JP2012190948A - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an atomic layer deposition apparatus which can form a thin film having higher density by using a plasma ALD method.SOLUTION: The atomic layer deposition apparatus for forming a thin film on a substrate comprises: a film-forming container; a raw material gas supply unit for supplying a raw material gas which is a raw material of the thin film into the film-forming container; a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas which reacts with the raw material gas and forms the thin film into the film-forming container; a high-frequency power source for supplying a high-frequency electric current for generating plasma in the inner part of the film-forming container; a control unit for controlling the raw material gas supply unit and the reaction gas supply unit so that the raw material gas and the reaction gas are alternately supplied into the film-forming container, and for controlling timing of which the high-frequency power source supplies the high-frequency electric current; a susceptor having the substrate mounted on the top face thereof; and a magnetic field generation unit for generating a magnetic field above the substrate in a film formation space in the film-forming container, which is provided on the susceptor.

Description

本発明は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置に関する。   The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus for forming a thin film on a substrate.

段差被覆性に優れ、薄膜を均一に形成する技術として、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)が知られている。ALD法では、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする2種類のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成する。ALD法では、表面反応の自己停止作用が用いられる。表面反応の自己停止作用とは、原料ガスを供給している間に、1層あるいは数層の原料ガスだけが基板表面に吸着し、余分な原料ガスは成膜に寄与しない作用である。そのため、ALD法を用いて原子層単位で繰り返し基板上に薄膜を形成することにより、所望の膜厚の薄膜を形成することができる。   Atomic layer deposition (ALD) is known as a technique for forming a thin film uniformly with excellent step coverage. In the ALD method, two kinds of gases mainly containing an element constituting the thin film to be formed are supplied alternately on the substrate, and the thin film is formed on the substrate in units of atomic layers. In the ALD method, a self-stopping action of the surface reaction is used. The self-stopping action of the surface reaction is an action in which only one layer or several layers of source gas are adsorbed on the substrate surface while the source gas is supplied, and the excess source gas does not contribute to film formation. Therefore, a thin film having a desired film thickness can be formed by repeatedly forming a thin film on the substrate in atomic layer units using the ALD method.

一般的なCVD(Chemical Vapor Deposition)法と比較して、ALD法は段差被覆性と膜厚制御性に優れている。そのため、メモリ素子のキャパシタや、「high-kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成にALD法を用いることが期待されている。
また、ALD法では、300℃以下の温度で絶縁膜を形成することができる。そのため、液晶ディスプレイなどのようにガラス基板を用いる表示装置において、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成にALD法を用いることが期待されている。
Compared with a general CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the ALD method is excellent in step coverage and film thickness controllability. Therefore, it is expected that the ALD method is used for forming a capacitor of a memory element and an insulating film called a “high-k gate”.
In the ALD method, the insulating film can be formed at a temperature of 300 ° C. or lower. Therefore, it is expected that an ALD method is used for forming a gate insulating film of a thin film transistor in a display device using a glass substrate such as a liquid crystal display.

ALD法には、水又はオゾンが酸化剤として用いられ、或いは、酸素ガスやオゾンを用いて生成されたプラズマが用いられる。このうち、プラズマを用いる方法として、成膜室の内部に酸化ガスを用いたプラズマを発生させ、アルミナを形成するプラズマALD法が知られている(特許文献1)。   In the ALD method, water or ozone is used as an oxidizing agent, or plasma generated using oxygen gas or ozone is used. Among these, as a method using plasma, a plasma ALD method in which plasma using an oxidizing gas is generated inside a film forming chamber to form alumina is known (Patent Document 1).

特開2010−186788号公報JP 2010-186788 A

酸化剤として水又はオゾンを用い、或いは酸化ガスを用いたプラズマを用いて形成されたアルミナの密度を屈折率によって比較した場合に、オゾンを酸化剤として用いたときのアルミナの屈折率が1.61であるのに対し、プラズマを用いて形成されたアルミナの屈折率は1.64である。即ち、プラズマを酸化剤として用いると高密度の薄膜を形成することができる。
しかしながら、水酸化アルミニウムを酸素雰囲気中で焼成させることにより形成されるアルミナ焼結体の屈折率は1.76であり、低温で薄膜を形成可能なプラズマALD法を用いた場合の屈折率は、上記焼結法により形成される場合に比べて依然として低い。これは、形成されるアルミナ膜の密度が上記焼結法と比べて低いことによるものである。
When the density of alumina formed by using water or ozone as an oxidant or plasma using an oxidant gas is compared by refractive index, the refractive index of alumina when ozone is used as an oxidant is 1. In contrast, the refractive index of alumina formed using plasma is 1.64. That is, when plasma is used as an oxidizing agent, a high-density thin film can be formed.
However, the refractive index of the alumina sintered body formed by firing aluminum hydroxide in an oxygen atmosphere is 1.76, and the refractive index when using the plasma ALD method capable of forming a thin film at a low temperature is It is still low compared with the case where it is formed by the sintering method. This is because the density of the formed alumina film is lower than that of the sintering method.

そこで、本発明は、プラズマALD法を用いた場合により高密度の薄膜を形成することができる原子層堆積装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an atomic layer deposition apparatus that can form a denser thin film when the plasma ALD method is used.

上記課題を解決するため、本発明の原子層堆積装置は、基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、成膜容器と、前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給する反応ガス供給部と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるために高周波電流を供給する高周波電源と、前記原料ガスと前記反応ガスとが交互に供給されるように、前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給部とを制御し、かつ、前記高周波電源が高周波電流を供給するタイミングを制御する制御部と、前記基板を上面に載置するサセプタと、前記サセプタに設けられ、前記成膜容器の成膜空間内の前記基板の上方に磁界を発生させる磁界発生部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an atomic layer deposition apparatus of the present invention is an atomic layer deposition apparatus for forming a thin film on a substrate, and a film forming container and a raw material gas that is a raw material for the thin film are supplied to the film forming container. A source gas supply unit for supplying, a reaction gas supply unit for supplying a reaction gas that reacts with the source gas to form the thin film into the film formation container, and a high frequency for generating plasma in the film formation container The source gas supply unit and the reaction gas supply unit are controlled so that the source gas and the reaction gas are alternately supplied, and the source of the high-frequency power supplies a high-frequency current. A control unit for controlling the supply timing; a susceptor for placing the substrate on an upper surface; and a magnetic field generation unit that is provided on the susceptor and generates a magnetic field above the substrate in the film formation space of the film formation container; , With The features.

また、前記磁界発生部は、前記サセプタに設けられた、前記基板を上面に載置する金属製載置部の下面に設けられることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said magnetic field generation | occurrence | production part is provided in the lower surface of the metal mounting part provided in the said susceptor which mounts the said board | substrate on an upper surface.

さらに、前記磁界発生部は複数の磁石を平面状に有し、各磁石は、前記サセプタの上方に向く端部の極性が隣接する磁石と異なるように設けられることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the magnetic field generation unit has a plurality of magnets in a planar shape, and each magnet is provided so that the polarity of the end portion facing upward of the susceptor is different from the adjacent magnet.

さらにまた、前記磁界発生部は複数の磁石を平面状に有し、各磁石は、隣接する磁石と対向する端部の極性が互いに異なるように設けられることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the magnetic field generation unit has a plurality of magnets in a planar shape, and each magnet is provided so that the polarities of the end portions facing the adjacent magnets are different from each other.

本発明の原子層堆積装置によれば、プラズマALD法を用いた場合により高密度の薄膜を形成することができる。   According to the atomic layer deposition apparatus of the present invention, a denser thin film can be formed when the plasma ALD method is used.

第1実施形態の原子層堆積装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the atomic layer deposition apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の原子層堆積装置における複数の磁石の配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the several magnet in the atomic layer deposition apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the atomic layer deposition method of 1st Embodiment. 基板の上に薄膜が形成される工程を示す図である。It is a figure which shows the process in which a thin film is formed on a board | substrate. 第2実施形態の原子層堆積装置における複数の磁石の配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the several magnet in the atomic layer deposition apparatus of 2nd Embodiment.

<第1実施形態>
(原子層堆積装置の構成)
まず、図1を参照して、本実施形態の原子層堆積装置の構成を説明する。図1は、本実施形態の原子層堆積装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の原子層堆積装置10は、原料ガスと反応ガスとを交互に供給し、基板S上に原子層単位で薄膜を形成する。その際、反応活性を高めるため、プラズマを発生させることができる。特に、本実施形態では原料ガスとしてTMA(Tri-Methyl-Alminum)を用い、反応ガスとして酸素ガスを用いることにより、アルミナの薄膜を形成する例について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、反応ガスとしてオゾンガスを用いてもよい。
本実施形態の原子層堆積装置10は、成膜容器20と、排気部40と、高周波電源50と、制御部60と、原料ガス供給部70と、反応ガス供給部80と、を備える。
<First Embodiment>
(Configuration of atomic layer deposition system)
First, the configuration of the atomic layer deposition apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an atomic layer deposition apparatus according to the present embodiment. The atomic layer deposition apparatus 10 of this embodiment supplies a source gas and a reactive gas alternately, and forms a thin film on the substrate S in units of atomic layers. At that time, plasma can be generated in order to increase the reaction activity. In particular, in the present embodiment, an example in which an alumina thin film is formed by using TMA (Tri-Methyl-Alminum) as a source gas and oxygen gas as a reaction gas will be described, but the present invention is not limited thereto. . For example, ozone gas may be used as the reaction gas.
The atomic layer deposition apparatus 10 according to this embodiment includes a film forming container 20, an exhaust unit 40, a high frequency power supply 50, a control unit 60, a source gas supply unit 70, and a reaction gas supply unit 80.

成膜容器20には、上側電極22と、サセプタ30とが設けられている。サセプタ30の上面には、載置部としての下側電極32が設けられている。下側電極32は平板状に形成されており、接地されている。基板Sは、成膜容器20の下方からサセプタ30を貫通するリフトピン24によって支持される。リフトピン24は昇降機構26によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン24が基板Sを支持した状態で昇降機構26がリフトピン24を下方向に移動させることにより、基板Sは下側電極32の上面に載置される。
また、サセプタ30の内部には加熱ヒータ34が設けられており、加熱ヒータ34により基板Sの温度を調整することができる。
The film forming container 20 is provided with an upper electrode 22 and a susceptor 30. A lower electrode 32 is provided on the upper surface of the susceptor 30 as a mounting portion. The lower electrode 32 is formed in a flat plate shape and is grounded. The substrate S is supported by lift pins 24 penetrating the susceptor 30 from below the film forming container 20. The lift pins 24 can be moved up and down by an elevating mechanism 26, and the elevating mechanism 26 moves the lift pins 24 downward while the lift pins 24 support the substrate S, whereby the substrate S is placed on the upper surface of the lower electrode 32. Placed.
In addition, a heater 34 is provided inside the susceptor 30, and the temperature of the substrate S can be adjusted by the heater 34.

さらに、サセプタ30には、耐熱性を有する複数の磁石36が、下側電極32と加熱ヒータ34との間に平面状に設けられている。各磁石36は、磁界発生部の一例である。各磁石36の上端は下側電極32の下面に接している。また、各磁石36は、上端即ちサセプタ30の上方に向く端部の極性が、隣接する磁石36毎に異なるように設けられている。具体的には、図2に示すように、上端側の極性がN極の磁石36と、上端側の極性がS極の磁石36とが、下側電極32と加熱ヒータ34との間に交互に配列されている。この場合、互いに隣接する磁石36による磁力線38が、基板Sの上方近傍に発生する。
なお、図2では、各磁石36が一列に配置されているものを示したが、各磁石36を複数列設けてもよい。また、隣接する磁石36毎に上端側の極性が異なるのであれば、各磁石36を格子状やリング状等に配置することも可能である。
このように、サセプタ30に磁石36を設けるのは、磁石36によって基板Sの上方に形成される磁界の作用により、プラズマを基板Sの上方で高密度に発生させるためである。これにより、高密度な薄膜を形成することができる。
Further, the susceptor 30 is provided with a plurality of heat-resistant magnets 36 between the lower electrode 32 and the heater 34 in a planar shape. Each magnet 36 is an example of a magnetic field generator. The upper end of each magnet 36 is in contact with the lower surface of the lower electrode 32. In addition, each magnet 36 is provided such that the polarity of the upper end, that is, the end facing upward of the susceptor 30, is different for each adjacent magnet 36. Specifically, as shown in FIG. 2, a magnet 36 with an N pole at the upper end side and a magnet 36 with an S pole at the upper end side are alternately arranged between the lower electrode 32 and the heater 34. Is arranged. In this case, lines of magnetic force 38 due to the magnets 36 adjacent to each other are generated near the upper portion of the substrate S.
In FIG. 2, the magnets 36 are arranged in a line, but a plurality of magnets 36 may be provided. In addition, if the polarity on the upper end side is different for each adjacent magnet 36, the magnets 36 can be arranged in a lattice shape, a ring shape, or the like.
The reason why the magnets 36 are provided in the susceptor 30 is that plasma is generated at a high density above the substrate S by the action of the magnetic field formed above the substrate S by the magnet 36. Thereby, a high-density thin film can be formed.

上側電極22は基板Sの上方に設けられ、高周波電源50と接続されている。高周波電源50が所定の周波数(例えば13.56〜135.6MHz)の高周波電流を供給することにより、上側電極22と下側電極32との間でプラズマが生成される。
また、高周波電源50は制御部60と接続されている。高周波電源50が上側電極26に高周波電流を供給するタイミングは、制御部60により制御される。
The upper electrode 22 is provided above the substrate S and is connected to the high frequency power supply 50. Plasma is generated between the upper electrode 22 and the lower electrode 32 by the high-frequency power supply 50 supplying a high-frequency current having a predetermined frequency (for example, 13.56 to 135.6 MHz).
The high frequency power supply 50 is connected to the control unit 60. The timing at which the high frequency power supply 50 supplies the high frequency current to the upper electrode 26 is controlled by the control unit 60.

排気部40は、排気管42を介して成膜容器20内に供給された原料ガス、反応ガス、パージガスを排気する。排気部40は、例えば、ドライポンプである。排気部40が成膜容器20内を排気することにより、原料ガス、反応ガス、パージガスが成膜容器20内に供給されても、成膜容器20内の真空度は、1Pa〜100Pa程度に維持される。   The exhaust unit 40 exhausts the source gas, reaction gas, and purge gas supplied into the film forming container 20 through the exhaust pipe 42. The exhaust unit 40 is, for example, a dry pump. The exhaust unit 40 exhausts the film formation container 20 so that the degree of vacuum in the film formation container 20 is maintained at about 1 Pa to 100 Pa even when the source gas, the reaction gas, and the purge gas are supplied into the film formation container 20. Is done.

原料ガス供給部70は、成膜容器20に設けられた原料ガス供給口72を介して、TMAなどの原料ガスを成膜容器20に供給する。原料ガス供給部70は制御部60と接続されている。原料ガス供給部70が原料ガスを供給するタイミングは、制御部60により制御される。   The source gas supply unit 70 supplies a source gas such as TMA to the film formation container 20 through a source gas supply port 72 provided in the film formation container 20. The source gas supply unit 70 is connected to the control unit 60. The timing at which the source gas supply unit 70 supplies the source gas is controlled by the control unit 60.

反応ガス供給部80は、成膜容器20に設けられた反応ガス供給口82を介して、酸素などの反応ガスを成膜容器20に供給する。反応ガス供給部80は制御部60と接続されている。反応ガス供給部80が反応ガスを供給するタイミングは、制御部60により制御される。   The reaction gas supply unit 80 supplies a reaction gas such as oxygen to the film formation container 20 via a reaction gas supply port 82 provided in the film formation container 20. The reactive gas supply unit 80 is connected to the control unit 60. The timing at which the reaction gas supply unit 80 supplies the reaction gas is controlled by the control unit 60.

制御部60は、原料ガス供給部70が原料ガスを供給するタイミング、反応ガス供給部80が反応ガスを供給するタイミング、高周波電源50が高周波電流を供給するタイミングをそれぞれ独立に制御する。   The control unit 60 independently controls the timing at which the source gas supply unit 70 supplies the source gas, the timing at which the reaction gas supply unit 80 supplies the reaction gas, and the timing at which the high frequency power supply 50 supplies the high frequency current.

なお、図示されていないが、原料ガス供給部70、反応ガス供給部80は、それぞれ、成膜容器20の内部に、NガスやArガスなどのパージガスを供給することができるように構成されている。
以上が本実施形態の原子層堆積装置10の概略構成である。
Although not shown, each of the source gas supply unit 70 and the reaction gas supply unit 80 is configured to be able to supply a purge gas such as N 2 gas or Ar gas into the film forming container 20. ing.
The above is the schematic configuration of the atomic layer deposition apparatus 10 of the present embodiment.

(原子層堆積方法)
次に、図3、図4を参照して、本実施形態の原子層堆積装置10を用いた原子層堆積方法について説明する。図3は、本実施形態の原子層堆積方法の一例を示すフローチャートである。図4(a)〜(d)は、基板Sの上に薄膜が形成される工程を示す図である。
(Atomic layer deposition method)
Next, an atomic layer deposition method using the atomic layer deposition apparatus 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the atomic layer deposition method of the present embodiment. 4A to 4D are diagrams showing a process of forming a thin film on the substrate S. FIG.

まず、原料ガス供給部70が、成膜容器20の内部に原料ガスを供給する(ステップS101)。制御部60によって制御されるタイミングで、原料ガス供給部70から成膜容器20の内部に原料ガスが供給される。原料ガス供給部70は、例えば、0.1秒間、成膜容器20の内部にTMAなどの原料ガスを供給する。図4(a)に示されるように、ステップS101によって、成膜容器20の内部に原料ガス110が供給され、基板Sの上に原料ガス110が吸着して、吸着層102が形成される。   First, the source gas supply unit 70 supplies source gas into the film forming container 20 (step S101). At a timing controlled by the control unit 60, the source gas is supplied from the source gas supply unit 70 into the film forming container 20. The source gas supply unit 70 supplies a source gas such as TMA into the film forming container 20 for 0.1 seconds, for example. As shown in FIG. 4A, in step S101, the source gas 110 is supplied into the film forming container 20, and the source gas 110 is adsorbed on the substrate S to form the adsorption layer 102.

次に、原料ガス供給部70が、成膜容器20の内部にパージガス112を供給する(ステップS102)。原料ガス供給部70は、例えば、0.1秒間、成膜容器20の内部にパージガス112を供給する。また、排気部40が、成膜容器20の内部の原料ガス110やパージガス112を排気する。排気部40は、例えば、2秒間、成膜容器20の内部の原料ガス110やパージガス112を排気する。図4(b)に示されるように、ステップS102によって、成膜容器20の内部にパージガス112が供給され、基板Sの上に吸着していない原料ガス110が成膜容器20からパージされる。   Next, the source gas supply unit 70 supplies the purge gas 112 into the film forming container 20 (step S102). The source gas supply unit 70 supplies the purge gas 112 into the film forming container 20 for 0.1 seconds, for example. Further, the exhaust unit 40 exhausts the source gas 110 and the purge gas 112 inside the film forming container 20. The exhaust unit 40 exhausts the source gas 110 and the purge gas 112 inside the film forming container 20 for 2 seconds, for example. As shown in FIG. 4B, in step S <b> 102, the purge gas 112 is supplied into the film formation container 20, and the source gas 110 that is not adsorbed on the substrate S is purged from the film formation container 20.

次に、反応ガス供給部80が、成膜容器20の内部に反応ガスを供給する(ステップS103)。制御部60によって制御されるタイミングで、反応ガス供給部80から成膜容器20の内部に反応ガスが供給される。反応ガス供給部80は、例えば、1秒間、成膜容器20の内部に反応ガスを供給する。図4(c)に示されるように、ステップS103によって、成膜容器20の内部に反応ガス114が供給される。   Next, the reactive gas supply unit 80 supplies the reactive gas into the film forming container 20 (step S103). At the timing controlled by the control unit 60, the reaction gas is supplied from the reaction gas supply unit 80 into the film forming container 20. The reactive gas supply unit 80 supplies the reactive gas into the film forming container 20 for 1 second, for example. As shown in FIG. 4C, the reaction gas 114 is supplied into the film forming container 20 in step S103.

また、高周波電源50が上側電極26に所定の周波数の高周波電流を供給する(ステップS104)。制御部60によって制御されるタイミングで、高周波電源50から上側電極26に高周波電流が供給される。高周波電源50は、例えば、0.2秒間、高周波電流を供給する。このとき、上側電極22と下側電極32との間にプラズマが発生する。
この場合、基板Sの上方近傍には、複数の磁石36によって発生した磁界が存在するため、基板Sの上方近傍におけるプラズマの電子密度が高くなる。
Further, the high frequency power supply 50 supplies a high frequency current having a predetermined frequency to the upper electrode 26 (step S104). A high frequency current is supplied from the high frequency power supply 50 to the upper electrode 26 at a timing controlled by the control unit 60. The high frequency power supply 50 supplies a high frequency current for 0.2 seconds, for example. At this time, plasma is generated between the upper electrode 22 and the lower electrode 32.
In this case, since the magnetic field generated by the plurality of magnets 36 exists near the upper part of the substrate S, the electron density of the plasma near the upper part of the substrate S increases.

なお、高周波電源50が反応ガス114のプラズマを発生させるタイミングは、反応ガス供給部80が成膜容器20の内部に反応ガス114を供給するタイミングと同時でもよい。   Note that the timing at which the high-frequency power supply 50 generates the plasma of the reaction gas 114 may be the same as the timing at which the reaction gas supply unit 80 supplies the reaction gas 114 into the film forming container 20.

次に、反応ガス供給部80が、成膜容器20の内部にパージガス112を供給する(ステップS106)。反応ガス供給部80は、例えば、0.1秒間、成膜容器20の内部にパージガス112を供給する。また、排気部40が、成膜容器20の内部の反応ガス114やパージガス112を排気する。図4(d)に示されるように、ステップS105によって、成膜容器20の内部にパージガス112が供給され、反応ガス114が成膜容器20からパージされる。   Next, the reactive gas supply unit 80 supplies the purge gas 112 into the film forming container 20 (step S106). The reactive gas supply unit 80 supplies the purge gas 112 to the inside of the film forming container 20 for 0.1 seconds, for example. The exhaust unit 40 exhausts the reaction gas 114 and the purge gas 112 inside the film formation container 20. As shown in FIG. 4D, the purge gas 112 is supplied into the film forming container 20 and the reaction gas 114 is purged from the film forming container 20 in step S105.

以上説明したステップS101〜S105により、基板Sの上に一原子層分の薄膜層104が形成される。以下、ステップS101〜S105を所定回数繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜層104を形成することができる。   The thin film layer 104 for one atomic layer is formed on the substrate S by the steps S101 to S105 described above. Thereafter, by repeating steps S101 to S105 a predetermined number of times, the thin film layer 104 having a desired thickness can be formed.

なお、本実施形態の原子層堆積装置10を用いて形成されたアルミナとハフニアの屈折率を、分光エリプソメータを用いてもとめたところ、アルミナの屈折率は1.70であり、ハフニアの屈折率は2.10であった。ここで、ハフニアを形成する際には、TEMAH(Tetraethylmethylamino Hafnium)を原料ガスとして用い、酸素ガスを反応ガスとして用いた。また、このハフニアは、原料ガスを供給する際に分圧を5Paに設定した原料ガスを0.5秒間供給し、反応ガスを供給する際に分圧を95Paに設定した反応ガスを1秒間供給することにより形成されている。
また、上記屈折率を求める際の環境について説明する。まず、成膜容器20内の温度を100℃に設定し、成膜容器20内の全圧を1〜100Paに設定した。また、2インチSiウェハを基板として用いた。さらに、磁石36については、磁気強度0.5テラス、直径1cmの耐熱ネオジウム磁石を5つ用いた。また、5つの磁石を、上端の極性がS極である1つの磁石の四方が、上端の極性がN極の4つの磁石によって囲まれるように配置した。
一方、同じ環境下において各磁石36を用いずにアルミナとハフニアを形成した場合には、アルミナの屈折率は1.64であり、ハフニアの屈折率は1.95であった。これにより、各磁石36を用いた場合には、高密度の薄膜を形成することができた。
When the refractive index of alumina and hafnia formed using the atomic layer deposition apparatus 10 of the present embodiment was determined using a spectroscopic ellipsometer, the refractive index of alumina was 1.70, and the refractive index of hafnia was 2.10. Here, when forming hafnia, TEMAH (Tetraethylmethylamino Hafnium) was used as a source gas, and oxygen gas was used as a reaction gas. In addition, this hafnia supplies a source gas with a partial pressure set to 5 Pa for 0.5 seconds when supplying the source gas, and supplies a reaction gas with a partial pressure set to 95 Pa for 1 second when supplying the reaction gas. It is formed by doing.
The environment for obtaining the refractive index will be described. First, the temperature in the film formation container 20 was set to 100 ° C., and the total pressure in the film formation container 20 was set to 1 to 100 Pa. A 2-inch Si wafer was used as the substrate. Further, for the magnet 36, five heat-resistant neodymium magnets having a magnetic strength of 0.5 terrace and a diameter of 1 cm were used. Further, the five magnets were arranged so that the four sides of one magnet whose upper end polarity is the S pole are surrounded by four magnets whose upper end polarity is the N pole.
On the other hand, when alumina and hafnia were formed without using each magnet 36 under the same environment, the refractive index of alumina was 1.64 and the refractive index of hafnia was 1.95. Thereby, when each magnet 36 was used, the high-density thin film was able to be formed.

以上説明したように、本実施形態によれば、基板Sの近傍に磁界を発生させる複数の磁石36をサセプタ30に設けたことにより、基板Sの近傍におけるプラズマの電子密度を高くすることができる。これにより、プラズマALD法を用いた場合により高密度の薄膜層104を形成することができる。   As described above, according to the present embodiment, by providing the susceptor 30 with the plurality of magnets 36 that generate a magnetic field in the vicinity of the substrate S, the electron density of plasma in the vicinity of the substrate S can be increased. . Thereby, the denser thin film layer 104 can be formed when the plasma ALD method is used.

また、本実施形態によれば、基板Sの近傍にプラズマを集中して発生することができるので、プラズマが発生した際に成膜容器20の内壁部に薄膜が形成されるのを抑制することができる。そのため、成膜容器20の内壁部の清掃頻度を低減することができる。   In addition, according to the present embodiment, since plasma can be generated in the vicinity of the substrate S, it is possible to suppress the formation of a thin film on the inner wall portion of the film forming container 20 when the plasma is generated. Can do. Therefore, the cleaning frequency of the inner wall portion of the film forming container 20 can be reduced.

さらに、複数の磁石36を、金属性下側電極32の下面に設けたので、基板Sと各磁石36とを、下側電極32を介して近接させることができる。そのため、各磁石36によって、基板Sの上方に磁界を発生させるのが容易となる。   Furthermore, since the plurality of magnets 36 are provided on the lower surface of the metallic lower electrode 32, the substrate S and each magnet 36 can be brought close to each other via the lower electrode 32. Therefore, it becomes easy to generate a magnetic field above the substrate S by each magnet 36.

さらにまた、各磁石36を、上端側の極性が隣接する磁石36毎に異なるように設けたので、隣接する磁石36間に磁界を発生させることができる。そのため、基板Sの近傍におけるプラズマの電子密度を高くすることができる。
このとき、磁石36は、金属製下側電極32を介して、基板Sの上方の成膜空間に磁界を形成するので、磁界がより均一な分布に近づき、より均一なプラズマを発生させることができる。
Furthermore, since each magnet 36 is provided such that the polarity on the upper end side is different for each adjacent magnet 36, a magnetic field can be generated between the adjacent magnets 36. Therefore, the electron density of plasma in the vicinity of the substrate S can be increased.
At this time, the magnet 36 forms a magnetic field in the film formation space above the substrate S via the metal lower electrode 32, so that the magnetic field approaches a more uniform distribution and generates more uniform plasma. it can.

<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態に係る原子層堆積装置10について、図5を参照して説明する。前述した第1実施形態と異なる点は、複数の磁石36を、隣接する磁石36と対向する端部の極性が互いに異なるように設けた点にある。その他の構成については第1実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
The atomic layer deposition apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The difference from the first embodiment described above is that a plurality of magnets 36 are provided so that the polarities of the end portions facing the adjacent magnets 36 are different from each other. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図5に示すように、各磁石36は、配列方向一端側(図中左側)がS極、配列方向他端側(図中右側)がN極となるように一列に配置されている。この場合、隣接する磁石36間において、対向する端部の極性が互いに異なっている。また、各磁石36による磁力線38が基板Sの上方近傍に発生する。
なお、図5では、各磁石36が一列に配置されているものを示したが、各磁石36を複数列設けてもよい。
As shown in FIG. 5, the magnets 36 are arranged in a row so that one end side in the arrangement direction (left side in the figure) is an S pole and the other end side in the arrangement direction (right side in the figure) is an N pole. In this case, the polarities of the opposite end portions are different between the adjacent magnets 36. In addition, magnetic lines 38 due to the magnets 36 are generated in the vicinity of the upper part of the substrate S.
In FIG. 5, the magnets 36 are arranged in a line, but a plurality of magnets 36 may be provided.

以上説明したように、本実施形態によれば、各磁石36を、隣接する磁石36と対向する端部の極性が互いに異なるように設けたので、各磁石36による磁界を基板Sの上方に発生させることができる。このため、基板Sの上方におけるプラズマの電子密度を高くすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the magnets 36 are provided so that the polarities of the ends facing the adjacent magnets 36 are different from each other, so that a magnetic field generated by each magnet 36 is generated above the substrate S. Can be made. For this reason, the electron density of the plasma above the substrate S can be increased.

以上、本発明の原子層堆積装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   Although the atomic layer deposition apparatus of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment. It goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では説明を省略したが、基板S近傍のプラズマ密度を均一にするために、基板Sと各磁石36との間隔を適宜調節可能に構成してもよい。具体的には、下部電極104を、厚み寸法の異なる他の金属板に交換可能に形成してもよい。   For example, although not described in the above embodiment, in order to make the plasma density in the vicinity of the substrate S uniform, the interval between the substrate S and each magnet 36 may be appropriately adjustable. Specifically, the lower electrode 104 may be formed to be exchangeable with another metal plate having a different thickness dimension.

10 原子層堆積装置
20 成膜容器
22 上側電極
24 リフトピン
26 昇降機構
28 下側電極
30 サセプタ
32 下側電極
34 加熱ヒータ
36 複数の磁石
40 排気部
42 排気管
50 高周波電源
60 制御部
70 原料ガス供給部
72 原料ガス供給口
80 反応ガス供給部
82 反応ガス供給口
102 吸着層
104 薄膜層
110 原料ガス
112 パージガス
114 反応ガス
S 基板

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Atomic layer deposition apparatus 20 Film-forming container 22 Upper electrode 24 Lift pin 26 Elevating mechanism 28 Lower electrode 30 Susceptor 32 Lower electrode 34 Heater 36 Multiple magnets 40 Exhaust part 42 Exhaust pipe 50 High frequency power supply 60 Control part 70 Source gas supply Unit 72 Source gas supply port 80 Reaction gas supply unit 82 Reaction gas supply port 102 Adsorption layer 104 Thin film layer 110 Source gas 112 Purge gas 114 Reaction gas S Substrate

Claims (4)

基板上に薄膜を形成する原子層堆積装置であって、
成膜容器と、
前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスと反応して前記薄膜を形成する反応ガスを前記成膜容器に供給する反応ガス供給部と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるために高周波電流を供給する高周波電源と、
前記原料ガスと前記反応ガスとが交互に供給されるように、前記原料ガス供給部と前記反応ガス供給部とを制御し、かつ、前記高周波電源が高周波電流を供給するタイミングを制御する制御部と、
前記基板を上面に載置するサセプタと、
前記サセプタに設けられ、前記成膜容器の成膜空間内の前記基板の上方に磁界を発生させる磁界発生部と、
を備えることを特徴とする原子層堆積装置。
An atomic layer deposition apparatus for forming a thin film on a substrate,
A deposition container;
A raw material gas supply unit for supplying a raw material gas which is a raw material of the thin film to the film formation container;
A reaction gas supply unit that supplies a reaction gas that reacts with the source gas to form the thin film into the film formation container;
A high-frequency power source for supplying a high-frequency current to generate plasma in the film forming container;
A control unit that controls the source gas supply unit and the reaction gas supply unit so that the source gas and the reaction gas are alternately supplied, and controls the timing at which the high-frequency power supply supplies a high-frequency current. When,
A susceptor for placing the substrate on an upper surface;
A magnetic field generator provided on the susceptor for generating a magnetic field above the substrate in the film formation space of the film formation container;
An atomic layer deposition apparatus comprising:
前記磁界発生部は、前記サセプタに設けられた、前記基板を上面に載置する金属製載置部の下面に設けられる、請求項1に記載の原子層堆積装置。   2. The atomic layer deposition apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit is provided on a lower surface of a metal mounting unit provided on the susceptor for mounting the substrate on an upper surface. 前記磁界発生部は複数の磁石を平面状に有し、各磁石は、前記サセプタの上方に向く端部の極性が隣接する磁石と異なるように設けられる、請求項1または2に記載の原子層堆積装置。   3. The atomic layer according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit includes a plurality of magnets in a planar shape, and each magnet is provided so that a polarity of an end portion facing upward of the susceptor is different from an adjacent magnet. Deposition equipment. 前記磁界発生部は複数の磁石を平面状に有し、各磁石は、隣接する磁石と対向する端部の極性が互いに異なるように設けられる、請求項1または2に記載の原子層堆積装置。
3. The atomic layer deposition apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation unit includes a plurality of magnets in a planar shape, and each magnet is provided such that the polarities of the end portions facing the adjacent magnets are different from each other.
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