JP3126787B2 - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
成膜方法および成膜装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＡｓの薄膜等を、
気相成長により形成する成膜方法および成膜装置に関す
る。
気相成長により形成する成膜方法および成膜装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、基板表面に、例えばＧａＡｓ
の薄膜等を成膜する方法として、真空チャンバ内に設け
た基板を加熱し、この真空チャンバ内に所定の原料ガス
を導入して、熱分解により基板表面に結晶を成長させて
成膜する方法や、荷電粒子を用いて基板表面に結晶を成
長させ、成膜する方法等が知られている。
の薄膜等を成膜する方法として、真空チャンバ内に設け
た基板を加熱し、この真空チャンバ内に所定の原料ガス
を導入して、熱分解により基板表面に結晶を成長させて
成膜する方法や、荷電粒子を用いて基板表面に結晶を成
長させ、成膜する方法等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法のうち、荷電粒子を用いた従来の成膜方法では、
数十ｅＶ〜数百ｅＶ以上のエネルギーを有する荷電粒子
が基板に作用するため、基板が損傷を受けるという問題
がある。また、熱分解を用いた従来の成膜方法では、こ
のような問題は起きないが、原料ガスの切り替えを速や
かに行うことが困難であり、ヘテロ界面の急俊性が損な
われたり、反応の制御性が悪く、面内均一性、ＡＬＥ条
件、結晶の質等を改善することが望まれている。
た方法のうち、荷電粒子を用いた従来の成膜方法では、
数十ｅＶ〜数百ｅＶ以上のエネルギーを有する荷電粒子
が基板に作用するため、基板が損傷を受けるという問題
がある。また、熱分解を用いた従来の成膜方法では、こ
のような問題は起きないが、原料ガスの切り替えを速や
かに行うことが困難であり、ヘテロ界面の急俊性が損な
われたり、反応の制御性が悪く、面内均一性、ＡＬＥ条
件、結晶の質等を改善することが望まれている。
【０００４】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、基板に損傷を与えることなく、面内均一
性、ＡＬＥ条件、結晶の質、ヘテロ界面の急俊性等が良
好な薄膜を形成することのできる成膜方法および成膜装
置を提供しようとするものである。
されたもので、基板に損傷を与えることなく、面内均一
性、ＡＬＥ条件、結晶の質、ヘテロ界面の急俊性等が良
好な薄膜を形成することのできる成膜方法および成膜装
置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の成膜
方法は、所定の真空度に設定した真空チャンバ内に基板
を配設して加熱するとともに、前記基板に向けて配置さ
れたノズル、および、このノズルの直前に、且つ当該ノ
ズルと直線的に配置された高速開閉バルブを有し、この
高速開閉バルブを開いた際に圧力差によって噴出する原
料ガスのガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわ
れないように構成されたガス射出機構によって、前記基
板に向けて所定の原料ガスを断続的あるいは連続的に噴
出させ、前記基板面に結晶を成長させて成膜を行うこと
を特徴とする。
方法は、所定の真空度に設定した真空チャンバ内に基板
を配設して加熱するとともに、前記基板に向けて配置さ
れたノズル、および、このノズルの直前に、且つ当該ノ
ズルと直線的に配置された高速開閉バルブを有し、この
高速開閉バルブを開いた際に圧力差によって噴出する原
料ガスのガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわ
れないように構成されたガス射出機構によって、前記基
板に向けて所定の原料ガスを断続的あるいは連続的に噴
出させ、前記基板面に結晶を成長させて成膜を行うこと
を特徴とする。
【０００６】また、本発明の成膜装置は、所定の真空度
に設定可能に構成された真空チャンバと、前記真空チャ
ンバ内に配設され、成膜を行う基板を支持および加熱す
る基板支持機構と、前記基板に向けて配置されたノズ
ル、および、このノズルの直前に、且つ当該ノズルと直
線的に配置された高速開閉バルブを有し、この高速開閉
バルブを開いた際に圧力差によって噴出する原料ガスの
ガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわれないよ
うに構成され、前記基板に向けて所定の原料ガスを断続
的あるいは連続的に噴出させるガス射出機構とを具備し
たことを特徴とする。
に設定可能に構成された真空チャンバと、前記真空チャ
ンバ内に配設され、成膜を行う基板を支持および加熱す
る基板支持機構と、前記基板に向けて配置されたノズ
ル、および、このノズルの直前に、且つ当該ノズルと直
線的に配置された高速開閉バルブを有し、この高速開閉
バルブを開いた際に圧力差によって噴出する原料ガスの
ガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわれないよ
うに構成され、前記基板に向けて所定の原料ガスを断続
的あるいは連続的に噴出させるガス射出機構とを具備し
たことを特徴とする。
【０００７】
【作用】上記構成の本発明の成膜方法および成膜装置で
は、ノズルに近接して設けられた開閉弁を開閉すること
により、ノズルから基板に向けて断続的あるいは連続的
に勢い良く、原料ガスを噴出させる。すなわち、この原
料ガスは、ガス供給配管内の圧力と、真空チャンバ内の
圧力との差によって基板方向に大きな速度を持つ分子だ
けが引き出され、進行方向の運動エネルギーの成分が、
これと垂直な運動エネルギーの成分に比べて非常に大き
な指向性の高い、ガス流として（断続供給の場合は高密
度の短時間分子パルスとして）基板に供給される。
は、ノズルに近接して設けられた開閉弁を開閉すること
により、ノズルから基板に向けて断続的あるいは連続的
に勢い良く、原料ガスを噴出させる。すなわち、この原
料ガスは、ガス供給配管内の圧力と、真空チャンバ内の
圧力との差によって基板方向に大きな速度を持つ分子だ
けが引き出され、進行方向の運動エネルギーの成分が、
これと垂直な運動エネルギーの成分に比べて非常に大き
な指向性の高い、ガス流として（断続供給の場合は高密
度の短時間分子パルスとして）基板に供給される。
【０００８】すなわち、本発明によれば、図３に示すよ
うに、ノズルから射出するガス分子は、進行方向の速度
成分についてはある値を中心とする比較的狭い分布
（ａ）を示し、進行方向と垂直な速度成分（ｂ）につい
てはほぼゼロである。これに対して、熱分解を用いた従
来の方法による場合、原料ガスを真空チャンバ内に供給
するノズルと、開閉弁との間等の配管内において、ガス
分子の進行方向の速度成分が減少し、図４に示すよう
に、進行方向の速度成分（ａ）および進行方向と垂直な
速度成分（ｂ）ともに、不揃いな広い分布となってい
る。
うに、ノズルから射出するガス分子は、進行方向の速度
成分についてはある値を中心とする比較的狭い分布
（ａ）を示し、進行方向と垂直な速度成分（ｂ）につい
てはほぼゼロである。これに対して、熱分解を用いた従
来の方法による場合、原料ガスを真空チャンバ内に供給
するノズルと、開閉弁との間等の配管内において、ガス
分子の進行方向の速度成分が減少し、図４に示すよう
に、進行方向の速度成分（ａ）および進行方向と垂直な
速度成分（ｂ）ともに、不揃いな広い分布となってい
る。
【０００９】このように、指向性の高い高密度のガス流
によって成膜を行うと、基板に損傷を与えることがな
く、良質な薄膜を形成することができる。
によって成膜を行うと、基板に損傷を与えることがな
く、良質な薄膜を形成することができる。
【００１０】すなわち、他のガス分子がほとんどない状
態で、運動エネルギーの高い所定のガス分子を基板面に
供給することができるので、マイグレーションを促進さ
せることができ、質の良い結晶を成長させることができ
る。また、断続供給の場合にはガス分子が基板面に到達
する時間の制御性が高くなるので、反応時間の位相が揃
った状態で成膜を行うことができ、面内均一性、ＡＬＥ
条件の改善を図ることができる。さらに、原料供給の高
速切り替えを行うことができ、ヘテロ界面の急俊性を向
上させることができる。
態で、運動エネルギーの高い所定のガス分子を基板面に
供給することができるので、マイグレーションを促進さ
せることができ、質の良い結晶を成長させることができ
る。また、断続供給の場合にはガス分子が基板面に到達
する時間の制御性が高くなるので、反応時間の位相が揃
った状態で成膜を行うことができ、面内均一性、ＡＬＥ
条件の改善を図ることができる。さらに、原料供給の高
速切り替えを行うことができ、ヘテロ界面の急俊性を向
上させることができる。
【００１１】なお、原料ガスとしては、例えば、３族原
料の場合、トリメチルガリウム等の有機金属あるいは塩
化ガリウム等の塩化物、５族原料の場合、アルシンやホ
スフィン等の水素化物、トリメチル砒素等の有機金属、
塩化砒素等の塩化物等を用いることができる。
料の場合、トリメチルガリウム等の有機金属あるいは塩
化ガリウム等の塩化物、５族原料の場合、アルシンやホ
スフィン等の水素化物、トリメチル砒素等の有機金属、
塩化砒素等の塩化物等を用いることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施例の装置の構成を
示すもので、図において符号１は縦断面がほぼ円形に形
成された円筒状の真空チャンバを示している。この真空
チャンバ１には、真空ポンプ（図示せず）等に接続され
た排気配管２が配設されており、内部を所定の真空度に
設定することができるよう構成されている。
示すもので、図において符号１は縦断面がほぼ円形に形
成された円筒状の真空チャンバを示している。この真空
チャンバ１には、真空ポンプ（図示せず）等に接続され
た排気配管２が配設されており、内部を所定の真空度に
設定することができるよう構成されている。
【００１４】また、上記真空チャンバ１内には、加熱用
ヒータ（図示せず）を備え、基板３を保持しつつ、この
基板３を加熱可能に構成されたホルダ４が設けられてお
り、このホルダ４の周囲には、液体窒素によって冷却可
能に構成された液体窒素シュラウド５が設けられてい
る。
ヒータ（図示せず）を備え、基板３を保持しつつ、この
基板３を加熱可能に構成されたホルダ４が設けられてお
り、このホルダ４の周囲には、液体窒素によって冷却可
能に構成された液体窒素シュラウド５が設けられてい
る。
【００１５】また、真空チャンバ１内には、上記ホルダ
３に向けて突出する如く、2 つのノズル６が設けられて
いる。これらのノズル６は、いわゆる断熱膨脹ノズルで
あって、図２にその横断面を示すように、ガス通路６ａ
には、隘路６ｂが形成されており、この隘路６ｂの両側
には、隘路６ｂに向けてガス通路断面が徐々に小さくな
るようテーパ部６ｃ、６ｄが形成されている。さらに、
これらのノズル６にはそれぞれガス供給配管７が接続さ
れており、ガス供給配管７には、ノズル６に近接して高
速開閉バルブ８が介挿されている。
３に向けて突出する如く、2 つのノズル６が設けられて
いる。これらのノズル６は、いわゆる断熱膨脹ノズルで
あって、図２にその横断面を示すように、ガス通路６ａ
には、隘路６ｂが形成されており、この隘路６ｂの両側
には、隘路６ｂに向けてガス通路断面が徐々に小さくな
るようテーパ部６ｃ、６ｄが形成されている。さらに、
これらのノズル６にはそれぞれガス供給配管７が接続さ
れており、ガス供給配管７には、ノズル６に近接して高
速開閉バルブ８が介挿されている。
【００１６】なお、この高速開閉バルブ８としては、1
ミリ秒ないし10ミリ秒程度の時間で開閉可能なものを使
用する。また、ノズル６と高速開閉バルブ８とはできる
だけ近接して配置し、少なくともこれらの間が直線的に
結ばれ、高速開閉バルブ８の開閉に伴って、ガス供給配
管７側からノズル６側へ、これらの間の圧力差によって
噴出するガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわ
れないようにする必要がある。
ミリ秒ないし10ミリ秒程度の時間で開閉可能なものを使
用する。また、ノズル６と高速開閉バルブ８とはできる
だけ近接して配置し、少なくともこれらの間が直線的に
結ばれ、高速開閉バルブ８の開閉に伴って、ガス供給配
管７側からノズル６側へ、これらの間の圧力差によって
噴出するガス分子の噴出方向の運動エネルギーが損なわ
れないようにする必要がある。
【００１７】このように構成されたノズル６等のガス供
給機構は、供給するガス種の数に応じて設けられるもの
であり、例えば3 種類のガスを供給しながら成膜を実施
する場合は、3 つ設ける必要がある。
給機構は、供給するガス種の数に応じて設けられるもの
であり、例えば3 種類のガスを供給しながら成膜を実施
する場合は、3 つ設ける必要がある。
【００１８】以下、上記構成の装置を用いて、断続的に
原料供給を行って、基板３上にＧａＡｓの薄膜を形成す
る場合について説明する。
原料供給を行って、基板３上にＧａＡｓの薄膜を形成す
る場合について説明する。
【００１９】まず、一方のガス供給配管７に、トリメチ
ルガリウム（Ｃ3 Ｈ9 Ｇａ）を供給することのできる原
料ガス供給源を接続し、もう一方のガス供給配管７に、
アルシン（ＡｓＨ3 ）を供給することのできる原料ガス
供給源を接続する。なお、トリメチルガリウムの場合、
原料ガス供給源からの圧力は、0.1 〜0.2 気圧程度とな
る。また、アルシンについては、0.1 〜20気圧程度とな
る。
ルガリウム（Ｃ3 Ｈ9 Ｇａ）を供給することのできる原
料ガス供給源を接続し、もう一方のガス供給配管７に、
アルシン（ＡｓＨ3 ）を供給することのできる原料ガス
供給源を接続する。なお、トリメチルガリウムの場合、
原料ガス供給源からの圧力は、0.1 〜0.2 気圧程度とな
る。また、アルシンについては、0.1 〜20気圧程度とな
る。
【００２０】そして、ホルダ４に基板３を配置して、こ
の基板３を200 〜600 ℃に加熱し、高速開閉バルブ８を
所定パルス幅、例えば50ミリ秒以下程度となるように、
交互に断続的に開閉する。すると、図１に模式的に示す
ように、トリメチルガリウムガス分子の分子パルス１
０、アルシンガス分子の分子パルス１１が、交互に基板
３表面に到達し、基板３上にＧａＡｓの薄膜が形成され
る。
の基板３を200 〜600 ℃に加熱し、高速開閉バルブ８を
所定パルス幅、例えば50ミリ秒以下程度となるように、
交互に断続的に開閉する。すると、図１に模式的に示す
ように、トリメチルガリウムガス分子の分子パルス１
０、アルシンガス分子の分子パルス１１が、交互に基板
３表面に到達し、基板３上にＧａＡｓの薄膜が形成され
る。
【００２１】このように、本実施例では、ノズル６（断
熱膨脹ノズル）の直前で高速開閉バルブ８を開閉するの
で、ガス供給配管７内の圧力と、真空チャンバ１内の圧
力との差によってガス分子が加速され、図３に示したよ
うに、進行方向の運動エネルギーの成分が、これと垂直
な運動エネルギーの成分に比べて非常に大きな指向性の
高い、高密度の短時間分子パルスが基板３に供給され
る。なお、この時の分子パルス（ガス分子）の持つエネ
ルギーは、100meV〜1 eV程度であると推定される。これ
は、従来の荷電粒子を用いた結晶成長および、熱分解に
よる結晶成長の中間のエネルギー領域である。
熱膨脹ノズル）の直前で高速開閉バルブ８を開閉するの
で、ガス供給配管７内の圧力と、真空チャンバ１内の圧
力との差によってガス分子が加速され、図３に示したよ
うに、進行方向の運動エネルギーの成分が、これと垂直
な運動エネルギーの成分に比べて非常に大きな指向性の
高い、高密度の短時間分子パルスが基板３に供給され
る。なお、この時の分子パルス（ガス分子）の持つエネ
ルギーは、100meV〜1 eV程度であると推定される。これ
は、従来の荷電粒子を用いた結晶成長および、熱分解に
よる結晶成長の中間のエネルギー領域である。
【００２２】したがって、他のガス分子がほとんどない
状態で、運動エネルギーの高い所定のガス分子を基板３
に供給することができるので、マイグレーションを促進
させることができ、質の良い結晶を成長させることがで
きる。また、ガス分子が基板３に到達する時間の制御性
が高くなるので、反応時間の位相が揃った状態で成膜を
行うことができ、面内均一性、ＡＬＥ条件の改善を図る
ことができる。さらに、原料供給の高速切り替えを行う
ことができ、ヘテロ界面の急俊性を向上させることがで
きる。
状態で、運動エネルギーの高い所定のガス分子を基板３
に供給することができるので、マイグレーションを促進
させることができ、質の良い結晶を成長させることがで
きる。また、ガス分子が基板３に到達する時間の制御性
が高くなるので、反応時間の位相が揃った状態で成膜を
行うことができ、面内均一性、ＡＬＥ条件の改善を図る
ことができる。さらに、原料供給の高速切り替えを行う
ことができ、ヘテロ界面の急俊性を向上させることがで
きる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
および成膜装置によれば、基板に損傷を与えることがな
く、また、マイグレーションの促進により、良好な結晶
を得ることができる。断続供給の場合には、さらに、反
応の時間位相が揃うので、面内均一性およびＡＬＥ条件
の改善を計ることができるとともに、原料ガスを高速で
切り替えることができるので、ヘテロ界面の急峻性を確
保することができる。
および成膜装置によれば、基板に損傷を与えることがな
く、また、マイグレーションの促進により、良好な結晶
を得ることができる。断続供給の場合には、さらに、反
応の時間位相が揃うので、面内均一性およびＡＬＥ条件
の改善を計ることができるとともに、原料ガスを高速で
切り替えることができるので、ヘテロ界面の急峻性を確
保することができる。
【図１】本発明の一実施例の成膜装置の構成を示す図。
【図２】図１の成膜装置の要部構成を拡大して示す図。
【図３】本発明方法におけるガス分子の運動エネルギー
の状態を説明するための図。
の状態を説明するための図。
【図４】従来方法におけるガス分子の運動エネルギーの
状態を説明するための図。
状態を説明するための図。
１ 真空チャンバ ２ 排気配管 ３ 基板 ４ ホルダ ５ 液体窒素シュラウド ６ ノズル ７ ガス供給配管 ８ 高速開閉バルブ １０ トリメチルガリウムガス分子の分子パルス １１ アルシンガス分子の分子パルス
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−221191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】 所定の真空度に設定した真空チャンバ内
に基板を配設して加熱するとともに、 前記基板に向けて配置されたノズル、および、このノズ
ルの直前に、且つ当該ノズルと直線的に配置された高速
開閉バルブを有し、この高速開閉バルブを開いた際に圧
力差によって噴出する原料ガスのガス分子の噴出方向の
運動エネルギーが損なわれないように構成されたガス射
出機構によって、前記基板に向けて所定の原料ガスを断
続的あるいは連続的に噴出させ、 前記基板面に結晶を成長させて成膜を行うことを特徴と
する成膜方法。 - 【請求項２】 所定の真空度に設定可能に構成された真
空チャンバと、 前記真空チャンバ内に配設され、成膜を行う基板を支持
および加熱する基板支持機構と、 前記基板に向けて配置されたノズル、および、このノズ
ルの直前に、且つ当該ノズルと直線的に配置された高速
開閉バルブを有し、この高速開閉バルブを開いた際に圧
力差によって噴出する原料ガスのガス分子の噴出方向の
運動エネルギーが損なわれないように構成され、前記基
板に向けて所定の原料ガスを断続的あるいは連続的に噴
出させるガス射出機構とを具備したことを特徴とする成
膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04014991A JP3126787B2 (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 成膜方法および成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04014991A JP3126787B2 (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 成膜方法および成膜装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206036A JPH05206036A (ja) | 1993-08-13 |
| JP3126787B2 true JP3126787B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=11876413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04014991A Expired - Fee Related JP3126787B2 (ja) | 1992-01-30 | 1992-01-30 | 成膜方法および成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3126787B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576062B2 (en) | 2000-01-06 | 2003-06-10 | Tokyo Electron Limited | Film forming apparatus and film forming method |
| 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 |
| US7085616B2 (en) | 2001-07-27 | 2006-08-01 | Applied Materials, Inc. | Atomic layer deposition apparatus |
| 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 |
| JP4204840B2 (ja) | 2002-10-08 | 2009-01-07 | 株式会社日立国際電気 | 基板処埋装置 |
| US6994319B2 (en) | 2003-01-29 | 2006-02-07 | Applied Materials, Inc. | Membrane gas valve for pulsing a gas |
| US6868859B2 (en) | 2003-01-29 | 2005-03-22 | Applied Materials, Inc. | Rotary gas valve for pulsing a gas |
| WO2007142690A2 (en) | 2005-11-04 | 2007-12-13 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and process for plasma-enhanced atomic layer deposition |
-
1992
- 1992-01-30 JP JP04014991A patent/JP3126787B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05206036A (ja) | 1993-08-13 |
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