JPH01179423A - 絶縁薄膜の製造方法 - Google Patents

絶縁薄膜の製造方法

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JPH01179423A
JPH01179423A JP187888A JP187888A JPH01179423A JP H01179423 A JPH01179423 A JP H01179423A JP 187888 A JP187888 A JP 187888A JP 187888 A JP187888 A JP 187888A JP H01179423 A JPH01179423 A JP H01179423A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子装置および電子素子の小型化、高密度化
高性能化あるいは高付加価値化の手段として重要な、絶
縁薄膜の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
薄膜トランジスタあるいは薄膜ダイオード等、デイスプ
レィパネルに使用される絶縁薄膜は、その利用目的上、
膜質や膜厚が均一でピンホール等の欠陥のない薄膜を大
面積基板上に再現性よく形成しなければならない。
また各種半導体素子に使用されるゲート絶縁膜やキャパ
シター用絶縁膜は、その膜厚や膜質の再現性が素子特性
に大きな影響をおよげず。
近年、大面積基板上に均一薄膜を再現性よく形成する製
造方法として原子層エピタキシー(アトミック・レイヤ
ー・エピタキシー、以後路してALEと記す)法が開発
され注目されている。この方法を用いて既に薄膜ELデ
イスプレィパネルが製造されている(例えばジャーナル
・オプ・アプライド・フィジイックス60 (1986
)R65NR81)。この方法の要旨は、薄膜構成物質
の吸着および表面反応を交互に繰り返して薄膜成長をさ
せるというものである。
近年盛んに研究されている超薄膜を積層した構造をもつ
、新しいタイプの電子素子も、このALE法で製造する
ことが検討され始めている。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
新しい薄膜製造技術であるALE法は、従来困難であっ
た大面積基板上に、原子層オーダの均一性を有する薄膜
を再現性よく成膜制御できめるようにした。このALE
法で化合物半導体薄膜や絶縁薄膜が製造できる。中でも
Ta2’s #:膜を始め、各種絶縁薄膜は、本来大面
積基板上に極めて均一な薄膜形成が不可欠なデイスプレ
ィパネル用に注目されている。
ガラス基板上のTagos膜をALE法で製造したとい
う報告は1981年、アプライド・フィジイクスーレタ
ーズ38巻131ページにある。その他各覆金属塩化物
を使用してAA 203 、 T io 2 。
5nOzQ’!’、多くの金属酸化物薄膜もALE法で
可能であると予想されている(ジャーナル・オプ・アプ
ライド・フィジイクス60巻(1986)R65〜R8
1)。
しかしながら、金属塩化物を原料としたALE法は、一
般に基板温度が高く、通常のガラス基板が使用しにくい
。例えばTaxes薄膜の場合、38巻131ページ)
であり、AJzOs薄膜の場合600℃(電子情報通信
学会技術研究報告CMP−2)である。また低温で作製
した薄膜はポーラスであった。更に、金属塩化物は蒸気
圧が低いものが多く、気体として適量を導入することが
容易でない。また、金属塩化物を導入する際に、導入管
加熱で、管内に金属塩化物が凝集しないようにしたが、
金属塩化物による装置腐蝕による損傷が大きかった。
以上の問題は金属塩化物を出発原料とするかぎゃ、解決
困難であった。原子層オーダの成長制御を正確に、広い
面積にわたって再現性よくおこなうことを潜在能力とし
てもつALE法の特徴を充分に引き出すためには、上記
の問題を解決する必要がある。
本発明の目的は広い面積にわたり再現性よく原子層オー
ダの成膜制御が可能である、新しいALE法による絶縁
薄膜の提供にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の絶縁薄膜の製造方法は、少なくとも1以上の金
属元素を含むアルコラートを基板表面に付着させる第1
の工程と酸素、あるいはその化合物の中より少なくとも
1以上の気体を基板表面に供給する第2の工程を交互に
おこなうという結成を有している。
〔作用〕
Mlの工程は基板表面上に金属アルコラートを吸着きせ
る工程である。このとき島状吸着が生じないように、成
長基板温度やアルコラート物質を選定すればよい。即ち
、導入金属アルコラートが適当な形態を有する吸着種と
なり、下地層と化学吸着するとき、その吸着エネルギー
が、既に吸着層への吸着種吸着エネルギーより充分高く
なるように、金属アルコラートあるいは基板温度等の製
造条件を選択する。このような条件を満せば、吸着層の
被覆率が1以下であっても、ALE特有のサイクル毎の
層状成長が認められる。
更に金属アルコラートは、比較的多くの選択枝があるた
め、ALE成長に適した蒸気圧をもつ適当な物質を選ぶ
ことができる。
また、塩化物より低温で分解および化学反応を示し、成
膜温度の低温化が可能になった。
第2の工程は、第1の工程で形成した層状吸着層を酸化
させる工程である。適当な基板温度あるいは酸化物形態
により、この表面酸化工程はすみやかに終了する。たと
え、場所によシ表面酸化速度が異なっても、前段階で下
地層は酸化されているから、何ら不都合は生じない。
本発明は金属アルコラートを出発原料として、吸着層形
成およびその層の酸化を繰り返して薄膜形成をおこなう
ものである。このとき、従来使用されていた金属塩化物
を金属アルコラートに代ることにより、従来より低い基
板温度で吸着、熱分解、表面反応が生じるように、適し
た金属アルコラートの形態を選択することができる。
更に金属アルコラートは適量な蒸気圧を有するため、そ
の取扱いが容易である。腐蝕性はなく、装置に損傷を与
えることも少ない。
このように広い面積にわたり、再現性よく原子層オーダ
の成膜制御が可能であるALE法の特徴を充分に発揮し
、かつ原料の取扱いが容易であることがわかった。
一方、第1と第2の工程を1サイクルとし、その1サイ
クルで原子層オーダの成長をおこなう方法であるため、
成膜に必要とされる時間は比較的長い。しかし、大面積
基板を多数−度に処理しても均一な膜厚を有する絶縁膜
が得られるため、総合的スループットは決して低くない
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
本実施例に使用した絶縁薄膜製造装置のブロック図を第
1図に示す。本実施例ではタンタルのアルコラートを使
用して、Ta2es薄膜製造に関して述べる。酸素ソー
スとしてH2Oと02の混合ガスを高周波放電にさらし
た後、反応室側に供給した。石英製である反応室1は、
大型のガラス基板数枚を導入した後、10−’ )−ル
以下の真空にした。電気炉2を使用して、基板3を30
0℃に加熱する。三方弁6.7を使用してタンタルアル
コラート、酸素ソースを、それぞれ交互に、すばやく反
応室に供給できる構造となっている。タンタルのアル)
ラードはTa(OCzHs)(t−OC4Hs)4を利
用した。この物質は300℃で分解を始め、2次元的吸
着層を形成した。適当な基板温度にして、2次元的吸着
層形成条件を選ぶことにより、Ta(OCzHs)s 
 等、各種アルコラートも使用可能である。
次にガス供給手順について述べる。まず2秒間Ta(O
C2Hs)(t−OC4HII)4を20SCCMの流
量で反応室1に導入する。タンタルアルコラートより誘
導された吸着種が由−な分子層状の化学吸着層形成を目
的とした第1の工程である。第1と第2の工程(および
第2と第1の工程)の間に、ガス置換期間をもうけ、A
rガスを流した。この期間の長さはともに1秒とした。
ガス置換終了後、第2の工程を開始する。高周波放電に
さらされ、分解・ラジカル化したH 20 + Os混
合気体を2秒間反応室に供給する。第1の工程で形成さ
れた吸着層は酸化される。このとき、吸着下地層は既に
前サイクルで酸化されている為、この第2の工程で表面
酸化反応が場所により不完全で残留しているという事態
は生じない。即ち、この表面酸化層は、適当な粂件の下
(本実施例では基板温度300℃で2秒間)で、おおま
かに1分子層はど成長させることができる。成長膜厚は
正確にサイクル数に比例し、その再現性も優れていた。
このように、本実施例で製造したガラス基板上のTaO
x N展は、原子層オーダで膜厚制御できた。
尚、この薄膜を解針式段差計で測定したところ、測定値
は誤差範囲内で等しく、非常に均一な膜であることがわ
かった。
本実施例は基板温度を300℃としたが、200℃〜4
00℃の範囲で1サイクル当りの成長膜厚にほとんど変
化が認められなかった。基板温度600℃以上ではタン
タル−アルコラートの分解が早く進行し、不適当であっ
た。また200℃以下では非常にポーラスな非晶質薄膜
で、不適当であった。
本実施例ではTa(QCzHs)(t−QC4H9)4
を使用してTag)(膜を製造する方法を述べた。しか
し、他の金属アルコラートを使用することにより、Ta
O2以外の薄膜も当然製造できる。゛表1に、その一部
の例をのせる。使用原料が変れば製造条件も変るが、原
子層オーダの均一性を有する薄膜を再現性よく形成でき
るという効果は同様に得られた。
表1 〔発明の効果〕 金属アルコラートを供給し、基板上に吸着層を形成する
第1の工程と、酸素あるいはその化合物気体を供給し、
該吸着層を酸化させる第2の工程を交互に繰り返す、本
発明による薄膜の製造方法には次のような特徴があった
第1に金属塩化物を使用した従来の方法に比べ低温化が
可能であった。第2に適当な温度で反応室にすばやい供
給ができる。この第1および2の効果は、金属アルコラ
ートは低温で分解し、かつ常温・常圧で適当な蒸気圧を
有するような形のものを選択できるからである。第3に
装置の損傷が少ない。第4に大面積基板上に原子層オー
ダーの均一性を有する薄膜を再現性よく形成することが
可能であった。第5に多数の基板を一度に処理でき、ス
ループットが高かった。
本発明を利用し、デイスプレィ用の薄膜トランジスタや
MIM素子を製造したところ、優れた特性を再現性よく
得られた。更に、原子層オーダで成膜制御できることを
利用して、超格子デバイス等にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に使用した絶縁薄膜製造装置の
ブロック図を示す。 1・・・・・・反応室、2・・・・・・電気炉、3・・
・・・・基板、6゜7・・・・・・三方弁。 代理人 弁理士   内 原   音

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも1以上の金属元素を含むアルコラートを基板
    表面上に付着させる第1の工程と酸素、あるいはその化
    合物の中より少なくとも1以上の気体を基板表面に供給
    する第2の工程を交互におこなうことを特徴とする絶縁
    薄膜の製造方法。
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