JP2007009260A - Device and method for feeding material, and apparatus and method for manufacturing thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は材料供給装置及び薄膜作製装置に関し、特に高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成する場合に適用して有用なものである。 The present invention relates to a material supply apparatus and a thin film manufacturing apparatus, and in particular, a halogen gas is allowed to act on an etching target member formed of a metal that forms a high vapor pressure halide or a composite metal containing the halide, thereby forming a precursor that is the halide. The present invention is useful when applied to the case where a predetermined metal thin film is formed by adsorbing the precursor on a substrate.
また、本発明は材料供給方法及び薄膜作製方法に関し、特に高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属乃至これを含む複合金属で形成した被エッチング部材にハロゲンガスを作用させてそのハロゲン化物である前駆体を形成し、この前駆体を基板上に吸着させて所定の金属薄膜を形成する場合に適用して有用なものである。 In addition, the present invention relates to a material supply method and a thin film manufacturing method, and in particular, a halogen gas is allowed to act on a member to be etched formed of a metal that forms a high vapor pressure halide or a composite metal including the halide, and a precursor that is a halide thereof. This is useful when applied to the case where a predetermined metal thin film is formed by adsorbing the precursor onto a substrate.
現在、半導体等の製造においては、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマCVD装置とは、チャンバ内に導入した膜の材料となる有機金属錯体等のガスを、高周波アンテナから入射する高周波によりプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して金属薄膜等を成膜する装置である。 At present, in the manufacture of semiconductors and the like, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus is a plasma reaction of a gas such as an organometallic complex that becomes a material of a film introduced into a chamber by a high frequency incident from a high frequency antenna, and a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma. Is a device for forming a metal thin film or the like by promoting the above.
これに対し、本発明者等は、高蒸気圧ハロゲン化物を作る金属成分であって、成膜を望む金属成分からなる被エッチング部材をチャンバ内に設置し、前記被エッチング部材をハロゲンガスのプラズマによりエッチングすることで金属成分のハロゲン化物である前駆体を生成させるとともに、前駆体の金属成分のみを基板上に成膜するプラズマCVD装置(以下、新方式のプラズマCVD装置という)および成膜方法を開発した(例えば、下記特許文献1参照)。 In contrast, the inventors of the present invention installed a member to be etched, which is a metal component that forms a high vapor pressure halide, and is made of a metal component desired to be formed into a film, and the member to be etched is plasma of halogen gas. A plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as a new type of plasma CVD apparatus) and a film forming method for forming a precursor, which is a halide of a metal component, by etching with a film, and forming only the metal component of the precursor on a substrate (See, for example, Patent Document 1 below).
上記新方式のプラズマCVD装置では、成膜される金属源となる被エッチング部材の温度に対して基板の温度が低くなるように制御して基板に当該金属膜を成膜している。例えば、被エッチング部材をCu、ハロゲンガスをCl2とした場合、被エッチング部材を高温(例えば300℃〜700℃)に制御し、また基板を低温(例えば200℃程度)に制御することにより、基板にCu薄膜を形成することができる。 In the above-described plasma CVD apparatus of the new type, the metal film is formed on the substrate by controlling the temperature of the substrate to be lower than the temperature of the member to be etched which is a metal source to be formed. For example, when the member to be etched is Cu and the halogen gas is Cl 2 , the member to be etched is controlled to a high temperature (for example, 300 ° C. to 700 ° C.), and the substrate is controlled to a low temperature (for example, about 200 ° C.) A Cu thin film can be formed on the substrate.
一方、最近の研究により、上記新方式のプラズマCVD装置において、被エッチング部材をエッチングして形成していた前駆体は、必ずしもハロゲンガスのプラズマを形成しなくても得ることができることが分かってきた。即ち、ハロゲンガスを高温の被エッチング部材に作用させるだけでもこの被エッチング部材がサーマルエッチングされる結果、所望の前駆体を得ることができる。そして、この前駆体を基板上に吸着させた後、ハロゲンを引き抜くことにより所望の金属の薄膜を基板上に析出させることができる。 On the other hand, recent research has shown that the precursor formed by etching the member to be etched can be obtained without necessarily forming halogen gas plasma in the above-described new type plasma CVD apparatus. . That is, a desired precursor can be obtained as a result of thermal etching of the member to be etched by simply applying a halogen gas to the member to be etched at a high temperature. And after making this precursor adsorb | suck on a board | substrate, the thin film of a desired metal can be deposited on a board | substrate by drawing out halogen.
この場合、基板の温度を適切に制御することは当然のこととして、基板上に吸着された前駆体からハロゲンを引き抜き、所望の金属の薄膜を十分な成膜速度及び膜質を確保しつつ容易に析出させるためには、吸着された前駆体にハロゲンのラジカルを作用させることが重要であることも分かってきた。金属として銅(Cu)を適用すると共に、ハロゲンガスとして塩素ガス(Cl2ガス)を適用した場合の反応は次のように表すことができる。 In this case, it is natural to appropriately control the temperature of the substrate, and it is easy to extract a halogen from the precursor adsorbed on the substrate and secure a sufficient film formation speed and film quality for a desired metal thin film. It has also been found that it is important to allow halogen radicals to act on the adsorbed precursors in order to deposit. The reaction when copper (Cu) is applied as the metal and chlorine gas (Cl 2 gas) is applied as the halogen gas can be expressed as follows.
1) エッチング反応;2nCu+nCl2 →2CunCln(g)
2) 基板への吸着反応;CunCln(g)→nCuCl(ad)
3) 成膜反応;CuCl(ad)+Cl* →Cu+Cl2 ↑・・・(1)
1) etching reaction; 2nCu + nCl 2 → 2Cu n Cl n (g)
2) adsorption reaction on the substrate; Cu n Cl n (g) → nCuCl (ad)
3) Film formation reaction: CuCl (ad) + Cl * → Cu + Cl 2 ↑ (1)
ここで、nは自然数、Cl* はClのラジカル、(g)はガス状態、(ad)は吸着状態であることをそれぞれ表している。 Here, n represents a natural number, Cl * represents a Cl radical, (g) represents a gas state, and (ad) represents an adsorption state.
上式(1)の成膜反応に本質的に重要な要素は、基板表面上での前駆体(例えばCuCl)の流束、還元用のハロゲンラジカル(例えばCl*)の流束及び基板温度である。さらに、被エッチング部材の温度は前駆体(例えばCuCl)の流束を制御する要素としてこれを適切に制御することが重要である。 Essentially important factors for the film formation reaction of the above formula (1) are the flux of the precursor (eg, CuCl) on the substrate surface, the flux of the reducing halogen radical (eg, Cl * ), and the substrate temperature. is there. Furthermore, it is important to appropriately control the temperature of the member to be etched as an element for controlling the flux of the precursor (for example, CuCl).
上述の如くハロゲンガスによる被エッチング部材のサーマルエッチングにより前駆体を得る場合には、成膜条件の制御が簡単になる。被エッチング部材のエッチングのためにプラズマを発生させる必要がなく、プラズマによる熱的影響を考慮する必要がないからである。このことは、成膜反応に寄与する各要素を独立に制御して成膜条件の最適制御を実現し得ることを示唆している。 As described above, when the precursor is obtained by thermal etching of the member to be etched with the halogen gas, the film forming conditions can be easily controlled. This is because it is not necessary to generate plasma for etching the member to be etched, and it is not necessary to consider the thermal effects of the plasma. This suggests that optimum control of film forming conditions can be realized by independently controlling each element contributing to the film forming reaction.
本発明は、上述の如き新方式のプラズマCVD装置に関する新たな知見に鑑み、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給装置及び薄膜作製装置を提供することを目的とする。 In view of the new knowledge about the plasma CVD apparatus of the new system as described above, the present invention provides a material supply capable of easily controlling the temperature of the member to be etched independently and making the precursor flow uniform. An object is to provide an apparatus and a thin film manufacturing apparatus.
また、本発明は上述の如き新方式のプラズマCVD装置に関する新たな知見に鑑み、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給方法及び薄膜作製方法を提供することを目的とする。 In addition, the present invention is a material that can easily control the temperature of the member to be etched independently and can make the flow of the precursor uniform in view of the new knowledge about the plasma CVD apparatus of the new type as described above. It is an object to provide a supply method and a thin film manufacturing method.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の材料供給装置は、基板を収容するチャンバの内部に収容されチャンバ内に薄膜の材料となるガスの供給を行うガス供給装置であって、ハロゲンガスが供給されると共にチャンバ内に臨む噴出孔が形成された通路を前記チャンバの内部に備え、前記通路内に少なくとも一種類の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材を配設し、前記被エッチング部材を所定の温度に加熱する加熱手段を前記通路に沿って設け、前記加熱手段で所定の温度に加熱された前記被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを前記通路で形成し、前記前駆体のガスを前記噴出孔から噴出させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a material supply apparatus of the present invention according to claim 1 is a gas supply apparatus that supplies a gas that is housed in a chamber that houses a substrate and that serves as a thin film material in the chamber. A passage in which a halogen gas is supplied and an ejection hole facing the chamber is formed inside the chamber, and is formed of a material containing an element capable of generating at least one high vapor pressure halide in the passage. A member to be etched is provided, a heating means for heating the member to be etched to a predetermined temperature is provided along the passage, and a halogen gas is brought into contact with the member to be etched heated to a predetermined temperature by the heating means. Then, a precursor gas that is a compound of the element and the halogen is formed in the passage, and the precursor gas is ejected from the ejection holes.
請求項1に係る本発明では、チャンバ内部に備えた通路内で所定の温度に制御された被エッチング部材に対してハロゲンガスを接触させて前駆体を生成し、噴出孔から基板側に前駆体を噴出させるので、前駆体の流れを均一にして供給することができる。 In the present invention according to claim 1, a precursor is generated by bringing a halogen gas into contact with an etching target member controlled to a predetermined temperature in a passage provided in the chamber, and the precursor is formed on the substrate side from the ejection hole. Can be supplied with a uniform precursor flow.
そして、請求項2に係る本発明の材料供給装置は、請求項1に記載の材料供給装置において、前記加熱手段は前記通路を挟んで前記基板と反対側に配置され、前記噴出孔は前記基板に対向して設けられていることを特徴とする。 And the material supply apparatus of this invention which concerns on Claim 2 is a material supply apparatus of Claim 1, The said heating means is arrange | positioned on the opposite side to the said board | substrate across the said channel | path, and the said ejection hole is the said board | substrate It is characterized by being provided opposite to.
請求項2に係る本発明では、噴出孔から基板に向けて前駆体を均一に噴出させることができる。 In the present invention according to claim 2, the precursor can be uniformly ejected from the ejection hole toward the substrate.
また、請求項3に係る本発明の材料供給装置は、請求項1または請求項2に記載の材料供給装置において、前記加熱手段は抵抗加熱手段であることを特徴とする。 A material supply apparatus according to a third aspect of the present invention is the material supply apparatus according to the first or second aspect, wherein the heating means is a resistance heating means.
請求項3に係る本発明では、安価な設備でコストをかけることなく被エッチング部材を加熱することができる。 In this invention which concerns on Claim 3, a to-be-etched member can be heated without incurring cost with an inexpensive installation.
また、請求項4に係る本発明の材料供給装置は、請求項1または請求項2に記載の材料供給装置において、前記加熱手段は光加熱手段であることを特徴とする。 A material supply apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the material supply apparatus according to the first or second aspect, wherein the heating means is a light heating means.
請求項4に係る本発明では、高効率に被エッチング部材を加熱することができる。 In the present invention according to claim 4, the member to be etched can be heated with high efficiency.
また、請求項5に係る本発明の材料供給装置は、請求項2乃至請求項4のいずれか一項に記載の材料供給装置において、前記加熱手段と前記通路は一体に形成され、前記加熱手段が一体に形成された前記通路は前記チャンバ内に放射状に複数設けられていることを特徴とする。 A material supply apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the material supply apparatus according to any one of the second to fourth aspects, wherein the heating means and the passage are integrally formed, and the heating means A plurality of the passages formed integrally with each other are provided radially in the chamber.
請求項5に係る本発明では、加熱手段が一体に形成された通路がチャンバ内に放射状に複数設けられているので、チャンバの全体に亘り前駆体を均一に供給することができる。 In the present invention according to claim 5, since a plurality of passages in which the heating means are integrally formed are provided radially in the chamber, the precursor can be supplied uniformly over the entire chamber.
また、請求項6に係る本発明の材料供給装置は、請求項5に記載の材料供給装置において、前記被エッチング部材は通路に対して抜き差し自在に設けられていることを特徴とする。 A material supply apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the material supply apparatus according to the fifth aspect, wherein the member to be etched is provided so as to be freely inserted into and removed from the passage.
請求項6に係る本発明では、被エッチング部材を容易に交換することができる。 In the present invention according to claim 6, the member to be etched can be easily replaced.
また、請求項7に係る本発明の材料供給装置は、請求項5または請求項6に記載の材料供給装置において、複数設けられた前記通路の少なくとも一つには異なる種類の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材が配設され、前記加熱手段は前記被エッチング部材の種類に応じて個別に温度が制御されることを特徴とする。 A material supply device according to a seventh aspect of the present invention is the material supply device according to the fifth or sixth aspect, wherein at least one of the plurality of passages provided is a different type of high vapor pressure halide. A member to be etched formed of a material containing an element capable of generating a gas is disposed, and the temperature of the heating unit is individually controlled according to the type of the member to be etched.
請求項7に係る本発明では、被エッチング部材を適宜選択することにより異種の元素からなる材料を所望の状態で供給することができる。 In this invention concerning Claim 7, the material which consists of a dissimilar element can be supplied in a desired state by selecting the to-be-etched member suitably.
上記目的を達成するための請求項8に係る本発明の材料供給方法は、基板を収容するチャンバ内に薄膜の材料となるガスの供給を行う材料供給方法であって、ハロゲンガスが供給される通路を前記チャンバ内に配置すると共に、少なくとも一種類の高蒸気圧ハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料で形成される被エッチング部材を前記通路に配設し、前記被エッチング部材の温度を所定の温度に加熱し、前記通路にハロゲンガスを供給することで所定の温度に加熱された前記被エッチング部材にハロゲンガスを接触させて前記元素とハロゲンとの化合物である前駆体のガスを形成し、前記前駆体のガスを前記基板側に噴出させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a material supply method according to an eighth aspect of the present invention is a material supply method for supplying a gas as a material for a thin film into a chamber for accommodating a substrate, wherein a halogen gas is supplied. A member to be etched formed of a material containing an element capable of generating at least one kind of high vapor pressure halide is disposed in the passage, and a temperature of the member to be etched is set to a predetermined value. The precursor gas, which is a compound of the element and the halogen, is formed by bringing the halogen gas into contact with the member to be etched that has been heated to a predetermined temperature by supplying the halogen gas to the passage. The precursor gas is ejected to the substrate side.
請求項8に係る本発明では、チャンバ内部に備えた通路内で所定の温度に制御された被エッチング部材に対してハロゲンガスを接触させて前駆体を生成し、噴出孔から基板側に前駆体を噴出させるので、前駆体の流れを均一にして供給することができる。
In the present invention according to
上記目的を達成するための請求項9に係る本発明の薄膜作製装置は、基板が収容される筒状のチャンバと、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の材料供給装置と、チャンバの内部にハロゲンラジカルを生成するハロゲンラジカル生成手段と、前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記材料供給手段からの前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film production apparatus according to a ninth aspect of the present invention is a cylindrical chamber in which a substrate is accommodated, and the material supply apparatus according to any one of the first to seventh aspects. A halogen radical generating means for generating halogen radicals in the chamber; and the temperature of the substrate is controlled to a relatively low temperature to adsorb the precursor gas from the material supply means to the substrate, and Temperature control means for performing a predetermined film formation by causing the halogen radical to act on the precursor that is adsorbed on a substrate to reduce the precursor to precipitate the elemental component of the precursor. It is characterized by that.
請求項9に係る本発明では、流れが均一にされた前駆体を吸着させて所定の成膜を行うことができる薄膜作製装置となる。
The present invention according to
上記目的を達成するための請求項10に係る本発明の薄膜作製方法は、基板が収容される筒状のチャンバの内部にハロゲンラジカルを生成すると共に、請求項8に記載の材料供給方法により前駆体のガスを前記基板に向けて供給し、前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体にハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a thin film production method of the present invention according to claim 10 generates halogen radicals in a cylindrical chamber in which a substrate is accommodated, and is also precursor by a material supply method according to
請求項10に係る本発明では、流れが均一にされた前駆体を吸着させて所定の成膜を行うことができる薄膜作製方法となる。 According to the tenth aspect of the present invention, there is provided a thin film manufacturing method capable of performing a predetermined film formation by adsorbing a precursor having a uniform flow.
本発明の材料供給装置は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給装置となる。 The material supply apparatus of the present invention is a material supply apparatus that can easily and independently control the temperature of the member to be etched and can make the precursor flow uniform.
本発明の薄膜作製装置は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給装置を備えた薄膜作製装置となる。 The thin film production apparatus of the present invention is a thin film production apparatus provided with a material supply apparatus that can easily and independently control the temperature of the member to be etched and can make the precursor flow uniform.
本発明の材料供給方法は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給方法となる。 The material supply method of the present invention is a material supply method that can easily and independently control the temperature of the member to be etched and can make the precursor flow uniform.
本発明の薄膜作製方法は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給方法を用いた薄膜作製方法となる。 The thin film production method of the present invention is a thin film production method using a material supply method capable of easily and independently controlling the temperature of the member to be etched and making the flow of the precursor uniform.
以下、本発明の実施の形態に係る材料供給装置及び材料供給方法、薄膜作製装置及び薄膜作製方法を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, a material supply device, a material supply method, a thin film manufacturing apparatus, and a thin film manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には本発明の一実施形態例に係る材料供給装置を備えた薄膜作製装置の概略側面、図2には材料供給装置の全体の斜視状態、図3には材料供給装置の下面視状態、図4には材料供給装置の要部断面、図5には材料供給装置の要部分解断面、図6には材料供給装置の要部分解斜視を示してある。また、図7には本発明の他の実施形態例に係る材料供給装置の要部断面を示してある。 FIG. 1 is a schematic side view of a thin film manufacturing apparatus provided with a material supply apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the entire material supply apparatus, and FIG. 3 is a bottom view of the material supply apparatus 4 shows a cross section of the main part of the material supply apparatus, FIG. 5 shows an exploded cross section of the main part of the material supply apparatus, and FIG. 6 shows an exploded perspective view of the main part of the material supply apparatus. FIG. 7 shows a cross section of the main part of a material supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
図1に基づいて薄膜作製装置を説明する。 A thin film manufacturing apparatus will be described with reference to FIG.
図に示すように、円筒状に形成された、例えば、セラミックス製(絶縁材製)のチャンバ1の下部には支持台2が設けられ、支持台2には基板3が載置されている。支持台2にはヒータ4及び冷媒流通手段5からなる温度制御手段6が設けられ、支持台2は温度制御手段6により所定温度(例えば、基板3が100℃から300℃に維持される温度)に制御される。尚、チャンバの形状は円筒状に限らず、例えば、矩形状のチャンバを適用することも可能である。 As shown in the figure, a support base 2 is provided in a lower part of a cylindrical chamber 1 made of, for example, ceramic (made of an insulating material), and a substrate 3 is placed on the support base 2. The support base 2 is provided with a temperature control means 6 including a heater 4 and a refrigerant flow means 5, and the support base 2 is set to a predetermined temperature (for example, a temperature at which the substrate 3 is maintained at 100 ° C. to 300 ° C.) by the temperature control means 6. Controlled. The shape of the chamber is not limited to a cylindrical shape, and for example, a rectangular chamber can be applied.
チャンバ1の上面は開口部とされ、開口部は絶縁材料製(例えば、セラミックス製)の板状の天井板7によって塞がれている。開口部に天井板7が設けられることにより、天井板7を取り外すことでチャンバ1内のメンテナンス等が容易に行える。チャンバ1の上部には材料供給装置8が設けられ、材料供給装置8から薄膜の材料となる前駆体のガスが基板3側に供給される。
The upper surface of the chamber 1 is an opening, and the opening is closed by a plate-like ceiling plate 7 made of an insulating material (for example, made of ceramics). Since the ceiling plate 7 is provided in the opening, the inside of the chamber 1 can be easily maintained by removing the ceiling plate 7. A
詳細は後述するが、材料供給装置8にはチャンバ1側からノズル9が接続され、ノズル9からハロゲンガスとしての塩素ガス(Cl2ガス)が供給される。また、材料供給装置8は、基板3側(チャンバ1内)に臨む噴出孔11が複数形成された通路12を備えている。通路12にはハロゲン化物を生成し得る元素を含む材料である銅(Cu)製の被エッチング部材13が配設され、通路12の上部には被エッチング部材13を所定の温度(例えば、300℃から700℃)に加熱する加熱手段としてのヒータ棒14が通路12に沿って設けられている。
Although details will be described later, a
ヒータ棒14により被エッチング部材13を所定の温度に加熱すると共に通路12にCl2ガスを供給することにより、被エッチング部材13にCl2ガスを接触させてサーマルエッチングにより前駆体のガス{例えば、高蒸気圧ハロゲン化物を形成し得る元素である銅(Cu)とハロゲンとしての塩素(Cl2)との化合物の前駆体のガス:CuCl}を生成する。通路12の内部で生成された前駆体のガスは複数の噴出孔11から流れが均一にされて基板3側に供給される。
The member 13 to be etched is heated to a predetermined temperature by the
一方、材料供給装置8の下側におけるチャンバ1の周囲(例えば、4箇所)には開口部21が設けられ、開口部21には筒状のラジカル通路22の一端が固定されている。ラジカル通路22の途中部には絶縁体製の筒状の励起室23が設けられ、励起室23の周囲にはコイル状のプラズマアンテナ24が設けられている。プラズマアンテナ24には整合器25及び電源26が接続され、電源26から給電が行われる。ラジカル通路22にはハロゲンとしての塩素ガス(Cl2ガス)が供給され、プラズマアンテナ24から電磁波を励起室23の内部に入射することでCl2ガスが励起されてハロゲンラジカルとしての塩素ラジカルCl*が形成される。励起室23で形成された塩素ラジカルCl*は開口部21からチャンバ1内に供給される(ハロゲンラジカル生成手段)。 On the other hand, openings 21 are provided around the chamber 1 on the lower side of the material supply device 8 (for example, four locations), and one end of a cylindrical radical passage 22 is fixed to the openings 21. A cylindrical excitation chamber 23 made of an insulator is provided in the middle of the radical passage 22, and a coiled plasma antenna 24 is provided around the excitation chamber 23. A matching unit 25 and a power source 26 are connected to the plasma antenna 24, and power is supplied from the power source 26. Chlorine gas (Cl 2 gas) as halogen is supplied to the radical passage 22, and the Cl 2 gas is excited by incident electromagnetic waves from the plasma antenna 24 into the excitation chamber 23, so that chlorine radical Cl * as halogen radical is obtained . Is formed. Chlorine radical Cl * formed in the excitation chamber 23 is supplied into the chamber 1 from the opening 21 (halogen radical generating means).
尚、ハロゲンラジカル生成手段として、励起室23で生成した塩素ラジカルCl*をチャンバ1内に供給する例を挙げて説明したが、チャンバ1の周囲にコイル状のプラズマアンテナを備えてプラズマを発生させ、塩素ガスをチャンバ1内に供給してプラズマにより塩素ラジカルCl*をチャンバ1内に生成する構成を適用することも可能である。 In addition, although the example which supplies the chlorine radical Cl * produced | generated in the excitation chamber 23 in the chamber 1 was demonstrated as a halogen radical production | generation means, it provided with the coil-shaped plasma antenna around the chamber 1, and generated plasma. It is also possible to apply a configuration in which chlorine gas is supplied into the chamber 1 and chlorine radical Cl * is generated in the chamber 1 by plasma.
チャンバ1内にCuClとCl*が供給されることにより、相対的に低温(例えば、100℃から300℃)に維持された基板3にCuClが吸着し、基板3に吸着状態となっているCuClにCl*が作用してCuClが還元され、基板3にCu成分を析出させて成膜が行なわれる。尚、成膜に寄与しないガス等は排気口27から真空装置28を介して排気される。 By supplying CuCl and Cl * into the chamber 1, CuCl is adsorbed on the substrate 3 maintained at a relatively low temperature (for example, 100 ° C. to 300 ° C.), and CuCl is in an adsorbed state on the substrate 3. Then, Cl * acts to reduce CuCl, and a Cu component is deposited on the substrate 3 to form a film. Note that gas or the like that does not contribute to film formation is exhausted from the exhaust port 27 via the vacuum device 28.
図2乃至図6に基づいて材料供給装置8を説明する。
The
図2、図3に示すように、材料供給装置8は、チャンバ1に固定されるリング部16を備え、リング部16の内周側に噴出孔11を有する通路12、被エッチング部材13及びヒータ棒14からなる長尺部17が備えられている。長尺部17はチャンバ1の中心部から放射状に半径方向に8本形成され、リング部16には通路12と図示しないガスノズルとを連結する接続部が設けられている。長尺部17の下面側には噴出孔11が等間隔に形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、被エッチング部材13はチャンバ1の外側から半径方向に抜き差し自在となっている。また、全てのヒータ棒14は電気的に接続された状態にあり、電源18を介して通電されることにより発熱して(抵抗加熱手段)被エッチング部材13が加熱される。
The member 13 to be etched is freely removable from the outside of the chamber 1 in the radial direction. Further, all the
図4乃至図6に基づいて長尺部17の構成を詳細に説明する。
The configuration of the
長尺部17を構成する枠部材31(絶縁体製:例えば、Al2O3、Y2O3)が備えられ、枠部材31は上部が開放された状態の断面コ字型に形成され、長手方向(チャンバの半径方向)に延びて配されている。枠部材31の内側の下方部には段部32が長手方向に延びて形成され、段部32に板状の被エッチング部材13が挿入載置される。被エッチング部材13が段部32に載置された状態で被エッチング部材13と枠部材31の底面との間で通路12が形成された状態になる。
A frame member 31 (made of an insulator: for example, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 ) that constitutes the
即ち、被エッチング部材13は通路12に対して抜き差し自在に設けられた状態になっている。このため、被エッチング部材13を容易に交換することができる。 In other words, the member 13 to be etched is in a state of being detachable from the passage 12. For this reason, the member 13 to be etched can be easily replaced.
被エッチング部材13の上面側の枠部材31の内側にはヒータ枠33(石英製もしくは絶縁体製:例えば、Al2O3、Y2O3)が備えられ、ヒータ枠33は上部が開放された状態の断面コ字型に形成され、長手方向(チャンバの半径方向)に延びて配されている。ヒータ枠33は仕切板34によって長手方向で左右に仕切られている。仕切板34で仕切られたヒータ枠33にはヒータ棒14が配設されている。ヒータ枠33を介してヒータ棒14が収められた枠部材31の上部の開放部分は長尺状の押さえ板35で塞がれて長尺部17が構成されている。
A heater frame 33 (made of quartz or insulator: for example, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 ) is provided inside the
また、図1に示すように、リング部16の長尺部17との接合部は、被エッチング部材13の厚さを含めた通路12の部位がチャンバ1の外部に開放され、被エッチング部材13の交換及びガスノズルの装着部位とされている。
As shown in FIG. 1, the portion of the passage 12 including the thickness of the member to be etched 13 is opened to the outside of the chamber 1 at the joint between the ring portion 16 and the
尚、8本の長尺部17の通路12の少なくとも一箇所に異なる金属の被エッチング部材を配設し、その部位のヒータを独立に制御して被エッチング部材を加熱することも可能である。このようにすることで、異種の金属の前駆体のガスをチャンバ1内に供給することができる(異種の元素からなる材料を所望の状態で供給することができる)。8本の通路12に配設される被エッチング部材の種類を適宜選定し、加熱や通路12へのCl2ガスの供給を独立して制御することにより、傾斜組成の合金を成膜したり、複数種の金属を積層して成膜することが可能になる。
In addition, it is also possible to dispose a member to be etched made of different metal at least at one place of the passages 12 of the eight
上述した材料供給装置8は、通路12内で所定の温度に制御された被エッチング部材13に対してCl2ガスを接触させて前駆体CuClを生成し、基板3に臨んで設けられた噴出孔11から基板3に前駆体CuClを噴出させるようにしたので、流れを均一にして前駆体CuClを基板3に向けて供給することができる。また、抵抗加熱式のヒータ棒14を備えたので、安価な設備でコストをかけることなく被エッチング部材13を加熱することができる。
The
上述した材料供給装置8を備えた薄膜作製装置では、電源18の電力を調整してヒータ棒14の発熱量を制御し(例えば、1500℃)、被エッチング部材13を所望の温度(例えば、800℃〜1000℃)に加熱する。ノズル9から通路12にCl2ガスを供給することにより、加熱された被エッチング部材13にCl2ガスが接触してサーマルエッチングが行われる。所望温度を例えば、800℃〜1000℃としたことにより、成膜に必要な十分な量の前駆体CuClが生成される。このように、材料供給装置8で生成された前駆体CuClは噴出孔11から噴出され、均一な流れによりチャンバ1内に供給される。
In the thin film manufacturing apparatus provided with the
同時に、排気口27に塩素ガス(Cl2ガス)が供給され、プラズマアンテナ24から電磁波が励起室23の内部に入射されてCl*が形成される。励起室23で形成されたCl*は開口部21からチャンバ1内に供給される。 At the same time, chlorine gas (Cl 2 gas) is supplied to the exhaust port 27, and electromagnetic waves are incident from the plasma antenna 24 into the excitation chamber 23 to form Cl * . Cl * formed in the excitation chamber 23 is supplied into the chamber 1 from the opening 21.
温度制御手段6により基板3の温度を被エッチング部材13の温度よりも低い温度(例えば、100℃〜300℃)に設定され、前駆体CuClが基板3に吸着(堆積)される。この時の反応は、例えば、次式で表される。
CuCl(g)→CuCl(ad)
The temperature control means 6 sets the temperature of the substrate 3 to a temperature lower than the temperature of the member to be etched 13 (for example, 100 ° C. to 300 ° C.), and the precursor CuCl is adsorbed (deposited) on the substrate 3. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (g) → CuCl (ad)
基板3に吸着したCuClは、開口部21からチャンバ1内に供給された塩素ラジカルCl*により還元されてCu成分となる。この時の反応は、例えば、次式で表される。
CuCl(ad)+Cl*→Cu(s)+Cl2↑
CuCl adsorbed on the substrate 3 is reduced by the chlorine radical Cl * supplied into the chamber 1 from the opening 21 to become a Cu component. The reaction at this time is represented by the following formula, for example.
CuCl (ad) + Cl * → Cu (s) + Cl 2 ↑
更に、ガス化したCuCl(g)の一部は、基板3に吸着する前に、塩素ラジカルCl*により還元されてガス状態のCuとなる場合もあり、ガス状態のCu成分が基板3に吸着される。これにより、基板3にCuの薄膜が作製される。 Furthermore, a part of the gasified CuCl (g) may be reduced by chlorine radical Cl * to be in a gaseous state before adsorbing to the substrate 3, and the gaseous Cu component is adsorbed on the substrate 3. Is done. As a result, a Cu thin film is formed on the substrate 3.
上述した薄膜作製装置では、流れが均一にされた前駆体CuClを吸着させてCuの薄膜を作製することが可能になる。また、流れが均一にされた状態の前駆体CuClと、チャンバ1外のラジカル通路22からの塩素ラジカルCl*がチャンバ1に供給されるので、温度制御を複雑にすることなく(ヒータ4で加熱制御するだけで)、プラズマによる輻射の影響をなくして前駆体CuClのCu成分を基板3に析出させて成膜を行うことができる。 In the thin film production apparatus described above, it is possible to produce a Cu thin film by adsorbing the precursor CuCl having a uniform flow. In addition, since the precursor CuCl in a uniform flow and the chlorine radical Cl * from the radical passage 22 outside the chamber 1 are supplied to the chamber 1, temperature control is not complicated (heated by the heater 4). It is possible to perform film formation by depositing the Cu component of the precursor CuCl on the substrate 3 without the influence of plasma radiation.
図7に基づいて材料供給装置8における加熱手段の他の実施形態例を説明する。尚、図4に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
Based on FIG. 7, another embodiment of the heating means in the
図に示すように、ヒータ枠33の上部には加熱手段としてのハロゲンランプ42が配設され、ハロゲンランプ42の周囲には輻射板41が設けられている。ハロゲンランプ42を点灯させることにより、輻射により被エッチング部材13が加熱される。前述の実施形態例と同様に、加熱された被エッチング部材13にCl2ガスが接触してサーマルエッチングされることにより、前駆体CuClが生成される。加熱手段としてハロゲンランプ42を適用したことで、高効率に被エッチング部材13を加熱することができる。
As shown in the figure, a
本発明は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給装置の産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the industrial field of a material supply apparatus that can easily and independently control the temperature of a member to be etched and can make the precursor flow uniform.
また本発明は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給装置を備えた薄膜作製装置の産業分野で利用することができる。 Further, the present invention can be used in the industrial field of a thin film manufacturing apparatus provided with a material supply apparatus that can easily and independently control the temperature of the member to be etched and can make the flow of the precursor uniform. it can.
また本発明は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給方法の産業分野で利用することができる。 In addition, the present invention can be used in the industrial field of a material supply method that can easily and independently control the temperature of the member to be etched and can make the precursor flow uniform.
また本発明は、被エッチング部材の温度を独立して容易に制御することができ、前駆体の流れを均一にすることができる材料供給方法を用いた薄膜作製方法の産業分野で利用することができる。 Further, the present invention can be used in the industrial field of a thin film manufacturing method using a material supply method that can easily and independently control the temperature of a member to be etched and can make the precursor flow uniform. it can.
1 チャンバ
2 支持台
3 基板
4 ヒータ
5 冷媒流通手段
6 温度制御手段
7 天井板
8 材料供給装置
9 ノズル
11 噴出孔
12 通路
13 被エッチング部材
14 ヒータ棒
16 リング部材
17 長尺部
18 電源
21 開口部
22 ラジカル通路
23 励起室
24 プラズマアンテナ
25 整合器
26 電源
27 排気口
28 真空装置
31 枠部材
32 段部
33 ヒータ枠
34 仕切板
35 押え板
41 輻射板
42 ハロゲンランプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Support stand 3 Substrate 4 Heater 5 Refrigerant distribution means 6 Temperature control means 7
Claims (10)
請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の材料供給装置と、
チャンバの内部にハロゲンラジカルを生成するハロゲンラジカル生成手段と、
前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記材料供給手段からの前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体に前記ハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行う温度制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜作製装置。 A cylindrical chamber in which a substrate is accommodated;
The material supply device according to any one of claims 1 to 7,
Halogen radical generating means for generating halogen radicals inside the chamber;
The temperature of the substrate is controlled to a relatively low temperature to cause the precursor gas from the material supply means to be adsorbed to the substrate, and the halogen radicals are adsorbed to the precursor in an adsorbed state on the substrate. And a temperature control means for depositing the elemental component of the precursor by performing the action to reduce the precursor and performing a predetermined film formation.
前記基板の温度を相対的に低温の所定温度に制御して前記前駆体のガスを前記基板に吸着させると共に前記基板に吸着状態となっている前記前駆体にハロゲンラジカルを作用させて前記前駆体を還元することで前記前駆体の前記元素成分を析出させて所定の成膜を行うことを特徴とする薄膜作製方法。
A halogen radical is generated inside a cylindrical chamber in which the substrate is accommodated, and a precursor gas is supplied toward the substrate by the material supply method according to claim 8,
The precursor is controlled by causing the temperature of the substrate to be controlled to a relatively low predetermined temperature so that the gas of the precursor is adsorbed to the substrate and a halogen radical is allowed to act on the precursor that is in an adsorbed state on the substrate. A thin film manufacturing method characterized in that the element component of the precursor is precipitated by reducing the amount of the precursor to form a predetermined film.
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