JP2007201357A - Deposition device and deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に側方から原料ガスを供給して成膜を行う成膜装置及び成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film by supplying a source gas from a side to a substrate.
従来、半導体製造工程において、半導体ウエハ(以下ウエハという)などの基板上に集積回路を形成する場合、配線の微細化の要請に応えるためにCVD (Chemical Vapor Deposition)法により、金属または金属化合物の成膜処理を行う場合がある。このCVD法について例えばSiC(炭化シリコン)などからなるウエハ表面にAl(アルミニウム)膜を形成する場合を例にとって簡単に説明する。先ず処理容器内において内部に発熱体が埋設された載置台上にウエハを載置し、続いてウエハを加熱しながら、載置台の上方に設けられたシャワーヘッドからウエハに、例えば原料ガスとしてジメチルアルミニウムハイドライド(DMAH)などを所定の流量で供給する。ウエハの熱によりそのDMAHが化学反応を起こしてウエハ表面にAlが堆積されて成膜される。 Conventionally, when an integrated circuit is formed on a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in a semiconductor manufacturing process, a metal or metal compound is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in order to meet the demand for miniaturization of wiring. A film formation process may be performed. This CVD method will be briefly described by taking as an example the case of forming an Al (aluminum) film on a wafer surface made of, for example, SiC (silicon carbide). First, a wafer is placed on a mounting table in which a heating element is embedded in a processing container, and then heated from the shower head provided above the mounting table to the wafer, for example, dimethyl as a source gas while heating the wafer. Aluminum hydride (DMAH) or the like is supplied at a predetermined flow rate. The DMAH causes a chemical reaction due to the heat of the wafer, and Al is deposited on the wafer surface to form a film.
ところで近年、GaN(窒化ガリウム)、AlGaN(窒化アルミニウムガリウム)、InGaN(窒化インジウムガリウム)、InAlGaN(窒化インジウムアルミニウムガリウム)などの窒化ガリウム系化合物を含んだ半導体が、発光ダイオードやレーザーダイオード等の素子として、光通信分野を中心に急速に需要が高まっている。この窒化ガリウム系化合物半導体を製造する工程において前記CVD法により、例えばトリメチルガリウム、トリメチルインジウム、またはトリメチルアルミニウム等の有機金属ガス及びアンモニアガスを原料ガスとして用い、前記処理容器内の載置台に載置されたウエハ上にこれらの各原料ガスを供給して前記窒化ガリウム系化合物の薄膜を成膜する場合がある。 By the way, in recent years, semiconductors containing gallium nitride compounds such as GaN (gallium nitride), AlGaN (aluminum gallium nitride), InGaN (indium gallium nitride), InAlGaN (indium aluminum gallium nitride) are used as elements such as light emitting diodes and laser diodes. As a result, the demand is rapidly increasing mainly in the optical communication field. In the step of manufacturing the gallium nitride compound semiconductor, by using the CVD method, for example, an organic metal gas such as trimethylgallium, trimethylindium, or trimethylaluminum and an ammonia gas are used as source gases and placed on a placing table in the processing vessel. In some cases, a thin film of the gallium nitride compound may be formed by supplying each of these source gases onto the formed wafer.
しかしこれらの各原料ガスをウエハ上で化学反応させて成膜するにはウエハを例えば800度以上の高温で加熱する必要があるがその場合は、当該ウエハの上方に生じる熱対流が大きくなる。そしてこのとき前記シャワーヘッドを用いて各原料ガスをウエハに供給すると、各原料ガスはその熱対流によりウエハWの上方でウエハの周囲に拡散してウエハの表面に到達することが抑えられ、その結果として十分な量の窒化ガリウム系化合物が均一にウエハに堆積せずウエハの各部において所望の膜厚や膜質が得られなくなるおそれがある。 However, in order to form a film by chemically reacting each of these source gases on the wafer, it is necessary to heat the wafer at a high temperature of, for example, 800 ° C. or more. In this case, thermal convection generated above the wafer becomes large. At this time, when each source gas is supplied to the wafer using the shower head, each source gas is prevented from diffusing around the wafer above the wafer W by the thermal convection and reaching the surface of the wafer. As a result, a sufficient amount of the gallium nitride compound is not uniformly deposited on the wafer, and a desired film thickness and film quality may not be obtained in each part of the wafer.
そこでこのような熱対流の影響を抑えるために前記シャワーヘッドから鉛直下方向に原料ガスを供給する代わりに特許文献1に示すようにウエハに対して横方向に原料ガスを供給する成膜装置を用いることが検討されている。具体的には横型の反応管内に設けられた載置台にウエハを載置し、その反応管の一方の開口部に例えばノズルを備えたガス供給部を設け、また反応管の他方の開口部に排気部を設けてそのノズルから原料ガスを供給すると共に排気部により排気を行うことでウエハに対して並行に原料ガスを供給することが検討されている。 Therefore, in order to suppress the influence of such heat convection, instead of supplying the source gas vertically from the shower head, a film forming apparatus that supplies the source gas in the lateral direction to the wafer as shown in Patent Document 1 is provided. Use is under consideration. Specifically, a wafer is placed on a mounting table provided in a horizontal reaction tube, a gas supply unit having, for example, a nozzle is provided at one opening of the reaction tube, and the other opening of the reaction tube is provided. It has been studied to supply the source gas in parallel to the wafer by providing the exhaust unit and supplying the source gas from the nozzle and exhausting by the exhaust unit.
しかしノズルから原料ガスを供給する場合、ノズルからウエハまでの距離が小さいとそのノズルからの噴出流は、ウエハに局所的にしか当たらないため、原料ガスがウエハ全体に均一に供給されないおそれがある。そしてそのような不具合を防ぐためにノズルとウエハとの距離を十分に設けると成膜装置が大型化してしまうおそれがある。 However, when the source gas is supplied from the nozzle, if the distance from the nozzle to the wafer is small, the jet flow from the nozzle only hits the wafer locally, so the source gas may not be supplied uniformly to the entire wafer. . If a sufficient distance between the nozzle and the wafer is provided to prevent such a problem, the film forming apparatus may be increased in size.
なおこのような不具合を防ぐためにノズルのガスの吐出口を大きく、例えば例えばウエハの幅をカバーする長さを有するようなスリットとして形成し、このスリットを介してウエハ全体に原料ガスを供給することも考えられるが、このように吐出口が大きくなるほど吐出口から供給される原料ガスの流速が低下するため成膜に要する時間が長くなるおそれがある。また好ましくない気相反応により膜質が劣化する恐れもある。 In order to prevent such problems, the nozzle gas discharge port is enlarged, for example, formed as a slit having a length that covers the width of the wafer, and the source gas is supplied to the entire wafer through the slit. However, since the flow rate of the source gas supplied from the discharge port decreases as the discharge port becomes larger in this way, the time required for film formation may increase. In addition, the film quality may be deteriorated by an undesirable gas phase reaction.
なおノズルとしては特許文献2、非特許文献1及び非特許文献2に記載されるような自励振動ノズルと呼ばれるそのノズルの吐出口付近に設けられた流路内に生じる圧力差によって吐出口から吐出されるガスの向きが振動する自励振動ノズルが知られているがこれら文献には枚葉式熱処理装置や上述のような課題は記載されていない。
本発明は、このような事情のもとになされたものであり、その目的は、基板の全面に対して処理ガスを高速にかつ高い均一性をもって供給することができる成膜装置及びその装置を用いた成膜方法を提供することである。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of supplying a processing gas to the entire surface of the substrate at high speed and with high uniformity and an apparatus therefor. The film forming method used is to be provided.
本発明の成膜装置は、処理容器内に設けられた載置台に載置された基板を加熱すると共に前記基板に原料ガスを供給して薄膜を形成する成膜装置において、前記基板にその側方から原料ガスを供給するための原料ガス用の自励振動ノズルと、この自励振動ノズルに対して基板を挟んで設けられた排気口と、を備え、前記自励振動ノズルは、ガスを供給するガス供給路と、このガス供給路の先端に形成されたガス吐出口と、このガス吐出口の入口の左右にその一端と他端とが接続された連結流路と、を有することを特徴とする。このような構成により、ガス供給路からガス吐出口にガスが流れることで連結流路の一端の圧力が他端よりも高い状態と低い状態とが交互に起こることになりガスの噴出流が左右に振動する。 The film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus for forming a thin film by heating a substrate mounted on a mounting table provided in a processing container and supplying a raw material gas to the substrate. A self-excited oscillating nozzle for source gas for supplying a source gas from one side, and an exhaust port provided with a substrate sandwiched between the self-excited oscillating nozzle and the self-excited oscillating nozzle A gas supply path to be supplied; a gas discharge port formed at the tip of the gas supply path; and a connecting flow path having one end and the other end connected to the left and right of the inlet of the gas discharge port. Features. With such a configuration, when the gas flows from the gas supply path to the gas discharge port, the state where the pressure at one end of the connection channel is alternately higher and lower than the other end occurs, and the gas ejection flow is changed to the left and right. Vibrate.
この成膜装置は、前記原料ガス供給用の自励振動ノズルの上方側に、原料ガスを基板の表面に押し付けるためのダウンフローガスを供給するダウンフローガス用の自励振動ノズルを設けてもよく、原料ガス供給用の自励振動ノズルは、第1の原料ガスを供給するための自励振動ノズルと、この自励振動ノズルに対して上方または下方に配置され、第1の原料ガスと反応して薄膜成分を生成する第2の原料ガスを供給するための自励振動ノズルとを含んでいてもよい。 In this film forming apparatus, a self-excited vibration nozzle for downflow gas that supplies a downflow gas for pressing the source gas against the surface of the substrate may be provided above the self-excited vibration nozzle for supplying the source gas. The self-excited oscillating nozzle for supplying the raw material gas is preferably provided with a self-excited oscillating nozzle for supplying the first source gas, and above or below the self-excited oscillating nozzle. And a self-excited vibration nozzle for supplying a second source gas that reacts to generate a thin film component.
本発明の成膜方法は、処理容器内に設けられた載置台に載置された基板を加熱すると共に前記基板に原料ガスを供給して薄膜を形成する成膜方法において、ガスを供給するガス供給路と、このガス供給路の先端に形成されたガス吐出口と、このガス吐出口の入口の左右にその一端と他端とが接続された連結流路と、を有する自励振動ノズルを用いて、基板に対して側方から原料ガスを供給する工程と、この自励振動ノズルに対して基板を挟んで設けられた排気口から排気を行う工程と、前記自励振動ノズルのガス供給路からガス吐出口にガスを流すことで連結流路の一端の圧力が他端よりも高い状態と低い状態とが交互に起こることによりガスの噴出流を左右に振動させる工程と、を含むことを特徴とする。この成膜装置及び成膜方法において基板の処理温度は例えば800度以上である。 The film forming method of the present invention is a film forming method for forming a thin film by heating a substrate mounted on a mounting table provided in a processing vessel and supplying a raw material gas to the substrate. A self-excited vibration nozzle having a supply path, a gas discharge port formed at the tip of the gas supply path, and a connecting flow path having one end and the other end connected to the left and right of the inlet of the gas discharge port The step of supplying the source gas from the side to the substrate, the step of exhausting the self-excited vibration nozzle from the exhaust port provided across the substrate, and the gas supply of the self-excited vibration nozzle And a step of vibrating the gas jet flow from side to side by alternately causing a state where the pressure at one end of the connection flow path is higher and lower than the other end by flowing gas from the passage to the gas discharge port. It is characterized by. In this film forming apparatus and film forming method, the processing temperature of the substrate is, for example, 800 ° C. or more.
本発明では、基板に対してその側方から成膜を行うための原料ガスを供給し、そして自励振動ノズルによりそのガスの噴出流を左右に振動させているので、強い熱対流が発生しやすい高温プロセスにおいても、基板の表面全体に亘って均一にガスを供給することができる。またウエハWの載置領域に対応する横幅のスリットからガスを供給する場合にはプロセス圧力が高いと流速を大きくとれないが、ガスの吐出方向を左右に振ることで吐出口を大きく広げなくともガスの供給を均一に行うことができる。このためプロセス圧力が高くてもガス流速の高速化を図ることができ、高速処理に対応することができる。 In the present invention, the source gas for film formation is supplied to the substrate from the side, and the jet flow of the gas is vibrated from side to side by the self-excited vibration nozzle, so that strong thermal convection is generated. Even in an easy high temperature process, the gas can be supplied uniformly over the entire surface of the substrate. In addition, when supplying gas from a slit having a width corresponding to the mounting area of the wafer W, the flow rate cannot be increased if the process pressure is high. However, it is not necessary to greatly widen the discharge port by swinging the gas discharge direction left and right. Gas can be supplied uniformly. Therefore, even if the process pressure is high, the gas flow rate can be increased, and high-speed processing can be handled.
本発明の成膜装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1、図2は夫々成膜装置1の縦断側面図、横断平面図である。この成膜装置1は、図2に示すような円形の支持板21上に周方向に配列されると共に当該支持板21に支持された基板である6つのウエハWに同時にGaN(窒化ガリウム)の薄膜を成膜する処理を行うように構成されており、支持板21は各ウエハWをこのように保持した状態で不図示の搬送機構により当該成膜装置1に搬送される。なおこのウエハWの材質としては熱伝導性のよいSiC、サファイア、GaNなどが好ましく用いられる。この成膜装置1は、上側が大径の円筒部11でその下側に小径の円筒部12が連接された処理容器10を備えている。図1中13はこの処理容器10を支持する支持部材である。また図2に示すように処理容器10の側壁には図前記支持板21を処理容器10内に搬送するための搬送口14が設けられており、この搬送口14は、ゲートバルブ15により開閉自在に構成されている。
Embodiments of a film forming apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are a longitudinal side view and a transverse plan view of the film forming apparatus 1, respectively. This film forming apparatus 1 is arranged on a
前記処理容器10の中央部には支持板21を介してウエハWを水平に載置するための円形の載置台22が設けられており、その載置台22の上面は例えば不図示の静電チャックの働きにより前記支持板21を吸着保持できるようになっている。また載置台22には周方向に沿って3つの孔22aが夫々鉛直方向に穿孔されており、これらの孔22aを介して後述の3本のリフタピン27が載置台22上に突没自在に構成されている。さらに載置台22には支持板21を介して各ウエハWを所定の温度に加熱するためのヒータなどにより構成される加熱手段23が埋設されている。この加熱手段23は例えば後述する原料ガスから窒化ガリウム系化合物の成膜を行うために成膜処理時に例えばウエハWの温度を800度以上に昇温できるように構成される。
A circular mounting table 22 for mounting the wafer W horizontally is provided through a
載置台22の中央下部には軸部24が接続されており、軸部24は小径の円筒部12の下方から処理容器10の外部へと伸長し、駆動部25に接続されている。駆動部25は、軸部24を介して載置台22を鉛直軸周りに回転させ、この載置台22の回転に伴って当該載置台22に載置された支持板21がウエハWを保持した状態で鉛直軸周りに回転する。小径の円筒部12の下部の中央には軸部24を囲むようにシール機能を備えた軸受け部26が設けられ、軸部24と処理容器10との気密性が確保されるようになっている。
A
前記リフタピン27は、載置台22の下方に設けられたリフトアーム28によりその下端を支持されている。そのリフトアーム28の下部には駆動ロッド28aが設けられており、リフタピン27はリフトアーム28及び駆動ロッド28aを介して昇降機構29の働きにより昇降自在に構成されている。リフタピン27は、孔22aを介して載置台22上に突出して、搬送機構により搬送された支持板21の下面を支持することで、この搬送機構と載置台22との間で支持板21の受け渡しを行う役割を有している。
The
処理容器10の内部には円筒部11,12の内壁を覆うと共に載置台22の周囲を囲むように設けられたデポシールド16が設けられている。デポシールド16は、成膜を行うための原料ガスから生成した化合物が処理容器10に付着することを防ぐ役割を持ち、例えば石英により構成されている。また大径の円筒部11の上部にはOリング17,18が同心円状に設けられている。このOリング17,18を介して処理容器10に蓋をするように例えば石英からなる天板19が設けられており、これによって処理容器10内が気密に構成されている。
A
大径の円筒部11の側壁において、例えば処理容器10の中心から見て搬送口14より90度横に変位した位置に水平に角型のガス導入口30が形成されており、このガス導入口30の外端部にはガス供給ノズルである三段の自励振動ノズル31,32,33がこの順に上から下に配置されている。また各ノズル31〜33間には、各ノズル31〜33から供給されるガスを前方に(処理容器10の内側に)向かってガイドするための仕切り板34,35が上からこの順に設けられている。なお図1中36は、処理容器10の外壁に設けられた封止部材であり、前記ガス導入口30を塞ぎ、処理容器10内の気密性を保つ役割を有している。
On the side wall of the large-diameter
図1に示すようにガス導入口30は、その上側の壁面が、載置台22上の処理空間Sに向かうに従って斜め下方に向かうように穿孔されており、これは成膜装置1の作用においても説明するように自励振動ノズル31から供給されるダウンフローガスであるN2(窒素)ガスを、その壁面により斜め下方へ向かうようにガイドするためである。ガイドされたダウンフローガスは、自励振動ノズル32,33から夫々供給される原料ガスを含むガスをウエハW上に押し付けることによってこれらのガスが、ウエハWの周囲に生じた熱対流によってウエハWの周囲に拡散することを抑える役割を有する。
As shown in FIG. 1, the
自励振動ノズル31〜33には夫々ガス供給管41〜43が接続されており、ガス供給管41,42の上流側は、夫々ガス供給機器群41a,42aを介してN2ガス及びNH3(アンモニアガス)が貯留されたガス供給源41b,42bに接続されている。またガス供給管43の上流側は分岐して夫々TMG(トリメチルガリウム)ガスが貯留されたガス供給源43b及びH2(水素)ガスが貯留されたガス供給源44bに接続されており、そのガス供給管43の分岐路には夫々ガス供給機器群43a、44aが介設されている。
各ガス供給機器群41a〜44aは、例えばマスフローコントローラやバルブなどを含んでおり、この成膜装置1に設けられた制御部100に接続され、当該制御部100からの制御信号を受けてガス供給源41b〜44bから夫々自励振動ノズル31〜33に供給されるガスの流量を制御する。そしてウエハWに成膜処理を行う際には上段の自励振動ノズル31からN2ガスが、中段のノズル32からアンモニアガスが、下段のノズル33からH2ガスとTMGガスとの混合ガスが、夫々所定の流量で処理空間Sに向けてウエハWと並行するように、つまりウエハWに対して横方向に供給される。
Each of the gas
前記混合ガス中のTMGガス及びNH3ガスは互いに化学反応を起こしてGaNを生成して、ウエハWに成膜を行うための第1及び第2の原料ガスであり、前記H2ガスはこのTMGガスのキャリアガスとして用いられている。
なお中段のノズル32からTMGガスとH2ガスとの混合ガスが、下段のノズル33からNH3ガスが供給されるようにしてもよい。またNH3ガスにもH2ガスをキャリアガスとして用いてもよい。
The TMG gas and NH3 gas in the mixed gas are first and second source gases for generating a GaN by chemically reacting with each other to form a film on the wafer W, and the H2 gas is the TMG gas. It is used as a carrier gas.
A mixed gas of TMG gas and H2 gas may be supplied from the
自励振動ノズル31〜33は例えば各々同様に構成されており、ここでは代表してノズル32について詳しく説明する。図3、図4は夫々ノズル32の斜視図、横断平面図であり、図3中の鎖線及び図4中の点線の矢印はこのノズル32内を流れるNH3ガスの流れを示したものである。このノズル32は、連結流路55と連結流路55の一面に設けられたガス吐出口52と、連結流路55の他面に設けられた主流路54とにより構成されている。ガス吐出口52は先端に向かう(処理空間Sに向かう)に従って横方向に拡大された横断面台形の角筒状に構成されている。主流路54の基端側には前記ガス供給管42が接続されており、このガス供給管42は先端側に向かうように設けられたガス供給路である主流路54に連通している。主流路54の先端部とガス吐出口52の基端部とは、連結流路55を挟んで対向しており、従って主流路54は、連結流路55の一部を介してガス吐出口52に連通していることになる。言い換えればガス吐出口52の入り口において連結流路55の一端と他端とが夫々対向して主流路54を左右から挟むように当該主流路54に接続されている。なおこの連結流路55は物理的には環状の流路であるが、NH3ガスがガス供給管42から主流路54に供給されるとそのNH3ガスのほとんどは主流路54の先端部からこの先端部に対向するガス吐出口52の基端部に向けて流れるため、連結流路55を流通するガスはこのガス流を横切って流れることはほとんどなく、従って技術的には主流路54の先端部とガス吐出口52の基端部との間の空間の左右が連結流路55の一端、他端に夫々相当する。図3〜図5ではその連結流路55の一端(右端)に符号57を他端(左端)に符号58を夫々付して示している。
The self-
主流路54にガス供給管52からNH3ガスが供給されるとNH3ガスは主流路54を流通し、そのほとんどが処理容器10内の圧力や後述の排気管61により形成される処理容器10内の排気流の影響を受けて左右のいずれか一方に傾くような噴出流となってガス吐出口52から処理空間Sに吐出され、また主流路54に流入したその他のNH3ガスは連結流路55内に流入する。そして連結流路55においてNH3ガスが傾いた側の端部、つまり図4に示すようにNH3ガスが右側に傾くように吐出口52から吐出される場合には連結流路55の一端である右端57において圧力が低下する。この圧力の低下によって図3及び図4に示すように連結流路55においてその右端57に向かうNH3ガスの流れが形成される。
When NH 3 gas is supplied from the
図5をも参照して説明すると、連結流路55における前記NH3ガスの流れによってその右端57における圧力は上昇し、連結流路55内における圧力が均一化されるが、その後も連結流路55をNH3ガスが慣性により右端57に向かって流れて(図5(a))、この連結流路55の右端57の圧力が連結流路55の他端である左端58の圧力よりも高くなり、この右端57と左端58との圧力差によって吐出口52から吐出されるNH3ガスの噴出流が、右側から次第に中央側へ向けて振れ(図5(b))、さらにその圧力差が大きくなると今度はその噴出流が左側に傾くように吐出口52から処理空間Sに供給されるようになる。
Referring also to FIG. 5, the pressure at the
このようにNH3ガスの噴出流が左側に傾くと、連結流路55の左端58の圧力が低下し、連結流路55においてその左端58に向かうNH3ガスの流れが形成される(図5(c))。そしてこの左端58へのNH3ガスの流れによって当該左端58の圧力がその右端57の圧力よりも大きくなり吐出口52から供給されるNH3ガスの噴出流は再度右側に傾く。ガス供給源42bからNH3ガスがこのノズル32に供給される間、以上の動作が自動的に一定周期で繰り返されて、例えば図6に矢印で示すようにNH3ガスの噴出流は、支持板21上のすべてのウエハWの幅をカバーするようにその向きが左右に振動しながらウエハWに並行するように処理空間Sに吐出され、その後、後述の排気管61により排気されて処理空間Sから除去される。なおN2ガス及びTMGガスとH2ガスとの混合ガスもこのNH3ガスと同様に処理空間Sに吐出される。
When the NH3 gas jet flow is inclined to the left in this way, the pressure at the
図1及び図2に戻って、処理容器10内の側壁において例えばガス導入口30と対向するように排気管61の排気口62が開口しており、この排気管61の他端は圧力調整部63を介して真空ポンプなどの排気手段64に接続されている。なお図中65は処理容器10内の圧力を検出するための圧力センサ66を備えた圧力測定部であり、制御部100に接続されている。後述するこの成膜装置1の作用で説明するように成膜処理を行う際においてこの圧力測定部65により測定された圧力の値に基づいて制御部100は前記圧力調整部63に制御信号を送り、その制御信号に基づき圧力調整部63が排気流量を調整することで処理空間Sが例えば予め設定した所定の圧力に保たれる。
1 and 2, an
また制御部100は前記加熱手段23、駆動部25に夫々接続されており、成膜処理を行う際にウエハWが所定の温度に加熱されるように制御し、また載置台22が所定の速度で回転されるように制御する。
The
続いてこの成膜装置1により行われる一連の動作について説明する。先ずゲートバルブ15が開き、6つのウエハWを保持した支持体21が図示しない搬送機構により搬送口14を介して処理容器10内に搬入される。支持板21が載置台22上に搬送されると昇降機構29により駆動ロッド28a及びリフトアーム28を介してリフタピン27が上昇し、支持板21の裏面を支持する。その後、リフタピン27が支持板21を支持した状態で下降して、支持板21が載置台22に載置され、加熱手段23が載置された支持板21を介してウエハWを加熱して例えばウエハWの温度が1200度に昇温される。また駆動部25により載置台22が支持板21を保持した状態で鉛直軸周りに例えば5〜100rpmで回転する。
Next, a series of operations performed by the film forming apparatus 1 will be described. First, the
一方、搬送機構が処理容器10内から退避し、ゲートバルブ15が閉じられると次に排気手段64により処理空間Sが排気されると共に自励振動ノズル31からN2ガスが、ノズル32からNH3ガスが、ノズル33からH2ガスとTMGガスとの混合ガスが例えば夫々同時に、あるいはN2ガスの供給に遅れてNH3ガス及び前記混合ガスが処理空間Sに向けて供給されて、処理空間Sが例えば93325Pa(700Torr)に保たれる。図7は、ノズル31〜33から夫々供給されたガスの流れを示しており、N2ガスの流れを実線で、NH3ガスの流れを点線で、TMGガスとH2ガスとの混合ガスの流れを鎖線で夫々示している。処理空間Sに吐出された混合ガス及びNH3ガスは、N2ガスにより支持体21へ向けて押しつけられて、ウエハWの表面付近を流れ、ウエハWの熱を受けることで混合ガス中のTMGガスとNH3ガスとが化学反応してGaNを生じ、その生成したGaNがウエハW上に堆積される。その化学反応の副生成物であるメタンガス及び未反応のガスは排気管61内に流入して処理空間Sから除去される。既述のように各ガスはその噴出流が左右に振動するように各ノズル31〜33から処理空間Sに吐出されることにより、各ウエハW表面全体に処理ガスが行き渡り、ウエハW表面に高い均一性をもってGaNが堆積してその薄膜が形成される。
On the other hand, when the transfer mechanism is retracted from the
所定時間プロセスが行われると、各自励振動ノズル31〜33からのガスの供給、載置台22の回転、ウエハWの加熱及び処理空間Sの排気が停止し、その後リフタピン27及び搬送機構による搬送動作が既述の搬入動作と逆の手順で行われて支持板21がウエハWを保持した状態で処理容器10内から搬出される。
When the process is performed for a predetermined time, the supply of gas from the self-
この実施形態では、処理容器10の側壁から処理ガスを供給してサイドフローを形成し、そして自励振動ノズルによりガスの吐出方向を左右に振っているので、強い熱対流が発生しやすい高温プロセス例えばウエハWの温度が800度以上もの高温プロセスにおいても、ウエハWの表面全体に亘って均一にガスを供給することができる。またウエハWの載置領域に対応する横幅のスリットからガスを供給する場合にはプロセス圧力が高いと流速を大きくとれないが、ガスの吐出方向を左右に振ることで吐出口を大きく広げなくともガスの供給を均一に行うことができる。このためプロセス圧力が高くてもガス流速の高速化を図ることができ、高速処理に対応することができる。従って本実施の形態に係る成膜装置は、高温、高圧プロセスに好適なものである。さらにガスの流れを利用してガスの噴出流を左右に自励振動させているので、外部動力や可動部を設けなくても済み、またウエハWと各自励振動ノズルとの距離を大きく設けなくても各ウエハW全体に原料ガスを供給することができる。従って安価で、大型化を抑えた簡便な装置を構成することができる。そしてまた成膜用のガスを吐出する自励振動ノズル32,33の上にダウンフローガスを吐出する自励振動ノズル31を設け、成膜用のガスをダウンフローガスによりウエハWの表面に押し付けるようにすれば、熱対流が起こりにくく、ガスの供給についてより一層高い面内均一性が得られる。
In this embodiment, the processing gas is supplied from the side wall of the
なおこの実施形態において原料ガスは各ノズル32,33から水平方向に吐出されているが、このように水平方向に吐出する場合と同程度にウエハWの周囲に生じた熱対流による各ガスのウエハWの周囲への拡散が抑えられる範囲で斜め上方または斜め下方に向けて原料ガスを吐出する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
In this embodiment, the source gas is discharged from the
またこの成膜装置1はGaNを成膜する場合に用いられることに限られず、例えば他の窒化ガリウム系化合物を成膜する場合にも用いられる。具体的に説明すると例えば窒化ガリウム系化合物であるInGaNを成膜する場合には自励振動ノズル31の下層側に例えばそのInGaNの原料ガスであるTMI(トリメチルインジウム)ガスとそのキャリアガスであるH2ガスとの混合ガスを吐出する自励振動ノズルを設けて自励振動ノズルを4段構成とし、既述のようにウエハWを加熱しながらノズルからガスを夫々処理空間Sに吐出することでウエハWにInGaNを成膜する。その追加されたノズルからTMIガスとH2ガスとの混合ガスの代わりにTMAl(トリメチルアルミニウム)とそのキャリアガスであるH2ガスとの混合ガスを供給することでAlGaNを成膜するようにしてもよい。またノズルを5段構成としてダウンフローガスとTMGを含んだガス、TMAlを含んだガス、TMIを含んだガス、NH3ガスとを処理空間Sに吐出することでウエハWにInAlGaNを成膜するようにしてもよい。
Further, the film forming apparatus 1 is not limited to being used when forming a GaN film, and is also used, for example, when forming another gallium nitride compound. More specifically, for example, when depositing InGaN, which is a gallium nitride compound, for example, TMI (trimethylindium) gas, which is a source gas of InGaN, and H 2, which is a carrier gas, are formed on the lower layer side of the self-
なお上段の自励振動ノズル31から供給されるダウンフローガスとしてはN2ガスの他に例えばH2ガスを用いてもよい。またTMGガス、TMAlガス及びTMIのキャリアガスとしてはH2ガスの代わりにN2ガスを用いてもよい。
As the downflow gas supplied from the upper self-
1 成膜装置
10 処理容器
21 支持板
22 載置台
23 加熱手段
31,32,33 自励振動ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming
Claims (7)
前記基板にその側方から原料ガスを供給するための原料ガス用の自励振動ノズルと、
この自励振動ノズルに対して基板を挟んで設けられた排気口と、を備え、
前記自励振動ノズルは、ガスを供給するガス供給路と、
このガス供給路の先端に形成されたガス吐出口と、
このガス吐出口の入口の左右にその一端と他端とが接続された連結流路と、を有することを特徴とする成膜装置。 In a film forming apparatus for forming a thin film by heating a substrate mounted on a mounting table provided in a processing container and supplying a raw material gas to the substrate,
A self-excited vibration nozzle for source gas for supplying source gas from the side to the substrate;
An exhaust port provided with the substrate sandwiched between the self-excited vibration nozzle, and
The self-excited vibration nozzle includes a gas supply path for supplying gas,
A gas outlet formed at the tip of the gas supply path;
A film forming apparatus comprising: a connecting channel having one end and the other end connected to the left and right of the inlet of the gas discharge port.
ガスを供給するガス供給路と、このガス供給路の先端に形成されたガス吐出口と、このガス吐出口の入口の左右にその一端と他端とが接続された連結流路と、を有する自励振動ノズルを用いて、基板に対して側方から原料ガスを供給する工程と、
この自励振動ノズルに対して基板を挟んで設けられた排気口から排気を行う工程と、
前記自励振動ノズルのガス供給路からガス吐出口にガスを流すことで連結流路の一端の圧力が他端よりも高い状態と低い状態とが交互に起こることによりガスの噴出流を左右に振動させる工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。 In a film forming method for forming a thin film by heating a substrate mounted on a mounting table provided in a processing container and supplying a raw material gas to the substrate,
A gas supply path for supplying a gas; a gas discharge port formed at the tip of the gas supply path; and a connecting flow path having one end and the other end connected to the left and right of the inlet of the gas discharge port. Supplying a source gas from the side to the substrate using a self-excited vibration nozzle;
Exhausting from the exhaust port provided across the substrate with respect to the self-excited vibration nozzle;
By flowing gas from the gas supply path of the self-excited vibration nozzle to the gas discharge port, the state where the pressure at one end of the connection flow path is alternately higher and lower than the other end, thereby changing the gas jet flow from side to side A step of vibrating;
A film forming method comprising:
The film forming method according to claim 5 or 6, wherein the processing temperature of the substrate is 800 ° C or higher.
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