DE102017208289A1 - Schichterzeugungsverfahren - Google Patents

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Noriyoshi Shimizu
Shinji Nishihara
Eri Haikata
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Abstract

Ein Schichterzeugungsverfahren zur Erzeugung einer Schicht in einer Schichterzeugungsvorrichtung, umfassend: Anreicherungseinrichtungen, in denen ein erstes Ausgangsgas und ein zweites Ausgangsgas angereichert werden; Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, die das erste Ausgangsgas und das zweite Ausgangsgas erhitzen; und eine Reaktionskammer, in der ein Substrat platziert ist, dessen Temperatur niedriger ist als eine Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, das Verfahren umfasst: Erzeugen einer ersten Gasmolekülart und einer zweiten Gasmolekülart dadurch, dass das erste Ausgangsgas und das zweite Ausgangsgas, die in der Anreicherungseinrichtung angereichert werden, durch die Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen geleitet werden; starkes Erhöhen eines Partialdrucks der ersten Gasmolekülart und eines Partialdrucks der zweiten Gasmolekülart durch Peak-artiges Zuführen der ersten Gasmolekülart und der zweiten Gasmolekülart in die Reaktionskammer, in der das Substrat platziert worden ist, deren Druck herabgesetzt worden ist und die eine konstante Kapazität hat; Anregen einer Reaktion der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart durch abwechselndes wiederholtes Zuführen der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart zu einer Oberfläche des Substrats; und Erzeugen einer Verbundschicht auf der Oberfläche des Substrats.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schichterzeugungsverfahren zur Erzeugung einer Schicht in einer Schichterzeugungsvorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen liegen die meisten chemischen Bindungsenergien von Molekülen in einem Gas bei 3 eV oder mehr. Wenn das Gas lediglich auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, werden die Moleküle nicht zersetzt bzw. zerlegt. Wenn man jedoch ein auf eine hohe Temperatur erhitztes Gas vertikal mit einem Metall kollidieren lässt, welches ein Element mit einer katalytischen Wirkung enthält, verändern die Gasmoleküle ihre Strukturen. Wenn chemisch reaktive Gasarten erhitzt werden und veranlasst werden, mit einem Katalysator zu kollidieren, reagieren die Gasarten derart, dass es möglich ist, ein Gas zu erzeugen, das molekulare Arten aufweist, die sich von denen des ursprünglichen Gases unterscheiden oder die eine Form aufweisen, die sich von der des ursprünglichen Gases unterscheidet (eine solche Reaktion wird nachfolgend als eine Katalysator-Kollisionsreaktion bezeichnet).
  • Wenn man bspw. in einem Behälter, der einen Ruthenium-Katalysator aufweist, ein durch augenblickliches Erhitzen von Methan und Wasserdampf erhaltenes Gas mit dem Ruthenium-Katalysator kollidieren lässt, verläuft die Reaktion so, dass Wasserstoff H2, Kohlendioxid CO2 und Kohlenmonoxid CO erzeugt werden. Diese Reaktion ist ein Beispiel einer Katalysator-Kollisionsreaktion. Wenngleich Wasser erhitzt wird, um zu verdampfen, steigt die Temperatur nicht nur einfach, sondern die Struktur des Wassers gilt als von Polymeren (Cluster von Wasser), die durch Polymerisation von Molekülen erhalten wurden, in Monomere umgewandelt. Das erzeugte Monomergas wird bewertet als in der chemischen Charakteristik verändert und als eine aktive chemische Charakteristik aufweisend, die sich von der von normalem Wasser unterscheidet.
  • Um die Katalysator-Kollisionsreaktion industriell zu nutzen, sind eine Vorrichtung zum augenblicklichen Erhitzen eines Gases und eine kostengünstige, kompakte Heizeinrichtung erforderlich, die bewirken, dass ein Gas mit einem Katalysator kollidiert.
  • Gas-Heizeinrichtungen, welche die Anforderungen erfüllen, sind in mehreren Dokumenten offengelegt (siehe bspw. PTL 1, PTL 2, PTL 3, PTL 4 und PTL 5). Diese Vorrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen werden hierbei nachstehend als Wärmestrahl- bzw. Heißstrahl-Heizeinrichtungen (heat beam heating devices, HB) bezeichnet. Dieses Prinzip der HB Erhitzung besteht darin, ein Gas bei einer hohen Geschwindigkeit mit einer Hochtemperaturwand kollidieren zu lassen, um einen Wärmeaustausch zwischen der Wand und dem Gas effizient zu bewirken.
  • Zu diesem Zweck wird die Geschwindigkeit eines Gases in einem engen Gasströmungspfad, der auf bzw. an einer Oberfläche eines Wärmeaustausch-Substrats gebildet ist, erhöht, und das Gas wird veranlasst, vertikal mit einer Wand des Strömungspfades zu kollidieren. Da die Wand des Strömungspfades elektrisch beheizt wird, wird durch diese Kollision ein Wärmeaustausch bewirkt.
  • Eine Schichterzeugungsvorrichtung ist offenbart (siehe bspw. PTL 5), die eine Vielzahl von Gasen mit der Wärmestrahl- bzw. Heißstrahl-Heizeinrichtung erwärmt und die ein Material auf einem Glas- oder Kunststoffsubstrat, das auf einer Temperatur unterhalb der Heiztemperatur gehalten wird, bildet bzw. aufwächst, welches normalerweise nicht gebildet werden kann, ohne das Substrat auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, die gleich oder höher als dessen dauerfeste Temperatur ist.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2013-235945
    • PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2014-59080
    • PTL 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2015-96792
    • PTL 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2015-64132
    • PTL 5: Japanische Patentschrift Nr. 5105620
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Die Erfindung gemäß PTL 5 weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass aufgrund des Umstandes, dass eine Distanz zwischen dem Substrat und einer Hochtemperatur-Wärmetauschkomponente aus Kohlenstoff kurz ist, Strahlungswärme in nachteiliger Weise Kunststoff oder Glas deformiert. Aus diesem Grund muss, um ein Kunststoffsubstrat zu handhaben, ein aktives Reaktionsgas aus einem Ausgangsgas bei einer niedrigeren Temperatur chemisch erzeugt werden und zu dem Substrat geleitet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde dementsprechend im Lichte des obigen Problems gemacht und hat zur Aufgabe, ein Schichterzeugungsverfahren zur Erzeugung einer Verbundschicht bereitzustellen, indem zwei Arten von Ausgangsgasen akkumuliert werden, die Ausgangsgase augenblicklich erhitzt werden, um aktive Gasmolekülarten zu erzeugen, und die molekularen Arten einer Oberfläche einer Probe auf Raumtemperatur zugeführt werden, die in einer Reaktionskammer platziert ist, deren Druck wechselweise herabgesetzt wird, so dass die Partialdrücke der molekularen Arten geplante Peaks bilden.
  • Lösung
  • Ausführungsform (1): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit zur Erzeugung einer Schicht in einer Schichterzeugungsvorrichtung, umfassend: Sammeleinrichtungen, in denen ein erstes Ausgangsgas bzw. ein zweites Ausgangsgas akkumuliert bzw. angereichert werden; Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, die das erste Ausgangsgas bzw. das zweite Ausgangsgas erhitzen; und eine Reaktionskammer, in der ein Substrat platziert ist, dessen Temperatur niedriger ist als eine Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer ersten Gasmolekülart und einer zweiten Gasmolekülart, indem das erste Ausgangsgas bzw. das zweite Ausgangsgas, die in den Sammeleinrichtungen akkumuliert sind, veranlasst werden, die jeweiligen Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen zu durchlaufen; starkes Erhöhen eines Partialdrucks der ersten Gasmolekülart und eines Partialdrucks der zweiten Gasmolekülart durch Peak-artige (bzw. herausragende oder auskragende) Zuführung der ersten Gasmolekülart und der zweiten Gasmolekülart zu der bzw. in die Reaktionskammer, in der das Substrat platziert worden ist, deren Druck herabgesetzt worden ist bzw. die drucklos gemacht worden ist und die eine konstante Kapazität hat; Anregen bzw. Auslösen einer Reaktion der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart durch abwechselndes wiederholtes Zuführen der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart zu einer Oberfläche des Substrats; und Erzeugen einer Verbundschicht auf der Oberfläche des Substrats. Der Begriff „Sammeleinrichtung“ bezieht sich hierbei auf Sammelbehälter und Einrichtungen, wie z.B. Ventile, die an den Einlässen und Auslässen der Sammelbehälter angeordnet sind, um die Flussraten der Ausgangsgase oder der Gasmolekülarten zu steuern bzw. zu regeln, oder Elemente, welche die Flussraten elektronisch steuern bzw. regeln. Die Begriffe „Peak-artig“ (bzw. „herausragend“ oder „auskragend“) beziehen sich hierbei auf kurzzeitige Peak-Bildungen des Partialdrucks, die eine Änderung des Partialdrucks um das Verhältnis zwischen dem Volumen eines Gases in einem Sammelbehälter bei einem Druck von 1 atm und der Kapazität einer Reaktionskammer mit herabgesetztem Druck (bzw. einer drucklosen Reaktionskammer) definieren.
  • Ausführungsform (2): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei das erste Ausgangsgas mindestens eines der Elemente umfassend Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink und Indium enthält, und wobei das zweite Ausgangsgas Wasser, eine wässrige Lösung oder Ammoniak ist.
  • Ausführungsform (3): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei der Partialdruck der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart erhöht wird, indem synchronisiert mit einer Zeitdauer, für die geplant ist, dass der Partialdruck des ersten Ausgangsgases oder des zweiten Ausgangsgases stark ansteigt, der Auslass abgesperrt oder einer Auslassgeschwindigkeit verringert wird.
  • Ausführungsform (4): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei eine Oberfläche eines Strömungspfades von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen aus einem Metall besteht, welches zumindest eines der Elemente Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium oder Tantal aufweist.
  • Ausführungsform (5): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei sich die Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Raumtemperatur bis 700°C erstreckt.
  • Ausführungsform (6): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei das Substrat ein Film- bzw. Foliensubstrat ist und sich innerhalb der Reaktionskammer bewegt.
  • Ausführungsform (7): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei eine Vielzahl von Substraten in der Reaktionskammer bereitgestellt wird.
  • Ausführungsform (8): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei das Substrat ein Siliziumwafer ist.
  • Ausführungsform (9): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei das Substrat ein Kunststoffbehälter bzw. -container ist.
  • Ausführungsform (10): Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schichterzeugungsverfahren bereit, wobei das Substrat ein Vorrichtungssubstrat ist, auf dem eine organische EL-Vorrichtung (EL (electroluminescence): Elektrolumineszenz), eine Flüssigkristallvorrichtung, eine Solarzelle oder ein Strukturmuster ausgebildet ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Mittels Erzeugung einer Schicht aus einem Hochtemperaturmaterial, indem Ausgangsgase in Geräte zum augenblicklichen Erhitzen von Gas eingeführt werden, indem Gase augenblickliche erhitzt werden, um gewünschte erzeugte Gasmolekülarten zu erzeugen, indem die erzeugten Gasmolekülarten zu bzw. auf eine Oberfläche eines in einer Niedrigtemperatur-Reaktionskammer gehaltenen Substrates geführt werden, bewirken eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Effekt der Vereinfachung der Adsorption der erzeugten Gase auf bzw. an der Oberfläche des Substrats durch Peak-artige Zuführung der erzeugten Gase, die unter hohem Druck angereichert bzw. akkumuliert sind, um die erzeugten Gase auszudehnen und abzukühlen, und durch Ansteigen der Partialdrücke der erzeugten Gase in der Reaktionskammer.
  • Die abgekühlten molekularen Arten mit hohem Partialdruck werden dicht adsorbiert, und die adsorbierten molekularen Arten binden miteinander an bzw. auf der Oberfläche, was eine Pseudo-Verflüssigung bewirkt, welche die Oberfläche befeuchtet bzw. nass macht. Wenn die molekularen Arten zu einem Grad adsorbiert sind, so dass die Oberfläche befeuchtet wird, kann eine Schicht mit einer gleichmäßig glatten Oberfläche erzeugt werden. Eine Erhöhung der Adsorptionsdichte führt zu einer Erhöhung der Dicke einer Schicht, die pro Adsorptionsereignis anwachsen kann. Dadurch wird eine Wachstumsrate erreicht, die höher ist als diejenige von einfachen Atomabscheidungsverfahren (atomic layer deposition, ALD).
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Aufbaus einer Vorrichtung, die in einem Schichterzeugungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 2 zeigt ein Diagramm eines Zeitplans geplanter Partialdruckmodulation, der in dem Schichterzeugungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines Aufbaus der Vorrichtung im Falle einer Bereitstellung eines Substrates in der Form einer Rolle in dem Schichterzeugungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Aufbaus der Vorrichtung im Falle einer Schichterzeugung auf einer Vielzahl von Substraten unter Verwendung des Schichterzeugungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht einer eingeschlossenen bzw. innewohnenden Ausprägung eines Aluminiumoxid-/Tonerde-Schicht, erzeugt unter Verwendung des Schichterzeugungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht einer eingeschlossenen bzw. innewohnenden Ausprägung einer Aluminiumoxid-/Tonerde-Schicht, erzeugt unter Verwendung des Schichterzeugungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.
  • <Ausführungsform>
  • Eine Schicht aus einem Hochtemperaturmaterial kann selbst bei Raumtemperatur erzeugt werden, wenn aktive molekulare Arten, die durch augenblickliches Erhitzen zweier Arten von Ausgangsgas erzeugt werden, abwechselnd wiederholt zu einem Substrat geführt werden. Dabei wird eine Adsorptionsschicht mit hoher Dichte produziert, dadurch, dass das Substrat eine größere Menge an aktiven molekularen Arten adsorbiert. Die dicht adsorbierte reaktive Schicht von zwei aktiven molekularen Arten reagiert, so dass sich eine Schicht eines Verbunds ergibt. Hierbei liefert die Adsorption mit hoher Dichte eine Wachstumsrate, die größer ist als diejenige von einfacher Atomlagenabscheidung. Dies ist das Wesentliche und das Merkmal der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Vorrichtung, die in einem Schichterzeugungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, Ventile 113, 114, 105 und 106, Ausgangsgas-Sammelbehälter 101 und 102, Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen 107 und 108, eine Reaktionskammer 111, ein Substrat 112 und ein Auslassrohr 116.
  • Im Folgenden wird das Schichterzeugungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung eines Ausgangsgases S1 und eines Ausgangsgases S2 als reaktive Ausgangsgase konkret beschrieben.
  • Das Ausgangsgas S1 ist ein Ausgangsgas, das durch Einleiten eines Trägergases in Trimethylaluminium (abgekürzt als „TMA“) erhalten wurde. Das Ausgangsgas S1 wird durch das Ventil V3 (113) in einem konstanten Volumen, gesteuert unter einem Ausgangsgas-Druck P1, im Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) akkumuliert. Das Ausgangsgas S2 ist ein Ausgangsgas, das durch Einleiten eines Trägergases in Wasser erhalten wurde. Das Ausgangsgas S2 wird durch das Ventil V4 (114) in einem konstanten Volumen, gesteuert unter einem Ausgangsgas-Druck P2 (104), im Ausgangsgas-Sammelbehälter 2 (102) akkumuliert.
  • Das Ausgangsgas S1 und das Ausgangsgas S2 sind in konstanten Volumina unter den jeweiligen Drücken in dem Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) und in dem Ausgangsgas-Sammelbehälter 2 (102) akkumuliert bzw. angereichert. Der Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) und der Ausgangsgas-Sammelbehälter 2 (102) sind mit der HB Gas-Heizeinrichtung 1 (107) und der HB Gas-Heizeinrichtung 2 (108), welche Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas sind, durch das Ventil V1 (105) bzw. das Ventil V2 (106) verbunden. Eine Steuerungseinheit (nicht dargestellt) schaltet das Ventil V1 (105) und das Ventil V2 (106) entsprechend einer Programm-Konfiguration ein und aus (d.h. öffnet und schließt sie). Es sollte beachtet werden, dass die HB Gas-Heizeinrichtungen in PTL 1 bis PTL 5 offenbart und dementsprechend hier nicht im Detail beschrieben sind.
  • Das Ventil V1 (105) wird eingeschaltet (geöffnet), um mit dem Ausstoß der angereicherten bzw. akkumulierten Menge an Ausgangsgas (TMA-Gas) S1 zu beginnen. Das daraufhin ausgestoßene Ausgangsgas (TMA-Gas) S1 wird durch die HB Gas-Heizeinrichtung 1 (107) augenblicklich erhitzt und der Reaktionskammer 111 Peak-artig als ein durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugtes Gas 1 von TMA-Monomeren zugeführt. Da der Druck in der Reaktionskammer mit einer konstanten Kapazität herabgesetzt worden ist bzw. die Reaktionskammer drucklos gemacht worden ist, dehnt sich hierbei das unter hohem Druck eingeführte Gas aus, wobei der Partialdruck steigt. Diese Ausdehnung bewirkt dann, dass sich das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 1 abkühlt.
  • Als nächstes wird das Ventil V2 (106) eingeschaltet (geöffnet). Die angereicherte bzw. akkumulierte Menge an Ausgangsgas S2 von Wasser wird ausgestoßen, augenblicklich von der HB Gas-Heizeinrichtung 2 (108) erhitzt und Peak-artig als ein durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugtes Gas 2 von Wasser-Monomeren der Reaktionskammer 111 zugeführt. Hierbei, da der Druck in der Reaktionskammer mit einer konstanten Kapazität herabgesetzt worden ist bzw. die Reaktionskammer drucklos gemacht worden ist, dehnt sich das unter hohem Druck eingeführte Gas aus und kühlt ab. Der Partialdruck des durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugten Gases 2 von Wasser-Monomeren steigt. Diese Ausdehnung bewirkt dann, dass sich das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 2 abkühlt.
  • Das Ventil V1 und das Ventil V2 werden abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so dass ein Zyklus aus Peak-artigen Zuführungen des Ausgangsgases S1 und des Ausgangsgases S2 wiederholt wird. Dies bewirkt, dass die molekularen Arten von Monomeren von TMA und Wasser sich ausdehnend der Oberfläche des Substrates 112 zugeführt werden, sich abkühlen, sich deren Partialdrücke abwechselnd erhöhen und sie auf der Oberfläche des Substrates 112 adsorbiert werden. Wiederholung dieser abwechselnden Adsorption bewirkt, dass eine Aluminiumoxidschicht wächst. Durch Einlass des Ausgangsgases S1 und des Ausgangsgases S2 ist es alternativ möglich, ein Trägergas gesondert vorzubereiten, zu bewirken, dass sich das Ausgangsgas S1 und das Ausgangsgas S2 mit dem Trägergas mischen und das Ausgangsgas S1 und das Ausgangsgas S2 Peak-artig der Reaktionskammer 111 zuzuführen.
  • Anstatt eines abwechselnden Einlasses der Ausgangsgase unter stets konstanter Niedrigdruck-Bedingung, können das Ausgangsgas S1 und das Ausgangsgas S2, die durch absichtliche bzw. gezielte Druckbeaufschlagung angereichert bzw. akkumuliert worden sind, augenblicklich gleichzeitig, d.h. zusammen, Peak-artig bereitgestellt und der Reaktionskammer zugeführt werden. Dies bewirkt, dass die molekularen Arten augenblicklich bzw. unmittelbar unter hohen Partialdrücken adsorbiert werden, wodurch eine Zunahme in der Oberflächenadsorptionsdichte erzielt wird. Ein bestimmtes oder darüber hinausgehendes Maß der Zunahme in der Oberflächenadsorptionsdichte verursacht eine Verflüssigung auf der Oberfläche, was die Oberfläche gleichmäßig feucht macht. Dementsprechend ist die Bildung einer Schicht mit einer flachen und glatten Oberfläche zu erwarten. Selbst in Anwesenheit von Partikeln von Fremdmaterial, wie z.B. Staub, wird eine Oberflächenadsorptionsschicht erzeugt, welche das Fremdmaterial und die Oberfläche bedeckt, wobei jene Partikel feucht werden und im Inneren eingeschlossen werden. Dies ermöglicht es, selbst in Anwesenheit von Fremdmaterial eine oberflächenglatte Schicht zu erzeugen, welche das Fremdmaterial enthält. Die Zuführung von molekularen Arten mit wiederholter Druckherabsetzung und planmäßige Zuführung bewirkt, dass die durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugten Gase transportiert werden und Stellen bedecken, die tiefe Löcher oder abgeschattete Bereiche werden. Dadurch kann eine Schicht auf einer Innenseite einer zusammengesetzten Struktur, wie bspw. einer Schraube, erzeugt werden.
  • 2 zeigt schematisch ein 1-Zyklus-Programm eines Gaseinlasses wie voranstehend beschrieben. Zum Zeitpunkt t0 wird das Ventil V1 (105) eingeschaltet (geöffnet), um Peak-artig das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 1 des Ausgangsgases S1 der Reaktionskammer 111 zuzuführen. Ein Druck P3 der Reaktionskammer 111 steigt augenblicklich an und erreicht einen Druckpeak PH1. Zum Zeitpunkt t1 wird das Ventil 1 (105) ausgeschaltet (geschlossen), um die Zuführung des Ausgangsgases S1 zu beenden. Da hierbei das Ventil V2 (106) ebenfalls ausgeschaltet (geschlossen) ist, verringert sich der Druck weiter, so dass das in der Reaktionskammer 111 verbleibende Gas gereinigt wird. Diese Reinigung kann durch ein Trägergas (nicht dargestellt) oder allein durch Auslassen ausgeführt werden.
  • Zum Zeitpunkt t2 liegt der Druck der Reaktionskammer 111 bei PL1. Zum Zeitpunkt t2 wird das Ventil V2 (106) eingeschaltet, um Peak-artig das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 2 des Ausgangsgases S2 der Reaktionskammer 111 zuzuführen. Der Druck P3 der Reaktionskammer 111 steigt augenblicklich an und erreicht einen Druckpeak PH2. Zum Zeitpunkt t3 wird das Ventil V2 (106) ausgeschaltet (geschlossen), um die Zuführung des Ausgangsgases S2 zu beenden. Da zu diesem Zeitpunkt das Ventil V1 (105) ebenfalls ausgeschaltet ist, verringert sich der Druck weiter. Zum Zeitpunkt t4 wird das Gas in der Reaktionskammer 111 gereinigt, so dass der Druck PL2 wird. Diese Reinigung kann durch ein Trägergas (nicht dargestellt) oder allein durch Auslassen ausgeführt werden.
  • Hierbei ist zu beachten, dass PH1, PH2, PL1 und PL2 durch unterschiedliche Werte dargestellt sind, da die Zuführungsvolumina der Ausgangsgase, die Trägergas-Flussrate und die Kapazität der Reaktionskammer entsprechend der Auslassgeschwindigkeit variieren. Es sollte beachtet werden, dass es möglich ist, PH1, PH2, PL1 und PL2 so einzustellen, dass sie den gleichen Wert annehmen. Des Weiteren zeigt die Druckkurve auf schematische Weise ein Beispiel. Die Druckkurve variiert in Abhängigkeit von den Behälter-Strukturen, welche die Ausgangsgas-Sammeleinrichtung bilden, und von der Dicke und Länge von Gaseinlassrohren und den Einstellungen der Ausgangsgas-Drücke P1 und P2. Zudem werden zur Wiederholung des vorgenannten Zyklus die Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 und 2 (107 und 108) mit Ausgangsgasen für den darauffolgenden Kreislauf durch das Ventil V3 (113) und das Ventil V4 (114) wieder aufgefüllt. Zustände für die Wiederauffüllungen, wie Drücke, Mengen und Zeiträume können frei durch ein Programm bestimmt werden.
  • Das Ausgangsgas S1 enthält zumindest eines der Elemente umfassend Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink und Indium. Das Ausgangsgas S2 ist Wasser, eine wässrige Lösung oder Ammoniak.
  • Es sollte beachtet werden, dass das Ausgangsmaterial S1 ein organisches Verbundgas eines Metalls oder ein Halogengas bzw. ein Halogenid sein kann. Trimethylaluminium, das ein organischer Aluminium-Verbund ist, ist bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit.
  • Ein Material, das bei normaler Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist, wird durch Einsprudelung bzw. Einleitung eines Trägergases in ein Ausgangsgas umgewandelt oder wird durch Erhöhung der Temperatur in ein Ausgangsgas umgewandelt. Organische Gase von Silizium, Gallium, Titan, Zink und Indium sind ebenfalls Flüssigkeiten und werden als solche zu Ausgangsgasen durch Spülung oder Erhitzung. Wasser kann in ein als Heißdampf bezeichnetes monomolekulares Gas umgewandelt werden, wenn es auf mindestens 150°C erhitzt wird. Der Sammelbehälter wird je nach Bedarf erhitzt, so dass eine Verflüssigung des Ausgangsgases in dem Sammelbehälter nicht stattfindet.
  • Das monomolekulare Wasser ist klein in Bezug auf die Moleküle und stark in Bezug auf die osmotische Wirkung. Da das monomolekulare Wasser zudem polarisiert ist, wird davon ausgegangen, dass es dicht adsorbiert wird und eine starke oxidierende Wirkung zeigt. Eine wässrige Lösung einer Chemikalie kann ebenfalls als ein Ausgangsgas verwendet werden. Eine wässrige Lösung von Fluorwasserstoff oder Ameisensäure ist ein Material, das die Bestandteile einer Chemikalie sowie monomolekulares Wasser einführen bzw. beisteuern kann.
  • Der Partialdruck der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart wird erhöht, indem synchronisiert mit einer Zeitdauer, für die geplant ist, dass der Partialdruck des ersten Ausgangsgases S1 oder des zweiten Ausgangsgases S2 stark ansteigt, der Auslass abgesperrt oder die Auslassgeschwindigkeit verringert wird. Da der Effekt der Planung bzw. Projektierung der Partialdrücke einfach dadurch erreicht wird, dass die Auslassgeschwindigkeit niedrig gehalten wird, kann das Auslassrohr 116 fixiert bzw. unveränderbar und eng ausgestaltet werden. Alternativ ist es möglich, zwei Arten von Auslassrohren 116 anzufertigen und zwischen diesen zu wechseln. Die Auslassgeschwindigkeit kann ebenfalls durch Steuern bzw. Regeln der Umdrehungszahl einer Auslasspumpe gesteuert bzw. geregelt werden. Die Partialdrücke der molekularen Arten können auch dadurch gesteuert bzw. geregelt werden, dass die Auslassrohre 116 mit einer Prallplatte versehen werden und damit eine Steuerung bzw. Regelung des Leitwerts durchgeführt wird. Mit einer Sammeleinrichtung, die eine Massenflusssteuerung verwendet, um auf dynamische Weise die Zuführungsmengen des Ausgangsgases S1 und des Ausgangsgases S2 durch ein Programm zu steuern bzw. zu regeln, sind planmäßige Zuführungsmodulationen im Partialdruck der molekularen Arten auch mit einer Struktur und einem Steuerungsentwurf ohne die Ausgangsgas-Sammelbehälter 101 und 102 möglich.
  • Eine Oberfläche eines Strömungspfades von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen 107 und 108 ist aus einem Metall gemacht, das mindestens eines der Elemente umfassend Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium und Tantal enthält.
  • Die Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen erstreckt sich von Raumtemperatur bis 700°C. Wasser erzeugt molekulare Arten von Heißdampf bei einer Heiztemperatur von 150°C oder darüber. Ammoniak gibt Wasserstoff frei bei 550°C oder darüber und erzeugt aktive molekulare Arten eines Verbundes von Wasserstoff und Stickstoff. Folglich muss die Temperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen 107 und 108 nur aus dem Bereich zwischen Raumtemperatur und 700°C gewählt werden. Eine Temperatur von 900°C und darüber ist aus praktischer Sicht nicht geeignet, da, sofern die Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen 107 und 108 aus Edelstahl gemacht sind, deren Oberflächen mit Wasserstoff, Wasser oder einem Ammoniak-Ausgangsgas bei einer Temperatur von 900°C oder darüber reagieren, wodurch sie ihre Fähigkeit verlieren, ihre Materialtexturen für eine lange Zeitdauer beizubehalten.
  • Eine Art der Abwandlung ist möglich, bei der das Substrat 112 ein Folien- bzw. Filmsubstrat ist und sich innerhalb der Reaktionskammer 111 bewegt. 3 zeigt eine Übersicht der Vorrichtung für einen Fall, bei dem das Substrat 112 ein Folien- bzw. Filmsubstrat ist. Ein Foliensubstrat 312 wird durch eine Zuführrolle 301 bereitgestellt, bewegt sich innerhalb der Reaktionskammer 111 und wird durch Wicklung um eine Sammelrolle 302 aufgenommen. Hierbei ist zu beachten, dass das Foliensubstrat 312 ein(e) Kunststoff- oder PET-Film/Folie sein kann.
  • Wie in 4 gezeigt, kann eine Vielzahl von Substraten 412 vorgesehen sein. In diesem Fall strömen die durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugten Gase 1 und 2, die Peak-artig der Reaktionskammer 111 zugeführt werden, hinter die Vielzahl von Substraten 412 und erzeugen auf einem Substrat 112, das hinter der Vielzahl von Substraten 412 platziert ist, eine Schicht im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie im Falle von nur einem Substrat 112.
  • Bei den Substraten 112 kann es sich um einen Siliziumwafer oder um einen Kunststoff-Behälter handeln. Des Weiteren kann die Reaktionskammer 111 selbst ein als Substrat dienender Behälter sein. Außerdem kann das Substrat 112 ein Vorrichtungssubstrat sein, auf dem eine organische EL-Vorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung, eine Solarzelle oder ein Strukturmuster ausgebildet ist. Diese Vorrichtungen verschlechtern sich aufgrund von Oxidation und Feuchtigkeitsaufnahme. Um diese Verschlechterung zu verhindern, ist es erforderlich, diese Vorrichtungen mit einem Foliensubstrat zu bedecken, das durch Heranwachsen einer Schicht gewonnen wird, die ein Eindringen von Sauerstoff oder Wasser verhindert. Allerdings ist das Foliensubstrat nicht hitzebeständig. Daher sollte zum Beispiel eine Aluminiumoxid-Schicht, die das Eindringen von Wasser verhindert, nur mittels des vorliegenden Verfahrens, das ein Schichtwachstum bei Raumtemperatur erlaubt, heranwachsen bzw. gezüchtet werden.
  • Die vorliegende Ausführungsform macht es daher möglich, wie voranstehend beschrieben, hohe Partialdrücke von aktiven molekularen Arten in der Reaktionskammer zu erzielen. Zu diesem Zweck werden die Ausgangsgase unter einem Druck von 1 atm in den Behältern angereichert bzw. akkumuliert. Die Ausgangsgase werden augenblicklich erhitzt, indem sie durch die HB Gas-Heizeinrichtungen geleitet werden, werden in aktive chemische molekulare Arten umgewandelt und werden Peak-artig zu der druckreduzierten bzw. drucklos gemachten Reaktionskammer geführt. Die Peak-artig zugeführten molekularen Arten dehnen sich aus, wodurch sie abkühlen, und die Partialdrücke der molekularen Arten in der Reaktionskammer steigen steil an, so dass die molekularen Arten auf der Oberfläche des bei Raumtemperatur platzierten Substrats dicht adsorbiert werden. Durch die dichte Adsorption verbinden sich die molekularen Arten miteinander, wodurch die Oberfläche nass bzw. feucht wird. Da die Anzahl von adsorbierten Molekülen größer ist als eine durch monomolekulare Adsorption erhaltene Menge, kann eine Wachstumsrate erwartet werden, die höher ist als die von Atomabscheidungsverfahren (atomic layer depoisition, ALD).
  • Weiterhin können verschiedene Arten von Verbundschichten ausgestaltet werden. Organische Gase von Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink und Indium sind Materialen, die industriell zur Verfügung stehen. Die Kombination dieser Metalle mit Sauerstoff oder Stickstoff ermöglicht es, Schichten von Oxiden oder Nitriden dieser Metalle zu erzeugen. Ammoniak beginnt sich zu zersetzen durch Freisetzung von Wasserstoff bei 550°C oder darüber. Ammoniak wird durch die HB Gas-Heizeinrichtung erhitzt, und die Kollision mit einem katalytischen Metall bewirkt, dass die Zersetzung bei einer niedrigeren Temperatur eintritt. Dies ermöglicht es, eine Nitrid-Schicht zu erzeugen, indem molekulare Arten, die das voranstehend genannte Metall enthalten, zur Reaktion mit aktiven molekularen Arten von Ammoniak gebracht werden. Weiterhin ist Wasser bei 100°C ein Polymer an sich. Allerdings wird Heißdampf, der durch die HB Gas-Heizeinrichtung auf 150°C oder darüber erhitzt wird, zu aktiven molekularen Arten, die eine monomere Komponente enthalten. Dies ermöglicht es, eine Metalloxid-Schicht zu erzeugen. Dies sind Beispiele von Kombinationen von Elementen. Die Erzeugung einer Verbundschicht kann durch eine Kombination von Temperaturen der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Gas und der Ausgangsgas-Elemente ausgestaltet werden.
  • Des Weiteren werden die Partialdrücke der molekularen Arten auf einfache Weise erhöht. Die Auslassgeschwindigkeit kann ausreichend gedrosselt werden, indem einfach das Auslassrohr dünn ausgestaltet wird. Es ist möglich, zwei Arten von Auslassrohren anzufertigen und zwischen diesen zu wechseln, nämlich einem dicken Auslassrohr und einem dünnen Auslassrohr. Da die Auslassgeschwindigkeit auch durch Steuerung/Regelung der Umdrehungszahl der Auslasspumpe beeinflusst werden kann, können Maßnahmen von einem Zeitsteuerungs-Programm ergriffen werden. Alternativ können die Partialdrücke der molekularen Arten auch dadurch gesteuert/geregelt werden, dass das Auslassrohr mit einer Auslass-Prallplatte versehen wird und damit eine Steuerung bzw. Regelung des Leitwerts durchgeführt wird.
  • Weiterhin ist es möglich, das Metall zu wählen, aus dem die Oberfläche des Strömungspfads von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas hergestellt ist. Indem die bei der Zersetzung eines Gases eine Katalyse bewirkende Oberfläche aus Ruthenium, Nickel, Platin oder dergleichen gemacht ist, oder indem eines dieser Metalle in dem Strömungspfad platziert wird und eine Kollision mit dem Gas bewirkt wird, kann das Ausgangsgas bei einer niedrigeren Temperatur zersetzt werden, um aktive molekulare Arten zu erzeugen. In manchen Temperaturbereichen dient Aluminium oder Tantal als ein korrosionshemmendes Material. Korrosionsbeständiger Edelstahl kann verwendet werden, da Eisen, Chrom und Nickel Hauptbestandteile von Edelstahl sind.
  • Des Weiteren kann die Heiztemperatur jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Ausgangsgas aus dem Bereich von Raumtemperatur bis 700°C gewählt werden. Eine Temperatur von 150°C oder darüber ist wirkungsvoll, wenn Heißdampf aus Wasser gemacht wird. Da es bei etwas über 600°C möglich wird, Kohlenwasserstoff zu zersetzen, so dass Wasserstoff entsteht, kann Kohlenwasserstoff als Ausgangsgas verwendet werden, um molekulare Arten zu erzeugen, und es kann eine Schicht ausgestaltet werden, die aus den molekularen Arten erzeugt werden kann.
  • Weiterhin kann es einem langen Foliensubstrat ermöglicht werden, sich relativ zu der Reaktionskammer, in der das Substrat in Kontakt mit den erzeugten Gasen steht, fortlaufend zu bewegen. Da die Schicht biegsam ist, kann sich die Schicht in einem Zickzack-Muster innerhalb der Reaktionskammer bewegen. Die Schicht wird verkörpert durch Polyethylenterephthalat (PET). Wenn eine Schicht eines Hochtemperaturmaterials, wie z.B. Aluminiumoxid oder ein Siliziumnitrid, auf einer Träger- bzw. Vorrichtungsschicht erzeugt werden kann, die Hitze von 100°C oder darunter standhält, überdeckt diese Schicht die Träger- bzw. Vorrichtungsschicht, auf der eine Vorrichtung ausgebildet ist, und kann als eine Barriereschicht dienen, die ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Die Barriereschicht bewirkt eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung. Wenn Vorrichtungen auf einer fortlaufenden Folie bzw. Film ausgebildet werden, kann eine Barriereschicht fortlaufend heranwachsen bzw. gebildet werden. Im Allgemeinen ist das Hochtemperaturmaterial keramisch und daher hart. Eine harte Schicht, die eine Oberfläche einer Schicht nicht beschädigt, kann heranwachsen bzw. gebildet werden.
  • Des Weiteren kann eine große Anzahl von Substraten gehandhabt werden. Die Substrate können kleinformatige Wafer, Behälter, Chips/Mikrobausteine oder Leiterplatten sein. Zudem kann eine Schicht auch wirkungsvoll auf einer Oberfläche eines Partikelsubstrats, bestehend aus Kunststoffpartikeln, Glaspartikeln, chemischen Partikeln oder dergleichen, erzeugt werden. Die Größen können vom Millimeter-Maßstab bis zum Nanometer-Maßstab variieren. Durch abwechselndes Zuführen von reaktiven molekularen Arten unter geplantem Partialdruck in ein mit solch einem Partikelsubstrat gefülltes Rohr kann eine Schicht auf jedem Partikel erzeugt werden.
  • Des Weiteren kann eine Schicht auf einem Siliziumwafer erzeugt werden, auf dem ein Material, dessen Temperatur nicht erhöht werden kann, gestapelt bzw. geschichtet worden ist. In manchen Fällen kann eine Mikrostruktur durch ein Fotolack/Photoresist-Material auf einem Siliziumwafer ausgebildet werden. Alternativ kann ein hinsichtlich der Temperatur begrenztes Material erzeugt werden. Wenn es erforderlich ist, eine Schicht auf einem Substrat eines Siliziumwafers einer solchen Materialstruktur zu erzeugen, so kann das vorliegende Schichterzeugungsverfahren diesen Zweck erfüllen, da das vorliegende Schichterzeugungsverfahren Wachstum bei Raumtemperatur ermöglicht.
  • Des Weiteren besteht ein Bedarf, ein Siliziumsubstrat, das mit einem durch einen Fotolack erzeugten Strömungspfad ausgestattet ist, in einer Komponentenanalyse einer Blut oder Zellen enthaltenden Flüssigkeit zu verwenden. Hierzu ergibt das Erzeugen einer Aluminiumoxid-Schicht auf der Schutzschicht einen chemisch stabilen Strömungspfad. Die vorliegende Erfindung befriedigt einen solchen Bedarf nach Wachstum bei Raumtemperatur.
  • Des Weiteren kann eine Siliziumdioxid-Schicht eines Abdeck- bzw. Maskenmaterials mit einer Beständigkeit gegenüber Trockenätzen oder dergleichen auf einer Photoresist-Struktur gezüchtet bzw. erzeugt werden, wobei dieser Schritt allerdings teuer ist, da dieser Schritt die Verwendung einer Plasma-CVD-Methode (plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) erfordert. Die vorliegende Erfindung kann einen kostengünstigen Schritt erreichen, da die vorliegende Erfindung auf ein Schichterzeugungsverfahren gerichtet ist, das lediglich auf Hitze basiert; ohne die Verwendung von Plasmabehandlung.
  • Des Weiteren kann eine Schicht auf einem Kunststoffbehälter erzeugt werden. Ein Kunststoffbehälter ist gekennzeichnet durch einen niedrigen Preis und ein geringes Gewicht und ist als solcher geeignet, um Lebensmittel oder Chemikalien aufzubewahren. Ein solcher Behälter oder Container soll den Inhalt vor dem Eindringen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff aus der Außenluft schützen. Weiterhin soll ein solcher Behälter oder Container auch die Bestandteile des Inhalts daran hindern, in die Außenluft zu diffundieren. Ein Behälter, der zum Beispiel mit einer Aluminiumoxid-Schicht durch das vorliegende Schichterzeugungsverfahren beschichtet ist, kann dies gewährleisten. Das vorliegende Schichterzeugungsverfahren, das die Partialdrücke der molekularen Arten Peak-artig moduliert und bewirkt, dass die Molekülarten an der Innenseite einer großen Anzahl von Behälter- bzw. Container-Substraten dicht adsorbiert werden, ermöglicht es, Schichten gleichzeitig auf der großen Anzahl von Behälter- bzw. Container-Substraten zu erzeugen, und ermöglicht somit eine preisgünstige Herstellung.
  • Des Weiteren kann eine Schicht auf einem Vorrichtungssubstrat erzeugt werden, auf dem eine organische EL-Vorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung oder eine Solarzelle ausgebildet ist. Anzeigegeräte, die durch organische EL verkörpert werden, verschlechtern sich aufgrund von Oxidation und Feuchtigkeitsabsorption. Dies stellt ein Hindernis für die praktische Verwendung in Bezug auf gesicherte Produkthaltbarkeit bzw. Lebensdauer dar. Aus diesem Grund gibt es ein Problem dahingehend, dass bei einem bei einer niedrigen Temperatur gehaltenen großformatigen Substrat keine schützende dünne Schicht eines feuchtigkeitsbeständigen bzw. feuchtigkeitsabweisenden Materials auf der Oberfläche des Substrates, auf dem eine Vorrichtung ausgebildet ist, gebildet werden kann. Gegenwärtig ist ein Vakuum-Sputterverfahren für eine Siliziumoxid-Schicht die einzig existierende Methode. Allerdings ist dieses Verfahren mit hohen Fertigungskosten verbunden. Dies hemmt die praktische Verwendung von großformatigen organischen EL-Anzeigen. Zudem lässt die Sicherstellung einer langfristigen Zuverlässigkeit von Solarzellen die Fertigungskosten ansteigen. Durch die vorliegende Ausführungsform werden diese Probleme angegangen bzw. ausgeräumt.
  • <Beispiel 1>
  • Ein Beispiel, bei dem eine Schicht von Aluminiumoxid als eine Verbundschicht auf einer Oberfläche eines Substrates heranwächst bzw. gezüchtet wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • In Beispiel 1 wurde ein gemischtes Gas aus Trimethylaluminium (TMA), in das Argon eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und einem Argon-Trägergas als das Ausgangsgas S1 verwendet. Ein gemischtes Gas aus Wasser, in das Argon eingesprudelt bzw. eingeleitet wurde, und einem Argon-Trägergas wurde als das Ausgangsgas S2 verwendet.
  • Ein Zuführungsprogramm wurde verwendet, um das Ausgangsgas S1 und das Ausgangsgas S2 der Reaktionskammer in nicht miteinander überlappenden Zeitfenstern zuzuführen bzw. bereitzustellen. Die Ausgangsgase wurden in den Ausgangsgas-Sammelbehältern 1 und 2 (101 und 102) durch Öffnen des Ventils V3 (113) bzw. des Ventils V4 (114) angereichert. Der Ausgangsgas-Druck P1 und der Ausgangsgas-Druck P2 in den Behältern wurden jeweils auf einen Druck von 1 atm eingestellt. Jeder der Ausgangsgas- Sammelbehälter 1 und 2 hatte eine Kapazität von ungefähr 30 cm3.
  • Die Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 und 2 (101 und 102) wurden durch das Ventil V1 (105) bzw. das Ventil V2 (106) mit der HB Gas-Heizeinrichtung 1 (107) und der HB Gas-Heizeinrichtung 2 (108), welches die Ausgangsgas-Heizeinrichtungen sind, verbunden. Hierbei ist zu beachten, dass die HB Gas-Heizeinrichtungen 1 und 2 (107 und 108) auf eine Heiztemperatur von 160°C eingestellt wurden.
  • Zu dem in 2 gezeigten Zeitpunkt t0 wurde das Ventil V1 eingeschaltet (geöffnet). Das Ausgangsgas S1 (TMA-Gas) wurde in der im Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) angereicherten Menge ausgestoßen. Das Ausgangsgas S1 wurde durch die HB Gas-Heizeinrichtung 1 (107) augenblicklich erhitzt. Das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 1 von Monomeren von TMA wurde Peak-artig in die Reaktionskammer 111 geführt.
  • Gleichgewicht mit dem Auslass ‚Ex‘ bewirkt, dass die Reaktionskammer 111 drucklos wird, bzw. dass der Druck in der Reaktionskammer 111 auf 0,01 atm sinkt. Daher wurde das unter einem Druck von 1 atm in dem Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) angereicherte Gas Peak-artig zugeführt, wobei sich dieses mit einem steilen Anstieg im Partialdruck ausdehnt. Diese Ausdehnung bewirkte, dass das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 1 abgekühlt wird. Die Reaktionskammer 111 hatte eine Kapazität von 800 cm3. Unter der Annahme,, dass das Verhältnis der Kapazität der Reaktionskammer 111 zu dem Zuführungsvolumen von 30 cm3 des Ausgangsgases bei einem Druck von 1 atm als Partialdruck-Änderungsindex definiert ist, so liegt der Partialdruck-Änderungsindex bei ungefähr 0,038. Dieser Index ist ein Index, der die Charakteristika von sich ändernden Partialdrücken der vorliegenden Technik ausdrückt.
  • Die Zeitspanne T01 zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 betrug 1 Sekunde. Zum Zeitpunkt t1 waren das Ventil V1 (105) und das Ventil V2 (106) beide geschlossen, wobei der Druck in der Reaktionskammer 111 herabgesetzt war, d.h. die Reaktionskammer 111 drucklos war. Dieser Zustand dauerte bis zum Zeitpunkt t2. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 betrug 9 Sekunden.
  • Zum Zeitpunkt t2 wurde das Ventil V2 (106) eingeschaltet. Das Ausgangsgas S2, das aus Wasser bestand, wurde ausgestoßen und strömte in der im Ausgangsgas-Sammelbehälter 2 (102) angereicherten Menge aus. Das Ausgangsgas S2 wurde augenblicklich von der HB Gas-Heizeinrichtung 2 (108) erhitzt. Das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 2 von Wasser-Monomeren wurde Peak-artig in die Reaktionskammer 111 geführt. Da die Reaktionskammer 111 drucklos gemacht worden war, dehnte sich das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte, unter hohem Druck eingeführte Gas stark aus. Diese Ausdehnung bewirkte, dass sich das durch die HB Gas-Heizeinrichtung erzeugte Gas 2 abkühlte. Die Zeitspanne, während der das Ventil V2 (106) eingeschaltet war, dauerte von dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3, und die Zeitspanne T23 zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3 betrug 1 Sekunde. Die Reaktionskammer 111 hatte eine Kapazität von 800 cm3. Da das Zuführungsvolumen des Ausgangsgases S2 bei einem Druck von 1 atm mit 30 cm3 das gleiche war wie jenes von Ausgangsgas S1, war der Partialdruck-Änderungsindex 0,038.
  • Zum Zeitpunkt t3 wurden das Ventil V1 (105) und das Ventil V2 (106) beide geschlossen, und der Druck in der Reaktionskammer 111 sank weiter ab bis zum Zeitpunkt t4. Die Zeitspanne T34 zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 betrug 9 Sekunden.
  • Der Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 (101) wurde in der Zeitspanne, während der das Ventil V1 (105) geschlossen war, wieder mit Ausgangsgas S1 angefüllt. Der Ausgangsgas-Sammelbehälter 2 (102) wurde in der Zeitspanne, während der das Ventil V2 (106) geschlossen war, wieder mit Ausgangsgas S2 angefüllt.
  • Während die Ausgangsgas-Sammelbehälter 1 und 2 (101 und 102) wieder mit den Ausgangsgasen angefüllt wurden, wurde ein Zyklus aus Peak-artigen Zuführungen der durch die HB Gas-Heizeinrichtungen erzeugten Gase in die Reaktionskammer 111 durch Ein- und Ausschalten des Ventils V1 (105) und des Ventils V2 (106) entsprechend dem in 2 gezeigten Zeitplan wiederholt. Die Dauer eines Zyklus betrug 1 Sekunde + 9 Sekunden + 1 Sekunde + 9 Sekunden = 20 Sekunden. Dieser Zyklus wurde 75 mal wiederholt. Eine Querschnitt-Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) zeigte, dass in den 75 Zyklen, d.h. in 25 Minuten, eine Aluminiumoxid-Schicht von ungefähr 100 nm heranwuchs.
  • Als das Substrat 112 wurde ein Siliziumwafer 501 platziert, auf den ein Lochmuster eines Fotolacks aufgetragen worden war. Ein Querschnitts-Bild mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) von dem Siliziumwafer 501 wurde aufgenommen. 5 ist eine schematische Ansicht des mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommenen Querschnitts-Bilds. Eine Oberfläche 1 (504) eines Loches mit einem Durchmesser von 80 nm war flach. Eine Oberfläche 2 (505) eines Loches mit einem Durchmesser von 150 nm war leicht eingedrückt bzw. abgesenkt.
  • Diese Form unterscheidet sich von jener, die durch einfache Gasphasenabscheidung (CVD) erzielt wird. Der Querschnitt wurde so geformt, als wäre eine Flüssigkeit erstarrt. Diese Form impliziert ein physikalisches Phänomen, demgemäß die TMA- oder Wasser-Monomere in flüssiger Form adsorbiert wurden und heranwuchsen; allerdings ist dies eine bloße Vermutung, da Messungen oder in-situ-Beobachtungen nicht durchgeführt werden können. Die molekularen Arten werden als dicht adsorbiert angesehen, wodurch Verflüssigung auf bzw. an der Oberfläche bewirkt wird.
  • <Beispiel 2>
  • Mit den gleichen Wachstums- bzw. Schichtbildungsbedingungen wie in Beispiel 1 wurde eine Polyethylenterephthalat-(PET-)Schicht als das Substrat 112 platziert. Die erzeugte Schicht und die PET-Schicht, d.h. das Substrat, wurden gestapelt bzw. geschichtet, um eine Laminat-Struktur zu erzeugen. Eine Helium-(He-)Permeationsprüfung wurde an dieser Laminat-Struktur durchgeführt. Die Permeationsprüfung wurde mit einem Verfahren durchgeführt, bei dem eine Seite der Schicht mit Helium mit einem Druck von 1 atm gefüllt wurde und der Partialdruck des zur anderen Seite hin austretenden Heliums mittels eines Quadrupol-Massenspektrometer gemessen wurde.
  • Im Falle einer einzelnen PET-Schicht, auf der diese Aluminiumoxid-Schicht nicht erzeugt wurde, drang Helium nach ungefähr 2 Minuten ein. Im Falle der PET-Schichtenstruktur hingegen, in der dieses Aluminiumoxid geschichtet worden ist, drang Helium selbst nach 10 Minuten nicht ein, wie im Falle einer 1 mm dicken Glasplatte. Hierdurch wurde das Vorliegen der Eigenschaft gezeigt, dass das Eindringen von Wasser, Kohlendioxid und Sauerstoff, die in Bezug auf ihre molekulare Größe größer sind als Helium, verhindert wird. Weiterhin wurde eine Elutionsanalyse von Aluminium durch Eintauchen dieser Laminat-strukturierten Schicht in 50°C warmes Wasser mit einer Standzeit von einem Tag durchgeführt, wobei keine Elution festgestellt wurde. Dies impliziert, dass die Zusammensetzung dieses Aluminiumoxids stöchiometrisch ist.
  • <Beispiel 3>
  • Bei einer Kapazität der Reaktionskammer 111 von 50 Litern wurde eine Schicht unter den gleichen Gaszuführbedingungen wie in Beispiel 1 erzeugt. Der Partialdruck-Änderungsindex wurde zu 0,0006 berechnet.
  • Als das Substrat 112 wurde ein Siliziumwafer 501 platziert, auf den ein Lochmuster eines Fotolacks aufgetragen worden war. Ein Querschnitt-Bild mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) von dem Siliziumwafer 501 wurde aufgenommen. Eine Oberfläche eines Loches mit einem Durchmesser von 80 nm war flach, wie im Falle von Beispiel 1. Allerdings war eine Oberfläche eines Loches mit einem Durchmesser von 150 nm derart, wie in 6 gezeigt, dass die Schicht (konform) heranwuchs in Übereinstimmung mit der Wandung des Loches, abweichend vom Falle des Beispiels 1. Der Partialdruck-Änderungsindex dient als ein Index, der die Charakteristika von Unterschieden in Wachstumsbedingungen darstellt.
  • Ein Vergleich zwischen Beispiel 1 und Beispiel 3 zeigt, dass die Bedingung, unter der der Partialdruck-Änderungsindex 0,038 beträgt, als effektiver bzw. wirksamer bewertet werden kann, was die Erzeugung einer flachen und glatten Oberfläche anbelangt, als der Fall, in dem der Partialdruck-Änderungsindex 0,0006 beträgt.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden. Jedoch ist die konkrete Struktur bzw. Konfiguration der Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und umfasst Ausgestaltungen oder dergleichen, ohne vom Sinngehalt und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Ausgangsgas-Sammelbehälter 1
    102
    Ausgangsgas-Sammelbehälter 2
    105
    Ventil V1
    106
    Ventil V2
    107
    Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen 1 (HB Gas-Heizeinrichtung 1)
    108
    Einrichtung zum augenblicklichen Erhitzen 2 (HB Gas-Heizeinrichtung 2)
    111
    Reaktionskammer
    112
    Substrat
    113
    Ventil V3
    114
    Ventil V4
    116
    Auslassrohr
    201
    Druckkurve
    301
    Zuführrolle
    302
    Sammelrolle
    303
    Rollenkammer
    312
    Folien- bzw. Filmsubstrat
    412
    Vielzahl von Substraten
    501
    Siliziumwafer-Substrat
    502
    Schutzschicht
    503
    Aluminiumoxid-/Tonerde-Schicht
    504
    Oberfläche 1
    505
    Oberfläche 2

Claims (10)

  1. Ein Schichterzeugungsverfahren zur Erzeugung einer Schicht in einer Schichterzeugungsvorrichtung, umfassend: Sammeleinrichtungen, in denen ein erstes Ausgangsgas bzw. ein zweites Ausgangsgas akkumuliert werden; Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, die das erste Ausgangsgas bzw. das zweite Ausgangsgas erhitzen; und eine Reaktionskammer, in der ein Substrat platziert ist, dessen Temperatur niedriger ist als eine Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen von ersten Gasmolekülarten und von zweiten Gasmolekülarten, indem das erste Ausgangsgas bzw. das zweite Ausgangsgas, die in den jeweiligen Sammeleinrichtungen akkumuliert sind, veranlasst werden, die jeweiligen Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen zu durchlaufen; starkes Erhöhen eines Partialdrucks der ersten Gasmolekülart und eines Partialdrucks der zweiten Gasmolekülart durch Peak-artige Zuführung der ersten Gasmolekülart und der zweiten Gasmolekülart in die Reaktionskammer, in der das Substrat platziert worden ist, deren Druck herabgesetzt worden ist und die eine konstante Kapazität hat; Anregen einer Reaktion der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart durch abwechselnde wiederholte Zuführen der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart zu einer Oberfläche des Substrats; und Erzeugen einer Verbundschicht auf der Oberfläche des Substrats.
  2. Das Schichterzeugungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Ausgangsgas mindestens eines der Elemente umfassend Silizium, Aluminium, Gallium, Titan, Zink und Indium enthält und wobei das zweite Ausgangsgas Wasser, eine wässrige Lösung oder Ammoniak ist.
  3. Das Schichterzeugungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Partialdruck der ersten Gasmolekülart oder der zweiten Gasmolekülart erhöht wird, indem synchronisiert mit einer Zeitdauer, für die geplant ist, dass der Partialdruck des ersten Ausgangsgases oder des zweiten Ausgangsgases stark ansteigt, der Auslass abgesperrt oder einer Auslassgeschwindigkeit verringert wird.
  4. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Oberfläche eines Strömungspfades von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen aus einem Metall besteht, welches zumindest eines der Elemente Ruthenium, Nickel, Platin, Eisen, Chrom, Aluminium oder Tantal umfasst.
  5. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Heiztemperatur von jeder der Einrichtungen zum augenblicklichen Erhitzen von Raumtemperatur bis 700°C erstreckt.
  6. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat ein Folien- bzw. Filmsubstrat ist, welches sich innerhalb der Reaktionskammer bewegt.
  7. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vielzahl von Substraten in der Reaktionskammer bereitgestellt wird.
  8. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei das Substrat ein Siliziumwafer ist.
  9. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei das Substrat ein Kunststoffbehälter ist.
  10. Das Schichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei das Substrat ein Vorrichtungssubstrat ist, auf dem eine organische EL-Vorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung, eine Solarzelle oder ein Strukturmuster ausgebildet ist.
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