特許 6779487 成膜システム、及び半導体膜の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6779487

(24)【登録日】2020年10月16日

(45)【発行日】2020年11月4日

(54)【発明の名称】成膜システム、及び半導体膜の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/32 20060101AFI20201026BHJP

   C23C 14/58 20060101ALI20201026BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20201026BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20201026BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/32 Z

   C23C14/58 Z

   C23C14/06 P

   H01L21/203 S

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-256300(P2016-256300)

(22)【出願日】2016年12月28日

(65)【公開番号】特開2018-109201(P2018-109201A)

(43)【公開日】2018年7月12日

【審査請求日】2019年6月5日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行日 平成２８年６月３０日 刊行物 Ｈｉｇｈ−Ｈａｌｌ−Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ａｌ−Ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔｅｌｌｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ａ Ｗｅｌｌ−Ｄｅｆｉｎｅｄ（０００１） Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌｅｔｔｅｒｓ 〔刊行物等〕 発行日 平成２８年８月１９日 刊行物 Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ａｌ−ｄｏｐｅｄ ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513067727

【氏名又は名称】高知県公立大学法人

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】北見 尚久

(72)【発明者】

【氏名】野本 淳一

(72)【発明者】

【氏名】酒見 俊之

(72)【発明者】

【氏名】山本 哲也

【審査官】 神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２９７４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３５８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９４７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／３２

Ｃ２３Ｃ １４／０６

Ｃ２３Ｃ １４／５８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非単結晶基板上に成膜を行う成膜システムであって、
イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜装置と、
前記第１の成膜装置よりも下流側で成膜を行う第２の成膜装置と、を備え、
前記第１の成膜装置は、前記非単結晶基板上に第１の半導体材料を含み、多結晶配向膜である第１の半導体膜を成膜し、
前記第２の成膜装置は、前記非単結晶基板上の前記第１の半導体膜上に、第２の半導体材料を含み、その配向方向において、前記第１の半導体膜の配向方向と同じ方向に配向秩序を有する第２の半導体膜を成膜する、成膜システム。

【請求項2】

前記第１の半導体膜は、前記第２の半導体膜よりも薄い、請求項１に記載された成膜システム。

【請求項3】

非単結晶基板上に成膜を行う半導体膜の製造方法であって、
イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜工程と、
前記第１の成膜工程の後に成膜を行う第２の成膜工程と、を備え、
前記第１の成膜工程では、前記非単結晶基板上に第１の半導体材料を含み、多結晶配向膜である第１の半導体膜を成膜し、
前記第２の成膜工程では、前記非単結晶基板上の前記第１の半導体膜上に、第２の半導体材料を含み、その配向方向において、前記第１の半導体膜の配向方向と同じ方向に配向秩序を有する第２の半導体膜を成膜する、半導体膜の製造方法。

【請求項4】

非単結晶基板上に成膜を行う半導体膜の製造方法であって、
イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜工程と、
負イオンを照射する負イオン照射工程と、
前記第１の成膜工程の後に成膜を行う第２の成膜工程と、を備え、
前記第１の成膜工程では、前記非単結晶基板上に第１の半導体材料を含む第１の半導体膜を成膜し、
負イオン照射工程では、前記第１の半導体膜を成膜した後、当該第１の半導体膜へ負イオンを照射し、
前記第２の成膜工程では、前記非単結晶基板上の前記第１の半導体膜上に、第２の半導体材料を含む第２の半導体膜を成膜する、半導体膜の製造方法。

【請求項5】

前記第１の成膜工程において、前記第２の半導体膜よりも薄い前記第１の半導体膜が成膜される、請求項４に記載された半導体膜の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜システム、及び成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の成膜方法として、特許文献１に示されるものが知られている。特許文献１では、半導体基板上に半導体膜を成膜することによってＬＥＤ素子を製造することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１４７６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のように、半導体基板上に半導体膜を成膜することで高い配向性や空格子欠陥濃度が低い等の良質な半導体膜を成膜することができる。しかしながら、上述のような半導体基板は、良質な半導体膜を得られる一方、単結晶半導体基板自体が高価であるという問題がある。更に、基板表面の研磨傷及び研磨の際に付着する炭化物等をエッチングして削除する必要があり、プロセスコストが上がる問題もある。

【0005】

そこで本発明は、コストを抑制しつつ良質な半導体膜を得ることができる成膜システム、及び成膜方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る成膜システムは、非単結晶基板上に成膜を行う成膜システムであって、イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜装置と、第１の成膜装置よりも下流側で成膜を行う第２の成膜装置と、を備え、第１の成膜装置は、非単結晶基板上に第１の半導体材料を含む第１の半導体膜を成膜し、第２の成膜装置は、非単結晶基板上の第１の半導体膜上に、第２の半導体材料を含む第２の半導体膜を成膜する。

【0007】

本発明に係る成膜システムでは、第２の成膜装置で第２の半導体膜を形成する前に、第１の成膜装置がイオンプレーティング法により非単結晶基板上に第１の半導体膜を形成する。このように、イオンプレーティング法によって成膜を行うことで、単結晶に近い配向秩序（各結晶子が互いに同一配向秩序）を有する高配向な多結晶膜（単軸結晶テクスチャあるいは１軸結晶テクスチャ膜と呼ばれる）の第１の半導体膜を成膜することができる。このような第１の半導体膜の上に第２の半導体膜を成膜すれば、高配向な第１の半導体膜に沿った第２の半導体膜を得ることができる。従って、第２の成膜装置は、第１の半導体膜上に第２の半導体膜を成膜することにより、非単結晶基板上に直接成膜を行う場合に比して、高配向な第２の半導体膜を得ることができる。このように、単結晶半導体基板に比して安価である非単結晶基板を用いても、第１の成膜装置で第１の半導体膜を成膜することで、第２の半導体膜の膜質を向上できる。つまり、単結晶半導体基板をエッチングして研磨傷や炭化物を除去した後に半導体膜を成膜する従来の手法により得られる半導体膜の高配向性と同等の高配向の半導体膜を得ることができる。以上より、コストを抑制しつつ良質な半導体膜を得ることができる。

【0008】

第１の成膜装置は、第２の半導体膜よりも第１の半導体膜を薄く成膜してよい。このように、薄い第１の半導体膜であっても、十分に第２の半導体膜の膜質を向上できる。

【0009】

成膜システムにおいて、第１の半導体膜は、多結晶配向膜であり、第２の半導体膜は、その成長方向において、第１の半導体膜の成長方向と同じ方向に配向秩序を有してよい。これにより、成膜システムで成膜された第２の半導体膜は、非単結晶基板上に成膜された第１の半導体膜の配向が揃っているため、当該第１の半導体膜に沿って配向が揃う。第２の半導体膜の結晶子が単一の方向へ揃っている事により、ほぼ単結晶（単一配向）な同一配向を有する多結晶膜として扱うことができる。

【0010】

成膜システムは、第１の成膜装置が第１の半導体膜を成膜した後、当該第１の半導体膜へ負イオンを照射する負イオン照射部を更に備えてよい。負イオン照射部が第１の半導体膜へ負イオンを照射することによって、第１の半導体膜の配向秩序を更に良くし、また、第１の半導体膜の原子空孔点欠陥の密度を低減することができる。それにより、第２の半導体膜の膜質を更に向上できる。

【0011】

本発明に係る成膜方法は、非単結晶基板上に成膜を行う成膜方法であって、イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜工程と、第１の成膜工程の後に成膜を行う第２の成膜工程と、を備え、第１の成膜工程では、非単結晶基板上に第１の半導体材料を含む第１の半導体膜を成膜し、第２の成膜工程では、非単結晶基板上の第１の半導体膜上に、第２の半導体材料を含む第２の半導体膜を成膜する。

【0012】

この成膜方法によれば、上述の成膜システムと同様な作用・効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、コストを抑制しつつ良質な半導体膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る成膜システムを示す概念図である。

【図2】実施形態及び比較例において、非単結晶基板上に成膜される膜の構成を示す断面図である。

【図3】実施形態及び比較例における膜の結晶構造の概念図である。

【図4】第１の成膜装置の構成を示す概略断面図である。

【図5】第１の成膜装置の構成を示す概略断面図である。

【図6】第２の成膜装置の構成を示す概略断面図である。

【図7】比較例及び実施例の膜の透過型電子顕微鏡の画像である。

【図8】比較例及び実施例の膜のＸ線回折測定法を用いた測定によって得られた逆格子マップを示す。

【図9】比較例及び実施例の膜の結晶の配向面の傾きの分布を示す図である。

【図10】比較例及び実施例の膜の電気的特性を示すグラフである。

【図11】比較例及び実施例の膜の電気的特性を示すグラフである。

【図12】ＺｎＯの結晶格子を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜システムについて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る成膜システムを示す概念図である。また、図２は、非単結晶基板上に成膜される膜の構成を示す断面図であり、図２（ａ）が図１に示す成膜システムで成膜される膜の構成を示し、図２（ｂ）が比較例に係る成膜システムで成膜される膜の構成を示す。図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る成膜システム１００は、イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜装置１と、第１の成膜装置１よりも下流側で成膜を行う第２の成膜装置２と、を備えている。第１の成膜装置１と第２の成膜装置２とは、搬送装置などによって互いに接続されており、非単結晶基板３が自動的に搬送されてもよいが、作業者が手で搬送してもよい。

【0017】

図２（ａ）に示すように、成膜システム１００は、非単結晶基板３上に第１の半導体膜４を形成し、当該第１の半導体膜４の上に第２の半導体膜５を成膜する。第１の半導体膜４は、第２の半導体膜５の下地層として、第２の半導体膜５の結晶面配向を整える機能を有する。なお、このように非単結晶基板３及び第１の半導体膜４上に形成された第２の半導体膜５は、水素センサ用感材膜、発光ダイオード発光層膜、シリコンヘテロ接合型太陽電池用窓層、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池用窓層、パワーエレクトロニクス用半導体層、近赤外領域波長通信用プラズモニクス材料層、及び抗菌・殺菌機能性膜等として用いられる。

【0018】

第１の成膜装置１は、非単結晶基板３上に第１の半導体材料を含む第１の半導体膜４を成膜する。第１の成膜装置１の成膜方法として、イオン化した金属を対象物の表面に蒸着させるイオンプレーティング法が採用される。第１の半導体材料として、Ｇａ添加ＺｎＯ（ＧＺＯ）が採用される。その他、第１の半導体材料として、Ｂ（ホウ素）添加ＺｎＯ、Ａｌ（アルミニウム）添加ＺｎＯ、Ｉｎ（インジウム）添加ＺｎＯ、遷移金属添加ＺｎＯ、ＧａＮ（窒化ガリウム）、金属元素添加ＧａＮ、Ｇａ２０３（酸化ガリウム）等の金属酸化物、金属窒化物、及び金属酸化窒化物（例: ＣｒＯＮ等）等を採用してもよい。非単結晶基板３として、ガラス基板、樹脂基板、非単結晶半導体の基板など、単結晶半導体以外の材質からなる基板を採用してよい。非単結晶基板３としてガラスを板状に形成したガラス基板を採用してよい。ガラス基板の材質として用いられるガラスの種類は特に限定されず、青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス、及び石英ガラス等の種類のガラスが適用されてよい。樹脂基板及び非単結晶半導体基板の例として、シートポリマー（アクリル樹脂やシクロオレフィンポリマーなど）、フレキシブルポリマーフィルム（ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等）が挙げられる。第１の成膜装置１は、第２の半導体膜５よりも第１の半導体膜４を薄く成膜させる。具体的に、第１の半導体膜４の厚みは、例えば５０ｎｍ以下であってよく、更に１０ｎｍ以下であってもよい。なお、第１の半導体膜４の厚みの下限値は特に限定されないが、例えば、第１の半導体膜４の厚みを２ｎｍ以上としてよい。第１の半導体膜４の厚みは、第２の半導体膜５の機能に影響が出ない範囲で、より薄くすることが望ましい。

【0019】

また、成膜システム１００は、第１の成膜装置１が第１の半導体膜４を成膜した後、当該第１の半導体膜４へ負イオンを照射する負イオン照射部２４を更に備える。本実施形態では、負イオン照射部２４は、第１の成膜装置１に組み込まれており、第１の成膜装置１が、第１の半導体膜４と、当該第１の半導体膜４への負イオンの照射とを、行うことができる。ただし、負イオン照射部２４は、第１の成膜装置１に組み込まれていなくともよく、第１の成膜装置１とは別体の装置として構成されていてもよい。負イオンは、電子親和力が正の物質であり、酸素の負イオンを採用してよい。また、負イオンとして、原子では、Ｈ、Ｃ、Ｏ、Ｆ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ等を、分子では、Ｏ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、ＣＨ、ＯＨ、ＣＮ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＮＨ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２、ＣＣｌ_４、及びＳＦ_６等の負イオンを採用してもよい。照射される負イオンは、第１の半導体膜４又は第２の半導体膜５中に含まれている元素と同じ元素に限定されるものではなく、異なる元素としてもよい。負イオン照射部２４が第１の半導体膜４に対してどの程度の量の負イオンを照射するかは特に限定されないが、例えば、被照射膜に対して１×１０^１９ｃｍ^−３以上の量の負イオンを照射してよい。また、負イオンの照射量は、表面析出あるいは粒界析出するほどの量としてもよい。この場合、照射された負イオンは、第１の半導体膜４から第２の半導体膜に対して拡散し、有効なドーパントとして機能する。なお、負イオン照射部２４の詳細な構成は、第１の成膜装置１の説明と合わせて後述する。

【0020】

第２の成膜装置２は、非単結晶基板３上の第１の半導体膜４上に、第２の半導体材料を含む第２の半導体膜５を成膜する。第２の成膜装置２の成膜方法として、スパッタリング法を採用してよい。スパッタリング法は、第２の半導体材料をターゲットとして真空チャンバー内に設置し、ターゲット表面にイオン化させた希ガス元素などを衝突させて第２の半導体材料の原子をはじき出し、対象物の表面に付着させる方法である。ただし、第２の成膜装置２の成膜方法はスパッタリング法に限定されず、分子線エキタキシー（ＭＢＥ）法、電子ビーム蒸着法など、種々の成膜方法を採用してよい。第２の半導体材料として、Ａｌ添加ＺｎＯ（ＡＺＯ）が採用される。その他、第２の半導体材料として、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｂ（ホウ素）添加ＺｎＯ、Ａｌ（アルミニウム）添加ＺｎＯ、Ｉｎ（インジウム）添加ＺｎＯ、遷移金属添加ＺｎＯ、ＧａＮ（窒化ガリウム）、金属元素添加ＧａＮ、Ｇａ_２Ｏ_３（酸化ガリウム）など金属酸化物、金属窒化物、及び金属窒酸化窒化物等を採用してよい。第２の半導体膜５の厚みは特に限定されないが、例えば５０ｎｍ以上とすることができる。

【0021】

（第１の成膜装置１）
次に、図４及び図５を参照して、第１の成膜装置１の構成の一例について説明する。図４及び図５に示すように、第１の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図４及び図５には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する非単結晶基板３が搬送される方向である。Ｘ軸方向は、非単結晶基板３と後述するハース機構とが対向する位置である。Ｚ軸方向は、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに直交する方向である。

【0022】

第１の成膜装置１は、非単結晶基板３の板厚方向が水平方向（図４及び図５ではＸ軸方向）となるように、非単結晶基板３を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、非単結晶基板３が真空チャンバー１０内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置である。この場合には、Ｘ軸方向は水平方向且つ非単結晶基板３の板厚方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向となる。なお、第１の成膜装置１は、非単結晶基板３の板厚方向が略鉛直方向となるように非単結晶基板３が真空チャンバー内に配置されて搬送されるいわゆる横型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｚ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｘ軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。以下、縦型の成膜装置を例として説明する。

【0023】

第１の成膜装置１は、真空チャンバー１０、搬送機構１３、成膜部１４、負イオン照射部２４、及び磁場発生コイル３０を備えている。

【0024】

真空チャンバー１０は、非単結晶基板３を収納し成膜処理を行う。真空チャンバー１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される非単結晶基板３を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマ源７からビーム状に照射されるプラズマＰを真空チャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に（Ｙ軸に）沿って設定されている。また、真空チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

【0025】

成膜室１０ｂは、壁部１０ｗとして、搬送方向（矢印Ａ）に沿った一対の側壁と、搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ，１０ｉと、Ｘ軸方向と交差して配置された底面壁１０ｊと、を有する。

【0026】

搬送機構１３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で非単結晶基板３を保持する非単結晶基板保持部材１６を搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。例えば非単結晶基板保持部材１６は、非単結晶基板３の外周縁を保持する枠体である。搬送機構１３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ１５によって構成されている。搬送ローラ１５は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔に配置され、非単結晶基板保持部材１６を支持しつつ搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。なお、非単結晶基板３は、例えば非単結晶基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。

【0027】

続いて、成膜部１４の構成について詳細に説明する。成膜部１４は、イオンプレーティング法により成膜材料Ｍａの粒子を非単結晶基板３に付着させる。成膜部１４は、プラズマ源７と、ステアリングコイル２５と、ハース機構２２と、輪ハース６とを有している。

【0028】

プラズマ源７は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁に設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜室１０ｂに接続されている。プラズマ源７は、真空チャンバー１０内でプラズマＰを生成する。プラズマ源７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へビーム状に出射される。これにより、成膜室１０ｂ内にプラズマＰが生成される。

【0029】

プラズマ源７は、陰極６０により一端が閉塞されている。陰極６０とプラズマ口１０ｃとの間には、第１の中間電極（グリッド）６１と、第２の中間電極（グリッド）６２とが同心的に配置されている。第１の中間電極６１内にはプラズマＰを収束するための環状永久磁石６１ａが内蔵されている。第２の中間電極６２内にもプラズマＰを収束するため電磁石コイル６２ａが内蔵されている。なお、プラズマ源７は、後述する負イオン照射部２４としての機能も有する。この詳細については、負イオン照射部２４の説明において後述する。

【0030】

ステアリングコイル２５は、プラズマ源が装着されたプラズマ口１０ｃの周囲に設けられている。ステアリングコイル２５は、プラズマＰを成膜室１０ｂ内に導く。ステアリングコイル２５は、ステアリングコイル用の電源（不図示）により励磁される。

【0031】

ハース機構２２は、成膜材料Ｍａを保持する。ハース機構２２は、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構１３から見てＸ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２２は、プラズマ源７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマ源７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース１７を有している。

【0032】

主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＸ軸方向の正方向に延びた筒状の充填部１７ａと、充填部１７ａから突出したフランジ部１７ｂとを有している。主ハース１７は、真空チャンバー１０が有する接地電位に対して正電位に保たれているため、プラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース１７の充填部１７ａには、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ｃが形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔１７ｃの一端において成膜室１０ｂに露出している。

【0033】

成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰが照射されると、プラズマＰからの電流によって主ハース１７が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発又は昇華し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子（蒸発粒子）Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発又は昇華し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＸ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において非単結晶基板３の表面に付着する。成膜材料Ｍａとして前述の第１の半導体材料が採用される。第１の半導体材料として例示されたＧＺＯは導電性の材料である。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａがハース機構２２に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａがハース機構２２のＸ負方向側から順次押し出される。

【0034】

輪ハース６は、プラズマＰを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７の充填部１７ａの周囲に配置されている。輪ハース６は、環状のコイル９と環状の永久磁石部２０と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部２０は容器１２に収容されている。本実施形態では、搬送機構１３から見てＸ負方向にコイル９、永久磁石部２０の順に設置されているが、Ｘ負方向に永久磁石部２０、コイル９の順に設置されていてもよい。輪ハース６は、コイル９に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマＰの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマＰの向きを制御する。

【0035】

続いて、負イオン照射部２４の構成について詳細に説明する。負イオン照射部２４は、プラズマ源７と、原料ガス供給部４０と、制御部５０と、回路部３４とを有している。なお、制御部５０及び回路部３４に含まれる一部の機能は、前述の成膜部１４にも属する。

【0036】

プラズマ源７は、前述の成膜部１４が有するプラズマ源７と同様のものが用いられる。すなわち、本実施形態において、成膜部１４のプラズマ源７は、負イオン照射部２４のプラズマ源７と兼用されている。プラズマ源７は、成膜部１４として機能すると共に、負イオン照射部２４としても機能する。なお、成膜部１４と負イオン照射部２４とで、互いに異なる別箇のプラズマ源を有していてもよい。

【0037】

プラズマ源７は、成膜室１０ｂ内において間欠的にプラズマＰを生成する。具体的には、プラズマ源７は、後述の制御部５０によって成膜室１０ｂ内において間欠的にプラズマＰを生成するように制御されている。この制御については、後述の制御部５０の説明において詳述する。

【0038】

原料ガス供給部４０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。原料ガス供給部４０は、成膜室１０ｂの側壁（例えば、側壁１０ｈ）に設けられたガス供給口４１を通し、真空チャンバー１０内へ酸素負イオンの原料ガスである酸素ガスを供給する。原料ガス供給部４０は、例えば成膜処理モードから酸素負イオン生成モードに切り替わると、酸素ガスの供給を開始する。また、原料ガス供給部４０は、成膜処理モード及び酸素負イオン生成モードの両方において酸素ガスの供給を行い続けてもよい。

【0039】

ガス供給口４１の位置は、成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの境界付近の位置が好ましい。この場合、原料ガス供給部４０からの酸素ガスを、成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの境界付近に供給することができるので、当該境界付近において後述する酸素負イオンの生成が行われる。よって、生成した酸素負イオンを、搬送室１０ａにおける非単結晶基板３に好適に付着させることができる。なお、ガス供給口４１の位置は、成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの境界付近に限られない。

【0040】

制御部５０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。制御部５０は、回路部３４が有する切替部を切り替える。この制御部５０による切替部の切り替えについては、以下、回路部３４の説明と併せて詳述する。

【0041】

回路部３４は、可変電源８０と、第１の配線７１と、第２の配線７２と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４と、短絡スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、を有している。

【0042】

可変電源８０は、接地電位にある真空チャンバー１０を挟んで、負電圧をプラズマ源７の陰極６０に、正電圧をハース機構２２の主ハース１７に印加する。これにより、可変電源８０は、プラズマ源７の陰極６０とハース機構２２の主ハース１７との間に電位差を発生させる。

【0043】

第１の配線７１は、プラズマ源７の陰極６０を、可変電源８０の負電位側と電気的に接続している。第２の配線７２は、ハース機構２２の主ハース１７（陽極）を、可変電源８０の正電位側と電気的に接続している。

【0044】

抵抗器Ｒ１は、一端がプラズマ源７の第１の中間電極６１と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ１は、第１の中間電極６１と可変電源８０との間において直列接続されている。

【0045】

抵抗器Ｒ２は、一端がプラズマ源７の第２の中間電極６２と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ２は、第２の中間電極６２と可変電源８０との間において直列接続されている。

【0046】

抵抗器Ｒ３は、一端が成膜室１０ｂの壁部１０ｗと電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ３は、成膜室１０ｂの壁部１０ｗと可変電源８０との間において直列接続されている。

【0047】

抵抗器Ｒ４は、一端が輪ハース６と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ４は、輪ハース６と可変電源８０との間において直列接続されている。

【0048】

短絡スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれ前述の制御部５０からの指令信号を受信することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態に切り替えられる切替部である。

【0049】

短絡スイッチＳＷ１は、抵抗器Ｒ２に並列接続されている。短絡スイッチＳＷ１は、成膜処理モードであるか酸素負イオンモードであるかに応じて、制御部５０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。短絡スイッチＳＷ１は、成膜処理モードにおいてはＯＦＦ状態とされる。これにより、成膜処理モードにおいては、第２の中間電極６２と可変電源８０とが抵抗器Ｒ２を介して互いに電気的に接続されるので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間には電流が流れにくい。その結果、プラズマ源７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射され、成膜材料Ｍａに入射する（図４参照）。

【0050】

一方、短絡スイッチＳＷ１は、酸素負イオン生成モードにおいては、プラズマ源７からのプラズマＰを真空チャンバー１０内で間欠的に生成するため、制御部５０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が所定間隔で切り替えられる。短絡スイッチＳＷ１がＯＮ状態に切り替えられると、第２の中間電極６２と可変電源８０との間の電気的な接続が短絡するので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間に電流が流れる。すなわち、プラズマ源７に短絡電流が流れる。その結果、プラズマ源７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射されなくなる。

【0051】

短絡スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられると、第２の中間電極６２と可変電源８０とが抵抗器Ｒ２を介して互いに電気的に接続されるので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間には電流が流れにくい。その結果、プラズマ源７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射される。このように、短絡スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が制御部５０によって所定間隔で切り替えられることにより、プラズマ源７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内において間欠的に生成される。すなわち、短絡スイッチＳＷ１は、真空チャンバー１０内へのプラズマＰの供給と遮断とを切り替える切替部である。

【0052】

短絡スイッチＳＷ２は、抵抗器Ｒ４に並列接続されている。短絡スイッチＳＷ２は、例えば成膜処理モードになる前の非単結晶基板３の搬送前の状態であるスタンバイモードであるか成膜処理モードであるかに応じて、制御部５０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。短絡スイッチＳＷ２は、スタンバイモードではＯＮ状態とされる。これにより、輪ハース６と可変電源８０との間の電気的な接続が短絡するので、主ハース１７よりも輪ハース６に電流を流しやすくなり、成膜材料Ｍａの無駄な消費を防ぐことができる。

【0053】

一方、短絡スイッチＳＷ２は、成膜処理モードではＯＦＦ状態とされる。これにより、輪ハース６と可変電源８０が抵抗器Ｒ４を介して電気的に接続されるので、輪ハース６よりも主ハース１７に電流を流しやすくなり、プラズマＰの出射方向を好適に成膜材料Ｍａに向けることができる。なお、短絡スイッチＳＷ２は、酸素負イオン生成モードではＯＮ状態又はＯＦＦ状態のいずれの状態とされてもよい。

【0054】

磁場発生コイル３０は、真空チャンバー１０内であって、成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの間に設けられている。磁場発生コイル３０は、例えばハース機構２２と搬送機構１３との間に配置されている。より具体的には、磁場発生コイル３０は、成膜室１０ｂの搬送室１０ａ側の端部と、搬送室１０ａの成膜室１０ｂ側の端部とに介在するように位置している。磁場発生コイル３０は、互いに対向する一対のコイル３０ａ，３０ｂを有している。各コイル３０ａ，３０ｂは、例えば成膜室１０ｂから搬送室１０ａへ向かう方向（ハース機構２２から搬送機構１３へ向かう方向）に交差する方向で互いに対向している。

【0055】

磁場発生コイル３０は、成膜処理モードにおいては励磁されず、酸素負イオン生成モードにおいて磁場発生コイル３０用の電源（不図示）により励磁される。ここで、成膜処理モードとは、真空チャンバー１０内で非単結晶基板３に対して成膜処理を行うモードである。酸素負イオン生成モードは、真空チャンバー１０内で非単結晶基板３に形成された膜の表面に付着させるための酸素負イオンの生成を行うモードである。磁場発生コイル３０は、酸素負イオン生成モードにおいて励磁されることにより、成膜室１０ｂから搬送室１０ａへ向かう方向（ハース機構２２から搬送機構１３へ向かう方向）と交差する方向に伸びる磁力線を有する封止磁場Ｍを真空チャンバー１０内に形成する（図５参照）。磁場発生コイル３０は、このような封止磁場Ｍを発生させることにより、成膜室１０ｂ内の電子が搬送室１０ａ内へ流入するのを抑制する。封止磁場Ｍが有する磁力線は、例えば非単結晶基板３の搬送方向（矢印Ａ）に略平行な方向に伸びる部分を有していてもよい。なお、磁場発生コイル３０用の電源のＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えは、後述する制御部５０によって制御されてもよい。磁場発生コイル３０は、成膜材料Ｍａが堆積しないようケース３１で覆われている。なお、磁場発生コイル３０はケース３１で覆われていなくてもよい。

【0056】

（第２の成膜装置２）
図６は、第２の成膜装置２の概略構成図である。図６では、第２の成膜装置２の成膜方法としてスパッタリング法を採用した場合の構成が例示されている。図６に示されるように、第２の成膜装置２は、スパッタリング法によって、非単結晶基板３上に第２の半導体膜５を成膜する。なお、ここでの非単結晶基板３の表面には第１の半導体膜４が形成されているが、以降の説明においては、単に「非単結晶基板３」と称する。第２の成膜装置２は、真空チャンバ１０２と、真空チャンバ１０２内に設けられたターゲット１０３と、放電によってプラズマを発生させる電力源１０６と、非単結晶基板３を加熱する加熱部１１８と、第２の成膜装置２の制御を行う制御部１３０と、を備えている。第２の成膜装置２は、真空中で希薄アルゴン雰囲気下でプラズマを発生させて、プラズマ中のプラスイオンを成膜材料（ターゲット１０３）に衝突させることで金属原子をはじき出し、非単結晶基板３上に付着させて成膜を行うものである。

【0057】

真空チャンバ１０２は、非単結晶基板３を収容可能な容器であって、スパッタリングが行われるスパッタ室１０７と、スパッタ室１０７の前段側に隣接する排気室１０８と、スパッタ室１０７の後段側に隣接するベント室１０９とを有する。真空チャンバ１０２は非単結晶基板３を配置可能であって、配置された非単結晶基板３を所定の搬送方向Ａに搬送可能な非単結晶基板配置部１２０が設けられている。非単結晶基板配置部１２０は、搬送方向Ａに沿って複数設けられる搬送ローラ１１１を備えている。非単結晶基板３は、搬送ローラ１１１上に載置されると共に、搬送ローラ１１１により搬送方向Ａに搬送される。なお、非単結晶基板３は、搬送トレイ上に載せられた状態にて、非単結晶基板配置部１２０に配置されてもよい。

【0058】

ターゲット１０３は、成膜材料又は成膜材料の一部（組成材料）から成る平板状の部材である。なお、ターゲット１０３として、円筒状の部材を用いることもできる。ターゲット１０３は、スパッタ室１０７内において非単結晶基板３に対向して配置されている。ターゲット１０３は、非単結晶基板配置部１２０と対向する（非単結晶基板３と対向する）表面１０３ａと、反対側の裏面１０３ｂと、を有している。ターゲット１０３と非単結晶基板３との間には、スパッタリング空間Ｃが形成される。ターゲット１０３は、第２の半導体材料の粉を焼成することによって形成されている。

【0059】

また、第２の成膜装置２は、スパッタ室１０７、排気室１０８、及びベント室１０９の各室に接続されて、各室内を真空引きするためのターボ分子ポンプ（Ｔｕｒｂｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｕｍｐ；ＴＭＰ）１１２と、スパッタ室１０７、排気室１０８、及びベント室１０９の各室間、排気室１０８の入口部、及びベント室１０９の出口部に設けられたゲートバルブ１１３と、排気室１０８及びベント室１０９のそれぞれに接続されたドライポンプ１１４と、を備えている。

【0060】

更に、第２の成膜装置２は、雰囲気ガスである不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを内部に充填したアルゴンボンベ１１６と、アルゴンボンベ１１６内のアルゴンガスを所定の流量でスパッタ室１０７内に供給するガス流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ；Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１７とを備えている。なお、雰囲気ガスとして、キセノン（Ｘｅ）やクリプトン（Ｋｒ）を使用してもよい。また、第２の成膜装置２は、酸素ガスを内部に充填した酸素ボンベ１２２と、酸素ボンベ１２２内の酸素ガスを所定の流量でスパッタ室１０７内に供給するガス流量制御器であるマスフローコントローラ１２１とを備えている。

【0061】

真空チャンバ１０２内であって非単結晶基板３の下方（成膜面の裏側）には、ヒーターによって構成される加熱部１１８が搬送方向Ａに並設されている。加熱部１１８は、スパッタ室１０７、排気室１０８、及びベント室１０９の各室に設けられているが、一部の加熱部１１８を省略してもよい。また、真空チャンバ１０２内における加熱部１１８の取付位置も特に限定されず、非単結晶基板３を加熱することができれば、どこに配置してもよい。

【0062】

電力源１０６は、ターゲット１０３に電力を供給して放電を起こすためのものである。電力源１０６は、ＤＣ電源及び高周波電源を備えている。高周波電源は、ＤＣ電源３３が供給する電力に高周波を重畳することができる。高周波電源３６の周波数は１３〜４１ＭＨｚである。

【0063】

上述のような成膜システム１００を用いた成膜方法について説明する。成膜方法は、イオンプレーティング法により成膜を行う第１の成膜工程と、第１の成膜工程の後に成膜を行う第２の成膜工程と、を備える。第１の成膜工程では、非単結晶基板３上に第１の半導体材料を含む第１の半導体膜４を成膜する。第２の成膜工程では、非単結晶基板３上の第１の半導体膜４上に、第２の半導体材料を含む第２の半導体膜５を成膜する。なお、第１の成膜工程と第２の成膜工程との間に、第１の半導体膜４へ負イオンを照射する負イオン照射工程が実行される。

【0064】

次に、本実施形態に係る成膜システム１００、及び成膜方法の作用・効果について説明する。

【0065】

まず、比較例として、図２（ｂ）に示すように、非単結晶基板３上に直接第２の半導体膜５を成膜するような成膜システムについて説明する。非単結晶基板３は、シリコンウェハやサファイアなどの半導体基板に比して安価な基板である。しかしながら、それらの半導体基板とは異なり、非単結晶基板３は良好な結晶配向で構成された基板ではないため、当該非単結晶基板３上にスパッタリング法やその他の成膜方法で第２の半導体膜５を成膜しても、配向が揃っていない多結晶（混合配向）な構造となる。例えば図３（ｂ）に示すように、結晶子５ａが細かく多方向に配向するような構成となる。当該構成では向きが揃っていない粒界が多数形成される。このような第２の半導体膜５を電子Ｅが通過する場合、結晶子内を通過することによる散乱に加え、粒界で発生する散乱の影響が出る。

【0066】

これに対し、本実施形態に係る成膜システム１００では、第２の成膜装置２で第２の半導体膜５を形成する前に、第１の成膜装置１がイオンプレーティング法により非単結晶基板３上に第１の半導体膜４を形成する。このように、イオンプレーティング法によって第１の半導体材料を含む第１の半導体膜４を成膜することにより、当該第１の半導体膜４を単結晶に近い配向秩序（各結晶子が互いに同一配向秩序）を有する高配向な多結晶膜（単軸結晶テクスチャあるいは１軸結晶テクスチャ膜と呼ばれる）とすることができる。このような第１の半導体膜４の上に第２の半導体膜５を成膜すれば、高配向な第１の半導体膜４に沿った第２の半導体膜５を得ることができる。従って、第２の成膜装置２は、第１の半導体膜４上に第２の半導体膜５を成膜することにより、非単結晶基板３上に直接成膜を行う比較例に比して、高配向な第２の半導体膜５を得ることができる。このように、単結晶半導体基板に比して安価である非単結晶基板３を用いても、第１の成膜装置１で第１の半導体膜４を成膜することで、第２の半導体膜５の膜質を向上できる。つまり、単結晶半導体基板をエッチングして研磨傷や炭化物を除去した後に半導体膜を成膜する従来の手法により得られる半導体膜の高配向性と同等の高配向の半導体膜を得ることができる。以上より、コストを抑制しつつ良質な半導体膜を得ることができる。また、本実施形態に係る成膜方法も、当該成膜システム１００と同様な作用・効果を得ることができる。

【0067】

第１の半導体膜４は、多結晶配向膜であり、第２の半導体膜５は、その成長方向において、第１の半導体膜４の成長方向と同じ方向に配向秩序を有する。例えば、図３（ａ）に示すように、成膜システム１００で成膜された第２の半導体膜５は、非単結晶基板３上に成膜された第１の半導体膜４の配向が揃っているため、当該第１の半導体膜４に沿って配向が揃っている。第２の半導体膜５の結晶子５ａが単一の方向へ揃っている事により、ほぼ単結晶（単一配向）な同一配向を有する多結晶膜として扱うことができる。このような良好な膜質の第２の半導体膜５では、粒界における散乱を限りなく零にすることが可能であり、高キャリア移動度を実現することができる。

【0068】

更に、比較例として、高品質なシリコンやサファイア基板の上に格子整合用のバッファ層（ＺｎＯの層）を形成する物があるが、当該バッファ層を形成する際は、単にバッファ層を成膜するだけでなく、例えば、６００℃以上の高温でバッファ層をアニールする必要がある。本実施形態に係るイオンプレーティング法による第１の成膜装置１での成膜温度は約２００℃程度でよいため、アニール装置等を設ける必要が無いため、ラインプロセス上においても、取り扱い性が向上する。

【0069】

また、第１の成膜装置１は、第２の半導体膜５よりも第１の半導体膜４を薄く成膜する。すなわち、第１の半導体膜４は、その上面に形成される第２の半導体膜５の配向を整える機能を有するものであるため、当該機能を果たすことができる限り、極力薄くしてもよい。このように、薄い第１の半導体膜４であっても、十分に第２の半導体膜５の膜質を向上できる。

【0070】

また、成膜システム１００は、第１の成膜装置１が第１の半導体膜４を成膜した後、当該第１の半導体膜４へ負イオンを照射する負イオン照射部２４を更に備えている。負イオン照射部２４が第１の半導体膜４へ負イオンを照射することによって、第１の半導体膜４の配向秩序を更に良くし、また、第１の半導体膜４の原子空孔点欠陥の密度を低減することができる。それにより、第２の半導体膜５の膜質を更に向上できる。

【0071】

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

【0072】

例えば、図１では、第１の成膜装置１と第２の成膜装置２がラインで接続されているように記載されているが、第１の成膜装置１と第２の成膜装置２は互いに別の施設に設けられても良い。すなわち、第１の成膜装置１で成膜した非単結晶基板３を別の施設へ運んだ上で第２の成膜装置２で成膜してよい。

【0073】

また、図４〜図６で示された成膜装置の構成は一例に過ぎず、主旨を逸脱しない範囲で他の構成を採用してもよい。

【0074】

なお、非単結晶基板ではなく、単結晶半導体の基板を用いて、第１の成膜装置により単結晶半導体の基板上に第１の半導体膜を成膜し、第２の成膜装置により単結晶半導体の基板上の第１の半導体膜上に、第２の半導体膜を成膜することで、従来の手法と比較してプロセス温度を各段に下げることができるメリットがある。

【0075】

［実施例］
以下、実施例に基づいて本発明の一形態に係る成膜システムを具体的に説明するが、成膜システムの構成は下記の実施例に限定されるものではない。

【0076】

（比較例１）
比較例１に係る成膜システムとして、第２の成膜装置のみを備えたものを用いた。比較例１に係る成膜システムによって、非単結晶基板上に第２の半導体膜を直接成膜した。第２の成膜装置の成膜方式として、ＤＣ−マグネトロンスパッタを採用した。第２の半導体材料として、Ａｌ添加ＺｎＯを採用した。第２の半導体膜の厚みを５００ｎｍとした。非単結晶基板として、無アルカリガラス（コーニング社イーグル-ＸＧ）のガラス基板を用いた。以下に第２の成膜装置の各種条件を示す。
＜第２の成膜装置（ＤＣ−マグネトロンスパッタ）の機種＞
ＵＬＶＡＣ ＣＳ−Ｌ
＜成膜条件＞
・プロセスガス：アルゴンガス
・圧力：１Ｐａ
・基板温度：２００℃
・電力：２００Ｗ

【0077】

（比較例２）
比較例２に係る成膜システムとして、第２の成膜装置の上流側で、非単結晶基板に対してスパッタリング法によりバッファ層を成膜する第３の成膜装置と、第２の成膜装置と、を備えたものを用いた。第３の成膜装置の成膜方式として、ＲＦ−マグネトロンスパッタを採用した。第３の成膜装置は、バッファ層の半導体材料として、Ｇａ添加ＺｎＯを採用した。バッファ層の厚みを１０ｎｍとした。第２の成膜装置は、当該バッファ層の上に厚み４９０ｎｍの第２の半導体膜を成膜した。第２の成膜装置による成膜の他の条件は比較例１と同様とした。以下に第３の成膜装置の各種条件を示す。
＜第３の成膜装置（ＲＦ−マグネトロンスパッタ）の機種＞
ＵＬＶＡＣ ＣＳ−Ｌ
＜成膜条件＞
・プロセスガス：アルゴンガス
・圧力：１Ｐａ
・基板温度：２００℃
・電力：２００Ｗ

【0078】

（実施例）
実施例に係る成膜システムとして、第２の成膜装置の上流側で、非単結晶基板に対して第１の半導体層を成膜するイオンプレーティング法による第１の成膜装置と、第２の成膜装置と、を備えたものを用いた。第１の成膜装置は、第１の半導体層の半導体材料として、Ｇａ添加ＺｎＯを採用した。第１の半導体層の厚みを１０ｎｍとした。第２の成膜装置は、当該バッファ層の上に厚み４９０ｎｍの第２の半導体膜を成膜した。第２の成膜装置による成膜の他の条件は比較例１と同様とした。以下に第１の成膜装置の各種条件を示す。
＜第１の成膜装置（イオンプレーティング法）の機種＞
住友重機械工業株式会社製ＲＰＤ装置
＜成膜条件＞
・放電電流１５０Ａ
・全圧：０．３Ｐａ（プロセスガスはアルゴンガス及び酸素ガスであって、酸素比が約７％）

【0079】

（断面の観察）
比較例１、比較例２、実施例で得られた膜の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の画像を参照して、各膜の断面の観察を行った。断面の画像の一例を図７に示す。図７の上段では、半導体膜全体の断面を示し、図７の下段では、第２の半導体膜の下端近傍における半導体膜の拡大断面を示している。なお、図７の下段の画像の一点鎖線は、第１の半導体層又は第２の半導体層と非単結晶基板との境界を示している。図７（ａ）に示すように、比較例１においては、非単結晶基板３近傍において、結晶が揃っていないことが理解される。図７（ｂ）に示すように、比較例２においては、比較例１に比して結晶が揃っているが、実施例に比して結晶子内において結晶配列が斜めに変わっていることが確認できる。図７（ｃ）に示すように、実施例においては、高配向の第１の半導体膜４を有することで、各比較例に比して結晶が揃っていることが理解される。以上のように、実施例のように第１の半導体膜を非単結晶基板上に成膜しておくことで、第２の半導体膜の結晶を揃えることが観察できた。

【0080】

（Ｘ線回折による測定）
比較例１、比較例２、実施例で得られた膜をＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法によって測定を行った。Ｘ線回折の測定器として「Ｒｉｇａｋｕ製ＳｍａｔＬａｂ」という型式のものを用いた。測定結果を図８及び図９に示す。図８は当該測定によって得られた逆格子マップを示す。図９の上段は、０００１成分の分布を示す極点図であり、下段は、Ｃ軸方向（０°）に対する０００１成分の傾斜の分布を示すグラフである。なお、「０００１成分」とは、図１２に示すＺｎＯの結晶格子においての(ａ１、ａ２、ａ３、ｃ)ベクトルで示す（０００１）ベクトルが垂直に通る面という意味である。ＺｎＯは六方ウルツ鉱構造においてＣ軸方向に成長しやすく、「Ｃ軸」と基板垂直方向は同じとみなして良い。図８においては、図中において「Ｐ」で示す部分が広がって円弧を描かず、点に近いほど第２の半導体膜が単結晶に近く、高配向であることを示している。また、図９においては、０００１成分のピークがＣ軸方向（０°）に密集することで、Ｃ軸方向にて鋭いピークを描いているものほど単結晶に近い高配向秩序であることを示す。例えば、図３（ｂ）の様にランダム配向になると基板垂直方向に対して斜め方向に成長している為６６°付近にピークを持つが，図３（ａ）の様に同一配向秩序であればその様なピークは検出されなくなる。

【0081】

図８に示すように、比較例１及び比較例２においては「Ｐ」で示される部分が円弧を描いていた。これらに比して、実施例においては「Ｐ」で示される部分が、比較例１及び比較例２に比して、点に近い形状となっていた。このことより、実施例では、比較例１及び比較例２に比して単結晶に近い構造となっていることが理解される。また、図９に示すように、実施例においては、０００１成分がほとんどＣ軸方向に密集しており、当該Ｃ軸方向にて鋭いピークを描いていた。０００１成分の半値幅は１．８°であって、Ｃ軸方向（０°）から−０．９°〜＋０．９°の範囲にほとんどの０００１成分が存在していた。一方、比較例１では、Ｃ軸方向のみならず、他の角度付近（６６°付近）にリング状に０００１成分のピークが存在していた。このことより、Ｃ軸から見て斜め方向に結晶成長していることが理解される。また、比較例２も、実施例に比して０００１成分がＣ軸方向に密集していなかった。すなわち、実施例では単結晶に近い同一配向秩序を有する多結晶膜が得られ、比較例１及び比較例２ではランダム配向した多結晶膜が得られたことが理解される。

【0082】

（電気的特性）
比較例１、比較例２、実施例で得られた膜についての電気的特性を、室温環境下でのホール効果測定によって測定した。測定結果を図１０及び図１１に示す。「Ｎ：キャリア密度」はキャリアの密度を示す。「μ_Ｈ：ホール移動度」はバルク全体でのキャリア移動度を示す。当該値が高いほどキャリア移動度が高いことを示す。「ρ：抵抗率」は膜の抵抗率を示す。「μ_ｏｐｔ：光学移動度」は粒内のキャリア移動速度を示す。当該値が高いほどキャリア移動度が高いことを示す。「μ_ＧＢ：粒界散乱」は粒界での散乱の度合いを示す。「１／μ_Ｈ＝１／μ_ｏｐｔ＋１／μ_ＧＢ」という関係が成り立つ事から、ホール移動度は、粒界散乱と粒内移動で決定される。「μ_ｏｐｔ／μ_ＧＢ」は、粒界散乱寄与度を示している。当該値が０に近づくほど、粒界での散乱が少ないことを示している。

【0083】

図１０に示すように、実施例のキャリア密度Ｎは、比較例１のキャリア密度Ｎ及び比較例２のキャリア密度Ｎよりも高い。これは、第１の半導体膜の効果によって配向秩序がよくなることにより、ドーパント効率が向上しキャリア密度Ｎが増加していることを示している。また、実施例のホール移動度μ_Ｈは、比較例１のホール移動度μ_Ｈ及び比較例２のホール移動度μ_Ｈよりも高い。これは、第１の半導体膜があることにより同一配向秩序となり粒界散乱が減少するため、ホール移動度μ_Ｈが増加していることを示している。また、第１の半導体膜があることによりドーパント効率が向上しキャリア密度Ｎが増加し、かつ粒界散乱が減りホール移動度μ_Ｈが増加するため、抵抗率ρも低下している。光学移動度μ_ｏｐｔは各比較例及び実施例でほぼ変わりが無い一方、粒界散乱寄与度を示す「μ_ｏｐｔ／μ_ＧＢ」は、各比較例に比して実施例が低く、０に近くなっている。このことより、実施例では単結晶に近い同一配向秩序を有するため、粒界での散乱が少なく、高キャリア移動度を実現できていることが理解される。

【符号の説明】

【0084】

１…第１の成膜装置、２…第２の成膜装置、３…非単結晶基板、４…第１の半導体膜、５…第２の半導体膜、２４…負イオン照射部、１００…成膜システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】