JP2002261088A

JP2002261088A - Ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2002261088A
Application number: JP2001060219A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Horie; 邦明堀江; Naoaki Kogure; 直明小榑; Yuji Araki; 裕二荒木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】枚葉式ＣＶＤ装置及びバッチ式ＣＶＤ装置の
問題点を除去し、プロセス開発の迅速化に適し、低温で
の高速成膜プロセスでカバレージの良い成膜、及び均一
性の良い成膜ができるＣＶＤ装置を提供すること。【解決手段】ガス噴出ヘッド１１を具備し、該ガス噴
出ヘッド１１から成膜室１０に配置された基板１４にプ
ロセスガスを噴射し、該基板１４表面に薄膜を形成する
ＣＶＤ装置において、ガス噴出ヘッド１１に供給するプ
ロセスガスを順次切替えるガス切替手段（集合弁３１、
３２）と、ガス切替手段を制御して、ガス噴出ヘッド１
１に供給するプロセスガスを順次切替え、基板１４の被
成膜面上のどの点においても基板１４が曝されるプロセ
スガスが順次切替わり、且つ該基板１４の被成膜面上の
どの点においても同一条件でプロセスガスの噴射を受
け、更に薄膜形成処理が終了するまでの間に少なくとも
一巡させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板等の基板
面上に薄膜を形成するＣＶＤ装置、特にプロセス開発の
迅速化に適し、低温での高速成膜プロセスが可能でカバ
レージの良い成膜、及び均一性、再現性の良い成膜を得
ることができるＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＣＶＤ装置として枚葉式
ＣＶＤ装置とバッチ式ＣＶＤ装置がある。図１は枚葉式
ＣＶＤ装置の概略構成例を示す図である。本枚葉式ＣＶ
Ｄ装置は、図示するように、成膜室１０１内に配置され
た基板加熱用ヒータ１０２を内蔵するサセプタ１０３上
に基板１０４を載置し、該基板１０４に向けてガス噴出
ヘッド（シャワーヘッド）１０５から原料ガスを含むプ
ロセスガスＧ１、Ｇ２を噴出し、該基板１０４の面上に
薄膜を形成するように構成されたものである。なお、１
０６は排気口で、図示しない排気系に接続され、成膜室
１０１内を所定の圧力に減圧している。上記のように構
成された枚葉式ＣＶＤ装置には、下記のような問題があ
る。

【０００３】成膜室１０１内に原料ガスを混合搬送する
と、途中原料ガスどうしが相互に反応を起こす可能性が
ある。少なくとも該ガス噴出ヘッド１０５の出口部以降
での混合は避けられない。また、図示するように、原料
ガスを個別にシャワーヘッドの出口まで独立して搬送す
る場合においても、成膜室１０１に供給するガスの種類
が増えれば独立した搬送経路の数が増えガス噴出ヘッド
の構造が複雑となり、実現が困難という問題がある。

【０００４】また、ガス噴出ヘッド１０５を改良して複
数原料へ対応する方法もある。例えば、図２に示すよう
に、ガス噴出ヘッド１０５に細長い多重ノズル１０７を
利用して原料ガスＧ１と酸化ガスや還元ガスＧ２等とは
成膜室のノズル出口後に混合する構造とする。この構造
は構造が複雑になるばかりでなく、ガスの種類が多くな
ると対応が不可能になるという問題もある。

【０００５】また、例えば、ＳｒとＴｉは原料ガスであ
る有機金属原料の種類によっては気相反応や競合吸着を
起こすことがある。このような複数原料ガスの相互反応
防止対策として、成膜室内を減圧したり、不活性ガスと
混合し反応ガスの分圧を下げる方法がある。これにより
原料ガスどうしの衝突確率を減らすことはできるが、こ
の方法は成膜処理のスループットが大きく下がり、実用
にならない可能性がある。

【０００６】また、成膜速度を上げるためには温度を高
く設定したいが、カバレージを大きくするためには一般
に反応律速領域である低温での成膜が必要となり、その
場合成膜速度が低下してしまう。特に熱ＣＶＤ装置の場
合は基板加熱用ヒータ１０２からの熱エネルギーのみに
よる活性化エネルギーの供給での成膜のため、前述のよ
うにカバレージが必要な場合、低温成膜となるため高速
成膜は期待できない。また、成膜速度を上げるため原料
ガスの分圧を高く設定すると圧力が高くなりガス流れの
影響を受け易くなり、均一性は得難くなる。原料ガスど
うしが気相中で相互反応を起こすような場合、ガスの基
板１０４への到達時間によっても反応性が異なるためプ
ロセスガスの均一混合性が悪いと基板１０４面内で成膜
の均一性或いはプロセスの再現性が得にくいという問題
が生じる。更に基板１０４との面に形成された微細な凹
み（溝や孔）内の上下間の均一性も困難となる。

【０００７】また、気相中で各種ガス（原料ガス、酸化
・還元ガス等）が混合され、基板に到達するので、ガス
噴射ヘッド１０５と基板１０４との間の距離がプロセス
パラメータとなってしまい、ガスの混合具合の変化等が
非再現性の要因ともなってしまう。即ち、ガス噴出ヘッ
ド１０５と基板１０４間の距離が変わると、原料ガスど
うしや、原料ガスと酸化・還元ガスとの気相反応の進行
状況が変わるためプロセスが変わってしまう。また、上
記問題を解決するため装置を工夫すると当然構造が複雑
で高価になり、或いは原料によっては相互反応を防止す
る構造的対策が困難な場合もあり、プロセスによっては
装置を変更しなければならなくなると装置の汎用性が劣
るという問題が生じてしまうという問題があった。

【０００８】上記の点を総合して評価すると、有機金属
の原料等高分子材料を原料ガスとして扱う場合は特に枚
葉式ＣＶＤ装置ではプロセス及びプロセスに合致した装
置を開発するのに多大の労力を要するという最大の問題
がある。

【０００９】図３はバッチ式ＣＶＤ装置の概略構成を示
す図である。図３において、２０１は成膜室であり、該
成膜室２０１の側壁はガラス材からなり、ランプヒータ
２０２で加熱される所謂ホットウォールとなっている。
成膜室２０１には原料噴出パイプ２０３が配置され、バ
ルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を介して供給される原料ガスＧ
１、Ｇ２、Ｇ３を基板ボート２０５に収容された基板２
０６に噴出できるようになっている。また、成膜室２０
１にはＯ₂等の酸化ガスＧ４やＡｒ等の不活性ガスＧ５
も供給できるようになっている。２０４は成膜室２０１
に連通する排気口であり、該排気口２０４は図示しない
排気系に接続され、成膜室２０１を所定の圧力に減圧で
きるようになっている。本例では基板の面内均一性を向
上させるため基板ボート２０５を回転させている。この
ように、バッチ式ＣＶＤ装置は多数枚の基板２０６に一
度に成膜できるが、下記のような問題点がある。

【００１０】成膜室２０１内での原料噴出パイプ２０３
のガス噴出口までの搬送経路長さの違い、或いはガス噴
出口から基板２０６の端から中央部等の距離の違いが生
じる。そのためガスの加熱時間が異なり、ガスの気相反
応の違いが生じるため、成膜室２０１内で不均一性が問
題となる。また、ガスの気相での相互反応を防止する手
段はない。ガス流を成膜室２０１内の基板２０６面上の
どの点においても均一にするのは困難であるので、基板
間、基板面内の成膜の均一性が得にくい。また、ガス経
路が長いので気相でのガス滞在時間が長くなり、ガスの
滞留ゾーンも多く存在するので気相反応は局所的に違い
が起き易く、この点でも成膜の均一性が得にくい。

【００１１】また、原料噴出パイプ２０３のガス噴出口
部は必ず加熱されてしまうので、ガス噴出口に原料が付
着する可能性があり、ガスの均一な噴出ができなくな
る。また、成膜室２０１のガス流入側と排出側とで均一
性を得るため、基板サイズが大きくなると、成膜室２０
１内で基板２０６を回転させる必要が生じる。更に、基
板の配列ピッチを広げ基板間のガス流れの抵抗を下げる
ことにより、成膜の均一性を求めることになり、そのた
め、基板の設置枚数が少なくなりスループットは低下し
てしまう。

【００１２】有機金属原料を用いて成膜する場合は、有
機金属原料には大量の気化が困難な原料が多いため高い
スループットは得にくい。ガス置換に時間がかかるの
で、ガスの切換えを繰り返しながらの成膜には不向きで
ある。また、気相反応を起こしやすいラジカル等は流れ
の途中で失活してしまいやすいのでラジカルの基板２０
６面内の均一な作用は期待できないため、使用困難であ
りそれらの利用による低温化高速成膜プロセスは期待で
きない。

【００１３】また、成膜室２０１はホットウォールで構
成されており、該ホットウォールガラス壁面へ生成物が
付着し、この生成物の成膜室内等の付着により均熱性が
劣化してくるといった問題が生じやすい。そのためこの
付着物を定期的に除去する必要があり、除去するための
メンテナンスが大変となる。

【００１４】新規原料へのプロセス開発対応は、バッチ
での開発のため昇温、成膜、降温の１サイクルの時間が
非常に長く、１日に試行できるテスト回数に制限があ
り、かつ大量の原料を使用するため、開発に時間とコス
トがかかる。また、原料によっては相互反応に対する防
止対策がないので対応できない場合がある。従って、原
料ガスによっては対応が不可能になってしまうといった
問題が生じることもある。

【００１５】上記の点を総合的に評価すると、バッチ式
ＣＶＤ装置は均熱性のみを重視したプロセスには最適で
あるが、ガス流れの均一性が重要なプロセスやプロセス
ガスどうしが気相で反応してしまう様なプロセスの場合
には、プロセス開発に時間とコストがかかることが最大
のネックとなり、その問題は新規に新たな材料が開発さ
れたとき、その原料を使用したプロセスの開発に再び大
変な時間とコストを要することになってしまう。また、
有機金属材料には大量気化が困難な原料が多いので成膜
速度を大きく取れずスループットが常に問題となる。例
えばφ３００の半導体基板の場合は、更に大量の原料ガ
スが必要となり、１バッチにφ２００の半導体基板を同
一枚数載置した場合より更に成膜時間がかかってしま
う。また、φ３００の半導体基板の場合は、基板間の隙
間が狭く基板間のガス流れの均一性が得にくいので、均
一性を向上させるため基板間の隙間を広げる必要があ
り、１バッチに載置可能な基板枚数が減少してしまい、
その結果、スループットが減少してしまう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は均熱性、ガス
流れの均一性の両方が必要なプロセスであっても、また
気相反応を起しやすいプロセスであっても、上述の従来
型の枚葉式ＣＶＤ装置及びバッチ式ＣＶＤ装置の問題点
を除去し、プロセス開発の迅速化に適し、低温での高速
成膜プロセスでカバレージの良い成膜、及び均一性、再
現性の良い成膜ができるＣＶＤ装置を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、ガス噴出ヘッドを具備し、該
ガス噴出ヘッドから成膜室に配置された基板にプロセス
ガスを噴射し、該基板表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置
において、ガス噴出ヘッドに供給するプロセスガスを順
次切替えるガス切替手段と、ガス切替手段を制御して、
ガス噴出ヘッドに供給するプロセスガスを順次切替え、
基板の被成膜面上のどの点においても該基板が曝される
プロセスガスが順次切替わり、且つ該基板の被成膜面上
のどの点においても同一条件でプロセスガスの噴射を受
け、更に薄膜形成処理が終了するまでの間に少なくとも
一巡させる制御手段とを設けたことを特徴とする。

【００１８】請求項２に記載の発明は、ガス噴出ヘッド
を具備し、該ガス噴出ヘッドから成膜室に配置された基
板にプロセスガスを噴射し、該基板表面に薄膜を形成す
るＣＶＤ装置において、ガス噴出ヘッドを複数個設ける
と共に、夫々のガス噴出ヘッドから異なるプロセスガス
を噴出するように構成し、基板の被成膜面と該ガス噴出
ヘッドのガス噴射面を相対的に移動させる移動手段と、
移動手段を制御して基板の被成膜面とガス噴出ヘッドの
ガス噴射面を相対的に移動させ、基板の被成膜面上のど
の点においても該基板が曝されるプロセスガスが順次切
替わり、且つ該基板の被成膜面上のどの点においても同
一条件でプロセスガスの噴射を受け、更に薄膜形成処理
が終了するまでの間に少なくとも一巡させる制御手段と
を設けたことを特徴とする。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のＣＶＤ装置において、プロセスガスは、Ｔａ、
Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｂ
ｉ、Ｚｎ、Ｖ、Ｍｎ、Ｙ、Ｃｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈ
ｆ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｌ、Ａｓのいずれかを含む化合
物ガスであることを特徴とする。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載のＣＶＤ装置の成膜方法におい
て、プロセスガスに、ラジカルを利用することを特徴と
する。

【００２１】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のＣＶＤ装置において、プロセスがＣｕの成膜プロセス
であり、プロセスガスにＣｕの有機金属原料ガスと、水
素ラジカルを含有したガスを利用することを特徴とす
る。

【００２２】請求項１又は請求項２に記載の発明によれ
ば、上記のようにガス噴出ヘッドに供給するプロセスガ
スを順次切替えるか、又は複数のガス噴出ヘッドから夫
々異なるプロセスガスを噴出し、基板の被成膜面と該ガ
ス噴出ヘッドのガス噴射面を相対的に移動させることに
より、基板の被成膜面上のどの点においても該基板が曝
されるプロセスガスが順次切替わり、且つ該基板の被成
膜面上のどの点においても同一条件でプロセスガスの噴
射を受けるようにしたので、従来のＣＶＤ装置に比較
し、下記〜のような特徴がある。

【００２３】基板の被成膜面上に供給されるガスは、
ガスの搬送中から基板面に到達するまで常に単独ガス
（或いは相互反応しないガス）のみとなり、気相での相
互反応はあったとして上記ガスどうしのみに制限され、
反応を殆ど基板の表面反応のみとすることが可能にな
る。このように気相反応をなくすることで、気相反応に
よる上述のような問題点がなくなり、再現性のあるプロ
セスが可能となる。例えばガスを流す順番を各金属原料
ガス、不活性ガス、Ｈ、Ｏ等ラジカル含有ガス、不活性
ガス、別の金属原料ガスといった順に流すことで各タイ
ミングでは個別のガスのみが供給されることになり、気
相で金属原料ガスとラジカル含有ガス等との反応を防止
できる。

【００２４】減圧或いは不活性ガス等で希釈すること
により単一原料ガスであっても原料ガスの分圧を下げる
ことで、原料ガスの供給中においても該原料ガスどうし
の気相での反応を抑止することが可能となる。

【００２５】原料ガスを基板の被成膜面に付着させた
後、反応性の高いガスを供給し、前記原料ガスと基板の
被成膜面で反応させることで、低温であっても成膜速度
の速い成膜、即ち低温且つ速い成膜速度の成膜が可能と
なる。例えば、減圧雰囲気で且つ付着した原料を酸化ガ
ス、還元ガス、ラジカル含有ガス等の活性化源を使用し
て反応させることにより、低温で且つ高速成膜が可能と
なる。また、例えば酸化の場合は酸素ラジカル、オゾン
等が還元の場合は水素ラジカルが含有されたガスを送る
ことで金属原料ガスとの反応を低温でも促進させること
ができる。また、ラジカルも中性のため基板面に形成さ
れたパターン中の凹み（溝、孔等）内にもランダムに付
着させることができるので、該凹み内の成膜速度も加速
させることができる。

【００２６】上記のように低温成膜が可能なことによ
り、カバレージ特性の良好な成膜を得ることができ、更
に最近のプロセス低温化の要求にもこたえられる。

【００２７】上記特徴の結果として、殆どすべての反
応を基板の表面反応プロセスとすることができ、気相反
応をなくすることができるので、従来の枚葉式ＣＶＤ装
置のようにガス噴出ヘッドのガス噴出面と基板の距離等
の搬送時間、搬送経路、搬送中のガスの淀み、渦等（淀
み、渦等はできるだけない構造としても現実的に完全に
なくすることはできない）はプロセスパラメータとなる
ことはなく、再現性のあるプロセスが得やすくなりプロ
セス開発が容易となる。

【００２８】また、有機金属原料のような高分子原
料、即ち成膜原料の開発が継続して行われ、数多くの種
類の原料が出現しても、これらの原料の供給を個別に原
料ガス供給系から成膜室内の基板面上まで実施し、原料
ガスを常に単独で存在させ、単独ガスの成膜特性を調査
すればよいので、再現性のあるプロセスを短時間で且つ
容易に開発することが可能となる。

【００２９】例えばガス噴出ヘッドにプレートに多数
の細かい孔を開けた形式のガス噴出ノズルを用いること
で、従来の枚葉式ＣＶＤ装置に比較し、簡単な構造のガ
ス噴出ヘッドで対応でき、装置全体も安価となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図４は本発明（請求項１に記載
の発明）に係るＣＶＤ装置の概略システム構成を示す図
である。図４において、１０は成膜室であり、該成膜室
１０は上部にガス噴出ヘッド１１を設けている。成膜室
１０の内部には基板加熱用ヒータ１２を内蔵するホット
プレート１３が配置され、該ホットプレート１３の上に
サセプタ１９が配置され、該サセプタ１９上に成膜する
基板１４が載置されるようになっている。

【００３１】３１はバルブ３１ａ、３１ｂを具備する集
合弁であり、３２はバルブ３２ａ、３２ｂを具備する集
合弁である。集合弁３１のバルブ３１ａを開くことによ
りガス噴出ヘッド１１に原料ガスＧを供給できるように
なっており、集合弁３２のバルブ３２ａを開くことによ
りガス噴出ヘッド１１にラジカル発生器３３からＨ又は
Ｏ等のラジカルを供給できるようになっている。また、
集合弁３１、３２のバルブ３１ｂ、３２ｂを開くことに
より、原料ガス供給ライン、ラジカル供給ラインをトラ
ップ３５に接続するようになっている。集合弁３１及び
３２はガス噴出ヘッド１１に原料ガス又はラジカルを供
給する切換弁機構を構成している。

【００３２】ラジカル発生器３３は、その容器３３ｂの
外周に巻回されたコイル３３ａを有し、該コイル３３ａ
に高周波電源３４から高周波電流を通電できるようにな
っており、容器３３ｂにＨ₂又はＯ₂等のガスを供給する
ことにより、Ｈラジカル又はＯラジカル等のラジカルを
発生するようになっている。１６は開閉バルブ１７を介
してガス噴出ヘッド１１に接続されたトラップであり、
該トラップ１６は圧力コントロールバルブ１５を介して
ドライポンプ３６、除害装置３８等で構成される真空排
気系に接続されている。なお、トラップ３５も該真空排
気系に接続されている。バルブ１８はガスの種類が切り
替るとき滞留ガスを直ちに排出することができるように
したバルブである。本例のように抵抗の大きなノズルが
ある場合、その上流のガス置換は長い時間を要するの
で、そういった抵抗体の両側から排気できるような排気
ライン用のものである。

【００３３】上記構成のＣＶＤ装置において、原料ガス
源から原料ガスＧとして、Ｃｕ有機金属原料ガスを、ラ
ジカル発生器３３から例えば、Ｈラジカル及びＨ₂ガス
を下記〜のように集合弁３１、３２の各バルブを切
替えてガス噴出ヘッド１１に供給し、該ガス噴出ヘッド
１１から基板１４に対してＣｕ有機金属原料ガス原料又
はＨラジカル及びＨ₂ガスを噴出しＣｕ薄膜を成膜す
る。

【００３４】Ｈラジカルを成膜室１０に噴出する（高
周波電源３４をＯＮ、集合弁３２のバルブ３２ａを開、
バルブ３２ｂを閉として、ラジカルをガス噴出ヘッド１
１に供給すると共に、集合弁３１のバルブ３１ａを閉、
バルブ３１ｂを開いて原料ガスＧを排気する）。

【００３５】Ｈ₂ガスを成膜室１０に噴出する（上記
の状態から、高周波電源３４をＯＦＦとする）。

【００３６】原料ガスＧを成膜室１０に噴射する（上
記の状態から、集合弁３１のバルブ３１ａを開、バル
ブ３１ｂを閉として原料ガスＧをガス噴出ヘッド１１に
供給すると共に、集合弁３２のバルブ３２ａを閉、バル
ブ３２ｂを開いてＨ₂ガスを排気する）。

【００３７】Ｈ₂ガスを成膜室１０に噴射する（上記
の状態から、集合弁３２のバルブ３２ａを開、バルブ
３２ｂを閉としてＨ₂ガスをガス噴出ヘッド１１に供給
すると共に、集合弁３１のバルブ３１ａを閉、バルブ３
１ｂを開いて原料ガスＧを排気する）。

【００３８】Ｈラジカルを成膜室１０に噴出する（上
記の状態から、高周波電源３４をＯＮとする）。

【００３９】Ｈ₂ガスを成膜室１０に噴出する（上記
の状態から、高周波電源３４をＯＦＦとする）。

【００４０】上記〜を１サイクルとする。上記シー
ケンスを１回の成膜中に複数回（１回でも可）繰返すこ
とにより、少なくともガス噴出ヘッド１１のガス噴出口
までは原料ガスと水素ラジカルを混合させることなく、
両者を供給できる。

【００４１】上記サイクルを例えば、１サイクルを５〜
６秒程度の短い時間で行うことで、基板１４の面上に吸
着している原料ガスにガス噴出ヘッド１１のガス噴出口
から噴射された水素ラジカルが有効に働き、数ｎｍ以下
毎の堆積で水素ラジカルが作用することになるため、厚
膜を堆積させる場合でも、全ての膜中で水素ラジカルを
有効に作用させることができる。即ち、原料ガスＧが基
板１４に確実に吸着した後、Ｈラジカルが基板１４に供
給されるので、確実に原料ガスや水素ラジカルとの表面
反応を実施することができる（この場合はＣｕの有機金
属原料を還元）。

【００４２】なお、上記実施例では、成膜室１０とし、
原料ガスＧをガス噴出ヘッド１１に供給していないとき
は、集合弁３１のバルブ３１ｂを開いて、原料ガスＧを
排気しているが、原料ガスは高価なものであるから、こ
れを排気することは費用の無駄となる。そこで、図示は
省略するが、成膜室１０を２つ以上設け、それぞれの成
膜室１０に原料ガス、Ｈラジカル、Ｈ₂ガスを所定のタ
イミングで切り替えて供給できるように構成すれば、原
料ガスを各成膜室１０に所定のタイミングで供給し、い
ずれの成膜室１０へも供給できないタイミングの場合の
みトラップ３５を通して排気することになる。これによ
り高価な原料ガスを無駄に排気することがなく、費用の
節約が可能となる。

【００４３】なお、上記例では原料ガスＧとしてＣｕ有
機金属原料ガスを用いる場合を示したが、原料ガスはこ
れに限定されるものではなく、Ｔａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｖ、
Ｍｎ、Ｙ、Ｃｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｐ、
Ａｌ、Ａｓのいずれかを含む化合物ガスでもよい。化合
物ガスとして本方式は特に有機金属原料ガスや水素化物
に適している。

【００４４】図５は成膜室１０及びガス噴出ヘッド１１
の構成を示す断面図である。成膜室１０には基板１４の
搬入及び搬出を行う搬入出口１０ａ及び排気口１０ｂが
設けられ、搬入出口１０ａにはゲート４０が設けられ、
排気口１０ｂは図４の開閉バルブ１７を介して上記排気
系に接続され、成膜室１０内を０．１Ｔｏｒｒ以下の低
圧に維持できるようになっている。なお、図５におい
て、４１はホットプレート１３の基板載置部直下の温度
を測定するための温度センサである。

【００４５】ガス噴出ヘッド１１はホットプレート１３
上面に対向して多数のガス噴出口１１ｄが形成された板
状のノズル板１１ｃを有し、更に原料ガスやラジカル等
のプロセスガスを導入するためのガス導入口１１ａ、ガ
ス置換用のガス排出口１１ｂを有する。該ガス導入口１
１ａは図４の集合弁３１、３２のバルブ３１ａ、３２ａ
に接続され、ガス排出口１１ｂは図４のバルブ１８に接
続されている。ガス導入口１１ａからヘッド室１１ｇに
導入したプロセスガスを直ちに切替える場合は、導入し
ているプロセスガスを停止後、バルブ１８を開いてヘッ
ド室１１ｇ内の該プロセスガスを排気すると同時に圧力
コントロールバルブ１５を全開にし、ガス噴出ヘッド１
１の下部１１ｈ内のプロセスガスも排気した後、開閉バ
ルブ１７を閉じて圧力コントロールバルブ１５を所定の
開度に戻し、次のプロセスガスをヘッド室１１ｇ内に導
入する。

【００４６】なお、上記ノズル板１１ｃは例えばＡｌ₂
Ｏ₃から構成され、該ノズル板１１ｃ以外のガス噴出ヘ
ッド１１の成膜室１０内に導入したラジカルに接する部
分はテフロン（登録商標）コーティングを施しラジカル
の失活を防止している。

【００４７】上記構成のガス噴出ヘッド１１において、
ヘッド室１１ｇ内に導入されたプロセスガスはノズル板
１１ｃの多数のガス噴出口１１ｄから基板１４に向かっ
て噴出する。１１ｅはガス噴出口１１ｄから噴出するプ
ロセスガスの流れを整流したまま減速させるディフュー
ザ部材である。該ディフューザ部材１１ｅは十分長く
し、ガス噴出口１１ｄから噴出されたプロセスガスは該
ディフューザ部材１１ｅを出た直後に全体が速やかに均
一流になり基板１４の面上に到達するようにする。ディ
フューザ部材１１ｅにはガス噴出口１１ｄから噴出する
ガスの温度調整用の温調流体を流すための温調流体孔１
１ｆが設けられている。

【００４８】１回の成膜に多くのガスの置換を必要とす
る場合、ガス噴出ヘッドをガス滞留ゾーンのない構造と
し低圧で成膜する必要があるが、ガス噴出ヘッド１１を
図５に示す構造とすることにより、ガス噴出口１１ｄの
一次側のガスの置換速度を向上させることができる。

【００４９】ホットプレート１３とガス噴出ヘッド１１
の間には高周波電源３９から高周波（例えば１３．５Ｍ
Ｈｚや６０ＭＨｚ）電圧を印加し、ホットプレート１３
とガス噴出ヘッド１１の間の空間にプラズマを発生さ
せ、付着物のクリーニング用等に利用してもよい。

【００５０】図６は本発明（請求項２に記載の発明）に
係るＣＶＤ装置のプロセスガス噴出ヘッドと基板を載置
したホットプレート部分の概念構成例を示す図である。
ガス噴出ヘッド５２は成膜室（図示せず）に配置された
ホットプレート５０に載置された基板５１に対向する多
数のガス噴出口５３が形成されたノズル板５４を有する
と共に、中心から放射状に配設された複数枚の仕切板５
５で複数（図では８個）の室に区分されている。各室に
はそれぞれプロセスガスを供給するためのガス供給口５
６〜６３を設け、各ガス供給口５６〜６３に所定のプロ
セスガスを供給し、各室のガス噴出口５３からプロセス
ガスを基板５１に向かって噴出する。ホットプレート５
０はガス噴出ヘッド５２の下部で水平面内で回転できる
ようになっている。このように、ホットプレート５０を
回転することにより、基板５１が回転移動するのに伴っ
てその上面に所定のプロセスガスが順次切り替って照射
されることになる。

【００５１】成膜室内を低圧（例えば０．１Ｔｏｒｒ以
下）に減圧し、例えば、ガス供給口５６にはＢａ、Ｓｒ
有機金属材料、ガス供給口５７にはＯ₂、ガス供給口５
８にはＯラジカル、ガス供給口５９にはＯ₂（Ａｒ）、
ガス供給口６０にはＴｉ有機金属材料、ガス供給口６１
にはＯ₂、ガス供給口６２にはＯラジカル、ガス供給口
６３にはＯ₂のガスをそれぞれ供給する。これにより、
基板５１上面にＢａ、Ｓｒ有機金属材料→Ｏ₂→Ｏラジ
カル→Ｏ₂（Ａｒ）→Ｔｉ有機金属材料→Ｏ₂→Ｏラジカ
ル→Ｏ₂の各ガスが順次切り替って、面上のどの点にお
いても同一条件で均一に供給される。これにより基板５
１の面上での反応により均一性の優れた成膜が可能とな
る。

【００５２】図７は本発明（請求項１に記載の発明）に
係るＣＶＤ装置のプロセスガス噴出ヘッドと基板を載置
したホットプレート部分の概念構成例を示す図である。
ガス噴出ヘッド７０は成膜室（図示せず）に配置された
ホットプレート５０に載置された基板５１に対向する多
数のガス噴出口７７が形成されたノズル板７６を有する
と共に、中心から放射状に配設された複数枚の仕切板７
１で複数（図では４個）の室に区分されている。各室に
はそれぞれプロセスガスを供給するためのガス供給口７
２〜７５を設け、各ガス供給口７２〜７５に所定のプロ
セスガスを順次切替えて供給し、各室のガス噴出口７７
からプロセスガスをホットプレート５０に載置されてい
る基板５１に向かって順次噴出する。なお、ホットプレ
ート５０は固定されている。

【００５３】ガス噴出ヘッド７０のガス供給口７２には
Ｈラジカル→Ｈ₂ガス→Ｃｕ有機金属材料ガス→Ｈ₂ガス
→Ｈラジカルと順次切替えて供給し、ガス供給口７３に
はＨ₂ガス→Ｈラジカル→Ｈ₂ガス→Ｃｕ有機金属材料ガ
ス→Ｈ₂ガスと順次切替えて供給し、ガス供給口７４に
はＣｕ有機金属材料ガス→Ｈ₂ガス→Ｈラジカル→Ｈ₂→
Ｃｕ有機金属材料ガスと順次切替えて供給し、ガス供給
口７５にはＨ₂ガス→Ｈラジカル→Ｈ₂ガス→Ｃｕ有機金
属材料ガス→Ｈ₂ガスと順次切替えて供給する。これに
より、図４のＣＶＤ装置で説明したのと同じ作用により
基板５１の表面上でＣｕ有機金属材料ガスとＨラジカル
の反応が起り、Ｃｕ薄膜が形成される。

【００５４】図８は本発明（請求項１或いは２に記載の
発明）に係るＣＶＤ装置のプロセスガス噴出ヘッドと基
板を載置したホットプレート部分の概念構成例を示す図
である。ガス噴出ヘッド８３は成膜室（図示せず）に配
置されたホットプレート８０に載置された複数枚の基板
８１に対向する多数のガス噴出口８４が形成されたノズ
ル板８５を有すると共に、中心から放射状に配設された
複数枚の仕切板８６で複数（図では４個）の室に区分さ
れている。各室にはそれぞれプロセスガスを供給するた
めのガス供給口８７〜９０を設け、各ガス供給口８７〜
９０に所定のプロセスガスを供給する。ホットプレート
８０はガス噴出ヘッド８３の下方で水平面内で回転でき
るようになっている。

【００５５】成膜室内を低圧（例えば０．１Ｔｏｒｒ以
下）に減圧し、各ガス供給口８７〜９０から所定のプロ
セスガスを供給し、ホットプレート８０を回転すること
により、基板８１が回転移動するのに伴ってその上面に
所定のプロセスガスが順次切り替って噴出されることに
なるから各基板８１は同一条件で順次所定のプロセスガ
スに曝されることになり、図６で説明したのと同様、基
板８１の面上での反応により均一性の優れた成膜が可能
となる。また、この場合、ホットプレート８０に載置す
る基板８１はガス噴出ヘッド８３の中心部を除いて配置
することにより、中心部分の常に混合ガスが存在する部
分には基板８１が存在しないことになり、各基板８１に
膜特性が同じ薄膜を形成できる。

【００５６】図９は本発明（請求項２に記載の発明）に
係るＣＶＤ装置のプロセスガス噴出ヘッドと基板を載置
したサセプタ部分を示す図で、図９（ａ）は側面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。ガス噴出ヘッド
９４は２個のガス噴出ノズル体９４−１、９４−２を具
備し、該２個のガス噴出ノズル体９４−１、９４−２を
成膜室（図示せず）内に配置されたサセプタ９１に載置
された１枚の基板９３の上方を矢印Ｃに示すように往復
動するようになっている。ガス噴出ノズル体９４−１、
９４−２の底面には多数のガス噴出口９４−１ａ、９４
−２ａが設けられ、各ガス噴出口９４−１、９４−２に
所定のプロセスガスＧを供給することにより、ガス噴出
口９４−１、９４−２から基板９３の面上にそれぞれの
プロセスガスを噴出する。なお、９２はホットプレート
９５に内蔵された基板加熱用ヒータである。

【００５７】成膜室内を低圧（例えば０．１Ｔｏｒｒ以
下）に減圧し、ガス噴出ノズル体９４−１に水素又は水
素ラジカル、ガス噴出ノズル体９４−２にＣｕ有機金属
材料ガスを夫々供給し、２個のガス噴出ノズル体９４−
１、９４−２を一体で往復動させるか、又はガス噴出ノ
ズル体９４−１と９４−２とでスピードを変えて往復動
させる。また、片道の移動終了時に、供給ガスを切替え
て、即ちガス噴出ノズル体９４−１にＣｕ有機金属材料
ガス、ガス噴出ノズル体９４−２に水素又は水素ラジカ
ルを供給し、折返し移動させ、これを繰返す（１回でも
可）ことにより、基板９３上面にＣｕ薄膜を形成する。

【００５８】図１０は本発明に係るＣＶＤ装置のプロセ
スガス噴出ヘッドと基板を載置したサセプタ部分を示す
図である。ガス噴出ヘッド９４は３個のガス噴出ノズル
体９４−１、９４−２、９４−３を具備し、該３個のガ
ス噴出ノズル体９４−１、９４−２、９４−３を成膜室
（図示せず）内に配置されたサセプタ９１に載置された
複数枚（図では３枚）の基板９３の上方を矢印Ｃに示す
ように往復動するようになっている。ガス噴出ノズル体
９４−１、９４−２、９４−３には図９（ｂ）に示すよ
うに多数のガス噴出口が設けられ、各ガス噴出ノズル体
９４−１、９４−２、９４−３に所定のプロセスガスＧ
を供給することにより、ガス噴出口９４−１、９４−
２、９４−３から基板９３の面上にそれぞれのプロセス
ガスを噴出する。

【００５９】成膜室内を低圧（例えば０．１Ｔｏｒｒ以
下）に減圧し、ガス噴出ノズル体９４−１にＢａ、Ｓｒ
有機金属材原料ガス、ガス噴出ノズル体９４−２にＴｉ
有機金属材原料ガス、ガス噴出ノズル体９４−３に酸化
ガスを夫々供給し、３個のガス噴出ノズル体９４−１、
９４−２、９４−３を一体で往復動させるか、それぞれ
ガス噴出ノズル体のスピードを変えて往復動させる。ま
た、片道の移動終了時に、供給ガスを切替えて、ガス噴
出ノズル体９４−１に酸化ガス、ガス噴出ノズル体９４
−２にＴｉ有機金属材原料ガス、ガス噴出ノズル体９４
−３にＢａ、Ｓｒ有機金属材原料ガスを夫々供給し、折
返し移動させ、これを繰返す（１回でも可）ことによ
り、各基板９３上面にＢＳＴ薄膜を形成する。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、基板の被成膜面上のどの点においても該基
板が曝されるプロセスガスが順次切替わり、且つ該基板
の被成膜面上のどの点においても同一条件でプロセスガ
スの噴射を受け、更に薄膜形成処理が終了するまでの間
に少なくとも一巡させて成膜するので、基板面上に常に
単独のプロセスガスが供給され、低温での成膜が可能
で、均一性及びカバレージが高く、且つスループットの
大きな成膜処理が可能なＣＶＤ装置を提供できる。ま
た、プロセス開発の殆ど必要のない、原料依存度の少な
いＣＶＤ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】枚葉式ＣＶＤ装置の概略構成例を示す図であ
る。

【図２】枚葉式ＣＶＤ装置に用いるガス噴出ヘッドの構
成例を示す図である。

【図３】バッチ式ＣＶＤ装置の概略構成例を示す図であ
る。

【図４】本発明に係るＣＶＤ装置の概略システム構成を
示す図である。

【図５】図４に示すＣＶＤ装置の成膜室及びガス噴出ヘ
ッド部分の構成を示す図である。

【図６】本発明に係るＣＶＤ装置のガス噴出ヘッドとホ
ットプレートの概念構成例を示す図である。

【図７】本発明に係るＣＶＤ装置のガス噴出ヘッドとホ
ットプレートの概念構成例を示す図である。

【図８】本発明に係るＣＶＤ装置のガス噴出ヘッドとホ
ットプレートの概念構成例を示す図である。

【図９】本発明に係るＣＶＤ装置のガス噴出ヘッドとホ
ットプレートの概念構成例を示す図である。

【図１０】本発明に係るＣＶＤ装置のガス噴出ヘッドと
ホットプレートの概念構成例を示す図である。

【符号の説明】１０成膜室１１ガス噴出ヘッド１２基板加熱用ヒータ１３ホットプレート１４基板１５圧力コントロールバルブ１６トラップ１７開閉バルブ１８バルブ１９サセプタ３１集合弁３２集合弁３３ラジカル発生器３４高周波電源３５トラップ３６ドライポンプ３８除害装置３９高周波電源４０ゲート４１温度センサ５０ホットプレート５１基板５２ガス噴出ヘッド５３ガス噴出口５４ノズル板５５仕切板５６〜６３ガス供給口７０ガス噴出ヘッド７１仕切板７２〜７５ガス供給口７６ノズル板７７ガス噴出口８０ホットプレート８１基板８３ガス噴出ヘッド８４ガス噴出口８５ノズル板８６仕切板８７〜９０ガス供給口９１サセプタ９２基板加熱用ヒータ９３基板９４ガス噴出ヘッド９５ホットプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒木裕二東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA17 BA01 CA04 CA12 EA04 HA15 4M104 BB01 BB02 BB04 BB08 BB13 BB14 BB17 DD43 DD45 HH20 5F045 AB31 AC07 AC11 AE19 BB02 BB07 BB08 DP03 EB02 EE06 EE12 EE19 EF05 EF08 EM10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス噴出ヘッドを具備し、該ガス噴出ヘ
ッドから成膜室に配置された基板にプロセスガスを噴射
し、該基板表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置において、前記ガス噴出ヘッドに供給するプロセスガスを順次切替
えるガス切替手段と、前記ガス切替手段を制御して、前記ガス噴出ヘッドに供
給するプロセスガスを順次切替え、前記基板の被成膜面
上のどの点においても該基板が曝されるプロセスガスが
順次切替わり、且つ該基板の被成膜面上のどの点におい
ても同一条件でプロセスガスの噴射を受け、更に前記薄
膜形成処理が終了するまでの間に少なくとも一巡させる
制御手段とを設けたことを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】ガス噴出ヘッドを具備し、該ガス噴出ヘ
ッドから成膜室に配置された基板にプロセスガスを噴射
し、該基板表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置において、前記ガス噴出ヘッドを複数個設けると共に、夫々のガス
噴出ヘッドから異なるプロセスガスを噴出するように構
成し、前記基板の被成膜面と該ガス噴出ヘッドのガス噴射面を
相対的に移動させる移動手段と、前記移動手段を制御して前記基板の被成膜面と前記ガス
噴出ヘッドのガス噴射面を相対的に移動させ、前記基板
の被成膜面上のどの点においても該基板が曝されるプロ
セスガスが順次切替わり、且つ該基板の被成膜面上のど
の点においても同一条件でプロセスガスの噴射を受け、
更に前記薄膜形成処理が終了するまでの間に少なくとも
一巡させる制御手段とを設けたことを特徴とするＣＶＤ
装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のＣＶＤ装置にお
いて、前記プロセスガスは、Ｔａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、
Ｌａ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｖ、Ｍｎ、Ｙ、
Ｃｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｇ
ｅ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｐ、Ａｌ、
Ａｓのいずれかを含む化合物ガスであることを特徴とす
るＣＶＤ装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
ＣＶＤ装置の成膜方法において、前記プロセスガスに、ラジカルを含有するガスを利用す
ることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項５】前記請求項４に記載のＣＶＤ装置におい
て、前記プロセスがＣｕの成膜プロセスであり、プロセスガ
スにＣｕの有機金属原料ガスと水素ラジカルを含有する
ガスを利用することを特徴とするＣＶＤ装置。