JPH03177576A - Method and device for cvd - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、反応気体を基板表面へ供給する方法を改良
したCVD装置およびCVD方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a CVD apparatus and a CVD method that improve the method of supplying a reactive gas to a substrate surface.
[従来の技術]
シリコンモノリシックICの製造工程では層間絶縁膜と
してCVDによるケイ素酸化物薄膜が利用されている。[Prior Art] In the manufacturing process of silicon monolithic ICs, a silicon oxide thin film formed by CVD is used as an interlayer insulating film.
そこで使用されているケイ素酸化物と総称される材料は
、純粋の5in2以外にも、リン、ホウ素、ヒ素等の酸
化物を5in2に添加したものも含まれることは当該分
野に関連する技術者の広く知るところである。CVDに
よってケイ素酸化物薄膜を形成する際の出発体ガスとし
ては、SiO□を形成するための無機あるいは有機のガ
ス以外に、上記の添加酸化物を形成するための出発体ガ
スを供給することも公知の技術であり、それらは例えば
、
l987年、Noyes発行、A、 Sherman
著、”Chemical Vapor Deposi
tion forMIcroelectronlcs
Pr1ncIples、 Technology。It is known by engineers in the field that the materials used there, collectively called silicon oxides, include not only pure 5in2 but also 5in2 with oxides such as phosphorus, boron, arsenic, etc. It is widely known. As a starting gas when forming a silicon oxide thin film by CVD, in addition to an inorganic or organic gas for forming SiO□, a starting gas for forming the above-mentioned additive oxide may also be supplied. These are known techniques, such as those published by Noyes, A. Sherman, 1987.
Author, “Chemical Vapor Deposit”
tion for MIcroelectronlcs
Pr1ncIples, Technology.
and へpplications″等に述べられて
いる。and applications'', etc.
以後、この明細書では、内容をわかりやすくするために
、ケイ素酸化物薄膜として5in2薄膜を形成するため
の技術についてだけ述べるが、上述の添加酸化物をSi
O2に加えることは自明の技術であり、これらの添加酸
化物を加えたケイ素酸化物についても同様の方法で形成
することが可能である。Hereinafter, in this specification, in order to make the content easier to understand, only the technology for forming a 5in2 thin film as a silicon oxide thin film will be described.
Adding to O2 is an obvious technique, and silicon oxides to which these additive oxides are added can also be formed by the same method.
CVDによるケイ素酸化物薄膜形成の出発体ガスとして
は、無機物であるシラン系ガスを使う場合と、有機物で
あるTEOSガスを使う場合とが最も代表的である。こ
のうちTEOSガスは1960年代に使用されていたが
、成膜速度が小さく、また膜中不純物として炭素が混入
する危険性等があるため、次第に無機物であるシラン系
ガスが主流になってきた。The most typical starting gas for forming a silicon oxide thin film by CVD is an inorganic silane gas or an organic TEOS gas. Among these, TEOS gas was used in the 1960s, but since the film formation rate is slow and there is a risk of carbon being mixed in as an impurity in the film, silane-based gases, which are inorganic substances, have gradually become mainstream.
ところが、最近になってICの微細化高集積化の進展に
伴い、高アスペクト比形状のライン・アンド・スペース
、トレンチ、コンタクトホール、スルーホール等々の上
部に、できる限り平坦化された絶縁膜を形成する技術が
極めて切実に要求されるようになってきた。また一方で
は、ICの製造工程における薄膜形成は従来よりも低い
温度で処理することが強く望まれている。このような技
術動向に対して、シラン系ガスを出発体とするCVD成
膜の代わりに、平坦化特性がすぐれているTEOSガス
を再び出発体ガスとしてとりあげる傾向がでてきた。However, with the recent progress in miniaturization and high integration of ICs, it is becoming increasingly important to use insulating films that are as flat as possible on top of high aspect ratio lines and spaces, trenches, contact holes, through holes, etc. Forming technology has become extremely urgently needed. On the other hand, it is strongly desired that thin film formation in the IC manufacturing process be performed at a lower temperature than conventionally. In response to such technological trends, there has been a trend to use TEOS gas, which has excellent planarization properties, as a starting gas instead of CVD film formation using a silane-based gas as a starting gas.
TEOSガスを出発体とする技術の代表はプラズ7TE
O3−CVDとオシ:/TEO3−CVDである。前者
ではTEOSガスと、アルゴンまたは窒素ガスと、酸素
ガスとの混合低圧ガス雰囲気中でRF放電を行い、30
0〜400℃に制御された基板上にケイ素酸化物薄膜を
形成する。後者ではTEOSガスとオゾンを供給して3
00〜400℃に制御された基板上にケイ素酸化物薄膜
を形成する。一般に、プラズマTEO5−CVDによっ
て得られる膜の特性は、シリコンウェハを熱酸化して得
られるSiO2膜の特性に近く、かつシラン系ガスを出
発体とするCVDによって得られるケイ素酸化物薄膜よ
りも改良された平坦性が得られる。他方、オゾンTEO
3−CVDでは、さらにすぐれた平坦性は得られるが、
膜の内部にはOH基、CH基およびCが含まれ、ICの
層間絶縁膜としての物理的特性としては、耐久性、不純
物含有量、経時変化特性等の面で不十分であると考えら
れている。Plas7TE is a representative technology that uses TEOS gas as a starting material.
O3-CVD and Oshi:/TEO3-CVD. In the former case, RF discharge is performed in a mixed low-pressure gas atmosphere of TEOS gas, argon or nitrogen gas, and oxygen gas, and 30
A silicon oxide thin film is formed on a substrate controlled at 0 to 400°C. In the latter case, TEOS gas and ozone are supplied to
A silicon oxide thin film is formed on a substrate controlled at 00 to 400°C. In general, the properties of films obtained by plasma TEO5-CVD are close to those of SiO2 films obtained by thermally oxidizing silicon wafers, and are improved over silicon oxide thin films obtained by CVD using silane gas as a starting material. flatness is obtained. On the other hand, ozone TEO
3-CVD provides even better flatness, but
The film contains OH groups, CH groups, and C, and is considered to have insufficient physical properties as an IC interlayer insulating film in terms of durability, impurity content, aging characteristics, etc. ing.
シラン系ガスを出発体とするCVDにくらべてTE01
−CVDの方がケイ素酸化物薄膜の平坦性がすぐれてい
る理由については十分明確な説明はなされていないが、
TEOSガスが基板表面に付着してから分解して酸化物
の形態になるまでの間にシラン系ガスよりも基板表面を
比較的長時間移動するためであろうと推測されている。TE01 compared to CVD using silane gas as a starting material
- Although there is no clear explanation as to why the flatness of the silicon oxide thin film is better with CVD,
It is speculated that this is because the TEOS gas travels on the substrate surface for a relatively longer period of time than the silane gas from the time it adheres to the substrate surface until it decomposes into an oxide form.
すなわち、TEOSガス分子は、St原原子側個当り4
個のボンドにそれぞれ1個(合計で4個)のC2H9O
基(エトキシ基)が結合した形態をとっており、シラン
ガス分子よりもSi単体原子に分解するのに時間が長く
かかる条件を作りやすいためであろう。このことは別の
表現をすると、シラン系ガス分子によるCVDでは出発
体ガスの分解および酸化の反応が空間反応になり易く、
また表面反応があってもその反応が生ずるまでの表面分
子移動距離が小さいが、TEOSガス分子によるCVD
では空間反応よりも表面反応をおこし易く、かつ反応が
生じるまでの表面分子移動距離が大きいと言える。That is, each TEOS gas molecule has 4 atoms per St atom side.
1 piece for each bond (4 pieces in total) C2H9O
This is probably because it takes a form in which groups (ethoxy groups) are bonded, and it is easier to create conditions that take longer to decompose into Si atoms than with silane gas molecules. Expressing this in another way, in CVD using silane gas molecules, the decomposition and oxidation reactions of the starting gas tend to be spatial reactions.
Furthermore, even if a surface reaction occurs, the distance that surface molecules move until the reaction occurs is small, but CVD by TEOS gas molecules
It can be said that surface reactions are more likely to occur than spatial reactions, and the distance that surface molecules travel until reaction occurs is longer.
しかし空間反応と表面反応は厳密にどちらか一方しか発
生しない訳ではなく、成膜条件によりその発生確率比は
異なってくると推定できる。恐らくプラズマTEO3−
CVDでは空間におけるTEOSガスの分解と酸化は、
オゾンTEO3−CVDにくらべてより激しく起こって
いると考えられ、それゆえに、プラズマTEO3−CV
Dでは、平坦性はオゾンTEO8−CVD膜には及ばな
いが膜のより完全に近い酸化をもたらしていると思われ
る。またオゾンTEO3−CVDによる膜がOH,CH
SC等の不純物を含有する理由は次のように推測される
。オゾンTEO3−CVDでは、主要な分解・酸化過程
は表面反応によって生じるが、基板表面上に形成されつ
つあるケイ素酸化物薄膜層の完全な分解・酸化反応が生
じないうちに、そのさらに上層部にTEOSガスあるい
はその部分的分解物ガス分子が入射して付着・堆積する
と考えられる。このような分解物ガス分子を十分に排除
して酸化過程を完全に行わせるには、基板表面へのTE
OSガスの供給を一時的に停止してからオゾンを供給す
るなどのような基板表面へのガス供給の間欠制御をする
ことが提案されている。However, strictly speaking, only one of the spatial reaction and surface reaction occurs, and it can be assumed that the probability ratio of their occurrence differs depending on the film forming conditions. Probably plasma TEO3-
In CVD, the decomposition and oxidation of TEOS gas in space are
It is thought that this occurs more intensely than in ozone TEO3-CVD, and therefore plasma TEO3-CVD
In D, although the flatness is not as good as the ozone TEO8-CVD film, it appears to result in a more complete oxidation of the film. Also, the film produced by ozone TEO3-CVD is OH, CH.
The reason for containing impurities such as SC is presumed as follows. In ozone TEO3-CVD, the main decomposition and oxidation processes occur through surface reactions. It is thought that TEOS gas or its partial decomposition product gas molecules are incident and attached and deposited. In order to sufficiently eliminate such decomposition product gas molecules and allow the oxidation process to occur completely, it is necessary to apply TE to the substrate surface.
It has been proposed to perform intermittent control of gas supply to the substrate surface, such as temporarily stopping the supply of OS gas and then supplying ozone.
このようなガス供給制御をしなからCVD成膜を行うこ
とをパルスCVD法と呼んでいる。Performing CVD film formation without such gas supply control is called a pulse CVD method.
パルスCVD法の大きな利点の一つに、微細な穴の内部
に膜を堆積する場合の段差被覆性の改善の効果がある。One of the major advantages of the pulsed CVD method is the effect of improving step coverage when depositing a film inside a fine hole.
一般にCVD法により作成した膜は段差被覆性が良いと
いわれているが、反応が「表面反応律速」になっていな
い場合は段差被覆性が劣化することが多い。このような
場合でもパルスCVD法を使えば段差被覆性を改善する
ことができる。段差被覆性が改善される理由を、アスペ
クト比の大きな穴内部への配線膜形成技術として将来有
望であるところのAl−CVDを例にあげて以下に説明
する。一般にAl−CVDでは、原料ガスとして、トリ
イソブチルアルミニウム((C4H9)3AI)<以下
TIBAと呼ぶ。)を用いて熱CVDをおこなう。この
場合、加熱された基板の表面で次のような反応が進行す
る。It is generally said that films prepared by the CVD method have good step coverage, but if the reaction is not "rate-determining the surface reaction," the step coverage often deteriorates. Even in such a case, step coverage can be improved by using the pulse CVD method. The reason why the step coverage is improved will be explained below using Al-CVD, which is a promising technology for forming a wiring film inside a hole with a large aspect ratio, as an example. Generally, in Al-CVD, the source gas is triisobutylaluminum ((C4H9)3AI) <hereinafter referred to as TIBA. ) to perform thermal CVD. In this case, the following reaction proceeds on the heated surface of the substrate.
(C4T(9) 3 Al →
A I +3 C4Ha 十(3/2 ) H2すなわ
ち、1モルのTIBAから、3モルの04H8ガスと(
3/2 )モルのH2ガスが生じる。(C4T(9) 3 Al → A I +3 C4Ha 10(3/2) H2 That is, from 1 mole of TIBA, 3 moles of 04H8 gas and (
3/2) moles of H2 gas are produced.
そのため、反応の進行している基板表面からは供給した
原料ガスの4.5倍程度の体積の反応生成ガスが吹き出
している。したがって、反応を継続させるための原料ガ
スが基板表面に到達しにくくなる。この傾向は、反応が
多少なりとも拡散律速的な傾向を有する場合、アスペク
ト比の大きな穴内部では顕著になり、穴の内部への膜堆
積がおこなわれにくくなる。その結果、段差被覆性が劣
化する。これを防ぐためには原料ガスをパルス状に基板
表面に供給した後、反応生成ガスを十分排気するという
方法をmいればよい。このような方法はSiCのCVD
等で実際に行なわれており、0.2〜0.5μmのボア
分布をもつ黒鉛にSiCを目詰めすることが可能になっ
ている。Therefore, from the surface of the substrate where the reaction is progressing, a reaction product gas whose volume is about 4.5 times that of the supplied source gas is blown out. Therefore, the raw material gas for continuing the reaction becomes difficult to reach the substrate surface. This tendency becomes noticeable inside holes with a large aspect ratio when the reaction has a tendency to be diffusion-limited to some extent, making it difficult to deposit a film inside the holes. As a result, step coverage deteriorates. In order to prevent this, a method may be used in which the raw material gas is supplied to the substrate surface in a pulsed manner, and then the reaction product gas is sufficiently exhausted. Such a method is CVD of SiC
This has actually been carried out in et al., and it has become possible to fill graphite with a bore distribution of 0.2 to 0.5 μm with SiC.
上述のパルスCVD法において、原料ガスを基板表面に
間欠的に供給する方法としては、従来、反応室へのガス
導入口の弁を開閉する方法がとられていた。In the above-described pulsed CVD method, a conventional method for intermittently supplying source gas to the substrate surface has been to open and close a valve at the gas inlet to the reaction chamber.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら上述の従来のパルスCVD法におけるガス
導入法には次のような欠点が存在する。[Problems to be Solved by the Invention] However, the gas introduction method in the conventional pulse CVD method described above has the following drawbacks.
例えばTE01とオゾンによる熱CVD法においてTE
01を間欠供給することにより膜中の5i−OH結合を
低減するには次のような条件設定が必要である。すなわ
ち、TE01を供給する時間を比較的短くしてTE01
あるいはTE01の中間分解物の、膜表面への1回の付
着膜厚をできるだけ薄くし、その後のオゾンの供給によ
って上述の1回の付着膜厚の全体にわたって均一に酸化
がおこなわれるようにしなければならない。ところが、
TE01は常温で液体のため、通常、不活性ガス等のキ
ャリヤガスでバブリングして気化してから反応室へ導く
方法が用いられるので、TE01の気化ガスを数秒程度
の時間だけしかも流量の制御された状態でバルブ開閉に
よって供給することは不可能に近い。また、気体原料に
よるパルスCVD法においても、現在広く用いられてい
るマスフローコントローラを使用して数秒以内のパルス
状のガス流を得ることは極めて困難である。ちなみに、
パルス幅は長くして、一方で流量を小さくすることによ
って1回の膜付着による膜厚を薄くする方法もあるが、
この方法は生産性が低下するため好ましくない。For example, in the thermal CVD method using TE01 and ozone, TE
In order to reduce the 5i-OH bonds in the film by intermittently supplying 01, the following conditions must be set. In other words, the time for supplying TE01 is relatively short, and TE01 is
Alternatively, the thickness of the intermediate decomposition product of TE01 deposited on the membrane surface should be made as thin as possible, and the subsequent supply of ozone should ensure uniform oxidation over the entire thickness of the deposited film. It won't happen. However,
Since TE01 is a liquid at room temperature, the method usually used is to bubble it with a carrier gas such as an inert gas, vaporize it, and then introduce it into the reaction chamber. Therefore, the vaporized gas of TE01 is released for only a few seconds, and the flow rate is controlled. It is almost impossible to supply water by opening and closing the valve under such conditions. Furthermore, even in the pulsed CVD method using gaseous raw materials, it is extremely difficult to obtain a pulsed gas flow within a few seconds using mass flow controllers that are currently widely used. By the way,
There is also a method to reduce the film thickness in one film deposition by increasing the pulse width and decreasing the flow rate.
This method is not preferred because it reduces productivity.
さらに、従来のパルスCVD法には次の欠点もある。パ
ルス状にガス流を反応室内に導入すると、反応室内の全
圧力あるいは流速といったCVD法において重要なパラ
メータが変化してしまう。これを防止するには、原料ガ
スの供給を停止している間、全ガス流量が常時一定とな
るように代替ガスを導入する必要がある。あるいはTE
01とオゾンを用いたCVD法のように、パルス供給す
るガス(TE01)と連続供給するガス(オゾン)とが
ある場合は、パルス供給ガスを停止したときに、連続供
給ガスの流量を一時的に増加させればよい。しかし、い
ずれの場合も複雑なガス供給系が必要となることは避け
られない。Furthermore, the conventional pulse CVD method also has the following drawbacks. Introducing a pulsed gas flow into the reaction chamber changes important parameters in the CVD method, such as the total pressure or flow rate within the reaction chamber. To prevent this, it is necessary to introduce an alternative gas so that the total gas flow rate is always constant while the supply of raw material gas is stopped. Or T.E.
When there is a pulsed gas (TE01) and a continuously supplied gas (ozone), such as the CVD method using 01 and ozone, when the pulsed gas is stopped, the flow rate of the continuously supplied gas can be temporarily changed. All you have to do is increase it to . However, in either case, it is unavoidable that a complicated gas supply system is required.
以上説明してきたように、IC製造プロセスにおける層
間絶縁膜形成のためのCV D ri膜技術において、
被覆形状としての平坦性と、物理的特性としての耐電圧
、耐湿、経時変動特性とが双方満足できなかったのは、
従来のパルスCVD法では成膜反応空間が1箇所に限定
されていて空間反応と表面反応とを独立して制御するこ
とが困難であったためと言える。As explained above, in the CV Dri film technology for forming an interlayer insulating film in the IC manufacturing process,
The reason why we were not satisfied with both the flatness of the coating shape and the physical properties of withstand voltage, moisture resistance, and aging characteristics is that
This can be said to be because in the conventional pulse CVD method, the film-forming reaction space is limited to one location, making it difficult to independently control the spatial reaction and the surface reaction.
この発明はこのような現状に鑑みて開発されたものであ
って、その目的とするところは、基板表面ニ非常に短い
パルス状の原料ガス流を供給することができて、しかも
複雑なガス供給系を必要としないCVD装置およびCV
D方法を提供することである。This invention was developed in view of the current situation, and its purpose is to be able to supply a very short pulsed flow of raw material gas to the substrate surface, and to be able to do so without complicated gas supply. CVD equipment and CV that do not require a system
The purpose is to provide method D.
この発明の別の目的は、前述のTE01−CVDの技術
を発展させて、平坦性が良好で、かつ酸化が充分行われ
、不純物としてのOH,CH,Cの含有量も少ない、優
れた特性のケイ素酸化物薄膜を得るためのCVD方法を
提供することである。Another object of this invention is to develop the above-mentioned TE01-CVD technology to provide excellent properties such as good flatness, sufficient oxidation, and low content of OH, CH, and C as impurities. An object of the present invention is to provide a CVD method for obtaining a silicon oxide thin film.
[課題を解決するための手段と作用]
請求項1の発明は、真空室と、この真空室を排気する排
気系と、前記真空室に反応気体を導入するガス導入系と
、基板を保持する基板ホルダーとを備えるCVD装置に
おいて、次の特徴を有する。[Means and effects for solving the problem] The invention according to claim 1 includes a vacuum chamber, an exhaust system for evacuating the vacuum chamber, a gas introduction system for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, and a substrate holding system. A CVD apparatus including a substrate holder has the following features.
すなわち、前記ガス導入系の真空室へのガス導入口に対
して基板が間欠的に繰り返して対向するように前記基板
ホルダーを移動可能に構成したことを特徴とする。基板
ホルダーは回転運動、並進往復運動などの運動をさせる
ことになる。基板ホルダーは、ガス導入口に対向しなが
ら連続的に移動してもよいし、ガス導入口に対向する位
置で一時的に静止してもよい。That is, the substrate holder is configured to be movable so that the substrate is intermittently and repeatedly opposed to the gas introduction port into the vacuum chamber of the gas introduction system. The substrate holder undergoes movements such as rotational movement, translational and reciprocating movement. The substrate holder may move continuously while facing the gas inlet, or may temporarily stand still at a position facing the gas inlet.
この発明では、パルスCVD法を実施するために、ガス
導入系を工夫することなく基板の方を間欠的に移動可能
にしている。この発明のCVD装置の動作を説明すると
、真空室を排気した後ガス導入系から反応気体を真空室
に導入する。ガス導入口からは反応気体を連続的に真空
室に供給する。In this invention, in order to carry out the pulse CVD method, the substrate can be moved intermittently without devising the gas introduction system. To explain the operation of the CVD apparatus of the present invention, after the vacuum chamber is evacuated, a reaction gas is introduced into the vacuum chamber from the gas introduction system. A reaction gas is continuously supplied to the vacuum chamber from the gas inlet.
基板ホルダーの移動によって基板がガス導入口に対向す
る位置にきたときは、基板表面で反応気体が活性化され
て基板上に膜が堆積する。短時間の成膜の後、基板ホル
ダーを移動させて基板をガス導入口から離し、基板上の
反応生成ガスを十分に排気したり他の反応気体を基板に
供給したりする。When the substrate holder moves to a position facing the gas inlet, the reactive gas is activated on the substrate surface and a film is deposited on the substrate. After a short time of film formation, the substrate holder is moved to separate the substrate from the gas inlet, and the reaction generated gas on the substrate is sufficiently exhausted or other reaction gas is supplied to the substrate.
そして、再び基板をガス導入口に対向する位置にもって
きて成膜をおこない、以下、このような操作を繰り返す
。これにより、ガス導入を連続的に行いながらパルスC
VD法が可能となる。ガス導入を間欠的に行うことも可
能であるが、その場合も反応後に基板が移動してくれる
ので、ガス導入の間欠制御は従来のパルスCVD法はど
厳密に行う必要はない。Then, the substrate is again brought to a position facing the gas inlet and film formation is performed, and such operations are repeated thereafter. This allows pulse C to be applied while continuously introducing gas.
The VD method becomes possible. It is also possible to introduce gas intermittently, but in that case as well, the substrate moves after the reaction, so intermittent control of gas introduction does not need to be performed as strictly as in the conventional pulse CVD method.
なお、従来装置として、複数の真空室を有し、各真空室
を連結し、適当な基板搬送機構により基板を各真空室に
搬送して成膜をおこなうようなCVD装置があるが、こ
のような装置は基板の移動に時間がかかりすぎるので実
用性が低い。基板をこのような真空室間で交互に繰り返
して高速で移動させることはきわめて困難である。これ
に対して、この発明のCVD装置では一つの真空室内で
基板を高速に移動させることができ、十分短い時間だけ
反応気体を基板表面に供給できることに特徴がある。こ
れにより、簡単な装置構成で高い生産性を得ることがで
きる。In addition, as a conventional device, there is a CVD device that has multiple vacuum chambers, each vacuum chamber is connected, and a substrate is transferred to each vacuum chamber using an appropriate substrate transfer mechanism to perform film formation. Such a device is not practical because it takes too much time to move the substrate. It is extremely difficult to repeatedly move the substrate alternately between such vacuum chambers at high speed. On the other hand, the CVD apparatus of the present invention is characterized in that the substrate can be moved at high speed within one vacuum chamber, and a reactive gas can be supplied to the substrate surface for a sufficiently short period of time. Thereby, high productivity can be obtained with a simple device configuration.
請求項2の発明は、請求項1の発明のCVD装置におい
て、真空室の内部を仕切り壁によって複数の空間に分割
したことを特徴としている。この場合、各空間を構成す
る壁面の一部は基板ホルダーで構成され、この基板ホル
ダーと仕切り壁とはわずかな隙間で隔てられる。そして
、前記空間の少なくとも一つにはガス導入口が開口して
いる。The invention according to claim 2 is characterized in that in the CVD apparatus according to the invention according to claim 1, the interior of the vacuum chamber is divided into a plurality of spaces by a partition wall. In this case, a part of the wall surface constituting each space is constituted by a substrate holder, and the substrate holder and the partition wall are separated by a small gap. A gas inlet is opened in at least one of the spaces.
この発明における仕切り壁は、反応気体雰囲気の空間(
ガス導入口が開口している空間)と、それ以外の空間と
を分離するためのものである。基板ホルダーの移動を可
能にするためには、静止している仕切り壁との間に、わ
ずかな隙間を設けておく必要がある。この発明によれば
、反応気体雰囲気空間とそれ以外の空間とが区分けされ
るので、反応気体が拡散することがなく、パルスCVD
法が効果的に実施できる。The partition wall in this invention is a space (
This is to separate the space where the gas inlet is open from other spaces. In order to allow movement of the substrate holder, it is necessary to provide a small gap between it and the stationary partition wall. According to this invention, since the reaction gas atmosphere space and other spaces are separated, the reaction gas does not diffuse, and pulse CVD
The law can be effectively implemented.
請求項3の発明は、請求項2の発明のCVD装置におい
て、二つ以上の前記空間にガス導入口をそれぞれ設けた
ことを特徴としている。この発明は、区分けされたそれ
ぞれの空間にガス導入口を設けたもので、2種類以上の
反応気体(例えばTE01とオゾン)を利用する場合、
あるいは反応気体のほかに生成ガスをパージするための
気体を利用する場合に用いる。The invention according to claim 3 is characterized in that in the CVD apparatus according to the invention according to claim 2, two or more of the spaces are each provided with a gas inlet. In this invention, a gas inlet is provided in each divided space, and when two or more types of reaction gases (for example, TE01 and ozone) are used,
Alternatively, it is used when a gas for purging the generated gas is used in addition to the reaction gas.
請求項4の発明は、請求項2の発明のCVD装置におい
て、前記複数の空間のそれぞれに別個の排気口を設けた
ことを特徴とする。これにより、仕切り壁で区分けされ
た空間を独立に排気できて、各空間の圧力を独立に制御
できる。また、各空間内の気体が他の空間を通って排気
されるようなことがなくなり、基板には必要な気体だけ
が触れることになって、理想的なパルスCVD法が可能
となる。The invention according to claim 4 is characterized in that, in the CVD apparatus according to the invention according to claim 2, separate exhaust ports are provided in each of the plurality of spaces. This allows the spaces divided by the partition walls to be independently evacuated and the pressure in each space to be independently controlled. Further, the gas in each space is not exhausted through other spaces, and only the necessary gas comes into contact with the substrate, making it possible to perform an ideal pulse CVD method.
請求項5の発明は、基板が複数空間を交互に移動できる
ように回転平板形の基板ホルダーを採用したものである
。The invention according to claim 5 employs a rotating flat plate type substrate holder so that the substrate can be moved alternately through a plurality of spaces.
請求項6の発明は、基板が複数空間を交互に移動できる
ように回転ドラム形の基板ホルダーを採用したものであ
る。回転ドラムの、回転軸に垂直な断面の形状は、基板
を取り付けやすいように多角形にするのが好ましい。基
板の保持方法を工夫すれば円柱ドラムであってもよい。The invention according to claim 6 employs a rotating drum-shaped substrate holder so that the substrate can be moved alternately through a plurality of spaces. The cross section of the rotating drum perpendicular to the rotation axis is preferably polygonal so that the substrate can be easily attached. A cylindrical drum may also be used if the method of holding the substrate is devised.
請求項7の発明は、真空室に反応気体を導入してこの反
応気体を活性化させることによって基板上に膜を堆積さ
せるCVD方法において、次の特徴を有する。すなわち
、反応気体雰囲気空間と生成ガス排気空間との間で基板
を交互に繰り返し移動させて基板」―に膜を堆積させる
ことを特徴とする。この発明によれば、基板が反応気体
雰囲気空間にあるときは、基板表面で反応気体が活性化
されて基板上に膜が堆積し、基板が生成ガス排気空間に
あるときは、基板表面」二に残存している反応生成ガス
が排気される。そして、基板がこれら二つの空間を交互
に移動することによって成膜がおこなわれる。The invention according to claim 7 is a CVD method for depositing a film on a substrate by introducing a reaction gas into a vacuum chamber and activating the reaction gas, which has the following features. That is, the film is deposited on the substrate by alternately and repeatedly moving the substrate between a reaction gas atmosphere space and a generated gas exhaust space. According to this invention, when the substrate is in the reactive gas atmosphere space, the reactive gas is activated on the substrate surface and a film is deposited on the substrate, and when the substrate is in the generated gas exhaust space, the substrate surface is The reaction product gas remaining in the tank is exhausted. Then, film formation is performed by moving the substrate alternately between these two spaces.
請求項8の発明は、真空室に複数種類の反応気体を導入
してこれらの反応気体を活性化させることによって基板
上に膜を堆積させるCVD方法において、次の特徴を有
する。すなわち、種類の異なる反応気体雰囲気となって
いる複数空間の間で基板を交互に繰り返し移動させて基
板上に膜を堆積させることを特徴とする。この発明によ
れば、基板が最初の反応気体雰囲気空間にあるときは、
基板表面で最初の反応気体が活性化されて基板上に中間
生成膜が堆積し、基板が次の反応気体雰囲気空間にある
ときは、上記中間生成膜と次の反応気体とが反応して基
板上に最終膜が形成される。The invention according to claim 8 is a CVD method for depositing a film on a substrate by introducing a plurality of types of reaction gases into a vacuum chamber and activating these reaction gases, which has the following features. That is, the method is characterized in that a film is deposited on the substrate by alternately and repeatedly moving the substrate between a plurality of spaces having different types of reaction gas atmospheres. According to the invention, when the substrate is in the initial reaction gas atmosphere space,
The first reaction gas is activated on the substrate surface and an intermediate film is deposited on the substrate, and when the substrate is in the next reaction gas atmosphere space, the intermediate film reacts with the next reaction gas to deposit the intermediate film on the substrate. A final film is formed on top.
そして、基板がこれら二つの空間を交互に移動すること
によって所定の厚さになるまで成膜がおこなわれる。こ
の発明は多層膜を形成する場合にも利mできる。この発
明によれば、異なる反応気体が供給される複数の反応空
間の間で基板を交互に移動させることによって、望まし
くない早すぎる空間反応を抑制するとともに、反応分子
の基板表面における表面拡散移動距離を充分大きく保ち
、かつ基板表面における出発体ガスの分解・酸化が完全
に行われるようにしている。Then, by moving the substrate alternately between these two spaces, film formation is performed until a predetermined thickness is reached. This invention can also be used when forming a multilayer film. According to the present invention, by alternately moving the substrate between a plurality of reaction spaces to which different reaction gases are supplied, undesirable premature spatial reactions can be suppressed, and the surface diffusion distance of reaction molecules on the substrate surface can be suppressed. is kept sufficiently large so that the starting gas is completely decomposed and oxidized on the substrate surface.
請求項9の発明は、請求項8の発明の具体的応用例であ
り、一つの反応気体としてTEOSガスを用い、他の反
応気体として誘導結合高周波放電によって発生させた原
子状酸素を用いることによって、基板上にケイ素酸化物
の薄膜を形成することを特徴としている。すなわち、一
方の反応空間では、ケイ素の出発体のTEOSガスを基
板に供給するようにして、空間における望ましくない分
解・酸化反応を促進する危険性のあるガスの導入を抑制
する。また別の反応空間では基板表面における酸化反応
を完全に行うために酸化作用の強い原子状酸素を供給す
る。The invention of claim 9 is a specific application example of the invention of claim 8, and by using TEOS gas as one reaction gas and using atomic oxygen generated by inductively coupled high-frequency discharge as another reaction gas. , which is characterized by forming a thin film of silicon oxide on a substrate. That is, in one reaction space, TEOS gas, which is a starting material for silicon, is supplied to the substrate, thereby suppressing the introduction of a gas that may promote undesirable decomposition and oxidation reactions in the space. In another reaction space, atomic oxygen, which has a strong oxidizing effect, is supplied in order to completely carry out the oxidation reaction on the substrate surface.
TEOSガスの供給に際しては、基板に入射する前の段
階のTEOSガス分子はあらかじめ加熱しておく。加熱
温度はTEOSガスが完全に分解しない程度の温度に選
ばれる。When supplying the TEOS gas, the TEOS gas molecules are heated in advance before they enter the substrate. The heating temperature is selected at a temperature that does not completely decompose the TEOS gas.
原子状酸素を得るためには誘導結合高周波放電を利用す
る。この発明で使用する誘導結合高周波放電の放電装置
の構造と放電の特徴については、例えば、
(1) 1986年発行、 Journal o「Va
cuum 5lenceand Technology
、 A4巻、第475〜479頁。Inductively coupled high-frequency discharge is used to obtain atomic oxygen. Regarding the structure and discharge characteristics of the discharge device for inductively coupled high-frequency discharge used in this invention, for example, (1) Published in 1986, Journal o "Va
Cuum 5lence and Technology
, Volume A4, pp. 475-479.
It、 Mlto及び八、 Sek1guc旧著、 “
1nducLIonheated plasIIIa
assIsted chemIcaI vapour
deposltlon ol’ SIN ”(2) 1
988年発行、真空、第31巻、第271〜278頁、
三戸英夫、関口敦著、「高温非平衡プラズマの特性と応
用」
に記載されており、これらの文献には分子状ガスの原子
への解離度についても述べられている。また、この種の
放電を酸化反応へ応用した例については
(3) 1989年発行、 Japanese Jou
rnal ofApplied Ph1slcs 、第
28巻、第L952〜L954頁、 5hinjI T
akagl、 At5ushl Seklguchl。It, Mlto and 8, Sek1guc old author, “
1nducLIonheated plasIIIa
assIsted chemIcaI vapor
deposltlon ol' SIN” (2) 1
Published in 1988, Vacuum, Volume 31, Pages 271-278,
It is described in ``Characteristics and Applications of High Temperature Nonequilibrium Plasma'' by Hideo Mito and Atsushi Sekiguchi, and these documents also describe the degree of dissociation of molecular gases into atoms. For an example of applying this type of discharge to oxidation reactions, see (3) Japanese Jou, published in 1989.
rnal of Applied Ph1slcs, Volume 28, Pages L952-L954, 5hinjIT
akagl, At5ushl Seklguchl.
Naoklchl llosokawa、Norlo
Terada。Naoklchl llosokawa, Norlo
Terada.
Masatoshi Jo 及び l1ldeo I
hara著。Masatoshi Jo and l1ldeo I
Written by hara.
′″Ba2 Y、 Cu3 07−、 0xida
tion byTherIIodynamlc Non
equlllbrlumlllgh−Temperat
ure (TNII) Plasmaに述べられてい
る。また、誘導結合高周波放電の放電装置とその応用に
関しては本願出願人の出願に係る下記のような技術が知
られている。'''Ba2 Y, Cu3 07-, Oxida
tion by Ther II odynamlc Non
equllllbrlumllllgh-Temperat
ure (TNII) Plasma. Furthermore, regarding an inductively coupled high-frequency discharge discharge device and its application, the following technology related to an application filed by the applicant of the present application is known.
(4)
特開昭61−65420号
特開昭61−91377号
特開昭62−45018号
特開昭62−227089号
特開昭63−166971号
さらに、この種の技術に関しては本願出願人の出願に係
る下記のような出願もある。(4) JP-A-61-65420, JP-A-61-91377, JP-A-62-45018, JP-A-62-227089, JP-A-63-166971. Furthermore, regarding this type of technology, There are also applications such as those listed below.
(9)特開昭63−163350号
(lO)特開昭63−278218号
(11)特開昭63−318147号
(12)特願平 1−135.67号
(13)特願平 1−57699号
((4)特開平 1−66331号
上述の請求項9の発明は、以上の先行発明による誘導結
合高周波放電による原子状酸素を、CVDによるケイ素
酸化物薄膜の形成に応用するものであり、パルスCVD
の具体的手段を提供する。(9) Japanese Patent Application No. 63-163350 (lO) Japanese Patent Application No. 63-278218 (11) Japanese Patent Application No. 63-318147 (12) Japanese Patent Application No. 1-135.67 (13) Japanese Patent Application No. 1-1982 No. 57699 ((4) Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-66331) The invention of claim 9 above applies the atomic oxygen generated by the inductively coupled high-frequency discharge according to the prior invention to the formation of a silicon oxide thin film by CVD. , pulse CVD
Provide concrete means for
TEOSガスを出発体としてケイ素酸化物薄膜を形成す
る場合に、基板に入射して付着するガス分子が、TEO
Sガスの原形であるSi (OC2H9)4の分子形態
をとるのが最も好ましいか、あるいは何らかの分解中間
生成物の形態をとることが好ましいのか、明確なことは
現在わかっていない。この点について、発明者らは、基
底状態であるS i (OC2H5) 4の分子形態
よりもむしろ、ある程度活性化されているか、あるいは
分解されている方が最終的には良好な特性の層間絶縁膜
を形成しやすいと考えている。TEOSガスを200〜
400℃に加熱制御すると、完全な分解は起こさないが
TEOSガスを好ましい形態の中間生成物に変えること
ができる。この中間生成物は一つの反応空間において、
適切な温度に制御された基板に入射して付着し、膜表面
で拡散運動をする。When forming a silicon oxide thin film using TEOS gas as a starting material, the gas molecules that enter and adhere to the substrate are TEOS gas.
It is currently unclear whether it is most preferable to take the molecular form of Si (OC2H9)4, which is the original form of S gas, or whether it is preferable to take the form of some decomposition intermediate product. In this regard, the inventors believe that an interlayer insulation that is activated or decomposed to some extent rather than the ground state molecular form of Si(OC2H5)4 has better properties. We believe that it is easy to form a film. TEOS gas from 200
Controlled heating to 400° C. does not cause complete decomposition, but can convert the TEOS gas to the preferred form of intermediate products. This intermediate product is produced in one reaction space,
It enters and adheres to a substrate controlled at an appropriate temperature, and diffuses on the film surface.
一方、もう一つの反応気体である原子状酸素は次のよう
にして供給する。すなわち、酸素ガス分子を流しながら
高周波誘導放電を行い、適切なRF電力、酸素ガス流量
、圧力を設定することにより、酸素ガスの大部分を原子
状酸素に変換して、酸化反応空間に送り込む。酸化反応
空間では原子状酸素が基板に入射して、基板表面に付着
したTEOSガス分子の中間生成物と反応して完全な酸
化反応を行う。On the other hand, atomic oxygen, which is another reaction gas, is supplied as follows. That is, by performing high-frequency induction discharge while flowing oxygen gas molecules and setting appropriate RF power, oxygen gas flow rate, and pressure, most of the oxygen gas is converted into atomic oxygen, which is sent into the oxidation reaction space. In the oxidation reaction space, atomic oxygen enters the substrate and reacts with intermediate products of TEOS gas molecules attached to the substrate surface to perform a complete oxidation reaction.
そして、基板ホルダーを回転中心軸のまわりに回転させ
ることにより、同一の基板をTEOSガスの中間反応生
成物が入射する反応空間と、原子状酸素を入射させて強
力な酸化反応を行う反応空間とに交互に入れることによ
り、形状的平坦性と物理的特性の両方がすぐれたケイ素
酸化物薄膜を形成することができる。By rotating the substrate holder around the central axis of rotation, the same substrate can be divided into a reaction space where intermediate reaction products of TEOS gas are incident and a reaction space where atomic oxygen is incident and a strong oxidation reaction is performed. By alternating the layers, it is possible to form a silicon oxide thin film with excellent both geometrical flatness and physical properties.
し実施例]
(実施例1)
第1図はこの発明の一実施例の垂直断面図である。この
装置はTE01とオゾンとを利用して基板上にSiO2
膜を形成するためのCVD装置である。1は真空室、2
は基板ホルダーであってその内部にはヒータ3が埋め込
まれており、基板ホルダー上に設置した基板4を約50
0℃程度まで加熱することが可能となっている。基板ホ
ルダ2全体は真空室外部に設置されたモータ5と動力伝
達部6により、回転可能である。基板4は基板ホルダー
2上に設けられた凹所内にその上端面を接触させて設置
されている。真空室1内は、ゲトバルブ7、可変フンダ
クタンスバルブ8を介して接続されたターボ分子ポンプ
9および油回転ポンプ10により高真空に排気可能であ
る。11はTEO3容器であり、ボンベ12、減圧弁1
3、マスフローコントローラ14を通して流量制御され
たアルゴン(Ar)キャリヤガスでTE01をバブリン
グすることにより気化したTEOSガスをガス供給口5
2から真空室1内に輸送する。Example] (Example 1) FIG. 1 is a vertical sectional view of an example of the present invention. This device uses TE01 and ozone to coat SiO2 on the substrate.
This is a CVD device for forming a film. 1 is a vacuum chamber, 2
is a substrate holder in which a heater 3 is embedded, and the substrate 4 placed on the substrate holder is heated approximately 50 times.
It is possible to heat up to about 0°C. The entire substrate holder 2 can be rotated by a motor 5 and a power transmission section 6 installed outside the vacuum chamber. The substrate 4 is placed in a recess provided on the substrate holder 2 with its upper end surface in contact with the recess. The inside of the vacuum chamber 1 can be evacuated to a high vacuum by a turbo molecular pump 9 and an oil rotary pump 10 connected via a gate valve 7 and a variable funductance valve 8. 11 is a TEO3 container, cylinder 12, pressure reducing valve 1
3. TEOS gas vaporized by bubbling TE01 with an argon (Ar) carrier gas whose flow rate is controlled through the mass flow controller 14 is supplied to the gas supply port 5.
2 into the vacuum chamber 1.
15はTEOSガスを真空室に導入する導入口であり、
多数の孔のあいた数枚のガス分配板16とその周囲のヒ
ータ部17より構成されている。これによりTEOSガ
スの予備加熱が可能となる。15 is an inlet for introducing TEOS gas into the vacuum chamber;
It is composed of several gas distribution plates 16 with a large number of holes and a heater section 17 surrounding them. This makes it possible to preheat the TEOS gas.
この部分の構造は、特開平1−119674号公報と特
開平1−198475号に開示されている。The structure of this portion is disclosed in JP-A-1-119674 and JP-A-1-198475.
ガス導入口15の上端には筒状の仕切り壁18が設けて
あり、仕切り壁18の上端と基板ホルダー2の下面とは
2mm程度のわずかな隙間で隔てられている。また、真
空室内には、TEOSガス導入口15と同様の構造を有
するが仕切り壁18の無いオゾンガス導入口19が設置
されており、ガス分配板20とヒータ部21で構成され
ている。A cylindrical partition wall 18 is provided at the upper end of the gas inlet 15, and the upper end of the partition wall 18 and the lower surface of the substrate holder 2 are separated by a small gap of about 2 mm. Further, an ozone gas inlet 19 having the same structure as the TEOS gas inlet 15 but without a partition wall 18 is installed in the vacuum chamber, and is composed of a gas distribution plate 20 and a heater section 21 .
オゾンガスは酸素(02)ボンベ22から減圧弁23を
介して、無声放電を利mしたオゾン発生器24に酸素ガ
スを導入することによって発生可能である。ここで発生
した8%程度の濃度のオゾンガスと酸素ガスの混合ガス
はマスフローコントロラ25により流量制御され、ガス
供給口53からガス導入口1つを介して真空室1に導入
される。Ozone gas can be generated by introducing oxygen gas from an oxygen (02) cylinder 22 through a pressure reducing valve 23 into an ozone generator 24 that utilizes silent discharge. The mixed gas of ozone gas and oxygen gas with a concentration of about 8% generated here is flow rate controlled by the mass flow controller 25, and is introduced into the vacuum chamber 1 from the gas supply port 53 through one gas introduction port.
以上のような空間構成により、ガス導入口15側の空間
の上部境界は、回転可能な基板ホルダー2の下面で形成
され、同様に、ガス導入口1つ側の空間の上部境界も、
回転可能な基板ホルダー2の下面で形成されることにな
る。これにより、基板ホルダー2が回転すれば、基板ホ
ルダー2の下面に配置された基板が二つの空間の間で移
動できることになる。With the space configuration as described above, the upper boundary of the space on the side of the gas inlet 15 is formed by the lower surface of the rotatable substrate holder 2, and similarly, the upper boundary of the space on the side of one gas inlet is also formed.
It will be formed by the lower surface of the rotatable substrate holder 2. Thereby, when the substrate holder 2 rotates, the substrate placed on the lower surface of the substrate holder 2 can be moved between the two spaces.
第2図は第1図の装置の真空室を上から見た平面配置図
であり、基板4およびガス導入口15.19の真空室内
における相対的位置関係を示したものである。この実施
例においては基板4は基板ホルダー2上に四枚設置可能
となっている。また、ガス排気は図中の矢印30の方向
におこなわれ、排気口はオゾンガスの導入019よりも
TE01のガス導入口15に近接して設置される。基板
ホルダ−2全体を回転させることにより基板4は第2図
の矢印31で示すように動き、順番に繰り返してTEO
Sガス導入口15とオゾンガス導入口19とに対向する
。FIG. 2 is a plan view of the vacuum chamber of the apparatus shown in FIG. 1 viewed from above, showing the relative positional relationship of the substrate 4 and the gas inlets 15, 19 in the vacuum chamber. In this embodiment, four substrates 4 can be placed on the substrate holder 2. Further, gas exhaust is performed in the direction of arrow 30 in the figure, and the exhaust port is installed closer to the gas introduction port 15 of TE01 than the ozone gas introduction 019. By rotating the entire substrate holder 2, the substrate 4 moves as shown by the arrow 31 in FIG.
It faces the S gas inlet 15 and the ozone gas inlet 19.
次に、この装置を用いて基板上に5iOz膜を形成する
手順を述べる。第1図において、まず、真空室1内をタ
ーボ分子ポンプ9を用いて高真空に排気する。次に基板
4を約400℃に昇温しで基板ホルダ−2全体を6Or
pm程度の回転速度で回転させる。次に60℃に温度制
御されたTEO8容器11中を約11005CCの流量
のArガスでバブリングすることによりTEOSガスを
真空室内に導入する。TEOSガスは基板に到達するま
でにガス導入部15で100〜200℃に加熱される。Next, a procedure for forming a 5iOz film on a substrate using this apparatus will be described. In FIG. 1, first, the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated to a high vacuum using the turbo molecular pump 9. Next, the temperature of the substrate 4 is raised to approximately 400°C, and the entire substrate holder 2 is heated to 6 Or
Rotate at a rotation speed of about pm. Next, TEOS gas is introduced into the vacuum chamber by bubbling Ar gas at a flow rate of about 11005 cc through the TEO8 container 11 whose temperature is controlled at 60°C. The TEOS gas is heated to 100 to 200° C. in the gas introduction section 15 before reaching the substrate.
TEOSガスの導入と同時にオゾン発生器24で発生し
たオゾンと酸素の混合ガスを3〜5SLMの流量で真空
室1に導入する。ガス導入口1つは構造としては加熱可
能となっているが、この部分の温度を上げすぎるとオゾ
ンが分解してしまい、成膜が十分におこなわれなくなる
。Simultaneously with the introduction of the TEOS gas, a mixed gas of ozone and oxygen generated by the ozone generator 24 is introduced into the vacuum chamber 1 at a flow rate of 3 to 5 SLM. Although one gas inlet port can be heated, if the temperature of this part is raised too much, ozone will decompose and film formation will not be sufficient.
したがって、オゾンを利用するこの実施例ではヒータ2
1は使用していない。真空室内の圧力は圧ツノ計26と
可変フンダクタンスバルプ8とを利用して自動的に10
0〜500 Torr程度に調節される。一つの基板4
は、基板ホルダー2が一回転する間(以下、周期という
)に、約3分の1周期の期間だけは円筒状の仕切り壁1
8の中に入ってガス導入口15に対向する。このときは
基板4は主にTEOSガスにさらされ、TE01の中間
生成物の層が形成される。残りの約3分の2周期の期間
は基板4はガス導入口1つの側の空間にあって主にオゾ
ンガスにさらされ、上記中間生成物の層が酸化されて5
in2膜が形成される。このようにして作成した膜の特
性を赤外吸収測定により評価した結果、静止基板にガス
流を連続的に供給して作成した従来の膜に比べて膜内の
S i −OH基が約8分の1に減少し、パルスCVD
の効果が十分にあることがわかった。仕切り壁18はガ
スの切り替わりの急峻性を確保する役割を果たしており
、これが無い場合にはS i −OH基の減少の効果が
非常に小さかった。Therefore, in this embodiment using ozone, the heater 2
1 is not used. The pressure inside the vacuum chamber is automatically set to 10 using the pressure horn gauge 26 and the variable funductance valve 8.
It is adjusted to about 0 to 500 Torr. one board 4
During one rotation of the substrate holder 2 (hereinafter referred to as period), the cylindrical partition wall 1 is
8 and faces the gas inlet 15. At this time, the substrate 4 is mainly exposed to the TEOS gas, and a layer of intermediate product of TE01 is formed. During the remaining approximately two-thirds of the cycle, the substrate 4 is in the space on the side of one gas inlet and is mainly exposed to ozone gas, and the intermediate product layer is oxidized.
An in2 film is formed. As a result of evaluating the characteristics of the film created in this way by infrared absorption measurement, the number of Si-OH groups in the film was approximately 8 Pulsed CVD
was found to be sufficiently effective. The partition wall 18 plays a role in ensuring the steepness of gas switching, and without it, the effect of reducing the Si--OH group would be very small.
(実施例2)
第3図はこの発明のCVD装置の別の実施例の垂直断面
図である。真空排気系、ガス導入系は第1図と同様であ
るので図示していない。また真空室1、基板ホルダー2
、ヒータ3、基板4、モータ5、動力伝達部6、ガス導
入口15.19等も第1図と同様であり、第1図と同じ
部分には同じ符号を付けである。第4図は第3図の装置
を上から見た平面配置図である。この装置が第1図の装
置と異なる点は、真空室1を排気するための排気口がT
EOSガス用の排気口50とオゾンガス用の排気口51
というように別々に設置されていることである。この実
施例においては第4図に示すように二つの排気口50.
51は真空室1の外部で合流しており、−台の真空排気
装置で両方の排気ができるようになっている。また、排
気口を別個に設けたことに伴い、真空室を区分けする仕
切り壁の構造も第1図のものと異なっている。この実施
例の仕切り壁は、二つのガス導入口15.1つを仕切る
ための垂直な仕切り壁40と、基板ホルダー2の側面の
周囲に設けられた環状の水平な仕切り壁41とからなる
。いずれの仕切り壁40.41も基板ホルダー2とわず
かな間隙を保つように設置されている。もし、水平の仕
切り壁41がなければ基板ホルダー2の背面側で二つの
空間が連通してしまうことになる。以上の構成により、
それぞれのガス専用の空間が真空室内に形成される。ガ
ス供給口52からTEOSガスを、またガス供給口53
からオゾンガスを供給し、前述と同様の手順を踏むこと
により基板上に良質の5in2膜を作成できた。膜質は
実施例1の場合・と同様にS i −OH結合が少ない
良好なものであった。(Embodiment 2) FIG. 3 is a vertical sectional view of another embodiment of the CVD apparatus of the present invention. The vacuum evacuation system and gas introduction system are the same as those shown in FIG. 1, so they are not shown. Also, vacuum chamber 1, substrate holder 2
, heater 3, substrate 4, motor 5, power transmission section 6, gas inlet 15, 19, etc. are also the same as in FIG. 1, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. FIG. 4 is a top plan view of the apparatus shown in FIG. 3. The difference between this device and the device shown in Fig. 1 is that the exhaust port for evacuating the vacuum chamber 1 is T.
Exhaust port 50 for EOS gas and exhaust port 51 for ozone gas
They are installed separately. In this embodiment, as shown in FIG. 4, there are two exhaust ports 50.
51 joins outside the vacuum chamber 1, so that both can be evacuated by one vacuum evacuation device. Further, due to the separate provision of the exhaust port, the structure of the partition wall that partitions the vacuum chamber is also different from that of FIG. 1. The partition wall of this embodiment consists of a vertical partition wall 40 for partitioning one of the two gas inlets 15, and an annular horizontal partition wall 41 provided around the side surface of the substrate holder 2. Both partition walls 40 and 41 are installed so as to maintain a slight gap from the substrate holder 2. If there were no horizontal partition wall 41, the two spaces would be in communication on the back side of the substrate holder 2. With the above configuration,
A space dedicated to each gas is formed within the vacuum chamber. TEOS gas is supplied from the gas supply port 52 and the gas supply port 53
By supplying ozone gas from the substrate and following the same procedure as described above, a high quality 5in2 film could be formed on the substrate. The film quality was good, with few Si--OH bonds, as in Example 1.
この実施例は、TEOSガス用の空間とオゾンガス用の
空間とを別個の排気口で排気できるので、第1図の装置
と比較してTEOSガスがオゾンガスmの空間を通って
排気されるようなことがなく、オゾンガスによる酸化反
応を純粋におこなうことができる。また、排気口50と
51に可変コンダクタンスバルブを設ければ、各空間の
圧力を独立して制御することも可能になる。In this embodiment, since the space for TEOS gas and the space for ozone gas can be exhausted through separate exhaust ports, the TEOS gas is exhausted through the space for ozone gas m, compared to the apparatus shown in FIG. The oxidation reaction using ozone gas can be carried out in a pure manner. Further, by providing variable conductance valves at the exhaust ports 50 and 51, it becomes possible to independently control the pressure in each space.
(実施例3)
この実施例は、第1図に示したものと同様な装置を用い
て、基板上にAl−Si合金膜を形成する例である。こ
の実施例では、第1図のガス供給口52にトリイソブチ
ルアルミニウム(T I BA)を、また第1図のガス
供給口53にジシラン(S t2Hb )を導入する。(Example 3) This example is an example in which an Al--Si alloy film is formed on a substrate using an apparatus similar to that shown in FIG. In this embodiment, triisobutylaluminum (T I BA) is introduced into the gas supply port 52 shown in FIG. 1, and disilane (S t2Hb ) is introduced into the gas supply port 53 shown in FIG.
成膜条件は次の通りである。約40℃に保温したTIB
Aを約101005eの流量のArガスでバブリングし
てガス導入口15に供給する。TIBAはガス導入口1
5で約230℃に加熱されて、この部分を通過するTI
BAガスは熱的な変化を受ける。さらにこのガスは、約
400℃に加熱された基板上に到達し最終的な熱変化に
より基板上にAIが析出する。一方、ガス導入口1つは
約20℃に加熱されている。そして、このガス導入口1
9にジシランを供給することにより、AIの場合と同様
な熱変化により基板上にSiが析出する。基板ホルダー
の回転は次のようにおこなう。第1図の実施例では基板
を四枚同時に基板ホルダーに装着したが、この実施例で
は基板は1ケ所のみに設置している。The film forming conditions are as follows. TIB kept at about 40℃
A is bubbled with Ar gas at a flow rate of about 101005e and supplied to the gas inlet 15. TIBA has gas inlet 1
The TI passing through this part is heated to about 230°C at
BA gas undergoes thermal changes. Furthermore, this gas reaches the substrate heated to about 400° C., and AI is deposited on the substrate due to the final thermal change. On the other hand, one gas inlet is heated to about 20°C. And this gas inlet port 1
By supplying disilane to 9, Si is precipitated on the substrate due to a thermal change similar to that in the case of AI. Rotate the substrate holder as follows. In the embodiment shown in FIG. 1, four substrates were mounted on the substrate holder at the same time, but in this embodiment, the substrates are mounted only at one location.
まず、基板をT I B A、ガス導入口15に対向す
る位置で杓子秒間静止させる。これにより、基板上に約
1000人のAI膜が析出する。次に、基板ボルダ−を
回転させ、基板をジシラン導入口1つに対向静止させる
。清浄なAI膜の付着した基板−してはジンランが容易
に分解し約五秒間で約20人のSi膜が析出する。析出
したSiはA1中に容易に拡散しAl−Si合金膜が形
成される。この過程を十回繰り返すことにより、均質な
Al5t合金膜が形成される。この膜中のSi濃度をS
IMS(二次イオン質量分析装置)により分析したとこ
ろ、約0. 5%のSiが膜中に均質に存在することが
確認された。この膜はIC配線として良好な特性を有す
る。First, the substrate is held still at a position facing the gas inlet 15 for a few seconds. As a result, approximately 1000 AI films are deposited on the substrate. Next, the substrate boulder is rotated and the substrate is brought to rest facing one disilane inlet. As a substrate with a clean AI film attached, Jinlan easily decomposes and about 20 Si films are deposited in about 5 seconds. The precipitated Si easily diffuses into A1 to form an Al-Si alloy film. By repeating this process ten times, a homogeneous Al5t alloy film is formed. The Si concentration in this film is S
When analyzed by IMS (secondary ion mass spectrometer), approximately 0. It was confirmed that 5% Si was homogeneously present in the film. This film has good characteristics as an IC wiring.
(実施例4)
実施例3のジシランの代わりに塩化チタニウム(T i
C14)を導入することにより、同様な方法で基板上に
Al−Ti合金膜を形成できる。ただしTiCl4は常
温で肢体であるため、TE01やTIBAと同様なガス
供給系をガス導入口1つの上流側にも設置した。この場
合には一回の成膜過程で形成するAI、Tiの膜厚はそ
れぞれ500人、10人とした。この成膜過程を交互に
繰り返すことにより基板上に均質なAl−Ti合金膜が
形成された。またAIの膜厚を約30o。(Example 4) Titanium chloride (Ti
By introducing C14), an Al-Ti alloy film can be formed on the substrate in a similar manner. However, since TiCl4 is a limb at room temperature, a gas supply system similar to that of TE01 and TIBA was also installed upstream of one gas inlet. In this case, the thicknesses of AI and Ti films formed in one film forming process were 500 and 10, respectively. By repeating this film forming process alternately, a homogeneous Al--Ti alloy film was formed on the substrate. Also, the thickness of the AI film is approximately 30o.
人とし、Tiの膜厚を200人としてこの過程を約三回
繰り返すことにより、Al−Tiの多層積層膜も作成可
能である。このような膜はIC配線材料としてヒロック
(熱サイクルにより発生する膜表面上の突起)等が発生
しにくいという大きな利点を有する。By repeating this process about three times with the thickness of the Ti layer being 200 mm, it is also possible to create a multilayer laminated film of Al--Ti. Such a film has a great advantage as an IC wiring material in that hillocks (protrusions on the film surface caused by thermal cycles) are less likely to occur.
(実施例5)
この発明のCVD方法の応mとして、真空室内を三つ以
上に区分けしてそのそれぞれにガス導入口を設けること
により、三元、四元といった多元の元素から成る薄膜を
作成することも可能であるこのような方法で形成できる
膜として、例えばY−B a−Cu−0系、B i −
3r−Ca−Cu −0系等の酸化物超電導体薄膜、5
rTiO:+等の誘電体膜等があげられる。(Example 5) As a modification of the CVD method of the present invention, a thin film made of multiple elements such as ternary and quaternary elements was created by dividing the vacuum chamber into three or more parts and providing a gas inlet in each of them. Examples of films that can be formed by such a method include Y-B a-Cu-0 series, B i -
3r-Ca-Cu-0 based oxide superconductor thin film, 5
Examples include dielectric films such as rTiO:+.
(実施例6)
この発明によるCVD装置を用いてパルスCVD法によ
りAI膜の段差被覆性を改善した例を示す。(Example 6) An example will be shown in which the step coverage of an AI film was improved by pulse CVD using the CVD apparatus according to the present invention.
第1図と同様の装置を用いてガス供給口52からTIB
Aを上述のようにArガスでバブリングして導入し、ま
たガス供給口53からはArガスを導入した。基板4は
基板ホルダー2上に第2図のように四枚設置した。約4
0℃に加熱したTIBAを約5Qsccmの流量のAr
でバブリングし気化したガスをガス導入口15に供給す
る。ガス導入口15は約230℃に加熱されており、こ
こでTIBAガスは部分的な熱変化を生じる。基板の温
度は約400℃に設定されており、ここでTIBAガス
にさらなる熱変化が生じ、基板上にAI膜が堆積する。TIB from the gas supply port 52 using a device similar to that shown in FIG.
A was introduced by bubbling Ar gas as described above, and Ar gas was introduced from the gas supply port 53. Four substrates 4 were placed on the substrate holder 2 as shown in FIG. Approximately 4
TIBA heated to 0°C was heated with Ar at a flow rate of about 5Qsccm.
The bubbling and vaporized gas is supplied to the gas inlet 15. The gas inlet 15 is heated to about 230° C., where the TIBA gas undergoes a partial thermal change. The temperature of the substrate is set at approximately 400° C., where further thermal changes occur in the TIBA gas and deposit an AI film on the substrate.
基板ホルダー2は約3Orpmの速度で連続的に回転さ
せた。基板がガス導入口15と対向している間はAIの
成膜がおこなわれる。−回の成膜時のA1膜厚は約10
0〜200人とする。基板がガス導入口15と対向しな
い間はガス導入口1つから導入された約508CCmの
流量のArにより基板表面がパージされる。これにより
TIBAの分解により生じた生成ガスが十分に基板表面
より除かれる。そのため、基板4が再びガス導入口15
と対向した際には、TIBAガスが微細な穴の底部にま
で十分に到達でき、段差被覆特性の良い成膜が行なわれ
る。以」二のようにして径が0.8μm、深さが1μm
のコンタクトホールへのAIの成膜を試み、その被r!
i率(基板の平坦部に堆積する膜の厚さに対する、コン
タクトホール底部に堆積する膜の厚さの比として定義さ
れる。)を評価した。基板をガス導入口15に静止対向
させたままで成膜をおこなった場合はその被覆率は0.
68であったのに対し、上記のパルスCVD法で成膜し
た場合はその被覆率は0.91に向上した。The substrate holder 2 was continuously rotated at a speed of about 3 Orpm. While the substrate faces the gas inlet 15, the AI film is formed. -A1 film thickness during film formation is approximately 10
0 to 200 people. While the substrate does not face the gas inlet 15, the surface of the substrate is purged with Ar introduced from one gas inlet at a flow rate of about 508 CCm. As a result, the gas produced by the decomposition of TIBA is sufficiently removed from the substrate surface. Therefore, the substrate 4 is again connected to the gas inlet 15.
When facing the TIBA gas, the TIBA gas can sufficiently reach the bottom of the fine holes, and a film with good step coverage characteristics can be formed. The diameter is 0.8 μm and the depth is 1 μm as described in “2” below.
Attempts were made to form an AI film into the contact hole of
The i-rate (defined as the ratio of the thickness of the film deposited at the bottom of the contact hole to the thickness of the film deposited on the flat part of the substrate) was evaluated. If film formation is performed with the substrate stationary facing the gas inlet 15, the coverage will be 0.
68, whereas when the film was formed by the above pulsed CVD method, the coverage improved to 0.91.
この実施例によれば、段差被覆特性を大幅に向上させる
ことができ、IC配線プロセス等においては特に利用価
値が大きい。また、簡易的にガス導入口19を取り除い
ても同様の効果が期待でき、この場合はガス導入口1つ
を取り除いた分、装置の構造を簡素化できる。According to this embodiment, the step coverage characteristics can be greatly improved, and it is particularly useful in IC wiring processes and the like. Further, the same effect can be expected even if the gas inlet 19 is simply removed, and in this case, the structure of the device can be simplified by removing one gas inlet.
(実施例7)
第5図はケイ素酸化物薄膜を作製するためのTEOSガ
ス供給系と原子状酸素ガス供給系とを備えるCVD装置
の実施例の垂直断面図である。第1〜4図に示した実施
例に対応する部分には同一の符号を付けである。(Example 7) FIG. 5 is a vertical sectional view of an example of a CVD apparatus equipped with a TEOS gas supply system and an atomic oxygen gas supply system for producing a silicon oxide thin film. Components corresponding to the embodiments shown in FIGS. 1 to 4 are given the same reference numerals.
1は真空室で内部に1式の基板ホルダー2が取り付けら
れている。基板ホルダー2は加熱ヒータ3を内蔵してお
り、その表面に取り付けられた基板4を300〜400
℃の適切な温度に保持することができる。基板ホルダー
2は全体としてその回転中心軸αの回りに回転できる。Reference numeral 1 denotes a vacuum chamber in which a set of substrate holders 2 are attached. The substrate holder 2 has a built-in heater 3, and the substrate 4 attached to its surface can be heated between 300 and 400 degrees.
Can be kept at a suitable temperature of °C. The substrate holder 2 as a whole can rotate around its rotation center axis α.
基板ホルダ2は、真空外に設けられたモータ5と動力伝
達部6により連続回転あるいはステップ回転が可能であ
る。基板4は止め具401を介して基板ホルダー2に取
り付けられ、基板4は回転中心軸αに対して垂直に配置
される。真空室1は図示されていないポンプにより排気
される。真空室1には2系統のガス供給系100.20
0により反応ガスが供給される。一方のガス供給系10
0はTEO5容器110を備えていて、矢印120に示
される方向から流量制御されたアルゴンガスを流してバ
ブリングを行うことによりTEOSガスを供給する。T
E01は常温で波体であるために加熱槽130に矢印1
31.132に示すような循環温媒を流しながら一定温
度に加熱して蒸気圧を高くする。TEOSガスはバルブ
111とガス供給口52を経由してTEOSガス導入口
15から基板4に向けて矢印151で示される方向に輸
送される。ガス導入口15の内部には3枚のガス分配板
16が設けられている。またガス導入口15の外周壁部
にはヒータ17が組み込まれ、導入口全体の温度が、図
示されていない制御機構により適切な温度に保持される
。ガス分配板16は厚み約1mmの金属製の板で直径0
.3mm程度の寸法の小孔が多数、金属板を貫通するよ
うに設けられている。TEOSガスはガス導入口15と
その内部のガス分配板16とで包囲された空間に導かれ
、小孔161を通過する間に所定の温度に加熱されて、
基板4の表面に入射するときには最も好ましい中間生成
物の形態をとるように制御される。真空室の中央には仕
切り壁18が設けられている。The substrate holder 2 can be rotated continuously or in steps by a motor 5 and a power transmission section 6 provided outside the vacuum. The substrate 4 is attached to the substrate holder 2 via a stopper 401, and the substrate 4 is arranged perpendicular to the rotation center axis α. The vacuum chamber 1 is evacuated by a pump (not shown). Vacuum chamber 1 has two gas supply systems 100.20
0 supplies the reaction gas. One gas supply system 10
0 is equipped with a TEO5 container 110, and supplies TEOS gas by flowing argon gas at a controlled flow rate from the direction shown by arrow 120 to perform bubbling. T
Since E01 is a wave body at room temperature, arrow 1 is drawn in the heating tank 130.
The vapor pressure is increased by heating to a constant temperature while flowing a circulating heating medium as shown in 31.132. The TEOS gas is transported from the TEOS gas inlet 15 toward the substrate 4 in the direction indicated by an arrow 151 via the valve 111 and the gas supply port 52 . Three gas distribution plates 16 are provided inside the gas inlet 15. Further, a heater 17 is built into the outer peripheral wall of the gas inlet 15, and the temperature of the entire inlet is maintained at an appropriate temperature by a control mechanism (not shown). The gas distribution plate 16 is a metal plate with a thickness of about 1 mm and a diameter of 0.
.. A large number of small holes with a size of about 3 mm are provided to penetrate the metal plate. The TEOS gas is guided into a space surrounded by the gas inlet 15 and the gas distribution plate 16 therein, and is heated to a predetermined temperature while passing through the small holes 161.
When incident on the surface of the substrate 4, it is controlled so that it takes the most preferable intermediate product form. A partition wall 18 is provided in the center of the vacuum chamber.
TEOSガス導入口15から吹き出したガスは真空容器
内の壁面101、基板ホルダー2の基板面、TEOSガ
ス導入口15、及び仕切り壁18の包囲する反応空間1
50にほぼ閉じ込められて、最終的には排気口50を経
由して、図示されていないポンプにより矢印501の方
向に排気されていく。The gas blown out from the TEOS gas inlet 15 reaches the reaction space 1 surrounded by the wall surface 101 in the vacuum container, the substrate surface of the substrate holder 2, the TEOS gas inlet 15, and the partition wall 18.
50, and is finally exhausted in the direction of arrow 501 via the exhaust port 50 by a pump (not shown).
真空室1に結合されたもう一方のガス供給系200は石
英製の放電管210とこれに結合された導管220を備
えている。石英放電管210はその内部を真空にできる
内筒と、この内筒をその周囲から冷却する外筒で構成さ
れている。外筒には冷却水導入端子212と排出端子2
13が設けられており、矢印2121及び2131に示
す方向に冷却水を流しながら動作させる。石英放電管2
10の周囲にはさらに、冷却可能な銅製のRF誘導コイ
ル211が設けられており、図示されていないRF種電
源インピーダンス整合回路を介して接続されている。ま
た石英放電管210には酸素ガス導入管214が設けら
れており、図示されていないボンベから矢印215の方
向に、流量制御された酸素ガスが供給される。あらかじ
めカットバルブ221を閉じ、カットバルブ222を開
いて、石英放電管210内を真空に排気した後、酸素ガ
スを流してRF種電源ら適切な電力を供給することによ
り、供給する酸素分子の大部分を原子状に解離すること
ができる。原子状酸素はバルブ221とガス供給口53
を経由して原子状酸素導入口1つから基板4に向けて矢
印191で示す方向に輸送される。原子状酸素導入口1
つの構造は、先に説明したTEOSガス導入口15とほ
とんど同一であるが、TEOSガスを好ましい中間生成
物の形態にするのとは異なり原子状酸素の加熱の効果は
実用上あまり大きな意味はないので、原子状酸素は加熱
をしなくてもよい。原子状酸素導入口19のガス分配板
192(第6図参照)に設けられた多数の小孔193か
ら吹出したガスは、真空容器の壁面102、基板ホルダ
ー2の基板面、原子状酸素導入口19及び仕切り壁18
の包囲する反応空間190にほぼ閉じ込められて、最終
的には排気口51を経由して、図示されていないポンプ
により矢印511の方向に排気されていく。The other gas supply system 200 connected to the vacuum chamber 1 includes a discharge tube 210 made of quartz and a conduit 220 connected thereto. The quartz discharge tube 210 is composed of an inner cylinder whose inside can be evacuated, and an outer cylinder which cools the inner cylinder from its surroundings. The outer cylinder has a cooling water inlet terminal 212 and an outlet terminal 2.
13, and is operated while flowing cooling water in the directions shown by arrows 2121 and 2131. Quartz discharge tube 2
A coolable copper RF induction coil 211 is further provided around 10, and is connected via an RF type power source impedance matching circuit (not shown). The quartz discharge tube 210 is also provided with an oxygen gas introduction tube 214, through which oxygen gas is supplied with a controlled flow rate in the direction of an arrow 215 from a cylinder (not shown). After closing the cut valve 221 and opening the cut valve 222 to evacuate the inside of the quartz discharge tube 210, the size of the oxygen molecules to be supplied is reduced by flowing oxygen gas and supplying appropriate power from the RF type power source. moieties can be dissociated atomically. Atomic oxygen is supplied through the valve 221 and the gas supply port 53.
The atomic oxygen is transported from one atomic oxygen introduction port toward the substrate 4 in the direction shown by an arrow 191. Atomic oxygen inlet 1
This structure is almost the same as the TEOS gas inlet 15 described above, but unlike converting TEOS gas into a preferred intermediate product form, the effect of heating atomic oxygen does not have much practical significance. Therefore, atomic oxygen does not need to be heated. The gas blown out from a large number of small holes 193 provided in the gas distribution plate 192 (see FIG. 6) of the atomic oxygen inlet 19 is distributed to the wall surface 102 of the vacuum chamber, the substrate surface of the substrate holder 2, and the atomic oxygen inlet. 19 and partition wall 18
is almost confined in the reaction space 190 surrounded by the reaction space 190, and is finally exhausted in the direction of the arrow 511 by a pump (not shown) via the exhaust port 51.
第6図は第5図の矢視VI−VIから見たときの真空容
器内の2式のガス導入口15.1つと仕切り壁18の配
置を示す縮小平面図である。第5図と第6図に示したよ
うな構成のCVD装置を使用してケイ素酸化物薄膜を形
成する場合に、TEOSガスと原子状酸素を供給する方
法としては、これらを同時に連続的に流す方法と、時間
的に交互に流す方法の2種類がある。以下に最初に後者
の方法を、続いて前者の方法を説明する。FIG. 6 is a reduced plan view showing the arrangement of two types of gas inlets 15.1 and the partition wall 18 in the vacuum container when viewed from the direction of arrow VI-VI in FIG. When forming a silicon oxide thin film using a CVD apparatus configured as shown in Figures 5 and 6, a method for supplying TEOS gas and atomic oxygen is to continuously flow them simultaneously. There are two methods: one method and one method in which the flow is alternated in time. The latter method will be explained first, followed by the former method.
まず基板ホルダー2上の未処理基板4をTEOSガス導
入口15に対向させて、所定の基板温度で一定時間、T
EOSガスの中間生成物を基板4に入射させる。次にバ
ルブ111を閉じてTEOSガスの供給を停止し、基板
ホルダー2を回転中心軸αのまわりに1806回転して
、中間生成物が表面に付着した基板4を、原子状酸素導
入口19に対向する位置に移す。そしてバルブ221を
開いて原子状酸素を供給しながら基板表面における酸化
を行う。酸化が完了した後、バルブ221を閉じて再び
回転中心軸のまわりに基板ホルダー2を1800回転し
て最初の位置に戻す。First, the unprocessed substrate 4 on the substrate holder 2 is placed opposite to the TEOS gas inlet 15, and the T
An intermediate product of EOS gas is made incident on the substrate 4. Next, the valve 111 is closed to stop the supply of TEOS gas, the substrate holder 2 is rotated 1806 times around the rotation center axis α, and the substrate 4 with the intermediate product attached to the surface is inserted into the atomic oxygen inlet 19. Move to opposite position. Then, the valve 221 is opened to supply atomic oxygen while oxidizing the substrate surface. After the oxidation is completed, the valve 221 is closed and the substrate holder 2 is rotated 1800 times around the central axis of rotation again to return to the initial position.
以上がTEOSガス中間生成物の基板面への付着とその
酸化反応からなる1サイクルである。このサイクルを繰
り返すことによりケイ素酸化物薄膜を所望の厚みまで堆
積することができる。The above is one cycle consisting of the attachment of the TEOS gas intermediate product to the substrate surface and its oxidation reaction. By repeating this cycle, a silicon oxide thin film can be deposited to a desired thickness.
以上述べた方法では1サイクルの中でTEOSガスが供
給されている時間と原子状酸素が供給されている時間と
が完全に区別されている。これに対してもう少し効率の
よいケイ素酸化物の堆積方法は、基板ホルダー1に2枚
の基板4を取り付けて、反応空間150と190には常
時TEOSガスと原子状酸素を供給しながら上述のサイ
クルを繰り返せば、2箇所で同時に反応を進行すること
ができる。したがって、生産性が向上する。ただし、こ
の後者の方法では、基板4が一方の反応空間150にあ
る時間と他方の反応空間190にある時間とが同じでな
ければならないので、ある時間内に基板に付着したTE
OSガスの中間生成物が、同時間内で完全に酸化される
ように、TEOSガスの供給流量と原子状酸素の供給流
量の組合わせを適切に選ぶ必要があり、精密な制御が必
要となる。また反応空間150.190にそれぞれ他の
反応空間のガスが流入するのを防いで空間反応が激しく
生じないようにする対策を充分考慮した構造も必要であ
る。In the method described above, the time during which TEOS gas is supplied and the time during which atomic oxygen is supplied are completely differentiated in one cycle. On the other hand, a slightly more efficient method for depositing silicon oxide is to attach the two substrates 4 to the substrate holder 1 and repeat the cycle described above while constantly supplying TEOS gas and atomic oxygen to the reaction spaces 150 and 190. By repeating this, the reaction can proceed at two locations simultaneously. Therefore, productivity is improved. However, in this latter method, the time the substrate 4 is in one reaction space 150 must be the same as the time the substrate 4 is in the other reaction space 190, so the TE attached to the substrate within a certain time must be
In order to completely oxidize the OS gas intermediate product within the same amount of time, it is necessary to appropriately select the combination of the TEOS gas supply flow rate and the atomic oxygen supply flow rate, which requires precise control. . It is also necessary to have a structure that sufficiently considers measures to prevent gases from other reaction spaces from flowing into the reaction spaces 150 and 190, and to prevent violent spatial reactions from occurring.
後者の同時反応方式の考え方をさらに発展させれば、基
板ホルダー2をステップ回転ではなく連続回転にする方
法が考えられる。この場合にはTEOSガス、酸素ガス
の各流量と基板ホルダーの回転速度との組み合わせを適
切に選ぶことにより、厚さ方向に均質に酸化された膜を
形成することができる。第7図は基板ホルダーを連続回
転させながら成膜するのに適した、真空容器内の2式の
ガス導入口15.19と仕切り壁18の配置を示す縮小
平面図である。この場合は、各ガス導入口15.19の
横断面形状がほぼ半円形となっていて、基板ホルダーが
連続回転する間、基板が常にガス導入口に対向するよう
になっている。If the idea of the latter simultaneous reaction method is further developed, it is possible to consider a method in which the substrate holder 2 is rotated continuously instead of in stepwise rotation. In this case, by appropriately selecting a combination of the flow rates of the TEOS gas and oxygen gas and the rotational speed of the substrate holder, it is possible to form a film that is uniformly oxidized in the thickness direction. FIG. 7 is a reduced plan view showing the arrangement of two sets of gas inlets 15, 19 and the partition wall 18 in the vacuum container, which is suitable for film formation while continuously rotating the substrate holder. In this case, each gas inlet 15, 19 has a substantially semicircular cross-sectional shape, so that the substrate always faces the gas inlet while the substrate holder is continuously rotating.
(実施例8)
第8図は、ケイ素酸化物薄膜を作製するためにTEOS
ガス供給系と原子状酸素ガス供給系とを備えるCVD装
置の別の例の垂直断面図である。(Example 8) Figure 8 shows TEOS used to prepare a silicon oxide thin film.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of another example of a CVD apparatus including a gas supply system and an atomic oxygen gas supply system.
この実施例は、第5図に示した実施例と次の点で異なる
。まず基板ホルダー2は正六角柱の形状をしている(第
9図、第10図も参照)。また1つの真空容器1に対し
てそれぞれ3式のTEOSガス供給系と原子状酸素ガス
供給系が組み込まれている(第10図参照)。This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 5 in the following points. First, the substrate holder 2 has the shape of a regular hexagonal prism (see also FIGS. 9 and 10). Furthermore, three TEOS gas supply systems and three atomic oxygen gas supply systems are installed in each vacuum vessel 1 (see FIG. 10).
第9図は基板ホルダー2の斜視図である。基板ホルダー
2には、その回転中心軸αに平行な基板取付面201が
大面あり、それぞれの面に基板4が止め具401によっ
て固定される。FIG. 9 is a perspective view of the substrate holder 2. FIG. The substrate holder 2 has a large substrate mounting surface 201 parallel to its rotation center axis α, and the substrate 4 is fixed to each surface by a stopper 401.
第10図は第8図の矢視X−Xからみた平面図であり、
真空容器1と基板ホルダー2と、6式のガス導入口の配
置を示す。6式のガス導入口は、TEOSガス導入口1
5A、15B、15Cと原子状酸素導入口19A、19
B、19Cが交互に隣り合うように配置されている。各
ガス導入口の間は6枚の仕切り壁8によって空間的に仕
切られ、わずかな隙間によってつながっている。これに
より、TE01の中間生成物が基板に入射する反応空間
150A、150B、150Cと、原子状酸素が基板に
入射して酸化反応を行う空間190A。FIG. 10 is a plan view seen from the arrow direction X-X in FIG.
The arrangement of a vacuum container 1, a substrate holder 2, and six types of gas inlets is shown. The gas inlet of type 6 is TEOS gas inlet 1.
5A, 15B, 15C and atomic oxygen inlets 19A, 19
B and 19C are arranged alternately adjacent to each other. The gas inlet ports are spatially partitioned by six partition walls 8 and connected by a small gap. This creates reaction spaces 150A, 150B, and 150C where intermediate products of TE01 enter the substrate, and space 190A where atomic oxygen enters the substrate and performs an oxidation reaction.
190B、190Cがそれぞれ相互に干渉反応しない程
度に区分されている。190B and 190C are separated to such an extent that they do not interfere with each other.
実施例7(第5図)の場合と同様に、この実施例8でも
TEOSガスと酸素ガスの供給を同時に行う方法と、時
間的に交互にガス供給を行う方法とが可能であり、また
それぞれのガス供給方法について、基板ホルダーをその
回転中心軸のまわりに約60″づつステップ回転する方
法と、連続回転する方法とが可能である。いずれの場合
についても、この実施例8は実施例7に比較して多数の
基板を一度に処理できるために格段に生産性を上げるこ
とができる。As in the case of Embodiment 7 (FIG. 5), in this Embodiment 8, it is possible to supply the TEOS gas and oxygen gas at the same time, or to supply the gas alternately in time. Regarding the gas supply method, it is possible to rotate the substrate holder in steps of about 60'' around its rotation center axis, or to continuously rotate it. In either case, this Embodiment 8 is similar to Embodiment 7. Compared to conventional methods, a large number of substrates can be processed at once, which significantly increases productivity.
基板ホルダーは、上述の六角柱のほかに八角柱などの他
の多角柱の形状にしてもよいことはもちろんである。It goes without saying that the substrate holder may have a polygonal prism shape other than the hexagonal prism described above, such as an octagonal prism.
以上、各種の実施例を述べてきたが、この発明は多層積
層膜の形成にも応用でき、その応用分野として超格子デ
バイス、組成変調磁性膜、磁気ヘッド用軟磁性膜等が考
えられる。Although various embodiments have been described above, the present invention can also be applied to the formation of multilayer laminated films, and possible applications include superlattice devices, compositionally modulated magnetic films, and soft magnetic films for magnetic heads.
[発明の効果]
請求項1の発明は、ガス導入系の真空室へのガス導入口
に対して基板が間欠的に繰り返して対向するように基板
ホルダーを移動可能に構成したので、ガス導入を連続的
に行っても、基板表面にパルス状に反応気体を供給でき
る。これにより、特別に複雑なガス供給系を必要とせず
に、膜質改善、段差被覆特性等の向上といったパルスC
VD法の利点を十分に活用できる効果がある。[Effects of the Invention] The invention according to claim 1 is configured such that the substrate holder is movable so that the substrate is intermittently and repeatedly opposed to the gas introduction port to the vacuum chamber of the gas introduction system, so that the gas introduction is not performed. Even if it is carried out continuously, the reaction gas can be supplied to the substrate surface in a pulsed manner. This allows pulse C to improve film quality and step coverage characteristics without the need for a particularly complicated gas supply system.
This has the effect of fully utilizing the advantages of the VD method.
請求項2の発明は、真空室の内部を仕切り壁によって複
数の空間に分割したので、反応気体雰囲気空間とそれ以
外の空間とを区分けできて、反応気体が拡散することが
なく、パルスCVD法が効果的に実施できる。In the invention of claim 2, since the inside of the vacuum chamber is divided into a plurality of spaces by partition walls, the reaction gas atmosphere space and other spaces can be separated, and the reaction gas does not diffuse, and the pulse CVD method can be performed. can be implemented effectively.
請求項3の発明は、二つ以上の空間にガス導入口をそれ
ぞれ設けたので、2種類以上の反応気体を利用したり、
反応気体のほかに生成ガスをパージするための気体を利
用したりできる。According to the invention of claim 3, gas inlet ports are provided in two or more spaces, so two or more types of reaction gases can be used,
In addition to the reaction gas, a gas for purging the generated gas can be used.
請求項4の発明は、複数の空間のそれぞれに別個の排気
口を設けたので、各空間を独立に排気できて、各空間の
圧力を独立に制御できる。また、各空間内の気体が他の
空間を通って排気されるようなことがなくなり、基板に
は必要な気体だけが触れることになって、理想的なパル
スCVD法が可能となる。According to the fourth aspect of the invention, each of the plurality of spaces is provided with a separate exhaust port, so that each space can be independently evacuated and the pressure in each space can be independently controlled. Further, the gas in each space is not exhausted through other spaces, and only the necessary gas comes into contact with the substrate, making it possible to perform an ideal pulse CVD method.
請求項5の発明は、回転平板形の基板ホルダーを採用す
ることによって、基板が複数空間を交互に移動できるよ
うにしたものである。According to a fifth aspect of the invention, a rotating flat plate type substrate holder is employed so that the substrate can be moved alternately among a plurality of spaces.
請求項6の発明は、回転ドラム形の基板ホルダを採用す
ることによって、基板が複数空間を交互に移動できるよ
うにしたものであり、特に多数の基板を一度に処理する
のに向いている。The invention according to claim 6 employs a rotating drum-shaped substrate holder so that the substrate can be moved alternately through a plurality of spaces, and is particularly suitable for processing a large number of substrates at once.
請求項7の発明は、反応気体を真空室に導入して、反応
気体雰囲気空間と生成ガス排気空間との間で基板を交互
に繰り返し移動させて基板上に膜を堆積させるようなパ
ルスCVD法の発明であり、請求項1の発明と同様の効
果が得られる。The invention according to claim 7 provides a pulse CVD method in which a reaction gas is introduced into a vacuum chamber and a film is deposited on the substrate by alternately and repeatedly moving the substrate between a reaction gas atmosphere space and a generated gas exhaust space. This is the invention of claim 1, and the same effect as the invention of claim 1 can be obtained.
請求項8の発明は、複数種類の反応気体を真空室に導入
して、挿類の異なる反応気体雰囲気となっている複数空
間の間で基板を交互に繰り返し移動させて基板上に膜を
堆積させるようなパルスCVD法の発明であり、特に合
金膜や
多層膜をパルスCVD法で形成するのに効果的な方法で
ある。The invention of claim 8 is a method for depositing a film on a substrate by introducing a plurality of types of reactive gases into a vacuum chamber and repeatedly moving the substrate alternately between a plurality of spaces having different atmospheres of reactive gases. This is an invention of a pulsed CVD method that allows the pulsed CVD method to be used, and is particularly effective for forming alloy films and multilayer films by the pulsed CVD method.
請求項9の発明は、請求項8の発明の具体的応用例とし
てTEOSガスと原子状酸素を用いることによってケイ
素酸化物薄膜を作製しており、次の効果がある。ケイ素
の出発体ガスを最も好ましい中間生成物として基板に入
射する過程と、基板表面における分解・酸化の過程とを
独立して制御することができる。また、望ましくない空
間反応を抑制することができる。これらの結果、膜の平
坦性と物理的特性の両方が優れたケイ素酸化物薄膜を得
ることができる。The invention of claim 9 produces a silicon oxide thin film by using TEOS gas and atomic oxygen as a specific application example of the invention of claim 8, and has the following effects. The process of injecting the silicon starting gas into the substrate as the most preferred intermediate product and the process of decomposition and oxidation on the substrate surface can be independently controlled. Moreover, undesirable spatial reactions can be suppressed. As a result, a silicon oxide thin film with excellent film flatness and physical properties can be obtained.
第1図はこの発明の第1実施例の垂直断面図、第2図は
第1実施例の平面配置図、
第3図は第2実施例の垂直断面図、
第4図は第2実施例の平面配置図、
第5図は第7実施例の垂直断面図、
第6図は第5図の矢視VT−Vlから見た縮小平面図、
第7図は第7実施例の変更例の第6図と同様の縮小平面
図、
第8図は第8実施例の垂直断面図、
第9図は第8実施例の基板ホルダーの斜視図、第10図
は第8図の矢視X−Xから見た平面図である。
1・・・真空室
2・・・基板ホルダー
4・・・基板
15.1つ・・・ガス導入口
18・・・仕切り壁Fig. 1 is a vertical sectional view of the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan layout diagram of the first embodiment, Fig. 3 is a vertical sectional view of the second embodiment, and Fig. 4 is the second embodiment. FIG. 5 is a vertical sectional view of the seventh embodiment, FIG. 6 is a reduced plan view seen from the arrow VT-Vl in FIG. 5, and FIG. 7 is a modification of the seventh embodiment. 6 is a reduced plan view similar to FIG. 6, FIG. 8 is a vertical sectional view of the eighth embodiment, FIG. 9 is a perspective view of the substrate holder of the eighth embodiment, and FIG. It is a plan view seen from X. 1... Vacuum chamber 2... Substrate holder 4... Substrate 15. One... Gas inlet 18... Partition wall
Claims (9)
真空室に反応気体を導入するガス導入系と、基板を保持
する基板ホルダーとを備えるCVD装置において、 前記ガス導入系の真空室へのガス導入口に対して基板が
間欠的に繰り返して対向するように前記基板ホルダーを
移動可能に構成したことを特徴とするCVD装置。(1) In a CVD apparatus comprising a vacuum chamber, an exhaust system for evacuating the vacuum chamber, a gas introduction system for introducing a reaction gas into the vacuum chamber, and a substrate holder for holding a substrate, the vacuum of the gas introduction system is provided. A CVD apparatus characterized in that the substrate holder is configured to be movable so that the substrate is intermittently and repeatedly opposed to a gas introduction port into the chamber.
の内部は仕切り壁によって複数の空間に分割され、各空
間を構成する壁面の一部は前記基板ホルダーで構成され
、この基板ホルダーと前記仕切り壁とはわずかな隙間で
隔てられ、前記空間の少なくとも一つには前記ガス導入
口が開口していることを特徴とするCVD装置。(2) In the CVD apparatus according to claim 1, the inside of the vacuum chamber is divided into a plurality of spaces by a partition wall, and a part of the wall surface constituting each space is constituted by the substrate holder, and the substrate holder and the A CVD apparatus characterized in that the CVD apparatus is separated from a partition wall by a small gap, and the gas introduction port is opened in at least one of the spaces.
前記空間に前記ガス導入口をそれぞれ設けたことを特徴
とするCVD装置。(3) The CVD apparatus according to claim 2, wherein the gas inlet is provided in each of two or more of the spaces.
空間のそれぞれに別個の排気口を設けたことを特徴とす
るCVD装置。(4) The CVD apparatus according to claim 2, wherein a separate exhaust port is provided in each of the plurality of spaces.
ルダーは回転中心軸の回りに回転可能であり、基板は前
記回転中心軸に対して垂直となるように前記基板ホルダ
ーに取り付けることができ、前記基板ホルダーの回転に
よって前記基板は前記複数の空間を交互に通過できるこ
とを特徴とするCVD装置。(5) In the CVD apparatus according to claim 2, the substrate holder is rotatable around a rotation center axis, and the substrate can be attached to the substrate holder so as to be perpendicular to the rotation center axis; The CVD apparatus is characterized in that the substrate can alternately pass through the plurality of spaces by rotating the substrate holder.
ルダーは回転中心軸の回りに回転可能であり、基板は前
記回転中心軸に対して平行となるように前記基板ホルダ
ーに取り付けることができ、前記基板ホルダーの回転に
よって前記基板は前記複数の空間を交互に通過できるこ
とを特徴とするCVD装置。(6) In the CVD apparatus according to claim 2, the substrate holder is rotatable around a rotation center axis, and the substrate can be attached to the substrate holder so as to be parallel to the rotation center axis; The CVD apparatus is characterized in that the substrate can alternately pass through the plurality of spaces by rotating the substrate holder.
化させることによって基板上に膜を堆積させるCVD方
法において、 反応気体雰囲気空間と生成ガス排気空間との間で基板を
交互に繰り返し移動させて基板上に膜を堆積させること
を特徴とするCVD方法。(7) In a CVD method in which a film is deposited on a substrate by introducing a reactive gas into a vacuum chamber and activating the reactive gas, the substrate is alternately moved between a reactive gas atmosphere space and a generated gas exhaust space. A CVD method characterized by depositing a film on a substrate by moving the substrate.
反応気体を活性化させることによって基板上に膜を堆積
させるCVD方法において、 種類の異なる反応気体雰囲気となっている複数空間の間
で基板を交互に繰り返し移動させて基板上に膜を堆積さ
せることを特徴とするCVD方法。(8) In the CVD method, in which a film is deposited on a substrate by introducing multiple types of reactive gases into a vacuum chamber and activating these reactive gases, between multiple spaces with different types of reactive gas atmospheres. A CVD method characterized by depositing a film on a substrate by alternately and repeatedly moving the substrate.
気体としてTEOSガスを用い、他の反応気体として誘
導結合高周波放電によって発生させた原子状酸素を用い
ることによって、基板上にケイ素酸化物の薄膜を形成す
ることを特徴とするCVD方法。(9) In the CVD method according to claim 8, silicon oxide is formed on the substrate by using TEOS gas as one reaction gas and using atomic oxygen generated by inductively coupled high-frequency discharge as the other reaction gas. A CVD method characterized by forming a thin film.
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