(57)【要約】【課題】ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる原子層堆積装置を提供する。【解決手段】基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、内部が真空に維持される成膜容器と、成膜容器の内部に配置される加熱部と、成膜容器の開口に取り付け可能な筒状のインジェクタと、インジェクタを介して成膜容器の内部に薄膜の原料である原料ガスを供給する原料ガス供給部と、インジェクタを介して成膜容器の内部に原料ガスと反応して薄膜を形成する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備え、インジェクタは、原料ガスが流れる原料ガス供給口と、反応ガスが流れる反応ガス供給口と、不活性ガスが流れる不活性ガス供給口と、を備え、不活性ガス供給口は、インジェクタと成膜容器との隙間に不活性ガスが流れるように、インジェクタの外表面に設けられていることを特徴とする原子層堆積装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、
内部が真空に維持される成膜容器と、
前記成膜容器の内部に配置される加熱部と、
前記成膜容器の開口に取り付け可能な筒状のインジェクタと、
前記インジェクタを介して前記成膜容器の内部に前記薄膜の原料である原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記インジェクタを介して前記成膜容器の内部に前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備え、
前記インジェクタは、
前記原料ガスが流れる原料ガス供給口と、
前記反応ガスが流れる反応ガス供給口と、
前記不活性ガスが流れる不活性ガス供給口と、を備え、
前記不活性ガス供給口は、前記インジェクタと前記成膜容器との隙間に前記不活性ガスが流れるように、前記インジェクタの外表面に設けられていることを特徴とする原子層堆積装置。
【請求項２】
前記不活性ガス供給口は、更に、前記インジェクタの内表面にも前記不活性ガスが流れるように、前記インジェクタの内表面に設けられている、請求項１に記載の原子層堆積装置。
【請求項３】
前記インジェクタは、前記筒状の内部空間に、前記基板を前記成膜容器に搬入／搬出する際に開閉するゲートバルブを備える、請求項１又は２に記載の原子層堆積装置。
【請求項４】
前記成膜容器と前記インジェクタとが接触する場所にＯリングが配置されて前記成膜容器はシールドされ、前記インジェクタの前記外表面に設けられる前記不活性ガス供給口は、前記Ｏリングによりシールドされた前記成膜容器側に位置する、請求項１乃至３のいずれかに記載の原子層堆積装置。
【請求項５】
前記成膜容器の内部において、前記基板が配置される位置より下流側には防着板が配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の原子層堆積装置。
【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法を用いることが期待されている。
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法を用いることが期待されている。
【０００４】
ＡＬＤ法は、反応の活性化手段の違いにより、熱ＡＬＤ法とプラズマＡＬＤ法とに大別される。熱ＡＬＤ法は、加熱により反応ガスの反応を促進する方法である。また、プラズマＡＬＤ法は、プラズマにより反応ガスの反応を促進する方法である。
【０００５】
ＡＬＤ法により薄膜の形成を繰り返し行うと、成膜容器の内表面にも薄膜が付着する。成膜容器の内表面に付着した薄膜の厚さが厚くなると、堆積した薄膜が剥離し、その一部分がパーティクルとなり、基板上に形成される薄膜の質が劣化する原因となる。そのため、成膜容器の内表面に付着した薄膜を定期的に除去することが好ましい。
【０００６】
成膜容器のクリーニング方法として、ウェットエッチング方法やガスエッチング方法がある。ウェットエッチング方法では、例えば、フッ酸などの液体を用いて、成膜容器の内表面に付着した薄膜を除去する。一方、ガスエッチング方法では、成膜容器の内部にエッチングガスを供給することにより、成膜容器の内表面に付着した薄膜を除去する。
【０００７】
従来、チャンバの内壁に堆積した堆積物を非晶質膜で覆うことにより、チャンバの内壁に堆積した堆積物からのガスの発生を抑制する気相成長装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３５１６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の気相成長装置によればクリーニングの頻度を低減することは可能であるが、チャンバの内壁に堆積した堆積物や堆積物を覆う非晶質膜の厚さが所定の厚さ以上になった場合、ウェットエッチング方法を用いてクリーニングを行う必要がある。
しかし、ウェットエッチング方法では、成膜容器を開放するため、成膜容器が大型になるにつれて、開放作業の手間が大きくなるため、ガスエッチング方法を用いることができる場合は、ガスエッチング方法を用いることが好ましい。
【００１０】
しかし、ガスエッチング方法によりエッチングを行うためには、成膜容器の内壁面の薄膜の付着部分を所定の温度以上に加熱する必要があるが、ヒーターから離れた部分では、必要な加熱温度に達せず、ガスエッチングを行うのが困難になる。そのため、ガスエッチングを行いにくい場所にある程度の量の薄膜が付着した場合、成膜容器を開放してウェットエッチングを行う必要が生じる。
【００１１】
本発明は、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる原子層堆積装置を提供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、本発明の原子層堆積装置は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、内部が真空に維持される成膜容器と、前記成膜容器の内部に配置される加熱部と、前記成膜容器の開口に取り付け可能な筒状のインジェクタと、前記インジェクタを介して前記成膜容器の内部に前記薄膜の原料である原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記インジェクタを介して前記成膜容器の内部に前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを供給する反応ガス供給部と、不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備え、前記インジェクタは、前記原料ガスが流れる原料ガス供給口と、前記反応ガスが流れる反応ガス供給口と、前記不活性ガスが流れる不活性ガス供給口と、を備え、前記不活性ガス供給口は、前記インジェクタと前記成膜容器との隙間に前記不活性ガスが流れるように、前記インジェクタの外表面に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記不活性ガス供給口は、更に、前記インジェクタの内表面にも前記不活性ガスが流れるように、前記インジェクタの内表面に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、前記インジェクタは、前記筒状の内部空間に、前記基板を前記成膜容器に搬入／搬出する際に開閉するゲートバルブを備えることが好ましい。
【００１５】
また、前記成膜容器と前記インジェクタとが接触する場所にＯリングが配置されて前記成膜容器はシールドされ、前記インジェクタの前記外表面に設けられている前記不活性ガス供給口は、前記Ｏリングによりシールドされた前記成膜容器側に位置することが好ましい。
【００１６】
また、前記成膜容器の内部において、前記基板が配置される位置より下流側には防着板が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の原子層堆積装置によれば、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の原子層堆積装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示されるインジェクタの拡大図である。
【図３】図２に示されるインジェクタを右側から見た図である。
【図４】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５】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】
【００１９】
（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、基板Ｓを加熱させることができる。特に、本実施形態では原料ガスとしてＴＭＡ（Tri-Methyl-Alminum）を用い、反応ガスとしてオゾンを用いることにより、アルミナの薄膜を形成する例について説明するが、これに限定されるものではない。
本実施形態の原子層堆積装置１０は、成膜容器２０と、排気部３０と、インジェクタ５０と、原料ガス供給部７０と、反応ガス供給部７２と、不活性ガス供給部７４と、制御部８０と、を備える。
【００２０】
まず、成膜容器２０について説明する。成膜容器２０は、支持部２２と、加熱部２４と、を備える。
基板Ｓは、成膜容器２０の下方から支持部２２を貫通するリフトピン２６によって支持される。リフトピン２６は昇降機構２８によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン２６が基板Ｓを支持した状態で昇降機構２８がリフトピン２６を下方向に移動させることにより、基板Ｓは支持部２２の上に載置される。
また、加熱部２４は、支持部２２の内部に設けられており、加熱部２４により基板Ｓの温度を調整することができる。加熱部２４は、例えば、基板Ｓを５００℃に調整することができる。なお、加熱部２４の温度は、不図示の温度制御部により制御される。
また、成膜容器２０の内部には、支持部２２と成膜容器２０の内壁との間にＯリング３６、３８が設けられている。
【００２１】
排気部３０は、排気管３２を介して、成膜容器２０内に供給された原料ガス、反応ガス、パージガス（不活性ガス）を排気する。排気部３０は、例えば、ドライポンプである。排気部３０が成膜容器２０内を排気することにより、原料ガス、反応ガス、パージガスが成膜容器２０内に供給されても、成膜容器２０内の真空度は、１０Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００２２】
また、基板Ｓが配置される位置より下流側には、防着板３４が配置されている。防着板３４は、成膜容器２０の内壁に薄膜が付着するのを抑制する。防着板３４は、成膜容器２０の内部や排気管３２の内部のうち、加熱部２４により加熱されにくい部分に配置されることが好ましい。
【００２３】
次に、インジェクタ５０について説明する。インジェクタ５０は、成膜容器２０の開口に取り付け可能な筒状のものであり、原料ガスや反応ガスの流れの上流側に位置する。インジェクタ５０の筒状の内部空間は、成膜容器２０へ基板Ｓの搬入／搬出を行うための空間となっている。インジェクタ５０は、原料ガス供給口５２と、反応ガス供給口５４と、不活性ガス供給口５６、５８、６０と、ゲートバルブ６２と、を備える。また、インジェクタ５０は、原料ガス供給部７０、反応ガス供給部７２、不活性ガス供給部７４と接続されている。原料ガスと反応ガスは、インジェクタ５０を介して成膜容器２０の内部に供給される。
【００２４】
ここで、図２及び図３を参照して、インジェクタ５０の構成を詳細に説明する。図２は、図１に示されるインジェクタ５０の拡大図である。図３は、図２に示されるインジェクタ５０を右側から見た図である。
図２及び図３に示されるように、インジェクタ５０には、水平方向に細長い原料ガス供給口５２と、水平方向に細長い反応ガス供給口５４と、が形成されている。図２に示されるように、原料ガス供給口５２と反応ガス供給口５４とは、成膜容器２０の内部に位置する。原料ガス供給部７０から供給される原料ガス（ＴＭＡ）は、原料ガス供給口５２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７２から供給される反応ガス（Ｏ３）は、反応ガス供給口５４を通って、成膜容器２０の内部に供給される。これらの供給口はいずれも細長い開口であるが、複数の円状の開口が水平に列状に並んだ構成であってもよい。
【００２５】
また、図２及び図３に示されるように、インジェクタ５０には、水平方向に細長い不活性ガス供給口５６、５８が形成されている。図２に示されるように、不活性ガス供給口５６、５８は、インジェクタ５０と成膜容器２０との隙間に不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス）が流れるように、インジェクタ５０の外表面に設けられている。また、インジェクタ５０の内表面にも不活性ガスが流れるように、インジェクタ５０の内表面には不活性ガス供給口６０が形成されている。
【００２６】
成膜容器２０とインジェクタ５０との間には隙間がないことが好ましい。しかし、成膜容器２０にインジェクタ５０を取り付け可能とするため、成膜容器２０とインジェクタ５０との間にはわずかに隙間が存在することがある。成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に原料ガスや反応ガスが入り込むと、成膜容器２０とインジェクタ５０との間に薄膜が形成されてしまい、パーティクルの発生原因となり得る。
本実施形態では、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に不活性ガスが流れるように、インジェクタ５０の外表面に不活性ガス供給口５６、５８が形成されているため、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に薄膜が形成されるのを抑制することができる。
【００２７】
また、筒状のインジェクタ５０の内部空間に面する内表面にインジェクタ５０の内表面に原料ガスや反応ガスが入り込むと、インジェクタ５０の内表面に薄膜が形成されていまい、パーティクルの発生原因となり得る。
本実施形態では、インジェクタ５０の内表面に不活性ガスが流れるように、インジェクタ５０の内表面の周りに不活性ガス供給口６０が形成されているため、インジェクタ５０の内表面に薄膜が形成されるのを抑制することができる。なお、図２に示される例では、不活性ガス供給口６０は、インジェクタ５０の上側の内表面と下側の内表面にそれぞれ形成されている。
【００２８】
なお、成膜容器２０とインジェクタ５０との間にはＯリング４０が設けられている。具体的には、インジェクタ５０の外表面に位置する不活性ガス供給口５６、５８がＯリング４０によりシールドされた成膜容器２０の側に位置する。そのため、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間が存在する場合にも、Ｏリング４０により成膜容器２０の内部の気密が保たれる。
【００２９】
図１に戻り、ゲートバルブ６２は、筒状のインジェクタ５０の内部空間の上流側（図１の左側）に配置されている。基板Ｓを成膜容器２０の内部に搬入する際にゲートバルブ６２は開き、基板Ｓを成膜容器２０の内部から搬出する際にゲートバルブ６２は閉じる。
【００３０】
原料ガス供給部７０は、インジェクタ５０を介してＴＭＡなどの原料ガスを成膜容器２０の内部に供給する。
反応ガス供給部７２は、インジェクタ５０を介してＯ３などの反応ガスを成膜容器２０の内部に供給する。
不活性ガス供給部７４は、インジェクタ５０の外表面に設けられた不活性ガス供給口５６、５８や、インジェクタ５０の内表面に設けられた不活性ガス供給口６０から、Ｎ２ガスなどの不活性ガスを供給する。
なお、不活性ガス供給部７４から供給される不活性ガスは、パージガスとしても用いられる。
【００３１】
制御部８０は、原料ガス供給部７０、反応ガス供給部７２、不活性ガス供給部７４と接続されている。
制御部８０は、原料ガス供給部７０が原料ガスを供給するタイミング、反応ガス供給部７２が反応ガスを供給するタイミング、不活性ガス供給部７４が不活性ガスを供給するタイミングをそれぞれ独立に制御する。
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４、図５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方法について説明する。図４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５（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の内部に原料ガスを供給する（ステップＳ１０１）。具体的には、原料ガス供給部７０が原料ガスを供給するように、制御部８０が原料ガス供給部７０を制御する。原料ガス供給部７０は、例えば、０．１秒間、成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する。図５（ａ）に示されるように、ステップＳ１０１によって、成膜容器２０の内部に原料ガス１１０が供給され、基板Ｓの上に原料ガス１１０が吸着して、吸着層１０２が形成される。
【００３４】
また、ステップＳ１０１において、不活性ガス供給部７４がインジェクタ５０の外表面や内表面に不活性ガスを供給する。具体的には、不活性ガス供給部７４が不活性ガスを供給するように、制御部８０が不活性ガス供給部７４を制御する。本実施形態では、ステップＳ１０１のみでなく、後述するステップＳ１０２〜１０４も含めて、不活性ガス供給部７４が常に不活性ガスを供給する。そのため、ステップＳ１０１において、原料ガス供給部７０が成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する際に、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に原料ガスが入り込むのを抑制することができる。
【００３５】
次に、原料ガスの供給を停止し、不活性ガス供給部７４が、成膜容器２０の内部にパージガス（不活性ガス）１１２を供給する（ステップＳ１０２）。不活性ガス供給部７４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３０が成膜容器２０の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。排気部３０は、例えば、２秒間、成膜容器２０の内部の原料ガス１１０やパージガス１１２を排気する。図５（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、基板Ｓの上に吸着していない原料ガス１１０が成膜容器２０からパージされる。
【００３６】
次に、反応ガス供給部７２が、成膜容器２０の内部に反応ガスを供給する（ステップＳ１０３）。具体的には、反応ガス供給部７２が反応ガスを供給するように、制御部８０が反応ガス供給部７２を制御する。反応ガス供給部７２は、例えば、１秒間、成膜容器２０の内部に反応ガスを供給する。図５（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。
【００３７】
また、ステップＳ１０３においても、不活性ガス供給部７４がインジェクタ５０の外表面や内表面に不活性ガスを供給する。そのため、ステップＳ１０３において、不活性ガス供給部７４が成膜容器２０の内部に不活性ガスを供給する際に、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に不活性ガスが入り込むのを抑制することができる。
【００３８】
次に、反応ガスの供給を停止し、不活性ガス供給部７４が、成膜容器２０の内部にパージガス（不活性ガス）１１２を供給する（ステップＳ１０４）。不活性ガス供給部７４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３０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。図５（ｄ）に示されるように、ステップＳ１０４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〜Ｓ１０４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Ｓ１０１〜１０４を所定回数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。
【００４０】
本実施形態の原子層堆積装置１０では、不活性ガス供給部７４から供給された不活性ガスがインジェクタ５０の外表面を流れるため、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に原料ガスや反応ガスが入り込むのを抑制することができる。そのため、成膜容器２０とインジェクタ５０との隙間に薄膜が付着するのを抑制することができる。
【００４１】
また、原料ガスとしてＴＭＡを用い、反応ガスとしてＯ３を用いて形成されるアルミナ膜は、ＢＣｌ３ガスによりガスエッチングを行うことができる。ＢＣｌ３ガスによりアルミナ膜をガスエッチングするためには、例えば、５００℃程度の高温に加熱する必要がある。
加熱部２４の付近に位置する成膜容器２０の内壁は、加熱部２４により５００℃程度の高温に加熱することが可能となる。そのため、加熱部２４の付近に位置する成膜容器２０の内壁に付着した薄膜は、ガスエッチングにより除去することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態では、基板Ｓを搬入／搬出する際に開閉するゲートバルブ６２が基板Ｓが載置される場所よりも上流側（図１の左側）に位置し、基板Ｓはインジェクタ５０の内部を通って、成膜容器２０に搬入／搬出される。本実施形態では、不活性ガス供給部７４から供給された不活性ガスがインジェクタ５０の内表面も流れるため、インジェクタ５０の内表面に薄膜が付着するのを抑制することができる。そのため、基板Ｓを成膜容器２０に搬入／搬出する際に、基板Ｓの表面にパーティクルが付着するのを抑制することができる。
【００４３】
また、成膜容器２０の下流側（図１の右側）の内壁のうち、加熱部２４により５００℃程度の高温に加熱することが難しい領域には防着板３４が設けられているため、成膜容器２０の内壁に薄膜が付着するのを抑制することができる。
以上のように、本実施形態によれば、成膜容器２０の内壁に薄膜が付着するのを抑制でき、また、内壁に付着した薄膜をガスエッチングにより除去することができるので、ウェットエッチングによるクリーニングの頻度を低減させることができる。
【００４４】
以上、本発明の原子層堆積装置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】
【００４５】
１０  原子層堆積装置
２０  成膜容器
２２  支持部
２４  加熱部
２６  リフトピン
２８  昇降機構
３０  排気部
３２  排気管
３４  防着板
３６，３８，４０  Ｏリング
５０  インジェクタ
５２  原料ガス供給口
５４  反応ガス供給口
５６、５８、６０  不活性ガス供給口
６２  ゲートバルブ
７０  原料ガス供給部
７２  反応ガス供給部
７４  不活性ガス供給部
８０  制御部
１０２  吸着層
１０４  薄膜層
１１０  原料ガス
１１２  パージガス
１１４  反応ガス
Ｓ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012175055.tif 000006
【図５】
2012175055.tif 000007