JP2001220287A - 原子層成長による薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
原子層成長による薄膜形成方法及び薄膜形成装置Info
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Abstract
及び反応ガスの供給、及びパージを交互に行い、吸着ガ
スと反応ガスとの反応によって原子層成長を行わせるこ
とにより、基板の一面上に形成された薄膜において、成
膜の際に、膜中に残存する不純物を低減する。 【解決手段】 吸着ガス供給工程、第1のパージ工程、
反応ガス供給工程、第2のパージ工程を順次繰り返し、
吸着ガスと反応ガスとの反応によって原子層成長を行わ
せることにより、基板の一面上に薄膜を形成する薄膜形
成方法において、反応ガス供給工程及び第2のパージ工
程のうち少なくとも1つの工程中に、反応室2内の基板
8の一面上から、UVランプ10によって照射窓11を
通して紫外線照射を行う。
Description
設置し、吸着ガス及び反応ガスの反応室への供給、及び
反応室のパージを交互に行い、吸着ガスと反応ガスとの
反応によって原子層成長を行わせることにより、基板の
一面上に薄膜を形成するようにした薄膜形成方法及び薄
膜形成装置に関する。
が設置され成膜が行われる反応室、成膜原料である反応
ガスおよび吸着ガスを反応室へ供給する原料ガス供給手
段、反応室内の余剰ガスを除去するためのパージガスを
反応室へ供給するパージ手段、及び反応室内のガスを排
気するための排気手段とを備えている。
による薄膜形成は、一般的には下記の手順で行なわれ
る。まず、基板を所望の反応が起こる以上の温度に加熱
する。次に、吸着ガス(第1のガス)を基板近傍に流し
て基板に吸着させる(吸着ガス供給工程)。その後、基
板に吸着した以外の余剰ガスを反応室から除去するた
め、不活性ガスによってパージを行なう(第1のパージ
工程)。
傍に流して基板上で吸着ガスと反応させて、目的とする
薄膜を形成させる(反応ガス供給工程)。その後、反応
に供した以外の余剰ガスを反応室から除去するため、再
び不活性ガスによってパージを行なう(第2のパージ工
程)。以上のようなガスの供給工程を繰り返すことによ
り、原子層成長を行い、所望の膜厚を有する薄膜を形成
することができる。このような薄膜形成方法としては、
例えば、特表平9−508890号公報に記載されてい
るようなALE(原子層エピタキシャル成長)法が提案
されている。
いては、吸着ガスを基板に吸着させたり、反応ガスを吸
着ガスと反応させるため、ガス流量や反応室の排気量を
調整して、少なくとも基板近傍ではガス圧を数百Pa程
度に保つ必要がある。
スといった原料ガスや反応生成ガスが、膜中に取り込ま
れたり、膜表面に吸着したりして、膜中に不純物として
残存してしまう。膜中にこれら不純物が残存すると、膜
性能が変化してしまう。例えば、成膜された膜に電圧を
印加した場合に、この不純物が分解や移動して膜の電気
特性が変化する等の不具合が発生する。
設置された反応室に対して、吸着ガス及び反応ガスの供
給、及びパージを交互に行い、吸着ガスと反応ガスとの
反応によって原子層成長を行わせることにより、基板の
一面上に形成された薄膜において、成膜の際に、膜中に
残存する不純物を低減することを目的とする。
め、請求項1〜請求項3記載の発明では、吸着ガス供給
工程、第1のパージ工程、反応ガス供給工程、第2のパ
ージ工程を順次繰り返し、吸着ガスと反応ガスとの反応
によって原子層成長を行わせることにより、基板の一面
上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、反応ガス供
給工程及び第2のパージ工程のうち少なくとも1つの工
程中に、基板の一面上から紫外線照射を行うことを特徴
としている。
照射を行なうことになるため、膜中に取り込まれたり、
膜表面に吸着したりした吸着ガス、反応ガスといった原
料ガスや反応によって生じた反応生成ガスに、エネルギ
ーが供給される。そうすると、不純物である原料ガスや
反応生成ガスが活性化したり、分解するため移動し易く
なり、これら不純物が膜中から除外されたり、膜表面か
ら脱離される。よって、本薄膜形成方法によれば、成膜
の際に、膜中に残存する不純物を低減することができ
る。
も反応ガス供給工程中に、紫外線照射を行なうことよう
にすれば、上記した膜中に残存する不純物を低減する効
果を奏することに加えて、基板に吸着した吸着ガスと供
給される反応ガスに、紫外線による反応エネルギーを付
加することができるため、成膜反応を促進することがで
きる。
も第2のパージ工程中に、紫外線照射を行なえば、膜中
から除外されたり、膜表面から脱離された不純物をパー
ジガスとともに、効率よく反応室外部へ除去することが
できる。
は、反応室と、吸着ガス供給手段と、反応ガス供給手段
と、パージ手段とを備え、吸着ガス、パージガス、反応
ガス、パージガスの順に、これら各ガスを切り替えて反
応室内へ交互に供給し、吸着ガスと反応ガスとの反応に
よって原子層成長を行わせることにより、基板の一面上
に薄膜を形成するようにした薄膜形成装置において、反
応室内に設置された基板の一面上に紫外線照射を行う紫
外線照射手段を設けたことを特徴としている。
を有しているため、請求項1〜請求項3の薄膜形成方法
を適切に実行できる。よって、本発明によれば、成膜の
際に、膜中に残存する不純物を低減することができる。
ここで、請求項5の発明のように、紫外線照射手段を、
所望の時期に照射の開始及び停止が可能となっているも
のとすれば、所望の工程時に所望の時間、照射可能とな
るから、より効率的な紫外線照射を実行することができ
る。
項6の発明のように、反応室の周囲に設置され紫外線を
発生する照射源と、反応室の壁部に設けられ照射源から
の紫外線が透過可能な窓部と、を備えたものを用いるこ
とができる。それによれば、照射源を反応室外部に設置
しているため、反応室内部に照射源を設ける場合に比べ
て、照射源の汚染防止やメンテナンスの点から有効であ
る。
について説明する。本実施形態では、吸着ガスとしてA
lCl3ガスを用い、反応ガスとしてH2Oガスを用い、
パージガスとしてN2ガスを用いて、アルミナ(Al2O
3)薄膜を成膜する場合を例にとって説明する。図1に
本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の概略断面構成を
示す。
た密閉構造の真空室であり、その内部は排気通路1aと
つながっている。そして、真空室1の内部は、図示しな
い真空ポンプ(メカニカルブースターポンプやロータリ
ーポンプ等)を用いて、排気通路1aから真空に引かれ
ている。
り密閉構造に形成された反応室2が設置されている。反
応室2の壁部には、図示しない制御回路等にて作動制御
される電動開閉式のシャッタ3が形成されている。この
シャッタ3を開閉することで反応室2内への基板の出し
入れを行ったり、シャッタ3の開度調整によって反応室
2内の圧力調整したり、シャッタ3を全開することでパ
ージの促進を行うようになっている。
ガス及びN2ガスを供給するためのステンレス等よりな
る各配管系4、5、6、7が設けられている。配管系4
は吸着ガスであるAlCl3ガスの配管系(吸着ガス配
管系)であり、反応室2内へAlCl3ガスを導入する
ためのものである。配管系5はN2ガスの配管系(吸着
ガス除去用N2ガス配管系)であり、吸着ガス配管系4
によってAlCl3ガスを所定の時間流した後に、残存
するAlCl3ガスを除去するためのパージガスとして
のN2ガスを流すために利用する。
管系(反応ガス配管系)であり、吸着ガス除去用N2ガ
ス配管系5によってパージガスを流した後、反応室2内
へH2Oガスを導入するためのものである。配管系7は
N2ガスの配管系(反応ガス除去用N2ガス配管系)であ
り、反応ガス配管系6によってH2Oガスを所定の時間
流した後に、残存するH2Oガスを除去するためのパー
ジガスとしてのN2ガスを流すために利用する。
6、各N2ガス配管系5、7は各々、図示しない制御回
路等によって作動制御される図示しないバルブ及びガス
供給源を有しており、それぞれ、吸着ガス供給手段、反
応ガス供給手段、パージ手段を構成している。
体のAlCl3が一部昇華した状態で入った容器、H2O
ガスのガス供給源は、液体の水が一部蒸発した状態で入
った容器であり、各容器の温度を調整することにより各
ガスの供給流量(昇華量、蒸発量)が決められる。
のタイミングにて開閉されるようになっており、それに
よって、反応室2へのガス供給は、AlCl3ガス(吸
着ガス)、N2ガス(パージガス)、H2Oガス(反応ガ
ス)、N2ガス(パージガス)の順に、切り替えて交互
に供給されるようになっている。なお、配管系4〜7
は、真空室1を貫通して(貫通部は密封構造となってい
る)、接続用のボルト等により反応室2に接続されてい
る。
れる基板(ガラス基板等)8を搭載するヒータ付き基板
ホルダ9が設置されている。この基板ホルダ9は、例え
ば、基板8が搭載可能な面積を有する金属板の下に均一
加熱可能なようにシースヒータを取り付けたものとでき
る。
るための図示しない熱電対を有しており、図示しない温
度制御回路によって該熱電対の測定値を検知しつつ、基
板8を所望の温度に加熱可能となっている。また、この
基板ホルダ9は、反応室2内へ基板8を出し入れするた
めに、搬送可能になっている。
する照射源としてのUVランプ10が設置されている。
このUVランプ10は低圧水銀ランプでも、高圧水銀ラ
ンプでも、エキシマレーザでもよいが、実用性及び膜中
の不純物の分解性を考慮すると、波長は350nm以下
150nm以上が好ましく、光の強度は50mJ/m 2
以上500J/m2以下が好ましい。
の上部壁面及び反応室2の上部壁面には、UVランプ1
0からの紫外線を透過して基板8の一面上に照射するた
めの窓部としての照射窓11が形成されている。この照
射窓11は石英ガラス等の板を、真空室1及び反応室2
にフランジ等にて取り付けることで設置されている。こ
れらUVランプ10及び照射窓11が、紫外線照射手段
を構成しており、本装置の主たる特徴点である。
オフさせてもよい。本例では、ランプの耐久性や光の安
定性等を考慮して、ランプ10は装置作動中(つまり、
装置の電源投入中)は常に発光させておき、図示しない
シャッタ手段により、照射窓11との間を遮ったり、開
けたりすることで、反応室2内の基板8への照射を所望
の時期に開始したり停止することが可能となっている。
このシャッタ手段の開閉は、図示しない制御回路等によ
り、例えば上記各配管系4〜7のバルブの開閉タイミン
グに合わせて行うことができる。
形態の薄膜形成方法について述べる。本薄膜形成方法
は、基本的には、基板8が設置された反応室2内へ基板
8に吸着するAlCl3ガス(吸着ガス)を供給する吸
着ガス供給工程、反応室2内の余剰ガスを除去するため
に反応室2内へN2ガスを供給する第1のパージ工程、
反応室2内へ吸着ガスと反応するH2Oガス(反応ガ
ス)を供給する反応ガス供給工程、反応室2内の余剰ガ
スを除去するために反応室2内へN2ガスを供給する第
2のパージ工程を順次繰り返す。そして、吸着ガスと反
応ガスとの反応によって原子層成長を行わせることによ
り、基板8の一面上にアルミナ薄膜を形成するものであ
る。
設置搭載し、真空室1を通して、シャッタ3の部分から
反応室2内に搬送する。そこで、所望の反応が起こる以
上の温度まで、基板8を基板ホルダ9により、加熱す
る。この加熱に際しては、できる限り基板8のみを加熱
して、照射窓11の温度を上げないことが望ましい。
達したら、吸着ガス配管系4からAlCl3ガスを反応
室2に送り込む。その供給流量、及び、吸着ガス配管系
4とは逆側にあるシャッタ3の開閉度を適宜制御するこ
とにより、反応室2内の雰囲気圧を例えば200Pa程
度に保つことができ、基板8にAlCl3が一層だけ吸
着する(吸着ガス供給工程)。
ス除去用N2ガス配管系5よりN2ガスを流すことによ
り、反応室2内に残留するAlCl3ガスの多くは除去
することができる(第1パージ工程)。
反応室2へ送り込む。その供給流量、及び、反応ガス配
管系6とは逆側にあるシャッタ3の開閉度を適宜制御す
ることにより、反応室2内の水蒸気圧を一定に保つこと
ができ、基板8に吸着したAlCl3と反応させてAl2
O3を形成することができる(反応ガス供給工程)。
あまり低いと反応に時間を要する。H2Oガスの供給時
間を例えば1秒以下で反応を完了させるには、水蒸気圧
を数百Pa程度に保つ必要がある。
との化学反応により生じたHCl(反応生成ガス)は、
膜内や膜表面に留まりやすい。そのため、本実施形態で
は、この反応ガス供給工程において、UVランプ10か
ら照射窓11を通して基板8の一面上から紫外線照射を
行う。
解したり、AlCl3及びH2Oに反応エネルギーが付与
されることにより、Al2O3の形成を促進するととも
に、同様にHClも活性化したり、分解するため、膜内
部の不要なAlCl3、H2OやHClの除去を促進した
り、膜表面に吸着したAlCl3、H2OやHClを除去
したりすることができる。
ス除去用N2ガス配管系7よりN2ガスを流す(第2のパ
ージ工程)。それにより、反応室2内に残留するH2O
の多くは除去することができるが、膜内に入り込んだお
よび膜表面に吸着したH2Oはそのまま残りがちであ
る。
工程において、上記同様、紫外線照射を行う。それによ
って、上記と同様に膜内部の不要なAlCl3、H2Oや
HClの除去を促進したり、膜表面に吸着したAlCl
3、H2OやHClを除去したりすることができる。
ば、AlCl3、N2、H2O、N2の順に流しながらAl
2O3を形成するにあたって、成膜中に紫外線照射を行な
うことになるため、膜中に取り込まれたり、膜表面に吸
着したりした吸着ガス、反応ガスといった原料ガス(A
lCl3、H2O)や反応によって生じた反応生成ガス
(HCl)に、エネルギーが供給される。
生成ガスが活性化したり、分解するため移動し易くな
り、これら不純物が膜中から除外されたり、膜表面から
脱離される。よって、本薄膜形成方法によれば、成膜の
際に、膜中に残存する不純物を低減することができる。
を行なうことようにすれば、上記した膜中に残存する不
純物を低減する効果を奏することに加えて、基板8に吸
着した吸着ガスと供給される反応ガスに、紫外線による
反応エネルギーを付加することができるため、成膜反応
を促進することができる。
を行なうことにより、膜中から除外されたり、膜表面か
ら脱離された不純物をパージガスとともに、効率よく反
応室2の外部へ除去することができる。なお、反応ガス
供給工程のみ、あるいは、第2のパージ工程のみに紫外
線照射を行っても、上記膜中不純物低減効果が得られる
ことは勿論である。
ば、反応室2内に設置された基板8の一面上に紫外線照
射を行う紫外線照射手段10、11を設けたことを特徴
としている。それによれば、紫外線照射手段10、11
を有しているため、上記した本実施形態の薄膜形成方法
を適切に実行でき、成膜の際に、膜中に残存する不純物
を低減することができる。
0、11を、所望の時期に照射の開始及び停止が可能と
なっているものとしているため、所望の工程時に所望の
時間、照射可能となるから、より効率的な紫外線照射を
実行することができる。なお、工程に応じて照射をオン
オフさせるものではなく、例えば装置の電源投入時の間
ずっと基板8を照射しているものでもよい。
て、反応室2の周囲に設置され紫外線を発生するUVラ
ンプ(照射源)10と、反応室2の壁部に設けられUV
ランプ10からの紫外線が透過可能な照射窓(窓部)1
1と、を備えたものを用いている。それによれば、照射
源を反応室2の外部に設置しているため、反応室2内部
に照射源を設ける場合に比べて、原料ガス等による照射
源の汚染防止や、照射源の取り替え等のメンテナンスに
おいて有効である。
は、AlCl3とH2OによるAl2O3の成膜例を示した
が、本発明は、その他にも、TiCl4とH2OによるT
iO2の成膜、ZnCl2とH2SによるZnSの成膜、
Ga(CH3)3とAsH3によるGaAsの成膜や、I
n(CH3)3とPH3によるInPの成膜等、幅広く利
用できる。
面を示す構成図である。
タ、4…吸着ガス配管系、5…吸着ガス除去用N2ガス
配管系、6…反応ガス配管系、7…反応ガス除去用N2
ガス配管系、8…基板、9…ヒータ付き基板ホルダ、1
0…UVランプ、11…照射窓。
Claims (6)
- 【請求項1】 基板が設置された反応室内へ前記基板に
吸着する吸着ガスを供給する吸着ガス供給工程、前記反
応室内の余剰ガスを除去する第1のパージ工程、前記反
応室内へ前記吸着ガスと反応する反応ガスを供給する反
応ガス供給工程、前記反応室内の余剰ガスを除去する第
2のパージ工程を順次繰り返し、 前記吸着ガスと前記反応ガスとの反応によって原子層成
長を行わせることにより、前記基板の一面上に薄膜を形
成する薄膜形成方法において、 前記反応ガス供給工程及び前記第2のパージ工程のうち
少なくとも1つの工程中に、前記基板の前記一面上から
紫外線照射を行うことを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項2】 少なくとも前記反応ガス供給工程中に、
前記紫外線照射を行なうことを特徴とする請求項1に記
載の薄膜形成方法。 - 【請求項3】 少なくとも前記第2のパージ工程中に、
前記紫外線照射を行なうことを特徴とする請求項1に記
載の薄膜形成方法。 - 【請求項4】 基板が設置される反応室と、 前記反応室内へ前記基板に吸着する吸着ガスを供給する
吸着ガス供給手段と、 前記反応室内へ前記吸着ガスと反応する反応ガスを供給
する反応ガス供給手段と、 前記反応室内へ前記反応室内の余剰ガスを除去するため
のパージガスを供給するパージ手段とを備え、 前記吸着ガス、前記パージガス、前記反応ガス、前記パ
ージガスの順に、これら各ガスを切り替えて前記反応室
内へ交互に供給し、前記吸着ガスと前記反応ガスとの反
応によって原子層成長を行わせることにより、前記基板
の一面上に薄膜を形成するようにした薄膜形成装置にお
いて、 前記反応室内に設置された前記基板の前記一面上に紫外
線照射を行う紫外線照射手段が設けられていることを特
徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項5】 前記紫外線照射手段は、所望の時期に照
射の開始及び停止が可能となっていることを特徴とする
請求項4に記載の薄膜形成装置。 - 【請求項6】 前記紫外線照射手段は、前記反応室の周
囲に設置され紫外線を発生する照射源と、前記反応室の
壁部に設けられ前記照射源からの紫外線が透過可能な窓
部と、を備えたものであることを特徴とする請求項4ま
たは5に記載の薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
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JP2000032810A JP4776054B2 (ja) | 2000-02-04 | 2000-02-04 | 原子層成長による薄膜形成方法 |
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