JPH03141192A - 気相成長装置および気相成長方法 - 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〕 本発明はＣＶＤによる気相成長装置及び成長方法に関し
、 蒸気圧の低い原料を精密に定速供給することを目的とし
、 本発明の気相成長装置は 常温、常圧の下では固体若しくは液体である原料物質を
収容し、該原料を一定温度に加熱して原料蒸気を発生さ
せる蒸気発生室と、 該蒸気発生室と配管によって連結されると共に反応室と
も配管によって連結された貯蔵室と、該貯蔵室内の圧力
を測定する装置と、 前記２つの連結配管の夫々に、該配管中の気体の移動を
遮断し若しくは移動速度を制御するバルブが設けられて
おり、 前記圧力測定装置の計測値に従って、前記貯蔵室と前記
反応室間の配管に設けられた気体移動速度制御バルブを
作動させるように構成されている。

また、本発明の気相成長方法では 前記蒸気発生室の原料物質を所定温度に加熱し、発生し
た原料蒸気を前記所定温度における飽和蒸気圧に近い圧
力で前記貯蔵室に封入し、更に必要に応じて該貯蔵室に
キャリヤ・ガスを導入して該貯蔵室内の圧力を増加させ
た後、貯蔵室内の原料蒸気の圧力をモニタしながら、単
位時間に送出される原料物質のモル数が一定になるよう
制御して、原料蒸気を反応室に供給することが行われる
。

本発明により原料供給速度の変動が抑制されるので、成
長速度や成長層の組成が不均一になることがない。

（産業上の利用分野〕 本発明は気相成長装置に関わり、特に蒸気圧の低い固体
或いは液体を原料として化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）を実
行するための原料供給装置に関わる。

気相の原料物質を反応室に導入し、化学反応や熱分解に
よって目的とする物質を析出、堆積させるＣＶＤ法は、
半導体集積回路の形成などに盛んに利用されているが、
近年、半導体層の堆積形成以外にも金属層の堆積形成な
どに利用されるようになり、更には超伝導材料皮膜の堆
積形成に利用することも考えられている。

金属層或いは金属元素を含む材料層をＣＶＤ形成する場
合、その原料として該金属の有機化合物或いは錯体を用
いることが多い、これ等の物質には、常温、常圧の下で
気体のものもあるが、液体或いは固体のものもあり、Ｃ
ＶＤの原料として使用するには、これを加熱し、気化さ
せて反応室に供給することが必要な場合がある。

例えば、超伝導皮膜のＣＶＤ形成に於いて銅（Ｃｕ）の
原料として用いられるＣｕのへキサフロロ・アセチル・
アセトン錯体（Ｃｕ　（ＨＦ　Ａ）ｚ）は常温、常圧で
固体であり、８６℃の蒸気圧は３Ｔｏｒｒであって、７
０″Ｃ程度に加熱して昇華させた蒸気を反応室に導入し
、熱分解によってＣｕ層或いはＣｕを含む化合物層を基
板上に堆積形成することが行われる。

この錯体蒸気の輸送はキャリヤ・ガスに混じて行う場合
と、反応室が減圧に保たれることから、圧力差を利用し
て行う場合とがある。

（従来の技術） このように蒸気圧の低い原料を用いてＣＶＤ処理が行わ
れるようになったのは比較的最近のことであり、その原
料供給技術は未だ確立されていない状況にあるが、基本
的には、原料物質を一定温度に加熱し、原料供給室から
反応室までの接続配管をより高温に保って原料蒸気が途
中で沈積することを防ぎ、単位時間当たりの供給量即ち
供給速度を一定とすることが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記Ｃｕ（ＨＦＡ）＊の場合、粉体の原料を加熱室に収
納して所定温度に加熱することが行われるが、粉体の加
熱は加熱室の壁面からの熱伝導によって行われることか
ら、原料の温度が不均一になることや、極端な場合には
一部が溶融状態になることがあり、加熱温度を精密に制
御するだけでは原料供給速度の変動は十分に制御し得な
い状況となる。

原料供給速度の変動は成長速度や成長層の組成変動をも
たらすことになるが、このような状況はＣｕ（ＨＦＡ）
ｚ以外の固体原料に於いても同様に発生するものであり
、更には、原料が液体の場合にも類偵の状況が生じるこ
とがある。

本発明の目的は、有効表面積が変化し易いため気化速度
を一定に保つことが困難な原料を用いてＣＶＤ処理を行
う場合に、その蒸気を一定速度で反応室に供給する原料
供給装置を提供することであり、それを用いて均一な成
長層を得る気相成長方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は 常温、常圧下では固体若しくは液体である原料物質を収
容し、該原料を一定温度に加熱する手段を備えた蒸気発
生室と、 該蒸気発生室と接続配管によって連結されると共に反応
室とも接続配管によって連結されている貯蔵室と、 該貯蔵室内の圧力を測定する装置と、 更に、前記２つの接続配管の・夫々に、該配管中の気体
の移動を遮断し若しくは移動速度を制御するバルブが設
けられており、 前記圧力測定装置の計測値に従って、前記貯蔵室と前記
反応室間の配管に設けられた気体移動速度制御バルブを
作動させるように構成されている。

また、該気相成長装置を用いる本発明の気相成長方法で
は、 常温、常圧下では固体若しくは液体である原料物質を前
記蒸気発生室に収容し、所定温度に加熱することによっ
て該原料物質の蒸気を発生せしめ、該発生蒸気を真空排
気された前記貯蔵室に導入して、該貯蔵室内の圧力を前
記所定温度に於ける前記原料物質の飽和蒸気圧に略平衡
させた後、前記蒸気発生室／貯蔵室間に設けられたバル
ブを閉鎖し、 以上の処置によって前記貯蔵室に封入された前記原料蒸
気の圧力を前記圧力測定装置によって常時計測し、該計
測値に従い前記移動速度制御バルブを調節して単位時間
に移動する前記原料物質の分子数が一定となるように制
御しながら、前記原料蒸気を前記反応室に供給すること
が行われる。

〔作　用〕

本発明の装置を用いて気相成長を行う場合、蒸気発生室
に収容された原料粉体は一定温度に加熱され、飽和蒸気
圧に達した蒸気が貯蔵室に送られる。従って、貯蔵室に
於ける原料蒸気の圧力は、原料粉体からの昇華速度には
無関係に、蒸気発生室の雰囲気温度だけで定まる値とな
る。

原料蒸気が貯蔵室に取り込まれたのち蒸気発生室との接
続が遮断され、気相成長を行うために、単位時間当たり
一定モル数となる速度で反応室に送られる。この輸送は
貯蔵室と反応室の圧力差を利用して行われるが、貯蔵室
の圧力は常時モニタされ、それに合わせて反応室との間
に設けられた流量！ｊｌｌ！ｆｆバルブを作動させて、
原料供給速度が一定となるように制御される。

即ち、原料蒸気は一旦貯蔵室に取り込まれると原料粉体
とは切り離されるので、原料粉体の温度不均一や加熱速
度の変化によって原料供給速度が変動することが無くな
る。更に通常の場合と同様、貯蔵室および原料供給室か
ら反応室までの配管を加熱し、原料昇華温度より高温に
保っているので、原料蒸気が輸送途中で固相に戻ること
はなく、原料供給速度を一定に保つことが出来る。原料
が液体の場合も同様である。

〔実施例〕

図面は本発明の原料供給装置の構成を示す模式図である
。以下、該図面を参照しながら本発明の装置の機能と本
発明の気相成長方法を説明する。

蒸気発生室ｌはヒータ２によって加熱され、雰囲気温度
を一定に保つように制御される０例えばＣｕ　（ＨＦ　
Ａ）！である粉体の原料物質を該蒸気発生室に収容し、
マ０°Ｃに加熱する。昇華したＣｕ（ＨＦＡ）ｘは接続
配管３を経由して貯蔵室４に送られる。貯蔵室４は真空
パージを行ったのちｌＯμＴｏｒｒ程度の超高真空に保
たれているので、バルブ１１を開くだけでＣｕ　（ＨＦ
　Ａ）ｚの蒸気は貯蔵室に充満し、７０゛Ｃに於ける飽
和蒸気圧と略同じ３ｍＴｏｒ、ｒの圧力となる。貯蔵室
はマントルヒータ５によって９０゛Ｃ程度に加熱されて
おり、接続配管も同様であるから、これ等の部分で固体
のＣｕ（ＨＦＡ）ｚが析出することはない。なお、真空
パージについては後で説明する。

貯蔵室内のＣｕ　（ＨＦ　Ａ）２が上記圧力に到達した
ところで、バルブ１１を閉鎖し、蒸気発生室との間を絶
縁する。この貯蔵室に封入されたＣｕ−ＨＦＡの蒸気の
みがＣＶＤ処理に於けるＣｕの原料として用いられる。

従って貯蔵室の容積は、Ｃｕ（ＨＦＡ１）ｚを供給する
速度と時間を勘案して設定することになる。

ＣＶＤに於いては、接続配管７に設けられた流量制御パ
ルプ１４を通して、貯蔵室のＣｕ　（ＨＦ　Ａ）ｚ蒸気
が図示されていない反応室に送出されることになるが、
通常の場合ＣＶＤ進行中の反応室の圧力は数十ｍＴｏｒ
ｒ程度であり、圧力差が小であることから、蒸気供給速
度が不安定である。そこで本実施例では、キャリヤ・ガ
スとして高純度水素（Ｈ２）をバルブ１２を通じて貯蔵
室に導入し、教室の圧力を数十Ｔｏｒｒ程度に高める。

キャリヤ・ガスはヘリウム（Ｈｅ）でもよい。

以上の操作により希釈された原料蒸気を貯蔵室に貯えた
後、流量制御バルブ１４をｍｆｌｆｆして所定の原料供
給速度でＣｕ　（）（Ｆ　Ａ）ｚの蒸気を反応室に送出
する。反応室側の接続配管７も蒸気発生室側の配管３と
同様に加熱されており、この部分でも固体のＣｕ　（Ｈ
Ｆ　Ａ）Ｚが析出することはない。

貯蔵室には圧力計６が設けられており、該圧力計で貯蔵
室内のＣｕ　（ＨＦ　ＡＬ蒸気の圧力を常時制御 モニタし、その計測値に基づいて流量→祭バルブ１４の
開き方を調節し、単位時間当たりに送出されるＣ　ｕ　
（ＨＦ　Ａ）ｚのモル数が一定になるよう制御すれば、
ＣＶＤ処理の原料供給速度が高い精度で一定に保たれる
ことになる。

本発明の装置を使用する前に、蒸気発生室、貯蔵室、反
応室の残留気体を高純度窒素ガスでパージする作業が行
われる。これは図示されない経路から高純度窒素ガスを
上記各室に送り込み、反応室の排気側に設けられた真空
排気装置或いはバルブ１３を介して接続された真空排気
装置を利用して該窒素ガスを抜く操作であって、真空パ
ージと呼ばれている。これを数回繰り返すことによって
、ＣＶＤ装置の原料供給系や反応室を清浄にすることが
出来る。

（発明の効果］ 以上説明したように本発明では、ＣＶＤ処理実行中は金
属の有機錯体のような原料蒸気は固体の原料物質とは分
離されており、蒸気の圧力に従って送出速度が制御され
るため、変動の少ない原料供給が行われることになる。

その結果、ＣＶＤ堆積層の成長速度や組成が不均一にな
ることがなく、高精度の膜厚制御や組成制御が可能とな
る。

図に於いて ■は蒸気発生室、 ２はヒータ、 ３は接続配管、 ４は貯蔵室、 ５はマントルヒータ、 ６は圧力計、 ７は接続配管、 １１１２．１３は遮断バルブ、 １４は流量制御バルブ、 である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の原料蒸気供給装置の構成を示す模式図であ
って、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）常温、常圧下では固体若しくは液体である原料物
   質を収容し、該原料を一定温度に加熱する手段（２）を
   備える蒸気発生室（１）と、 該蒸気発生室と接続配管（３）によって連結されると共
   に反応室とも接続配管（７）によって連結されている蒸
   気の貯蔵室（４）と、 該貯蔵室内の圧力を測定する装置（６）と、前記２つの
   接続配管の夫々に、該配管中の気体の移動を遮断し若し
   くは移動速度を制御するバルブ（１１）（１４）が設け
   られており、 前記圧力測定装置の計測値に従って、前記貯蔵室と前記
   反応室間の配管に設けられた気体移動速度制御バルブを
   作動させるように構成されて成ることを特徴とする気相
   成長装置。
2. （２）請求項（１）の気相成長装置を用いる気相成長方
   法であって、 常温、常圧下では固体若しくは液体である原料物質を前
   記蒸気発生室に収容し、所定温度に加熱することによっ
   て該原料物質の蒸気を発生せしめ、該発生蒸気を真空排
   気された前記貯蔵室に導入して、該貯蔵室内の圧力を前
   記所定温度に於ける前記原料物質の飽和蒸気圧に略平衡
   させた後、前記蒸気発生室／貯蔵室間に設けられたバル
   ブを閉鎖し、 以上の処置によって前記貯蔵室に封入された前記原料蒸
   気の圧力を前記圧力測定装置によって常時計測し、該計
   測値に従い前記移動速度制御バルブを調節して単位時間
   に移動する前記原料物質の分子数が一定となるように制
   御しながら、前記原料蒸気を前記反応室に供給すること
   を特徴とする気相成長方法。