JPH11193463A

JPH11193463A - 化学的気相成長装置

Info

Publication number: JPH11193463A
Application number: JP36158697A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanimoto; 谷本　　智
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、安定した原料ガスの輸送を達成
し、多原料系の場合は成膜の精密な組成コントロールを
実現することを目的とする。【解決手段】溶液原料ガス供給装置４は、溶液原料を
導入する溶液原料噴射バルブ１１及び原料ガスを送出す
る気化ガス送出バルブ１２を備え、導入した溶液原料を
気化させる気化器１０と、溶液原料噴射バルブ１１を短
時間開口した後、溶液原料の完全気化を待って気化ガス
送出バルブ１２を開口し、気化器１０の内圧が所定の圧
力を下回ったとき気化ガス送出バルブ１２を閉口する機
能を備えたバルブ制御手段１５と、気化器１０と反応室
２１間の原料ガス輸送管１６上に設置したガス流量調節
器１８とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的気相成長
（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition ）法によって基
板の上に各種薄膜を形成する化学的気相成長装置（以
下、ＣＶＤ装置とも言う）に関し、この装置の特に気化
器を改良することによって、安定な高飽和蒸気圧を得に
くい固体有機金属原料等を用いた成膜の高速化と安定化
を図るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体集積回路の超集積化（大規
模化と高密度化）の進展は目覚ましく、今日でもとどま
るところを知らない。代表的な半導体集積回路ＤＲＡＭ
（随時書き込み読み出しメモリ）の記憶容量は３年毎に
４倍の割合で増大し、かつパターン寸法はおよそ７０％
ずつ縮小されている。超集積化の進行はデバイスの性能
向上や低価格化を促す反面、デバイス構造の縮小化と複
雑化を招くので、全ての加工技術は常に変革を厳しく求
められている。ＤＲＡＭでは複雑になり過ぎたメモリセ
ルのキャパシタ構造を単純化するために、これまでの材
料ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄に比べて誘電率εの高い誘電体
材料ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）やＢＳＴ（チタン酸
バリウム・ストロンチウム）の採用が検討されている。
また、電気的書き込み消去可能な不揮発性メモリにおい
ては、書換え回数及び書換え速度を飛躍的に向上させる
ために、ＰＺＴやＳＢＴ（タンタル酸ストロンチウムビ
スマス）などの強誘電体薄膜を用いた全く新しい概念の
セルが提案され、開発が着々と進行している。

【０００３】周知のように半導体集積回路（基板）は一
般には、コンタクトホール、ビアホール、トレンチなど
の陥没や、フィールド段差、配線段差、ゲート段差など
の段差からなる微細な凹凸が小面積に多数密集した表面
構造をしている。これら高誘電率膜や強誘電体膜を集積
回路構造の一部として取り込むためには、基板の微細な
凹部や凸部の側壁や底部にも均一かつ均質に膜が形成で
きる成膜法の実現が重要である。この点、ＣＶＤは比較
的付着確率の小さい化学的蒸気を低真空状態（あるいは
常圧）で基板に供給して膜を形成するため、蒸気の影部
位への回り込みが良く、物理的凝集を利用しているＰＶ
Ｄ（物理的気相成長法）に比べて、幾何学的な段差にお
いて格段に優れた被覆性を示すことから、これら高誘電
率膜や強誘電体膜の成膜法として最も有望なものの一つ
である。しかしながら、現時点では安定かつ高速な気化
特性を有するＣＶＤ原料が存在せず、これが開発の大き
な障害になっていた。例えば、現在多用されているβ−
ジケトン系のジピバリオルメタン（ＤＰＭ）を配位子に
持つ有機金属原料は室温では固体であり、一般に融点が
高い。融点以下では飽和蒸気圧が低くかつ昇華速度が不
安定になる。このため液化するまで昇温すると今度は分
解変質するといった難問を抱えている。

【０００４】この問題を解決するため、例えば、特開平
６−３１０４４４号公報や第５４回応用物理学学術講演
会講演番号２８ａ−Ｒ−５（同講演会予稿集４４２ペー
ジ）などで図４に示すようなＣＶＤ装置の提案が行われ
ている。一例として液体原料ＴＴＩＰ（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−
Ｃ₃Ｈ₇）₄）と酸素（Ｏ₂）及び問題のβ−ジケトン
系固体原料Ｓｒ（ＤＰＭ）₂とを原料としてチタン酸ス
トロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃；以下ＳＴＯと略す）膜を
ＣＶＤ成膜する場合についてこの従来技術を説明する
と、まず固体原料Ｓｒ（ＤＰＭ）₂をテトラヒドルフラ
ン（以下、ＴＨＦと略す）などの溶媒に所定の濃度で溶
かして溶液原料とし、これを図４のようなＣＶＤ装置に
適用して成膜する。３１は希釈ガス管、３２は希釈ガス
流量調整器、３３は接続管、３４は気化器、３５は溶液
原料を充填した溶液原料容器、３６は溶液原料供給器、
４８は加圧管、３７は噴霧ノズル、３８は気化器用の加
熱ヒータ、３９は絞り部、４０は溶液原料ガス輸送管、
４１は溶液原料ガス輸送管用の加熱ヒータ、４２は原料
ガス供給孔、４３は酸素等の反応ガス供給管、４４は反
応室用の加熱ヒータ、４５は反応室、４６は加熱ステー
ジ、４７はシリコン等の成膜基板、４９は液体原料ＴＴ
ＩＰをバブリングによって気化させるバブラ、５０はバ
ブラ４９で生成したＴＴＩＰ蒸気を輸送する液体原料ガ
ス輸送管、５１は反応室４５に接続された排気ラインで
ある。

【０００５】このＣＶＤ装置の動作を説明すると、気化
器３４が加熱ヒータ３８により所定の温度（２５０℃程
度）まで加熱された後、希釈ガス流量調整器３２によっ
て一定流量で希釈用不活性ガスを噴霧ノズル３７周辺よ
り気化器３４内に噴出させる。ここで溶液原料供給器３
６より一定流量で溶液原料（Ｓｒ（ＤＰＭ）₂＋ＴＨ
Ｆ）を供給すると、溶液原料は噴霧ノズル３７の先端で
大まかに微硫化され、気化器３４の内壁の広い範囲に衝
突して瞬時に気化する。気化ガスは溶液原料ガス輸送管
４０を通し、かつバブラ４９で気化したＴＴＩＰ蒸気と
合流して反応室４５に輸送され、反応ガス供給管４３か
ら供給される酸素が混合される。一定圧力に保たれた反
応室４５の加熱ステージ４６に置かれた基板４７の表面
にはＳＴＯ膜が生成される。同時に、薄膜形成に寄与し
ない未反応ガスや老廃ガスなどの排ガスは反応室４５に
設けられた排気ライン５１より真空ポンプ（図示せず）
を介して外部に排出される。なお、図４では、ＴＴＩＰ
蒸気をバブリングで反応室４５に供給する方式を説明し
ているが、ＴＴＩＰ液体原料をＳｒ（ＤＰＭ）₂＋ＴＨ
Ｆ溶液原料に混合し、Ｓｒ（ＤＰＭ）₂とともに気化器
３４で一緒に気化し、反応室４５に供給する方式にして
もよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＣＶＤ装置を用いて成膜を行う場合、次に述
べるような複数の問題があった。（ａ）溶液原料の単位
時間当たりの供給量が非常に少量であるため、現時点で
入手できる最良の溶液原料供給器をもってしてもこのよ
うな微少流量を精密に制御することは困難である。結果
として、溶液原料ガスを正確にかつ安定して反応室に輸
送することができない。（ｂ）さらに溶液原料供給器は
応答性がよくないため成膜の開始時に（溶液原料供給器
に内蔵されている）出口バルブを開けると制御流量が過
渡的にオーバーシュートあるいはアンダーシュートし、
溶液原料ガスの供給量が著しく変動するという問題があ
る。（ｃ）さらに多原料系の場合には、上記２つの問題
が原因となって、膜の原子組成比（ＳＴＯ膜の場合には
Ｓｒ：Ｔｉ組成比）を厳密に合わせることができない
し、組成再現性も得られない。

【０００７】本発明は、このような従来の溶液原料を用
いたＣＶＤ装置の溶液原料の供給の不安定に起因した諸
問題を解決するためになされたもので、反応室に安定し
た原料ガスの輸送を達成することができ、多原料系の場
合は成膜の精密な組成コントロールを実現することがで
き、また処理速度及びデバイスの歩留まりを向上させる
ことができる化学的気相成長装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、固体原料を溶媒に溶解させ
てなる溶液原料を加熱し気化させて原料ガスとする溶液
原料ガス供給装置を備えたガス供給系と、該ガス供給系
から供給された原料ガスを得て化学反応させ基板に薄膜
を形成する反応室を備えた反応系と、該反応系の余剰の
原料ガスと化学反応で生成した生成ガスを室外に排出す
るガス排気系とを有する化学的気相成長装置において、
前記溶液原料ガス供給装置は、溶液原料を充填する溶液
原料容器と、該溶液原料容器の溶液原料を導入する溶液
原料噴射バルブ及び原料ガスを送出する気化ガス送出バ
ルブが設けられ、導入した前記溶液原料を加熱して気化
させる気化器と、前記溶液原料噴射バルブを適宜の短時
間開口し前記気化器に溶液原料を噴射した後、当該溶液
原料の完全気化を待って前記気化ガス送出バルブを開口
し、前記気化器の内圧が所定の圧力を下回ったとき前記
気化ガス送出バルブを閉口する制御機能を備えたバルブ
制御手段と、前記気化器と前記反応室をつなぐ原料ガス
輸送管途上に設置されたガス流量調節器とを有すること
を要旨とする。この構成により、気化器に適量導入され
た溶液原料が完全に気化するのを待って気化ガス送出バ
ルブが開けられ、気化した原料ガスの輸送速度がガス流
量調節器で精密に制御されて反応室に供給される。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の化学的気相成長装置において、前記溶液原料ガス供給
装置は、同種の溶液原料を気化させる複数の気化器を備
え、前記バルブ制御手段は、成膜中に前記複数の気化器
の気化ガス送出バルブの少なくとも１つが開口するよう
に制御することを要旨とする。この構成により、複数の
気化器が相補的に稼働して原料ガスが反応室に連続的に
安定供給される。

【００１０】請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２記載の化学的気相成長装置において、前記溶液原料容
器と前記気化器を結ぶ溶液原料輸送管は、当該溶液原料
容器を出て前記溶液原料噴射バルブの供給側を経由し再
び前記溶液原料容器に戻る循環系として構成し、且つ前
記溶液原料輸送管には溶液原料を循環させる溶液循環装
置を設けてなることを要旨とする。この構成により、溶
液原料が循環型の溶液原料輸送管を介して気化器に供給
されることで、時間の経過とともに緩やかに進行する溶
液原料の濃縮化が起こらず、この濃縮化に起因する原料
ガス濃度の長期的漸次上昇が抑制される。

【００１１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、溶液原料
ガス供給装置は、溶液原料を充填する溶液原料容器と、
該溶液原料容器の溶液原料を導入する溶液原料噴射バル
ブ及び原料ガスを送出する気化ガス送出バルブが設けら
れ、導入した前記溶液原料を加熱して気化させる気化器
と、前記溶液原料噴射バルブを適宜の短時間開口し前記
気化器に溶液原料を噴射した後、当該溶液原料の完全気
化を待って前記気化ガス送出バルブを開口し、前記気化
器の内圧が所定の圧力を下回ったとき前記気化ガス送出
バルブを閉口する制御機能を備えたバルブ制御手段と、
前記気化器と反応室をつなぐ原料ガス輸送管途上に設置
されたガス流量調節器とを具備させたため、完全に気化
した原料ガスの輸送速度がガス流量調節器で精密に制御
されて反応室に導入されるので、極めて安定した原料ガ
スの輸送を達成することができ、また多原料系の場合
は、成膜の精密な組成コントロールを実現することがで
きる。さらに未気化の液滴が基板に付着することがなく
デバイスの歩留まりを向上させることができる。

【００１２】請求項２記載の発明によれば、前記溶液原
料ガス供給装置は、同種の溶液原料を気化させる複数の
気化器を備え、前記バルブ制御手段は、成膜中に前記複
数の気化器の気化ガス送出バルブの少なくとも１つが開
口するように制御するようにしたため、原料ガスを反応
室に連続的に安定供給することができて、短時間で同じ
膜厚の薄膜を形成することができ、処理速度を向上させ
ることができる。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記請求項１又は
２記載の化学的気相成長装置において、前記溶液原料容
器と前記気化器を結ぶ溶液原料輸送管は、当該溶液原料
容器を出て前記溶液原料噴射バルブの供給側を経由し再
び前記溶液原料容器に戻る循環系として構成し、且つ前
記溶液原料輸送管には溶液原料を循環させる溶液循環装
置を設けたため、溶液原料の濃縮化に起因する原料ガス
濃度の漸次上昇が抑制されて、原料ガスを反応室に長期
的に安定供給することができ、またプロセス条件の変動
を回避することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＣＶＤ装置の
各実施の形態を具体的に説明する。前述の従来技術と対
比させるために、各実施の形態ともβ−ジケトン系固体
原料Ｓｒ（ＤＰＭ）₂と液体原料ＴＴＩＰ（Ｔｉ（Ｏ−
ｉ−Ｃ₃Ｈ₇）₄）及び酸素（Ｏ₂）を材料としてチタ
ン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）膜をＣＶＤ成膜す
る例を用いて説明するが、これはあくまで便宜上の措置
であって、他の固体原料を用いて他の膜を生成する場合
にも各実施の形態を同様に適用できる。

【００１５】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す
図である。同図において、１は１つ以上のガス供給装置
を備えたガス供給系、２は反応室を主要素として含む反
応系、３は反応室の不要ガスを排出するガス排気系であ
る。ガス供給系１において、４は本実施の形態の中心技
術となる溶液原料ガス供給装置、５は周知のバブラ型気
化装置などで構成される液体原料ガス供給装置もしくは
４と同種の溶液原料ガス供給装置、６は気体原料供給装
置である。溶液原料ガス供給装置４の構成を詳細に説明
すると、７は固体原料Ｓｒ（ＤＰＭ）₂をＴＨＦなどの
溶媒に所定の濃度で溶かしてなる溶液原料８を充填した
密封型溶液原料容器、９は密封型溶液原料容器７の内圧
を調整する加圧管、１０は密閉容器に１対の溶液原料噴
射バルブ１１と気化ガス送出バルブ１２とを埋設してな
る気化器、１３は気化器の加熱ヒータ、１４は密封型溶
液原料容器７と気化器１０の溶液原料噴射バルブ１１と
を結ぶ溶液原料輸送管、１５は溶液原料噴射バルブ１１
と気化ガス送出バルブ１２の開閉を制御するバルブ制御
装置（バルブ制御手段）、１６は気化器１０と反応室を
つなぐ原料ガス輸送管、１７は原料ガス輸送管１６の加
熱ヒータ、１８は原料ガス輸送管１６途上に設置された
耐熱性のガス流量調節器である。１９は液体（又は溶
液）原料ガス供給装置５の原料ガス輸送管、２０は気体
原料供給装置６の原料ガス輸送管である。続いて、反応
系２とガス排気系３を説明する。２１はＣＶＤ反応を司
る密閉構造の反応室、２２は反応室２１の側壁を加熱す
る加熱ヒータ、２３は反応室２１に置かれた基板２４を
成膜に必要な温度に保持する加熱ステージ、２５は真空
ポンプなどで構成される排気装置、２６は反応室２１と
排気装置２５を結ぶ排気配管、２７は成膜中、反応室２
１の圧力を所定の値に保持する圧力コントローラであ
る。なお、図１ではＴＴＩＰ蒸気をバブリングで反応室
２１に供給する方式をとっているが、ＴＴＩＰ液体原料
をＳｒ（ＤＰＭ）₂＋ＴＨＦ溶液原料に混合し、Ｓｒ
（ＤＰＭ）₂とともに気化器１０で一緒に気化し、反応
室２１に供給する方式にしてもよい。

【００１６】次に、上述のように構成されたＣＶＤ装置
の動作を説明する。加熱ヒータ１３により所定の温度
（２５０℃程度）まで加熱された気化器１０の溶液原料
噴射バルブ１１をバルブ制御装置１５の指令により、開
口させて微少時間（典型例は１秒以下）で閉じる。この
操作で気化器１０に噴射された微少溶液原料（Ｓｒ（Ｄ
ＰＭ）₂＋ＴＨＦ）は加熱されて短時間の内（典型的に
は約１０秒）に完全に気化し、気化器１０の内圧は数１
０Torr〜数１００Torrに上昇する。気化器１０の内圧が
安定したら、バルブ制御装置１５は気化器１０の気化ガ
ス送出バルブ１２を開口し、ガス流量調節器１８を介し
て所定の流量の溶液原料ガスを反応室２１に供給する。
溶液原料ガスの供給を開始すると同時に液体原料ガス供
給装置５からは所定の流量の液体原料ガスＴＴＩＰが、
また気体原料供給装置６からは所定の流量のＯ₂ガスが
供給され、反応室２１の基板２４にＳｒＴｉＯ₃薄膜が
析出する。このとき、反応室２１の内圧は圧力コントロ
ーラ２７の作用により一定の圧力に保持されている。溶
液原料ガスの送出が続いて、気化器１０の内圧が概ね成
膜圧力の２倍の値を下回ったとき、バルブ制御装置１５
は気化器１０の気化ガス送出バルブ１２を閉口し、溶液
原料噴射バルブ１１を再び短時間開口して、溶液原料を
気化器１０に微少量噴射して、同様の気化操作を繰り返
す。ここで、気化ガス送出バルブ１２が閉口していると
きは、液体原料ＴＴＩＰガスとＯ₂の供給は停止される
ものとする。

【００１７】上述のような構成、作用を有するＣＶＤ装
置の効果を説明する。図１から一見して明らかなよう
に、本実施の形態においては、溶液原料ガスの輸送量を
決定するのに従来技術のような溶液原料供給器を使用せ
ずに、気化器１０と反応室２１の間に設けたガス流量調
節器１８を用いているので、成膜の初期から微細かつ正
確な流量制御が可能であり、安定で精度の高い溶液原料
ガスの輸送が実現される。また、気化器１０の溶液原料
を完全に気化してから気化ガス送出バルブ１２を開口し
ガス流量調節器１８に送出する構成をとっているので、
未気化の液滴が偶発的に気化器１０からガス流量調節器
１８に侵入してガス流量調節器１８を破損するという危
険が全くなく、原理的に故障が少なく信頼性の高い溶液
原料ガス供給装置を実現している。このように、本実施
の形態のＣＶＤ装置は、従来技術が抱えていた溶液原料
ガスの輸送量を精密にコントロールできないという問題
点と成膜初期に供給量が著しく変動するという問題点、
これら問題点が原因となって多原料系の薄膜の原料組成
比がばらつくという問題点を共に解決している。さら
に、本実施の形態は、上記問題点を解決できる他に、次
の点で従来技術に比べ有利である。従来技術の溶液原
料供給器と気化器を結ぶ配管及びノズルは気化器と連通
しているため減圧となっている。このような状況下では
溶液原料のうち、蒸気圧が高い溶媒ＴＨＦが選択的に気
化しやすく、ノズルに近付くにつれて配管内の原料濃度
が高くなり、飽和濃度を超えると容質（ここではＳｒ
（ＤＰＭ）₂）が析出する。この析出が進行するとノズ
ルや配管が詰まり、回復に手間と費用がかかる。この
点、本実施の形態では気化器１０に埋設された溶液原料
噴射バルブ１１の２次側が気化器１０内部に露出する構
造をしているため、減圧下に晒された溶液原料を滞留さ
せる場所がなく、問題自体がそもそも起こり得ない。
従来技術の気化器では、溶液原料の霧化に多量の不活性
ガスをノズル周辺から噴射させる構成をとっているので
気化器の溶液原料ガス濃度が不活性ガスで不必要に薄め
られる。これに対して、本実施の形態においては気化器
１０に導入するのは原料溶液のみであり、不活性ガスを
必要としない。したがって、本実施の形態は従来技術に
比べて高濃度の溶液原料ガスを反応室に供給することが
できる。従来のＣＶＤ装置は輸送中の固体原料ガスの
変質を最小限に抑えるために気化器と反応室を比較的太
く短い配管で連通させている。このような構成のＣＶＤ
装置においては気化器で発生した原料液滴が気化しない
ままガス流（溶液原料ガスや不活性ガス）に搬送され、
基板に異物として付着することが確率的にあり、基板に
形成された集積回路等の歩留まりを低下させる一つの要
因になっていた。しかし本実施の形態においては、すで
に述べたように、気化器１０の溶液原料を完全に気化し
てからガス送出バルブを開口しガス流量調節器１８に送
出する構成をとっているので、液滴が基板に付着するお
それはない。

【００１８】図２には、本発明の第２の実施の形態を示
す。なお、図２において前記図１の符号と同じ符号のも
のは第１の実施の形態と同一ないし均等のものであり、
重複した説明を省略する。溶液原料ガス供給装置４の内
部構成において、１０ａは１対の溶液原料噴射バルブ１
１ａと気化ガス送出バルブ１２ａとを埋設してなる第１
の気化器、１０ｂは１対の溶液原料噴射バルブ１１ｂと
気化ガス送出バルブ１２ｂとを埋設してなる第２の気化
器、１３ａ，１３ｂは第１、第２の気化器１０ａ，１０
ｂの加熱ヒータ、１４は密封型溶液原料容器７と第１、
第２の気化器１０ａ，１０ｂの溶液原料噴射バルブ１１
ａ，１１ｂとを結ぶ溶液原料輸送管、１５は溶液原料噴
射バルブ１１ａ，１１ｂと気化ガス送出バルブ１２ａ，
１２ｂの開閉を制御するバルブ制御装置、１６は第１、
第２の気化器１０ａ，１０ｂと反応室２１をつなぐ原料
ガス輸送管である。なお、図１ではＴＴＩＰ蒸気をバブ
リングで反応室２１に供給する方式をとっているが、Ｔ
ＴＩＰ液体原料をＳｒ（ＤＰＭ）₂＋ＴＨＦ溶液原料に
混合し、Ｓｒ（ＤＰＭ）₂とともに第１、第２の気化器
１０ａ，１０ｂで一緒に気化し、反応室２１に供給する
方式にしてもよい。

【００１９】次に、上述のように構成されたＣＶＤ装置
の動作を説明する。所定の温度（２５０℃程度）に加熱
した第１の気化器１０ａの溶液原料噴射バルブ１１ａを
バルブ制御装置１５の指令により、微少時間（典型例は
１秒以下）開口させて閉じる。この操作で第１の気化器
１０ａに導入された微少溶液原料（Ｓｒ（ＤＰＭ）₂＋
ＴＨＦ）が完全に気化し内圧が安定したら、バルブ制御
装置１５は第１の気化器１０ａの気化ガス送出バルブ１
２ａを開口し、ガス流量調節器１８を介して所定の流量
の溶液原料ガスを反応室２１に供給する。このとき同時
に液体原料ガス供給装置５から液体原料ガスＴＴＩＰ
が、また気体原料供給装置６からＯ₂ガスが反応室２１
に供給開始され、以降、成膜が完了するまで連続的に供
給される。反応室２１の内圧は圧力コントローラ２７の
作用により一定の圧力に保持されている。第１の気化器
１０ａの気化ガス送出バルブ１２ａの開口とともに、反
応室２１の基板２４にＳｒＴｉＯ₃薄膜の析出が開始さ
れる。

【００２０】一方、所定の温度（２５０℃程度）に加熱
された第２の気化器１０ｂは、第１の気化器１０ａの気
化ガス送出バルブ１２ａが開口するやバルブ制御装置１
５の指令により、溶液原料噴射バルブ１１ｂを微少時間
（典型例は１秒以下）開口させて閉じ、気化を完了させ
た状態で暫く待機している。溶液原料ガスの送出が続い
て、第１の気化器１０ａの内圧力が概ね成膜圧力の２倍
の値を下回ったとき、バルブ制御装置１５は第１の気化
器１０ａの気化ガス送出バルブ１２ａを閉口し、一瞬、
間をおいて気化ガス送出バルブ１２ｂを開け、待機して
いた第２の気化器１０ｂの溶液原料ガスを供給開始させ
るとともに、第１の気化器１０ａに気化の実行と暫時待
機を指令する。第２の気化器１０ｂの内圧が概ね成膜圧
力の２倍の値を下回ったとき、バルブ制御装置１５は第
２の気化器１０ｂの気化ガス送出バルブ１２ｂを閉口
し、一瞬、間をおいて第１の気化器１０ａに溶液原料ガ
スの供給を指令するとともに、第２の気化器１０ｂに気
化の実行と暫時待機を指令する。以後同様に、バルブ制
御装置１５は第１の気化器１０ａが原料を供給している
ときは、第２の気化器１０ｂに気化の実行と暫時待機を
指令し、第２の気化器１０ｂが原料を供給しているとき
は、第１の気化器１０ａに気化の実行と暫時待機を指令
し、反応室２１に溶液原料ガスを連続的に安定供給させ
る。

【００２１】上述のような構成、作用を有するＣＶＤ装
置の効果を説明する。本実施の形態のＣＶＤ装置は、図
２及び上の説明から明らかなように、前記第１の実施の
形態の構成を全て包含しているので、第１の実施の形態
と全く同じ理由により、従来技術が抱えていた諸問題、
即ち溶液原料ガスの輸送量を精密にコントロールできな
いという問題、成膜初期に供給量が著しく変動するとい
う問題、これら問題が原因となって多原料系の薄膜の原
料組成比がばらつくという問題を共に解決することがで
きる。また、同様に、第１の実施の形態が有していた従
来技術に対する有利な点、前記〜も特長として有し
ている。さらに、本実施の形態が第１の実施の形態と比
べて一層優れている点は、本実施の形態においては、
２つの溶液原料を共有する２つの気化器１０ａ，１０ｂ
を相補的に稼働させ、溶液原料ガスの供給を中断せずに
連続的に行えるようにした点である。この効果によって
第１の実施の形態に比べて短時間で同じ膜厚の薄膜を形
成することができる。これは処理速度の向上を意味し、
生産装置として非常に有利な点である。

【００２２】図３には、本発明の第３の実施の形態を示
す。図３において、７ａは固体原料Ｓｒ（ＤＰＭ）₂を
ＴＨＦなどの溶媒に所定の濃度で溶かしてなる溶液原料
８を充填した密封型溶液原料容器、９は溶液原料容器７
ａの内圧を調整する加圧管、１４ａは溶液原料容器７ａ
を出て第１の気化器１０ａの溶液原料噴射バルブ１１ａ
の１次側と第２の気化器１０ｂの溶液原料噴射バルブ１
１ｂの１次側を巡回して再び溶液原料容器７ａに還流す
るように配設された溶液原料循環輸送管、２８はこの溶
液原料循環輸送管１４ａの途上に設けられた溶液循環装
置である。その他の部分の構成は第２の実施の形態（図
２）と同じである。

【００２３】次に、上述のように構成されたＣＶＤ装置
の動作を説明する。溶液循環装置２８は溶液原料を常に
循環して、溶液原料循環輸送管１４ａの内部の溶液原料
と溶液原料容器７ａの溶液原料とを同じ濃度に保つ。溶
液原料噴射バルブ１１ａ，１１ｂから第１、第２の気化
器１０ａ，１０ｂに噴射される溶液原料の濃度は常に溶
液原料容器７ａ中の濃度と同じである。この点を除いた
本実施の形態のＣＶＤ装置の成膜に伴う動作は上記第２
の実施の形態の動作と略同じである。

【００２４】上述のような構成、作用を有するＣＶＤ装
置の効果を説明する。本実施の形態のＣＶＤ装置は、図
３及び上の説明から明らかなように、前述の第２の実施
の形態の構成を全て包含しているので、第２の実施の形
態と全く等しい効果が得られる。即ち、従来技術が抱え
ていた溶液原料ガスの輸送量を精密にコントロールでき
ないという問題、成膜初期に供給量が著しく変動すると
いう問題、これら問題が原因となって多原料系の薄膜の
原料組成比がばらつくという問題を共に解決するととも
に、第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態が備え
ていた従来技術に対する前記の有利な点〜も同時に
特長として有している。そして、さらに本実施の形態の
ＣＶＤ装置は、次のような第１、第２の実施の形態には
ない優れた特長を有している。この点を詳しく説明す
る。従来技術や前記第１、第２の実施の形態において
は、溶液原料容器から溶液原料供給器まで、あるいは溶
液原料噴射バルブまでの溶液配管に存在する溶液原料は
機構上撹拌することができないので、この部分では溶媒
ＴＨＦに比べ比重の重いＳｒ（ＤＰＭ）₂が溶液原料容
器に向かって沈降する。この現象が起こると溶液原料容
器の溶液原料は時間の経過とともに徐々に濃縮される。
このような溶液原料の経時変化はＣＶＤプロセスの工程
管理を煩雑なものにしている。しかし、本実施の形態の
ＣＶＤ装置においては、溶液配管の溶液原料を常時循環
させているので、上記のような溶質の沈降現象が起こら
ず、溶液配管の中の溶液原料の濃度は何時も溶液原料容
器の濃度と同じである。このように本実施の形態は溶液
原料の濃縮化によるプロセス条件の変動を回避できると
いう点で第１、第２の実施の形態及び従来技術にない固
有の優れた特長を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る化学的気相成長装置の第１の実施
の形態を示す構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図４】従来の化学的気相成長装置の構成図である。

【符号の説明】

１ガス供給系２反応系３ガス排気系４溶液原料ガス供給装置７溶液原料容器８溶液原料１０，１０ａ，１０ｂ気化器１１，１１ａ，１１ｂ溶液原料噴射バルブ１２，１２ａ，１２ｂ気化ガス送出バルブ１４溶液原料輸送管１５バルブ制御装置（バルブ制御手段）１６溶液原料ガス輸送管１８ガス流量調節器２１反応室２４基板２８溶液循環装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体原料を溶媒に溶解させてなる溶液原
料を加熱し気化させて原料ガスとする溶液原料ガス供給
装置を備えたガス供給系と、該ガス供給系から供給され
た原料ガスを得て化学反応させ基板に薄膜を形成する反
応室を備えた反応系と、該反応系の余剰の原料ガスと化
学反応で生成した生成ガスを室外に排出するガス排気系
とを有する化学的気相成長装置において、前記溶液原料
ガス供給装置は、溶液原料を充填する溶液原料容器と、
該溶液原料容器の溶液原料を導入する溶液原料噴射バル
ブ及び原料ガスを送出する気化ガス送出バルブが設けら
れ、導入した前記溶液原料を加熱して気化させる気化器
と、前記溶液原料噴射バルブを適宜の短時間開口し前記
気化器に溶液原料を噴射した後、当該溶液原料の完全気
化を待って前記気化ガス送出バルブを開口し、前記気化
器の内圧が所定の圧力を下回ったとき前記気化ガス送出
バルブを閉口する制御機能を備えたバルブ制御手段と、
前記気化器と前記反応室をつなぐ原料ガス輸送管途上に
設置されたガス流量調節器とを有することを特徴とする
化学的気相成長装置。
【請求項２】前記溶液原料ガス供給装置は、同種の溶
液原料を気化させる複数の気化器を備え、前記バルブ制
御手段は、成膜中に前記複数の気化器の気化ガス送出バ
ルブの少なくとも１つが開口するように制御することを
特徴とする請求項１記載の化学的気相成長装置。
【請求項３】前記溶液原料容器と前記気化器を結ぶ溶
液原料輸送管は、当該溶液原料容器を出て前記溶液原料
噴射バルブの供給側を経由し再び前記溶液原料容器に戻
る循環系として構成し、且つ前記溶液原料輸送管には溶
液原料を循環させる溶液循環装置を設けてなることを特
徴とする請求項１又は２記載の化学的気相成長装置。