JP2014045143A - Method for forming silicon film, cyclohexasilane packing body, and device for forming silicon film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学蒸着によりシクロヘキサシランをシリコン膜に形成するためのシリコン膜形成方法、シクロヘキサシラン梱包体およびシリコン膜形成装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon film forming method for forming cyclohexasilane on a silicon film by chemical vapor deposition, a cyclohexasilane package, and a silicon film forming apparatus.
薄膜トランジスタや集積回路などの半導体や電子デバイスに用いられるシリコン薄膜(アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜等)は、気体材料であるモノシランを原料に化学気相蒸着法(CVD法)等により形成される。しかし近年、より大量にシリコン薄膜を作製するために成膜速度の向上が求められ、また複雑なデバイス構造に対応するために低温条件での成膜、さらに凹凸のある基板上への均一膜の成膜などが求められている。 Silicon thin films (amorphous silicon films, polysilicon films, etc.) used for semiconductors and electronic devices such as thin film transistors and integrated circuits are formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) using monosilane, which is a gas material, as a raw material. In recent years, however, it has been required to increase the deposition rate in order to produce a larger amount of silicon thin film. In addition, in order to cope with a complicated device structure, the film is formed under low temperature conditions, and a uniform film on an uneven substrate is formed. There is a demand for film formation.
また、液体材料を薄膜にする方法として、液体を一旦気化した後、蒸着する方法、例えばCVD法が知られている。このCVD法で利用される液体材料の気化方法としては、キャリアガスを液体材料中にバブリングして液体材料を気化する方法(バブリング法)、キャリアガスを用いずに液体材料を加熱して液体材料を気化する方法(ベーキング法)等が挙げられる。上記バブリング法では、液体材料を加温する事によって気化効率を高めているが、液体材料の熱安定性が低いと、気化ガスの排出ラインが目詰まりすることがある。また、上記ベーキング法でも、同様に原料タンク内の液体材料を加熱して気化ガスを発生させるが、使用される物質が熱に弱いと、気化ガスの排出ラインが目詰まりすることがある。 Further, as a method of forming a liquid material into a thin film, a method of vaporizing a liquid once and then depositing it, for example, a CVD method is known. As a method for vaporizing a liquid material used in this CVD method, a method of vaporizing a liquid material by bubbling a carrier gas into the liquid material (a bubbling method), a liquid material by heating the liquid material without using the carrier gas, The method of vaporizing (baking method) and the like can be mentioned. In the bubbling method, the vaporization efficiency is increased by heating the liquid material. However, if the thermal stability of the liquid material is low, the vaporized gas discharge line may be clogged. Also in the baking method, the liquid material in the raw material tank is similarly heated to generate vaporized gas. However, if the substance used is sensitive to heat, the vaporized gas discharge line may be clogged.
例えば、特許文献1には、液体シラン化合物を用いたシリコン膜の製造方法として、キャリアガスでガス化した環状シラン化合物に、常圧下で熱エネルギーを作用させることにより、基板上にシリコン膜を化学蒸着させる方法が開示されている。この方法では、環状シラン化合物がキャリアガスと共に常圧のガス状態で反応室に導入されているが、常圧CVDではウエハ温度の均一性を保ちにくく形成される薄膜の膜厚均一性、カバレージ性に欠け、シリコン膜にごみ等の粒子が混入しやすいという問題があった。特許文献2には、水、CVD液体原料等を常圧でガス化して半導体製造装置に供給するための気化器が開示されている。特許文献3には、シリコンと炭素とを含む混合物質を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法が開示され、有機シラン化合物の原料液体を高速のキャリアガス流によって瞬間的に霧化させて、シリコンと炭素とを含む薄膜を形成している。特許文献4には、液体材料とキャリアガスを混合する気液混合部と、気化部とを有する液体材料気化装置が開示されている。特許文献5には、シクロヘキサシランを含むプロセスガスをチャンバーに導入して、シクロヘキサシランを化学蒸着させて、基板上にSi含有膜を形成させる方法が開示されている。
For example, in Patent Document 1, as a silicon film manufacturing method using a liquid silane compound, a silicon film is chemically formed on a substrate by applying thermal energy to a cyclic silane compound gasified with a carrier gas under normal pressure. A method of vapor deposition is disclosed. In this method, the cyclic silane compound is introduced into the reaction chamber together with the carrier gas in a normal pressure gas state. However, in the normal pressure CVD, it is difficult to maintain the uniformity of the wafer temperature, and the film thickness uniformity and the coverage property of the thin film are formed. There is a problem that particles such as dust are easily mixed in the silicon film. Patent Document 2 discloses a vaporizer for gasifying water, a CVD liquid raw material, or the like at normal pressure and supplying the gas to a semiconductor manufacturing apparatus.
しかしながら、上記文献のいずれにおいても、シクロヘキサシランを使用して液体のまま送出ラインを介して気化器に移送・気化して、CVD法を行ったことは開示されていない。特に特許文献5において、シクロヘキサシランは、真空ポンプのバブリングにより直接チャンバーに導入されているが、バブリングする際に加熱するためにシクロヘキサシランが固形化してノズル等が詰まり、しいては適切な量の気化シクロヘキサシランを送出することができず、質の高いシリコン膜を形成することができないという問題が生じる可能性がある。
加えて、シクロヘキサシランは、粘度が低く、無色透明な液体であるが、熱重合、光重合しやすく、重合化すると粘度が高くなると共に、分子量も大きくなる傾向があり、CVD法を行う反応室に均一な量の気化シクロヘキサシランを安定的に供給することができないといった問題があった。
However, none of the above-mentioned documents disclose that the CVD method is performed by using cyclohexasilane, which is transferred to a vaporizer through a delivery line while being liquid and vaporized. In particular, in Patent Document 5, cyclohexasilane is directly introduced into the chamber by bubbling of a vacuum pump. However, cyclohexasilane is solidified due to heating when bubbling, and the nozzles are clogged. There is a possibility that the amount of vaporized cyclohexasilane cannot be delivered and a high-quality silicon film cannot be formed.
In addition, cyclohexasilane has a low viscosity and is a colorless and transparent liquid. However, it tends to undergo thermal polymerization and photopolymerization. When polymerized, the viscosity tends to increase and the molecular weight tends to increase. There was a problem that a uniform amount of vaporized cyclohexasilane could not be stably supplied to the chamber.
本発明は、シクロヘキサシランを使用しても、安定的に気化シクロヘキサシランガスを供給でき、化学蒸着法を採用した時に高速成膜、低温成膜および高ステップカバレージが可能となるシリコン膜形成技術を提供することを課題とする。
本発明の他の課題は、高純度なシリコン膜を形成できるシリコン膜形成技術を提供する点にある。
The present invention is a silicon film forming technology that can stably supply vaporized cyclohexasilane gas even when cyclohexasilane is used, and enables high-speed film formation, low-temperature film formation, and high step coverage when a chemical vapor deposition method is employed. It is an issue to provide.
Another object of the present invention is to provide a silicon film forming technique capable of forming a high-purity silicon film.
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、シクロヘキサシランを用い、原料タンクから気化器へとシクロヘキサシランを供給し、さらに気化器でシクロヘキサシランを気化すると、安定的に気化シクロヘキサシランガスを反応室に供給することができ、化学蒸着を採用した時に高速成膜、低温成膜および高ステップカバレージが可能となり、また、高純度なシリコン膜を形成できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors use cyclohexasilane, supply cyclohexasilane from the raw material tank to the vaporizer, and further vaporize cyclohexasilane in the vaporizer. It is possible to stably supply vaporized cyclohexasilane gas to the reaction chamber, and when chemical vapor deposition is adopted, high-speed film formation, low-temperature film formation and high step coverage are possible, and a high-purity silicon film can be formed. The headline and the present invention were completed.
すなわち、本発明に係るシリコン膜形成方法は、原料タンクに収容したシクロヘキサシランを送出ラインを通じて気化器に向けて送出し、気化器でシクロヘキサシランを気化させ、反応室で気化したシクロヘキサシランを化学蒸着によりシリコン膜にするシリコン膜形成方法である。 That is, in the silicon film forming method according to the present invention, cyclohexasilane contained in a raw material tank is sent to a vaporizer through a delivery line, cyclohexasilane is vaporized by the vaporizer, and vaporized in the reaction chamber. Is a method of forming a silicon film by chemical vapor deposition.
前記原料タンクの温度は50℃以下に維持されることが好ましく、前記送出ラインにおいて、加圧不活性ガスでシクロヘキサシランを圧送または吸引により、シクロヘキサシランが原料タンクから気化器へ送り出されることが好ましい。前記送出ラインに介挿される液体流量制御器により、シクロヘキサシランの送出量が制御されてもよく、前記気化器において、送出ラインからのシクロヘキサシランは、気化室内に設けられた噴出口、温度および/または圧力調節可能な気化室、および気化ガス排出口を通過して気化されることが好ましい。前記噴出口では、シクロヘキサシランを微粒子状または霧状に噴出することが好ましく、前記噴出口の温度は、100℃以下に維持されることが好ましい。前記気化室の圧力は、例えば、5kPa未満である。前記化学蒸着は、好ましくは、低圧CVD法またはプラズマCVD法であり、モノシランガスとシクロヘキサシランガスとを反応室に供給してシリコン膜を形成することが好ましい。 The temperature of the raw material tank is preferably maintained at 50 ° C. or lower, and cyclohexasilane is sent from the raw material tank to the vaporizer by pumping or sucking cyclohexasilane with a pressurized inert gas in the delivery line. Is preferred. The liquid flow rate controller inserted in the delivery line may control the delivery amount of cyclohexasilane. Vaporization is preferably carried out through a vaporizing chamber with adjustable pressure and / or a vaporized gas outlet. At the jet outlet, cyclohexasilane is preferably jetted in the form of fine particles or mist, and the temperature of the jet outlet is preferably maintained at 100 ° C. or lower. The pressure in the vaporizing chamber is, for example, less than 5 kPa. The chemical vapor deposition is preferably a low pressure CVD method or a plasma CVD method, and it is preferable to form a silicon film by supplying monosilane gas and cyclohexasilane gas to the reaction chamber.
本発明には、前記方法に使用され、原料タンクに充填されるためのシクロヘキサシラン梱包体が包含される。シクロヘキサシラン梱包体中の各金属元素の含有量は、10ppm以下であることが好ましい。 The present invention includes a cyclohexasilane package for use in the above method and for filling a raw material tank. The content of each metal element in the cyclohexasilane package is preferably 10 ppm or less.
さらに、本発明には、シクロヘキサシランを収容するための原料タンクと、前記原料タンクに連結し前記シクロヘキサシランを液体のまま前記原料タンクから送り出すための送出ラインと、前記送出ラインに接続し、シクロヘキサシランを気化するための気化器と、気化したシクロヘキサシランを化学蒸着によりシリコン膜にするための反応室とを有することを特徴とする、シリコン膜形成装置も包含される。 Furthermore, the present invention includes a raw material tank for containing cyclohexasilane, a feed line connected to the raw material tank for sending the cyclohexasilane in liquid form from the raw material tank, and connected to the feed line. Also included is a silicon film forming apparatus comprising a vaporizer for vaporizing cyclohexasilane and a reaction chamber for converting the vaporized cyclohexasilane into a silicon film by chemical vapor deposition.
本発明によれば、気化器でシクロヘキサシランを気化しているため、安定的に気化シクロヘキサシランガスを供給でき、化学蒸着法でシリコン膜を形成した時に、高速成膜および低温成膜が可能となる。
またこの様な方法によれば、高ステップカバレージを達成でき、高純度なシリコン膜を形成できる。
According to the present invention, since cyclohexasilane is vaporized by a vaporizer, vaporized cyclohexasilane gas can be stably supplied, and high speed film formation and low temperature film formation are possible when a silicon film is formed by chemical vapor deposition. It becomes.
Moreover, according to such a method, high step coverage can be achieved and a high-purity silicon film can be formed.
<シリコン膜形成方法>
以下、図1を参照して本発明のシリコン膜形成方法の一態様を説明するが、本発明は該一態様に限定されるものではない。
<Silicon film formation method>
Hereinafter, one embodiment of the silicon film forming method of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited to the one embodiment.
図1は本発明のシリコン膜形成方法の一例を説明するための装置概略図であり、本例では、原料タンク1に収容したシクロヘキサシラン2を送出ライン5、6を通じて気化器8に向けて送出し、気化器8でシクロヘキサシランを気化させ、反応室13で気化したシクロヘキサシランを化学蒸着によりシリコン膜にすることを特徴とする。
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for explaining an example of the silicon film forming method of the present invention. In this example, cyclohexasilane 2 contained in a raw material tank 1 is directed to a vaporizer 8 through delivery lines 5 and 6. This is characterized in that cyclohexasilane is vaporized by the vaporizer 8 and the cyclohexasilane vaporized in the
より詳細に説明すると、原料タンク1には不活性ガス導入ライン3が設けられており、このライン3に取り付けられたバルブ4を開くことで加圧された不活性ガスが原料タンク1に送られ、内部のシクロヘキサシラン2自体が加圧される。そして図示例では、送出ライン5の入口がシクロヘキサシラン2の液面よりも下で開口しているため、加圧シクロヘキサシラン2が送出ライン5、6を通じて気化器8へ圧送される。また図示例では、送出ライン5、6上に、液体流量制御器7が介挿されており、シクロヘキサシランの流量を調節して適量のシクロヘキサシランを気化器8に送出可能となっている。気化器8は、温度調節可能なヒーター10と、気化用空間を確保するための気化室8aと、この気化室8a内で開口する噴出口9とから構成され、噴出口9は送出ライン5、6に連結されている。そして前記ヒーター10で気化室8a内の温度を調節しながら、噴出口9からシクロヘキサシランを霧状に噴出し、気化させる。この際キャリアガスも同時に気化室8a内に流しても良い。この気化シクロヘキサシランは、気化室8aの下流側に設けられた気化ガス排出口11から送出ライン12を介して反応室13に送出される。図示例の反応室13はその内部に、第一電極14と基板15とからなる積層体と、この基板15に対向する第二電極16を備えているため、送出ライン12から反応室13内に気化シクロヘキサシランを導入することにより、化学蒸着法によって、基板15上にシリコン膜を形成できる。なお図示例の反応室13には、真空ポンプ17が接続されており、ガスの流れを調節可能になっており、温度、圧力等を適宜調節してもよい。
More specifically, the raw material tank 1 is provided with an inert
以上の様な方法によると、気化器8でシクロヘキサシランを気化しているため、安定的に気化シクロヘキサシランガスを供給でき、化学蒸着法でシリコン膜を形成した時に、高速成膜および低温成膜が可能となる。またこの様な方法によれば、高ステップカバレージを達成でき、高純度なシリコン膜を形成できる。 According to the above method, since cyclohexasilane is vaporized by the vaporizer 8, the vaporized cyclohexasilane gas can be stably supplied. When a silicon film is formed by chemical vapor deposition, high-speed film formation and low-temperature formation are possible. A membrane is possible. Moreover, according to such a method, high step coverage can be achieved and a high-purity silicon film can be formed.
本発明の特徴は、バブリング方式またはベーキング方式によることなく、シクロヘキサシランを気化している点にあるとも言える。気化器8で気化させると、バブリング時の加熱によるシクロヘキサシランの熱重合が抑制され、原料タンク1、送出ライン5、6等での配管の目詰まりを防ぐことができる。また、気化器8には、熱重合の影響を受けていないシクロヘキサシランが安定して供給されることになり、シクロヘキサシランの熱重合による固形化により噴出口9、気化ガス排出口11等での配管の目詰まりも抑制することができる。最終的に、過剰に熱重合されておらず固形物を含まない気化シクロヘキサシランを反応室に安定的に供給することができ、しいてはCVD法を採用した時に高速成膜および低温成膜が可能であり、また、高ステップカバレージを達成でき、高純度なシリコン膜を形成することができる。 It can be said that the feature of the present invention is that cyclohexasilane is vaporized without using the bubbling method or baking method. When vaporization is performed by the vaporizer 8, thermal polymerization of cyclohexasilane due to heating during bubbling is suppressed, and clogging of piping in the raw material tank 1, the delivery lines 5, 6 and the like can be prevented. In addition, cyclohexasilane that is not affected by thermal polymerization is stably supplied to the vaporizer 8, and the injection port 9, vaporized gas discharge port 11, etc. are obtained by solidification by thermal polymerization of cyclohexasilane. The clogging of the piping at can also be suppressed. Finally, vaporized cyclohexasilane that is not excessively polymerized and does not contain solids can be stably supplied to the reaction chamber, and high-speed film formation and low-temperature film formation are possible when the CVD method is adopted. In addition, high step coverage can be achieved, and a high-purity silicon film can be formed.
シクロヘキサシラン2は、従来公知の方法により製造されたものであればよく、例えば、ジフェニルジクロロシランを金属によりカップリングさせ6員環を形成後、ハロゲン化、還元工程を経て得られるシクロヘキサシランを用いてもよく、さらに高純度なシリコン膜を形成する観点から、不純物を除去するために精製を行ったものを使用してもよい。 The cyclohexasilane 2 may be any one produced by a conventionally known method. For example, cyclohexasilane obtained by coupling diphenyldichlorosilane with a metal to form a 6-membered ring, followed by halogenation and reduction steps. From the viewpoint of forming a high-purity silicon film, a material that has been purified to remove impurities may be used.
原料タンク1では、シクロヘキサシラン2を熱重合または光重合させず、送出ライン5、6を介して気化器8に安定してシクロヘキサシランを供給可能な様にしておくことが推奨される。例えば原料タンク1中のシクロヘキサシラン2の温度を所定温度以下に維持してもよく、好ましくは50℃以下、より好ましくは45℃以下、さらに好ましくは40℃以下に維持してもよい。なお該温度を下げ過ぎると、熱重合・光重合防止効果が飽和する一方で、融点以下まで冷却すると固化して液の移送が困難になる。また冷却コストが増大するため、温度の下限を設定してもよい。シクロヘキサシラン2の温度の下限は、好ましくは15℃以上、より好ましくは18℃以上、さらに好ましくは20℃以上に維持される。 In the raw material tank 1, it is recommended that cyclohexasilane 2 be stably supplied to the vaporizer 8 via the delivery lines 5 and 6 without causing the cyclohexasilane 2 to be thermally polymerized or photopolymerized. For example, the temperature of the cyclohexasilane 2 in the raw material tank 1 may be maintained at a predetermined temperature or lower, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 45 ° C. or lower, and further preferably 40 ° C. or lower. If the temperature is lowered too much, the effect of preventing thermal polymerization and photopolymerization is saturated, but if cooled below the melting point, it solidifies and makes it difficult to transfer the liquid. Further, since the cooling cost increases, a lower temperature limit may be set. The lower limit of the temperature of cyclohexasilane 2 is preferably maintained at 15 ° C or higher, more preferably 18 ° C or higher, and further preferably 20 ° C or higher.
原料タンク1の材質は、シクロヘキサシラン2が熱重合、光重合しない程度の材質であれば、特に限定されないが、例えば、材質としては、光不透過性の高強度安定材料、具体的には、ニッケル、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、銅、アルミニウム、ステンレス、それらの合金などが挙げられる。具体的には、原料タンク1の材質は、好ましくはステンレス鋼(SUS)である。また、原料タンク1は必要に応じて遮光性を有していてもよく遮光板などを使用してもよい。原料タンク1は液体材料を圧送し、自然発火性を有するシクロヘキサシランを安全に取り扱う観点から、耐圧性を有していることが好ましい。耐圧性を有する原料タンクとしては0.05MPa以上を有するものであることがより好ましい。また原料タンク1は、例えば送出ライン5、6等に示される少なくとも2つのバルブを付属した取り出し口を有していることが求められるが、少なくとも1つのバルブは加圧用バルブまたは材料充填用バルブであり、少なくとも1つのバルブは液体材料移送用バルブであることが好ましい。このほかに、原料タンク1は、タンク洗浄用などを目的に、2つ以上の取り出し口を有していても良い。原料タンクの容量は、好ましくは50ml〜100l程度であり、より好ましくは500ml〜10l程度である。原料タンクの形状は、特に限定されないが、円柱形、角柱形、円筒形等が挙げられる。 The material of the raw material tank 1 is not particularly limited as long as the cyclohexasilane 2 is a material that does not undergo thermal polymerization or photopolymerization. For example, the material is a light-impermeable high-strength stable material, specifically, , Nickel, molybdenum, manganese, chromium, titanium, copper, aluminum, stainless steel, and alloys thereof. Specifically, the material of the raw material tank 1 is preferably stainless steel (SUS). Moreover, the raw material tank 1 may have a light-shielding property as needed, and may use a light-shielding plate. The raw material tank 1 preferably has pressure resistance from the viewpoint of pumping a liquid material and safely handling cyclohexasilane having pyrophoric properties. It is more preferable that the raw material tank having pressure resistance has 0.05 MPa or more. Further, the raw material tank 1 is required to have a take-out port attached with at least two valves shown in, for example, the delivery lines 5 and 6, etc., but at least one valve is a pressurizing valve or a material filling valve. Preferably, at least one valve is a liquid material transfer valve. In addition, the raw material tank 1 may have two or more outlets for the purpose of tank cleaning. The capacity of the raw material tank is preferably about 50 ml to 100 l, more preferably about 500 ml to 10 l. The shape of the raw material tank is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a prismatic shape, and a cylindrical shape.
原料タンク1から気化器8に向けてのシクロヘキサシラン2の送出では、図1の様な圧送方式に限られず、シクロヘキサシラン2が送出中に気化しない条件であれば後述するような、吸引方式であってもよく、さらには加圧・吸引以外の送出方式であってよいが、いずれにせよ非加熱式の送出手段が好ましい。また圧送方式による場合、図1の例では、不活性ガス導入ライン3が原料タンク1の上部(特に上面)に設けられており、バルブ4により不活性ガスの流量等の調整が可能になっているが、不活性ガス導入ライン3の接続位置は適宜設定でき、シクロヘキサシラン2の液面下であってもよいが、液面上が好ましい。またタンク中の送出ライン5の長さは適宜設定できるが、原料の有効利用の観点からタンク底付近まで伸びていることが望ましい。原料タンク1から圧送する際の圧力は、シクロヘキサシラン2が液体のまま原料タンク1から気化器8への送り出される限り、任意の圧力であればよい。
The delivery of the cyclohexasilane 2 from the raw material tank 1 toward the vaporizer 8 is not limited to the pressure delivery system as shown in FIG. A delivery method other than pressurization and suction may be used, but in any case, a non-heating delivery device is preferable. Further, in the case of the pressure feeding method, in the example of FIG. 1, the inert
不活性ガスとしては窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等が挙げられるが、汎用性とコストの面から、不活性ガスは、好ましくは窒素、ヘリウム、アルゴンであり、より好ましくは窒素、アルゴンである。 Examples of the inert gas include nitrogen, helium, neon, and argon. From the viewpoint of versatility and cost, the inert gas is preferably nitrogen, helium, or argon, and more preferably nitrogen or argon.
送出ライン5、6では、圧送方式または吸引方式で、シクロヘキサシラン2を原料タンク1から気化器8へ送り出すことが好ましい。圧送方式は、送出ライン5、6とは別に、原料タンク等に適当な不活性ガス導入ラインを設置することで達成することができる。また圧送時には、適切な場所(例えば不活性ガス導入ライン3上又はそれよりも上流側)にマスフローコントローラを設置してもよい。一方、吸引方式は、送出ライン5、6または原料タンク1と気化器8との間に適当な送液ポンプ(チューブポンプなど)を設置する事で達成できる。これらに加えて、減圧方式として減圧弁またはオリフィスなどを採用してもよい。また、送出ライン5の入口は、高比重不純物の侵入を低減する観点から、原料タンク内で下向きに設けられていてもよいが、送出ライン5の入口は液中である限り限定されず、例えば、原料タンク底周辺で下方に向けて延出してもよい。送出ライン5、6の材質は、シクロヘキサシランが液体のまま送出される限り、従来技術で公知の材質を使用することができ、耐腐食性のあるアルミニウム、ステンレス等であってもよい。また、送出ライン5、6の構造は、液体材料を原料タンク1から気化器8に移送するような密閉された配管であれば、特に限定されない。
In the delivery lines 5 and 6, it is preferable to send the cyclohexasilane 2 from the raw material tank 1 to the vaporizer 8 by a pressure feeding system or a suction system. The pressure feeding method can be achieved by installing an appropriate inert gas introduction line in the raw material tank or the like separately from the delivery lines 5 and 6. Further, at the time of pressure feeding, a mass flow controller may be installed at an appropriate place (for example, on the inert
送出ライン5、6に介挿される液体流量制御器7は本発明では必須ではなく、適当な圧送力制御(上述した加圧バルブ4、不活性ガス導入ラインに形成されたマスフローコントローラなどを含む)や吸引速度制御(チューブポンプの回転量制御)などで送出量は適宜コントロール可能であるが、液体流量制御器7により、シクロヘキサシランの送出量を制御することが好ましい。液体流量制御器7は、原料タンク1から気化器8までの送出ライン5、6上に介挿され、シクロヘキサシランの流量を制御できる限り、その位置は任意でよい。液体流量制御器7としては、適当な従来公知の手段、例えば、絞り弁(例えば、開閉弁)などであってもよいが、好ましくはマスフローコントローラなどの流体質量流量を計測しつつ流量制御が可能な装置が使用される。かかる流量制御装置によれば、使用条件が変化しても補正を行う必要がなく、高い精度で流量を計測すると共に流量を制御することができる。流量制御装置は、流量センサー、バイパス、流量制御バルブおよび電気回路等から構成されることが好ましい。送出された液体はまず流量センサーとバイパスに分流され、適切な流量となるように流量制御バルブが電気回路で制御されていてもよい。流体制御バルブとしては、ピエゾアクチュエータバルブ、サーマルアクチュエータバルブ、ソレノイドアクチュエータバルブ等が挙げられるが、これらに限定されない。
液体流量制御器7が絞り弁の場合、該絞り弁も流量に応じて適宜制御されるのが好ましい。例えば液体流量を測定するセンサーを、送出ライン6上、気化器8内などの適当な場所に設け、このセンサーからの信号によって絞り弁の開度を調節してもよい。
The liquid flow rate controller 7 inserted in the delivery lines 5 and 6 is not essential in the present invention, and appropriate pressure feed force control (including the above-described pressurization valve 4 and the mass flow controller formed in the inert gas introduction line). The delivery amount can be controlled as appropriate by controlling the suction speed or controlling the amount of rotation of the tube pump, but it is preferable to control the delivery amount of cyclohexasilane by the liquid flow rate controller 7. The position of the liquid flow rate controller 7 may be arbitrary as long as it is inserted on the delivery lines 5 and 6 from the raw material tank 1 to the vaporizer 8 and can control the flow rate of cyclohexasilane. The liquid flow rate controller 7 may be an appropriate conventionally known means, for example, a throttle valve (for example, an on-off valve). Preferably, the flow rate can be controlled while measuring a fluid mass flow rate such as a mass flow controller. Equipment is used. According to such a flow rate control device, it is not necessary to perform correction even if the use conditions change, and it is possible to measure the flow rate with high accuracy and control the flow rate. The flow control device is preferably composed of a flow sensor, a bypass, a flow control valve, an electric circuit, and the like. The delivered liquid is first divided into a flow sensor and a bypass, and the flow control valve may be controlled by an electric circuit so as to obtain an appropriate flow rate. Examples of fluid control valves include, but are not limited to, piezo actuator valves, thermal actuator valves, solenoid actuator valves, and the like.
When the liquid flow rate controller 7 is a throttle valve, it is preferable that the throttle valve is also appropriately controlled according to the flow rate. For example, a sensor for measuring the liquid flow rate may be provided on an appropriate place such as in the vaporizer 8 on the delivery line 6, and the opening of the throttle valve may be adjusted by a signal from this sensor.
気化器は、シクロヘキサシランを減圧下で加熱して気化するものであればよく、キャリアガスを使用してもよい。具体的に、気化器8は、図1の例では、上述した様に、気化室8aと、この気化室8a内に設けられた噴出口9と、気化ガス排出口11とから構成されている。送出ライン5、6からこの気化室8aに向けて送られたシクロヘキサシランは、その噴出口9から噴出することで、気化する。気化室8aは、温度調節可能であることが望ましく、具体的には、気化室8aの中心部および/または外周部(図1の例では外周部)にヒーター10を配設して内部の温度分布を調節(例えば、均一に調節)できるようにしてある。また、圧力調節可能な減圧ポンプ等が気化室8aに接続されていてもよい。
Any vaporizer may be used as long as it vaporizes by heating cyclohexasilane under reduced pressure, and a carrier gas may be used. Specifically, in the example of FIG. 1, the vaporizer 8 includes the vaporization chamber 8 a, the jet port 9 provided in the vaporization chamber 8 a, and the vaporized gas discharge port 11. . The cyclohexasilane sent from the delivery lines 5 and 6 toward the vaporizing chamber 8a is vaporized by being ejected from the ejection port 9. It is desirable that the temperature of the vaporizing chamber 8a can be adjusted. Specifically, the
前記気化器8では、気化室8aの形状やヒーター10の場所を適宜設計することで、気化ガスを効率よく加熱する一方、噴出口9の加熱を避ける様にしてもよい。噴出口9の加熱を避ければ、シクロヘキサシランの熱分解に起因する噴出口9の詰まりを防止できる。図2は、この様な分離加熱型の気化器24の一例を示す概略図である。この気化器24は、図1における気化器8の代わりに用いられるものであり、第一気化室18と、第二気化室19とから構成されている。また、第一気化室18と第二気化室19とは連結管で連絡しており、第一気化室18の気化ガスは速やかに第二気化室19に移動可能になっている。そして図2の気化器24では、送出ライン(図1の送出ライン5,6に対応)に接続する噴出口20を第一気化室18内に形成し、気化シクロヘキサシランを加熱する為の温度調節可能なヒーター21を第二気化室19に配置している。この様に噴出の為の気化室と加熱の為の気化室を別々に設けることで、噴出口20への熱影響を抑制しつつ、気化シクロヘキサシランを安定化できる。なお第二気化室の下流側には、反応室13に気化シクロヘキサシランを送り出す為の気化ガス排出口23(図1の気化ガス排出口11に対応する)が設けられている。図2の気化器24においても、圧力調節可能な減圧ポンプ等が第二気化室19に接続していることが好ましい。
In the vaporizer 8, by appropriately designing the shape of the vaporization chamber 8a and the location of the
さらに本発明の気化器は、図2に示す様に、キャリアガス導入ライン22を備えていてもよい。すなわち噴出口20の上流にキャリアガス導入ライン22が接続し、送出ライン5,6からのシクロヘキサシランとキャリアガスとの混合物を噴出口20から噴出してもよい。キャリアガスと共に噴出することで、シクロヘキサシランの気化効率を高めることができる。またこのキャリアガスは、化学蒸着におけるキャリアガスとしても使用できる。図1の気化器8も、同様のキャリアガス導入ラインを備えていてもよい。
Furthermore, the vaporizer of the present invention may include a carrier
分離加熱型の気化器は、噴出の為の気化室と加熱の為の気化室とを別々に備えている限り、気化室の数は特に制限されず、3つ以上であってもよい。また1つの気化室であっても、噴出口形成場所とヒーター設置場所とを離しておけば、同様の効果を奏することができる。さらに本発明では、シクロヘキサシランを噴出するための気化器に加熱手段(ヒーター)を設けなくてもよい。 In the separate heating type vaporizer, the number of vaporization chambers is not particularly limited as long as the vaporization chamber for ejection and the vaporization chamber for heating are separately provided, and may be three or more. Moreover, even if it is one vaporization chamber, if the spout formation place and the heater installation place are separated, the same effect can be produced. Furthermore, in this invention, it is not necessary to provide a heating means (heater) in the vaporizer for ejecting cyclohexasilane.
各気化室8a、18、19の形状は、例えば、円柱、角柱、またはこれらの略形状等であってよく、気化室8a、18、19の材質は、上記と同様に、アルミニウム、ステンレス(またはステンレス鋼)等であってもよく、気化室8a、18、19内部には、温度センサー、圧力センサー等が付属していてもよい。気化室8a、18、19内の温度は、ヒーター10、21により調節されるが、ヒーター10、21は、シクロヘキサシランが気化する限り、気化室8a、18、19の内部に設置されていてもよく、気化室8a、18、19の周囲に配置されてもよい。気化器8、24内に噴出せしめられる気体は、流速が非常に速いため、気化室8a、18、19内における空間は、噴出気体が局部的に集中しないように、更に噴霧ノズルの噴出口9、20からの噴出角度を考慮して、噴霧が容易に拡散できるように、その容積を十分に大きく設定することができる。
The shape of each of the
噴出口9、20によって、シクロヘキサシランが微粒子状または霧状に噴出されることが好ましく、減圧下で微粒子状または霧状に噴出されることがより好ましい。噴出口9、20は、気化器8、24の一の側に偏って設けられ、通常は噴霧ノズルを含む。
The cyclohexasilane is preferably ejected in the form of fine particles or mist through the
噴出口9、20または噴出ノズルの断面積または孔の大きさは、調整することができ、キャリアガス種類、流量が変化しても、最良の状態で噴出できるように調整できる。キャリアガスを使用する場合、ノズル本体の噴出口から臨界速度に近い流速で噴出し、この噴出エネルギーにより液体材料が霧化される。霧状の噴霧体の大きさは、好ましくは1pl〜数μl程度(例えば10μl未満)、より好ましくは10pl〜数百pl(例えば800pl以下)であり、液体流量制御器7の流量を変えることにより、またはノズルの孔の大きさ、数、および入力する信号の制御により調節可能である。
The cross-sectional area or the hole size of the
液体の霧化に影響を及ぼす重要な要因としては、液体の表面張力、粘性率、密度、キャリアガスのノズル前後の圧力、液体材料とキャリアガスの流量比(気液比)、温度などがある。安定した微細粒径の噴霧を得るためには、これらの各要因について、液体の表面張力を低減させる、液体材料の粘性率を低減させる、キャリアガスのノズル前後の差圧を増加させ、上流側圧力を上げる、気液比を高くする(液体材料の相対流量を減少させる)などの操作を行うことが好ましく、それによりノズルの霧化効率を向上させることができる。
液体材料を気化器8、24で気化させる手段としては、液体状態で気化器8、24内に導入し、その後に気化器8、24を加熱、減圧にして気化させるという導入と気化を順次行う方法で行っても問題はない。但し安定的に気化させるという観点から、前述したように加熱、減圧された気化器8、24内に、液体材料単体で、もしくはキャリアガスと混合して噴出口9、20から霧状に噴霧し気化させる方法が望ましい。
Important factors that affect liquid atomization include the liquid surface tension, viscosity, density, pressure before and after the carrier gas nozzle, the flow ratio of liquid material to carrier gas (gas-liquid ratio), and temperature. . In order to obtain a stable fine particle size spray, for each of these factors, reduce the surface tension of the liquid, reduce the viscosity of the liquid material, increase the differential pressure across the nozzle of the carrier gas, upstream It is preferable to perform operations such as increasing the pressure and increasing the gas-liquid ratio (decreasing the relative flow rate of the liquid material), thereby improving the atomization efficiency of the nozzle.
As means for vaporizing the liquid material with the
前記噴出口9、20の温度、すなわち噴出口付近の雰囲気温度は、シクロヘキサシランの熱重合による固形物の発生を抑制する観点から、好ましくは100℃以下、より好ましくは95℃以下に維持され、好ましくは50℃以上、より好ましくは60℃以上に維持される。噴出口付近の雰囲気温度が100℃より高い場合、シクロヘキサシランが熱重合して噴出口の目詰まりを引き起こす。該雰囲気温度が50℃未満である場合、シクロヘキサシランの気化量が少なくなる。
The temperature of the
前記気化室8a、18、19の圧力は、シクロヘキサシランの熱重合を抑制する観点から、好ましくは5kPa未満、より好ましくは4kPa以下、さらに好ましくは3kPa以下、さらにより好ましくは1kPa以下であり、好ましくは0.1Pa以上、より好ましくは1Pa以上、さらに好ましくは10Pa以上、さらにより好ましくは50Pa以上である。
The pressure in the
前記化学蒸着は、図1に例示される装置またはこの装置を用いた方法に限定されず、任意のCVD法を選択することができる。例えば、前記化学蒸着は、好ましくは低圧CVD法またはプラズマCVD法である。低圧CVD法とは、キャリアガスと共に、目的の堆積物としての構成元素を含む化合物を蒸気圧の高い種として基板上に供給して、非晶質、多結晶、単結晶を成長させる化学蒸着法であり、主反応は熱励起された化学反応であり、気相圧力が常圧未満である化学蒸着法を意味する。反応室は、基板、ヒーター、真空ポンプ、キャリアガス供給管等を備え、気化されたシクロヘキサシランガスを熱分解し、アモルファスシリコンやポリシリコン薄膜を基板上に堆積させることができる。 The chemical vapor deposition is not limited to the apparatus illustrated in FIG. 1 or a method using this apparatus, and any CVD method can be selected. For example, the chemical vapor deposition is preferably a low pressure CVD method or a plasma CVD method. Low-pressure CVD is a chemical vapor deposition method that grows amorphous, polycrystalline, and single crystals by supplying a carrier gas and a compound containing a constituent element as a target deposit onto a substrate as a species having a high vapor pressure. The main reaction is a thermally excited chemical reaction, which means a chemical vapor deposition method in which the gas phase pressure is less than atmospheric pressure. The reaction chamber includes a substrate, a heater, a vacuum pump, a carrier gas supply pipe, and the like, and can thermally decompose the vaporized cyclohexasilane gas to deposit amorphous silicon or a polysilicon thin film on the substrate.
低圧CVD法における反応室の反応炉の形式としては、水平型、垂直型、円筒型、連続型、管状炉型が挙げられる。例えば、水平型において、基板が水平に置かれ、ガスが基板に対して水平に導入され、基板上にSi含有膜を形成させる。垂直型において、基板が水平に置かれ、ガスが反応室の上部または下部から導入され、基板上にSi含有膜を形成させる。円筒型において、基板は円筒型であり、ガスは反応室の上部または下部から導入され、基板上にSi含有膜を形成させる。連続型において、ベルトコンベア上に置かれた基板に対して反応室上部からガスを導入し、基板上にSi含有膜を形成させる。管状炉型において、管状ヒーター対の間に基板を置き、ガスを真空装置で吸引して基板上にSi含有膜を形成させる。また、低圧CVD法では反応室内部の圧力を真空ポンプ等で減圧して運転するが、メカニカルブースターポンプ(MBP)、ターボ分子ポンプ(TMP)等のポンプを組み合わせることができる。 Examples of the type of reactor in the reaction chamber in the low pressure CVD method include a horizontal type, a vertical type, a cylindrical type, a continuous type, and a tubular furnace type. For example, in the horizontal type, the substrate is placed horizontally and gas is introduced horizontally to the substrate to form a Si-containing film on the substrate. In the vertical type, the substrate is placed horizontally, and gas is introduced from the top or bottom of the reaction chamber to form a Si-containing film on the substrate. In the cylindrical type, the substrate is a cylindrical type, and gas is introduced from the upper or lower part of the reaction chamber to form a Si-containing film on the substrate. In the continuous type, a gas is introduced into the substrate placed on the belt conveyor from the upper part of the reaction chamber to form a Si-containing film on the substrate. In a tubular furnace type, a substrate is placed between a pair of tubular heaters, and a gas is sucked by a vacuum device to form a Si-containing film on the substrate. In the low pressure CVD method, the pressure in the reaction chamber is reduced by a vacuum pump or the like, but a pump such as a mechanical booster pump (MBP) or a turbo molecular pump (TMP) can be combined.
低圧CVD法における反応室の温度は、好ましくは300℃以上、より好ましくは350℃以上、より好ましくは400℃以上、好ましくは1300℃以下、より好ましくは900℃以下、さらに好ましくは800℃以下である。また、これらの温度は、実質的に基板上での熱分解されたシクロヘキサシラン等の反応温度(基板温度)であってもよい。低圧CVD法における反応室の圧力は、好ましくは1Pa以上、より好ましくは5Pa以上、さらに好ましくは10Pa以上、好ましくは1kPa以下、より好ましくは800Pa以下、さらに好ましくは500Pa以下である。 The temperature of the reaction chamber in the low pressure CVD method is preferably 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, preferably 1300 ° C. or lower, more preferably 900 ° C. or lower, and still more preferably 800 ° C. or lower. is there. Further, these temperatures may be reaction temperatures (substrate temperatures) of cyclohexasilane or the like substantially thermally decomposed on the substrate. The pressure in the reaction chamber in the low pressure CVD method is preferably 1 Pa or more, more preferably 5 Pa or more, further preferably 10 Pa or more, preferably 1 kPa or less, more preferably 800 Pa or less, and further preferably 500 Pa or less.
反応室に導入される気化シクロヘキサシランの流量は、好ましくは0.1sccm以上、より好ましくは0.5sccm以上、さらに好ましくは1sccm以上であり、好ましくは1000sccm以下、より好ましくは500sccm以下、さらに好ましくは300sccm以下である。 The flow rate of vaporized cyclohexasilane introduced into the reaction chamber is preferably 0.1 sccm or more, more preferably 0.5 sccm or more, still more preferably 1 sccm or more, preferably 1000 sccm or less, more preferably 500 sccm or less, still more preferably Is 300 sccm or less.
反応室に導入されるキャリアガス(例えば窒素)の流量は、好ましくは10sccm以上、より好ましくは20sccm以上、さらに好ましくは30sccm以上であり、好ましくは10000sccm以下、より好ましくは5000sccm以下、さらに好ましくは3000sccm以下である。 The flow rate of the carrier gas (for example, nitrogen) introduced into the reaction chamber is preferably 10 sccm or more, more preferably 20 sccm or more, further preferably 30 sccm or more, preferably 10,000 sccm or less, more preferably 5000 sccm or less, and further preferably 3000 sccm. It is as follows.
シリコン膜の成長速度は、好ましくは1nm/min以上、より好ましくは2nm/min以上、さらに好ましくは10nm/min以上、好ましくは4000nm/min以下、より好ましくは1000nm/min以下、さらに好ましくは500nm/min以下である。膜の成長速度または膜厚の均一性を向上させるために、反応室内の対流とよどみを抑制した流れとすることが好ましく、流れは層流、すなわち流体の流線が常に送出ライン12軸と平行であるようにすればよい。この指標としてレイノルズ数Reが挙げられるが、Reは以下の一般式に表わされる。
Re=duρ/η(d:管径(m)、u:流速(m/s)、ρ:密度(kg/cm3)、η:ニュートン流体の粘度(kg/m・s))
この値が低いほど、乱流が発生しにくく、そのために例えばガス導入管を複数設置してもよい。
The growth rate of the silicon film is preferably 1 nm / min or more, more preferably 2 nm / min or more, further preferably 10 nm / min or more, preferably 4000 nm / min or less, more preferably 1000 nm / min or less, and further preferably 500 nm / min. It is below min. In order to improve the growth rate of the film or the uniformity of the film thickness, it is preferable to use a flow in which the convection and stagnation in the reaction chamber are suppressed, and the flow is laminar, that is, the fluid streamline is always parallel to the
R e = duρ / η (d: tube diameter (m), u: flow velocity (m / s), ρ: density (kg / cm 3 ), η: viscosity of Newtonian fluid (kg / m · s))
As this value is lower, turbulent flow is less likely to occur. Therefore, for example, a plurality of gas introduction pipes may be provided.
プラズマCVD法とは、気体ガスの励起・分解または化学反応の制御にプラズマ放電等を利用して、電子衝突等によって化学的に活性な状態を生成させて、熱エネルギーの場合よりも低温で活性種等を基板上に堆積させる化学蒸着法を意味する。プラズマCVD法では、図1を参照して説明すると、例えば、反応室13に、第一電極14、基板15、第二電極16、真空ポンプ17、ヒーター等が設けられてもよい。気化されたシクロヘキサシランガスの原子や分子は励起され、化学的に活性となり、これら化学的活性種を基板上に堆積させることができる。なお、真空ポンプ17は、本発明では必須ではないが、蒸着する分子が基板に達する前に別の気体分子に衝突する頻度を低減して基板に届くように、また、特定の気体分子が不純物として混入しないように適宜使用することができる。
The plasma CVD method uses plasma discharge to control the excitation / decomposition of gas gas or chemical reaction, generates a chemically active state by electron impact, etc., and is active at a lower temperature than in the case of thermal energy. It means a chemical vapor deposition method in which seeds and the like are deposited on a substrate. The plasma CVD method will be described with reference to FIG. 1. For example, the
反応室の反応炉の形式として、二極放電、無電極放電等を採用することができる。二極放電では、反応室は、好ましくは高周波電源(RF)に接続された放電電極(例えば、アノード、カソードまたは第一電極、第二電極)、ヒーター、基板、基板ホルダー等を備える。無電極放電では、反応室は、好ましくは、高周波コイル、石英管、基板、基板ホルダー、ヒーター等を備え、コイル等は高周波電源と接続されていてもよい。 Bipolar discharge, electrodeless discharge, or the like can be adopted as the type of reactor in the reaction chamber. For bipolar discharge, the reaction chamber preferably comprises a discharge electrode (eg, anode, cathode or first electrode, second electrode) connected to a radio frequency power supply (RF), heater, substrate, substrate holder, and the like. In electrodeless discharge, the reaction chamber preferably includes a high-frequency coil, a quartz tube, a substrate, a substrate holder, a heater, and the like, and the coil and the like may be connected to a high-frequency power source.
励起の方法としては、高周波プラズマCVD、高密度プラズマ(HDP)CVD、ECRプラズマCVD、誘導結合型プラズマ(ICP)CVD、ヘリコン波プラズマCVD、UHFまたはVHFプラズマCVD等が挙げられる。プラズマCVD法では反応室内部の圧力を真空ポンプ17等で減圧して運転するが、メカニカルブースターポンプ(MBP)、ターボ分子ポンプ(TMP)等のポンプを組み合わせることができる。キャリアガス以外にも水素などのガスをチャンバー内で共存させてもよい。水素は膜中に相当量混入することになり、条件により多種多様なシリコン膜を形成することができる。
Examples of excitation methods include high frequency plasma CVD, high density plasma (HDP) CVD, ECR plasma CVD, inductively coupled plasma (ICP) CVD, helicon wave plasma CVD, UHF or VHF plasma CVD. In the plasma CVD method, the pressure in the reaction chamber is reduced by a
プラズマCVD法における反応室の温度は、好ましくは200℃以上、より好ましくは220℃以上、より好ましくは250℃以上、好ましくは450℃以下、より好ましくは430℃以下、さらに好ましくは410℃以下である。また、これらの温度は、実質的に基板上での化学的活性物質等の反応温度(基板温度)であってもよい。プラズマCVD法における反応室の圧力は、好ましくは0.01Pa以上、より好ましくは0.1Pa以上、さらに好ましくは1Pa以上、さらにより好ましくは10Pa以上、好ましくは1kPa以下、より好ましくは700Pa以下、さらに好ましくは500Pa以下である。かかる範囲であれば、活性種の基板への衝突頻度を高めることができるため、効率よく成膜することができる。 The temperature of the reaction chamber in the plasma CVD method is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 220 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, preferably 450 ° C. or lower, more preferably 430 ° C. or lower, more preferably 410 ° C. or lower. is there. In addition, these temperatures may be substantially reaction temperatures (substrate temperatures) of chemically active substances on the substrate. The pressure in the reaction chamber in the plasma CVD method is preferably 0.01 Pa or higher, more preferably 0.1 Pa or higher, still more preferably 1 Pa or higher, even more preferably 10 Pa or higher, preferably 1 kPa or lower, more preferably 700 Pa or lower, Preferably it is 500 Pa or less. Within such a range, the frequency of collision of the active species with the substrate can be increased, so that the film can be formed efficiently.
反応室に導入される気化シクロヘキサシランの流量およびキャリアガス(例えば窒素)の流量は、上記と同様であってよい。 The flow rate of vaporized cyclohexasilane introduced into the reaction chamber and the flow rate of the carrier gas (for example, nitrogen) may be the same as described above.
シリコン膜の成長速度は、好ましくは1nm/min以上、より好ましくは2nm/min以上、さらに好ましくは5nm/min以上、好ましくは500nm/min以下、より好ましくは400nm/min以下、さらに好ましくは300nm/min以下である。 The growth rate of the silicon film is preferably 1 nm / min or more, more preferably 2 nm / min or more, further preferably 5 nm / min or more, preferably 500 nm / min or less, more preferably 400 nm / min or less, and further preferably 300 nm / min. It is below min.
モノシランガスとシクロヘキサシランガスとを反応室に供給してシリコン膜を形成してもよい。どちらかを添加剤として用いることで単体で使用した場合よりも高速で成膜できる、より高いステップカバレージで成膜できるなど、異なる特徴が生じ、多種多様なシリコン膜を成膜することができる。なお、モノシランガスは、気化されたシクロヘキサシランガスの気化器の気化排出口から反応室までに設けられた導入ラインにより混合されてもよいし、シクロヘキサシランガスとは異なるラインで直接反応室に導入されてもよい。 A silicon film may be formed by supplying monosilane gas and cyclohexasilane gas to the reaction chamber. By using either one as an additive, different characteristics occur, such as higher film coverage than when used alone, and higher step coverage, and a wide variety of silicon films can be formed. The monosilane gas may be mixed by an introduction line provided from the vaporization outlet of the vaporizer of the vaporized cyclohexasilane gas to the reaction chamber, or directly introduced into the reaction chamber by a line different from the cyclohexasilane gas. May be.
気化器8と反応室13の間には、気化されたシクロヘキサシランガスを気化器から反応室に供給するための送出ライン12が設けられてもよい。かかる送出ライン12を加熱しておくことにより、気化器から反応室までの間で液化することなく、シクロヘキサシランガスを反応室13に安定的に供給することができ、安全性、シクロヘキサシランガスの供給量の安定化という観点で好ましい。
Between the vaporizer 8 and the
なお、本発明のシリコン膜形成方法に使用される原料タンク、送出ラインの配管等を、シリコン膜を形成した後、減圧および/または加熱して、残留した液体材料または気化ガスを完全に除去することにより安全に反復してシリコン膜を形成してもよい。 In addition, after forming the silicon film, the raw material tank used in the silicon film forming method of the present invention, the piping of the delivery line, etc. are decompressed and / or heated to completely remove the remaining liquid material or vaporized gas. Thus, the silicon film may be formed safely and repeatedly.
<シクロヘキサシラン梱包体>
本発明には、前記シリコン膜形成方法に使用され、原料タンクに充填されるためのシクロヘキサシラン梱包体が包含される。
<Cyclohexasilane package>
The present invention includes a cyclohexasilane package for use in the silicon film forming method and for filling a raw material tank.
前記シクロヘキサシラン梱包体中の各金属元素の含有量は、好ましくは10ppm以下、より好ましくは5ppm以下、さらに好ましくは1ppm以下、さらにより好ましくは0.1ppm以下である。本発明において、各金属元素は、シクロヘキサシラン化合物を合成する際の反応原料に含有されていた不純物または製造工程でのコンタミネーションに由来するものであり、各金属元素としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドニウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、リン、ヒ素等を挙げることができ、また、塩素、臭素等も前記定義に含まれていてもよい。シクロヘキサシラン梱包体中の各金属元素の含有量は、少ないほど得られるシリコン膜は純度が高くなる。 The content of each metal element in the cyclohexasilane package is preferably 10 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, still more preferably 1 ppm or less, and even more preferably 0.1 ppm or less. In the present invention, each metal element is derived from impurities contained in the reaction raw material at the time of synthesizing the cyclohexasilane compound or contamination in the production process. Examples of each metal element include lithium and sodium. , Potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, silver, zinc, cadmium, boron, aluminum, gallium, phosphorus, arsenic, etc. In addition, chlorine, bromine and the like may be included in the above definition. The smaller the content of each metal element in the cyclohexasilane package, the higher the purity of the resulting silicon film.
<シリコン膜>
本発明は、前記シリコン膜形成方法により形成されるシリコン膜も包含する。前記シリコン膜形成方法に形成されるシリコン膜は、高速成膜および低温成膜可能であり、高ステップカバレージを達成でき、高純度な膜であるために、薄膜トランジスタや集積回路など半導体や電子デバイス等にアモルファスシリコン、ポリシリコン膜を問わず、これらを必要としている場所に好適に利用することができる。また高ステップカバレージを達成できるため、特に凹凸を有している基板への成膜、トレンチ構造への埋め込み成膜の際にも、好適に利用することができる。
<Silicon film>
The present invention also includes a silicon film formed by the silicon film forming method. The silicon film formed by the silicon film forming method can be formed at high speed and low temperature, can achieve high step coverage, and is a high-purity film. Therefore, it is a semiconductor, electronic device such as a thin film transistor or an integrated circuit, etc. Regardless of whether it is an amorphous silicon film or a polysilicon film, these films can be suitably used in places where they are needed. In addition, since high step coverage can be achieved, it can be suitably used particularly when a film is formed on a substrate having unevenness and a film is buried in a trench structure.
シリコン膜は半導体の薄膜トランジスタの部材として広く用いることができ、また3次元実装のポリシリコン電極など多様な用途が想定される。また電子デバイスとしても太陽電池やディスプレイ部材など幅広い分野で用いることができる。 The silicon film can be widely used as a member of a semiconductor thin film transistor, and various applications such as a three-dimensionally mounted polysilicon electrode are assumed. Moreover, it can be used in a wide range of fields such as solar cells and display members as electronic devices.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、以下においては、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味する。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention. In the following, “part” means “part by mass” and “%” means “mass%” unless otherwise specified.
実施例1
図1の装置を使ってシリコン膜を形成した。具体的には、まず、シクロヘキサシランを従来公知の方法により製造し、得られたシクロヘキサシラン700mL(各金属元素含有量1ppm以下)を、容積1Lの原料タンク1(0.05MPa以上の耐圧性、SUS製)に入れ、原料タンク1の温度を25℃とした。原料タンク1には、原料タンク1のシクロヘキサシラン液面よりも上方に設置された不活性ガス導入ライン3と、原料タンク1の液面下部に入口を有し、原料タンク上部を通じて原料タンク外部の気化器8へ伸びる送出ライン5が設置されていた。バルブ4を開けて不活性ガスの窒素を原料タンク1に導入し、原料タンクをわずかに加圧しつつ、シクロヘキサシランを液体のまま原料タンク外へと圧送した。
Example 1
A silicon film was formed using the apparatus shown in FIG. Specifically, first, cyclohexasilane was produced by a conventionally known method, and 700 mL of the obtained cyclohexasilane (each metal element content: 1 ppm or less) was added to a raw material tank 1 having a volume of 1 L (withstand pressure of 0.05 MPa or more). The temperature of the raw material tank 1 was set to 25 ° C. The raw material tank 1 has an inert
また、送出ライン5、6上には、シクロヘキサシランの送出量を制御するための液体流量制御器7が介挿されており、気化器8へのシクロヘキサシラン流量を調節した。気化器8におけるヒーター10により気化室8aの温度を100℃(すなわち噴出口の温度100℃)とし、気化室8aの圧力を0.5kPaとした。気化室8a内に設けられシクロヘキサシランを気化させるための噴出口9からシクロヘキサシランを霧状に噴霧し、気化させたシクロヘキサシランを気化ガス排出口11から排出し、送出ライン12を介して、反応室13に供給してプラズマCVD法にて製膜した。
Further, a liquid flow rate controller 7 for controlling the amount of cyclohexasilane delivered is inserted on the delivery lines 5 and 6, and the flow rate of cyclohexasilane to the vaporizer 8 is adjusted. The temperature of the vaporizing chamber 8a was set to 100 ° C. (that is, the temperature of the jet port 100 ° C.) by the
反応室13には、第一電極(下部電極)14、第二電極(上部シャワー電極)16、ヒーター(図示せず)、基板15が備えられ、それぞれの電極14、16は反応室外部のRF電源(13.56MHz)(図示せず)と接続され、反応室13はアルミニウム製であった。反応室13において、基板温度400℃、キャリアガス(N2)流量1000sccm、シクロヘキサシラン(CHS)流量100sccm、RFパワーが200Wの条件下で、気化したシクロヘキサシランを化学蒸着により基板(ウエハ)上にアモルファスシリコン膜を形成させた(アモルファスシリコン膜の成膜速度100〜110nm/min)。得られたアモルファスシリコン膜は、高速成膜および低温成膜が可能であり、また、シリコン膜は高い純度で、凹凸の有る基板上でも高いステップカバレージを示した。
The
実施例2
原料タンク1の温度を25℃、気化室8aの温度を60℃とした以外は、実施例1と同様にして、プラズマCVD法によりアモルファスシリコン膜を形成した。その結果、アモルファスシリコン膜形成速度は、90〜100nm/minであったが、得られたシリコン膜は、高速成膜および低温成膜が可能であり、また、アモルファスシリコン膜は高い純度で、凹凸の有る基板上でも高いステップカバレージを示した。
Example 2
An amorphous silicon film was formed by plasma CVD in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the raw material tank 1 was 25 ° C. and the temperature of the vaporization chamber 8a was 60 ° C. As a result, the amorphous silicon film formation speed was 90 to 100 nm / min. However, the obtained silicon film can be formed at high speed and low temperature, and the amorphous silicon film has high purity and is uneven. High step coverage even on a substrate with
比較例1
原料タンク1の不活性ガス導入ライン3が送出ライン5のように液面下または原料タンク底面まで設置され、一方送出ライン5が不活性ガス導入ライン3のように液面よりも上に設置された原料タンク1において、不活性ガス導入ライン3から不活性ガスを導入し、送出ライン5から不活性ガスと気化したシクロヘキサシランガスを反応室に向けて送出できるように、気化方式をバブリング方式に変更した。原料タンク1の温度を25℃とし、気化器8を設置しないこと以外は、実施例1と同様にしてプラズマCVD法によりアモルファスシリコン膜を形成した。その結果、シクロヘキサシランは、十分に気化されていないために、十分かつ安定な気化シクロヘキサシランを反応室に供給できず、アモルファスシリコン膜を成膜することができなかった。
Comparative Example 1
The inert
比較例2
原料タンク1をバブリング方式に変更し、原料タンク1の温度を70℃とした以外は、実施例1と同様にしてプラズマCVD法によりアモルファスシリコン膜を形成した。その結果、原料タンク1内でバブリングした際に送出ライン5、6上でシクロヘキサシランの熱重合により固形物が生成して、配管の詰まりを引き起こした。
Comparative Example 2
An amorphous silicon film was formed by plasma CVD in the same manner as in Example 1 except that the raw material tank 1 was changed to the bubbling method and the temperature of the raw material tank 1 was changed to 70 ° C. As a result, when bubbling was performed in the raw material tank 1, solids were generated on the delivery lines 5 and 6 by thermal polymerization of cyclohexasilane, causing clogging of the piping.
比較例3
気化室8aの温度を130℃とした以外は、実施例1と同様にしてプラズマCVD法によりアモルファスシリコン膜を形成した。その結果、気化器8の噴出口9にシクロヘキサシランの固形物が付着し、得られたアモルファスシリコン膜にも異物が含まれていた。
Comparative Example 3
An amorphous silicon film was formed by plasma CVD in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the vaporizing chamber 8a was set to 130 ° C. As a result, a solid substance of cyclohexasilane adhered to the ejection port 9 of the vaporizer 8, and the resulting amorphous silicon film contained foreign matter.
本発明によれば、化学蒸着法により高速成膜、低温成膜および高ステップカバレージが可能であるシリコン膜形成技術を提供することができ、また、高純度なシリコン膜形成技術を提供することができる。
得られたシリコン膜は、半導体の薄膜トランジスタの部材として広く用いることができ、また3次元実装のポリシリコン電極など多様な用途が想定される。また電子デバイスとしても太陽電池やディスプレイ部材など幅広い分野で用いることができる。
According to the present invention, it is possible to provide a silicon film formation technique capable of high-speed film formation, low-temperature film formation and high step coverage by chemical vapor deposition, and to provide a high-purity silicon film formation technique. it can.
The obtained silicon film can be widely used as a member of a semiconductor thin film transistor, and various uses such as a three-dimensionally mounted polysilicon electrode are assumed. Moreover, it can be used in a wide range of fields such as solar cells and display members as electronic devices.
1:原料タンク
2:シクロヘキサシラン
3:不活性ガス導入ライン
4:バルブ
5、6:送出ライン
7:液体流量制御器
8、24:気化器
8a:気化室
9、20:噴出口
10、21:ヒーター
11、23:気化ガス排出口
12:送出ライン
13:反応室
14:第一電極
15:基板
16:第二電極
17:真空ポンプ
18:第一気化室
19:第二気化室
22:キャリアガス導入ライン
1: Raw material tank 2: Cyclohexasilane 3: Inert gas introduction line 4: Valve 5, 6: Delivery line 7: Liquid flow rate controller 8, 24: Vaporizer 8a: Vaporization chamber 9, 20:
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