JP4817210B2 - Film forming apparatus and a film forming method - Google Patents

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東京エレクトロン株式会社
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、TiN膜等をALD(Atomic Layer Deposition)法を利用して成膜する成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method for forming by using ALD (Atomic Layer Deposition) method of a TiN film.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
半導体製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)に形成された配線間のホールを埋め込むために、あるいはバリア層として、WSi(タングステンシリサイド)、TiN(チタンナイトライド)、TiSi(チタンシリサイド)等の金属化合物を堆積させて薄膜を形成している。 In a semiconductor manufacturing process, a semiconductor wafer as an object to be processed (hereinafter, simply referred to as a wafer) to embed the holes between wiring formed on, or as a barrier layer, WSi (tungsten silicide), TiN (titanium nitride ), and TiSi (by depositing titanium silicide), etc. of a metal compound to form a thin film.
【0003】 [0003]
従来、これら金属化合物薄膜は物理的蒸着(PVD)を用いて成膜されていたが、最近のようにデバイスの微細化および高集積化が特に要求され、デザインルールが特に厳しくなっており、埋め込み性の悪いPVDでは十分な特性を得ることが困難となっている。 Conventionally these a metal compound thin film had been deposited by physical vapor deposition of (PVD), it is recently required miniaturization and higher integration of the device, especially as, design rules have become particularly severe, buried to obtain a sexual the bad PVD sufficient characteristics has become difficult. そこで、TiN膜をより良質の膜を形成することが期待できる化学的蒸着(CVD)で成膜することが行われている。 Therefore, forming a film by chemical vapor deposition (CVD), which can be expected to form a better quality film, a TiN film is performed.
【0004】 [0004]
しかしながら、CVDによっても、膜質、ステップカバレージ、膜の密着性が必ずしも十分とはいえなくなっている。 However, even by CVD, the film quality, the step coverage, adhesion of the film is no longer always sufficient. また、10nm以下の超薄膜を形成する際の膜厚制御が非常に困難である。 Further, the film thickness control at the time of forming the ultrathin film of less than 10nm is very difficult.
【0005】 [0005]
一方、良好な膜質の金属化合物薄膜を密着性およびステップカバレージ良く形成する技術として、近時、ALD法が注目されている(特開昭55−130896号公報等)。 On the other hand, good the quality of the metal compound thin film as adhesion and step coverage may form technology, recently, ALD method has attracted attention (JP 55-130896 Patent Publication). したがって、上記金属化合物の堆積においてもALD法を利用することが考えられる。 Therefore, it is conceivable to also use the ALD method in the deposition of the metal compound. 具体的には、例えばTiN膜を成膜する際には、チャンバー内に1枚のウエハを配置し、まずチャンバー内にTiCl ガスを供給してTiの単原子層を吸着させ、次いでNH ガスを供給してその上にNの単原子層を堆積させてこれらを反応させる。 More specifically, for example, when depositing TiN films, one wafer was placed in a chamber, first by supplying TiCl 4 gas into the chamber to adsorb the monoatomic layer of Ti, followed by NH 3 gas supplies by depositing monolayer N thereon react them. この操作を所定回数繰り返すことにより、所定厚さのTiN膜を得る。 By repeating this operation predetermined times, to obtain a TiN film having a predetermined thickness.
【0006】 [0006]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、ALD法を利用して金属化合物薄膜を形成する際には、供給するガスの切り替えを高速で行わなければならず、そのために高速スイッチングバルブを用いるが、このような高速スイッチングバルブは寿命が短いという問題点がある。 However, when using an ALD method to form a metal compound thin film must be made to switch the gas supplied at high speed, it uses a high-speed switching valve to its, such a high-speed switching valve life there is a problem in that short. また、このように単原子層を積層する際には、一方のガスを供給してから他方のガスを供給する間にパージガスを供給して前のガスをパージする必要があるため、成膜に時間がかかり生産性が悪いという問題点もある。 Also, since in this way at the time of stacking single atomic layer, it is necessary to purge the previous gas by supplying the purge gas from the supply one of the gas while supplying the other gas, the film formation time there is also a problem of poor productivity costs.
【0007】 [0007]
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高速スイッチングバルブを用いずにかつ高い生産性で、ALD法を利用することができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of such circumstances, and aims to provide in and high productivity without using a high-speed switching valve, a film forming apparatus and a film forming method that can utilize ALD method to.
【0008】 [0008]
上記課題を解決するため、本発明は、基板を収容するチャンバーと、 To solve the above problems, the present invention includes a chamber for accommodating the substrate,
前記チャンバー内で複数の基板を平面的に支持する基板支持部材と、 A substrate support member for plane supporting a plurality of substrates in said chamber,
前記チャンバー内に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第1の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第1の処理ガス吐出部と、 Provided in the chamber, said first process gas discharging portion having a plurality of discharge ports for discharging the first process gas while being opposed to the upper substrate supporting member,
前記チャンバー内の前記第1の処理ガス吐出部とは異なる位置に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第2の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第2の処理ガス吐出部と、 Wherein provided at a position different from the first process gas discharging portion of the chamber, a second processing having a plurality of discharge ports for discharging the second process gas while being opposed to the upper side of the substrate support member and a gas discharge portion,
前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部との間に前記基板支持部材の上方に対向させた状態で配置された、パージガスを吐出するパージガス吐出部と、 Arranged while being opposed to the upper side of the substrate supporting member between the first process gas discharging portion and the second process gas discharging portion, and a purge gas discharge portion for discharging the purge gas,
前記基板支持部材を回転させる回転機構と、 A rotating mechanism for rotating said substrate support member,
前記基板を加熱する加熱手段と、 Heating means for heating the substrate,
前記チャンバーの底部に設けられた排気口とを具備し、 Comprising an exhaust port provided at the bottom of the chamber,
前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部とは、前記回転機構の回転軸を中心として、円周状に交互に配置されており、 Wherein the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, about an axis of rotation of the rotating mechanism are arranged alternately circumferentially,
前記パージガス吐出部は、その内部に多数の吐出口を有し、かつ前記多数の吐出口よりも下方に延び、前記パージガスの流れが拡散することを防止するスカート部を有し、吐出された前記パージガスが前記スカート部によってエアカーテンとなり、このエアカーテンにより前記第1の処理ガスの雰囲気と前記第2の処理ガスの雰囲気とが分離され、 The purge gas discharge section has a plurality of discharge ports therein, and the extending below the number of discharge ports, has a skirt portion the flow of the purge gas is prevented from diffusing, discharged the purge gas is an air curtain by the skirt portion, and the atmosphere in the second processing gas and the atmosphere of the first process gas is separated by the air curtain,
前記回転機構は、前記基板支持部材に支持された基板が前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部の直下を通過するように前記基板支持部材を回転させ、 The rotating mechanism rotates the substrate support member so that the substrate supported on the substrate support member passes immediately below the first process gas discharge section and the second processing gas discharge portion,
前記回転機構により前記基板支持部材を回転させることにより、基板の上方の前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部から底部の前記排気口に向けた、パージガスで分離された状態の前記第1の処理ガスの流れおよび前記第2の処理ガスの流れの中に前記加熱手段により加熱された状態の基板を通過させ、基板上に、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスを、 互いに混合することなく交互に吸着させて、前記第1の処理ガスによる単原子層および前記第2の処理ガスによる単原子層とを交互に形成し、これらを熱的に反応させて化合物の膜を形成することを特徴とする成膜装置を提供する。 By rotating the substrate support member by the rotation mechanism, directed from the first process gas discharge section and the second processing gas discharge portion of the upper substrate to the outlet at the bottom, separated by a purge gas passed through a substrate in a state of being heated by the heating means in said first flow of the process gas and the flow of the second process gas state, on the substrate, wherein the first processing gas and the second the process gas, is adsorbed alternately without mixing with each other, the first processing are alternately formed a monolayer by monolayer and the second process gas by the gas, the reaction of these thermally to provide a film forming apparatus and forming a film of not a compound is.
【0009】 [0009]
また、本発明は、 基板を収容するチャンバーと、 Further, the present invention includes a chamber for accommodating the substrate,
前記チャンバー内で複数の基板を平面的に支持する基板支持部材と、 A substrate support member for plane supporting a plurality of substrates in said chamber,
前記チャンバー内に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第1の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第1の処理ガス吐出部と、 Provided in the chamber, said first process gas discharging portion having a plurality of discharge ports for discharging the first process gas while being opposed to the upper substrate supporting member,
前記チャンバー内の前記第1の処理ガス吐出部とは異なる位置に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第2の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第2の処理ガス吐出部と、 Wherein provided at a position different from the first process gas discharging portion of the chamber, a second processing having a plurality of discharge ports for discharging the second process gas while being opposed to the upper side of the substrate support member and a gas discharge portion,
前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部との間に前記基板支持部材の上方に対向させた状態で配置された、パージガスを吐出するパージガス吐出部と、 Arranged while being opposed to the upper side of the substrate supporting member between the first process gas discharging portion and the second process gas discharging portion, and a purge gas discharge portion for discharging the purge gas,
前記基板支持部材を回転させる回転機構と、 A rotating mechanism for rotating said substrate support member,
前記基板を加熱する加熱手段と、 Heating means for heating the substrate,
前記チャンバーの底部に設けられた排気口と An exhaust port provided at the bottom of the chamber
を具備し、 Equipped with,
前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部とは、前記回転機構の回転軸を中心として、円周状に交互に配置されており、 Wherein the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, about an axis of rotation of the rotating mechanism are arranged alternately circumferentially,
前記パージガス吐出部は、その内部に多数の吐出口を有し、かつ前記多数の吐出口よりも下方に延び、前記パージガスの流れが拡散することを防止するスカート部を有し、 The purge gas discharge section has a skirt portion to prevent its having a plurality of discharge ports therein, and the extending below the number of discharge ports, the flow of the purge gas is diffused,
前記回転機構は、前記基板支持部材に支持された基板が前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部の直下を通過するように前記基板支持部材を回転させる成膜装置を用いて基板上に化合物膜を成膜する成膜方法であって、 The rotating mechanism, a film forming apparatus for rotating said substrate support member so that the substrate supported on the substrate support member passes immediately below the first process gas discharge section and the second processing gas discharge section a film formation method for forming a compound film on a substrate using,
前記パージガス吐出部から吐出された前記パージガスを前記スカート部によってエアカーテンとし、このエアカーテンにより前記第1の処理ガスの雰囲気と前記第2の処理ガスの雰囲気とを分離し、基板の上方の前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部から底部の前記排気口に向けた、パージガスで分離された状態の前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの流れを形成し、 The purge gas discharged from the purge gas discharge portion and an air curtain by the skirt portion, and an atmosphere of the atmosphere and the second processing gas in the first process gas separated by the air curtain, the upper substrate toward the exhaust port in the bottom from the first process gas discharge section and the second processing gas discharge unit, a flow of the first process gas and said second process gas in a state of being separated by a purge gas and,
前記回転機構により前記基板支持部材を回転させることにより、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの流れの中に前記加熱手段により加熱された状態の基板を通過させ、 Wherein by rotating the substrate support member by the rotation mechanism, is passed through the substrate in a state of being heated by the heating means in the flow of the first process gas and said second process gas,
前記加熱された基板上に、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスを、互いに混合することなく交互に吸着させて、前記第1の処理ガスによる単原子層および前記第2の処理ガスによる単原子層とを交互に形成し、これらを熱的に反応させて化合物の膜を形成することを特徴とする成膜方法を提供する。 The heated substrate, wherein the first processing gas and the second process gas, is adsorbed alternately without mixing with each other, the first processing monoatomic layer and the second processing by the gas and a monoatomic layer by the gas are alternately formed, it provides a film forming method and forming a film of the compound is reacted thermally.
【0011】 [0011]
本発明によれば、ALD法を利用して成膜を行うにあたり、互いに異なる位置に設けられた第1の処理ガス吐出部および第 2の処理ガス吐出部からそれぞれ第1の処理ガスおよび第2の処理ガスを吐出し、 その間にエアカーテン状のパージガスを吐出して第1の処理ガスおよび第2の処理ガスを分離し、パージガスで分離された状態の第1の処理ガスの流れおよび第2の処理ガスの流れの中に、回転機構により基板支持部材を回転させることによって加熱手段により加熱された状態の基板を通過させるので、高速スイッチングバルブを用いることなく、第1の処理ガスおよび第2の処理ガスを確実に分離した状態で基板上に第1の処理ガスと第2の処理ガスとを交互に供給して吸着させ、第1の処理ガスによる単原子層と、第2の処理ガスに According to the present invention, when a film is formed using the ALD method, the first process gas discharging part and respectively the second process gas discharging portion first process gas and provided at positions different from each other discharging a second process gas to separate the first process gas and the second process gas by discharging the air curtain of purge gas during the flow of the first process gas in a state of being separated by a purge gas and in the second process gas flow, so to pass the substrate in a state of being heated by the heating means by rotating the substrate support member by the rotation mechanism, without using a high-speed switching valve, the first processing gas and second process gas reliably on the substrate in a separated state by supplying the first processing gas and the second processing gas alternately adsorb a monolayer of the first process gas, the second the processing gas る単原子層とを交互に形成することができる。 That a single atomic layer can be formed alternately. また、 第1の処理ガス吐出部と第2の処理ガス吐出部とが、回転機構の回転軸を中心として、円周状に交互に配置され、かつ基板支持部材に複数の基板を支持した状態で処理を行うので、一度に複数枚数の基板の成膜処理を行うことができ、生産性を高めることができる。 The state in which the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, around the rotation axis of the rotation mechanism, are arranged alternately circumferentially and supporting the plurality of substrates to the substrate support member in since the process can be carried out a film forming process of a substrate of a plurality sheets at once, it is possible to enhance the productivity.
【0012】 [0012]
前記成膜装置において、前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部は、処理ガスがシャワー状に吐出されるように多数の吐出口を有していることが好ましい。 In the film forming apparatus, wherein the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, not preferable that the process gas has a number of outlets, as discharged like a shower .
【0013】 [0013]
記パージガス吐出部は、前記パージガスを吐出する吐出口と、その下方に位置する前記基板保持部材に保持された基板との間の距離が0.1〜50mmとなるように配置されていることが好ましい。 Before SL purge gas ejection portion, the distance between the discharge port for discharging the purge gas, and the substrate held by the substrate holding member located therebelow are arranged such that 0.1~50mm It is preferred. また、前記パージガス吐出部は、その下端と前記基板保持部材上面との間の距離が1.1〜50mmとなるように配置されていることが好ましい。 Further, the purge gas ejection portion is preferably the distance between the substrate holding member upper surface and its lower end is arranged so as to 1.1~50Mm. さらに、前記パージガス吐出部の吐出口の高さ位置が、前記第1の処理ガス吐出部における吐出口の高さ位置および前記第2の処理ガス吐出部における吐出口の高さ位置よりも高いことが好ましい。 Furthermore, the height position of the discharge port of the purge gas ejection portion is higher than the height position of the discharge port at a height position and the second process gas discharge portion of the discharge port in said first process gas discharging unit It is preferred. このようにパージガス吐出部を設けることにより、第1の処理ガスと第2の処理ガスとの分離性をより高めることができる。 The provision of the purge gas ejection portion, it is possible to further increase the separation of the first processing gas and the second processing gas.
【0014】 [0014]
記回転機構の回転速度は、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの吸着速度に応じて可変であることが好ましい。 Rotational speed before Symbol rotation mechanism is preferably a variable depending on the adsorption rate of the first process gas and said second process gas.
【0015】 [0015]
前記基板を自転させる基板回転機構をさらに有することが好ましい。 It may further include a substrate rotation mechanism for rotating the substrate. このように基板を自転させることにより、成膜の均一性をより高めることができる。 By thus rotating the substrate, it is possible to enhance the uniformity of deposition.
【0016】 [0016]
前記加熱手段は、前記基板支持部材の下方に前記基板支持部材から離隔したヒーター支持部材に支持されたヒーターを有することが好ましい。 The heating means preferably comprises the substrate support heater which is supported by the heater support member spaced from the substrate support member below the member. さらに、 前記ヒーターは、前記基板支持部材の回転にともなう基板の移動軌跡に沿って円環状に形成されていることが好ましい。 Further, the heater is preferably formed in an annular shape along the locus of movement of the substrate due to the rotation of the substrate support member.
【0017】 [0017]
前記成膜方法において、さらに基板を自転させることが好ましい。 In the film forming method, it is preferable to further rotate the substrate. また、第1および第2の処理ガスの吸着速度合わせて前記基板支持部材を回転させることが好ましい。 Further, it is preferable to rotate the substrate support member to fit the adsorption rate of the first and second process gas.
【0018】 [0018]
前記第1の処理ガスは、Al、Zr、Ti、Ta、Si、WおよびRuのうちいずれか1種を含むものを用いることができ、前記第2の処理ガスはNまたはOを含むものを用いることができる。 The first process gas, Al, Zr, Ti, Ta, Si, and W, and Ru can be used those containing either one, those wherein the second process gas containing N or O it can be used.
【0019】 [0019]
前記成膜装置および前記成膜方法は、Al 、ZrO 、TiN、TaN、SiO 、SiN、SiON、SiOF、WN、WSiおよびRuO のうちいずれか1種の成膜に適用することができる。 The film deposition apparatus and the film forming method applies Al 2 O 3, ZrO 2, TiN, TaN, SiO 2, SiN, SiON, SiOF, WN, in any one of a deposition of WSi and RuO 2 be able to. また、前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部は、クリーニングガスを吐出してチャンバー内をクリーニングするようにすることができる。 Further, the first process gas discharging part and the second process gas discharging unit may be adapted to clean the inside of the chamber by ejecting the cleaning gas. この場合に、前記クリーニングガスとしてClF を用いることができる。 In this case, it is possible to use a ClF 3 as the cleaning gas.
【0020】 [0020]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail embodiments of the present invention. 図1は、本発明の一実施形態に係る成膜装置を示す断面図、図2はその内部の平面図である。 Figure 1 is a sectional view showing a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the interior thereof. ここではALD法を利用したCVD成膜装置によりTiN膜を成膜する場合について説明する。 Here it will be described a case where a TiN film is formed by CVD deposition apparatus using an ALD method.
【0021】 [0021]
このCVD成膜装置10は、真空引き可能に構成された略円筒状のチャンバー11を有しており、その中には被処理体であるウエハWを水平に4枚支持可能なウエハ支持部材12が設けられている。 The CVD system 10 can be evacuated to have a substantially cylindrical chamber 11 which is configured, 4 sheets of wafers W horizontally supportable wafer support member 12 as an object to be processed is therein It is provided. ウエハ支持部材12は、図2に示すように、4つのウエハ支持部12aを有しており、これらにウエハWが支持されるようになっている。 Wafer support member 12, as shown in FIG. 2, has four wafer support portions 12a, these wafers W are adapted to be supported. また、ウエハ支持部材12の中心には下方に延びる回転軸13が設けられており、この回転軸13はモーター14の軸に取り付けられている。 Further, the center of the wafer support member 12 has the rotary shaft 13 is provided extending downward, the rotating shaft 13 is attached to the shaft of the motor 14. そして、このモーター14を回転させることにより、回転軸13を介してウエハ支持部材12が図2の矢印方向に沿って回転されるようになっている。 Then, by rotating the motor 14, the wafer support member 12 through the rotary shaft 13 is adapted to be rotated along the arrow direction in FIG. したがって、ウエハ支持部12aに支持されたウエハWは、ウエハ支持部材12の回転によって回転軸13の回りを公転するようになっている。 Thus, the wafer W supported by the wafer supporting section 12a is configured to revolve around the rotation shaft 13 by rotation of the wafer support member 12.
【0022】 [0022]
ウエハ支持部材12の下方には、ヒーター支持部材15が設けられており、このヒーター支持部材15には、ウエハWの移動軌跡に沿って内側および外側2つの円環状のヒーター16が支持されている。 Below the wafer support member 12 is provided with a heater support member 15, in the heater support member 15, the inner and outer two annular heater 16 along the locus of movement of the wafer W is supported .
【0023】 [0023]
チャンバー11の天壁11aには、第1の処理ガス吐出ノズル(第1の処理ガス吐出部)20および第2の処理ガス吐出ノズル(第2の処理ガス吐出部)21が、そのガス吐出口20a,20bをウエハ支持部材12の上面に対向させた状態で設けられている。 The top wall 11a of the chamber 11, the first process gas discharge nozzle (first process gas discharging portion) 20 and the second process gas discharge nozzle (second process gas discharging portion) 21, the gas discharge port 20a, it is provided while being opposed to 20b on the upper surface of the wafer support member 12. これら第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21は、図2に示すように2つずつ、 中心側から外周側に向けて放射状に設けられており、これらは交互にウエハWの移動軌跡に沿って円周状に配置されている。 These first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21, two by two, as shown in FIG. 2, is provided radially toward the outer peripheral side from the center side, these wafers alternately They are disposed circumferentially along the W locus of movement of. これら第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21は、チャンバー11の径方向に長く、チャンバー11の周方向に短い扁平状をなしており、径方向の長さが支持部材12に支持されたウエハWの直径よりも長くなるように設けられている。 These first process gas discharge nozzle 20 and the second process gas discharging nozzle 21 is longer in the radial direction of the chamber 11, which forms a short flat in the circumferential direction of the chamber 11, the supporting length of the radial member It provided to be longer than the diameter of the wafer W supported by the 12. また、隣接する第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21は回転軸13を中心として90°の角度で配置されている。 Also, the first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 adjacent is disposed at an angle of 90 ° about an axis of rotation 13. また、チャンバー11の天壁11aには、4つのパージガス吐出ノズル(パージガス吐出部)22が隣接する第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21の間に位置するように設けられている。 Further, the top wall 11a of the chamber 11, provided so as to be positioned between the four purge gas discharge nozzles first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 (purge gas ejection portion) 22 is adjacent It is. これら4つのパージガス吐出ノズル22はそれぞれ独立した状態で中心側から外周側に向けて放射状に設けられており、チャンバー11の径方向に長く、チャンバー11の周方向に短い扁平状をなしている。 These are provided radially toward the outer peripheral side from the center side of the four purge gas discharge nozzles 22 in the independent state, long in the radial direction of the chamber 11, and has a short flat in the circumferential direction of the chamber 11. また、パージガス吐出ノズル22は、径方向の長さが支持部材12に支持されたウエハWの直径よりも長くなるように設けられている。 Further, the purge gas ejection nozzle 22 is provided to be longer than the diameter of the wafer W the length of the radial direction is supported by the support member 12.
【0024】 [0024]
図3(a)は第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21の断面図である。 3 (a) is a sectional view of a first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21. 図3(a)に示すように、第1および第2の処理ガス吐出ノズル20,21は、それぞれ多数のガス吐出口20a,21aを有しており、この多数の吐出口20a,21aからチャンバー11内にシャワー状に処理ガスを吐出するように構成されている。 As shown in FIG. 3 (a), first and second process gas discharge nozzle 20 and 21, respectively a plurality of gas discharge ports 20a, has a 21a, the number of discharge ports 20a, the chamber from 21a It is configured to discharge a process gas in a shower shape 11. また、図3(b)はパージガス吐出ノズル22の断面図である。 3 (b) is a sectional view of a purge gas discharge nozzle 22. 図3(b)に示すように、パージガス吐出ノズル22 内部には多数の吐出口22a が設けられている。 As shown in FIG. 3 (b), large number of discharge ports 22a are provided inside the purge gas discharge nozzle 22. この多数の吐出口22aからは、ウエハ支持部材12に向けて直接ガスが吐出される。 From this number of discharge ports 22a, direct gas is discharged toward the wafer support member 12. また、このパージガス吐出ノズル22は、多数の吐出口22aの下方に延びるように設けられたスカート部22bを有しており、吐出口22aからチャンバー11内にシャワー状にパージガスを吐出するとともに、スカート部22bによりシャワー状に吐出されたパージガスの流れが拡散することを防止しており、これによりパージガスのダウンフローがエアカーテンをなすように構成されている。 Further, the purge gas discharge nozzle 22 has a skirt portion 22b provided so as to extend below the number of discharge ports 22a, as well as discharging the purge gas like a shower into the chamber 11 from the discharge port 22a, skirt and preventing the flow of purge gas discharged like a shower is diffused, thereby purge gas downflow is configured so as to form an air curtain by section 22b. そして、上述したように、パージガス吐出ノズル22は放射状に設けられ、その径方向の長さがウエハ支持部材12上のウエハWの長さよりも長いので、多数の吐出口22aも放射状にかつ支持部材12上のウエハWの長さよりも長い長さで分布し、吐出口22aから吐出されたパージガスのエアカーテンをウエハ支持部材12が通過する際に、その上のウエハWの全面がもれなくパージガスのエアカーテンを通過するようになる。 Then, as described above, purge gas discharge nozzles 22 are radially provided, the length in the radial direction is longer than the length of the wafer W on the wafer support member 12, a large number of discharge ports 22a also radially and support member distributed in length longer length than the wafer W on the 12, when the air curtain of the purge gas discharged from the discharge port 22a wafer support member 12 passes, the entire surface of the purge gas entitled air wafer W thereon I would like to pass through the curtain. すなわち、支持部材12上のウエハWを基準にすると、そのウエハW上をパージガスのエアカーテンが漏れなく走査可能となっている。 That is, when the reference wafer W on the support member 12, which is on the wafer W can be scanned without leaking air curtain of the purge gas. このようなパージガスのエアカーテンにより、2つの処理ガスの分離性を高めることができる。 Such purge air curtain, it is possible to enhance the separation of the two process gases.
【0025】 [0025]
また、パージガス吐出ノズル22のガス吐出口22aは、第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21のガス吐出口20a,21aよりも上方に設けられており、これにより第1の処理ガス雰囲気と第2の処理ガス雰囲気とをパージガスのエアカーテンにより分離可能になっている。 The gas discharge ports 22a of the purge gas ejection nozzle 22, the first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 of the gas discharge ports 20a, is provided above the 21a, whereby the first It has become separable by the process gas atmosphere and the second processing gas atmosphere and a purge of the air curtain. これらノズル20,21,22からは、後述するガス供給機構30から所定のガスが供給されるようになっている。 From these nozzles 20, 21, 22, a predetermined gas from a gas supply mechanism 30 to be described later are supplied.
【0026】 [0026]
ガス供給機構30は、クリーニングガスであるClF を供給するClF 供給源31、Arを供給するAr供給源32、TiCl を供給するTiCl 供給源33、NH を供給するNH 供給源34を有している。 Gas supply mechanism 30, NH 3 supply source for supplying TiCl 4 source 33, NH 3 supply the Ar supply source 32, TiCl 4 supplies ClF 3 supply source 31, Ar supplies ClF 3 as a cleaning gas It has a 34. そして、ClF 供給源31にはClF ガスライン35が、Ar供給源32にはArガスライン36が、TiCl 供給源33にはTiCl ガスライン37が、NH 供給源34にはNH ガスライン38がそれぞれ接続されている。 Then, ClF 3 gas line 35 to the ClF 3 supply source 31, Ar gas line 36 to Ar supply source 32, TiCl 4 gas line 37 to the TiCl 4 supply source 33 is, NH in the NH 3 supply source 34 3 gas line 38 are connected. そして、各ラインにはバルブ40およびマスフローコントローラ41が設けられている。 Then, the valve 40 and a mass flow controller 41 is provided in each line.
【0027】 [0027]
TiCl 供給源33から延びるTiCl ガスライン37は、第1の処理ガス吐出ノズル20から延びるガス配管42に接続されている。 TiCl 4 gas line 37 extending from the TiCl 4 supply source 33 is connected to a gas pipe 42 extending from the first process gas discharge nozzle 20. また、TiCl ガスライン37にはArガスライン36から延びる配管45が接続されており、ArガスにキャリアされたTiCl ガスが配管42を通って第1の処理ガス吐出ノズル20から吐出される。 Further, discharged from the TiCl 4 to the gas line 37 is connected to a line 45 extending from the Ar gas line 36, the first process gas discharge nozzle 20 TiCl 4 gas, which is a carrier of Ar gas through a pipe 42 . また、NH 供給源34から延びるNH ガスライン38は、第2の処理ガス吐出ノズル21から延びるガス配管43に接続されており、NH ガスがNH ガスライン38およびガス配管43を通って第2の処理ガス吐出ノズル21から吐出される。 Further, NH 3 gas line 38 extending from the NH 3 supply source 34 is connected to the gas pipe 43 extending from the second process gas discharging nozzle 21, the NH 3 gas is passed through the NH 3 gas line 38 and gas pipe 43 discharged from the second processing gas discharge nozzle 21 Te. さらに、Ar供給源32から延びるArガスライン36は、パージガス吐出ノズル22から延びる配管44に接続されており、ArガスがArガスライン36および配管44を通ってパージガス吐出ノズル22から吐出される。 Further, Ar gas line 36 extending from the Ar supply source 32 is connected to a pipe 44 extending from the purge gas ejection nozzle 22, Ar gas is discharged from the purge gas discharge nozzle 22 through Ar gas line 36 and the pipe 44. さらにまた、ClF 供給源31から延びるClF ガスライン35には、配管46,47,48が接続されており、これら配管46,47,48から配管42,43,44を介して第1の処理ガス吐出ノズル20、第2の処理ガス吐出ノズル21、およびパージガス吐出ノズル22からクリーニングガスであるClF ガスを吐出可能となっている。 Furthermore, the ClF 3 gas line 35 extending from the ClF 3 supply source 31, pipes 46, 47, 48 are connected, the first of these pipes 46, 47, 48 via the pipe 42, 43 and 44 process gas discharge nozzle 20, and the second process gas discharge nozzle 21 and the purge gas discharge nozzle 22, and can discharge the ClF 3 gas as a cleaning gas. なお、配管45,46,47,48には、それぞれバルブ45a,46a,47a,48aが設けられている。 Incidentally, the pipe 45, 46, 47 and 48, respectively valves 45a, 46a, 47a, 48a are provided.
【0028】 [0028]
チャンバー11の底壁11bには、その中央部に排気口25が設けられており、この排気口25には排気管26が接続されている。 The bottom wall 11b of the chamber 11, an exhaust port 25 in the central portion is provided, an exhaust pipe 26 is connected to the exhaust port 25. この排気管26には排気装置28が接続されており、排気装置28を作動させることによりチャンバー11内を所定の真空度まで減圧することができる。 Is connected to an exhaust system 28 to the exhaust pipe 26, it is possible to reduce the pressure in the chamber 11 to a predetermined degree of vacuum by operating the exhaust device 28.
【0029】 [0029]
なお、排気管26は排気口25から垂直方向下方に延び途中で水平方向に屈曲しており、前記回転軸13は排気管26の垂直部の中を通って、排気管26の水平部の管壁を貫通して下方へ延びており、その管壁と回転軸13との間には、流体シール27が設けられている。 The exhaust pipe 26 is bent in the horizontal direction on the way extending vertically downward from the exhaust port 25, the rotary shaft 13 through the inside of the vertical portion of the exhaust pipe 26, the pipe of the horizontal portion of the exhaust pipe 26 extends downward through the wall, between its wall and the rotating shaft 13, fluid seal 27 is provided.
【0030】 [0030]
このように構成されたCVD成膜装置においては、まず、チャンバー11内に半導体ウエハWを装入し、ウエハ支持部材12のウエハ支持部12aにウエハWを載置する。 In this CVD film deposition apparatus having such a structure, first, was charged with the semiconductor wafer W into the chamber 11, the wafer W is placed on the wafer supporting section 12a of the wafer support member 12. 次いで、ヒーター16よりウエハWを加熱しながらウエハ支持部材12を回転させ、排気装置28によりチャンバー11内を排気してチャンバー11内を所定の真空状態にする。 Then, while heating the wafer W from the heater 16 to rotate the wafer support member 12 so that the chamber 11 to a predetermined vacuum state by evacuating the chamber 11 by the exhaust device 28. 引き続き、第1の処理ガス吐出ノズル20からArにキャリアさせたTiCl ガスを、第2の処理ガス吐出ノズル21からNH ガスを、パージガス吐出ノズル22からパージガスとしてのArガスをそれぞれ吐出させる。 Subsequently, the TiCl 4 gas is carrier in Ar from the first processing gas discharge nozzle 20, the NH 3 gas from the second process gas discharging nozzle 21 to discharge each of Ar gas as a purge gas from the purge gas ejection nozzle 22.
【0031】 [0031]
ウエハ支持部材12のウエハ支持部12aのウエハWのうち、最初に第1の処理ガス吐出ノズル20から吐出されたTiCl ガスが供給される2枚については、供給されたTiCl ガスによりTiの単原子層が吸着した後、ウエハ支持部材12の回転により、パージガス吐出ノズル22から吐出されたArガスのエアカーテンを通過して、第2の処理ガス吐出ノズル21から吐出されたNH ガスによりTiの単原子層の上にNの単原子層が堆積され、これらが反応してTiNが形成される。 Of the wafer W on the wafer supporting section 12a of the wafer support member 12, initially for two to TiCl 4 gas discharged from the first process gas discharge nozzle 20 is supplied, the Ti by the supplied TiCl 4 gas after monolayer is adsorbed by the rotation of the wafer support member 12, passes through the air curtain Ar gas discharged from the purge gas discharge nozzle 22, the NH 3 gas discharged from the second process gas discharging nozzle 21 Ti monolayer N on the single atomic layer is deposited of, TiN is formed by these reactions. さらに、パージガス吐出ノズル22から吐出されたArガスのエアカーテンを通過した後、同様にしてTiの単原子層およびNの単原子層が供給され、これが所定回数繰り返されて所定厚さのTiN膜が形成される。 Furthermore, after passing through the air curtain Ar gas discharged from the purge gas discharge nozzle 22, similarly to monoatomic layer of monoatomic layer and N of Ti is supplied, TiN film which is repeated a predetermined number of times a predetermined thickness There is formed. また、最初に第2の処理ガス吐出ノズル21から吐出されたNH ガスが供給される他の2枚については、供給されたNH ガスによりNの単原子層が吸着した後、ウエハ支持部材12の回転により、パージガス吐出ノズル22から吐出されたArガスのエアカーテンを通過して、第1の処理ガス吐出ノズル20から吐出されたTiCl ガスによりNの単原子層の上にTiの単原子層が堆積され、これらが反応してTiNが形成される。 Further, first for other two of NH 3 gas discharged from the second process gas discharge nozzle 21 is supplied, after the monoatomic layer of N is adsorbed by the supplied NH 3 gas, the wafer support member rotation of 12, passes through the air curtain Ar gas discharged from the purge gas ejection nozzle 22, a single of Ti on the first processing monolayer N by TiCl 4 gas discharged from the gas discharge nozzle 20 atomic layer is deposited, TiN is formed by these reactions. さらに、パージガス吐出ノズル22から吐出されたArガスのエアカーテンを通過した後、同様にしてNの単原子層およびTiの単原子層が供給され、これが所定回数繰り返されて所定厚さのTiN膜が形成される。 Furthermore, after passing through the air curtain Ar gas discharged from the purge gas discharge nozzle 22, similarly to monoatomic layer of monoatomic layer and Ti of N is supplied, TiN film which is repeated a predetermined number of times a predetermined thickness There is formed. この場合に、ウエハ支持部材12の回転速度は、処理ガスであるTiCl ガスおよびNH ガスの吸着速度に応じて決定される。 In this case, the rotational speed of the wafer support member 12 is determined in accordance with the adsorption rate of TiCl 4 gas and NH 3 gas is a process gas.
【0032】 [0032]
また、この場合における第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21の形状およびウエハWとの間隔、さらにはガス流量は、ウエハWに均等に単原子層が吸着するような流れを形成することができるように設定される。 The distance between the shape and the wafer W in the first process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 in this case, more gas flow rate, such as evenly monoatomic layer on the wafer W is adsorbed it is set so as to be able to form a flow. また、パージガス吐出ノズル22とウエハWとの間隔、さらにはガス流量は、パージガスがTiCl ガス雰囲気およびNH ガス雰囲気を十分に分離可能なエアカーテンとして機能する流れを形成することができるように設定される。 The distance between the purge gas ejection nozzle 22 and the wafer W, more gas flow rate, so it is possible to form a flow of purge gas serves the TiCl 4 gas atmosphere and NH 3 gas atmosphere as well separable air curtain It is set. また、ヒーター16の加熱温度はTiとNとの反応に適した適宜の温度に設定される。 The heating temperature of the heater 16 is set to an appropriate temperature suitable for the reaction between Ti and N. 以下、これらの設定値について具体的に述べる。 It will be specifically described these settings.
【0033】 [0033]
図3(a)に示した構造を有する第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21は、吐出口20a,21aとその下方に位置する基板支持部材12に保持されたウエハW表面との間の距離h が0.1〜10mmとなるように配置することができる。 First process gas discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 having the structure shown in FIG. 3 (a), the discharge ports 20a, 21a and the wafer held by the substrate support member 12 positioned thereunder distance h 1 between the W surface can be arranged to be 0.1 to 10 mm. また、図3(b)に示した構造を有するパージガス吐出ノズル22は、吐出口22aとその下方に位置する基板支持部材12に保持されたウエハW表面との間の距離h が0.1〜50mmとなるように配置することができ、その下端と基板支持部材12上面との間の距離h が1.1〜50mmとなるように配置することができる。 Also, purge gas discharge nozzle 22 having the structure shown in FIG. 3 (b), the distance h 2 between the discharge port 22a and the wafer W held by the surface of the substrate support member 12 positioned below 0.1 it can be arranged so that the ~50Mm, can be the distance h 3 between the lower end and the substrate support member 12 top surface is arranged to be 1.1~50Mm. 好ましくは、h が0.1〜5mm、h が0.2〜10mm、h が1.2〜11mmとなるようにノズル20,21,22を配置する。 Preferably, h 1 is 0.1 to 5 mm, h 2 is 0.2 to 10 mm, h 3 is disposed a nozzle 20, 21, 22 so that 1.2~11Mm.
【0034】 [0034]
また、TiN成膜時におけるそれぞれのガス流量、チャンバー内圧力および加熱温度は、以下のように設定することができる。 Further, the gas flow rate at the time of TiN film formation, the pressure inside the chamber and heating temperature can be set as follows.
TiCl ガス流量:1〜50sccm(0.001〜0.05L/min)、好ましくは5〜20sccm(0.005〜0.02L/min) TiCl 4 gas flow rate: 1~50sccm (0.001~0.05L / min), preferably 5~20sccm (0.005~0.02L / min)
Arガス(キャリアガス)流量:10〜100sccm(0.01〜0.1L/min)、TiCl ガスが低流量の場合にはキャリアガスは用いなくてもよいNH ガス流量:50〜1000sccm(0.05〜1L/min)、好ましくは50〜500sccm(0.05〜0.5L/min) Ar gas (carrier gas) flow rate: 10~100sccm (0.01~0.1L / min), TiCl 4 when the gas is in a low flow rate may not be used carrier gas is NH 3 gas flow rate: 50~1000Sccm ( 0.05~1L / min), preferably 50~500sccm (0.05~0.5L / min)
パージガス流量:100〜1000sccm(0.1〜1L/min) The purge gas flow rate: 100~1000sccm (0.1~1L / min)
チャンバー内圧力:100mTorr〜5Torr(13.3Pa〜665Pa)、好ましくは100mTorr〜1Torr(13.3Pa〜133Pa) Chamber pressure: 100mTorr~5Torr (13.3Pa~665Pa), preferably 100mTorr~1Torr (13.3Pa~133Pa)
加熱温度:300〜700℃、好ましくは400〜600℃ Heating temperature: 300 to 700 ° C., preferably from 400 to 600 ° C.
【0035】 [0035]
以上のようにして、交互に配置された第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21からそれぞれTiCl ガスおよびNH ガスを供給しつつ、ウエハ支持部材12を回転させて、ウエハWにTiCl ガスおよびNH ガスを交互に供給するので、高速スイッチングバルブを用いることなく、ALD法によりTiの単原子層およびNの単原子層を交互に形成して所望のTiN膜を形成することができる。 As described above, while supplying each TiCl 4 gas and NH 3 gas from the first process gas discharge nozzle 20 and the second process gas discharging nozzle 21 disposed alternately, and a wafer support member 12 is rotated since supplying TiCl 4 gas and NH 3 gas alternately the wafer W, without using a high-speed switching valve, a desired TiN film monolayer monolayer and N formed alternately of Ti by ALD it can be formed. また、このようにウエハ支持部材12に複数枚のウエハWを載置し、一回の処理で複数枚の成膜処理を行うから、生産性が高い。 Moreover, thus placing a plurality of wafers W in the wafer support member 12 but performed a plurality of film forming process in a single process, productivity is high. また、パージガス吐出ノズル22からパージガスとしてのArガスを吐出してエアカーテンを形成することにより、TiCl ガスおよびNH ガスが混合することを極力防止することができ、また、パージガスであるArガスを吐出することにより、ウエハWの単原子層の形成が終了した部分の処理ガスを速やかに除去して余分な反応を防止することができるので、より良質の膜を形成することができる。 Further, by forming the air curtain from the purge gas ejection nozzles 22 ejects Ar gas as a purge gas, can be prevented as much as possible that the TiCl 4 gas and NH 3 gas are mixed, also, Ar gas is a purge gas the by ejecting, since the processing gas portion forming a single atomic layer of the wafer W is completed promptly removed it is possible to prevent excessive reaction, it is possible to form a better quality film.
【0036】 [0036]
このようなTiN膜の形成を繰り返し行い、所定枚数のウエハWの成膜処理が終了した時点で、ClF 源31からガスライン35、配管46,47,48および配管42,43,44を介してノズル20,21,22からClF ガスを吐出させてチャンバー11内をクリーニングする。 Repeated formation of such a TiN film, when the film forming process of the predetermined number of wafers W is finished, the gas line 35 from the ClF 3 source 31, via a pipe 46, 47, 48 and the pipe 42, 43, 44 discharging the ClF 3 gas from the nozzle 20, 21, 22 Te cleaning the inside of the chamber 11.
【0037】 [0037]
このクリーニング時におけるClF ガス流量、チャンバー内圧力、クリーニング温度は、例えば以下に示すように設定することができる。 ClF 3 gas flow during the cleaning, the pressure inside the chamber, the cleaning temperature can be set, for example, as shown below.
ClF ガス流量:100〜500sccm(0.1〜0.5L/min)、好ましくは200〜300sccm(0.2〜0.3L/min) ClF 3 gas flow rate: 100~500sccm (0.1~0.5L / min), preferably 200~300sccm (0.2~0.3L / min)
チャンバー内圧力:1〜10Torr(133〜1330Pa)、好ましくは1〜5Torr(133〜665Pa) Chamber pressure: 1~10Torr (133~1330Pa), preferably 1~5Torr (133~665Pa)
クリーニング温度:200〜500℃、好ましくは200〜300℃ Cleaning temperature: 200~500 ℃, preferably 200~300 ℃
【0038】 [0038]
次に、他の実施形態に係るCVD成膜装置について説明する。 It will now be described CVD deposition apparatus according to another embodiment. 図4は他の実施形態に係るCVD成膜装置を部分的に示す断面図である。 Figure 4 is a sectional view showing a CVD film-forming apparatus according to another embodiment partially. ここでは、ウエハ支持部材12の代わりにウエハ支持部材12'を用いてウエハWを自転させる構成となっている。 Here it is configured for rotating the wafer W in place of the wafer support member 12 by using the wafer support member 12 '. すなわち、ウエハ支持部材12'は、ベース部材51の上に、4つ(図4では2つのみ図示)のウエハテーブル52が回転可能に設けられ、これらウエハテーブル52をモーター53により回転させることにより、ウエハテーブル52上のウエハWを自転させる。 That is, the wafer support member 12 'on the base member 51, four wafer table 52 (FIG. 4, only two of which are shown) is provided rotatably, by rotating these wafer table 52 by the motor 53 , thereby rotating the wafer W on the wafer table 52. これにより、処理ガスとしてのTiCl ガスおよびNH ガスをより一層均一にウエハWに供給することができ、より均一な単原子層を形成することができる。 Thus, it is possible to supply TiCl 4 gas and NH 3 gas as the processing gas more uniformly to the wafer W, it is possible to form a more uniform monolayer. この場合に、図1のようにヒーター16がウエハ支持部材の下にあると、加熱効率が悪くなるため、図4のようにウエハWの上方にヒーター16'を設けることが好ましい。 In this case, the heater 16 as shown in FIG. 1 when the bottom of the wafer support member, since the heating efficiency is deteriorated, it is preferable to provide a heater 16 'above the wafer W as shown in FIG. 15'はヒーター16'を支持するヒーター支持部材である。 15 'a heater 16' is a heater supporting member which supports the. このようにヒーターを設けた場合には、処理ガスがウエハWに有効に供給されるようにヒーター16'およびヒーター支持部材15'にガス通過可能な多数の孔を設けることが好ましい。 Thus in case of providing the heater, it is preferred that the process gas provided a number of holes gases can pass to the heater 16 'and a heater supporting member 15' to be effectively supplied to the wafer W.
【0039】 [0039]
さらに、図5の実施形態では、処理ガスとしてのTiCl ガスおよびNH ガスをそれぞれシャワーヘッド60およびシャワーヘッド61から供給するようにしている。 Furthermore, in the embodiment of FIG. 5, and then supplied TiCl 4 gas and NH 3 gas as the processing gas from the shower head 60 and the shower head 61, respectively. シャワーヘッド60は、図6に示すように、ディスク状をなす中空の本体60aの下面に多数のガス吐出孔60bが形成されており、このガス吐出孔60bから均一にガスを吐出する。 Shower head 60, as shown in FIG. 6, a plurality of gas discharge holes 60b to the lower surface of the hollow body 60a forming a disc-shaped is formed, uniformly discharges the gas from the gas discharge holes 60b. シャワーヘッド61も同様に構成されている。 Shower head 61 are configured in the same manner. このようにノズルの代わりにシャワーヘッドを用いることによってもウエハWに均一にTiCl ガスおよびNH ガスを供給することができる。 Thus it is possible to uniformly supply the TiCl 4 gas and NH 3 gas to the wafer W by using the shower head in place of the nozzle.
【0040】 [0040]
さらにまた、図7の実施形態では、第1の処理ガス吐出ノズル20および第2の処理ガス吐出ノズル21の直下に排気口70を設けている(第1の処理ガス吐出ノズル20に対応する排気口のみ図示)。 Furthermore, in the embodiment of FIG. 7, the exhaust corresponding to the first process gas directly below the discharge nozzle 20 and the second processing gas discharge nozzle 21 is provided with an exhaust port 70 (the first process gas discharge nozzle 20 shown only mouth). このようにすることにより、不要なTiCl ガスおよびNH ガスを排気口70に接続された排気管71を介して速やかに排出することができる。 By this way, it can be rapidly discharged through the exhaust pipe 71 connected to the exhaust port 70 unnecessary TiCl 4 gas and NH 3 gas.
【0041】 [0041]
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。 The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. 例えば、上記実施形態では、TiN膜を成膜する例について示したが、Al 、ZrO 、TaN、SiO 、SiN、SiON、WN、WSi、RuO 等、他の金属化合物も同様にして成膜することができる。 For example, in the embodiment shows an example where a TiN film is formed, Al 2 O 3, ZrO 2 , TaN, SiO 2, SiN, SiON, WN, WSi, RuO 2 or the like, other metal compounds as well it can be deposited in the. また、上記実施形態では、第1の処理ガスとしてTiCl を用い、第2の処理ガスとしてNH ガスを用いたが、第1の処理ガスと第2の処理ガスとは成膜する金属化合物膜に応じた適宜のガスを用いることができる。 In the above embodiment, the TiCl 4 is used as the first process gas, it is used NH 3 gas as the second process gas, metal compound first process gas and the second process gas to deposit It may be any appropriate gas depending on the film. このような場合における第1の処理ガスとしては、TiCl の他に、TaBr 、Ta(OC 、SiCl 、SiH 、Si 、SiH Cl 、WF 等のAl、Zr、Ti、Ta、Si、WおよびRuのうち1種を含むものを挙げることができ、第2の処理ガスとしては、NH の他に、NH (N )、O 、O 、NO、N O、N 、N 等のNまたはOを含むものを挙げることができる。 The first process gas in this case, in addition to the TiCl 4, TaBr 5, Ta ( OC 2 H 5) 5, SiCl 4, SiH 4, Si 2 H 6, SiH 2 Cl 2, WF 6 , etc. of Al, Zr, Ti, Ta, Si, can be mentioned those comprising one of W and Ru, as the second process gas, in addition to, NH 3 (N 2) of NH 3, O 2 , O 3, NO, N 2 O, may be mentioned those containing N or O, such as N 2 O 3, N 2 O 5.
【0042】 [0042]
また、ヒーターの位置を図1の例ではウエハの下方に、図4の例ではウエハの上方に設けたが、これら両方に設けてもよいし、均一に加熱することができれば他の位置に設けてもよい。 Further, below the wafer in the example of FIG. 1 the position of the heater, is provided above the wafer in the example of FIG. 4, it may be provided on both, provided in other locations if it is possible to uniformly heat it may be. さらに、パージガスとしてArガスを用いたが、N ガス等他のガスであってもよい。 Further, although Ar gas was used as the purge gas may be N 2 gas or the like other gases. また、2つの処理ガスを有効に遮断することができれば、パージガスを用いなくてもよい。 Further, if it is possible to effectively block the two process gases, it may not be used a purge gas. さらにまた、用いる基板としては、半導体ウエハに限らず他のものであってもよく、また、表面上に他の層を形成した基板であってもよい。 Furthermore, the substrate used may be in others is not limited to the semiconductor wafer, or may be a substrate formed with other layers on the surface.
【0043】 [0043]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明によれば、ALD法を利用した成膜を行うにあたり、互いに異なる位置に設けられた第1の処理ガス吐出部および第2の処理ガスを吐出する第2の処理ガス吐出部からそれぞれ第1の処理ガスおよび第2の処理ガスを吐出し、基板支持部材を回転させるので、高速スイッチングバルブを用いることなく、 基板上に第1の処理ガスと第2の処理ガスとを交互に供給して吸着させ 、第1の処理ガスによる単原子層と、第2の処理ガスによる単原子層とを交互に形成することができる。 As described above, according to the present invention, when a film is formed using the ALD method, the second process of discharging the first process gas discharging part and the second process gas disposed at different positions respectively, from the gas discharging section discharging the first processing gas and the second processing gas, so rotating the substrate support member, without using a high-speed switching valve, the first processing gas and the second process on the substrate a gas is supplied alternately adsorbed, and the monoatomic layer of the first process gas, and a monoatomic layer by the second process gas can be alternately formed. また、基板支持部材に複数の基板を支持した状態で処理を行うので、一度に複数枚数の基板の成膜処理を行うことができ、生産性を高めることができる。 Further, since the process while supporting a plurality of substrates to the substrate support member, it is possible to perform the deposition process of the substrate of the plurality sheets at once, it is possible to enhance the productivity.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の一実施形態に係るCVD成膜装置を示す断面図。 Sectional view showing a CVD film-forming apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
【図2】図1のCVD成膜装置の内部を示す平面図。 Figure 2 is a plan view showing the inside of the CVD film deposition apparatus of FIG.
【図3】図1のCVD成膜装置における第1の処理ガス吐出ノズルおよびパージガス吐出ノズルの断面図。 3 is a cross-sectional view of the first processing gas discharge nozzle and purge gas discharge nozzle in the CVD film deposition apparatus of FIG.
【図4】本発明の他の実施形態に係るCVD成膜装置を部分的に示す断面図。 4 is a cross-sectional view showing a CVD film-forming apparatus partially in accordance with another embodiment of the present invention.
【図5】本発明のさらに他の実施形態に係るCVD成膜装置を部分的に示す断面図。 [5] cross-sectional view showing a CVD film-forming apparatus partially in accordance with another embodiment of the present invention.
【図6】図4の装置に用いたシャワーヘッドを示す斜視図。 6 is a perspective view showing a shower head used in the apparatus of FIG.
【図7】本発明のさらに他の実施形態に係るCVD成膜装置を部分的に示す断面図。 [7] cross-sectional view partially showing the CVD film-forming apparatus according to another embodiment of the present invention.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
11;チャンバー12,12';ウエハ支持部材12a;ウエハ支持部13;回転軸14;モーター16,16';ヒーター20,21;処理ガス吐出ノズル22;パージガス吐出ノズル30;ガス供給機構25,70;排気口26,71;排気管28;排気装置52;ウエハテーブル53;モーター60,61;シャワーヘッドW;半導体ウエハ 11; the chamber 12, 12 '; wafer support members 12a, the wafer support 13; the rotating shaft 14; the motor 16, 16'; heaters 20, 21; process gas discharge nozzle 22; purge gas discharge nozzle 30; a gas supply mechanism 25,70 ; exhaust port 26,71; exhaust pipe 28; an exhaust system 52; wafer table 53; a motor 60, 61; showerhead W; semiconductor wafer

Claims (20)

  1. 基板を収容するチャンバーと、 A chamber for accommodating the substrate,
    前記チャンバー内で複数の基板を平面的に支持する基板支持部材と、 A substrate support member for plane supporting a plurality of substrates in said chamber,
    前記チャンバー内に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第1の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第1の処理ガス吐出部と、 Provided in the chamber, said first process gas discharging portion having a plurality of discharge ports for discharging the first process gas while being opposed to the upper substrate supporting member,
    前記チャンバー内の前記第1の処理ガス吐出部とは異なる位置に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第2の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第2の処理ガス吐出部と、 Wherein provided at a position different from the first process gas discharging portion of the chamber, a second processing having a plurality of discharge ports for discharging the second process gas while being opposed to the upper side of the substrate support member and a gas discharge portion,
    前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部との間に前記基板支持部材の上方に対向させた状態で配置された、パージガスを吐出するパージガス吐出部と、 Arranged while being opposed to the upper side of the substrate supporting member between the first process gas discharging portion and the second process gas discharging portion, and a purge gas discharge portion for discharging the purge gas,
    前記基板支持部材を回転させる回転機構と、 A rotating mechanism for rotating said substrate support member,
    前記基板を加熱する加熱手段と、 Heating means for heating the substrate,
    前記チャンバーの底部に設けられた排気口とを具備し、 Comprising an exhaust port provided at the bottom of the chamber,
    前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部とは、前記回転機構の回転軸を中心として、円周状に交互に配置されており、 Wherein the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, about an axis of rotation of the rotating mechanism are arranged alternately circumferentially,
    前記パージガス吐出部は、その内部に多数の吐出口を有し、かつ前記多数の吐出口よりも下方に延び、前記パージガスの流れが拡散することを防止するスカート部を有し、吐出された前記パージガスが前記スカート部によってエアカーテンとなり、このエアカーテンにより前記第1の処理ガスの雰囲気と前記第2の処理ガスの雰囲気とが分離され、 The purge gas discharge section has a plurality of discharge ports therein, and the extending below the number of discharge ports, has a skirt portion the flow of the purge gas is prevented from diffusing, discharged the purge gas is an air curtain by the skirt portion, and the atmosphere in the second processing gas and the atmosphere of the first process gas is separated by the air curtain,
    前記回転機構は、前記基板支持部材に支持された基板が前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部の直下を通過するように前記基板支持部材を回転させ、 The rotating mechanism rotates the substrate support member so that the substrate supported on the substrate support member passes immediately below the first process gas discharge section and the second processing gas discharge portion,
    前記回転機構により前記基板支持部材を回転させることにより、基板の上方の前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部から底部の前記排気口に向けた、パージガスで分離された状態の前記第1の処理ガスの流れおよび前記第2の処理ガスの流れの中に前記加熱手段により加熱された状態の基板を通過させ、基板上に、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスを、 互いに混合することなく交互に吸着させて、前記第1の処理ガスによる単原子層および前記第2の処理ガスによる単原子層とを交互に形成し、これらを熱的に反応させて化合物の膜を形成することを特徴とする成膜装置。 By rotating the substrate support member by the rotation mechanism, directed from the first process gas discharge section and the second processing gas discharge portion of the upper substrate to the outlet at the bottom, separated by a purge gas passed through a substrate in a state of being heated by the heating means in said first flow of the process gas and the flow of the second process gas state, on the substrate, wherein the first processing gas and the second the process gas, is adsorbed alternately without mixing with each other, the first processing are alternately formed a monolayer by monolayer and the second process gas by the gas, the reaction of these thermally film forming apparatus and forming a film of not a compound is.
  2. 前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部は、処理ガスがシャワー状に吐出されるように多数の吐出口を有していることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 The first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, according to claim 1 which process gas is characterized by having a number of outlets, as discharged like a shower the film-forming apparatus.
  3. 前記パージガス吐出部は、前記パージガスを吐出する吐出口と、その下方に位置する前記基板保持部材に保持された基板との間の距離が0.1〜50mmとなるように配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の成膜装置。 The purge gas discharge unit includes a discharge port for discharging the purge gas, that the distance between the substrate held by the substrate holding member located therebelow are arranged such that 0.1~50mm the deposition apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized.
  4. 前記パージガス吐出部は、その下端と前記基板保持部材上面との間の距離が1.1〜50mmとなるように配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の成膜装置。 The purge gas ejection section, film formation according to claim 1 or claim 2 the distance between the substrate holding member upper surface and the lower end thereof, characterized in that it is arranged so that 1.1~50mm apparatus.
  5. 前記パージガス吐出部の吐出口の高さ位置が、前記第1の処理ガス吐出部における吐出口の高さ位置および前記第2の処理ガス吐出部における吐出口の高さ位置よりも高いことを特徴とする請求項から請求項のいずれか1項に記載の成膜装置。 Wherein the height position of the discharge port of the purge gas ejection portion is higher than the height position of the discharge port at a height position and the second process gas discharge portion of the discharge port in said first process gas discharging unit film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4 to.
  6. 前記回転機構の回転速度は、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの吸着速度に応じて可変であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The rotational speed of the rotating mechanism according to any one of claims 1 to 5, characterized in that is variable in accordance with the adsorption rate of the first process gas and said second process gas the film-forming apparatus.
  7. 前記基板を自転させる基板回転機構をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の成膜装置。 Film forming apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized by further comprising a substrate rotating mechanism for rotating said substrate.
  8. 前記加熱手段は、前記基板支持部材の下方に前記基板支持部材から離隔したヒーター支持部材に支持されたヒーターを有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜装置。 It said heating means, formed according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a heater which is supported on a heater supporting member spaced apart from the substrate support member beneath the substrate support member membrane device.
  9. 前記ヒーターは、前記基板支持部材の回転にともなう基板の移動軌跡に沿って円環状に形成されていることを特徴とする請求項に記載の成膜装置。 The heater, the film forming apparatus according to claim 8, characterized in that it is formed in an annular shape along the locus of movement of the substrate due to the rotation of the substrate support member.
  10. 前記第1の処理ガスは、Al、Zr、Ti、Ta、Si、WおよびRuのうちいずれか1種を含み、前記第2の処理ガスはNまたはOを含むことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の成膜装置。 The first process gas comprises Al, Zr, Ti, Ta, Si, any one of W and Ru, according to claim 1 wherein the second process gas, which comprises a N or O film forming apparatus according to any one of claims 9 to.
  11. Al 、ZrO 、TiN、TaN、SiO 、SiN、SiON、SiOF、WN、WSiおよびRuO のうちいずれか1種を成膜することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の成膜装置。 Al 2 O 3, ZrO 2, TiN, TaN, SiO 2, SiN, SiON, SiOF, WN, claim 1, characterized by depositing any one of WSi and RuO 2 as claimed in claim 10 film forming apparatus according to any one.
  12. 前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部は、クリーニングガスを吐出することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の成膜装置。 The first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that for discharging the cleaning gas.
  13. 前記クリーニングガスはClF であることを特徴とする請求項12に記載の成膜装置。 Deposition apparatus according to claim 12, wherein the cleaning gas is ClF 3.
  14. 基板を収容するチャンバーと、 A chamber for accommodating the substrate,
    前記チャンバー内で複数の基板を平面的に支持する基板支持部材と、 A substrate support member for plane supporting a plurality of substrates in said chamber,
    前記チャンバー内に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第1の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第1の処理ガス吐出部と、 Provided in the chamber, said first process gas discharging portion having a plurality of discharge ports for discharging the first process gas while being opposed to the upper substrate supporting member,
    前記チャンバー内の前記第1の処理ガス吐出部とは異なる位置に設けられ、前記基板支持部材の上方に対向させた状態で第2の処理ガスを吐出する複数の吐出口を有する第2の処理ガス吐出部と、 Wherein provided at a position different from the first process gas discharging portion of the chamber, a second processing having a plurality of discharge ports for discharging the second process gas while being opposed to the upper side of the substrate support member and a gas discharge portion,
    前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部との間に前記基板支持部材の上方に対向させた状態で配置された、パージガスを吐出するパージガス吐出部と、 Arranged while being opposed to the upper side of the substrate supporting member between the first process gas discharging portion and the second process gas discharging portion, and a purge gas discharge portion for discharging the purge gas,
    前記基板支持部材を回転させる回転機構と、 A rotating mechanism for rotating said substrate support member,
    前記基板を加熱する加熱手段と、 Heating means for heating the substrate,
    前記チャンバーの底部に設けられた排気口と An exhaust port provided at the bottom of the chamber
    を具備し、 Equipped with,
    前記第1の処理ガス吐出部と前記第2の処理ガス吐出部とは、前記回転機構の回転軸を中心として、円周状に交互に配置されており、 Wherein the first process gas discharging part and the second process gas discharging portion, about an axis of rotation of the rotating mechanism are arranged alternately circumferentially,
    前記パージガス吐出部は、その内部に多数の吐出口を有し、かつ前記多数の吐出口よりも下方に延び、前記パージガスの流れが拡散することを防止するスカート部を有し、 The purge gas discharge section has a skirt portion to prevent its having a plurality of discharge ports therein, and the extending below the number of discharge ports, the flow of the purge gas is diffused,
    前記回転機構は、前記基板支持部材に支持された基板が前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部の直下を通過するように前記基板支持部材を回転させる成膜装置を用いて基板上に化合物膜を成膜する成膜方法であって、 The rotating mechanism, a film forming apparatus for rotating said substrate support member so that the substrate supported on the substrate support member passes immediately below the first process gas discharge section and the second processing gas discharge section a film formation method for forming a compound film on a substrate using,
    前記パージガス吐出部から吐出された前記パージガスを前記スカート部によってエアカーテンとし、このエアカーテンにより前記第1の処理ガスの雰囲気と前記第2の処理ガスの雰囲気とを分離し、基板の上方の前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部から底部の前記排気口に向けた、パージガスで分離された状態の前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの流れを形成し、 The purge gas discharged from the purge gas discharge portion and an air curtain by the skirt portion, and an atmosphere of the atmosphere and the second processing gas in the first process gas separated by the air curtain, the upper substrate toward the exhaust port in the bottom from the first process gas discharge section and the second processing gas discharge unit, a flow of the first process gas and said second process gas in a state of being separated by a purge gas and,
    前記回転機構により前記基板支持部材を回転させることにより、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの流れの中に前記加熱手段により加熱された状態の基板を通過させ、 Wherein by rotating the substrate support member by the rotation mechanism, is passed through the substrate in a state of being heated by the heating means in the flow of the first process gas and said second process gas,
    前記加熱された基板上に、前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスを、互いに混合することなく交互に吸着させて、前記第1の処理ガスによる単原子層および前記第2の処理ガスによる単原子層とを交互に形成し、これらを熱的に反応させて化合物の膜を形成することを特徴とする成膜方法。 The heated substrate, wherein the first processing gas and the second process gas, is adsorbed alternately without mixing with each other, the first processing monoatomic layer and the second processing by the gas and a monoatomic layer by the gas are alternately formed, the film forming method characterized by forming a film of the reacted thermally compound.
  15. さらに基板を自転させることを特徴とする請求項14に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 14, characterized in that to further rotate the substrate.
  16. 前記第1の処理ガスおよび前記第2の処理ガスの吸着速度に合わせて前記基板支持部材を回転させることを特徴とする請求項14または請求項15に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 14 or claim 15, characterized in that rotating the substrate support member in accordance with the adsorption rate of the first process gas and said second process gas.
  17. 前記第1の処理ガスは、Al、Zr、Ti、Ta、Si、WおよびRuのうちいずれか1種を含み、前記第2の処理ガスはNまたはOを含むことを特徴とする請求項14から請求項16のいずれか1項に記載の成膜方法。 The first process gas comprises Al, Zr, Ti, Ta, Si, any one of W and Ru, according to claim wherein the second process gas, characterized in that it comprises an N or O 14 the film deposition method according to any one of claims 16.
  18. Al 、ZrO 、TiN、TaN、SiO 、SiN、SiON、SiOF、WN、WSiおよびRuO のうちいずれか1種を成膜することを特徴とする請求項14から請求項17のいずれか1項に記載の成膜方法。 Al 2 O 3, ZrO 2, TiN, TaN, SiO 2, SiN, SiON, SiOF, WN, claim 14, characterized in that for forming any one of WSi and RuO 2 in claim 17 the film deposition method according to any one.
  19. 前記第1の処理ガス吐出部および前記第2の処理ガス吐出部からクリーニングガスを吐出し、チャンバー内をクリーニングすることを特徴とする請求項14から請求項18のいずれか1項に記載の成膜方法。 Discharging the first process gas discharging part and the cleaning gas from the second process gas discharging portion, formed according to claims 14, characterized in that cleaning the inside of the chamber in any one of claims 18 film forming method.
  20. 前記クリーニングガスはClF であることを特徴とする請求項19に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 19, wherein the cleaning gas is ClF 3.
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