JPH04131656U - 薄膜製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原料ガスと反応ガスとの混合にあたって、反
応を抑えながら均一な混合を行え、かつガス溜まりがな
く迅速なガス切替えが可能なガス混合部を備えた薄膜製
造装置を提供する。 【構成】 原料ガスと反応ガスとを混合して反応室１１
内の基板１２上に導入し、該基板１２上に薄膜を形成す
る薄膜製造装置の反応室１１に、基板１２側が拡開した
円錐状のガス混合部１５を連設し、該ガス混合部１５の
円錐軸線部に、前記原料ガスを周方向に噴出させる噴出
孔１６ａを有する原料ガス導入管１６を設けるととも
に、ガス混合部１５の円錐面に、反応ガスを円錐軸線か
ら偏位した方向に噴出させる反応ガス導入管１７を設け
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、薄膜製造装置に関し、詳しくは原料ガスと反応ガスとを混合し、反 応させて基板上に気相成長法による酸化物薄膜や硫化物薄膜等を形成する薄膜製 造装置におけるガス混合部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】

従来、原料ガス、例えばジピバロイルメタナトストロンチウム（Ｓｒ（ＤＰＭ ）₂ ）と、反応ガス、例えば酸素やオゾンあるいは硫化水素等とを混合して気相 成長法により酸化物薄膜や硫化物薄膜を製造する方法においては、原料ガスと反 応ガスを基板上に供給する前に、反応させずに均一に混合し、かつ偏流を生じな いようにすることが、均一な膜厚，均一な組成等をもった高品質な薄膜を製造す る上で重要である。

【０００３】 また、近年は、複数の原料ガスを切替え導入して組成の異なる層を積層した多 層薄膜の製造が一般的になってきている。このような多層薄膜においては、急峻 な界面を形成する必要性から、原料ガス切替え時間の短縮化が重要な課題となっ ている。

【０００４】 図４乃至図６は、従来の薄膜製造装置における原料ガスと反応ガスの混合部を 示すものである。図４及び図５に示すものでは、反応室１内に置かれた基板２の 近傍まで原料ガス導入管３と反応ガス導入管４とを延長し、図４においては管端 ３ａ，４ａから、図５においては管先端部外周に設けた多数の噴出孔３ｂ，４ｂ から、それぞれのガスを反応管１内に噴出するようにしている。

【０００５】 しかしながら、この構造のものでは、原料ガスと反応ガスとの混合が不十分で あり、不均一な膜厚，不均一な組成，あるいは不均一な特性の薄膜となる。また 高濃度の原料ガスと反応ガスが接触して基板面に達する前に反応してしまうこと もあった。

【０００６】 また、図６に示すものは、反応室１内の原料ガス導入管３及び反応ガス導入管 ４と基板２との間に、拡散板５を設けてガスの混合を十分に行えるようにしたも のであるが、多層薄膜を製造する場合、拡散板５を配置することによって生じる 空間６のためにガス溜まりが生じ、ガスの切替えに時間が掛かって急峻な界面を 得ることができなくなる。

【０００７】 なお、単に両ガス導入管３，４を接続して合流させるようにすると、合流後の 原料ガスの濃度が高い場合には、管内で両者が反応してしまい基板上への薄膜形 成が行えなくなる。

【０００８】 そこで本考案は、酸化物薄膜等からなる多層薄膜を製造する場合の原料ガスと 反応ガスとの混合にあたって、反応を抑えながら均一な混合を行え、かつガス溜 まりがなく迅速なガス切替えが可能なガス混合構造を備えた薄膜製造装置を提供 することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記した目的を達成するため、本考案の薄膜製造装置は、原料ガスと反応ガス とを混合して反応室内の基板上に導入し、該基板上に薄膜を形成する薄膜製造装 置において、前記反応室に基板側が拡開した円錐状のガス混合部を連設し、該ガ ス混合部の円錐軸線部に、前記原料ガスと反応ガスのいずれか一方のガスを周方 向に噴出させるガス導入管を設けるとともに、ガス混合部の円錐面に、他方のガ スを円錐軸線から偏位した方向に噴出させるガス導入管を設けたことを特徴とし ている。

【００１０】

【作 用】

上記構成によれば、円錐軸線部から周方向に噴出した一方のガスは、円錐部の 広がりに従って膨張しながら進み、円錐軸線から偏位した方向に噴出した他方の ガスは、円錐内周面を螺旋状に進みながら膨張する。これにより、原料ガスと反 応ガスとは、円錐部で膨張して拡散希釈された状態で混合するので、両ガスの反 応が抑制される。また、他方のガスの旋回流により混合が促進され、均一な混合 ガスを得ることができる。さらに、ガス溜まりが無いので、原料ガスの切替えも 迅速に行える。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案を、図１及び図２に示す一実施例に基づいて、さらに詳細に説明 する。

【００１２】 図に示す薄膜製造装置の反応室１１は、円筒状に形成される本体１１ａ内に、 基板１２を載置するサセプタ１３を配設し、該サセプタ１３に対応する外周に高 周波加熱器１４を巻回するとともに、本体１１ａの一側にガス混合部１５を連設 したものである。

【００１３】 上記ガス混合部１５は、本体１１ａ側が拡開して本体１１ａの周壁と連続する 円錐状に形成されるもので、その中心軸は、本体１１ａの中心軸と同一線上に設 けられている。このガス混合部１５の軸線上には、先端部に原料ガスを周方向に 噴出する噴出孔１６ａを有する原料ガス導入管１６が設けられており、側面には 反応ガスを円錐軸線から偏位した方向に噴出させる反応ガス導入管１７の先端が 開口している。

【００１４】 このように形成されたガス混合部１５に導入された原料ガスは、前記原料ガス 導入管１６先端部の噴出孔１６ａから周方向に噴出して拡散し、原料濃度が低下 した状態で反応ガスと混合する。一方の反応ガスは、前記反応ガス導入管１７か ら円錐部内周面に沿うように噴出した後、円錐状の空間を旋回しながら膨張し、 前記原料ガスと混合する。即ち、このガス混合部１５は、両ガスが十分に膨張拡 散して原料濃度が低くなった状態で両ガスを混合するので、高濃度の原料ガスと 反応ガスとが接触することがなく、両者の反応を抑制することができる。さらに 、反応ガスが螺旋流となっているので混合が促進され、均一な混合状態を得るこ とができる。

【００１５】 また、反応ガスを円錐部の頂点近傍から周面に沿って噴出させるとともに、原 料ガスを円錐部の軸線中間部から噴出させるので、ガス溜まりを生じることがな く、ガスの切替えを迅速に行うことができる。

【００１６】 従って、原料ガスと反応ガスとを均一に混合でき、ガスの切替えも迅速に行え ることから、均一な膜厚，均一な組成，均一な特性で、かつ多層薄膜においては 界面の急峻な薄膜が得られ、高品質の薄膜を製造することが可能となる。

【００１７】 基板面への薄膜の形成は、従来と同様に、前記高周波加熱器１４によりサセプ タ１３を介して基板１２を所定の温度に加熱するとともに、前記原料ガス導入管 １６からキャリアガスに同伴された所定の原料ガスを、反応ガス導入管１７から 酸素ガス等の反応ガスをそれぞれ導入することにより行うことができる。

【００１８】 図３は、上記のように構成したガス混合部１５を有する反応室１１を用いて酸 化物超伝導薄膜を製造したときの膜厚分布を示すものであり、膜断面はガスの流 れに対して垂直な方向にへき開し、電子顕微鏡で膜厚を測定したものである。図 から明らかなように、均一な膜厚の薄膜が形成されていることが分かる。

【００１９】 なお、上記ガス混合部１５における円錐の頂角、即ち円錐面の長さや原料ガス 導入管１６の挿入位置、噴出孔１６ａの位置，状態、さらに反応ガス導入管１７ の開口位置は、反応室１１の大きさ、原料ガスや反応ガスの種類，濃度，流量， 導入管の径等に応じて適宜最適な状態に設定されるものであり、ガス混合部１５ を、反応室１１の本体内に設けられるフローチャンネルと接続するようにしても 良い。さらに、原料ガス導入管１６と反応ガス導入管１７とを逆に接続すること も可能である。

【００２０】 また、混合時に反応が起きるか起きないかは、原料濃度と反応ガス濃度との関 係によって決まるため、反応を起こさせないためには、原料ガスを希釈あるいは 膨張させて拡散させ、混合時の原料濃度をある一定の濃度Ｃｏ以下にしておく必 要がある。しかしながら、原料と反応ガスの種類による前記濃度Ｃｏは明らかで はなく、実験によって最適な状態を作り出さなければならないが、上記のように 形成することにより、幅広い範囲にわたって所望の混合状態を得ることが可能で ある。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の薄膜製造装置によれば、反応ガスと原料ガスと を十分に拡散させて、原料濃度が低くなった状態で混合させることができるので 、両ガスの反応を抑制することができるとともに、一方のガスの旋回流により混 合が促進され、均一な混合ガスを得ることができる。さらに、ガス溜まりが無い ので、原料ガスの切替えも迅速に行うことができる。

【００２２】 従って、本考案装置を用いることにより、均一な膜厚，均一な組成，均一な特 性で、かつ多層薄膜においては界面の急峻な薄膜が得られ、高品質の薄膜を製造 することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の薄膜製造装置の一実施例を示す要部
の断面図である。

【図２】 図１のII−II断面図である。

【図３】 実施例装置で製造した薄膜の膜厚分布を示す
図である。

【図４】 従来の薄膜製造装置のガス混合部の一例を示
す断面図である。

【図５】 同じくガス混合部の他の例を示す断面図であ
る。

【図６】 さらに他の従来のガス混合部の例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１１…反応室 １１ａ…本体 １２…基板 １５
…ガス混合部 １６…原料ガス導入管 １６ａ…噴
出孔 １７…反応ガス導入管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガスと反応ガスとを混合して反応室
   内の基板上に導入し、該基板上に薄膜を形成する薄膜製
   造装置において、前記反応室に基板側が拡開した円錐状
   のガス混合部を連設し、該ガス混合部の円錐軸線部に、
   前記原料ガスと反応ガスのいずれか一方のガスを周方向
   に噴出させるガス導入管を設けるとともに、ガス混合部
   の円錐面に、他方のガスを円錐軸線から偏位した方向に
   噴出させるガス導入管を設けたことを特徴とする薄膜製
   造装置。