JPH0274029A - 薄膜の形成方法およびその装置 - Google Patents

薄膜の形成方法およびその装置

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JPH0274029A JP22711888A JP22711888A JPH0274029A JP H0274029 A JPH0274029 A JP H0274029A JP 22711888 A JP22711888 A JP 22711888A JP 22711888 A JP22711888 A JP 22711888A JP H0274029 A JPH0274029 A JP H0274029A
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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】 〔概 要〕 原子層エピタキシー法とそれに適用する装置に関し、 不純物含有の少ない高品質な薄膜を、しかも、高速に成
長させることを目的とし、 反応チャンバ内において同一方向に定常流れを有する複
数の原料ガスの間に、同一方向に定常流れを有する不活
性ガスを介在させ、被成長基板を該不活性ガスを横切っ
て前記複数の原料ガスの流れの中に交互に移動させて原
子層エピタキシャル成長させるようにしたことを特徴と
し、薄膜形成装置は、扇形の反応チャンバを主体とし、
該反応チャンバの要め部にオリフィス弁とターボ分子ポ
ンプを配置し、同チャンバの先端部の中央に不活性ガス
導入口の両側にそれぞれ原料ガス導入口を配置し、被成
長基板を前記チャンバ内の先端部と要め部の中間に位置
させて移動するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は薄膜の形成方法とその装置に係り、特に原子層
エピタキシー法とそれに適用する装置に関する。
近年、単原子層レベルで成長を制御できる原子層エピタ
キシー(A L E ; Atomic Layer 
Epitaxy)法によって高品質な半魂体薄膜を形成
する方法が研究されており、その将来性が期待されてい
る。
また、絶縁膜も高品位な改質のものが望まれて、不純物
・膜欠陥などのない高耐圧・無欠陥・長寿命な絶縁膜が
要望されている。
〔従来の技術〕
原子層エピタキシー法は複数の異種原料ガスを交互に切
り換えて被成長基板面に導入しl原子層づつ形成する方
法で、通常の化学気相成長(CVD)法は原料ガスが被
成長基板の上部で反応して被着することが起こるが、原
子層エビクキシー法は一層ずつ積層して確実に被成長基
板面で反応するためにCVD法に比べて高品質な薄膜が
形成できるとして注目されている方法である。
第4図はその原子層エピタキシー法を適用する従来の薄
膜形成装置の断面図を示しており、1は反応管、2は被
成長基板、3はオリフィス弁、4は真空ポンプ、5は原
料ガスAの導入口、6は原料ガスBの導入口、7はバリ
アガスの導入口、5v。
6V、 7Vはそれらの開閉バルブである。このような
薄膜形成装置は、バリアガスおよび原料ガスA。
Bの切り換えによって被成長基板面を流れるガスの種類
を切り換えて1原子層づつ形成する方法が採られる。
また、このような薄膜形成装置の他に、原料ガスA、B
を別々の仕切られたチャンバ内に流入させておき、被成
長基板をその両チャンバ間に移動させる方法を採る薄膜
形成装置も提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、それらの方式による原子層エピタキシー法は
原料ガスAと原料ガスBとの切り換えの間に流す遮蔽用
バリアガスの量と時間が不十分であったり、また、ガス
の淀みやすい部分(反応チャンバの壁面やガス導入口近
傍など)ができ、原料ガスが被成長基板面以外の部分で
反応して薄膜が異常成長し、そのように異常成長した薄
膜は剥離され易いためにガスの流れに乗って被成長基板
面に達し、被成長基板面に形成される薄膜中で不純物に
なる問題があり、そうして薄膜の品質が低下する。
本発明はそのような問題点を軽減して、不純物含有の少
ない高品質な薄膜を、しかも、高速に形成することを目
的とした薄膜の形成方法とその装置を提案するものであ
る。
〔課題を解決するだめの手段〕
その課題は、反応チャンバ内において同一方向に定常流
れを有する複数の原料ガスの間に、同一方向に定常流れ
を有する不活性ガスを介在させ、被成長基板を該不活性
ガスを横切って前記複数の原料ガスの流れの中に交互に
移動させて原子層エピタキシャル成長させるようにした
薄膜の形成方法によって解決される。
また、それを実施する薄膜形成装置として、第1図に示
す実施例図のように、扇形の反応チャンバ10の要め部
11にオリフィス弁OFとターボ分子ポンプvPを配置
し、同チャンバの先端部12の中央に不活性ガス導入口
Ncの両側にそれぞれ原料ガス導入口Ha、 Nbを配
置し、被成長基板Wを前記チャンバ内の先端部と要め部
の中間に位置させて移動するように構成にする。
〔作 用〕
即ち、本発明は、複数の原料ガスの流れの間に不活性ガ
スの流れを介在させ、これらを同一方向の定常流れとし
て被成長基板を移動させて原子層エピタキシャル成長さ
せる。
それを実施するための装置は、例えば、扇形反応チャン
バの要め部にオリフィス弁とターボ分子ポンプなどの排
気系を配置し、出先端部に原料ガス、不活性ガスの導入
口を設けてそれらの定常流れをつくり、被成長基板Wは
その中間に位置させて定常流れの中を移動するような構
造にする。
そうすれば、ガスの淀み部分で原料ガスが反応して異常
成長する問題もなくなり、且つ、ガス切り換えの必要も
ないから、高品質な薄膜を高速に成長できる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明の第1実施例にかかる薄膜形成装置の概
念図を示しており、第2図はその斜視図である。図中の
IOは扇形の反応チャンバ、 11はその要め部、12
は出先端部、Wは被成長基板、叶はオリフィス弁、vP
はターボ分子ポンプ、 Ncは不活性ガス導入口、 H
aはA原料ガス導入口、 NbはB原料ガス導入口、 
Vc、 Va、 Vbはそれらの導入口に付属した開閉
バルブである。本装置は不活性ガスを中央にして両側に
原料ガスを流して定常流れをつくり、被成長基板Wを原
料ガスの間に往復移動させて成長するような構成である
。被成長基板Wの移動機構は図示していないが、例えば
、移動区間にベルトを配置して、その上に被成長基板W
を載置し、反応チャンバの外部からベローズ封止を介し
てモータ駆動によって左右に移動させる方法を用いる。
このような第1図に示す薄膜形成装置によって、例えば
、GaAs結晶薄膜を形成する場合を説明すると、まず
、ターボ分子ポンプvPによって5X10−7Torr
まで排気し、被成長基板Wを300℃に加熱した後、最
初に、中央の開閉バルブVcを開けてAr (アルゴン
)ガスを不活性ガス導入口Ncから1000sccII
+流入し、反応チャンバII内の圧力がI Torrに
なるようにオリフィス弁OFを調整する。次に、開閉バ
ルブVa、 Vbを開けてA反応ガス導入口Naから水
素(H2)をキャリアガスとしたトリエチルガリウム(
Ga(C,H5)a )ガスを50secm流入し、且
つ、B反応ガス導入口NbからH2をキャリアガスとし
たアルシン(AsH3)ガスを50secrB流入する
。この時、中央のArガスの流れのためにH2+Ga(
Cユ115)aガスとH2+ Ga (C4H9) 3
ガスとは混合せず、定常な流れがつくられる。
そのようにしてつくられた定常流れを乱さないように、
被成長基板Wを往復速度5秒の周期でArガスの流れを
越えてH2+ Ga (C□1jyhガスとH2+ G
a (C工H1)3ガスとの間を移動させる。その操作
を500回繰り返して500分子層からなるGaAs結
晶薄膜を成長する。このような形成法によれば、原料ガ
スを切り換える必要がないがら、成長速度が速くて薄膜
が形成でき、しかも、異常成長がないために、成長した
GaAs結晶薄膜は薄膜中に不純物の混入が観察されず
、高品質な薄膜が形成された。
次に、第3図は本発明の第2実施例にかかる薄膜形成装
置の概念図を示しており、第1図と同一部材には同一記
号が付けであるが、その他のSaはA原料ガス源容器、
 sbはB原料ガス源容器、 fla。
Hbはキャリアガス流入口である。本装置は第1図で説
明した構成の特徴の他に、A原料ガス導入口Na、 B
原料ガス導入口Nbに直接開閉バルブを設けず、A原料
ガス源容器Sa、  B原料ガス源容器sbへのキャリ
アガスの流入・停止によって反応ガスの反応管への流入
・停止をおこなう装置で、開閉バルブVa、 Vbは容
器Sa、 Sbより後のキャリアガス流入口側に設けで
ある。このような装置は腐食性の強い反応ガスを用いて
薄膜を形成する場合に使用される。例えば、Al203
(アルミナ)は従来のCVD法では十分な絶縁耐圧が得
られず、そのために原子層エピタキシー法が用いられて
いるが、そのようなAl2o、、薄膜の形成に使用して
有効な装置である。
第3図に示す薄膜形成装置(II)によってAl2O3
薄膜を形成する場合について説明すると、ターボ分子ポ
ンプvPによって5 X 10’Torrまで排気し、
被成長基板Wを300℃に加熱した後、最初に、中央の
開閉バルブVcを開けてArガスを不活性ガス導入口N
cから1000scc+*流入し、反応チャンバ11内
の圧力がI Torrになるようにオリフィス弁針を絞
る。次に、A原料ガス源容器SaにAlCl3  (塩
化アルミニウム)を収容し、110℃に加熱して開閉バ
ルブVaを開け、また、日原料ガス源容器sbに水を収
容して開閉バルブvbを開けて、キャリアガスとして計
ガスをキャリアガス流人口Ha、 Hbから流入してA
r+AlCl3ガスと計+水蒸気の定常流れを形成する
。この時、中央のArガスの流れのために計+AlCl
、ガスとAr十氷水蒸気ガスは混合されない。
かくしてつくられた定常流れを乱さないように、被成長
基板Wを往復速度5秒の周期でArガスの流れを越えて
Ar+^Ic1.ガスとAr十氷水蒸気ガスの間を移動
させ、その操作を3000回繰り返して2000分子層
からなるアルミナ多結品薄■りを成長する。
このようなアルミナ薄膜はガス切り換えが不要のために
成長速度が速く、しかも、被成長基板面以外での異常成
長がなく、従って、ピンホールが観察されず、薄膜中に
不純物粒子が見られず、進縁耐圧の高いアルミナ薄膜が
得られる。
このようなアルミナ薄膜はELパネルの絶縁層などに利
用して、その品質を向上させることができる。
〔発明の効果〕
以上の実施例の説明から明らかなように、本発明にかか
る薄膜の形成方法および装置によれば、異常成長が薄膜
中に含まれず、高品質な結晶薄膜。
多結晶薄膜が得られて、しかも、高速に形成できて製造
コストを低下させることができ、半導体装置その他の電
子デバイスの発展に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例にかかる薄膜形成装置の概
念図、 第2図は第1図の薄膜形成装置の斜視図、第3図は本発
明の第2実施例にかかる薄膜形成装置の概念図、 第4図は従来の薄膜形成装置の概念図である。 図において、 10は扇形反応チャンバ、 11は要め部、 12は開先端部、 vpはターボ分子ポンプ、 OFはオリフィス弁、 Wは被成長基板、 Ncは不活性ガス導入口、 闘aはA原料ガス導入口、 NbはB原料ガス導入口、 Vc、 Va、 Vbは開閉バルブ、 SaはA原料ガス源容器、 SbはB原料ガス源容器、 Ha、 Hbはキャリアガス流入口 を示している。 ′ミミH奪  ントqasq二jT りざ111例(H
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Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応チャンバ(10)内において同一方向に定常
    流れを有する複数の原料ガスの間に、同一方向に定常流
    れを有する不活性ガスを介在させ、被成長基板(W)を
    該不活性ガスを横切って前記複数の原料ガスの流れの中
    に交互に移動させて原子層エピタキシャル成長させるよ
    うにしたことを特徴とする薄膜の形成方法。
  2. (2)前記原料ガスの反応チャンバ(10)への流入・
    停止を原料ガス源へのキャリアガスの流入・停止によっ
    ておこなうようにしたことを特徴とする請求項1記載の
    薄膜の形成方法。
  3. (3)扇形の反応チャンバ(10)を主体とし、該反応
    チャンバの要め部(11)にオリフィス弁(OF)とタ
    ーボ分子ポンプ(VP)を配置し、同チャンバの先端部
    (12)の中央に不活性ガス導入口(Nc)の両側にそ
    れぞれ原料ガス導入口(Na、Nb)を配置し、被成長
    基板(W)を前記チャンバ内の先端部と要め部の中間に
    位置させて移動するように構成したことを特徴とする薄
    膜形成装置。
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