JP3356871B2 - Thin film production method and apparatus - Google Patents

Thin film production method and apparatus

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JP3356871B2 JP08261694A JP8261694A JP3356871B2 JP 3356871 B2 JP3356871 B2 JP 3356871B2 JP 08261694 A JP08261694 A JP 08261694A JP 8261694 A JP8261694 A JP 8261694A JP 3356871 B2 JP3356871 B2 JP 3356871B2
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司 小林
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は熱CVD法による薄膜
作製方法および装置に関し、特に、薄膜の堆積開始時刻
を判断する手法に特徴のある薄膜作製方法および装置に
関する。この発明は、半導体集積回路、各種表示デバイ
ス、各種センサー、電子部品などにおける配線用の金属
薄膜を作製する方法および装置に有用である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a thin film by a thermal CVD method, and more particularly to a method and an apparatus for producing a thin film which are characterized by a method of judging a thin film deposition start time. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a method and an apparatus for producing a metal thin film for wiring in a semiconductor integrated circuit, various display devices, various sensors, electronic components, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、半導体集積回路の作製技術におい
て、配線部を構成する金属薄膜は、アルミニウム合金を
スパッタリングすることによって作製されている。しか
し、このアルミニウム合金は、通電によってアルミニウ
ム原子が移動してしまう現象(エレクトロマイグレーシ
ョンと呼ばれている。)や、ストレスによって同様にア
ルミニウム原子が移動してしまう現象(ストレスマイグ
レーションと呼ばれている。)が生じ易い欠点がある。
この欠点は、半導体集積回路の集積度の増加に伴う配線
幅の減少が進むにつれて、顕著な問題点となってきた。
また、半導体集積回路は、集積度の上昇とともに素子の
動作速度の高速化が求められ、配線部分の、より一層の
低抵抗化が必要となっている。
2. Description of the Related Art At present, in a technique for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a metal thin film constituting a wiring portion is manufactured by sputtering an aluminum alloy. However, in this aluminum alloy, a phenomenon in which aluminum atoms move due to energization (called electromigration) and a phenomenon in which aluminum atoms move similarly due to stress (called stress migration). ) Tends to occur.
This drawback has become a significant problem as the wiring width has been reduced with the increase in the degree of integration of semiconductor integrated circuits.
In addition, as the degree of integration of semiconductor integrated circuits increases, the operation speed of elements must be increased, and the resistance of the wiring portion must be further reduced.

【0003】このような点を改善するために、低抵抗で
耐マイグレーション特性が良好な材料による配線技術の
開発が必要となってきた。このような配線材料として
は、アルミニウムよりも低抵抗で耐マイグレーション特
性が良好な銅が有望である。しかし、銅を使用した配線
技術は、アルミニウムの場合とは異なった問題がある。
その大きな問題点としては、薄膜を所定の微細な配線形
状に加工するためのドライエッチングが銅に対しては困
難であり、銅薄膜の微細加工特性が悪い点が挙げられ
る。
In order to improve such a point, it is necessary to develop a wiring technique using a material having low resistance and good migration resistance. As such a wiring material, copper having lower resistance and better migration resistance than aluminum is promising. However, the wiring technology using copper has a different problem from that of aluminum.
The major problem is that dry etching for processing the thin film into a predetermined fine wiring shape is difficult for copper, and the fine processing characteristics of the copper thin film are poor.

【0004】ところで、銅のようにドライエッチングが
困難な配線材料に対する微細パターン形成方法としてダ
マシン法と呼ばれる手法が報告されている。すなわち、
絶縁膜(主に酸化シリコン膜)に、所定の配線形状とな
るような溝状のパターンをあらかじめ形成して、金属膜
をこの溝内に埋め込むように堆積させて、その後、金属
膜を絶縁膜の表面まで機械研磨することにより、金属膜
を所定の微細な配線形状に形成する方法である。この手
法のポイントは、絶縁膜に形成した溝状のパターン内に
所定の金属薄膜を堆積させなくてはならないことであ
る。
A technique called a damascene method has been reported as a method for forming a fine pattern on a wiring material which is difficult to dry-etch such as copper. That is,
A groove-shaped pattern having a predetermined wiring shape is formed in advance on an insulating film (mainly a silicon oxide film), and a metal film is deposited so as to be embedded in the groove. Is a method of forming a metal film into a predetermined fine wiring shape by mechanically polishing the surface of the metal film. The point of this technique is that a predetermined metal thin film must be deposited in a groove-like pattern formed in an insulating film.

【0005】しかし、従来から用いられてきたスパッタ
リング法では、このような微細な溝状のパターン内に金
属薄膜を完全には埋め込むことができない。
However, the conventional sputtering method cannot completely embed a metal thin film in such a fine groove pattern.

【0006】これに対して、基板を加熱して、この熱に
より原料ガスを化学反応させて基板の表面に目的の薄膜
を堆積する熱CVD法は、このような微細な溝状のパタ
ーン内へも金属薄膜を完全に埋め込むことができること
で知られている。したがって、熱CVD法とダマシン法
とを組み合わせれば、ドライエッチング工程を用いるこ
となく、銅の微細パターン形成が可能となった。
On the other hand, a thermal CVD method in which a substrate is heated and a source gas is chemically reacted by the heat to deposit a target thin film on the surface of the substrate is used in such a fine groove pattern. It is also known that a metal thin film can be completely embedded. Therefore, when the thermal CVD method and the damascene method are combined, a fine copper pattern can be formed without using a dry etching step.

【0007】ところで、熱CVD法による薄膜作製の問
題点として、堆積膜厚の制御の精度の問題がある。堆積
膜厚の制御は、一般に、次のようにして行われている。
堆積中は膜の堆積速度が一定であるとものと仮定して、
「堆積膜厚=堆積速度×堆積時間」の式に基づいて、目
的とする堆積膜厚に対して必要な堆積時間を求めること
ができる。ここで、堆積時間とは、成膜の開始時刻から
終了時刻までの時間である。堆積速度は予備実験などを
実施することによって予測することができるので、堆積
膜厚を精密に制御するには、堆積時間をできるだけ正確
に制御することが必要である。
[0007] As a problem of thin film production by the thermal CVD method, there is a problem of accuracy in controlling a deposited film thickness. The control of the deposited film thickness is generally performed as follows.
Assuming that the deposition rate of the film is constant during deposition,
Based on the expression “deposited film thickness = deposition rate × deposition time”, the required deposition time for the target deposited film thickness can be obtained. Here, the deposition time is a time from the start time to the end time of the film formation. Since the deposition rate can be predicted by performing preliminary experiments and the like, it is necessary to control the deposition time as accurately as possible in order to precisely control the deposited film thickness.

【0008】スパッタリング法を用いた場合、成膜の開
始時刻と終了時刻は、基板とターゲットの間に配置され
るシャッターの開閉によって正確に制御できる。このシ
ャッターの開閉速度は、堆積速度に比較して高速なた
め、堆積時間を正確に制御することは容易である。
When the sputtering method is used, the start time and the end time of film formation can be accurately controlled by opening and closing a shutter disposed between the substrate and the target. Since the opening and closing speed of the shutter is higher than the deposition speed, it is easy to accurately control the deposition time.

【0009】これに対して、熱CVD法では、成膜の開
始と終了を、基板の温度制御(基板温度が所定温度まで
上昇した時点を成膜の開始時刻とし、基板温度が所定温
度まで低下した時点を成膜の終了時刻とする)によって
達成するか、あるいは原料ガスの供給制御(供給開始時
点を成膜の開始時刻とし、供給停止時点を成膜の終了時
刻とする)によって達成するか、の二通りの方法があ
る。後者の制御の方が高速なため、通常は、成膜の開始
と終了を、原料ガスの供給制御によって行うことが多
い。
On the other hand, in the thermal CVD method, the start and end of the film formation are controlled by controlling the temperature of the substrate (the time when the substrate temperature rises to a predetermined temperature is defined as the start time of the film formation, and the substrate temperature is lowered to the predetermined temperature Is achieved by controlling the time when the film formation is completed) or by controlling the supply of the raw material gas (the time when the supply is started is defined as the start time of the film formation and the time when the supply is stopped is defined as the end time of the film formation). , There are two ways. Since the latter control is faster, the start and end of the film formation are often performed by controlling the supply of the source gas.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱CV
D法における上述の二通りの堆積時間制御方法のどちら
を用いたとしても、特に堆積開始時刻を正確に特定する
のが難しいという欠点がある。したがって、堆積時間を
正確に制御することが難しく、所望の膜厚を再現性良く
得るのが困難である。
However, thermal CV
Either of the above two methods of controlling the deposition time in the method D has a disadvantage that it is particularly difficult to accurately specify the deposition start time. Therefore, it is difficult to accurately control the deposition time, and it is difficult to obtain a desired film thickness with good reproducibility.

【0011】熱CVD法において堆積開始時刻を決定す
るのが困難なのは次のような理由による。熱CVD法に
おいて、金属薄膜の堆積初期には、原料ガスが供給され
ても堆積の全く観察されない空白の時間がしばしば存在
する。例えば、アルミニウムの堆積の際には、結晶の成
長に必要な結晶核が生じるまでに、比較的長い時間がか
かる。この空白時間が、なかなか制御できない。一度結
晶核が生ずると、その後は、原料ガスが供給される限
り、経過時間に比例した厚みの膜が形成される。したが
って、核形成の開始時刻を知ることが堆積時間制御の要
点である。
The reason why it is difficult to determine the deposition start time in the thermal CVD method is as follows. In the thermal CVD method, there is often a blank time in which no deposition is observed even when the source gas is supplied, at the initial stage of deposition of the metal thin film. For example, when depositing aluminum, it takes a relatively long time before crystal nuclei necessary for crystal growth are generated. This blank time is hard to control. Once the crystal nuclei are generated, thereafter, a film having a thickness proportional to the elapsed time is formed as long as the source gas is supplied. Therefore, knowing the start time of nucleation is the key to the deposition time control.

【0012】この発明は、上述の問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、熱CVD法による
薄膜作製において、薄膜の堆積開始時刻を正確に判断で
きるようにして、堆積時間を精度良く制御し、ひいては
膜厚を精度良く制御することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to make it possible to accurately determine the start time of deposition of a thin film in the production of a thin film by a thermal CVD method. Is to be controlled with high accuracy, and thus the film thickness is to be accurately controlled.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本願発明者は、熱CVD
法において、基板の表面に薄膜が堆積し始めるときに堆
積表面からの放射光の状態が変化することを見いだした
ものであり、この放射光の変化をとらえて堆積開始時刻
を判断することに思い至ったものである。すなわち、こ
の発明の薄膜作製方法は、基板を加熱して、この熱によ
り原料ガスを化学反応させて、基板の表面に薄膜を堆積
する熱CVD法において、基板の堆積表面からの放射光
を検出し、その検出値の時間的変化に基づいて薄膜の堆
積開始時刻を判断している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has proposed a thermal CVD method.
The method found that the state of radiation emitted from the deposition surface changed when the thin film began to deposit on the surface of the substrate, and we thought that this change in radiation would be used to determine the deposition start time. It has been reached. That is, according to the thin film manufacturing method of the present invention, in a thermal CVD method in which a substrate is heated and a raw material gas is chemically reacted by the heat to deposit a thin film on the surface of the substrate, light emitted from the deposition surface of the substrate is detected. Then, the deposition start time of the thin film is determined based on a temporal change of the detected value.

【0014】放射光を検出するには各種の手法がある。
一般に放射温度計と呼ばれているものは、この発明にお
ける放射光検出に有効に利用できる。また、各種の放射
計も利用できる。放射温度計は、物体の熱放射を観測し
て物体のみかけの温度を測定する装置であって、黒体放
射の輝度を観測したときに黒体の真の温度を与えるよう
に校正されているのが普通である。したがって、物体の
みかけの温度(測定温度)から真の温度を求めるには、
物体の放射率や観測経路での放射の透過率の実効的な値
が必要となる。放射温度計の種類としては、光高温計や
光電温度計がある。光高温計は、物体の熱放射の可視領
域の一つの波長域についての輝度を観測して、輝度温度
を測定するものである。光電温度計は、光電管や光電増
倍管によって、物体の熱放射の可視ないし近赤外域のか
なり広い波長域の輝度を観測するものである。放射計
は、放射のエネルギーや照度を測定するものであって、
各種の検出素子が用いられている。この放射計のうち、
精密なものは放射温度計としても用いられる。
There are various methods for detecting emitted light.
What is generally called a radiation thermometer can be effectively used for detecting radiation light in the present invention. Various radiometers can also be used. A radiation thermometer is a device that measures the apparent temperature of an object by observing the heat radiation of the object, and is calibrated to give the true temperature of the black body when observing the brightness of the black body radiation Is common. Therefore, to determine the true temperature from the apparent temperature of the object (measured temperature),
Effective values of the emissivity of the object and the transmittance of the radiation in the observation path are required. Examples of the radiation thermometer include an optical pyrometer and a photoelectric thermometer. The optical pyrometer measures the luminance temperature by observing the luminance in one wavelength range of the visible region of the thermal radiation of the object. The photoelectric thermometer is for observing the luminance of heat radiation of an object in a considerably wide wavelength range from the visible to the near-infrared using a photoelectric tube or a photomultiplier tube. Radiometers measure the energy and illuminance of radiation,
Various detection elements are used. Of this radiometer,
Precise ones are also used as radiation thermometers.

【0015】この発明では、基板の堆積表面の温度自体
や放射エネルギー自体を正確に測定することは必要では
なく、放射光の状態の時間的変化だけを検出できればよ
い。したがって、基本的には、どのような形式の放射温
度計や放射計を用いてもよい。また、みかけの温度から
真の温度を求める必要もないので、基板の堆積表面の放
射率や、観測経路での放射の透過率を知る必要もない。
In the present invention, it is not necessary to accurately measure the temperature itself and the radiant energy itself of the deposition surface of the substrate, and it is sufficient to detect only a temporal change in the state of the radiated light. Therefore, basically, any type of radiation thermometer or radiometer may be used. Also, since it is not necessary to determine the true temperature from the apparent temperature, there is no need to know the emissivity of the deposition surface of the substrate or the transmittance of radiation in the observation path.

【0016】放射光検出値の時間的変化を求めるには、
次のようにするのが好ましい。すなわち、放射光の検出
値を所定の時間間隔でサンプリングし、直近の複数のサ
ンプリングデータを用いて放射光検出値の移動平均を求
め、この移動平均の時間微分値が所定のしきい値を越え
た時点を堆積開始時刻とする。放射光の検出値は、一般
に、信号に対するノイズの比率が比較的大きく、特に基
板温度が比較的低い場合にはS/N比はあまり大きくと
れない。そこで、上述のように移動平均を用いてノイズ
をカットしてから時間微分値を求めることにより、ノイ
ズの影響を少なくできる。
In order to determine the temporal change in the detected value of the emitted light,
The following is preferred. That is, the detected values of the emitted light are sampled at predetermined time intervals, a moving average of the detected values of the emitted light is obtained using a plurality of latest sampling data, and the time derivative of the moving average exceeds a predetermined threshold value. The time when the deposition starts is defined as the deposition start time. In general, the detected value of the emitted light has a relatively large ratio of noise to signal, and particularly when the substrate temperature is relatively low, the S / N ratio cannot be so large. Therefore, the influence of the noise can be reduced by calculating the time differential value after cutting the noise using the moving average as described above.

【0017】上述の微分法の代わりにウインドウトリガ
ー法を用いて堆積開始時刻を判断してもよい。図7の
(A)はウインドウトリガー法の原理を説明するグラフ
である。縦軸に放射光検出値、横軸に時間をとったグラ
フにおいて、高さが2H、幅がWのウインドウを設定す
る。そして、ウインドウの左辺の高さ方向の中点をウイ
ンドウの原点と定義する。放射光検出値のデータ線62
上の点58でウインドウを作るには、点58を原点とす
るようなウインドウ50を設定すればよい。すなわち、
点58において上下にそれぞれ高さH、右方向に幅Wの
ウインドウ50ができる。データ線62は、その後、ウ
インドウ50の上辺52、右辺54、下辺56のいずれ
かを通過することになる。そして、データ線62がウイ
ンドウ62を通過したら、その点60において次のウイ
ンドウ59を作る。このようにして、順次ウインドウを
形成していく。以下、データ線62が上辺52を通過し
たときのウインドウを上昇ウインドウ、右辺54を通過
したときのウインドウを定常ウインドウ、下辺56を通
過したときのウインドウを下降ウインドウと呼ぶことに
する。図示したウインドウ50は下降ウインドウであ
る。
The deposition start time may be determined by using a window trigger method instead of the above-described differential method. FIG. 7A is a graph illustrating the principle of the window trigger method. In a graph in which the vertical axis represents the detected value of the emitted light and the horizontal axis represents time, a window having a height of 2H and a width of W is set. Then, the midpoint in the height direction of the left side of the window is defined as the origin of the window. Synchrotron radiation detection value data line 62
To create a window at the upper point 58, a window 50 having the point 58 as the origin may be set. That is,
At the point 58, a window 50 having a height H above and below and a width W toward the right is formed. Thereafter, the data line 62 passes through one of the upper side 52, the right side 54, and the lower side 56 of the window 50. Then, when the data line 62 passes through the window 62, a next window 59 is created at the point 60. In this way, windows are sequentially formed. Hereinafter, a window when the data line 62 passes through the upper side 52 is referred to as an ascending window, a window when passing through the right side 54 is referred to as a stationary window, and a window when passing through the lower side 56 is referred to as a descending window. The illustrated window 50 is a descending window.

【0018】ウインドウトリガー法によってデータ線6
2の意味のある変化を判定するためには、次のような手
法を用いる。すなわち、それまで定常ウインドウが続い
ていた場合に、上昇ウインドウが2回連続して生じた
ら、その時点をデータ線の上昇開始時刻と判断する。同
様に、下降ウインドウが2回連続して続いたら、その時
点をデータ線の下降開始時刻と判断する。これにより、
ノイズによるデータ線の変化を無視することができる。
本発明では、放射光検出値のデータ線62が上昇を開始
した時刻、または下降を開始した時刻のいずれかを判定
できた場合に、その時刻を薄膜の堆積開始時刻としてい
る。上述の「2回連続して」の判定条件を、「3回連続
して」のように、2回以上の任意の連続回数に変更して
もよい。
The data line 6 is formed by the window trigger method.
In order to determine the meaningful change of 2, the following method is used. In other words, if the rising window occurs twice consecutively in the case where the steady window has continued up to that time, that time is determined as the rising start time of the data line. Similarly, if the descending window continues two times in succession, that point is determined as the descending start time of the data line. This allows
Changes in the data line due to noise can be ignored.
In the present invention, when it is possible to determine either the time at which the data line 62 of the emission light detection value starts rising or the time at which the data line 62 starts falling, the time is set as the deposition start time of the thin film. The above-described determination condition of “two consecutive times” may be changed to an arbitrary number of consecutive times of two or more times, such as “three consecutive times”.

【0019】このウインドウトリガー法は、比較的ノイ
ズを多く含むデータの変化を検出するのに適しており、
しかも、データの移動平均をとるなどの平滑化処理をす
ることなく、生データのままで変化時刻の判定が可能に
なる利点がある。なお、ウインドウトリガー法の原理自
体は、例えば、米国特許第5190614号明細書に開
示されている。
The window trigger method is suitable for detecting a change in data including a relatively large amount of noise.
In addition, there is an advantage that the change time can be determined without changing the raw data without performing a smoothing process such as taking a moving average of the data. The principle of the window trigger method itself is disclosed in, for example, US Pat. No. 5,190,614.

【0020】この発明では、基板の堆積表面からの放射
光を検出しているが、基板の形状および材質は特に限定
されない。したがって、シリコンウェーハのような薄い
板状の基板に限らず、どのような形状の基板でもよく、
また、基板の材質も、堆積すべき膜との関係が特に問題
となることはなく、どのようなものでもよい。
In the present invention, radiation emitted from the deposition surface of the substrate is detected, but the shape and material of the substrate are not particularly limited. Therefore, the substrate is not limited to a thin plate-like substrate such as a silicon wafer, and may have any shape.
The material of the substrate does not particularly matter in relation to the film to be deposited, and may be any material.

【0021】この発明は、熱CVD法による金属薄膜作
製に適しており、その場合、原料ガスとしては有機金属
化合物を用いることができる。例えば、原料ガスとして
アルミニウムの有機金属化合物を用いてアルミニウムの
薄膜を堆積できる。アルミニウムの有機金属化合物とし
てはトリイソブチルアルミニウム:略称TIBA:化学
式C1227Alや、水素化ジメチルアルミニウム:略称
DMAH:化学式C27Al、トリメチルアルミニウ
ム:化学式C39Al、トリエチルアルミニウム:化学
式C615Alを用いることができる。
The present invention is suitable for forming a metal thin film by a thermal CVD method. In this case, an organic metal compound can be used as a raw material gas. For example, a thin film of aluminum can be deposited using an organometallic compound of aluminum as a source gas. Triisobutylaluminum as the organometallic compound of aluminum: Abbreviation TIBA: Formula and C 12 H 27 Al, dimethyl aluminum hydride: Abbreviation DMAH: Chemical formula C 2 H 7 Al, trimethyl aluminum: Chemical formula C 3 H 9 Al, triethylaluminum: Chemical formula C 6 H 15 Al can be used.

【0022】また、原料ガスとして有機金属錯体を用い
て金属薄膜を作製できる。例えば、原料ガスとして銅の
有機金属錯体を用いて銅薄膜を堆積できる。銅の有機金
属錯体としては、ヘキサフルオロアセチルアセトナトト
リメチルビニルシラン銅(I):略称Cu(hfac)
(tmvs):化学式C1013CuF62Siや、ヘキ
サフルオロアセチルアセトナト銅(I)2−ブチン:化
学式C85CuF62、ヘキサフルオロアセチルアセト
ナト銅(I)トリエチルホスフィン:化学式C1116
uF62P、ビストリメチルシリルヘキサフルオロアセ
チルアセトナト銅(I):化学式C1319CuF62
2、ビスヘキサフルオロアセチルアセトン銅(II):
化学式C102CuF124、ビスアセチルアセトナト銅
(II):化学式C1014CuO4を用いることができ
る。
Further, a metal thin film can be prepared using an organometallic complex as a raw material gas. For example, a copper thin film can be deposited using a copper organometallic complex as a source gas. As an organometallic complex of copper, hexafluoroacetylacetonatotrimethylvinylsilane copper (I): Cu (hfac)
(Tmvs): Chemical formula C 10 H 13 CuF 6 O 2 Si or hexafluoroacetylacetonato copper (I) 2-butyne: Chemical formula C 8 H 5 CuF 6 O 2 , hexafluoroacetylacetonato copper (I) triethylphosphine : Chemical formula C 11 H 16 C
uF 6 O 2 P, bistrimethylsilyl hexafluoroacetylacetonato copper (I): Chemical formula C 13 H 19 CuF 6 O 2 S
i 2 , copper bis (bishexafluoroacetylacetone):
Formula C 10 H 2 CuF 12 O 4 , bis acetylacetonate copper (II): can be used chemical formula C 10 H 14 CuO 4.

【0023】また、原料ガスとしてアルミニウムの有機
金属錯体を用いてアルミニウム薄膜を堆積できる。アル
ミニウムの有機金属錯体としては、トリメチルアミンア
ラン:略称TMAA:化学式C312AlNや、ジメチ
ルエチルアミンアラン:化学式C414AlNを用いる
ことができる。
An aluminum thin film can be deposited using an organometallic complex of aluminum as a source gas. As the organometallic complex of aluminum, trimethylamine alane: abbreviation TMAA: chemical formula C 3 H 12 AlN or dimethylethylamine alane: chemical formula C 4 H 14 AlN can be used.

【0024】上述のような原料ガスを用いる場合に、こ
の原料ガスとともに水素ガスをキャリアガスとして導入
してもよい。この水素ガスは、単なるキャリアとしての
役割だけでなく、薄膜の還元作用も期待できる。例え
ば、銅の有機金属錯体を原料ガスとして用いる場合に
は、上述のように原料ガスには酸素が含まれていて、こ
の酸素が、堆積する銅薄膜の酸化させる恐れがある。し
かし、水素ガスを併用すれば、このような酸化を防ぐこ
とが期待される。
When the above-described raw material gas is used, hydrogen gas may be introduced as a carrier gas together with the raw material gas. This hydrogen gas can be expected to not only function as a carrier but also to reduce the thin film. For example, when an organometallic complex of copper is used as a source gas, the source gas contains oxygen as described above, and this oxygen may oxidize a deposited copper thin film. However, the use of hydrogen gas is expected to prevent such oxidation.

【0025】この発明の薄膜作製装置は、上述の薄膜作
製方法を実施するための装置であり、気密を保持するこ
とが可能な堆積室と、この堆積室を真空に排気する排気
装置と、堆積室内で基板を保持する基板ホルダーと、基
板を加熱する加熱装置と、原料ガスを堆積室に導入する
ガス導入機構とを備える薄膜作製装置において、基板の
堆積表面からの放射光を検出する放射光検出装置と、こ
の放射光検出装置からの信号に基づいて薄膜の堆積開始
時刻を判断する堆積開始判断装置とを備えるものであ
る。この場合、検出すべき放射光が透過できる窓を堆積
室に設けて、堆積室の大気側に放射光検出装置を配置す
ることができ、前記窓を透過してきた放射光を放射光検
出装置で検出するようにすることができる。
The thin-film manufacturing apparatus of the present invention is an apparatus for performing the above-described thin-film manufacturing method, and includes: a deposition chamber capable of maintaining airtightness; an exhaust device for evacuating the deposition chamber to a vacuum; In a thin-film manufacturing apparatus including a substrate holder that holds a substrate in a room, a heating device that heats the substrate, and a gas introduction mechanism that introduces a source gas into a deposition chamber, radiation light that detects radiation light from the deposition surface of the substrate. The apparatus includes a detection device and a deposition start determination device that determines a deposition start time of a thin film based on a signal from the radiation light detection device. In this case, a window through which the radiation light to be detected can pass is provided in the deposition chamber, and the radiation light detection device can be arranged on the atmosphere side of the deposition chamber, and the radiation light transmitted through the window is detected by the radiation light detection device. It can be detected.

【0026】[0026]

【作用】基板の堆積表面に薄膜が堆積し始めると、基板
の堆積表面からの放射光の状態が変化する。この変化を
検出することによって、薄膜の堆積開始時刻を判断する
ことができる。例えば、放射温度計で放射光を検出し
て、その検出値の時間的変化を求め、検出値の時間微分
が所定のしきい値を越えたら、堆積が開始したと判断す
ることができる。堆積終了時刻は、原料ガスの供給を停
止した時刻とすることができる。これにより、堆積開始
時刻から堆積終了時刻までの堆積時間を正確に制御で
き、熱CVD法において膜厚の精密な制御が可能とな
る。
When the thin film begins to be deposited on the deposition surface of the substrate, the state of light emitted from the deposition surface of the substrate changes. By detecting this change, the deposition start time of the thin film can be determined. For example, radiation light is detected by a radiation thermometer, a temporal change in the detected value is obtained, and when the time derivative of the detected value exceeds a predetermined threshold value, it can be determined that deposition has started. The deposition end time may be a time when the supply of the source gas is stopped. As a result, the deposition time from the deposition start time to the deposition end time can be accurately controlled, and the film thickness can be precisely controlled in the thermal CVD method.

【0027】[0027]

【実施例】図1は、この発明の薄膜作製方法を実施する
ための装置の一例の正面断面図である。気密を保持する
ことが可能な堆積室10は、バルブ12を介して矢印1
4の方向に排気装置16で排気される。堆積室10の内
部には、基板20を保持する基板ホルダー18が配置さ
れている。この実施例では、基板20として、半導体集
積回路の基板として通常使用されているシリコンウェー
ハを用いている。基板ホルダー18の内部には基板20
を所望の温度に加熱するためのヒーター22が埋め込ま
れている。基板ホルダー18の内部には熱電対24が設
けられている。熱電対の出力は温度調節装置に接続さ
れ、この温度調節装置において、サイリスタに対してP
ID制御を行うことにより、ヒーター22への供給電力
を調整している。すなわち、基板ホルダー18の温度制
御を行うことで、間接的に基板20の温度を制御してい
る。また、水冷機構などの基板冷却機構を基板ホルダー
に設ければ、基板の急速な冷却が可能である。これによ
り、薄膜を堆積後に基板を急速に室温近くまで冷却でき
て、堆積室10を比較的早く大気に開放して基板20を
取り出すことができる。基板冷却機構がない場合には、
基板が室温近くまで冷却するまで長時間待つか、あるい
は、高温の基板のまま短時間で取り出すか、のいずれか
となり、後者の場合は基板上の堆積薄膜が大気中で酸化
する恐れがある。
FIG. 1 is a front sectional view of an example of an apparatus for carrying out a method for producing a thin film according to the present invention. The deposition chamber 10 capable of maintaining airtightness is connected to the arrow 1 via a valve 12.
Air is exhausted by the exhaust device 16 in the direction 4. A substrate holder 18 for holding a substrate 20 is disposed inside the deposition chamber 10. In this embodiment, as the substrate 20, a silicon wafer that is generally used as a substrate of a semiconductor integrated circuit is used. A substrate 20 is provided inside the substrate holder 18.
A heater 22 for heating the heater to a desired temperature is embedded. A thermocouple 24 is provided inside the substrate holder 18. The output of the thermocouple is connected to a thermostat, in which P is connected to the thyristor.
By performing the ID control, the power supplied to the heater 22 is adjusted. That is, the temperature of the substrate 20 is controlled indirectly by controlling the temperature of the substrate holder 18. If a substrate cooling mechanism such as a water cooling mechanism is provided in the substrate holder, rapid cooling of the substrate is possible. As a result, the substrate can be rapidly cooled to near room temperature after the thin film is deposited, and the substrate 20 can be taken out by opening the deposition chamber 10 to the atmosphere relatively quickly. If there is no substrate cooling mechanism,
Either wait for a long time until the substrate cools to near room temperature, or take it out in a short time while keeping the substrate at a high temperature. In the latter case, the deposited thin film on the substrate may be oxidized in the air.

【0028】原料ガスはガス導入機構26によって堆積
室10内に導入される。原料ガスは矢印28の方向から
バルブ30とガス分配板32とを介して堆積室10内に
導入される。ガス分配板32とガス供給パイプ34には
ヒーター36が巻かれていてこれらが適度な温度に加熱
され、原料ガスがこれらの壁面で凝縮するのを防いでい
る。基板20の下面はガス分配板32に対向しており、
この基板20の下面(基板ホルダーに接している面とは
反対側の面)が基板の堆積表面となる。
The source gas is introduced into the deposition chamber 10 by the gas introduction mechanism 26. The source gas is introduced into the deposition chamber 10 from the direction of the arrow 28 via the valve 30 and the gas distribution plate 32. A heater 36 is wound around the gas distribution plate 32 and the gas supply pipe 34, and these are heated to an appropriate temperature to prevent the source gas from condensing on these wall surfaces. The lower surface of the substrate 20 faces the gas distribution plate 32,
The lower surface of the substrate 20 (the surface opposite to the surface in contact with the substrate holder) is the substrate deposition surface.

【0029】堆積室10の外側には放射光検出装置40
が配置されている。この実施例では放射光検出装置40
として市販の放射温度計を用いている。この放射光検出
装置40の出力端子は堆積開始判断装置42に接続され
ている。基板20の堆積表面から放射された放射光44
は、光学窓38を通過して、放射光検出装置40で検出
される。基板20の堆積表面の温度が500℃以下の場
合には、可視領域の放射光の強度は非常に小さいので、
この実施例における放射光検出装置40では、近赤外領
域の放射光を検出している。
The radiation detector 40 is located outside the deposition chamber 10.
Is arranged. In this embodiment, the synchrotron radiation detection device 40
A commercially available radiation thermometer is used. The output terminal of the emitted light detection device 40 is connected to a deposition start determination device 42. Radiation 44 emitted from the deposition surface of substrate 20
Passes through the optical window 38 and is detected by the emitted light detection device 40. When the temperature of the deposition surface of the substrate 20 is 500 ° C. or less, the intensity of the emitted light in the visible region is very small.
The radiation detection device 40 in this embodiment detects radiation in the near infrared region.

【0030】堆積室10の側壁には光学窓38が設けら
れ、この光学窓38として、表面が光学研磨されたフッ
化バリウムの光学結晶板が使われている。光学窓38の
材質は、放射光検出装置40で検出すべき波長または波
長帯の光が透過できるような物質でなければならない。
その点、フッ化バリウムは、上述の近赤外領域における
放射線の透過特性が良好である。なお、基板温度が50
0℃以上の比較的高温の薄膜作製プロセスにおいては、
可視領域の放射線を検出することが可能であり、この場
合、光学窓38としては、石英ガラスやパイレックス
(登録商標)ガラスを用いることができる。堆積室10
を構成しているステンレス鋼製の壁と、光学窓38の間
は、図示しないバイトンゴム製のOリングによってシー
ルされている。
An optical window 38 is provided on a side wall of the deposition chamber 10, and an optical crystal plate of barium fluoride whose surface is optically polished is used as the optical window 38. The material of the optical window 38 must be a material that can transmit light of a wavelength or a wavelength band to be detected by the radiation detection device 40.
In that regard, barium fluoride has good radiation transmission characteristics in the near-infrared region described above. When the substrate temperature is 50
In a relatively high temperature thin film production process of 0 ° C. or more,
It is possible to detect radiation in the visible region. In this case, quartz glass or Pyrex (registered trademark) glass can be used as the optical window 38. Deposition chamber 10
The space between the stainless steel wall and the optical window 38 is sealed by an O-ring made of Viton rubber (not shown).

【0031】堆積開始判断装置42は、放射光検出装置
40からの出力(以下、放射光検出値という。)を処理
して、薄膜の堆積開始時刻を決定するものである。この
実施例では、堆積開始判断装置42は、放射光検出値を
2ミリ秒ごとにサンプリングしている。そして、放射光
検出値に含まれるノイズをカットするために、サンプリ
ングデータの16点移動平均を求めて、これを、その時
点の放射光検出値データとした。すなわち、サンプリン
グ時点を含めて直近の16点の放射光検出値の平均値を
求めることによって平均化処理を行っている。この平均
化されたデータについて、時間に関する一次微分を計算
し、その微分値が所定のしきい値に達した時点を堆積開
始時刻としている。
The deposition start judging device 42 processes an output from the synchrotron radiation detecting device 40 (hereinafter referred to as synchrotron radiation detection value) to determine a thin film deposition start time. In this embodiment, the deposition start judging device 42 samples the emission light detection value every 2 milliseconds. Then, in order to cut noise included in the detected synchrotron radiation value, a 16-point moving average of the sampling data was obtained, and this was used as synchrotron radiation detection value data at that time. That is, the averaging process is performed by calculating the average value of the 16 detected synchrotron radiation values including the sampling time. A first derivative with respect to time is calculated for the averaged data, and the time when the differentiated value reaches a predetermined threshold value is defined as the deposition start time.

【0032】次に、図1に示した装置を用いて実際に熱
CVD法により薄膜を作製した実施例を説明する。ま
ず、堆積室10内の基板ホルダー18に基板20をセッ
トする。この基板20の表面には、あらかじめ、下地と
して窒化チタンの薄膜を堆積してある。次に、排気装置
16を用いて堆積室10を10-5Torr以下の圧力ま
で排気し、基板20を200℃まで加熱した。同時に、
ガス導入用のヒーター36を用いてガス導入機構26を
80℃まで加熱した。ガス導入用のバルブ30を開き、
銅を含む有機金属錯体であるヘキサフルオロアセチルア
セトナトトリメチルビニルシラン銅(I)(以下、Cu
(hfac)(tmvs)と略す。)を0.75g/m
inの流量で、また、キャリア用の水素ガスを600m
l/minの流量で、堆積室10内に導入した。このC
u(hfac)(tmvs)は、常温常圧下において液
体なので、この液体を気化器に入れてキャリア用の水素
ガスを通して気化させてから堆積室10内に導入した。
その際、気化器は70℃に加熱した。
Next, an embodiment in which a thin film is actually produced by a thermal CVD method using the apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the substrate 20 is set on the substrate holder 18 in the deposition chamber 10. On the surface of the substrate 20, a thin film of titanium nitride is previously deposited as a base. Next, the deposition chamber 10 was evacuated to a pressure of 10 −5 Torr or less using the exhaust device 16, and the substrate 20 was heated to 200 ° C. at the same time,
The gas introduction mechanism 26 was heated to 80 ° C. using the gas introduction heater 36. Open the valve 30 for gas introduction,
Hexafluoroacetylacetonatotrimethylvinylsilane copper (I) which is an organometallic complex containing copper (hereinafter referred to as Cu
(Hfac) (tmvs). ) At 0.75 g / m
in at a flow rate of 600 m
It was introduced into the deposition chamber 10 at a flow rate of 1 / min. This C
Since u (hfac) (tmvs) is a liquid at normal temperature and normal pressure, this liquid was put into a vaporizer and vaporized through a carrier hydrogen gas, and then introduced into the deposition chamber 10.
At that time, the vaporizer was heated to 70 ° C.

【0033】図2の(A)は、上述の条件で薄膜を作製
した場合における放射光検出値の時間的変化を示すグラ
フである。縦軸が放射光検出値であり、横軸が時間であ
る。どちらも任意単位で示してある。原料ガス導入用の
バルブを開いた時刻をt0で示してある。放射光検出装
置として放射温度計を用いた場合、縦軸の放射光検出値
は、堆積表面のみかけの温度として表現される。この放
射光検出値が変化した場合、反応熱による温度変化が実
際に生じている可能性もあるが、多くの場合は、実際に
温度が変化しているわけではなくて、主として堆積表面
の放射率が変化することによって、みかけの温度が変化
しているように見えるだけである。そして、堆積表面の
放射率の変化は、堆積が開始することによって生じるも
のである。
FIG. 2A is a graph showing the temporal change of the emission light detection value when a thin film is manufactured under the above-described conditions. The vertical axis is the emission light detection value, and the horizontal axis is time. Both are shown in arbitrary units. The time when the source gas introduction valve is opened is indicated by t0. When a radiation thermometer is used as the radiation light detection device, the radiation light detection value on the vertical axis is expressed as the apparent temperature of the deposition surface. When this synchrotron radiation detection value changes, the temperature change due to the heat of reaction may actually occur, but in many cases, the temperature does not actually change, but mainly the radiation on the deposition surface. The change in rate only appears to change the apparent temperature. The change in the emissivity of the deposition surface is caused by the start of the deposition.

【0034】図2の(A)において、堆積開始時刻t1
は次のようにして決定している。まず、放射光検出値か
らノイズを除去するために、16点の移動平均化処理を
行う。次に、この移動平均について時間に関する一次微
分を求める。この微分値が所定のしきい値を越えた時点
をt1とする。堆積物が生じ始めた時点は、この時刻t
1によく一致している。
In FIG. 2A, the deposition start time t1
Is determined as follows. First, in order to remove noise from the emission light detection value, 16 points of moving average processing are performed. Next, a first derivative with respect to time is obtained for the moving average. The point in time when this differential value exceeds a predetermined threshold value is defined as t1. The time when the sediment starts to be generated is at this time t
Good agreement with 1.

【0035】原料ガス導入用のバルブ30を開いた時刻
t0と堆積開始時刻t1との時間差は、バルブ30の操
作速度や、気化器の立ち上がりや、キャリアガスの流量
制御の立ち上がりなどの種々の要因に影響される。この
ため、t0とt1の時間差を正確に予測することは非常
に難しい。したがって、時刻t0だけに基づいて堆積開
始時刻を決定している従来方法では堆積時間を正確に制
御することは困難であった。これに対して、この発明で
は、実測可能な時刻t1を堆積開始時刻としているの
で、この時刻t1から所望の堆積時間が経過した時点で
原料ガスの供給を停止すれば、必要な堆積時間だけ薄膜
を堆積することができて、堆積時間を正確に制御でき
る。その結果、膜厚の再現性が良好となった。
The time difference between the time t0 when the source gas introduction valve 30 is opened and the deposition start time t1 depends on various factors such as the operation speed of the valve 30, the rise of the vaporizer, and the rise of the carrier gas flow control. Affected by For this reason, it is very difficult to accurately predict the time difference between t0 and t1. Therefore, it is difficult to accurately control the deposition time by the conventional method in which the deposition start time is determined based only on the time t0. On the other hand, in the present invention, the actual measurement time t1 is set as the deposition start time. Therefore, if the supply of the raw material gas is stopped when a desired deposition time has elapsed from the time t1, the thin film is required for the necessary deposition time. Can be deposited, and the deposition time can be precisely controlled. As a result, the reproducibility of the film thickness was improved.

【0036】所定時間の成膜後、バルブ30を閉じて、
気化器を停止するとともにキャリアガスの導入を止め
る。この状態で、堆積室10内の圧力が十分低くなるま
で排気してから、基板20の温度を50℃以下になるま
で冷却する。その後、バルブ12を閉じて、窒素ガスを
堆積室10内に導入し、堆積室10内を大気圧として、
基板20を取り出す。このようにして、基板20の堆積
表面に銅の薄膜を所定の膜厚で堆積することができる。
After forming the film for a predetermined time, the valve 30 is closed,
Stop the vaporizer and stop introducing the carrier gas. In this state, exhaust is performed until the pressure in the deposition chamber 10 becomes sufficiently low, and then the substrate 20 is cooled until the temperature of the substrate 20 becomes 50 ° C. or lower. Thereafter, the valve 12 is closed, nitrogen gas is introduced into the deposition chamber 10, and the interior of the deposition chamber 10 is set to atmospheric pressure.
The substrate 20 is taken out. In this manner, a copper thin film having a predetermined thickness can be deposited on the deposition surface of the substrate 20.

【0037】図2の(B)は、基板温度を170℃に変
更して、その他の条件を(A)と同じにして銅の薄膜を
堆積した場合のグラフである。この場合、(A)とは異
なり、銅の堆積開始とともに放射光検出値が上昇してい
る。(A)と(B)の差は、表面モフォロジーの差に起
因している。すなわち、(B)では、堆積初期の段階で
表面荒れが大きく生じるので放射光検出値がいったん上
昇しているのに対して、(A)では表面荒れの効果より
も堆積材質に起因する放射率低下の効果が上回ってい
る。(B)のような場合にも、放射光検出値の時間微分
が所定のしきい値を越えた時点を、堆積開始時刻t1と
することができる。この(B)のグラフにおいて、放射
光検出値が上昇し始めてから最大値に達するまでの時間
領域をe、最大値の時点から定常値になるまでの時間領
域をf、定常値になってからの時間領域をgと呼ぶこと
にする。
FIG. 2B is a graph in the case where the substrate temperature was changed to 170 ° C. and the other conditions were the same as in FIG. In this case, different from (A), the emission light detection value increases with the start of copper deposition. The difference between (A) and (B) is due to the difference in surface morphology. That is, in (B), the detected value of the radiated light is increased once because the surface roughness is large at the initial stage of the deposition, whereas in (A), the emissivity due to the deposited material is more than the effect of the surface roughness. The effect of the drop is greater than the effect. Also in the case of (B), the time point at which the time derivative of the emission light detection value exceeds a predetermined threshold value can be set as the deposition start time t1. In the graph of (B), e is the time region from when the detected value of the emitted light starts to increase until it reaches the maximum value, f is the time region from the time of the maximum value to the steady value, and after the steady value. Will be referred to as g.

【0038】図3は、上述の時間領域e,f,gにおけ
る堆積状況の変化を模式的に示す拡大断面図であり、基
板表面に垂直な平面で切断したものである。この図面
は、走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したものを基に
している。図3の(e)(f)(g)は図2の(B)の
e,f,gの時間領域に対応している。図3の(e)
は、基板の堆積表面に膜が堆積し始めた状態を示してお
り、結晶の核46が互いに離れた状態にある。(f)
は、結晶の核が成長して隣の核と結合しつつある状態に
ある。(g)は、結晶の核がさらに成長して、基板の下
地を完全に覆った状態にある。このように、結晶の堆積
状況を、放射光を検出することによってリアルタイムで
モニターすることができるようになった。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a change in the deposition state in the above-described time regions e, f, and g, and is cut along a plane perpendicular to the substrate surface. This drawing is based on what was observed with a scanning electron microscope (SEM). (E), (f), and (g) in FIG. 3 correspond to the time domain of e, f, and g in (B) in FIG. (E) of FIG.
Shows a state in which the film starts to be deposited on the deposition surface of the substrate, and the crystal nuclei 46 are in a state of being separated from each other. (F)
Is in a state where crystal nuclei are growing and being combined with adjacent nuclei. (G) is a state in which the crystal nucleus further grows and completely covers the base of the substrate. Thus, the state of crystal deposition can be monitored in real time by detecting emitted light.

【0039】図2の(C)は、原料ガスを変更した場合
の放射光検出値のグラフである。すなわち、原料ガスと
して、アルミニウム含有の有機金属錯体であるトリメチ
ルアミンアラン(以下、TMAAと略す。)を使用し、
キャリアガスとして水素を600ml/minの流量で
流した。このTMAAは常温で固体であるため、昇華さ
せて堆積室10内に導入した。基板温度は110℃と
し、圧力は2Torrとした。このような条件で、基板
の堆積表面にアルミニウムの薄膜を堆積させた。この図
2の(C)は(B)に良く似ているが、t0とt1の時
間差が(B)よりも大きくなっている。すなわち、アル
ミニウムの堆積の際には、結晶核が生じるまでの時間が
比較的長くかかっている。このようにt0とt1の時間
差が大きい場合には、この発明のような堆積開始時刻決
定方法は非常に有益である。
FIG. 2C is a graph of the emission light detection value when the source gas is changed. That is, trimethylamine alane (hereinafter, abbreviated as TMAA), which is an organometallic complex containing aluminum, is used as a raw material gas.
Hydrogen was flowed at a flow rate of 600 ml / min as a carrier gas. Since this TMAA is solid at room temperature, it was sublimed and introduced into the deposition chamber 10. The substrate temperature was 110 ° C., and the pressure was 2 Torr. Under these conditions, a thin film of aluminum was deposited on the deposition surface of the substrate. FIG. 2C is very similar to FIG. 2B, except that the time difference between t0 and t1 is larger than that in FIG. That is, when aluminum is deposited, it takes a relatively long time until crystal nuclei are generated. As described above, when the time difference between t0 and t1 is large, the method for determining the deposition start time according to the present invention is very useful.

【0040】アルミニウムの薄膜を堆積するには、上述
のような有機金属錯体だけでなく、トリイソブチルアル
ミニウムや、水素化ジメチルアルミニウムなどの、アル
ミニウムのその他の有機金属化合物を用いてもよく、こ
の場合にも、この発明のような堆積開始時刻決定方法は
有効である。
In order to deposit an aluminum thin film, not only the above-mentioned organometallic complex but also other organometallic compounds of aluminum such as triisobutylaluminum and dimethylaluminum hydride may be used. In addition, the method for determining the deposition start time as in the present invention is effective.

【0041】ところで、図1の装置において、複数の原
料ガスを併用して合金薄膜を作製することもできる。す
なわち、第1の原料ガスとして銅の有機金属錯体を用
い、第2の原料ガスとしてアルミニウムの有機金属錯体
を用いると、銅とアルミニウムの合金膜を作製すること
ができる。最初に、銅の堆積が始まり、この銅の結晶が
成長核となって、アルミニウムも同時に堆積を始める。
この場合も、放射光検出値の変化に基づいて堆積開始時
刻を正確に判断することができる。また、第2の原料ガ
スとして、アルミニウムの有機金属錯体の代わりに、ア
ルミニウムを含むその他の有機金属化合物を用いること
もできる。
Incidentally, in the apparatus shown in FIG. 1, an alloy thin film can be produced by using a plurality of source gases in combination. That is, when an organometallic complex of copper is used as the first source gas and an organometallic complex of aluminum is used as the second source gas, an alloy film of copper and aluminum can be manufactured. First, the deposition of copper starts, and the copper crystal becomes a growth nucleus, and aluminum starts to deposit at the same time.
In this case as well, the deposition start time can be accurately determined based on the change in the emission light detection value. Further, as the second source gas, other organometallic compounds containing aluminum can be used instead of the organometallic complex of aluminum.

【0042】図4は、水素化ジメチルアルミニウムを用
いてアルミニウムを堆積した場合の、アーレニウスプロ
ットと呼ばれているグラフである。このグラフは、横軸
に堆積温度(絶対温度)の逆数を、縦軸に堆積速度の対
数を取ったものである。このグラフには、放射光検出値
の変化に基づいて堆積開始時刻を決定した場合(本実施
例)と、原料ガス導入バルブを開いた時点を堆積開始時
刻とした場合(従来例)とを比較して示している。通
常、反応律速状態では、このアーレニウスプロットは一
直線上にのることが知られているが、従来例の実験結果
はプロットの直線性はあまり良くなかった。その理由
は、実際の堆積開始時刻t1よりも早い時刻t0を堆積
開始時刻としているために、堆積速度を算出する基礎と
しての堆積時間が実際の堆積時間よりも長くなっている
ためである。すなわち、従来例では、実際の堆積速度よ
りも小さな値がプロットされている。しかも、時刻t0
と時刻t1の時間差は、測定条件ごとにばらついている
ので、算出された堆積速度の誤差のばらつきも一様では
ない。これに対して、本実施例ではプロットの直線性が
非常に良好である。その理由は、放射光検出値の変化に
基づいて堆積開始時刻を正確に決定できたので、堆積速
度の算出が正確になされたためである。
FIG. 4 is a graph called an Arrhenius plot when aluminum is deposited using dimethylaluminum hydride. In this graph, the horizontal axis represents the reciprocal of the deposition temperature (absolute temperature), and the vertical axis represents the logarithm of the deposition rate. This graph shows a comparison between the case where the deposition start time is determined based on the change in the synchrotron radiation detection value (this embodiment) and the case where the source gas introduction valve is opened as the deposition start time (conventional example). Is shown. Usually, it is known that the Arrhenius plot is on a straight line in a reaction-controlled state, but the experimental results of the conventional example show that the plot has poor linearity. The reason is that, since the time t0 earlier than the actual deposition start time t1 is set as the deposition start time, the deposition time as a basis for calculating the deposition rate is longer than the actual deposition time. That is, in the conventional example, a value smaller than the actual deposition rate is plotted. Moreover, at time t0
Since the time difference between the time t1 and the time t1 varies for each measurement condition, the variation in the calculated deposition rate error is not uniform. On the other hand, in the present embodiment, the linearity of the plot is very good. The reason is that the deposition start time can be accurately determined based on the change in the synchrotron radiation detection value, so that the deposition rate is accurately calculated.

【0043】上述の各実施例において、微分法による所
定のしきい値は、放射温度計の温度換算値を用いて、
「1℃/10秒」程度の値が適当であった。時刻t0と
時刻t1の差は、実験条件によってバラツキが大きく、
0.5秒〜5分程度である。
In each of the above embodiments, the predetermined threshold value by the differential method is calculated by using the temperature conversion value of the radiation thermometer.
A value of about “1 ° C./10 seconds” was appropriate. The difference between time t0 and time t1 varies greatly depending on the experimental conditions.
It is about 0.5 seconds to 5 minutes.

【0044】図5は、この発明を実施するための装置の
別の実施例の正面断面図である。図1に示す装置と同等
の部分には同じ符号に添字aを付けて、その説明を省略
する。この装置では、基板20aの堆積表面に垂直な方
向に光学窓38aと放射光検出装置40aを配置してい
る。この場合にも、図2に示したのと同様に堆積開始時
刻t1を決定することができる。図5のような構成にす
ると、図1の場合と比較して、放射光検出値が大きくと
れる利点がある。
FIG. 5 is a front sectional view of another embodiment of the apparatus for carrying out the present invention. 1 are given the same reference numerals as in the apparatus shown in FIG. 1 and the description thereof is omitted. In this apparatus, an optical window 38a and a radiation detection device 40a are arranged in a direction perpendicular to the deposition surface of the substrate 20a. Also in this case, the deposition start time t1 can be determined in the same manner as shown in FIG. The configuration as shown in FIG. 5 has an advantage that the emission light detection value can be increased compared to the case of FIG.

【0045】図6の(A)は、基板の下地の材質を変更
して、図2の(C)と同様にアルミニウムの薄膜を堆積
したときの放射光検出値のグラフである。すなわち、こ
の図6の(A)では、基板の下地として、スパッタリン
グ法で作製したアルミニウム薄膜を用いており、下地の
材質と薄膜の材質はどちらもアルミニウムである。この
場合、下地と同じ材質を堆積させているので、定常状態
のgの領域では、堆積開始時刻t1以前の放射光検出値
とほぼ同じ放射光検出値を示している。しかし、この場
合においても、堆積が開始すると放射光検出値が変化し
ているので、堆積開始時刻t1を正確に判断できた。図
6の(A)の堆積条件は、原料ガスがTMAA、成膜圧
力が2Torr、基板温度が100℃である。
FIG. 6A is a graph of the detected radiated light when an aluminum thin film is deposited as in FIG. 2C by changing the material of the base of the substrate. That is, in FIG. 6A, an aluminum thin film produced by a sputtering method is used as a base of the substrate, and the material of the base and the material of the thin film are both aluminum. In this case, since the same material as that of the base is deposited, in the area g in the steady state, the detected radiated light value is almost the same as the detected radiated light value before the deposition start time t1. However, also in this case, since the emission light detection value changed when the deposition started, the deposition start time t1 could be accurately determined. 6A, the source gas is TMAA, the deposition pressure is 2 Torr, and the substrate temperature is 100 ° C.

【0046】図6の(B)は、定常状態のgの領域の放
射光検出値が、堆積開始時刻t1以前の放射光検出値よ
りも大きくなる例である。この場合においても、堆積開
始時刻t1を正確に判断できた。図6の(B)の堆積条
件は、下地がスパッタリング法で作製したアルミニウム
薄膜、原料ガスがCu(hfac)(tmvs)、成膜
圧力が10Torr、基板温度が170℃である。
FIG. 6B shows an example in which the detected value of the emitted light in the region g in the steady state is larger than the detected value of the emitted light before the deposition start time t1. Also in this case, the deposition start time t1 could be accurately determined. The deposition conditions in FIG. 6B are as follows: the base is an aluminum thin film formed by a sputtering method, the source gas is Cu (hfac) (tmvs), the deposition pressure is 10 Torr, and the substrate temperature is 170 ° C.

【0047】次に、上述の微分法の代わりにウインドウ
トリガー法を用いて堆積開始時刻を判断する方法を説明
する。図7の(B)において、放射光検出値のデータに
対してウインドウを順次設定し、定常ウインドウが続い
た状態から、上昇ウインドウ70、72が2回連続した
ら、2回目の上昇ウインドウ72が判明した時点t1を
もって薄膜の堆積開始時刻とする。下降ウインドウが2
回連続した場合でも同様に堆積開始時刻とする。図7の
(B)では、放射光検出値のデータはなめらかな曲線で
示してあるが、実際は図2のグラフのようにノイズの多
いデータであり、この生データに対して直接ウインドウ
を設定している。実施例では、ウインドウの高さの半分
Hの値は放射温度計の温度換算値で1℃程度であり、ま
た、ウインドウの幅Wは0.1秒程度である。
Next, a method of determining the deposition start time using the window trigger method instead of the above-described differential method will be described. In FIG. 7B, the windows are sequentially set for the data of the emission light detection values, and if the rising windows 70 and 72 continue two times from the state where the steady window continues, the second rising window 72 is found. The time point t1 is set as the deposition start time of the thin film. 2 descending windows
Even in the case of consecutive times, the deposition start time is similarly set. In FIG. 7B, the data of the emission light detection value is shown by a smooth curve. However, the data is actually noisy as shown in the graph of FIG. 2, and a window is directly set for the raw data. ing. In the embodiment, the value of half the height H of the window is about 1 ° C. in terms of the temperature converted by the radiation thermometer, and the width W of the window is about 0.1 second.

【0048】[0048]

【発明の効果】この発明によれば、堆積表面からの放射
光の状態の変化に基づいて堆積開始時刻を判断している
ので、堆積開始時刻を正確に決定できる。これにより、
堆積時間の正確な制御が可能になり、熱CVD法におい
て膜厚の精密な制御が可能となる。
According to the present invention, since the deposition start time is determined based on the change in the state of radiation emitted from the deposition surface, the deposition start time can be accurately determined. This allows
Accurate control of the deposition time becomes possible, and precise control of the film thickness in the thermal CVD method becomes possible.

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

【図1】この発明の薄膜作製方法を実施するための装置
の一例の正面断面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of an example of an apparatus for performing a thin film manufacturing method of the present invention.

【図2】放射光検出値の時間的変化を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing a temporal change of a radiation light detection value.

【図3】堆積状況の変化を模式的に示す拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a change in a deposition state.

【図4】アルミニウム堆積時のアーレニウスプロットの
グラフである。
FIG. 4 is a graph of an Arrhenius plot during aluminum deposition.

【図5】この発明を実施するための装置の別の実施例の
正面断面図である。
FIG. 5 is a front sectional view of another embodiment of the device for carrying out the present invention.

【図6】放射光検出値の時間的変化を示す別のグラフで
ある。
FIG. 6 is another graph showing a temporal change of a radiation light detection value.

【図7】ウインドウトリガー法を説明するグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph illustrating a window trigger method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 堆積室 16 排気装置 18 基板ホルダー 20 基板 22 ヒーター 26 ガス導入機構 38 光学窓 40 放射光検出装置 42 堆積開始判断装置 44 放射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Deposition chamber 16 Exhaust device 18 Substrate holder 20 Substrate 22 Heater 26 Gas introduction mechanism 38 Optical window 40 Synchrotron radiation detector 42 Deposition start judgment device 44 Synchrotron radiation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 明子 東京都府中市四谷5丁目8番1号 日電 アネルバ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−7785(JP,A) 特開 平2−106036(JP,A) 特開 昭62−296512(JP,A) 特開 平6−73069(JP,A) 特開 平1−263275(JP,A) 特開 昭50−11452(JP,A) 米国特許5190614(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205,21/365 C23C 16/00 - 16/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akiko Kobayashi 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Nidec Anelva Co., Ltd. (56) References JP-A-50-7785 (JP, A) JP-A-2 JP-A-10-06036 (JP, A) JP-A-62-296512 (JP, A) JP-A-6-73069 (JP, A) JP-A-1-263275 (JP, A) JP-A-50-11452 (JP, A) U.S. Pat. No. 5,190,614 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 205,21 / 365 C23C 16/00-16/56

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板を加熱して、この熱により原料ガス
を化学反応させて、前記基板の表面に薄膜を堆積する熱
CVD法において、前記基板の堆積表面からの放射光を
検出し、その検出値の時間的変化に基づいて薄膜の堆積
開始時刻を判断することを特徴とする薄膜作製方法。
In a thermal CVD method in which a substrate is heated and a source gas is chemically reacted by the heat to deposit a thin film on the surface of the substrate, radiation emitted from the deposition surface of the substrate is detected. A thin film manufacturing method characterized in that a thin film deposition start time is determined based on a temporal change in a detected value.
【請求項2】 前記放射光を放射温度計で検出すること
を特徴とする請求項1記載の薄膜作製方法。
2. The method according to claim 1, wherein the radiation is detected by a radiation thermometer.
【請求項3】 前記放射光の検出値を所定の時間間隔で
サンプリングし、直近の複数のサンプリングデータを用
いて放射光検出値の移動平均を求め、この移動平均の時
間微分値が所定のしきい値を越えた時点を堆積開始時刻
とすることを特徴とする請求項1記載の薄膜作製方法。
3. A sampled value of the emitted light is sampled at a predetermined time interval, a moving average of the detected values of the emitted light is obtained using a plurality of latest sampling data, and a time derivative of the moving average is a predetermined value. 2. The method according to claim 1, wherein a time when the threshold value is exceeded is set as a deposition start time.
【請求項4】 ウインドウトリガー法を用いて前記堆積
開始時刻を判断することを特徴とする請求項1記載の薄
膜作製方法。
4. The method according to claim 1, wherein said deposition start time is determined by using a window trigger method.
【請求項5】 原料ガスが有機金属化合物であり、堆積
する薄膜が金属であることを特徴とする請求項1記載の
薄膜作製方法。
5. The method according to claim 1, wherein the source gas is an organometallic compound, and the deposited thin film is a metal.
【請求項6】 原料ガスがアルミニウムの有機金属化合
物であり、堆積する薄膜がアルミニウムであることを特
徴とする請求項5記載の薄膜作製方法。
6. The method according to claim 5, wherein the source gas is an organometallic compound of aluminum and the deposited thin film is aluminum.
【請求項7】 原料ガスが有機金属錯体であり、堆積す
る薄膜が金属であることを特徴とする請求項1記載の薄
膜作製方法。
7. The method according to claim 1, wherein the source gas is an organometallic complex, and the deposited thin film is a metal.
【請求項8】 原料ガスが銅の有機金属錯体であり、堆
積する薄膜が銅であることを特徴とする請求項7記載の
薄膜作製方法。
8. The method according to claim 7, wherein the source gas is an organometallic complex of copper, and the deposited thin film is copper.
【請求項9】 原料ガスがアルミニウムの有機金属錯体
であり、堆積する薄膜がアルミニウムであることを特徴
とする請求項7記載の薄膜作製方法。
9. The method according to claim 7, wherein the source gas is an organometallic complex of aluminum, and the deposited thin film is aluminum.
【請求項10】 気密を保持することが可能な堆積室
と、この堆積室を真空に排気する排気装置と、前記堆積
室内で基板を保持する基板ホルダーと、前記基板を加熱
する加熱装置と、原料ガスを前記堆積室に導入するガス
導入機構とを備える薄膜作製装置において、 前記基板の堆積表面からの放射光を検出する放射光検出
装置と、前記放射光検出装置からの出力信号に基づいて
薄膜の堆積開始時刻を判断する堆積開始判断装置とを備
えることを特徴とする薄膜作製装置。
10. A deposition chamber capable of maintaining airtightness, an exhaust device for evacuating the deposition chamber to a vacuum, a substrate holder for holding a substrate in the deposition chamber, and a heating device for heating the substrate. A thin film forming apparatus comprising: a gas introduction mechanism that introduces a source gas into the deposition chamber; a radiation light detection device that detects radiation light from the deposition surface of the substrate; and A thin film production apparatus comprising: a deposition start determination device that determines a deposition start time of a thin film.
【請求項11】 前記放射光検出装置が放射温度計であ
ることを特徴とする請求項10記載の薄膜作製装置。
11. The thin film production apparatus according to claim 10, wherein said radiation light detection device is a radiation thermometer.
【請求項12】 検出すべき放射光が透過できる窓を前
記堆積室に設け、この堆積室の大気側に前記放射光検出
装置を配置して、前記窓を透過してきた放射光を前記放
射光検出装置で検出することを特徴とする請求項10記
載の薄膜作製装置。
12. A window through which radiation light to be detected can be transmitted is provided in the deposition chamber, and the radiation light detection device is disposed on the atmosphere side of the deposition chamber, and the radiation light transmitted through the window is emitted by the radiation light. The thin film production apparatus according to claim 10, wherein the detection is performed by a detection apparatus.
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