JP2014210946A - 原子層堆積装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体原料の利用効率を向上させ、原料ガスを安定してパルス的に供給することができる原子層堆積装置を提供する。【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、成膜容器と、前記薄膜の原料である液体原料を気化した原料ガスを前記成膜容器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成膜容器に供給する反応ガス供給部と、前記原料ガスを前記成膜容器に複数回供給する毎に、前記反応ガスを前記成膜容器に１回供給するサイクルを複数回繰り返すように、前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする原子層堆積装置。【選択図】図１
Description
本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置に関する。
段差被覆性に優れ、薄膜を均一に形成する技術として、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）が知られている。ＡＬＤ法では、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成する。ＡＬＤ法では、表面反応の自己停止作用が用いられる。表面反応の自己停止作用とは、原料ガスを供給している間に、１層あるいは数層の原料ガスだけが基板表面に吸着し、余分な原料ガスは成膜に寄与しない作用である。そのため、ＡＬＤ法を用いて原子層単位で繰り返し基板上に薄膜を形成することにより、所望の膜厚の薄膜を形成することができる。
一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して、ＡＬＤ法は段差被覆性と膜厚制御性に優れている。そのため、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成にＡＬＤ法が用いられる。
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法を用いることが行われている。
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法を用いることが行われている。
ＡＬＤ法では、原料ガスとなる液体原料を供給するバルブをパルス的に開き、減圧雰囲気にある成膜容器内に吐出する。すると、液体原料が気化し、原料ガスとなる。この原料ガスを用いて薄膜が形成される。
一般に、液体原料を気化し、気化した原料ガスを用いて薄膜を形成する場合、液体原料を気化した際に、液体原料の気体成分（原料ガス）だけではなく液体成分（ミスト）が混合した状態となる。成膜容器内にミストが混入すると、成膜容器の内壁にミストが付着する。
また、液体原料のミストを衝立板に衝突させ、衝立板加熱することでミストを気化させて除去する原子層堆積装置が知られている（特許文献１）。
また、液体原料のミストを衝立板に衝突させ、衝立板加熱することでミストを気化させて除去する原子層堆積装置が知られている（特許文献１）。
このような原子層堆積装置において、原料の気体成分（原料ガス）の成膜容器への供給量を制御するには、インジェクションが用いられ、一定時間インジェクションバルブを一度開けて原料ガスが成膜容器に供給される。しかし、インジェクションバルブの開時間を長くしても、原料ガスの供給量は開時間に比例せず、正確な供給量の制御は困難であった。具体的には、原料ガスの供給量を増やすために、インジェクションバルブの開時間を長くしても、原料の液体成分が完全に気化しない。また、原料ガスの供給量を延ばし、原料ガスの吐出圧力を高くした場合、原料の気化が追いつかず、液体成分が吐出して成膜容器の内壁に付着する場合がある。この液体成分が不適切なタイミングで気化することで、原料ガスの供給量の制御が困難となり、均一な成膜ができなくなるという問題がある。
本発明は、原料ガスの供給量を正確に制御することができる原子層堆積装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、成膜容器と、前記薄膜の原料である液体原料を気化した原料ガスを前記成膜容器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成膜容器に供給する反応ガス供給部と、前記原料ガスを前記成膜容器に複数回供給する毎に、前記反応ガスを前記成膜容器に１回供給するサイクルを複数回繰り返すように、前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
前記原料ガス供給部は、前記制御部より入力されるパルス信号により開閉する原料ガスバルブを有することが好ましい。
前記成膜容器内の気体の圧力を計測する気圧計を備え、前記制御部は、前記気圧計の計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御することが好ましい。
成膜後の薄膜の膜厚を計測する膜厚計測装置を備え、計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御することが好ましい。
前記液体原料を加圧する加圧部と、前記液体原料の圧力を計測する液圧計を備え、前記制御部は、前記液圧計の計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御することが好ましい。
本発明の原子層堆積装置によれば、液体原料を原料ガスにして成膜容器に供給する際に、複数回に分けて原料ガスを供給することで、原料ガスの供給量を正確に制御することができる。
＜実施形態＞
（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７０と、反応ガス供給部８０と、を備える。
（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７０と、反応ガス供給部８０と、を備える。
成膜容器２０は、真空チャンバ３０と、インジェクタ６０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。
上側電極３６は基板Ｓの上方に設けられ、高周波電源５０と接続されている。高周波電源５０が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマが生成される。
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、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。
制御部５２には、膜厚計測装置５６が接続されている。膜厚計測装置５６は、基板Ｓ上に形成された薄膜の厚さを計測し、計測情報を制御部５２へ入力する。膜厚の計測は、例えば反射率分光法（光干渉法）等により行うことができる。なお、本実施形態では、膜厚計測装置５６を真空チャンバ３０の外部に設け、成膜後、真空チャンバ３０から取り出された基板Ｓ上の薄膜の厚さを計測する。また、膜厚計測装置５６を真空チャンバ３０の内部に設け、真空チャンバ３０内の基板Ｓ上に成膜された薄膜の厚さを計測してもよい。
制御部５２は、予め定めたパルス数、パルス幅の制御信号を生成して、原料ガスバルブ７８に制御信号を供給する。パルス幅及びパルス幅は、オペレータによって指示固定されるものであってもよいし、後述するように、気圧計５４、膜厚計測装置５６、あるいは液圧形７４の計測結果により、パルス幅及びパルス幅はフィードバック制御されるものであってもよい。
制御部５２は、予め定めたパルス数、パルス幅の制御信号を生成して、原料ガスバルブ７８に制御信号を供給する。パルス幅及びパルス幅は、オペレータによって指示固定されるものであってもよいし、後述するように、気圧計５４、膜厚計測装置５６、あるいは液圧形７４の計測結果により、パルス幅及びパルス幅はフィードバック制御されるものであってもよい。
次に、インジェクタ６０について説明する。インジェクタ６０は、原料ガスや反応ガスの流れの上流側に位置する。インジェクタ６０には、水平方向（図１の紙面に垂直な方向）に細長い原料ガス供給口６２と、水平方向に細長い反応ガス供給口６４と、が形成されている。原料ガス供給部７０から供給される原料ガスは、原料ガス供給口６２を通って、成膜容器２０の内部に供給される。また、反応ガス供給部８０から供給される反応ガスは、反応ガス供給口６４を通って、成膜容器２０の内部に供給される。
排気部４０は、排気管４２を介して成膜容器２０（真空チャンバ３０）内に供給された原料ガス、反応ガス、パージガスを排気する。排気部４０は、例えば、ドライポンプである。排気部４０が真空チャンバ３０内を排気することにより、原料ガス、反応ガス、パージガスが真空チャンバ３０内に供給されても、真空チャンバ３０内の真空度は、１０Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
排気管４２には、気圧計５４が設けられている。気圧計５４は真空チャンバ６０内の圧力を計測し、計測データを制御部５２へ入力する。
排気管４２には、気圧計５４が設けられている。気圧計５４は真空チャンバ６０内の圧力を計測し、計測データを制御部５２へ入力する。
次に、原料ガス供給部７０について説明する。原料ガス供給部７０は、液体原料貯蔵部７２と、液圧計７４と、加圧部７６と、原料ガスバルブ７８と、を備える。
液体原料貯蔵部７２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７２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。
液体原料貯蔵部７２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７２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。
液圧計７４は、液体原料貯蔵部７２の圧力を検知する。液圧計７４は、例えば、液圧計である。液圧計７４が検知した圧力のデータは、加圧部７６へ送信される。
液圧計７４が検知した圧力のデータに基づいて、加圧部７６は、液体原料貯蔵部７２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７６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７２内に導入することにより、液体原料を加圧する。
液圧計７４が検知した圧力のデータに基づいて、加圧部７６は、液体原料貯蔵部７２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７６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７２内に導入することにより、液体原料を加圧する。
原料ガスバルブ７８は、液体原料貯蔵部７２に貯蔵された液体原料を気化し、流量を制御する。原料ガスバルブ７８は、例えば、リキッドインジェクションバルブである。リキッドインジェクションバルブは、例えば、スウェジロック社製のＡＬＤリキッドインジェクションバルブを用いることができる。
また、原料ガスバルブ７８は制御部５２と接続されている。原料ガスバルブ７８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。原料ガスバルブ７８は、液体原料を気化し、制御信号のパルス幅に応じて１ミリ秒〜１秒の長さでバルブを開き、原料ガスを供給することができる。
なお、気圧計５４の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させてもよい。例えば、原料ガスが成膜容器２０内（真空チャンバ３０内）へ導入されたとき、気圧計５４が計測した気圧の上昇分が予め定めた値よりも高くなった場合には、次に原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を短くし、あるいはパルス数を減らしてもよい。一方、気圧計５４が計測した気圧の上昇分が予め定めた値よりも低かった場合には、次に原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を長くし、あるいはパルス数を増やしてもよい。このように、気圧計５４の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させることで、原料ガスの圧力が適切な値となるように制御信号のパルス幅やパルス数を調節することができる。
また、膜厚計測装置５６の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させてもよい。例えば、膜厚が厚かった場合には、次に原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を短くし、あるいはパルス数を減らしてもよい。一方、膜厚が薄かった場合には、次に原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を長くし、あるいはパルス数を増やしてもよい。このように、膜厚計測装置５６の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させることで、膜厚が適切な値となるように制御信号のパルス幅やパルス数を調節することができる。
勿論、本実施形態では、制御部５２は、予め定められたパルス幅、パルス数に固定して、原料ガスバルブ７８を開閉することもできる。この場合、気圧計５４あるいは膜厚計測装置５６の計測結果によるフィードバック制御はされない。
勿論、本実施形態では、制御部５２は、予め定められたパルス幅、パルス数に固定して、原料ガスバルブ７８を開閉することもできる。この場合、気圧計５４あるいは膜厚計測装置５６の計測結果によるフィードバック制御はされない。
また、液圧計７４の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させてもよい。例えば、液体原料の圧力が高い場合には、原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を短くし、あるいはパルス数を減らしてもよい。一方、液体原料の圧力が低い場合には、原料ガスバルブ７８を開く際の制御信号のパルス幅を長くし、あるいはパルス数を増やしてもよい。このように、液圧計７４の計測結果に応じて、制御信号のパルス幅やパルス数を増減させることで、原料ガスの供給量が適切な値となるように制御信号のパルス幅やパルス数を調節することができる。
このように、原料ガスバルブ７８を複数回パルス状に開いて原料ガスを成膜容器２０内に供給するのは、以下の理由による。原子層成長法では、１回の原子層単位の膜形成で吸着される原料ガスの量は定まっているので、この量に応じて、原料ガスの成膜容器２０内への供給量も予め定まっている。このため、成膜容器２０内への原料ガスの供給を、複数回に小まめに分散して供給することにより、一定量の原料ガスを成膜容器２０内に供給することができ、上述した従来の問題を解決することができる。すなわち、原料ガスバルブ７８を複数回パルス状に開き、原料ガスの吐出圧力が低下する前に原料ガスバルブ７８を閉じることで、短時間のパルス状の原料ガスの供給量を開時間に比例させることができる。この点で、１回のパルス状の開時間は、１ミリ秒〜５０ミリ秒であることが好ましい。開時間が５０ミリ秒を超えると、原料ガスの吐出圧力が低下し、原料ガスの供給量を開時間に比例しなくなる。一方、開時間が１ミリ秒未満では、パルス１回当たりの液体原料の供給量が少なすぎるため、パルス回数が多くなりすぎる。
また、原料ガスバルブ７８を複数回パルス状に開くことにより、原料の気化を適正に行うことができ、液体成分が吐出して成膜容器の内壁に付着することを防止できる。
また、原料ガスバルブ７８を複数回パルス状に開くことにより、原料の気化を適正に行うことができ、液体成分が吐出して成膜容器の内壁に付着することを防止できる。
次に、反応ガス供給部８０について説明する。反応ガス供給部８０は、反応ガス貯蔵部８２と、反応ガスバルブ８４と、を備える。
反応ガス貯蔵部８２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８２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８４は、制御部５２と接続されている。反応ガスバルブ８４の開閉状態は制御部５２により制御される。反応ガスバルブ８４は、原料ガスの成膜容器２０内への供給が停止している間に、開き、反応ガスが成膜容器２０内へ供給される。
反応ガス貯蔵部８２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８２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８４は、制御部５２と接続されている。反応ガスバルブ８４の開閉状態は制御部５２により制御される。反応ガスバルブ８４は、原料ガスの成膜容器２０内への供給が停止している間に、開き、反応ガスが成膜容器２０内へ供給される。
次に、パージガス供給部９０について説明する。パージガス供給部９０は、パージガス貯蔵部９２と、パージガスバルブ９４と、を備える。
パージガス貯蔵部９２は、Ｎ２ガスやＡｒガスなどのパージガスを貯蔵する。パージガスバルブ９４は、制御部５２と接続されている。パージガスバルブ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。
パージガス貯蔵部９２は、Ｎ２ガスやＡｒガスなどのパージガスを貯蔵する。パージガスバルブ９４は、制御部５２と接続されている。パージガスバルブ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。
（原子層堆積方法）
次に、図２、図３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法について説明する。図２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３（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。
次に、図２、図３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法について説明する。図２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３（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。
まず、原料ガス供給部７０が成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する（ステップＳ１０１）。
ステップＳ１０１において、液圧計７４は、液体原料貯蔵部７２の圧力を検知し、液圧計７４が検知した圧力のデータに基づいて、液体原料貯蔵部７２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７６が液体原料を加圧する。そのため、原料ガスバルブ７８には液体原料貯蔵部７２から一定の圧力で液体原料が供給される。
ステップＳ１０１において、液圧計７４は、液体原料貯蔵部７２の圧力を検知し、液圧計７４が検知した圧力のデータに基づいて、液体原料貯蔵部７２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７６が液体原料を加圧する。そのため、原料ガスバルブ７８には液体原料貯蔵部７２から一定の圧力で液体原料が供給される。
液体原料貯蔵部７２から供給された液体原料を原料ガスバルブ７８が気化し、制御部５２によって制御されるタイミングで、原料ガス供給口６２から成膜容器２０の内部に原料ガスが供給される。
図３（ａ）に示されるように、ステップＳ１０１によって、成膜容器２０の内部に原料の気体成分１１０が供給され、基板Ｓの上に原料の気体成分１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
図３（ａ）に示されるように、ステップＳ１０１によって、成膜容器２０の内部に原料の気体成分１１０が供給され、基板Ｓの上に原料の気体成分１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
次に、パージガス供給部９０が、成膜容器２０の内部にパージガスを供給する（ステップＳ１０２）。制御部５２は、パージガスバルブ９４を開く制御信号を送り、反応ガス貯蔵部９２から、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。例えば、パージガスバルブ９４を０．１秒間開き、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。また、排気部４０が、成膜容器２０の内部の原料の気体成分１１０やパージガス１１２を排気する。排気部４０は、例えば、２秒間、成膜容器２０の内部の原料の気体成分１１０やパージガス１１２を排気する。図３（ｂ）に示されるように、ステップＳ１０２によって、成膜容器２０の内部にパージガス１１２が供給され、基板Ｓの上に吸着していない原料の気体成分１１０が成膜容器２０からパージされる。なお、パージガスは、原料ガスが供給されるとき、同時に供給されてもよい。
次に、反応ガス供給部８０が、成膜容器２０の内部に反応ガスを供給する（ステップＳ１０３）。制御部５２によって制御されるタイミングによって、反応ガスバルブ８４が開放され、反応ガス供給口６４から成膜容器２０の内部に反応ガスが供給される。反応ガス供給部８０は、例えば、１秒間、成膜容器２０の内部に反応ガスを供給する。図３（ｃ）に示されるように、ステップＳ１０３によって、成膜容器２０の内部に反応ガス１１４が供給される。
また、高周波電源５０が上側電極３６に所定の周波数の高周波電流を供給し、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生させる（ステップＳ１０４）。高周波電源５０は、例えば、０．２秒間、反応ガス１１４のプラズマを発生させる。高周波電源５０が反応ガス１１４のプラズマを発生させることにより、反応ガス１１４が吸着層１０２と反応し、薄膜層１０４が形成される。
なお、高周波電源５０が反応ガス１１４のプラズマを発生させるタイミングは、反応ガス供給部８０が成膜容器２０の内部に反応ガス１１４を供給するタイミングと同時でもよい。
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。
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。
次に、パージガス供給部９０が、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する（ステップＳ１０５）。パージガス供給部９０は、例えば、０．１秒間、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。また、排気部４０が、成膜容器２０の内部の反応ガス１１４やパージガス１１２を排気する。図３（ｄ）に示されるように、ステップＳ１０５によって、成膜容器２０の内部にパージガス１１２が供給され、反応ガス１１４が成膜容器２０からパージされる。
以上説明したステップＳ１０１〜Ｓ１０５により、基板Ｓの上に一原子層分の薄膜層１０４が形成される。以下、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層１０４を形成することができる。
ここで、本実施形態においては、ステップＳ１０１において、制御信号のパルス幅を調整する代わりに、制御信号のパルス幅を一定にしてパルス数を変えることで、原料ガスの供給量を調整する。一定にするパルス幅は、例えば１ミリ秒〜５０ミリ秒とすることが好ましい。
例えば、制御部５２が、５ミリ秒のパルス幅の制御信号を、０．１秒間の間に、１〜１０回、原料ガスバルブ７８に入力すると、原料ガスバルブ７８はパルス信号がハイレベルの間、開き、成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する。
例えば、制御部５２が、５ミリ秒のパルス幅の制御信号を、０．１秒間の間に、１〜１０回、原料ガスバルブ７８に入力すると、原料ガスバルブ７８はパルス信号がハイレベルの間、開き、成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する。
図４（ａ）は、所定のパルス幅の制御信号を原料ガスバルブ７８に入力したときの、原料供給量の時間変化を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、原料ガスバルブ７８を連続して開くと、開いた瞬間は急激に原料供給量が増加するが、その後時間の経過とともに原料供給量が低下することがわかる。このため、原料供給量がパルス幅に比例せず、パルス幅で原料供給量を制御することは困難である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）よりも制御信号のパルス幅を短くするとともに、複数回のパルス状の制御信号を断続的に入力することで原料ガスバルブ７８を断続的に開閉したときの、原料供給量の時間変化を示すグラフである。図４（ｂ）に示すように、原料ガスバルブ７８を断続的に開いた場合も、開いた瞬間は急激に原料供給量が増加するが、その後、原料ガスバルブ７８が開いている間、時間の経過とともに原料供給量が低下する。しかし、１パルス当たりの原料供給量はほぼ一定であることがわかる。このため、パルス数を調整することにより、原料供給量を制御することができることがわかる。
図５（ａ）〜（ｃ）は、原料ガスバルブ７８に入力した制御信号と、気圧計５４で計測した成膜容器２０内の圧力の時間変化を示すグラフであり、図５（ａ）は１回、図５（ｂ）は４回、図５（ｃ）は７回のパルスを入力したときのグラフである。横軸が時間であり、縦軸が制御信号の電圧（Ｖ）、及び成膜容器２０内の圧力（Ｐａ）である。なお、１つのパルス幅は２０ミリ秒とした。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、パルス数が増加するに連れて、成膜容器２０内の圧力の増加量が増えており、原料ガスの供給量が増えていることがわかる。
以上説明したように、本実施形態の原子層堆積装置１０では、原料ガス供給部７０が、制御部５２より入力されるパルス信号により開閉する原料ガスバルブ７８を有し、制御部５２から入力されるパルス信号のパルス幅を一定にしてパルス数を変えることで、原料ガスの供給量を調整している。そのため、パルス幅を調整することで液体原料の供給量を制御する場合と比較して、より正確に液体原料の供給量を制御することができる。
以上、本発明の原子層堆積装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ 原子層堆積装置
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
５４ 気圧計
５６ 膜厚計測装置
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
７０ 原料ガス供給部
７２ 液体原料貯蔵部
７４ 液圧計
７６ 加圧部
７８ 原料ガスバルブ
８０ 反応ガス供給部
８２ 反応ガス貯蔵部
８４ 反応ガスバルブ
９０ パージガス供給部
９２ パージガス貯蔵部
９４ パージガスバルブ
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
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
５４ 気圧計
５６ 膜厚計測装置
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
７０ 原料ガス供給部
７２ 液体原料貯蔵部
７４ 液圧計
７６ 加圧部
７８ 原料ガスバルブ
８０ 反応ガス供給部
８２ 反応ガス貯蔵部
８４ 反応ガスバルブ
９０ パージガス供給部
９２ パージガス貯蔵部
９４ パージガスバルブ
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、
成膜容器と、
前記薄膜の原料である液体原料を気化した原料ガスを前記成膜容器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成膜容器に供給する反応ガス供給部と、
前記原料ガスを前記成膜容器に複数回供給する毎に、前記反応ガスを前記成膜容器に１回供給するサイクルを複数回繰り返すように、前記原料ガス供給部及び前記反応ガス供給部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする原子層堆積装置。 - 前記原料ガス供給部は、前記制御部より入力されるパルス信号により開閉する原料ガスバルブを有することを特徴とする、請求項１に記載の原子層堆積装置。
- 前記成膜容器内の気体の圧力を計測する気圧計を備え、
前記制御部は、前記気圧計の計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御する、請求項１又は２に記載の原子層堆積装置。 - 成膜後の薄膜の膜厚を計測する膜厚計測装置を備え、計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子層堆積装置。
- 前記液体原料を加圧する加圧部と、前記液体原料の圧力を計測する液圧計を備え、
前記制御部は、前記液圧計の計測結果に応じて、前記原料ガスの供給回数又は１回当たりの供給時間を調節するように前記原料ガス供給部を制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の原子層堆積装置。 - 基板上に薄膜を形成する原子層堆積方法であって、
前記薄膜の原料である液体原料を気化した原料ガスを成膜容器に供給するステップと、
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成膜容器に供給するステップと、を含み、
前記原料ガスを前記成膜容器に複数回供給する毎に、前記反応ガスを前記成膜容器に１回供給する手順を繰り返す、ことを特徴とする原子層堆積方法。
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-
2013
- 2013-04-17 JP JP2013086825A patent/JP2014210946A/ja active Pending
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