前記p型不純物又はn型不純物を含む成膜材料から成るターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記GaN成膜処理部において前記ワークに堆積したGaNを含む成膜材料の粒子に、スパッタリングによりn型不純物またはp型不純物を添加する不純物添加処理部と、を有し、前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部、前記不純物添加処理部は、前記循環搬送の経路上に配置され、前記回転テーブルは、前記ワークを前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部、前記不純物添加処理部の順に繰り返し通過させることで、GaN膜の成膜と窒化と不純物の添加が繰り返されるように搬送し、前記ワークに、所定の積層数の、前記n型不純物または前記p型不純物を含むGaNの膜を形成することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the film formation apparatus of this embodiment includes a chamber capable of evacuating the interior thereof, a rotary table provided within the chamber for holding a workpiece and circulating and transporting the workpiece along a circular trajectory, a target made of a film formation material containing GaN, and a plasma generator for generating plasma from a sputtering gas introduced between the target and the rotary table, the apparatus comprising: a GaN film formation processing section for depositing particles of the film formation material containing GaN by sputtering on the workpiece circulated and transported by the rotary table; and a nitriding processing section for nitriding the particles of the film formation material deposited in the GaN film formation processing section on the workpiece circulated and transported by the rotary table. The apparatus comprises: a target made of a film formation material containing p-type impurities or n-type impurities; a plasma generator that converts a sputtering gas introduced between the target made of the film formation material containing the p-type impurities or n-type impurities and the rotary table into plasma; and an impurity addition processing section that adds n-type impurities or p-type impurities by sputtering to particles of the film formation material containing GaN deposited on the workpiece in the GaN film formation processing section, wherein the GaN film formation processing section, the nitriding processing section, and the impurity addition processing section are arranged on the circulation transport path, and the rotary table transports the workpiece by repeatedly passing it through the GaN film formation processing section, the nitriding processing section, and the impurity addition processing section in that order, thereby repeatedly forming a GaN film containing the n-type impurities or the p-type impurities on the workpiece .

本実施形態の成膜方法は、内部を真空とすることが可能なチャンバ内において、回転テーブルによってワークを保持して円周の軌跡で循環搬送しながら、前記ワークに成膜する成膜方法であって、GaNを含む成膜材料から成るターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有するGaN成膜処理部が、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理と、窒化処理部が、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、前記GaN成膜処理部において堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理と、前記GaN成膜処理部において前記ワークに堆積したGaNを含む成膜材料の粒子に、スパッタリングによりn型不純物またはp型不純物を添加する不純物添加処理と、を含み、前記ワークを循環搬送することで前記GaN成膜処理、前記窒化処理、前記不純物添加処理をこの順で繰り返し処理することで、前記ワークに、所定の積層数の、前記n型不純物または前記p型不純物を含むGaNの膜を形成することを特徴とする
The film formation method of this embodiment is a film formation method in which a workpiece is held by a rotary table and circulated and transported along a circular path in a chamber capable of being evacuated, while a film is formed on the workpiece, the inside of which can be evacuated. The method includes a GaN film formation processing unit having a target made of a film formation material containing GaN and a plasma generator that converts a sputtering gas introduced between the target and the rotary table into plasma, which deposits particles of the film formation material containing GaN by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table, and a nitriding processing unit having a GaN film formation processing unit that deposits particles of the film formation material containing GaN by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table. and an impurity addition process in which n-type impurities or p-type impurities are added by sputtering to the particles of the film formation material containing GaN deposited on the workpiece in the GaN film formation processing section by circulating and transporting the workpiece. The process is characterized in that the GaN film formation process, the nitriding process, and the impurity addition process are repeated in this order by circulating and transporting the workpiece, thereby forming a GaN film containing the n-type impurity or the p-type impurity in a predetermined number of layers on the workpiece .

本発明の実施形態によれば、高い生産性で、GaN膜を形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することができる。 Embodiments of the present invention provide a film formation apparatus and film formation method that can form GaN films with high productivity.

実施形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す透視平面図である。1 is a perspective plan view schematically illustrating a configuration of a film forming apparatus according to an embodiment. 図1中のA-A断面図であり、図1の実施形態の成膜装置の側面から見た内部構成の詳細図である。2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, showing in detail the internal configuration of the film forming apparatus according to the embodiment of FIG. 1 as viewed from the side. 実施形態に係る成膜装置による処理のフローチャートである。3 is a flowchart of a process performed by the film forming apparatus according to the embodiment. 実施形態の変形例を模式的に示す透視平面図である。FIG. 10 is a perspective plan view schematically showing a modified example of the embodiment. 実施形態の変形例を模式的に示す透視平面図である。FIG. 10 is a perspective plan view schematically showing a modified example of the embodiment. LEDの層構造の一例を示す断面図(A)、バッファ層の拡大断面図(B)である。1A is a cross-sectional view showing an example of a layer structure of an LED, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a buffer layer.

成膜装置の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
[概要]
図1に示す成膜装置1は、スパッタリングにより、成膜対象であるワーク10上にGaN(窒化ガリウム:Gallium Nitride)膜、AlN(窒化アルミニウム:Aluminum Nitride)膜を形成する装置である。ワーク10は、例えば、シリコン(Si)ウェーハ、シリコンカーバイド(SiC)ウェーハ、サファイヤ基板、ガラス基板である。
An embodiment of a film forming apparatus will be described in detail with reference to the drawings.
[overview]
1 is an apparatus for forming a GaN (gallium nitride) film or an AlN (aluminum nitride) film by sputtering on a workpiece 10, which is a film formation target. The workpiece 10 is, for example, a silicon (Si) wafer, a silicon carbide (SiC) wafer, a sapphire substrate, or a glass substrate.

成膜装置1は、チャンバ20、搬送部30、成膜処理部40、窒化処理部50、加熱部60、移送室70、予備加熱室80、冷却室90、制御装置100を有する。チャンバ20は内部を真空とすることが可能な容器である。チャンバ20は円柱形状であり、その内部は複数区画に分けられている。成膜処理部40は、区切部22によって仕切られ、扇状に分割された2つの区画に配置されている。成膜処理部40が配置される区画以外の区画に、窒化処理部50と加熱部60が配置されている。 The film formation apparatus 1 has a chamber 20, a transport unit 30, a film formation processing unit 40, a nitriding processing unit 50, a heating unit 60, a transfer chamber 70, a preheating chamber 80, a cooling chamber 90, and a control device 100. The chamber 20 is a container that can be evacuated. The chamber 20 is cylindrical, and its interior is divided into multiple compartments. The film formation processing unit 40 is separated by a partition 22 and is arranged in two fan-shaped compartments. The nitriding processing unit 50 and the heating unit 60 are arranged in the compartments other than the compartment where the film formation processing unit 40 is located.

成膜処理部40は、1区画はターゲット42としてGaNを含む材料を使用して、GaN膜を成膜するGaN成膜処理部40A、他の1区画はターゲット42としてAlを含む材料を使用して、Al膜を成膜するAl成膜処理部40Bである。ワーク10は、チャンバ20内を周方向に沿って何周も周回することで、GaN成膜処理部40Aと窒化処理部50を交互に巡回して通過することになり、ワーク10上でGaN膜の形成と、Gaの窒化が交互に繰り返されて、所望の厚みのGaN膜が成長していく。 The film formation processing section 40 has one section as a GaN film formation processing section 40A, which uses a material containing GaN as the target 42 to form a GaN film, and the other section as an Al film formation processing section 40B, which uses a material containing Al as the target 42 to form an Al film. The workpiece 10 rotates around the circumferential direction within the chamber 20 multiple times, passing alternately through the GaN film formation processing section 40A and the nitriding processing section 50. GaN film formation and Ga nitriding are alternately repeated on the workpiece 10, growing a GaN film of the desired thickness.

また、ワーク10は、チャンバ20内を周方向に沿って何周も周回することで、Al成膜処理部40Bと窒化処理部50を交互に巡回して通過することになり、ワーク10上でAl膜の形成と、Alの窒化が交互に繰り返されて、所望の厚みのAlN膜が成長していく。このように、GaN膜の成膜とAlN膜の成膜が繰り返され、GaN膜とAlN膜は交互に積層される。 In addition, as the workpiece 10 rotates around the chamber 20 multiple times in the circumferential direction, it passes alternately through the Al film formation processing unit 40B and the nitriding processing unit 50, and the formation of an Al film and the nitriding of Al are repeated alternately on the workpiece 10, growing an AlN film of the desired thickness. In this way, the formation of GaN films and the formation of AlN films are repeated, and GaN films and AlN films are stacked alternately.

なお、ターゲット42としてGaNを含む材料を使用しつつ、さらに窒化処理部50を設けるのは、以下の理由による。すなわち、Gaは融点が低く、常温常圧では液体状態のため、固体のターゲット42とするためには、窒素(N)を含有させる必要がある。このため、単純にターゲット42の窒素含有量を多くして、ターゲット42のスパッタリングのみで成膜することも考えられる。 The reason why a nitriding treatment section 50 is provided in addition to using a material containing GaN as the target 42 is as follows. Ga has a low melting point and is in a liquid state at room temperature and pressure, so in order to make the target 42 solid, it must contain nitrogen (N). For this reason, it is also possible to simply increase the nitrogen content of the target 42 and form a film by sputtering the target 42 alone.

ここで、成膜レートを向上させるためには、RF放電よりもDC放電スパッタが好ましい。しかし、ターゲット42に窒素を多く含めると、表面が絶縁物となってしまう。このように表面が絶縁物となったターゲット42では、DC放電が生じない場合が生じる。 Here, to improve the film formation rate, DC discharge sputtering is preferable to RF discharge. However, if the target 42 contains a large amount of nitrogen, the surface becomes an insulator. With a target 42 whose surface has become an insulator in this way, DC discharge may not occur.

つまり、GaNのターゲット42に含めることができる窒素量には限界があり、ターゲット42中のGaの窒化は不十分な状態に留まっている。つまり、GaNを含むターゲット42には、N(窒素)原子との結合が欠損しているGa原子が含まれている。 In other words, there is a limit to the amount of nitrogen that can be contained in the GaN target 42, and the nitridation of Ga in the target 42 remains insufficient. In other words, the GaN-containing target 42 contains Ga atoms that are missing bonds with N (nitrogen) atoms.

また、成膜処理部40に導入されるスパッタガスに窒素ガスを添加してスパッタリングすると、ターゲット42の表面が窒化され、表面が絶縁物となってしまう。そのため、足りない窒素を補うために、GaN成膜処理部40Aはスパッタガスに窒素ガスを添加できない。一方、成膜されたGaN膜において窒素含有量が少なく窒素欠陥があると、膜の結晶性が悪くなり、平坦性が損なわれる。そこで、GaN成膜処理部40Aで成膜されたGaN膜において、足りない窒素を補填するために、GaN成膜処理部40Aによる成膜後、さらに、窒化処理部50で窒化を行う。 Furthermore, if nitrogen gas is added to the sputtering gas introduced into the film formation processing unit 40 during sputtering, the surface of the target 42 is nitrided, turning the surface into an insulator. Therefore, to compensate for the lack of nitrogen, the GaN film formation processing unit 40A cannot add nitrogen gas to the sputtering gas. On the other hand, if the nitrogen content in the formed GaN film is low and there are nitrogen defects, the film's crystallinity will deteriorate and its flatness will be impaired. Therefore, to compensate for the lack of nitrogen in the GaN film formed by the GaN film formation processing unit 40A, nitridation is further performed in the nitriding processing unit 50 after film formation by the GaN film formation processing unit 40A.

[チャンバ]
図2に示すように、チャンバ20は、円盤状の天井20a、円盤状の内底面20b、及び環状の内周面20cにより囲まれて形成されている。区切部22は、円柱形状の中心から放射状に配設された方形の壁板であり、天井20aから内底面20bに向けて延び、内底面20bには未達である。即ち、内底面20b側には円柱状の空間が確保されている。
[Chamber]
2, the chamber 20 is surrounded by a disk-shaped ceiling 20a, a disk-shaped inner bottom surface 20b, and an annular inner peripheral surface 20c. The partitions 22 are rectangular wall plates arranged radially from the center of the cylindrical shape, and extend from the ceiling 20a toward the inner bottom surface 20b, but do not reach the inner bottom surface 20b. In other words, a cylindrical space is secured on the inner bottom surface 20b side.

この円柱状の空間には、ワーク10を搬送する回転テーブル31が配置されている。区切部22の下端は、回転テーブル31に載せられたワーク10が通過する隙間を空けて、回転テーブル31におけるワーク10の載置面と対向している。区切部22によって、成膜処理部40によりワーク10の処理が行われる処理空間41が仕切られる。また、窒化処理部50の後述する筒状体51によって、処理空間59が仕切られる。つまり、成膜処理部40、窒化処理部50は、それぞれチャンバ20よりも小さく、互いに離隔した処理空間41、59を有している。区切部22によって、成膜処理部40のスパッタガスG1がチャンバ20内に拡散することを抑制できる。また、窒化処理部50の筒状体51によって、プロセスガスG2がチャンバ20内に拡散することを抑制できる。 A rotary table 31 that transports the workpiece 10 is placed in this cylindrical space. The lower end of the partition 22 faces the surface of the rotary table 31 on which the workpiece 10 is placed, with a gap allowing the workpiece 10 placed on the rotary table 31 to pass through. The partition 22 separates the processing space 41 in which the workpiece 10 is processed by the film-forming processing unit 40. Furthermore, the processing space 59 is separated by a cylindrical body 51 (described below) of the nitriding processing unit 50. In other words, the film-forming processing unit 40 and the nitriding processing unit 50 each have processing spaces 41, 59 that are smaller than the chamber 20 and are separated from each other. The partition 22 prevents the sputtering gas G1 from the film-forming processing unit 40 from diffusing into the chamber 20. Furthermore, the cylindrical body 51 of the nitriding processing unit 50 prevents the process gas G2 from diffusing into the chamber 20.

また、後述するように、成膜処理部40及び窒化処理部50においては処理空間41、59においてプラズマが生成されるが、チャンバ20よりも小さい空間に仕切られた処理空間41、59における圧力を調整すればよいため、圧力調整を容易に行うことができ、プラズマの放電を安定化させることができる。したがって、前述した効果が得られるのであれば、平面視において、最低でも成膜処理部40を挟む2つの区切部22があればよい。 Furthermore, as will be described later, plasma is generated in the processing spaces 41 and 59 in the film formation processing unit 40 and the nitriding processing unit 50. However, since it is only necessary to adjust the pressure in the processing spaces 41 and 59, which are partitioned into spaces smaller than the chamber 20, pressure adjustment can be easily performed and plasma discharge can be stabilized. Therefore, to achieve the aforementioned effect, it is sufficient to have at least two partitions 22 sandwiching the film formation processing unit 40 in a plan view.

なお、チャンバ20には排気口21が設けられている。排気口21には排気部23が接続されている。排気部23は配管及び図示しないポンプ、バルブ等を有する。排気口21を通じた排気部23による排気により、チャンバ20内を減圧し、真空とすることができる。排気部23は、酸素濃度を低く抑えるため、例えば、真空度が10-4Paになるまで排気する。 The chamber 20 is provided with an exhaust port 21. An exhaust unit 23 is connected to the exhaust port 21. The exhaust unit 23 has piping and a pump, a valve, etc. (not shown). By exhausting air by the exhaust unit 23 through the exhaust port 21, the inside of the chamber 20 can be depressurized and a vacuum can be created. The exhaust unit 23 exhausts air until the degree of vacuum reaches, for example, 10 −4 Pa in order to keep the oxygen concentration low.

[搬送部]
搬送部30は、回転テーブル31、モータ32及び保持部33を有し、ワーク10を円周の軌跡である搬送経路Lに沿って循環搬送させる。回転テーブル31は円盤形状を有し、内周面20cと接触しない程度に大きく拡がっている。モータ32は、回転テーブル31の円中心を回転軸として連続的に所定の回転速度で回転させる。回転テーブル31は、例えば、1~150rpmの速度で回転する。
[Transport unit]
The transport unit 30 has a rotary table 31, a motor 32, and a holding unit 33, and circulates and transports the workpiece 10 along a transport path L, which is a circular trajectory. The rotary table 31 has a disk shape and is wide enough not to come into contact with the inner peripheral surface 20c. The motor 32 continuously rotates the rotary table 31 at a predetermined rotational speed around the center of the circle as the rotation axis. The rotary table 31 rotates at a speed of, for example, 1 to 150 rpm.

保持部33は、回転テーブル31の上面に円周等配位置に配設される溝、穴、突起、治具、ホルダ等であり、ワーク10を載せたトレイ34をメカチャック、粘着チャックによって保持する。ワーク10は、例えば、トレイ34上にマトリクス状に整列配置され、保持部33は、回転テーブル31上に60°間隔で6つ配設される。つまり、成膜装置1は、複数の保持部33に保持された複数のワーク10に対して一括して成膜することができるため、非常に生産性が高い。なお、トレイ34を省略し、ワーク10を直接回転テーブル31の上面に載置してもよい。 The holding units 33 are grooves, holes, protrusions, jigs, holders, etc., arranged at evenly spaced positions on the upper surface of the turntable 31, and hold the tray 34 on which the workpieces 10 are placed using a mechanical chuck or adhesive chuck. The workpieces 10 are arranged, for example, in a matrix on the tray 34, and six holding units 33 are arranged on the turntable 31 at 60° intervals. In other words, the film deposition apparatus 1 can simultaneously deposit films on multiple workpieces 10 held by multiple holding units 33, resulting in extremely high productivity. It is also possible to omit the tray 34 and place the workpieces 10 directly on the upper surface of the turntable 31.

[成膜処理部]
成膜処理部40は、プラズマを生成し、成膜材料から構成されるターゲット42を該プラズマに曝す。これにより、プラズマに含まれるイオンが、ターゲット42に衝突することで叩き出された成膜材料の粒子(以下、スパッタ粒子とする)をワーク10上に堆積させて成膜を行う。図2に示すように、この成膜処理部40は、ターゲット42、バッキングプレート43及び電極44で構成されるスパッタ源と、電源部46とスパッタガス導入部49で構成されるプラズマ発生器を備える。
[Film forming processing section]
The film forming processing unit 40 generates plasma and exposes a target 42 made of a film forming material to the plasma. As a result, particles of the film forming material (hereinafter referred to as sputter particles) are knocked out by ions contained in the plasma colliding with the target 42, and the particles are deposited on the workpiece 10 to form a film. As shown in Fig. 2, the film forming processing unit 40 includes a sputtering source made up of the target 42, a backing plate 43, and an electrode 44, and a plasma generator made up of a power supply unit 46 and a sputtering gas inlet unit 49.

ターゲット42は、ワーク10上に堆積されて膜となる成膜材料で構成された板状部材である。本実施形態のGaN成膜処理部40Aにおけるターゲット42を構成する成膜材料は、GaとGaNを含む材料であり、ターゲット42はワーク10に堆積させるGa原子を含むスパッタ粒子の供給源となる。上記のように窒素の含有量が限定されるため、ターゲット42は、GaNと、窒素が欠乏した不完全なGaN、すなわちN(窒素)との結合が欠損しているGa原子が含まれている。 The target 42 is a plate-shaped member made of a film-forming material that will be deposited on the workpiece 10 to form a film. The film-forming material that makes up the target 42 in the GaN film-forming processing unit 40A of this embodiment is a material containing Ga and GaN, and the target 42 serves as a supply source of sputtered particles containing Ga atoms that are deposited on the workpiece 10. Because the nitrogen content is limited as described above, the target 42 contains GaN and incomplete GaN that is deficient in nitrogen, i.e., Ga atoms that are missing bonds with N (nitrogen).

また、Al成膜処理部40Bにおけるターゲット42を構成する成膜材料は、Alを含む材料であり、ターゲット42はワーク10に堆積させるAl原子を含むスパッタ粒子の供給源となる。なお、Ga原子を含むスパッタ粒子、Al原子を含むスパッタ粒子を供給可能なスパッタリング用のターゲット42であれば、Ga、Al、N(窒素)以外を含んでいても許容される。 The film-forming material constituting the target 42 in the Al film-forming processing unit 40B is a material containing Al, and the target 42 serves as a supply source of sputtering particles containing Al atoms to be deposited on the workpiece 10. Note that the sputtering target 42 can contain elements other than Ga, Al, and N (nitrogen), as long as it is capable of supplying sputtering particles containing Ga atoms and sputtering particles containing Al atoms.

ターゲット42は、回転テーブル31に載置されたワーク10の搬送経路Lに離隔して設けられている。ターゲット42の表面は、回転テーブル31に載置されたワーク10に対向するように、チャンバ20の天井20aに保持されている。ターゲット42は例えば3つ設置される。3つのターゲット42は、平面視で三角形の頂点上に並ぶ位置に設けられている。 The targets 42 are provided at a distance on the transport path L of the workpiece 10 placed on the rotary table 31. The surface of the target 42 is supported on the ceiling 20a of the chamber 20 so as to face the workpiece 10 placed on the rotary table 31. For example, three targets 42 are installed. The three targets 42 are positioned so that they line up on the vertices of a triangle in a plan view.

バッキングプレート43はターゲット42を保持する支持部材である。このバッキングプレート43は各ターゲット42を個別に保持する。電極44は、チャンバ20の外部から各ターゲット42に個別に電力を印加するための導電性の部材であり、ターゲット42と電気的に接続されている。各ターゲット42に印加する電力は、個別に変えることができる。その他、スパッタ源には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが適宜具備されている。 The backing plate 43 is a support member that holds the targets 42. This backing plate 43 holds each target 42 individually. The electrode 44 is a conductive member that applies power to each target 42 individually from outside the chamber 20 and is electrically connected to the targets 42. The power applied to each target 42 can be changed individually. In addition, the sputtering source may be appropriately equipped with magnets, cooling mechanisms, etc. as needed.

電源部46は、例えば、高電圧を印加するDC電源であり、電極44と電気的に接続されている。電源部46は、電極44を通じてターゲット42に電力を印加する。尚、回転テーブル31は、接地されたチャンバ20と同電位であり、ターゲット42側に高電圧を印加することにより、電位差が発生する。 The power supply unit 46 is, for example, a DC power supply that applies high voltage and is electrically connected to the electrode 44. The power supply unit 46 applies power to the target 42 through the electrode 44. The rotary table 31 is at the same potential as the grounded chamber 20, and applying a high voltage to the target 42 generates a potential difference.

スパッタガス導入部49は、図2に示すように、チャンバ20にスパッタガスG1を導入する。スパッタガス導入部49は、図示しないボンベ等のスパッタガスG1の供給源と、配管48と、ガス導入口47を有する。配管48は、スパッタガスG1の供給源に接続されてチャンバ20を気密に貫通してチャンバ20の内部に延び、その端部がガス導入口47として開口している。本実施形態のスパッタガス導入部49は、処理空間41が0.3Pa以下、0.1Pa以上となるように、処理空間41にスパッタガスG1を導入する。 As shown in FIG. 2, the sputtering gas introduction unit 49 introduces sputtering gas G1 into the chamber 20. The sputtering gas introduction unit 49 has a sputtering gas G1 supply source such as a cylinder (not shown), piping 48, and a gas introduction port 47. The piping 48 is connected to the sputtering gas G1 supply source, airtightly penetrates the chamber 20, and extends into the chamber 20, with its end opening as the gas introduction port 47. In this embodiment, the sputtering gas introduction unit 49 introduces the sputtering gas G1 into the processing space 41 so that the pressure in the processing space 41 is 0.3 Pa or less and 0.1 Pa or more.

ガス導入口47は、回転テーブル31とターゲット42との間に開口し、回転テーブル31とターゲット42との間に形成された処理空間41に成膜用のスパッタガスG1を導入する。スパッタガスG1としては希ガスが採用でき、アルゴン(Ar)ガス等が好適である。スパッタガスG1は、窒素(N)が含まれないガスであり、アルゴン(Ar)単ガスとすることができる。 The gas inlet 47 opens between the turntable 31 and the target 42 and introduces the sputtering gas G1 for film formation into the processing space 41 formed between the turntable 31 and the target 42. A rare gas can be used as the sputtering gas G1, and argon (Ar) gas is preferable. The sputtering gas G1 does not contain nitrogen (N), and can be argon (Ar) gas alone.

このような成膜処理部40では、スパッタガス導入部49からスパッタガスG1を導入し、電源部46が電極44を通じてターゲット42に高電圧を印加すると、回転テーブル31とターゲット42との間に形成された処理空間41に導入されたスパッタガスG1がプラズマ化し、イオン等の活性種が発生する。プラズマ中のイオンは、ターゲット42と衝突してスパッタ粒子を叩き出す。GaN成膜処理部40AにおいてはGaとGaNを含む材料で構成されたターゲット42と衝突してGa原子を含むスパッタ粒子を叩き出す。Al成膜処理部40Bにおいては、Alを含む材料で構成されたターゲット42と衝突してAl原子を含むスパッタ粒子を叩き出す。 In this type of film formation processing unit 40, sputtering gas G1 is introduced through the sputtering gas inlet 49, and when the power supply 46 applies a high voltage to the target 42 via the electrode 44, the sputtering gas G1 introduced into the processing space 41 formed between the rotary table 31 and the target 42 is converted into plasma, generating active species such as ions. The ions in the plasma collide with the target 42, ejecting sputtered particles. In the GaN film formation processing unit 40A, sputtering particles containing Ga atoms collide with the target 42 made of a material containing Ga and GaN. In the Al film formation processing unit 40B, sputtering particles containing Al atoms collide with the target 42 made of a material containing Al, ejecting sputtered particles.

また、この処理空間41を回転テーブル31によって循環搬送されるワーク10が通過する。叩き出されたスパッタ粒子は、ワーク10が処理空間41を通過するときにワーク10上に堆積して、Ga原子を含む膜やAl原子を含む膜がワーク10上に形成される。ワーク10は、回転テーブル31によって循環搬送され、この処理空間41を繰り返し通過することで成膜処理が行われていく。なお、Gaを含むGaN膜の形成、Alを含むAlN膜の形成は並行して行われるのではなく、一方の膜を形成後、他方の膜を形成することにより行われる。 The workpiece 10, which is circulated and transported by the rotary table 31, passes through this processing space 41. The ejected sputtered particles are deposited on the workpiece 10 as it passes through the processing space 41, and a film containing Ga atoms and a film containing Al atoms are formed on the workpiece 10. The workpiece 10 is circulated and transported by the rotary table 31, and the film formation process is carried out by repeatedly passing through this processing space 41. Note that the formation of the GaN film containing Ga and the AlN film containing Al is not carried out in parallel, but rather by forming one film first and then the other.

[窒化処理部]
窒化処理部50は、窒素ガスを含むプロセスガスG2が導入された処理空間59内で誘導結合プラズマを生成する。即ち、窒化処理部50は、窒素ガスをプラズマ化して化学種を発生させる。発生した化学種に含まれる窒素原子は、成膜処理部40によってワーク10上に成膜されたGa原子を含む膜、Al原子を含む膜に衝突して、Ga原子を含む膜中の窒素との結合が欠損しているGa原子、Al原子を含む膜中のAl原子と結合する。これにより、窒素欠陥のないGaN膜やAlN膜を得ることができる。
[Nitriding treatment section]
The nitriding unit 50 generates an inductively coupled plasma in a processing space 59 into which a process gas G2 containing nitrogen gas has been introduced. That is, the nitriding unit 50 converts nitrogen gas into plasma to generate chemical species. The nitrogen atoms contained in the generated chemical species collide with the film containing Ga atoms and the film containing Al atoms formed on the workpiece 10 by the film forming unit 40, and bond with Ga atoms that are deficient in bonding with nitrogen in the film containing Ga atoms and Al atoms in the film containing Al atoms. This allows for the production of GaN films and AlN films that are free of nitrogen defects.

窒化処理部50は、図2に示すように、筒状体51、窓部材52、アンテナ53、RF電源54、マッチングボックス55及びプロセスガス導入部58により構成されるプラズマ発生器を有する。 As shown in Figure 2, the nitriding treatment unit 50 has a plasma generator composed of a cylindrical body 51, a window member 52, an antenna 53, an RF power supply 54, a matching box 55, and a process gas inlet 58.

筒状体51は、処理空間59の周囲を覆う部材である。筒状体51は、図1と図2に示すように水平断面が角丸長方形状の筒であり、開口を有する。筒状体51は、その開口が回転テーブル31側に離隔して向かうように、チャンバ20の天井20aに嵌め込まれ、チャンバ20の内部空間に突き出る。この筒状体51は、回転テーブル31と同様の材質とする。 The cylindrical body 51 is a member that covers the periphery of the processing space 59. As shown in Figures 1 and 2, the cylindrical body 51 is a tube with a rounded rectangular cross section and has an opening. The cylindrical body 51 is fitted into the ceiling 20a of the chamber 20 so that its opening faces away from the turntable 31 and protrudes into the internal space of the chamber 20. The cylindrical body 51 is made of the same material as the turntable 31.

窓部材52は、筒状体51の水平断面と略相似形の石英等の誘電体の平板である。この窓部材52は、筒状体51の開口を塞ぐように設けられ、チャンバ20内の窒素ガスを含むプロセスガスG2が導入される処理空間59と筒状体51の内部とを仕切る。窓部材52は、処理空間59に酸素が流入することによる酸化を抑制する必要がある。例えば、要求される酸素濃度は、1019(atom/cm)以下と非常に低い。これに対処するため、窓部材52の表面には、保護コーティングが施されている。例えば、窓部材52の表面にY(酸化イットリウム)によるコーティングを行うことにより、プラズマによる窓部材52の消耗を抑えつつ窓部材52の表面からの酸素放出を抑制して、酸素濃度を低く維持することができる。 The window member 52 is a flat plate made of a dielectric material such as quartz and having a shape similar to the horizontal cross section of the cylindrical body 51. The window member 52 is disposed to close the opening of the cylindrical body 51 and separates the interior of the cylindrical body 51 from a processing space 59 into which a process gas G2 containing nitrogen gas is introduced in the chamber 20. The window member 52 must suppress oxidation caused by oxygen flowing into the processing space 59. For example, the required oxygen concentration is very low, 10 19 (atoms/cm 3 ) or less. To address this, a protective coating is applied to the surface of the window member 52. For example, coating the surface of the window member 52 with Y 2 O 3 (yttrium oxide) can suppress wear of the window member 52 by plasma while suppressing oxygen release from the surface of the window member 52, thereby maintaining a low oxygen concentration.

処理空間59は、窒化処理部50において、回転テーブル31と筒状体51の内部との間に形成される。この処理空間59を回転テーブル31によって循環搬送されるワーク10が繰り返し通過することで窒化処理が行われる。なお、窓部材52は、アルミナ等の誘電体であってもよいし、シリコン等の半導体であってもよい。 In the nitriding treatment unit 50, a treatment space 59 is formed between the turntable 31 and the interior of the cylindrical body 51. The workpieces 10, which are circulated and transported by the turntable 31, pass through this treatment space 59 repeatedly, thereby performing the nitriding treatment. The window member 52 may be a dielectric material such as alumina, or a semiconductor material such as silicon.

アンテナ53は、コイル状に巻回された導電体であり、窓部材52によってチャンバ20内の処理空間59とは隔離された筒状体51の内部空間に配置され、交流電流が流されることで電界を発生させる。アンテナ53から発生させた電界が窓部材52を介して処理空間59に効率的に導入されるように、アンテナ53は窓部材52の近傍に配置されることが望ましい。アンテナ53には、高周波電圧を印加するRF電源54が接続されている。RF電源54の出力側には整合回路であるマッチングボックス55が直列に接続されている。マッチングボックス55は、入力側及び出力側のインピーダンスを整合させることで、プラズマの放電を安定化させる。 The antenna 53 is a coiled conductor located in the internal space of the cylindrical body 51, which is isolated from the processing space 59 in the chamber 20 by the window member 52. An electric field is generated when an alternating current is passed through it. It is desirable to position the antenna 53 near the window member 52 so that the electric field generated by the antenna 53 is efficiently introduced into the processing space 59 via the window member 52. An RF power supply 54, which applies a high-frequency voltage, is connected to the antenna 53. A matching box 55, which is a matching circuit, is connected in series to the output side of the RF power supply 54. The matching box 55 stabilizes the plasma discharge by matching the impedances on the input and output sides.

プロセスガス導入部58は、図2に示すように、処理空間59に窒素ガスを含むプロセスガスG2を導入する。プロセスガス導入部58は、図示しないボンベ等のプロセスガスG2の供給源と、配管57、ガス導入口56を有する。配管57は、プロセスガスG2の供給源に接続されて、チャンバ20を気密に封止しつつ貫通してチャンバ20の内部に延び、その端部がガス導入口56として開口している。 As shown in FIG. 2, the process gas inlet 58 introduces a process gas G2 containing nitrogen gas into the processing space 59. The process gas inlet 58 has a process gas G2 supply source such as a cylinder (not shown), a pipe 57, and a gas inlet 56. The pipe 57 is connected to the process gas G2 supply source, penetrates the chamber 20 while hermetically sealing it, and extends into the interior of the chamber 20, with its end opening as the gas inlet 56.

ガス導入口56は、窓部材52と回転テーブル31との間の処理空間59に開口し、プロセスガスG2を導入する。プロセスガスG2としては、希ガスが採用でき、アルゴンガス等が好適である。 The gas inlet 56 opens into the processing space 59 between the window member 52 and the rotary table 31 and introduces the process gas G2. A rare gas can be used as the process gas G2, and argon gas is preferred.

このような窒化処理部50では、RF電源54からアンテナ53に高周波電圧が印加される。これにより、アンテナ53に高周波電流が流れ、電磁誘導による電界が発生する。電界は、窓部材52を介して、処理空間59に発生し、プロセスガスG2に誘導結合プラズマが発生する。このとき、窒素原子を含む窒素の化学種が発生し、ワーク10上のGa原子を含む膜、Al原子を含む膜に衝突することにより、Ga原子、Al原子と結合する。その結果、ワーク10上の膜の窒素含有量を増やすことができ、窒素欠陥のないGaN膜、AlN膜を形成することができる。 In this nitriding treatment unit 50, a high-frequency voltage is applied to the antenna 53 from the RF power supply 54. This causes a high-frequency current to flow through the antenna 53, generating an electric field due to electromagnetic induction. The electric field is generated in the treatment space 59 via the window member 52, generating an inductively coupled plasma in the process gas G2. At this time, nitrogen chemical species containing nitrogen atoms are generated, which collide with the film containing Ga atoms and the film containing Al atoms on the workpiece 10, bonding with the Ga atoms and Al atoms. As a result, the nitrogen content of the film on the workpiece 10 can be increased, allowing the formation of GaN and AlN films free of nitrogen defects.

[加熱部]
加熱部60は、チャンバ20内において、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10を加熱する。加熱部60は、回転テーブル31のワーク10の搬送経路Lに対向する位置に設けられた加熱源を有する。加熱源は、例えば、ハロゲンランプである。加熱温度は、例えば、ワーク10が500℃程度まで加熱される温度とすることが好ましい。
[Heating section]
The heating unit 60 heats the workpiece 10 that is circulated and transported by the turntable 31 within the chamber 20. The heating unit 60 has a heat source provided at a position facing the transport path L of the workpiece 10 on the turntable 31. The heat source is, for example, a halogen lamp. The heating temperature is preferably set to a temperature that heats the workpiece 10 to, for example, about 500°C.

[移送室]
移送室70は、ゲートバルブを介して、ワーク10をチャンバ20に搬入及び搬出するための容器である。移送室70は、図1に示すように、チャンバ20に搬入される前のワーク10が収容される内部空間を有する。移送室70は、ゲートバルブGV1を介してチャンバ20に接続されている。移送室70の内部空間には、図示はしないが、ワーク10を搭載したトレイ34をチャンバ20との間で搬入、搬出するための搬送手段が設けられている。移送室70は、図示しない真空ポンプ等の排気手段によって減圧されており、搬送手段によってチャンバ20の真空を維持した状態で、未処理のワーク10を搭載したトレイ34をチャンバ20内に搬入し、処理済みのワーク10を搭載したトレイ34を、チャンバ20から搬出する。
[Transfer room]
The transfer chamber 70 is a container for loading and unloading the workpieces 10 into and from the chamber 20 via a gate valve. As shown in FIG. 1 , the transfer chamber 70 has an internal space in which the workpieces 10 are accommodated before being loaded into the chamber 20. The transfer chamber 70 is connected to the chamber 20 via a gate valve GV1. Although not shown, a transport means is provided in the internal space of the transfer chamber 70 for loading and unloading trays 34 carrying the workpieces 10 between the chamber 20 and the transfer chamber 70. The transfer chamber 70 is depressurized by an exhaust means such as a vacuum pump (not shown). With the vacuum of the chamber 20 maintained by the transport means, the trays 34 carrying unprocessed workpieces 10 are loaded into the chamber 20, and the trays 34 carrying processed workpieces 10 are unloaded from the chamber 20.

移送室70には、ゲートバルブGV2を介して、ロードロック部71が接続されている。ロードロック部71は、移送室70の真空を維持した状態で、図示しない搬送手段によって、外部から未処理のワーク10を搭載したトレイ34を、移送室70内に搬入し、処理済みのワーク10を搭載したトレイ34を、移送室70から搬出する装置である。なお、ロードロック部71は、図示しない真空ポンプ等の排気手段によって減圧される真空状態と、真空破壊される大気開放状態とが切り替わる。 The load lock unit 71 is connected to the transfer chamber 70 via gate valve GV2. The load lock unit 71 is a device that uses a transport means (not shown) to transport trays 34 carrying unprocessed workpieces 10 from the outside into the transfer chamber 70 and transports trays 34 carrying processed workpieces 10 out of the transfer chamber 70 while maintaining the vacuum in the transfer chamber 70. The load lock unit 71 switches between a vacuum state in which the pressure is reduced by an exhaust means such as a vacuum pump (not shown), and an open-to-air state in which the vacuum is broken.

[予備加熱室]
予備加熱室80は、チャンバ20内に搬入される前のワーク10を加熱する。予備加熱室80は、移送室70に接続された容器を備え、移送室70に搬入される前のワーク10を加熱する加熱源を有する。加熱源としては、例えば、ヒーターや加熱ランプを用いる。予備加熱の温度としては、300℃程度にワーク10が加熱される温度が好ましい。なお、予備加熱室80と移送室70との間のトレイ34の搬送は、図示しない搬送手段によって行われる。
[Preheating chamber]
The preheating chamber 80 heats the workpiece 10 before it is carried into the chamber 20. The preheating chamber 80 is equipped with a container connected to the transfer chamber 70 and has a heat source that heats the workpiece 10 before it is carried into the transfer chamber 70. The heat source may be, for example, a heater or a heat lamp. The preheating temperature is preferably a temperature at which the workpiece 10 is heated to about 300°C. The tray 34 is transported between the preheating chamber 80 and the transfer chamber 70 by a transport means (not shown).

[冷却室]
冷却室90は、チャンバ20内から搬出されたワーク10を冷却する。冷却室90は、移送室70に接続された容器を備え、移送室70から搬出されたトレイ34に搭載されたワーク10を冷却する冷却手段を有する。冷却手段としては、例えば、冷却ガスを吹き付ける吹付部を適用できる。冷却ガスは、例えば、スパッタガスG1の供給源からのArガスを用いることができる。冷却する温度としては、大気中で搬送可能な温度、例えば、30℃とすることが好ましい。なお、移送室70の処理済みワーク10を搭載したトレイ34は、図示しない搬送手段によって、冷却室90に搬入される。
[Cooling room]
The cooling chamber 90 cools the workpieces 10 carried out from the chamber 20. The cooling chamber 90 is equipped with a container connected to the transfer chamber 70 and has a cooling means for cooling the workpieces 10 carried on the trays 34 carried out from the transfer chamber 70. For example, a spraying unit for spraying cooling gas can be used as the cooling gas. For example, Ar gas from the supply source of the sputtering gas G1 can be used as the cooling gas. The cooling temperature is preferably a temperature at which the workpieces can be transported in the atmosphere, for example, 30°C. The trays 34 carrying the processed workpieces 10 from the transfer chamber 70 are carried into the cooling chamber 90 by a transport means (not shown).

[制御装置]
制御装置100は、排気部23、スパッタガス導入部49、プロセスガス導入部58、電源部46、RF電源54、搬送部30、加熱部60、移送室70、ロードロック部71、予備加熱室80、冷却室90など、成膜装置1を構成する各種要素を制御する。この制御装置100は、PLC(Programmable Logic Controller)や、CPU(Central Processing Unit)を含む処理装置であり、制御内容を記述したプログラムが記憶されている。
[Control device]
The control device 100 controls various elements constituting the film forming apparatus 1, such as the exhaust unit 23, the sputtering gas introduction unit 49, the process gas introduction unit 58, the power supply unit 46, the RF power supply 54, the transport unit 30, the heating unit 60, the transfer chamber 70, the load lock unit 71, the preheating chamber 80, and the cooling chamber 90. The control device 100 is a processing device including a PLC (Programmable Logic Controller) and a CPU (Central Processing Unit), and stores a program describing the control contents.

具体的に制御される内容としては、成膜装置1の初期排気圧力、ターゲット42及びアンテナ53への印加電力、スパッタガスG1及びプロセスガスG2の流量、導入時間及び排気時間、成膜時間、モータ32の回転速度などが挙げられる。これにより、制御装置100は、多種多様な成膜仕様に対応可能である。また、制御装置100は、加熱部60の加熱温度、加熱時間、予備加熱室80の加熱温度、加熱時間、冷却室90の冷却温度、冷却温度なども制御する。 Specific controlled items include the initial exhaust pressure of the film formation apparatus 1, the power applied to the target 42 and antenna 53, the flow rates of the sputtering gas G1 and process gas G2, the introduction and exhaust times, the film formation time, and the rotation speed of the motor 32. This allows the control device 100 to accommodate a wide variety of film formation specifications. The control device 100 also controls the heating temperature and heating time of the heating unit 60, the heating temperature and heating time of the preheating chamber 80, and the cooling temperature and cooling temperature of the cooling chamber 90.

[動作]
次に、制御装置100により制御される成膜装置1の動作を説明する。なお、以下のように、成膜装置1により成膜を行う成膜方法も、本発明の一態様である。図3は、本実施形態の成膜装置1による成膜処理のフローチャートである。この成膜処理は、ワーク10の上に、AlN膜、GaN膜を交互に積層し、さらにGaN層を形成する処理である。シリコンウェーハやサファイヤ基板は、GaNとの結晶格子が異なるため、直接GaNの膜を形成した場合、GaNの結晶性が低下するという問題がある。このような結晶格子の不整合を解消するため、AlN膜、GaN膜を交互に積層することにより、バッファ層を形成し、このバッファ層の上にGaN層を形成する。これは、例えば、横型のMOSFETやLEDの製造において、シリコンウェーハの上にバッファ層を介して、GaN層を形成する場合に用いることができる。
[Operation]
Next, the operation of the film formation apparatus 1 controlled by the control device 100 will be described. Note that a film formation method using the film formation apparatus 1, as described below, is also an aspect of the present invention. FIG. 3 is a flowchart of a film formation process using the film formation apparatus 1 of this embodiment. This film formation process involves alternately stacking AlN and GaN films on a workpiece 10, followed by forming a GaN layer. Because silicon wafers and sapphire substrates have different crystal lattices from GaN, directly forming a GaN film on them can result in a problem of reduced GaN crystallinity. To resolve this crystal lattice mismatch, a buffer layer is formed by alternately stacking AlN and GaN films, and then a GaN layer is formed on this buffer layer. This method can be used, for example, to form a GaN layer on a silicon wafer via a buffer layer in the manufacture of lateral MOSFETs and LEDs.

まず、チャンバ20内は、排気部23によって排気口21から排気されて、常に所定の圧力まで減圧されている。また、排気とともに、加熱部60が加熱を開始し、回転テーブル31が回転を開始することによって、加熱部60を通過する回転テーブル31が加熱される。加熱された回転テーブル31からの輻射によってチャンバ20内が加熱される。排気とともに加熱することにより、チャンバ20内の水分子や酸素分子などの残留気体の脱離が促進される。これにより、成膜時に残留気体が不純物として混入しにくくなり、膜の結晶性が向上する。Q-Massなどのガス分析装置によってチャンバ20内の酸素濃度が所定値以下になったことを検出した後、加熱部60の加熱を停止し、回転テーブル31の回転を停止する。また、予備加熱室80内においては、トレイ34に搭載されたワーク10が、300℃程度に予備加熱される(ステップS01)。 First, the chamber 20 is evacuated through the exhaust port 21 by the exhaust unit 23, constantly reducing the pressure to a predetermined level. In addition, as the exhaust proceeds, the heating unit 60 begins heating, and the turntable 31 begins rotating, heating the turntable 31 as it passes through the heating unit 60. Radiation from the heated turntable 31 heats the chamber 20. Heating along with the exhaust promotes the desorption of residual gases, such as water molecules and oxygen molecules, within the chamber 20. This reduces the likelihood of residual gases being mixed in as impurities during film formation, improving the crystallinity of the film. After a gas analyzer such as a Q-Mass detects that the oxygen concentration within the chamber 20 has fallen below a predetermined value, the heating unit 60 stops heating and the turntable 31 stops rotating. In the preheating chamber 80, the workpieces 10 placed on the tray 34 are preheated to approximately 300°C (step S01).

予備加熱されたワーク10を搭載したトレイ34は、搬送手段によって、移送室70に搬入され、ゲートバルブGV1を介してチャンバ20内に順次搬入される(ステップS02)。このステップS02においては、回転テーブル31は、空の保持部33を、順次、移送室70からの搬入箇所に移動させる。保持部33は、搬送手段により搬入されたトレイ34を、それぞれ個別に保持する。このようにして、ワーク10を搭載したトレイ34が、回転テーブル31上に全て載置される。 Trays 34 carrying preheated workpieces 10 are loaded into the transfer chamber 70 by the transport means, and then sequentially loaded into the chamber 20 via the gate valve GV1 (step S02). In step S02, the rotary table 31 sequentially moves the empty holders 33 from the transfer chamber 70 to the loading location. The holders 33 individually hold each tray 34 loaded by the transport means. In this way, all trays 34 carrying workpieces 10 are placed on the rotary table 31.

再び加熱部60が加熱を開始するとともに、ワーク10を載せた回転テーブル31が回転を開始することにより、ワーク10が加熱される(ステップS03)。シミュレーションや実験などで予め得られた所定の時間が経過すると、ワーク10が500℃程度まで加熱される。なお、加熱時には、より均一に加熱を行うために、100rpm程度の比較的速い速度で回転テーブル31を回転させる。 The heating unit 60 starts heating again, and the turntable 31 carrying the workpiece 10 starts rotating, heating the workpiece 10 (step S03). After a predetermined time determined in advance through simulation, experiment, etc., has elapsed, the workpiece 10 is heated to approximately 500°C. During heating, the turntable 31 is rotated at a relatively high speed of approximately 100 rpm to ensure more uniform heating.

そして、Al成膜処理部40Bと窒化処理部50によるAlN膜の成膜と、GaN成膜処理部40Aと窒化処理部50によるGaN膜の成膜とを交互に繰り返し行うことによるバッファ層の形成を行う。まず、Al成膜処理部40Bと窒化処理部50でワーク10上にAlN膜を成膜する(ステップS04)。即ち、スパッタガス導入部49が、ガス導入口47を通じてスパッタガスG1を供給する。スパッタガスG1は、Alから構成されたターゲット42の周囲に供給される。電源部46はターゲット42に電圧を印加する。これにより、スパッタガスG1をプラズマ化させる。プラズマにより発生したイオンは、ターゲット42に衝突してAl原子を含むスパッタ粒子を叩き出す。 Then, a buffer layer is formed by alternately repeating the deposition of an AlN film by the Al deposition unit 40B and the nitriding unit 50 and the deposition of a GaN film by the GaN deposition unit 40A and the nitriding unit 50. First, an AlN film is deposited on the workpiece 10 by the Al deposition unit 40B and the nitriding unit 50 (step S04). Specifically, the sputtering gas inlet 49 supplies sputtering gas G1 through the gas inlet 47. The sputtering gas G1 is supplied around the target 42, which is made of Al. The power supply 46 applies a voltage to the target 42, thereby converting the sputtering gas G1 into plasma. Ions generated by the plasma collide with the target 42 and eject sputter particles containing Al atoms.

未処理のワーク10には、Al成膜処理部40Bを通過する際に、表面にAl原子を含むスパッタ粒子が堆積した薄膜が形成される。本実施形態では、Al成膜処理部40Bを一回通過する毎に、Al原子1~2個を厚み方向に含み得るレベルの膜厚で堆積させることができる。 When the unprocessed workpiece 10 passes through the Al film-forming unit 40B, a thin film is formed on the surface, with sputtered particles containing Al atoms deposited on it. In this embodiment, each time the workpiece passes through the Al film-forming unit 40B, a film is deposited to a thickness that can contain one to two Al atoms in the thickness direction.

このように、回転テーブル31の回転によりAl成膜処理部40Bを通過したワーク10は、窒化処理部50を通過し、その過程で薄膜のAl原子が窒化される。即ち、プロセスガス導入部58がガス導入口56を通じて窒素ガスを含むプロセスガスG2を供給する。窒素ガスを含むプロセスガスG2は、窓部材52と回転テーブル31に挟まれた処理空間59に供給される。RF電源54はアンテナ53に高周波電圧を印加する。 In this way, the workpiece 10 passes through the Al film forming treatment section 40B due to the rotation of the turntable 31, and then passes through the nitriding treatment section 50, during which the Al atoms in the thin film are nitrided. That is, the process gas inlet 58 supplies process gas G2 containing nitrogen gas through the gas inlet 56. The process gas G2 containing nitrogen gas is supplied to a treatment space 59 sandwiched between the window member 52 and the turntable 31. The RF power supply 54 applies a high-frequency voltage to the antenna 53.

高周波電圧の印加により高周波電流が流れたアンテナ53が発生させた電界は、窓部材52を介して、処理空間59に発生する。そして、この電界により、この空間に供給された窒素ガスを含むプロセスガスG2を励起させてプラズマを発生させる。プラズマによって発生した窒素の化学種は、ワーク10上の薄膜に衝突することにより、Al原子と結合し、十分に窒化されたAlN膜が形成される。 When a high-frequency voltage is applied, a high-frequency current flows through the antenna 53, generating an electric field in the processing space 59 via the window member 52. This electric field then excites the process gas G2, which contains nitrogen gas, supplied to this space, generating plasma. The nitrogen species generated by the plasma collide with the thin film on the workpiece 10, bonding with Al atoms and forming a fully nitrided AlN film.

回転テーブル31は、所定の厚みのAlN膜がワーク10上に成膜されるまで、即ちシミュレーションや実験などで予め得られた所定の時間が経過するまで、回転を継続する。換言すると、所定の厚みのAlN膜が成膜されるまでの間、ワーク10は成膜処理部40と窒化処理部50とを循環し続ける。なお、Alを原子レベルの膜厚で堆積させる毎に窒化を行うことが好ましいので、成膜と窒化のバランスをとるため、回転テーブル31の回転速度は、50~60rpmの比較的遅い速度とする。 The rotary table 31 continues to rotate until an AlN film of the specified thickness is formed on the workpiece 10, that is, until a specified time determined in advance through simulation, experiment, etc. has elapsed. In other words, the workpiece 10 continues to circulate between the film formation processing unit 40 and the nitriding processing unit 50 until an AlN film of the specified thickness is formed. Since nitriding is preferably performed each time Al is deposited to an atomic-level film thickness, the rotation speed of the rotary table 31 is set to a relatively slow speed of 50 to 60 rpm in order to balance film formation and nitriding.

所定の時間が経過したら、まずAl成膜処理部40Bの稼働を停止させる。具体的には、電源部46によるターゲット42への電圧印加を停止する。 After a predetermined time has elapsed, the operation of the Al film forming unit 40B is stopped. Specifically, the application of voltage to the target 42 by the power supply unit 46 is stopped.

次に、GaN成膜処理部40Aと窒化処理部50でワーク10上にGaN膜を成膜する(ステップS05)。即ち、スパッタガス導入部49によるターゲット42の周囲へのスパッタガスG1の供給、電源部46によるターゲット42への電圧の印加により、スパッタガスG1をプラズマ化させる。プラズマにより発生したイオンは、ターゲット42に衝突してGa原子を含むスパッタ粒子を叩き出す。 Next, a GaN film is formed on the workpiece 10 in the GaN film forming unit 40A and the nitriding unit 50 (step S05). That is, the sputtering gas G1 is supplied to the periphery of the target 42 by the sputtering gas inlet 49, and a voltage is applied to the target 42 by the power supply 46, thereby converting the sputtering gas G1 into plasma. Ions generated by the plasma collide with the target 42, knocking out sputtered particles containing Ga atoms.

これによりAlN膜の表面に、Ga原子を含むスパッタ粒子が堆積した薄膜が形成される。本実施形態では、成膜処理部40を一回通過する毎に、Ga原子1~2個を含み得るレベルの膜厚で堆積させることができる。 This results in the formation of a thin film on the surface of the AlN film, in which sputtered particles containing Ga atoms are deposited. In this embodiment, each time the AlN film passes through the film-forming processing unit 40, it is possible to deposit a film with a thickness that can contain one to two Ga atoms.

このように、回転テーブル31の回転によりGaN成膜処理部40Aを通過したワーク10は、窒化処理部50を通過し、その過程で薄膜のGa原子が窒化される。つまり、上記のように、プラズマによって発生した窒素の化学種は、ワーク10上の薄膜に衝突することにより、窒素との結合が欠損しているGa原子と結合し、窒素欠陥のないGaN膜が形成される。 In this way, the workpiece 10 passes through the GaN film forming processing unit 40A due to the rotation of the turntable 31, and then passes through the nitriding processing unit 50, during which the Ga atoms in the thin film are nitrided. In other words, as described above, nitrogen chemical species generated by the plasma collide with the thin film on the workpiece 10, bonding with Ga atoms that are missing bonds with nitrogen, resulting in the formation of a GaN film without nitrogen defects.

回転テーブル31は、所定の厚みのGaN膜がワーク10上に成膜される時間として、シミュレーションや実験により得られた時間が経過したら、まず成膜処理部40の稼働を停止させる。すなわち、所定の時間が経過したら、GaN成膜処理部40Aの稼働を停止させる。具体的には、電源部46によるターゲット42への電圧印加を停止する。以上のようなAlN膜とGaN膜の形成を、所定の積層数に達するまで繰り返す(ステップS06 Nо)。所定の積層数に達した場合には(ステップS06 Yes)バッファ層の形成を終了する。 The turntable 31 first stops operation of the film formation processing unit 40 after the time required for a GaN film of a predetermined thickness to be formed on the workpiece 10, determined by simulation or experiment. That is, after the predetermined time has elapsed, operation of the GaN film formation processing unit 40A is stopped. Specifically, the application of voltage to the target 42 by the power supply unit 46 is stopped. The formation of the AlN film and GaN film as described above is repeated until the predetermined number of layers is reached (Step S06 No). When the predetermined number of layers is reached (Step S06 Yes), the formation of the buffer layer is terminated.

さらに、バッファ層に重ねて、GaN層を形成する(ステップS07)。このGaN層の形成は、上記のバッファ層におけるGaN膜の形成と同様に行われる。但し、GaN層として設定された所定の厚みとなる時間で成膜を行う。 Furthermore, a GaN layer is formed on the buffer layer (step S07). This GaN layer is formed in the same manner as the GaN film in the buffer layer described above. However, the film is formed for a time that will allow the GaN layer to reach the specified thickness.

以上のようなバッファ層、GaN層の形成後、上記のようにGaN成膜処理部40Aの稼動を停止させた後、窒化処理部50の稼働を停止させる(ステップS09)。具体的には、RF電源54によるアンテナ53への高周波電力の供給を停止する。そして、回転テーブル31の回転を停止させ、成膜されたワーク10が載せられたトレイ34を、搬送手段によって、移送室70を介して冷却室90に搬入し、ワーク10を所定の温度まで冷却した後、ロードロック部71から排出する(ステップS09)。 After the buffer layer and GaN layer are formed as described above, the operation of the GaN film forming unit 40A is stopped as described above, and then the operation of the nitriding unit 50 is stopped (step S09). Specifically, the supply of high-frequency power to the antenna 53 by the RF power supply 54 is stopped. Then, rotation of the turntable 31 is stopped, and the tray 34 on which the film-formed workpiece 10 is placed is transported by the transport means through the transfer chamber 70 into the cooling chamber 90. After the workpiece 10 is cooled to a predetermined temperature, it is removed from the load lock unit 71 (step S09).

なお、上記の説明では、窒化処理部50は、バッファ層の成膜中(ステップS04~S06)の間は継続して稼働させるようにしているが、ステップS04~S06の各ステップが終わるごとに、窒化処理部50の稼働を停止させてもよい。この場合は、Al成膜処理部40B、GaN成膜処理部40Aの稼働停止後に、窒化処理部50の稼働を停止させる。これにより、ワーク10に成膜された膜表面も十分な窒化を行うことができ、窒素欠陥のないAlN膜、GaN膜を得ることができる。 In the above description, the nitriding unit 50 is operated continuously during the formation of the buffer layer (steps S04 to S06). However, the operation of the nitriding unit 50 may be stopped after each step S04 to S06 is completed. In this case, the operation of the nitriding unit 50 is stopped after the operation of the Al film forming unit 40B and the GaN film forming unit 40A has been stopped. This allows the surface of the film formed on the workpiece 10 to be sufficiently nitrided, resulting in AlN and GaN films without nitrogen defects.

[効果]
(1)本実施形態に係る成膜装置1は、内部を真空とすることが可能なチャンバ20と、チャンバ20内に設けられ、ワーク10を保持し、円周の軌跡でワーク10を循環搬送する回転テーブル31と、GaNを含む成膜材料から成るターゲット42と、ターゲット42と回転テーブル31との間に導入されるスパッタガスG1をプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理部40Aと、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、GaN成膜処理部40Aにおいて堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理部50と、を有する。
[effect]
(1) The film forming apparatus 1 according to this embodiment includes a chamber 20 capable of evacuating the interior thereof, a rotary table 31 provided within the chamber 20, which holds the workpiece 10 and circulates the workpiece 10 along a circular trajectory, a target 42 made of a film forming material containing GaN, and a plasma generator which converts a sputtering gas G1 introduced between the target 42 and the rotary table 31 into plasma. The film forming apparatus 1 also includes a GaN film forming processing unit 40A which deposits particles of the film forming material containing GaN by sputtering onto the workpiece 10 which is circulated and transported by the rotary table 31, and a nitriding processing unit 50 which nitrides the particles of the film forming material deposited in the GaN film forming processing unit 40A onto the workpiece 10 which is circulated and transported by the rotary table 31.

本実施形態の成膜方法は、内部を真空とすることが可能なチャンバ20内において、回転テーブル31によってワーク10を保持して円周の軌跡で循環搬送しながら、ワーク10に成膜する成膜方法であって、GaNを含む成膜材料から成るターゲット42と、ターゲット42と回転テーブル31との間に導入されるスパッタガスG1をプラズマ化するプラズマ発生器とを有するGaN成膜処理部40Aが、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理と、窒化処理部50が、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、GaN成膜処理部40Aにおいて堆積された成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理と、を含む。 The film formation method of this embodiment is a film formation method in which a film is formed on a workpiece 10 while the workpiece 10 is held by a rotary table 31 and circulated and transported along a circular trajectory in a chamber 20 capable of being evacuated. The method includes a GaN film formation process in which a GaN film formation processing unit 40A having a target 42 made of a film formation material containing GaN and a plasma generator that converts sputtering gas G1 introduced between the target 42 and the rotary table 31 into plasma deposits particles of the film formation material containing GaN on the workpiece 10 circulated and transported by the rotary table 31, and a nitriding process in which a nitriding processing unit 50 nitrides the particles of the film formation material deposited in the GaN film formation processing unit 40A on the workpiece 10 circulated and transported by the rotary table 31.

本実施形態では、チャンバ20内において、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に対して、スパッタリングによる成膜を行うことにより、高い生産性でGaN膜を成膜できる。つまり、MO-CVD法のように、大量のNHガスを使用する必要はなく、真空のチャンバ20内の限られた領域にスパッタガスG1、プロセスガスG2を流し、ターゲット42の材料を原子レベルの膜厚で堆積させて窒化させるので、材料の使用効率が高い。また、水素(H)を含む反応ガスを使用しないため、脱水素等の余分な工程が不要となる。また、扱いやすい希ガスを、チャンバ20内に導入すればよいため、装置の状態を安定に維持しやすく、歩留まりが良好となる。加熱温度も500℃程度と比較的低温であるため、加熱装置に要求される出力も低い。チャンバ20内でバッファ層とGaN層の一連の成膜処理が完結するので、一連の成膜途中で他の層を異なるチャンバで形成するために、チャンバ間を移動させることなく、酸素濃度が同じ低い環境下で成膜を行うことができる。 In this embodiment, GaN films can be formed with high productivity by sputtering the workpiece 10 circulated and transported by the rotary table 31 in the chamber 20. Unlike the MOCVD method, there is no need to use large amounts of NH3 gas. Instead, sputtering gas G1 and process gas G2 are flowed into a limited area within the vacuum chamber 20, depositing and nitriding the target 42 material to an atomic-level thickness, resulting in high material utilization efficiency. Furthermore, because no reactive gas containing hydrogen (H) is used, extra processes such as dehydrogenation are unnecessary. Furthermore, since only an easily handled rare gas can be introduced into the chamber 20, the device condition can be easily maintained stably, resulting in high yields. The heating temperature is relatively low, at approximately 500°C, and the output required for the heating device is low. Because the entire process of forming the buffer layer and GaN layer is completed within the chamber 20, film formation can be performed in the same low-oxygen environment without the need to transfer between chambers to form other layers in different chambers during the process.

また、原子レベルでの膜厚の成膜材料の積層と窒化を繰り返して行うため、MO-CVD法と比較して、成膜時間が短いにもかかわらず結晶性が高く、表面の凹凸の少ない膜を形成することができる。 In addition, because the process involves repeatedly stacking and nitriding film-forming materials to atomic-level thicknesses, it is possible to form films with high crystallinity and minimal surface irregularities despite the shorter film-forming time compared to MO-CVD methods.

ここで、以下の成膜条件で成膜した膜の評価を行った結果を示す。
・ワーク :Si(111)基板
・回転テーブルの回転数 :60rpm
・アンテナ(窒化処理部)への高周波の印加電力: 4000W
・スパッタ源への直流の印加電力:GaN成膜処理部 800~1500W、Al成膜処理部 2000~3500W(2つのスパッタ源を備えた成膜処理部で、各々のスパッタ源への印加電力の値)
・成膜レート:GaN層 0.28nm/sec AlN層 0.43nm/sec
・成膜処理部のArガス流量:GaN成膜処理部 80sccm Al成膜処理部 45sccm
・窒化処理部のN2ガス流量:30sccm
なお、上述の実施形態では成膜中の加熱は行っていない。
Here, the results of evaluation of films formed under the following film forming conditions are shown.
Workpiece: Si (111) substrate Rotational speed of the rotating table: 60 rpm
High frequency power applied to antenna (nitriding treatment part): 4000 W
DC power applied to sputtering source: GaN film forming section 800 to 1500 W, Al film forming section 2000 to 3500 W (for a film forming section equipped with two sputtering sources, the value of the power applied to each sputtering source)
Film formation rate: GaN layer 0.28 nm/sec, AlN layer 0.43 nm/sec
Ar gas flow rate in the film forming section: GaN film forming section: 80 sccm, Al film forming section: 45 sccm
N2 gas flow rate in nitriding treatment section: 30 sccm
In the above embodiment, heating is not performed during film formation.

ワーク上に成膜した、AlN膜3μm(No.1)、GaN膜3μm(No.2)、AlN膜5nm/GaN膜5nmの30層の積層膜(No.3)、AlN膜5nm/GaN膜5nmの30層の積層膜の上にGaN膜3μmを積層した積層膜(No.4)に対し、X線回折法による解析を行った。その結果、膜表面の(002)面の、2θ/ωスキャンにより得られたロッキングカーブの半値幅(°)は、No.1が0.246、No.2が0.182、No.3が0.178、No.4が0.197を示した。 X-ray diffraction analysis was performed on the following films deposited on the workpieces: a 3 μm AlN film (No. 1), a 3 μm GaN film (No. 2), a 30-layer stack of 5 nm AlN/5 nm GaN (No. 3), and a 30-layer stack of 5 nm AlN/5 nm GaN with a 3 μm GaN film stacked on top (No. 4). The rocking curves obtained by 2θ/ω scanning of the (002) plane on the film surface were found to have half-widths (°) of 0.246 for No. 1, 0.182 for No. 2, 0.178 for No. 3, and 0.197 for No. 4.

一般的に、半値幅が小さいほど結晶方位のばらつきが少なく、結晶性が高いと言える。本実施形態では、半値幅(2θ/ω)が0.2°以下の結晶性の高い膜を成膜することができる。また、GaN系デバイスに使用されるGaNバッファ層の膜厚は3~10μmが一般的とされるが、MO-CVD法の成膜レートは、数μm/hと言われている。本実施形態は、成膜レートは同程度だが、さらに、水素脱離工程を省略できるので、MO-CVD法と比較して成膜時間を短くできる。またMO-CVD法と比較して低温成膜でも結晶性の高い膜を得ることができる。 Generally, the smaller the half-width, the less variation there is in the crystal orientation, and the higher the crystallinity. In this embodiment, it is possible to deposit a highly crystalline film with a half-width (2θ/ω) of 0.2° or less. Furthermore, the thickness of the GaN buffer layer used in GaN-based devices is generally considered to be 3 to 10 μm, but the film deposition rate using the MO-CVD method is said to be several μm/h. In this embodiment, the film deposition rate is similar, but the hydrogen desorption step can be omitted, thereby shortening the film deposition time compared to the MO-CVD method. Furthermore, it is possible to obtain a highly crystalline film even at a lower temperature than the MO-CVD method.

さらに、固体のターゲット42に窒素を多く含めると、表面が絶縁物となる問題があり、ターゲット42に窒素を多く含めることができず、窒素との結合が欠陥しているGa原子が含まれている。このようなターゲット42を使用してスパッタすると窒素欠陥のあるGaN膜が成膜される。しかし、本実施形態においては、GaN成膜処理部40Aとは別に、窒化処理部50を設けることにより、ターゲット42に、窒素との結合が欠陥しているGa原子が含まれていても、最終的に窒化処理部50により窒素含有量を多くして窒素欠陥のないGaN膜を得ることができる。また、GaN成膜処理部40Aでは窒素ガスを用いることなく、スパッタガスG1をアルゴン単ガスとし、GaN成膜処理部40Aとは分離した窒化処理部50でワークWに堆積させた成膜材料の粒子を窒化させることができる。このため、ターゲット42の表面が絶縁物とならず、DC放電を用いて、成膜レートを向上させることができる。 Furthermore, if the solid target 42 contains a large amount of nitrogen, the surface becomes an insulator. Therefore, the target 42 cannot contain a large amount of nitrogen, and contains Ga atoms with nitrogen-bonding defects. Sputtering using such a target 42 results in the deposition of a GaN film with nitrogen defects. However, in this embodiment, by providing a nitriding unit 50 separate from the GaN deposition unit 40A, even if the target 42 contains Ga atoms with nitrogen-bonding defects, the nitriding unit 50 can ultimately increase the nitrogen content and produce a GaN film without nitrogen defects. Furthermore, the GaN deposition unit 40A does not use nitrogen gas, but instead uses argon as the sputtering gas G1. This allows the particles of the deposition material deposited on the workpiece W to be nitrided in the nitriding unit 50, which is separate from the GaN deposition unit 40A. Therefore, the surface of the target 42 does not become an insulator, and the deposition rate can be improved using DC discharge.

(2)成膜装置1は、Alを含む成膜材料から成るターゲット42を有し、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、スパッタリングによりAlを含む成膜材料の粒子を堆積させるAl成膜処理部40Bを有し、窒化処理部50は、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10に、Al成膜処理部40Bにおいて堆積された成膜材料の粒子を窒化させる。 (2) The film forming apparatus 1 has a target 42 made of a film forming material containing Al, and an Al film forming processing unit 40B that deposits particles of the film forming material containing Al by sputtering on the workpiece 10 that is circulated and transported by the rotary table 31, and the nitriding processing unit 50 nitrides the particles of the film forming material deposited in the Al film forming processing unit 40B on the workpiece 10 that is circulated and transported by the rotary table 31.

このため、例えば、シリコンなど、GaNと結晶格子が異なるワーク10を用いる場合に、GaN成膜処理部40A、Al成膜処理部40B及び窒化処理部50によって、GaN膜及びAlN膜を交互に積層した膜であるバッファ層を形成することにより、GaNの結晶性の低下を抑止できる。 For this reason, when using a workpiece 10 such as silicon, which has a different crystal lattice from GaN, the GaN film forming unit 40A, Al film forming unit 40B, and nitriding unit 50 can be used to form a buffer layer, which is a film made by alternately stacking GaN films and AlN films, thereby preventing a decrease in the crystallinity of the GaN.

また、バッファ層を形成した後に、大気中に暴露することなく、GaN層を形成できるので、バッファ層の最表面が変質することが抑制され、バッファ層の上にさらに成膜されるGaN層の変質を防ぐことができる。また、GaN層の形成のために、バッファ層の成膜環境とは別の環境に移動させることが必要なくなり、搬送時間の削減や、酸素濃度等を調整された空間を別途設ける必要がなくなる。 Furthermore, since the GaN layer can be formed without exposing the buffer layer to the atmosphere after it has been formed, alteration of the outermost surface of the buffer layer is suppressed, and alteration of the GaN layer that is further formed on top of the buffer layer can be prevented. Furthermore, there is no need to move the buffer layer to an environment separate from the buffer layer formation environment to form the GaN layer, reducing transport time and eliminating the need to provide a separate space with adjusted oxygen concentration, etc.

また、Al成膜処理部40Bにおいても、窒素ガスを用いることなく、スパッタガスG1をアルゴン単ガスとし、Al成膜処理部40Bとは分離した窒化処理部50でワークWに堆積させた成膜材料の粒子を窒化させることができる。このため、ターゲット42の表面が絶縁物とならず、DC放電を用いて、成膜レートを向上させることができる。 Furthermore, in the Al film forming processing unit 40B, the sputtering gas G1 is argon gas alone, without using nitrogen gas, and the particles of film forming material deposited on the workpiece W can be nitrided in the nitriding processing unit 50, which is separate from the Al film forming processing unit 40B. As a result, the surface of the target 42 does not become an insulator, and the film forming rate can be improved using DC discharge.

(3)成膜装置1は、回転テーブル31により循環搬送されるワーク10を加熱する加熱部60を有する。これより、さらに結晶性に優れた膜を形成できる。 (3) The film forming apparatus 1 has a heating unit 60 that heats the workpiece 10 that is circulated and transported by the rotary table 31. This allows for the formation of a film with even better crystallinity.

(4)成膜装置1は、チャンバ20内に搬入される前のワーク10を加熱する予備加熱室80をさらに有する。予備加熱室80によりあらかじめワーク10を加熱しておくことにより、加熱部60による加熱時間を短縮して、生産性を高めることができる。 (4) The film forming apparatus 1 further includes a preheating chamber 80 that heats the workpiece 10 before it is loaded into the chamber 20. By preheating the workpiece 10 in the preheating chamber 80, the heating time by the heating unit 60 can be shortened, thereby increasing productivity.

[変形例]
(1)上記の実施形態において、図4に示すように、成膜されたGaN膜に対してn型またはp型不純物(ドーパント)を添加する不純物添加処理部を設けてもよい。この場合、循環搬送の経路上に、GaN成膜処理部、窒化処理部、不純物添加処理部の順に並ぶように配置される。不純物添加処理部は、成膜処理部40A、40Bの成膜処理部と同様の構成を備える。より具体的には、不純物添加処理部は、n型不純物またはp型不純物を含む成膜材料から成るターゲットとプラズマ発生器を備え、ターゲットをスパッタリングすることにより、不純物となるイオンを含む成膜材料の粒子(スパッタ粒子)を、ワーク10上に堆積された膜に添加することが可能であればよい。例えば、Mgを含む成膜材料から成るターゲット42を有するMg成膜処理部40C、Siを含む成膜材料から成るターゲット42を有するSi成膜処理部40Dを、不純物添加処理部とすることができる。Mg成膜処理部40C、Si成膜処理部40Dは、ターゲット42の材料以外は、GaN成膜処理部40Aと同様の構成を備える。すなわち、Mg成膜処理部40C、Si成膜処理部40Dは、ターゲット42、バッキングプレート43及び電極44で構成されるスパッタ源と、電源部46とスパッタガス導入部49で構成されるプラズマ発生器を備える。
[Modification]
(1) In the above embodiment, as shown in FIG. 4 , an impurity addition unit may be provided to add n-type or p-type impurities (dopants) to the deposited GaN film. In this case, the GaN film formation unit, nitriding unit, and impurity addition unit are arranged in this order on the circulation transport path. The impurity addition unit has a configuration similar to that of the film formation units 40A and 40B. More specifically, the impurity addition unit has a target made of a film formation material containing n-type or p-type impurities and a plasma generator, and can sputter the target to add particles (sputtered particles) of the film formation material containing impurity ions to the film deposited on the workpiece 10. For example, the impurity addition unit may be a Mg film formation unit 40C having a target 42 made of a film formation material containing Mg, or a Si film formation unit 40D having a target 42 made of a film formation material containing Si. The Mg film formation unit 40C and the Si film formation unit 40D have a configuration similar to that of the GaN film formation unit 40A, except for the material of the target 42. That is, the Mg film forming unit 40C and the Si film forming unit 40D are provided with a sputtering source consisting of a target 42, a backing plate 43 and an electrode 44, and a plasma generator consisting of a power supply unit 46 and a sputtering gas inlet unit 49.

このような態様では、GaN膜の成膜時に、GaN成膜処理部40A、窒化処理部50とともに、Mg成膜処理部40Cを稼動させることにより、GaN層にMgイオンを添加したpチャネル(p型半導体)を含む層を成膜することができる。また、GaN膜の成膜時に、GaN成膜処理部40A、窒化処理部50とともに、Si成膜処理部40Dを稼働させることにより、GaN層にSiイオンを添加したnチャネル(n型半導体)を含む層を成膜することができる。 In this embodiment, by operating the Mg film formation unit 40C together with the GaN film formation unit 40A and the nitriding unit 50 during GaN film formation, a layer containing a p-channel (p-type semiconductor) in which Mg ions have been added to the GaN layer can be formed. Furthermore, by operating the Si film formation unit 40D together with the GaN film formation unit 40A and the nitriding unit 50 during GaN film formation, a layer containing an n-channel (n-type semiconductor) in which Si ions have been added to the GaN layer can be formed.

nチャネル、pチャネルを形成するためには、従来は、GaN膜の成膜後、MgやSiのイオンをイオンビーム等のイオン注入装置で注入し、熱処理を行うことによって添加していた。しかし、このような方法では、所定の膜厚になった膜に対してイオン注入するため、注入深さ、注入量(ドーズ量)が、設計値と異なる場合があり、制御が容易ではなかった。本態様によれば、GaN膜が所定の膜厚に到達するまで、GaN膜の堆積と、SiイオンまたはMgイオンの添加を交互に繰り返す。これにより、ターゲット42へ印加する電力と回転テーブル31の回転速度によって、1回転毎に成膜されるGaN層の膜厚に応じたMgイオンやSiイオンの注入深さ、注入量の制御が容易となる。 Conventionally, to form n-channel and p-channel ions, after the GaN film is formed, Mg or Si ions are implanted using an ion implanter such as an ion beam, followed by heat treatment. However, with this method, ions are implanted into a film that has already reached a predetermined thickness, so the implantation depth and implantation amount (dose) may differ from the designed values, making control difficult. According to this embodiment, GaN film deposition and the addition of Si ions or Mg ions are alternately repeated until the GaN film reaches the predetermined thickness. This makes it easy to control the implantation depth and implantation amount of Mg ions and Si ions according to the thickness of the GaN layer formed per rotation by changing the power applied to the target 42 and the rotation speed of the turntable 31.

また、バッファ層、GaN層、nチャネルを含む層、pチャネルを含む層の一連の成膜を、1つのチャンバ20内で行うことができる。このため、nチャネルやpチャネルの形成のために、GaN層の成膜環境とは別の環境に移動させる必要がなくなり、搬送時間の削減や、酸素濃度が調整された空間を別途設ける必要がない。 In addition, a series of depositions of the buffer layer, GaN layer, layer containing an n-channel, and layer containing a p-channel can be performed within a single chamber 20. This eliminates the need to move the layers to an environment separate from the GaN layer deposition environment to form the n-channel and p-channel, reducing transport time and eliminating the need to provide a separate space with an adjusted oxygen concentration.

(2)上記の態様に加えて、図5に示すように、成膜処理部40として、InNを含む成膜材料から成るターゲット42を有するInN成膜処理部40Eを有していてもよい。インジウム(In)単体は融点が低く、実際は固体のターゲット42とするために窒素(N)を添加したInNターゲットとする。InNターゲットが、窒素との結合が不十分なIn原子を含むことは、上記と同様である。 (2) In addition to the above embodiment, as shown in FIG. 5, the film formation processing unit 40 may include an InN film formation processing unit 40E having a target 42 made of a film formation material containing InN. Since indium (In) has a low melting point, an InN target is actually made by adding nitrogen (N) to make a solid target 42. As described above, the InN target contains In atoms that are insufficiently bonded to nitrogen.

このような態様では、GaN膜の成膜時に、GaN成膜処理部40A、窒化処理部50とともに、InN成膜処理部40Eを稼働させることにより、InGaN膜を形成することができる。このInGaN膜は、図6(A)に示すように、LEDの発光層14として機能する。図6(A)は、LEDの積層構造を示し、シリコンのワーク10の上に、バッファ層11、nチャネルを含むGaN層12、バッファ層11、pチャネルを含むGaN層13、発光層14、透明導電膜15が積層されている。透明導電膜15は、ITО(Indium Tin Oxid:酸化インジウムスズ)膜である。なお、電極については図示を省略している。また、図6(B)は、バッファ層11を示す。 In this configuration, an InGaN film can be formed by operating the InN film formation unit 40E together with the GaN film formation unit 40A and nitriding unit 50 during GaN film formation. This InGaN film functions as the light-emitting layer 14 of the LED, as shown in FIG. 6(A). FIG. 6(A) shows the LED's layered structure, in which a buffer layer 11, a GaN layer 12 containing an n-channel, the buffer layer 11, a GaN layer 13 containing a p-channel, a light-emitting layer 14, and a transparent conductive film 15 are stacked on a silicon workpiece 10. The transparent conductive film 15 is an ITO (indium tin oxide) film. Note that electrodes are not shown. FIG. 6(B) also shows the buffer layer 11.

このような態様では、LEDにおけるバッファ層11、nチャネルを含むGaN層12、バッファ層11、pチャネルを含むGaN層13、発光層14の一連の成膜を一つのチャンバ20で行うことができる。このため、発光層14の形成のために、GaN層の成膜環境とは別の環境に移動させることが必要なくなり、搬送時間を削減することができる。または、酸素濃度等を調整された空間を別途設ける必要がなくなる。さらに、発光層14の厚さによって色を変えることができるが、この態様では、厚さの制御が容易となるので、色の異なる発光層14の作成が容易となる。 In this embodiment, the LED's buffer layer 11, GaN layer 12 containing an n-channel, buffer layer 11, GaN layer 13 containing a p-channel, and light-emitting layer 14 can be formed in a single chamber 20. This eliminates the need to move the LED to an environment separate from the GaN layer formation environment to form the light-emitting layer 14, reducing transport time. It also eliminates the need to provide a separate space with an adjusted oxygen concentration, etc. Furthermore, the color can be changed by changing the thickness of the light-emitting layer 14, and in this embodiment, the thickness can be easily controlled, making it easier to create light-emitting layers 14 of different colors.

(3)異なる種類の材料を成膜する成膜処理部に使用する電源は、異なる種類の電源としてもよい。例えば、一方の成膜処理部に使用する電源をDC電源とし、他方の成膜処理部に使用する電源を、パルススイッチを備えるパルス電源としてもよい。この場合、上述のMgイオンの添加を行う場合は、GaN成膜処理部40Aに使用する電源をDC電源とし、Mg成膜処理部40Cに使用する電源をパルス電源としてもよい。或いはSiイオンの添加を行う場合は、GaN成膜処理部40Aに使用する電源をDC電源とし、Si成膜処理部40Dに使用する電源をパルス電源としてもよい。特にHiPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering)を行うよう、短時間にパルス波による大電力を投入するようにパルス幅と電力を設定することにより、高密度プラズマを生成し、スパッタ粒子のイオン化率を飛躍的に高め、より効率的にイオン注入を行うことが可能となる。 (3) Different types of power supplies may be used in the film formation units forming films of different materials. For example, one film formation unit may be a DC power supply, and the other film formation unit may be a pulsed power supply equipped with a pulse switch. In this case, when adding Mg ions as described above, the GaN film formation unit 40A may be a DC power supply, and the Mg film formation unit 40C may be a pulsed power supply. Alternatively, when adding Si ions, the GaN film formation unit 40A may be a DC power supply, and the Si film formation unit 40D may be a pulsed power supply. In particular, by setting the pulse width and power so that a large amount of pulsed power is applied in a short period of time to perform HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering), a high-density plasma can be generated, dramatically increasing the ionization rate of sputtered particles and enabling more efficient ion implantation.

または、同じ種類の材料を成膜する成膜処理部に使用する電源は、異なる種類の電源を組み合わせ、所定のタイミングで切り替えて使用してもよい。例えば、DC電源と、パルススイッチを備えるパルス電源を兼ね備え、所定のタイミングで切り替えて使用してもよい。この場合、GaN膜を成膜する際は、基板または他の種類の膜に接する初期層のみパルス電源を用いて、所定の膜厚成膜後、DC電源での成膜に切り替えてもよい。 Alternatively, the power supplies used in the film deposition processing units depositing films of the same type of material may be a combination of different types of power supplies, which may be switched at a predetermined timing. For example, a DC power supply and a pulsed power supply equipped with a pulse switch may be combined and switched at a predetermined timing. In this case, when depositing a GaN film, the pulsed power supply may be used only for the initial layer that comes into contact with the substrate or other types of film, and after the film has been deposited to a predetermined thickness, the film may be deposited using the DC power supply.

[他の実施形態]
本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
Other Embodiments
Although the embodiments and modifications of each part of the present invention have been described, these embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments described above can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications are included within the scope and spirit of the invention, and are also included in the invention described in the claims.

また、チャンバ20内に設ける成膜処理部40の種類や数、窒化処理部50の数は、上記の態様には限定されない。成膜処理部40を、GaN成膜処理部40Aのみとして、GaN膜を形成する成膜装置1として構成してもよい。また、上記の成膜処理部40に加えて、これと異種のターゲット材による成膜処理部40を追加しても、同種のターゲット材料による成膜処理部を追加しても、窒化処理部50を追加してもよい。例えば、ITОの成膜材料となる酸化インジウムと酸化スズを含むターゲット42を有する成膜処理部40を追加して、ITО膜をチャンバ20内で成膜できるようにしてもよい。この場合、窒化処理部50において、窒素ガスを導入する代わりに酸素ガスを導入して、ITO膜の酸化を補うようにしてもよい。また、例えば、GaN成膜処理部40AとAl成膜処理部40Bと窒化処理部50を同時に稼働させて、GaとAlとNとを含むAlGaN(Aluminum Gallium Nitride)膜を成膜できるようにしてもよい。 The type and number of film formation units 40 and the number of nitriding units 50 provided within the chamber 20 are not limited to the above. The film formation apparatus 1 may be configured with only the GaN film formation unit 40A as the film formation unit 40 for forming a GaN film. Furthermore, in addition to the above-described film formation unit 40, a film formation unit 40 using a different target material, a film formation unit using the same target material, or a nitriding unit 50 may be added. For example, a film formation unit 40 having a target 42 containing indium oxide and tin oxide, which are ITO film formation materials, may be added to form an ITO film within the chamber 20. In this case, oxygen gas may be introduced into the nitriding unit 50 instead of nitrogen gas to compensate for oxidation of the ITO film. For example, the GaN film formation unit 40A, the Al film formation unit 40B, and the nitriding unit 50 may be operated simultaneously to form an AlGaN (aluminum gallium nitride) film containing Ga, Al, and N.

また、不純物添加処理部で添加されるn型不純物またはp型不純物は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、n型不純物としてGeまたはSnも挙げられる。この場合、不純物添加処理部に設けられるターゲットを構成する成膜材料はSiの代わりにGeやSnを含む成膜材料を適用することができる。 Furthermore, the n-type impurities or p-type impurities added in the impurity addition processing unit are not limited to those in the above-described embodiment. For example, n-type impurities can also be Ge or Sn. In this case, the film formation material that constitutes the target provided in the impurity addition processing unit can be a film formation material containing Ge or Sn instead of Si.

1 成膜装置
10 ワーク
11 バッファ層
12 GaN層
13 GaN層
14 発光層
15 透明導電膜
20 チャンバ
20a 天井
20b 内底面
20c 内周面
21 排気口
22 区切部
23 排気部
30 搬送部
31 回転テーブル
32 モータ
33 保持部
34 トレイ
40 成膜処理部
40A GaN成膜処理部
40B Al成膜処理部
40C Mg成膜処理部
40D Si成膜処理部
40E InN成膜処理部
41 処理空間
42 ターゲット
43 バッキングプレート
44 電極
46 電源部
47 ガス導入口
48 配管
49 スパッタガス導入部
50 窒化処理部
51 筒状体
52 窓部材
53 アンテナ
54 RF電源
55 マッチングボックス
56 ガス導入口
57 配管
58 プロセスガス導入部
59 処理空間
60 加熱部
70 移送室
71 ロードロック部
80 予備加熱室
90 冷却室
100 制御装置
1 Film forming apparatus 10 Work 11 Buffer layer 12 GaN layer 13 GaN layer 14 Light emitting layer 15 Transparent conductive film 20 Chamber 20a Ceiling 20b Inner bottom surface 20c Inner peripheral surface 21 Exhaust port 22 Partition section 23 Exhaust section 30 Transport section 31 Rotary table 32 Motor 33 Holding section 34 Tray 40 Film forming processing section 40A GaN film forming processing section 40B Al film forming processing section 40C Mg film forming processing section 40D Si film forming processing section 40E InN film forming processing section 41 Processing space 42 Target 43 Backing plate 44 Electrode 46 Power supply section 47 Gas inlet 48 Piping 49 Sputtering gas inlet 50 Nitriding processing section 51 Cylindrical body 52 Window member 53 Antenna 54 RF power supply 55 Matching box 56 Gas inlet 57 Piping 58 Process gas inlet 59 Processing space 60 Heating section 70, Transfer chamber 71, Load lock section 80, Preheating chamber 90, Cooling chamber 100, Control device

Claims (11)

内部を真空とすることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、ワークを保持し、円周の軌跡で前記ワークを循環搬送する回転テーブルと、
GaNを含む成膜材料から成るターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理部と、
前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、前記GaN成膜処理部において堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理部と、
p型不純物又はn型不純物を含む成膜材料から成るターゲットと、前記p型不純物又はn型不純物を含む成膜材料から成るターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、前記GaN成膜処理部において前記ワークに堆積したGaNを含む成膜材料の粒子に、スパッタリングによりn型不純物またはp型不純物を添加する不純物添加処理部と、
を有し、
前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部、前記不純物添加処理部は、前記循環搬送の経路上に配置され、前記回転テーブルは、前記ワークを前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部、前記不純物添加処理部の順に繰り返し通過させることで、GaN膜の成膜と窒化と不純物の添加が繰り返されるように搬送し、前記ワークに、所定の積層数の、前記n型不純物または前記p型不純物を含むGaNの膜を形成することを特徴とする成膜装置。
a chamber capable of creating a vacuum inside;
a rotary table provided in the chamber, which holds a workpiece and circulates the workpiece along a circular path;
a GaN film formation processing section including a target made of a film formation material containing GaN and a plasma generator for generating plasma from a sputtering gas introduced between the target and the rotary table, and for depositing particles of the film formation material containing GaN by sputtering on the workpiece circulated and transported by the rotary table;
a nitriding unit that nitrides particles of the film-forming material deposited in the GaN film-forming unit on the workpiece circulated and transported by the rotary table;
an impurity addition processing unit including a target made of a film formation material containing p-type impurities or n-type impurities, and a plasma generator for generating plasma from a sputtering gas introduced between the target made of the film formation material containing p-type impurities or n-type impurities and the rotary table, and for adding n-type impurities or p-type impurities by sputtering to particles of the film formation material containing GaN deposited on the workpiece in the GaN film formation processing unit;
and
The GaN film forming unit, the nitriding unit, and the impurity addition unit are arranged on the circulating transport path, and the turntable transports the workpiece so that GaN film formation, nitriding, and impurity addition are repeated by repeatedly passing the workpiece through the GaN film forming unit, the nitriding unit, and the impurity addition unit in that order, thereby forming a GaN film containing the n-type impurity or the p-type impurity on the workpiece with a predetermined number of layers .
前記スパッタガスは、アルゴン単ガスであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The film formation apparatus according to claim 1, characterized in that the sputtering gas is argon gas alone. Alを含む成膜材料から成るターゲットを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりAlを含む成膜材料の粒子を堆積させるAl成膜処理部を有し、
前記窒化処理部は、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、前記Al成膜処理部において堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の成膜装置。
an Al film forming processing unit that has a target made of a film forming material containing Al, and deposits particles of the film forming material containing Al by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table;
3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the nitriding unit nitrides particles of the film forming material deposited in the Al film forming unit onto the workpiece circulated and transported by the rotary table.
前記GaN成膜処理部、前記Al成膜処理部及び前記窒化処理部は、GaN膜及びAlN膜を交互に積層した膜を形成することを特徴とする請求項3記載の成膜装置。 The film formation apparatus of claim 3, characterized in that the GaN film formation processing unit, the Al film formation processing unit, and the nitriding processing unit form a film in which GaN films and AlN films are alternately stacked. 前記不純物添加処理部は、Mgを含む成膜材料から成るターゲットを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりMgを含む成膜材料の粒子を堆積させるMg成膜処理部であって、
前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部及び前記Mg成膜処理部は、GaNにMgを添加した膜を形成することを特徴とする請求項記載の成膜装置。
the impurity addition processing unit has a target made of a film formation material containing Mg, and is an Mg film formation processing unit that deposits particles of the film formation material containing Mg by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table,
2. The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the GaN film forming section, the nitriding section, and the Mg film forming section form a film of GaN doped with Mg.
前記不純物添加処理部は、Siを含む成膜材料から成るターゲットを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりSiを含む成膜材料の粒子を堆積させるSi成膜処理部であって、
前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部及び前記Si成膜処理部は、GaNにSiを添加した膜を形成することを特徴とする請求項記載の成膜装置。
The impurity addition processing unit has a target made of a film formation material containing Si, and is a Si film formation processing unit that deposits particles of the film formation material containing Si by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table,
2. The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the GaN film forming section, the nitriding section, and the Si film forming section form a film of GaN doped with Si.
InNを含む成膜材料から成るターゲットを有し、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりInNを含む成膜材料の粒子を堆積させるInN成膜処理部を有し、
前記GaN成膜処理部、前記窒化処理部及び前記InN成膜処理部は、InGaNの膜を形成することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の成膜装置。
an InN film formation processing unit that has a target made of a film formation material containing InN and deposits particles of the film formation material containing InN by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table;
7. The film forming apparatus according to claim 1 , wherein the GaN film forming section, the nitriding section, and the InN film forming section form an InGaN film.
前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークを、加熱する加熱部を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の成膜装置。 8. The film forming apparatus according to claim 1, further comprising a heating section for heating the workpieces circulated and transported by the rotary table. 前記チャンバ内に搬入される前の前記ワークを加熱する予備加熱室をさらに有することを特徴とする請求項記載の成膜装置。 9. The film forming apparatus according to claim 8 , further comprising a preheating chamber for heating the workpiece before it is carried into the chamber. 前記不純物添加処理部に印加する電力をパルス電源によって印加することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の成膜装置。 10. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the power applied to the impurity doping processing section is applied by a pulse power supply. 内部を真空とすることが可能なチャンバ内において、回転テーブルによってワークを保持して円周の軌跡で循環搬送しながら、前記ワークに成膜する成膜方法であって、
GaNを含む成膜材料から成るターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されるスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有するGaN成膜処理部が、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、スパッタリングによりGaNを含む成膜材料の粒子を堆積させるGaN成膜処理と、
窒化処理部が、前記回転テーブルにより循環搬送される前記ワークに、前記GaN成膜処理部において堆積された前記成膜材料の粒子を窒化させる窒化処理と、
前記GaN成膜処理部において前記ワークに堆積したGaNを含む成膜材料の粒子に、スパッタリングによりn型不純物またはp型不純物を添加する不純物添加処理と、を含み、
前記ワークを循環搬送することで前記GaN成膜処理、前記窒化処理、前記不純物添加処理をこの順で繰り返し処理することで、前記ワークに、所定の積層数の、前記n型不純物または前記p型不純物を含むGaNの膜を形成することを特徴とする成膜方法。
A film forming method in which a workpiece is held by a rotary table and circulated and transported along a circumferential path in a chamber capable of being evacuated, and a film is formed on the workpiece,
a GaN film formation process in which a GaN film formation processing unit having a target made of a film formation material containing GaN and a plasma generator that converts a sputtering gas introduced between the target and the rotary table into plasma deposits particles of the film formation material containing GaN by sputtering on the workpiece that is circulated and transported by the rotary table;
a nitriding process in which particles of the film-forming material deposited in the GaN film-forming process unit are nitrided on the workpiece circulated and transported by the rotary table by a nitriding process unit;
an impurity addition process of adding n-type impurities or p-type impurities by sputtering to particles of the GaN-containing film formation material deposited on the workpiece in the GaN film formation processing unit,
A film formation method characterized by forming a GaN film containing the n-type impurity or the p-type impurity on the workpiece with a predetermined number of layers by repeatedly performing the GaN film formation process, the nitriding process, and the impurity addition process in this order by circulating and transporting the workpiece.
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