JP2020107651A - Gas supply mechanism, gas supply method and deposition device - Google Patents

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晃司 下村
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良裕 加藤
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Abstract

To provide a technique capable of supplying reduction gas which has desired nitriding capability and stability and can deposit a good nitride film in depositing a nitride film.SOLUTION: The gas supply mechanism, supplying reduction gas for depositing a nitriding film, includes: an accumulation container for accumulating liquid hydrazine; an ammonia gas supply pipe for supplying ammonia gas as carrier gas in the accumulation container; and a delivery pipe for delivering, to a processing container for nitriding film deposition, hydrazine gas vaporized in the accumulation container as reduction gas together with the ammonia gas.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、ガス供給機構、ガス供給方法、および成膜装置に関する。 The present disclosure relates to a gas supply mechanism, a gas supply method, and a film forming apparatus.

半導体デバイスにおいては、窒化アルミニウム(AlN)等の窒化膜が酸化防止膜等の機能を有する機能膜として多用されている。また、AlN等の窒化膜は、III−V族窒化物系化合物半導体としても注目されている。 In semiconductor devices, a nitride film such as aluminum nitride (AlN) is often used as a functional film having a function as an antioxidant film. Further, a nitride film of AlN or the like has been attracting attention as a III-V group nitride compound semiconductor.

特許文献1には、窒化物系化合物半導体を成膜する際に、原料ガスとして、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)等を用い、還元ガス(窒化ガス)として、アンモニア(NH)、アルキルアミン類、ヒドラジンを用いることが記載されている。 In Patent Document 1, when forming a nitride-based compound semiconductor, for example, trimethylaluminum (TMA) or the like is used as a source gas, and ammonia (NH 3 ) or alkylamines is used as a reducing gas (nitriding gas). , The use of hydrazine is described.

特開2012−59866号公報JP 2012-59866 A

本開示は、窒化膜を成膜する際に、所望の窒化能力と安定性を有し、良好な窒化膜を成膜可能な還元ガスを供給することができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of supplying a reducing gas having desired nitriding ability and stability and capable of forming a good nitride film when forming a nitride film.

本開示の一態様に係るガス供給機構は、窒化膜を成膜するための還元ガスを供給するガス供給機構であって、液体状のヒドラジン類を貯留する貯留容器と、前記貯留容器内に搬送ガスとしてアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給配管と、前記貯留容器内で気化されたヒドラジン類ガスを前記アンモニアガスとともに還元ガスとして窒化膜成膜用の処理容器に送出する送出配管と、を有する。 A gas supply mechanism according to an aspect of the present disclosure is a gas supply mechanism that supplies a reducing gas for forming a nitride film, and a storage container that stores liquid hydrazines, and a storage container that conveys the hydrazine to the storage container. It has an ammonia gas supply pipe for supplying ammonia gas as a gas, and a delivery pipe for sending out the hydrazines gas vaporized in the storage container together with the ammonia gas as a reducing gas to a processing container for forming a nitride film.

本開示によれば、窒化膜を成膜する際に、所望の還元力を有し、良好な膜質の窒化膜を成膜可能な還元ガスを供給することができる。 According to the present disclosure, when forming a nitride film, it is possible to supply a reducing gas having a desired reducing power and capable of forming a nitride film of good film quality.

一実施形態のガス供給機構を有する成膜装置を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the film-forming apparatus which has a gas supply mechanism of one Embodiment. 第1のガス供給機構の一例の詳細を、ヒドラジン類としてヒドラジンを用いた場合に貯留容器内に生ずる反応とともに示す図である。It is a figure which shows the detail of an example of a 1st gas supply mechanism with the reaction which arises in a storage container, when hydrazine is used as hydrazines. 第1のガス供給機構の他の例の詳細を、ヒドラジン類としてヒドラジンを用いた場合に貯留容器内に生ずる反応とともに示す図である。It is a figure which shows the detail of the other example of a 1st gas supply mechanism with the reaction which arises in a storage container, when hydrazine is used as hydrazines.

以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings.

<経緯および概要>
最初に、本開示の実施形態に係るガス供給機構に至った経緯およびその概要について説明する。
窒化膜として、例えば、Cu配線の酸化を抑制するためにAlN膜が用いられているが、半導体デバイスの微細化による窒化膜の薄膜化にともない、高い膜質の窒化膜が要求される。
<Background and overview>
First, the background and outline of the gas supply mechanism according to the embodiment of the present disclosure will be described.
As the nitride film, for example, an AlN film is used to suppress the oxidation of Cu wiring, but a nitride film having high film quality is required as the nitride film becomes thinner due to the miniaturization of semiconductor devices.

従来、窒化膜を形成するための還元ガス(窒化ガス)として、NHガスが多用されている。しかしNHガスは、窒化能力が十分ではなく、窒化よりも酸化が優先的に生じて窒化が阻害される場合がある。また、NHガスに不純物として含まれている酸素含有物質による酸化が生じる場合もある。このため、窒化が不完全となり、例えば、電流リーク等の電気特性が劣る場合がある。 Conventionally, NH 3 gas is often used as a reducing gas (nitriding gas) for forming a nitride film. However, NH 3 gas does not have sufficient nitriding ability, and oxidation may occur preferentially over nitriding to hinder nitriding. In addition, the oxygen-containing substance contained as an impurity in the NH 3 gas may cause oxidation. Therefore, nitriding may be incomplete, and electrical characteristics such as current leakage may be poor.

これに対し、ヒドラジン類は還元力が高い還元ガスであり窒化能力が高い。しかし、ヒドラジン類は常温で液体であるため、搬送ガス(キャリアガス)により供給する必要があり、搬送ガスにより希釈され、所望の窒化能力が得られない場合がある。また、ヒドラジン類は還元力が高いものの、不安定で危険性が高い物質である。 In contrast, hydrazines are reducing gases with high reducing power and high nitriding ability. However, since hydrazines are liquid at room temperature, it is necessary to supply them with a carrier gas (carrier gas), and they may be diluted with the carrier gas, so that the desired nitriding ability may not be obtained. In addition, hydrazines have high reducing power, but are unstable and dangerous.

そこで、一実施形態では、窒化膜を成膜するための還元ガス(窒化ガス)としてヒドラジン類ガスとNHガスを併用する。具体的には、液体であるヒドラジン類に、NHガスを搬送ガスとして供給し、還元ガスとしてヒドラジン類ガスとともにNHガスを供給する。搬送ガスとしてNHガスを用いることにより、ヒドラジン類の窒化能力の低減を抑制することができ、かつ、窒化のための還元ガスとして還元力が高いヒドラジン類を安定的に用いることができる。 Therefore, in one embodiment, a hydrazine gas and an NH 3 gas are used together as a reducing gas (nitriding gas) for forming a nitride film. More specifically, the hydrazines are liquid, supplying the NH 3 gas as a carrier gas, supplying the NH 3 gas with hydrazines gas as a reducing gas. By using NH 3 gas as the carrier gas, reduction of the nitriding ability of hydrazines can be suppressed, and hydrazines having a high reducing power can be stably used as the reducing gas for nitriding.

また、NHガスにヒドラジン類が加わることで、NHガスによる窒化を阻害する酸化を抑制することができ、また、NHガスに含まれる窒化能力を低減する酸素含有物質をヒドラジン類にトラップさせることができる。 Trap Also, by a hydrazine is added to the NH 3 gas, it is possible to suppress the oxidation of inhibiting nitridation by NH 3 gas and an oxygen-containing material to reduce the nitriding ability contained in the NH 3 gas hydrazines Can be made.

以上により、所望の窒化能力と安定性を有する還元ガスを供給して、良好な窒化膜を成膜することができる。 As described above, a reducing gas having a desired nitriding ability and stability can be supplied to form a good nitride film.

<窒化膜成膜装置>
次に、一実施形態のガス供給機構を有する成膜装置について説明する。
図1は、一実施形態のガス供給機構を有する成膜装置を概略的に示す断面図である。
<Nitride film forming apparatus>
Next, a film forming apparatus having a gas supply mechanism of one embodiment will be described.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a film forming apparatus having a gas supply mechanism of one embodiment.

成膜装置100は、CVDまたはALDにより被処理体である基板S上に窒化膜を成膜する。窒化膜としては、AlN、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)、窒化チタン(TiN)等、種々の膜を挙げることができる。基板Sは特に限定されず、半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ用の基板、セラミックス基板等種々のものを適用可能である。 The film forming apparatus 100 forms a nitride film on the substrate S, which is an object to be processed, by CVD or ALD. As the nitride film, various films such as AlN, gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), and titanium nitride (TiN) can be cited. The substrate S is not particularly limited, and various types such as a semiconductor wafer, a flat panel display substrate, and a ceramics substrate can be applied.

成膜装置は、気密に構成された略円筒状の処理容器1を有している。処理容器1の中には被処理体である基板Sを水平に支持するステージ3が配置されている。ステージ3は、円筒状の支持部材5により支持されている。ステージ3には、基板Sを加熱するためのヒータ6が埋設されている。ヒータ6は、ヒータ電源(図示せず)から給電されることにより発熱する。 The film forming apparatus has a substantially cylindrical processing container 1 that is airtight. A stage 3 that horizontally supports a substrate S that is an object to be processed is arranged in the processing container 1. The stage 3 is supported by a cylindrical support member 5. A heater 6 for heating the substrate S is embedded in the stage 3. The heater 6 generates heat by being supplied with power from a heater power supply (not shown).

処理容器1の天板1aには、シャワーヘッド11が設けられている。このシャワーヘッド11は、内部にガス拡散空間11a,11bが設けられている。シャワーヘッド11の下面には、多数のガス吐出孔13a,13bが形成されている。ガス拡散空間11aはガス吐出孔13aに、ガス拡散空間11bはガス吐出孔13bに、それぞれ連通している。シャワーヘッド11の上部中央には、ガス拡散空間11a,11bにそれぞれ接続されたガス導入路14a,14bが形成されている。ガス導入路14aには、還元ガス(窒化ガス)を供給する本実施形態の第1のガス供給機構20の配管が接続されており、ガス導入路14bには原料ガスを供給する第2のガス供給機構30の配管が接続されている。第1のガス供給機構20および第2のガス供給機構30については後述する。 A shower head 11 is provided on the top plate 1 a of the processing container 1. The shower head 11 is provided with gas diffusion spaces 11a and 11b inside. A large number of gas discharge holes 13 a and 13 b are formed on the lower surface of the shower head 11. The gas diffusion space 11a communicates with the gas ejection hole 13a, and the gas diffusion space 11b communicates with the gas ejection hole 13b. At the center of the upper portion of the shower head 11, gas introduction paths 14a and 14b are formed, which are connected to the gas diffusion spaces 11a and 11b, respectively. The pipe of the first gas supply mechanism 20 of the present embodiment that supplies the reducing gas (nitriding gas) is connected to the gas introduction passage 14a, and the second gas that supplies the raw material gas to the gas introduction passage 14b. The piping of the supply mechanism 30 is connected. The first gas supply mechanism 20 and the second gas supply mechanism 30 will be described later.

処理容器1の底壁1cには、排気口41が形成されている。この排気口41には排気管42を介して排気装置43が接続されている。排気装置43は、圧力制御弁や真空ポンプなどを備えており、処理容器1内の排気を行って処理容器1内を真空引きするとともに、所定の圧力に制御できるように構成されている。 An exhaust port 41 is formed in the bottom wall 1c of the processing container 1. An exhaust device 43 is connected to the exhaust port 41 via an exhaust pipe 42. The exhaust device 43 includes a pressure control valve, a vacuum pump, and the like, and is configured to exhaust the inside of the processing container 1 to evacuate the inside of the processing container 1 and control it to a predetermined pressure.

処理容器1の側壁には、基板Sの搬入出を行うための搬入出口44と、この搬入出口44を開閉するゲートバルブ45とが設けられている。 On the side wall of the processing container 1, a loading/unloading port 44 for loading/unloading the substrate S and a gate valve 45 for opening/closing the loading/unloading port 44 are provided.

成膜装置100は、制御部50を有している。制御部50は、コンピュータからなり、成膜装置100の各構成部を制御するCPUを有する主制御部を有している。また、制御部50は、他に、入力装置、出力装置、表示装置、および記憶装置(記憶媒体)を有している。制御対象の各構成部は、例えば、ヒータ電源、排気装置43、第1のガス供給機構20、第2のガス供給機構30等である。制御部50の主制御部は、例えば、記憶装置の記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、成膜装置100に、所定の動作を実行させる。 The film forming apparatus 100 has a control unit 50. The control unit 50 is composed of a computer, and has a main control unit having a CPU that controls each component of the film forming apparatus 100. In addition, the control unit 50 also has an input device, an output device, a display device, and a storage device (storage medium). The respective components to be controlled are, for example, the heater power supply, the exhaust device 43, the first gas supply mechanism 20, the second gas supply mechanism 30, and the like. The main control unit of the control unit 50 causes the film forming apparatus 100 to perform a predetermined operation, for example, based on the processing recipe stored in the storage medium of the storage device.

なお、シャワーヘッド11等に高周波電力を印加する機構を設けて、プラズマCVDまたはプラズマALDにより窒化膜を成膜してもよい。 Note that the shower head 11 or the like may be provided with a mechanism for applying high-frequency power to form the nitride film by plasma CVD or plasma ALD.

次に、本実施形態に係るガス供給機構である第1のガス供給機構20、および第2のガス供給機構30について説明する。 Next, the first gas supply mechanism 20 and the second gas supply mechanism 30, which are gas supply mechanisms according to the present embodiment, will be described.

本実施形態のガス供給機構である第1のガス供給機構20は、窒化膜を成膜するための還元ガスを、シャワーヘッド11を介して処理容器1内に供給するためのものである。また、第2のガス供給機構30は、成膜原料ガスを、シャワーヘッド11を介して処理容器内に供給するためのものである。例えば、成膜しようとする膜がAlNの場合には、原料ガスとして、TMA、トリエチルアルミニウム、ターシャリーブチルアルミニウム等のアルキルアルミニウムが用いられる。第2のガス供給機構30からの成膜原料ガスと、第1のガス供給機構20からの還元ガスとの反応により窒化膜が成膜される。 The first gas supply mechanism 20 which is the gas supply mechanism of the present embodiment is for supplying a reducing gas for forming a nitride film into the processing container 1 via the shower head 11. Further, the second gas supply mechanism 30 is for supplying the film-forming source gas into the processing container via the shower head 11. For example, when the film to be formed is AlN, alkyl aluminum such as TMA, triethyl aluminum, and tertiary butyl aluminum is used as the source gas. A nitride film is formed by the reaction between the film-forming source gas from the second gas supply mechanism 30 and the reducing gas from the first gas supply mechanism 20.

第1のガス供給機構20は、ヒドラジン類(本例ではヒドラジン)を貯留する貯留容器21を有している。ヒドラジン類は貯留容器21内に液体として貯留される。貯留容器21の周囲にヒータを設けて加熱するようにしてもよい。 The first gas supply mechanism 20 has a storage container 21 that stores hydrazines (hydrazine in this example). The hydrazines are stored in the storage container 21 as a liquid. A heater may be provided around the storage container 21 for heating.

ヒドラジン類としては、ヒドラジン(N)、およびヒドラジンのHの一部がアルキル基等の置換基に置換されたヒドラジン系化合物(例えばモノメチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラジン、1,1,2−トリメチルヒドラジン、テトラメチルヒドラジン)、およびジアゼン、およびこれらのアミン類溶液等を挙げることができる。ただし、水和物は酸化が懸念されるため除く。 Examples of hydrazines include hydrazine (N 2 H 4 ), and hydrazine compounds in which a part of H of hydrazine is substituted with a substituent such as an alkyl group (for example, monomethylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2- Examples thereof include dimethylhydrazine, 1,1,2-trimethylhydrazine, tetramethylhydrazine), diazene, and solutions of these amines. However, hydrates are excluded because they may be oxidized.

貯留容器21には、上方からNHガスを供給するためのNHガス供給配管22が挿入されている。本例ではNHガス供給配管22のガス吐出口は、貯留容器21内においてヒドラジン類の液面の上方に位置している。NHガス供給配管22にはNHガス供給源24が接続されている。NHガス供給配管22には、流量制御器としてのマスフローコントローラ25およびその前後の開閉バルブ26a,26bが介装されている。また、貯留容器21内には、ガス化したヒドラジン類(ヒドラジンガス)を送出するためのガス送出配管23も挿入されている。ガス送出配管23は、シャワーヘッド11のガス導入路14aに接続されている。ガス送出配管23には、貯留容器21側に開閉バルブ27が設けられ、シャワーヘッド11近傍にはALD用の高速バルブ28が設けられている。NHガス供給配管22の開閉バルブ26b上流側の位置と、ガス送出配管23の開閉バルブ27下流側の位置との間にはバイパスバルブ29が設けられている。これにより、開閉バルブ26bおよび27を閉じバイパスバルブ29を開けることにより、NHガスのみをシャワーヘッド11に供給することができる。 An NH 3 gas supply pipe 22 for supplying an NH 3 gas from above is inserted into the storage container 21. In this example, the gas discharge port of the NH 3 gas supply pipe 22 is located above the liquid surface of hydrazines in the storage container 21. NH 3 gas supply source 24 is connected to the NH 3 gas supply line 22. The NH 3 gas supply pipe 22 is provided with a mass flow controller 25 as a flow rate controller and opening/closing valves 26a and 26b before and after the mass flow controller 25. A gas delivery pipe 23 for delivering gasified hydrazines (hydrazine gas) is also inserted into the storage container 21. The gas delivery pipe 23 is connected to the gas introduction passage 14 a of the shower head 11. The gas delivery pipe 23 is provided with an opening/closing valve 27 on the storage container 21 side, and a high-speed valve 28 for ALD near the showerhead 11. A bypass valve 29 is provided between the position on the upstream side of the opening/closing valve 26b of the NH 3 gas supply pipe 22 and the position on the downstream side of the opening/closing valve 27 of the gas delivery pipe 23. As a result, only the NH 3 gas can be supplied to the shower head 11 by closing the opening/closing valves 26b and 27 and opening the bypass valve 29.

NHガス供給源24からNHガス供給配管22を経て貯留容器21に供給されたNHガスは、搬送ガスとして機能し、貯留容器21内で気化したヒドラジン類を随伴して、ガス送出配管23に供給される。これにより、還元ガスとしてのNHガスおよびヒドラジン類ガスがガス送出配管23からシャワーヘッド11に送出され、シャワーヘッド11から処理容器1内に吐出される。 NH 3 NH 3 gas supplied to the storage container 21 from the gas supply source 24 through the NH 3 gas supply pipe 22 functions as a carrier gas, and associated vaporized hydrazines in the storage container 21, the gas delivery pipe 23. As a result, the NH 3 gas and the hydrazine gas as the reducing gas are delivered from the gas delivery pipe 23 to the shower head 11 and discharged from the shower head 11 into the processing container 1.

第2のガス供給機構30は、原料ガス供給配管31、および原料ガス供給配管31に原料ガスを供給する原料ガス供給源32を有する。原料ガス供給配管31は、シャワーヘッド11のガス導入路14bに接続されている。原料ガス供給配管31には、流量制御器としてのマスフローコントローラ33およびその前後の開閉バルブ34a,34bが介装されている。また、原料ガス供給配管31のシャワーヘッド11近傍には、ALD用の高速バルブ35が設けられている。 The second gas supply mechanism 30 has a raw material gas supply pipe 31 and a raw material gas supply source 32 that supplies the raw material gas to the raw material gas supply pipe 31. The raw material gas supply pipe 31 is connected to the gas introduction passage 14b of the shower head 11. The raw material gas supply pipe 31 is provided with a mass flow controller 33 as a flow rate controller and opening/closing valves 34a and 34b before and after the mass flow controller 33. Further, a high-speed valve 35 for ALD is provided near the shower head 11 of the source gas supply pipe 31.

なお、図示はしていないが、第1のガス供給機構20のガス送出配管および第2のガス供給機構30の原料ガス供給配管31には、ArガスやNガス等のパージガスを供給するパージガス配管が接続されている。ALD成膜を行う場合には、パージガス配管には、ALD用の高速バルブが設けられる。 Although not shown, a purge gas for supplying a purge gas such as Ar gas or N 2 gas is supplied to the gas delivery pipe of the first gas supply mechanism 20 and the source gas supply pipe 31 of the second gas supply mechanism 30. The pipe is connected. When performing ALD film formation, a high-speed valve for ALD is provided in the purge gas pipe.

<成膜処理>
次に、以上のような成膜装置100による成膜処理について説明する。
まず、ゲートバルブ45を開にして、処理容器1に隣接する真空搬送室から搬送装置(いずれも図示せず)により、基板Sを搬入出口44を介して処理容器1内に搬入し、ステージ3上に載置する。そして、排気装置43により処理容器1内を所定圧力の真空状態に保持し、ヒータ6により基板Sを所定温度に加熱する。
<Film forming process>
Next, a film forming process performed by the above film forming apparatus 100 will be described.
First, the gate valve 45 is opened, the substrate S is loaded into the processing container 1 through the loading/unloading port 44 from the vacuum transfer chamber adjacent to the processing container 1 by a transfer device (neither is shown), and the stage 3 Place on top. Then, the inside of the processing container 1 is maintained in a vacuum state of a predetermined pressure by the exhaust device 43, and the substrate S is heated to a predetermined temperature by the heater 6.

この状態で、第2のガス供給機構30からTMA等の原料ガスを、第1のガス供給機構20から窒化のための還元ガス(窒化ガス)を、シャワーヘッド11を介して処理容器1内に供給し、窒化膜、例えばAlN膜の成膜を行う。 In this state, a raw material gas such as TMA from the second gas supply mechanism 30 and a reducing gas (nitriding gas) for nitriding from the first gas supply mechanism 20 are introduced into the processing container 1 through the shower head 11. It is supplied and a nitride film, for example, an AlN film is formed.

この場合、原料ガスと還元ガスを処理容器1内に同時に供給して成膜するCVDであっても、原料ガスと還元ガスとを交互に供給するALDであってもよい。ALDの場合は、高速バルブ28および35の開閉により、原料ガスの供給と還元ガスの供給を切り替える。また、原料ガスの供給と還元ガスの供給との間には、高速バルブ28および35を閉じ、パージガス配管の高速バルブ開いてパージガスにより処理容器1内のパージが行われる。 In this case, the CVD may be one in which the source gas and the reducing gas are simultaneously supplied into the processing container 1 to form a film, or the ALD may be one in which the source gas and the reducing gas are alternately supplied. In the case of ALD, the supply of the source gas and the supply of the reducing gas are switched by opening/closing the high speed valves 28 and 35. Further, between the supply of the source gas and the supply of the reducing gas, the high-speed valves 28 and 35 are closed, the high-speed valve of the purge gas pipe is opened, and the purge gas purges the inside of the processing container 1.

第1のガス供給機構20による窒化のための還元ガス供給に際しては、バルブ26a、26b、27、28を開いた状態で、液体状のヒドラジンを貯留した貯留容器21内に、NHガス供給源からNHガス供給配管22を介してNHガスを供給する。 At the time of supplying the reducing gas for nitriding by the first gas supply mechanism 20, with the valves 26a, 26b, 27 and 28 opened, the NH 3 gas supply source is stored in the storage container 21 storing the liquid hydrazine. supplying NH 3 gas through the NH 3 gas supply line 22 from.

NHガスはヒドラジン類の搬送ガス(キャリアガス)として機能する。すなわち、貯留容器21内に供給されたNHガスは、貯留容器21内で気化したヒドラジン類ガスを随伴した状態で、ガス送出配管23に供給される。これにより、還元ガスとしてのNHガスおよびヒドラジン類ガスがガス送出配管23からシャワーヘッド11に送出され、シャワーヘッド11から処理容器1内に吐出される。 NH 3 gas functions as a carrier gas for hydrazines (carrier gas). That is, the NH 3 gas supplied into the storage container 21 is supplied to the gas delivery pipe 23 in a state of being accompanied by the hydrazine-type gas vaporized in the storage container 21. As a result, the NH 3 gas and the hydrazine gas as the reducing gas are delivered from the gas delivery pipe 23 to the shower head 11 and discharged from the shower head 11 into the processing container 1.

図2に第1のガス供給機構の一例の詳細を、ヒドラジン類としてヒドラジン(N)を用いた場合に貯留容器21内に生ずる反応とともに示す。 FIG. 2 shows details of an example of the first gas supply mechanism together with a reaction that occurs in the storage container 21 when hydrazine (N 2 H 4 ) is used as the hydrazine.

窒化のための還元ガスとして還元力が高く窒化能力が高いヒドラジン類ガスを用いる。しかし、ヒドラジン類は還元力が高いが、常温で液体であるため、搬送ガスで搬送する必要があり、搬送ガスで希釈され、所望の窒化能力が得られない場合がある。また、ヒドラジン類は不安定で危険性が高い物質である。 As the reducing gas for nitriding, a hydrazine gas having a high reducing power and a high nitriding ability is used. However, hydrazines have high reducing power, but since they are liquid at room temperature, they need to be carried by a carrier gas, and they may be diluted with a carrier gas, so that a desired nitriding ability may not be obtained. In addition, hydrazines are unstable and highly dangerous substances.

これに対して、本実施形態では、液体であるヒドラジン類に、NHガスを搬送ガスとして供給し、NHガスに随伴してヒドラジン類ガスを供給し、還元ガスとしてヒドラジン類ガスとともにNHガスを供給することができる。このように、搬送ガスとして窒化能力を有する還元ガスであるNHガスを用いることにより、ヒドラジン類の窒化能力の低減を抑制することができる。また、ヒドラジン類にNHガスが加わることにより、NHとも水素結合が形成され、純粋なヒドラジン類に比べて安定化し、危険性を低減することができる。 In contrast, in this embodiment, the hydrazines are liquid, supplying the NH 3 gas as a carrier gas, and associated to the NH 3 gas is supplied hydrazines gas, NH 3 with hydrazines gas as a reducing gas Gas can be supplied. As described above, by using the NH 3 gas that is the reducing gas having the nitriding ability as the carrier gas, it is possible to suppress the reduction of the nitriding ability of the hydrazines. In addition, by adding NH 3 gas to hydrazines, hydrogen bonds are also formed with NH 3 , which stabilizes the hydrazines compared to pure hydrazines and can reduce the risk.

また、NHガスにヒドラジン類が加わると、図2に示すように、酸素分子(O)を窒素分子(N)と水(HO)に変換させることができ、NHガスによる窒化を阻害する酸化を抑制することができる。また、NHガスをヒドラジン類に通すと、NHガスに含まれるO等の酸素含有物質は水に還元され、ヒドラジン類と水により、ヒドラジン類より沸点が高い共沸混合物(抱水ヒドラジン)を形成する。これにより、NHガスに含まれる窒化能力を低減するO等の酸素含有物質をヒドラジン類により低減、除去することができる。 Also, when the hydrazine is added to the NH 3 gas, as shown in FIG. 2, can be converted oxygen molecule (O 2) and to water (H 2 O) nitrogen molecules (N 2), according to the NH 3 gas Oxidation that inhibits nitriding can be suppressed. Further, when NH 3 gas is passed through hydrazines, oxygen-containing substances such as O 2 contained in NH 3 gas are reduced to water, and hydrazines and water cause an azeotropic mixture having a higher boiling point than hydrazines (hydrazine hydrate). ) Is formed. As a result, oxygen-containing substances such as O 2 that reduce the nitriding ability contained in the NH 3 gas can be reduced and removed by hydrazines.

このように、本実施形態によれば、所望の窒化能力と安定性を有する還元ガスを供給して、良好な窒化膜を成膜することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to supply a reducing gas having a desired nitriding ability and stability to form a good nitride film.

なお、図1および図2では、NHガス供給配管22はヒドラジン類に浸漬されていないが、図3に示すように、NHガス供給配管22をヒドラジン類に浸漬させてもよい。このように、NHガス供給配管22をヒドラジン類に浸漬させた場合は、生じる反応は同じであるが、NHガスとヒドラジン類との反応が促進されるという利点がある。ただし、図3の場合は、ミストが発生しやすく、パーティクルの原因となるおそれがある。 In FIGS. 1 and 2, but the NH 3 gas supply pipe 22 is not immersed in hydrazine, as shown in FIG. 3, the NH 3 gas supply pipe 22 may be immersed in hydrazine. As described above, when the NH 3 gas supply pipe 22 is immersed in hydrazines, the reaction that occurs is the same, but there is an advantage that the reaction between the NH 3 gas and hydrazines is promoted. However, in the case of FIG. 3, mist is likely to occur, which may cause particles.

<他の適用>
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
<Other applications>
Although the embodiments have been described above, it should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all points and not restrictive. The above-described embodiments may be omitted, replaced, or modified in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims.

例えば、上記実施形態では、窒化膜として主にAlNの場合を例にとり、他の窒化膜としてGaN、InN、TiNを示したが、これらに限ることなく種々の窒化膜の成膜に適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where AlN is mainly used as the nitride film and GaN, InN, and TiN are shown as the other nitride films, but the present invention is not limited to these, and various nitride films can be formed. You can

また、上記成膜装置は例示に過ぎず、成膜装置は特に限定されない。例えば、上記実施形態では枚葉式の装置を示したが、これに限らず、複数の基板を一度に処理するバッチ式装置やセミバッチ式装置であってもよい。 Further, the film forming apparatus is merely an example, and the film forming apparatus is not particularly limited. For example, although the single-wafer type apparatus is shown in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and a batch type apparatus or a semi-batch type apparatus that processes a plurality of substrates at once may be used.

1;処理容器
3;ステージ
11;シャワーヘッド
20;第1のガス供給機構
21;貯留容器
22;NHガス供給配管
23;ガス送出配管
24;NHガス供給源
30;第2のガス供給機構
50;制御部
100;成膜装置
S;基板(被処理体)
1; processing container 3; stage 11; shower head 20; first gas supply mechanism 21; storage container 22; NH 3 gas supply pipe 23; gas delivery pipe 24; NH 3 gas supply source 30; second gas supply mechanism 50; control unit 100; film forming apparatus S; substrate (object to be processed)

Claims (10)

窒化膜を成膜するための還元ガスを供給するガス供給機構であって、
液体状のヒドラジン類を貯留する貯留容器と、
前記貯留容器内に搬送ガスとしてアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給配管と、
前記貯留容器内で気化されたヒドラジン類ガスを前記アンモニアガスとともに還元ガスとして窒化膜成膜用の処理容器に送出する送出配管と、
を有する、ガス供給機構。
A gas supply mechanism for supplying a reducing gas for forming a nitride film,
A storage container for storing liquid hydrazines,
An ammonia gas supply pipe for supplying ammonia gas as a carrier gas into the storage container,
A delivery pipe for delivering the hydrazine gas vaporized in the storage container to the processing container for forming a nitride film as a reducing gas together with the ammonia gas,
And a gas supply mechanism.
前記ヒドラジン類は、ヒドラジン、ヒドラジンのHの一部が置換基に置換されたヒドラジン系化合物、ジアゼン、および、これらのアミン類溶液から選択されるものである、請求項1に記載のガス供給機構。 The gas supply mechanism according to claim 1, wherein the hydrazine is selected from hydrazine, a hydrazine compound in which a part of H of hydrazine is substituted with a substituent, diazene, and a solution of these amines. .. 前記アンモニアガス供給配管は、その吐出口が、前記貯留容器内の前記液体状のヒドラジン類の上方に位置している、請求項1または請求項2に記載のガス供給機構。 The gas supply mechanism according to claim 1 or 2, wherein the discharge port of the ammonia gas supply pipe is located above the liquid hydrazines in the storage container. 前記アンモニアガス供給配管は、前記貯留容器内の前記液体状のヒドラジン類に浸漬されている、請求項1または請求項2に記載のガス供給機構。 The gas supply mechanism according to claim 1 or 2, wherein the ammonia gas supply pipe is immersed in the liquid hydrazines in the storage container. 窒化膜を成膜するための還元ガスを供給するガス供給方法であって、
液体状のヒドラジン類を貯留する貯留容器内に、搬送ガスとしてアンモニアガスを供給する工程と、
前記貯留容器内で気化されたヒドラジン類ガスを前記アンモニアとともに窒化膜成膜用の処理容器に送出する工程と、
を有する、ガス供給方法。
A gas supply method for supplying a reducing gas for forming a nitride film, comprising:
A step of supplying ammonia gas as a carrier gas into a storage container for storing liquid hydrazines,
Sending a hydrazine gas vaporized in the storage container to the processing container for forming a nitride film together with the ammonia,
And a gas supply method.
前記ヒドラジン類は、ヒドラジン、ヒドラジンのHの一部が置換基に置換されたヒドラジン系化合物、ジアゼン、および、これらのアミン類溶液から選択されるものである、請求項5に記載のガス供給方法。 The gas supply method according to claim 5, wherein the hydrazine is selected from hydrazine, a hydrazine compound in which a part of H of hydrazine is substituted with a substituent, diazene, and a solution of these amines. .. 窒化膜を成膜する成膜装置であって、
被処理体が配置される処理容器と、
前記処理容器内に窒化膜成膜のための還元ガスを供給する第1のガス供給機構と、
前記処理容器内に窒化膜成膜のための原料ガスを供給する第2のガス供給機構と、
を有し、
前記第1のガス供給機構は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガス供給機構である、成膜装置。
A film forming apparatus for forming a nitride film,
A processing container in which the object to be processed is placed,
A first gas supply mechanism for supplying a reducing gas for forming a nitride film into the processing container;
A second gas supply mechanism for supplying a raw material gas for forming a nitride film into the processing container;
Have
A film forming apparatus, wherein the first gas supply mechanism is the gas supply mechanism according to any one of claims 1 to 4.
CVDまたはALDにより窒化膜を成膜する、請求項7に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 7, wherein the nitride film is formed by CVD or ALD. 窒化膜として窒化アルミニウムを成膜する請求項7または請求項8に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 7, wherein aluminum nitride is formed as the nitride film. 前記原料ガスは、アルキルアルミニウムである、請求項9に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 9, wherein the source gas is alkylaluminum.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021241152A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-02 大陽日酸株式会社 Mixed-gas supply device, device for producing metal nitride film, and method for producing metal nitride film

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WO2021241152A1 (en) * 2020-05-29 2021-12-02 大陽日酸株式会社 Mixed-gas supply device, device for producing metal nitride film, and method for producing metal nitride film

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