JP2010150661A - 化学気相堆積システム - Google Patents

Abstract

【課題】均一な薄膜を形成でき、反応速度が速く、化学汚染及び微粒子汚染を減少でき、高過ぎる反応温度を必要としない化学気相堆積システムを提供する。
【解決手段】化学気相堆積システム１００は、ガス供給装置１０と、排気装置２０と、前記ガス供給装置と前記排気装置との間に接続され、且つ内部に基板を配置するためのキャリヤー３１１が設置されている反応装置３０と、を備え、前記反応装置内の前記ガス供給装置と前記排気装置との間には、複数の隔板３４が設置され、各々の隔板は、少なく１つの貫通孔３５を有し、隣り合う２つの隔板の貫通孔は互いにずらしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に薄膜を堆積することに用いられる化学気相堆積システムに関するものである。

化学気相堆積（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）は、原料をガスや蒸気にして、加熱した基板の表面に化学反応により固体物質を堆積する方法である。

ＣＶＤシステムは、ＣＶＤプロセスにおいて非常に重要な役割を発揮し、堆積される薄膜の均一性及び純度、薄膜粒子寸法の一致性、薄膜堆積速度などに影響する。従来のＣＶＤシステムは、主に常圧化学気相堆積（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ，ＡＰＣＶＤ）システム、減圧化学気相堆積（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ，ＬＰＣＶＤ）システム及びプラズマ化学気相堆積（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ）システムを備える。

ＡＰＣＶＤシステムは、常圧環境で薄膜を堆積し、その反応容器の構造が簡単であって、且つ反応速度も速い。しかし、大気圧状況では気体分子が互いに衝突する機会が高いため、気相反応が発生し易く、堆積された薄膜が微粒子を含み、微粒子汚染を招く。

ＬＰＣＶＤシステムは、減圧環境で薄膜を堆積するため、その反応容器内の圧力が下げられて、不要な気相反応を減少して微粒子を減少することができ、従って堆積される薄膜の均一性を高める。しかし、ＬＰＣＶＤ法は、高い反応温度を必要として、その反応速度も遅い。

ＰＥＣＶＤシステムは、製膜速度が速く、低い温度でもより緻密な薄膜を形成できる。しかし、ＰＥＣＶＤ法の反応メカニズムが複雑であるため、制御し難く、化学汚染及び微粒子汚染を産生し易い。

本発明の目的は、前記課題を解決し、均一な薄膜を形成でき、反応速度が速く、化学汚染及び微粒子汚染を減少でき、高過ぎる反応温度を必要としない化学気相堆積システムを提供することである。

本発明に係る化学気相堆積システムは、ガス供給装置と、排気装置と、前記ガス供給装置と前記排気装置との間に接続され、且つ内部に基板を配置するためのキャリヤーが設置されている反応装置と、を備え、前記反応装置内の前記ガス供給装置と前記排気装置との間には、複数の隔板が設置され、各々の隔板は、少なく１つの貫通孔を有し、隣り合う２つの隔板の貫通孔は互いにずらされている。

本発明に係る化学気相堆積システムは、ガス供給装置と、排気装置と、前記ガス供給装置と前記排気装置との間に接続され、且つ内部に基板を配置するためのキャリヤーが設置されている反応装置と、を備え、前記反応装置内の前記ガス供給装置と前記排気装置との間には、複数の隔板が設置され、各々の隔板は、少なく１つの貫通孔を有し、前記複数の隔板が前記反応装置内のキャビティを複数の空間に分け、各々の空間の相対する両端に位置する貫通孔は互いにずらされている。

本発明に係わる化学気相堆積システムにおいて、反応装置の内部には、複数の隔板が設置されており、各々の隔板は、皆少なくとも１つの貫通孔を有し、隣り合う２つの隔板の貫通孔が互いにずらされているため、薄膜を堆積することに用いられる混合ガスは、前記複数の隔板のガイドによって、順次に各々の隔板の貫通孔及び各々の隔板の間の空間を通過してから薄膜を堆積しようとする基板に到着する。前記各々の隔板の間の間隔距離、前記隔板の数量、前記隔板の温度、前記基板を積載するキャリヤーの温度などのパラメーターを制御することにより、前記混合ガスの濃度が更に均一になり、前記混合ガスの中の気化前駆物質の分裂も更に十分になって二次産物を減少し、且つ気相反応を減少し、従ってより低い温度で薄膜を堆積することができ、反応速度が速く、二次産物がもたらす微粒子汚染と化学汚染を効果的に減少することができる。

本発明の第一実施形態に係る化学気相堆積システムの構造を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る化学気相堆積システムの構造を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る化学気相堆積システムの構造を示す図である。 本発明の第四実施形態に係る化学気相堆積システムの構造を示す図である。 本発明の第五実施形態に係る化学気相堆積システムの構造を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本発明の第一実施形態に係る化学気相堆積システム１００は、ガス供給装置１０と、排気装置２０と、前記ガス供給装置１０と前記排気装置２０との間に接続される反応装置３０と、を備える。

前記ガス供給装置１０は、前記反応装置３０の頂端に接続され、反応ガスを前記反応装置３０の内部に供給する。前記ガス供給装置１０は、第一ガス供給管１１、第二ガス供給管１２、ガス混合室１３及びメインガス供給管１４を備える。

前記第一ガス供給管１１は、前記ガス混合室１３に接続されて、気化前駆物質を前記ガス混合室１３に輸送することに用いられる。前記第二ガス供給管１２は、前記ガス混合室１３に接続されて、補助ガスを前記ガス混合室１３に輸送することに用いられる。前記補助ガスとして、アルゴンガス、窒素などの不活性保護ガスが挙げられるが、酸素のような酸化性ガス又は水素のような還元性ガスであることもできる。前記気化前駆物質と前記補助ガスの種類、濃度及び流動速度は、堆積しようとする薄膜の要求によって決められる。

前記ガス混合室１３は、前記第一ガス供給管１１と前記第二ガス供給管１２から輸送する気体を混合することに用いられ、気化前駆物質と補助ガスを均一に混合させる。前記メインガス供給管１４は、前記ガス混合室１３に接続されて、前記ガス混合室１３で均一に混合された混合ガスを前記反応装置３０の内部に供給する。

前記排気装置２０は、前記反応装置３０の底端に接続され、反応したガスを前記反応装置３０から排出することに用いられる。前記排気装置２０及び前記ガス供給装置１０におけるガスの流動速度が同じであって、前記反応装置３０内のガスが一定の圧力強度と流動速度を維持するようにする。

前記反応装置３０の内部には、薄膜を堆積しようとする基板を配置するためのキャリヤー３１１が設置されている。本実施形態において、前記反応装置３０は、中空の円柱状であって、対向設置される頂壁３１及び底壁３２、前記頂壁３１及び前記底壁３２を接続する側壁３３を備える。本実施形態において、前記頂壁３１と前記底壁３２は、互いに平行する。前記頂壁３１には、前記メインガス供給管１４に接続される貫通孔３０１が開設されている。前記底壁３２には、前記排気装置２０に接続される貫通孔３０２が開設されている。前記キャリヤー３１１は、前記底壁３２に設置される。

前記反応装置３０内の前記ガス供給装置１０と前記排気装置２０との間には、前記頂壁３１に平行する複数の隔板３４が設置されている。前記複数の隔板３４は、それぞれ１つの貫通孔３５を有し、且つ隣り合う２つの隔板３４の貫通孔３５は互いにずらされている。本実施形態において、前記反応装置３０の側壁３３を対向する第一側壁３３１と第二側壁３３２に分け、前記複数の隔板３４を複数の第一隔板３４１と複数の第二隔板３４２に分け、前記第一隔板３４１と前記第二隔板３４２は、互いに平行し且つ間隔を空けて交互に設置される。前記複数の第一隔板３４１と前記複数の第二隔板３４２は、前記反応装置３０の反応室を複数の空間３０３に分ける。前記第一隔板３４１及び前記第二隔板３４２の表面は平面であることが好ましい。

前記第一隔板３４１は、前記第一側壁３３１と前記第一隔板３４１との間に位置する第一貫通孔３４３を有する。前記第二隔板３４２は、前記第二側壁３３２と前記第二隔板３４２との間に位置する第二貫通孔３４４を有する。隣り合う前記第一隔板３４１と前記第二隔板３４２の第一貫通孔３４３と第二貫通孔３４４はずらされて重畳する部分が存在しない。前記複数の第一貫通孔３４３の大きさは同じであって、且つ前記頂壁３１に直交する方向での投影は重なる。前記複数の第二貫通孔３４４の大きさも同じであって、且つ前記頂壁３１に直交する方向での投影は重なる。前記第一貫通孔３４３と前記第二貫通孔３４４の形状は限定されず、その断面は、長方形、円形などであることができる。

前記メインガス供給管１４により前記反応装置３０に供給した混合ガスは、前記複数の隔板３４のガイドによって順次に前記第一隔板３４１の第一貫通孔３４３、前記第一隔板３４１と前記第二隔板３４２との間の空間３０３、前記第二隔板３４２の第二貫通孔３４４、前記第二隔板３４２と前記第一隔板３４１との間の空間３０３、もう１つの前記第一隔板３４１の第一貫通孔３４３を通過し、このように繰り返しながら前記キャリヤー３１１に配置された基板の表面に到着する。前記反応装置３０の内部は真空環境であって、前記メインガス供給管１４により供給された混合ガスが前記反応装置３０内の複数の隔板３４との間の空間３０３で流動する時、前記混合ガス分子の間の衝突を増加することができ、従ってガスを更に均一に混合させ、且つ気相反応及び微粒子汚染を減少する。

前記化学気相堆積システム１００は、加熱装置５０を更に備えることができる。前記加熱装置５０は、前記キャリヤー３１１及び前記複数の隔板３４に接続して、前記キャリヤー３１１及び前記複数の隔板３４を所定温度に加熱する。前記加熱装置５０は、前記キャリヤー３１１及び前記隔板３４を異なる温度に加熱することができる。前記複数の隔板３４の間の温度は、堆積しようとする薄膜の要求に基づいて８０℃〜１５０℃の範囲内のいずれかの一定温度に制御する。従って、前記複数の隔板３４が前記混合ガスを加熱するため、前記反応装置３０内の混合ガスが一定温度を維持し、且つガス濃度が一致性を維持し、前記基板の表面に薄膜を更に均一に堆積することができる。

前記混合ガスが前記反応装置３０内の複数の空間３０３を経過してから前記基板の表面に到着するため、加熱された前記隔板３４が前記混合ガスの中の気化前駆物質を更に分裂させて、前記気化前駆物質が十分に分裂せずに二次産物を生じさせて、堆積された薄膜の品質に影響することを防ぐ。

前記各々の隔板３４の間の間隔距離又は前記隔板３４の数量を制御することにより、前記各々の隔板３４の間に形成される空間３０３内の混合ガスの飽和度及び飽和圧力を改変することができ、従って薄膜堆積の反応速度と薄膜の晶相微細構造を改変して、堆積される薄膜の品質を制御する。具体的には、前記各々の隔板３４の間の間隔距離を縮小するか又は前記隔板３４の数量を増加して、前記各々の隔板３４の間に形成される空間３０３内の混合ガスの飽和度及び飽和圧力を増加して、薄膜堆積の反応速度を高める。

前記化学気相堆積システム１００の構造は簡単であって、前記各々の隔板３４の間の間隔距離、前記隔板３４の数量、前記隔板３４の温度、前記基板の温度を制御することにより、薄膜堆積の反応速度と堆積される薄膜の均一性を制御して、必要とする薄膜の厚さと品質に達することができる。

図２を参照すると、本発明の第二実施形態に係る化学気相堆積システム２００は、前記第一実施形態に係る化学気相堆積システム１００とほぼ同じであるが、複数の隔板２３４の表面は、波形状であるため、混合ガスは隣り合う２つの隔板２３４の波形状表面の間の空間２３６に沿って流動することができ、従って混合ガスが前記隔板２３４に更によく接触して、混合ガスの濃度が更に均一になり、前記混合ガスの気化前駆物質の分裂も更に十分になる。

図３を参照すると、本発明の第三実施形態に係る化学気相堆積システム３００は、前記第一実施形態に係る化学気相堆積システム１００とほぼ同じであるが、各々の隔板３３４の両面には、複数の突起３３６が設置されるため、混合ガスは隣り合う２つの隔板３３４の突起３３６を有する表面の間の空間３３６に沿って流動することができ、従って混合ガスが前記隔板３３４に更によく接触して、混合ガスの濃度が更に均一になり、前記混合ガスの気化前駆物質の分裂も更に十分になる。

図４を参照すると、本発明の第四実施形態に係る化学気相堆積システム４００は、前記第一実施形態に係る化学気相堆積システム１００とほぼ同じであるが、複数の隔板４３４と反応装置４３０の頂壁４３１との夾角θは、鋭角である。このような設計によって、混合ガスは隣り合う２つの隔板４３４の間の空間４０３で更に便利に流動することができ、薄膜堆積の反応速度を制御できる。前記複数の隔板４３４と前記頂壁４３１との夾角θは、１０度〜４５度の範囲内のいずれかの角度であることが好ましい。

図５を参照すると、本発明の第五実施形態に係る化学気相堆積システム５００は、前記第一実施形態に係る化学気相堆積システム１００とほぼ同じであるが、各々の隔板５３４には、少なくとも１つの貫通孔５３５が開設されており、隣り合う２つの隔板５３４の貫通孔５３５は互いにずらされていて且つ重畳しない。前記隔板５３４における前記貫通孔５３５の位置として、前記隔板５３４と側壁５３３との間に限定されるものではなく、前記隔板５３４のいかなる位置でもよい。混合ガスは、前記隔板５３４の少なくとも１つの貫通孔５３５を経過して該層の空間５０３から次の空間５０３へ流動し、最終的に基板の表面に接触反応して薄膜を堆積する。

本発明に係る化学気相堆積システムの反応装置は、内部が中空である円柱状に限定されるものではなく、その断面は、楕円形、多辺形などであることができる。

以上本発明を実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種種変更可能であることは勿論であって、本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲から決まるものである。

１０ ガス供給装置
１１ 第一ガス供給管
１２ 第二ガス供給管
１３ 気体混合室
１４ メインガス供給管
２０ 排気装置
３０，４３０ 反応装置
３１，４３１ 頂壁
３２ 底壁
３３，５３３ 側壁
３４，２３４，３３４，４３４，５３４ 隔板
３５，３０１，３０２，５３５ 貫通孔
５０ 加熱装置
１００，２００，３００，４００，５００ 化学気相堆積システム
３０３，２３６，４０３，５０３ 空間
３１１ キャリヤー
３３１ 第一側壁
３３２ 第二側壁
３３６ 突起
３４１ 第一隔板
３４２ 第二隔板
３４３ 第一貫通孔
３４４ 第二貫通孔

Claims (8)

1. ガス供給装置と、
   排気装置と、
   前記ガス供給装置と前記排気装置との間に接続され、且つ内部に基板を配置するためのキャリヤーが設置されている反応装置と、を備えてなる化学気相堆積システムであって、
   前記反応装置内の前記ガス供給装置と前記排気装置との間には、複数の隔板が設置され、各々の隔板は、少なく１つの貫通孔を有し、隣り合う２つの隔板の貫通孔は互いにずらされていることを特徴とする化学気相堆積システム。
2. 前記反応装置は、対向設置される第一側壁及び第二側壁を備え、前記複数の隔板は、複数の第一隔板と複数の第二隔板を備え、前記第一隔板と前記第二隔板は、間隔を空けて交互に設置され、前記第一隔板は、前記第一側壁に接続し且つ少なくとも１つの第一貫通孔を有し、前記第二隔板は、前記第二側壁に接続し且つ少なくとも１つの第二貫通孔を有し、前記複数の第一隔板と前記複数の第二隔板によって、前記反応装置内のキャビティが複数の空間に分けられていることを特徴とする請求項１に記載の化学気相堆積システム。
3. 前記第一隔板と前記第二隔板は、互いに平行することを特徴とする請求項２に記載の化学気相堆積システム。
4. 前記隔板の表面は、波形状であることを特徴とする請求項２に記載の化学気相堆積システム。
5. 前記隔板の表面には、複数の突起が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の化学気相堆積システム。
6. 前記反応装置は、前記ガス供給装置に接続される頂壁と前記排気装置に接続される底壁を更に備え、前記複数の隔板と前記頂壁との間の夾角は鋭角であることを特徴とする請求項１に記載の化学気相堆積システム。
7. 前記キャリヤーと前記複数の隔板に接続して、前記キャリヤーと前記複数の隔板を異なる所定温度に加熱する加熱装置を更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の化学気相堆積システム。
8. ガス供給装置と、
   排気装置と、
   前記ガス供給装置と前記排気装置との間に接続され、且つ内部に基板を配置するためのキャリヤーが設置されている反応装置と、を備えてなる化学気相堆積システムであって、
   前記反応装置内の前記ガス供給装置と前記排気装置との間には、複数の隔板が設置され、各々の隔板は、少なく１つの貫通孔を有し、前記複数の隔板が前記反応装置内のキャビティを複数の空間に分け、各々の空間の相対する両端に位置する貫通孔は互いにずらされていることを特徴とする化学気相堆積システム。

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