JPH08100264A - Formation of thin film and device therefor - Google Patents

Formation of thin film and device therefor

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JPH08100264A
JPH08100264A JP23671894A JP23671894A JPH08100264A JP H08100264 A JPH08100264 A JP H08100264A JP 23671894 A JP23671894 A JP 23671894A JP 23671894 A JP23671894 A JP 23671894A JP H08100264 A JPH08100264 A JP H08100264A
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film forming
thin film
active species
temperature heating
species
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Masayuki Hiroi
政幸 廣井
Toru Tatsumi
徹 辰巳
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Abstract

PURPOSE: To form a film uniform in thickness and to facilitate maintenance with a simple structure. CONSTITUTION: A substrate 102 is arranged in a film forming chamber 101, a substrate heater 103 is furnished in the film forming chamber 101, and further an active species generating tube 104 is fitted. Gaseous silane is introduced into the active species generating tube 104 through a valve 107 and a mass flow controller 109, and gaseous chlorine is introduced into the tube 104 through a valve 108 and a mass flow controller 110. When a silicon oxide film is formed, gasseous oxygen is passed through an ozonizer 112 by a mass flow controller 113, mixed with ozone and introduced into the film forming chamber through a valve 111. The active species generating tube 104 consists of a high-temp. heating part 104a and a low-temp. heating part 104b, and a high-temp. heating part heater 105 and a low-temp. heating part heater 106 are arranged.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置等における薄
膜の形成方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for forming a thin film in a semiconductor device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガス原料を用いて、非晶質シリコン、ポ
リシリコン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の薄膜
を形成する場合に、従来では化学気相成長法が最も多く
用いられてきた。これは、反応室となる石英炉の外側か
らヒーターによって加熱を行い、反応室内に原料ガスを
直接導入する手法である。すなわち、高温となる基板表
面、反応室内壁、および気相中でガス原料が反応して生
成した活性種が基板表面に供給されることによって薄膜
の堆積が行われるものである。別の手法としては、プラ
ズマを用いて原料ガスから生成した活性種を、基板表面
に供給することによって薄膜の形成を行うプラズマ化学
気相成長法がある。
2. Description of the Related Art The chemical vapor deposition method has been most often used conventionally to form a thin film such as amorphous silicon, polysilicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film or the like using a gas raw material. This is a method in which a source gas is directly introduced into the reaction chamber by heating with a heater from the outside of the quartz furnace which is the reaction chamber. That is, a thin film is deposited by supplying to the surface of the substrate the active species generated by the reaction of the gas raw material in the surface of the substrate at a high temperature, the inner wall of the reaction chamber, and the gas phase. As another method, there is a plasma chemical vapor deposition method in which an active species generated from a source gas by using plasma is supplied to the surface of a substrate to form a thin film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第1の方法である化学気相成長法においては、活性種
を生成する温度と基板の温度が等しいために、成膜時に
基板の温度を高く設定しなければならなかった。このた
め、半導体デバイスを製造する工程でアルミニウムの上
に成膜しようとした場合にアルミニウムが溶融してしま
う等、適用できる温度範囲が限られてしまう欠点があっ
た。さらに気相中や反応室内壁等の基板表面以外でも高
温で反応が進行するために、成膜に必要でないパーティ
クルの発生が起き易く、微細な半導体デバイスの製造に
おいて歩留まりを悪化させる要因となっていた。
However, in the chemical vapor deposition method, which is the first method described above, the temperature of the substrate is increased during film formation because the temperature at which active species are generated is equal to the temperature of the substrate. Had to set. For this reason, there is a drawback that the applicable temperature range is limited, such as melting of aluminum when a film is formed on aluminum in the process of manufacturing a semiconductor device. Furthermore, since the reaction proceeds at a high temperature even in the gas phase or on the surface other than the substrate surface such as the inner wall of the reaction chamber, generation of particles not necessary for film formation easily occurs, which is a factor that deteriorates the yield in the production of fine semiconductor devices. It was

【0004】また、上述した第2の方法であるプラズマ
化学気相成長法においては、プラズマを発生するための
電極やマイクロ波発生装置等を必要とするために装置の
構造が複雑になり、装置が高価でメンテナンスが困難
で、かつ成膜室内に電極等が存在することが重金属の汚
染やパーティクル発生の要因となっていた。また、広い
空間領域にわたって均一にプラズマを発生させることは
非常に困難であるために、近年の半導体デバイス製造工
程において必要とされる大きな面積を持つ基板上に対し
て均一に成膜するのが難しいという課題があった。さら
に、プラズマ中では非常に多くの分解反応が同時に進行
して様々な活性種が生成される。このため、成膜に必要
な活性種だけを取り出すことが困難である上に、プラズ
マ中でパーティクルが発生することによって半導体デバ
イス製造時の歩留まりが悪化してしまうという欠点があ
った。
In the plasma chemical vapor deposition method, which is the second method described above, the structure of the apparatus is complicated because an electrode for generating plasma, a microwave generator, and the like are required, and the apparatus is complicated. However, it is expensive and difficult to maintain, and the presence of electrodes and the like in the film forming chamber is a cause of heavy metal contamination and particle generation. Further, since it is extremely difficult to generate plasma uniformly over a wide space region, it is difficult to uniformly form a film on a substrate having a large area required in recent semiconductor device manufacturing processes. There was a problem. Furthermore, in plasma, many decomposition reactions proceed at the same time to generate various active species. Therefore, it is difficult to extract only the active species necessary for film formation, and particles are generated in plasma, so that the yield at the time of manufacturing a semiconductor device is deteriorated.

【0005】したがって、本発明は上記した従来の問題
あるいは欠点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、パーティクルの発生を抑制しつつ、低い
基板温度で段差の含んだ表面に対して広い面積にわたっ
て均一に制御性良く薄膜を形成する薄膜の形成方法と簡
易な構造でかつメンテナンスが容易な薄膜形成装置を提
供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems or drawbacks of the related art, and an object of the present invention is to suppress the generation of particles while maintaining a surface having a step at a low substrate temperature. To provide a thin film forming method of forming a thin film uniformly over a wide area with good controllability, and a thin film forming apparatus having a simple structure and easy maintenance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る薄膜の形成方法は、加熱した装置の一
部分に原料ガスの一部または全部を通して活性反応種を
発生させ、次に別の温度に加熱した装置の一部分を通す
ことによって、反応性の高すぎる活性種を除去し、しか
る後成膜されるべき基板表面に照射して薄膜を形成する
ものである。また、本発明に係る薄膜の形成方法は、1
-2Torr以下の減圧下で成長を行うようにしたものであ
る。また、本発明に係る薄膜形成装置は、原料ガスから
活性反応種を発生させる活性種発生部と、この活性種発
生部から活性反応種が導入されて成膜されるべき基板が
配設された成膜室とを備え、前記活性種発生部に原料ガ
スから活性反応種を発生させる高温加熱部と、反応性の
高すぎる活性種を除去する低温加熱部とを連続して設け
たものである。また、本発明に係る薄膜形成装置は、活
性種発生部および成膜室の内壁に付着した堆積物を除去
するエッチングガスの供給機構を備えたものである。ま
た、本発明に係る薄膜形成装置は、高温加熱部および低
温加熱部に独立に加熱温度を制御する制御手段を設けた
ものである。
In order to achieve this object, a method for forming a thin film according to the present invention is to generate an active reactive species by passing a part or all of a raw material gas through a part of a heated apparatus, and then, By passing a part of the apparatus heated to another temperature, the reactive species having too high reactivity are removed, and then the surface of the substrate to be deposited is irradiated to form a thin film. The method for forming a thin film according to the present invention is
The growth is performed under a reduced pressure of 0 -2 Torr or less. Further, the thin film forming apparatus according to the present invention is provided with an active species generating part for generating an active reactive species from a raw material gas, and a substrate on which an active reactive species is introduced from the active species generating part to form a film. A film forming chamber is provided, and a high temperature heating unit for generating active reactive species from a raw material gas and a low temperature heating unit for removing active species having too high reactivity are continuously provided in the active species generating unit. . Further, the thin film forming apparatus according to the present invention is provided with an etching gas supply mechanism for removing deposits adhering to the active species generating portion and the inner wall of the film forming chamber. Further, the thin film forming apparatus according to the present invention is provided with control means for independently controlling the heating temperature in the high temperature heating section and the low temperature heating section.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、反応性の高い活性種は低温加
熱部で反応するので、低温加熱部の温度を変化させるこ
とにより、基板に供給する活性種の反応性を制限され、
反応性を押さえた活性種のみが供給される。また、本発
明によれば、成膜室内を減圧することにより、気相中で
の反応種同士の衝突確率が減少する。また、本発明によ
れば、プラズマ発生源等を必要とせず、かつ成膜室内に
電極等を必要としないため、エッチングガスの導入が可
能となる。また、本発明によれば、エッチングガスの導
入により成膜に寄与せずに装置内に付着した堆積物を、
蒸気圧の高い生成物として除去することが可能となる。
また、本発明よれば、高温加熱部と低温加熱部とを独立
に温度制御することにより、活性種の反応を制御する最
適加熱温度が選択可能である。
According to the present invention, since the highly reactive active species react in the low temperature heating section, the reactivity of the active species supplied to the substrate is limited by changing the temperature of the low temperature heating section.
Only active species with reduced reactivity are supplied. Further, according to the present invention, by reducing the pressure inside the film forming chamber, the probability of collision between reactive species in the gas phase is reduced. Further, according to the present invention, a plasma generation source or the like is not required and an electrode or the like is not required in the film forming chamber, so that the etching gas can be introduced. Further, according to the present invention, the deposit adhered in the apparatus without contributing to the film formation by the introduction of the etching gas,
It becomes possible to remove it as a product having a high vapor pressure.
Further, according to the present invention, the optimum heating temperature for controlling the reaction of the active species can be selected by controlling the temperature of the high temperature heating section and the temperature of the low temperature heating section independently.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明に係る薄膜形成装置の構成図で
ある。本実施例は、原料ガスとしてシラン(SiH4
およびオゾン(O3)を含む酸素ガスを用いた枚葉型成
長装置の例であり、非晶質シリコンの成膜にはシランの
みを用い、シリコン酸化膜の成膜はオゾン(O3) を含
む酸素ガスを添加して行う。同図において、符号101
で示すものは、成膜室で、内部に成膜される基板102
と、基板102を後方から加熱して温度を制御する基板
加熱ヒーター103が配設されている。この成膜室10
1は、図示を省略したターボ分子ポンプによって到達真
空度109 Torrまで排気可能で、超高真空までの排気に
より、大気成分の影響を受けずに成膜反応だけを調べる
ことができる。104は活性種発生管であって、周りに
高温加熱部ヒーター105および低温加熱部ヒーター1
06が連続して配置されており、それぞれのヒーターに
よって加熱される高温加熱部104aと低温加熱部10
4bは、独立に温度制御が可能である。
1 is a block diagram of a thin film forming apparatus according to the present invention. In this embodiment, silane (SiH 4 ) is used as a source gas.
And an example of a single-wafer growth apparatus using oxygen gas containing ozone (O 3 ), in which only silane is used for forming amorphous silicon, and ozone (O 3 ) is used for forming a silicon oxide film. Oxygen gas containing is added. In the figure, reference numeral 101
In the film forming chamber, a substrate 102 to be film-formed is shown.
A substrate heating heater 103 that controls the temperature by heating the substrate 102 from the rear side is provided. This film forming chamber 10
In No. 1, a turbo molecular pump (not shown) can be evacuated to an ultimate vacuum of 10 9 Torr, and by evacuation to an ultrahigh vacuum, only the film formation reaction can be investigated without being affected by atmospheric components. Reference numeral 104 denotes an activated species generating tube, around which a high temperature heating unit heater 105 and a low temperature heating unit heater 1 are provided.
06 are arranged in succession, and are heated by the respective heaters, a high temperature heating unit 104a and a low temperature heating unit 10.
The temperature of 4b can be controlled independently.

【0009】活性種発生管104の内部は、通過する分
子種が必ず内壁に衝突するように、内壁がジグザグ状に
配置されている。107,109はシランガスを活性種
発生管104に導入するバルブとマスフローコントロー
ラである。108,110は塩素ガスを活性種発生管1
04に導入するバルブとマスフローコントローラであ
る。活性種発生管104から得られる活性種は成膜室1
01に導入され、基板102の表面に供給される。シリ
コン酸化膜成膜時には、マスフローコントローラ113
によって流量制御された酸素ガスが、オゾン発生器11
2に通して5ー50%のオゾン(O3) を含み、バルブ11
1を通して成膜室101に導入される。
Inside the active species generating tube 104, the inner wall is arranged in a zigzag shape so that the passing molecular species always collides with the inner wall. Reference numerals 107 and 109 are a valve and a mass flow controller for introducing silane gas into the activated species generating tube 104. Numerals 108 and 110 represent chlorine gas as an activated species generating tube 1
A valve and a mass flow controller introduced in 04. The active species obtained from the active species generation tube 104 is the film formation chamber 1
01 is supplied to the surface of the substrate 102. When the silicon oxide film is formed, the mass flow controller 113
Oxygen gas whose flow rate is controlled by the ozone generator 11
2 through 5 containing 5-50% ozone (O 3 ), valve 11
1 is introduced into the film forming chamber 101.

【0010】このような構成において、成膜室101の
真空度を10-2Torr以下に保った場合、気相中での反応
がほぼ無視できるほど少なくなるため、気相反応による
パーティクルの発生はなく、成膜は表面反応のみによっ
て進行する。これは、成膜室101内を減圧することに
よって、気相中での反応種同士の衝突確率が減少し、成
膜室101内の真空度を10-2Torr以下にした場合、活
性種を供給するノズルから堆積が起きるまでの活性種の
経路が数十cm以下ならば、途中の気相中での反応はほ
ぼ無視することができ、このため、成膜室101内を減
圧することによって気相中での反応から生成するパーテ
ィクルの発生を抑制することができるからである。シリ
コン表面とシランとの反応では、成長速度が表面からの
水素の脱離によって限定されてしまうため、表面から水
素が脱離する基板温度以下では成膜が進行しない。高温
の表面でシラン分子が分解して生成した活性種を用いる
ことによって、低温でも成膜が可能である。
In such a structure, when the degree of vacuum in the film forming chamber 101 is kept at 10 -2 Torr or less, the reaction in the gas phase is so small that it can be almost ignored, so that the generation of particles due to the gas phase reaction However, the film formation proceeds only by the surface reaction. This is because by reducing the pressure in the film forming chamber 101, the probability of collision between reactive species in the gas phase is reduced, and when the vacuum degree in the film forming chamber 101 is set to 10 -2 Torr or less, the active species are If the path of the active species from the supply nozzle to the occurrence of deposition is several tens cm or less, the reaction in the vapor phase in the middle can be almost ignored, and therefore, by reducing the pressure inside the film forming chamber 101. This is because it is possible to suppress the generation of particles generated from the reaction in the gas phase. In the reaction between the silicon surface and silane, the growth rate is limited by the desorption of hydrogen from the surface, so film formation does not proceed below the substrate temperature at which hydrogen is desorbed from the surface. By using active species generated by decomposition of silane molecules on a high temperature surface, it is possible to form a film even at a low temperature.

【0011】活性種発生管の効果は、直径1μm、深さ
2μmの穴を備える基板を用いて、高温加熱部ヒーター
105および低温加熱部ヒーター106の温度を変化さ
せて非晶シリコンの成膜を行い、成膜速度と被覆性を調
べることによって確認した。すなわち、高温加熱部ヒー
ター105および低温加熱部ヒーター106を加熱しな
い状態で、基板温度400℃においてシランをマスフロ
ーコントローラ109で50sccmの流量に設定して30
分間供給したところ、成膜時の成膜室101内の真空度
は約10Torrで、シリコンの堆積膜厚は1nm以下とほと
んど堆積が見られなかった。したがって、シラン分子を
直接供給するだけでは、成膜が進行しないことが確認さ
れた。
The effect of the activated species generating tube is that a substrate having a hole with a diameter of 1 μm and a depth of 2 μm is used to change the temperatures of the high temperature heating section heater 105 and the low temperature heating section heater 106 to form an amorphous silicon film. This was confirmed by examining the film forming rate and the coating property. That is, in a state where the high temperature heating unit heater 105 and the low temperature heating unit heater 106 are not heated, silane is set to a flow rate of 50 sccm by the mass flow controller 109 at a substrate temperature of 400 ° C.
When supplied for a minute, the degree of vacuum in the film forming chamber 101 during film formation was about 10 Torr, and the deposited film thickness of silicon was 1 nm or less, and almost no deposition was observed. Therefore, it was confirmed that the film formation did not proceed only by directly supplying the silane molecules.

【0012】同じ条件でも高温加熱部ヒーター105お
よび低温加熱部ヒーター106をともに900℃に設定
して成膜を行うと、基板中央の平坦な表面部分に200
nmの非晶質シリコンが堆積したが、穴の奥まった部分の
膜厚は平坦な部分に比べて半分以下であった。また、表
面部分においても活性種発生管からの距離によって膜厚
が大きくことなり、最も膜厚の厚い部分と最も薄い部分
の差は、最も薄い部分の約60%であった。したがっ
て、高温の活性種発生管によって活性種が生成して成膜
が進行するが、反応性の高すぎる活性種が多く存在する
ために均一な被覆性を得られないことが確認された。こ
れは、原料ガスが高温加熱部に供給されることによっ
て、活性種が発生する。このとき生成される活性種は、
反応性の高いものを多く含む。反応性の高い活性種は基
板表面に供給された場合即座に反応するために、活性種
の供給源から直接飛来する部分にのみ堆積を起こす。し
たがって、高温加熱部で生成した活性種を直接基板に照
射した場合、表面上に段差を有する基板や窪んだ表面を
有する基板上では活性種の供給源から見込まれる位置に
多くの堆積が生じ、均一に成膜を行うことができないか
らである。
Even under the same conditions, when the high temperature heating section heater 105 and the low temperature heating section heater 106 are both set at 900 ° C. to form a film, a flat surface portion at the center of the substrate is heated to 200.
Although amorphous silicon with a thickness of nm was deposited, the film thickness in the deep part of the hole was less than half that in the flat part. In addition, the thickness of the surface portion also varies depending on the distance from the activated species generating tube, and the difference between the thickest portion and the thinnest portion is about 60% of the thinnest portion. Therefore, it was confirmed that the active species are generated by the high-temperature active species generating tube and the film formation proceeds, but uniform coverage cannot be obtained because many reactive species having too high reactivity are present. This is because active species are generated by supplying the raw material gas to the high temperature heating unit. The active species generated at this time are
Contains many highly reactive substances. The highly reactive active species reacts immediately when they are supplied to the surface of the substrate, so that the deposition occurs only in the portion directly flying from the source of the active species. Therefore, when the substrate is directly irradiated with the active species generated in the high temperature heating unit, a large amount of deposition occurs at a position expected from the source of the active species on a substrate having a step on the surface or a substrate having a recessed surface, This is because the film cannot be formed uniformly.

【0013】同じ条件で高温加熱部ヒーター105およ
び低温加熱部ヒーター106を600℃に設定して成膜
を行うと、基板表面の全域に対して、穴の奥まった部分
と平坦な表面部分の両方にたいして5nmの非晶質シリコ
ンが堆積した。さらに、同じ条件で、高温加熱部ヒータ
ー105を900℃、低温加熱部ヒーター106を55
0℃に設定して成膜を行ったところ、基板表面の全域に
対して、穴の奥まった部分と平坦な表面部分ともに50
nmの非晶質シリコンが堆積した。したがって、低温の活
性種発生管104bのみでは活性種の発生が少ないため
に高い成膜速度を得られないが、高温の発生種発生管1
04aによって多くの活性種を発生させた後に低温の活
性種発生管104bを通すことによって、均一な被覆性
と高い成膜速度を得られることが確認された。これは、
高温加熱部で発生した活性種を低温加熱部に通すと、反
応性の高い活性種は低温加熱部で反応してしまう。この
低温加熱部の温度を変化させることによって、基板に供
給する活性種の反応性を制限することができる。反応性
を抑えた活性種のみを供給することによって、窪んだ部
分にも散乱によって活性種が入り込むために、均一な成
膜が可能となるからである。
Under the same conditions, when the high temperature heating part heater 105 and the low temperature heating part heater 106 are set to 600 ° C. to form a film, both the deep part of the hole and the flat surface part are formed on the entire surface of the substrate. On the other hand, 5 nm of amorphous silicon was deposited. Furthermore, under the same conditions, the high temperature heating unit heater 105 is set to 900 ° C. and the low temperature heating unit heater 106 is set to 55 ° C.
When film formation was performed at 0 ° C., the depth of the holes and the flat surface were 50% over the entire surface of the substrate.
nm of amorphous silicon was deposited. Therefore, a high deposition rate cannot be obtained only with the low temperature active species generation tube 104b because the generation of active species is small.
It was confirmed that a uniform coating property and a high film formation rate can be obtained by passing a large amount of active species by 04a and then passing the active species generation tube 104b at a low temperature. this is,
When the active species generated in the high temperature heating section are passed through the low temperature heating section, the highly reactive active species react in the low temperature heating section. By changing the temperature of the low temperature heating section, the reactivity of the active species supplied to the substrate can be limited. This is because by supplying only the active species whose reactivity is suppressed, the active species also enter into the recessed portion due to scattering, so that uniform film formation is possible.

【0014】また、基板への成膜と同時に、反応種発生
管104内壁および成膜室101内壁にも活性種が供給
されるためにシリコンの堆積が起きる。堆積物が厚くな
ると、反応種発生管が詰まる、パーティクルが発生す
る、等の問題が生じる。本実施例では塩素ガスをエッチ
ングガスとして堆積物の除去を行った。高温加熱部ヒー
ター105、低温加熱部ヒーター106および基板加熱
部ヒーター103を900℃に設定して、マスフローコ
ントローラ109によって0.5sccmに流量制御された
塩素ガス(Cl2) を成膜時にシランガスが通る経路に
導入したところ、堆積物が除去されることが確認され
た。
Simultaneously with the film formation on the substrate, active species are supplied to the inner wall of the reactive species generating tube 104 and the inner wall of the film forming chamber 101, so that silicon is deposited. If the deposit becomes thick, problems such as clogging of the reactive species generation tube and generation of particles occur. In this example, chlorine gas was used as an etching gas to remove deposits. The high-temperature heating unit heater 105, the low-temperature heating unit heater 106, and the substrate heating unit heater 103 are set to 900 ° C., and the silane gas passes through chlorine gas (Cl 2 ) whose flow rate is controlled to 0.5 sccm by the mass flow controller 109 during film formation. When introduced into the route, it was confirmed that the deposit was removed.

【0015】オゾンを含む酸素ガスを添加してシリコン
酸化膜の成膜を行った場合にも、上記非晶質シリコンの
成膜と同様の結果が得られたことから、単体だけでなく
複数の原子種を持つ組成の薄膜の成膜に対しても有効手
段であることが確認された。本実施例ではシランを原料
ガスとしたシリコンおよびシリコン酸化膜の成膜に関し
て述べたが、熱分解によって活性種を生じる他の原料ガ
スに対しても有効である。また、酸化膜の酸素源として
オゾンを含む酸素を用いたが、これ以外の二酸化窒素
(NO2) 等の酸素源を用いた酸化膜成膜は勿論、アン
モニア (NH3)を用いた窒化膜成膜等の他の成分を持
つ薄膜の成膜に関しても有効である。さらに、本実施例
ではエッチングガスとして塩素ガスを用いたが、フッ素
(F2) 、塩化水素(HCl)等、堆積物と反応して蒸
気圧の高い生成物を発生するものを使用することが可能
である。
Even when the silicon oxide film was formed by adding oxygen gas containing ozone, the same result as the above-mentioned amorphous silicon film formation was obtained. It was confirmed that it is also an effective means for forming a thin film having a composition having atomic species. In this embodiment, the film formation of silicon and a silicon oxide film using silane as a source gas has been described, but it is also effective for other source gases that generate active species by thermal decomposition. Further, although oxygen containing ozone was used as the oxygen source of the oxide film, not only oxide film formation using other oxygen sources such as nitrogen dioxide (NO 2 ), but also nitride film using ammonia (NH 3 ). It is also effective for forming a thin film having other components such as film formation. Further, although chlorine gas is used as the etching gas in the present embodiment, it is possible to use a gas such as fluorine (F 2 ) or hydrogen chloride (HCl) which reacts with the deposit to generate a product having a high vapor pressure. It is possible.

【0016】このように、活性種の発生および選択を熱
反応のみを用いるため、プラズマ発生源等を必要とせ
ず、装置が単純化される。また、熱電対の出力をフィー
ドバックする等の手法によって、温度を一定に保持する
こと、および同じ温度を再現することはきわめて容易で
あるため、熱反応のみを用いることによって良好な制御
性と再現性を簡単に実現することができる。また、熱反
応のみを用いることから成膜室内に電極等を必要としな
いため、金属汚染を抑制できるだけでなく、エッチング
ガスを導入することができる。そして、このエッチング
ガスを導入することによって、成膜に寄与せずに装置内
に付着した堆積物を、蒸気圧の高い生成物として除去す
ることが可能であり、従来必要であった装置内部品の清
掃、洗浄等のメンテナンスを大幅に軽減することが可能
となる。
As described above, since only the thermal reaction is used for the generation and selection of the active species, a plasma generation source or the like is not required and the apparatus is simplified. In addition, it is extremely easy to keep the temperature constant and reproduce the same temperature by a method such as feeding back the output of the thermocouple.Therefore, by using only the thermal reaction, good controllability and reproducibility can be obtained. Can be easily realized. Further, since only the thermal reaction is used, no electrode or the like is required in the film forming chamber, so that not only metal contamination can be suppressed but also an etching gas can be introduced. Then, by introducing this etching gas, it is possible to remove deposits adhering to the inside of the device without contributing to film formation as products with a high vapor pressure, which are conventionally required parts in the device. It is possible to significantly reduce maintenance such as cleaning and washing.

【0017】図2は本発明の第2の実施例を示す構成図
である。この第2の実施例は、上記の第1の実施例を複
数枚同時成長用バッチ型に応用したものである。201
は内部に複数枚の基板202が配設された成膜室、20
3は成膜室201の外側に配設された基板加熱ヒータ
ー、204は高温加熱部204aと低温加熱部204b
からなる活性種発生管、205および206はそれぞれ
高温加熱部ヒーターおよび低温部加熱部ヒーターであ
る。207,209はシランガスを活性種発生管204
に導入するバルブとマスフローコントローラである。2
08,210は塩素ガスを活性種発生管204に導入す
るバルブとマスフローコントローラである。シリコン酸
化膜成膜時には、マスフローコントローラ213によっ
て流量制御された酸素ガスが、オゾン発生器212に通
して5ー50%のオゾン(O3) を含み、バルブ211を通
して成膜室201に導入される。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. The second embodiment is an application of the first embodiment to a batch type for simultaneous growth of a plurality of sheets. 201
Is a film forming chamber in which a plurality of substrates 202 are arranged,
Reference numeral 3 is a substrate heater disposed outside the film forming chamber 201, and 204 is a high temperature heating unit 204a and a low temperature heating unit 204b.
The activated-species generating tubes, and 205 and 206 are a high temperature heating section heater and a low temperature heating section heater, respectively. 207 and 209 are silane gas activated species generation tubes 204
A valve and a mass flow controller to be introduced into. Two
Reference numerals 08 and 210 are a mass flow controller and a valve for introducing chlorine gas into the activated species generating pipe 204. When the silicon oxide film is formed, the oxygen gas whose flow rate is controlled by the mass flow controller 213 passes through the ozone generator 212 and contains 5 to 50% of ozone (O 3 ) and is introduced into the film forming chamber 201 through the valve 211. .

【0018】このような構成において、直径1μm、深
さ2μmの穴を表面上に備える基板を温度400℃に設
定し、シランをマスフローコントローラ209で50sc
cmの流量に制御して30分間供給して、高温加熱部ヒー
ター205および低温加熱部ヒーター206の温度を変
化させたときの非晶質シリコンの成膜速度と皮膜性を調
べることによって確認した。すなわち、成膜時の成膜室
201内の真空度は約10-3Torrである。高温加熱部ヒ
ーター205および低温加熱部ヒーター206を加熱し
ない状態ではほとんど堆積が認められなかった。したが
って、ガス分子をそのまま供給する従来の減圧化学気相
成長法では、気相反応が無視できるほどの減圧にすると
低温では成膜が進行しないことがわかる。
In such a structure, the temperature of a substrate having a hole having a diameter of 1 μm and a depth of 2 μm on the surface is set to 400 ° C., and silane is supplied at 50 sc by a mass flow controller 209.
It was confirmed by examining the film forming rate and film forming property of the amorphous silicon when the temperature of the high temperature heating part heater 205 and the low temperature heating part heater 206 was changed by controlling the flow rate of cm and supplying for 30 minutes. That is, the degree of vacuum in the film forming chamber 201 during film formation is about 10 −3 Torr. Almost no deposition was observed in a state where the high temperature heating part heater 205 and the low temperature heating part heater 206 were not heated. Therefore, in the conventional low pressure chemical vapor deposition method in which gas molecules are supplied as they are, it is understood that the film formation does not proceed at a low temperature when the pressure is so low that the vapor phase reaction can be ignored.

【0019】次に、高温加熱部ヒーター205および低
温加熱部ヒーター206をともに900℃に設定して成
膜を行うと、反応性の高い活性種のほとんどが、活性種
反応管に近い部分で堆積を起こしてしまうために、活性
種発生管に近い基板と遠い基板とで膜厚が大きく異なる
結果となった。高温加熱部ヒーター205を900℃
に、低温加熱部ヒーター206を550℃に設定して成
膜を行ったところ、全ての基板に対して、穴の奥および
平坦な表面部分に均一に50nmの非晶質シリコンが堆積
した。また、成膜室201内壁および反応種発生管20
4内壁に付着した堆積物は、上述した第1の実施例と同
様に、高温加熱部ヒーター205、低温加熱部ヒーター
206および基板加熱ヒーター203をそれぞれ900
℃に設定して、塩素ガス0.5sccmをエッチングガスと
して導入することによって除去することができた。
Next, when the film formation is carried out by setting both the high temperature heating part heater 205 and the low temperature heating part heater 206 to 900 ° C., most of the active species having high reactivity are deposited in the part close to the active species reaction tube. As a result, the film thickness of the substrate close to the active species generating tube and that of the substrate far from the active species generating tube were significantly different. High temperature heating unit heater 205 is set to 900 ° C.
Then, when the film was formed by setting the low-temperature heater 206 to 550 ° C., amorphous silicon of 50 nm was uniformly deposited on the inner surface of the hole and the flat surface portion of all the substrates. In addition, the inner wall of the film forming chamber 201 and the reactive species generation tube 20
The deposit adhered to the inner wall of the No. 4 inner wall of the high-temperature heating unit heater 205, the low-temperature heating unit heater 206, and the substrate heating heater 203 is 900 times as in the first embodiment.
It could be removed by setting the temperature to 0 ° C. and introducing chlorine gas of 0.5 sccm as an etching gas.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
熱した装置の一部分に原料ガスの一部または全部を通し
て活性反応種を発生させ、次に別の温度に加熱した装置
の一部分を通すことによって、反応性の高すぎる活性種
を除去し、しかる後成膜されるべき基板表面に照射して
薄膜を形成することにより、低温加熱部の温度を変化さ
せることにより、基板に供給する活性種の反応性を制限
され、反応性を押さえた活性種のみが供給されるので、
均一な成膜が可能となる。
As described above, according to the present invention, a part or all of the raw material gas is passed through a part of the heated apparatus to generate active reactive species, and then a part of the apparatus heated to another temperature is passed. By removing the reactive species that are too reactive, and then irradiating the surface of the substrate to be formed with a film to form a thin film. Since the reactivity of the species is limited and only the active species with suppressed reactivity is supplied,
A uniform film can be formed.

【0021】また、本発明によれば、10-2Torr以下の
減圧下で成長を行うようにしたことにより、気相中での
反応種同士の衝突確率が減少し、このため、気相中での
反応から生成するパーティクルの発生を抑制することが
できる。
Further, according to the present invention, since the growth is carried out under a reduced pressure of 10 -2 Torr or less, the collision probability of the reactive species in the gas phase is reduced, and therefore, in the gas phase. It is possible to suppress the generation of particles generated from the reaction in.

【0022】また、本発明によれば、原料ガスから活性
反応種を発生させる活性種発生部と、この活性種発生部
から活性反応種が導入されて成膜されるべき基板が配設
された成膜室とを備え、前記活性種発生部に原料ガスか
ら活性反応種を発生させる高温加熱部と、反応性の高す
ぎる活性種を除去する低温加熱部とを連続して設けたこ
とにより、活性種の発生および選択を熱反応のみを用い
るため、プラズマ発生源等を必要とせず、装置が単純化
される。また、熱電対の出力をフィードバックする等の
手法によって、温度を一定に保持すること、および同じ
温度を再現することはきわめて容易であるため、熱反応
のみを用いることによって良好な制御性と再現性を簡単
に実現することができる。
Further, according to the present invention, the active species generating portion for generating the active reactive species from the source gas, and the substrate on which the active reactive species are introduced from this active species generating portion to form a film are arranged. By providing a film forming chamber, a high temperature heating unit for generating active reactive species from the raw material gas in the active species generating unit, and a low temperature heating unit for removing active species having too high reactivity are continuously provided, Since only a thermal reaction is used for generation and selection of active species, a plasma generation source or the like is not required and the apparatus is simplified. In addition, it is extremely easy to keep the temperature constant and reproduce the same temperature by a method such as feeding back the output of the thermocouple.Therefore, by using only the thermal reaction, good controllability and reproducibility can be obtained. Can be easily realized.

【0023】また、本発明によれば、活性種発生部およ
び成膜室の内壁に付着した堆積物を除去するエッチング
ガスの供給機構を備えたことにより、成膜に寄与せずに
装置内に付着した堆積物を、蒸気圧の高い生成物として
除去することが可能であり、従来必要であった装置内部
品の清掃、洗浄等のメンテナンスを大幅に軽減すること
が可能となる。
Further, according to the present invention, since an etching gas supply mechanism for removing deposits adhering to the active species generating portion and the inner wall of the film forming chamber is provided, it is possible to provide the inside of the apparatus without contributing to film formation. The attached deposit can be removed as a product having a high vapor pressure, and it is possible to greatly reduce the maintenance such as cleaning and cleaning of the internal parts of the apparatus, which has been conventionally required.

【0024】また、本発明によれば、高温加熱部および
低温加熱部に独立に加熱温度を制御する制御手段を設け
たことにより、活性種の反応を制御する最適加熱温度が
選択可能となる。
Further, according to the present invention, since the high temperature heating section and the low temperature heating section are provided with the control means for independently controlling the heating temperature, the optimum heating temperature for controlling the reaction of the active species can be selected.

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

【図1】 本発明に係る薄膜形成装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a thin film forming apparatus according to the present invention.

【図2】 本発明に係る薄膜形成装置の第2の実施例の
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,201…成膜室、102,202…基板、10
3,203…基板加熱ヒーター、104,204…活性
種発生管、104a,204a…高温加熱部、104
b,204b…低温加熱部、105,205…高温加熱
部ヒーター、106,206…低温加熱部ヒーター。
101, 201 ... Film forming chamber, 102, 202 ... Substrate, 10
3, 203 ... Substrate heating heater, 104, 204 ... Activated species generating tube, 104a, 204a ... High temperature heating section, 104
b, 204b ... Low temperature heating unit, 105, 205 ... High temperature heating unit heater, 106, 206 ... Low temperature heating unit heater.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加熱した装置の一部分に原料ガスの一部
または全部を通して活性反応種を発生させ、次に別の温
度に加熱した装置の一部分を通すことによって、反応性
の高すぎる活性種を除去し、しかる後成膜されるべき基
板表面に照射して薄膜を形成することを特徴とする薄膜
の形成方法。
1. A reactive species that is too reactive is generated by passing some or all of the source gas through a portion of the heated apparatus to generate active reactive species and then passing through a portion of the apparatus heated to another temperature. A method for forming a thin film, which comprises removing and then irradiating the surface of a substrate to be formed with a film to form a thin film.
【請求項2】 請求項1記載の薄膜の形成方法におい
て、10-2Torr以下の減圧下で成長を行うようにしたこ
とを特徴とする薄膜の形成方法。
2. The method for forming a thin film according to claim 1, wherein the growth is performed under a reduced pressure of 10 −2 Torr or less.
【請求項3】 原料ガスから活性反応種を発生させる活
性種発生部と、この活性種発生部から活性反応種が導入
されて成膜されるべき基板が配設された成膜室とを備
え、前記活性種発生部に原料ガスから活性反応種を発生
させる高温加熱部と、反応性の高すぎる活性種を除去す
る低温加熱部とを連続して設けたことを特徴とする薄膜
形成装置。
3. An active species generating part for generating an active reactive species from a raw material gas, and a film forming chamber in which a substrate on which an active reactive species is introduced from this active species generating part and a film is to be formed is disposed. A thin film forming apparatus, characterized in that a high temperature heating unit for generating active reactive species from a raw material gas and a low temperature heating unit for removing active species having too high reactivity are continuously provided in the active species generating unit.
【請求項4】 請求項3記載の薄膜形成装置において、
前記活性種発生部および成膜室の内壁に付着した堆積物
を除去するエッチングガスの供給機構を備えたことを特
徴とする薄膜形成装置。
4. The thin film forming apparatus according to claim 3,
A thin film forming apparatus comprising a mechanism for supplying an etching gas for removing deposits adhering to the active species generating portion and the inner wall of the film forming chamber.
【請求項5】 請求項3記載の薄膜形成装置において、
前記高温加熱部および前記低温加熱部に独立に加熱温度
を制御する制御手段を設けたことを特徴とする薄膜形成
装置。
5. The thin film forming apparatus according to claim 3,
A thin film forming apparatus characterized in that the high temperature heating section and the low temperature heating section are provided with control means for independently controlling the heating temperature.
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