JP4002768B2

JP4002768B2 - Deposition equipment

Info

Publication number: JP4002768B2
Application number: JP2002036846A
Authority: JP
Inventors: 義明坂本; 茂良梅宮; 寛人内田; 健増田; 雅彦梶沼; 貴一山田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003239072A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空中で膜を形成する成膜装置に関し、特にＭＯＣＶＤ装置における膜特性の均一化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体基板の大口径化によって、基板上に形成される薄膜の厚さ分布の均一化や多元素系プロセスにおける組成分布の均一化を実現することが重要な課題となっている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法によって成膜を行う場合、酸化物薄膜の膜厚や組成の面内均一化の重要なパラメータの一つとしてガスの混合がある。すなわち、成膜の際に酸素ガスと原料ガスが十分に混合されないと、成膜ガスに濃度分布が生じ、成膜速度や濃度比率が不均一になって基板上における面内分布が大きくなってしまうという問題がある。
【０００４】
従来、ガスの混合方法については、種々の提案がなされているが、そのほとんどが各成膜対象物に最適化されたものであり、製造装置の設計が異なると最適の条件で混合することができない。
【０００５】
一方、ＭＯＣＶＤ法においては、気相中のＭＯガスと反応ガスとの反応を極力抑え基板表面におけるガス種の化学反応を利用するフローモジュレーション法やＡＬＤ法により膜の化学的純度（組成）と物理的純度（結晶性、付き周り性）の向上が検討されている。
【０００６】
このようなプロセスにおいては、ＭＯガスと反応ガスの不活性ガスによる希釈、置換等を速やかに行うことが必要とされており、高速ガス混合、希釈及び置換を可能にする気化器が求められている。
【０００７】
図７は、従来の成膜装置の概略構成を示すものである。
図７に示すように、この成膜装置１０１においては、成膜室１０２内に配置された基板１０３に対し、シャワーヘッド１０４を介して導入された反応ガス１０５が基板の表面の近傍に供給されるようになっている。
【０００８】
この場合、気化器１０６によって気化され配管１０７によって導かれた原料ガスと、配管１０８によって導かれた反応ガスとが、Ｙ字状の混合部１０９において混合され、シャワーヘッド１０４に供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＭＯＣＶＤ法による成膜は、低真空で行われる場合が多く、ガス流は層流を形成する場合が多い。層流の場合、従来のＹ字状のような単純な配管の結合では、複数の成膜用ガスは層状のまま合流するのみで、良好な混合が行われないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、複数の成膜用ガスを円滑に合流し均一な濃度分布で混合された反応ガスが得られる成膜装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、複数の成膜用ガスを合流混合して真空槽内に供給するための混合器を有する成膜装置であって、前記混合器が、前記成膜用ガスのうち所定の成膜用ガスを、その合流部分において渦流を形成するための渦流形成部と、前記成膜用ガスのうち所定の成膜用ガスを前記渦流に向って導入するガス導入部とを有し、前記ガス導入部は、その断面形状が環状に形成されている成膜装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記渦流形成部は、曲面形状に形成された渦流形成面と、該渦流形成面に対して前記所定の成膜用ガスを吹き付けるように構成された渦流形成用導入部とを有する成膜装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記渦流形成用導入部は、各渦流形成用導入部から導入した成膜用ガスが同方向の渦流を形成するように構成されている成膜装置である。
【００１２】
このような構成を有する本発明の場合、成膜時に混合器の合流部分において渦流が形成され、この渦流に向って所定の成膜用ガスを導入することによって、複数の成膜用ガスが円滑に合流され、均一な濃度分布で混合された反応ガスが得られる。
【００１３】
そして、この反応ガスを真空槽内の成膜対象物に供給すれば、均一な膜厚及び組成の薄膜を形成することが可能になる。
【００１４】
本発明においては、渦流形成部を、曲面形状に形成された渦流形成面と、この渦流形成面に対して所定の成膜用ガスを吹き付けるように構成された渦流形成用導入部とを有するようにすれば、簡素な構成の混合器を得ることができる。
【００１５】
また、本発明にあっては、上述した渦流形成用導入部を複数（例えば二つ）設ければ、簡素な構成で十分の混合能力を有する成膜装置を得ることができる。
【００１６】
さらに、渦流形成用導入部を、各渦流形成用導入部から導入した成膜用ガスが同方向の渦流を形成するように構成すれば、より円滑なガスの混合を行うことが可能になる。
【００１７】
一方、ガス導入部として、その断面形状が環状に形成されているものを用いれば、混合器の合流部分に形成された渦流の外周部分に所定の成膜用ガスが供給され、このガスは渦流によって中心部分に向って拡散して混合される。
【００１８】
その結果、本発明によれば、成膜用ガスをより円滑に合流して均一な濃度分布で混合された反応ガスを得ることができる。
【００１９】
さらにまた、渦流形成用導入部を、真空槽に供給されるガス流に対し下流側に傾斜させて設けるようにすれば、成膜用ガスがガス流の下流側に向って導入されるので、合流部分においてガスが逆流することなく、効率良く反応ガスを導入することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成膜装置の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態であるＭＯＣＶＤ装置の概略全体構成図である。
図１に示すように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１は、成膜対象物である基板２に対して成膜を行うためのほぼ円筒形状の真空槽３を有し、この真空槽３は、図示しない真空排気系に接続されている。
【００２２】
真空槽３内の成膜室３０にはステージ４が設けられ、このステージ４上に基板２が載置される。成膜室３の上部ににはシャワーヘッド５が設けられている。
【００２３】
そして、原料供給器（図示せず）から送出された有機金属材料を気化するための気化器６が、後述するガス導入管（ガス導入部）７５、混合器７及び配管８を介してシャワーヘッド９に接続されている。
【００２４】
本実施の形態にあっては、酸素供給源１０、１１が二つ設けられ、各酸素供給源１０、１１は、マスフローコントローラ１２、１３及び渦流形成用導入管７１、７２を介してそれぞれ混合器７に接続されている。
【００２５】
そして、混合器７によって混合され、シャワーヘッド９に供給された反応ガス２０は、シャワーヘッド９に設けた多数のノズルを介して基板２の表面に向って吹き出され、これにより基板２の表面に反応ガス２０を供給するようになっている。
【００２６】
なお、基板２の表面に供給された反応ガス２０は、図示しない排気管を介して成膜室３０の外部に排出されるようになっている。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の参考の実施の形態の混合器の構成を示すもので、図２（ａ）は、同混合器の外観を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
また、図３は、本実施の形態の作用を示す説明図である。
【００２８】
図１及び図２（ｂ）に示すように、本実施の形態の混合器７Ａは、鉛直方向に延びる円筒形状の本体部７０を有し、この本体部７０に対して直交するように、すなわち、Ｔ字状に水平に延びるように渦流形成用導入管（渦流形成用導入部）７１、７２が連結されている。
【００２９】
本実施の形態の場合、各渦流形成用導入管７１、７２は、同じ高さ位置に設けられている。
【００３０】
一方、図２（ａ）に示すように、渦流形成用導入管７１、７２の水平方向の位置関係については、その中心軸を所定距離だけずらして平行に配設されている。
【００３１】
本発明の場合、渦流形成用導入管７１、７２のずらす距離については特に限定されることはないが、良好な気体の混合を行う観点からは、本体部７０内径をＤ₇₀、渦流形成用導入管７１、７２の内径をＤ₇₁、Ｄ₇₂とした場合、Ｄ₇₁＝Ｄ₇₂≦Ｄ₇₀／２とすることが好ましい。
【００３２】
このような構成により、各渦流形成用導入管７１、７２の中心軸の延長線が、本体部７０の内壁によって構成される円筒面状の渦流形成面７３、７４と対向するようになっている（図２（ｃ）参照）。
【００３３】
一方、ガス導入管７５は、本体部３０と平行に、すなわち、本実施の形態の場合は鉛直方向に延びるように本体部３０に連結されている。
【００３４】
これにより、本実施の形態においては、渦流形成用導入管７１、７２とガス導入管７５とが、互いに直交するように構成されている。
【００３５】
上述した構成を有する本実施の形態において成膜時に各渦流形成用導入管７１、７２から酸素ガスを導入すると、酸素ガスは、それぞれ円筒面状の渦流形成面７３、７４に吹き付けられて渦流形成面７３、７４に沿う方向に偏向され、図３に示すように、時計回り方向に進む渦状のガス流が形成される。
【００３６】
この場合、各渦流形成用導入管７１、７２から導入する酸素の量をマスフローコントローラ１２、１３によって所定の値となるように調整する。
【００３７】
さらに、この渦状の酸素ガス流に対して鉛直上方から原料ガスを供給すると、原料ガスと酸素ガスとが円滑に合流され、これらが均一な濃度分布で混合された反応ガス２０が得られる。
【００３８】
そして、この反応ガス２０をシャワーヘッド９を介して基板に供給すれば、均一な膜厚及び組成の薄膜を形成することが可能になる。
【００３９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の参考の実施の形態の混合器を示すもので、図４（ａ）は、同混合器の外観を示す平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である。以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態の混合器７Ｂは、一つの渦流形成用導入管７１が設けられたものである。この渦流形成用導入管７１は、上記実施の形態のものと同様の構成を有している。また、ガス導入管７５も、上記実施の形態のものと同様の構成を有している。
【００４１】
本実施の形態において成膜時に渦流形成用導入管７１から酸素ガスを導入すると、図４（ｃ）に示すように、酸素ガスは、本体部３０の渦流形成面７３、７４に吹き付けられて渦流形成面７３、７４に沿う方向に偏向され、時計回り方向に進む渦状のガス流が形成される。
【００４２】
さらに、この渦状の酸素ガス流に対して鉛直上方のガス導入管７５から原料ガスを供給すると、原料ガスと酸素ガスとが円滑に合流され、これらが均一な濃度分布で混合された反応ガス２０が得られる。
【００４３】
そして、この反応ガス２０をシャワーヘッド９を介して基板に供給すれば、上記実施の形態と同様に、均一な膜厚及び組成の薄膜を形成することができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態の混合器を示すもので、図５（ａ）は、同混合器の外観を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＥ−Ｅ線断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態の混合器７Ｃは、断面形状が環状のガス導入管７５Ｃを用いて原料ガスを導入するようにした点が上記実施の形態と異なるものである。
【００４６】
この場合、ガス導入管７５Ｃの外径は、本体部７０の外径と同一となるように設定されている。
【００４７】
このような構成を有する本実施の形態にあっては、混合器７Ｃの合流部分に形成された渦状酸素ガス流の外周部分に原料ガスが供給され、この原料ガスは渦状酸素ガス流によって中心部分に向って拡散して混合される。
【００４８】
その結果、本実施の形態によれば、原料ガスと酸素ガスとがより円滑に合流され、均一な濃度分布で混合された反応ガス２０が得られるので、均一な膜厚及び組成の薄膜を形成することができる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４９】
図６（ａ）（ｂ）は、本発明の他の参考の実施の形態の混合器を示すもので、図６（ａ）は、同混合器の外観を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。以下、上記実施の形態と対応する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００５０】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態の混合器７Ｄは、渦流形成用導入管７１、７２が、混合器７Ｄの合流部分において鉛直上方側、すなわち、ガス流の下流側に傾斜させて本体部３０に連結されている点が上記実施の形態と異なるものである。
【００５１】
このような構成を有する本実施の形態によれば、酸素ガスがガス流の下流側に向って導入されるので、合流部分においてガスが逆流することなく、効率良く反応ガスを導入することが可能になる。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００５２】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、酸素ガス導入管から酸素ガスを導入する一方で、原料ガス導入管から原料ガスを導入するようにしたが、本発明はこれに限られず、導入するガスの組み合わせについて、種々の変更が可能である。
【００５３】
また、酸素ガス導入管から原料ガスと反応ガスを導入する一方で、反応ガス導入管から例えば不活性ガス等の希釈ガスを導入することも可能である。
【００５４】
この場合、マスフローコントローラーによって原料ガスと反応ガスの導入量を交互に増加、減少させ、基板表面における原料ガスと反応ガスの濃度を調整するようにすれば、基板表面における原料ガスと反応ガスの吸着乖離平衡と反応を制御でき、これにより膜の化学的純度（組成）と物理的純度（結晶性、付き周り性）の向上を図ることができる。
【００５５】
また、マスフローコントローラーの代わりにバルブを設け、原料ガスと反応ガスをタイミングをずらして交互に導入することによっても、基板表面における原料ガスと反応ガスの濃度を交互に増減させることができ、これにより膜の化学的純度（組成）と物理的純度（結晶性、付き周り性）の向上を図ることができる。
【００５６】
さらにまた、本発明はＭＯＣＶＤ装置に限らず、ガスの均一混合を必要とする他のＣＶＤ装置や種々の真空処理装置に適用することができる。
【００５７】
ただし、ガス流の制御が有効な１Ｐａ〜１００００Ｐａの圧力範囲で使用される減圧ＭＯＣＶＤ装置に適用した場合に最も有効なものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、複数の成膜用ガスを円滑に合流し均一な濃度分布で混合された反応ガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるＭＯＣＶＤ装置の概略全体構成図
【図２】（ａ）：本発明の参考の実施の形態の混合器の外観を示す平面図
（ｂ）：図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図
（ｃ）：図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図
【図３】同実施の形態の作用を示す説明図
【図４】（ａ）：本発明の他の参考の実施の形態の混合器の外観を示す平面図
（ｂ）：図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図
（ｃ）：図４（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図
【図５】（ａ）：本発明の実施の形態の混合器の外観を示す平面図
（ｂ）：図５（ａ）のＥ−Ｅ線断面図
（ｃ）：図５（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図
【図６】（ａ）：本発明の他の参考の実施の形態の混合器の外観を示す平面図
（ｂ）：図６（ａ）のＧ−Ｇ線断面図
【図７】従来の成膜装置の概略構成図
【符号の説明】
１…ＭＯＣＶＤ装置２…基板（成膜対象物）３…真空槽７…混合器２０…反応ガス７１、７２…渦流形成用導入管（渦流形成用導入部）７３、７４…渦流形成面７５…ガス導入管（ガス導入部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film in a vacuum, and more particularly to a technique for achieving uniform film characteristics in an MOCVD apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the increase in the diameter of a semiconductor substrate, it has become an important issue to achieve uniform thickness distribution of a thin film formed on the substrate and uniform composition distribution in a multi-element process.
[0003]
When film formation is performed by the MOCVD method, gas mixing is one of important parameters for in-plane uniformity of the film thickness and composition of the oxide thin film. That is, if oxygen gas and source gas are not sufficiently mixed during film formation, a concentration distribution occurs in the film formation gas, and the film formation rate and concentration ratio become non-uniform, resulting in a large in-plane distribution on the substrate. There is a problem of end.
[0004]
Conventionally, various proposals have been made for gas mixing methods, but most of them have been optimized for each film formation target, and mixing can be performed under optimum conditions if the design of the manufacturing apparatus is different. Can not.
[0005]
On the other hand, in the MOCVD method, the chemical purity (composition) and physical properties of the film are controlled by the flow modulation method using the chemical reaction of the gas species on the substrate surface while suppressing the reaction between the MO gas and the reaction gas in the gas phase as much as possible. Improvement of mechanical purity (crystallinity, throwing power) has been studied.
[0006]
In such a process, it is necessary to rapidly dilute and replace the MO gas and the reactive gas with an inert gas, and there is a need for a vaporizer that enables high-speed gas mixing, dilution, and replacement. Yes.
[0007]
FIG. 7 shows a schematic configuration of a conventional film forming apparatus.
As shown in FIG. 7, in this film forming apparatus 101, the reaction gas 105 introduced through the shower head 104 is supplied to the vicinity of the surface of the substrate with respect to the substrate 103 disposed in the film forming chamber 102. It has become so.
[0008]
In this case, the source gas vaporized by the vaporizer 106 and guided by the pipe 107 and the reaction gas guided by the pipe 108 are mixed in the Y-shaped mixing unit 109 and supplied to the shower head 104.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the film formation by the MOCVD method is often performed in a low vacuum, and the gas flow often forms a laminar flow. In the case of a laminar flow, there is a problem that a plurality of film-forming gases are joined together in a laminar form, and good mixing cannot be performed with a conventional simple pipe connection such as a Y-shape.
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and provides a film forming apparatus capable of smoothly combining a plurality of film forming gases to obtain a reaction gas mixed with a uniform concentration distribution. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a film forming apparatus having a mixer for merging and mixing a plurality of film forming gases and supplying the gas into the vacuum chamber. However, a predetermined film-forming gas in the film-forming gas is directed to the eddy current forming portion for forming a vortex flow at the joining portion thereof, and a predetermined film-forming gas in the film-forming gas is directed to the vortex. have a gas introduction unit for introducing Te, the gas inlet is a film forming apparatus to which the cross-sectional shape is formed in an annular shape.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the eddy current forming section is configured to form a vortex forming surface formed in a curved surface and to spray the predetermined film forming gas on the vortex forming surface. And a vortex forming introduction part configured as described above.
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first or second aspects, the eddy current forming introduction section is configured such that the film forming gas introduced from each of the vortex formation introduction sections generates a vortex in the same direction. A film forming apparatus configured to form.
[0012]
In the case of the present invention having such a configuration, a vortex is formed at the junction of the mixer during film formation, and a plurality of film formation gases are smoothly introduced by introducing a predetermined film formation gas toward the vortex. And a reaction gas mixed with a uniform concentration distribution is obtained.
[0013]
And if this reactive gas is supplied to the film-forming target in the vacuum chamber, a thin film having a uniform film thickness and composition can be formed.
[0014]
In the present invention, the eddy current forming portion includes a vortex forming surface formed in a curved surface shape, and an eddy current forming introduction portion configured to blow a predetermined film forming gas on the vortex forming surface. By doing so, a mixer having a simple configuration can be obtained.
[0015]
In the present invention, if a plurality of (for example, two) eddy current forming introduction portions are provided, a film forming apparatus having a sufficient mixing ability can be obtained with a simple configuration.
[0016]
Furthermore, if the eddy current forming introduction part is configured such that the film forming gas introduced from each eddy current forming introduction part forms a vortex in the same direction, it is possible to perform smoother gas mixing.
[0017]
On the other hand, if a gas introduction part having an annular cross-sectional shape is used, a predetermined film-forming gas is supplied to the outer peripheral part of the vortex formed at the confluence part of the mixer. Is diffused and mixed toward the central part.
[0018]
As a result, according to the present invention, it is possible to obtain a reaction gas mixed with a uniform concentration distribution by smoothly joining the deposition gases.
[0019]
Furthermore, if the vortex forming introduction part is provided so as to be inclined downstream with respect to the gas flow supplied to the vacuum chamber, the film forming gas is introduced toward the downstream side of the gas flow, It is possible to efficiently introduce the reaction gas without causing the gas to flow backward at the joining portion.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the MOCVD apparatus 1 according to the present embodiment includes a substantially cylindrical vacuum chamber 3 for forming a film on a substrate 2 that is a film formation target. , Connected to a vacuum exhaust system (not shown).
[0022]
A stage 4 is provided in the film forming chamber 30 in the vacuum chamber 3, and the substrate 2 is placed on the stage 4. A shower head 5 is provided above the film forming chamber 3.
[0023]
And the vaporizer 6 for vaporizing the organometallic material sent from the raw material supply device (not shown) is a shower head through a gas introduction pipe (gas introduction part) 75, a mixer 7 and a pipe 8 which will be described later. 9 is connected.
[0024]
In the present embodiment, two oxygen supply sources 10 and 11 are provided, and each of the oxygen supply sources 10 and 11 is a mixer via the mass flow controllers 12 and 13 and the vortex flow introduction pipes 71 and 72, respectively. 7 is connected.
[0025]
Then, the reaction gas 20 mixed by the mixer 7 and supplied to the shower head 9 is blown out toward the surface of the substrate 2 through a large number of nozzles provided in the shower head 9. A reaction gas 20 is supplied.
[0026]
The reaction gas 20 supplied to the surface of the substrate 2 is discharged to the outside of the film forming chamber 30 through an exhaust pipe (not shown).
[0027]
FIGS. 2A to 2C show the configuration of a mixer according to a reference embodiment of the present invention . FIG. 2A is a plan view showing the appearance of the mixer, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2B.
Moreover, FIG. 3 is explanatory drawing which shows the effect | action of this Embodiment.
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 2B, the mixer 7A of the present embodiment has a cylindrical main body portion 70 extending in the vertical direction, and is orthogonal to the main body portion 70, that is, The vortex forming introduction pipes (vortex forming introduction portions) 71 and 72 are connected so as to extend horizontally in a T-shape.
[0029]
In the case of the present embodiment, the vortex forming introduction pipes 71 and 72 are provided at the same height position.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 2A, the horizontal positional relationship of the vortex forming introduction pipes 71 and 72 is arranged in parallel by shifting the central axis by a predetermined distance.
[0031]
In the case of the present invention, the shifting distance of the vortex forming introduction pipes 71 and 72 is not particularly limited. However, from the viewpoint of satisfactory gas mixing, the inner diameter of the main body 70 is D ₇₀ , and the vortex forming introduction pipe When the inner diameters of the tubes 71 and 72 are D ₇₁ and D ₇₂ , it is preferable that D ₇₁ = D ₇₂ ≦ D _70/2 .
[0032]
With such a configuration, the extension line of the central axis of each of the vortex forming introduction pipes 71 and 72 is opposed to the cylindrical vortex forming surfaces 73 and 74 formed by the inner wall of the main body 70. (See FIG. 2 (c)).
[0033]
On the other hand, the gas introduction pipe 75 is connected to the main body 30 so as to extend in parallel with the main body 30, that is, in the case of the present embodiment, in the vertical direction.
[0034]
Thereby, in this Embodiment, the vortex flow formation introduction pipes 71 and 72 and the gas introduction pipe | tube 75 are comprised so that it may mutually orthogonally cross.
[0035]
In the present embodiment having the above-described configuration, when oxygen gas is introduced from each of the vortex forming introduction pipes 71 and 72 during film formation, the oxygen gas is blown onto the cylindrical vortex forming surfaces 73 and 74 to form eddy currents. As shown in FIG. 3, a spiral gas flow is formed which is deflected in the direction along the surfaces 73 and 74 and proceeds in the clockwise direction.
[0036]
In this case, the amount of oxygen introduced from each of the vortex forming introduction pipes 71 and 72 is adjusted by the mass flow controllers 12 and 13 to be a predetermined value.
[0037]
Further, when the source gas is supplied from above vertically to the spiral oxygen gas flow, the source gas and the oxygen gas are smoothly merged, and the reaction gas 20 in which these are mixed with a uniform concentration distribution is obtained.
[0038]
If this reactive gas 20 is supplied to the substrate via the shower head 9, a thin film having a uniform film thickness and composition can be formed.
[0039]
FIGS. 4A to 4C show a mixer according to another reference embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan view showing the appearance of the mixer, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 4B. Hereinafter, parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0040]
As shown in FIGS. 4A to 4C, the mixer 7 </ b> B according to the present embodiment is provided with one vortex forming introduction pipe 71. The vortex forming introduction pipe 71 has the same configuration as that of the above embodiment. The gas introduction pipe 75 has the same configuration as that of the above embodiment.
[0041]
In the present embodiment, when oxygen gas is introduced from the eddy current forming introduction pipe 71 at the time of film formation, as shown in FIG. 4C, the oxygen gas is blown to the vortex forming surfaces 73 and 74 of the main body 30 to cause vortex flow. A spiral gas flow that is deflected in the direction along the formation surfaces 73 and 74 and proceeds in the clockwise direction is formed.
[0042]
Further, when the raw material gas is supplied from the gas inlet pipe 75 vertically above to the spiral oxygen gas flow, the raw material gas and the oxygen gas are smoothly merged, and the reaction gas 20 is mixed with a uniform concentration distribution. Is obtained.
[0043]
If this reaction gas 20 is supplied to the substrate via the shower head 9, a thin film having a uniform film thickness and composition can be formed as in the above embodiment. Since other configurations and operational effects are the same as those of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted.
[0044]
FIGS. 5 (a) ~ (c) is shows the mixer implementation of the present invention, FIG. 5 (a) is a plan view showing the appearance of the mixer, Fig. 5 (b), FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line E-E, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line F-F in FIG. Hereinafter, parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0045]
The mixer 7C of the present embodiment is different from the above-described embodiment in that the raw material gas is introduced using a gas introduction pipe 75C having an annular cross section.
[0046]
In this case, the outer diameter of the gas introduction pipe 75 </ b> C is set to be the same as the outer diameter of the main body 70.
[0047]
In the present embodiment having such a configuration, the raw material gas is supplied to the outer peripheral portion of the spiral oxygen gas flow formed at the confluence portion of the mixer 7C, and this raw material gas is centered by the spiral oxygen gas flow. It is diffused and mixed toward.
[0048]
As a result, according to the present embodiment, the raw material gas and the oxygen gas are more smoothly merged and the reaction gas 20 mixed with a uniform concentration distribution is obtained, so that a thin film having a uniform film thickness and composition is formed. can do. Since other configurations and operational effects are the same as those of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted.
[0049]
6 (a) and 6 (b) show a mixer according to another reference embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) is a plan view showing the appearance of the mixer, and FIG. 6 (b). These are the GG sectional view taken on the line of Fig.6 (a). Hereinafter, parts corresponding to those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0050]
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the mixer 7D of the present embodiment, the vortex forming introduction pipes 71 and 72 are vertically upward in the merged portion of the mixer 7D, that is, downstream of the gas flow. It is different from the above embodiment in that it is inclined to the side and connected to the main body 30.
[0051]
According to the present embodiment having such a configuration, the oxygen gas is introduced toward the downstream side of the gas flow, so that the reaction gas can be efficiently introduced without causing the gas to flow backward at the merged portion. become. Since other configurations and operational effects are the same as those of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted.
[0052]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
For example, in the above-described embodiment, the oxygen gas is introduced from the oxygen gas introduction pipe, while the source gas is introduced from the source gas introduction pipe. However, the present invention is not limited to this, and the gas to be introduced is introduced. Various changes can be made to the combination.
[0053]
In addition, while introducing the source gas and the reaction gas from the oxygen gas introduction pipe, it is also possible to introduce a dilution gas such as an inert gas from the reaction gas introduction pipe.
[0054]
In this case, if the amount of source gas and reaction gas introduced is alternately increased and decreased by the mass flow controller to adjust the concentration of the source gas and reaction gas on the substrate surface, the adsorption of the source gas and reaction gas on the substrate surface will be performed. The dissociation equilibrium and reaction can be controlled, thereby improving the chemical purity (composition) and physical purity (crystallinity and throwing power) of the film.
[0055]
In addition, by providing a valve instead of the mass flow controller and introducing the source gas and the reaction gas alternately at different timings, the concentration of the source gas and the reaction gas on the substrate surface can be increased or decreased alternately. The chemical purity (composition) and physical purity (crystallinity and throwing power) of the film can be improved.
[0056]
Furthermore, the present invention is not limited to the MOCVD apparatus, but can be applied to other CVD apparatuses and various vacuum processing apparatuses that require uniform gas mixing.
[0057]
However, it is most effective when applied to a low pressure MOCVD apparatus used in a pressure range of 1 Pa to 10000 Pa in which the gas flow control is effective.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a reaction gas in which a plurality of deposition gases are smoothly merged and mixed with a uniform concentration distribution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a plan view showing the appearance of a mixer according to a reference embodiment of the present invention . (A) AA line sectional view (c): BB line sectional view of FIG. 2 (b) FIG. 3 is an explanatory view showing the operation of the same embodiment (FIG. 4) (a): the present invention plan view showing the appearance of the mixer embodiment other references of (b): C-C line sectional view of FIG. 4 (a) (c): D-D line cross-sectional view of FIG. 4 (b) [ 5] (a): a plan view showing the appearance of a mixer of the implementation of the embodiment of the present invention (b): 5 E-E line cross-sectional view of (a) (c): F shown in FIG. 5 (b) -F sectional view [Fig. 6] (a): Plan view showing the external appearance of a mixer according to another embodiment of the present invention (b): GG sectional view of Fig. 6 (a) [Fig. 7] Schematic configuration diagram of conventional film deposition system [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MOCVD apparatus 2 ... Substrate (film formation object) 3 ... Vacuum tank 7 ... Mixer 20 ... Reaction gas 71, 72 ... Introducing pipe for eddy current formation (introducing part for eddy current formation) 73, 74 ... Eddy current forming surface 75 ... Gas introduction pipe (gas introduction part)

Claims

A film forming apparatus having a mixer for merging and mixing a plurality of film forming gases and supplying them into a vacuum chamber,
The mixer includes a predetermined film-forming gas in the film-forming gas, a vortex forming part for forming a vortex flow at a joint portion thereof, and a predetermined film-forming gas in the film-forming gas. have a gas introduction part that introduces toward the vortex, the gas inlet unit, the film forming apparatus to which the cross-sectional shape is formed in an annular shape.

2. The eddy current forming portion according to claim 1, wherein the eddy current forming portion is formed into a curved surface, and the predetermined vortex forming gas is blown onto the eddy current forming surface. A film forming apparatus.

3. The invention according to claim 1 , wherein the eddy current forming introduction section is configured such that the film forming gas introduced from each vortex forming introduction section forms a vortex flow in the same direction. Deposition device.