JP5348817B2 - 基板上に薄膜を成長させる方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、薄膜の形成に関する。特に、本発明は、基板上に薄膜を成長させる方法に関する。この方法では、基板は、反応室内に配置され、ALD法に従って複数の気相反応物の表面反応を受けて、その上に薄膜を形成する。
従来、薄膜は、真空蒸着法、分子線エピタキシー法(MBE)、およびその他同様の真空蒸着法、化学蒸着(CVD)の種々の変形法(低圧CVD、有機金属CVDおよびプラズマCVDを含む)、あるいは別法として、以前は原子層エピタキシーあるいは「ALE」とも呼ばれていた原子層蒸着(以下「ALD」と略記する)法として当技術分野で周知の、交互表面反応に基づく上述の蒸着法を用いて成長させている。市販の設備は、フィンランド、エスポー(Espoo)のエイエスエム マイクロケミストリからALCVD(商標)として供給されている。
本発明の1つの目的は、従来技術における問題を解消し、ALD法に従って、反応室内に配置された基板上に薄膜を成長させる新規方法を提供することである。特に、ALD法を、高い信頼性で、処理設備の磨耗による停止時間を短縮して操作できるようにする方法を提供することが、本発明の1つの目的である。
具体的に言えば、本発明による方法は、請求項1の特徴記載部分の記載内容を特徴とするものである。
本発明により、大きな改善が得られる。したがって、ここに提示する方法を利用すると、前駆物質の蒸発温度より高い温度で操作されている領域内における可動型機械部分を省くことができる。パルス導入弁を操作するために何ら大きな力を負荷せずとも、反応物流を遮断することができる。これにより、弁棒および弁座の磨耗は無視できるほどわずかとなる。この方法の信頼性は高く、製造されるいずれのALDシステムでも低コストで高い生産性が得られる。
次に、以下の詳述を用い、添付した図面を参照しながら、本発明をさらに検討していく。
本発明は、基板上に薄膜を成長させる方法を提供するものであり、この方法において、基板は、反応室内に配置され、ALD法に従って複数の気相反応物の表面反応を受け、その上に薄膜を形成する。
FRS装置の1種類は、国際公開WO98/37343号による、米国ロングモント(Longmont)のエンジニアリング メジャメンツ カンパニー(Engineering Measurements Company)からマックワン(Mach−One)の商品名で入手可能である。
31.弁ディスク
32.前駆物質
33.気化した前駆物質
34.加熱外囲器
35.流量比シーケンサ
36.移送ガス注入導管
37.移送ガス入口
38.弁本体
39.不活性ガス弁に対する導管
反応しなかった気相反応物は、第3の導管に接続されている出口導管を介して反応室から引き抜かれる。しかし、第3の導管を別の排出手段に接続することも可能である。
Claims (36)
- ALD法に従って、反応室内に配置した基板上に薄膜を成長させる方法であって、
気化温度に維持した反応物供給源から反応物を気化する工程と、
気化した反応物を第1の導管を介して反応室内に導く工程と、
前記反応物の気相パルスと少なくとも1種類の他の反応物の気相パルスとを繰返し交互に前記反応室内に供給するように、調整手段を用いて前記反応物の流量を調整する工程と、
前記気相反応物を反応温度で基板の表面と反応させて、前記基板上に薄膜化合物を形成する工程と
を含み、
気相パルス同士の間で前記反応物の流量を最小限にしながら反応物流を絞る調整手段を用いて、前記反応物の流量を調整すること、
反応物供給源から第1の導管を介する反応室内への気化反応物流に対抗する気相バリアを形成するように、反応物の気相パルス同士の間の時間間隔中に、ある接続点で第1の導管に接続された第2の導管を介して不活発ガスを前記第1の導管内に供給すること、および
第1の導管における第2の導管との接続点よりも上流地点で第1の導管に接続され、かつ気相反応物の凝縮物と同じかまたはそれより高い温度に維持される第3の導管を介して、前記第1の導管から不活発ガスを引き抜くことを含み、
前記調整手段が、ガス流に侵入する粒子を形成する可能性のある研磨性可動部分を有しない不完全閉塞弁を含むことを特徴とする方法。
- 閉塞位置での弁を通る流量が弁の開口位置での流量の1/10〜10,000となるように開口位置および閉塞位置を有する弁により、前駆物質ガス流が調整される請求項1に記載の方法。
- 応答時間が100ms未満である弁が使用される請求項1または2に記載の方法。
- 流量を調節するために、前駆物質移送ガスおよび重力により操作される弁ディスクが使用される請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 流量を調節するために、変調型MFC電磁操作式絞り弁が使用される請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 流量を調節するために、空気膜型弁が使用される請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 一度に前駆物質パルスが注入されると同時に、同じ側のキャリアガスが絞られる請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 一度に前駆物質パルスが注入されると同時に、反対側のキャリアガスが絞られる請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 不完全閉塞弁が、流量比シーケンサ(4)の内部に配置される請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
- 不完全閉塞弁が、流量比シーケンサ(4)と前駆物質供給源(6)との間に配置される請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
- 不完全閉塞弁が、通常の流動方向で前駆物質供給源(6)後に配置されている請求項1乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- 不完全閉塞弁が、高温ドレン細管(8)用の導管(9)内に配置される請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の導管の少なくともある長さの部分で、第2の導管を介して供給された不活発ガスが、反応物流と反対の方向に導かれる請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法。
- 第2の導管が、反応温度と同じかまたはそれより低い温度に維持される請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法。
- 第2の導管が、開口したガス流チャネルを含む請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 第2の導管が第1の導管に接続されている地点から下流の地点で、不活発ガスが第1の導管内に供給され、第1の導管内の反応物流とは反対の方向に向けられる不活発ガス流を提供する請求項1乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- 反応物ガス流から、最小分子寸法の分散液体または固体の小滴または粒子または分子を分離することのできるフィルタ、セラミック製分子篩、または静電フィルタからなる群から選択される清浄器が、第1の導管に設けられている請求項1乃至16のいずれか一項に記載の方法。
- 清浄器が、反応物ガス流中に存在する成分と反応することのできる官能基を含む能動清浄器である請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の導管が、反応物供給源と反応物室とを相互接続し、そして気化した固体または液体反応物が、反応物の流路に沿って第1の導管内に配置されているフィルタ中で、懸濁液体または固体粒子から遊離される請求項1乃至18のいずれか一項に記載の方法。
- 第2の導管が、フィルタと反応室との間の地点で第1の導管に接続される請求項1乃至19のいずれか一項に記載の方法。
- フィルタに対して一方向のガス流が存在する請求項1乃至20のいずれか一項に記載の方法。
- 気相バリアが、フィルタと反応室との間で形成される請求項1乃至21のいずれか一項に記載の方法。
- 第2の導管が、反応物供給源とフィルタとの間の地点で第1の導管に接続される請求項1乃至22のいずれか一項に記載の方法。
- 第3の導管が、第2の導管が第1の導管と接続する地点と反応物供給源との間の地点で、第1の導管に接続される請求項1乃至23のいずれか一項に記載の方法。
- 反応物供給源が、第1の導管と自由に連通している請求項1乃至24のいずれか一項に記載の方法。
- 反応しなかった気相反応物が、出口導管を介して反応室から引き抜かれ、そして、第3の導管が出口導管に接続されている請求項1乃至25のいずれか一項に記載の方法。
- 第3の導管が別の排出手段に接続されている請求項1乃至26のいずれか一項に記載の方法。
- 不活発ガスが、気化した固体あるいは液体反応物に対するキャリアガスとして使用される請求項1乃至27のいずれか一項に記載の方法。
- 反応物供給源からのあらゆる気相反応物の実質的にすべてが、反応室内への気相反応物パルスの供給同士の間に、第3の導管を介してドレンに導かれる請求項1乃至28のいずれか一項に記載の方法。
- 第3の導管が、気化した反応物の残留物を凝縮させるために、より低い圧力および/または温度に維持される凝縮容器に接続される請求項1乃至29のいずれか一項に記載の方法。
- 第3の導管が、不活発ガスを第3の導管内に供給するための第4の導管に接続される請求項1乃至30のいずれか一項に記載の方法。
- 第1の導管から引き抜かれるガス量を低減するために、不活発ガスが第3の導管内に供給される請求項1乃至31のいずれか一項に記載の方法。
- 不活発ガスが、反応物のパルス導入中に供給される請求項1乃至32のいずれか一項に記載の方法。
- 不活発ガスが、あらゆる流量制限装置より上の地点で第3の導管内に供給される請求項1乃至33のいずれか一項に記載の方法。
- 不活発ガスが、前記反応物の気相パルス同士の間に反応室内に供給される請求項1乃至34のいずれか一項に記載の方法。
- ALD法に従って反応室内に配置した基板上に薄膜を成長させる方法における不完全閉塞弁の使用であって、前記方法が、
気化温度に維持した反応物供給源から反応物を気化する工程と、
気化した反応物を第1の導管を介して反応室内に導く工程と、
反応物の気相パルスと、少なくとも他の1種類の反応物の気相パルスとを繰返し交互に前記反応室内に供給するように、調整手段を用いて前記反応物の流量を調整する工程と、
前記気相反応物を反応温度で基板の表面と反応させて前記基板上に薄膜化合物を形成する工程と
を含み、
気相パルス同士の間で前記反応物の流量を最小限にしながら反応物流を絞る調整手段であって、ガス流に侵入する粒子を形成する可能性のある研磨性可動部分を有しない不完全閉塞弁を含む調整手段を用いて、前記反応物の流量を調整すること、
反応物供給源から第1の導管を介する反応室内への気化反応物流に対抗する気相バリアを形成するように、反応物の気相パルス同士の間の時間間隔中に、ある接続点で第1の導管に接続された第2の導管を介して不活発ガスを前記第1の導管内に供給すること、および
第1の導管における第2の導管との接続点よりも上流地点で第1の導管に接続され、かつ気相反応物の凝縮物と同じかまたはそれより高い温度に維持される第3の導管を介して、前記第1の導管から不活発ガスを引き抜くこと
を特徴とする方法。
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