JPS6235515A - Accumulated film forming method - Google Patents
Accumulated film forming methodInfo
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- JPS6235515A JPS6235515A JP17318085A JP17318085A JPS6235515A JP S6235515 A JPS6235515 A JP S6235515A JP 17318085 A JP17318085 A JP 17318085A JP 17318085 A JP17318085 A JP 17318085A JP S6235515 A JPS6235515 A JP S6235515A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、例えばシリコンおよびゲルマニウム等の半導
体物質を含有する非結晶半・導体と、SiNおよび5i
02などの絶縁体とを支持体上に多層に接層するのに好
適な堆積膜形成方法に関するものである。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to amorphous semiconductors and conductors containing semiconductor materials such as silicon and germanium, and SiN and 5i.
The present invention relates to a method for forming a deposited film suitable for forming multiple layers of an insulator such as 02 on a support.
[従来の技術]
単結病半導体多層膜(各層が十分薄く、量子サイズ効果
が出てくるようなものは、一般に、半導体超格子と呼ば
れる。)を作製する装置としては超高真空を用いた分子
ビーム・エピタキシ法を用いたものが良く知られている
。[Prior technology] An ultra-high vacuum is used as an apparatus for producing a single-cell semiconductor multilayer film (a film in which each layer is thin enough to produce a quantum size effect is generally called a semiconductor superlattice). A method using molecular beam epitaxy is well known.
一方、最近になって非単結晶半導体の分野でも、多層薄
膜が作製されるようになってきたが、この分野では、現
在までにグロー放電法を用いた作製法しか報告されてい
ない(例えば、B、 Abeles
and T、 Tiedje 、 Physical
Review Letters 。On the other hand, recently, multilayer thin films have also begun to be produced in the field of non-single-crystal semiconductors, but to date, only the glow discharge method has been reported in this field (for example, B. Abeles and T. Tiedje, Physical
Review Letters.
Vo151 N9F11) n−t+−ワn01〜
ワn1lR) −[発明が解決しようとする問題点]
上述のようなグロー放電法を用いた装置においては1通
常RF放電を用いるので、放電開始時には電源とのマツ
チング不良により放電が不安定になりやすい、従って、
特に数10人程度の薄膜を作製するときには、膜厚の制
御が極めて困難となる。Vo151 N9F11) nt+-wa n01~
- [Problems to be solved by the invention] In devices using the glow discharge method as described above, 1. Normally, RF discharge is used, so at the start of discharge, the discharge becomes unstable due to poor matching with the power source. easy, therefore
In particular, when a thin film is produced by several dozen people, it is extremely difficult to control the film thickness.
また、放電雰囲気中において薄膜を直接形成するように
なっており、しかも、放電雰囲気中には高いエネルギを
持ったイオン種が多数台まれるので、薄膜を多層形成す
る際に、このイオン種によって薄膜各層間の界面は荒さ
れてしまう。In addition, the thin film is directly formed in the discharge atmosphere, and since there are many ion species with high energy in the discharge atmosphere, when forming multiple layers of thin films, these ion species The interface between each layer of the thin film becomes rough.
このように、従来のグロー放電法では、高品質の非晶質
ないしは多結晶の非単結晶半導体多層薄膜を作製するこ
とは困難である。As described above, it is difficult to produce a high quality amorphous or polycrystalline non-single crystal semiconductor multilayer thin film using the conventional glow discharge method.
[問題点を解決するための手段]
本発明は、上述従来例の欠点を除去するべくなされたも
のであって、反応容器と、反応容器内に原料ガスを導入
するための原料ガス導入手段と、反応容器内に設置され
た支持体上に堆y1膜を形成するように反応容器内の原
料ガスを分解する分解手段と、原料ガス導入手段からの
原料ガスを反応容器に導入する前に加熱する手段とを具
えた堆積膜形成装置を使用し、前記各手段の少なくとも
1つの動作タイミングおよび動作量の少なくとも1つを
(システム制御コントローラを用いて)制御する。[Means for Solving the Problems] The present invention has been made to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional examples, and includes a reaction vessel, a raw material gas introduction means for introducing raw material gas into the reaction vessel, and , a decomposition means for decomposing the raw material gas in the reaction vessel so as to form a deposited film on a support installed in the reaction vessel, and heating the raw material gas from the raw material gas introducing means before introducing it into the reaction vessel. A deposited film forming apparatus is used, and at least one of the operation timing and the amount of operation of at least one of each of the means is controlled (using a system controller).
[実施例]
第1図は本発明にかかる堆積膜形r&装置の一実施例の
構成を示す。[Embodiment] FIG. 1 shows the structure of an embodiment of a deposited film type r& apparatus according to the present invention.
第1図において、lは反応室、2は反応室lにゲートバ
ルブ3を介して連接した前室である。4は反応室1にゲ
ートバルブ5およびバリアプルオリフィス6を介して連
接したプラズマ室である。7はプラズマ室4内でプラズ
マ放電を発生させるためのRFもしくはマイクロ波の放
電用電源である。In FIG. 1, 1 is a reaction chamber, and 2 is a front chamber connected to the reaction chamber 1 via a gate valve 3. 4 is a plasma chamber connected to the reaction chamber 1 via a gate valve 5 and a barrier pull orifice 6. Reference numeral 7 denotes an RF or microwave discharge power source for generating plasma discharge within the plasma chamber 4.
8.9および10はプラズマ室41反応室1および前室
2から各々排気するための排気装とである。排気装置8
は排気管30を介してプラズマ室4に接続され、排気装
置8は排気管31を介して反応室1に接続され、排気装
置lOは排気管12を介して前室2に接続されている。8.9 and 10 are exhaust systems for exhausting air from the plasma chamber 41, reaction chamber 1, and front chamber 2, respectively. Exhaust device 8
is connected to the plasma chamber 4 via an exhaust pipe 30, the exhaust device 8 is connected to the reaction chamber 1 via an exhaust pipe 31, and the exhaust device IO is connected to the front chamber 2 via an exhaust pipe 12.
特に、堆積膜形成時に要求される反応室!内の圧力およ
び反応ガスの流量に応じて排気使方を調整できるように
、排気装置8はターボ分子ポンプあるいは拡散ポンプと
ロータリポンプとの組み合わせが好ましく、排気装置9
はメカニカルブースタポンプとロータリポンプとの組み
合わせが好ましい。In particular, the reaction chamber required when forming a deposited film! The exhaust device 8 is preferably a combination of a turbo molecular pump or a diffusion pump and a rotary pump so that the exhaust usage can be adjusted according to the internal pressure and the flow rate of the reaction gas.
A combination of a mechanical booster pump and a rotary pump is preferred.
13は排気管30に設けられたゲートバルブ、 17は
排気管31に設けられたスロットルバルブ、 15はバ
ルブ17よりも下流側になるように排気管31に設けら
れたストップバルブ、11は連結管であって。13 is a gate valve provided in the exhaust pipe 30, 17 is a throttle valve provided in the exhaust pipe 31, 15 is a stop valve provided in the exhaust pipe 31 downstream of the valve 17, and 11 is a connecting pipe. But.
ゲートバルブ13と排気装置8との間および2つのバル
ブ15.17間において、2つの排気管30および31
を連通する。14は連結管11に設けられたストップバ
ルブ、16は排気管12に設けられたストップバルブで
ある。Two exhaust pipes 30 and 31 are installed between the gate valve 13 and the exhaust device 8 and between the two valves 15 and 17.
communicate. 14 is a stop valve provided in the connecting pipe 11, and 16 is a stop valve provided in the exhaust pipe 12.
32は原料ガスの供給源であって、ここからの原料ガス
は供給管8および分岐管33を介してプラズマ室4に供
給され、また供給管18および分岐管34を介して反応
室1に供給される。21は供給管18の途中に取付けた
ヒータであって、ガス供給源32からの原料ガスを例え
ば予め設定した温度に加熱する。また21はハロゲンラ
ンプのような赤外域の光で加熱しても良く、温度は熱電
対あるいはCAR9(Coherent Anti−9
takes Raman 5pectroscapy)
法等を用いて測定される。 19および20は分岐管3
3および34の途中に各々設けたス)−/プバルブであ
る。Reference numeral 32 denotes a supply source of raw material gas, and the raw material gas from here is supplied to the plasma chamber 4 via the supply pipe 8 and the branch pipe 33, and is also supplied to the reaction chamber 1 via the supply pipe 18 and the branch pipe 34. be done. Reference numeral 21 denotes a heater installed in the middle of the supply pipe 18, which heats the raw material gas from the gas supply source 32 to, for example, a preset temperature. In addition, 21 may be heated with infrared light such as a halogen lamp, and the temperature can be measured using a thermocouple or CAR9 (Coherent Anti-9
takes Raman 5pectroscapy)
It is measured using methods such as 19 and 20 are branch pipes 3
3 and 34, respectively.
22は反応室1に導入された反応ガスを光分解するため
の光源であり、反応室lに具えられた窓からその中に光
を入射する。光源22としては、具体的には、例えば、
低圧水銀灯、Xeランプ、Xe−Hgランプ、エキシマ
レーザ、アルゴンレーザ、 Nd−YAGレーザおよび
C02レーザなどがある。Reference numeral 22 denotes a light source for photodecomposing the reaction gas introduced into the reaction chamber 1, into which light enters through a window provided in the reaction chamber 1. Specifically, as the light source 22, for example,
Examples include low-pressure mercury lamps, Xe lamps, Xe-Hg lamps, excimer lasers, argon lasers, Nd-YAG lasers, and C02 lasers.
35はプラズマを発生させるための反応ガスの供給源で
あって、ここからの反応ガスは供給管24を介してプラ
ズマ室4に供給される。供給管24の途中にはストップ
バルブ25が取付けられている。23は油圧などによっ
て駆動される基板搬送機構であって、前室2と反応室1
との間において基板を搬送する。35 is a supply source of a reactive gas for generating plasma, and the reactive gas from here is supplied to the plasma chamber 4 via the supply pipe 24. A stop valve 25 is installed in the middle of the supply pipe 24. 23 is a substrate transport mechanism driven by hydraulic pressure, etc., which connects the front chamber 2 and the reaction chamber 1.
The substrate is transported between the two.
35.38および37は真空計であって、プラズマ室4
、反応室1および前室2内の真空度を各々計測する。35, 38 and 37 are vacuum gauges, and plasma chamber 4
, the degree of vacuum in the reaction chamber 1 and the front chamber 2 is measured.
38は反応室l内の原料濃度を測定するための質敬分析
計、100は反応室lに供給される原料ガスの温度を測
定する温度計である。 101は薄膜を堆積する支持体
の温度を測定する温度計であって、具体的には、反応室
l内に配置された支持体ホルダ(図示せず)に取付けた
熱電対から構成される(これは、例えば、支持体ホルダ
の温度を測定することによってこれに支持した支持体の
温度を推定することもできる) 、 +02は支持体上
に堆積された薄膜の厚さを測定するための膜厚計であっ
て、A体内には、例えばエリプソメータ等からなる。38 is a quality analyzer for measuring the raw material concentration in the reaction chamber l, and 100 is a thermometer for measuring the temperature of the raw material gas supplied to the reaction chamber l. Reference numeral 101 denotes a thermometer for measuring the temperature of the support on which the thin film is deposited, and is specifically composed of a thermocouple attached to a support holder (not shown) placed in the reaction chamber l. For example, by measuring the temperature of the support holder it is also possible to estimate the temperature of the support supported on it), +02 is a membrane for measuring the thickness of the thin film deposited on the support. It is a thickness gauge, and is comprised of, for example, an ellipsometer or the like inside the body A.
第2図は原料ガスを反応室1に供給するためのガス供給
源を示す。FIG. 2 shows a gas supply source for supplying raw material gas to the reaction chamber 1. As shown in FIG.
第2図において、40はパージ用ガス(N2)。In FIG. 2, 40 is a purge gas (N2).
41〜4日は原料ガス(例えば、SiH4、Si2H6
。For days 41 to 4, raw material gas (e.g. SiH4, Si2H6
.
8786 、 PH3、CHa 、 CFaおよびNH
3など)源である。各ガス源41〜48からのガスは6
管71〜7Bを介し、さらに当該各管71〜78に設け
た各三方弁81〜88.流量制御および流量計測可能な
各マスフローコントローラ51〜5Bおよび各三方弁6
1〜B8を介して木管79に供給され、この本管78に
おいて適宜混合され、供給管18に供給される。8786, PH3, CHa, CFa and NH
3 etc.) is the source. Gas from each gas source 41-48 is 6
Via the pipes 71-7B, each of the three-way valves 81-88. Each mass flow controller 51 to 5B and each three-way valve 6 capable of flow rate control and flow measurement
1 to B8 to the wood pipe 79, mixed appropriately in this main pipe 78, and supplied to the supply pipe 18.
一方、−パージ用ガス源40からのガスは、管70およ
び三方弁81〜88を介して管71〜78に供給され、
6管71〜78および木管78を適宜パージする。6弁
61〜88.81〜88 、91〜98および各マスプ
ローコントローラ51〜58は後述するシステム制御コ
ントローラによって制御されている。On the other hand, gas from the purge gas source 40 is supplied to the pipes 71 to 78 via the pipe 70 and the three-way valves 81 to 88,
6 pipes 71 to 78 and wood pipe 78 are purged as appropriate. The six valves 61-88, 81-88, 91-98 and each mass blower controller 51-58 are controlled by a system control controller to be described later.
第3図はシステム制御コントローラによる制御の種類と
制御のための入力情報を示す概念図である0図示される
ように、原料ガスの反応室内濃度、原料ガスの流量、各
室内の真空度、堆積膜の膜厚、支持体(基板)温度、ガ
ス温度などの入力情報(0定値)に基づいてシステム制
御コントローラによってバルブ開閉シーケンス制御、ガ
ス圧制御、ガス流量制御、光源/プラズマ制御、温度制
御(基板/ガス)を行う。Figure 3 is a conceptual diagram showing the type of control by the system controller and the input information for control. Based on input information (zero constant value) such as film thickness, support (substrate) temperature, and gas temperature, the system controller performs valve opening/closing sequence control, gas pressure control, gas flow rate control, light source/plasma control, and temperature control ( substrate/gas).
第4図はシステム制御コントローラの一構成例を示す、
第7図、第8図、第8図に示すようなシステム全体の動
作の手順は予め外部記憶装置としてのフロッピーディス
クドライバ103に記憶されており、これがCPU 1
04内の内部メモリーに読みこまれる。105はCPU
104からの指令により各バルブを駆動するドライバ
、106はマスフローコントローラインターフェイス、
111〜118はインターフェイス10Bを介してCP
U 104からの指令を受けて各マス70−コントロー
ラを制御する制御ユニットである。なお、各マスフロー
コントローラ51〜5日内の流量検出手段からの、各管
71〜78内を流れるガスの流量の測定値は、各ユニッ
ト111〜118およびインター7−イスIoFIか春
りで(:PU 104 ニ入力さレル。FIG. 4 shows an example of the configuration of the system control controller.
The operational procedures of the entire system as shown in FIGS. 7, 8, and 8 are stored in advance in the floppy disk driver 103 as an external storage device,
04's internal memory. 105 is CPU
A driver that drives each valve according to commands from 104, 106 a mass flow controller interface,
111 to 118 are connected to the CP via the interface 10B.
It is a control unit that receives commands from U 104 and controls each mass 70-controller. In addition, the measured value of the flow rate of gas flowing in each pipe 71 to 78 from the flow rate detection means of each mass flow controller 51 to 5 days is determined by each unit 111 to 118 and the inter 7-chair IoFI or spring (:PU 104 Two inputs.
107は光源制御インターフェイスであって、これを介
してのCPU 104からの指令に基づいて光源22が
制御される。108はプラズマ制御インターフェイスで
あって、これを介してのCPIJ 104からの指令に
基づいて電s7が制御される。 109は支持体ホルダ
に設けた抵抗ヒータまたはIR光源からなる温度制御装
置であって、CPU104からの指令に基づいて支持体
(基板)の温度および原料ガスの加熱度、すなわちヒー
タ21に送る電力値を制御する。ヒータ21も同様にC
PU 104によって制御される。各要素の接続は例え
ばIEEE 488バスによって行われる。Reference numeral 107 denotes a light source control interface, through which the light source 22 is controlled based on commands from the CPU 104. Reference numeral 108 is a plasma control interface, through which the electricity s7 is controlled based on commands from the CPIJ 104. Reference numeral 109 denotes a temperature control device consisting of a resistance heater or an IR light source provided on the support holder, and controls the temperature of the support (substrate) and the degree of heating of the raw material gas, that is, the electric power value sent to the heater 21, based on commands from the CPU 104. control. The heater 21 is also C
Controlled by PU 104. Connection of each element is performed by, for example, an IEEE 488 bus.
以上のような構成において、まず光分解法を用いた単層
膜の堆積について第7図を参照して説明する。In the above structure, deposition of a single layer film using a photolysis method will first be described with reference to FIG.
まず、ステップStにおいて、反応室1内およびプラズ
マ室4内を真空にする。これは、次のようにして行う、
ストップバルブ19,20.25および15゜ゲートバ
ルブ3を閉じ、ストップバルブ14.スコツトルバルブ
1フ、ゲートバルブ6および13.バリアプルオリフィ
ス5を開き、排気装置8によって、反応室1内およびプ
ラズマ室4内を1O−Torr程度の真空度にする。な
お、このとき、反応室l内をヒータによってベーキング
してもよい。First, in step St, the inside of the reaction chamber 1 and the inside of the plasma chamber 4 are evacuated. This is done as follows,
Close stop valves 19, 20.25 and 15° gate valve 3, and close stop valve 14. Scottle valve 1f, gate valve 6 and 13. The barrier pull orifice 5 is opened, and the inside of the reaction chamber 1 and the inside of the plasma chamber 4 are brought to a degree of vacuum of about 1 O-Torr by the exhaust device 8. Note that at this time, the inside of the reaction chamber 1 may be baked using a heater.
次にステップS2において支持体としての基板を反応室
1内に七−2トする。すなわち、まず、前室2上部の蓋
を開けて、大気圧下の前室2内において、基板搬送機構
23上に基板を載置し、ついで前室2」二部の蓋を閉じ
、ストップバルブ1Bを開けて排気装置10によって前
室2内を10−7〜10”Torr程度の真空度にする
。ついでゲートバルブ3を開けて、基板搬送機構23に
よって基板を前室2から反応室1内に搬送し、同室i内
の基板ホルダ上に8、置し、再び基板搬送機構23を前
室2内に戻し、ゲートバルブ3を閉じる。Next, in step S2, a substrate serving as a support is placed into the reaction chamber 1. That is, first, open the top lid of the front chamber 2, place the substrate on the substrate transfer mechanism 23 in the front chamber 2 under atmospheric pressure, then close the lid of the second part of the front chamber 2, and close the stop valve. 1B and the exhaust device 10 makes the inside of the front chamber 2 a vacuum of about 10-7 to 10" Torr. Next, the gate valve 3 is opened and the substrate is transferred from the front chamber 2 into the reaction chamber 1 by the substrate transfer mechanism 23. 8, and placed on the substrate holder in the same room i, then return the substrate transport mechanism 23 to the front chamber 2, and close the gate valve 3.
次にステップS3において反応室l内の基板を所定温度
に加熱する。なお、基板温度は通常100〜500℃、
好ましくは200〜400℃に設定する(温度計101
の測定値を参照して温度制御する)。Next, in step S3, the substrate in the reaction chamber 1 is heated to a predetermined temperature. Note that the substrate temperature is usually 100 to 500°C,
Preferably set at 200 to 400°C (thermometer 101
temperature control by referring to measured values).
次にステップS4において、反応室1内に原料ガスを供
給する。すなわち、スト’−/プバルブ20を開けて、
必要とする少なくとも一種類の原料ガスをガス供給源3
2から反応室1内に供給する。この際、ガス種の選択お
よびガス流量はガス供給源32における該当するバルブ
の制御ならびに該りするマスフローコントローラの制御
および流量検出値を参照することによって行うことがで
き、また、ガス温度は必要に応じて温度計100の測定
値を参照して、ヒータ21を制御することによって行う
ことができる。但し、ガス温度はガスの分解温度以下に
制御されている。Next, in step S4, raw material gas is supplied into the reaction chamber 1. That is, by opening the stop valve 20,
A gas supply source 3 supplies at least one type of required raw material gas.
2 into the reaction chamber 1. At this time, the selection of the gas type and the gas flow rate can be performed by controlling the relevant valve in the gas supply source 32, controlling the relevant mass flow controller, and referring to the flow rate detection value, and the gas temperature can be determined as necessary. This can be done by controlling the heater 21 with reference to the measured value of the thermometer 100 accordingly. However, the gas temperature is controlled below the decomposition temperature of the gas.
次にステップS5において、反応室l内に供給される原
料ガスの流量(または圧力)が定常状y島に達したかを
判断し、達した時点でステップ38にすすんで、光源2
2を動作させ、所定強度の光を反応室1内に照射して、
反応室1内の反応ガスを光分解する。このとき、反応室
1は排気装置8または8によって排気されているので、
反応室l内の圧力は、原料ガスの供給量と排気量との差
に保たれる。Next, in step S5, it is determined whether the flow rate (or pressure) of the raw material gas supplied into the reaction chamber 1 has reached the steady state y island.
2 and irradiates light of a predetermined intensity into the reaction chamber 1,
The reaction gas in the reaction chamber 1 is photodecomposed. At this time, since the reaction chamber 1 is evacuated by the exhaust device 8 or 8,
The pressure inside the reaction chamber 1 is maintained at the difference between the supply amount and the exhaust amount of the raw material gas.
次にステップS7において、光照射が所定時間性われた
か否かを判断し、所定時間終了したときに、ステップS
8にすすんで光照射を止め、ついでステップS9におい
て反応室1内への原料ガス供給を停止する。この一連の
動作を図示すると第5図のようになる。光照射によって
分解され、基板Eに堆積する薄膜の膜厚はガスの種類、
ガス流量、ガス圧力、基板温度、光源の種類、光強度お
よび光照射時間に依存し、経験的に知られる量であるの
で、それらのパラメータを予めシステム制御コントロー
ラのCPU内のメモリに入力しておくことによって、所
望の膜厚のB!Iを作成することができる。特に薄膜堆
積量が光照射時間にほぼ比例するので、他の条件を変え
ずに光照射時間を変えることによって、数10人程度の
薄い膜でも制御性良く基板上に堆積させることができる
。Next, in step S7, it is determined whether the light irradiation has been continued for a predetermined period of time, and when the predetermined period of time has ended, step S
8, the light irradiation is stopped, and then, in step S9, the supply of raw material gas into the reaction chamber 1 is stopped. This series of operations is illustrated in FIG. 5. The thickness of the thin film that is decomposed by light irradiation and deposited on the substrate E depends on the type of gas,
Since these parameters depend on the gas flow rate, gas pressure, substrate temperature, type of light source, light intensity, and light irradiation time and are known empirically, these parameters must be entered in advance into the memory in the system controller's CPU. By setting the desired film thickness B! I can be created. In particular, since the amount of thin film deposited is approximately proportional to the light irradiation time, by changing the light irradiation time without changing other conditions, even a film as thin as several tens of layers can be deposited on a substrate with good controllability.
次にステップSIOにおいて薄膜堆積後の基板をとり出
す、すなわち、反応室1内を再び10=Torr〜10
″′fITarr程度の真空度にし、その後ゲートバル
ブ3を開けて基板搬送機構23により基板を前室2に戻
し、ゲートバルブ3を閉じ、この後、前室2を大気圧に
もどして、堆積膜のついた基板をとり出す。Next, in step SIO, the substrate after thin film deposition is taken out, that is, the inside of the reaction chamber 1 is again heated to 10=Torr~10 Torr.
The vacuum level is set to approximately fITarr, then the gate valve 3 is opened and the substrate is returned to the front chamber 2 by the substrate transfer mechanism 23, the gate valve 3 is closed, and the front chamber 2 is returned to atmospheric pressure to remove the deposited film. Take out the board with the mark on it.
次に第8図を参照して基板上に非結晶半導体多層膜を堆
積する手順について述べる。ここでは、例として水素化
アモルファスシリコンと水素化アモルファス窒化シリコ
ンとを交互に基板に積層する場合を考える。量子サイズ
効果を実現させるために、それぞれの層の厚さを20人
にするものとし、各50層ずつ計100層積層するもの
とし、基板はシリコンウェハーを用いるものとする。Next, a procedure for depositing an amorphous semiconductor multilayer film on a substrate will be described with reference to FIG. Here, as an example, a case will be considered in which hydrogenated amorphous silicon and hydrogenated amorphous silicon nitride are alternately stacked on a substrate. In order to realize the quantum size effect, it is assumed that each layer has a thickness of 20 layers, a total of 100 layers of 50 layers each are laminated, and a silicon wafer is used as the substrate.
第8図に示すように、基板を反応室l内の所定の位置に
置き、加熱する過程(ステップS21〜523)は上述
と同様である。As shown in FIG. 8, the process of placing the substrate at a predetermined position in the reaction chamber 1 and heating it (steps S21 to S523) is the same as described above.
次にステップS24において、反応室1内に原料ガスを
供給する。使用する原料ガスはジシラン(5i2H6)
、およびアンモニア(NH3)の2種類である、ガス
温度は100〜200℃とする。なお、原料ガスの制御
を第8図に従って説明する。まず、5i7H6、および
NO3をそれぞれのラインの最下流の三方弁の開閉によ
ってベントライン90からガス供給管18側に流れるよ
うにして、これらを混合させてゆく、このとき、ガスの
混合比はそれぞれのラインのマスフローコントローラに
よって流量を制御することによって可変とすることがで
きる。ここでは、例えば5i7H6を0.5SCCM
、 N1(3を5O3CG>!f!、すものとする。Next, in step S24, raw material gas is supplied into the reaction chamber 1. The raw material gas used is disilane (5i2H6)
, and ammonia (NH3), and the gas temperature is 100 to 200°C. Note that control of the raw material gas will be explained with reference to FIG. First, 5i7H6 and NO3 are mixed by opening and closing the three-way valve at the most downstream side of each line to flow from the vent line 90 to the gas supply pipe 18 side. At this time, the gas mixture ratio is The flow rate can be made variable by controlling the flow rate by a mass flow controller in the line. Here, for example, 5i7H6 is 0.5SCCM
, N1(3 is 5O3CG>!f!).
次にステップS25において1反応室l内に供給される
原料ガスのfJi、量が定常状態に達したかを判断し、
達した時点でステップ32Gにすすんで光源、例えば低
圧水銀灯の光を反応室!内に11時間だけ照射し、ステ
ップS27において基板上に20人の水素化アモスファ
ス窒化シリコンが堆積したかを膜厚計の測定値に基づい
て判断する。 20人堆積したならば、ステップ928
にすすみ、NH3のラインの最下流の三方弁をベントラ
イン90′の方に変更して原料ガス(Si2H6)の中
にNH3が流れこまないようにする0次にステップS2
9において、SiよH6を60SCG踵流し、ステップ
S30においてM料ガス渣量が定常状態に達したかを判
断し、達していれば、ステップ531にすすんで、光源
光をt2時間照射し、ステップS32にすすんで、基板
上に20人の水素化アモルファスシリコンが堆積したか
を判断する(上記の1..17の値は、予め単層膜を作
製しておき、その光照射時間と堆積した膜厚とから比例
計算によって求めることができる)。Next, in step S25, it is determined whether the amount fJi of the raw material gas supplied into one reaction chamber l has reached a steady state,
When this is reached, proceed to step 32G and apply light from a light source, such as a low-pressure mercury lamp, to the reaction chamber! The irradiation is carried out for 11 hours during the irradiation, and in step S27 it is determined whether 20 hydrogenated amorphous silicon nitrides have been deposited on the substrate based on the measured value of the film thickness meter. If 20 people have been deposited, step 928
Next, in step S2, the most downstream three-way valve of the NH3 line is changed to the vent line 90' to prevent NH3 from flowing into the raw material gas (Si2H6).
In step 9, 60 SCG of Si and H6 is flowed, and in step S30, it is determined whether the M gas residue amount has reached a steady state. If it has reached a steady state, the process proceeds to step 531, where the light source light is irradiated for t2 hours, and step Proceed to S32 and judge whether 20 hydrogenated amorphous silicon has been deposited on the substrate (the values 1..17 above are determined by preparing a single layer film in advance and determining the light irradiation time and the deposited amount). (It can be determined by proportional calculation from the film thickness).
20人に達したならば、ステップS33にすすみ、薄膜
積層数が100かを判断する。100であればステップ
S34にすすみ、 100でなければステップS24に
戻り、20人の水素化アモスファス窒化シリコンを堆積
させ、さらにその上に20人の水素化アモスファスシリ
コンを堆積させる。If the number reaches 20, the process advances to step S33, and it is determined whether the number of thin film layers is 100. If it is 100, the process proceeds to step S34, and if it is not 100, the process returns to step S24, where 20 pieces of hydrogenated amorphous silicon nitride are deposited, and further 20 pieces of hydrogenated amorphous silicon are deposited thereon.
そして、ステップS33において薄膜積層数が100に
達したならば、ステップS34にすすんで反応室1内へ
の原料ガスの供給を停止する0次にステップS35にす
すん〒、前述と同様にして、薄膜堆積後の基板をとり出
す(第6図参照)。If the number of thin film stacks reaches 100 in step S33, the process proceeds to step S34 to stop the supply of raw material gas into the reaction chamber 1.Then, the process proceeds to step S35. The substrate after deposition is taken out (see Figure 6).
以上のように、基板上に所望の非結晶半導体多層膜を自
動的に作製することができる。As described above, a desired amorphous semiconductor multilayer film can be automatically formed on a substrate.
本発明の#長の一つは、流量コントロール、ガス混合、
温度TAtr1および上記の一連の操作をすべてシステ
ム制御コントローラによって自動的に行う点にあり、多
層膜の各層の厚さも正確に制御できることである。One of the major features of the present invention is flow control, gas mixing,
The temperature TAtr1 and the above series of operations are all automatically performed by the system controller, and the thickness of each layer of the multilayer film can also be accurately controlled.
ここでは、例として水素化アモルファスシリコンおよび
水素化アモルファス窒化シリコンを用いた多層膜の作製
をあげたが、さらに多種類のガスを用いる場合、3種類
以上の異なる堆積膜を積層する場合あるいは非結晶半導
体、絶縁体および金属からなる多層膜を作製する場合の
手順も上記同様であって、本発明は堆積する膜の種類を
問わない。Here, we have given examples of the production of multilayer films using hydrogenated amorphous silicon and hydrogenated amorphous silicon nitride, but there are also cases where multiple types of gases are used, three or more different deposited films are stacked, or amorphous The procedure for producing a multilayer film consisting of a semiconductor, an insulator, and a metal is the same as above, and the present invention does not care about the type of film to be deposited.
次に、第8図を参照して、光分解ではなく、プラズマ室
4内で発生させたラジカル種を用いて、晶半導体fj咬
を堆積させる手順について述べる。Next, with reference to FIG. 8, a procedure for depositing a crystalline semiconductor fj layer using radical species generated in the plasma chamber 4 instead of photolysis will be described.
基板を反応室l内に定置し、堆積させる膜に応じて適当
な混合比を持った原料ガスを反応室1内に供給し、反応
室1内に供給されるガスが定常状態に達したかを判断す
る工程(ステップ341〜545)は前述と同様である
。Place the substrate in the reaction chamber 1, supply raw material gas into the reaction chamber 1 at an appropriate mixing ratio depending on the film to be deposited, and check whether the gas supplied into the reaction chamber 1 has reached a steady state. The process of determining (steps 341 to 545) is the same as described above.
ステップS45において反応室1内に供給される原料ガ
スが定常状態に達したならば、ステップS48にすすん
でプラズマ室4内で発生したラジカル種をゲートバルブ
5およびバリアプルオリフィス6を通して反応室!内に
拡散させる。なお、プラズマ室4内においてプラズマを
発生させるには、プラズマ室4に、例えばAr、H2、
CF、などの反応ガスを、ガス供給管24を通して送り
こみ、プラズマ室4内にRFまたはマイクロ波の電源7
かもパワーを供給し、プラズマ室4内で放電させる。When the raw material gas supplied into the reaction chamber 1 reaches a steady state in step S45, the process proceeds to step S48, where the radical species generated in the plasma chamber 4 are passed through the gate valve 5 and the barrier pull orifice 6 to the reaction chamber! diffuse within. Note that in order to generate plasma in the plasma chamber 4, for example, Ar, H2,
A reactive gas such as CF is sent through the gas supply pipe 24, and an RF or microwave power source 7 is supplied into the plasma chamber 4.
Power is supplied to cause discharge within the plasma chamber 4.
これによってプラズマ室番内で発生した長寿命のラジカ
ル種をゲートバルブ5およびバリアプルオリフィス6を
通し丁反広宕lに歓訃潔ぜスr〉ができる、この際、イ
オン種はプラズマ室4内の放電極に吸引され、したがっ
て、中性のラジカル種のみをとり出すことができる。そ
して、反応室1内にガス供給管18から供給された原料
ガスはラジカル種の持つエネルギで分解され、基板上に
堆積される。イオン種でなく、ラジカル種によって原料
ガスを分解するので、堆積膜の表面を荒らすことがない
、ラジカル種の流れはゲートバルブ5およびバリアプル
オリフィスBを用いて調節する。As a result, the long-lived radical species generated in the plasma chamber are purified through the gate valve 5 and the barrier pull orifice 6. At this time, the ion species are Therefore, only neutral radical species can be extracted. Then, the raw material gas supplied into the reaction chamber 1 from the gas supply pipe 18 is decomposed by the energy of the radical species and deposited on the substrate. Since the source gas is decomposed by radical species rather than ionic species, the flow of the radical species is regulated using the gate valve 5 and the barrier pull orifice B, which does not roughen the surface of the deposited film.
次にステップS47において基板上に所定厚の堆W1膜
が形成されたかを判断する。所定厚に堆積膜が形成され
たときは、ステップ548において反応室l内への原料
ガスおよびラジカル種の供給を停止トし、ステップS4
9にすすんで、前記同様に基板をとり出す。Next, in step S47, it is determined whether the W1 film of a predetermined thickness has been formed on the substrate. When the deposited film has been formed to a predetermined thickness, the supply of raw material gas and radical species into the reaction chamber 1 is stopped in step 548, and step S4
Proceed to step 9 and take out the substrate in the same manner as above.
なお、前述の光源光とプラズマ室4内の放電とを併用す
ることもできる。Note that the above-described light source light and the discharge in the plasma chamber 4 can also be used together.
前記実施例中、光分解によって基板上に堆積膜を作成す
る際に、原料ガスを直接、反応室lに供給するのでなく
、ストップバルブ18.プラズマ室4、ゲートバルブ5
.バリアプルオリフィス6を通して供給することにより
、当該原料ガスの流れを層流にして均一なものにするこ
ともできる。In the above embodiment, when forming a deposited film on a substrate by photolysis, the source gas is not directly supplied to the reaction chamber l, but instead of being supplied with a stop valve 18. Plasma chamber 4, gate valve 5
.. By supplying the raw material gas through the barrier pull orifice 6, the flow of the raw material gas can also be made uniform by making it a laminar flow.
また、反応室lの光入射窓上にも膜が堆積して、光の透
過率を下げるようなことがあっても、そのような場合に
は、プラズマ室4内でエツチング性の反応ガスを放電さ
せることにより、放電生成物をゲートバルブ5およびへ
リアプルオリフィスを通して反応室lに流入させて、窓
の内面をエツチングすることも可能であるし、また、反
応室!内に直接、エツチング性のガスを導入し、光源2
2を用いた光エツチング反応を起こさせて窓の内面をエ
ツチングすることもir崩である。In addition, even if a film is deposited on the light entrance window of the reaction chamber 1, reducing the light transmittance, in such a case, the etching reaction gas should be replaced in the plasma chamber 4. By discharging, it is also possible to cause the discharge product to flow into the reaction chamber l through the gate valve 5 and the heliapul orifice to etch the inner surface of the window, and also to etch the inner surface of the window! Etching gas is introduced directly into the light source 2.
Etching the inner surface of the window by causing a photo-etching reaction using 2 is also an irradiation technique.
[発11の効果]
以上説明したように、本発明によれば、支持体上に非結
品半導体多層薄膜を作成するに際して、原料ガスをグロ
ー放電中で分解するのでなく、光分解することまたはグ
ロー放電からとり出したラジカル種を用いて分解するこ
とによって、多層膜の各層間の界面を荒らすことなく高
品質の膜を得ることができる。また、原料ガスをあらか
じめ加熱することにより、効率良く原料ガスを分解でき
るようになった。[Effects of Emission 11] As explained above, according to the present invention, when creating a non-condensed semiconductor multilayer thin film on a support, the raw material gas is not decomposed in a glow discharge but is photodecomposed or By decomposing it using radical species extracted from glow discharge, a high-quality film can be obtained without damaging the interface between each layer of the multilayer film. Furthermore, by heating the raw material gas in advance, it has become possible to decompose the raw material gas efficiently.
第1図は本発明にかかる堆積膜形成装置の一実施例の構
成を示す図、
第2図は原料ガスの供給源の構成を示す図、第3図はシ
ステム制御コントローラによる制御の種類と制御のため
の入力情報とを示す概念図、
第4図はシステム制御コントローラの一構成例を示す図
。
第5図および第8図は原料ガスの供給と光照射との関係
を示す図、
第7図、第8図および第8図は本発明による膜堆積手順
の例を示す図である。
1・・・反応室、
2・・・前室、
3.5.13・・・ゲートバルブ、
4・・・プラズマ室、
6・・・バリアプルオリフィス、
7・・・RFii源またはマイクロ波電源、8.9.t
o・・・排気装置。
11.12・・・排気管、
14.15.18.25・・・ストップバルブ、17…
スロー、トルバルブ、
18.24・・・反応ガス供給管。
19.20・・・ストップバルブ、
32.35・・・ガス供給源。
21・・・ヒータ。
22・・・光源、
23・・・基板搬送機構、
32.35・・・ガス供給源、
3B、37.38・・・真空計、
38・・・質量分析計、
100.101・・・温度計、
102・・・膜厚計。
−gr3閂
第5図
□B5開
第6図Fig. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the deposited film forming apparatus according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the configuration of the raw material gas supply source, and Fig. 3 is a diagram showing the types of control and control by the system controller. FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the system control controller. 5 and 8 are diagrams showing the relationship between supply of source gas and light irradiation, and FIGS. 7, 8, and 8 are diagrams showing an example of a film deposition procedure according to the present invention. 1... Reaction chamber, 2... Front chamber, 3.5.13... Gate valve, 4... Plasma chamber, 6... Barrier pull orifice, 7... RFii source or microwave power source , 8.9. t
o...Exhaust device. 11.12...Exhaust pipe, 14.15.18.25...Stop valve, 17...
Slow, Tor valve, 18.24...Reaction gas supply pipe. 19.20...stop valve, 32.35...gas supply source. 21... Heater. 22... Light source, 23... Substrate transport mechanism, 32.35... Gas supply source, 3B, 37.38... Vacuum gauge, 38... Mass spectrometer, 100.101... Temperature Total, 102...Film thickness meter. -gr3 bar Fig. 5 □B5 opening Fig. 6
Claims (1)
手段と、 前記反応容器内に設置された支持体上に堆積膜を形成す
るように当該反応容器内の原料ガスを分解する分解手段
と、 前記原料ガス導入手段からの原料ガスを前記反応容器に
導入する前に加熱する手段とを具えたこ堆積膜形成装置
を使用し、 前記原料ガス導入手段、前記分解手段および前記原料ガ
スの加熱手段の少なくとも1つの動作タイミングおよび
動作量の少なくとも1つを予め設定されたプログラムに
より制御することを特徴とする堆積膜形成方法。[Scope of Claims] A reaction vessel; a source gas introducing means for introducing a source gas into the reaction vessel; a decomposition means for decomposing the raw material gas in the reactor, and a means for heating the raw material gas from the raw material gas introducing means before introducing it into the reaction vessel, the raw material gas introducing means; A method for forming a deposited film, characterized in that at least one of an operation timing and an operation amount of at least one of the decomposition means and the source gas heating means is controlled by a preset program.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17318085A JPS6235515A (en) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Accumulated film forming method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17318085A JPS6235515A (en) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Accumulated film forming method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6235515A true JPS6235515A (en) | 1987-02-16 |
Family
ID=15955570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17318085A Pending JPS6235515A (en) | 1985-08-08 | 1985-08-08 | Accumulated film forming method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6235515A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7992318B2 (en) * | 2007-01-22 | 2011-08-09 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
-
1985
- 1985-08-08 JP JP17318085A patent/JPS6235515A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7992318B2 (en) * | 2007-01-22 | 2011-08-09 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
| US8186077B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-05-29 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
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