JP2004091848A - 薄膜形成装置の原料ガス供給系および薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成装置の原料ガス供給系および薄膜形成装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】原料ガスの切り換えを早くするために原料ガスが混合するのを防止するとともに、均一な成膜をするために原料ガスを均一に基板全面に広げることができる薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】原料ガスを原料ガス供給源２０から供給して反応室１０にある基板１１を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、原料ガス供給源２０に接続する主供給管３０と、第一の端部４１が主供給管３０に接続し、複数の第二の端部４２が反応室１０に接続するように複数に分岐する分岐管４０とを有し、第一の端部４１と複数の夫々の第二の端部４２との間のコンダクタンスが等しい。
【選択図】 図１
【解決手段】原料ガスを原料ガス供給源２０から供給して反応室１０にある基板１１を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、原料ガス供給源２０に接続する主供給管３０と、第一の端部４１が主供給管３０に接続し、複数の第二の端部４２が反応室１０に接続するように複数に分岐する分岐管４０とを有し、第一の端部４１と複数の夫々の第二の端部４２との間のコンダクタンスが等しい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置に関し、特に、原料ガスを供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、基板上に形成する絶縁膜および金属配線膜等に対しては、薄膜化、複雑な形状への被覆性の良い成膜、ウエハ全体に対し巨視的に均一な成膜、ナノメートルレベルの微視的に平滑な成膜が望まれている。これらの要求を満たす成膜方法として、複数種の原料ガスを一種類ずつ交互に複数回にわたり反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する方法が最近注目されている。
【０００３】
かかる方法では、原料ガスの反応表面への吸着を経由して、原子層レベル又は分子層レベルで成膜を行い、これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得ることができる。
【０００４】
より具体的には、先ず、第一の原料ガスを基板上に供給し、その吸着層を基板上に形成する。第一の原料ガスの反応室への供給を止めて、第一の原料ガスを真空引き又は不活性ガスによってパージし、その後、第二の原料ガスを基板上に供給し反応させる。第二の原料ガスの反応室への供給を止めた後に、第二の原料ガスを真空引き又は不活性ガスによってパージする。これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得ることができる。
【０００５】
第一の原料ガスが基板に吸着した後に第二の原料ガスと反応するため、成膜温度の低温化を図ることができる。また、ホールに成膜をする場合は、従来のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で問題となっていたような、原料ガスがホール上部で反応消費されることによる被覆性の低下を避けることができる。更に、吸着層の厚さは、一般に原子、分子の単層又は多くても２、３層であるが、その温度と圧力で決定され、吸着層を作るのに必要以上の原料ガスが供給されると排出されるという自己整合性を有しているので、極薄膜の厚さを制御するのに良い。また、１回の成膜が、原子層レベル又は分子層レベルで行われるため、反応が完全に進行し易く、膜中に不純物が残留しにくくなり好適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる複数種の原料ガスを１種類ずつ複数回にわたり反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法を利用した薄膜形成装置では、成膜のプロセスに時間がかかるため、原料ガスの切り替えを高速で行って、成膜の生産性を向上させる必要がある。
【０００７】
また、基板上に均一な膜を形成するためには、原料ガスを反応室に導入する際に、原料ガスを基板の大きさ近くにまで広げて、基板上の全面を層流状に流れることが必要である。
【０００８】
ガスの流れを層流にするために、例えば、反応室の側面に、複数の穴を有するシャワーヘッド部を設け、シャワーヘッド部内と反応室内との圧力差でガスを横から押し出すようなサイドフローによって、反応室内の基板の上面に導入する方法がある。しかし、この方法では、反応室にガスを導入する際に、シャワーヘッド部内に原料ガスが滞留する部分を生じてしまう。従って、完全に原料ガスを切り換えることが出来ない。
【０００９】
そこで、本発明は、原料ガスの切り換えを早くするために原料ガスが混合するのを防止するとともに、基板に均一な成膜をするために原料ガスを均一に基板全面に広げることができる薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項１に記載の如く、原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系により達成される。更に、上記目的は、請求項８に記載の如く、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置によっても達成される。
【００１１】
請求項１又は８記載の発明によれば、分岐された分岐管の夫々の管の圧力損失は同一となり、分岐管の夫々の管からの原料ガスについて、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００１２】
また、請求項２に記載される如く、請求項１記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管は、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一で、全長に亘って均一な管の径を有することを特徴とする構成とすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、分岐管の夫々の管が均一な径を有し、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一であるため、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスを等しくすることが出来る。
【００１４】
請求項３に記載される如く、請求項２記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されていることを特徴とする構成とすることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されている。従って、分岐管の夫々の管の第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一となる。よって、均一な径を有する分岐管の夫々の管において、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスを等しくすることが出来る。
【００１６】
また、請求項４に記載される如く、請求項１乃至３いずれか一項記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管の前記複数の夫々の第二の端部は、前記基板の径の全長と略同一の長さに亘って、反応室に接続していることを特徴とする構成とすることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、原料ガスを均一に基板の全面に広げることができ、基板の略全面の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の如く、原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系により達成される。更に、請求項９に記載の如く、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置により達成される。
【００１９】
請求項５又は９記載の発明によれば、第一の端部から第二の端部に向かう方向、即ち、原料ガスの進行方向に従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する他の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の高さを、減少させることにより、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００２０】
請求項６に記載の如く、請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記接続部の任意の箇所において、前記第一の端部から前記第二の端部に向かう方向と直交する開口面の面積は常に略同一であることを特徴とする構成であってもよい。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、接続部内での任意の箇所における開口面積は常に同一となっているため、接続部内を流動する原料ガスは、第一の端部から第二の端部との間において、常に略一定の流速を有する。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができる。
【００２２】
請求項７に記載の如く、請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には所定の比率で内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には所定の比率で内壁の長さが減少する内壁構造を有することを特徴とする構成であってもよい。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、第一の端部と第二の端部とは直線的に結ばれ、原料ガスの進行方向に従って、接続部の内壁の幅を一定の比率で増大させ、且つ、接続部の内壁の高さを、一定の比率で減少させることができる。従って、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止でき、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を第一の原料ガス、即ち、成膜しようとする膜の物質を含む蒸気ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ４（四塩化チタン）を、第二の原料ガス、即ち、第一の原料ガスと反応性のあるガスとしてＮＨ３ ガス（アンモニア）を使い、前記原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり交互に反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する場合を例にとって説明する。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。図１を参照するに、本発明の第一実施例にかかわる薄膜形成装置は、反応室１０と、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０と、本発明の特徴である原料ガス供給系、即ち、主供給管３０及び分岐管４０と、排気ポンプ７０等から構成される。
【００２６】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の流量を調節するバルブ２２を介して主供給管３０に接続している。主供給管３０の端部のうち、バルブ２２を介して第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０と接続していない側の端部３１は、反応室１０に接続され第一の原料ガスＴｉＣｌ４を反応室１０へ供給する分岐管４０の端部４１に接続している。分岐管４０の構造については後述する。
【００２７】
反応室１０内の中央には、被処理体である基板１１を水平に保持し、温度調整可能な保持体１２が配設されている。反応室１０の側面のうち、分岐管４０が接続している面と向かい合う面の全面には、排気口部７２が備えられている。排気口部７２は、排気管７１を介して、ドライポンプ等の排気ポンプ７０に接続し、反応室で発生した排ガスが、図示しないバルブで流量を調節されて流動する。
【００２８】
次に、本発明の特徴である分岐管４０の構造について説明する。図１（ａ）を参照するに、上述のように、分岐管４０の第一の端部４１は主供給管３０の端部３１に接続している。分岐管４０は、１本の管が、管の径を同一にしたまま分岐して形成されており、当該分岐した管の複数の第二の端部４２が反応室１０に接続している。
【００２９】
即ち、分岐管４０は、第一の端部４１から直線状に距離ｌ０延設され、距離ｌ０を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に距離Ｌ１分岐する。二手に分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ０を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ１延設される。こうして、分岐管４０は二本に分岐し、第一段を構成する。
【００３０】
二本に分岐された分岐管４０は、夫々、距離ｌ１を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に、距離Ｌ２分岐する。距離Ｌ２分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ１を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ２延設される。こうして、分岐管４０は合計四本に分岐し、第二段を構成する。
【００３１】
第二段を構成する夫々の分岐管４０は、更に、夫々、距離ｌ２を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に距離Ｌ３分岐する。距離Ｌ３分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ２を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ３延設される。こうして、分岐管４０は合計八本に分岐し、第三段を構成する。八本に分岐され、第三段を構成する分岐管４０の夫々の端部、即ち、分岐管４０の第二の端部４２が反応室１０に接続している。
【００３２】
このように、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０から供給される第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、主供給管３０を介して、八本に分岐され夫々が同一の径を有する分岐管４０内を流動し、反応室１０へ供給される。
【００３３】
従って、反応室１０の一側面上に、隣り合う八箇所の第二の端部４２が夫々、等間隔ずつ離れて設けられ、反応室１０へ第一の原料ガスＴｉＣｌ４が供給される。即ち、第一の原料ガスＴｉＣｌ４を均一に基板１１上の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００３４】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４による成膜後は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の反応室１０への供給を停止して第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスを導入する。第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスの導入停止後に、ＮＨ３ ガスを反応室１０へ供給する。ＮＨ３ ガスの供給にあたり、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の場合と同様に、本発明の第一実施例の分岐管４０を利用すれば、ＮＨ３ ガスを均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００３５】
上述のように、八本に分岐された分岐管８０の夫々は、同一径を有し、かつ、主供給管８０との接続点、即ち、第一の端部４１から、反応室との接続点、即ち、第二の端部４２までの管の長さを同一にしている。周知の如く、管の半径をａ［ｃｍ］、管の長さをＬ［ｃｍ］としたときに、Ｌ／ａ＞１００の関係が成立する場合、当該配管内のガスの分子流における流れ易さ、即ち、コンダクタンスは、ａ３に比例し、Ｌに反比例する。従って、上述のような構造下では、八本に分岐された分岐管４０の夫々の管において、第一の端部４１から第二の端部４２までのコンダクタンスは同一となり、圧力損失は同一となる。従って、第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、八本に分岐された分岐管４０の夫々の管から基板１１の上面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に維持して流動し、均一な成膜が可能となる。また、上述のように、従来のシャワーヘッド部を有する薄膜形成装置のように原料ガスの滞留という問題はなく、原料ガスの切り換えが遅延することを防止することが出来る。
【００３６】
上述のように、分岐された分岐管８０の夫々につき、第一の端部４１から第二の端部４２までの間において圧力損失を同一にするには、分岐された分岐管８０の夫々のコンダクタンス（圧力損失の逆数）を等しくすればよい。従って、分岐された分岐管８０の夫々のコンダクタンスが同一となる限りにおいては、図１に示すように分岐された分岐管８０の夫々の配管の径及び長さの何れもが同一でなくてもよい。
【００３７】
更に、図１に示す構造において、基板１１の全面に均一に成膜するためには、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の分布が、基板１１の幅と同じぐらいまで広げられるように分岐することが望ましいが、本発明では、複数以上であれば、特に分岐の数を限定しない。
【００３８】
次に本発明の第二実施例を説明する。図２（ａ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【００３９】
図２を参照するに、本発明の第二実施例にかかわる薄膜形成装置は、反応室１０と、本発明の特徴である原料ガス供給系、即ち、供給管３３及び接続部３５と、排気ポンプ７０と、図示しない第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源等から構成される。図示しない第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の流量を調節する図示しないバルブを介して供給管３３に接続している。供給管３３の端部３４は、本発明の特徴である接続部３５と接続している。接続部３５は、反応室１０の側面１３の全面に接続され、第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、供給管３３を通じて、接続部３５へ流動し、反応室の側面１３を介して反応室１０へ供給される。なお、接続部３５の構造については後述する。
【００４０】
反応室１０内の中央には、被処理体である基板１１を水平に保持し、温度調整可能な保持体１２が配設されている。反応室１０へ供給された第一の原料ガスＴｉＣｌ４により、基板１１に成膜がなされる。反応室１０の側面１３と向かい合う面１４の全面には、排気口部７２が備えられている。排気口部７２は、排気管７１を介して、ドライポンプ等の排気ポンプ７０に接続し、反応室で発生した排ガスは、図示しないバルブで流量が調節されて排気される。
【００４１】
次に、本発明の特徴である接続部３５の構造について説明する。図２を参照するに、接続部３５の一方の端部３６は、配管内の幅がａ［ｃｍ］、高さがｘ［ｃｍ］である矩形の縦断面形状を有し、供給管３３の端部３４に接続している。接続部３５の他方の端部３７は、配管内の幅が基板１１の径よりも略同じ長さたるｂ［ｃｍ］、高さがｙ［ｃｍ］である矩形の縦断面形状を有し、反応室１０の側面１３の全面に接続している。
【００４２】
ところで、図３は、接続部３５内の上半部の斜視図である。図３では、説明の便宜上、接続部３５内の上半部のみ示し、接続部３５内の下半部を省略しているが、下半部も上半部同様の構造を有する。
【００４３】
接続部３５内では、図２（ａ）に示されるように、配管内の幅についてａ＜ｂの関係があり、図２（ｂ）に示されるように、配管内の高さについてｘ＞ｙである。図２及び図３を参照するに、接続部３５の端部３６と端部３７との間は、曲線的に結ばれている。
【００４４】
具体的には、図２（ａ）を参照するに、接続部３５の幅方向に関しては、ガスの進行方向、即ち、接続部３５の端部３６から端部３７に向かって、接続部３５の幅方向に関する曲率半径が徐々に広がっていく。つまり、端部３４近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ１とし、接続部３５が端部３７へ向かうに従って、順に、接続配管の幅方向の曲率半径を、Ｒ２、Ｒ３とし、端部３７近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ４とした場合、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４という関係が成立して、接続部３５の幅が広くなる。
【００４５】
また、図２（ｂ）を参照するに、接続部３５の幅方向に関しては、ガスの進行方向、即ち、接続部３５の端部３６から端部３７に向かって、接続部３５の高さ方向に関する曲率半径が徐々に狭まっていく。つまり、端部３４近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ１’とし、接続部３５が端部３７へ向かうに従って、順に、接続配管の幅方向の曲率半径を、Ｒ２’、Ｒ３’とし、端部３７近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ４’とした場合、Ｒ１’＞Ｒ２’＞Ｒ３’＞Ｒ４’という関係が成立して、接続部３５の高さが短くなる。
【００４６】
このように、接続部３５は、端部３６から端部３７に向かって、幅が広くなるとの同時に高さが短くなる。
【００４７】
更に、接続部３５は、配管の全長に亘って縦断面の断面積（開口面の面積）が等しくなるように設定される。即ち、接続部３５内の任意の箇所における開口面３８において幅をｃ［ｃｍ］、高さをｚ［ｃｍ］とすると、接続部３５の開口面積について、ａ×ｘ＝ｂ×ｙ＝ｃ×ｚという関係が成り立つ。
【００４８】
接続部３５が上述のような構造を有しているのは以下の理由による、即ち、端部３７において、単に、基板１１の径と略同じ長さになるように開口面の幅を広げただけでは、端部３７を通過するときの原料ガスの流速は、端部３６を流動する際の流速に比し低下し、基板上では、基板１１の真中近傍だけに原料ガスが集中して流れてしまう。そこで、基板１１へのガスの進行方向に従って、当該ガスの流路の開口面の幅を広げるのと同時に、高さを短くして、ガスを端部３７へ流動させる。そうすると、流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。特に、接続部３５内での任意の箇所における開口面積を常に同一とすることにより、ガスの流速を一定とすることが可能となる。
【００４９】
このようにして、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０から供給される第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、流速を一定にして接続部３５内を流動し、反応室１０へ供給され、基板１１の径と略同じ長さにまで広げられて基板１１へ供給される。即ち、第一の原料ガスＴｉＣｌ４を均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００５０】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４による成膜後は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の反応室１０への供給を停止して第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスを導入する。第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスの導入停止後に、ＮＨ３ ガスを反応室１０へ供給する。ＮＨ３ ガスの供給にあたり、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の場合と同様に、本発明の第二実施例の接続部３５を利用すれば、ＮＨ３ ガスを均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態でかつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。また、上述のように、従来の薄膜形成装置のようにシャワーヘッド部内に原料ガスが滞留することはなく、原料ガスの切り換えが遅延することを防止することが出来る。
【００５１】
ところで、図４は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の変形例の平面図である。上述した本発明の第二実施例においては、接続部３５の端部３６と端部３７との間は、曲線的に結ばれている。この変形例として、図４に示すように、接続部３５の端部３６と端部３７との間を直線的に結び、端部３６から端部３７にかけて、所定の比率で幅が広くなるとの同時に、所定の比率で高さが短くなる形式であってもよい。即ち、接続部３５の開口面の幅又は高さの変位率が一定か否かは問わず、本発明を適用することができる。
【００５２】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５３】
例えば、本発明は、使用する原料ガスは特に限定されない。例えば、第一の原料ガスとして、ＴｉＩ４、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、ＴａＦ５、ＴａＣｌ５、ＴａＢｒ５、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５、ＷＦ６、Ｗ（ＣＯ）６、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４等を使用してもよく、第二の原料ガスとして、Ｈ２、Ｂ２Ｈ６、Ｎ２Ｈ４、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ等を使用してもよい。
【００５４】
また、反応室１０に接続する排気口部７２の構造は特に限定されない。例えば、図１及び図２に示すように、反応室１０の側面の全面に接続して排気する形式でもよく、図２に示すように、本発明の第二実施例の接続部３５と同様の構造を有してもよい。
【００５５】
更に、本発明の第一実施例及び第二実施例では、反応室の側面から原料ガスを供給する所謂サイドフロー形式の場合を説明した。しかし、本発明は、サイドフロー形式の場合には限定されず、原料ガスを、反応室内に配設された保持体上に載置された基板の上方から反応室へ供給する場合にも適用することができる。
【００５６】
また、上述の実施例では、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＶＤ装置に対しても適用することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、請求項１又は８記載の発明によれば、分岐された分岐管の夫々の管のコンダクタンスは同一となり、圧力損失が同一となり、分岐管の夫々の管からの原料ガスについて、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、分岐管の夫々の管が均一な径を有し、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一であるため、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しくすることが出来る。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されている。従って、分岐管の夫々の管の第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一となる。よって、均一な径を有する分岐管の夫々の管において、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しくすることが出来る。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、原料ガスを均一に基板の全面に広げることができ、基板の全面の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００６１】
請求項５又は９記載の発明によれば、第一の端部から第二の端部に向かう方向、即ち、原料ガスの進行方向に従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する他の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の高さを、減少させることにより、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、接続部内での任意の箇所における開口面積は常に同一となっているため、接続部内を流動する原料ガスは、第一の端部から第二の端部との間において、常に略一定の流速を有する。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、第一の端部と第二の端部とは直線的に結んで、原料ガスの進行方向に従って、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、接続部の内壁の高さを、減少させることができ、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【図３】接続部３５内の上半部の斜視図である。
【図４】本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の変形例の平面図である。
【符号の説明】
１０ 反応室
１１ 基板
１３ 側面
２０ 原料ガスの供給源
３０ 主供給管
３３ 供給管
３４ 供給管の端部
３５ 接続部
３６、３７ 接続配管の端部
４０ 分岐管
４１ 分岐管の第一の端部
４２ 分岐管の第二の端部
７０ 排気ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置に関し、特に、原料ガスを供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、基板上に形成する絶縁膜および金属配線膜等に対しては、薄膜化、複雑な形状への被覆性の良い成膜、ウエハ全体に対し巨視的に均一な成膜、ナノメートルレベルの微視的に平滑な成膜が望まれている。これらの要求を満たす成膜方法として、複数種の原料ガスを一種類ずつ交互に複数回にわたり反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する方法が最近注目されている。
【０００３】
かかる方法では、原料ガスの反応表面への吸着を経由して、原子層レベル又は分子層レベルで成膜を行い、これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得ることができる。
【０００４】
より具体的には、先ず、第一の原料ガスを基板上に供給し、その吸着層を基板上に形成する。第一の原料ガスの反応室への供給を止めて、第一の原料ガスを真空引き又は不活性ガスによってパージし、その後、第二の原料ガスを基板上に供給し反応させる。第二の原料ガスの反応室への供給を止めた後に、第二の原料ガスを真空引き又は不活性ガスによってパージする。これらの工程を繰り返して所定の厚さの薄膜を得ることができる。
【０００５】
第一の原料ガスが基板に吸着した後に第二の原料ガスと反応するため、成膜温度の低温化を図ることができる。また、ホールに成膜をする場合は、従来のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で問題となっていたような、原料ガスがホール上部で反応消費されることによる被覆性の低下を避けることができる。更に、吸着層の厚さは、一般に原子、分子の単層又は多くても２、３層であるが、その温度と圧力で決定され、吸着層を作るのに必要以上の原料ガスが供給されると排出されるという自己整合性を有しているので、極薄膜の厚さを制御するのに良い。また、１回の成膜が、原子層レベル又は分子層レベルで行われるため、反応が完全に進行し易く、膜中に不純物が残留しにくくなり好適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる複数種の原料ガスを１種類ずつ複数回にわたり反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法を利用した薄膜形成装置では、成膜のプロセスに時間がかかるため、原料ガスの切り替えを高速で行って、成膜の生産性を向上させる必要がある。
【０００７】
また、基板上に均一な膜を形成するためには、原料ガスを反応室に導入する際に、原料ガスを基板の大きさ近くにまで広げて、基板上の全面を層流状に流れることが必要である。
【０００８】
ガスの流れを層流にするために、例えば、反応室の側面に、複数の穴を有するシャワーヘッド部を設け、シャワーヘッド部内と反応室内との圧力差でガスを横から押し出すようなサイドフローによって、反応室内の基板の上面に導入する方法がある。しかし、この方法では、反応室にガスを導入する際に、シャワーヘッド部内に原料ガスが滞留する部分を生じてしまう。従って、完全に原料ガスを切り換えることが出来ない。
【０００９】
そこで、本発明は、原料ガスの切り換えを早くするために原料ガスが混合するのを防止するとともに、基板に均一な成膜をするために原料ガスを均一に基板全面に広げることができる薄膜形成装置の原料ガス供給系及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は請求項１に記載の如く、原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系により達成される。更に、上記目的は、請求項８に記載の如く、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置によっても達成される。
【００１１】
請求項１又は８記載の発明によれば、分岐された分岐管の夫々の管の圧力損失は同一となり、分岐管の夫々の管からの原料ガスについて、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００１２】
また、請求項２に記載される如く、請求項１記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管は、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一で、全長に亘って均一な管の径を有することを特徴とする構成とすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、分岐管の夫々の管が均一な径を有し、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一であるため、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスを等しくすることが出来る。
【００１４】
請求項３に記載される如く、請求項２記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されていることを特徴とする構成とすることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されている。従って、分岐管の夫々の管の第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一となる。よって、均一な径を有する分岐管の夫々の管において、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスを等しくすることが出来る。
【００１６】
また、請求項４に記載される如く、請求項１乃至３いずれか一項記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記分岐管の前記複数の夫々の第二の端部は、前記基板の径の全長と略同一の長さに亘って、反応室に接続していることを特徴とする構成とすることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、原料ガスを均一に基板の全面に広げることができ、基板の略全面の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００１８】
請求項５に記載の如く、原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系により達成される。更に、請求項９に記載の如く、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置により達成される。
【００１９】
請求項５又は９記載の発明によれば、第一の端部から第二の端部に向かう方向、即ち、原料ガスの進行方向に従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する他の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の高さを、減少させることにより、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００２０】
請求項６に記載の如く、請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記接続部の任意の箇所において、前記第一の端部から前記第二の端部に向かう方向と直交する開口面の面積は常に略同一であることを特徴とする構成であってもよい。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、接続部内での任意の箇所における開口面積は常に同一となっているため、接続部内を流動する原料ガスは、第一の端部から第二の端部との間において、常に略一定の流速を有する。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができる。
【００２２】
請求項７に記載の如く、請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には所定の比率で内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には所定の比率で内壁の長さが減少する内壁構造を有することを特徴とする構成であってもよい。
【００２３】
請求項７記載の発明によれば、第一の端部と第二の端部とは直線的に結ばれ、原料ガスの進行方向に従って、接続部の内壁の幅を一定の比率で増大させ、且つ、接続部の内壁の高さを、一定の比率で減少させることができる。従って、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止でき、基板の上面の全面において層流の状態で、流速分布を均一に保つことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を第一の原料ガス、即ち、成膜しようとする膜の物質を含む蒸気ガスとして高融点金属ハロゲン化合物のＴｉＣｌ４（四塩化チタン）を、第二の原料ガス、即ち、第一の原料ガスと反応性のあるガスとしてＮＨ３ ガス（アンモニア）を使い、前記原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり交互に反応室へ供給して反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する場合を例にとって説明する。
【００２５】
図１（ａ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。図１を参照するに、本発明の第一実施例にかかわる薄膜形成装置は、反応室１０と、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０と、本発明の特徴である原料ガス供給系、即ち、主供給管３０及び分岐管４０と、排気ポンプ７０等から構成される。
【００２６】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の流量を調節するバルブ２２を介して主供給管３０に接続している。主供給管３０の端部のうち、バルブ２２を介して第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０と接続していない側の端部３１は、反応室１０に接続され第一の原料ガスＴｉＣｌ４を反応室１０へ供給する分岐管４０の端部４１に接続している。分岐管４０の構造については後述する。
【００２７】
反応室１０内の中央には、被処理体である基板１１を水平に保持し、温度調整可能な保持体１２が配設されている。反応室１０の側面のうち、分岐管４０が接続している面と向かい合う面の全面には、排気口部７２が備えられている。排気口部７２は、排気管７１を介して、ドライポンプ等の排気ポンプ７０に接続し、反応室で発生した排ガスが、図示しないバルブで流量を調節されて流動する。
【００２８】
次に、本発明の特徴である分岐管４０の構造について説明する。図１（ａ）を参照するに、上述のように、分岐管４０の第一の端部４１は主供給管３０の端部３１に接続している。分岐管４０は、１本の管が、管の径を同一にしたまま分岐して形成されており、当該分岐した管の複数の第二の端部４２が反応室１０に接続している。
【００２９】
即ち、分岐管４０は、第一の端部４１から直線状に距離ｌ０延設され、距離ｌ０を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に距離Ｌ１分岐する。二手に分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ０を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ１延設される。こうして、分岐管４０は二本に分岐し、第一段を構成する。
【００３０】
二本に分岐された分岐管４０は、夫々、距離ｌ１を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に、距離Ｌ２分岐する。距離Ｌ２分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ１を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ２延設される。こうして、分岐管４０は合計四本に分岐し、第二段を構成する。
【００３１】
第二段を構成する夫々の分岐管４０は、更に、夫々、距離ｌ２を有する部分の分岐管４０を中心線として線対称になるよう９０度曲げられ、直線状に距離Ｌ３分岐する。距離Ｌ３分岐した分岐管４０は更に、夫々９０度曲がって、距離ｌ２を有する部分の分岐管４０と平行に、直線状に距離ｌ３延設される。こうして、分岐管４０は合計八本に分岐し、第三段を構成する。八本に分岐され、第三段を構成する分岐管４０の夫々の端部、即ち、分岐管４０の第二の端部４２が反応室１０に接続している。
【００３２】
このように、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０から供給される第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、主供給管３０を介して、八本に分岐され夫々が同一の径を有する分岐管４０内を流動し、反応室１０へ供給される。
【００３３】
従って、反応室１０の一側面上に、隣り合う八箇所の第二の端部４２が夫々、等間隔ずつ離れて設けられ、反応室１０へ第一の原料ガスＴｉＣｌ４が供給される。即ち、第一の原料ガスＴｉＣｌ４を均一に基板１１上の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００３４】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４による成膜後は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の反応室１０への供給を停止して第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスを導入する。第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスの導入停止後に、ＮＨ３ ガスを反応室１０へ供給する。ＮＨ３ ガスの供給にあたり、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の場合と同様に、本発明の第一実施例の分岐管４０を利用すれば、ＮＨ３ ガスを均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００３５】
上述のように、八本に分岐された分岐管８０の夫々は、同一径を有し、かつ、主供給管８０との接続点、即ち、第一の端部４１から、反応室との接続点、即ち、第二の端部４２までの管の長さを同一にしている。周知の如く、管の半径をａ［ｃｍ］、管の長さをＬ［ｃｍ］としたときに、Ｌ／ａ＞１００の関係が成立する場合、当該配管内のガスの分子流における流れ易さ、即ち、コンダクタンスは、ａ３に比例し、Ｌに反比例する。従って、上述のような構造下では、八本に分岐された分岐管４０の夫々の管において、第一の端部４１から第二の端部４２までのコンダクタンスは同一となり、圧力損失は同一となる。従って、第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、八本に分岐された分岐管４０の夫々の管から基板１１の上面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に維持して流動し、均一な成膜が可能となる。また、上述のように、従来のシャワーヘッド部を有する薄膜形成装置のように原料ガスの滞留という問題はなく、原料ガスの切り換えが遅延することを防止することが出来る。
【００３６】
上述のように、分岐された分岐管８０の夫々につき、第一の端部４１から第二の端部４２までの間において圧力損失を同一にするには、分岐された分岐管８０の夫々のコンダクタンス（圧力損失の逆数）を等しくすればよい。従って、分岐された分岐管８０の夫々のコンダクタンスが同一となる限りにおいては、図１に示すように分岐された分岐管８０の夫々の配管の径及び長さの何れもが同一でなくてもよい。
【００３７】
更に、図１に示す構造において、基板１１の全面に均一に成膜するためには、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の分布が、基板１１の幅と同じぐらいまで広げられるように分岐することが望ましいが、本発明では、複数以上であれば、特に分岐の数を限定しない。
【００３８】
次に本発明の第二実施例を説明する。図２（ａ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【００３９】
図２を参照するに、本発明の第二実施例にかかわる薄膜形成装置は、反応室１０と、本発明の特徴である原料ガス供給系、即ち、供給管３３及び接続部３５と、排気ポンプ７０と、図示しない第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源等から構成される。図示しない第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の流量を調節する図示しないバルブを介して供給管３３に接続している。供給管３３の端部３４は、本発明の特徴である接続部３５と接続している。接続部３５は、反応室１０の側面１３の全面に接続され、第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、供給管３３を通じて、接続部３５へ流動し、反応室の側面１３を介して反応室１０へ供給される。なお、接続部３５の構造については後述する。
【００４０】
反応室１０内の中央には、被処理体である基板１１を水平に保持し、温度調整可能な保持体１２が配設されている。反応室１０へ供給された第一の原料ガスＴｉＣｌ４により、基板１１に成膜がなされる。反応室１０の側面１３と向かい合う面１４の全面には、排気口部７２が備えられている。排気口部７２は、排気管７１を介して、ドライポンプ等の排気ポンプ７０に接続し、反応室で発生した排ガスは、図示しないバルブで流量が調節されて排気される。
【００４１】
次に、本発明の特徴である接続部３５の構造について説明する。図２を参照するに、接続部３５の一方の端部３６は、配管内の幅がａ［ｃｍ］、高さがｘ［ｃｍ］である矩形の縦断面形状を有し、供給管３３の端部３４に接続している。接続部３５の他方の端部３７は、配管内の幅が基板１１の径よりも略同じ長さたるｂ［ｃｍ］、高さがｙ［ｃｍ］である矩形の縦断面形状を有し、反応室１０の側面１３の全面に接続している。
【００４２】
ところで、図３は、接続部３５内の上半部の斜視図である。図３では、説明の便宜上、接続部３５内の上半部のみ示し、接続部３５内の下半部を省略しているが、下半部も上半部同様の構造を有する。
【００４３】
接続部３５内では、図２（ａ）に示されるように、配管内の幅についてａ＜ｂの関係があり、図２（ｂ）に示されるように、配管内の高さについてｘ＞ｙである。図２及び図３を参照するに、接続部３５の端部３６と端部３７との間は、曲線的に結ばれている。
【００４４】
具体的には、図２（ａ）を参照するに、接続部３５の幅方向に関しては、ガスの進行方向、即ち、接続部３５の端部３６から端部３７に向かって、接続部３５の幅方向に関する曲率半径が徐々に広がっていく。つまり、端部３４近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ１とし、接続部３５が端部３７へ向かうに従って、順に、接続配管の幅方向の曲率半径を、Ｒ２、Ｒ３とし、端部３７近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ４とした場合、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４という関係が成立して、接続部３５の幅が広くなる。
【００４５】
また、図２（ｂ）を参照するに、接続部３５の幅方向に関しては、ガスの進行方向、即ち、接続部３５の端部３６から端部３７に向かって、接続部３５の高さ方向に関する曲率半径が徐々に狭まっていく。つまり、端部３４近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ１’とし、接続部３５が端部３７へ向かうに従って、順に、接続配管の幅方向の曲率半径を、Ｒ２’、Ｒ３’とし、端部３７近傍での接続部３５の幅方向の曲率半径をＲ４’とした場合、Ｒ１’＞Ｒ２’＞Ｒ３’＞Ｒ４’という関係が成立して、接続部３５の高さが短くなる。
【００４６】
このように、接続部３５は、端部３６から端部３７に向かって、幅が広くなるとの同時に高さが短くなる。
【００４７】
更に、接続部３５は、配管の全長に亘って縦断面の断面積（開口面の面積）が等しくなるように設定される。即ち、接続部３５内の任意の箇所における開口面３８において幅をｃ［ｃｍ］、高さをｚ［ｃｍ］とすると、接続部３５の開口面積について、ａ×ｘ＝ｂ×ｙ＝ｃ×ｚという関係が成り立つ。
【００４８】
接続部３５が上述のような構造を有しているのは以下の理由による、即ち、端部３７において、単に、基板１１の径と略同じ長さになるように開口面の幅を広げただけでは、端部３７を通過するときの原料ガスの流速は、端部３６を流動する際の流速に比し低下し、基板上では、基板１１の真中近傍だけに原料ガスが集中して流れてしまう。そこで、基板１１へのガスの進行方向に従って、当該ガスの流路の開口面の幅を広げるのと同時に、高さを短くして、ガスを端部３７へ流動させる。そうすると、流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。特に、接続部３５内での任意の箇所における開口面積を常に同一とすることにより、ガスの流速を一定とすることが可能となる。
【００４９】
このようにして、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の供給源２０から供給される第一の原料ガスＴｉＣｌ４は、流速を一定にして接続部３５内を流動し、反応室１０へ供給され、基板１１の径と略同じ長さにまで広げられて基板１１へ供給される。即ち、第一の原料ガスＴｉＣｌ４を均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００５０】
第一の原料ガスＴｉＣｌ４による成膜後は、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の反応室１０への供給を停止して第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスを導入する。第一の原料ガスＴｉＣｌ４をパージするガスの導入停止後に、ＮＨ３ ガスを反応室１０へ供給する。ＮＨ３ ガスの供給にあたり、第一の原料ガスＴｉＣｌ４の場合と同様に、本発明の第二実施例の接続部３５を利用すれば、ＮＨ３ ガスを均一に基板１１の全面に広げることができ、基板１１の上面において層流の状態でかつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。また、上述のように、従来の薄膜形成装置のようにシャワーヘッド部内に原料ガスが滞留することはなく、原料ガスの切り換えが遅延することを防止することが出来る。
【００５１】
ところで、図４は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の変形例の平面図である。上述した本発明の第二実施例においては、接続部３５の端部３６と端部３７との間は、曲線的に結ばれている。この変形例として、図４に示すように、接続部３５の端部３６と端部３７との間を直線的に結び、端部３６から端部３７にかけて、所定の比率で幅が広くなるとの同時に、所定の比率で高さが短くなる形式であってもよい。即ち、接続部３５の開口面の幅又は高さの変位率が一定か否かは問わず、本発明を適用することができる。
【００５２】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５３】
例えば、本発明は、使用する原料ガスは特に限定されない。例えば、第一の原料ガスとして、ＴｉＩ４、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４、ＴａＦ５、ＴａＣｌ５、ＴａＢｒ５、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５、ＷＦ６、Ｗ（ＣＯ）６、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳ、Ｃｕ（ｈｆａｃ）２、Ａｌ（ＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＳｉＨ４等を使用してもよく、第二の原料ガスとして、Ｈ２、Ｂ２Ｈ６、Ｎ２Ｈ４、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２Ｏ等を使用してもよい。
【００５４】
また、反応室１０に接続する排気口部７２の構造は特に限定されない。例えば、図１及び図２に示すように、反応室１０の側面の全面に接続して排気する形式でもよく、図２に示すように、本発明の第二実施例の接続部３５と同様の構造を有してもよい。
【００５５】
更に、本発明の第一実施例及び第二実施例では、反応室の側面から原料ガスを供給する所謂サイドフロー形式の場合を説明した。しかし、本発明は、サイドフロー形式の場合には限定されず、原料ガスを、反応室内に配設された保持体上に載置された基板の上方から反応室へ供給する場合にも適用することができる。
【００５６】
また、上述の実施例では、複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＣＶＤ装置に対しても適用することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、請求項１又は８記載の発明によれば、分岐された分岐管の夫々の管のコンダクタンスは同一となり、圧力損失が同一となり、分岐管の夫々の管からの原料ガスについて、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、分岐管の夫々の管が均一な径を有し、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一であるため、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しくすることが出来る。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されている。従って、分岐管の夫々の管の第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一となる。よって、均一な径を有する分岐管の夫々の管において、第一の端部と複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しくすることが出来る。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、原料ガスを均一に基板の全面に広げることができ、基板の全面の上面において層流の状態で成膜をすることが可能となる。
【００６１】
請求項５又は９記載の発明によれば、第一の端部から第二の端部に向かう方向、即ち、原料ガスの進行方向に従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する他の方向の接続部の内壁の長さ、即ち、接続部の内壁の高さを、減少させることにより、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができ、均一な成膜が可能となる。更に、原料ガスの滞留という従来の問題を排除でき、原料ガスの切り換えを高速で行うことが可能となり、成膜の生産性を向上させることが出来る。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、接続部内での任意の箇所における開口面積は常に同一となっているため、接続部内を流動する原料ガスは、第一の端部から第二の端部との間において、常に略一定の流速を有する。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、第一の端部と第二の端部とは直線的に結んで、原料ガスの進行方向に従って、接続部の内壁の幅を増大させ、且つ、接続部の内壁の高さを、減少させることができ、接続部を流動する原料ガスの流速が低下することを防止できる。従って、基板の上面の全面において層流の状態で、かつ、流速分布を均一に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図１（ｂ）は、本発明の第一実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の縦断面図である。
【図３】接続部３５内の上半部の斜視図である。
【図４】本発明の第二実施例を利用した薄膜形成装置の変形例の平面図である。
【符号の説明】
１０ 反応室
１１ 基板
１３ 側面
２０ 原料ガスの供給源
３０ 主供給管
３３ 供給管
３４ 供給管の端部
３５ 接続部
３６、３７ 接続配管の端部
４０ 分岐管
４１ 分岐管の第一の端部
４２ 分岐管の第二の端部
７０ 排気ポンプ
Claims (9)
- 原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 前記分岐管は、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間の管の長さが同一で、全長に亘って均一な管の径を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 前記分岐管は、前記主供給管が前記反応室に接続されている方向を中心線とした場合に線対称となるように分岐されていることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 前記分岐管の前記複数の夫々の第二の端部は、前記基板の径の全長と略同一の長さに亘って、反応室に接続していることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 原料ガスを原料ガス供給源から供給して反応室にある基板を処理する薄膜形成装置の原料ガス供給系において、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 前記接続部の任意の箇所において、前記第一の端部から前記第二の端部に向かう方向と直交する開口面の面積は常に略同一であることを特徴とする請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には所定の比率で内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には所定の比率で内壁の長さが減少する内壁構造を有することを特徴とする請求項５記載の薄膜形成装置の原料ガス供給系。
- 複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する主供給管と、第一の端部が前記主供給管に接続し、複数の第二の端部が前記反応室に接続するように複数に分岐する分岐管とを有し、前記第一の端部と前記複数の夫々の第二の端部との間のコンダクタンスが等しいことを特徴とする薄膜形成装置。
- 複数種の原料ガスを一種類ずつ複数回にわたり原料ガス供給源から反応室へ供給する原料ガス供給系を備え、当該供給された原料ガスで反応室内に配設された基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記原料ガス供給系は、前記原料ガス供給源に接続する供給管と、第一の端部が前記供給管に接続し第二の端部が前記反応室に接続する接続部を有し、前記接続部は、第一の端部から第二の端部に向かうに従って、第一の端部から第二の端部に向かう方向と直交する一の方向には内壁の長さが増大し、前記直交する他の方向には内壁の長さは減少する内壁構造を有することを特徴とする薄膜形成装置。
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