JP2012167317A - 原子層堆積装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、原料ガス供給口と反応ガス供給口とが形成された成膜容器と、薄膜の原料である液体原料を貯蔵する液体原料貯蔵部と、液体原料貯蔵部に貯蔵された液体原料を直接気化し、流量を制御する気化制御部と、を含み、原料ガスを原料ガス供給口に供給する原料ガス供給部と、原料ガスと反応して薄膜を形成する反応ガスを反応ガス供給口に供給する反応ガス供給部と、原料ガスと反応ガスとが交互に供給されるように、原料ガス供給部と反応ガス供給部とを制御する制御部と、原料ガス供給口から供給される原料ガスが衝突するように配置される衝立板と、衝立板の温度を調節する温度調節部と、を有することを特徴とする原子層堆積装置。
【選択図】図1
Description
また、ALD法では、300℃以下の温度で絶縁膜を形成することができる。そのため、液晶ディスプレイなどのようにガラス基板を用いる表示装置において、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成にALD法を用いることが期待されている。
そこで、液体原料の気体成分とミストとを分離し、分離したミストを排出するためのミスト分離部を備える減圧CVD装置が知られている(特許文献1)。
また、原料ガスの短時間の供給、すなわち原料ガスのパルス状の供給がオンとなっているときだけ液体原料を気化しようとすると、気化を開始してから気化量が安定するまでの時間を要するため、原料ガスのパルスがオンとなったときに十分に原料ガスが供給されない可能性がある。
(原子層堆積装置の構成)
まず、図1を参照して、本実施形態の原子層堆積装置の構成を説明する。図1は、本実施形態の原子層堆積装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の原子層堆積装置10は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板S上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させることもできる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。特に、本実施形態では、常温・常圧で液体である原料を用いて薄膜を形成する。
本実施形態の原子層堆積装置10は、成膜容器20と、排気部40と、高周波電源50と、制御部52と、原料ガス供給部80と、反応ガス供給部90と、を備える。
まず、真空チャンバ30について説明する。真空チャンバ30は、支持部32と、上側電極36と、下側電極38と、を備える。支持部32の上面には下側電極38が設けられている。ここで、下側電極38は接地されている。基板Sは、真空チャンバ30の下方から支持部32を貫通するリフトピン44によって支持される。リフトピン44は昇降機構46によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン44が基板Sを支持した状態で昇降機構46がリフトピン44を下方向に移動させることにより、基板Sは下側電極38の上に載置される。
また、支持部32の内部には加熱ヒータ34が設けられており、加熱ヒータ34により基板Sの温度を調整することができる。
また、高周波電源50は制御部52と接続されている。高周波電源50が上側電極36に高周波電流を供給するタイミングは、制御部52により制御される。
また、衝立板66は、温度調節部68と接続されており、温度調節部68により衝立板66の温度が調節される。温度調節部68は、衝立板66の温度が液体原料の沸点以上の温度となるように、衝立板66の温度を調節することが好ましい。例えば、衝立板66の温度は、100℃以上200℃以下に調節されることが好ましい。本実施形態では、衝立板66の温度は170℃に調節されている。
液体原料貯蔵部82は、薄膜の形成に用いられる液体原料を貯蔵する。液体原料貯蔵部82に貯蔵される液体原料は、例えば、TEMAZ(テトラキスエチルメチルアミノ・ジルコニウム)、TEMAH(テトラキスエチルメチルアミノ・ハフニウム)である。
圧力検知部84が検知した圧力のデータに基づいて、加圧部86は、液体原料貯蔵部82内に貯蔵されている液体原料の圧力が一定となるように、液体原料を加圧する。加圧部86は、例えば、N2ガスやArガスなどの不活性ガスを液体原料貯蔵部82内に導入することにより、液体原料を加圧する。
また、気化制御部88は制御部52と接続されている。気化制御部88が液体原料を気化するタイミングは、制御部52により制御される。気化制御部88は、0.05秒以上2秒以下の長さのパルス状の供給で液体原料を直接気化し、原料ガスを供給することができる。なお、気化制御部88によって生成される原料ガスには、液体原料が液体の状態で複数の微粒子となって浮遊するミストも含まれる場合がある。
反応ガス貯蔵部92は、薄膜の形成に用いられる反応ガスを貯蔵する。反応ガス貯蔵部92に貯蔵される反応ガスは、例えば、O2ガスである。
反応ガスバルブ94は、制御部52と接続されている。反応ガスバルブ94の開閉状態は制御部52により制御される。
以上が本実施形態の原子層堆積装置10の概略構成である。
次に、図3、図4を参照して、本実施形態の原子層堆積装置10を用いた原子層堆積方法について説明する。図3は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。また、図4(a)〜(d)は、基板Sの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
ステップS101において、圧力検知部84は、液体原料貯蔵部82の圧力を検知し、圧力検知部84が検知した圧力のデータに基づいて、液体原料貯蔵部82内に貯蔵されている液体原料の圧力が一定となるように、加圧部86が液体原料を加圧する。そのため、気化制御部88には液体原料貯蔵部82から一定の圧力で液体原料が供給される。
また、プラズマを発生させることなく、反応ガス114が吸着層102と反応する場合、ステップS104は省略することができる。この場合、反応ガス114が吸着層102と十分に反応するよう、加熱ヒータ34が基板Sを加熱する。
なお、本実施形態では、インジェクタ60に衝立板66を1つ設けたが、複数の衝立板を設け、ミストをより確実に気化させてもよい。この場合、衝立板の配置は特に制限されないが、原料ガス供給口62から流れるミストを含んだ原料ガスが最初に衝突するように、原料ガス供給口62に対向する位置に衝立板が設けられることが好ましい。
20 成膜容器
30 真空チャンバ
32 支持部
34 加熱ヒータ
36 上側電極
38 下側電極
40 排気部
42 排気管
44 リフトピン
46 昇降機構
50 高周波電源
52 制御部
60 インジェクタ
62 原料ガス供給口
64 反応ガス供給口
66 衝立板
68 温度調節部
80 原料ガス供給部
82 液体原料貯蔵部
84 圧力検知部
86 加圧部
88 気化制御部
90 反応ガス供給部
92 反応ガス貯蔵部
94 反応ガスバルブ
102 吸着層
104 薄膜層
110 原料の気体成分
112 パージガス
114 反応ガス
S 基板
Claims (6)
- 基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、
原料ガス供給口と反応ガス供給口とが形成された成膜容器と、
前記薄膜の原料である液体原料を貯蔵する液体原料貯蔵部と、前記液体原料貯蔵部に貯蔵された前記液体原料を直接気化し、流量を制御する気化制御部と、を含み、原料ガスを前記原料ガス供給口に供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを前記反応ガス供給口に供給する反応ガス供給部と、
前記原料ガスと前記反応ガスとが交互に供給されるように、前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給部とを制御する制御部と、
前記原料ガス供給口から供給される前記原料ガスが衝突するように配置される衝立板と、
前記衝立板の温度を調節する温度調節部と、
を有することを特徴とする原子層堆積装置。 - 前記温度調節部は、前記衝立板の温度が前記液体原料の沸点以上の温度となるように、前記衝立板の温度を調節する、請求項1に記載の原子層堆積装置。
- 前記気化制御部は、リキッドインジェクションバルブである、請求項1又は2に記載の原子層堆積装置。
- 前記原料ガス供給部は、前記液体原料貯蔵部に貯蔵されている前記液体原料を加圧する加圧部を備える、請求項1乃至3のいずれかに記載の原子層堆積装置。
- 前記原料ガス供給部は、前記液体原料貯蔵部に貯蔵されている前記液体原料の圧力を検知する圧力検知部を備え、
前記加圧部は、前記圧力検知部が検知した前記液体原料の圧力に基づき、前記液体原料の圧力が一定となるように、前記液体原料を加圧する、請求項4に記載の原子層堆積装置。 - 前記制御部は、2秒以下の長さのパルスで前記原料ガスが供給されるように、前記原料ガス供給部を制御する、請求項1乃至5のいずれかに記載の原子層堆積装置。
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