(57)【要約】【課題】基板上への堆積物の堆積レートおよび堆積物の質を向上できる有機金属化学気相成長装置および有機金属化学気相成長方法を提供する。【解決手段】有機金属の昇華ガスを含む原料ガス（１０）と、その原料ガスと処理室（７）内に配置された基板（８）上付近で反応する他の原料ガス（１４）とを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管（３）および内側円筒管（４）を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータ（９）を設ける、あるいは内側円筒管の開口部を外側円筒管の開口部よりも基板側に突出させる。【選択図】    図１
2004363519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上付近で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、
外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータが設けられていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置。
【請求項２】
加熱ヒータが同一の円筒管内部の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項１記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項３】
加熱ヒータが内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項４】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管が外側円筒管であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項５】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上付近で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、
内側円筒管の開口部が外側円筒管の開口部よりも基板側に突出していることを特徴とする有機金属化学気相成長装置。
【請求項６】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管が外側円筒管であることを特徴とする請求項５記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項７】
内側円筒管の開口部が外側円筒管の開口部よりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で突出していることを特徴とする請求項５または６記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項８】
外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータが設けられていることを特徴とする請求項５ないし７いずれかに記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項９】
加熱ヒータが同一の円筒管内部の複数箇所に配置されていることを特徴とする請求項８記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１０】
加熱ヒータが内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部に配置されていることを特徴とする請求項８または９記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１１】
基板上に堆積する物質が酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１ないし１０いずれかに記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１２】
基板上に酸化亜鉛結晶薄膜が成膜されることを特徴とする請求項１１記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１３】
内側円筒管を流通する原料ガスが酸素を含むガスであり、外側の円筒管を流通する原料ガスが亜鉛を含むガスであることを特徴とする請求項１１または１２記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１４】
内側の円筒管を流通する原料ガスが酸素であり、外側の円筒管を流通する原料ガスが亜鉛アセチルアセトナートガスおよび不活性ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項１３記載の有機金属化学気相成長装置。
【請求項１５】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる有機金属化学気相成長方法において、
外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近で円筒管内を流通する原料ガスを加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法。
【請求項１６】
同一の円筒管内部の複数箇所で加熱することを特徴とする請求項１５記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項１７】
内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することを特徴とする請求項１５または１６記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項１８】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを外側円筒管に流通させることを特徴とする請求項１５ないし１７いずれかに記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項１９】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる有機金属化学気相成長方法において、
内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも基板側で、基板上に向けて噴出させることを特徴とする有機金属化学気相成長方法。
【請求項２０】
有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを外側円筒管に流通させることを特徴とする請求項１９記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２１】
内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の距離だけ基板側で、基板上に向けて噴出させることを特徴とする請求項１９または２０記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２２】
外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近で円筒管内を流通する原料ガスを加熱することを特徴とする請求項１９ないし２１いずれかに記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２３】
同一の円筒管内部の複数箇所で加熱することを特徴とする請求項２２記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２４】
内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することを特徴とする請求項２２または２３記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２５】
基板上に堆積する物質が酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１５ないし２４いずれかに記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２６】
基板上に酸化亜鉛結晶薄膜を成膜することを特徴とする請求項２５記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２７】
内側円筒管を流通する原料ガスが酸素を含むガスであり、外側円筒管を流通する原料ガスが亜鉛を含むガスであることを特徴とする請求項２５または２６記載の有機金属化学気相成長方法。
【請求項２８】
内側円筒管を流通する原料ガスが酸素であり、外側円筒管を流通する原料ガスが亜鉛アセチルアセトナートガスおよび不活性ガスの混合ガスであることを特徴とする請求項２７記載の有機金属化学気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、有機金属化学気相成長装置および有機金属化学気相成長方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、基板上への堆積物の堆積レートおよび堆積物の質を向上させることのできる有機金属化学気相成長装置および有機金属化学気相成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
酸化物半導体、とくに酸化亜鉛（ＺｎＯ）結晶薄膜は、透明でありバンドギャップも広くまた直接遷移型の発光機構であるなどさまざまな優れた物性を有しているため、太陽電池などに有用な透明導電膜、短波長可視光・近紫外線発光素子などへの応用が期待されている。
【０００３】
上記の薄膜の成長方法としては、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、スパッタ法、有機金属化学気相成長方法（ＭＯ−ＣＶＤ法：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが知られている。
【０００４】
その中でもＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）は、薄膜材料である有機金属を高温中で他の原料ガスと反応させて基板上に成膜する方法であって、処理室を高真空にする必要がない。そのＭＯ−ＣＶＤ法の中でも、とくに有機金属に亜鉛アセチルアセトナート（Ｚｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２）の昇華ガスを用いる方式は、原料の取り扱いが容易であり、安全性に優れた方式として知られている（特許文献１および２参照）。
【０００５】
ここで図７に、現在使用されている亜鉛アセチルアセトナートを主原料とした有機金属化学気相成長装置の一例を示す。
【０００６】
この有機金属化学気相成長装置（６０）では、加熱炉（図示省略）で昇華させた亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスと不活性ガスからなるキャリアガス（この場合窒素ガス）の混合ガスを原料ガスＡ（６１）として、輸送管（６２）を介して同軸上に外側ノズル体（外側円筒管）（６３）と内側ノズル体（内側円筒管）（６４）が配置されている同軸多筒ノズル体（６５）の外側ノズル体（６３）に導入するのであるが、その際、輸送管（６２）には亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスが輸送途中で輸送管（６２）内で凝縮しないようにするため、保温ヒータ（６６）が設けられている。また、もう一方の酸素ガスからなる原料ガスＢ（６７）を同軸多筒ノズル体（６５）の内側ノズル体（６４）に導入する。
【０００７】
そして、亜鉛アセチルアセトナートの熱分解を促進するために、同軸多筒ノズル体（６５）の外側ノズル体（６３）の外壁には予備加熱ヒータ（６８）が設けられている。なお、この有機金属化学気相成長装置（６０）では、予備加熱ヒータ（６８）により外側ノズル体（６３）の外側から加熱を行うため、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスは外側ノズル体（６３）を流通させる必要がある。
【０００８】
結晶薄膜が成膜される処理チャンバー（処理室）（６９）の内部は、排気ポンプ（図示省略）により排気口（７０）から排気されて数十Ｔｏｒｒに減圧されており、結晶薄膜を被着させるサファイア基板またはパイレックス（登録商標）ガラス基板からなる基板（７１）は予めサセプタ（７２）の上に載置され、サセプタ加熱ヒータ（７３）により４３０〜５５０℃にまで加熱されており、また、サセプタ（７２）はサセプタ回転シャフト（７４）により図示の方向に回転している。
【０００９】
基板（７１）上の付近に同軸多筒ノズル体（６５）の外側ノズル体（６３）および内側ノズル体（６４）のそれぞれの開口部（７５）と（７６）が配置されており、２種類の原料ガスである、亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスとキャリアガス（この場合、窒素ガス）の混合ガスからなる原料ガスＡ（６１）と酸素ガスからなる原料ガスＢ（６７）は、それぞれの開口部（７５）と（７６）より基板（７１）に向かって噴出した直後に亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスと酸素とが反応して、生成した酸化亜鉛（ＺｎＯ）が基板（７１）上に堆積する。
【００１０】
なお、２種類の原料ガスＡ（６１）と原料ガスＢ（６７）は、基板（７１）上に酸化亜鉛が薄膜として堆積するまで、途中の輸送経路を分離しておく必要があり、上記のように外側ノズル体（６３）と内側ノズル体（６４）によりそれらの原料ガスを別個に基板（７１）上の付近まで流通させている。それというのも、途中の輸送経路でそれら原料ガスＡ（６１）と原料ガスＢ（６７）の反応が始まると、基板（７１）上に酸化亜鉛が堆積する前に、原料ガスＡ（６１）と原料ガスＢ（６７）を処理チェンバー（６９）へ導入する配管の内壁に生成物が付着したり中間空間に微粒子状に析出したりし、基板（７１）上での堆積物の堆積レートの低下や、堆積物の質（たとえば堆積膜の膜質）の低下が生じてしまうからである。
【００１１】
以上説明したように、有機金属化学気相成長装置を用いてＺｎＯ薄膜を基板上に成膜するのであるが、その際には原料ガスの亜鉛アセチルアセトナートの熱分解を促進する予備加熱の操作（図７中の予備加熱ヒータ（６８）による加熱）が重要となる。それというのも亜鉛アセチルアセトナートの予備加熱が不十分である場合、酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜の堆積レートが低下してしまうからであり、上記のような原料ガスの加熱方法では十分ではないことからさらに効率的な原料ガスの加熱方法が求められていた。
【００１２】
またさらに、原料ガスが内側円筒管と外側円筒管の開口部（図７中の開口部（７５）と（７６））から噴出した直後に、亜鉛含有原料ガスと酸素ガスとをいかに効率良く反応させ、ＺｎＯ薄膜を基板上に生成・堆積させるかという課題も有していた。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２７６９４３
【特許文献２】
特開２００３−３１８４６
【００１４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、基板上への堆積物の堆積レートおよび堆積物の質を向上させることのできる有機金属化学気相成長装置および有機金属化学気相成長方法を提供することを課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上付近で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータが設けられていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００１６】
第２には、この出願の発明は、第１の発明において、加熱ヒータが同一の円筒管内部の複数箇所に配置されていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００１７】
さらに、第３には、第１または２の発明において、加熱ヒータが内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部に配置されていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００１８】
また、第４には、第１ないし３いずれかの発明において、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管が外側円筒管であることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００１９】
第５には、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上付近で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、内側円筒管の開口部が外側円筒管の開口部よりも基板側に突出していることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２０】
第６には、第５の発明において、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管が外側円筒管であることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２１】
第７には、第５または６の発明において、内側円筒管の開口部が外側円筒管の開口部よりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で突出していることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２２】
第８には、第５ないし７いずれかの発明において、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータが設けられていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２３】
第９には、第８の発明において、加熱ヒータが同一の円筒管内部の複数箇所に配置されていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２４】
第１０には、第８または９の発明において、加熱ヒータが内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部に配置されていることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２５】
第１１には、第１ないし１０いずれかの発明において、基板上に堆積する物質が酸化亜鉛であることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２６】
第１２には、第１１の発明において、基板上に酸化亜鉛結晶薄膜が成膜されることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２７】
第１３には、第１１または１２の発明において、内側円筒管を流通する原料ガスが酸素を含むガスであり、外側の円筒管を流通する原料ガスが亜鉛を含むガスであることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２８】
第１４には、第１３の発明において、内側の円筒管を流通する原料ガスが酸素であり、外側の円筒管を流通する原料ガスが亜鉛アセチルアセトナートガスおよび不活性ガスの混合ガスであることを特徴とする有機金属化学気相成長装置を提供する。
【００２９】
第１５には、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる有機金属化学気相成長方法において、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近で円筒管内を流通する原料ガスを加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３０】
第１６には、第１５の発明において、同一の円筒管内部の複数箇所で加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３１】
第１７には、第１５または１６の発明において、内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３２】
第１８には、第１５ないし１７いずれかの発明において、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを外側円筒管に流通させることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３３】
第１９には、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる有機金属化学気相成長方法において、内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも基板側で基板上に向けて噴出させることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３４】
第２０には、第１９の発明において、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを外側円筒管に流通させることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３５】
第２１には、第１９または２０の発明において、内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の距離だけ基板側で基板上に向けて噴出させることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３６】
第２２には、第１９ないし２１いずれかの発明において、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近で円筒管内を流通する原料ガスを加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３７】
第２３には、第２２の発明において、同一の円筒管内部の複数箇所で加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３８】
第２４には、第２２または２３の発明において、内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００３９】
第２５には、第１５ないし２４いずれかの発明において、基板上に堆積する物質が酸化亜鉛であることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００４０】
第２６には、第２５の発明において、基板上に酸化亜鉛結晶薄膜を成膜することを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００４１】
第２７には、第２５または２６の発明において、内側円筒管を流通する原料ガスが酸素を含むガスであり、外側円筒管を流通する原料ガスが亜鉛を含むガスであることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供する。
【００４２】
第２８には、第２７の発明において、内側円筒管を流通する原料ガスが酸素であり、外側円筒管を流通する原料ガスが亜鉛アセチルアセトナートガスおよび不活性ガスの混合ガスであることを特徴とする有機金属化学気相成長方法をも提供する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００４４】
この出願の発明の有機金属化学気相成長装置は、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになしたものであるが、とくに、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータを設けていることを大きな特徴としている。
【００４５】
上記のように少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータを設けることにより、効率的に亜鉛アセチルアセトナートなどの有機金属の昇華ガスを含む原料ガスの分解を促進することができることから、基板上に反応後の物質を堆積させる堆積レートを向上させることができるのであり、また原料ガスを効率よく予備加熱することができ、従来の有機金属化学気相成長装置に比べて消費電力を低減することができるのである。
【００４６】
そして加熱ヒータを同一の円筒管内部の複数箇所に配置することにより、より確実に予備加熱を行うことができ、さらに堆積レートを向上させることが可能となる。なお、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部を加熱していても、もう一方の原料ガスの流量が大きい場合、ガスの反応が生じる基板上付近のガス温度が低下してしまうという問題が生じるが、加熱ヒータを内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部、とくに開口部付近に配置することで、基板上部のガス温度を低下させることなくそれら原料ガスを反応させることができ、基板上に反応後の物質を良好に堆積させることができるのである。
【００４７】
なおこのとき、たとえば有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管を外側円筒管とすることが好適に行われるが、これまでは外側円筒管の外側から加熱を行っていたため、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管が外側円筒管である必要があったが、本願発明により今まで加熱・制御が困難であった内側円筒管の中のガスの加熱・制御も行えるため内側円筒管に有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流すことも可能となる。
【００４８】
また、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応する他の原料ガスとを、別個に処理室内の基板上付近まで流通させる同軸の外側円筒管および内側円筒管を備え、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板上に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させるようになした有機金属化学気相成長装置において、より効率的な原料ガスの反応・生成を行うには、内側円筒管と外側円筒管の開口部の相対的な位置関係が重要であり、内側円筒管の開口部を外側円筒管の開口部よりも基板側に突出させることで、基板上に堆積する堆積物（たとえば堆積膜）の質（膜質）および堆積レートを向上させることができ、とくに内側円筒管の開口部を外側円筒管の開口部よりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で基板側に突出させることで堆積物の質（膜質）および堆積レートを最適なものとすることができるのである。
【００４９】
また外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近に加熱ヒータを設けることで、さらに効率的に亜鉛アセチルアセトナートなどの有機金属の昇華ガスを含む原料ガスの分解を促進することができ、基板上に反応後の物質を堆積させる堆積レートを向上させることが可能となる。またさらに、加熱ヒータを同一の円筒管内部の複数箇所に配置することにより、より確実に予備加熱を行うことができ、さらに堆積レートを向上させることが可能となり、加熱ヒータを内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部に配置することで、基板上部のガス温度を低下させることなくそれら原料ガスを反応させることができ、基板上に反応後の物質を良好に堆積させることが可能となる。
【００５０】
そして、以上のようなこの出願の発明の有機金属化学気相成長装置は、基板上に酸化亜鉛を堆積させるのに適しており、とくに透明導電膜、短波長可視光・近紫外線発光素子などへの応用が期待される、酸化亜鉛結晶薄膜を成膜するのに適している。
【００５１】
なおこのとき、内側円筒管を流通する原料ガスを、酸素を含むガスとし、外側の円筒管を流通する原料ガスを、亜鉛を含むガスとすることで、良好な酸化亜鉛、とくに酸化亜鉛結晶薄膜を基板上に堆積させることができ、内側円筒管を流通する原料ガスを酸素とし、外側円筒管を流通する原料ガスを亜鉛アセチルアセトナートガスおよび窒素ガスやアルゴンガスといった不活性ガスの混合ガスとするのがより好ましい。
【００５２】
また、この出願の発明の有機金属化学気相成長方法は、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる方法であって、外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近で円筒管内を流通する原料ガスを加熱することで、効率的に亜鉛アセチルアセトナートなどの有機金属の昇華ガスを含む原料ガスの分解を促進することができ、基板上に反応後の物質を堆積させる堆積レートを向上させることができる。
【００５３】
なおこのとき、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを外側円筒管に流通させることが好適に行われるが、もちろん有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを内側円筒管に流通させることも可能である。さらに同一の円筒管内部の複数箇所を加熱することにより、より確実に予備加熱を行うことができ、堆積レートを向上させることが可能となり、内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することによって、基板上付近の原料ガスのガス温度を低下させることがなくなり、基板上に反応後の物質を良好に堆積させることが可能となる。
【００５４】
また、有機金属の昇華ガスを含む原料ガスと、その原料ガスと処理室内に配置された基板上で反応させる他の原料ガスとを、同軸の外側円筒管および内側円筒管により別個に処理室内の基板上付近まで流通させ、外側円筒管および内側円筒管の開口部からそれら原料ガスを基板に向けて噴出させて反応させ、基板上に反応後の物質を堆積させる方法において、原料ガスの効率的な反応・生成を行うには、内側円筒管と外側円筒管の開口部の相対的な位置関係が重要であり、内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも基板側で基板上に向けて噴出させることにより膜質および堆積レートを向上させることができ、とくに内側円筒管を流通するガスを、外側円筒管を流通するガスよりも２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の距離だけ基板側で噴出させることで膜質および堆積レートを最適なものとすることができる。
【００５５】
また外側円筒管および内側円筒管のうち、少なくとも有機金属の昇華ガスを含む原料ガスを流通させる円筒管の内部かつ開口部付近を加熱することで、さらに効率的に亜鉛アセチルアセトナートなどの有機金属の昇華ガスを含む原料ガスの分解を促進することができ、基板上に反応後の物質を堆積させる堆積レートを向上させることが可能となり、また原料ガスを効率よく予備加熱することができる。
【００５６】
またさらに、同一の円筒管内部の複数箇所を加熱することにより、より確実に予備加熱を行うことができ、さらに堆積レートを向上させることが可能となり、内側円筒管および外側円筒管の両円筒管の内部を加熱することで、基板上部のガス温度を低下させることなくそれら原料ガスを反応させることができ、基板上に反応後の物質を良好に堆積させることが可能となる。
【００５７】
そして以上のようなこの出願の発明の有機金属化学気相成長方法は、基板上に酸化亜鉛を堆積させるのに適しており、とくに透明導電膜、短波長可視光・近紫外線発光素子などへの応用が期待される酸化亜鉛結晶薄膜を成膜するのに適している。
【００５８】
なお、そのとき、内側円筒管を流通する原料ガスを、酸素を含むガスとし、外側の円筒管を流通する原料ガスを、亜鉛を含むガスとすることで、良好な酸化亜鉛、とくに酸化亜鉛結晶薄膜を基板上に堆積することができ、内側の円筒管を流通する原料ガスを酸素とし、外側の円筒管を流通する原料ガスを亜鉛アセチルアセトナートガスおよび窒素ガスやアルゴンガスといった不活性ガスの混合ガスとするのがより好ましい。
【００５９】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００６０】
【実施例】
＜実施例１＞
この出願の発明による有機金属化学気相成長方法を行う有機金属化学気相成長装置の一例の断面模式構造図を図１に示す。
【００６１】
図１に示す有機金属化学気相成長装置（１）は、従来の有機金属化学気相成長装置と同様に同軸多筒ノズル体（２）として同軸の外側ノズル体（外側円筒管）（３）および内側ノズル体（内側円筒管）（４）を有し、外側ノズル体（３）および内側ノズル体（４）の開口部（５）と（６）から原料ガスを処理室（７）内の基板（８）に向けて噴出するよう構造になっているが、図１に示す有機金属化学気相成長装置（１）は従来の有機金属化学気相成長装置とは違い、図１の有機金属化学気相成長装置（１）における外側ノズル体（３）内部かつ開口部（６）付近に予備加熱ヒータ（９）が設けられている。
【００６２】
この予備加熱ヒータ（９）により亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスとキャリアガス（この場合窒素ガス（Ｎ２ガス））の混合ガスからなる原料ガスＡ（１０）を効率よく加熱し熱分解を促進させている。予備加熱ヒータ（９）は電流で加熱され、温度調節計（図示省略）により一定温度に制御されている。
【００６３】
図２に予備加熱ヒータ（９）の具体的な構造の一例を示しており、この例では、ステンレススチール製の外皮を持つシース型ヒータ線（１１）を用い、これを適度の隙間を空けて渦巻き状に成形したものを２層構造とし、予備加熱ヒータ（９）を構成した。なお、予備加熱ヒータ（９）の具体的構造は上述の形状・構造のものには限定されるものではない。ガス流に大きな圧力損失を与えず、また原料ガスを汚染することがなければ、種々の形状・構造を有するヒータを予備加熱ヒータとして用いることが可能である。
【００６４】
予備加熱ヒータ（９）による加熱後の原料ガスＡ（１０）の温度は１５０〜３００℃であり、本実施例においては２３０℃とした。
【００６５】
原料ガスＡ（１０）は固体亜鉛アセチルアセトナートの昇華ガスとＮ２キャリアガス（流量１００ｃｃ／分）の混合ガスであり、原料ガスＡ（１０）の輸送管（１２）には輸送中の亜鉛アセチルアセトナートガスが配管内壁に凝縮するのを防止するために保温ヒータ（１３）が装備されており、この輸送管を介して原料ガスＡ（１０）が外側ノズル体（３）に導入される。
【００６６】
原料ガスＢ（１４）は高純度酸素であり、約５００ｃｃ／分の流量を同軸多筒ノズル体（２）の内側ノズル体（４）に供給しており、結晶薄膜を被着させる基板（８）はパイレックス（登録商標）ガラス板であり、サセプタ（１５）の上に載置され、サセプタ加熱ヒータ（１６）により約４８０℃に加熱されている。またサセプタ（１５）はサセプタ回転シャフト（１７）により５０ｒｐｍで図示の方向に回転している。
【００６７】
実際にＺｎＯ薄膜を基板（８）上に成長させるには、まず処理室（７）の内部を、排気ポンプ（図示省略）により排気口（１８）から排気して数十Ｔｏｒｒに減圧し、次いで基板を上記所定温度に加熱する。そして同軸多筒ノズル体（２）を所定流量の原料ガスＡ（１０）、原料ガスＢ（１４）を基板上に供給してＺｎＯ薄膜を堆積させる。本例では１時間の堆積で０．８５μｍの膜厚のＺｎＯ薄膜を得ることができた。
＜実施例２＞
図３は、この出願の発明の有機金属化学気相成長装置の他の実施例の断面模式構造図である。
【００６８】
この例では、原料ガスの予備加熱をさらに確実にするために、外側ノズル体（３）内にガス流方向に２段にわたって予備加熱ヒータ（９）を設置している。この例でも予備加熱ヒータ（９）として実施例１と同様に図２に示すようなシース型ヒータ線（１１）を渦巻き状に成形して２層構造としたものを用い、この予備加熱ヒータ（９）を適度な間隔を置いてガスの上流側と下流側に各１個ずつ設置している。このように複数の予備加熱ヒータ（９）を開口部付近を含めた、外側ノズル体（３）の複数箇所に配置させることにより、より確実に有機金属の昇華ガスを含む原料ガスＡ（１０）を予備加熱することができ、さらに堆積レートを向上させることが可能となった。
＜実施例３＞
図４は、この出願の発明の有機金属化学気相成長装置のさらに他の実施例の断面模式構造図である。
【００６９】
原料ガスＢ（１４）を大流量の条件で使用するような場合には、原料ガスＡ（１０）を予備加熱していても、ガス反応を生じる基板（８）の上部の原料ガスＡ（１０）のガス温度が低下してしまう。そこで本例では、このような不具合を回避するために、原料ガスＢ（１４）が流れる内側ノズル体（４）の内部にも実施例１および２と同様の手法で予備加熱ヒータ（９）を設置している。これにより原料ガスＢ（１４）を大流量の条件で使用する場合においても、基板（８）の上部のガス温度が低下することなく、良好な膜堆積が可能となった。
＜実施例４＞
図５は、この出願の発明の有機金属化学気相成長装置のさらに他の実施例の断面模式構造図である。
【００７０】
図５の有機金属化学気相成長装置においては、内側ノズル体（４）の開口部（６）を外側ノズル体（３）の開口部（５）よりも突出し量ｄで突出している構造としている。なお、図５においては外側ノズル体（３）と内側ノズル体（４）の内径はそれぞれ約５０ｍｍと約８ｍｍである。この例においても、外側ノズル体（３）の内部かつ開口部付近に加熱ヒータ（９）を設けている。
【００７１】
図６に上記内側ノズル体（４）の突出し量ｄが堆積膜厚と膜質にいかに影響するかを示す。図６は堆積膜の成長時間が１時間の場合であり、図中の右側の縦軸はＸ線回折強度（規格化数値、任意目盛）のデータ軸であり、数値が大きいほど堆積膜の膜質が良いことを示している。
【００７２】
図６から明らかなように内側ノズル体（４）の突出し量が極端に小さくなると堆積レートが急減する。また突出し量ｄがある程度以上に大きくなると膜質は低下し始める。どの程度の膜質が要求されるかはその結晶薄膜の用途によるが、本実施例では内側ノズル体（４）の最適な突出し量は２〜１５ｍｍであることを見出し、同軸多筒ノズル体（２）の外側ノズル体（３）の開口部（５）と内側ノズル体（４）の開口部（６）の相対的位置関係が膜質や堆積レートに大きな影響を与えることを見出した。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、基板上への堆積物の堆積レートおよび堆積物の質を向上させることのできる有機金属化学気相成長装置および有機金属化学気相成長方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置の一実施形態を例示した断面図である。
【図２】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置の一実施形態を例示した要部拡大断面図である。
【図３】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置の他の実施形態を例示した断面図である。
【図４】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置のさらに他の実施形態を例示した断面図である。
【図５】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置のさらに他の実施形態を例示した断面図である。
【図６】この出願の発明の有機金属化学気相成長装置の効果を示したグラフである。
【図７】従来の有機金属化学気相成長装置の一実施形態を例示した断面図である。
【符号の説明】
１  有機金属化学気相成長装置
２  同軸多筒ノズル体
３  外側円筒管
４  内側円筒管
５  （外側円筒管の）開口部
６  （内側円筒管の）開口部
７  処理室
８  基板
９  予備加熱ヒータ
１０  原料ガスＡ
１１  シース型ヒータ線
１２  輸送管
１３  保温ヒータ
１４  原料ガスＢ
１５  サセプタ
１６  サセプタ加熱ヒータ
１７  サセプタ回転シャフト
１８  排気口
【図１】
2004363519.tif 000003
【図２】
2004363519.tif 000004
【図３】
2004363519.tif 000005
【図４】
2004363519.tif 000006
【図５】
2004363519.tif 000007
【図６】
2004363519.tif 000008
【図７】
2004363519.tif 000009