(57)【要約】【課題】各反応の反応速度を速くして短時間で成膜することができるＡＬＣＶＤ法による基板処理方法及びＡＬＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】金属又は半金属を含む反応ガスと前記金属又は半金属を含む反応ガスを酸化する酸化剤からなる反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させて、金属又は半金属を前記基板表面に吸着させる種付け反応と、この基板表面に吸着させた金属又は半金属を酸化する酸化反応とを交互に行うことにより前記基板上に前記金属又は半金属の酸化膜を形成する際に、前記基板を加熱又は冷却して前記基板の温度を前記種付け反応と前記酸化反応とで変化させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させることにより前記基板上に膜を形成する際に、前記基板を加熱又は冷却して前記基板の温度を前記反応ガスの種類に応じた特定温度に変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
【請求項２】
金属又は半金属を含む反応ガスと前記金属又は半金属を含む反応ガスを酸化する酸化剤からなる反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させて、金属又は半金属を前記基板表面に吸着させる種付け反応と、この基板表面に吸着させた金属又は半金属を酸化する酸化反応とを交互に行うことにより前記基板上に前記金属又は半金属の酸化膜を形成する際に、前記基板を加熱又は冷却して前記基板の温度を前記種付け反応と前記酸化反応とで変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
【請求項３】
前記酸化反応の前記基板の温度が、前記種付け反応の前記基板の温度よりも５０℃以上高いことを特徴とする請求項２に記載のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
【請求項４】
前記反応ガスとしてトリメチルアルミニウムを用いてアルミニウムを前記基板表面に吸着させる種付け反応と、前記反応ガスとしてオゾンを用いてアルミニウムを酸化する酸化反応とを交互に行うことにより、前記基板上にアルミナ膜を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
【請求項５】
前記基板の温度は、前記種付け反応では２５０〜３５０℃で、前記酸化反応では４００〜６００℃であることを特徴とする請求項４に記載のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
【請求項６】
内部に処理室が形成される反応容器と、前記処理室内に互いに反応しあう２つ以上の反応ガスを１つずつ交互に供給するガス供給手段と、基板を載置する支持台と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記支持台に設けられ前記基板を冷却する冷却手段と、前記加熱手段と前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、前記基板の温度を前記反応ガスの種類に応じた特定温度に変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記冷却手段がペルチエ素子であることを特徴とする請求項６に記載のＡＬＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記加熱手段が、加熱ランプであることを特徴とする請求項６又は７に記載のＡＬＣＶＤ装置。
【請求項９】
前記加熱手段が前記支持台に対向して設けられていることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載のＡＬＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＬＣＶＤ法による基板処理方法及びＡＬＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜技術として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一種であるＡＬＣＶＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  ＣＶＤ）法がある。この方法は、原子層堆積法によるＣＶＤ法であり、基板の載置された反応容器に２つ以上の原料ガスを１つずつ交互に供給して、各原料ガスを１原子層単位で基板表面と反応させる工程を繰り返し行うことによって、基板上に膜を形成するものである（特許文献１参照）。具体的には例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とオゾンとを反応ガスとして用いると、アルミニウムを基板表面に吸着させる種付け反応と、このアルミニウムをオゾンにより酸化する酸化反応との繰返しにより、アルミナ膜を形成することができる。
【０００３】
このように、ＡＬＣＶＤ法では２つ以上の反応ガスを用いて異なる反応を複数回行うが、反応速度を速くするための最適条件は反応ごとに異なるため、反応工程によっては反応速度が遅く、成膜にかかる時間が長いという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６４３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、各反応の反応速度を速くして短時間で成膜することができるＡＬＣＶＤ法による基板処理方法及びＡＬＣＶＤ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、２つ以上の反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させることにより前記基板上に膜を形成する際に、前記基板を加熱又は冷却して前記基板の温度を前記反応ガスの種類に応じた特定温度に変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ法による基板処理方法にある。
かかる第１の態様では、基板の温度を冷却又は加熱することにより反応ガスの種類に応じた特定温度で各反応ガスを反応できるため、各反応の反応速度を速くして短時間で効率よく成膜することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、金属又は半金属を含む反応ガスと前記金属又は半金属を含む反応ガスを酸化する酸化剤からなる反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させて、金属又は半金属を前記基板表面に吸着させる種付け反応と、この基板表面に吸着させた金属又は半金属を酸化する酸化反応とを交互に行うことにより前記基板上に前記金属又は半金属の酸化膜を形成する際に、前記基板を加熱又は冷却して前記基板の温度を前記種付け反応と前記酸化反応とで変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ法による基板処理方法にある。
かかる第２の態様では、基板を冷却又は加熱することにより、種付け反応の温度を種付け反応に最適な温度とし且つ酸化反応の温度を酸化反応に最適な温度することができるため、各反応の反応速度を速くして短時間で効率よく成膜することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様は、前記酸化反応の前記基板の温度が、前記種付け反応の前記基板の温度よりも５０℃以上高いことを特徴とする第２の態様のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法にある。
かかる第３の態様では、酸化反応の温度が高いので、酸化速度が速く短時間で効率よく成膜することができ、また、膜密度の高い膜を形成することができる。
【０００９】
本発明の第４の態様は、前記反応ガスとしてトリメチルアルミニウムを用いてアルミニウムを前記基板表面に吸着させる種付け反応と、前記反応ガスとしてオゾンを用いてアルミニウムを酸化する酸化反応とを交互に行うことにより、前記基板上にアルミナ膜を形成することを特徴とする第２又は３の態様のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法にある。
かかる第４の態様では、短時間で効率よくアルミナ膜を形成することができる。
【００１０】
本発明の第５の態様は、前記基板の温度は、前記種付け反応では２５０〜３５０℃で、前記酸化反応では４００〜６００℃であることを特徴とする第４の態様のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法。
かかる第５の態様では、種付け反応に最適な２５０〜３５０℃で種付け反応を行い、酸化反応に最適な４００〜６００℃で酸化反応を行うため、各反応の反応速度が速くなり短時間で膜密度の高いアルミナ膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の第６の態様は、内部に処理室が形成される反応容器と、前記処理室内に互いに反応しあう２つ以上の反応ガスを１つずつ交互に供給するガス供給手段と、基板を載置する支持台と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記支持台に設けられ前記基板を冷却する冷却手段と、前記加熱手段と前記冷却手段を制御する制御手段とを具備し、前記基板の温度を前記反応ガスの種類に応じた特定温度に変化させることを特徴とするＡＬＣＶＤ装置にある。
かかる第６の態様では、加熱手段と支持台に設けられた冷却手段とで基板の温度を特定温度に変化させることができるため、供給される反応ガスごとに基板の温度を反応に最適な温度に設定することができる。
【００１２】
本発明の第７の態様は、前記冷却手段がペルチエ素子であることを特徴とする第６の態様のＡＬＣＶＤ装置にある。
かかる第７の態様では、冷却手段としてペルチエ素子を用いるので、基板の温度を急速に冷却することができるため、供給される反応ガスに応じて基板の温度をすばやく低下させることができる。
【００１３】
本発明の第８の態様は、前記加熱手段が、加熱ランプであることを特徴とする第６又は７の態様のＡＬＣＶＤ装置にある。
かかる第８の態様では、加熱手段として加熱ランプを用いるので、基板の温度を急速に加熱することができるため、供給される反応ガスに応じて基板の温度をすばやく上昇させることができる。
【００１４】
本発明の第９の態様は、前記加熱手段が前記支持台に対向して設けられていることを特徴とする第６〜８の何れかの態様のＡＬＣＶＤ装置にある。
かかる第９の態様では、加熱手段が支持台に対向して設けられているため、均一に基板を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下に本発明の基板処理方法について、詳細に説明する。
本発明の基板処理方法は、２つ以上の反応ガスを１つずつ交互に基板表面と反応させることにより基板上に膜を形成するＡＬＣＶＤ法によるものであり、基板を加熱又は冷却して基板の温度を反応ガスの種類に応じた特定温度に変化させて、反応ガスの種類に応じて特定の温度で反応ガスを反応させるものである。例えば、基板上に酸化膜を形成する場合は、金属又は半金属を基板表面に吸着させる種付け反応と、この基板表面に吸着させた金属又は半金属を他の反応ガスにより酸化する酸化反応とを交互に行うが、本発明においては、この種付け反応時の基板の温度と、酸化反応時の基板の温度を変化させる。これにより、種付け反応や酸化反応等の反応それぞれに適した特定温度で各反応ガスを反応させることができるため、反応速度が速くなり、短時間で効率よく成膜することができる。
【００１６】
反応ガスとして、第１の反応ガスと、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスの２つを用いて、基板上に膜を形成する場合について、具体的に説明する。
【００１７】
まず、第１の反応ガスを基板上に供給する。これにより、第１の反応ガスの成分が基板表面に吸着して、１原子分の層を形成する。次に、基板上に窒素等のパージガスを供給して、残留している第１の反応ガスを除去する。その後、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスを基板上に供給する。これにより、供給された第２の反応ガスは、基板に吸着した基板表面の第１の反応ガスの成分と反応して１原子分の層を形成する。次いで、基板上に窒素等のパージガスを供給して、残留している第２の反応ガスを除去する。
【００１８】
このような反応を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、基板上に膜を形成する。各反応で形成される層は、ＡＬＣＶＤ法では１原子分となるため、均一な膜厚及び膜質の膜を基板上に形成することができる。基板は平らでも、凹凸があってもよく、深い凹部に成膜することもできる。なお、サイクル数を調整することにより、所定の厚さの膜を形成することができる。
【００１９】
本発明においては、基板を冷却又は加熱することにより、基板の温度を第１の反応ガスの反応時と第２の反応ガスの反応時とで変化させる。このように基板の温度を反応に応じて変化させて各反応に最適な温度とすると、各反応の反応速度を速くできるので、各反応の所要時間を短くすることができる。反応に最適な温度が大きく異なる反応ガスを用いる場合、例えば反応の最適温度が５０℃以上異なる反応ガスを用いる場合に、特に有効である。なお、形成される膜は反応ガスによる１原子分（約１Å）を複数層積層した薄膜なので、基板の温度と反応ガスの反応温度はほぼ等しい。
【００２０】
ここで、第１の反応ガスの反応と第２の反応ガスの反応は、上述したように交互に繰り返されるため、基板の温度も繰り返し上下させることになる。例えば、第１の反応ガスの反応（例えば種付け反応）の温度を３００℃とし、第２の反応ガスの反応（例えば酸化反応）の温度を４５０℃とする場合、基板の温度を３００℃→４５０℃→３００℃→４５０℃→・・・と繰返し上下に変化させる。基板の温度を変化させるための所要時間が短いほうが成膜時間を短くできるため、冷却又は加熱する手段は応答性の良いものであることが好ましい。従って、例えば、冷却手段としてはペルチエ素子が、加熱手段としては加熱ランプが好ましい。
【００２１】
酸化膜を形成する場合、反応ガスとして、金属又は半金属を含むガス及び当該金属又は半金属を酸化する酸化剤からなるガスを用いる。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）膜を形成するためには、反応ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等のアルミニウムを含むガスと、オゾン、Ｈ２Ｏ等の酸化剤ガスを用いる。ＴＭＡとオゾンを用いる場合、基板の温度は、ＴＭＡによる種付け反応は２５０〜３５０℃、オゾンによる酸化反応では４００〜６００℃とすることが好ましい。上記温度範囲で各反応を行うと、反応速度が速く、また、膜密度が高い膜を形成することができる。なお、本発明のＡＬＣＶＤ法による基板処理方法により形成される膜は、アルミナ膜に限定されず、その他、ＳｉＯ２膜や、Ｔａ２Ｏ５膜等、種々の酸化膜を形成することができる。また、Ｓｉ３Ｎ４膜などの酸化膜以外の膜を形成することもできる。
【００２２】
次に、上記の基板処理方法を適用することができる本発明のＡＬＣＶＤ装置を、図１に基づいて説明する。なお、図１は、本発明の一実施形態例に係るＡＬＣＶＤ装置の概略断面図である。
【００２３】
図１に示すように、ＡＬＣＶＤ装置１０は、内部に処理室１１が形成された反応容器としてのチャンバ（例えば石英製）１２に、基板１３を載置する支持台１４がチャンバ１２内の底面近傍に設けられている。そして、この支持台１４は冷却手段１５を有し、さらに、支持台１４には基板１３の温度を検出する温度検出手段１６が設けられている。チャンバ１２の天井部の上側には加熱手段１７が設けられ、チャンバ１２の側面には処理室１１内に複数の反応ガス及びパージガスを選択的に供給するガス供給手段１８と、図示しない真空ポンプにより処理室１１内を排気する排気口１９が設けられている。また、温度検出手段１６により基板１３の温度を検出して冷却手段１５と加熱手段１７とを制御する制御手段２０が、チャンバ１２の外部に設けられている。なお、本実施形態では、冷却手段１５としてペルチエ素子を用い、加熱手段１７として加熱ランプを用いたが、その他の冷却手段又は加熱手段でもよい。
【００２４】
反応ガスとして、第１の反応ガスと、第１の反応ガスと反応する第２の反応ガスの２つを用いた場合を例に、上記ＡＬＣＶＤ装置１０についてさらに詳細に説明する。
【００２５】
まず、第１の反応ガスを、ガス供給手段１８から処理室１１内に供給する。この際に、温度検出手段１６で基板１３の温度を検出し、冷却手段１５及び加熱手段１７を制御手段２０で制御することにより、基板１３の温度を第１の反応ガスの反応（吸着）に最適な温度にする。具体的には、例えば、冷却手段１５の出力を強くし加熱手段１７の出力を弱めることで基板１３の温度を下げる。これにより、処理室１１内に載置された基板１３表面に第１の反応ガスの成分が短時間で吸着して、短時間で１原子分の層が形成される。次に、ガス供給手段１８から窒素等のパージガスを処理室１１内に供給すると共に、残留している第１の反応ガスを排気口１９から排気する。その後、第２の反応ガスを、ガス供給手段１８から処理室１１内に供給する。この際に、温度検出手段１６で基板１３の温度を検出し、冷却手段１５及び加熱手段１７を制御手段２０で制御することにより、基板１３の温度を第２の反応ガスの反応に最適な温度にする。具体的には、例えば、冷却手段１５を弱くし加熱手段１７を強めることで基板１３の温度を上げる。これにより、第２の反応ガスは、基板１３に吸着した基板１３表面の第１の反応ガスの成分と短時間で反応して、短時間で１原子分の層を形成する。次いで、ガス供給手段１８から窒素等のパージガスを処理室１１内に供給すると共に、残留している第２の反応ガスを排気口１９から排気する。なお、残留している未反応の反応ガスを処理室１１から除去した後に他の反応ガスを供給するため、これらの反応ガス同士が処理室１１の気相中で反応することはない。この一連の操作を１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことにより、基板１３上に膜を形成することができる。
【００２６】
このように、加熱手段１７と冷却手段１５を制御することにより、基板１３を特定の温度に変化させて、種付け反応や酸化反応等の反応それぞれに適した特定温度で各反応ガスを反応できるため、各反応の反応速度を速くして短時間で効率よく成膜することができ、また、良好な膜質の膜を形成できる。本実施形態では、冷却手段１５としてペルチエ素子を、加熱手段１７としてランプを用いており、これらは応答性が良いので温度を変化させるためにかかる時間が短くなるため、特に成膜時間を短くできる。
【００２７】
なお、上記では、反応ガスを処理室１１内に供給する際に、基板１３の温度を温度検出手段１６で検出して冷却手段１５及び加熱手段１７を制御して基板１３の温度を供給された反応ガスの反応に適した温度となるようにしたが、基板１３の温度の検出や冷却手段１５、加熱手段１７を制御するタイミングは特に限定されず、反応ガスの反応時に基板１３の温度が当該反応ガスに適した温度となるようにすればよい。例えば、パージガスを処理室１１内供給しながら冷却手段１５及び加熱手段１７を制御して、基板１３の温度を次に供給する反応ガスの反応に適した温度としてもよい。
【００２８】
ここで、試験例に基づき、本発明についてさらに詳述する。
【００２９】
（試験例）
図１に示すＡＬＣＶＤ装置により、ＴＭＡとオゾンを反応ガスとして用いてシリコン基板にアルミナ膜を形成した。具体的には、アルミニウムをシリコン基板表面に吸着させる種付け反応と、基板に吸着したアルミニウムをオゾンにより酸化する酸化反応からなる１サイクルを１０回行って、シリコン基板に２ｎｍのアルミナ薄膜を形成した。その際、酸化反応時と種付け反応時のシリコン基板の温度を同じ３００℃とした場合は、種付け反応に１０秒、酸化反応に１０秒要した。一方、種付け反応時の温度を３００℃、酸化反応の温度を４５０℃とすると、種付け反応は１０秒で酸化反応は５秒となり、成膜にかかる時間が短縮された。また、酸化反応温度が４５０℃と高いので、形成されたアルミナ膜の膜密度も高かった。
【００３０】
本実施形態では枚葉式の装置について説明したが、本発明のＡＬＣＶＤ装置は、枚葉式のものに限定されず、バッチ式のものとしてもよい。また、ガス供給手段１８は各ガスで共通としたが、ガスごとに個別に設けてもよい。また、制御手段２０として、加熱手段１７を制御するものと、冷却手段１５を制御するものとを別々に設けてもよい。さらに、ガス供給手段１８、加熱手段１７、冷却手段１５を有する支持台１４や制御手段２０を設ける位置も特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態に係るＡＬＣＶＤ装置の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ＡＬＣＶＤ装置、  １１  処理室、  １２  チャンバ、  １３  基板、  １４  支持台、  １５  冷却手段、  １６  温度検出手段、  １７  加熱手段、  １８  ガス供給手段、  １９  排気口、  ２０  制御手段
【図１】
2007250845.tif 000002