(57)【要約】【課題】膜厚が均一であり良好な膜質の薄膜を基板に形成する。【解決手段】基板上に原子層からなる薄膜を形成する原子層堆積装置である。内部に基板が配置された成膜容器と、薄膜の原料である液体原料が気化した原料ガスとキャリアガスとを混合した混合気体を成膜容器に供給して原料ガスを基板に吸着させる原料ガス供給部と、基板に吸着した原料ガスの成分と反応して前記原子層を形成する反応ガスを成膜容器に供給する反応ガス供給部と、を備える。原料ガス供給部は、液体原料が貯留され内部で液体原料が気化することで原料ガスを生成する原料タンクと、原料タンクにキャリアガスを供給することで原料ガスとキャリアガスとを原料タンク内で混合させるキャリアガス供給部と、原料ガスとキャリアガスとの混合気体を原料タンクよりも低くかつ成膜容器よりも高い圧力で貯留した後に、混合気体を成膜容器に供給する貯留タンクと、を備える。【選択図】図２
2015073020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に原子層からなる薄膜を形成する原子層堆積装置であって、
内部に基板が配置された成膜容器と、
前記薄膜の原料である液体原料が気化した原料ガスとキャリアガスとを混合した混合気体を前記成膜容器に供給して前記原料ガスを前記基板に吸着させる原料ガス供給部と、
前記基板に吸着した原料ガスの成分と反応して前記原子層を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給する反応ガス供給部と、
を備え、
前記原料ガス供給部は、
前記液体原料が貯留され内部で前記液体原料が気化することで前記原料ガスを生成する原料タンクと、
前記原料タンクにキャリアガスを供給することで前記原料ガスと前記キャリアガスとを前記原料タンク内で混合させるキャリアガス供給部と、
前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合気体を前記原料タンクよりも低くかつ前記成膜容器よりも高い圧力で貯留した後に、前記混合気体を前記成膜容器に供給する貯留タンクと、
を備える、原子層堆積装置。
【請求項２】
前記貯留タンクに貯留される原料ガスの量は、前記基板に１層の前記原子層を形成するのに必要な量以上である、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項３】
前記原料タンクと前記貯留タンクとを接続する配管を開閉する第一バルブと、
前記貯留タンクと前記成膜容器とを接続する配管を開閉する第二バルブと、
前記第一バルブおよび前記第二の開閉を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記原料ガスを前記成膜容器に供給するときに前記第一バルブを閉じると同時に、又は前記第一バルブを閉じた後に前記第二バルブを開き、
前記原料ガスの前記成膜容器への供給を停止するときに前記第二バルブを閉じると同時に、又は前記第二バルブを閉じた後に前記第一バルブを開く、請求項１または２に記載の原子層堆積装置。
【請求項４】
基板上に原子層からなる薄膜を形成する原子層堆積方法であって、
薄膜の原料である液体原料が貯留されるとともに、前記液体原料が気化した原料ガスが生成される原料タンクにキャリアガスを供給することで、前記原料ガスと前記キャリアガスとを前記原料タンク内で混合させるステップと、
前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合気体を貯留タンクに貯留するステップと、
前記混合気体の前記貯留タンクへの供給を停止している間に、前記貯留タンクから前記成膜容器へ前記混合気体を供給し前記成膜容器内に配置された基板に前記原料ガスを吸着させるステップと、
前記混合気体の前記成膜容器への供給を停止した後、前記基板に吸着した原料ガスの成分と反応して前記原子層を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給するステップと、
を繰り返すことを特徴とする原子層堆積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置および原子層堆積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
段差被覆性に優れ、薄膜を均一に形成する技術として、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）が知られている。ＡＬＤ法では、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする２種類のガス（原料ガスおよび反応ガス）を基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成する。ＡＬＤ法では、表面反応の自己停止作用が用いられる。表面反応の自己停止作用とは、原料ガスを供給している間に、１層あるいは数層の原料ガスだけが基板表面に吸着し、余分な原料ガスは成膜に寄与しない作用である。そのため、ＡＬＤ法を用いて原子層単位で繰り返し基板上に薄膜を形成することにより、所望の膜厚の薄膜を形成することができる。
【０００３】
一般的なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して、ＡＬＤ法は段差被覆性と膜厚制御性に優れている。そのため、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成にＡＬＤ法が用いられる。
また、ＡＬＤ法では、３００℃以下の温度で絶縁膜を形成することができる。そのため、液晶ディスプレイなどのようにガラス基板を用いる表示装置において、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成にＡＬＤ法を用いることが行われている。
【０００４】
ところで、近年、製造効率の点から大面積の基板に薄膜を形成することが求められている。基板の面積が大きくなると、基板を収納する成膜容器の容積を大きくする必要がある。また、薄膜の原料となる原料ガスの供給量を増やす必要がある。
【０００５】
ＡＬＤ法では、原料ガスを供給するバルブをパルス的に開き、減圧雰囲気にある成膜容器内に吐出する。液体原料を使用する場合は、気化器によりガス化させる。この原料ガスを用いて薄膜が形成される。
【０００６】
気体の供給が困難な原子層堆積装置や大量の原料供給が必要な原子層堆積装置において、原料の成膜容器への供給量を制御するには、リキッドインジェクションバルブ供給法がある。この方法では、一定時間リキッドインジェクションバルブを開けて液体原料が成膜容器の前段のインジェクタに供給され、液体原料はインジェクタ内で気化して原料ガスとなる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１６７３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、液体原料を成膜容器の前段のインジェクタで気化させる方法においては、インジェクションバルブを１秒以下のパルスで開き、液体原料をインジェクタに供給するため、供給量の安定化が困難であり、液体原料の供給量が所定の供給量よりも増大してしまうという問題を有する。液体は体積あたりの物質量が気体のそれよりも大きいためである。液体原料の供給量が所定の供給量よりも増大すると、インジェクタ内部で液体原料の気化が不十分となり、原料が液体の状態でインジェクタに存在することとなる。インジェクタ内部で原料が液体の状態で存在すると、原料の即時排気が困難となるため、残存する原料が反応ガスと激しく反応し、インジェクタ内部が汚染し、パーティクルが発生するという現象が生じていた。
【０００９】
よって、原料を安定かつ凝縮させずに供給するには、気化器にて液体原料を気化させ、気体の状態の原料ガスをインジェクタに供給する方が望ましい。しかし、気化させた原料ガスのみを成膜容器に供給する場合、原料ガスの成膜容器への供給量は原料ガスの蒸気圧に依存するため、充分な供給量が得られない場合もある。原料ガスの蒸気圧を高めるために加熱すると、原料の熱分解が生じて配管やバルブが汚染されるおそれがある。
【００１０】
また、成膜容器の容積が大きくなると、断熱膨張による原料ガスの温度低下が顕著となり、原料ガスの液化が生じやすくなる。原料ガスが成膜容器内で液化すると、成膜容器の内壁に液体原料の液滴が付着し、パーティクル源となる粉体が成膜容器内に生成されるおそれがあり、膜質が低下するおそれがある。
一方、原料ガスの温度低下を防ぐために原料ガスを加熱すると、原料の熱分解が生じて配管やバルブが汚染されるおそれがある。
【００１１】
本発明は、膜厚が均一であり良好な膜質の薄膜を基板に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、基板上に原子層からなる薄膜を形成する原子層堆積装置であって、
内部に基板が配置された成膜容器と、
前記薄膜の原料である液体原料が気化した原料ガスとキャリアガスとを混合した混合気体を前記成膜容器に供給して前記原料ガスを前記基板に吸着させる原料ガス供給部と、
前記基板に吸着した原料ガスの成分と反応して前記原子層を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給する反応ガス供給部と、
を備え、
前記原料ガス供給部は、
前記液体原料が貯留され内部で前記液体原料が気化することで前記原料ガスを生成する原料タンクと、
前記原料タンクにキャリアガスを供給することで前記原料ガスと前記キャリアガスとを前記原料タンク内で混合させるキャリアガス供給部と、
前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合気体を前記原料タンクよりも低くかつ前記成膜容器よりも高い圧力で貯留した後に、前記混合気体を前記成膜容器に供給する貯留タンクと、
を備える。
【００１３】
前記貯留タンクに貯留される原料ガスの量は、前記基板に１層の前記原子層を形成するのに必要な量以上であることが好ましい。
【００１４】
前記原料タンクと前記貯留タンクとを接続する配管を開閉する第一バルブと、
前記貯留タンクと前記成膜容器とを接続する配管を開閉する第二バルブと、
前記第一バルブおよび前記第二の開閉を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記原料ガスを前記成膜容器に供給するときに前記第一バルブを閉じると同時に、又は前記第一バルブを閉じた後に前記第二バルブを開き、
前記原料ガスの前記成膜容器への供給を停止するときに前記第二バルブを閉じると同時に、又は前記第二バルブを閉じた後に前記第一バルブを開くことが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、基板上に原子層からなる薄膜を形成する原子層堆積方法であって、
薄膜の原料である液体原料が貯留されるとともに前記液体原料が気化した原料ガスが生成される原料タンクにキャリアガスを供給することで、前記原料ガスと前記キャリアガスとを前記原料タンク内で混合させるステップと、
前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合気体を貯留タンクに貯留するステップと、
前記混合気体の前記貯留タンクへの供給を停止している間に、前記貯留タンクから前記成膜容器へ前記混合気体を供給し前記成膜容器内に配置された基板に前記原料ガスを吸着させるステップと、
前記混合気体の前記成膜容器への供給を停止した後、前記基板に吸着した原料ガスの成分と反応して前記原子層を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給するステップと、
を繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の原子層堆積装置によれば、液体原料が気化した原料ガスとキャリアガスとを混合した混合気体を貯留タンクに貯留してから成膜容器に供給することで、充分な量の原料ガスを供給することができる。また、混合気体の流速を充分に大きくすることができ、原料ガスを確実にパージすることで膜厚の異常やパーティクルの生成を防ぐことができる。このため、膜厚が均一であり良好な膜質の薄膜を基板に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の原子層堆積装置の一例を示す概略図である。
【図２】原子層堆積装置の原料ガス供給部の一例を示す概略図である。
【図３】実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】基板の上に薄膜が形成される工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施形態＞
（原子層堆積装置の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の原子層堆積装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の原子層堆積装置１０の一例を示す概略構成図である。本実施形態の原子層堆積装置１０は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板Ｓ上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させることもできる。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。特に、本実施形態では、常温・常圧で液体である原料を用いて薄膜を形成する。
本実施形態の原子層堆積装置１０は、成膜容器２０と、排気部４０と、高周波電源５０と、制御部５２と、原料ガス供給部７０と、反応ガス供給部８０と、パージガス供給部９０と、を備える。
【００１９】
成膜容器２０は、真空チャンバ３０と、インジェクタ６０と、を備える。
まず、真空チャンバ３０について説明する。真空チャンバ３０は、支持部３２と、上側電極３６と、下側電極３８と、を備える。支持部３２の上面には下側電極３８が設けられている。ここで、下側電極３８は接地されている。基板Ｓは、真空チャンバ３０の下方から支持部３２を貫通するリフトピン４４によって支持される。リフトピン４４は昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６がリフトピン４４を下方向に移動させることにより、基板Ｓは下側電極３８の上に載置される。
また、支持部３２の内部には加熱ヒータ３４が設けられており、加熱ヒータ３４により基板Ｓの温度を調整することができる。例えば、プラズマＡＬＤの場合、基板Ｓを５０〜２００℃に加熱する。
【００２０】
上側電極３６は基板Ｓの上方に設けられ、高周波電源５０と接続されている。高周波電源５０が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマが生成される。
また、高周波電源５０は制御部５２と接続されている。高周波電源５０が上側電極３６に高周波電流を供給するタイミングは、制御部５２により制御される。
【００２１】
制御部５２には、膜厚計測装置５６および膜質計測装置５７が接続されている。
膜厚計測装置５６は、基板Ｓ上に形成された薄膜の厚さを計測し、計測情報を制御部５２へ入力する。膜厚の計測は、例えば反射率分光法（光干渉法）等により、基板の外周部の４点および中央部の１点において行うことができる。
膜質計測装置５７は、基板Ｓ上に形成された薄膜の膜質を計測し、計測情報を制御部５２へ入力する。膜質の計測は、基板の外周部の４点および中央部の１点において、例えば薄膜の屈折率を計測することにより行う。例えば、屈折率が高ければ緻密な薄膜であると評価できる。
なお、本実施形態では、膜厚計測装置５６を真空チャンバ３０の外部に設け、成膜後、真空チャンバ３０から取り出された基板Ｓ上の薄膜の厚さを計測する。また、膜厚計測装置５６を真空チャンバ３０の内部に設け、真空チャンバ３０内の基板Ｓ上に成膜された薄膜の厚さを計測してもよい。
制御部５２は、制御信号を生成して、原料ガスバルブ７８、反応ガスバルブ８４、排気バルブ５４、パージガスバルブ９４に制御信号を供給する。
【００２２】
次に、インジェクタ６０について説明する。インジェクタ６０は、原料ガスおよび反応ガスを真空チャンバ３０内に供給する。インジェクタ６０には、水平方向（図１の紙面に垂直な方向）に細長い原料ガス供給口６２と、水平方向に細長い反応ガス供給口６４と、水平方向に細長いパージガス供給口６６と、が形成されている。原料ガス供給部７０から供給される原料ガスは、原料ガス供給口６２を通って、成膜容器２０の内部に供給される。また、反応ガス供給部８０から供給される反応ガスは、反応ガス供給口６４を通って、成膜容器２０の内部に供給される。また、パージガス供給部９０から供給される反応ガスは、パージガス供給口６６を通って、成膜容器２０の内部に供給される。
【００２３】
排気部４０は、排気管４２を介して成膜容器２０（真空チャンバ３０）内に供給された原料ガス、反応ガス、パージガスを排気する。排気部４０は、例えば、ドライポンプである。
排気管４２は、真空チャンバ３０に設けられた排気口と接続されている。また、排気管４２には、排気バルブ５４が設けられている。排気バルブ５４の開閉度および開閉のタイミングは、制御部５２により制御される。排気バルブ５４が、制御部５２の制御信号に応じて所定の開度で開くことで、真空チャンバ３０内のガスが排気管４２を通じて排気部４０により排気される。
排気部４０が真空チャンバ３０内を排気することにより、原料ガス、反応ガス、パージガスが真空チャンバ３０内に供給されても、真空チャンバ３０内の真空度は、１０Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００２４】
次に、原料ガス供給部７０について説明する。図２は原料ガス供給部７０の一例を示す概略構成図である。原料ガス供給部７０は、液体原料貯蔵部７１と、貯留タンク７２と、キャリアガス供給部７３と、第一バルブＶ１、第二バルブＶ２と、を備える。
液体原料貯蔵部７１は、薄膜の形成に用いられる液体原料を貯蔵する。液体原料貯蔵部７２に貯蔵される液体原料は、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）、ＴＥＭＡＺ（テトラキスエチルメチルアミノ・ジルコニウム）、ＴＥＭＡＨ（テトラキスエチルメチルアミノ・ハフニウム）である。液体原料貯蔵部７１には、キャリアガス供給部７３からキャリアガスが供給され、内部で液体原料が気化した原料ガスと、キャリアガスとが混合される。液体原料貯蔵部７１には、内部の圧力を計測する圧力計Ｐ１が設けられている。
【００２５】
貯留タンク７２は、第一バルブＶ１の設けられた配管で液体原料貯蔵部７１と接続されるとともに、第二バルブＶ２の設けられた配管でインジェクタ６０と接続されている。貯留タンク７２には、第一バルブＶ１が開いているときに、液体原料貯蔵部７１で混合された原料ガスと、キャリアガスとの混合気体が供給される。また、第二バルブＶ２が開いているときには、貯留タンク７２内の混合気体がインジェクタ６０に供給される。貯留タンク７２には、内部の圧力を計測する圧力計Ｐ２が設けられている。貯留タンク７２からインジェクタ６０への混合気体の供給は、貯留タンク７２内の圧力と、成膜容器２０内の圧力との圧力差によって行なわれる。貯留タンク７２内の圧力は、第二バルブＶ２を開いている間に、最低で成膜容器２０の圧力まで低下する。第二バルブＶ２を開く前後の貯留タンク７２内の圧力差によって貯留タンク７２からインジェクタ６０への混合気体の１回の供給量が定まる。１回の供給量分の混合気体には、基板に１層の前記原子層を形成するのに必要な量以上の原料ガスが含まれる。
【００２６】
キャリアガス供給部７３は、キャリアガス貯蔵部７４と、減圧器（レギュレータ）７５と、バルブＶ３、Ｖ４と、圧力計Ｐ３とを備える。
キャリアガス貯蔵部７４には、キャリアガスが貯蔵されている。キャリアガスは、例えば、Ｎ２ガスや希ガス（例えばＡｒ）などの不活性ガスである。
キャリアガス貯蔵部７４は、配管により液体原料貯蔵部７１と接続されている。この配管には、キャリアガス貯蔵部７４側から順に、減圧器７５、バルブＶ３、圧力計Ｐ３、バルブＶ４が設けられている。
減圧器７５は、キャリアガス貯蔵部７４内のキャリアガスを所定の圧力（例えば、０．１〜０．５ＭＰａ）に減圧してバルブＶ３側に供給する。
なお、キャリアガスとして後述するパージガスを用いてもよく、キャリアガス貯蔵部７４として後述するパージガス貯蔵部９２を用いてもよい。
【００２７】
圧力計Ｐ３は、バルブＶ３とバルブＶ４の間の配管内のキャリアガスの圧力を計測するのに用いる。
バルブＶ３、Ｖ４は、以下のようにして、所定量のキャリアガスを液体原料貯蔵部７１へ供給するのに用いる。
まず、バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ３を開く。
（１）  圧力計Ｐ３によりバルブＶ３とバルブＶ４の間の配管内のキャリアガスの圧力が所定の圧力Ｖａになったことを検出すると、バルブＶ３を閉じ、バルブＶ４を開く。すると、液体原料貯蔵部７１内の圧力はＶａよりも低いため、バルブＶ３とバルブＶ４の間の配管内のキャリアガスが液体原料貯蔵部７１側へ供給される。
（２）  圧力計Ｐ３によりバルブＶ３とバルブＶ４の間の配管内のキャリアガスの圧力が所定の圧力Ｖｂ（Ｖａ＞Ｖｂ）まで低下したことを検出すると、バルブＶ４を閉じ、バルブＶ３を開く。
上記（１）、（２）の手順を繰り返すことで、キャリアガスを微量ずつ液体原料貯蔵部７１へ供給し、液体原料貯蔵部７１内を所望の圧力（例えば、０．１ＭＰａ）にすることができる。
【００２８】
原料ガス供給部７０の各第一バルブＶ１、第二バルブＶ２、バルブＶ３、Ｖ４および圧力計Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は制御部５２と接続されている。制御部５２は第一バルブＶ１、第二バルブＶ２、バルブＶ３、Ｖ４を制御することで、原料ガスの供給量および供給タイミングを制御する。
【００２９】
ここで、原料ガス供給部７０からインジェクタ６０へ原料ガスとキャリアガスの混合気体を供給する方法について説明する。
（３）  まず、第二バルブＶ２、バルブＶ４を閉じた状態で第一バルブＶ１を開き、液体原料貯蔵部７１から貯留タンク７２内に混合気体を供給する。
（４）  次に、貯留タンク７２内の圧力が所定の圧力（例えば、０．０１ＭＰａ）まで上昇したことを検出すると、第一バルブＶ１を閉じる。
（５）  次に、所定のタイミングで第二バルブＶ２を開き、インジェクタ６０へ混合気体を供給する。
（６）  その後、所定のタイミングで第二バルブＶ２を閉じ、インジェクタ６０への混合気体の供給を停止する。
（７）  また、（１）、（２）の手順を繰り返すことで、液体原料貯蔵部７１内を所望の圧力まで上昇させる。
以上の手順を繰り返すことで、原料ガス供給部７０からインジェクタ６０へ原料ガスとキャリアガスの混合気体が供給される。
【００３０】
次に、反応ガス供給部８０について説明する。反応ガス供給部８０は、反応ガス貯蔵部８２と、反応ガスバルブ８４と、を備える。
反応ガス貯蔵部８２は、薄膜の形成に用いられる反応ガスを貯蔵する。反応ガス貯蔵部８２に貯蔵される反応ガスは、例えば、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスである。
反応ガスバルブ８４は、制御部５２と接続されている。反応ガスバルブ８４の開度は制御部５２により制御される。反応ガスバルブ８４は、原料ガスの成膜容器２０内への供給が停止している間に、開き、反応ガスが成膜容器２０内へ供給される。
【００３１】
次に、パージガス供給部９０について説明する。パージガス供給部９０は、パージガス貯蔵部９２と、パージガスバルブ９４と、を備える。
パージガス貯蔵部９２は、Ａｒガスなどのパージガスを貯蔵する。パージガスバルブ９４は、制御部５２と接続されている。パージガスバルブ９４の開度は制御部５２により制御される。
なお、Ｎ２ガスをパージガスとして用いてもよい。反応ガスとしてＮ２ガスを用いる場合には、パージガスの代わりに反応ガスを用い、パージガス供給部９０の代わりに反応ガス供給部８０を用いてもよい。
以上が本実施形態の原子層堆積装置１０の概略構成である。
【００３２】
（原子層堆積方法）
次に、図３、図４を参照して、本実施形態の原子層堆積装置１０を用いた原子層堆積法について説明する。図３は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。また、図４（ａ）〜（ｄ）は、基板Ｓの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
【００３３】
まず、原料ガス供給部７０が成膜容器２０の内部に、キャリアガスとの混合気体として、原料ガスを供給する（ステップＳ１０１）。制御部５２は、第二バルブＶ２を開く制御信号を送り、貯留タンク７２から、成膜容器２０の内部に原料ガスとキャリアガスの混合気体１１０が供給される。
図４（ａ）に示されるように、ステップＳ１０１によって、成膜容器２０の内部に混合気体１１０が供給され、基板Ｓの上に混合気体１１０中の原料ガスが吸着して、吸着層１０２が形成される。
【００３４】
次に、パージガス供給部９０が、成膜容器２０の内部にパージガスを供給する（ステップＳ１０２）。制御部５２は、パージガスバルブ９４を開く制御信号を送り、パージガス貯蔵部９２から、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。例えば、パージガスバルブ９４を０．１秒間開き、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。また、排気部４０が、成膜容器２０の内部の混合ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部４０は、例えば、２秒間、成膜容器２０の内部の混合ガス１１０やパージガス１１２を排気する。このとき、基板Ｓの全領域において混合ガス１１０の流量が均一となるように、排気バルブ５４の開度を調節し、排気部４０が成膜容器２０の内部の気体を排気する。
図４（ｂ）に示されるように、ステップＳ１０２によって、成膜容器２０の内部にパージガス１１２が供給され、混合気体１１０中の基板Ｓの上に吸着していない原料ガスが成膜容器２０からパージされる。なお、パージガス１１２は、混合気体１１０が供給されるとき、同時に供給されてもよい。
【００３５】
次に、反応ガス供給部８０が、成膜容器２０の内部に反応ガスを供給する（ステップＳ１０３）。制御部５２によって制御されるタイミングによって、反応ガスバルブ８４が開放され、反応ガス供給口６４から成膜容器２０の内部に反応ガス１１４が供給される。反応ガス供給部８０は、例えば、１秒間、成膜容器２０の内部に反応ガス１１４を供給する。このとき、基板Ｓの全領域において反応ガス１１４の流量が均一となるように、排気バルブ５４の開度を調節し、排気部４０が成膜容器２０の内部の気体を排気する。
図４（ｃ）に示されるように、ステップＳ１０３によって、成膜容器２０の内部に反応ガス１１４が供給される。
【００３６】
また、高周波電源５０が上側電極３６に所定の周波数の高周波電流を供給し、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生させる（ステップＳ１０４）。高周波電源５０は、例えば、０．２秒間、反応ガス１１４のプラズマを発生させる。高周波電源５０が反応ガス１１４のプラズマを発生させることにより、反応ガス１１４が吸着層１０２と反応し、薄膜層１０４が形成される。
【００３７】
なお、高周波電源５０が反応ガス１１４のプラズマを発生させるタイミングは、反応ガス供給部８０が成膜容器２０の内部に反応ガス１１４を供給するタイミングと同時でもよい。
また、プラズマを発生させることなく、反応ガス１１４が吸着層１０２と反応する場合、ステップＳ１０４は省略することができる。この場合、反応ガス１１４が吸着層１０２と十分に反応するよう、加熱ヒータ３４が基板Ｓを２００〜４００℃に加熱する（熱ＡＬＤ）。
【００３８】
次に、パージガス供給部９０が、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する（ステップＳ１０５）。パージガス供給部９０は、例えば、０．１秒間、成膜容器２０の内部にパージガス１１２を供給する。また、排気部４０が、成膜容器２０の内部の反応ガス１１４やパージガス１１２を排気する。このとき、基板Ｓの全領域において反応ガス１１４の流量が均一となるように、排気バルブ５４の開度を調節し、排気部４０が成膜容器２０の内部の気体を排気する。
図４（ｄ）に示されるように、ステップＳ１０５によって、成膜容器２０の内部にパージガス１１２が供給され、反応ガス１１４が成膜容器２０からパージされる。
【００３９】
以上説明したステップＳ１０１〜Ｓ１０５により、基板Ｓの上に一原子層分の薄膜層１０４が形成される。以下、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層１０４を形成することができる。
なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を所定回数繰り返すごとに膜厚計測装置５６により膜厚を計測し、混合気体の供給量を調節してもよい。
【００４０】
上記ステップＳ１０１において、原料ガスがキャリアガスとの混合気体として成膜容器２０内に供給されるため、その供給量は原料ガスの蒸気圧とキャリアガスの分圧を合わせた混合気体の全圧に応じた速度となる。原料ガスの蒸気圧のみによって原料ガスを成膜容器２０内に供給する場合と比較して、充分な量の原料ガスを供給することができる。
また、混合気体の流速は原料ガスのみの流速と比較して大きいため、成膜容器２０内における原料ガスの滞留時間が小さくなる。このため、原料ガスを確実にパージすることができ、膜厚の異常やパーティクルの生成を防ぐことができる。
【００４１】
また、原料ガスの上記を成膜容器２０に直接供給するのではなく、液体原料貯蔵部７１から貯留タンク７２を介して成膜容器２０に混合気体を供給することで、混合気体の断熱膨張による温度低下を緩和し、原料ガス流速を増大することが可能となるため、原料ガスの液化量の低減や、原料パージ不足を解消することができる。このため、成膜容器２０の内壁に液体原料の液滴が付着することや、反応ガスとの過剰な反応を抑制することが可能となり、パーティクル源となる粉体の生成を防ぐことができる。
【００４２】
＜実施例＞
図１に示すのと同様の成膜装置を用いて、370mm×470mmのＧ２ガラス基板に、ＡｌＯＮの薄膜を形成した。液体原料（Ａｌ源）としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、反応ガスとして酸素および窒素を用いた。
図３に示すのと同様のサイクルを６００回繰り返すことで、ＡｌＯＮの薄膜を形成した。このとき、原料ガスの投入量を過剰（３．４ｍｇ／サイクル）にすることで、膜厚の異常およびパーティクルの発生を促進した。キャリアガスの供給量は１Ｌ／サイクルとした。
【００４３】
成膜の終了後、反射率分光法により、基板の外周部の４点および中央部の１点において膜厚を計測したところ、平均膜厚は１００ｎｍであった。形成された薄膜にパーティクルは観測されなかった。
成膜後、インジェクタ６０の内壁および排気口４２ａの内壁に形成された薄膜の厚さを計測したところ、膜厚は９０ｎｍであった。
【００４４】
＜比較例＞
図１に示すのと同様の成膜装置を用いて、370mm×470mmのＧ２ガラス基板に、ＡｌＯＮの薄膜を形成した。液体原料（Ａｌ源）としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、反応ガスとして酸素および窒素を用いた。
図３に示すのと同様のサイクルを６００回繰り返すことで、ＡｌＯＮの薄膜を形成した。このとき、原料ガスの投入量を過剰（３．４ｍｇ／サイクル）にすることで、膜厚の異常およびパーティクルの発生を促進した。なお、キャリアガスの供給はせず、原料ガスの上記のみを供給した。
【００４５】
成膜の終了後、反射率分光法により、基板の外周部の４点および中央部の１点において膜厚を計測したところ、平均膜厚は１００ｎｍであった。形成された薄膜にパーティクルが観測された。
成膜後、インジェクタ６０の内壁および排気口４２ａの内壁に形成された薄膜の厚さを計測したところ、膜厚は１２５ｎｍであった。
【００４６】
以上、本発明の原子層堆積装置および原子層堆積方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  原子層堆積装置
２０  成膜容器
３０  真空チャンバ
３２  支持部
３４  加熱ヒータ
３６  上側電極
３８  下側電極
４０  排気部
４２  排気管
４４  リフトピン
４６  昇降機構
５０  高周波電源
５２  制御部
５４  排気バルブ
５６  膜厚計測装置
６０  インジェクタ
６２  原料ガス供給口
６４  反応ガス供給口
６６  パージガス供給口
７０  原料ガス供給部
７１  液体原料貯蔵部
７２  貯留タンク
７３  キャリアガス供給部
７４  キャリアガス貯蔵部
７５  減圧器
８０  反応ガス供給部
８２  反応ガス貯蔵部
８４  反応ガスバルブ
９０  パージガス供給部
９２  パージガス貯蔵部
９４  パージガスバルブ
１０２  吸着層
１０４  薄膜層
１１０  混合気体
１１２  パージガス
１１４  反応ガス
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  圧力計
Ｓ  基板
Ｖ１  第一バルブ
Ｖ２  第二バルブ
Ｖ３、Ｖ４  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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