JP2022119880A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ミスト状の原料を用いて基体上に成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film on a substrate using mist-like raw materials.
従来、パルスレーザー堆積法(Pulsed laser deposition:PLD)、分子線エピタキシー法(Molecular beam epitaxy:MBE)、スパッタリング法等の非平衡状態を実現できる高真空成膜装置が開発されており、これまでの融液法等では作製不可能であった酸化物半導体の作製が可能となってきた。また、霧化されたミスト状の原料を用いて、基板上に結晶成長させるミスト化学気相成長法(Mist Chemical Vapor Deposition:Mist CVD。以下、「ミストCVD法」ともいう。)が開発され、コランダム構造を有する酸化ガリウム(α-Ga2O3)の作製が可能となってきた。α-Ga2O3は、バンドギャップの大きな半導体として、高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子への応用が期待されている。 Conventionally, pulsed laser deposition (PLD), molecular beam epitaxy (MBE), sputtering method, etc. High vacuum film deposition equipment capable of realizing a non-equilibrium state has been developed. It has become possible to manufacture oxide semiconductors that could not be manufactured by the melt method or the like. In addition, a mist chemical vapor deposition (Mist CVD) method, in which crystals are grown on a substrate using atomized mist raw materials, has been developed. It has become possible to fabricate gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) with a corundum structure. As a semiconductor with a large bandgap, α-Ga 2 O 3 is expected to be applied to next-generation switching elements capable of achieving high withstand voltage, low loss and high heat resistance.
ミストCVD法に関して、特許文献1には、管状炉型のミストCVD装置が記載されている。特許文献2には、ファインチャネル型のミストCVD装置が記載されている。特許文献3には、リニアソース型のミストCVD装置が記載されている。特許文献4には、管状炉のミストCVD装置が記載されており、特許文献1に記載のミストCVD装置とは、ミスト発生器内にキャリアガスを導入する点で異なっている。特許文献5には、ミスト発生器の上方に基板を設置し、さらにサセプタがホットプレート上に備え付けられた回転ステージであるミストCVD装置が記載されている。引用文献6には、基板直上に近接して設けられたノズルに取り付けられた加熱塔でエアロゾルを加熱して基板に吹き付けて成膜を行う成膜装置及び成膜方法が記載されている。 Regarding the mist CVD method, Patent Document 1 describes a tubular furnace type mist CVD apparatus. Patent Document 2 describes a fine channel type mist CVD apparatus. Patent Document 3 describes a linear source type mist CVD apparatus. Patent Document 4 describes a tubular furnace mist CVD apparatus, which differs from the mist CVD apparatus described in Patent Document 1 in that a carrier gas is introduced into the mist generator. Patent Document 5 describes a mist CVD apparatus which is a rotating stage in which a substrate is placed above a mist generator and a susceptor is mounted on a hot plate. Cited Document 6 describes a film forming apparatus and a film forming method for forming a film by heating aerosol in a heating tower attached to a nozzle provided close to directly above the substrate and spraying the aerosol onto the substrate.
ミストCVD法は、他のCVD法とは異なり高温にする必要もなく、α-酸化ガリウムのコランダム構造のような準安定相の結晶構造も作製可能である。しかしながら、本発明者は、発生させたミストが基板に搬送されるまでの間に、供給管内で凝縮、凝集して結露し(ミストの寿命低下)、結露したミストは成膜部へ送られず成膜速度が低下するという新たな問題点を見出した。 Unlike other CVD methods, the mist CVD method does not require a high temperature and can produce a metastable phase crystal structure such as the corundum structure of α-gallium oxide. However, the inventor of the present invention condenses and aggregates in the supply pipe until the generated mist is conveyed to the substrate (reduced life of the mist), and the condensed mist is not sent to the film forming unit. A new problem was found in that the film formation rate was lowered.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、成膜速度に優れミストCVD法が適用可能な成膜装置、及び、成膜速度に優れた成膜方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus which is excellent in film forming speed and to which a mist CVD method can be applied, and a film forming method which is excellent in film forming speed. and
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、原料溶液をミスト化してミストを発生させるミスト化部と、前記ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う成膜部と、前記ミスト化部と前記成膜部とを接続し、前記キャリアガスによって前記ミストが搬送される搬送部と、前記搬送部の少なくとも一部を加熱する搬送部加熱手段とを有する成膜装置を提供する。 The present invention has been made in order to achieve the above objects, and includes a misting unit for misting a raw material solution to generate a mist, a carrier gas supply unit for supplying a carrier gas for conveying the mist, and the mist. at least one of: a film-forming unit for heat-treating a substrate to form a film on a substrate; a conveying unit that connects the mist-generating unit and the film-forming unit and conveys the mist by the carrier gas; and a transport unit heating means for heating the film forming apparatus.
このような成膜装置によれば、搬送部でのミストの寿命を延ばし、成膜速度を高くすることが可能なものとなる。 According to such a film forming apparatus, it is possible to extend the life of the mist in the conveying section and increase the film forming speed.
このとき、成膜装置はさらに制御部を有し、前記制御部は、前記搬送部加熱手段を制御して前記搬送部の温度を30~120℃とするものとできる。 At this time, the film forming apparatus may further include a control section, and the control section may control the transfer section heating means to set the temperature of the transfer section to 30 to 120.degree.
これにより、成膜前のミストの寿命改善効果をより向上できるものとなる。 As a result, the effect of improving the life of the mist before film formation can be further improved.
また、成膜部でミストを熱処理して成膜を行う成膜方法であって、ミスト化部において、原料溶液をミスト化してミストを発生させる工程と、前記ミスト化部と前記成膜部とを接続する搬送部の少なくとも一部を加熱する工程と、前記搬送部を介して、前記ミスト化部から前記成膜部へと、前記ミストをキャリアガスにより搬送する工程と、前記成膜部において、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う工程とを含む成膜方法を提供する。 Further, a film forming method for forming a film by heat-treating mist in a film forming section, comprising a step of forming a mist from a raw material solution in a mist forming section to generate mist, and the mist forming section and the film forming section. a step of heating at least a part of a conveying section connecting the , a step of conveying the mist from the mist generating section to the film forming section via the conveying section by a carrier gas, and in the film forming section and heat-treating the mist to form a film on a substrate.
このような成膜方法によれば、搬送部でのミストの寿命を延ばし、成膜速度を高くすることができる。 According to such a film forming method, it is possible to extend the life of the mist in the transport section and increase the film forming speed.
このとき、前記搬送部の温度を30~120℃とすることができる。 At this time, the temperature of the conveying section can be set to 30 to 120.degree.
これにより、成膜前のミストの寿命改善効果をより向上することができる。 As a result, the effect of improving the life of the mist before film formation can be further improved.
以上のように、本発明の成膜装置によれば、簡便な装置構成により成膜速度を大きく改善することが可能なものとなる。また、本発明の成膜方法によれば、簡便な方法により成膜速度を大きく改善することが可能となる。 As described above, according to the film forming apparatus of the present invention, it is possible to greatly improve the film forming speed with a simple apparatus configuration. Moreover, according to the film forming method of the present invention, it is possible to greatly improve the film forming speed by a simple method.
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to these.
上述のように、ミストCVD法において、成膜速度を改善することが可能な成膜装置、成膜速度を大きく改善する成膜方法が求められていた。 As described above, in the mist CVD method, a film forming apparatus capable of improving the film forming speed and a film forming method capable of greatly improving the film forming speed have been desired.
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、原料溶液をミスト化してミストを発生させるミスト化部と、前記ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う成膜部と、前記ミスト化部と前記成膜部とを接続し、前記キャリアガスによって前記ミストが搬送される搬送部と、前記搬送部の少なくとも一部を加熱する搬送部加熱手段とを有する成膜装置により、搬送部でのミストの寿命を延ばし、成膜速度を高くすることが可能なものとなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies on the above problems, the inventors of the present invention have found a misting unit that mists a raw material solution to generate mist, a carrier gas supply unit that supplies a carrier gas for conveying the mist, and a mist generator. a film formation unit that performs heat treatment to form a film on a substrate; a transfer unit that connects the mist generation unit and the film formation unit and transfers the mist by the carrier gas; and at least part of the transfer unit. The inventors have found that the life of the mist in the conveying section can be extended and the film forming speed can be increased by a film forming apparatus having a conveying section heating means for heating, and the present invention has been completed.
また、本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、成膜部でミストを熱処理して成膜を行う成膜方法であって、ミスト化部において、原料溶液をミスト化してミストを発生させる工程と、前記ミスト化部と前記成膜部とを接続する搬送部の少なくとも一部を加熱する工程と、前記搬送部を介して、前記ミスト化部から前記成膜部へと、前記ミストをキャリアガスにより搬送する工程と、前記成膜部において、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う工程とを含む成膜方法により、搬送部でのミストの寿命を延ばし、成膜速度を高くすることが可能となることを見出し、本発明を完成した。 In addition, as a result of extensive studies on the above problems, the present inventors have found a film formation method in which mist is heat-treated in a film formation unit to form a film, wherein the raw material solution is made into mist in the mist formation unit. heating at least a part of a conveying section connecting the mist generating section and the film forming section; and from the mist generating section to the film forming section via the conveying section, By a film forming method including a step of conveying the mist with a carrier gas and a step of heat-treating the mist in the film forming unit to form a film on a substrate, the life of the mist in the conveying unit is extended and the film is formed. The inventors have found that it is possible to increase the film speed, and completed the present invention.
以下、図面を参照して説明する。 Description will be made below with reference to the drawings.
ここで、本発明でいうミストとは、気体中に分散した液体の微粒子の総称を指し、霧、液滴等と呼ばれるものを含む。 Here, the term "mist" as used in the present invention refers to a general term for fine particles of liquid dispersed in gas, and includes what is called mist, liquid droplets, and the like.
図1に、本発明に係る成膜装置101の一例を示す。成膜装置101は、原料溶液をミスト化してミストを発生させるミスト化部120と、ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部130と、ミストを熱処理して基体上に成膜を行う成膜部140と、ミスト化部120と成膜部140とを接続し、キャリアガスによってミストが搬送される搬送部109と、搬送部109の少なくとも一部を加熱する搬送部加熱手段111とを有する。また、成膜装置101は、成膜装置101の全体又は一部を制御する制御部117を備えることによって、その動作が制御されてもよい。この制御部117は、少なくとも搬送部加熱手段111を制御できるようにされるのが好ましい。
FIG. 1 shows an example of a
(ミスト化部)
ミスト化部120では、原料溶液を調整し、前記原料溶液をミスト化してミストを発生させる。ミスト化手段は、原料溶液をミスト化できさえすれば特に限定されず、公知のミスト化手段であってよいが、超音波振動によるミスト化手段を用いることが好ましい。より安定してミスト化することができるためである。
(Misting part)
The mist generating
このようなミスト化部120の一例を図2に示す。例えば、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、超音波振動を伝達可能な媒体、例えば水105aが入れられる容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106を含んでもよい。詳細には、原料溶液104aが収容されている容器からなるミスト発生源104が、水105aが収容されている容器105に、支持体(図示せず)を用いて収納されている。容器105の底部には、超音波振動子106が備え付けられており、超音波振動子106と発振器116とが接続されている。そして、発振器116を作動させると、超音波振動子106が振動し、水105aを介して、ミスト発生源104内に超音波が伝播し、原料溶液104aがミスト化するように構成されている。
An example of such a
(キャリアガス供給部)
キャリアガス供給部130は、キャリアガスを供給するキャリアガス源102aを有し、キャリアガス源102aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103aを備えていてもよい。また、必要に応じて希釈用キャリアガスを供給する希釈用キャリアガス源102bや、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bを備えることもできる。
(Carrier gas supply unit)
The carrier
キャリアガスの種類は、特に限定されず、成膜物に応じて適宜選択可能である。例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、又は水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類でも、2種類以上であってもよい。例えば、第1のキャリアガスと同じガスをそれ以外のガスで希釈した(例えば10倍に希釈した)希釈ガスなどを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよく、空気を用いることもできる。
また、キャリアガスの供給箇所も1箇所だけでなく、2箇所以上あってもよい。
キャリアガスの流量は、特に限定されない。例えば、30mm角基板上に成膜する場合には、0.01~20L/分とすることが好ましく、1~10L/分とすることがより好ましい。
The type of carrier gas is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the film to be deposited. Examples thereof include oxygen, ozone, inert gases such as nitrogen and argon, and reducing gases such as hydrogen gas and forming gas. Also, the number of carrier gases may be one, or two or more. For example, a diluent gas obtained by diluting the same gas as the first carrier gas with another gas (for example, diluted 10 times) may be further used as the second carrier gas, and air may also be used.
In addition, the carrier gas may be supplied at two or more locations instead of at one location.
The flow rate of carrier gas is not particularly limited. For example, when forming a film on a 30 mm square substrate, the flow rate is preferably 0.01 to 20 L/min, more preferably 1 to 10 L/min.
(成膜部)
成膜部140では、ミストを加熱し熱反応を生じさせて、基体110の表面の一部又は全部に成膜を行う。成膜部140は、例えば、成膜室107を備え、成膜室107内には基体110が設置されており、該基体110を加熱するためのホットプレート108を備えることができる。ホットプレート108は、図1に示されるように成膜室107の外部に設けられていてもよいし、成膜室107の内部に設けられていてもよい。また、成膜室107には、基体110へのミストの供給に影響を及ぼさない位置に、排ガスの排気口112が設けられている。
(Deposition part)
In the
なお、本発明においては、基体110を成膜室107の上面に設置するなどして、フェイスダウンとしてもよいし、基体110を成膜室107の底面に設置して、フェイスアップとしてもよい。
熱反応は、加熱によりミストが反応すればよく、反応条件等も特に限定されない。原料や成膜物に応じて適宜設定することができる。例えば、加熱温度は120~600℃の範囲であり、好ましくは200℃~600℃の範囲であり、より好ましくは300℃~550℃の範囲とすることができる。
熱反応は、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、空気雰囲気下及び酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、成膜物に応じて適宜設定すればよい。また、反応圧力は、大気圧下、加圧下又は減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、大気圧下の成膜であれば、装置構成が簡略化できるので好ましい。
In the present invention, the
The thermal reaction is not particularly limited as long as the mist reacts by heating. It can be appropriately set according to the raw material and the film-formed material. For example, the heating temperature can be in the range of 120-600°C, preferably in the range of 200-600°C, more preferably in the range of 300-550°C.
The thermal reaction may be performed under vacuum, under a non-oxygen atmosphere, under a reducing gas atmosphere, under an air atmosphere, or under an oxygen atmosphere, and may be appropriately set according to the film to be deposited. In addition, the reaction pressure may be under atmospheric pressure, under increased pressure or under reduced pressure, but film formation under atmospheric pressure is preferable because the apparatus configuration can be simplified.
(搬送部)
搬送部109は、ミスト化部120と成膜部140とを接続する。搬送部109を介して、ミスト化部120のミスト発生源104から成膜部140の成膜室107へと、キャリアガスによってミストが搬送される。搬送部109は、例えば、供給管109aとすることができる。供給管109aとしては、例えば石英管や樹脂製のチューブなどを使用することができる。
(Conveyor)
The conveying
(搬送部加熱手段)
搬送部加熱手段111は、搬送部109を加熱するために搬送部109に設けられる。搬送部加熱手段111は、図1に示すように搬送部109のすべて、すなわち、ミスト化部120の出口から成膜部140の入口までのすべての範囲に渡って設けられることが好ましいが、図3や図4に示す(符号は適宜省略)ように、搬送部109の供給管109aの一部のみに設けられていてもよい。搬送部加熱手段111の加熱機構としては特に限定されず、抵抗加熱、高周波加熱、赤外線等を用いた光加熱等、どのような加熱方法を用いてもよい。
(Transportation unit heating means)
The transport section heating means 111 is provided in the
キャリアガスの流量とミストの流量から、配管中の水分量を形式的に飽和水蒸気量に換算すると、配管中のミストの濃度は過飽和であることが示される。したがって、温度の低い配管の壁にミストが接触すると、ミストは容易に凝縮、凝集して結露し(ミストの寿命低下)、結露したミストは成膜部へ送られず成膜に寄与することができなくなる。つまり、成膜速度の低下の原因となる。この問題に対し、搬送部109を搬送部加熱手段111により加熱すれば、ミストの凝縮、凝集が抑制され、結果として成膜速度を高めることができる。
Formally converting the water content in the pipe to the saturated water vapor content from the flow rate of the carrier gas and the flow rate of the mist indicates that the concentration of the mist in the pipe is supersaturated. Therefore, when the mist comes into contact with the wall of the piping with a low temperature, the mist easily condenses and agglomerates to form condensation (reduced life of the mist). become unable. That is, it causes a decrease in the film formation speed. In order to solve this problem, if the conveying
搬送部加熱手段111により搬送部109を加熱する温度は、30~120℃とすることが好ましい。このような範囲であれば、より効果的にミストの凝縮、凝集を抑制でき、成膜速度を高めることができる。
加熱温度の調節は、成膜装置101に制御部117を備えることにより制御することもできる。
The temperature for heating the conveying
The adjustment of the heating temperature can also be controlled by providing the
(原料溶液)
原料溶液は、ミスト化が可能な材料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよい。金属又は金属化合物が好適に用いられ、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル及びコバルトから選ばれる1種又は2種以上の金属を含むものを使用できる。
前記原料溶液は、上記金属をミスト化できるものであれば特に限定されないが、前記原料溶液として、前記金属を錯体又は塩の形態で、有機溶媒又は水に溶解又は分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩などが挙げられる。また、上記金属を、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸等に溶解したものも塩の水溶液として用いることができる。
(raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a material that can be misted, and may be an inorganic material or an organic material. Metals or metal compounds are preferably used, and those containing one or more metals selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel and cobalt can be used.
The raw material solution is not particularly limited as long as the metal can be misted. As the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt is preferably used. be able to. Examples of forms of the complex include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Salt forms include, for example, metal chloride salts, metal bromide salts, and metal iodide salts. In addition, a solution obtained by dissolving the above metal in hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, or the like can also be used as an aqueous salt solution.
また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、なかでも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H2O2)、過酸化ナトリウム(Na2O2)、過酸化バリウム(BaO2)、過酸化ベンゾイル(C6H5CO)2O2等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Additives such as hydrohalic acid and an oxidizing agent may be mixed in the raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, etc. Among them, hydrobromic acid and hydroiodic acid are preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2 and the like. , hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, and organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.
さらに、前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは特に限定されない。例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウム又はニオブ等のn型ドーパント、又は、銅、銀、スズ、イリジウム、ロジウム等のp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、例えば、約1×1016/cm3~1×1022/cm3であってもよく、約1×1017/cm3以下の低濃度にしても、約1×1020/cm3以上の高濃度としてもよい。 Furthermore, the raw material solution may contain a dopant. The dopant is not particularly limited. Examples include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants such as copper, silver, tin, iridium and rhodium. The dopant concentration may be, for example, about 1×10 16 /cm 3 to 1×10 22 /cm 3 , and even at a low concentration of about 1×10 17 /cm 3 or less, about 1×10 20 /cm 3 or higher.
(基体)
基体110は、成膜可能であり膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体110の材料も、特に限定されず、公知の基体を用いることができ、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。例えば、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、鉄やアルミニウム、ステンレス鋼、金等の金属、シリコン、サファイア、石英、ガラス、酸化ガリウム等が挙げられるが、これに限られるものではない。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、板状の基体が好ましい。板状の基体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、10~2000μmであり、より好ましくは50~800μmである。
(substrate)
The
次に、以下、図1を参照しながら、本発明に係る製造方法の一例を説明する。
まず、原料溶液104aをミスト発生源104内に収容し、基体110をホットプレート108上に直接又は成膜室107の壁を介して設置し、ホットプレート108を作動させる。次に、搬送部加熱手段111を作動させ、搬送部109の供給管109aを加熱する。次に、流量調節弁103a、103bを開いてキャリアガス源102a、102bからキャリアガスを成膜室107内に供給し、成膜室107の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量と希釈用キャリアガスの流量をそれぞれ調節する。次に、超音波振動子106を振動させ、その振動を、水105aを通じて原料溶液104aに伝播させることによって、原料溶液104aをミスト化させてミストを生成する。ついで、ミストは、キャリアガスによって搬送部109を経て成膜室107内に導入される。この時、供給管109aは搬送部加熱手段111により、例えば30~120℃に加熱されているので、供給管109a内でのミストの凝縮等が抑制される。したがって、効率よく成膜室107内に導入されたミストは、成膜室107内でホットプレート108の熱により熱反応して、高い成膜速度で基体110上に成膜される。
Next, an example of the manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to FIG.
First, the
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but these are not intended to limit the present invention.
(実施例1)
まず、図1を参照しながら、本実施例で用いた成膜装置101を説明する。成膜装置101は、キャリアガスを供給するキャリアガス源102aと、キャリアガス源102aから送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103aと、希釈用キャリアガスを供給する希釈用キャリアガス源102bと、希釈用キャリアガス源102bから送り出される希釈用キャリアガスの流量を調節するための流量調節弁103bと、原料溶液104aが収容されるミスト発生源104と、水105aが収容された容器105と、容器105の底面に取り付けられた超音波振動子106と、成膜室107と、ミスト発生源104から成膜室107までをつなぐ石英製の供給管109aと、ホットプレート108とを備えている。搬送部加熱手段111として、アズワン社のリボンヒーターJK-3を供給管109a全体に巻き付け、温調可能とした。
(Example 1)
First, the
次に、原料溶液の作製を行った。臭化ガリウム0.1mol/Lの水溶液を調整し、さらに48%臭化水素酸溶液を体積比で10%となるように含有させ、これを原料溶液104aとした。
Next, a raw material solution was prepared. An aqueous solution of 0.1 mol/L of gallium bromide was prepared, and a 48% hydrobromic acid solution was added so as to be 10% by volume, and this was used as the
上述のようにして得た原料溶液104aをミスト発生源104内に収容した。次に、基体110として4インチ(直径100mm)のc面サファイア基板を、成膜室107内でホットプレート108に隣接するように設置し、ホットプレート108を作動させて温度を500℃に昇温した。
次に、搬送部加熱手段111の温度が80℃となるよう調整した。続いて、流量調節弁103a、103bを開いてキャリアガス源102a、102bからキャリアガスを成膜室107内に供給し、成膜室107の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5L/minに、希釈用キャリアガスの流量を0.5L/minにそれぞれ調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
The
Next, the temperature of the transfer section heating means 111 was adjusted to 80°C. Subsequently, the
次に、超音波振動子106を2.4MHzで振動させ、その振動を、水105aを通じて原料溶液104aに伝播させることによって、原料溶液104aをミスト化してミストを生成した。このミストを、キャリアガスによって供給管109aを経て成膜室107内に導入した。そして、大気圧下、500℃の条件で、成膜室107内でミストを熱反応させて、基体110上にコランダム構造を有する酸化ガリウム(α-Ga2O3)の薄膜を形成した。成膜時間は30分とした。
Next, the
基体110上の薄膜について、測定箇所を基体110の面内の17点として、段差計を用いて膜厚を測定し、それぞれの膜厚の値から平均値を算出した。
平均膜厚は、5.6μmであった。また、平均膜厚を成膜時間で割った成膜速度は、11.2μm/時間であった。
The film thickness of the thin film on the
The average film thickness was 5.6 μm. Also, the film formation rate obtained by dividing the average film thickness by the film formation time was 11.2 μm/hour.
(実施例2)
搬送部加熱手段111の温度を30℃とした以外は、実施例1と同じ条件で成膜を行った。平均膜厚は5.5μmとなり、成膜速度は、11.0μm/時間であった。
(Example 2)
Film formation was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the temperature of the transfer section heating means 111 was set to 30.degree. The average film thickness was 5.5 μm, and the film formation rate was 11.0 μm/hour.
(実施例3)
搬送部加熱手段111の温度を120℃とした以外は、実施例1と同じ条件で成膜を行った。平均膜厚は5.1μmとなり、成膜速度は、10.2μm/時間であった。
(Example 3)
Film formation was carried out under the same conditions as in Example 1, except that the temperature of the transfer section heating means 111 was set to 120.degree. The average film thickness was 5.1 μm, and the film formation rate was 10.2 μm/hour.
(実施例4)
搬送部加熱手段111を図3に示す態様で設けた。すなわち、供給管109a全体のうち60%の範囲に搬送部加熱手段111を設置し加熱した。これ以外は実施例1と同じ条件で成膜を行った。平均膜厚は5.2μmとなり、成膜速度は、10.4μm/時間であった。
(Example 4)
A transport section heating means 111 was provided in the manner shown in FIG. That is, 60% of the
(実施例5)
搬送部加熱手段111を図4に示す態様で設けた。すなわち、供給管109a全体のうち30%の範囲に搬送部加熱手段111を設置し加熱した。これ以外は実施例1と同じ条件で成膜を行った。平均膜厚は4.8μmとなり、成膜速度は、9.6μm/時間であった。
(Example 5)
A transport section heating means 111 was provided in the manner shown in FIG. That is, the conveying section heating means 111 was installed and heated in a range of 30% of the
(比較例1)
搬送部加熱手段111を設けず、供給管109aの温度を室温のままとし、これ以外は実施例1と同じ条件で成膜を行った。平均膜厚は3.7μmとなり、成膜速度は、7.4μm/時間であった。
(Comparative example 1)
Film formation was carried out under the same conditions as in Example 1 except that the temperature of the
実施例1-5及び比較例1の結果をまとめたものを表1に示す。なお、比較例1においては搬送部加熱手段111を設けていないため、搬送部加熱手段被覆割合[%]は「0」である。 A summary of the results of Examples 1-5 and Comparative Example 1 is shown in Table 1. In addition, in Comparative Example 1, since the transport section heating means 111 is not provided, the transport section heating means coverage ratio [%] is "0".
実施例1~5と比較例1との比較より、搬送部加熱手段111を設けて搬送部の加熱を行うことで、成膜速度の飛躍的な改善がみられることがわかった。また、搬送部加熱手段111の設置範囲が搬送部の一部であっても、成膜速度の改善効果が得られることがわかった。 From the comparison between Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, it was found that the deposition rate was dramatically improved by providing the transport section heating means 111 to heat the transport section. Further, it was found that even if the installation range of the transport section heating means 111 is a part of the transport section, the effect of improving the film forming speed can be obtained.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of
101…成膜装置、 102a…キャリアガス源、
102b…希釈用キャリアガス源、 103a…流量調節弁、
103b…流量調節弁、 104…ミスト発生源、 104a…原料溶液、
105…容器、 105a…水、 106…超音波振動子、 107…成膜室、
108…ホットプレート、 109…搬送部、 109a…供給管、 110…基体、
111…搬送部加熱手段、 112…排気口、 116…発振器、 117…制御部、
120…ミスト化部、130…キャリアガス供給部、140…成膜部。
101... Film forming apparatus, 102a... Carrier gas source,
102b... carrier gas source for dilution, 103a... flow control valve,
103b... Flow control valve, 104... Mist generation source, 104a... Raw material solution,
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
120... Misting section, 130... Carrier gas supply section, 140... Film forming section.
Claims (6)
原料溶液をミスト化してミストを発生させるミスト化部と、
前記ミストを搬送するキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う成膜部と、
前記ミスト化部と前記成膜部とを接続し、前記キャリアガスによって過飽和である前記ミストが搬送される搬送部と、
前記搬送部の少なくとも一部を加熱する搬送部加熱手段とを有することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus,
a misting unit that mists the raw material solution to generate mist;
a carrier gas supply unit that supplies a carrier gas for transporting the mist;
a film forming unit for heat-treating the mist to form a film on a substrate;
a conveying unit that connects the misting unit and the film forming unit and conveys the mist that is supersaturated with the carrier gas;
and a transport unit heating means for heating at least a part of the transport unit.
前記制御部は、前記搬送部加熱手段を制御して前記搬送部の温度を30~120℃とするものであることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 The film forming apparatus further has a control unit,
2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the control section controls the transfer section heating means to set the temperature of the transfer section to 30 to 120.degree.
ミスト化部において、原料溶液をミスト化してミストを発生させる工程と、
前記ミスト化部と前記成膜部とを接続する搬送部の少なくとも一部を加熱する工程と、
前記搬送部を介して、前記ミスト化部から前記成膜部へと、過飽和である前記ミストをキャリアガスにより搬送する工程と、
前記成膜部において、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う工程とを含むことを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a film by heat-treating mist in a film forming unit,
a step of misting the raw material solution to generate a mist in the misting unit;
a step of heating at least part of a conveying section that connects the mist generating section and the film forming section;
a step of transporting the supersaturated mist by a carrier gas from the misting unit to the film forming unit via the transport unit;
and a step of heat-treating the mist to form a film on a substrate in the film forming unit.
ミスト化部において、原料溶液をミスト化してミストを発生させる工程と、
前記ミスト化部と前記成膜部とを接続する搬送部の少なくとも一部の温度制御を行い、前記搬送部を介して、前記ミスト化部から前記成膜部へと、過飽和である前記ミストをキャリアガスにより搬送する工程と、
前記成膜部において、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う工程とを含むことを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a film by heat-treating mist in a film forming unit,
a step of misting the raw material solution to generate a mist in the misting unit;
temperature control of at least a part of a conveying section connecting the mist generating section and the film forming section, and the supersaturated mist is transferred from the mist generating section to the film forming section via the conveying section; a step of conveying with a carrier gas;
and a step of heat-treating the mist to form a film on a substrate in the film forming unit.
ミスト化部において、原料溶液をミスト化してミストを発生させる工程と、
前記搬送部を介して、前記ミスト化部から前記成膜部へと、前記ミストをキャリアガスにより搬送する工程と、前記成膜部において、前記ミストを熱処理して基体上に成膜を行う工程とを含み、
前記キャリアガスの流量と前記ミストの流量を測定し、前記ミストを水蒸気と仮定して換算した前記搬送部における水蒸気量と、室温の飽和水蒸気を比較して、前記搬送部の少なくとも一部の温度制御を行う工程を含むことを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a film by heat-treating mist in a film forming unit,
a step of misting the raw material solution to generate a mist in the misting unit;
a step of transporting the mist from the mist generating unit to the film forming unit via the transport unit using a carrier gas; and a step of heat-treating the mist to form a film on a substrate in the film forming unit. and
The flow rate of the carrier gas and the flow rate of the mist are measured, and the amount of water vapor in the transfer section converted assuming that the mist is water vapor is compared with the saturated water vapor at room temperature to determine the temperature of at least a part of the transfer section. A film forming method, comprising a step of controlling.
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