JP4410009B2 - CVD reactor - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＶＤ反応炉に関し、更に詳細には、基板に薄膜を形成するための横型のＣＶＤ反応炉に関する。 The present invention relates to a CVD reactor, and more particularly to a horizontal CVD reactor for forming a thin film on a substrate.
気化しにくい固体原料又は液体原料を用いて酸化物等の薄膜を形成するための横型のＣＶＤ反応炉が従来から知られている(特許文献１及び非特許文献１参照)。酸化物の薄膜、は、例えば、絶縁膜又は不揮発性メモリのキャパシタ膜等に使用される。酸化物の一例は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）であり、酸化亜鉛の薄膜は、太陽電池の透明電導膜、ＬＥＤの発光素子又はパワーデバイス等に使用される。以下、図３及び図４を参照して、かかるＣＶＤ反応炉の２つの例を説明する。
2. Description of the Related Art A horizontal CVD reactor for forming a thin film such as an oxide using a solid material or a liquid material that is difficult to vaporize has been known (see
図３は、特許文献１に開示されている横型のＣＶＤ反応炉の概略図である。ＣＶＤ反応炉７０は、縦方向に支持された基板を包囲し且つ基板に対して上流側から下流側に向けて横方向に延びる、原料ガスを流すためのフローチャンネル７２と、フローチャンネル７２の上流側に設けられ、基板Ｓに薄膜を形成するための原料ガスを含む混合ガスを基板Ｓに向かって吐出するガスノズル７４とを有している。薄膜が形成される基板Ｓの面ＳＦとガスノズル７４とは対向している。ガスノズル７４は、所謂、シャワーヘッド型であり、原料ガス等を吐出させるための多数の噴出し孔７６を有している。
原料ガス（チタン及びストロンチウム）、原料ガスを輸送する輸送ガス及び酸素ガスを含む混合ガスを噴出し孔７６から基板Ｓの面ＳＦに向って噴出させる。それにより、原料ガスが基板Ｓにぶつかり、基板Ｓと接触する。原料ガスと基板Ｓとの間の化学反応により、基板Ｓの面ＳＦにチタン酸ストロンチウムの薄膜が形成される。
FIG. 3 is a schematic view of a horizontal CVD reactor disclosed in
A source gas (titanium and strontium), a transport gas that transports the source gas, and a mixed gas containing oxygen gas are ejected from the
図４は、非特許文献１に開示されている横型のＣＶＤ反応炉の概略図である。ＣＶＤ反応炉８０は、横方向に支持された基板Ｓを包囲し且つ基板Ｓに対して上流側から下流側に向けて横方向に延びる、原料ガスを流すためのフローチャンネル８２と、フローチャンネル８２の上流側に設けられた、原料ガスを吐出する原料ガスノズル８４及び酸素ガスを吐出する酸素ガスノズル８６とを有している。
原料ガス（亜鉛）及び原料ガスを輸送する輸送ガス(アルゴン)を含む混合ガスを原料ガスノズル８４から供給し、また、酸素ガスを酸素ガスノズル８６から供給する。酸素ガス雰囲気中、原料ガスノズル８４から供給された原料ガスは、基板Ｓの上面ＳＦと接触する。原料ガスと基板Ｓとの間の化学反応により、基板Ｓの上面ＳＦに酸化亜鉛の薄膜が形成される。
FIG. 4 is a schematic diagram of a horizontal CVD reactor disclosed in Non-Patent
A mixed gas containing a source gas (zinc) and a transport gas (argon) for transporting the source gas is supplied from a
しかしながら、上述した２つの横型のＣＶＤ反応炉では、基板Ｓに形成される薄膜が不均一になることがある。例えば、図３に示したＣＶＤ反応炉では、原料ガス中の原料が凝集して噴出し孔７６に詰まって、原料が基板に均一に吐出されないことがある。また、噴出し孔７６から噴出した原料ガスが基板Ｓにぶつかるときに乱流が形成され、原料ガスの流れが基板Ｓの面ＳＦにわたって不均一になることがある。その結果、基板Ｓに形成される薄膜の厚さ等が不均一になる。
また、図３及び図４に示したＣＶＤ反応炉において、原料が気化しにくいので、輸送ガスに対する原料ガスの割合、即ち、原料ガスの濃度は、気化しやすい原料を使用した場合よりも薄くなる。そのため、原料ガスと基板との間の接触機会が減少し、基板に均一な薄膜を形成するのに十分な原料ガスと基板との接触機会が確保されないことがある。その結果、基板に形成される薄膜の厚さ等が不均一になったり、薄膜の形成が非効率であったりする。
また、原料ガスに含まれるカーボン等の不純物が薄膜に取込まれ、所望の特性、例えば、所望の比抵抗値が得られないことがある。
特に、基板の大面積化が求められる場合、薄膜を、基板の上面全体にわたって均一に且つ不純物を含まずに形成すること、及び、薄膜を効率的に形成することは、更に困難になる。
However, in the two horizontal CVD reactors described above, the thin film formed on the substrate S may be non-uniform. For example, in the CVD reactor shown in FIG. 3, the raw material in the raw material gas may aggregate and clog the
Further, in the CVD reactor shown in FIGS. 3 and 4, since the raw material is hard to vaporize, the ratio of the raw material gas to the transport gas, that is, the concentration of the raw material gas becomes thinner than when the raw material that is easy to vaporize is used. . For this reason, the contact opportunity between the source gas and the substrate is reduced, and there may be a case where the contact opportunity between the source gas and the substrate sufficient to form a uniform thin film on the substrate is not ensured. As a result, the thickness of the thin film formed on the substrate becomes non-uniform, or the formation of the thin film is inefficient.
Further, impurities such as carbon contained in the raw material gas are taken into the thin film, and a desired characteristic, for example, a desired specific resistance value may not be obtained.
In particular, when a large area of the substrate is required, it becomes more difficult to form the thin film uniformly over the entire upper surface of the substrate without containing impurities, and to form the thin film efficiently.
そこで、本発明の第１の目的は、気化しにくい原料を使用して、薄膜を基板の上面にわたってより均一形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができるＣＶＤ反応炉を提供することにある。
更に、本発明の第２の目的は、気化しにくい原料を使用して、薄膜を、不純物をより含まずに且つ基板の上面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができるＣＶＤ反応炉を提供することを目的とする。
Accordingly, a first object of the present invention is to provide a CVD reactor capable of forming a thin film more uniformly over the upper surface of the substrate using a material that is difficult to vaporize, and further capable of forming the thin film efficiently. It is in.
Furthermore, the second object of the present invention is to form a thin film more uniformly over the upper surface of the substrate by using a material that is difficult to vaporize, and more efficiently forming the thin film. An object of the present invention is to provide a CVD reactor capable of performing
上記第１の目的を解決するために、本発明によるＣＶＤ反応炉は、横方向に支持された基板を中心として上流側から下流側に向けて横方向に延びる、原料ガスを流すためのフローチャンネルを有する、基板に薄膜を形成するための横型のＣＶＤ反応炉であって、フローチャンネルの上流側には、原料ガスを吐出する原料ガス供給部と、不活性ガスを吐出する不活性ガス供給部とが設けられ、原料ガス供給部は不活性ガス供給部に対して下方に配置されており、フローチャンネルは、基板に対して上流側に位置する上流側部分を有し、この上流側部分の内側下面は原料ガスを基板の上面に案内するように、基板の上面に連なって延びており、この内側下面と上流側部分の内側上面との間の距離は、基板に近づくにしたがって徐々に減少することを特徴としている。 In order to solve the first object, a CVD reactor according to the present invention includes a flow channel for flowing a source gas, which extends in a lateral direction from an upstream side to a downstream side with a substrate supported in a lateral direction as a center. A horizontal CVD reactor for forming a thin film on a substrate having a source gas supply unit for discharging a source gas and an inert gas supply unit for discharging an inert gas upstream of the flow channel The source gas supply unit is disposed below the inert gas supply unit, and the flow channel has an upstream portion located upstream from the substrate. The inner lower surface extends continuously to the upper surface of the substrate so as to guide the source gas to the upper surface of the substrate, and the distance between the inner lower surface and the inner upper surface of the upstream portion gradually decreases as the substrate is approached. To do It is characterized.
このように構成されたＣＶＤ反応炉においては、原料ガス供給部から供給された原料ガスがフローチャンネルの内側下方を流れ、不活性ガス供給部から供給された不活性ガスがフローチャンネルの内側上方を流れる。それにより、原料ガスの上方向への拡散が防止される。原料ガスは、フローチャンネルの上流側部分の内側下面に案内され、基板の上面に達する。内側上面と内側下面との間の距離が基板に近づくにしたがって徐々に減少しているので、内側上方を流れる不活性ガスは、内側下方を流れる原料ガスを更に下方に押しやる。それにより、原料ガスが基板の上を通過するとき、原料ガスは基板の近くを通過する。
気化しにくい原料を気化させて原料ガスにし、原料ガスを輸送ガスと共にフローチャンネルに吐出した場合、原料ガスの濃度が薄くなる。しかしながら、本発明では、原料ガスの上方向への拡散が防止され、しかも、原料ガスが基板の近くを通過するので、原料ガスと基板との接触機会が増大し、基板に均一な薄膜を形成するのに十分な原料ガスと基板の接触機会を確保できる。その結果、気化しにくい原料を使用しても、薄膜を基板の上面にわたってより均一に形成することができ、高品質な製膜を達成することが可能になる。更に、原料ガスと基板の接触機会が増大するので、原料を薄膜に変換する効率を向上させることができる。
更に、フローチャンネルの内部上方に不活性ガスが流れているので、特に、基板の上の内部上面を汚すこと、即ち、内部上面に原料等が付着して内部上面に凹凸が形成されることを防止することができる。それにより、内部上面に付着した原料等が落下することを防止することができると共に、フローチャンネル内の原料ガスの流れを安定化させることができる。その結果、薄膜を基板の上面にわたってより均一に形成することができる。
本明細書における用語「中心として」は、単に上流側と下流側の基準箇所を指示するための用語であり、例えば、基板は、フローチャンネルの全長の中心に配置される必要はなく、フローチャンネルの上流側の長さと下流側の長さが異なっている場合も本発明に含まれる。
In the CVD reactor configured as described above, the source gas supplied from the source gas supply unit flows inside and below the flow channel, and the inert gas supplied from the inert gas supply unit passes inside and above the flow channel. Flowing. Thereby, upward diffusion of the raw material gas is prevented. The source gas is guided to the lower inner surface of the upstream portion of the flow channel and reaches the upper surface of the substrate. Since the distance between the inner upper surface and the inner lower surface gradually decreases as it approaches the substrate, the inert gas flowing on the inner upper side further pushes the source gas flowing on the inner lower side downward. Thereby, when the source gas passes over the substrate, the source gas passes near the substrate.
When a raw material that is difficult to vaporize is vaporized to form a raw material gas, and the raw material gas is discharged into the flow channel together with the transport gas, the concentration of the raw material gas is reduced. However, in the present invention, upward diffusion of the source gas is prevented, and since the source gas passes near the substrate, the contact opportunity between the source gas and the substrate is increased, and a uniform thin film is formed on the substrate. It is possible to secure a sufficient contact opportunity between the source gas and the substrate. As a result, even if a material that is difficult to vaporize is used, the thin film can be formed more uniformly over the upper surface of the substrate, and high-quality film formation can be achieved. Further, since the contact opportunity between the source gas and the substrate is increased, the efficiency of converting the source material into a thin film can be improved.
Furthermore, since the inert gas flows above the inside of the flow channel, in particular, the inner upper surface on the substrate is soiled, that is, the raw material or the like adheres to the inner upper surface and irregularities are formed on the inner upper surface. Can be prevented. Thereby, it is possible to prevent the raw material and the like adhering to the inner upper surface from falling, and to stabilize the flow of the raw material gas in the flow channel. As a result, the thin film can be formed more uniformly over the upper surface of the substrate.
The term “as a center” in the present specification is simply a term for indicating the upstream and downstream reference points. For example, the substrate does not have to be arranged at the center of the entire length of the flow channel, and the flow channel The case where the upstream length and the downstream length are different is also included in the present invention.
本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態において、好ましくは、基板は水平に支持されており、また、上流側部分の内側下面は、基板の上面に連なって水平方向に真っ直ぐに延びており、上流側部分の内側上面は、基板に近づくにしたがって下方に傾斜している。
このように構成されたＣＶＤ反応炉では、フローチャンネルの内部下方を流れる原料ガスの流れを乱すことなしに、フローチャンネルの内部上方を流れる不活性ガスによって更に下方に押付けられるので、薄膜を基板の上面にわたってよりいっそう均一に形成することができると共に、原料を薄膜に変換する効率を更に向上させることができる。
In the embodiment of the CVD reactor according to the present invention, preferably, the substrate is supported horizontally, and the inner lower surface of the upstream portion extends straight in the horizontal direction to the upper surface of the substrate. The inner upper surface of the portion is inclined downward as it approaches the substrate.
In the CVD reactor configured in this way, the thin film is pushed down by the inert gas flowing in the upper part of the flow channel without disturbing the flow of the raw material gas flowing in the lower part of the flow channel. It can be formed more uniformly over the upper surface, and the efficiency of converting the raw material into a thin film can be further improved.
また、本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態において、好ましくは、フローチャンネルは、基板に対して下流側に位置する下流側部分を有し、この下流側部分は、基板と隣接する部分であって断面積が一定である第１の下流側部分と、この第１の下流側部分から更に下流方向に延びる部分であって断面積が下流方向に向かって増大する第２の下流側部分と、を有する。
このように構成されたＣＶＤ反応炉では、第１の下流側部分において、原料ガス及び不活性ガスは比較的高速で流れる。また、第２の下流側部分の断面積が下流方向に向かって増大するので、第２の下流側部分に流れ込んだ原料ガス及び不活性ガスは、第１の下流側部分に戻りにくい。例えば、基板と原料ガスとが反応した後に反応生成物の粒子が生じたとき、反応生成物の粒子は、第１の下流側部分を通って第２の下流側部分に速やかに移動し、第２の下流側部分から第１の下流側部分への移動が阻止される。それにより、反応性生物の粒子が、基板付近のガスの流れに巻き込まれて、薄膜の中に不純物として混入することを防止することができる。その結果、気化しにくい原料を使用して、薄膜を、不純物をより含まずに且つ基板の上面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができ、本発明の第２の目的が達成される。
Further, in the embodiment of the CVD reactor according to the present invention, preferably, the flow channel has a downstream portion located downstream with respect to the substrate, and the downstream portion is a portion adjacent to the substrate. A first downstream portion having a constant cross-sectional area, and a second downstream portion extending further downstream from the first downstream portion and having a cross-sectional area increasing in the downstream direction. Have.
In the CVD reactor configured as described above, the source gas and the inert gas flow at a relatively high speed in the first downstream portion. Moreover, since the cross-sectional area of the second downstream portion increases in the downstream direction, the source gas and the inert gas that have flowed into the second downstream portion are unlikely to return to the first downstream portion. For example, when reaction product particles are produced after the reaction between the substrate and the source gas, the reaction product particles move quickly through the first downstream part to the second downstream part, The movement from the two downstream portions to the first downstream portion is prevented. Thereby, it is possible to prevent the particles of reactive organisms from being entrained in the gas flow near the substrate and mixed into the thin film as impurities. As a result, it is possible to form the thin film more uniformly over the upper surface of the substrate by using a material that is difficult to vaporize, and further efficiently form the thin film. The purpose of is achieved.
また、本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態において、好ましくは、更に、フローチャンネルの外部上方に設けられ、フローチャンネルの上壁部分を介して基板の上面に紫外線を照射するための紫外線照射部を有し、少なくとも基板の上方のフローチャンネルの上壁部分は石英製である。
このように構成されたＣＶＤ反応炉では、紫外線照射部から照射された紫外線が、石英製のフローチャンネルの上壁部分を通過し、フローチャンネル内のＯ2をＯ3に変える。Ｏ3は、原料ガスに含まれるカーボンをＣＯ2に変える。それにより、原料ガスに含まれるカーボンが不純物として薄膜の中に取込まれることを防止する。その結果、薄膜を、不純物をより含まずに且つ基板の全面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができる。
Further, in the embodiment of the CVD reactor according to the present invention, preferably, an ultraviolet irradiation unit provided on the outside of the flow channel and for irradiating the upper surface of the substrate with ultraviolet rays through the upper wall portion of the flow channel. And at least the upper wall portion of the flow channel above the substrate is made of quartz.
In the CVD reactor configured as described above, the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation section pass through the upper wall portion of the quartz flow channel and change O 2 in the flow channel to O 3 . O 3 changes the carbon contained in the source gas to CO 2 . This prevents carbon contained in the source gas from being taken into the thin film as an impurity. As a result, the thin film can be formed more uniformly over the entire surface of the substrate without containing impurities, and the thin film can be formed efficiently.
また、本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態において、好ましくは、原料ガス供給部は、フローチャンネル内に下流方向に延びるガス供給管を含み、このガス供給管は下流端が閉じられ、また、周面に原料ガスを吐出するための噴出し口を有する。
このように構成されたＣＶＤ反応炉では、ガス供給管の周面に設けられた噴出し口から原料ガスが供給されるので、原料ガスは流れ方向に直接流れず、流れ方向と垂直な方向に吐出される。それにより、原料ガスは、フローチャンネルの幅方向に拡散されやすくなる。特に、噴出し口がフローチャンネルの幅方向に向けられていれば、原料ガスは、効率的に幅方向に拡散される。それにより、原料ガスがフローチャンネルの幅方向に偏って流れることを防止し、原料ガスがフローチャンネルの幅方向に均一に流れることを可能にする。その結果、薄膜を基板の上面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができる。
In the embodiment of the CVD reactor according to the present invention, preferably, the source gas supply unit includes a gas supply pipe extending in the downstream direction in the flow channel, the gas supply pipe being closed at the downstream end, The surface has an ejection port for discharging the source gas.
In the CVD reactor configured as described above, since the source gas is supplied from the ejection port provided on the peripheral surface of the gas supply pipe, the source gas does not flow directly in the flow direction, but in the direction perpendicular to the flow direction. Discharged. Thereby, the source gas is easily diffused in the width direction of the flow channel. In particular, if the outlet is directed in the width direction of the flow channel, the source gas is efficiently diffused in the width direction. Thereby, the source gas is prevented from flowing in the width direction of the flow channel, and the source gas can flow uniformly in the width direction of the flow channel. As a result, the thin film can be formed more uniformly over the upper surface of the substrate, and further, the thin film can be formed efficiently.
また、本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態において、好ましくは、更に、原料ガス供給部と不活性ガス供給部との間をガスの流れ方向に仕切る仕切り壁が設けられている。
このように構成されたＣＶＤ反応炉では、原料ガス供給部から吐出される原料ガスと、不活性ガス供給部から吐出される不活性ガスを上下に分離し、上下方向の拡散を阻止することができる。それにより、原料ガスの拡散が更に防止され、原料ガスと基板との接触機会を増大させる。その結果、気化しにくい原料を使用しても、薄膜を基板の上面にわたってよりいっそう均一に形成することができると共に、原料を薄膜に変換する効率を更に向上させることができる。
Moreover, in the embodiment of the CVD reactor according to the present invention, preferably, a partition wall that partitions the source gas supply unit and the inert gas supply unit in the gas flow direction is further provided.
In the CVD reactor configured as described above, the source gas discharged from the source gas supply unit and the inert gas discharged from the inert gas supply unit can be separated vertically to prevent vertical diffusion. it can. Thereby, the diffusion of the source gas is further prevented, and the contact opportunity between the source gas and the substrate is increased. As a result, even when a raw material that is difficult to vaporize is used, the thin film can be formed more uniformly over the upper surface of the substrate, and the efficiency of converting the raw material into the thin film can be further improved.
本発明によるＣＶＤ反応炉によれば、気化しにくい原料を使用して、薄膜を基板の上面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができる。
更に、本発明によるＣＶＤ反応炉によれば、気化しにくい原料を使用して、薄膜を、不純物をより含まずに且つ基板の上面にわたってより均一に形成し、更に、薄膜を効率的に形成することができる。
According to the CVD reactor of the present invention, it is possible to form a thin film more uniformly over the upper surface of the substrate by using a material that is difficult to vaporize, and to efficiently form the thin film.
Furthermore, according to the CVD reactor of the present invention, a thin film can be formed more uniformly over the upper surface of the substrate by using a material that is difficult to vaporize, and more efficiently forming the thin film. be able to.
以下、図面を参照して、本発明によるＣＶＤ反応炉の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態である横型のＣＶＤ反応炉の概略的な正面断面図であり、図２は、図１のＣＶＤ反応炉のフローチャンネルの線II−IIにおける断面図である。 Hereinafter, embodiments of a CVD reactor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic front sectional view of a horizontal CVD reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the flow channel of the CVD reactor of FIG.
図１に示すように、ＣＶＤ反応炉１は、横方向に延びる管状の反応炉容器２と、反応炉容器２の内部に設けられ、横方向に支持された基板Ｓを中心として上流側から下流側に向けて横方向に延びる、原料ガスを流すためのフローチャンネル４と、フローチャンネル４の上流側に設けられた、原料ガスを吐出する原料ガス供給部６及び不活性ガスを吐出する不活性ガス供給部８と、フローチャンネル４の外部上方に設けられ、フローチャンネル４の上壁部分を介して基板Ｓの上面ＳＦに紫外線を照射するための紫外線照射装置１０とを有している。
As shown in FIG. 1, a
反応炉容器２の上流端部２ａ及び下流端部２ｂはそれぞれ、上流側蓋１２及び下流側蓋１４によって閉鎖されている。下流側蓋１４には、フローチャンネル４内を流れてきた原料ガス及び不活性ガスを排出するための孔１４ａが設けられている。また、反応炉容器２の底面中央部に開口２ｃが設けられ、この開口２ｃは、底蓋１６によって閉鎖されている。反応炉容器２、上流側蓋１２、下流側蓋１４及び底蓋１６は、ステンレスであることが好ましい。また、反応炉容器２には、反応炉容器２内を減圧するための減圧装置（図示せず）が連結されている。
基板Ｓを支持する基板支持部１８が、反応炉容器２の下方から底蓋１６を貫いてフローチャンネル４まで延びている。基板支持部１８は、基板Ｓを水平に支持するサセプタ部１８ａと、このサセプタ部１８ａ介して基板Ｓを加熱するためのヒーター１８ｂを有している。ヒーター１８ｂは、例えば、抵抗加熱式のヒーターである。基盤Ｓの上面ＳＦは、後述するフローチャンネル４の底部に設けられた開口２８を通して、フローチャンネル４の内部に臨んでいる。
The
A
フローチャンネル４は、基板Ｓに対して上流側に位置する上流側部分４ａと、基板に対して下流側に位置する下流側部分４ｂと、基板Ｓを上方から覆うように上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間に位置する中央部分４ｃとを有している。
上流側部分４ａの内側下面２２は、原料ガスを基板Ｓの上面ＳＦに案内するように、基板Ｓの上面ＳＦに連なって延びている。本実施形態では、上流側部分４ａの内側下面２２は、基板Ｓの上面ＳＦに連なって水平方向に真っ直ぐに延びている。また、上流側部分４ａの内側下面２２と内側上面２４との間の距離は、基板Ｓに近づくにしたがって徐々に減少している。本実施形態では、上流側部分４ａの内側上面２４は、基板Ｓに近づくにしたがって下方に傾斜している。上流側部分４ａの幅は、一定であり、上流側部分４ａの断面形状は、矩形である。
中央部分４ｃの底部には、上述したように、基板Ｓの上面ＳＦがフローチャンネル４の内部に臨むように配置された開口２８が設けられている。中央部分４ｃの上壁部分３０は、上流側部分４ａから水平に延びている。上壁部分３０は、紫外線照射装置１０から照射された紫外線を透過させるために、石英製であることが好ましい。中央部分４ｃの幅は、一定であり、その断面形状は、矩形である。
下流側部分４ｂは、基板Ｓと隣接する部分であって断面積が一定である第１の下流側部分４ｄと、この第１の下流側部分４ｄから更に下流方向に延びる部分であって断面積が下流方向に向かって増大する第２の下流側部分４ｅとを有している。第１の下流側部分４ｄ及び第２の下流部分４ｅの底壁部分３２は、基板Ｓの上面ＳＦに連なって水平方向に真っ直ぐに延びている。第１の下流側部分４ｄの上壁部分３４は、中央部分４ｃの上壁部分３０から水平方向に延び、第２の下流側部分４ｅの上壁部分３６は、基板Ｓから遠ざかるにつれて上方に傾斜するように第１の下流側部分４ｄの上壁部分３４から延びている。第１の下流側部分４ｄ及び第２の下流部分４ｅの幅は、一定であり、それらの断面形状は、矩形である。
The flow channel 4 includes an
The inner
As described above, the
The
フローチャンネル４は、更に、下流側部分４ｂから下流側に延びる下流側延長部分４ｆと、上流部分４ａから上流側に延びる上流側延長部分４ｇとを有している。
下流側延長部分４ｆの下流端部４ｈは、下流側蓋１４と間隔をおいている。また、下流側延長部分４ｆを包囲する管状の壁３７が、下流側蓋１４から上流側に延び、下流側延長部分４ｆと間隔をおいている。
上流側延長部分４ｇは、上流側部分４ａから水平に延びる上壁部分３８及び下壁部分４０を有している。上流側延長部分４ｇの上流端部は、上流側蓋１２に連結されている。また、図２に示すように、上流側延長部分４ｇの幅は、基板Ｓに近づくに従って広くなっている。上流側延長部分４ｇは、引続いて説明するように、原料ガス供給部６及び不活性ガス供給部８の一部を構成している。
The flow channel 4 further includes a
The
The
原料ガス供給部６は、不活性ガス供給部８に対して下方に配置されている。また、上流側延長部分４ｇ内には、原料ガス供給部６と不活性ガス供給部８との間をガスの流れ方向に仕切る仕切り壁４４が設けられている。
原料ガス供給部６は、上流側延長部分４ｇの下壁部分４０と仕切り壁４４との間に構成された下側流路４６と、この下側流路４６内に、即ち、フローチャンネル４内に下流方向に延びる原料ガス供給管４８と、原料ガス供給管４８に連結された原料ガス供給装置(図示せず)とを含んでいる。原料ガス供給管４８は、反応炉容器２の外部上流側から上流側蓋１２を貫いて下側流路４６内に延びている。この原料ガス供給管４８は、下流端４８ａが閉じられ、また、周面４８ｂに原料ガスを吐出するための噴出し口５０を有している。本実施形態では、噴出し口３８は、原料ガスがフローチャンネル４の幅方向両側に吐出されるように２つ設けられている。
不活性ガス供給部８は、上流側延長部分４ｇの上壁部分３８と仕切り壁４４との間に構成された上側流路５２と、上壁部分３８に設けられた孔３８ａから上流側に延び、更に上流側蓋１２を貫いて延びる不活性ガス供給管５４と、不活性ガス供給管５４に連結された不活性ガス供給装置(図示せず)とを含んでいる。
The source
The source
The inert gas supply unit 8 extends upstream from an
紫外線照射装置１０は、フローチャンネル４の中央部分４ｃの上方に且つ反応炉容器２の内部に配置されている。紫外線照射装置１０は、例えば、紫外線ランプである。
The
次に、本発明の実施形態であるＣＶＤ反応炉の動作を説明する。
原料ガス供給部６から原料ガスを吐出し、不活性ガス供給部８から不活性ガスを吐出する。実際には、原料ガスだけが原料ガス供給部６から吐出されるわけではなく、原料ガス、原料ガスを輸送する輸送ガス及び酸素ガスが原料ガス供給部６から吐出される。
不活性ガスの吐出を具体的に説明すると、不活性ガス供給管５４から吐出された不活性ガスは、上側流路５２を充たすと共に、フローチャンネル４の上流側延長部分４ｇを下流方向に流れるにつれて幅方向に拡散する。しかしながら、仕切り壁４４が設けられているので、下方への拡散は阻止される。その結果、不活性ガスがフローチャンネル４の内側上方を流れる。
原料ガスの吐出を具体的に説明すると、原料ガス供給管４８の噴出し孔５０から吐出された原料ガスは、下側流路４６を充たすと共に、フローチャンネル４の上流側延長部分４ｇの壁面にぶつかりながら、幅方向に効率的に拡散する。しかしながら、仕切り壁４４が設けられているので、上方への拡散は阻止される。その結果、原料ガスがフローチャンネル４の内側下方を流れる。
原料は、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｕ等の金属を含む化合物であるのが好ましく、例えば、アルキル金属化合物（例えば、(Ｃ2Ｈ5)2Ｚｎ）、アセチルアセトン（ａｃａｃ）錯体化合物（例えば、Ｚｎ(ａｃａｃ)2、Ｐｂ(ａｃａｃ)2、Ｚｒ(ａｃａｃ)4、Ｃｕ(ａｃａｃ)2、）、ジピバロイルメタン（ＤＰＭ）錯体化合物（例えば、Ｚｎ(ＤＰＭ)2）である。輸送ガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ2、Ｎ2、Ｋｒ、Ｘｅである。不活性ガスは、例えば、Ａｒ、Ｎ2、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅである。
Next, the operation of the CVD reactor according to the embodiment of the present invention will be described.
The source gas is discharged from the source
The discharge of the inert gas will be specifically described. The inert gas discharged from the inert
Explaining the discharge of the raw material gas in detail, the raw material gas discharged from the
The raw material is preferably a compound containing a metal such as Zn, Pb, Zr, or Cu. For example, an alkyl metal compound (for example, (C 2 H 5 ) 2 Zn), an acetylacetone (acac) complex compound (for example, Zn (acac) 2 , Pb (acac) 2 , Zr (acac) 4 , Cu (acac) 2 ), and dipivaloylmethane (DPM) complex compounds (for example, Zn (DPM) 2 ). The transport gas is, for example, Ar, He, H 2 , N 2 , Kr, or Xe. The inert gas is, for example, Ar, N 2 , He, Kr, or Xe.
次いで、原料ガスは、フローチャンネル４の上流側部分４ａの内側下面２２に沿って、基板Ｓの上面ＳＦに案内される。また、上流側部分４ａの内側下面２２と内側上面２４との間の距離が基板Ｓに近づくにしたがって徐々に減少しているので、フローチャンネル４の内側上方を流れる不活性ガスは、内側下方を流れる原料ガスを更に下方に押しやる。それにより、原料ガスが基板Ｓの上を通過するとき、原料ガスは基板Ｓの上面ＳＦの近くを通過する。それにより、基板Ｓの上面ＳＦに均一に薄膜を形成するのに十分な原料ガスと基板Ｓとの接触機会が確保される。次いで、原料ガスと基板Ｓとが化学反応して、基板Ｓの上面ＳＦに薄膜が形成される。また、反応性生物の粒子がフローチャンネル４内に放出される。
Next, the source gas is guided to the upper surface SF of the substrate S along the inner
フローチャンネル４の内部上方に不活性ガスが常時流れているので、特に、中央部分４ｃの上壁部分３０の内面に原料等が付着しない。それにより、フローチャンネル４の上壁部分３０の内面は、滑らかなままであり、即ち、原料ガスがフローチャンネル４の内部上方を流れるＣＶＤ反応炉を採用したときにフローチャンネルの上壁部分の内面に形成される凹凸面が、本実施形態では実質的に生じない。従って、上壁部分３０の内面に付着した原料等が落下することが防止されると共に、フローチャンネル４内の原料ガスの流れを安定化させる。
また、紫外線照射装置１０から照射された紫外線が、石英製のフローチャンネル４の中央部分４ｃの上壁部分３０を通過し、フローチャンネル４内のＯ2をＯ3に変える。Ｏ3は、原料ガスに含まれるカーボンをＣＯ2に変える。それにより、原料ガスに含まれるカーボンが不純物として薄膜の中に取込まれる前に、カーボンをＣＯ2に変化させる。
また、基板と原料ガスとの化学反応によって生成された反応生成物の粒子は、速やかに第１の下流側部分４ｄを通過する。第２の下流側部分４ｅの断面積が、基板Ｓから遠ざかるにしたがって増大するので、第２の下流側部分４ｅに流れ込んだ反応生成物の粒子は、第１の下流側部分４ｄに戻りにくい。その結果、反応生成物の粒子は、基板付近のガスの逆流に巻き込まれて薄膜の中に不純物として混入することなしに、下流方向に流れる。
次いで、基板Ｓを通過した原料ガス及び不活性ガスは、下流側蓋１４の孔１４ａから排出される。
Since the inert gas always flows above the inside of the flow channel 4, in particular, the raw material does not adhere to the inner surface of the
Further, the ultraviolet rays irradiated from the
Further, the reaction product particles generated by the chemical reaction between the substrate and the source gas quickly pass through the first
Next, the source gas and the inert gas that have passed through the substrate S are discharged from the
〔実験例〕
次に、本発明によるＣＶＤ反応炉を使用して、透明伝導膜等に用いられるＺｎＯ薄膜を作製した実験例を説明する。
反応炉容器２の材質はステンレスであり、フローチャンネル４の材質は石英である。基板支持部１８のサセプタ部１８ａはインコネル（登録商標）で作られ、抵抗加熱式のヒーター１８ｂを採用した。基板Ｓは、直径３インチのCorning社製７０５９を使用した。
ビスジピバロイルメタナト亜鉛をトルエン溶媒に０．０２ｍｏｌ／ｋｇの濃度で溶解させたＺｎ原料を、液体マスフローコントローラ（図示せず）によって流量を制御しながら、気化器（図示せず）に導入して気化させた。気化させたＺｎ原料と、マスフローコントローラ（図示せず）によって流量を制御しながら供給した酸素（Ｏ2）を、原料ガス供給管４８からフローチャンネル４内に吐出した。また、マスフローコントローラ（図示せず）によって流量を制御しながら供給した不活性ガスであるアルゴンを、不活性ガス供給部８からフローチャンネル４内に吐出した。酸素濃度は、３４％であった。フローチャンネル４内の圧力を１０Ｔｏｒｒに保持し、基板Ｓの温度を６００℃に保持した状態で、１０分間、基板Ｓに薄膜を形成した。
基板Ｓに形成された薄膜をＸ線回折することにより、ＺｎＯの結晶性を確認し、同定した。基板Ｓに形成された薄膜を溶かして量ったＺｎ重量と、Ｚｎ原料の供給量から得られたＺｎ重量とから計算された変換効率は、約１０％であった。また、基板Ｓに形成された薄膜の比抵抗は、４．５Ωｃｍであった。この値は、非特許文献１の図４に記載されている６００℃における比抵抗値約１０Ωｃｍよりも格段に小さく、非特許文献１に記載されている装置を使用して得られた薄膜よりも、本発明によるＣＶＤ反応炉を使用して得られた薄膜に含まれる不純物が格段に少ないことが裏付けられた。
[Experimental example]
Next, an experimental example in which a ZnO thin film used for a transparent conductive film or the like is produced using the CVD reactor according to the present invention will be described.
The reactor vessel 2 is made of stainless steel, and the flow channel 4 is made of quartz. The
Zn raw material in which bisdipivaloylmethanato zinc was dissolved in toluene solvent at a concentration of 0.02 mol / kg was introduced into a vaporizer (not shown) while controlling the flow rate by a liquid mass flow controller (not shown). I was vaporized. The vaporized Zn raw material and oxygen (O 2 ) supplied while controlling the flow rate with a mass flow controller (not shown) were discharged from the raw material
The thin film formed on the substrate S was X-ray diffracted to confirm and identify the crystallinity of ZnO. The conversion efficiency calculated from the Zn weight obtained by melting the thin film formed on the substrate S and the Zn weight obtained from the supply amount of the Zn raw material was about 10%. The specific resistance of the thin film formed on the substrate S was 4.5 Ωcm. This value is much smaller than the specific resistance value of about 10 Ωcm at 600 ° C. described in FIG. 4 of
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
上記実施形態では、フローチャンネル４を水平に設けたけれども、原料ガスが基板Ｓの上面全体にわたって均一に流れれば、フローチャンネル４が傾斜していても良い。
また、上記実施形態では、フローチャンネル４の上流側部分４ａの内側下面２２が水平であるけれども、原料ガスが基板Ｓの上面ＳＦに案内され且つ基板Ｓの上面ＳＦ全体にわたって均一に流れれば、傾斜していても良い。また、例えば、上流側部分４ａの内側下面２２が基板Ｓに近づくにつれて上方に傾斜していれば、上流側部分４ａの内側上面２４は、水平であっても良い。
また、上記実施形態では、フローチャンネル４の断面を矩形としたが、その他任意の断面形状を採用しても良い。更に、フローチャンネル４の内側下面２２及び下壁部分３２が水平方向に延びる等していたが、上壁部分（内側上面）及び下壁部分（内側下面）の傾斜方向は任意である。例えば、上流側部分４ａの内側下面２２は、原料ガスを基板Ｓに均一に案内することができれば、基板Ｓに向って傾斜して延びていても良い。また、上流側部分４ａの内側上面２４は、幅方向に平らであっても良いし、湾曲していても良い。また、第２の下流側部分４ｅの断面形状は、円形、楕円形等であっても良い。
また、フローチャンネル４は、少なくとも紫外線が照射される中央部分４ｃの上壁部分３０が石英製であれば良いので、フローチャンネル４のその他の部分の材料は任意である。
また、上述の実施形態では、紫外線照射装置１０及び下流側部分４ｂを設けたが、薄膜への不純物の混入が許容範囲であれば、それらを省略しても良い。
また、上記実施形態では、原料ガス供給部６と不活性ガス供給部８との間に仕切り壁４４が設けられていたが、原料ガスと不活性ガスが上下方向に多少拡散しても原料ガスの拡散が実質的に防止され、薄膜の均一性又は形成効率が許容範囲内にあれば、仕切り壁４４を省略しても良い。
また、原料ガス供給部６を不活性ガス供給部８のように構成しても良いし、その逆に、不活性ガス供給部８を原料ガス供給部６のように構成しても良い。
また、原料ガス供給管４８の噴出し口５０は、原料ガスを幅方向に拡散させるために幅方向に向けられていることが好ましいが、原料ガスの拡散が防止され、薄膜の均一性又は形成効率が許容範囲内であれば、噴出し口５０が向けられる方向は任意である。例えば、噴出し口５０が上方又は下方に向けられていても良いし、流れ方向に斜めに向けられていても良い。噴出し口５０が上方に向けられている場合には、仕切り壁４４が設けられていることが好ましい。
原料ガス供給管４８及び不活性ガス供給管５４の本数は、１本であっても良いし、複数本であっても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims. Needless to say, these are also included within the scope of the present invention.
In the above embodiment, the flow channel 4 is provided horizontally, but the flow channel 4 may be inclined if the source gas flows uniformly over the entire upper surface of the substrate S.
In the above embodiment, the inner
Moreover, in the said embodiment, although the cross section of the flow channel 4 was made into the rectangle, you may employ | adopt other arbitrary cross-sectional shapes. Furthermore, although the inner
In addition, since the flow channel 4 only needs to have at least the
Moreover, although the
Moreover, in the said embodiment, although the
The source
Further, the
The number of source
１ ＣＶＤ反応炉
２ 反応炉容器
４ フローチャンネル
４ａ 上流側部分
４ｂ 下流側部分
４ｃ 中央部分
４ｄ 第１の下流側部分
４ｅ 第２の下流側部分
６ 原料ガス供給部
８ 不活性ガス供給部
１０ 紫外線照射装置
２２ 内側下面
２４ 内側上面
３０ 上壁部分
４４ 仕切り壁
４８ 原料ガス供給管
４８ａ 下流端
４８ｂ 周面
５０ 噴出し口
Ｓ 基板
ＳＦ 基板の上面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記フローチャンネルの上流側には、原料ガスを吐出する原料ガス供給部と、不活性ガスを吐出する不活性ガス供給部とが設けられ、前記原料ガス供給部は前記不活性ガス供給部に対して下方に配置されており、
前記フローチャンネルは、基板に対して上流側に位置する上流側部分を有し、この上流側部分の内側下面は原料ガスを基板の上面に案内するように、基板の上面に連なって延びており、この内側下面と前記上流側部分の内側上面との間の距離は、基板に近づくにしたがって徐々に減少し、
前記フローチャンネルは、基板に対して下流側に位置する下流側部分を有し、この下流側部分は、基板と隣接する部分であって断面積が一定である第１の下流側部分と、この第１の下流側部分から更に下流方向に延びる部分であって断面積が下流方向に向かって増大する第２の下流側部分と、を有することを特徴とするＣＶＤ反応炉。 A horizontal type CVD reactor for forming a thin film on a substrate, having a flow channel for flowing a raw material gas extending from an upstream side to a downstream side around a substrate supported in a lateral direction. ,
An upstream side of the flow channel is provided with a source gas supply unit that discharges a source gas and an inert gas supply unit that discharges an inert gas, and the source gas supply unit is connected to the inert gas supply unit. Are located below,
The flow channel has an upstream portion located upstream from the substrate, and an inner lower surface of the upstream portion extends continuously from the upper surface of the substrate so as to guide the source gas to the upper surface of the substrate. The distance between the inner lower surface and the inner upper surface of the upstream portion gradually decreases as the substrate is approached ,
The flow channel has a downstream portion located downstream from the substrate, the downstream portion being a portion adjacent to the substrate and having a constant cross-sectional area, A CVD reactor comprising: a second downstream portion that further extends in a downstream direction from the first downstream portion and has a cross-sectional area that increases in the downstream direction .
前記フローチャンネルの上流側には、原料ガスを吐出する原料ガス供給部と、不活性ガスを吐出する不活性ガス供給部とが設けられ、前記原料ガス供給部は前記不活性ガス供給部に対して下方に配置されており、
前記フローチャンネルは、基板に対して上流側に位置する上流側部分を有し、この上流側部分の内側下面は原料ガスを基板の上面に案内するように、基板の上面に連なって延びており、この内側下面と前記上流側部分の内側上面との間の距離は、基板に近づくにしたがって徐々に減少し、
前記原料ガス供給部は、前記フローチャンネル内に下流方向に延びるガス供給管を含み、このガス供給管は下流端が閉じられ、また、周面に原料ガスを吐出するための噴出し口を有することを特徴とするＣＶＤ反応炉。 A horizontal type CVD reactor for forming a thin film on a substrate, having a flow channel for flowing a raw material gas extending from an upstream side to a downstream side around a substrate supported in a lateral direction. ,
An upstream side of the flow channel is provided with a source gas supply unit that discharges a source gas and an inert gas supply unit that discharges an inert gas, and the source gas supply unit is connected to the inert gas supply unit. Are located below,
The flow channel has an upstream portion located upstream from the substrate, and an inner lower surface of the upstream portion extends continuously from the upper surface of the substrate so as to guide the source gas to the upper surface of the substrate. The distance between the inner lower surface and the inner upper surface of the upstream portion gradually decreases as the substrate is approached ,
The source gas supply unit includes a gas supply pipe extending in the downstream direction in the flow channel. The gas supply pipe is closed at the downstream end, and has an outlet for discharging the source gas on the peripheral surface. A CVD reactor characterized by:
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