CN101932751A - 堆积装置和堆积方法 - Google Patents

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西山洋
井上泰宣
三浦仁嗣
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Tokyo Electron Ltd
Nagaoka University of Technology NUC
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Abstract

本发明公开的堆积装置具备：催化反应装置，含有：导入第1原料气体的导入部，和收容从所述导入部所导入的所述第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器，和从所述催化剂容器喷出所述反应性气体的反应性气体喷出部；反应性气体分离器，容许从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体的流通；支持基板的基板支持部；和供给第2原料气体的供给部，所述第2原料气体与穿过所述反应性气体分离器的所述反应性气体反应，使膜堆积于所述基板。

Description

堆积装置和堆积方法
技术领域
本发明涉及使氧化锌等金属氧化物的薄膜、氮化镓、氮化铝等金属氮化物的薄膜、和硅氮化物的薄膜等堆积于基板的堆积装置。
背景技术
作为在各种基板上堆积氧化锌等金属氧化物、和氮化镓、氮化铝等的金属氮化物等的金属化合物薄膜的方法，提案有多个方法，包括：脉冲激光堆积法(PLD)、激光烧蚀法、以及溅射法等物理气相蒸镀法(PVD)、以及有机金属化学气相堆积法(MOCVD)、等离子体增强气相堆积法(等离子体CVD)等化学气相蒸镀法(CVD)。(例如，参照专利文献1～5)
专利文献1：特开2004-244716号公报
专利文献2：特开2000-281495号公报
专利文献3：特开平6-128743号公报
专利文献4：特开2004-327905号公报
专利文献5：特开2004-103745号公报
发明内容
在上述PVD中，使激光、高速微粒子等在预先准备的目标物上冲撞，使由目标物表面生成的目标物微粒子堆积于基板。另外，在MOCVD中，使有机金属化合物等与氢化合物气体一起与加热到高温的基板接触，利用在其表面发生的热分解反应，在基板上堆积膜。而在等离子体CVD中，通过高频电力激发含堆积膜构成元素的原料气体和氢化合物气体的混合气体而形成等离子，从而进行分解，再结合自由基，在基板上堆积膜。这些方法，在堆积金属氧化物薄膜时需要大量的能量。
另外，例如制造GaN膜时，由于作为氮源的氨气是难分解性的，在通常的MOCVD中需要对Ga的有机化合物原料供给1000倍以上的氨气，从节省资源的观点和带毒性的未反应氨气的处理需要大笔的费用方面考虑，需进行改善。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供如下的堆积装置和堆积方法，即，通过利用伴随催化反应的化学能量而可以降低用电量，使氧化锌等金属氧化物的薄膜、氮化镓、氮化铝等金属氮化物的薄膜、和硅氮化物的薄膜等堆积于基板。
为了达成上述目的，本发明的第1形态提供一种堆积装置，具备：催化反应装置，其含有导入第1原料气体的导入部、收容从上述导入部所导入的上述第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器，和从上述催化剂容器喷出上述反应性气体的反应性气体喷出部；以及反应性气体分离器，容许从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体的流通；支持基板的基板支持部；和供给第2原料气体的供给部，上述第2原料气体与穿过上述反应性气体分离器的上述反应性气体反应，使膜堆积于上述基板。
本发明的第2形态提供一种堆积装置，在第1形态的堆积装置中，上述催化反应装置配置于可以减压排气的反应室内，上述第2原料气体为有机金属化合物的气体，上述反应性气体分离器在侧面具有空隙。
本发明的第3形态提供一种堆积装置，在第1或第2形态的堆积装置中，上述反应性气体分离器含有具有贯通孔的多个板状部件，该多个板状部件中的至少2个邻接的板状部件以在该邻接的板状部件之间形成空隙的方式被配置。
本发明的第4形态提供一种堆积装置，在第1至第3形态中的任一种堆积装置中，上述反应性气体分离器具备相对于上述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，该盖子沿着从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口。
本发明的第5形态提供一种堆积装置，在第1至第4形态中的任一种堆积装置中，供给上述第2原料气体的上述供给部的前端部被配置于上述反应性气体分离器。
本发明的第6形态提供一种堆积装置，在第1至第5形态中的任一种堆积装置中，进一步具备在反应性气体分离器和上述基板支持部之间配置的开闭阀。
本发明的第7形态提供一种堆积装置，在第1至第6形态中的任一种堆积装置中，上述原料气体导入部连接于收纳选自H2气和O2气的混合气体、H2O2气、肼、和氮化物中的原料气体的原料气体供给部。
本发明的第8形态提供一种堆积装置，在第1至第7形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂容器被上述反应性气体喷出部封闭。
本发明的第9形态提供一种堆积装置，在第1至第8形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂容器被具有连通孔的分隔器分割为多个区域，该区域各自配置有催化剂容器。
本发明的第10形态提供一种堆积装置，在第1至第9形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂含有：具有0.05mm～2.0mm范围的平均粒径的载体，和担载于该载体上的、具有1nm～10nm范围的平均粒径的催化剂成分。
本发明的第11形态提供一种堆积装置，在第1至第10形态中的任一种堆积装置中，上述载体是将多孔γ-氧化铝结晶相在500℃～1200℃下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝晶相而成的。
本发明的第12形态提供一种堆积装置，具备：催化反应装置，其含有导入第1原料气体的导入部，和收容从上述导入部所导入的上述第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器，和从上述催化剂容器喷出上述反应性气体的反应性气体喷出部，上述反应性气体喷出部含有：内径沿着上述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着上述喷出方向变大的扩径部；支持基板的基板支持部；和供给第2原料气体的供给部，上述第2原料气体与从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体反应，使膜堆积于上述基板。
本发明的第13形态提供一种堆积装置，在第12形态的堆积装置中，上述催化反应装置被配置于可以减压排气的反应室内，上述第2原料气体为有机金属化合物的气体。
本发明的第14形态提供一种堆积装置，在第12或第13形态的堆积装置中，进一步具备反应性气体分离器，上述反应性气体分离器含有相对于上述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，上述盖子沿着从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口。
本发明的第15形态提供一种堆积装置，在第12或第13形态的堆积装置中，供给上述第2原料气体的上述供给部的前端部临近上述反应性气体喷出部的上述扩径部地被配置。
本发明的第16形态提供一种堆积装置，在第14形态的堆积装置中，供给上述第2原料气体的上述供给部的前端部被配置于上述反应性气体分离器。
本发明的第17形态提供一种堆积装置，在第12至第16形态中的任一种堆积装置中，进一步具备在反应性气体分离器和上述基板支持部之间配置的开闭阀。
本发明的第18形态提供一种堆积装置，在第12至第17形态中的任一种堆积装置中，上述原料气体导入部连接于收纳选自H2气和O2气的混合气体、H2O2气、肼、和氮化物中的原料气体的原料气体供给部。
本发明的第19形态提供一种堆积装置，在第12至第18形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂容器被上述反应性气体喷出部封闭。
本发明的第20形态提供以一种堆积装置，在第12至第19形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂容器被具有连通孔的分隔器分割为多个区域，该区域各自配置有催化剂容器。
本发明的第21形态提供一种堆积装置，在第12至第20形态中的任一种堆积装置中，上述催化剂含有：具有0.05mm～2.0mm范围的平均粒径的载体，和担载于该载体上的、具有1nm～10nm范围的平均粒径的催化剂成分。
本发明的第22形态提供一种堆积装置，在第12至第21形态中的任一种堆积装置中，上述载体是将多孔γ-氧化铝结晶相在500℃～1200℃下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝结晶相而成的。
本发明的第23的形态提供一种堆积方法，含有下述工序：向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体，生成反应性气体的工序；向反应性气体分离器导入在上述催化剂容器中生成的上述反应性气体，并且供给第2原料气体，使穿过上述反应性气体分离器的上述反应性气体与上述第2原料气体反应的步骤，其中，上述反应性气体分离器容许上述反应性气体流通，在侧面具有空隙；和将基板暴露于通过上述反应性气体与上述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
本发明的第24形态提供一种堆积方法，含有下述工序：向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体，生成反应性气体的工序；向反应性气体喷出部导入在上述催化剂容器中生成的上述反应性气体，并且供给第2原料气体，使从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体与上述第2原料气体反应的步骤，其中，上述反应性气体喷出部含有：内径沿着上述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着上述喷出方向变大的扩径部；和将基板暴露于通过上述反应性气体与上述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
本发明的第25形态提供一种堆积方法，含有下述工序：向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体的步骤；向反应性气体喷出部导入在上述催化剂容器中生成的上述反应性气体的步骤，其中，上述反应性气体喷出部含有：内径沿着上述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着上述喷出方向变大的扩径部；向反应性气体分离器导入从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体，并且供给第2原料气体，使穿过上述反应性气体分离器的上述反应性气体与上述第2原料气体反应的步骤，其中，上述反应性气体分离器含有相对于上述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，上述盖子沿着从上述反应性气体喷出部喷出的上述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口；和将基板暴露于通过上述反应性气体与上述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
根据本发明实施方式的堆积装置，本发明解决了现有技术的问题点，提供通过利用伴随催化反应的化学能量而降低了用电量，使氧化锌等金属氧化物的薄膜、氮化镓、氮化铝等的金属氮化物的薄膜、和硅氮化物的薄膜等堆积于基板的堆积装置和堆积方法。
附图说明
[图1]是表示本发明一个实施方式的堆积装置的图。
[图2]是配置于图1的堆积装置内的催化反应装置的侧面图。
[图3]是配置于图1的堆积装置内的催化反应装置的截面示意图。
[图4]是表示配置于图1的堆积装置内的催化反应装置改变例的侧面图。
[图5]是图4的催化反应装置的截面示意图。
[图6]是表示配置于图1的堆积装置内的催化反应装置其他改变例的截面示意图。
[图7]是表示本发明的其他实施方式的堆积装置的截面示意图。
[图8]是表示本发明的另一实施方式的堆积装置的示意图。
[图9]是可以配置于图8的堆积装置内的催化反应装置的放大示意图。
[图10]是可以配置于图8的堆积装置内的其他催化反应装置的放大示意图。
[图11]是可以配置于图8的堆积装置内的另一催化反应装置的放大示意图。
[图12]是表示本发明的又一实施方式的堆积装置的图。
[图13]是表示本发明实施方式的堆积方法流程图。
[图14]是表示比较例中使用的反应性气体喷出喷嘴的示意图。
[图15]是表示对实施例1中所得的ZnO薄膜进行测定的XRD图案的图。
[图16]是表示对实施例1中所得的ZnO薄膜进行测定的ω摇摆曲线的图。
[图17]是表示对实施例2中所得的ZnO薄膜进行测定的XRD图案的图。
[图18]是表示对实施例2中所得的ZnO薄膜进行测定的ω摇摆曲线的图。
[图19]是表示对比较例中所得的ZnO薄膜进行测定的XRD图案的图。
[图20]是表示对比较例中所得的ZnO薄膜进行测定的ω摇摆曲线的图。
符号说明
1、100、201、300       堆积装置
2、202、302            反应室
102                    第1反应室
103                    第2反应室
3、303、210A、211A     原料气体导入口
4、41、204             反应气体喷出喷嘴
5、51、52、205         催化反应装置
6、206、306            化合物气体导入喷嘴
7、207、307            基板
8、208、308            基板支持架
9、209、309           阀
10、101、228、        反应性气体分离器
11、212、311          原料气体供给部
12、212、312          化合物气体供给部
13、132、133、213     排气管
14、142、143          涡轮分子泵
15、152、152          旋转泵
21、31、221           催化容器外罩
22、222               催化反应容器
33                    第1催化反应容器
34                    第2催化反应容器
23                    金属网眼
25                    板状体
26                    支柱
27                    填料函压盖
28                    漏斗状的盖子
32                    分隔器
36                    连通孔
104                   开闭门
C                     催化剂
具体实施方式
以下，参照附图对例示的实施方式进行说明，但例示的实施方式并非用于限定本发明。在所有的附图中，对同一或对应的部件或部品采用同一或对应的参照符号，省略重复说明。另外，图面不以表示部件或部品间的相对比例为目的，因此，具体的厚度、尺寸，本领域技术人员应参照以下的未对其进行限定的实施方式自行确定。
图1是表示本发明一个实施方式的堆积装置的示意图，图2是配置于图1的堆积装置内的催化反应装置的侧面图，图3是图2的催化反应装置的截面图。
参照图1，堆积装置1含有：可以减压的反应室2，配置于反应室2内的催化反应装置5，收容供给到催化反应装置5的原料气体(包括液化气体)的原料气体供给部11，化合物气体导入喷嘴6，其连接于收容作为堆积膜原料的化合物的化合物气体供给部12，和支持基板7的基板支持架8。另外，堆积装置1具有可以在催化反应装置5与基板支持架8之间进行开和关的阀9。并且，堆积装置1具有介由排气管13与反应室2连接的涡轮分子泵14和旋转泵15。
参照图2和图3，催化反应装置5具有：由例如不锈钢等金属构成的圆筒状的催化剂容器外罩21，和配置于催化剂容器外罩21内、由陶瓷或金属等材料构成为圆筒状的、收容催化剂的催化反应容器22，和从原料气体供给部11向催化反应容器22导入原料气体的原料气体导入口3，和从催化反应容器22喷出气体的反应气体喷出喷嘴4。
在本实施方式中，催化反应容器22内收容有使超微粒状催化剂成分担载于微粒状载体的催化剂C。另外，催化反应容器22，具有与连接原料气体导入口3的侧面相对的开口，该开口配置有控制催化剂的金属网眼23。
反应气体喷出喷嘴4，具有：封闭催化反应容器22的开口、从催化反应容器22向基板支持架8方向缩径的缩径部4a，和连通该缩径部4a、喷出来自催化反应容器22的气体的喷出管4b。
反应气体喷出喷嘴4的前端部配置有反应性气体分离器10。反应性气体分离器10，具有：以与从反应气体喷出喷嘴4喷出管4b喷出的气体的喷出方向交差的方式配置的、中央部具有贯通孔的多个板状体25，和隔开规定间隔地支持这些多个板状体25的支柱26，以及将多个板状体25与支柱26一起控制的填料函压盖27。根据该构成，反应气体喷出喷嘴4，具有：被多个板状体25的中央部的贯通孔隔成的、使来自催化反应容器22的气体直接进入的第1流路，和被多个板状体25之间及支柱26之间的间隙隔成的、从第1流路分支的第2流路。另外，板状体25的中央部的贯通孔可以有与反应气体喷出喷嘴4的喷出管4b的内径大致相同或稍大的内径。另外，填料函压盖27上固定有化合物气体导入喷嘴6的前端部。化合物气体导入喷嘴6朝向与直接进入多个板状体25中央部的贯通孔的气体喷出方向垂直的方向。
下面，为便于说明，有时将如图2和图3所示构成的整体称为催化反应装置5。另外，对于后述其他形态的催化反应装置也相同。
原料气体供给部11(图1)向催化反应装置5供给原料气体，该原料气体为含有堆积于基板7的膜的构成元素的原料气体，与催化反应容器22内的催化剂(后述)接触而产生大量的反应热，生成反应性气体。
另外，化合物气体供给部12收容有如下化合物(后述)：与将上述原料气体与催化剂接触而得到的反应性气体反应，成为在基板堆积化合物膜的原料。
配置于催化反应装置5与基板支持架8之间的阀9，典型的是，开始向催化反应容器22供给原料气体后的规定的时间进行关闭，反应稳定后打开。即，刚向催化反应容器22供给原料气体后，由于催化剂C的温度低，反应性气体的生成比例也低、所以反应性气体与化合物气体的实质性供给比有达不到期望值的情况(下面，有时将这样的气体称为副生气体)，但通过维持关闭阀9地等待催化剂C的温度稳定于规定的温度后打开阀9，从而从向基板7堆积膜的初期阶段就可以实现期望的供给比。其结果，可以将具有均匀性状的膜堆积于基板7上。
如上所述，在基于本发明的实施方式的堆积装置1中，催化反应装置5的反应气体喷出喷嘴4的前端部配置有反应性气体分离器10，反应性气体分离器10具有多个板状体25，该板状体25被支柱26隔开间隔地支持、在中央部具有贯通孔。从反应气体供给部11向催化反应装置5导入的原料气体通过与催化剂接触而生成的、具有高能量的反应性气体，从反应气体喷出喷嘴4的喷出管4b直接进入多个板状体25的中央部的贯通孔(第1流路)，与由化合物气体导入喷嘴6供给的化合物气体反应到达基板7。另一方面，具有较低能量的反应性气体，从直接前进的方向偏离，通过多个板状体25之间及支柱26之间的间隙(第2流路)向侧方流出，几乎不会到达基板7而从反应室2排气，因而对膜的堆积几乎没关联。即，由于主要通过具有高能量的反应性气体、和与这样的反应性气体反应的化合物气体，而在基板7上堆积化合物膜，因此可以得到具有优异特性的膜。这样，反应性气体分离器10，具有从来自催化反应装置5的反应性气体抽出能量高的部分的功能。
另外，由于是通过来源于催化剂的具有高能量的反应性气体与化合物气体的反应而堆积膜，因此不需要将基板7加热至原料气体及反应气体可以反应的温度，可以节约基板加热所需要的电力。
而且，由于化合物气体导入喷嘴6被配置于反应性气体分离器10的填料函压盖27上，因此化合物气体几乎完全与反应性气体反应，可以防止未反应的化合物气体到达直接基板而被带入薄膜内，因而提高薄膜的特性。
图4是表示用于本发明的实施方式的堆积装置1的催化反应装置5改变例的侧面图，图5为图4的催化反应装置的截面图。
参照图4和图5，催化反应装置51，替代上述催化反应装置5的反应气体喷出喷嘴4而具有反应气体喷出喷嘴41，在反应气体喷出喷嘴41的前端部配置有反应性气体分离器101这一点上与催化反应装置5不同，其他方面相同。
反应气体喷出喷嘴41，如图5所示，具有沿着从催化反应容器22通过金属网眼23流出的反应性气体的流向以漏斗状缩径的缩径部41a，和以逆漏斗状扩径的扩径部41b。缩径部41a与扩径部41b互相在最小径部41c处连通，最小径部41c的内径优选为例如在约0.1mm～1.0mm的范围。另外，缩径部41a的扩展角，优选例如在约5°～170°的范围，更优选在约10°～120°的范围。扩径部41b的扩展角，优选例如在约2.0°～170°的范围，更优选在约3.0°～120°的范围。缩径部41a的扩展角与扩径部41b的扩展角的组合为任意的。
反应性气体分离器101，具有向基板支持架8以漏斗状扩径的、顶部具有孔28a的漏斗状盖子28，和控制漏斗状盖子28的填料函压盖27，和用于将填料函压盖安装于反应气体喷出喷嘴41的支柱26。通过这样的构成，漏斗状盖子28与反应气体喷出喷嘴41离开，两者之间形成间隙。漏斗状盖子28的扩展角，例如在约30°～约70°的范围则优选，在约40°～约60°的范围则更优选。另外，漏斗状盖子28的孔28a的直径，例如相对于反应气体喷出喷嘴41的最小径部41c的内径，在约100％～约5000％的范围则优选。如上所述，由于最小径部41c具有约0.1mm～约1.0mm范围的内径，因而孔28a的直径优选在约0.1mm～约50mm的范围。而且，反应性气体分离器101的填料函压盖27上固定有化合物气体导入喷嘴6的前端部。化合物气体导入喷嘴6朝向与通过漏斗状盖子28的孔28a从反应气体喷出喷嘴41喷出的气体的喷出方向相垂直的方向。
根据上述构成，在催化反应容器22内生成的反应性气体的大部分，在穿过金属网眼23从缩径部41a向扩径部41b喷出时，成为具有高(并进)能量的高速流而直接进入并穿过漏斗状盖子28的孔28a，与来自化合物气体导入喷嘴6的前端部的化合物气体反应，到达基板7。另一方面，来自催化反应容器22的反应性气体中未能得到高能量的部分，沿着例如扩径部41b的内侧面扩散，到达漏斗状盖子28的外侧面，通过反应气体喷出喷嘴41与漏斗状盖子28之间及支柱26之间的间隙向侧方流出。然后，从该间隙流出的反应性气体几乎不到达基板7地从反应室2(参照图1)被排出。因此，主要通过具有高能量的反应性气体、和与这样的反应性气体反应的化合物气体，而在基板7上堆积膜。即，基于该改变例的催化反应装置51，可以发挥与上述催化反应装置5相同的效果。
如上所述，由于反应性气体中未能得到高能量的部分扩散，因此即使反应气体喷出喷嘴41没有安装反应性气体分离器101(漏斗状盖子28)，也几乎不能到达基板7。因此，可以发挥与上述相同的效果。为便于说明，将不具有反应性气体分离器101的催化反应装置51称为催化反应装置51A。
图6是表示用于本发明的实施方式的堆积装置1的催化反应装置5其他改变例的截面示意图。
如图所示，在催化反应装置52中，通过在中心部具有连通孔36的分隔器32将催化容器外罩31分割为2室，一室配置第1催化反应容器33、另一室配置第2催化反应容器34。如此就可以在催化反应装置52内产生2阶段的催化反应。
例如，在堆积金属氮化物薄膜时，使用肼作为氮供给气体时，可以在第1催化反应容器33内填充将肼分解为氨成分的肼分解催化剂C1，在第2的催化反应容器34内填充将被分解的氨成分进一步分解为自由基的氨分解催化剂C2。
作为这种在第1催化反应容器33内填充的肼分解催化剂C1，例如可以使用将5～30重量％左右的铱超微粒担载于由氧化铝、二氧化硅、沸石等形成的微粒状载体的催化剂。另外，作为在第2催化反应容器34内填充的氨分解催化剂C2，例如可以使用在同样的载体上担载有2～10重量％左右的钌超微粒的催化剂。
这种肼的2阶段分解反应，可以认为是如下进行。
(1)2N2H4→2NH* 3+H* 2+N* 2
(2)NH3→NH*+H* 2，NH* 2+H
图6所示的催化反应装置52中虽然配置有反应气体喷出喷嘴41和反应性气体分离器101，但取而代之可以配置反应气体喷出喷嘴4和反应性气体分离器10，而且，也可以仅结合有反应气体喷出喷嘴41。换言之，也可以将催化反应装置5、51A的催化剂容器外罩21，通过在中心部具有连通孔35的分隔器32分割为2室，一室配置第1催化反应容器33、另一室配置第2催化反应容器34。
另外，可以向第1催化反应容器33和第2催化反应容器34填充同一种类的催化剂。而且，也可以将催化剂容器外罩31(21)内部分割为3室以上，配置3个以上的催化反应容器，将催化反应在3个阶段以上的多个阶段实施。
图7是表示基于本发明的其他实施方式的堆积装置的示意图。
基于该实施方式的堆积装置100，具有第1反应室102、和结合于第1反应室102的第2反应室103。如图所示，第1反应室102中收容有催化反应装置51A，第2反应室103中收容有支持基板7的基板支持架8。第1反应室102和第2反应室103介由开口部105连通，该开口部105中在第1反应室102侧设置有开闭门104。开闭门104具有漏斗状的形状，顶部开口104a与催化反应装置51A的反应气体喷出喷嘴41整齐排列。而且，该开闭门104可以能调整顶部开口104a的直径与侧面的角度的方式构成。
另外，第1反应室102介由排气管132连接在涡轮分子泵142和旋转泵152上，第2反应室103介由排气管133连接在涡轮分子泵143和旋转泵153上。通过这种构成，可以独立控制第1反应室102内的压力和第2反应室103内的压力。
第1反应室102内配置的催化反应装置51A，与配置于第1反应室102外的原料气体供给部11连接。另外，第2反应室103中，开闭门104附近配置有与配置在第1反应室102外的化合物气体供给部12连接的化合物气体导入喷嘴6。开闭门104和基板支持架8之间设置有可以开闭的阀9。
在基于本实施方式的堆积装置100中，从原料气体供给部11向催化反应装置51A内供给原料气体时，由原料气体与催化反应装置51A内的催化剂而产生发热反应，生成反应性气体，该反应性气体从反应气体喷出喷嘴41喷出。此时，反应性气体的大部分成为具有高(并进)能量的高速流而直接进入并穿过开闭门104的顶部开口104a，与来自化合物气体导入喷嘴6的前端部的化合物气体反应，到达基板7。另一方面，反应性气体中未能得到高能量的部分，例如，沿着反应气体喷出喷嘴41的扩径部41b(参照图5)扩散，到达开闭门104外侧面，在第1反应室102内环流，通过排气管132利用涡轮分子泵142而排气。即，具有较低能量的反应性气体，几乎不能到达第2反应室103。因此，在堆积装置100中，也能通过具有高能量的反应性气体和与这样的气体反应的化合物气体，而在基板7上堆积具有优异特性的膜。
另外，由于堆积装置100是通过可以各自独立控制压力的第1反应室102和第2反应室103而构成的，因此可以更细致地调整薄膜的堆积条件。
而且，基于本实施方式的堆积装置100具有催化反应装置51A，但替代催化反应装置51A，也可以具有催化反应装置5、51、52，也可以具有后述的催化反应装置205。
在此，例示利用基于本发明的实施方式的堆积装置而可以堆积的膜、及其原料气体等。
(氮化物膜)
在基板7上堆积氮化物膜时，向催化反应装置5等导入的原料气体例如可以是肼气和氮化物气体等。
作为在基板7上堆积的氮化物不受限定，可以列举如氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化镓铟(GaInN)、氮化镓铝(GaAlN)、氮化镓铟铝(GaInAlN)等金属氮化物、半金属氮化物。半金属氮化物例如包括半导体氮化物，半导体氮化物的一例为氮化硅。
堆积金属氮化物膜时，作为成为原料的金属化合物气体不受限定，例如可以使用用以往CVD法形成金属氮化物时使用的有机金属化合物气体中的任一种。作为这样的有机金属化合物不受限定，可以列举例如：各种金属的烷基化合物、链烯基化合物、苯基或烷基苯基化合物、烷氧基化合物、二新戊酰甲烷化合物、卤化物、乙酰乙酸酯化合物、EDTA化合物等。
作为优选的有机金属化合物不受限定，例如可以列举：各种金属的烷基化合物、烷氧基化合物。具体可以列举：三甲基镓、三乙基镓、三甲基铝、三乙基铝、三甲基铟、三乙基铟、三乙氧基镓、三乙氧基铝、三乙氧基铟等。
在基板上堆积氮化镓膜时，优选以三甲基镓、三乙基镓等的三烷基镓为原料，作为催化剂使用在微粒状的多孔氧化铝上担载钌的物质。
另外，成为金属氮化物膜的原料的金属化合物气体不限于有机金属化合物气体，也可以是无机金属化合物气体。无机金属化合物气体不受限定，例如可以是有机金属化合物以外的卤化物气体，具体而言，可以是氯化镓(GaCl、GaCl2、GaCl3)等的氯化物气体。
在基板上堆积氮化硅膜时，作为硅的原料不受限定，可以使用例如：氢化硅化合物、卤化硅化合物、有机硅化合物。作为氢化硅化合物的例子，有硅烷(Silane)、二硅烷(Disilane)。作为卤化硅化合物的例子，有二氯硅烷(Dichlorosilane)、三氯硅烷(Trichlorosilane)、四氯硅烷(Tetrachlorosilane)等氯化硅化合物。作为有机硅化合物的例子，有四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane)、四甲氧基硅烷(Tetramethoxysilane)、六甲基二硅氮烷(Hexamethyldisilazane)。
(氧化物膜)
在基板7上堆积氧化物膜时，向催化反应装置5导入的原料气体例如可以是H2气与O2气的混合气体、H2O2气等。
作为在基板7上堆积的氧化物不受限定，例如可以列举：氧化钛、氧化锌、氧化镁、氧化钇、蓝宝石、Sn:In2O3(ITO：Indium Tin Oxide)等金属氧化物。另外，也可以列举将ITO的锡(Sn)置换成锌(Zn)的金属氧化物。
作为成为金属氧化物薄膜的原料的有机金属化合物气体不受限定，例如可以使用用以往CVD法形成金属氧化物时使用的有机金属化合物气体中的任一种。作为这样的有机金属化合物不受限定，例如可以列举：各种金属的烷基合物、链烯基化合物、苯基或烷基苯基化合物、烷氧基化合物、二新戊酰甲烷化合物、卤化物、乙酰乙酸酯化合物、EDTA化合物等。另外，金属氧化物薄膜的原料可以是有机金属化合物气体以外的卤化物等无机金属化合物气体。作为具体例可以列举氯化锌(ZnCl2)等。
作为优选的有机金属化合物不受限定，例如可以列举：各种金属的烷基化合物、金属烷氧化物。具体而言，可以列举：二甲基锌、二乙基锌、三甲基铝、三乙基铝、三甲基铟、三乙基铟、三甲基镓、三乙基镓、三乙氧基铝等。
在基板7上形成氧化锌膜时，优选以二甲基锌、二乙基锌等二烷基锌为原料，作为催化剂使用在微粒状的氧化铝上担载铂超微粒。
(催化剂)
作为收容于催化反应装置5等内的催化剂C的例子，可以列举平均粒径为0.1mm～0.5mm左右的铂、钌、铟、铜等金属粉末或微粒等。
另外，作为收容于催化反应装置5等内的催化剂C的其它例子，可以列举在平均粒径为0.05～2.0mm的微粒状的载体上担载平均粒径为1～10nm的超微粒状的催化剂成分。此时，作为催化剂成分的例子，可以列举铂、钌、铟、铜等金属。作为载体的例子，可以列举氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化锌等的金属氧化物的微粒，即，氧化物陶瓷的微粒、沸石等的微粒。作为特别优选的载体，可以举出将多孔γ-氧化铝在500℃～1200℃左右的温度下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝结晶相的物质。通过如此加热处理，多孔γ-氧化铝的大部分将变换为高耐热性的α-氧化铝结晶相，但由于表面结构被维持，可以得到表面积大的载体。由此，不仅可以提高载体的耐热性，还可以扩大担载于载体的催化剂成分与原料气体接触的面积，可以促进反应性气体的生成反应。
作为优选用于制造金属氮化物薄膜的催化剂C，例如可以列举使1～30重量％左右的钌、铟的纳米粒子担载于上述氧化铝载体上而成的物质(例如，10wt％Ru/α-Al2O3催化剂)等。
作为优选用于制造金属氧化物薄膜的催化剂，例如可以列举在氧化铝载体上担载有铂纳米粒子的物质，特别是在将多孔γ-氧化铝在500～1200℃条件下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝结晶相而成的载体上担载有1～20重量％左右的铂而成的物质(例如10wt％Pt/γ-Al2O3催化剂)等。
而且，载体的形状可以是海绵状等具有很多孔的形状、也可以是蜂窝状等具有贯通孔的块状。另外，担载于载体的铂、钌、铟、铜等的催化剂物质的形状不局限于微粒状，例如可以是膜状。为了可靠得到基于本实施方式的效果，优选表面积大的催化剂物质。因此，例如在上述载体的表面形成催化剂物质的膜，则可以扩大催化剂物质的表面积，所以可以得到与微粒状的催化剂相同的效果。
另外，作为基板例如可以使用选自金属、金属氮化物、玻璃、陶瓷、半导体、塑料中的物质。
作为优选的基板，可以列举以蓝宝石等为代表的化合物单结晶基板、以Si等为代表的单结晶基板、以玻璃为代表的非结晶基板、聚酰亚胺等工程塑料基板等。
接着，边参照图8～图11，边对根据本发明的其他实施方式而得到的堆积装置进行说明。
图8是表示根据本发明另一实施方式而得到的堆积装置的示意图，图9为配置于该堆积装置内的催化反应装置的放大示意图。
该堆积装置201具有可以减压排气的反应室202，反应室202内配置有催化反应装置205、和与化合物气体供给部212连接的化合物气体导入喷嘴206、和支持基板207的基板支持架208。反应室202介由排气管213与涡轮分子泵214和旋转泵215连接。图8所示的堆积装置201中也设有可以在催化反应装置205与基板207之间进行开和关的阀209(图中为显示开的状态)，在反应初期关闭阀，阻断副生气体。
参照图9，催化反应装置205包含：例如由不锈钢等金属构成的圆筒状的催化剂容器外罩221，和收容于催化剂容器外罩221内的、利用陶瓷或金属等的材料构成圆筒状的催化反应容器222。另外，催化反应容器222的一侧面连接有贯通催化剂容器外罩221的原料气体导入口210A，211A。
催化反应容器222内收容有将超微粒状的催化剂成分担载于微粒状载体的催化剂C。另外，催化反应容器222，具有与连接有原料气体导入口210A、211A的侧面相对的开口，该开口配置有控制催化剂的金属网眼23。另外，在催化反应容器222中，为了使催化剂与原料气体导入口210A、211A离开，面向原料气体导入口210A、211A的前端部配置有另外的金属网眼23。
催化反应容器222的开口端部配置有反应气体喷出喷嘴204，反应气体喷出喷嘴204的前端部配置有反应性气体分离器228。反应气体喷出喷嘴204具有与上述反应气体喷出喷嘴4相同的构成，反应性气体分离器228具有与上述反应性气体分离器10相同的构成。另外，填料函压盖227上固定有化合物气体导入喷嘴206的前端部。化合物气体导入喷嘴206朝向与从反应气体喷出喷嘴204向反应性气体分离器228喷出气体的喷出方向垂直的方向。
再次参照图8，原料气体导入210A与第1原料气体供给部210连接，原料气体导入口211A与第2原料气体供给部211连接。在基于本实施方式而得到的堆积装置201中，例如堆积氧化物膜时，第1原料气体供给部210可以以向催化反应装置205的催化反应容器222供给例如H2气的方式构成，第2原料气体供给部211可以以向催化反应装置205的催化反应容器222供给例如O2气的方式构成。即便如此，也可以发挥与使用H2气和O2气的混合气体时同样的效果。
另外，通过分别导入H2气和O2气，可以防止将H2气与O2气的混合气体向催化反应装置内导入时可能产生的背火回火(在催化反应装置内，生成H2O时产生的火焰通过催化反应装置引燃向上游流动的H2O气体原料)。
另外，在基于本实施方式的堆积装置201中，例如堆积氮化物膜时，第1原料气体供给部210可以以向催化反应装置205的催化反应容器222供给例如氮供给气体的方式构成，第2原料气体供给部211可以以向催化反应装置205的催化反应容器222供给例如反应调整气体的方式构成。作为反应调整气体，可以使用例如氨、氮等的含氮气体。另外，反应调整气体也可以是氦(He)、氩(Ar)等惰性气体、氢(H2)气。
例如，通过将作为氮供给气体的肼、和作为反应调整气体的氨导入催化反应容器221内，从而可以利用氨调整催化反应容器221内的肼的浓度。基于微粒状的催化剂的肼的分解虽然伴随大量的发热，但可以通过利用氨调整肼的浓度来调整催化反应容器221内的温度。另外，氨的一部分也在催化反应容器221内被催化剂C分解，成为与金属化合物气体反应的反应性气体。
而且，通过向催化反应容器221内供给作为氮供给气体的肼、和作为反应调整气体的氮(N2)，同样可以利用N2调整催化反应容器221内的肼的浓度。
在基于本实施方式的堆积装置201中，由催化反应装置205生成的反应性气体中的、具有高能量的部分也从反应气体喷出喷嘴204的喷出管4b直接进入多个板状体225中央部的贯通孔，与从化合物气体导入喷嘴206供给的化合物气体反应到达基板207。另一方面，具有较低能量的反应性气体，通过多个板状体225之间及支柱226之间的间隙向侧方流出，几乎不到达基板207而从反应室202排气，因而几乎与膜的堆积没关联。即，具有高能量的反应性气体与化合物气体在气相中反应生成的前体气体224(图9)到达基板207，在基板207上堆积化合物膜，所以能得到具有优异特性的膜。
另外，在基于本实施方式的堆积装置201中，对催化反应装置205，不仅介由原料气体导入口210A(图9)连接有第1原料气体供给部210，而且介由原料气体导入口211A(图9)连接有第2原料气体供给部211，因而可以将作为氮供给气体的肼，与例如作为反应调整气体的氨或N2一起导入催化反应装置205。由此，可以利用催化剂C分解肼来调整产生的反应性气体的量，即，向基板207供给的反应性气体的量，其结果可以提高堆积于基板207的氮化物膜的特性。进而，可以通过调整肼的浓度来调整分解所致的发热量，不仅可以调整催化剂C的温度，还可以调整反应性气体的温度，因而可以提高向基板207堆积的氮化物膜的特性。换言之，根据本实施方式，通过利用反应调整气体，可以扩大加工窗口，通过堆积条件的最佳化可以得到高品质的氮化物膜。
在图8和图9所示的催化反应装置205中，如图6所示，催化反应容器221可以具有第1催化反应容器33和第2催化反应容器34，也可以具有3个以上的催化反应容器。
另外，在本实施方式中，如图9所示，原料气体导入口210A和211A在与反应气体喷出喷嘴204相对的位置与催化反应装置205连接，但在其他实施方式中，如图10所示，也可以将原料气体导入口210A和211A中的任意一方连接在与反应气体喷出喷嘴204相对的位置，将另一方连接在成为催化反应装置205的侧面的位置。另外，在其他的实施方式中，如图11所示，原料气体导入口210A和211A可以与成为催化反应装置205的侧面的位置连接。通过这些构成也可以发挥上述效果。
另外，在本实施方式中，可适当选择上述列举的原料气体、化合物气体、催化剂和基板，在基板上堆积上述列举的氧化物和氮化物。
在上述任一种实施方式中，催化反应装置5、51、51A、52、205均被配置于反应室2等的内部，但在其他的实施方式中，也可以配置于反应室的外部。在图12中表示这样的构成。如图所示，在该堆积装置300中，具有与在图3中详细表示的催化反应装置5相同构成的催化反应装置305被配置于反应室302之外，催化反应装置305的反应气体喷出喷嘴304气密性地插入于反应室302。另外，催化反应装置305中，在与催化反应装置305的反应气体喷出喷嘴304相反侧的端部，介由原料气体导入口303连接有原料气体供给部311。由此，从原料气体供给部311向催化反应装置305内的催化反应容器(参照图3的催化反应容器22)导入原料气体。反应气体喷出喷嘴304的前端部配置的反应性气体分离器310位于可以减压排气的反应室302内。反应性气体分离器310具有与上述反应性气体分离器10相同的构成。另外，对于反应性气体分离器310的填料函压盖(参照图3)，配置有连接于供给成为在基板307堆积膜的原料的化合物的化合物气体供给部312的化合物气体导入喷嘴306。另外，反应室302内配置有支持基板307的基板支持架308。而且，反应室302介由排气管313与涡轮分子泵314和旋转泵315连接。在图12所示的堆积装置300中也设有可以在催化反应装置305与基板307之间进行开和关的阀309(图中表示开的状态)，也可以在反应初期关闭阀，阻断副生气体。通过如此构成也可以发挥与基于上述实施方式的效果相同的效果。
在堆积装置300中，可以适当选择上述列举的原料气体、化合物气体、催化剂和基板，将上述列举的氧化物和氮化物堆积于基板。另外，在该实施方式中，催化反应装置305具有与催化反应装置5相同的构成，但也可以具有与催化反应装置51、51A、52、205相同的构成。
接着，边参照图13边对使用基于本发明的实施方式的堆积装置在基板上堆积(1)金属氧化物薄膜、和(2)金属氮化物薄膜的顺序进行说明。下面，对使用了如图1所示的具有催化反应装置5的堆积装置1的薄膜形成顺序进行说明，使用了上述其他的堆积装置时也可以以同样的顺序形成薄膜。另外，使用的原料气体、化合物气体、催化剂和基板当然可以适当地从上述列举的物质中选择。
(1)金属氧化物薄膜的堆积
当从原料气体导入口3将收容于图1的堆积装置1的原料气体供给部11的、由H2气和O2气的混合气体(或H2O2气)构成的H2O气体原料导入催化反应装置5内，则因微粒状的催化剂产生H2气和O2气的化合反应(或H2O2气的分解反应)而生成H2O。这些反应产生大量的热，因此生成的H2O通过该反应热被加热，成为约100℃～约1700℃、更优选约600℃～约1700℃的高温H2O气体，变得具有高反应性(图13的S132)。该H2O气体从催化反应容器22通过反应气体喷出喷嘴4向反应性气体分离器10喷出。此时，H2O气体中具有充分的高能量的部分将通过反应性气体分离器10的板状体25的中央部的贯通孔，向被基板支持架8保持的基板7猛烈喷出。喷出的H2O气体与通过化合物气体导入喷嘴6从化合物气体供给部12供给的化合物气体在气相中反应(S134)，由该化合物的氧化物构成的膜堆积于基板7(S136)。另一方面，从反应气体喷出喷嘴4到达反应性气体分离器10的H2O气体中具有较低的能量的部分，偏离直接进入板状体25的中央部的贯通孔的方向，撞击板状体25，通过板状体25之间的间隙向反应性气体分离器10的侧方流出，变成与膜的堆积无关联。因此，通过具有高能量的H2O气体与这种H2O气体反应的化合物气体使化合物的膜堆积于基板7，因此，可以得到具有优异特性的膜。
(2)金属氮化物薄膜的制造
若从原料气体导入口3向催化反应装置5内导入收容于图1的堆积装置1的原料气体供给部11的、选自肼和氮氧化物中的一种以上的原料气体(氮供给气体)，则因微粒状的催化剂产生原料气体的分解反应。该反应伴随大量的发热，通过该反应热生成加热到700℃～800℃左右高温的反应性氮化气体(S132)。该反应性氮化气体，从催化反应容器22通过反应气体喷出喷嘴4向反应性气体分离器10喷出。此时，反应性氮化气体中具有充分的高能量的部分通过反应性气体分离器10的板状体25的中央部的贯通孔向被基板支持架8保持的基板7猛烈喷出。喷出的反应性氮化气体与通过化合物气体导入喷嘴6从化合物气体供给部12供给的化合物气体在气相中反应(S134)，由该化合物的氮化物构成的膜堆积于基板7(S136)。另一方面，从反应气体喷出喷嘴4到达反应性气体分离器10的反应性氮化气体中具有较低的能量的部分，偏离直接进入板状体25的中央部的贯通孔的方向，撞击板状体25，通过板状体25之间的间隙向反应性气体分离器10的侧方流出，变成与膜的堆积无关联。因此，通过具有高能量的反应性氮化气体、和与这种氮化气体反应的化合物气体使化合物的膜堆积于基板7，因此，可以得到具有优异特性的膜。
在基于本发明的实施方式的堆积装置和堆积方法中，不需要将基板加热到高温，即，不需要加热到原料气体在基板上能分解的程度的温度，因此在以往的热CVD法下未能实现的400℃以下的低温中，也可以在基板上形成高品质的异质外延膜。因此，可以使用以往技术难以实现的基板，以低成本制造半导体材料、各种电子材料等。另外，不需要将基板在高温下加热，因而可以节约基板加热所需要的电力，可以减少对环境的负荷。而且，作为金属氮化物薄膜的氮源，不需要按照以往方法大量地使用有毒的氨，所以不需要去除设备。因此，可以进一步减少对环境的负荷。
实施例
下面，对使用基于本发明的实施方式的堆积装置，堆积金属氧化物薄膜和金属氮化物薄膜的例子进行说明，但本发明不限于以下的具体例子。在以下的例子中，为了评价得到的金属化合物薄膜的结晶性、定向性，使用理学电机社制的X线衍射装置「RAD-III」，通过规定方法测定XRD图案和ω摇摆曲线。
(实施1)
在此例子中，使用图1所示的堆积装置1，即，具有图2和图3所示的催化反应装置5的堆积装置1，在蓝宝石基板上形成氧化锌(ZnO)薄膜。
首先，将氯化铂(IV)酸六水合物0.27g浸渍并担载于平均粒径0.3mm的γ-Al2O3载体1.0g后，通过在空气中450℃条件下煅烧4小时，得到10wt％Pt/γ-Al2O3催化剂。向催化反应容器22填充0.27g的平均粒径为0.3mm的γ-Al2O3后，填充0.02g的10wt％Pt/γ-Al2O3催化剂，并设置金属网眼23后，设置具有反应性气体分离器10的反应气体喷出喷嘴4，构成催化反应装置5，设置于可以减压的反应室2内。
接着，向催化反应装置5内以0.06气压导入H2、0.06气压导入O2，于催化剂表面燃烧H2和O2，在催化反应容器22内生成1000℃的H2O气体。在关闭设置于反应性气体分离器10和基板支持架8之间的阀9的状态下，使该高温H2O气体从反应气体喷出喷嘴4喷出。
另一方面，将成为ZnO的原料二乙基锌从化合物气体供给部12以1×10-6Torr的分压，介由化合物气体导入喷嘴6供给于反应性气体分离器10的前端部，与前述的高温H2O气体接触而形成ZnO前体。通过打开前述的阀，向被反应室2内的基板支持架8支持的表面温度400℃的C轴定向蓝宝石基板7(尺寸10mm×10mm)的表面供给ZnO前体，得到ZnO薄膜。在本实施例中，将堆积时间设为20分钟。得到的ZnO薄膜的膜厚为1.0μm。对该ZnO薄膜测定的XRD图案示于图15，另外，ω摇摆曲线示于图16。
(实施例2)
除了代替图2和图3所示的催化反应装置5使用了图4和图5所示的催化反应装置51之外，与实施例1相同地在蓝宝石基板上形成了ZnO薄膜。在该例中，堆积时间为60分钟，堆积的结果，得到的ZnO薄膜的膜厚为1.3μm。对得到的薄膜测定的X线衍射(XRD)图案示于图17，另外，ω摇摆曲线示于图16。
(比较例)
作为比较例，除了代替图2和图3所示的催化反应装置5使用了图4所示的催化反应装置500以外，与实施例1相同地在蓝宝石基板上形成了ZnO薄膜。在此，催化反应装置500如图14所示，在反应气体喷出喷嘴400的前端部没有配置反应性气体分离器。具体而言，该催化反应装置500是在圆筒状的催化剂容器外罩21内收纳有由陶瓷或金属等材料构成的催化反应容器22，通过反应气体喷出喷嘴400封闭催化剂容器外罩21的。催化反应容器22的一端部介由原料气体导入口3与原料气体供给部11连接，为了控制催化剂另一端部配置有金属网眼23。另外，在反应气体喷出喷嘴400的前端部上，以与反应性气体的喷出方向斜的方向固定有有机金属气体导入喷嘴600的前端部。使用具有如此构成的催化反应装置500的堆积装置，以堆积时间20分钟得到了具有1.1μm的膜厚的ZnO薄膜。对得到的薄膜进行测定的XRD图案示于图19，另外，ω摇摆曲线示于图20。
(ZnO薄膜的特性评价)
通过四探针法对上述的各例中得到的ZnO薄膜进行薄膜的体积电阻率测定，使用该值通过AC霍耳测定进行载流子密度和迁移率的测定。得到的结果示于表1。
[表1]
Figure BPA00001187434600251
使用图14的不具有反应性气体分离器10的催化反应装置500得到的ZnO薄膜染为茶色。另外，关于该ZnO薄膜的电特性，载流子密度为9.7×1019cm-3、载流子迁移率为10.9cm2/Vs、电阻率为5.9×10-3Ωcm。
对此，使用实施例1的图2和图3所示的催化反应装置5得到的ZnO中，观察不到着色，另外，如表1所示薄膜的电特性也被改善。
另外，在使用实施例2的图4和图5所示的催化反应装置51而得到的ZnO薄膜中，如图17所示，与由实施例1得到的ZnO的XRD图案(图15)相比，2个峰(Kα1、Kα2)明显分离，也观察到峰强度大的XRD图案。通过该结果，可判断得到了具有更优质结晶性的ZnO薄膜。另外，在由实施例2得到的ZnO薄膜中，如图18所示，可观察到与由实施例1得到的ZnO的ω摇摆曲线(图16)相比，峰幅度窄、峰强度也大的ω摇摆曲线。通过该结果，可判断得到了具有高定向性的薄膜。
使用图14的催化反应装置500构成与图1相同的装置，从反应气体喷出喷嘴400向直接基板喷出反应气体而堆积了金属化合物薄膜时，反应气体不是以射线状而是在扩散的状态接触基板而进行堆积，因此得到的薄膜，或着色、或作为半导体材料具有不合适的电特性。另外，导入形成薄膜的原料的化合物气体导入喷嘴6由于反应气体而发生孔堵塞，不能连续20分钟以上进行薄膜形成反应。
对此，使用具有图2和图3所示的催化反应装置5的图1的堆积装置1在基板形成薄膜时，从反应性气体分离器10的支柱26之间的空隙排出多余的反应气体，并且通过与反应气体的喷出方向交差的方式配置了在中央具有贯通孔的多个板状体25，反应性气体被切成射线状，直接进入性得到改善。此结果，可以防止得到的薄膜着色，而且薄膜的电特性也得到了改善。
虽然参照上述实施方式说明了本发明，但本发明不限于公开的实施方式，在要求保护的本发明的范围内可以进行种种变形和变更。例如、可以在催化反应容器22的反应气体喷出喷嘴4的前端部配置气体分离器101，也可以在反应气体喷出喷嘴41的前端部配置气体分离器10。另外，催化剂不必填充于催化反应容器22等的内部整体，也可以填充于一部分。
本国际专利申请主张基于2008年1月29日提出申请的日本国专利申请2008-017413号的优先权，并在此引用其全部内容。

Claims (25)

1.一种堆积装置，其特征在于，具备：
催化反应装置，含有：导入第1原料气体的导入部，和收容从所述导入部所导入的所述第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器，和从所述催化剂容器喷出所述反应性气体的反应性气体喷出部；
反应性气体分离器，容许从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体的流通；
支持基板的基板支持部；以及
供给第2原料气体的供给部，所述第2原料气体与穿过所述反应性气体分离器的所述反应性气体反应，使膜堆积于所述基板。
2.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述催化反应装置配置于可以减压排气的反应室内，所述第2原料气体为有机金属化合物的气体，所述反应性气体分离器在侧面具有空隙。
3.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述反应性气体分离器含有具有贯通孔的多个板状部件，该多个板状部件中的至少2个邻接的板状部件以在该邻接的板状部件之间形成空隙的方式被配置。
4.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述反应性气体分离器具备相对于所述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，该盖子沿着从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口。
5.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，供给所述第2原料气体的所述供给部的前端部被配置于所述反应性气体分离器。
6.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，进一步具备在反应性气体分离器和所述基板支持部之间配置的开闭阀。
7.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述原料气体导入部连接于收纳选自H2气和O2气的混合气体、H2O2气、肼、和氮化物中的原料气体的原料气体供给部。
8.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述催化剂容器被所述反应性气体喷出部封闭。
9.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述催化剂容器被具有连通孔的分隔器分割为多个区域，该区域各自配置有催化剂容器。
10.根据权利要求1所述的堆积装置，其中，所述催化剂含有：具有0.05mm～2.0mm范围的平均粒径的载体，和担载于该载体上的、具有1nm～10nm范围的平均粒径的催化剂成分。
11.根据权利要求10所述的堆积装置，其中，所述载体是将多孔γ-氧化铝结晶相在500℃～1200℃下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝结晶相而成的。
12.一种堆积装置，其特征在于，具备：
催化反应装置，含有：导入第1原料气体的导入部，和收容从所述导入部所导入的所述第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器，和从所述催化剂容器喷出所述反应性气体的反应性气体喷出部，所述反应性气体喷出部含有：内径沿着所述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着所述喷出方向变大的扩径部；
支持基板的基板支持部；以及
供给第2原料气体的供给部，所述第2原料气体与从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体反应，使膜堆积于所述基板；
13.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，所述催化反应装置被配置于可以减压排气的反应室内，所述第2原料气体为有机金属化合物的气体。
14.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，进一步具备反应性气体分离器，所述反应性气体分离器含有相对于所述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，所述盖子沿着从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口。
15.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，供给所述第2原料气体的所述供给部的前端部临近所述反应性气体喷出部的所述扩径部地被配置。
16.根据权利要求14所述的堆积装置，其中，供给所述第2原料气体的所述供给部的前端部被配置于所述反应性气体分离器。
17.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，进一步具备在反应性气体分离器和所述基板支持部之间配置的开闭阀。
18.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，所述原料气体导入部连接于收纳选自H2气和O2气的混合气体、H2O2气、肼、和氮化物中的原料气体的原料气体供给部。
19.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，所述催化剂容器被所述反应性气体喷出部封闭。
20.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，所述催化剂容器被具有连通孔的分隔器分割为多个区域，该区域各自配置有催化剂容器。
21.根据权利要求12所述的堆积装置，其中，所述催化剂含有：具有0.05mm～2.0mm范围的平均粒径的载体，和担载于该载体上的、具有1nm～10nm范围的平均粒径的催化剂成分。
22.根据权利要求21所述的堆积装置，其中，所述载体是将多孔γ-氧化铝结晶相在500℃～1200℃下加热处理，原样维持其表面结构地变换为α-氧化铝结晶相而成的。
23.一种堆积方法，其特征在于，含有下述工序：
向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体，生成反应性气体的工序；和
向反应性气体分离器导入在所述催化剂容器中生成的所述反应性气体，并且供给第2原料气体，使穿过所述反应性气体分离器的所述反应性气体与所述第2原料气体反应的步骤，其中，所述反应性气体分离器容许所述反应性气体流通，在侧面具有空隙；和
将基板暴露于通过所述反应性气体与所述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
24.一种堆积方法，其特征在于，含有下述工序：
向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体，生成反应性气体的工序；
向反应性气体喷出部导入在所述催化剂容器中生成的所述反应性气体，并且供给第2原料气体，使从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体与所述第2原料气体反应的步骤，其中，所述反应性气体喷出部含有：内径沿着所述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着所述喷出方向变大的扩径部；和
将基板暴露于通过所述反应性气体与所述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
25.一种堆积方法，其特征在于，含有下述工序：
向收容从第1原料气体生成反应性气体的催化剂的、催化剂容器导入该第1原料气体的步骤；
向反应性气体喷出部导入在所述催化剂容器中生成的所述反应性气体的步骤，其中，所述反应性气体喷出部含有：内径沿着所述反应性气体的喷出方向变小的缩径部、和内径沿着所述喷出方向变大的扩径部；
向反应性气体分离器导入从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体，并且供给第2原料气体，使穿过所述反应性气体分离器的所述反应性气体与所述第2原料气体反应的步骤，其中，所述反应性气体分离器含有相对于所述反应性气体喷出部隔开空隙而配置的漏斗状的盖子，所述盖子沿着从所述反应性气体喷出部喷出的所述反应性气体的喷出方向扩径，在顶部含有开口；和
将基板暴露于通过所述反应性气体与所述第2原料气体的反应而生成的前体，从而使膜堆积的步骤。
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