JP3103186B2 - 原子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法 - Google Patents
原子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法Info
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- JP3103186B2 JP3103186B2 JP04064149A JP6414992A JP3103186B2 JP 3103186 B2 JP3103186 B2 JP 3103186B2 JP 04064149 A JP04064149 A JP 04064149A JP 6414992 A JP6414992 A JP 6414992A JP 3103186 B2 JP3103186 B2 JP 3103186B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成技術のひとつ
である原子層エピタキシー法および原子層エピタキシー
装置に関する。近年の薄膜利用技術の高度化に伴い、薄
膜の結晶性・均一性等の膜品質向上が要求されている。
特に、量子サイズ効果を利用した機能デバイスを構成す
る半導体薄膜を、単一原子層レベルで成長制御できる方
法が必要とされており、原子層エピタキシー法による結
晶性の良好な半導体成膜技術が注目されている。
である原子層エピタキシー法および原子層エピタキシー
装置に関する。近年の薄膜利用技術の高度化に伴い、薄
膜の結晶性・均一性等の膜品質向上が要求されている。
特に、量子サイズ効果を利用した機能デバイスを構成す
る半導体薄膜を、単一原子層レベルで成長制御できる方
法が必要とされており、原子層エピタキシー法による結
晶性の良好な半導体成膜技術が注目されている。
【０００２】また、半導体薄膜に止まらず、絶縁膜を形
成する場合も、同様に高品質の薄膜が形成できる。例え
ば、薄膜ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルの絶
縁層は、高耐圧・無欠陥・長寿命が要求され、薄膜中に
不純物・膜欠陥等を含まない高品質の膜質を実現する必
要がある。原子層エピタキシー法は、薄膜を形成する
際、原料となる複数のガスを交互に切り換えて基板に供
給し、１層づつ形成していくため、高品質の薄膜を形成
できる。
成する場合も、同様に高品質の薄膜が形成できる。例え
ば、薄膜ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルの絶
縁層は、高耐圧・無欠陥・長寿命が要求され、薄膜中に
不純物・膜欠陥等を含まない高品質の膜質を実現する必
要がある。原子層エピタキシー法は、薄膜を形成する
際、原料となる複数のガスを交互に切り換えて基板に供
給し、１層づつ形成していくため、高品質の薄膜を形成
できる。
【０００３】
【従来の技術】図７は特公昭57−35158 号公報に記載さ
れている従来の原子層エピタキシー装置の原理を示す図
である。（ａ）図は、真空室１中において、円筒状の基
板ホルダー２の外面に、円周方向に一定間隔で基板３を
取り付け、各基板３に対向して、異なる種類の原料ガス
Ａ、Ｂ、Ｃの入った原料ガス供給器４ａ、４ｂ、４ｃが
配置されている。
れている従来の原子層エピタキシー装置の原理を示す図
である。（ａ）図は、真空室１中において、円筒状の基
板ホルダー２の外面に、円周方向に一定間隔で基板３を
取り付け、各基板３に対向して、異なる種類の原料ガス
Ａ、Ｂ、Ｃの入った原料ガス供給器４ａ、４ｂ、４ｃが
配置されている。
【０００４】したがって、ある一つの基板に着目する
と、基板ホルダー２が反時計方向に回転することで、最
初にＡガス、次にＢガス、Ｃガス、Ａガス…の順に、原
料ガスに曝されるため、３種類の原料ガスによる原子層
エピタキシー成膜が可能となる。
と、基板ホルダー２が反時計方向に回転することで、最
初にＡガス、次にＢガス、Ｃガス、Ａガス…の順に、原
料ガスに曝されるため、３種類の原料ガスによる原子層
エピタキシー成膜が可能となる。
【０００５】これに対し（ｂ）図は、処理室１中におい
て、回転円板５に円周方向に一定間隔に複数枚の基板３
を取り付け、円板５が回転することで、各基板が、原料
ガスＡの供給口６ａ、原料ガスＢの供給口６ｂ、再び原
料ガスＡの供給口６ａへと移動し、交互に異種の原料ガ
スが供給されるようになっている。
て、回転円板５に円周方向に一定間隔に複数枚の基板３
を取り付け、円板５が回転することで、各基板が、原料
ガスＡの供給口６ａ、原料ガスＢの供給口６ｂ、再び原
料ガスＡの供給口６ａへと移動し、交互に異種の原料ガ
スが供給されるようになっている。
【０００６】（ｃ）図は、真空室１中において、ホルダ
ーに多数の基板３を取り付けておき、原料ガスＡを真空
室１に供給して、総ての基板３に原料ガスＡを一斉に供
給した後、排気口７から原料ガスＡを排気した後、原料
ガスＢを供給する。このようにして、原料ガスＡとＢを
交互に供給することで、原子層エピタキシー成膜を行な
う。
ーに多数の基板３を取り付けておき、原料ガスＡを真空
室１に供給して、総ての基板３に原料ガスＡを一斉に供
給した後、排気口７から原料ガスＡを排気した後、原料
ガスＢを供給する。このようにして、原料ガスＡとＢを
交互に供給することで、原子層エピタキシー成膜を行な
う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、（ａ）図お
よび（ｂ）図の方法では、異種の原料ガスの供給部を空
間的に異なる位置に設け、その前を基板が回転して通過
するようになっているため、基板と原料ガス供給口との
間を気密シールできず、処理室１中で異種の原料ガスが
混ざり合う、という問題があり、膜質に及ぼす影響を無
視できない。
よび（ｂ）図の方法では、異種の原料ガスの供給部を空
間的に異なる位置に設け、その前を基板が回転して通過
するようになっているため、基板と原料ガス供給口との
間を気密シールできず、処理室１中で異種の原料ガスが
混ざり合う、という問題があり、膜質に及ぼす影響を無
視できない。
【０００８】また、気密シール構造にすると、基板を停
止させて、原料ガス供給口を基板に対し前後動させなけ
ればならないので、処理室内で塵埃が発生して膜質を低
下させるほか、量産性に劣り、大量の基板を処理するの
に適しない。
止させて、原料ガス供給口を基板に対し前後動させなけ
ればならないので、処理室内で塵埃が発生して膜質を低
下させるほか、量産性に劣り、大量の基板を処理するの
に適しない。
【０００９】一方、（ｃ）図のように、真空室１中に原
料ガスＡとＢを交互に入れ換える方法は、原料ガスを完
全に入れ換えれば、異種の原料ガスが混合して、膜質を
損なう恐れはないが、原料ガスの切り換えに時間がかか
るため処理の連続性に欠け、処理能率が低く、大量生産
に適しない。また、以上のいずれも、真空室１が大きく
なり、排気に時間を要する、などの問題がある。
料ガスＡとＢを交互に入れ換える方法は、原料ガスを完
全に入れ換えれば、異種の原料ガスが混合して、膜質を
損なう恐れはないが、原料ガスの切り換えに時間がかか
るため処理の連続性に欠け、処理能率が低く、大量生産
に適しない。また、以上のいずれも、真空室１が大きく
なり、排気に時間を要する、などの問題がある。
【００１０】また、バリアガスによって異種の原料ガス
の間を空間的に遮蔽することも提案されており、ガス切
り換えの時間を必要としないため、１サイクルに要する
時間が短く生産性が高い。しかし、異種の原料ガス間の
遮蔽が充分でなく、原料ガスが混ざり合って膜質を損な
うという問題は避けられない。
の間を空間的に遮蔽することも提案されており、ガス切
り換えの時間を必要としないため、１サイクルに要する
時間が短く生産性が高い。しかし、異種の原料ガス間の
遮蔽が充分でなく、原料ガスが混ざり合って膜質を損な
うという問題は避けられない。
【００１１】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、大量生産に適し、しかも膜質を低下させない原
子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法を実
現することにある。
着目し、大量生産に適し、しかも膜質を低下させない原
子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法を実
現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明による原子
層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法の基本
原理を説明する平面図と縦断面図である。請求項１の発
明は、筒状の外壁８と内壁９を同心円状に配置すること
で、内外壁８、９間にリング状の処理室10が形成されて
いる。
層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法の基本
原理を説明する平面図と縦断面図である。請求項１の発
明は、筒状の外壁８と内壁９を同心円状に配置すること
で、内外壁８、９間にリング状の処理室10が形成されて
いる。
【００１３】そして、このリング状の処理室10内におい
て、複数枚の基板３を、円周方向に所定の間隔をおい
て、しかも接線方向に保持する基板ホルダー11が配設さ
れている。また、リング状処理室10の中心を回転中心と
する回転機構12に、前記の基板ホルダー11が取り付けら
れている。
て、複数枚の基板３を、円周方向に所定の間隔をおい
て、しかも接線方向に保持する基板ホルダー11が配設さ
れている。また、リング状処理室10の中心を回転中心と
する回転機構12に、前記の基板ホルダー11が取り付けら
れている。
【００１４】請求項２の発明は、前記のような装置にお
いて、リング状処理室10に、円周方向に所定の間隔をお
いて、原料ガス供給部13とバリアガス供給部14が交互に
配設されている構成である。
いて、リング状処理室10に、円周方向に所定の間隔をお
いて、原料ガス供給部13とバリアガス供給部14が交互に
配設されている構成である。
【００１５】請求項３の発明は、前記基板ホルダー11
に、２組の基板３、３が背中合わせの状態で搭載されて
おり、前記の原料ガス供給部13およびバリアガス供給部
14を、背中合わせの基板３、３の通路を挟んで配設した
構成である。
に、２組の基板３、３が背中合わせの状態で搭載されて
おり、前記の原料ガス供給部13およびバリアガス供給部
14を、背中合わせの基板３、３の通路を挟んで配設した
構成である。
【００１６】請求項４の発明は、原子層エピタキシー法
であり、まず第一段階の処理方法を行なった後に第二段
階の処理を行なう。第一段階の処理は、処理室全体を第
一の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板をさらし、次
にバリアガスによって該原料ガスを一掃した後、処理室
全体を第二の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板をさ
らし、次にバリアガスで該原料ガスを一掃することで、
異種の原料ガスの雰囲気を時間的に切り換えて成膜を行
なう方法である。
であり、まず第一段階の処理方法を行なった後に第二段
階の処理を行なう。第一段階の処理は、処理室全体を第
一の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板をさらし、次
にバリアガスによって該原料ガスを一掃した後、処理室
全体を第二の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板をさ
らし、次にバリアガスで該原料ガスを一掃することで、
異種の原料ガスの雰囲気を時間的に切り換えて成膜を行
なう方法である。
【００１７】その後に行なう第二段階の処理は、前記の
第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの雰囲気を交
互に配置すると共に、それぞれの原料ガスの雰囲気の間
にバリアガスの雰囲気を設け、これらの各雰囲気の中に
前記の基板を通過させることで、異種の原料ガスの雰囲
気を空間的に切り換えて成膜する方法である。
第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの雰囲気を交
互に配置すると共に、それぞれの原料ガスの雰囲気の間
にバリアガスの雰囲気を設け、これらの各雰囲気の中に
前記の基板を通過させることで、異種の原料ガスの雰囲
気を空間的に切り換えて成膜する方法である。
【００１８】請求項５の発明は、前記の第一段階の処理
を行なった後に第二段階の処理を行なう場合に、請求項
２記載のリング状の処理室中で行なう方法である。
を行なった後に第二段階の処理を行なう場合に、請求項
２記載のリング状の処理室中で行なう方法である。
【００１９】
【作用】請求項１のように、処理室10がリング状になっ
ており、その中に、複数枚の基板３を、円周方向に所定
の間隔をおいて配置し、回転させる構造になっているの
で、基板の枚数に対して処理室10が狭い。そのため、排
気容積を低減でき、排気効率が高く、異種の原料ガスの
切り換えを効率的に行なうことができる。また、処理室
10中に摺動部が無いので、発塵が少なく、良質な膜が得
られる。
ており、その中に、複数枚の基板３を、円周方向に所定
の間隔をおいて配置し、回転させる構造になっているの
で、基板の枚数に対して処理室10が狭い。そのため、排
気容積を低減でき、排気効率が高く、異種の原料ガスの
切り換えを効率的に行なうことができる。また、処理室
10中に摺動部が無いので、発塵が少なく、良質な膜が得
られる。
【００２０】請求項２のように、前記のリング状処理室
10に、円周方向に所定の間隔をおいて、原料ガス供給部
13とバリアガス供給部14が交互に配設されているため、
前記の回転機構12で基板ホルダー11を連続または間欠回
転させるだけで、多数の基板３がリング状処理室10中を
回転移動し、原料ガスとバリアガスが交互に供給され
る。
10に、円周方向に所定の間隔をおいて、原料ガス供給部
13とバリアガス供給部14が交互に配設されているため、
前記の回転機構12で基板ホルダー11を連続または間欠回
転させるだけで、多数の基板３がリング状処理室10中を
回転移動し、原料ガスとバリアガスが交互に供給され
る。
【００２１】このように、狭いリング状処理室10中で原
料ガスと原料ガスの間にバリアガスが供給されるので、
異種のバリアガスが混ざり合うのを抑制でき、膜質の低
下を防止できる。また、基板が原料ガスと原料ガスの中
を交互に通過するだけなため、異種の原料ガスを交互に
処理室に出し入れするのと違って、処理効率が向上し、
量産に適している。
料ガスと原料ガスの間にバリアガスが供給されるので、
異種のバリアガスが混ざり合うのを抑制でき、膜質の低
下を防止できる。また、基板が原料ガスと原料ガスの中
を交互に通過するだけなため、異種の原料ガスを交互に
処理室に出し入れするのと違って、処理効率が向上し、
量産に適している。
【００２２】請求項３によれば、前記基板ホルダー11
に、２組の基板３、３が背中合わせの状態で搭載されて
おり、前記の原料ガス供給部13およびバリアガス供給部
14を、背中合わせの基板３、３の通路を挟んで配設した
ことで、同時に二組ずつ成膜でき、処理効率がさらに向
上する。
に、２組の基板３、３が背中合わせの状態で搭載されて
おり、前記の原料ガス供給部13およびバリアガス供給部
14を、背中合わせの基板３、３の通路を挟んで配設した
ことで、同時に二組ずつ成膜でき、処理効率がさらに向
上する。
【００２３】請求項４の方法によれば、まず第一段階の
処理によって、処理室10内の原料ガスを完全に入れ換え
て成膜するため、異種の原料ガスの混合を完全に回避し
て、良質の膜の原子層エピタキシー成膜できる。この方
法で所定の膜厚まで成膜した後、第一の原料ガスの雰囲
気と第二の原料ガスの雰囲気を交互に配置すると共に、
それぞれの原料ガスの雰囲気の間にバリアガスの雰囲気
を設け、これらの各雰囲気の中を前記の基板が通過する
ため、処理効率が向上する。
処理によって、処理室10内の原料ガスを完全に入れ換え
て成膜するため、異種の原料ガスの混合を完全に回避し
て、良質の膜の原子層エピタキシー成膜できる。この方
法で所定の膜厚まで成膜した後、第一の原料ガスの雰囲
気と第二の原料ガスの雰囲気を交互に配置すると共に、
それぞれの原料ガスの雰囲気の間にバリアガスの雰囲気
を設け、これらの各雰囲気の中を前記の基板が通過する
ため、処理効率が向上する。
【００２４】しかも、膜全体の品質を左右する最初の膜
は、異種原料ガスの混合を確実に防止できる方法で成膜
されるため、膜質を低下させることなしに量産できる。
は、異種原料ガスの混合を確実に防止できる方法で成膜
されるため、膜質を低下させることなしに量産できる。
【００２５】請求項５のように、前記の第一段階の処理
を行なった後に第二段階の処理を行なう成膜方法を、請
求項２記載のリング状の処理室10中で行なうと、リング
状処理室10の容積が小さいので、第一段階の処理におけ
るガス交換を迅速に行なうことができ、第一段階の成膜
も効率的に行なうことができる。また、同じ処理室10で
引き続いて第二段階の成膜も行なうので、第一段階の成
膜と第二段階の成膜を連続して行なうことができ、この
点でも処理効率が向上する。
を行なった後に第二段階の処理を行なう成膜方法を、請
求項２記載のリング状の処理室10中で行なうと、リング
状処理室10の容積が小さいので、第一段階の処理におけ
るガス交換を迅速に行なうことができ、第一段階の成膜
も効率的に行なうことができる。また、同じ処理室10で
引き続いて第二段階の成膜も行なうので、第一段階の成
膜と第二段階の成膜を連続して行なうことができ、この
点でも処理効率が向上する。
【００２６】
【実施例】次に本発明による原子層エピタキシー装置お
よび原子層エピタキシー法が実際上どのように具体化さ
れるかを実施例で説明する。図２は請求項１〜３記載の
原子層エピタキシー装置の実施例を示す斜視図であり、
図３は同実施例装置の処理室10中で回転する基板ホルダ
ー11を示す図である。
よび原子層エピタキシー法が実際上どのように具体化さ
れるかを実施例で説明する。図２は請求項１〜３記載の
原子層エピタキシー装置の実施例を示す斜視図であり、
図３は同実施例装置の処理室10中で回転する基板ホルダ
ー11を示す図である。
【００２７】筒状の外壁８と内壁９間に形成されたリン
グ状の処理室10は、上端が天井板１５で密閉されてい
る。そして、図示例では、図３に示すような多角形状の
基板ホルダー11を、リング状の処理室10中に、下から挿
入した構造になっている。そして、図１（ｂ）に示すよ
うに、処理室10の底部は、基板ホルダー11の回転の妨げ
とならない範囲で、底板１６によって塞がれている。
グ状の処理室10は、上端が天井板１５で密閉されてい
る。そして、図示例では、図３に示すような多角形状の
基板ホルダー11を、リング状の処理室10中に、下から挿
入した構造になっている。そして、図１（ｂ）に示すよ
うに、処理室10の底部は、基板ホルダー11の回転の妨げ
とならない範囲で、底板１６によって塞がれている。
【００２８】図示例では、図１と同様に、原料ガス供給
部13が９０°間隔で４か所配設されている。そして、１
８０°間隔で配設されている原料ガス供給部13ａから第
一のガスを供給し、他の原料ガス供給部13ｂからは第二
のガスを供給する。
部13が９０°間隔で４か所配設されている。そして、１
８０°間隔で配設されている原料ガス供給部13ａから第
一のガスを供給し、他の原料ガス供給部13ｂからは第二
のガスを供給する。
【００２９】各原料ガス供給部13ａ、13ｂは、図４に示
すように、処理室10中で基板ホルダー11に支持された基
板３を内外から挟むように、原料ガス供給管17ｏ、17ｉ
が配設されていて、基板３側に開けられた多数のノズル
１８から原料ガスが吹き出すようになっている。原料ガ
ス供給管17ｏ、17ｉは、配管１９でガス源に接続されて
おり、また使用済のガスは、排気口２０から排気用ター
ボ分子ポンプＰで排出される。
すように、処理室10中で基板ホルダー11に支持された基
板３を内外から挟むように、原料ガス供給管17ｏ、17ｉ
が配設されていて、基板３側に開けられた多数のノズル
１８から原料ガスが吹き出すようになっている。原料ガ
ス供給管17ｏ、17ｉは、配管１９でガス源に接続されて
おり、また使用済のガスは、排気口２０から排気用ター
ボ分子ポンプＰで排出される。
【００３０】処理室10中において、各原料ガス供給部13
ａと13ｂの間に、バリアガス供給部14が配設されてい
る。図５に示すように、バリアガス供給部14も、原料ガ
ス供給部と同様に、基板ホルダー11に支持された基板３
を内外から挟むように、バリアガス供給管21ｏ、21ｉが
配設されていて、基板３側に開けられた多数のノズル２
２からバリアガスが吹き出すようになっている。バリア
ガス供給管21ｏ、21ｉは、配管２３でバリアガス源に接
続されている。
ａと13ｂの間に、バリアガス供給部14が配設されてい
る。図５に示すように、バリアガス供給部14も、原料ガ
ス供給部と同様に、基板ホルダー11に支持された基板３
を内外から挟むように、バリアガス供給管21ｏ、21ｉが
配設されていて、基板３側に開けられた多数のノズル２
２からバリアガスが吹き出すようになっている。バリア
ガス供給管21ｏ、21ｉは、配管２３でバリアガス源に接
続されている。
【００３１】バリアガス供給部14の下には、使用済のガ
スの排出口は開いておらず、両側の原料ガス供給部13の
排気口２０から原料ガスと一緒に排出される。すなわ
ち、各原料ガス供給部13ａ、13ｂでは、両側のバリアガ
ス供給管21ｏ、21ｉから供給されたバリアガスが、原料
ガス供給部13ａ、13ｂの排気口２０から排出されるの
で、両側の異種の原料ガスどうしが混合することはでき
ない。
スの排出口は開いておらず、両側の原料ガス供給部13の
排気口２０から原料ガスと一緒に排出される。すなわ
ち、各原料ガス供給部13ａ、13ｂでは、両側のバリアガ
ス供給管21ｏ、21ｉから供給されたバリアガスが、原料
ガス供給部13ａ、13ｂの排気口２０から排出されるの
で、両側の異種の原料ガスどうしが混合することはでき
ない。
【００３２】各原料ガス供給部13ａ、13ｂとその前段の
バリアガス供給部14との間には、図６に示すように、処
理室10中を回転している基板３、３を挟むように、ヒー
タ２４ｏ、２４ｉが配設され、成膜時の反応が促進され
るようにしている。
バリアガス供給部14との間には、図６に示すように、処
理室10中を回転している基板３、３を挟むように、ヒー
タ２４ｏ、２４ｉが配設され、成膜時の反応が促進され
るようにしている。
【００３３】図３（ｂ）に示すように、基板支持板２５
の両面に、２組の基板３、３を背中合わせに取り付け
て、枠状の押さえ板２６ｏ、２６ｉで支持板２５に押圧
固定する構造になっている。一方、多角形状の基板ホル
ダー11は、窓枠状のホルダー部27が多数リング状に連結
した構造になっており、図２の外壁８に設けられた扉２
８を開けて、前記の背中合わせに基板が取り付けられた
支持板２５を、開口２９からホルダー部27に取り付ける
ことで、各ホルダー部27に２組ずつ基板を装着できる。
の両面に、２組の基板３、３を背中合わせに取り付け
て、枠状の押さえ板２６ｏ、２６ｉで支持板２５に押圧
固定する構造になっている。一方、多角形状の基板ホル
ダー11は、窓枠状のホルダー部27が多数リング状に連結
した構造になっており、図２の外壁８に設けられた扉２
８を開けて、前記の背中合わせに基板が取り付けられた
支持板２５を、開口２９からホルダー部27に取り付ける
ことで、各ホルダー部27に２組ずつ基板を装着できる。
【００３４】なお、支持板２５をホルダー部27に装着す
るには、例えば図１（ｂ）に示すように、上側のガイド
溝に支持板２５の上端を挿入した後、支持板２５の下端
を下側のガイド溝に挿入するなど、各種の態様が可能で
ある。
るには、例えば図１（ｂ）に示すように、上側のガイド
溝に支持板２５の上端を挿入した後、支持板２５の下端
を下側のガイド溝に挿入するなど、各種の態様が可能で
ある。
【００３５】図５に示すように、回転機構12の内端を、
モータ駆動される軸３０に固定し、この固定部の上下を
Ｏリング３１、３２でシールすると共に、回転機構12の
上下を上蓋３３、下蓋３４で密閉することにより、リン
グ状処理室10を完全に密閉できる。これに対し、図４の
ように、リング状の処理室10の底部１６において、回転
機構12の外周部を、磁性流体シール35、36でシールする
こともできる。
モータ駆動される軸３０に固定し、この固定部の上下を
Ｏリング３１、３２でシールすると共に、回転機構12の
上下を上蓋３３、下蓋３４で密閉することにより、リン
グ状処理室10を完全に密閉できる。これに対し、図４の
ように、リング状の処理室10の底部１６において、回転
機構12の外周部を、磁性流体シール35、36でシールする
こともできる。
【００３６】次に、この装置において、Al(CH3)3ガスと
H2O ガスでAl2O3 多結晶薄膜を形成する例を説明する。
図の基板ホルダー11に装着した支持板２５の両面を利用
して、ガラス基板を敷き詰めるように合計24枚の基板を
取りつけた。また、各原料ガス供給部13ａの２組の原料
ガス供給管17ｏ、17ｉからはAl(CH3)3ガスを供給し、他
の原料ガス供給部13ｂの２組の原料ガス供給管17ｏ、17
ｉからはH2O ガスを供給する。
H2O ガスでAl2O3 多結晶薄膜を形成する例を説明する。
図の基板ホルダー11に装着した支持板２５の両面を利用
して、ガラス基板を敷き詰めるように合計24枚の基板を
取りつけた。また、各原料ガス供給部13ａの２組の原料
ガス供給管17ｏ、17ｉからはAl(CH3)3ガスを供給し、他
の原料ガス供給部13ｂの２組の原料ガス供給管17ｏ、17
ｉからはH2O ガスを供給する。
【００３７】そして、各原料ガス供給部13ａ、13ｂ間の
バリアガス供給部14のバリアガス供給管21ｏ、21ｉから
はバリアガスとして、Ａｒを供給する。基板加熱用のヒ
ータは、外壁・内壁それぞれ８枚づつ、各原料ガス供給
部13ａ、13ｂの前段に配設されている。
バリアガス供給部14のバリアガス供給管21ｏ、21ｉから
はバリアガスとして、Ａｒを供給する。基板加熱用のヒ
ータは、外壁・内壁それぞれ８枚づつ、各原料ガス供給
部13ａ、13ｂの前段に配設されている。
【００３８】この装置において、請求項４における第一
段階の成膜処理を行なう。まず、基板ホルダー11を回転
速度60ｒｐｍで回転し、加熱ヒータ２４ｏ、２４ｉによ
り、各基板３を 400℃に加熱し、４つのターボ分子ポン
プＰにより雰囲気を５×10-7Torrまで排気する。２つの
原料ガス供給部13ａ、13ａのガスノズルから、Al(CH3)3
ガスを各50sccm流し、５mTorr とし、２秒間保持する。
段階の成膜処理を行なう。まず、基板ホルダー11を回転
速度60ｒｐｍで回転し、加熱ヒータ２４ｏ、２４ｉによ
り、各基板３を 400℃に加熱し、４つのターボ分子ポン
プＰにより雰囲気を５×10-7Torrまで排気する。２つの
原料ガス供給部13ａ、13ａのガスノズルから、Al(CH3)3
ガスを各50sccm流し、５mTorr とし、２秒間保持する。
【００３９】次に、８つのバリアガス供給部14のガスノ
ズルから、アルゴンガスを各50sccm・５秒間流し、Al(C
H3)3ガスをリング状処理室10から除去する。次に、２つ
の原料ガス供給部13ｂ、13ｂのガスノズルからH2O ガス
を各50sccm流し、５mTorr とし、２秒間保持する。次
に、８つのバリアガス供給部14のガスノズルからアルゴ
ンガスを各50sccm・５秒間流し、H2O ガスを処理室10内
から除去する。このサイクルを20回繰り返すことで、Al
2O3 の良好な成長核を形成できた。 一般的に原子層エ
ピタキシーでの成膜においては、成膜開始初期の段階で
の核成長が、その後の成膜状態を支配する。したがっ
て、初期の成長条件を確実に設定し成膜を行えば、引き
続く中期以降の成膜条件の設定は厳しくする必要のない
ことが多い。
ズルから、アルゴンガスを各50sccm・５秒間流し、Al(C
H3)3ガスをリング状処理室10から除去する。次に、２つ
の原料ガス供給部13ｂ、13ｂのガスノズルからH2O ガス
を各50sccm流し、５mTorr とし、２秒間保持する。次
に、８つのバリアガス供給部14のガスノズルからアルゴ
ンガスを各50sccm・５秒間流し、H2O ガスを処理室10内
から除去する。このサイクルを20回繰り返すことで、Al
2O3 の良好な成長核を形成できた。 一般的に原子層エ
ピタキシーでの成膜においては、成膜開始初期の段階で
の核成長が、その後の成膜状態を支配する。したがっ
て、初期の成長条件を確実に設定し成膜を行えば、引き
続く中期以降の成膜条件の設定は厳しくする必要のない
ことが多い。
【００４０】そこで本発明においては、成膜初期段階
を、成膜パラメータの設定がし易く、確実に行える時間
的ガス切り換え方式を行い、その後生産性のよい空間的
ガス切り換え方式を行い、膜質と生産性の両方を向上さ
せることを狙っている。
を、成膜パラメータの設定がし易く、確実に行える時間
的ガス切り換え方式を行い、その後生産性のよい空間的
ガス切り換え方式を行い、膜質と生産性の両方を向上さ
せることを狙っている。
【００４１】第一段階の処理が終わると、請求項４にお
ける第二段階の成膜処理を行なうために、一旦４つのタ
ーボ分子ポンプＰにより雰囲気を５×10-7Torrまで排気
する。８つのバリアガスノズルからアルゴンガスを各10
00sccm流し、100mTorrになるように、オリフィス弁で圧
力調整する。次に、原料ガス供給部13ａのガスノズルと
原料ガス供給部13ｂのガスノズルから、それぞれのガス
を各50sccmづつ流す。しかしながら、各原料ガス供給部
13ａ、13ｂ間のバリアガス供給部14から供給されるアル
ゴンガスの定常流によって、原料ガスのAl(CH3)3ガスと
H2O ガスの混合は阻止される。
ける第二段階の成膜処理を行なうために、一旦４つのタ
ーボ分子ポンプＰにより雰囲気を５×10-7Torrまで排気
する。８つのバリアガスノズルからアルゴンガスを各10
00sccm流し、100mTorrになるように、オリフィス弁で圧
力調整する。次に、原料ガス供給部13ａのガスノズルと
原料ガス供給部13ｂのガスノズルから、それぞれのガス
を各50sccmづつ流す。しかしながら、各原料ガス供給部
13ａ、13ｂ間のバリアガス供給部14から供給されるアル
ゴンガスの定常流によって、原料ガスのAl(CH3)3ガスと
H2O ガスの混合は阻止される。
【００４２】このようにして、背中合わせの基板３、３
がAl(CH3)3雰囲気とH2O 雰囲気を交互に通過し、合計25
00回転することによって、5500ÅのAl2O3 多結晶薄膜を
得ることができた。
がAl(CH3)3雰囲気とH2O 雰囲気を交互に通過し、合計25
00回転することによって、5500ÅのAl2O3 多結晶薄膜を
得ることができた。
【００４３】図示例の装置において、前記のように処理
室全体を第一の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板を
さらし、次にバリアガスによって該原料ガスを一掃した
後、処理室全体を第二の原料ガスの雰囲気にしてその中
に基板をさらし、次にバリアガスで該原料ガスを一掃す
ることで、異種の原料ガスの雰囲気を時間的に切り換え
て成膜する方法のみで成膜することも差し支えない。
室全体を第一の原料ガスの雰囲気にしてその中に基板を
さらし、次にバリアガスによって該原料ガスを一掃した
後、処理室全体を第二の原料ガスの雰囲気にしてその中
に基板をさらし、次にバリアガスで該原料ガスを一掃す
ることで、異種の原料ガスの雰囲気を時間的に切り換え
て成膜する方法のみで成膜することも差し支えない。
【００４４】あるいは、前記の第一段階の処理は行なわ
ないで、第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの雰
囲気を交互に配置すると共に、それぞれの原料ガスの雰
囲気の間にバリアガスの雰囲気を設け、初めからこれら
の各雰囲気の中に前記の基板を通過させることで、異種
の原料ガスの雰囲気を空間的に切り換えて成膜しても差
支えない。
ないで、第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの雰
囲気を交互に配置すると共に、それぞれの原料ガスの雰
囲気の間にバリアガスの雰囲気を設け、初めからこれら
の各雰囲気の中に前記の基板を通過させることで、異種
の原料ガスの雰囲気を空間的に切り換えて成膜しても差
支えない。
【００４５】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
リング状の処理室10中で、円周方向に所定の間隔で配置
された複数枚の基板３が回転する構造になっているの
で、排気容積を低減して排気効率を高くでき、異種の原
料ガスの切り換えを効率的に行なうことができる。ま
た、処理室10中に摺動部が無く、発塵による膜質低下が
起きない。
リング状の処理室10中で、円周方向に所定の間隔で配置
された複数枚の基板３が回転する構造になっているの
で、排気容積を低減して排気効率を高くでき、異種の原
料ガスの切り換えを効率的に行なうことができる。ま
た、処理室10中に摺動部が無く、発塵による膜質低下が
起きない。
【００４６】請求項２の発明によれば、リング状処理室
10に、原料ガス供給部13とバリアガス供給部14が交互に
配設されているため、回転機構12で基板ホルダー11を連
続または間欠回転させるだけで、原料ガスとバリアガス
中を交互に通過して成膜でき、量産に適している。すな
わち、異種の原料ガスを交互に処理室に出し入れする方
法と違って、処理効率が向上する。
10に、原料ガス供給部13とバリアガス供給部14が交互に
配設されているため、回転機構12で基板ホルダー11を連
続または間欠回転させるだけで、原料ガスとバリアガス
中を交互に通過して成膜でき、量産に適している。すな
わち、異種の原料ガスを交互に処理室に出し入れする方
法と違って、処理効率が向上する。
【００４７】請求項３のように、２組の基板を背中合わ
せにして回転させ、基板通路の両側から原料ガスおよび
バリアガスが供給される構造にすることで、同時に二組
ずつ成膜でき、処理効率がさらに向上する。
せにして回転させ、基板通路の両側から原料ガスおよび
バリアガスが供給される構造にすることで、同時に二組
ずつ成膜でき、処理効率がさらに向上する。
【００４８】請求項４の方法によれば、まず第一段階の
処理によって、処理室10内の原料ガスを完全に入れ換え
て成膜することで、良質の膜を成膜でき、また第二段階
の処理は、第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの
雰囲気を交互に配置して、その中を基板が回転して通過
するため、処理効率が向上する。
処理によって、処理室10内の原料ガスを完全に入れ換え
て成膜することで、良質の膜を成膜でき、また第二段階
の処理は、第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料ガスの
雰囲気を交互に配置して、その中を基板が回転して通過
するため、処理効率が向上する。
【００４９】請求項５のように、前記の第一段階の処理
を行なった後に第二段階の処理を行なう成膜方法を、狭
いリング状の処理室10中で行なうと、第一段階の処理に
おけるガス交換を迅速に行なうことができ、第一段階の
成膜も効率的に行なうことができる。また、同じ処理室
10で引き続いて第二段階の成膜も行なうので、第一段階
の成膜と第二段階の成膜を連続して行なうことができ、
処理効率が向上する。
を行なった後に第二段階の処理を行なう成膜方法を、狭
いリング状の処理室10中で行なうと、第一段階の処理に
おけるガス交換を迅速に行なうことができ、第一段階の
成膜も効率的に行なうことができる。また、同じ処理室
10で引き続いて第二段階の成膜も行なうので、第一段階
の成膜と第二段階の成膜を連続して行なうことができ、
処理効率が向上する。
【図１】本発明による原子層エピタキシー装置および原
子層エピタキシー法の基本原理を説明する平面図と断面
図である。
子層エピタキシー法の基本原理を説明する平面図と断面
図である。
【図２】請求項１〜３記載の原子層エピタキシー装置の
実施例を示す斜視図である。
実施例を示す斜視図である。
【図３】処理室中で回転する基板ホルダーを示す図であ
る。
る。
【図４】原料ガス供給部の縦断面図である。
【図５】バリアガス供給部の縦断面図である。
【図６】加熱部の縦断面図である。
【図７】従来の原子層エピタキシー装置の各種原理を示
す図である。
す図である。
１ 真空室 ２ 円筒状の基板ホルダー ３ 基板 ４ａ、４ｂ、４ｃ 原料ガス供給器 ５ 円板 6a、6b 原料ガス供給口 ７ 排気口 ８ 外壁 ９ 内壁 10 リング状の処理室 11 基板ホルダー 12 回転機構 Ｍ モータ 13 原料ガス供給部 13a 第一の原料ガス供給部 13b 第二の原料ガス供給部 14 バリアガス供給部 15 天井板 16 底板 17o,17i 原料ガス供給管 18 ノズル 19 配管 20 排気口 Ｐ ターボ分子ポンプ 21o,21i バリアガス供給管 22 ノズル 23 配管 24o,24i ヒータ 25 基板支持板 26o,26i 枠状の押さえ板 27 ホルダー部 28 扉 29 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−77589（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−156229（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の異種の原料ガス雰囲気中に交互に
基板を曝し、基板面に交互に成膜を行なうことで、所定
の膜厚を得る原子層エピタキシー装置において、 筒状の外壁(8) と内壁(9) を同心円状に配置すること
で、内外壁(8,9) 間にリング状の処理室(10)を形成した
こと、 該リング状の処理室(10)内において、複数枚の基板(3)
を、円周方向に所定の間隔をおいて、しかも接線方向に
保持する基板ホルダー(11)を設けたこと、 リング状処理室(19)の中心を回転中心とする回転機構(1
2)に、前記の基板ホルダー(11)を取り付けたこと、 を特徴とする原子層エピタキシー装置。 - 【請求項２】 前記のリング状処理室(10)に、円周方向
に所定の間隔をおいて、原料ガス供給部(13)とバリアガ
ス供給部(14)を交互に配設したことを特徴とする請求項
１記載の原子層エピタキシー装置。 - 【請求項３】 前記基板ホルダー(11)に、２組の基板
(3,3) が背中合わせの状態で搭載されており、前記の原
料ガス供給部(13)およびバリアガス供給部(14)を、背中
合わせの基板(3,3) の通路を挟んで配設したことを特徴
とする請求項２記載の原子層エピタキシー装置。 - 【請求項４】 複数の異種の原料ガス雰囲気中に交互に
基板を曝し、基板面に交互に成膜を行なうことで、所定
の膜厚を得る原子層エピタキシー法において、 まず、処理室全体を第一の原料ガスの雰囲気にしてその
中に基板をさらし、次にバリアガスによって該原料ガス
を一掃した後、処理室全体を第二の原料ガスの雰囲気に
してその中に基板をさらし、次にバリアガスで該原料ガ
スを一掃することで、異種の原料ガスの雰囲気を時間的
に切り換えて成膜する方法を第一段階として行ない、 その後に、前記の第一の原料ガスの雰囲気と第二の原料
ガスの雰囲気を交互に配置すると共に、それぞれの原料
ガスの雰囲気の間にバリアガスの雰囲気を設け、これら
の各雰囲気の中に前記の基板を通過させることで、異種
の原料ガスの雰囲気を空間的に切り換えて成膜する方法
を第二段階として行なうこと、 を特徴とする原子層エピタキシー法。 - 【請求項５】 前記の異種の原料ガスの雰囲気を時間的
に切り換えて成膜する第一段階の処理を行なった後に、
異種の原料ガスの雰囲気を空間的に切り換えて成膜する
第二段階の処理を、請求項２記載のリング状の処理室中
で行なうことを特徴とする請求項４記載の原子層エピタ
キシー法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04064149A JP3103186B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 原子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04064149A JP3103186B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 原子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05270997A JPH05270997A (ja) | 1993-10-19 |
| JP3103186B2 true JP3103186B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=13249738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04064149A Expired - Fee Related JP3103186B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 原子層エピタキシー装置および原子層エピタキシー法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3103186B2 (ja) |
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| US6951804B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-10-04 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US6878206B2 (en) | 2001-07-16 | 2005-04-12 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US9051641B2 (en) | 2001-07-25 | 2015-06-09 | Applied Materials, Inc. | Cobalt deposition on barrier surfaces |
| US20090004850A1 (en) | 2001-07-25 | 2009-01-01 | Seshadri Ganguli | Process for forming cobalt and cobalt silicide materials in tungsten contact applications |
| US6911391B2 (en) | 2002-01-26 | 2005-06-28 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
| US6866746B2 (en) | 2002-01-26 | 2005-03-15 | Applied Materials, Inc. | Clamshell and small volume chamber with fixed substrate support |
| JP2003257875A (ja) | 2002-03-05 | 2003-09-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法および成膜方法 |
| JP4158139B2 (ja) * | 2002-04-30 | 2008-10-01 | スズキ株式会社 | 薄膜の製造方法およびその装置 |
| US6868859B2 (en) | 2003-01-29 | 2005-03-22 | Applied Materials, Inc. | Rotary gas valve for pulsing a gas |
| US6994319B2 (en) | 2003-01-29 | 2006-02-07 | Applied Materials, Inc. | Membrane gas valve for pulsing a gas |
| TWI329135B (en) | 2005-11-04 | 2010-08-21 | Applied Materials Inc | Apparatus and process for plasma-enhanced atomic layer deposition |
| FI20105902A0 (fi) * | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Beneq Oy | Laite |
| CN105392919B (zh) * | 2013-07-16 | 2018-01-02 | 3M创新有限公司 | 片材涂布方法 |
| KR102372418B1 (ko) * | 2019-11-28 | 2022-03-08 | 한국생산기술연구원 | 회전형 진공 공정챔버의 씰링 구조 |
| JP7160421B1 (ja) * | 2022-02-10 | 2022-10-25 | 株式会社シー・ヴィ・リサーチ | 成膜装置、成膜方法及びガスノズル |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP04064149A patent/JP3103186B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH05270997A (ja) | 1993-10-19 |
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