(57)【要約】【課題】２種類以上の原料ガスを互いに混合することなく用いる化学的気相成長法で、より迅速に膜が形成できるようにする。【解決手段】基板Ｗの移動方向とは異なる方向に延在し、ガス供給ヘッド１０２のガス供給面に配列されて各々第１ガス，第２ガスを基板Ｗの上に供給する第１ガス吐出部１２１，第２ガス吐出部１２３とを備え、移動している基板Ｗの上に、ガスＡおよびガスＢを、線状に順次に供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の基板が載置される基板載置台と、
この基板載置台の前記基板が載置される面に対向するガス供給面を備えたガス供給ヘッドと、
前記基板載置台と前記ガス供給ヘッドとの少なくとも一方を前記ガス供給面に沿った所定の移動方向に移動させる移動手段と
を少なくとも備え、
前記ガス供給ヘッドは、前記移動方向とは異なる方向に延在して前記ガス供給面に配列され、第１ガス，第２ガスを各々前記基板載置台の上に供給する第１ガス吐出部，第２ガス吐出部とを備える
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成装置において、
前記移動手段は、前記基板載置台を前記移動方向に移動させるものである
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の薄膜形成装置において、
前記第１ガス吐出部と前記第２ガス吐出部との間に配置され、不活性ガスを前記基板載置台の上に供給するバリアガス吐出部を備える
ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
請求項３記載の薄膜形成装置において、
互いに隣り合う前記第１ガス吐出部，バリアガス吐出部，及びおよび第２ガス吐出部の間に配置された排気口と、
この排気口に連通して各ガス吐出部より供給されたガスを前記排気口より排気する排気手段と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタに用いる高品質なゲート絶縁膜などを形成するための薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板の上に形成された薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下”ＴＦＴ”と略す）をスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、高画質の平面ディスプレイとして開発されている。スイッチング素子として用いられているＴＦＴは、耐熱性の低いガラス基板の上に形成されるため、例えばゲート絶縁膜は、高温処理を行わないプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されている。
【０００３】
ところが、ＣＶＤ法により形成される膜は、膜中に多くの結晶欠陥を含んでおり、緻密性が充分でないなど、信頼性があまり高くない。このため、上記ＴＦＴでは、経時的に変化が大きいなど、トランジスタの特性があまり良くないという問題を有していた。
このような問題を解消する技術として、ゲート絶縁膜を原子層成長方法により形成する技術が提案されている（特許文献１，２参照）。原子層成長方法は、形成しようとする膜を構成する各元素の原料を基板に交互に供給することにより、原子層単位で薄膜を形成する技術である。
【０００４】
原子層成長方法では、各元素の原料を供給している間に１層あるいはｎ層だけを表面に吸着させ、余分な原料は成長に寄与させないようにしている。これを、成長の自己停止作用という。原子層成長方法では、例えば３００℃程度と処理の温度を高くする必要が無く、高品質な膜が形成できる。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平１−１７９４２３号公報
【特許文献２】特開平５−１６０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した原子層成長方法では、膜を成長している反応炉の中で各元素の原料ガスの混合を防ぐために、多くのパージ時間を必要とする。このように、２種類以上の原料ガスを、互いに混合することなく用いる必要がある化学的気相成長法では、原料ガスの入れ替えのために多くの時間を必要とするため、膜の形成に多くの時間がかかるという問題があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、２種類以上の原料ガスを互いに混合することなく用いる化学的気相成長法で、より迅速に膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る薄膜形成装置は、処理対象の基板が載置される基板載置台と、この基板載置台の基板が載置される面に対向するガス供給面を備えたガス供給ヘッドと、基板載置台とガス供給ヘッドとの少なくとも一方をガス供給面に沿った所定の移動方向に移動させる移動手段とを少なくとも備え、ガス供給ヘッドは、移動方向とは異なる方向に延在してガス供給面に配列され、第１ガス，第２ガスを各々基板載置台の上に供給する第１ガス吐出部，第２ガス吐出部とを備えるものである。
この装置によれば、基板載置台の上に配置されて移動する基板の上に対し、第１ガスと第２ガスとが各々線状に交互に連続して供給されるので、基板の上においては、第１ガスと第２ガスとが各々順次反応可能な状態となる。従って、例えば、第１ガスが分解することで形成される第１材料の膜と、第２ガスが分解することで形成される第２材料の膜とが、基板の上に順次に交互に積層されていく。
【０００８】
上記薄膜形成装置において、移動手段は、基板載置台を移動方向に移動させるものであればよい。
また、上記薄膜形成装置において、第１ガス吐出部と第２ガス吐出部との間に配置され、不活性ガスを基板載置台の上に供給するバリアガス吐出部を備えることで、第１ガスと第２ガスとの混合を抑制する。また、互いに隣り合う第１ガス吐出部，バリアガス吐出部，及び第２ガス吐出部の間に配置された排気口と、この排気口に連通して各ガス吐出部より供給されたガスを排気口より排気する排気手段を備えることで、第１ガスと第２ガスとの混合を抑制するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明では、移動方向とは異なる方向に延在してガス供給面に配列されて、各々第１ガス，第２ガスを基板載置台の上に供給する第１ガス吐出部，第２ガス吐出部とを備え、例えばこれらに対して基板を移動させるようにした。このことにより、本発明によれば、基板の上に、第１ガスと第２ガスとを交互に連続して供給することが可能となり、２種類以上の原料ガスを互いに混合することなく用いる化学的気相成長法により、従来より迅速に所望の薄膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における薄膜形成装置の構成例を示す模式的な構成図（ａ），一部平面図（ｂ），斜視図（ｃ），及び装置全体の構成例を模式的に示す構成図（ｄ）である。本装置は、まず、処理が行われる成膜チャンバー１０１と、成膜チャンバー１０１内に収容されているガス供給ヘッド１０２と、ガス供給ヘッド１０２のガス供給面に対向するように処理対象の基板Ｗを載置し、ガス供給面に沿って移動させる基板移動部１０３とを備えている。基板Ｗは、例えば、ガラス基板もしくはシリコン単結晶の基板である。
【００１１】
ガス供給ヘッド１０２には、処理対象の基板Ｗに向かってガスＡを供給するガスＡ吐出部１２１、処理対象の基板Ｗに向かってガスＢを供給するガスＢ吐出部１２２、処理対象の基板Ｗに向かってアルゴンなどの不活性なバリアガスを供給するバリアガス吐出部１２３が設けられている。ガスＡ吐出部１２１，ガスＢ吐出部１２２，バリアガス吐出部１２３は、基板Ｗが移動する方向とは異なる垂直な方向に延在するストライプ状に形成されている。例えば、各ガス吐出部には、この延在する方向に、約１０ｃｍにわたって所定の間隔で複数の吐出孔１０２ａが設けられている。また、ガスＡ吐出部１２１，ガスＢ吐出部１２２，バリアガス吐出部１２３は、ガス供給ヘッド１０２のガス供給面に例えば３サイクル配列されている。
【００１２】
ガスＡ吐出部１２１とガスＢ吐出部１２２は、交互に配列され、また、これらの間にバリアガス吐出部１２３が配置されている。ガスＡ吐出部１２１，バリアガス吐出部１２３，ガスＢ吐出部１２２は、０．５〜２．０ｃｍの間隔で配列されていればよい。また、これらのガス吐出部の間に排気口１２４が設けられている。なお、上述では、各ガス吐出部において、１０ｃｍに渡ってガスの吐出孔１０２ａが設けられているようにしたが、これに限るものではない。これらの長さは、処理対象の基板の寸法に合わせて適宜変更すればよい。
【００１３】
各ガスＡ吐出部１２１には、ガスＡ供給部１０４より配管を介してガスＡが供給され、各ガスＢ吐出部１２２には、ガスＢ供給部１０５より配管を介してガスＢが供給され、各バリアガス吐出部１２３には、バリアガス供給部１０６より配管を介してバリアガスが供給される。ガスＡは、例えば、テトライソシアネートシラン（Ｓｉ(ＮＣＯ)4）ガスであり、ガスＢは、例えば、テトラエチルアミン（Ｎ(Ｃ2Ｈ5)3）である。これらの組み合わせにより、基板Ｗの上にＳｉＯ2の膜が形成できる。なお、上述の場合、ガスＡは、約４０℃に加熱することでガス化して用いればよい。
【００１４】
これらガス吐出部の各吐出孔１０２ａより吐出された各ガスは、基板移動部１０３により移動されている処理対象の基板Ｗの表面に供給されて作用した後、排気口１２４よりガス供給ヘッド１０２の内部に取り込まれ、配管を介して真空ポンプなどの排気機構１０７により排気される。また、ガスＡ，ガスＢは、アルゴンなどの不活性なキャリアガスとともに供給される。なお、キャリアガスは、必ず必要なものではない。
【００１５】
図２は、本実施の形態の薄膜形成装置による薄膜形成過程を模式的に示す断面図である。まず、基板Ｗは、ガス供給ヘッド１０２のガス供給面より、１〜２ｍｍ程度離間して対向し、図２の紙面右から左の方向へ、速度５〜２０ｃｍ／秒で移動しているものとする。また、基板Ｗは、例えば１５０℃程度に温度制御されているものとする。例えば、基板載置台をかねる基板移動部１０３に設けられた図示しない温度制御機構により、基板Ｗの温度を制御する。この状態で、各ガス吐出部より各ガスを吐出させ、また、排気口１２４より排気を行う。
【００１６】
また、基板Ｗが配置される成膜チャンバー１０１内は、２〜３Ｐａ程度の圧力とする。なお、ガスＡ，ガスＢの供給流量は、１０〜５００sccmとすれば良く、バリアガスの供給量は１０〜１０００sccmとすればよい。sccmは流量の単位であり０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ3流れることを示す。
【００１７】
ここで、地点２１１と地点２１２との間においては、バリアガスが供給され、また、バリアガスが供給される両側では、ガスが排気されているので、地点２１１で供給されているガスＡと地点２１２で供給されているガスＢとが、基板上で混合されることがない。これらは、地点２１２と地点２１３との間でも同様である。
【００１８】
このように、ガスＡとガスＢとが混合することなく供給されている中で、移動している基板Ｗの上では、地点２１１において基板上に供給されているガスＡによりＳｉ単原子層の薄膜２０１が形成される。また、薄膜２０１の上において、地点２１２において基板上に供給されているガスＢにより酸素単原子層の薄膜２０２が形成される。また、薄膜２０２の上において、地点２１３において基板上に供給されているガスＡによりＳｉ単原子層の薄膜２０３が形成される。
【００１９】
これらの各層の形成が、図２に示していない紙面左側に配置されている各ガス吐出部より吐出される各ガスにより繰り返され、移動している基板Ｗの上に、ガスＡによる薄膜とガスＢによる薄膜とが積層され、ＳｉＯ2の薄膜が形成される。
例えば、図１に示す装置において、基板Ｗの移動を例えば１０往復することで、膜厚１０〜２０ｎｍ程度にＳｉＯ2の薄膜が形成できる。
【００２０】
なお、図１に示す薄膜形成装置では、上述したＳｉＯ2の薄膜に限らず、例えば、酸化アルミニウムの薄膜を形成することも可能である。例えばガスＡがトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の蒸気であり、ガスＢが水蒸気であれば、薄膜２０１，２０３はアルミニウムの単原子層であり、薄膜２０２は酸素の単原子層である。従って、この場合、図１に示す薄膜形成装置によれば、基板Ｗの上に酸化アルミニウムの膜が形成される。なお、ＴＭＡ及び水蒸気は、アルゴンガスをキャリアガスとして供給し、バリアガスにはアルゴンガスを用いればよい。また、基板Ｗは、４００℃程度に加熱してあればよい。
【００２１】
ところで、上述では、基板Ｗを直線的に移動させることで、薄膜を形成するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図３に示すように、円形のウエハ３０１の上に、ガスＡ吐出部３１０，ガスＢ吐出部３２０，バリアガス吐出部３３０を設け、ウエハ３０１を回転させることで、前述と同様に、ウエハ３０１の上に薄膜を形成するようにしてもよい。
また、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように、円形のウエハ４０１の上に、ガスＡ吐出部４１０，ガスＢ吐出部４２０，バリアガス吐出部４３０を設け、ウエハ４０１を回転させることで、前述と同様に、ウエハ４０１の上に薄膜を形成するようにしてもよい。
【００２２】
なお、上述した実施の形態では、ガスＡ吐出部，バリアガス吐出部，ガスＢ吐出部・・・と配列し、各吐出部の間に排気部が配置されているようにしたが、これに限るものではない。ガスＡ吐出部，排気部，ガスＡ吐出部，バリアガス吐出部，ガスＢ吐出部，排気部，ガスＢ吐出部，バリアガス吐出部・・・と配列されているようにしてもよい。
また、上述では、２種類のガスを用いるようにしたが、これに限るものではなく、３種類以上のガスを各々吐出する３種類以上のガス吐出部を、バリアガスと主部を間に挟んで配列するようにしてもよい。
【００２３】
また、上述では、基板を移動させるようにしたが、ガス供給ヘッドを移動させるようにしても良いことは言うまでもない。また、図１の装置では、各ガス供給部の間に排気口１２４を設けるようにしたが、これに限るものではない。ガスＡとガスＢとが基板の上で混合されることなく排気されるように、排気部が設けられていればよい。また、ガスＡとガスＢとが混合されてもよい場合、各ガス供給部の近くに排気部を設ける必要はなく、バリアガスを供給する必要もない。
なおまた、上述では、原子層成長方法を例に説明したが、これに限るものではなく、本発明は、他の化学的気相成長法に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の構成例を示す模式的な構成図（ａ），一部平面図（ｂ），斜視図（ｃ），及び装置全体の構成例を模式的に示す構成図（ｄ）である。
【図２】本実施の形態の薄膜形成装置による薄膜形成過程を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の他の構成例を部分的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における薄膜形成装置の他の構成例を部分的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０１…成膜チャンバー、１０２…ガス供給ヘッド、１０２ａ…吐出孔、１０３…基板移動部、１０４…ガスＡ供給部、１０５…ガスＢ供給部、１０６…バリアガス供給部、１０７…排気機構、１２１…ガスＡ吐出部、１２２…ガスＢ吐出部、１２３…バリアガス吐出部、１２４…排気口、Ｗ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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