JP2726149B2 - Thin film forming equipment - Google Patents
Thin film forming equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、有機金属ガスを利用した薄膜形成装置に
関し、例えば高密度集積回路の配線,電極,バリアメタ
ルなどに使用される金属原子やキャパシタ,絶縁体等に
使用されるSi,Ga等の半導体原子を低温プロセスで制御
性良く基板上に堆積させ、高品質の薄膜を形成する薄膜
形成装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film forming apparatus using an organic metal gas, for example, metal atoms and capacitors used for wiring, electrodes, barrier metals, etc. of high-density integrated circuits. The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a high quality thin film by depositing semiconductor atoms such as Si and Ga used for an insulator, etc. on a substrate by a low temperature process with good controllability.
高密度集積回路の実現には、熱および薄膜中に混入し
た不純物による素子への悪影響を避けるため、低温度で
の高品質薄膜の作製法が強く要求されている。これに応
える新技術として、比較的低温において分解蒸着して薄
膜を形成する、有機金属ガスを利用した化学蒸着(CV
D)法が提案されている。この技術では、比較的低温で
ガスが分解するため、低温でも高品質の導体,誘電体お
よび絶縁体薄膜を作製できるという優れた特徴を備えて
いる。また、一般に、CVDによる薄膜形成では、基板温
度を上げると形成される膜の品質が向上するとともに、
基板との密着力も増大する。ところで、有機金属ガスを
ヒータ加熱により熱分解して、基板上に高品質で高付着
力を有する金属薄膜を作製する場合、基板温度に追従し
て雰囲気温度が上昇する。このため、有機金属ガス自身
が気相中において分解してしまい、これにより気相中に
おける2次反応により炭化物や酸化物の不純物が形成さ
れ、高品質の導体,誘電体および絶縁体薄膜を作製する
上で必要な構成原子を、不純物を含むことなく基板上に
供給し堆積させることができないなどの課題があった。In order to realize a high-density integrated circuit, there is a strong demand for a method for producing a high-quality thin film at a low temperature in order to avoid adverse effects on the device due to heat and impurities mixed in the thin film. A new technology that responds to this problem is chemical vapor deposition (CV) using organometallic gas, which forms a thin film by decomposition deposition at a relatively low temperature.
D) A method has been proposed. This technique has an excellent feature that a gas can be decomposed at a relatively low temperature, so that a high-quality conductor, dielectric and insulator thin film can be produced even at a low temperature. In general, when forming a thin film by CVD, increasing the substrate temperature improves the quality of the formed film,
The adhesion to the substrate also increases. By the way, when a metal thin film having high quality and high adhesive force is produced on a substrate by thermally decomposing an organic metal gas by heating with a heater, the ambient temperature rises following the substrate temperature. As a result, the organometallic gas itself is decomposed in the gas phase, thereby forming impurities of carbides and oxides by the secondary reaction in the gas phase, thereby producing high-quality conductor, dielectric and insulator thin films. However, there has been a problem that constituent atoms necessary for the deposition cannot be supplied and deposited on the substrate without containing impurities.
第2図は例えば滝らのプレゼント アンド フューチ
ャ マテリアルズ プロセシング(Present and Future
Materials Processing)(1990)206〜210頁の論文に
示されたピータ加熱とレーザ照射による光励起作用を使
用した従来の薄膜形成装置を示す構成図であり、図にお
いて、1は成膜用ガスを導出するためのヘリウムなどの
キャリアガス、2は反応チャンバ、3は成膜用ガスの供
給槽、5は成膜用ガスの供給量を制御するマスフローコ
ントローラ、8は成膜用ガスの供給口、9は成膜がなさ
れる基板、10は基板9を加熱する基板加熱装置としての
ヒータ付きサセプタ、11は真空ポンプ、12は真空ポンプ
側の排出口、18は紫外レーザ発振器、19は紫外レーザ
光、20は紫外レーザ発振器18からの紫外レーザ光19を成
膜用ガスの解離に必要なエネルギー密度に整形するため
のシリンドリカルテレスコープ、21は成膜用ガス雰囲気
と大気とを遮断するとともに、紫外レーザ光を反応チャ
ンバ2に導入するための窓、22は成膜用ガスの分解によ
る窓21への分解物の蒸着を抑制するためのパージガスの
供給口である。Fig. 2 shows, for example, Taki et al.'S Present and Future Materials Processing
Materials Processing) (1990) pp. 206-210 is a block diagram showing a conventional thin film forming apparatus that uses a photoexcitation effect by heating with a laser and irradiating a laser. In the figure, reference numeral 1 denotes a film forming gas. Carrier gas, such as helium, 2 is a reaction chamber, 3 is a film forming gas supply tank, 5 is a mass flow controller for controlling the amount of film forming gas supplied, 8 is a film forming gas supply port, 9 Is a substrate on which a film is formed, 10 is a susceptor with a heater as a substrate heating device for heating the substrate 9, 11 is a vacuum pump, 12 is an outlet on the vacuum pump side, 18 is an ultraviolet laser oscillator, 19 is an ultraviolet laser beam, Reference numeral 20 denotes a cylindrical telescope for shaping the ultraviolet laser light 19 from the ultraviolet laser oscillator 18 into an energy density necessary for dissociation of the film forming gas, and 21 shuts off the film forming gas atmosphere and the atmosphere, and Window for introducing light into the reaction chamber 2, 22 is a supply port of the purge gas for suppressing deposition of the decomposition product of the window 21 due to the decomposition of the film forming gas.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
紫外レーザ発振器18から照射された紫外レーザ光19
は、シリンドリカルテレスコープ20により成膜用ガスの
解離に必要なエネルギー密度以上に整形され、窓21を通
して反応チャンバ2に導入される。紫外レーザ光19は、
ヒータ付きサセプタ10の向きをかえることにより基板9
に対して平行あるいは垂直に照射される。Ultraviolet laser light 19 emitted from an ultraviolet laser oscillator 18
Is shaped by a cylindrical telescope 20 to have an energy density equal to or higher than the energy density required for dissociating the film-forming gas, and is introduced into the reaction chamber 2 through the window 21. The ultraviolet laser light 19 is
By changing the direction of the susceptor 10 with a heater,
Irradiated parallel or perpendicular to
ヒータによる熱分解のみを利用する場合、成膜用ガス
である有機金属ガスは基板9上において加熱され分解堆
積し、薄膜を形成する。従来の技術では、高品質で高付
着力を有する膜を高速度で作製するため、基板9の表面
での有機金属ガスの分解速度および堆積物のマイグレー
ション効果が大きくなることを期待して、ヒータ付きサ
セプタ10により基板を加熱していた。また、光励起によ
る気相中での有機金属ガスの励起分解を利用する場合、
気相中において形成した励起種が拡散により基板上に堆
積し薄膜を形成するが、この場合も基板9の加熱なしで
は付着力の強い高品質の薄膜が得られず、上記のような
基板加熱を併用している。When only thermal decomposition by a heater is used, an organic metal gas as a film forming gas is heated and decomposed and deposited on the substrate 9 to form a thin film. In the prior art, in order to produce a high-quality film having a high adhesive force at a high speed, the heater is expected to increase the decomposition rate of the organometallic gas on the surface of the substrate 9 and the migration effect of the deposit. The substrate was heated by the attached susceptor 10. In addition, when utilizing the excited decomposition of an organometallic gas in the gas phase by photoexcitation,
Excited species formed in the gas phase are deposited on the substrate by diffusion to form a thin film. However, even in this case, without heating the substrate 9, a high-quality thin film with strong adhesive force cannot be obtained. Is also used.
ところで、基板温度の上昇により雰囲気温度が上昇
し、気相中において炭化物などの不純物が形成されて、
この不純物が膜中に混入する場合がある。すなわち、膜
質改善のためヒータ加熱、あるいはレーザ照射加熱等で
基板温度を上げると、それに追随して雰囲気温度も上昇
し、ある温度以下になると有機金属ガスを構成する原子
よりなる炭化物あるいは酸化物の不純物が気相中におい
て形成されて、膜中にとりこまれる。つまり、従来の技
術では、上記した膜質改善のため、ヒータ温度を上げる
ことにより雰囲気温度が上昇し、気相中において炭化物
等の不純物が発生しても、雰囲気温度を制御できず、あ
るいは不純物の発生を制御するためのプロセスが装置に
もりこまれていなかったため、膜中の不純物の混入を避
けることができなかった。By the way, the ambient temperature rises due to the rise in the substrate temperature, and impurities such as carbides are formed in the gas phase,
This impurity may be mixed into the film. That is, when the substrate temperature is increased by heating with a heater or laser irradiation to improve the film quality, the ambient temperature is also increased accordingly, and when the temperature becomes lower than a certain temperature, carbides or oxides of atoms constituting the organic metal gas are formed. Impurities are formed in the gas phase and incorporated into the film. In other words, in the prior art, in order to improve the film quality, the ambient temperature is increased by increasing the heater temperature, and even if impurities such as carbides are generated in the gas phase, the ambient temperature cannot be controlled, or the impurities cannot be controlled. Since the process for controlling the generation was not incorporated into the apparatus, it was not possible to avoid the contamination of the film with impurities.
従来の薄膜形成装置は以上のように構成されているの
で、ヒータ加熱によって有機金属ガスを基板上で熱分解
する場合、有機金属ガスは雰囲気中においても熱分解
し、基板9に吸着して薄膜を形成する前駆物質の2次反
応により発生する炭化物などの不純物の膜中への不純物
の混入を避けるてだてがないなどの課題があった。ま
た、有機金属ガスを基板上へ拡散させて分解堆積した膜
の品質を上げるため、薄膜作製の低温化をある程度犠牲
にしても、基板9をさらに高温加熱する方法を併用して
いたため、気相中における2次反応がさらに活発とな
り、炭化物等の不純物が発生し、高品質薄膜の作製を困
難にしているなどの課題があった。Since the conventional thin film forming apparatus is configured as described above, when the organic metal gas is thermally decomposed on the substrate by heating with a heater, the organic metal gas is thermally decomposed even in the atmosphere, and is adsorbed on the substrate 9 to be thinned. There is a problem that impurities such as carbides generated by a secondary reaction of a precursor that forms sapphire are prevented from being mixed into the film. Further, in order to improve the quality of the film deposited and decomposed by diffusing the organic metal gas onto the substrate, a method of further heating the substrate 9 at a higher temperature was used in combination with the method of heating the substrate 9 at a higher temperature even if the temperature of the thin film was lowered to some extent. The secondary reaction in the inside becomes more active, and impurities such as carbides are generated, which makes it difficult to produce a high-quality thin film.
この発明は上記のような課題を解消するめになされた
もので、低温で分解可能な有機金属ガスを利用して、基
板上の雰囲気を制御することにより、気相中の環境を2
次反応によって不純物が発生しない状態に保持し、不純
物を含まない有機金属ガスあるいはその分解物から薄膜
の堆積を行うことにより、期待通りの膜品質を得ること
のできる有機金属ガス利用の薄膜形成装置を得ることを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses an organometallic gas that can be decomposed at a low temperature to control the atmosphere on a substrate to reduce the environment in the gas phase.
An organic metal gas-based thin film forming device that can obtain the expected film quality by depositing a thin film from an organic metal gas containing no impurities or a decomposition product thereof while maintaining a state in which no impurities are generated by the next reaction The purpose is to obtain.
請求項1の発明に係る薄膜形成装置は、基板を加熱し
て、有機金属ガスを分解堆積させる基板加熱装置と、上
記基板の直上の雰囲気を、設定圧力下で、解離分子によ
り不純物が発生しない温度に冷却するガス温度冷却装置
と、上記雰囲気の気相中での2次反応により形成された
上記不純物の発生或は上記雰囲気の温度のモニタ結果に
従って、上記基板加熱装置或はガス温度冷却装置の少な
くとも一方の動作を制御する反応制御装置とを備えたも
のである。In the thin film forming apparatus according to the first aspect of the present invention, a substrate heating apparatus for heating and decomposing and depositing an organic metal gas on a substrate and an atmosphere immediately above the substrate under a set pressure so that impurities are not generated by dissociated molecules. A gas temperature cooling device for cooling to a temperature, and the substrate heating device or the gas temperature cooling device according to the generation of the impurities formed by the secondary reaction in the gas phase of the atmosphere or the monitoring result of the temperature of the atmosphere. And a reaction control device for controlling at least one of the operations.
請求項2の発明に係る薄膜形成装置は、基板を加熱し
て、有機金属ガスを分解堆積させる基板加熱装置と、上
記基板の直上の雰囲気を、解離分子により不純物が発生
しない温度に冷却するガス温度冷却装置と、上記基板雰
囲気温度が400℃以下となるよう上記基板加熱装置或は
ガス温度冷却装置の少なくとも一方の動作を制御する反
応制御装置とを備えたものである。The thin film forming apparatus according to the second aspect of the present invention includes a substrate heating apparatus for heating a substrate to decompose and deposit an organic metal gas, and a gas for cooling an atmosphere immediately above the substrate to a temperature at which impurities are not generated by dissociated molecules. A temperature cooling device, and a reaction control device for controlling at least one of the substrate heating device and the gas temperature cooling device so that the substrate ambient temperature is 400 ° C. or less.
この発明における薄膜形成装置は、基板に吸着する薄
膜形成の前駆物質の品質を向上させるために、基板直上
のガス温度をガス温度冷却装置により冷却し、上記基板
に吸着する前駆物質を基板の直上で分解し薄膜を堆積さ
せるとともに、気相中での2次反応の結果形成される炭
化物などの不純物のモニター結果に従って反応制御装置
が反応制御を行って有機金属ガスを基板表面において
熱,光あるいは電子のエネルギーで分解堆積させる。こ
のとき、ガス温度冷却装置は、設定圧力のもとで解離分
子による炭化物などの不純物の発生しない温度に冷却
し、2次反応により発生する炭化物などの不純物を含ま
ず、有機金属ガスを構成する不純物原子の少ないあるい
は全く含まない励起種を基板吸着の前駆物質として利用
し、不純物を含まない薄膜の作製を可能にする。また、
基板加熱をさらに高温にし、より高品質で付着力の強い
薄膜を形成するには、ガス温度冷却装置と基板表面との
温度勾配を急にすることで、気相中での不純物の発生を
制御することにより実現可能にする。また、このことに
より、従来のような不純物の発生によりステップカバレ
ッジが低下することも改善できる。In order to improve the quality of a thin film forming precursor adsorbed on a substrate, the thin film forming apparatus according to the present invention cools a gas temperature immediately above the substrate by a gas temperature cooling device and causes the precursor adsorbed on the substrate to be directly above the substrate. The reaction controller controls the reaction according to the monitoring results of impurities such as carbides formed as a result of the secondary reaction in the gas phase, and deposits the organic metal gas on the substrate surface by heat, light or Decomposed and deposited with the energy of electrons. At this time, the gas temperature cooling device cools to a temperature at which impurities such as carbides due to dissociated molecules do not occur under the set pressure, and does not include impurities such as carbides generated by the secondary reaction, and forms an organometallic gas. The use of excited species having little or no impurity atoms as precursors for substrate adsorption enables the production of thin films containing no impurities. Also,
Controlling the generation of impurities in the gas phase by steepening the temperature gradient between the gas temperature cooling device and the substrate surface in order to raise the temperature of the substrate to a higher temperature and to form a higher quality and stronger adhesive thin film To make it feasible. In addition, it is possible to improve reduction in step coverage due to generation of impurities as in the related art.
以下、この発明の一実施例を、有機金属ガスとしてW
(CO)6[タングステンカルボニル]を利用したCVDによ
る高純度W膜の作製を対象として、図について説明す
る。図において、1は有機金属ガスを蒸気として反応チ
ャンバ2内に導入するためのヘリウムなどのキャリアガ
ス、3は有機金属ガスの供給槽、4は自動開閉バルブ、
5は成膜用ガスの供給量を制御するマスフローコントロ
ーラ、6は反応制御装置としてのCVD制御装置7により
制御される圧力調整装置、8は成膜用ガスの供給口、9
は基板、10は有機金属ガスを熱分解する基板加熱装置と
してのヒータ付きサセプタ、11は真空ポンプ12による排
気のための排気口、13は基板温度および雰囲気温度測定
のための温度測定端子、14はCVD制御装置7により制御
される電力供給装置、15はガス温度冷却装置、16は炭化
物などの不純物の発生を検出する4重極重量分析計、17
は不純物および温度のモニター装置である。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described using W as an organometallic gas.
The figure will be described for the production of a high-purity W film by CVD using (CO) 6 [tungsten carbonyl]. In the figure, 1 is a carrier gas such as helium for introducing the organometallic gas as a vapor into the reaction chamber 2, 3 is a supply tank of the organometallic gas, 4 is an automatic opening / closing valve,
Reference numeral 5 denotes a mass flow controller for controlling a supply amount of a film forming gas; 6, a pressure adjusting device controlled by a CVD controller 7 as a reaction control device; 8, a supply port of the film forming gas;
Is a substrate, 10 is a susceptor with a heater as a substrate heating device for thermally decomposing an organic metal gas, 11 is an exhaust port for exhausting by a vacuum pump 12, 13 is a temperature measuring terminal for measuring a substrate temperature and an ambient temperature, 14 Is a power supply device controlled by the CVD control device 7, 15 is a gas temperature cooling device, 16 is a quadrupole gravimetric analyzer for detecting generation of impurities such as carbides, 17
Is an impurity and temperature monitoring device.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
反応チャンバ2内に供給された有機金属ガスW(CO)
6を分解する方法として、ヒータによる熱分解、または
有機金属ガスの分解に適正なエネルギー密度あるいは波
長を持ったレーザ光あるいは電子ビーム等による励起分
解、あるいはヒータ加熱と励起分解を併用する方法があ
る。ここでは有機金属ガスを分解することにより、基板
9上に薄膜を堆積させるエネルギー源として、ヒータ加
熱のみを用いる手法の例について述べる。Organometallic gas W (CO) supplied into the reaction chamber 2
As a method of decomposing 6, there is a method of thermal decomposition by a heater, excitation decomposition by laser light or electron beam having an appropriate energy density or wavelength for decomposition of an organic metal gas, or a method using both heater heating and excitation decomposition. . Here, an example of a method using only heater heating as an energy source for depositing a thin film on the substrate 9 by decomposing an organic metal gas will be described.
まず、この手法のヒータ加熱により有機金属ガスを分
解堆積させる部分の詳細を説明する。ヒータ付きのサセ
プタ10上の基板9の温度を、有機金属ガスが分解堆積し
て薄膜延設することが可能な温度に加熱する。この時、
4重極重量分析計16の出力信号をモニター装置17で検出
し、この検出出力にもとづきCVD制御装置7が雰囲気温
度および基板温度をW炭化物などの不純物を発生しない
環境に制御する。また、圧力調整装置6は反応チャンバ
2内の圧力を制御し、さらにはマスフローコントローラ
5によって反応チャンバ2内へのガス供給量を制御す
る。これにより、有機金属ガスを構成する原子を起因と
するW炭化物およびW酸化物等の不純物の形成を避ける
ことができる。First, the details of the portion of this method in which the organic metal gas is decomposed and deposited by heater heating will be described. The temperature of the substrate 9 on the susceptor 10 with a heater is heated to a temperature at which an organic metal gas can be decomposed and deposited to form a thin film. At this time,
The output signal of the quadrupole gravimeter 16 is detected by the monitor device 17, and based on the detected output, the CVD controller 7 controls the ambient temperature and the substrate temperature to an environment in which impurities such as W carbide are not generated. Further, the pressure adjusting device 6 controls the pressure in the reaction chamber 2, and further controls the gas supply amount into the reaction chamber 2 by the mass flow controller 5. Thereby, formation of impurities such as W carbide and W oxide due to atoms constituting the organometallic gas can be avoided.
また、例えば圧力2Torr以上の条件下では、ヒータ加
熱により基板9の直上雰囲気温度が400℃以上になる
と、W炭化物およびW酸化物等の不純物が発生するた
め、成膜に必要な前駆物質のみを単独で基板9の表面上
に供給することが不可能となる。しかし、この場合に
は、温度測定素子13の検出出力にもとづき、CVD制御装
置7がガス温度冷却装置15により基板9の直上雰囲気温
度を400℃以下に制御することで、不純物の発生を避け
ることができ、より高品質の薄膜を高付着力で形成でき
る。ただし、この場合圧力を2Torr未満に下げるだけで
も、不純物の発生を避けることができるが、堆積速度が
激減し生産性は悪くなる。即ち、これまでの薄膜形成装
置では、基板9の直上で有機金属ガスW(CO)6が分解
して不純物が発生するような条件域においても、ガス温
度冷却の効果が雰囲気を冷却することにより不純物の発
生を抑制でき、高品質で高付着力を有する薄膜を高速度
で作製できる。さらに、圧力2Torr未満でも、高品質の
薄膜を形成するため、基板9の直上の温度を400℃以上
にする場合は、気相中での不純物の発生が増加するた
め、ガス温度冷却装置により基板9の直上雰囲気温度を
400℃以下になるように制御する必要が生じる。すなわ
ち、基板表面温度を、不純物が発生する従来の制御可能
範囲以上に上げても、上記した圧力等の制御に加えてガ
ス温度冷却装置15による制御を付加することにより、励
起種の2次反応の結果形成されるW炭化物およびW酸化
物の発生を避けることができ、未分解(CO)6、あるい
は励起種W(CO)×(x=0〜5)のみを基板上に供給
することが可能となった。Further, for example, under the condition of a pressure of 2 Torr or more, when the ambient temperature immediately above the substrate 9 becomes 400 ° C. or more due to the heating of the heater, impurities such as W carbide and W oxide are generated. It is not possible to supply alone on the surface of the substrate 9. However, in this case, the CVD controller 7 controls the ambient temperature immediately above the substrate 9 to 400 ° C. or less by the gas temperature cooling device 15 based on the detection output of the temperature measuring element 13 to avoid the generation of impurities. And a higher quality thin film can be formed with high adhesion. However, in this case, even if the pressure is reduced to less than 2 Torr, the generation of impurities can be avoided, but the deposition rate is drastically reduced and the productivity is deteriorated. That is, in the conventional thin film forming apparatus, even in a condition where the organic metal gas W (CO) 6 is decomposed directly above the substrate 9 and impurities are generated, the effect of the gas temperature cooling allows the atmosphere to be cooled. The generation of impurities can be suppressed, and a thin film having high quality and high adhesion can be produced at a high speed. Further, even if the pressure is lower than 2 Torr, if a temperature just above the substrate 9 is set to 400 ° C. or higher to form a high-quality thin film, the generation of impurities in the gas phase increases. The ambient temperature just above 9
It is necessary to control the temperature to 400 ° C. or less. That is, even if the substrate surface temperature is raised beyond the conventional controllable range in which impurities are generated, the secondary reaction of the excited species can be performed by adding control by the gas temperature cooling device 15 in addition to the above-described control of the pressure and the like. The formation of W carbides and W oxides formed as a result of the above can be avoided, and only undecomposed (CO) 6 or excited species W (CO) × (x = 0 to 5) can be supplied onto the substrate. It has become possible.
なお、上記実施例では有機金属ガスを分解して基板9
上に薄膜を堆積させる方法として、ヒータ加熱を利用す
る方法について説明したが、ヒータ加熱以外のエネルギ
ー供給源として、基板9の吸収波長域のレーザ光源およ
びランプ光加熱装置を単独あるいはヒータ加熱と併用し
てもよく、また、電子ビームおよびイオンビーム等の基
板加熱源を用いてもよい。また、有機金属ガスによる吸
収のないレーザ光源を利用したパルス加熱により選択的
に基板9の表面のみを瞬間加熱して気相中への伝熱量を
下げ、さらの反応室の圧力調整装置6により圧力を下
げ、気相中ガス温度の伝熱を抑制することにより、反応
チャンバ2内に供給された励起種がさらに分解反応を起
こしてW炭化物等の不純物が発生するのを避けることが
でき、より高品質の薄膜を形成することが可能となる。In the above embodiment, the organic metal gas is decomposed and the substrate 9 is decomposed.
As a method of depositing a thin film thereon, a method using heater heating has been described. However, as an energy supply source other than heater heating, a laser light source in the absorption wavelength region of the substrate 9 and a lamp light heating device are used alone or in combination with heater heating. Alternatively, a substrate heating source such as an electron beam and an ion beam may be used. In addition, only the surface of the substrate 9 is instantaneously heated selectively by pulse heating using a laser light source that does not absorb the organic metal gas to reduce the amount of heat transferred to the gas phase. By lowering the pressure and suppressing the heat transfer of the gas temperature in the gas phase, it is possible to prevent the excited species supplied into the reaction chamber 2 from further causing a decomposition reaction to generate impurities such as W carbide, A higher quality thin film can be formed.
また、上記実施例では有機金属ガスとしてW(CO)6
を用いたものを示したが、Mo(CO)6,Cr(CO)6,V(C
O)6Ni(CO)4,Fe(CO)5などのカルボニル系有機金属
ガスを用いる場合にも適用でき、上記実施例と同様の効
果を奏する。In the above embodiment, W (CO) 6 is used as the organic metal gas.
Is shown, Mo (CO) 6 , Cr (CO) 6 , V (C
The present invention can be applied to the case where a carbonyl-based organic metal gas such as O) 6 Ni (CO) 4 and Fe (CO) 5 is used, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.
このように、ガス温度冷却装置、圧力調整装置および
ガス流量調整装置等から構成されるCVD制御系により、
雰囲気を炭化物などの不純物を発生しない環境に制御
し、高品質成膜に最適な未分解有機金属ガスあるいはそ
の励起種のみを基板9上に供給して、分解堆積させ、薄
膜を作製することができる。また、膜の改質のためにさ
らに高温加熱が必要な場合でも、CVD制御装置7により
ガスの供給量と圧力を制御するとともに、ガス温度冷却
装置15により基板9の直上雰囲気温度を制御して、有機
金属ガスからの不純物の発生を抑制することで、さらに
高品質,高付着力を有する薄膜を基板9上に形成でき
る。Thus, by the CVD control system including the gas temperature cooling device, the pressure adjusting device, the gas flow adjusting device, and the like,
By controlling the atmosphere to an environment that does not generate impurities such as carbides and supplying only the undecomposed organometallic gas or its excited species optimal for high-quality film formation on the substrate 9 and decomposing and depositing the same to produce a thin film. it can. Further, even when higher temperature heating is required for film reforming, the gas supply amount and pressure are controlled by the CVD control device 7 and the ambient temperature immediately above the substrate 9 is controlled by the gas temperature cooling device 15. By suppressing the generation of impurities from the organic metal gas, a thin film having higher quality and higher adhesive force can be formed on the substrate 9.
以上のように、請求項1の発明によれば、基板を加熱
して、有機金属ガスを分解堆積させる基板加熱装置と、
上記基板の直上の雰囲気を、設定圧力下で、解離分子に
より不純物が発生しない温度に冷却するガス温度冷却装
置と、上記雰囲気の気相中での2次反応により形成され
た上記不純物の発生或は上記雰囲気の温度のモニタ結果
に従って、上記基板加熱装置或はガス温度冷却装置の少
なくとも一方の動作を制御する反応制御装置とを設ける
ように構成したので、膜質改善のために基板表面温度を
上げてもある境界厚さ以上で雰囲気温度は上昇せず、気
相中において有機金属ガス或はその励起種のみを基板上
で分解堆積させることができ、炭化物等の不純物を混入
しない期待通りの高品質で高付着力および良好な付きま
わり性を有する薄膜を基板上に形成できるという効果が
ある。As described above, according to the invention of claim 1, a substrate heating device that heats a substrate and decomposes and deposits an organometallic gas,
A gas temperature cooling device that cools an atmosphere immediately above the substrate to a temperature at which no impurities are generated by dissociated molecules under a set pressure, and generation or generation of the impurities formed by a secondary reaction in a gas phase of the atmosphere. Is configured to provide a reaction control device for controlling at least one of the substrate heating device and the gas temperature cooling device in accordance with the monitoring result of the temperature of the atmosphere, so that the substrate surface temperature is increased to improve the film quality. Even when the thickness exceeds a certain boundary thickness, the ambient temperature does not rise, and only the organometallic gas or its excited species can be decomposed and deposited on the substrate in the gas phase, and the expected high temperature without impurities such as carbides can be obtained. There is an effect that a thin film having high quality, high adhesion and good throwing power can be formed on a substrate.
請求項2の発明によれば、基板を加熱して、有機金属
ガスを分解堆積させる基板加熱装置と、上記基板の直上
の雰囲気を、解離分子により不純物が発生しない温度に
冷却するガス温度冷却装置と、上記基板雰囲気温度が40
0℃以下となるよう上記基板加熱装置或はガス温度冷却
装置の少なくとも一方の動作を制御する反応制御装置と
を設けるように構成したので、基板雰囲気温度が400℃
以下となるように制御することによって、不純物の発生
を避けることができ、より高品質で高付着力および良好
な付きまわり性を有する薄膜を基板上に形成できるとい
う効果がある。According to the invention of claim 2, a substrate heating device for heating the substrate to decompose and deposit the organic metal gas, and a gas temperature cooling device for cooling the atmosphere immediately above the substrate to a temperature at which no impurities are generated by dissociated molecules. And the substrate ambient temperature is 40
A reaction control device for controlling the operation of at least one of the substrate heating device and the gas temperature cooling device so as to be 0 ° C. or less is provided.
By controlling as follows, the generation of impurities can be avoided, and there is an effect that a thin film having higher quality, high adhesion and good throwing power can be formed on the substrate.
第1図はこの発明の一実施例による薄膜形成装置を示す
構成図、第2図は従来の薄膜形成装置を示す構成図であ
る。 2は反応チャンバ、7は反応制御装置(CVD制御装
置)、9は基板、10は基板加熱装置(ヒータ付きサセプ
タ)、15はガス温度冷却装置。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。FIG. 1 is a block diagram showing a thin film forming apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a conventional thin film forming apparatus. 2 is a reaction chamber, 7 is a reaction control device (CVD control device), 9 is a substrate, 10 is a substrate heating device (susceptor with a heater), and 15 is a gas temperature cooling device. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (2)
基板上に薄膜を堆積形成する薄膜形成装置において、上
記基板を加熱して、上記有機金属ガスを分解堆積させる
基板加熱装置と、上記基板の直上の雰囲気を、設定圧力
下で、解離分子により不純物が発生しない温度に冷却す
るガス温度冷却装置と、上記雰囲気の気相中での2次反
応により形成された上記不純物の発生或は上記雰囲気の
温度のモニタ結果に従って、上記基板加熱装置或はガス
温度冷却装置の少なくとも一方の動作を制御する反応制
御装置とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。1. A thin film forming apparatus for decomposing an organic metal gas in a reaction chamber to deposit and form a thin film on a substrate, comprising: a substrate heating apparatus for heating the substrate to decompose and deposit the organic metal gas; A gas temperature cooling device that cools an atmosphere immediately above a substrate to a temperature at which impurities are not generated by dissociated molecules under a set pressure, and generation or generation of the impurities formed by a secondary reaction in a gas phase of the atmosphere. A thin film forming apparatus comprising: a reaction control device that controls at least one of the substrate heating device and the gas temperature cooling device in accordance with a result of monitoring the temperature of the atmosphere.
基板上に薄膜を堆積形成する薄膜形成装置において、上
記基板を加熱して、上記有機金属ガスを分解堆積させる
基板加熱装置と、上記基板の直上の雰囲気を、解離分子
により不純物が発生しない温度に冷却するガス温度冷却
装置と、上記基板雰囲気温度が400℃以下となるよう上
記基板加熱装置或はガス温度冷却装置の少なくとも一方
の動作を制御する反応制御装置とを備えたことを特徴と
する薄膜形成装置。2. A thin film forming apparatus for decomposing an organic metal gas in a reaction chamber to deposit and form a thin film on a substrate, comprising: a substrate heating device for heating the substrate to decompose and deposit the organic metal gas; Operation of at least one of a gas temperature cooling device that cools an atmosphere immediately above a substrate to a temperature at which impurities are not generated by dissociation molecules, and at least one of the substrate heating device and the gas temperature cooling device so that the substrate atmosphere temperature is 400 ° C. or less. And a reaction control device for controlling the pressure.
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JPH04173976A JPH04173976A (en) | 1992-06-22 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1990-11-02 JP JP29818990A patent/JP2726149B2/en not_active Expired - Fee Related
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