JPH03274274A - 酸化物膜成長装置 - Google Patents

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］ 酸化物膜成長装置に関し、 ソースチャンバの出口近傍に反応生成物の堆積が生じて
、ソースチャンバの破壊が生したり、反応堆積物の飛散
による基板上の生成層が汚染されるのを防止することを
目的とし、 異なる温度に設定可能な複数の加熱炉と、前記加熱炉の
内部に設けられた反応管と、前記反応管の上流側に設け
られ、それぞれに独立したキャリヤガス導入口を有する
複数のソースチャンバと、前記ソースチャンバの末端部
近傍の反応管内面との間を隔壁で密閉され、かつ、前記
ソースチャンバを含む空間と孔を有する仕切り板で仕切
られた内管状の第１チャンバと、前記第１チャンバの下
流に隙間を挟んで直列に配設され、かつ、独立したガス
導入口を有する内管状の第２チャンバと、前記第１およ
び第２チャンバの内部に外部操作で移動可能に設けられ
た基板ホルダと、前記第１および第２チャンバの内部に
前記基板ホルダと同期して外部操゛作で移動可能に設け
られた反応ガス送入管とを少なくとも備えるように酸化
物膜成長装置を構成する。さらに、前記第２チャンバの
下流に隙間を挟んで直列に内管状の付加チャンバを設け
るようにすることもできる。

（産業上の利用分野） 本発明は酸化物膜成長装置、とくに、複雑な多元素から
なる酸化＆［ｌ酸物の膜を基板上に生成するための、複
数のソースチャンバと複数の成長および処理チャンバを
有する酸化物膜成長装置の装置寿命の改善と成長酸化物
膜の品質を向上するための装置構成の改良に関する。

［従来の技術］ 現在、各種材料の気相反応を利用した膜成長装置は半導
体デバイスを始めとして色々な分野で広く使用されてお
り、たとえば、化学気相成長ＣＣＶＤ〉装置１分子ビー
ム戊辰（ＭＢＥ）装置、イオンアシスト蒸着装置等の各
種タイプのものが実用化されている。

とくに、最近は高温超伝導体酸化物の開発が盛んになり
、そのデバイスへの応用のために基板の上に膜状に形成
する技術の開発が強く求められている。

一般に、これら高温超伝導体酸化物は多元素を含む酸化
物からなるので、その膜生成のための装置も複雑になっ
てくる。

たとえば、第３図は従来の酸化物膜成長装置の構成例を
示す図で、同図（イ）は側断面図、同図（ロ）はＹ、−
Ｙ、’断面図、同図（ハ）はＹ２−Ｙ２’断面図である
。

図中、ｌｏは真空排気に耐える反応管、１１’　は前記
反応管ｌ゛に取り付けられたガス排出口である。

２’（２’ａ〜２゛ｄ〉は反応管１°の上流側に設けら
れ、それぞれに独立したキャリヤガス導入口４（４’ａ
〜４゛ｄ）を有する複数のソースチャンバで、それぞれ
の内部には容器に入れられたソース材料３（３ａ〜３ｄ
）が所定の位置に挿入される。９゛は基板ホル、ダで。

たとえば、反応管１゛の内壁に支柱により所定の位置に
配置されている。１００は所望の酸化物膜を形成するた
めの基板である。

２０’　（２０’　ａ〜２０’ｅ）は加熱炉でそれぞれ
所定の温度、たとえば、２０°ａ〜２０°ｄはソース材
料３８〜３ｄをそれぞれ気化させるのに必要な温度に、
また、２０’ｅは基板１００を所定の反応温度あるいは
必要に応じて前後処理を行うのに必要な温度にするため
のたとえば、自動温度設定制御可能な電気抵抗炉であり
、反応管ｌ°の周囲を囲んで配設されている。

８゛は反応ガス送入路、８０°は反応ガス送入口である
。

通常、反応管１゛、ソースチャンバ２’　（２’　ａ〜
２’　ｄ）などは石英で作られており、基板９°は、た
とえば、ＭｇＯからなる基板を用いている。そして、ソ
ース材料３８〜３ｄとして、たとえば、Ｂ　ｉ　＋　Ｓ
ｒ　＋　Ｃａ　＋　Ｃｕのハロゲン化物をソースチャン
バ２’（２’ａ〜２゛ｄ）のそれぞれ所定の位置に挿入
し、キャリヤガス、たとえば、ｌｌｅガスを送りながら
それぞれ所定の温度に加熱すると、気化されたソース材
料はそれぞれキャリヤガスによって運ばれ、加熱炉２０
’ｅで所定の温度に加熱された基板１００上に達する。

また、別に反応ガス導入口８０゛　から酸化性ガス、た
とえば、酸素を反応ガス送入路８゛に送り込み、キャリ
ヤガスで運ばれてくるソース材料と反応させると、基板
１００上に酸化物膜１０１．たとえば、Ｂ１−５ｒ−Ｃ
ａ−ＣｕＯ系の複合酸化物膜の高温超伝導体が成長する
。

なお、キャリヤガスや反応ガスの供給量制御装置や排気
装置、加熱炉電源や温度制御装置など本発明に直接関係
のない部分については、図面簡略化のため図示ならびに
説明を省略した。

〔発明が解決しようとした課題〕

しかし、上記の如き従来の酸化物膜成長装置では、ソー
ス材料３（３ａ〜３ｄ）がソースチャンバ２°（２°ａ
〜２゛ｄ）のそれぞれの出口近傍ですぐに酸化性ガスと
反応しはじめ、それぞれ個別の反応生成物２００ａ〜２
００ｄなどがその付近に堆積してくる。したがって、よ
り下流に設けられている基板１００上では各ソース材料
ガスの濃度を最適値に制御することが困難となり、生成
酸化物膜の品質が劣化してしまう。また、堆積した反応
生成物２００ａ〜２００ｄや２００などが石英製のソー
スチャンバ２°（２゛ａ〜２“ｄ）や反応管１゛と反応
して破壊するため、短期間で交換する必要があった。そ
の他、Ｉｌｌ威長成長酸化雰囲気中でアニールする必要
がある場合には、ソース材料ガスを停止し酸化性ガスだ
けを供給することになるが、温度が上がったソース材料
はその温度に対応した蒸気圧を持ち、キャリヤガスを止
めても基板１００上に拡散してきて生成膜組成の劣化を
もたらし、一方、酸化性ガスは逆にソースチャンバ内に
拡散して行きソース材料自体が酸化してしまうなど様々
な不都合が生しており、その解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、異なる温度に設定可能な複数の加熱炉２
０と、前記加熱炉２０の内部に設けられた反応管１と、
前記反応管１の上流側に設けられ、それぞれに独立した
キャリヤガス導入口４を有する複数のソースチャンバ２
と、前記ソースチャンバ２の末端部近傍の反応管１内面
との間を隔壁１０で密閉され、かつ、前記ソースチャン
バ２を含む空間と孔７０を有する仕切り板７で仕切られ
た内管状の第１チャンバ５と、前記第１チャンバ５の下
流に隙間１２を挟んで直列に配設され、かつ、独立した
ガス導入口６０を有する内管状の第２チャンバ６と、前
記第１および第２チャンバの内部に、外部操作で移動可
能に設けられた基板ホルダ９と、前記第１および第２チ
ャンバの内部に、前記基板ホルダ９と同期して外部操作
で移動可能に設けられた反応ガス送入管８とを少なくと
も備えた酸化物膜成長装置により解決することができる
。

また、前記仕切り板７が交換可能で、かつ、必要に応じ
て孔７０の大きさが変えられるようにしたり、さらに、
前記第２チャンバ６の下流に隙間１４を挟んで直列に配
設され、かつ、独立したガス導入口１３０を有する。少
なくとも、１つの内管状の付加チャンバ１３を設けるこ
とにより、より一層機能と効果を高めることができる。

（作用） 本発明の酸化物ＩＩ！戒長袋長袋長装置ソースチャンバ
群と基板１００を挿入・設置するＲｒｆｔ、長領域であ
る第１チャンバ５とは、隔壁１０と仕切り板７で隔離さ
れ、僅かに仕切り板７にあけられた小さい孔７０でつな
がっているだけであり、また、反応ガスは反応管１の下
流側１すなわち、ソースチャンバ２とは反対側から基板
１００を収容している第１チャンバ５へ反応ガス送入管
８を通して送られるので、ソースチャンバ２０部分に反
応生成物が堆積することはなく、ソースチャンバの寿命
が大巾に延びる。また、アニール用の第２チャンバ６や
その他の処理に用いる付加チャンバ１３を必要に応じて
専用的に設置できるので、ソース材料３の酸化や生成酸
化物膜１０１の汚染が生じる恐れがなく膜品質が向上す
るのである。

〔実施例］ 第１図は本発明の実施例を示す図で、同図（イ）は側断
面図、同図（ロ）はＹ＋−Ｙｔ°断面図、同図（ハ）は
Ｙｚ−Ｙｚ°断面図である。

図中、ｌは真空排気に耐える反応管、１１は前記反応管
１に取り付けられたガス排出口である。２（２ａ〜２ｄ
）は反応管１の上流側に設けられ、それぞれに独立した
キャリヤガス導入口４（４８〜４ｄ）を有する複数のソ
ースチャンバで、それぞれの内部には容器に入れられた
ソース材料３（３８〜３ｄ）が所定の位置に挿入される
。９は基板ホルダで、たとえば、第１チャンバ５の内部
に反応ガス送入管８と同期して移動可能なごとくに配置
される。２０（２０８〜２０ｆ）は加熱炉でそれぞれ所
定の温度、たとえば、２０ａ〜２０ｄはソース材料３８
〜３ｄをそれぞれ気化させるのに必要な温度に、また、
２０ｅは所望の酸化物膜１０１を成長させる際に基板１
００を所定の反応温度に、さらに、２Ｏｆは必要に応じ
て前後処理、たとえば、生成酸化物膜１０１をアニール
するのに必要な温度に加熱するための、たとえば、自動
温度設定制御可能な電気抵抗炉であり、反応管１の周囲
を囲んで配設されている。８は反応ガス送入管、８０は
反応ガス送入口である。

ｌＯは隔壁で、ソースチャンバ２の末端部近傍の反応管
ｌ内面との間を、たとえば、取り外し可能なすり合わせ
で密閉し、かつ、第１チャンバ５との間を同じく取り外
し可能なすり合わせで密閉するか、あるいは、密閉接着
されるかして上下流部を隔離するためのものである。７
は仕切り板で、第１チャンバ５の最上流部に嵌合され取
り外し。

すなわち、交換可能に設置されており、その固定方法は
嵌め込みでもよいし、あるいは、凹凸の爪による引っ掛
けなどの方法によってもよい。要は必要に応じて交換可
能であればよい。仕切り板７には孔７０があけられてお
りソースチャンバ２と第１チャンバ５との間をつないで
、ソース材料ガスがキャリヤガスに運ばれて第１チャン
バ５の中に流れ込んでくるようにしている。孔７０は大
きさを変えられるようにしてソース材料ガスの流れ、あ
るいは、流量を制御できるようにしておく。

６は第２チャンバで、第１チャンバ５の下流に隙間１２
を挟んで直列に配設され、かつ、独立したガス導入口６
０を有する内管状のチャンバである。

反応管１は、たとえば、１５０ｍｍφ、ソースチャンソ
ースチャンバ２ｄ）の間隔は、たとえば、１５ｍｍ。

第１チャンバ５．第２チャンバ６の高さは、たとえば、
２０ｍｍとし、いずれも、たとえば、石英で作り、隔壁
１２．仕切り板７などは石英でもよいし耐食性のある金
属でつくってもよい。何れにしてもそれらの全部、もし
くは、一部が分解・組立て可能で清掃ができるようにし
ておくのがよい。

なお、キャリヤガスや反応ガスの供給量制御装置や排気
装置、加熱炉電源や温度制御装置など本発明に直接関係
のない部分については、図面簡略化のため図示ならびに
説明を省略した。

いま、たとえば、ＭｇＯからなる基板１００を基板ホル
ダ９に載置し、第１チャンバ５の成長領域に挿入する。

そして、ソース材料３８〜３ｄとして、たとえば、Ｂｉ
＋Ｓｒ、Ｃａ＋Ｃｕのハロゲン化物、たとえばＢ１Ｃ１
１ＣｕＢｒ、Ｃａ１ｚ、５ｒｌｚをソースチャンバ２（
２ａ〜２ｄ）のそれぞれ所定の位置に挿入しキャリヤガ
ス。

たとえば、ｌｉｅガスをキャリヤガス導入口４（４８〜
４ｄ）から送りながら、加熱炉２０ａ〜２０ｄをそれぞ
れ所定の温度、たとえば、１５０　’Ｃ，５００”Ｃ，
８０００Ｃ，８ｏｏ’ｃに加熱すると、気化されたソー
ス材料はそれぞれキャリヤガスによって運ばれ、加熱炉
２０ｅで所定の温度、たとえば、８００°Ｃに加熱され
た基板１００上に達する。また、別に反応ガス送入口８
０から酸化性ガス、たとえば、酸素を反応ガス送入管８
を通して第１チャンバ５に送り込み、キャリヤガスで運
ばれてくるソース材料と反応させると、基板１００上に
酸化物膜１０１．たとえば、Ｂ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
０系の複合酸化物膜の高温超伝導体が成長する。

この酸化物膜成長時に、ソースチャンバ２と第１チャン
バ５は隔壁１０と仕切り板７で仕切られ、僅かに孔７０
を通してソース材料ガスが基板１００上に運ばれ、かつ
、酸素ガスはその反対側、すなわち、下流側から第１チ
ャンバ５の中に送入されるので、第３図に示した従来の
装置の場合のごとき個別の反応生成物２００ａ〜２００
ｄなどがソースチャンバ２の末端部分に堆積してくるこ
とない。ソース材料ガスと酸素ガスの残りは、約１０ｍ
ｍの隙間１２を通って第１チャンバ５の外に放出される
。また、反応管１は酸化物膜成長空間と隔離されている
ので、反応管ｌの内壁に反応生成物２００が厚く堆積す
ることもない。したがって、ソースチャンバ２や反応管
１が破壊されることがなく、従来装置の場合に比較して
寿命が３倍以上と大巾に延びた。

膜成長後に、後処理、たとえば、酸素ガス中でアニール
処理をして結晶性を高めるためには、基板ホルダ９を、
たとえば、基板ホルダ９に接合された反応ガス送入管８
を外部操作により、第２チャンバ６に移動し、加熱炉２
０ｆを８００〜８３０１１Ｃにして生成した酸化物膜１
０１を所定のアニール温度に加熱しながら反応ガス送入
管８から酸素ガスを送入してアニールを行へばよい。す
なわち、アニール時にはソース材料ガスは基板１００上
には存在せず、しかも、反応堆積物のない全く清浄な第
２チャンバ６内で処理できるので、全体の処理時間が短
縮できるばかりでなく、製品の特性・品質が大巾に向上
する。

第２図は本発明の他の実施例を示す図である。

本実施例では前記第１図に示した第２チャンバ６の下流
に、たとえば、１０ｍｍの隙間１４を挟んで直列に配設
され、かつ、独立したガス導入口１３０を有し、はり同
一断面形状を持つ付加チャンバ１３を設けである。これ
により基板１００の前処理、たとえば、膜成長前の基板
表面の清浄化のためのエツチングを行うことができる。

この例ではガス導入口１３０からＩＩｃＬガスを導入す
ることにより、全く汚染の恐れなく基板の前清浄化処理
を行い、より一・層高品質の酸化物膜１０１を容易に得
ることができるのである。

上記実施例ではＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の複合酸
化物膜の高温超伝導体の場合について示したが、その他
類似の複合酸化物、あるいは、酸化物以外の気相反応成
長にも本発明装置が適用できることは言うまでもない。

また、基板１００の保持方法や装置全体の保持角度は水
平とは限らず上下方向に傾斜して配置しても構わない。

以上述べた実施例は例を示したもので、本発明の趣旨に
添うものである限り、使用する素材、たとえば、基板や
ソースその他や装置の細部ｔｉ戒など適宜好ましいもの
、あるいはそれらの組み合わせを用いてもよいことは勿
論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の酸化物Ｗ４戒長装置によ
れば、ソースチャンバ２や反応管１の寿命が従来の３倍
以上と大巾に延び、それらの交換回数が減少して作業性
も大巾に向上する。さらに、反応生成物の堆積による膜
汚染がなくなり、基板の前処理、たとえば、エツチング
や、後処理、たとえば、膜成長後のアニールも清浄雰囲
気の中で容易に行なえるので成長膜品質が大巾に向上し
したがって、これら酸化物膜を用いるデバイスの性能・
品質の向上と価格の低下に寄与するところが極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示す図、第３図は従来の
酸化物膜相成長装置の構成例を示す図である。 図において、 ｌは反応管、 ２（２８〜２ｄ）はソースチャンバ、 ３（３ａ〜３ｄ）はソース材料、 ４（４８〜４ｄ）はキャリヤガス導入口、５は第１チャ
ンバ、 ６は第２チャンバ、 ７は仕切り板、 ８は反応ガス送入管、 ９は基板、 １０は隔壁、 １１はガス排出口、 １２、１４は隙間、 １３は付加チャンバ、 ２０（２０ａ〜２Ｏｆ）は加熱炉、 ６０．１３０はガス導入口、 ７０は孔、 ８０は反応ガス送入口、 ｌＯＯは基板、 １０１は酸化物膜である。 （口、）ＹｒＹｒ’−０面　因 （八）Ｙ２Ｙ２’　　画Ｈカ図 本をＥ３月ｌｒ）実方色イ列上　示寸凹第　　′ｌ　　
困

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる温度に設定可能な複数の加熱炉（２０）と
   、前記加熱炉（２０）の内部に設けられた反応管（１）
   と、 前記反応管（１）の上流側に設けられ、それぞれに独立
   したキャリヤガス導入口（４）を有する複数のソースチ
   ャンバ（２）と、 前記ソースチャンバ（２）の末端部近傍の反応管（１）
   内面との間を隔壁（１０）で密閉され，かつ、前記ソー
   スチャンバ（２）を含む空間と孔（７０）を有する仕切
   り板（７）で仕切られた内管状の第１チャンバ（５）と
   、 前記第１チャンバ（５）の下流に隙間（１２）を挟んで
   直列に配設され，かつ、独立したガス導入口（６０）を
   有する内管状の第２チャンバ（６）と、前記第１および
   第２チャンバ（５，６）の内部に、外部操作で移動可能
   に設けられた基板ホルダ（９）と、 前記第１および第２チャンバ（５，６）の内部に、前記
   基板ホルダ（９）と同期して外部操作で移動可能に設け
   られた反応ガス送入管（８）とを少なくとも備えること
   を特徴とした酸化物膜成長装置。
2. （２）前記仕切り板（７）が交換可能で，かつ、必要に
   応じて孔（７０）の大きさが変えられることを特徴とし
   た請求項（１）記載の酸化物膜成長装置。
3. （３）前記第２チャンバ（６）の下流に隙間（１４）を
   挟んで直列に配設され，かつ、独立したガス導入口（１
   ３０）を有する，少なくとも、１つの内管状の付加チャ
   ンバ（１３）を設けることを特徴とした請求項（１）ま
   たは（２）記載の酸化物膜成長装置。