JPH0246723A - Device for thin film formation - Google Patents

Device for thin film formation

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JPH0246723A
JPH0246723A JP19848088A JP19848088A JPH0246723A JP H0246723 A JPH0246723 A JP H0246723A JP 19848088 A JP19848088 A JP 19848088A JP 19848088 A JP19848088 A JP 19848088A JP H0246723 A JPH0246723 A JP H0246723A
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JP
Japan
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gas
container
thin film
chamber
vacuum container
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JP19848088A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kato
隆 加藤
Takashi Ito
隆司 伊藤
Yoshihiro Sugita
義博 杉田
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To form a thin film of good quality at a high deposition rate without generating oxidation, nitriding and the like by a method wherein the title device is provided with an inner skin container having the through hole of a reaction gas feeding means in such a way that a pair of electrodes are surrounded with the inner skin container, a vacuum container is provided with an inert gas feed opening and an exhaust vent for reaction gas fed in the inner skin container is interconnected to the vacuum container through a fine gap. CONSTITUTION:A vacuum container 1 is divided into 2 chambers of a reaction chamber 11 and an exhaust chamber 12 by an inner skin container 8, both chambers are interconnected to each other through a fine gap 10 and the pressure in the container 1 is set at a value to exceed somewhat 0.01Torr. When inert gas is sent in the chamber 12 through an inert gas feed opening 9 at a high flow velocity, the gas is made to flow in a viscous flow, whose mean free path is sufficiently short, and the gas to leak in the chamber 12 of the container 1 and free gas from the container 1 are induced by this viscous flow and are exhausted through a gas exhaust means 3 and are never made to flow backward in the chamber 11 through the fine gap 10. On the other hand, as a sufficient amount of reaction gas stays in the chamber 11 for sufficient hours, a thin film of good quality is formed on a semiconductor wafer 6 at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 化学気相成長(CVD)法を使用してなす薄膜形成装置
の改良に関し、 酸素・窒素等のリークガスや、装置を構成する金属から
の遊離ガス等があっても、被堆積薄膜は酸化・窒化等が
なされることがなく、良質の薄膜を高い堆積速度をもっ
て形成することを可能にする薄膜形成装置を提供するこ
とにを目的とし、反応ガス供給手段とガス排気手段とを
有する真空容器と、この真空容器の内部に1対の電極が
設けられ、この1対の電極の一方はサセプタを構成する
薄膜形成装置において、前記の1対の電極を囲んで、前
記の反応ガス供給手段の貫通口を有する内殼容器を設け
、前記の真空容器には不活性ガス供給口を設け、前記の
内殼容器内に供給された反応ガスの排出口は、細隙を介
して前記の真空容器に連通ずるように構成するか、また
は、前記1対の電極の一方の周辺から他方の周辺に向か
って気体流を噴射するリング状または角ループ状の気体
噴射手段を設けられるように構成される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the improvement of a thin film forming apparatus using chemical vapor deposition (CVD), the present invention has been developed to address the issue of leakage gases such as oxygen and nitrogen, and free gases from metals constituting the apparatus. The purpose of the present invention is to provide a thin film forming apparatus that can form a high quality thin film at a high deposition rate without oxidizing or nitriding the thin film to be deposited even when the thin film is deposited. A vacuum container having a gas exhaust means and a pair of electrodes are provided inside the vacuum container, and one of the pair of electrodes surrounds the pair of electrodes in a thin film forming apparatus constituting a susceptor. , an inner shell container having a through-hole for the reaction gas supply means is provided, an inert gas supply port is provided in the vacuum container, and an outlet for the reaction gas supplied into the inner shell container is a narrow one. a ring-shaped or square loop-shaped gas injection means configured to communicate with the vacuum container through a gap, or to inject a gas flow from the periphery of one of the pair of electrodes to the periphery of the other; It is configured so that it can be set up.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、化学気相成長(CVD)法を使用してなす薄
膜形成装置の改良に関する。特に、酸素、窒素等のガス
が薄膜形成装置内にリークしたり、装置を構成する金属
から遊離したりしても、形成される薄膜は、酸化・窒化
等がなされることがなく、良質の薄膜を高い堆積速度を
もって形成することを可能にするようにする薄膜形成装
置の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a thin film forming apparatus using chemical vapor deposition (CVD). In particular, even if gases such as oxygen or nitrogen leak into the thin film forming apparatus or become liberated from the metals that make up the apparatus, the formed thin film will not be oxidized or nitrided, and will remain of high quality. The present invention relates to an improvement in a thin film forming apparatus that makes it possible to form thin films at a high deposition rate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

CVD法には反応ガスの熱分解を利用する方法、反応ガ
スのプラズマ分解を利用する方法等がある。
The CVD method includes a method using thermal decomposition of a reaction gas, a method using plasma decomposition of a reaction gas, and the like.

1例として、従来技術に係るプラズマCVD装置を図を
参照して説明する。
As an example, a plasma CVD apparatus according to the prior art will be explained with reference to the drawings.

第2図参照 図はプラズマCVD装置の断面図である。半導体ウェー
ハ6をゲートバルブ13を介して搬入し、サセプタを構
成する電445上に載置し、ガス排気手段3から排気し
、実線矢印をもって示すように反応ガス供給手段2から
反応ガスを供給し、高周波ti7の高周波電圧を電極4
と5との間に印加・して反応ガスをプラズマ化し、この
プラズマ化した反応ガスを分解して、半導体ウェーハ6
上に所望の薄膜を堆積する。なお、laは絶縁性シール
材であり1bは0リングである。
The reference figure in FIG. 2 is a sectional view of the plasma CVD apparatus. The semiconductor wafer 6 is carried in through the gate valve 13, placed on the electric conductor 445 constituting the susceptor, exhausted from the gas exhaust means 3, and supplied with reaction gas from the reaction gas supply means 2 as shown by the solid arrow. , high frequency voltage of high frequency ti7 is applied to electrode 4
The reaction gas is applied between
Deposit the desired thin film on top. Note that la is an insulating sealing material and 1b is an O-ring.

ところで、ガス排気手段3からの排気速度が遅い低速排
気方式の場合には、真空容器1にガスをリークする領域
があると、真空容器1の内圧は低いため、外気が真空容
器1内にリークし、このリークガスは、図において破線
をもって示すように半導体ウェーハ6上に到達し、半導
体ウェーハ6上に堆積される薄膜中に取り込まれる。ま
た、プラズマは真空容器l内金域に広がるため、真空容
器lの壁面に衝突したイオンが真空容器lの壁面から酸
素等の汚染物質を遊離し、この遊離された酸素等の汚染
物質も図に破線をもって示すように半導体ウェーハ6上
に到達して、この上に堆積される薄膜中に取り込まれる
。その結果、例えば酸化され易いアルミニウム等の金属
膜を堆積する場合には、堆積膜が酸化されて、比抵抗が
高くなってしまう。
By the way, in the case of a low-speed exhaust method in which the exhaust speed from the gas exhaust means 3 is slow, if there is a region in the vacuum container 1 where gas leaks, the internal pressure of the vacuum container 1 is low, so outside air will leak into the vacuum container 1. However, this leak gas reaches the semiconductor wafer 6 as shown by the broken line in the figure, and is incorporated into the thin film deposited on the semiconductor wafer 6. In addition, since the plasma spreads to the inner metal area of the vacuum vessel L, the ions that collide with the wall of the vacuum vessel L liberate contaminants such as oxygen from the wall of the vacuum vessel L, and the liberated contaminants such as oxygen are also It reaches the semiconductor wafer 6, as shown by the broken line, and is incorporated into the thin film deposited thereon. As a result, when depositing a metal film such as aluminum that is easily oxidized, the deposited film is oxidized and the resistivity becomes high.

第3図参照 排気速度が早い高速排気方式の場合には、図において破
線で示すように、リークガスや真空容器1の壁面から遊
離した酸素等の汚染物質は高速の粘性排気流に誘引され
て排出され、半導体ウェーハ6上には到達せず、したが
って半導体ウエーノ\6上に堆積される薄膜中に酸素等
の汚染物質が取り込まれることが少なく、薄膜の比抵抗
の上昇は少ない。しかし、反応ガスが半導体ウェーハ6
の近傍に滞留する時間が短いので、膜の堆積速度は減少
する。
Refer to Figure 3 In the case of a high-speed exhaust system with a high exhaust speed, leak gas and pollutants such as oxygen released from the wall of the vacuum vessel 1 are attracted to the high-speed viscous exhaust flow and discharged, as shown by the broken line in the figure. Therefore, contaminants such as oxygen are less likely to be incorporated into the thin film deposited on the semiconductor wafer 6, and the specific resistance of the thin film is less likely to increase. However, the reaction gas
Since the residence time in the vicinity of is short, the deposition rate of the film is reduced.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のプラズマCVD装置は低速排気方式を採用してい
るので、上記第2図に示すように、リークガスや壁面遊
離ガスの影響を排除することができなかった。仮に、リ
ークガスや壁面遊離ガスの影響を排除するために、上記
第3図に示すように、高速排気方式を採用したとしても
、リークガスや壁面遊離ガスの影響の排除は必ずしも十
分でなく、しかも、薄膜の堆積速度が低下してしまうと
云う重大な欠点をともなう。
Since the conventional plasma CVD apparatus employs a low-speed exhaust system, it has not been possible to eliminate the influence of leak gas and wall surface free gas, as shown in FIG. 2 above. Even if a high-speed exhaust system is adopted as shown in Figure 3 above in order to eliminate the effects of leak gas and wall free gas, eliminating the effects of leak gas and wall free gas is not necessarily sufficient, and furthermore, A significant drawback is that the rate of thin film deposition is reduced.

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、酸素
、窒素等のリークガスや、装置を構成する金属からの遊
離ガス等があっても、被堆積薄膜は酸化・窒化等がなさ
れることがなく、良質の薄膜を高い堆積速度をもって形
成することを可能にし、しかも、堆積膜厚をウェーハ全
面にわたって均−にする薄膜形成装置を提供することに
ある。
The purpose of the present invention is to eliminate this drawback, and the purpose of the present invention is to eliminate oxidation, nitridation, etc. of the thin film to be deposited even if there is a leak gas such as oxygen or nitrogen, or a free gas from the metal constituting the device. It is an object of the present invention to provide a thin film forming apparatus which enables the formation of a high quality thin film at a high deposition rate without any problems, and which makes the thickness of the deposited film uniform over the entire surface of a wafer.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的は、反応ガス供給手段(2)とガス排気手段
(3)とを有する真空容器(1)と、この真空容器(1
)の内部に1対の電極(4,5)が設けられ、この1対
の電極(4,5)の一方はサセプタを構成する薄膜形成
装置に、下記のいずれの手段を付加することによって達
成される。
The above object is to provide a vacuum container (1) having a reaction gas supply means (2) and a gas exhaust means (3);
) is provided with a pair of electrodes (4, 5), and one of the pair of electrodes (4, 5) is achieved by adding any of the following means to the thin film forming device that constitutes the susceptor. be done.

付加される第1の手段は、前記の1対の電極(4,5)
を囲んで設けられ、前記の反応ガス供給手段(2)が延
長してその貫通口が設けられている内殼容器(8)と、 前記の真空容器(1)に設けられる不活性ガス供給口(
9)とであるが、この場合、前記の内殼容器(8)内に
供給された反応ガスの排出口は、細隙(10)を介して
前記の真空容器(1)に連通されていることが重要であ
る。
The first means added is the pair of electrodes (4, 5).
an inner shell container (8) provided surrounding the reactor gas supply means (2) and provided with a through-hole through which the reaction gas supply means (2) extends; and an inert gas supply port provided in the vacuum container (1). (
9), but in this case, the outlet of the reaction gas supplied into the inner shell container (8) is communicated with the vacuum container (1) through the slit (10). This is very important.

付加される第2の手段は、前記の1対の電極(4,5)
の一方の周辺から他方の周辺に向かって気体流(エアー
カーテン)を噴射するリング状または角形のループ状の
気体噴射手段(16)である、なお、前記のリング状ま
たは角形のループ状の気体噴射手段(16)は、噴射さ
れる気体流(エアーカーテン)が1対の電極(4,5)
の−方の外周端部から他方の外NJ端部に向かうように
設けられると効果的である。
The second means added is the pair of electrodes (4, 5).
A ring-shaped or rectangular loop-shaped gas injection means (16) that injects a gas flow (air curtain) from one periphery to the other periphery of the ring-shaped or rectangular loop-shaped gas The injection means (16) is configured such that the gas flow (air curtain) to be injected is connected to a pair of electrodes (4, 5).
It is effective to provide it from the outer circumferential end on one side toward the other outer NJ end.

〔作用〕[Effect]

第4図参照 図は、真空容器1内の圧力が約ITorrで、ガスの平
均自由行程が真空容器1の壁と半導体ウェーハ6との間
の寸法に比べて十分小さい場合における、排気速度と金
属mH堆積速度との関係、および、排気速度と堆積され
た金属薄膜の導電率との関係を示す、堆積速度を高める
ためには、排気速度を低くする必要があり、一方、堆積
される膜質を良好にしてその導電率を向上するためには
、排気速度を高くする必要があり、堆積速度と形成され
る膜の膜質とは二律背反の関係にある。この二律背反の
関係を解決した手段が本発明である。
The diagram shown in FIG. 4 shows the pumping speed and the metal The relationship between mH deposition rate and the relationship between evacuation rate and the conductivity of the deposited metal thin film.In order to increase the deposition rate, it is necessary to lower the evacuation rate, while the In order to improve the conductivity, it is necessary to increase the pumping rate, and there is an antinomic relationship between the deposition rate and the quality of the film formed. The present invention is a means to resolve this antinomic relationship.

第1a図参照 本発明に係る薄膜形成装置においては、真空容器1が内
殼容器8によって反応室11と排気室12とに2分され
、画室間が細隙10をもって連通され、真空容器1内の
圧力は0.01T o r rをいくらか超える値とさ
れるので、不活性ガスを不活性ガス供給口9から排気室
12に高い流速をもって送入したとき、不活性ガスは平
均自由行程が十分短い粘性流となって流れ、真空容器1
の排気室12内にリークするリークガスおよび真空容器
1からの遊離ガスは、この不活性ガスの粘性流に誘引さ
れてガス排気手段3から排出され、細隙10を介して反
応室11には逆流することはない、一方、反応室11内
には十分な量の反応ガスが十分な時間滞留するので、半
導体ウェーハ6上に良質の薄膜が高速をもって形成され
る0反応室ll内の排気速度は、リークガスの影響を排
除するために高くする必要がないので、最適の速度とす
ることができ、薄膜の堆積速度を十分高くすることがで
きるからである。
Refer to FIG. 1a In the thin film forming apparatus according to the present invention, a vacuum vessel 1 is divided into a reaction chamber 11 and an exhaust chamber 12 by an inner shell vessel 8, and the compartments are communicated with each other through a slit 10. Since the pressure of the inert gas is assumed to be a value somewhat exceeding 0.01T o r r, when the inert gas is fed into the exhaust chamber 12 from the inert gas supply port 9 at a high flow rate, the mean free path of the inert gas is sufficient. Flows as a short viscous flow, vacuum container 1
The leak gas leaking into the exhaust chamber 12 and the free gas from the vacuum container 1 are attracted by the viscous flow of the inert gas and are discharged from the gas exhaust means 3, and flow back into the reaction chamber 11 through the slit 10. On the other hand, since a sufficient amount of reaction gas remains in the reaction chamber 11 for a sufficient period of time, the exhaust speed in the reaction chamber 11 is such that a high quality thin film is formed on the semiconductor wafer 6 at a high speed. This is because, since it is not necessary to increase the speed to eliminate the influence of leak gas, the speed can be set to an optimum speed, and the thin film deposition speed can be made sufficiently high.

第1c図参照 内殼容器8に代えて、電極4の周辺に設けられた気体噴
射手段16から電極5の周辺に向かって不活性ガス・還
元ガス等を噴射すれば、真空容器l内の圧力が0.OI
T o r rをいくらか超える程度であれば、噴射ガ
スは平均自由行程の短い粘性流となって、エアーカーテ
ンの作用をなし、前記の内殼容器8を有する薄膜形成装
置と同様に、リークガスや壁面から遊離したガスが半導
体ウェーハ6に到達することが防止され、かつ、反応室
(11)の圧力が排気室(12)より高い状態が実現さ
れ、良質のiiwAが形成さる。しかも、堆積速度を十
分高くすることができる。
If an inert gas, reducing gas, etc. is injected toward the periphery of the electrode 5 from the gas injection means 16 provided around the electrode 4 instead of the inner shell container 8 (see FIG. 1c), the pressure inside the vacuum container 1 is 0. OI
If T o r r is slightly exceeded, the injected gas becomes a viscous flow with a short mean free path and acts as an air curtain, and as in the thin film forming apparatus having the inner shell container 8 described above, leak gas and Gas released from the wall surface is prevented from reaching the semiconductor wafer 6, and a state in which the pressure in the reaction chamber (11) is higher than that in the exhaust chamber (12) is realized, and a high quality iiwA is formed. Moreover, the deposition rate can be made sufficiently high.

第1d図、第1e図参照 また、気体噴射手段16からの噴射気体を電極4の周辺
端部のループ状絶縁物層41の外周面に向かって噴射す
れば、この領域に金属膜等が付着することが防止され、
電極4の絶縁耐力の低下を防止することができる。
Refer to FIGS. 1d and 1e. Furthermore, if the jetted gas from the gas jetting means 16 is jetted toward the outer circumferential surface of the loop-shaped insulating layer 41 at the peripheral end of the electrode 4, a metal film or the like will adhere to this region. is prevented from
A decrease in the dielectric strength of the electrode 4 can be prevented.

なお、ガスの平均自由行程は、 圧力的ITorrにおいて約100nであって、十分リ
ークガス等の排除効果があるが、ガスの平均自由行程は
、圧力0.OIT o r r以下においては11以上
となって、真空容器lの壁と半導体ウェーハ6との間の
寸法と同程度となり、リークガス等の浸入を防止する効
果はなくなる。
Note that the mean free path of gas is approximately 100n at pressure ITorr, which is sufficient to eliminate leak gas, etc.; however, the mean free path of gas is approximately 100n at pressure ITorr. Below OIT o r r, the value becomes 11 or more, which is about the same as the dimension between the wall of the vacuum container l and the semiconductor wafer 6, and there is no effect of preventing infiltration of leak gas or the like.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつ\、本発明に係る三つの実施例に
ついて説明する。
Three embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

1  量ン工1に・・ 第1a図再参照 図は、本発明の第1の実施例に係るプラズマCVD装置
の断面図である。lは真空容器であり、2は反応ガス供
給手段であり、3はガス排気手段であり、4は非接地側
電極であり、5はサセプタを構成する接地側電極であり
、6は薄膜が形成される半導体ウェーハであり、7は高
周波電源であり、8は内殼容器であり、9は不活性ガス
供給口であり、10は細隙であり、11は反応室であり
、12は排気室であり、13はゲートバルブであり、1
4は矢印のように回転される磁石であり、15はベロー
であり、1aは絶縁性シール材である。
1. Quantification Process 1... Referring back to FIG. 1a, this is a sectional view of a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention. 1 is a vacuum container, 2 is a reaction gas supply means, 3 is a gas exhaust means, 4 is a non-grounded side electrode, 5 is a grounded side electrode constituting a susceptor, and 6 is a thin film formed 7 is a high frequency power supply, 8 is an inner shell container, 9 is an inert gas supply port, 10 is a slit, 11 is a reaction chamber, and 12 is an exhaust chamber. , 13 is a gate valve, and 1
4 is a magnet rotated as shown by the arrow, 15 is a bellows, and 1a is an insulating sealing material.

1例としてアルミニウムの薄膜を堆積する場合について
説明する。半導体ウェーハ6をサセプタを構成する電極
5の上に載置し、ガス排気手段3により排気しながら、
トリメチルアルミニウムを水素で希釈した反応ガスを反
応ガス供給手段2から反応室11内に送入し、反応室1
1の圧力を0.1〜LOT o r rとし、排気室1
2の圧力はこれより低くし、高周波電源7の発生する周
波数13.56M Hz、電力0.1〜5 W/c4の
高周波電圧を電極4と電極5との間に印加して両電掻間
にプラズマを発生させて反応ガスを分解して、半導体ウ
ェーハ6上にアルミニウムの薄膜(図示せず)を堆積す
る。この場合、トリメチルアルミニウムの分解を活発に
するため、磁石14を配置し、これを回転しながら堆積
をするとよい、!ff石14は、半導体ウェーハ6近傍
のプラズマ密度を高め、反応速度を高くする外、圧力が
IOT o r r程度と高い場合には、プラズマを安
定に発生するために有効である。
As an example, a case will be described in which a thin film of aluminum is deposited. The semiconductor wafer 6 is placed on the electrode 5 constituting the susceptor, and while being exhausted by the gas exhaust means 3,
A reaction gas prepared by diluting trimethylaluminum with hydrogen is fed into the reaction chamber 11 from the reaction gas supply means 2.
1 pressure is 0.1~LOT o r r, exhaust chamber 1
2 is lower than this, and a high frequency voltage of 13.56 MHz and power of 0.1 to 5 W/c4 generated by the high frequency power source 7 is applied between the electrodes 4 and 5 to create a gap between the two electrodes. Plasma is generated to decompose the reactive gas, and a thin film of aluminum (not shown) is deposited on the semiconductor wafer 6. In this case, in order to activate the decomposition of trimethylaluminum, it is recommended to place a magnet 14 and deposit it while rotating it! The ff stone 14 is effective for increasing the plasma density near the semiconductor wafer 6 and increasing the reaction rate, as well as stably generating plasma when the pressure is as high as IOT o r r.

第1b図参照 図は半導体ウェーハ6をプラズマCVD装置から搬出・
搬入する時の状態を示す、ベロー15を縮めて、電極4
を有する内殼容器8を上方に押し上げ、ゲートバルブ1
3を開いて、薄膜が形成された半導体ウェーハ6を搬出
し、新たに薄膜が形成される半導体ウェーハ6を搬入し
、ゲートバルブ13を閉じ、内殼容器8を下方へ下げて
、前記の堆積工程を行う。
Referring to FIG. 1b, the semiconductor wafer 6 is transported out of the plasma CVD equipment.
The bellows 15 is retracted and the electrode 4 is transported.
Push up the inner shell container 8 having the gate valve 1.
3 is opened, the semiconductor wafer 6 on which the thin film has been formed is carried out, the semiconductor wafer 6 on which the thin film is newly formed is carried in, the gate valve 13 is closed, the inner shell container 8 is lowered, and the above-mentioned deposition process is carried out. Perform the process.

2   i、X2に・ 第1C図再参照 図は、本発明の第2の実施例に係るプラズマCVD装置
の断面図である。1は真空容器であり、2は反応ガス供
給手段であり、3はガス排気手段であり、4は非接地側
電極であり、5はサセプタを構成する接地側電極であり
、6は’111mが形成される半導体ウェーハであり、
7は高周波電源であり、11は反応室であり、12は排
気室であり、13はゲートバルブであり、16は気体噴
射手段であり、1aは絶縁性シール材である。
2 i, X2 - Referring again to FIG. 1C, this is a sectional view of a plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention. 1 is a vacuum container, 2 is a reaction gas supply means, 3 is a gas exhaust means, 4 is a non-grounded side electrode, 5 is a grounded side electrode constituting a susceptor, and 6 is a '111m A semiconductor wafer that is formed,
7 is a high frequency power supply, 11 is a reaction chamber, 12 is an exhaust chamber, 13 is a gate valve, 16 is a gas injection means, and 1a is an insulating sealing material.

気体噴射手段16から電極5の周辺部に向かって、1例
として水素を噴射すると、真空容器l内の圧力が0.1
〜IOT o r rであれば、水素ガスは平均自由行
程が十分短い粘性流となり、真空容器1を反応室11と
排気室12とに仕切る効果があり、真空容器1のリーク
ガスや壁面遊離ガスは半導体ウェーハ6に到達すること
なく、ガス排気手段3から排除される。したがって、反
応室11内のガス速度を高める必要なくリークガス等を
排除することが可能であるので、良質の薄膜を早い速度
で堆積することができる。
For example, when hydrogen is injected from the gas injection means 16 toward the periphery of the electrode 5, the pressure inside the vacuum container l becomes 0.1.
~IOT o r r, the hydrogen gas becomes a viscous flow with a sufficiently short mean free path, which has the effect of partitioning the vacuum container 1 into the reaction chamber 11 and the exhaust chamber 12, and the leak gas and wall free gas of the vacuum container 1 are The gas is removed from the gas exhaust means 3 without reaching the semiconductor wafer 6. Therefore, it is possible to eliminate leak gas and the like without increasing the gas velocity in the reaction chamber 11, so that a high-quality thin film can be deposited at a high rate.

第5図参照 図は、第1c図に示すプラズマCVD装置を使用して堆
積したアルミニウム薄膜の比抵抗と気体噴射手段16か
ら噴射する水素ガス流量との関係を示す図である。真空
容器1の圧力が2.3T o r rの場合、水素ガス
噴射流量を増加すると堆積するアルミニウムの比抵抗が
大幅に低下する。
5 is a diagram showing the relationship between the specific resistance of an aluminum thin film deposited using the plasma CVD apparatus shown in FIG. 1c and the flow rate of hydrogen gas injected from the gas injection means 16. When the pressure of the vacuum vessel 1 is 2.3 Torr, increasing the hydrogen gas injection flow rate significantly reduces the specific resistance of the deposited aluminum.

」」口外 第1d図再参照 図は、第1c図に示す第2の実施例の改変例に係るプラ
ズマCVD装置の電極4の部分を拡大した図である。電
極4と真空容器lとを絶縁するために、電極4の外面に
は絶縁物層41が設けられ、この絶縁物層41の外面に
はシールド層42が設けられている。プラズマ反応が進
行して絶縁物Ji41の先端部に金属膜が堆積すると、
電極4とシールド層42とが短絡することがある。しか
し、気体噴射手段16から噴射する水素ガスを、電極4
に設けられた絶縁物層41の外周にそってその端部に向
かって噴射すれば、金属膜が絶縁物層41上に堆積する
ことが防止され、tJi4とシールド層42との短絡が
防止される。
1d is an enlarged view of the electrode 4 of the plasma CVD apparatus according to a modification of the second embodiment shown in FIG. 1c. In order to insulate the electrode 4 and the vacuum vessel l, an insulator layer 41 is provided on the outer surface of the electrode 4, and a shield layer 42 is provided on the outer surface of this insulator layer 41. When the plasma reaction progresses and a metal film is deposited on the tip of the insulator Ji41,
The electrode 4 and the shield layer 42 may be short-circuited. However, the hydrogen gas injected from the gas injection means 16 is
If the metal film is sprayed along the outer periphery of the insulating layer 41 provided on the insulating layer 41 toward the end thereof, a metal film is prevented from being deposited on the insulating layer 41, and a short circuit between tJi4 and the shield layer 42 is prevented. Ru.

第1e図再参照 また、前記の絶縁物層41の先端を、図に示すように、
外方に広がる傘状にし、この部分に気体噴射手段16か
らの水素ガスを吹き付けるようにしてもよい。
Refer again to FIG. 1e. Also, as shown in the figure, the tip of the insulating layer 41 is
It may be shaped like an umbrella that spreads outward, and the hydrogen gas from the gas injection means 16 may be blown onto this portion.

第6図、第7図、第8図参照 第6図は計算機シミュレーションに使用したプラズマC
VD装置の模式図である。ガスが図に矢印で示すように
、電極4から下方に向がって流出し、ガス排気手段3か
ら排出される場合の真空容器1内のガス圧力分布を計算
して求めると、第7図に示す等圧線図が得られる。第7
図は真空容器lの右半分のみを示し、半導体ウェーハ6
が乗せられるサセプタを兼ねる他方の電極5の付近で圧
力勾配が発生していることを示している。このような圧
力勾配があると、プラズマを一定に保つことができなく
なり、堆積される膜のS質や膜厚が不均一となる。これ
に対し、本発明に係る薄膜形成装置を使用すれば、この
圧力の不均一性は改善され、特に第1e図に示す気体噴
射手段を有するプラズマCVD装置を使用し、キャリヤ
ガスとしての水素をもって稀釈されたトリメチルアルミ
ニウムガスを反応ガスとして供給し、100°C以下の
二酸化シリコン基板上にアルミニウムを堆積すると、1
対の電極4と5との間のガス圧力が均一となり、形成さ
れる薄膜は、第8図に示すように、半導体ウェーハの全
領域にわたって膜厚がはソー様となり、誤差範囲は、図
示するようにお−むね±5%以下となり、従来技術の場
合(数%から20%の間にばらつく。)に比して、顕著
に改良されており、実用上、十分許容しうる範囲となる
See Figures 6, 7, and 8. Figure 6 shows the plasma C used in the computer simulation.
It is a schematic diagram of a VD device. Figure 7 shows the gas pressure distribution inside the vacuum vessel 1 when the gas flows downward from the electrode 4 and is exhausted from the gas exhaust means 3 as shown by the arrow in the figure. The isobar diagram shown in is obtained. 7th
The figure shows only the right half of the vacuum container l, and the semiconductor wafer 6
This shows that a pressure gradient is generated near the other electrode 5, which also serves as a susceptor on which is placed. If such a pressure gradient exists, it becomes impossible to keep the plasma constant, and the S quality and thickness of the deposited film become non-uniform. On the other hand, if the thin film forming apparatus according to the present invention is used, this pressure non-uniformity can be improved, and in particular, by using a plasma CVD apparatus having a gas injection means shown in FIG. 1e, and using hydrogen as a carrier gas. When diluted trimethylaluminum gas is supplied as a reaction gas and aluminum is deposited on a silicon dioxide substrate at 100°C or less, 1
The gas pressure between the pair of electrodes 4 and 5 becomes uniform, and the formed thin film has a saw-like thickness over the entire area of the semiconductor wafer, as shown in FIG. 8, and the error range is as shown in the figure. As a result, it is generally less than ±5%, which is a marked improvement compared to the conventional technology (which varies between a few percent and 20%), and is within a sufficiently acceptable range for practical use.

また、再現性も捲めて良好であり、基板中央部において
いくらか厚く、基板周辺部においていくらか薄くなると
云う傾向も一定していることが実験的に確認され、この
±5%の誤差も実用上さしたる支障とはならない。
In addition, the reproducibility is also good, and it has been experimentally confirmed that there is a constant tendency for the board to be somewhat thicker at the center and somewhat thinner at the periphery, and this error of ±5% is not practical. It's not a big hindrance.

また、驚嘆に値することは、上記のようにしてアルミニ
ウム膜が形成された二酸化シリコン基板を水素と窒素と
の混合ガス中で450’Cの温度にお゛いて30分熱処
理すると、比抵抗が7μΩ1と従来技術に比して大幅に
低下することである。この理由は必ずしも明らかではな
いが、リークガスとして浸入する酸素等の量が減少する
からであると思われる。
What is also surprising is that when the silicon dioxide substrate on which the aluminum film was formed as described above was heat-treated for 30 minutes at a temperature of 450'C in a mixed gas of hydrogen and nitrogen, the resistivity decreased to 7 μΩ1. This is a significant decrease compared to the conventional technology. The reason for this is not necessarily clear, but it is thought to be because the amount of oxygen, etc. that enters as leak gas is reduced.

以上、アルミニウム薄膜の形成について述べたが、タン
グステン、モリブデン、これら高融点金属のシリサイド
、ステンレス鋼等の金属膜および二酸化シリコン、窒化
シリコン、酸化窒化シリコン、リン珪酸ガラス等の絶縁
膜の形成に対しても本発明が有効であることは云うまで
もない。
The above has described the formation of aluminum thin films, but it is also important to form metal films such as tungsten, molybdenum, silicides of these high-melting point metals, stainless steel, and insulating films such as silicon dioxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and phosphosilicate glass. Needless to say, the present invention is effective even in this case.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

゛以上説明せるとおり、本発明に係る薄膜形成装置にお
いては、反応ガス供給手段とガス排気手段とを有する真
空容器と、この真空容器の中には1対の電極が設けられ
、この1対の電極の一方はサセプタを構成する薄膜形成
装置において、前記の1対のt橿を囲んで、前記の反応
ガス供給手段の貫通口が延長されて取り付けられている
内殼容器が設けられ、この内殼容器と前記の真空容器と
の間には不活性ガス供給手段が設けられ、前記の内殼容
器に供給される反応ガスの排出口は、細隙を介して前記
の真空容器に連通されるか、または、前記の1対の電極
の一方の周辺から他方の電極の周辺に向かって気体流を
噴射するループ状(リング状または角形ループ状)の気
体噴射手段が設けられることにより、真空容器は内殼容
器または噴射ガスによって反応室と排気室とに2分割さ
れ、酸素、窒素等のリークガスまたは真空容器壁面から
の遊離ガスは、反応室内に流入することなく排気室から
排出されるので、リークガスの悪影響が排除される高速
排気方式の利点と、堆積速度が速い低速排気方式の利点
とが組合わされることになる。すなわち、薄膜形成領域
においては、実質的・には低速排気方式であるから、堆
積される薄膜が酸化・窒化等がなされることがなく、良
質のyi膜が形成される。しかも、真空容器の内壁との
関係では高速排気方式であるから、汚染物質を含むリー
クガスは、従来技術を示す第3図において破線で示すよ
うに、高速の粘性排気流に誘引されて排出され、半導体
ウェーハ上には到達せず、したがって、半導体ウェーハ
上に堆積される薄膜中に酸素等の汚染物質が取り込まれ
ることが少なく、薄膜の比抵抗の上昇等は少なく、堆積
される薄膜の膜質は極めて良質となり、しかも、堆積膜
厚はウェーハの全面にわたって、お\むね均一になる。
゛As explained above, the thin film forming apparatus according to the present invention includes a vacuum vessel having a reaction gas supply means and a gas exhaust means, and a pair of electrodes provided in the vacuum vessel. One of the electrodes constitutes a susceptor in the thin film forming apparatus, in which an inner shell container is provided surrounding the pair of T-shaped rods, to which the through hole of the reaction gas supply means is extended and attached. An inert gas supply means is provided between the shell container and the vacuum container, and an outlet for the reaction gas supplied to the inner shell container is communicated with the vacuum container through a slit. Alternatively, by providing a loop-shaped (ring-shaped or rectangular loop-shaped) gas injection means for injecting a gas flow from the periphery of one of the pair of electrodes to the periphery of the other electrode, the vacuum vessel is divided into a reaction chamber and an exhaust chamber by the inner shell container or injection gas, and leak gas such as oxygen and nitrogen or free gas from the wall of the vacuum chamber is exhausted from the exhaust chamber without flowing into the reaction chamber. The advantages of the high-speed evacuation method, which eliminates the harmful effects of leak gas, and the advantages of the low-speed evacuation method, which provides a high deposition rate, are combined. That is, in the thin film forming region, since a low-speed exhaust system is used, the deposited thin film is not oxidized, nitrided, etc., and a high quality yi film is formed. Moreover, since the high-speed exhaust system is used in relation to the inner wall of the vacuum container, leak gas containing contaminants is attracted to the high-speed viscous exhaust flow and exhausted, as shown by the broken line in FIG. 3 showing the prior art. It does not reach the semiconductor wafer, so contaminants such as oxygen are less likely to be incorporated into the thin film deposited on the semiconductor wafer, and the resistivity of the thin film is less likely to increase, and the quality of the deposited thin film is The quality is extremely high, and the deposited film thickness is generally uniform over the entire surface of the wafer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1a図は、本発明の第1実施例に係る薄膜形成装置の
構成図である。 第1b図は、本発明の第1実施例に係るTRWi形成装
置に半導体ウェーハを搬入・搬出する状態を示す図であ
る。 第1C図は、本発明の第2実施例に係る薄膜形成装置の
構成図である。 第1d図、第1e図は、本発明の第2実施例の改変に係
る薄膜形成装置の電極部の構成図である。 第2図は、従来技術に係る薄膜形成装置の構成図であり
、低速排気方式を説明する図である。 第3図は、従来技術に係る薄膜形成装置の構成図であり
、高速排気方式を説明する図である。 第4回は、排気速度と堆積速度及び導電率との関係を示
す図である。 第5図は、エアーカーテンとして機能する水素ガス流量
と堆積されるアルミニウム膜の比抵抗との関係を示す回
である。 第6図は、シミレーション計算用薄膜形成装置の模式図
である。 第7図は、シミレーション計算による等圧線図である。 第8図は、ウェーハ内各領域に形成された薄膜の膜厚と
比抵抗との分布を示す図である。 反応室、 排気室、 ゲートパルプ、 磁石、 ベロー 気体噴射手段、 絶縁物層、 シールド層。 1 ・ ・ 1 a ・ 1 b ・ 2 ・ ・ 3 ・ ・ 4、5 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ 10・ ・ 真空容器、 ・絶縁性シール材、 ・Oリング、 反応ガス供給手段、 ガス排気手段、 ・・1対の電極、 半導体ウェーハ、 高周波it源、 内殼容器、 不活性ガス供給口、 細隙、
FIG. 1a is a block diagram of a thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1b is a diagram showing a state in which a semiconductor wafer is loaded into and unloaded from the TRWi forming apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1C is a configuration diagram of a thin film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 1d and FIG. 1e are configuration diagrams of an electrode section of a thin film forming apparatus according to a modification of the second embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a thin film forming apparatus according to the prior art, and is a diagram illustrating a low-speed exhaust system. FIG. 3 is a block diagram of a thin film forming apparatus according to the prior art, and is a diagram illustrating a high-speed exhaust system. The fourth is a diagram showing the relationship between exhaust speed, deposition speed, and electrical conductivity. FIG. 5 shows the relationship between the flow rate of hydrogen gas functioning as an air curtain and the resistivity of the deposited aluminum film. FIG. 6 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus for simulation calculation. FIG. 7 is an isobars diagram obtained by simulation calculation. FIG. 8 is a diagram showing the distribution of the film thickness and specific resistance of the thin film formed in each region within the wafer. Reaction chamber, exhaust chamber, gate pulp, magnet, bellows gas injection means, insulator layer, shield layer. 1 ・ ・ 1 a ・ 1 b ・ 2 ・ ・ 3 ・ 4, 5 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ 10 , gas exhaust means, ... a pair of electrodes, semiconductor wafer, high frequency IT source, inner shell container, inert gas supply port, slit,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 [1]反応ガス供給手段(2)とガス排気手段(3)と
を有する真空容器(1)と、 該真空容器(1)の内部に1対の電極(4、5)が設け
られ、該1対の電極(4、5)の一方はサセプタを構成
する薄膜形成装置において、 前記1対の電極(4、5)を囲んで、前記反応ガス供給
手段(2)の貫通口を有する内殼容器(8)が設けられ
、 前記真空容器(1)には不活性ガス供給口(9)が設け
られ、 前記内殻容器(8)内に供給された反応ガスの排出口は
、細隙(10)を介して前記真空容器(1)に連通され
てなる ことを特徴とする薄膜形成装置。 [2]反応ガス供給手段(2)とガス排気手段(3)と
を有する真空容器(1)と、 該真空容器(1)の内部に1対の電極(4、5)が設け
られ、該1対の電極(4、5)の一方はサセプタを構成
する薄膜形成装置において、 前記1対の電極(4、5)の一方の周辺から他方の周辺
に向かって気体流を噴射するループ状の気体噴射手段(
16)が設けられてなる ことを特徴とする薄膜形成装置。
[Claims] [1] A vacuum container (1) having a reaction gas supply means (2) and a gas exhaust means (3), and a pair of electrodes (4, 5) inside the vacuum container (1). ) is provided, and one of the pair of electrodes (4, 5) constitutes a susceptor in the thin film forming apparatus. An inner shell container (8) having a through hole is provided, the vacuum container (1) is provided with an inert gas supply port (9), and the reaction gas supplied into the inner shell container (8) is discharged. A thin film forming apparatus characterized in that the outlet communicates with the vacuum container (1) through a slit (10). [2] A vacuum container (1) having a reaction gas supply means (2) and a gas exhaust means (3), and a pair of electrodes (4, 5) provided inside the vacuum container (1), In the thin film forming apparatus where one of the pair of electrodes (4, 5) constitutes a susceptor, a loop-shaped gas flow is injected from the periphery of one of the pair of electrodes (4, 5) toward the periphery of the other. Gas injection means (
16) A thin film forming apparatus comprising:
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