JP3058152B2 - Film forming apparatus and film forming method - Google Patents

Film forming apparatus and film forming method

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JP3058152B2 JP10274354A JP27435498A JP3058152B2 JP 3058152 B2 JP3058152 B2 JP 3058152B2 JP 10274354 A JP10274354 A JP 10274354A JP 27435498 A JP27435498 A JP 27435498A JP 3058152 B2 JP3058152 B2 JP 3058152B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜を成膜する成膜装置
び成膜方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus for forming a metal oxide film suitable for an insulating film such as tantalum oxide and the like.
And a film forming method .

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化す
るに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデ
バイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように
非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求さ
れ、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。
2. Description of the Related Art In general, in order to manufacture a semiconductor device, a film forming process and a pattern etching process are repeatedly performed on a semiconductor wafer to manufacture a desired device. With the increase in integration, the specifications have become stricter year by year.For example, even thinner oxide films such as capacitor insulating films and gate insulating films in devices have been required to be further thinned. At the same time, higher insulating properties are required.

【0003】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えば酸化タンタル(Ta25 )等が用い
られる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼性
の高い絶縁性を発揮できる。この金属酸化膜を形成する
には、例えば酸化タンタルを形成する場合を例にとって
説明すると、上記公報に開示されているように成膜用の
原料として、タンタルの金属アルコキシド(Ta(OC
255 )を用い、これをヘリウムガス等でバブリン
グしながら供給して半導体ウエハを例えば400℃程度
のプロセス温度に維持し、真空雰囲気下でCVD(Ch
emical Vapor Deposition)に
より酸化タンタル膜(Ta25 )を積層させている。
As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like can be used.
Recently, a metal oxide film such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) has tended to be used as a material having better insulating properties. This metal oxide film can exhibit highly reliable insulation even if it is thin. In order to form this metal oxide film, for example, a case of forming tantalum oxide will be described as an example. As disclosed in the above publication, a metal alkoxide of tantalum (Ta (OC (OC
2 H 5) 5) used, which maintains the semiconductor wafer by supplying while bubbling with helium gas or the like for example the process temperature of about 400 ° C., under a vacuum atmosphere CVD (Ch
A tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is laminated by an electrical vapor deposition.

【0004】図9は上記した酸化タンタル膜を形成する
時の従来の成膜装置を示す概略構成図であり、図10は
図9の成膜装置内のシャワーヘッド部のガス噴射面を示
す平面図である。この成膜装置2は真空引き可能になさ
れた筒体状の処理容器4を有しており、この内部にはそ
の上面に半導体ウエハWを載置する載置台6が設けられ
ると共にその上方には、この載置台6に対向させてシャ
ワーヘッド部8が設けられている。このシャワーヘッド
部8には、金属含有原料ガスとして例えば液状の有機金
属材料である金属アルコキシド、例えばTa(OC2
55 をHeガス等によりバブリングすることにより気
化されたガスを導入すると共にまた、酸化性ガス、例え
ばO2 ガスを導入している。そして、これらの各ガス
は、シャワーヘッド部8の下面のガス噴射面10に設け
た原料ガス噴射孔12A及び酸化性ガス噴射孔12Bか
らそれぞれ個別に処理容器4内に噴射され、この処理空
間Sにて混合される。この混合ガスがウエハ面上で反応
することによりウエハWの表面に金属酸化膜としてTa
25 膜が形成されることになる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional film forming apparatus for forming the above-described tantalum oxide film. FIG. 10 is a plan view showing a gas injection surface of a shower head in the film forming apparatus shown in FIG. FIG. The film forming apparatus 2 has a cylindrical processing container 4 that can be evacuated, and a mounting table 6 on which a semiconductor wafer W is mounted is provided on the upper surface thereof, and a mounting table 6 is provided above the mounting table 6. A shower head 8 is provided so as to face the mounting table 6. In the shower head section 8, a metal alkoxide, which is, for example, a liquid organic metal material, such as Ta (OC 2 H), is used as the metal-containing source gas.
5 ) A gas vaporized by bubbling 5 with He gas or the like is introduced, and an oxidizing gas, for example, O 2 gas is also introduced. Each of these gases is individually injected into the processing vessel 4 from the source gas injection holes 12A and the oxidizing gas injection holes 12B provided on the gas injection surface 10 on the lower surface of the shower head section 8, and the processing space S And mixed. The mixed gas reacts on the surface of the wafer W to form Ta on the surface of the wafer W as a metal oxide film.
A 2 O 5 film will be formed.

【0005】この時、図10に示すように、シャワーヘ
ッド部8のガス噴射面10には、直径が例えば0.8〜
1.0mm程度に大きくなされた原料ガス噴射孔10A
と直径が例えば0.2〜0.3mm程度に小さくなされ
た酸化性ガス噴射孔10Bが略均等に略全面に渡って形
成されている。両噴射孔10A、10Bの形成領域は、
供給ガス量の処理空間Sにおける均一性を確保するため
に一点鎖線で示されるウエハ面積WSの大きさと同じ
か、これよりも少し大きくなるように設定されている。
図10に示す図示例では、両噴射孔10A、10Bの形
成領域は、ウエハ面積WSよりも少し大きくなされた場
合を示す。
At this time, as shown in FIG. 10, the gas ejection surface 10 of the shower head 8 has a diameter of, for example, 0.8 to 0.8.
Source gas injection hole 10A enlarged to about 1.0 mm
An oxidizing gas injection hole 10B having a diameter as small as, for example, about 0.2 to 0.3 mm is formed substantially uniformly over substantially the entire surface. The formation area of both injection holes 10A and 10B is
In order to ensure the uniformity of the supply gas amount in the processing space S, the supply gas amount is set to be equal to or slightly larger than the size of the wafer area WS indicated by a chain line.
The illustrated example shown in FIG. 10 shows a case where the formation area of both the injection holes 10A and 10B is slightly larger than the wafer area WS.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスに用いられる絶縁膜としては、薄くてもより耐圧特
性に優れたものが要求されるが、上記したようにCVD
により形成されたTa25 膜中には、有機物であるC
3 CHO等の反応副生成物が非常に僅かではあるが混
入することは避けられず、このため、混入した反応副生
成物の影響により絶縁耐圧特性等が劣化してしまうとい
う問題があった。本発明は、以上のような問題点に着目
し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本
発明の目的は、金属含有原料ガスの噴射領域を狭くして
この噴射速度を高めることにより、膜中に含まれる反応
副生成物の量を抑制して絶縁耐圧特性等を向上させるこ
とができる成膜装置を提供することにある。
By the way, as an insulating film used for a semiconductor device, a thin film having excellent withstand voltage characteristics is required.
In the Ta 2 O 5 film formed by the method described above, the organic substance C
It is inevitable that reaction by-products such as H 3 CHO, etc., are mixed in, although they are very small. Therefore, there is a problem that the withstand voltage characteristics and the like are deteriorated by the influence of the mixed reaction by-products. . The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to increase the injection speed by narrowing the injection region of the metal-containing source gas, thereby suppressing the amount of reaction by-products contained in the film and improving the withstand voltage characteristics and the like. It is to provide a film forming apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に規定する発明
は、金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理容器内の天
井部に設けたシャワーヘッド部へ供給し、前記両ガスを
前記シャワーヘッド部の下面のガス噴射面に設けた原料
ガス噴射孔及び酸化性ガス噴射孔からそれぞれ別々に
記処理容器内へ導入して、前記処理容器内の載置台上に
載置された被処理体の表面に金属含有膜を形成する成膜
装置において、前記原料ガス噴射孔の形成領域を、前記
載置台上の被処理体の上面に対応する面積よりも小さく
設定して前記原料ガス噴射孔からの前記金属含有原料ガ
スの噴射速度を高めるようにすると共に、前記酸化性ガ
ス噴射孔の形成領域を、前記被処理体の上面に対応する
面積と略同じか、或いはこれよりも広い領域となるよう
に設定したものである。
According to a first aspect of the present invention, a metal-containing source gas and an oxidizing gas are supplied to a shower head provided on a ceiling in a processing vessel, and the two gases are supplied to the shower head. The raw material gas injection holes and the oxidizing gas injection holes provided on the gas injection surface on the lower surface of the head portion are separately introduced into the processing container and placed on the mounting table in the processing container. In a film forming apparatus for forming a metal-containing film on the surface of the processed object, the formation region of the source gas injection holes is set to be smaller than the area corresponding to the upper surface of the object on the mounting table. The injection speed of the metal-containing source gas from the source gas injection holes is increased , and the oxidizing gas is increased.
The formation region of the injection hole corresponds to the upper surface of the object to be processed.
The area should be approximately the same as or larger than the area
It is set to.

【0008】これにより、被処理体の表面の直上におけ
る反応副生成物の濃度が低下し、且つこの部分における
金属含有原料ガスの濃度が高くなって、膜中に取り込ま
れる反応副生成物の量を大幅に抑制することが可能とな
る。この場合、前記シャワーヘッド部内では、前記金属
含有原料ガスと前記酸化性ガスは区画分離された状態で
流れるようになされている。
As a result, the concentration of the reaction by-product immediately above the surface of the object to be processed is reduced, and the concentration of the metal-containing raw material gas is increased in this portion, so that the amount of the reaction by-product taken into the film is reduced. Can be greatly suppressed. In this case, in the shower head, the metal-containing source gas and the oxidizing gas flow in a partitioned state.

【0009】また、前記原料ガス噴射孔の形成領域の直
径は、前記被処理体の上面の直径の5/8〜7/8の範
囲内に設定されてる。
The diameter of the source gas injection hole forming region is set in a range of 5/8 to 7/8 of the diameter of the upper surface of the object to be processed.

【0010】上記両直径の比率が5/8よりも小さいと
被処理体の面上における原料ガス濃度の差が大きくなり
過ぎて膜厚の面内均一性が劣化してしまい、逆に、上記
比率が7/8よりも大きいと従来装置のように反応副生
成物の取り込みによって絶縁耐圧特性が劣化してしま
う。このような成膜工程においては、例えば前記金属含
有原料ガスは金属アルコキシド(Ta(OC25
5 )であり、前記金属含有膜はTa25 膜であり、前
記酸化性ガスはO2 ガスである。
If the ratio of the two diameters is less than 5/8, the difference in the concentration of the source gas on the surface of the object to be processed becomes too large, and the in-plane uniformity of the film thickness deteriorates. If the ratio is larger than 7/8, the incorporation of reaction by-products deteriorates the withstand voltage characteristics as in the conventional apparatus. In such a film forming process, for example, the metal-containing source gas is a metal alkoxide (Ta (OC 2 H 5 )).
5 ), wherein the metal-containing film is a Ta 2 O 5 film, and the oxidizing gas is an O 2 gas.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜装置
び成膜方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る成膜装置を示す構成図、図2は図1
中に示すシャワーヘッド部のガス噴射面を示す平面図で
ある。ここでは、金属含有原料ガスとして金属アルコキ
シド、例えばTa(OC255 を用い、且つ酸化性
ガスとしてO2ガスを用いて、金属含有膜としてTa2
5 膜を成膜する場合を例にとって説明する。この成膜
装置14は、図示するように例えばアルミニウムにより
筒体状に成形された処理容器16を有している。この処
理容器16の底部18の中心部には、給電線挿通孔20
が形成されると共に周辺部には、真空引きポンプ、例え
ばターボ分子ポンプ22及びドライポンプ24を介設し
た真空排気系26に接続された排気口28が設けられて
おり、容器内部を真空引き可能としている。この排気口
28は、容器底部18に複数個、例えば等間隔で同一円
周上に4個程度設けられ、各排気口28は、真空排気系
26により共通に連通されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a film forming apparatus and a film forming apparatus according to the present invention will be described.
An embodiment of a film forming method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a film forming apparatus according to the present invention, and FIG.
It is a top view which shows the gas injection surface of the shower head part shown inside. Here, a metal alkoxide, for example, Ta (OC 2 H 5 ) 5 is used as the metal-containing source gas, O 2 gas is used as the oxidizing gas, and Ta 2 is used as the metal-containing film.
The case where an O 5 film is formed will be described as an example. As shown, the film forming apparatus 14 has a processing container 16 formed of, for example, aluminum into a cylindrical shape. A feed line insertion hole 20 is provided at the center of the bottom 18 of the processing container 16.
Is formed and an exhaust port 28 connected to a vacuum exhaust system 26 provided with a vacuum pump, for example, a turbo molecular pump 22 and a dry pump 24, is provided in the peripheral portion, so that the inside of the container can be evacuated. And A plurality of, for example, about four, exhaust ports 28 are provided on the same circumference at equal intervals on the container bottom portion 18, and the exhaust ports 28 are commonly connected by a vacuum exhaust system 26.

【0012】この処理容器16内には、非導電性材料、
例えばアルミナ製の円板状の載置台30が設けられ、こ
の載置台30の下面中央部には下方に延びる中空円筒状
の脚部32が一体的に形成され、この脚部32の下端は
上記容器底部18の給電線挿通孔20の周辺部にOリン
グ等のシール部材34を介在させてボルト36等を用い
て気密に取り付け固定される。従って、この中空脚部3
2内は、外側に開放され、処理容器16内に対して気密
状態となっている。上記載置台30には、例えば、Si
Cによりコーティングされたカーボン製の抵抗発熱体3
8が埋め込まれており、この上面側に載置される被処理
体としての半導体ウエハWを所望の温度に加熱し得るよ
うになっている。この載置台30の上部は、内部に銅な
どの導電板よりなるチャック用電極40を埋め込んだ薄
いセラミックス製の静電チャック42として構成されて
おり、この静電チャック42が発生するクーロン力によ
り、この上面にウエハWを吸着保持するようになってい
る。尚、この静電チャック42の表面にHeガスなどの
バックサイドガスを流してウエハへの熱伝導性を向上さ
せたり、ウエハ裏面への成膜を防止するようにしてもよ
い。また、この静電チャック42に代えてメカニカルク
ランプを用いるようにしてもよい。
A non-conductive material,
For example, a disc-shaped mounting table 30 made of alumina is provided, and a hollow cylindrical leg 32 extending downward is integrally formed at the center of the lower surface of the mounting table 30, and a lower end of the leg 32 is formed as described above. Around the power supply line insertion hole 20 in the container bottom 18, a sealing member 34 such as an O-ring is interposed and airtightly attached and fixed using a bolt 36 or the like. Therefore, this hollow leg 3
The inside of 2 is opened to the outside, and is in an airtight state with respect to the inside of the processing container 16. The mounting table 30 includes, for example, Si
Carbon resistance heating element 3 coated with C
The semiconductor wafer W as an object to be processed placed on the upper surface side can be heated to a desired temperature. The upper portion of the mounting table 30 is configured as a thin ceramic electrostatic chuck 42 in which a chuck electrode 40 made of a conductive plate such as copper is embedded, and the Coulomb force generated by the electrostatic chuck 42 The wafer W is held by suction on the upper surface. A backside gas such as He gas may be flowed over the surface of the electrostatic chuck 42 to improve the thermal conductivity to the wafer or prevent film formation on the back surface of the wafer. Further, a mechanical clamp may be used in place of the electrostatic chuck 42.

【0013】上記抵抗発熱体38には、絶縁された給電
用のリード線44が接続され、このリード線44は、処
理容器16内に晒すことなく円筒状の脚部32内及び給
電線挿通孔20を通って外へ引き出され、開閉スイッチ
46を介して給電部48に接続される。また、静電チャ
ック42のチャック用電極40には、絶縁された給電用
のリード線50が接続され、このリード線50も処理容
器16内に晒すことなく円筒状の脚部32内及び給電線
挿通孔20を通って外へ引き出され、開閉スイッチ52
を介して高圧直流電源54に接続される。尚、ウエハを
加熱する手段として上記抵抗発熱体38に代え、ハロゲ
ンランプ等の加熱ランプを用いて加熱するようにしても
よい。
An insulated power supply lead wire 44 is connected to the resistance heating element 38. The power supply lead wire 44 is connected to the inside of the cylindrical leg 32 and the power supply line insertion hole without being exposed to the inside of the processing container 16. It is pulled out through 20 and connected to a power supply 48 via an open / close switch 46. Further, an insulated power supply lead wire 50 is connected to the chuck electrode 40 of the electrostatic chuck 42, and the lead wire 50 is also not exposed to the inside of the processing container 16, but inside the cylindrical leg 32 and the power supply line. The switch 52 is pulled out through the insertion hole 20 and is opened and closed.
Is connected to the high-voltage DC power supply 54 via the. The wafer may be heated by using a heating lamp such as a halogen lamp instead of the resistance heating element 38.

【0014】載置台30の周辺部の所定の位置には、複
数のリフタ孔56が上下方向に貫通させて設けられてお
り、このリフタ孔56内に上下方向に昇降可能にウエハ
リフタピン58が収容されており、ウエハWの搬入・搬
出時に図示しない昇降機構によりリフタピン58を昇降
させることにより、ウエハWを持ち上げたり、持ち下げ
たりするようになっている。このようなウエハリフタピ
ン58は、一般的にはウエハ周縁部に対応させて3本設
けられる。また、処理容器16の天井部には、本発明の
特徴とするシャワーヘッド部60が一体的に設けられた
天井板62がOリング等のシール部材64を介して気密
に取り付けられており、上記シャワーヘッド部60は載
置台30の上面の略全面を、或いはこれよりも広く覆う
ように対向させて設けられ、載置台30との間に処理空
間Sを形成している。このシャワーヘッド部60は処理
容器16内に成膜用の金属含有原料ガスと酸化性ガスを
シャワー状に導入するものであり、シャワーヘッド部6
0の下面のガス噴射面66にはそれぞれのガスを個別に
噴出するための多数の原料ガス噴射孔68と酸化性ガス
噴射孔70がそれぞれ形成される。
A plurality of lifter holes 56 are provided at predetermined positions in the peripheral portion of the mounting table 30 so as to penetrate vertically, and wafer lifter pins 58 are vertically movable in the lifter holes 56. When the wafer W is loaded and unloaded, a lift mechanism (not shown) raises and lowers the lifter pins 58 to lift and lower the wafer W. Generally, three such wafer lifter pins 58 are provided corresponding to the peripheral portion of the wafer. Further, a ceiling plate 62 integrally provided with a shower head portion 60 which is a feature of the present invention is hermetically attached to a ceiling portion of the processing container 16 via a sealing member 64 such as an O-ring. The shower head unit 60 is provided so as to face substantially the entire upper surface of the mounting table 30 or to face it so as to cover the entire surface of the mounting table 30 more widely, and forms a processing space S with the mounting table 30. The shower head section 60 introduces a metal-containing source gas and an oxidizing gas for film formation into the processing chamber 16 in a shower shape.
A large number of source gas injection holes 68 and oxidizing gas injection holes 70 for individually injecting each gas are formed on the gas injection surface 66 on the lower surface of the nozzle 0.

【0015】このシャワーヘッド部60内は、原料ガス
用ヘッド空間72と酸化性ガス用ヘッド空間74とに2
つに区画分離されており、原料ガス用ヘッド空間72に
連通されるガス導入ポート76には図示しないバブリン
グ装置から延びる原料供給通路78を接続して、例えば
Heガスによりバブリングされた気化状態のTa(OC
255 を導入するようになっている。また、酸化性
ガス用ヘッド空間74に連通される酸化性ガス導入ポー
ト79には前記ガス供給通路80を接続してO2 ガスを
導入するようになっている。そして、上記原料ガス用ヘ
ッド空間72は上記各原料ガス噴射孔68に連通されて
おり、また、酸化性ガス用ヘッド空間74は各酸化性ガ
ス用噴射孔70に連通されており、両噴射孔68、70
から噴出された原料ガスとO2 ガスとを処理空間Sにて
混合して、いわゆるポストミックス状態で供給するよう
になっている。上記原料供給通路78には、これに流れ
る原料ガスの再液化を防止するためのテープヒータ82
を巻回して、これを液化温度以上に加熱している。
The inside of the shower head section 60 has a head space 72 for raw material gas and a head space 74 for oxidizing gas.
A gas supply port 78 extending from a bubbling device (not shown) is connected to a gas introduction port 76 which is divided into two sections and communicates with a source gas head space 72, for example, a vaporized Ta bubbled by He gas. (OC
2 H 5 ) 5 has been introduced. Also, the gas supply passage 80 is connected to an oxidizing gas introduction port 79 which is communicated with the oxidizing gas head space 74 so as to introduce O 2 gas. The source gas head space 72 communicates with each of the source gas injection holes 68, and the oxidizing gas head space 74 communicates with each of the oxidizing gas injection holes 70. 68, 70
Were mixed with the ejected material gas and O 2 gas and the processing space S from, and supplies the so-called post-mix state. A tape heater 82 for preventing reliquefaction of the source gas flowing through the source supply passage 78 is provided.
To heat it above the liquefaction temperature.

【0016】ここで、上記原料ガス噴射孔68と酸化性
ガス噴射孔70は、従来装置にあっては図10に示した
ように共にウエハWの面積と同じ領域に、或いはそれよ
りも僅かに広い面積の領域に、略均等に分布させて設け
ていたが、本実施例にあっては図2に示すように酸化性
ガス噴射孔70は、従来装置と略同じようにウエハWの
面積と略同じ円形の領域84W、或いはそれよりも僅か
に広い面積の領域に略均等に分布させて配置している
が、原料ガス噴射孔68は、領域84Wよりも狭い円形
の領域(形成領域)86内に略均一に分布させてる配置
している。この場合、各噴射孔68、70の直径は従来
装置の場合と略同じであり、原料ガス噴射孔68の直径
d1は目詰まり防止のために0.8〜1.0mmの範囲
に大きく設定され、酸化性ガス噴射孔70の直径d2は
0.2〜0.3mmの範囲内に小さく設定されている。
Here, the source gas injection hole 68 and the oxidizing gas injection hole 70 are both in the same area as the area of the wafer W as shown in FIG. In the present embodiment, the oxidizing gas injection holes 70 are provided substantially uniformly in a wide area, but in this embodiment, as shown in FIG. The source gas injection holes 68 are arranged in a substantially same circular region 84W or a region having an area slightly larger than the circular region 84W, and the source gas injection holes 68 are circular regions (formation regions) 86 narrower than the region 84W. Are arranged so that they are distributed almost uniformly. In this case, the diameter of each injection hole 68, 70 is substantially the same as that of the conventional apparatus, and the diameter d1 of the raw material gas injection hole 68 is set to a large value in the range of 0.8 to 1.0 mm to prevent clogging. The diameter d2 of the oxidizing gas injection hole 70 is set small within the range of 0.2 to 0.3 mm.

【0017】この場合、各噴射孔68、70の単位面積
当たりの分布密度は、従来装置の場合と略同じであり、
それぞれ1個/cm2 程度及び1〜3個/cm2 程度で
ある。このように、原料ガス噴射孔68の形成領域86
の面積を従来装置よりも狭く設定することにより、従来
の成膜工程と原料ガスの供給量を同じとした場合に面積
が狭くなった分だけ、原料ガス噴射孔68からの原料ガ
スの噴射速度を上げるようになっている。
In this case, the distribution density per unit area of each of the injection holes 68 and 70 is substantially the same as that of the conventional apparatus.
They are about 1 / cm 2 and 1 to 3 / cm 2 respectively. Thus, the formation region 86 of the source gas injection hole 68 is formed.
Is set to be smaller than that of the conventional apparatus, and the injection speed of the source gas from the source gas injection holes 68 is reduced by the reduced area when the supply amount of the source gas is the same as in the conventional film forming process. Is raised.

【0018】また、シャワーヘッド部60の側壁にはこ
の部分の温度を原料ガスの分解を防止するために、例え
ば140〜175℃程度に冷却するための冷却ジャケッ
ト90が設けられており、これに60℃程度の冷媒、例
えば温水を流すようになっている。尚、このシャワーヘ
ッド部60と載置台30との間の距離は略10〜30m
m程度に設定されている。また、処理容器16の側壁に
は、壁面を冷却するために例えば冷媒を流す冷却ジャケ
ット92が設けられており、これに例えば60℃程度の
温水を冷媒として流し、側面を原料ガスが液化しない
で、且つ熱分解しない温度、例えば140〜170℃の
範囲内に維持するようになっている。また、この容器1
6の側壁の一部には、ウエハ搬出入口94が設けられ、
ここに真空引き可能になされたロードロック室96との
間を連通・遮断する前記ゲートバルブ98を設けてい
る。尚、図示されていないがパージ用のN2 ガスの供給
手段を設けているのは勿論である。
On the side wall of the shower head 60, a cooling jacket 90 is provided for cooling the temperature of this portion to, for example, about 140 to 175 ° C. in order to prevent the decomposition of the raw material gas. A coolant of about 60 ° C., for example, hot water is allowed to flow. The distance between the shower head unit 60 and the mounting table 30 is approximately 10 to 30 m.
m. Further, on the side wall of the processing container 16, a cooling jacket 92 for flowing, for example, a coolant for cooling the wall surface is provided. Hot water of, for example, about 60 ° C. is flowed as a cooling medium, and the raw material gas is not liquefied on the side surface. , And is maintained at a temperature at which thermal decomposition does not occur, for example, within a range of 140 to 170 ° C. In addition, this container 1
6, a wafer loading / unloading port 94 is provided in a part of the side wall.
The gate valve 98 is provided here for communicating with and shutting off from a load lock chamber 96 which can be evacuated. Although not shown, it is a matter of course that a means for supplying N 2 gas for purging is provided.

【0019】次に、以上のように構成された成膜装置を
用いて行なわれる成膜処理について説明する。まず、真
空状態に維持された処理容器16内に、ロードロック室
96側からウエハ搬出入口94を介して未処理の半導体
ウエハWを搬入し、これを載置台30上に載置して静電
チャック42のクーロン力により吸着保持する。そし
て、抵抗発熱体38によりウエハWを所定のプロセス温
度に維持すると共に、処理容器16内を真空引きして所
定のプロセス圧力に維持しつつ、原料ガスと酸化性ガス
をシャワーヘッド部60から供給して成膜を開始する。
原料ガスとしては、液状の有機化合物のTa(OC2
55 をHeガスでバブリングすることにより気化状態
で供給され、その供給量は、成膜レートにもよるが、例
えば数mg/min程度と非常に少量である。シャワー
ヘッド部60に到達した原料ガスは、原料ガス用ヘッド
空間72に一旦流れ込み、これよりガス噴射面66に設
けた直径の大きな原料ガス噴射孔68から処理空間Sに
供給されることになる。
Next, a film forming process performed using the film forming apparatus configured as described above will be described. First, an unprocessed semiconductor wafer W is loaded from the load lock chamber 96 through the wafer loading / unloading port 94 into the processing chamber 16 maintained in a vacuum state, and the unprocessed semiconductor wafer W is mounted on the mounting table 30 to be electrostatically charged. It is held by suction by the Coulomb force of the chuck 42. The raw material gas and the oxidizing gas are supplied from the shower head unit 60 while maintaining the wafer W at a predetermined process temperature by the resistance heating element 38 and evacuating the processing chamber 16 to a predetermined process pressure. To start film formation.
As the source gas, a liquid organic compound of Ta (OC 2 H
5 ) 5 is supplied in a vaporized state by bubbling with He gas, and the supply amount is very small, for example, about several mg / min, depending on the film formation rate. The source gas that has reached the shower head section 60 once flows into the source gas head space 72, and is supplied to the processing space S from the source gas injection hole 68 having a large diameter provided on the gas injection surface 66.

【0020】一方、ガス導入通路80内を流れてきたO
2 ガスはシャワーヘッド部60の酸化性ガス用ヘッド空
間74に到達し、これよりガス噴射面66に設けた直径
の小さな酸化性ガス噴射孔70から処理空間Sに供給さ
れることになる。このように処理空間Sに噴出された原
料ガスとO2 ガスは、この処理空間Sで混合されて反応
し、ウエハ表面にCVDにより、例えば酸化タンタル膜
(Ta25 )を堆積し、成膜すると同時に、CH3
HO等の反応副生成物が生成されることになる。例え
ば、8インチサイズのウエハを処理する場合は、成膜プ
ロセス圧力は、02〜0.3Torr程度、プロセス温
度は250〜450℃の範囲内、例えば400℃に設定
する。また、原料ガスの供給量は15mg/min、H
eガスの供給量は300sccm、O2 ガスの供給量は
1000sccm程度である。
On the other hand, the O flowing through the gas introduction passage 80
The two gases reach the oxidizing gas head space 74 of the shower head section 60, and are supplied to the processing space S from the oxidizing gas injection hole 70 having a small diameter provided on the gas injection surface 66. The raw material gas and the O 2 gas ejected to the processing space S in this manner are mixed and reacted in the processing space S, and for example, a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) is deposited on the surface of the wafer by CVD. At the same time as filming, CH 3 C
Reaction by-products such as HO will be produced. For example, when processing an 8-inch wafer, the film forming process pressure is set to about 02 to 0.3 Torr, and the process temperature is set to a range of 250 to 450 ° C., for example, 400 ° C. The supply amount of the raw material gas is 15 mg / min, H
The supply amount of the e gas is about 300 sccm, and the supply amount of the O 2 gas is about 1000 sccm.

【0021】この場合、本実施例にあっては、原料ガス
噴射孔68の形成領域86の面積を従来装置よりも狭く
設定することにより、従来の成膜工程と原料ガスの供給
量を同じとした場合に、面積が狭くなった分だけ原料ガ
ス噴射孔68からの原料ガスの噴射速度が上がってい
る。これにより、原料ガスが途中で熱分解されることな
くウエハ面に到達してウエハWの表面の直上における原
料ガスの濃度を上げることができ、且つこの部分におけ
る反応副生成物のガス濃度を低下させることが可能とな
る。このようにウエハ面の直上におけるCH3 CHO等
の反応副生成物の濃度が低くなると、これが成膜中に取
り込まれる確率が少なくなり、この膜の絶縁耐圧特性を
向上させることができる。
In this case, in this embodiment, by setting the area of the formation region 86 of the source gas injection holes 68 to be smaller than that of the conventional apparatus, the supply amount of the source gas is the same as that of the conventional film forming process. In this case, the injection speed of the source gas from the source gas injection holes 68 is increased by the reduced area. As a result, the source gas can reach the wafer surface without being thermally decomposed on the way to increase the concentration of the source gas immediately above the surface of the wafer W, and reduce the gas concentration of the reaction by-product in this portion. It is possible to do. As described above, when the concentration of the reaction by-product such as CH 3 CHO directly above the wafer surface is reduced, the probability of the reaction by-product being taken in during the film formation is reduced, and the withstand voltage characteristics of the film can be improved.

【0022】この場合、原料ガス噴射孔68の形成領域
86の直径D1とウエハWと同じ面積の領域D2との比
D1/D2は5/8〜7/8の範囲内になるように設定
する。この比が5/8よりも小さくてより狭い領域に原
料ガス噴射孔68を形成すると、原料ガス噴射速度が更
に上昇して処理空間Sの中心部における原料ガス濃度が
高くなり過ぎてウエハ中心部における金属酸化膜の膜厚
が厚くなり過ぎ、ウエハ面内の膜厚均一性が劣化する。
また逆に、上記比が7/8よりも大きくて従来装置の構
成に近付くと、発明が解決しようとする課題の欄で説明
したように、金属酸化膜の絶縁耐圧特性が劣化してしま
う。尚、単に原料ガスの噴射速度を上げるだけならば、
原料ガスの供給圧を上げるなどすればよいが、この場合
には、原料ガスの供給量が大幅に増加するので、それに
付随して他のガス、例えばバブリング用のHeガスやO
2 ガスの供給量も増大しなければならない。特に、ウエ
ハサイズが12インチの場合には、全てのガスの増加量
がかなり多くなるので現実的ではない。
In this case, the ratio D1 / D2 of the diameter D1 of the formation region 86 of the source gas injection holes 68 to the region D2 having the same area as the wafer W is set to be in the range of 5/8 to 7/8. . If the source gas injection holes 68 are formed in a narrower area where the ratio is smaller than 5/8, the source gas injection speed further increases, and the source gas concentration in the central portion of the processing space S becomes too high, and the In this case, the thickness of the metal oxide film becomes too large, and the uniformity of the thickness in the wafer surface is deteriorated.
Conversely, when the ratio is larger than 7/8 and approaches the configuration of the conventional device, the dielectric breakdown voltage characteristics of the metal oxide film deteriorate as described in the section of the problem to be solved by the invention. If you simply increase the injection speed of the source gas,
The supply pressure of the raw material gas may be increased, but in this case, the supply amount of the raw material gas is greatly increased, and accordingly, another gas such as He gas or O 2 for bubbling is added.
2 The supply of gas must also increase. In particular, when the wafer size is 12 inches, the amount of increase of all the gases is considerably large, which is not practical.

【0023】ここで、本発明装置と従来装置を用いて絶
縁膜として成膜された酸化タンタルの評価を行なったの
で、その評価結果を図3に示す。ここでのシャワーヘッ
ド部60の構造は、6インチサイズのウエハWを処理す
るために、図2中の直径D2は6インチ、直径D1は
4.5インチに設定されている。図3中、□印で示され
る従来装置は直径D2の領域内に、両ガス噴射孔68、
70が均一に設けられ、○印で示される本発明装置は直
径D1の領域内に原料ガス噴射孔68が設けられ、酸化
ガス噴射孔70の分布は従来装置と同じである。この時
のプロセス条件は、ウエハ温度が450℃、圧力が0.
225Torr、原料ガス(Pet)の流量が15mg
/min、O2 の流量が1000sccm、Heの流量
が250sccmである。このグラフから明らかなよう
に、膜厚に関係なく、従来装置による絶縁膜よりも本発
明装置による絶縁膜の方が高い絶縁耐圧を示しており、
特性が良好であることが判明する。特に、本発明装置の
絶縁膜は実効膜厚が2.3nm程度と非常に薄い場合に
も高い絶縁特性を示していることが判明する。
Here, the evaluation of tantalum oxide formed as an insulating film was performed using the apparatus of the present invention and the conventional apparatus, and the evaluation results are shown in FIG. The structure of the shower head section 60 here is set to 6 inches in diameter D2 and 4.5 inches in diameter D1 in FIG. 2 in order to process a 6-inch wafer W. In FIG. 3, the conventional device indicated by a square mark has both gas injection holes 68 and
In the apparatus of the present invention, which is provided uniformly with a circle 70, the source gas injection holes 68 are provided in the area of the diameter D1, and the distribution of the oxidizing gas injection holes 70 is the same as that of the conventional apparatus. The process conditions at this time are as follows: the wafer temperature is 450 ° C., and the pressure is 0.
225 Torr, source gas (Pet) flow rate is 15 mg
/ Min, the flow rate of O 2 is 1000 sccm, and the flow rate of He is 250 sccm. As is apparent from this graph, regardless of the film thickness, the insulating film of the present invention shows a higher dielectric strength than the insulating film of the conventional device,
It turns out that the characteristics are good. In particular, it turns out that the insulating film of the device of the present invention shows high insulating characteristics even when the effective film thickness is as thin as about 2.3 nm.

【0024】次に、従来装置と本発明装置のシャワーヘ
ッド部の下方の原料ガス及び反応副生成物の濃度分布を
シミュレーションによって評価したので、その評価結果
を示す。図4は原料ガス(Ta2 (OC255 :P
et)の濃度分布を示し、図5は反応副生成物(CH3
CHO)の濃度分布を示す。図4及び図5中、(A)は
共に8インチサイズのウエハに対して、直径D1(図2
参照)が6インチの領域まで原料ガス噴射孔68を設け
た本発明装置の場合を示し、(B)は共に直径D2が8
インチの領域まで原料ガス噴射孔を設けた従来装置の場
合を示す。まず、図4から明らかなように、原料ガスに
ついては、シャワーヘッド部60からウエハWの面上に
向かうに従って、濃度は次第に低下している。そして、
図4(A)に示す本発明装置の場合には、ウエハWの直
上における原料ガスの濃度は1.9〜2.0×10-6
ol/m3 程度であるのに対して、図4(B)に示す従
来装置の場合には1.7〜1.8×10-6mol/m3
程度であり、本発明装置の場合の方がかなり高い濃度と
なっている。すなわち、本発明装置の場合には、噴射さ
れた原料ガスの内、多くの原料ガスが途中で分解される
ことなくウエハ面上に到達していることが判明する。
Next, the concentration distributions of the raw material gas and the reaction by-product below the shower head of the conventional apparatus and the apparatus of the present invention were evaluated by simulation, and the evaluation results are shown. FIG. 4 shows the source gas (Ta 2 (OC 2 H 5 ) 5 : P
FIG. 5 shows the concentration distribution of the reaction by-product (CH 3
3 shows the concentration distribution of (CHO). 4A and 4B, (A) shows a diameter D1 (FIG. 2) for an 8-inch wafer.
3) shows the case of the apparatus of the present invention in which the raw material gas injection holes 68 are provided up to the area of 6 inches, and FIG.
This shows a case of a conventional apparatus in which source gas injection holes are provided up to the inch area. First, as is clear from FIG. 4, the concentration of the source gas gradually decreases from the shower head 60 toward the surface of the wafer W. And
In the case of the apparatus of the present invention shown in FIG. 4A, the concentration of the source gas immediately above the wafer W is 1.9 to 2.0 × 10 −6 m.
ol / m 3 , whereas in the case of the conventional apparatus shown in FIG. 4B, 1.7 to 1.8 × 10 −6 mol / m 3.
And the concentration is much higher in the case of the apparatus of the present invention. That is, in the case of the apparatus of the present invention, it is clear that among the injected source gases, many source gases reach the wafer surface without being decomposed on the way.

【0025】これに対して、図5から明らかなように反
応副生成物については、シャワーヘッド部60からウエ
ハWの面上に向かうに従って濃度は次第に高くなってい
る。そして、図5(A)に示す本発明装置の場合には、
ウエハWの直上における反応副生成物の濃度は50〜6
0×10-6mol/m3 程度であるのに対して、図5
(B)に示す従来装置の場合には75〜85×10-6
ol/m3 程度であり、本発明装置の場合の方がかなり
低い濃度となっている。すなわち、本発明装置の場合の
方が原料ガスの噴射速度が速いので、反応副生成物の排
除効率が高くなっていることが判明する。
On the other hand, as apparent from FIG. 5, the concentration of the reaction by-product gradually increases from the shower head portion 60 toward the surface of the wafer W. And in the case of the device of the present invention shown in FIG.
The concentration of the reaction by-product immediately above the wafer W is 50 to 6
In contrast to about 0 × 10 −6 mol / m 3 , FIG.
75-85 × 10 −6 m in the case of the conventional device shown in FIG.
ol / m 3 , which is much lower in the case of the apparatus of the present invention. That is, it is found that the efficiency of removing the reaction by-products is higher in the case of the apparatus of the present invention because the injection speed of the raw material gas is higher.

【0026】次に、図4及び図5に示した場合と同様
に、8インチサイズのウエハに対して成膜処理を行なう
際に、シャワーヘッド部の原料ガス噴射孔の形成領域の
直径D1(図2参照)を種々変更した時のシミュレーシ
ョンを行なったので、その時の評価結果について説明す
る。濃度測定は、ウエハ面の直上において原料ガス、C
3 CHO(反応副生成物)についてそれぞれ行ない、
また、成膜レートについても測定を行なった。尚、酸化
性ガス噴射孔の形成領域の直径D1は図4及び図5に示
した場合と同様に8インチである。まず、図6はウエハ
面上における原料ガス濃度のシミュレーション結果を示
すグラフである。図中、曲線A〜Dは原料ガス濃度を示
し、曲線E〜HはO2 ガス濃度を示す。また、各曲線に
対応して記載された数値の内、左側の数値は原料ガス噴
射孔の形成領域D1の直径(インチ)を示し、右側の数
値はウエハサイズ或いは酸化性ガス噴射孔の形成領域D
2の直径(インチ)を示す。従って、例えば8−8の場
合には、従来装置のシャワーヘッド部を表し、6−8の
場合は本発明装置の典型例を表している。この表示方法
は、図7及び図8においても同様である。
Next, similarly to the case shown in FIGS. 4 and 5, when a film forming process is performed on an 8-inch wafer, the diameter D1 ( Simulations were performed when various changes were made to FIG. 2), and the evaluation results at that time will be described. The concentration was measured by measuring the source gas and C directly above the wafer surface.
H 3 CHO (reaction by-product)
Further, the film formation rate was also measured. The diameter D1 of the region where the oxidizing gas injection holes are formed is 8 inches as in the case shown in FIGS. First, FIG. 6 is a graph showing a simulation result of a source gas concentration on a wafer surface. In the figure, curves A to D show the source gas concentrations, and curves E to H show the O 2 gas concentrations. Further, among the numerical values described corresponding to each curve, the numerical value on the left side indicates the diameter (inch) of the formation region D1 of the source gas injection holes, and the numerical value on the right side indicates the wafer size or the formation region of the oxidizing gas injection holes. D
2 indicates the diameter (inches). Therefore, for example, 8-8 indicates a shower head portion of the conventional apparatus, and 6-8 indicates a typical example of the apparatus of the present invention. This display method is the same in FIG. 7 and FIG.

【0027】さて、図6において明らかなように原料ガ
スの濃度分布(曲線A〜D)に関しては、ウエハ中心よ
り80mm〜100mmの範囲内において急激に濃度が
低下している。また、ウエハ中心〜80mmの間では、
曲線D(従来装置)は濃度が低くて良好ではない。これ
に対して、曲線C、B、Aの順で、すなわち直径D1が
小さくなる程、ウエハ面の直上における原料ガス濃度が
高くなって良好な結果を示している。図7はウエハ面上
における反応副生成物(CH3 CHO)濃度のシミュレ
ーション結果を示すグラフである。従来装置を示す曲線
E(8−8)にあっては全体的に反応副生成物の濃度は
7.0×10-7mol/m3 以上となって高く、あまり
良好な結果ではない。これに対して、本発明に係る曲線
F〜Hではウエハ中周部から中心部にかけて濃度は6.
0×10-7mol/m3 以下になって小さくなってお
り、また、この順序で反応副生成物の濃度が次第に小さ
くなっており、ウエハ周辺部にて濃度が次第に高くなっ
ている。従って、直径D1(図2参照)が小さくなる
程、原料ガスの噴射速度が大きくなるので、ウエハ中心
部及び周辺部における反応副生成物を排除する効果が増
大することが判明する。
As shown in FIG. 6, the concentration distribution of the source gas (curves A to D) sharply decreases within a range of 80 mm to 100 mm from the center of the wafer. Also, between the center of the wafer and 80 mm,
Curve D (conventional device) is not good due to low density. On the other hand, in the order of the curves C, B, and A, that is, as the diameter D1 becomes smaller, the raw material gas concentration immediately above the wafer surface becomes higher, showing a good result. FIG. 7 is a graph showing a simulation result of a reaction by-product (CH 3 CHO) concentration on a wafer surface. In the curve E (8-8) showing the conventional apparatus, the concentration of the reaction by-products as a whole is as high as 7.0 × 10 −7 mol / m 3 or more, which is not a very good result. On the other hand, in the curves F to H according to the present invention, the concentration is 6. from the center to the center of the wafer.
The concentration is reduced to 0 × 10 −7 mol / m 3 or less, and the concentration of the reaction by-product is gradually reduced in this order, and the concentration is gradually increased in the peripheral portion of the wafer. Therefore, as the diameter D1 (see FIG. 2) decreases, the injection speed of the source gas increases, and it is found that the effect of eliminating the reaction by-products in the central portion and the peripheral portion of the wafer increases.

【0028】図8はウエハ面内の酸化タンタル膜の成膜
レートのシミュレーション結果を示すグラフである。こ
のグラフから明らかなように、従来装置を示す曲線L
(8−8)の場合には、ウエハ中心部では1.10nm
/min、ウエハ周辺部では0.95nm/minであ
り、両者にそれ程成膜レートに差はなく、良好である。
また、本発明装置を示す曲線K〜Iは、前述のように原
料ガス濃度がウエハ中心部で高くなるので、上記順序で
ウエハ中心部における成膜レートが高くなり、最も成膜
レートが大きい曲線Iの場合には中心部の成膜レートが
1.20nm/minになる。しかしながら、この場合
には、ウエハ周辺部での成膜レートである0.95nm
/minとの差が0.25nm/minであり、この程
度であるならば、成膜の面内均一性をそれ程劣化させる
こともなく、許容範囲内である。また、これ以上、ウエ
ハ中心部と周辺部との成膜レートとの差が大きくなる
と、成膜の面内均一性が劣化して好ましくない。従っ
て、以上の結果より図2中における直径D1とD2との
比D1/D2は5/8〜7/8の範囲内に設定すること
が必要であり、好ましくは6/8程度に設定するのがよ
いことが判明する。上記シミュレーションは8インチサ
イズのウエハを例にとって説明したが、この直径の比D
1/D2の適用範囲はウエハサイズに関係なく、12イ
ンチサイズ、6インチサイズ或いはそれ以外のサイズの
ウエハを処理する場合にも適用できるのは勿論である。
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of a deposition rate of a tantalum oxide film in a wafer surface. As is clear from this graph, a curve L indicating the conventional device is shown.
In the case of (8-8), the central portion of the wafer is 1.10 nm.
/ Min, and 0.95 nm / min in the peripheral portion of the wafer.
The curves K to I showing the apparatus of the present invention are curves in which the source gas concentration increases in the central portion of the wafer as described above, and thus the film forming rate in the central portion of the wafer increases in the above order, and In the case of I, the film forming rate at the center becomes 1.20 nm / min. However, in this case, the film formation rate at the periphery of the wafer is 0.95 nm.
/ Min is 0.25 nm / min, which is within the allowable range without significantly deteriorating the in-plane uniformity of the film formation. Further, if the difference between the film forming rates at the central portion and the peripheral portion of the wafer is further increased, the in-plane uniformity of the film is undesirably deteriorated. Therefore, from the above results, it is necessary to set the ratio D1 / D2 between the diameters D1 and D2 in FIG. 2 within a range of 5/8 to 7/8, and preferably set to about 6/8. Turns out to be good. In the above simulation, an 8-inch wafer has been described as an example.
The application range of 1 / D2 is of course applicable to processing wafers of 12-inch size, 6-inch size or other sizes regardless of the wafer size.

【0029】尚、上記実施例では、酸化性ガスとしてO
2 を用いたが、これに限定されず、O3 、N2 O、N
O、気化状態のアルコール等を用いてもよい。また、金
属含有膜としては、TiN、WN等の金属窒化膜、或い
はPt、Ru、Ir、Ti等の金属膜を成膜する場合に
も用いることができる。この場合、金属含有原料ガスと
して錯体化合物であるTris(pentanedio
nato)iridium:C5723 Ir、T
etrakis(diethylamido)tita
nium:[(CH3 CH22 N]4 Ti、Bis
(cyclopentadienyl)rutheni
um:(C552 Ru、Methylcyclop
entadienyl(trimethyl)plat
inum:(CH334 )(CH33 Pt等を用
いることができる。
In the above embodiment, O is used as the oxidizing gas.
2 , but not limited thereto, O 3 , N 2 O, N
O, vaporized alcohol, or the like may be used. Further, as the metal-containing film, a metal nitride film such as TiN or WN or a metal film such as Pt, Ru, Ir, or Ti can be used. In this case, the complex compound Tris (pentanedio) is used as the metal-containing source gas.
nato) iridium: C 5 H 7 O 2) 3 Ir, T
etakis (diethylamido) tita
Nium: [(CH 3 CH 2 ) 2 N] 4 Ti, Bis
(Cyclopentadienyl) rutheni
um: (C 5 H 5) 2 Ru, Methylcyclop
entadienyl (trimethyl) plat
inum: (CH 3 C 3 H 4 ) (CH 3 ) 3 Pt or the like can be used.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜装置
及び成膜方法によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。原料ガス噴射孔の形成領域を被処
理体の上面に対応する面積よりも小さく設定して、その
分原料ガスの噴射速度を上げるようにし、更に酸化性ガ
ス噴射孔の形成領域を、被処理体の上面に対応する面積
と略同じか、或いはこれよりも広い領域となるように設
定して酸化性ガスを供給するようにしたので、被処理体
の表面の直上における原料ガス濃度を上げることができ
ると共に、反応副生成物の濃度を減少させることができ
る。従って、成膜中に含まれる反応副生成物の量を抑制
することができるので、膜厚の面内均一性を劣化させる
ことなくこの絶縁耐圧特性を向上させることができる。
特に、原料ガス噴射孔の形成領域の直径を、被処理体の
上面の直径の5/8〜7/8の範囲内に設定することに
より、上記した絶縁耐圧特性を一層高めることができ
る。
As described above, according to the film forming apparatus and the film forming method of the present invention, the following excellent functions and effects can be exhibited. The region where the source gas injection holes are formed is set smaller than the area corresponding to the upper surface of the object to be processed, so that the injection speed of the source gas is increased correspondingly, and the oxidizing gas is further increased.
The area where the injection holes are formed has an area corresponding to the upper surface of the workpiece.
The area should be approximately the same as or larger than this.
Since the oxidizing gas is supplied constantly, the concentration of the raw material gas directly above the surface of the object can be increased and the concentration of the reaction by-product can be reduced. Therefore, the amount of reaction by-products contained during the film formation can be suppressed, so that the withstand voltage characteristics can be improved without deteriorating the in-plane uniformity of the film thickness.
In particular, by setting the diameter of the region where the source gas injection holes are formed to be within the range of / to / of the diameter of the upper surface of the object to be processed, the above-mentioned dielectric strength characteristics can be further enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る成膜装置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a film forming apparatus according to the present invention.

【図2】図1中に示すシャワーヘッド部のガス噴射面を
示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a gas ejection surface of a shower head shown in FIG.

【図3】本発明装置と従来装置を用いて絶縁膜として成
膜された酸化タンタルの評価結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing evaluation results of tantalum oxide formed as an insulating film using the apparatus of the present invention and a conventional apparatus.

【図4】原料ガス(Ta2 (OC255 :Pet)
の濃度分布を示す図である。
FIG. 4 Source gas (Ta 2 (OC 2 H 5 ) 5 : Pet)
FIG. 5 is a diagram showing a density distribution of the present invention.

【図5】反応副生成物(CH3 CHO)の濃度分布を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a concentration distribution of a reaction by-product (CH 3 CHO).

【図6】原料ガスの濃度分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a concentration distribution of a source gas.

【図7】ウエハ面上における反応副生成物(CH3 CH
O)濃度のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 7 shows a reaction by-product (CH 3 CH) on a wafer surface.
It is a graph which shows the simulation result of O) density | concentration.

【図8】ウエハ面内の酸化タンタル膜の成膜レートのシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of a deposition rate of a tantalum oxide film in a wafer surface.

【図9】酸化タンタル膜を形成する時の従来の成膜装置
を示す概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional film forming apparatus when forming a tantalum oxide film.

【図10】図9の成膜装置内のシャワーヘッド部のガス
噴射面を示す平面図である。
10 is a plan view showing a gas injection surface of a shower head in the film forming apparatus of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 成膜装置 16 処理容器 30 載置台 60 シャワーヘッド部 66 ガス噴射面 68 原料ガス噴射孔 70 酸化性ガス噴射孔 72 原料ガス用ヘッド空間 74 酸化性ガス用ヘッド空間 84W 半導体ウエハと同じ面積の領域 86 領域 W 半導体ウエハ(被処理体) DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Film-forming apparatus 16 Processing container 30 Mounting table 60 Shower head part 66 Gas injection surface 68 Source gas injection hole 70 Oxidizing gas injection hole 72 Head space for source gas 74 Head space for oxidizing gas 84W The area of the same area as a semiconductor wafer 86 area W semiconductor wafer (object to be processed)

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/31 - 21/318 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/00-16/56 H01L 21/205 H01L 21/31-21/318 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理
容器内の天井部に設けたシャワーヘッド部へ供給し、前
記両ガスを前記シャワーヘッド部の下面のガス噴射面に
設けた原料ガス噴射孔及び酸化性ガス噴射孔からそれぞ
別々に前記処理容器内へ導入して、前記処理容器内の
載置台上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形
成する成膜装置において、前記原料ガス噴射孔の形成領
域を、前記載置台上の被処理体の上面に対応する面積よ
りも小さく設定して前記原料ガス噴射孔からの前記金属
含有原料ガスの噴射速度を高めるようにすると共に、前
記酸化性ガス噴射孔の形成領域を、前記被処理体の上面
に対応する面積と略同じか、或いはこれよりも広い領域
となるように設定したことを特徴とする成膜装置。
1. A metal-containing source gas and an oxidizing gas are supplied to a shower head provided on a ceiling in a processing vessel, and the two gases are supplied on a gas injection surface on a lower surface of the shower head. In a film forming apparatus for introducing a metal-containing film on a surface of a processing target placed on a mounting table in the processing container by separately introducing the processing hole from the injection hole and the oxidizing gas injection hole into the processing container. The area for forming the source gas injection holes is set smaller than the area corresponding to the upper surface of the object to be processed on the mounting table, so as to increase the injection speed of the metal-containing source gas from the source gas injection holes. Before and
The formation region of the oxidizing gas injection hole is located on the upper surface of the object to be processed.
Area approximately equal to or larger than the area corresponding to
A film forming apparatus characterized by being set so as to be as follows.
【請求項2】 前記原料ガス噴射孔の形成領域の直径
は、前記被処理体の上面の直径の5/8〜7/8の範囲
内に設定されていることを特徴とする請求項1記載の成
膜装置。
Wherein the diameter of the forming regions of the source gas injection holes, according to claim 1 Symbol, wherein the set in the range of 5 / 8-7 / 8 of the diameter of the upper surface of the object Film forming equipment.
【請求項3】 前記金属含有原料ガスは金属アルコキシ
ド(Ta(OC255 )であり、前記金属含有膜は
Ta25 膜であり、前記酸化性ガスはO2 ガスである
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。
3. The metal-containing source gas is a metal alkoxide (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ), the metal-containing film is a Ta 2 O 5 film, and the oxidizing gas is an O 2 gas. the deposition apparatus according to claim 1 or 2, characterized in.
【請求項4】 金属含有原料ガスと酸化性ガスとを処理
容器内の天井部に設けたシャワーヘッド部へ供給し、前
記両ガスを前記シャワーヘッド部の下面のガス噴射面に
設けた原料ガス噴射孔及び酸化性ガス噴射孔からそれぞ
別々に前記処理容器内へ導入して、前記処理容器内の
載置台上に載置された被処理体の表面に金属含有膜を形
成する成膜方法において、前記被処理体の上面の面積よ
りも内側の狭い領域に向けて前記原料ガス噴射孔から前
記金属含有原料ガスを噴射させてこの噴射速度を高める
ようにすると共に、前記被処理体の上面の面積と略同じ
か、或いはこれよりも広い領域に向けて前記酸化性ガス
噴射孔から前記酸化性ガスを噴射するようにしたことを
特徴とする成膜方法。
4. A metal-containing source gas and an oxidizing gas are supplied to a shower head provided on a ceiling in a processing vessel, and the two gases are supplied on a gas injection surface on a lower surface of the shower head. In a film forming method for forming a metal-containing film on a surface of a processing object mounted on a mounting table in the processing container by separately introducing the processing hole from the injection hole and the oxidizing gas injection hole into the processing container, the by injecting the raw material gas injection holes or found before <br/> Symbol metal-containing raw material gas toward the inner narrow area than the area of the upper surface of the workpiece as well as to enhance the injection speed, the Approximately the area of the top surface of the object
Or the oxidizing gas for a wider area.
A film forming method, wherein the oxidizing gas is injected from an injection hole .
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