JP4773469B2

JP4773469B2 - Thin film forming apparatus and thin film forming method

Info

Publication number: JP4773469B2
Application number: JP2008030334A
Authority: JP
Inventors: 貴一山田; 正紀植松; 健増田; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2008133545A

Description

本発明は、薄膜形成装置、特に、ＣＶＤ（Chemical Vaper Dipsition）装置及び薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to a thin film forming apparatus, and more particularly to a CVD (Chemical Vapor Dipsition) apparatus and a thin film forming method.

ＣＶＤ装置は、シリコンウェハーなどの基板上に所定の薄膜を形成するのに利用される。該ＣＶＤ装置は真空排気手段を設けた真空チャンバを有する。該真空チャンバ内部には基板が載置されるステージが配設されている。該ステージに対向して真空チャンバの上部にはガスヘッドが配設されている。該ガスヘッドにはガス混合器が付設され、該ガス混合器にはガス配管を介して反応ガスと原料ガスとが供給される。 The CVD apparatus is used to form a predetermined thin film on a substrate such as a silicon wafer. The CVD apparatus has a vacuum chamber provided with a vacuum exhaust means. A stage on which the substrate is placed is disposed inside the vacuum chamber. A gas head is disposed above the vacuum chamber so as to face the stage. A gas mixer is attached to the gas head, and a reaction gas and a raw material gas are supplied to the gas mixer via a gas pipe.

そして、成膜時に、所定の混合比に混合した反応ガスと原料ガスとから構成される混合ガスを、ガスヘッドを介して所定の真空度に保持されたチャンバ内部に導入し、気相化学反応させて基板上に所定の薄膜を生成させる。また、プロセスに寄与しない混合ガス等を含む排ガスは真空排気手段により外部に排出される。 Then, during film formation, a mixed gas composed of a reaction gas mixed with a predetermined mixing ratio and a raw material gas is introduced into a chamber maintained at a predetermined degree of vacuum via a gas head, and a gas phase chemical reaction is performed. Thus, a predetermined thin film is formed on the substrate. Further, exhaust gas containing a mixed gas that does not contribute to the process is discharged to the outside by a vacuum exhaust means.

この場合、基板上の薄膜の膜厚分布及び組成分布を均一にすると共に、その再現性を高めるには、真空チャンバ内での混合ガスの流れを均一にする必要がある。また、真空チャンバ内での混合ガスのガス流が不均一になって真空チャンバの内壁面で膜成長が起こると、頻繁にメンテナンスをしなければならないだけでなく、成膜ダストによりＣＶＤプロセスに悪影響を与える場合がある。 In this case, in order to make the film thickness distribution and the composition distribution of the thin film on the substrate uniform and improve the reproducibility thereof, it is necessary to make the flow of the mixed gas uniform in the vacuum chamber. Also, if the gas flow of the mixed gas in the vacuum chamber becomes uneven and film growth occurs on the inner wall surface of the vacuum chamber, not only frequent maintenance must be performed, but film formation dust can adversely affect the CVD process. May give.

このため、真空排気手段で排気しつつ混合ガスを真空チャンバ内に導入するＣＶＤプロセスでは制御不能な真空チャンバ内での対流、乱流の発生を防止する必要がある。これには基板の周囲から排ガスを等方排気することが重要になる。また、加熱下でＣＶＤプロセスを行う場合、熱対流が生じたのではガス流が不均一になるので、熱対流対策も必要となる。 For this reason, it is necessary to prevent the occurrence of convection and turbulence in the vacuum chamber which cannot be controlled by the CVD process in which the mixed gas is introduced into the vacuum chamber while being evacuated by the vacuum evacuation means. For this purpose, it is important to exhaust the exhaust gas from the periphery of the substrate. In addition, when the CVD process is performed under heating, if the thermal convection occurs, the gas flow becomes non-uniform, so it is necessary to take measures against thermal convection.

このような問題の解決策として、例えば、ステージにフィンを設けると共に、成膜時に該ステージを回転させて、乱流、対流及び熱対流の影響を最小限に押させることが提案されている（特許文献１参照）。
特開昭６１−２３１８号公報 As a solution to such a problem, for example, it is proposed to provide fins on the stage and rotate the stage during film formation to minimize the influence of turbulence, convection and thermal convection ( Patent Document 1).
JP-A-61-2318

しかしながら、ステージを回転させる機構を真空チャンバ内に設けたのでは、ＣＶＤ装置の構造が複雑になると共にコスト高を招くという問題が生じる。また、基板を搬送する際、フィンを回避してステージまで基板を搬送する必要があり、複雑な基板搬送手段が必要になる。 However, if the mechanism for rotating the stage is provided in the vacuum chamber, there is a problem that the structure of the CVD apparatus becomes complicated and the cost is increased. Further, when the substrate is transported, it is necessary to transport the substrate to the stage while avoiding the fins, and a complicated substrate transport means is required.

他方で、ロードロックチャンバを設けて枚葉式に構成した従来のＣＶＤ装置では、ゲートバルブを設けた基板搬送口がステージの上側に位置していたので、この基板搬送口の存在によって対流、乱流が生じるという問題があった。この場合、対流、乱流の影響を小さくするため、真空チャンバを大きくすることが考えられるが、排気能力の大きな真空ポンプが必要になる等非経済的であると共に装置の小型化に対応できないという問題が生じる。 On the other hand, in a conventional CVD apparatus having a single-wafer configuration with a load lock chamber, the substrate transfer port provided with the gate valve is located above the stage. There was a problem that a flow occurred. In this case, it is conceivable to enlarge the vacuum chamber in order to reduce the influence of convection and turbulent flow, but it is uneconomical such as the need for a vacuum pump with a large exhaust capacity and it cannot cope with downsizing of the apparatus. Problems arise.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構造でかつ低コストで製作でき、その上、乱流、対流及び熱対流の発生を押えて混合ガスのガス流を均一にできる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention is a thin film forming apparatus that can be manufactured with a simple structure and at a low cost, and can further suppress the generation of turbulence, convection, and thermal convection to make the gas flow of the mixed gas uniform. It is another object of the present invention to provide a thin film forming method.

上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成装置は、基板が載置されるステージを備えた円筒形状の真空反応室を有し、前記ステージに対向させて真空反応室上面に原料ガスと反応ガスとの混合ガスを真空反応室内に導入するガスヘッドを設けた薄膜形成装置において、前記ステージの側壁に密接させて円筒形状のスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材の下端部が真空排気手段が接続されたステージ下方の第２空間まで延出され、前記第２空間の容積がガスヘッドとステージとで区画された第１空間の容積より大きくなる位置に前記ステージを位置させ、第１空間内の排ガスが前記スリーブ部材と真空反応室内壁面との間の間隙を介して排気されるように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a thin film forming apparatus of the present invention has a cylindrical vacuum reaction chamber provided with a stage on which a substrate is placed, and a raw material gas is placed on the upper surface of the vacuum reaction chamber so as to face the stage. In a thin film forming apparatus provided with a gas head for introducing a mixed gas with a reaction gas into a vacuum reaction chamber, a cylindrical sleeve member is provided in close contact with the side wall of the stage, and a vacuum exhaust means is provided at the lower end of the sleeve member. The stage is extended to a second space below the connected stage, and the stage is positioned at a position where the volume of the second space is larger than the volume of the first space defined by the gas head and the stage. The exhaust gas is exhausted through a gap between the sleeve member and the vacuum reaction chamber wall surface.

本発明によれば、基板上に所定の薄膜を形成するために、真空反応室の第１空間にガスヘッドを介して混合ガスを導入すると、混合ガスの一部が基板に到達し、プロセスに寄与しない混合ガス等を含む排ガスはステージの周囲の囲うスリーブ部材と真空チャンバ内壁面との間の間隙を通過して第２空間へと達する。そして、真空チャンバに設けた真空排気手段によって外部に排気される。 According to the present invention, when a mixed gas is introduced into the first space of the vacuum reaction chamber via the gas head in order to form a predetermined thin film on the substrate, a part of the mixed gas reaches the substrate and the process is performed. Exhaust gas containing non-contributing gas or the like passes through a gap between the surrounding sleeve member around the stage and the inner wall surface of the vacuum chamber and reaches the second space. And it exhausts outside by the vacuum exhaust means provided in the vacuum chamber.

この場合、第２空間の容器は第１空間のものより大きく設定しているので、スリーブ部材と真空チャンバ内壁面との間の間隙を通過する排ガスが、スリーブ部材の周囲から等方排気され、第１空間での乱流、対流の発生を防止して真空反応室内でのガス流を均等にできる。 In this case, since the container in the second space is set larger than that in the first space, the exhaust gas passing through the gap between the sleeve member and the inner wall surface of the vacuum chamber is isotropically exhausted from the periphery of the sleeve member, Generation of turbulence and convection in the first space can be prevented, and the gas flow in the vacuum reaction chamber can be made uniform.

また、本発明においては、前記真空反応室の内壁面に沿って不活性ガスを均等に導入するガスリングを前記真空反応室上面に設けておけば、加熱下で熱対流が発生する恐れがある場合に、その不活性ガスの強制的な整流作用により、スリーブ部材と真空チャンバ内壁面との間の間隙を通過して第２空間に案内される排ガスがスリーブ部材の周囲からより確実に等方排気がされ、特に第１空間での熱対流の発生を防止できる。 In the present invention, if a gas ring for uniformly introducing an inert gas along the inner wall surface of the vacuum reaction chamber is provided on the upper surface of the vacuum reaction chamber, thermal convection may occur under heating. In this case, the forced rectifying action of the inert gas ensures that the exhaust gas guided to the second space through the gap between the sleeve member and the inner wall surface of the vacuum chamber is more isotropic from the periphery of the sleeve member. Exhaust is performed, and generation of thermal convection in the first space can be prevented.

この場合、前記ガスリングに供給される不活性ガスの温度を変更自在とする温度調節手段を設けておくことが好ましい。 In this case, it is preferable to provide a temperature adjusting means that can change the temperature of the inert gas supplied to the gas ring.

ところで、第１空間を臨むように基板搬送口を設けたのでは、該基板搬送口の存在によって対流、乱流が生じる。このため、前記ステージを真空反応室で昇降自在に設け、前記ステージの上昇位置で成膜処理が行なわれ、前記ステージの下降位置で真空反応室側壁に形成した基板搬送口を介して前記ステージへの基板の受け渡しが行われるように構成しておくのがよい。 By the way, if the substrate transfer port is provided so as to face the first space, convection and turbulence occur due to the presence of the substrate transfer port. For this reason, the stage is provided so as to be movable up and down in the vacuum reaction chamber, the film forming process is performed at the rising position of the stage, and the substrate is moved to the stage through the substrate transfer port formed on the side wall of the vacuum reaction chamber at the lowering position of the stage It is preferable that the substrate is transferred.

また、成膜ダストの発生を防止するために、前記混合ガスの温度を変更自在とする温度調節手段を設けるのがよい。 Moreover, in order to prevent generation | occurrence | production of film-forming dust, it is good to provide the temperature control means which can change the temperature of the said mixed gas freely.

尚、該スリーブ部材とチャンバの内壁面との間の間隙を１０ｍｍ以上に、また、スリーブ部材の高さ寸法を７０ｍｍ以上に設定するのがよい。 It is preferable that the gap between the sleeve member and the inner wall surface of the chamber is set to 10 mm or more, and the height dimension of the sleeve member is set to 70 mm or more.

上記薄膜形成装置は、特に、ＭＯＣＶＤ法によって薄膜形成するのに適している。 The thin film forming apparatus is particularly suitable for forming a thin film by MOCVD.

また、上記課題を解決するために、本発明の薄膜形成方法は、基板が載置されたステージを備えた円筒形状の真空反応室内で、真空排気手段が接続されたステージ下方の第２空間の容積が真空反応室の上面の中央部に設けたガスヘッドとステージとで区画される第１空間の容積より大きくなる位置に前記ステージを位置させ、前記ガスヘッドを介して原料ガスと反応ガスとの混合ガスを導入すると共に、前記真空反応室の上面に設けたガスリングからその内壁面に沿って均等に不活性ガスを導入し、前記原料ガスと反応ガスとの反応により基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法であって、前記ステージの側壁に密接して設けられた円筒形状のスリーブ部材と前記真空反応室の内壁面との間の間隙を介して第１空間から第２空間に排ガスが流れて真空反応室外へと排気されるようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the thin film forming method of the present invention is a method for forming a second space below a stage to which a vacuum exhaust means is connected in a cylindrical vacuum reaction chamber having a stage on which a substrate is placed. The stage is positioned at a position where the volume is larger than the volume of the first space defined by the gas head and the stage provided at the center of the upper surface of the vacuum reaction chamber, and the source gas and the reaction gas are passed through the gas head. And a gas ring provided on the upper surface of the vacuum reaction chamber to introduce an inert gas evenly along the inner wall surface, and a thin film is formed on the substrate by the reaction between the source gas and the reaction gas. A thin film manufacturing method comprising: forming a thin film from a first space through a gap between a cylindrical sleeve member provided in close contact with a side wall of the stage and an inner wall surface of the vacuum reaction chamber. Second sky Characterized in that so as to be exhausted to the vacuum reaction outdoors exhaust gas flows.

また、本発明においては、中空円筒形状でその内部が仕切り板により撹拌室及び拡散室とに仕切られた混合器にて、前記撹拌室の上方部分で互いに対向するように配置された原料ガス導入用のガス導入口及び反応ガス導入用のガス導入口から原料ガス及び反応ガスの両ガスを撹拌室内にそれぞれ導入し、導入された両ガスを攪拌・混合し、この混合された原料ガスと反応ガスとの成膜ガスを仕切板に設けた１つのガス吹き出し口を介して攪拌室より大きい容積を有する拡散室内に導入して拡散させ、この拡散された成膜ガスを真空反応室の上部に設けられたガスヘッドに供給すればよい。 Further, in the present invention, the raw material gas introduction arranged so as to face each other in the upper part of the stirring chamber in a mixer having a hollow cylindrical shape and the inside thereof partitioned into a stirring chamber and a diffusion chamber by a partition plate Both the raw material gas and the reactive gas are introduced into the stirring chamber from the gas introducing port and the reactive gas introducing port, respectively, and both the introduced gases are stirred and mixed to react with the mixed raw material gas. A film-forming gas with gas is introduced and diffused into a diffusion chamber having a volume larger than that of the stirring chamber through one gas blowing port provided in the partition plate, and the diffused film-forming gas is introduced into the upper part of the vacuum reaction chamber. What is necessary is just to supply to the gas head provided.

上記方法によれば、攪拌室から拡散室に通じるガス吹き出し口を一つとし、攪拌室内で互いに対向する２箇所のガス導入口から重量の異なる各ガスを導入するようにしたため、一方のガス導入口からのガス流が、他方のガス導入口からのガス流により分断されて当該攪拌室内で対流することで各ガスが攪拌・混合される。そして、ガス吹き出し口に達した混合ガスが拡散室へと流入し、拡散室にて混合ガスが拡散される。 According to the above method, one gas blowing port leading from the stirring chamber to the diffusion chamber is used, and each gas having a different weight is introduced from two gas inlet ports facing each other in the stirring chamber. Each gas is stirred and mixed by dividing the gas flow from the mouth by the gas flow from the other gas introduction port and convection in the stirring chamber. Then, the mixed gas that has reached the gas outlet flows into the diffusion chamber, and the mixed gas is diffused in the diffusion chamber.

即ち、仕切られた空間（攪拌室）内で互いに対向するように配置したガス導入口から重量の異なるガスを噴出した場合、一方のガス導入口からのガス流が、他方のガス導入口からのガス流により分断されて当該攪拌室内で対流することで各ガスが攪拌・混合されるが、前記空間内では、いずれか一方のガスの濃度が局所的に濃い場所と、薄い場所とができてしまう。このような場合に、拡散室に通じるガス吹き出し口を複数個設けたのでは、濃度の異なる混合ガスが拡散室に流入する不具合が生じる。このため、攪拌室と拡散室とを仕切る仕切り板のうち各ガス導入口を結ぶ直線の鉛直方向下側の所定位置に一つのガス吹き出し口を形成しておくことで、濃度が略一定の混合ガスが拡散室への導入でき、拡散室にて濃度が略一定の混合ガスが拡散されるようにでき、その結果、基板表面に形成される薄膜の膜厚分布及び組成分布を一層均一にできる。 That is, when gases having different weights are ejected from gas inlets arranged so as to face each other in a partitioned space (stirring chamber), the gas flow from one gas inlet is caused to flow from the other gas inlet. Each gas is stirred and mixed by being divided by the gas flow and convection in the stirring chamber. In the space, either one of the gas concentration is locally high and the other is thin. End up. In such a case, if a plurality of gas outlets leading to the diffusion chamber are provided, there is a problem that mixed gases having different concentrations flow into the diffusion chamber. For this reason, by forming one gas blowing port at a predetermined position on the lower side in the vertical direction of the straight line connecting the gas inlets among the partition plates that partition the stirring chamber and the diffusion chamber, mixing with a substantially constant concentration Gas can be introduced into the diffusion chamber, and a mixed gas having a substantially constant concentration can be diffused in the diffusion chamber. As a result, the film thickness distribution and composition distribution of the thin film formed on the substrate surface can be made more uniform. .

なお、前記仕切り板が、混合器の底部に対して凸状の２次曲線形状を有する構成を採用しておけば、ガス導入口から攪拌室に導入された各ガスが仕切り板の表面等に沿って攪拌室の上部まで移動することで、一層均一に攪拌・混合されるようになる。その結果、より濃度が略一定な混合ガスとして拡散室へ導入することが可能になる。 In addition, if the partition plate employs a configuration having a convex quadratic curve shape with respect to the bottom of the mixer, each gas introduced from the gas introduction port into the stirring chamber will enter the surface of the partition plate and the like. By moving to the upper part of the stirring chamber along, the stirring and mixing can be performed more uniformly. As a result, it can be introduced into the diffusion chamber as a mixed gas having a substantially constant concentration.

また、前記ガスリングから真空反応室に導入する不活性ガスの流量を７００〜１５００ｓｃｃｍの範囲に設定すればよい。 Moreover, what is necessary is just to set the flow volume of the inert gas introduce | transduced into a vacuum reaction chamber from the said gas ring in the range of 700-1500 sccm.

さらに、前記ガスリングから真空反応室に導入する不活性ガスの流量を、ＰＺＴ膜を形成する場合は１０００〜１５００ｓｃｃｍの範囲に設定し、また、ＢＳＴ膜を形成する場合は７００〜１２００ｓｃｃｍの範囲に設定すればよい。 Further, the flow rate of the inert gas introduced from the gas ring into the vacuum reaction chamber is set in the range of 1000 to 1500 sccm when the PZT film is formed, and is within the range of 700 to 1200 sccm when the BST film is formed. You only have to set it.

以下に図面を参照して、先ず、本発明の薄膜製造装置に用いることが可能な混合器について原料ガスと反応ガスとを混合する場合を例に説明する。尚、図１乃至図３において、同じ構成要素は同じ参照符号で示す。また、図２（Ａ）及び（Ｂ）において、実線及び点線、並びに一点鎖線及び二点鎖線の矢印線は、それぞれ、反応ガス流並びに原料ガス流のコンピューターシミュレーションによる流体解析結果の傾向を、それぞれのガスの流れとガス分布とに関して例示するものである。 With reference to the drawings, first, an example of mixing a raw material gas and a reactive gas in a mixer that can be used in the thin film manufacturing apparatus of the present invention will be described. 1 to 3, the same components are denoted by the same reference numerals. In FIGS. 2A and 2B, the solid line and the dotted line, and the one-dot chain line and the two-dot chain line indicate the tendency of the fluid analysis result by the computer simulation of the reaction gas flow and the raw gas flow, respectively. Examples of gas flow and gas distribution are described below.

図１に示すように、混合器１は、所定の大きさの中空円筒形状を有し、撹拌室２、拡散室３、及び撹拌室２と拡散室３との間を仕切る仕切り板４から構成され、得られた成膜ガスを用いて次の処理を行うための反応室に直接連結されるようになっている。撹拌室２の上方部分には、複数の原料ガスを導入するための導入管５、及び反応ガス導入管６が取り付けられ、そのガス導入口５ａ及び６ａが互いに対向するように配置されている。仕切り板４には、混合された原料ガスと反応ガスとからなる成膜ガスを撹拌室２から拡散室３へ効率よく導入するために、ガス導入口５ａと６ａとを結ぶ直線の鉛直方向下側で、仕切り板４の周縁部分からその底部までの鉛直距離の１／２程度に相当する位置に所定の大きさの一つのガス吹き出し口７が設けられている。また、仕切り板４は、２次曲線形状の凹面状仕切面を有する半球形状に形成されたものであり、原料ガス導入管５及び反応ガス導入管６が取り付けられた混合器の上方壁面側に隙間のないように取り付けられている。 As shown in FIG. 1, the mixer 1 has a hollow cylindrical shape of a predetermined size, and includes a stirring chamber 2, a diffusion chamber 3, and a partition plate 4 that partitions the stirring chamber 2 and the diffusion chamber 3. The film forming gas thus obtained is directly connected to a reaction chamber for performing the next processing. An introduction pipe 5 for introducing a plurality of source gases and a reaction gas introduction pipe 6 are attached to the upper part of the stirring chamber 2, and the gas introduction ports 5 a and 6 a are arranged so as to face each other. In order to efficiently introduce the film forming gas composed of the mixed source gas and the reaction gas from the stirring chamber 2 to the diffusion chamber 3, the partition plate 4 has a vertically lower line that connects the gas inlets 5 a and 6 a. On the side, one gas blowing port 7 having a predetermined size is provided at a position corresponding to about ½ of the vertical distance from the peripheral portion of the partition plate 4 to the bottom thereof. The partition plate 4 is formed in a hemispherical shape having a concave curved partition surface having a quadratic curve shape, and is formed on the upper wall surface side of the mixer to which the source gas introduction pipe 5 and the reaction gas introduction pipe 6 are attached. It is attached so that there is no gap.

原料ガス導入管５及び反応ガス導入管６は、混合器１の上側壁面に、仕切り板４の中央部分（変曲点近傍）に対応する位置で、仕切り板４の中心点に対して点対称の位置に取り付けられ、ガス導入口５ａと６ａとは上記したようにそのガス導入方向が対向するように配置されている（図１、図２（Ａ）図及び（Ｂ）参照）。 The source gas introduction pipe 5 and the reaction gas introduction pipe 6 are point-symmetric with respect to the center point of the partition plate 4 at a position corresponding to the central portion (near the inflection point) of the partition plate 4 on the upper wall surface of the mixer 1. The gas introduction ports 5a and 6a are arranged so that the gas introduction directions face each other as described above (see FIGS. 1, 2A and 2B).

混合器１の内部で仕切り板４によって仕切られた攪拌室２と拡散室３とは、拡散室３の容積が攪拌室２の容積よりも大きくなるように構成されている。この場合、攪拌室２の容積と拡散室３の容積との比は特に限定されないが、攪拌・混合と拡散とを満足に行うという観点からは、通常、１：５〜１：２程度とすることが好ましい。 The stirring chamber 2 and the diffusion chamber 3 partitioned by the partition plate 4 inside the mixer 1 are configured such that the volume of the diffusion chamber 3 is larger than the volume of the stirring chamber 2. In this case, the ratio of the volume of the stirring chamber 2 to the volume of the diffusion chamber 3 is not particularly limited, but is usually about 1: 5 to 1: 2 from the viewpoint of satisfactory stirring / mixing and diffusion. It is preferable.

上記混合器においては、これに直結された反応室内を真空にした状態で、原料ガス導入管５及び反応ガス導入管６から、それぞれ、ガス導入口５ａ及び６ａを介して、複数の原料ガスと反応ガスとを混合器１の攪拌室２内に導入することができる。これにより、攪拌室２内において、原料ガス流が反応ガス流により分断され、かつ仕切り板４の表面では両ガスとも仕切り板４に沿って流れ、その結果、対流が発生して原料ガスと反応ガスとが攪拌され、混合される（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）。次いで、この混合された原料ガスと反応ガスとからなる成膜ガスは、ガス吹き出し口７を介して拡散室３内に円滑に導入され、拡散される（図１参照）。上述したように攪拌室２の容積より拡散室３の容積の方が大きいため、成膜ガスは、攪拌室２から拡散室３内に導入される際に、その容積の差によって拡散現象が起こり、均一な混合ガス流として導入され、拡散される。 In the mixer, a plurality of source gases and a source gas are introduced from the source gas introduction pipe 5 and the reaction gas introduction pipe 6 through the gas introduction ports 5a and 6a, respectively, in a state where the reaction chamber directly connected thereto is evacuated. The reaction gas can be introduced into the stirring chamber 2 of the mixer 1. Thereby, in the stirring chamber 2, the raw material gas flow is divided by the reactive gas flow, and both gases flow along the partition plate 4 on the surface of the partition plate 4, and as a result, convection is generated and reacts with the raw material gas. The gas is stirred and mixed (see FIGS. 2A and 2B). Next, the mixed film forming gas composed of the source gas and the reaction gas is smoothly introduced into the diffusion chamber 3 through the gas outlet 7 and diffused (see FIG. 1). As described above, since the volume of the diffusion chamber 3 is larger than the volume of the stirring chamber 2, when the film forming gas is introduced from the stirring chamber 2 into the diffusion chamber 3, a diffusion phenomenon occurs due to the difference in volume. , Introduced as a uniform mixed gas stream and diffused.

このような混合器が用いられる薄膜形成装置としては、第３図に示すように、真空排気システム３１に接続された真空処理槽の反応室３２には、成膜対象物を支持するためのウェハステージ３３が配設されている。反応室の上部にはガスヘッド３４が設けられ、このガスヘッドは、真空処理槽の上部に取り付けられた混合器３５に直接接続されている。そして、この混合器３５は、原料ガスの気化システム３６に連結されるとともに、反応ガス源にも連結されている。上記のようにして均一に混合された成膜ガスは、第３図に示すように、混合器３５に隣接配置され、直接接続されたガスヘッド３４に対して最短距離で導入され、反応室内において層流になることなくウェハステージ３３上に載置された成膜対象物表面に供給される。 As a thin film forming apparatus using such a mixer, as shown in FIG. 3, a reaction chamber 32 of a vacuum processing tank connected to an evacuation system 31 has a wafer for supporting a film formation target. A stage 33 is provided. A gas head 34 is provided in the upper part of the reaction chamber, and this gas head is directly connected to a mixer 35 attached to the upper part of the vacuum processing tank. The mixer 35 is connected to a source gas vaporization system 36 and also to a reactive gas source. As shown in FIG. 3, the film-forming gas uniformly mixed as described above is disposed adjacent to the mixer 35 and introduced into the gas head 34 directly connected to the gas head 34 at the shortest distance. The film is supplied to the surface of the film formation object placed on the wafer stage 33 without becoming a laminar flow.

上述した混合器によれば、原料ガスと反応ガスとを攪拌室２において攪拌・混合した後、この攪拌・混合されて得られた成膜ガスを拡散室３において拡散させるようにしたことから、原料ガスと反応ガスとの分子量が大きく異なる場合であっても、原料ガスと反応ガスとを均一に混合することができ、従来のように容積の大きな混合器を用いる必要がない。したがって、成膜ガスの流量や種類によって混合器の容積が左右されることはなく、混合器と反応室である真空処理槽とを直結することができるので、均一に混合された成膜ガスが再び層流になることはない。 According to the mixer described above, after the raw material gas and the reaction gas are stirred and mixed in the stirring chamber 2, the film forming gas obtained by stirring and mixing is diffused in the diffusion chamber 3. Even when the molecular weights of the raw material gas and the reactive gas are greatly different, the raw material gas and the reactive gas can be mixed uniformly, and it is not necessary to use a mixer having a large volume as in the prior art. Therefore, the volume of the mixer is not affected by the flow rate or type of the film forming gas, and the mixer and the vacuum processing tank as the reaction chamber can be directly connected. There is no laminar flow again.

上述の混合器を使用する場合、仕切り板４に設けられたガス吹き出し口７は、原料ガス導入管５の近傍に設けられており、この部分で激しく対流する成膜ガスは、ガス吹き出し口７を介して円滑に拡散室３内に導入される（図１、図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）。なお、仕切り板４に設けられたガス吹き出し口７は、反応ガス導入管６の近傍に設けられていても良い。そして、上述したように攪拌室２の容積より拡散室３の容積の方が大きいため、成膜ガスが攪拌室２から拡散室３内に導入される際に、その容積の差によって拡散現象が起こり、均一に混合される。この均一に混合された成膜ガスは、隣接配置され、直接接続されたガスヘッドに対して最短距離で導入され、反応室内において層流に戻ることなく基板に供給される。 When the above-described mixer is used, the gas blowing port 7 provided in the partition plate 4 is provided in the vicinity of the source gas introduction pipe 5, and the film-forming gas violently convected in this part is the gas blowing port 7. Is smoothly introduced into the diffusion chamber 3 (see FIGS. 1, 2A and 2B). The gas outlet 7 provided in the partition plate 4 may be provided in the vicinity of the reaction gas introduction pipe 6. Since the volume of the diffusion chamber 3 is larger than the volume of the stirring chamber 2 as described above, the diffusion phenomenon is caused by the difference in volume when the deposition gas is introduced from the stirring chamber 2 into the diffusion chamber 3. Occurs and is evenly mixed. The uniformly mixed film forming gas is introduced at the shortest distance to the gas heads that are adjacently arranged and directly connected, and is supplied to the substrate without returning to the laminar flow in the reaction chamber.

上記の薄膜形成装置においては、特定形状の仕切板が配設された混合器を備えているため、また、混合器の攪拌室において攪拌・混合されて得られる成膜ガスが拡散室に導入される際に、攪拌室と拡散室との容積の差に起因する拡散現象によって自然に拡散されるため、この薄膜製造装置を用いれば、非常に簡単な構成で本発明の方法を実施することができる。 Since the thin film forming apparatus includes a mixer in which a partition plate having a specific shape is provided, a film forming gas obtained by stirring and mixing in the stirring chamber of the mixer is introduced into the diffusion chamber. When the thin film manufacturing apparatus is used, the method of the present invention can be implemented with a very simple configuration because the thin film is naturally diffused by a diffusion phenomenon caused by the volume difference between the stirring chamber and the diffusion chamber. it can.

また、上記薄膜製造装置を用いて行う薄膜製造方法によれば、均一に混合されている成膜ガスを反応室に直接導入することができるため、成膜ガスが制御不能の乱流となることはなく、形成される薄膜の膜質及び膜厚分布を向上及び安定化させることが可能になる。 In addition, according to the thin film manufacturing method performed using the above thin film manufacturing apparatus, a uniformly mixed film forming gas can be directly introduced into the reaction chamber, so that the film forming gas becomes an uncontrollable turbulent flow. Rather, it is possible to improve and stabilize the film quality and film thickness distribution of the thin film formed.

なお、上述の混合器の形態は上記のものに限られるものではなく、種々の変更を行うことができる。例えば、仕切り板について、上記実施の形態においては半球形状の仕切り板を用いたが、この仕切り板の曲率、形状（例えば、円柱形状、立方体形状、円錐形状）、大きさ等は、使用するガスの種類やプロセスに応じて適宜設計変更することが可能である。 In addition, the form of the above-mentioned mixer is not restricted to said thing, A various change can be performed. For example, for the partition plate, a hemispherical partition plate is used in the above embodiment, but the curvature, shape (for example, cylindrical shape, cubic shape, conical shape), size, etc. of this partition plate are the gas used. The design can be changed as appropriate according to the type and process.

また、仕切り板に設けられるガス吹き出し口の位置や形状についても、原料ガスと反応ガスが攪拌・混合された後に拡散室に均一に導入されるように構成されている限り、プロセスに応じて適宜設計変更することができる。攪拌室内の成膜ガスが激しく対流する部分の近傍にガス吹き出し口を設けるようにすれば、成膜ガスを円滑に拡散室内に導入することができる。例えば、原料ガスの導入口と反応ガスの導入口とを結ぶ直線の中心点からその直線の上下方向に４５°以内の範囲内にガス吹き出し口を設ければ、両ガスを均一に混合し、円滑に拡散室内に導入することが可能である。 Further, the position and shape of the gas outlet provided in the partition plate are also appropriately determined according to the process as long as the source gas and the reaction gas are uniformly introduced into the diffusion chamber after being stirred and mixed. The design can be changed. If the gas blowing port is provided in the vicinity of the portion where the film forming gas in the stirring chamber violently convects, the film forming gas can be smoothly introduced into the diffusion chamber. For example, if a gas outlet is provided within a range of 45 ° from the center point of the straight line connecting the inlet of the source gas and the inlet of the reactive gas in the vertical direction of the straight line, both gases are uniformly mixed, It can be smoothly introduced into the diffusion chamber.

また、仕切り板を混合器のガス導入側壁面に対して隙間が生じないように設けたが、成膜ガスが十分に攪拌・混合される限り、仕切り板の周縁部と混合器のガス導入側壁面との間に隙間を設けるようにすることも可能である。 In addition, the partition plate is provided so as not to cause a gap with respect to the gas introduction side wall surface of the mixer. However, as long as the film forming gas is sufficiently stirred and mixed, the peripheral portion of the partition plate and the gas introduction side of the mixer It is also possible to provide a gap between the wall surface.

さらに、それぞれ１つの攪拌室と拡散室とを設けた場合を例にとって説明したが、２つ以上の攪拌室と拡散室とを設けて成膜ガスの混合を行うようにすることも可能である。その上、目的とする混合状態の程度によっては、拡散室を設けずに、攪拌室から成膜ガスを直接に反応室に導入して、反応を行わせることも可能である。 Further, the case where one agitation chamber and a diffusion chamber are provided is described as an example, but it is also possible to provide two or more agitation chambers and a diffusion chamber to mix the film forming gas. . In addition, depending on the intended degree of mixing, it is possible to carry out the reaction by introducing a film forming gas directly from the stirring chamber into the reaction chamber without providing a diffusion chamber.

上記した薄膜製造方法によれば、原料源としてＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ等を用いて電極膜、また、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ等の原料を用いて窒化物膜や酸化物膜からなるバリア膜、また、ＰＺＴ、ＢＳＴ、ＳＢＴを代表とする誘電体膜等を形成することができる。また、形成される薄膜の膜特性をさらに改善するために、添加材（原料源）として、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃａ等を使用しても良い。 According to the thin film manufacturing method described above, an electrode film using Pt, Ir, Ru, or the like as a raw material source, a barrier film made of a nitride film or an oxide film using a raw material such as Ti, Ta, Al, or the like, A dielectric film typified by PZT, BST and SBT can be formed. Further, in order to further improve the film characteristics of the thin film to be formed, La, Sr, Ca, or the like may be used as an additive (raw material source).

上述の混合器は、ＭＯＣＶＤ法において、常温で液体である原料を用いる場合に、格別な効果がある。常温で液体である原料は、気化しても重いからである。 The above-mentioned mixer has a special effect when a raw material that is liquid at room temperature is used in the MOCVD method. This is because a raw material that is liquid at room temperature is heavy even when vaporized.

次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態の薄膜製造装置について説明する。なお、図５乃至図７において同じ構成要素には同じ参照符号を用いている。薄膜製造装置５１は、円筒形状の真空反応室５２を有し、この真空反応室の内部には、シリコンウェハーなどの基板が載置される円筒形状のステージ５３が設けられている。このステージ５３には基板を加熱するためのヒータ等の加熱手段（図示せず）が組み込まれている。 Next, a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7, the same reference numerals are used for the same components. The thin film manufacturing apparatus 51 has a cylindrical vacuum reaction chamber 52, and a cylindrical stage 53 on which a substrate such as a silicon wafer is placed is provided inside the vacuum reaction chamber. The stage 53 incorporates heating means (not shown) such as a heater for heating the substrate.

真空反応室５２の下側には２個所の排気ポート５４が設けられ、この排気ポート５４には、ターボ分子ポンプ、ロータリポンプ等の真空ポンプから構成される真空排気手段５５が排気管５６を介して接続されている。真空反応室５２上面の中央部には、ステージ５３に対向してガスヘッド５７が設けられている。 Two exhaust ports 54 are provided on the lower side of the vacuum reaction chamber 52, and a vacuum exhaust means 55 including a vacuum pump such as a turbo molecular pump or a rotary pump is provided in the exhaust port 54 via an exhaust pipe 56. Connected. A gas head 57 is provided at the center of the upper surface of the vacuum reaction chamber 52 so as to face the stage 53.

このガスヘッド５７の上流側には混合器５８が連結されており、この混合器５８には、一端がガス源に接続された原料ガス用ガス管５９及び反応ガス用ガス管６０の他端がそれぞれ接続されている。そして、混合器５８に原料ガスと反応ガスとをマスフローコントローラ（図示せず）により流量制御して供給し、混合器５８内で所定の混合比に均一に混合された混合ガスがガスヘッド５７から基板の中央部に向かって噴出されるように構成されている。 A mixer 58 is connected to the upstream side of the gas head 57, and the other end of the source gas gas pipe 59 and the reaction gas gas pipe 60, one end of which is connected to a gas source, is connected to the mixer 58. Each is connected. Then, the raw material gas and the reaction gas are supplied to the mixer 58 by controlling the flow rate with a mass flow controller (not shown), and the mixed gas uniformly mixed at a predetermined mixing ratio in the mixer 58 is supplied from the gas head 57. It is comprised so that it may eject toward the center part of a board | substrate.

ところで、ＭＯＣＶＤプロセス等のＣＶＤプロセスにより基板上に薄膜を形成する場合、原料ガスが気化温度以下に低下すると、原料ガスが粉体として析出し、真空反応室５２内での成膜ダストの原因になる。このため、原料ガス用ガス管５９に、温度調節手段である熱交換器５９ａを設けてある。また、原料ガスの析出を防止するため、真空反応室５２の外壁やステージにヒータ等の加熱手段を設けてもよい。 By the way, when forming a thin film on a substrate by a CVD process such as an MOCVD process, when the source gas is lowered below the vaporization temperature, the source gas is precipitated as a powder, which causes film formation dust in the vacuum reaction chamber 52. Become. For this reason, the gas pipe 59 for source gas is provided with a heat exchanger 59a as temperature adjusting means. In order to prevent the deposition of the source gas, heating means such as a heater may be provided on the outer wall or stage of the vacuum reaction chamber 52.

ここで、ＣＶＤプロセスにおいて基板上の薄膜の膜厚分布及び組成分布をさらに均一にすると共にその再現性を高めるには、プロセスに寄与しない混合ガス等を含む排ガスを基板の周囲から等方排気して、ガスヘッド５７から真空排気手段５５までのガス流れを均一にすることが重要になる。このため、特に、ガスヘッド５７の下方であってステージ５３の上方の第１空間５２ａでの対流、乱流の発生を防止する必要がある。 Here, in order to make the film thickness distribution and composition distribution of the thin film on the substrate more uniform and improve the reproducibility in the CVD process, the exhaust gas containing a mixed gas that does not contribute to the process is isotropically exhausted from the periphery of the substrate. Thus, it is important to make the gas flow from the gas head 57 to the vacuum exhaust means 55 uniform. For this reason, in particular, it is necessary to prevent the occurrence of convection and turbulence in the first space 52 a below the gas head 57 and above the stage 53.

本実施の形態の薄膜製造装置では、所定の高さ寸法Ｌを有するスリーブ部材６１でステージ５３の周囲を囲うように構成する（つまり、ステージ５３の上面と面一となるようにスリーブ部材が取り付けられ、これにより、スリーブ部材６１の下側は、ステージ５３の下面から第２空間５２ｂに向かって延出するようになる（図５参照））。この場合、ステージ下側の第２空間５２ｂの容積を第１空間５２ａより大きく設定すれば、スリーブ部材６１と真空反応室５２内壁面とが形成する環状の間隙を介して排ガスが等方排気されるようになる。また、スリーブ部材６１とその外周の壁により構成される等方排気口は、その外周の部材が防着板で構成されても良い。また、ＣＶＤプロセスに応じて圧力条件を変更可能とするために、排気管５６に圧力調節バルブ５６ａを設けてもよい。 In the thin film manufacturing apparatus of the present embodiment, the sleeve member 61 having a predetermined height dimension L is configured to surround the periphery of the stage 53 (that is, the sleeve member is attached so as to be flush with the upper surface of the stage 53). Thus, the lower side of the sleeve member 61 extends from the lower surface of the stage 53 toward the second space 52b (see FIG. 5). In this case, if the volume of the second space 52b below the stage is set larger than that of the first space 52a, the exhaust gas is isotropically exhausted through an annular gap formed by the sleeve member 61 and the inner wall surface of the vacuum reaction chamber 52. Become so. Further, the isotropic exhaust port configured by the sleeve member 61 and the outer peripheral wall thereof may be configured by an adhesion preventing plate at the outer peripheral member. Further, in order to be able to change the pressure condition according to the CVD process, a pressure adjusting valve 56a may be provided in the exhaust pipe 56.

ステージ５３の高さ位置は、図７（Ａ）に示すように、ガスヘッド５７からステージ５３までの距離が長いと、排ガスが排気されず真空反応室５２の上方の隅部で対流Ｃが発生し得る。他方で、図７（Ｂ）に示すように、ガスヘッド５７からステージ５３までの距離が短いと、ガスヘッド５７から噴出された混合ガスが基板で反射して真空反応室５２の上方の隅部で対流Ｃが発生し得る。このため、成膜位置でのガスヘッド５７とステージ５３との距離はそのような対流Ｃが生じ難い距離に設定することが必要である。 As shown in FIG. 7A, the height of the stage 53 is such that if the distance from the gas head 57 to the stage 53 is long, exhaust gas is not exhausted and convection C is generated at the upper corner of the vacuum reaction chamber 52. Can do. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the distance from the gas head 57 to the stage 53 is short, the mixed gas ejected from the gas head 57 is reflected by the substrate and the upper corner of the vacuum reaction chamber 52 is reflected. Thus, convection C can be generated. For this reason, it is necessary to set the distance between the gas head 57 and the stage 53 at the film forming position to a distance at which such convection C hardly occurs.

また、ステージ５３まで基板を搬送するための基板搬送口６２を第１空間５２ａを臨む位置に設けたのでは、基板搬送口６２の周辺で乱流が発生し得る。このため、ステージ５３が、真空反応室５２の上側の成膜位置と下側の基板搬送位置との間で昇降自在となるように、ステージ５３に昇降手段を付設するとよい。そして、基板搬送位置に対応して真空反応室５２の側壁の所定の位置に基板搬送口６２を設ける。 Further, if the substrate transport port 62 for transporting the substrate to the stage 53 is provided at a position facing the first space 52 a, turbulent flow may occur around the substrate transport port 62. For this reason, it is preferable to attach an elevating means to the stage 53 so that the stage 53 can be raised and lowered between the upper film forming position of the vacuum reaction chamber 52 and the lower substrate transfer position. A substrate transfer port 62 is provided at a predetermined position on the side wall of the vacuum reaction chamber 52 corresponding to the substrate transfer position.

ここで、基板を所定の温度まで加熱するためステージ５３に加熱手段を組み込んだ場合、基板の上方で熱対流が発生し得る。本実施の形態では、真空反応室５２の内壁面に沿って不活性ガスを真空反応室５２内に均等に導入するガスリング６３を、ガスヘッド５７を囲うように真空反応室５２の上部に設ける。 Here, when a heating means is incorporated in the stage 53 in order to heat the substrate to a predetermined temperature, thermal convection may occur above the substrate. In the present embodiment, a gas ring 63 for uniformly introducing an inert gas into the vacuum reaction chamber 52 along the inner wall surface of the vacuum reaction chamber 52 is provided above the vacuum reaction chamber 52 so as to surround the gas head 57. .

ガスリング６３から不活性ガスを噴射することで、その不活性ガスの強制的な整流作用により、スリーブ部材６１と真空反応室５２の内壁面との間の間隙を通過して第２空間５２ｂに排気される排ガスを、スリーブ部材６１の周囲からより確実に等方排気ができる。これにより、第１空間での乱流、対流及び熱対流を防止できる。なお、本実施の形態では、ステージ６３の成膜位置における第１空間の容積が２．８Ｌ、第２空間の容積が１３Ｌとなるように設定されている。 By injecting the inert gas from the gas ring 63, the inert gas is forced to rectify and passes through the gap between the sleeve member 61 and the inner wall surface of the vacuum reaction chamber 52 into the second space 52b. The exhausted exhaust gas can be isotropically exhausted more reliably from the periphery of the sleeve member 61. Thereby, turbulent flow, convection and thermal convection in the first space can be prevented. In the present embodiment, the volume of the first space at the film formation position of the stage 63 is set to 2.8L, and the volume of the second space is set to 13L.

尚、ＭＯＣＶＤプロセス等のＣＶＤプロセスにおいて原料ガスが粉体として析出せず、ガスリング６３から噴出される不活性ガスの温度が調節できるように、ガスリングに通じるガス管６４に、温度調節手段であるヒータ等の加熱手段や熱交換器６４ａを設けてもよい。以下に、本発明の実施例を比較例と共に詳細に説明する。 In addition, in the CVD process such as the MOCVD process, the raw material gas does not precipitate as a powder, and the temperature of the inert gas ejected from the gas ring 63 can be adjusted by a temperature adjusting means in the gas pipe 64 leading to the gas ring. A heating means such as a heater or a heat exchanger 64a may be provided. Below, the Example of this invention is described in detail with a comparative example.

（実施例１）
強誘電体であるＰＺＴの原料ガスと反応ガスである酸素ガス（Ｏ_２）とを混合する場合
について、原料ガスの種類及び設定流量を以下に示すようにして、図１、図２（Ａ）及び
（Ｂ）に示した混合器１を備えた図３（図中の混合器３５に相当する）に示す薄膜製造装
置を用いてＰＺＴ薄膜を製造した。
[原料] [濃度] [設定流量]
Pb(DPM)₂/THF 0.3 mol/L 0.6 ml/min
Zr(DPM)₄/THF 0.3 mol/L 0.3 ml/min
Ti(i-PrO)₂(DPM) ₂/THF 0.3 mol/L 0.3 ml/min
［キャリアガス］
N₂ 500 sccm [反応ガス]
O₂ 2000 sccm
（注） DPM：ジピバロイイルメタナト、Ｃ_１１Ｈ_１９Ｏ_２
THF：テトラヒドロフラン、Ｃ_４Ｈ_８Ｏ
i-PrO：イソプロポキシ基 Example 1
In the case of mixing the raw material gas of PZT, which is a ferroelectric material, and the oxygen gas (O ₂ ), which is a reactive gas, the types and set flow rates of the raw material gas are as shown below, and FIG. And the PZT thin film was manufactured using the thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 3 (equivalent to the mixer 35 in a figure) provided with the mixer 1 shown to (B).
[Raw material] [Concentration] [Set flow rate]
Pb (DPM) ₂ / THF 0.3 mol / L 0.6 ml / min
Zr (DPM) ₄ / THF 0.3 mol / L 0.3 ml / min
Ti (i-PrO) ₂ (DPM) ₂ / THF 0.3 mol / L 0.3 ml / min
[Carrier gas]
N ₂ 500 sccm [reactive gas]
O ₂ 2000 sccm
(Note) DPM: dipivaloylmethanato, C ₁₁ H ₁₉ O ₂
THF: Tetrahydrofuran, C ₄ H ₈ O
i-PrO: Isopropoxy group

反応室内の圧力を６Ｔｏｒｒに調圧した。この時の混合器の拡散室内の圧力は１３Ｔｏｒｒであり、原料ガスの気化部の圧力は１８Ｔｏｒｒであった。一般に液体原料の安定気化は３０Ｔｏｒｒ以下が望ましいため、十分にその要件を満足している。 The pressure in the reaction chamber was adjusted to 6 Torr. At this time, the pressure in the diffusion chamber of the mixer was 13 Torr, and the pressure in the vaporizing portion of the source gas was 18 Torr. In general, the stable vaporization of the liquid raw material is desirably 30 Torr or less, and the requirement is sufficiently satisfied.

図１、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す半球型仕切り板４を設けた混合器１内に、上記原料ガス及び反応ガスを、それぞれ、ガス導入管５及び６を経てガス導入口５ａ及び６ａから導入して攪拌・混合・拡散し、混合器１から反応室内に成膜ガスを導入し、この反応室内で、ＭＯＣＶＤ方法によって通常の条件で基板上にＰＺＴ薄膜を形成した。 In the mixer 1 provided with the hemispherical partition plate 4 shown in FIG. 1, FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B), the raw material gas and the reactive gas are passed through the gas introduction pipes 5 and 6, respectively, and the gas introduction port 5a. Then, the mixture was stirred, mixed, and diffused, and a film forming gas was introduced into the reaction chamber from the mixer 1, and a PZT thin film was formed on the substrate under normal conditions by the MOCVD method in the reaction chamber.

かくして形成された薄膜の膜厚分布の概略を図４（Ａ）に示す。図中１１は基板、１２は膜厚の厚い部分、１３は膜厚の薄い部分を示す。この図から明らかなように、混合器内に仕切り板４を設けたものを使用した場合は、基板１１上に形成された膜の厚さが均一の膜を連続的に形成することができた。この時の膜厚分布は±１．２％であり、デバイス製作上の観点から半導体チップの歩留まりを上げるために必要な±３％以下を充分に満足していた。この結果は、所定の仕切り板４を設けたことにより、撹拌室２及び拡散室３での対流・撹拌・混合・拡散が効率よく行われ、原料ガスと反応ガスとが均一に混合され、均一な厚さを有する薄膜が形成されたことを示している。 An outline of the film thickness distribution of the thin film thus formed is shown in FIG. In the figure, 11 is a substrate, 12 is a thick part, and 13 is a thin part. As is clear from this figure, when the mixer provided with the partition plate 4 was used, a film having a uniform thickness formed on the substrate 11 could be continuously formed. . The film thickness distribution at this time was ± 1.2%, which sufficiently satisfied ± 3% or less necessary for increasing the yield of the semiconductor chip from the viewpoint of device fabrication. As a result, by providing the predetermined partition plate 4, convection, stirring, mixing, and diffusion are efficiently performed in the stirring chamber 2 and the diffusion chamber 3, and the source gas and the reaction gas are uniformly mixed, and the uniform This shows that a thin film having a sufficient thickness was formed.

また、原料ガスの濃度及び反応ガスの設定流量を変化させて行ったが、上記と同様の結果が得られた。 Moreover, although it carried out by changing the density | concentration of raw material gas and the setting flow rate of a reactive gas, the result similar to the above was obtained.

（比較例１）
実施例１の場合と同様にしてＰＺＴ薄膜を形成した。ただし、仕切り板を有しない従来型の混合器を用い、混合器内に同じ原料ガス及び反応ガスを導入して混合・拡散し、ＭＯＣＶＤ方法によって薄膜を形成した。 (Comparative Example 1)
A PZT thin film was formed in the same manner as in Example 1. However, a conventional mixer having no partition plate was used, the same raw material gas and reaction gas were introduced into the mixer, mixed and diffused, and a thin film was formed by the MOCVD method.

かくして形成された薄膜の膜厚分布の概略を図４（Ｂ）に示す。図中、符号１１、１２、１３は図４（Ａ）の場合と同じである。この場合、基板１１上に形成された膜の厚さの厚い部分１２は反応ガス導入口側に偏っており、薄い部分１３は原料ガス導入口側に偏っていた。また、混合器内の空間（仕切り板を設けた場合の撹拌室と拡散室とを合わした空間）において、その空間の底では、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した流体解析の場合と異なり、各導入口の位置に対する各ガス濃度の比較的濃い領域の反転現象が起こり、成膜ガス排出口からガスヘッドまでその反転現象を引きずったまま層流となり、基板へその濃度分布が転写されたものと推察される。この時の膜厚分布は±６．３％であり、デバイス製作上の観点から半導体チップの歩留まりを上げるために必要な±３％以下の倍以上であり、好ましくない。 An outline of the film thickness distribution of the thin film thus formed is shown in FIG. In the figure, reference numerals 11, 12, and 13 are the same as those in FIG. In this case, the thick portion 12 of the film formed on the substrate 11 is biased toward the reaction gas inlet, and the thin portion 13 is biased toward the source gas inlet. In the case of the fluid analysis shown in FIGS. 2A and 2B in the space in the mixer (the space in which the stirring chamber and the diffusion chamber are combined when the partition plate is provided) at the bottom of the space. In contrast to this, a reversal phenomenon occurs in a region where each gas concentration is relatively high with respect to the position of each inlet, resulting in a laminar flow while dragging the reversal phenomenon from the deposition gas outlet to the gas head, and the concentration distribution is transferred to the substrate. It is inferred that The film thickness distribution at this time is ± 6.3%, which is not preferable because it is more than double of ± 3% required for increasing the yield of semiconductor chips from the viewpoint of device fabrication.

また、仕切り板を設けない場合についても、原料ガスの濃度及び反応ガスの設定流量を実施例１のように変化させて行ったところ、膜の厚い部分と薄い部分の膜厚差は、原料ガス及び反応ガスの設定流量を増やすにつれて大きくなり、また、膜の厚い部分の領域・形状も変化すると共に、再現性も無かった。さらに、連続的に成膜した場合であっても、膜の厚い部分の広さは異なるもののこの膜の厚い部分が反応ガス導入口側に偏る傾向は変わらなかった。 Further, even when the partition plate is not provided, when the concentration of the source gas and the set flow rate of the reaction gas are changed as in Example 1, the difference in film thickness between the thick part and the thin part is as follows. As the set flow rate of the reaction gas was increased, the area and shape of the thick part of the film changed, and there was no reproducibility. Further, even when the films were continuously formed, the thickness of the thick part of the film was different, but the tendency of the thick part of the film to be biased toward the reaction gas inlet was not changed.

（実施例２）
強誘電体であるＢＳＴの原料ガスと反応ガスである酸素ガス（Ｏ_２）とを混合する場合
について、原料ガスの種類及び設定流量を以下に示すようにして、実施例１の場合と同様
にＢＳＴ薄膜を製造した。
[原料] [濃度] [設定流量]
Ba(DPM)₂/THF 0.1 mol/L 0.3 ml/min
Sr(DPM)_２/THF 0.1 mol/L 0.3 ml/min
Ti(i-PrO)₂(DPM)₂/THF 0.1 mol/L 0.6 ml/min
［キャリアガス］
N₂ 250 sccm
[反応ガス]
O₂ 1800 sccm (Example 2)
In the case of mixing the BST raw material gas that is a ferroelectric material and the oxygen gas (O ₂ ) that is a reactive gas, the kind of the raw material gas and the set flow rate are set as follows, as in the case of Example 1. A BST thin film was produced.
[Raw material] [Concentration] [Set flow rate]
Ba (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.3 ml / min
Sr (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.3 ml / min
Ti (i-PrO) ₂ (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.6 ml / min
[Carrier gas]
N ₂ 250 sccm
[Reactive gas]
O ₂ 1800 sccm

実施例１の場合と同様に、所定の仕切り板が設けられた混合器を備えた薄膜製造装置を用いてＢＳＴ薄膜を製造した結果、膜厚分布について実施例１と同じ傾向が得られ、本発明の混合器を備えた薄膜製造装置を用いれば、効率よく均一な膜厚分布を有する薄膜を連続的に製造することができた。膜厚分布は±３％を充分に満足していた。 As in the case of Example 1, as a result of producing a BST thin film using a thin film production apparatus provided with a mixer provided with a predetermined partition plate, the same tendency as in Example 1 was obtained with respect to the film thickness distribution. If the thin film manufacturing apparatus provided with the mixer of the invention was used, a thin film having a uniform film thickness distribution could be continuously manufactured efficiently. The film thickness distribution sufficiently satisfied ± 3%.

（比較例２）
実施例２の場合と同様にしてＢＳＴ薄膜を形成した。ただし、仕切り板を有しない従来型の混合器を用い、その混合器内に同じ原料ガス及び反応ガスを導入して混合・拡散し、ＭＯＣＶＤ方法によって薄膜を形成した。かくして形成された薄膜の膜厚分布は比較例１の場合と同様に±３％を大幅に超えていた。 (Comparative Example 2)
A BST thin film was formed in the same manner as in Example 2. However, a conventional mixer having no partition plate was used, the same raw material gas and reaction gas were introduced into the mixer, mixed and diffused, and a thin film was formed by the MOCVD method. The film thickness distribution of the thin film thus formed significantly exceeded ± 3% as in the case of Comparative Example 1.

（実施例３）
強誘電体であるＰＺＴの原料ガスとして、Ｚｒ（ＤＰＭ）_４／ＴＨＦの代わりにＺｒ（ＤＭＨＤ）_４／ＴＨＦを用いて、実施例１の方法を繰り返した。ここで、ＤＭＨＤはジメチルヘプタジオナト（Ｃ_７Ｈ_１３Ｏ_２）を意味する。形成された薄膜の膜質も膜厚分布も実施例１と同じ傾向が得られ、本発明の混合器を備えた薄膜製造装置を用いれば、効率よく均一な膜厚分布を有する薄膜を連続的に製造することができた。膜厚分布は±３％を充分に満足していた。 (Example 3)
The method of Example 1 was repeated using Zr (DMHD) ₄ / THF instead of Zr (DPM) ₄ / THF as a raw material gas for PZT, which is a ferroelectric substance. Here, DMHD means dimethylheptadionate (C ₇ H ₁₃ O ₂ ). The same tendency as in Example 1 can be obtained in both the film quality and the film thickness distribution of the formed thin film. If the thin film manufacturing apparatus provided with the mixer of the present invention is used, a thin film having a uniform film thickness distribution can be efficiently and continuously. Could be manufactured. The film thickness distribution sufficiently satisfied ± 3%.

（実施例４）
図５に示す本発明の薄膜製造装置５１を用いて、ＭＯＣＶＤ法によりＰＺＴ膜を成膜し
た例を説明する。Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの各原料ガス濃度及び流量とキャリアガスＮ_２及び反
応ガスＯ_２の流量は以下の条件とし、８インチの電極基板上にＰＺＴ膜を成膜した。なお
、真空反応室５２内の圧力は、圧力調整バルブ５６ａで５Ｔｏｒｒに維持した。
[原料] [濃度] [設定流量]
Pb(DPM)₂/THF 0.3 mol/L 1.14 ml/min
Zr(DPM)₄/THF 0.3 mol/L 0.58 ml/min
Ti(i-PrO)₂(DPM)₂/THF 0.3 mol/L 0.67 ml/min
［キャリアガス］
N₂500 sccm
[反応ガス]
O₂ 2500 sccm
［不活性ガス］
N₂ 0〜4000 sccm Example 4
An example in which a PZT film is formed by MOCVD using the thin film manufacturing apparatus 51 of the present invention shown in FIG. 5 will be described. The Pb, Zr, and Ti source gas concentrations and flow rates, and the carrier gas N ₂ and reactive gas O ₂ flow rates were as follows, and a PZT film was formed on an 8-inch electrode substrate. The pressure in the vacuum reaction chamber 52 was maintained at 5 Torr with the pressure adjustment valve 56a.
[Raw material] [Concentration] [Set flow rate]
Pb (DPM) ₂ / THF 0.3 mol / L 1.14 ml / min
Zr (DPM) ₄ / THF 0.3 mol / L 0.58 ml / min
Ti (i-PrO) ₂ (DPM) ₂ / THF 0.3 mol / L 0.67 ml / min
[Carrier gas]
N ₂ 500 sccm
[Reactive gas]
O ₂ 2500 sccm
[Inert gas]
N ₂ 0-4000 sccm

図８には、真空反応室５２の内壁面とスリーブ部材６１との間の間隙（排気口の大きさ）の寸法ｒ（排気クリアランスｒ（ｍｍ））とスリーブ部材の高さ寸法Ｌ（ｍｍ）を変更して（３０、５０、７０、９０ｍｍ）、膜厚１００ｎｍのＰＺＴ膜を形成したときの膜厚分布（％）が示されている。図９には、間隙ｒと高さ寸法Ｌを変更して（３０、５０、７０、９０ｍｍ）、ＰＺＴ膜を形成したときの基板中央部の成膜レート（ｎｍ／ｍｉｎ）が示されている。 FIG. 8 shows the dimension r (exhaust clearance r (mm)) of the gap (exhaust opening size) between the inner wall surface of the vacuum reaction chamber 52 and the sleeve member 61 and the height dimension L (mm) of the sleeve member. The film thickness distribution (%) when a PZT film having a film thickness of 100 nm is formed by changing (30, 50, 70, 90 mm) is shown. FIG. 9 shows the deposition rate (nm / min) at the center of the substrate when the gap r and the height dimension L are changed (30, 50, 70, 90 mm) and the PZT film is formed. .

図８から明らかなように、膜厚分布を２％以内に維持するには、高さ寸法Ｌ７０ｍｍ以上の場合、間隙ｒを１０ｍｍ以上に設定する必要がある。他方で、量産性を考慮すると、成膜時間は３ｍｉｎ以下が望ましいので、膜厚１００ｎｍの薄膜を形成する場合、成膜レートが３５ｎｍ／ｍｉｎ以上でなければならない。従って、図９の測定結果から、間隙の寸法ｒを１０ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍから１７ｍｍに、高さ寸法Ｌを７０ｍｍ以上に設定しておけば、良好な膜厚分布と量産に適した成膜レートとが得られる。 As apparent from FIG. 8, in order to maintain the film thickness distribution within 2%, the gap r needs to be set to 10 mm or more when the height dimension is 70 mm or more. On the other hand, in consideration of mass productivity, the film formation time is desirably 3 min or less. Therefore, when a thin film having a film thickness of 100 nm is formed, the film formation rate must be 35 nm / min or more. Therefore, from the measurement results in FIG. 9, if the gap dimension r is set to 10 mm or more, preferably 10 mm to 17 mm, and the height dimension L is set to 70 mm or more, the film thickness suitable for mass distribution and mass production can be obtained. Rate.

次に、上記条件より間隙の寸法ｒを１５ｍｍ、高さ寸法Ｌを７０ｍｍに設定して、ガスヘッド５７の周辺に設けたガスリング６３からプロセスに寄与しない不活性ガスＮ_２を真空反応室５２内に導入して膜厚分布と成膜ダストとを測定した。図１０は、不活性ガスを０〜４０００ｓｃｃｍの流量の範囲で変更しつつ、８インチの電極基板上にＰＺＴ膜の形成したときの膜厚分布と成膜ダストの関係を示す。これによれば、ガスリング６３から１０００〜２０００ｓｃｃｍの範囲で不活性ガスを流した場合、パーティクル数が最も小さくなった。このため、不活性ガスを流さない場合に比べて優位性を有する。 Next, the gap dimension r is set to 15 mm and the height dimension L is set to 70 mm from the above conditions, and the inert gas N ₂ that does not contribute to the process from the gas ring 63 provided around the gas head 57 is removed from the vacuum reaction chamber 52. The film was introduced into the film, and the film thickness distribution and film formation dust were measured. FIG. 10 shows the relationship between the film thickness distribution and the deposition dust when the PZT film is formed on the 8-inch electrode substrate while changing the inert gas in the flow rate range of 0 to 4000 sccm. According to this, the number of particles became the smallest when an inert gas was allowed to flow from the gas ring 63 in the range of 1000 to 2000 sccm. For this reason, it has an advantage over the case where no inert gas is allowed to flow.

また、図１１は、上記と同様、間隙の寸法ｒを１５ｍｍ、高さ寸法Ｌを７０ｍｍに設定すると共に、ガスリング６３から不活性ガスＮ２を０〜４０００ｓｃｃｍの流量の範囲で変更しつつ真空反応室５２内に導入して、８インチの電極基板上にＰＺＴ膜を形成したときの組成比（線ａ）と膜厚分布（線ｂ）とを示す。これによれば、不活性ガスの流量を変更しても膜厚分布に変化は見られないが、不活性ガス流量が２０００ｓｃｃｍの近傍で組成比が乱れた。なお、組成比は、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の比のことをいう。 In addition, in FIG. 11, as described above, the gap dimension r is set to 15 mm, the height dimension L is set to 70 mm, and the inert gas N2 from the gas ring 63 is changed in a flow rate range of 0 to 4000 sccm while performing a vacuum reaction. A composition ratio (line a) and a film thickness distribution (line b) when a PZT film is formed on an 8-inch electrode substrate after being introduced into the chamber 52 are shown. According to this, even if the flow rate of the inert gas was changed, the film thickness distribution did not change, but the composition ratio was disturbed in the vicinity of the inert gas flow rate of 2000 sccm. The composition ratio refers to the ratio of Zr / (Zr + Ti).

以上の測定結果から、上記実施の形態の薄膜製造装置では、間隙の寸法ｒを１０ｍｍ以上、スリーブ部材６１の高さ寸法Ｌを７０ｍｍ以上、また、ガスリング６３から真空反応室に導入される不活性ガスの流量を１０００〜１５００ｓｃｃｍの範囲にすると、ガスリング６３からの不活性ガス自体が乱流、対流の発生源とはならず、その整流作用を最大限に発揮させることができることが分かった。その結果、膜厚分布（２％以下）、組成比、組成分布及び成膜レートが良好であって安定すると共に、成膜ダスト（０．２μｍ以上のパーティクルが２０個以下）も少なく、連続成膜を行い得る。 From the above measurement results, in the thin film manufacturing apparatus of the above embodiment, the gap dimension r is 10 mm or more, the height L of the sleeve member 61 is 70 mm or more, and the gas ring 63 is introduced into the vacuum reaction chamber. It was found that when the flow rate of the active gas is in the range of 1000 to 1500 sccm, the inert gas itself from the gas ring 63 does not become a source of turbulence and convection, and the rectifying action can be maximized. . As a result, the film thickness distribution (2% or less), composition ratio, composition distribution and film formation rate are good and stable, and the film formation dust (20 particles or less of 0.2 μm or more) is small, so A membrane can be performed.

（実施例５）
以下に示す条件でＢＳＴ膜の作製を行った。実施例４と同様に、間隙の寸法ｒを１０ｍ
ｍ以上、スリーブ部材６１の高さ寸法Ｌを７０ｍｍ以上、また、ガスリング６３から真空
反応室５２に導入される不活性ガスの流量を７００〜１２００ｓｃｃｍの範囲にすると、
ガスリング６３からの不活性ガス自体が乱流、対流の発生源とはならず、その整流作用を
最大限に発揮させることができた。この場合、真空反応室５２内の圧力は８Ｔｏｒｒに維
持した。
[原料] [濃度] [設定流量]
Ba(DPM)₂/THF 0.1 mol/L 0.3 ml/min
Sr(DPM)₂/THF 0.1 mol/L 0.3 ml/min
Ti(i-PrO)₂(DPM)₂/THF 0.1 mol/L 0.6 ml/min
［キャリアガス］
N₂ 250 sccm
[反応ガス]
O₂ 1800 sccm
［不活性ガス］
N₂ 1000 sccm (Example 5)
A BST film was prepared under the following conditions. As in Example 4, the gap dimension r is 10 m.
m or more, the height L of the sleeve member 61 is 70 mm or more, and the flow rate of the inert gas introduced from the gas ring 63 into the vacuum reaction chamber 52 is in the range of 700 to 1200 sccm.
The inert gas itself from the gas ring 63 did not become a source of turbulence and convection, and the rectifying action could be maximized. In this case, the pressure in the vacuum reaction chamber 52 was maintained at 8 Torr.
[Raw material] [Concentration] [Set flow rate]
Ba (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.3 ml / min
Sr (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.3 ml / min
Ti (i-PrO) ₂ (DPM) ₂ / THF 0.1 mol / L 0.6 ml / min
[Carrier gas]
N ₂ 250 sccm
[Reactive gas]
O ₂ 1800 sccm
[Inert gas]
N ₂ 1000 sccm

また、ステージ５３に昇降手段を付設しなくても、防着板を配置して、対流、乱流及び熱対流が生じることなく、等方排気するようにすれば、混合ガスのガス流を均一にできる。
産業上の利用の可能性 Further, even if a lifting / lowering means is not attached to the stage 53, a gas flow of the mixed gas can be made uniform by arranging an adhesion preventing plate so as to exhaust isotropically without causing convection, turbulence and thermal convection. Can be.
Industrial applicability

以上説明したように、上記混合器においては、二つのガス導入管がそれぞれのガス導入口を互いに対向するように設けられている攪拌室と、攪拌・混合されて得られた混合ガスを拡散させる拡散室とを有し、攪拌室と拡散室との間に特定の曲面形状を有する仕切り板を設け、この仕切り板には上記それぞれのガス導入口を結ぶ直線の鉛直方向下側の所定位置に一つのガス吹き出し口を設け、このガス吹き出し口を介して混合ガスが攪拌室から拡散室へと拡散されるように構成したので、重量の異なるガスを容易に均一に混合することが可能となり、ガス重量が異なっても用いる混合器の容積を大きくする必要が無く、また、ガス流量や種類によって混合器の容積を変える必要もない。そのため、この混合器を用いれば、ＭＯＣＶＤ等のＣＶＤプロセスによって均一な膜質及び膜厚分布を有する薄膜を効率よく製造することが可能である。この曲面形状を有する仕切り板には、その周縁部分からその底部までの鉛直距離の１／２に相当する位置にガス吹き出し口が設けられているので、重量の異なるガスを容易に均一に混合して、次の工程での処理に効率よく使用することができるようになる。 As described above, in the mixer, the two gas introduction pipes diffuse the mixed gas obtained by stirring and mixing the stirring chamber provided so that the respective gas inlets face each other. A partition plate having a specific curved surface shape is provided between the stirring chamber and the diffusion chamber, and the partition plate is provided at a predetermined position on the lower side in the vertical direction of the straight line connecting the respective gas inlets. Since one gas blowout port is provided and the mixed gas is diffused from the stirring chamber to the diffusion chamber through this gas blowout port, it becomes possible to easily and uniformly mix gases with different weights, There is no need to increase the volume of the mixer to be used even if the gas weight is different, and it is not necessary to change the volume of the mixer depending on the gas flow rate or type. Therefore, if this mixer is used, a thin film having uniform film quality and film thickness distribution can be efficiently produced by a CVD process such as MOCVD. Since the partition plate having this curved surface is provided with a gas outlet at a position corresponding to ½ of the vertical distance from the peripheral portion to the bottom thereof, gases having different weights can be easily and uniformly mixed. Thus, it can be efficiently used for the processing in the next step.

また、上記混合器を用いた薄膜製造装置によれば、当該混合器を真空反応室に直結すれば、構成を簡単にできる。また、上記混合器を備えたことで、混合中の内部圧力を低くすることができ、それにより気化器内部の圧力を所定の圧力以下にすることができる。そのため、気化部のメンテナンスサイクルを長くし、安定した成膜ガスを反応室に供給することができ、その結果、ＣＶＤプロセスによって均一な膜質及び膜厚分布を有する薄膜を製造することが可能となる。 Moreover, according to the thin film manufacturing apparatus using the mixer, the configuration can be simplified if the mixer is directly connected to the vacuum reaction chamber. Further, by providing the mixer, the internal pressure during mixing can be lowered, and thereby the pressure inside the vaporizer can be reduced to a predetermined pressure or lower. Therefore, it is possible to lengthen the maintenance cycle of the vaporization section and supply a stable film forming gas to the reaction chamber. As a result, it is possible to manufacture a thin film having uniform film quality and film thickness distribution by the CVD process. .

また、本発明の薄膜製造装置では、簡単な構造でかつ低コストで製作でき、その上、乱流、対流及び熱対流の発生を押えて混合ガスのガス流を均一にできる。従って、基板上の薄膜の膜厚分布及び組成分布を均一にできると共に、その再現性も高く、ＭＯＣＶＤ等のＣＶＤプロセスにおいて有効に利用できる。 In addition, the thin film manufacturing apparatus of the present invention can be manufactured with a simple structure and at a low cost, and in addition, the generation of turbulent flow, convection and thermal convection can be suppressed, and the gas flow of the mixed gas can be made uniform. Therefore, the film thickness distribution and composition distribution of the thin film on the substrate can be made uniform, and the reproducibility thereof is high, so that it can be effectively used in a CVD process such as MOCVD.

本発明の薄膜形成装置に利用可能な混合器の内部構成を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the internal structure of the mixer which can be utilized for the thin film forming apparatus of this invention. （Ａ）は、上記混合器の撹拌室の内部構成を模式的に示す断面図。（Ｂ）は、（Ａ）に示す撹拌室の内部構成を模式的に示す上面図。(A) is sectional drawing which shows typically the internal structure of the stirring chamber of the said mixer. (B) is a top view schematically showing the internal configuration of the stirring chamber shown in (A). 上記混合器を連結した薄膜製造装置の概略の構成を示す構成図。The block diagram which shows the schematic structure of the thin film manufacturing apparatus which connected the said mixer. （Ａ）は実施例１で形成した薄膜の膜厚分布の概略を示す模式図。（Ｂ）は比較例１で形成した薄膜の膜厚分布の概略を示す模式図。(A) is a schematic diagram which shows the outline of the film thickness distribution of the thin film formed in Example 1. FIG. (B) is a schematic diagram showing an outline of the film thickness distribution of the thin film formed in Comparative Example 1. FIG. 本発明の実施の形態に係わる薄膜製造装置の構成を説明する概略模式図。1 is a schematic diagram illustrating the configuration of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. （Ａ）は、図５に示す真空反応室の上部の平面図。Ｂ）は、図５に示すステージ周辺の断面図。(A) is a top view of the upper part of the vacuum reaction chamber shown in FIG. B) is a sectional view around the stage shown in FIG. （Ａ）及び（Ｂ）は図５に示す装置において真空反応室内でステージの位置を変化させたときの混合ガスのガスの流れを説明するための図。(A) And (B) is a figure for demonstrating the gas flow of mixed gas when the position of a stage is changed in a vacuum reaction chamber in the apparatus shown in FIG. 図５に示す装置において間隙寸法及び高さ寸法を変更してＰＺＴ膜を成膜したときの膜厚分布を示すグラフ。6 is a graph showing a film thickness distribution when a PZT film is formed by changing the gap dimension and the height dimension in the apparatus shown in FIG. 図５に示す装置において間隙寸法及び高さ寸法を変更してＰＺＴ膜を成膜したときの基板中央部の成膜レートを示すグラフ。The graph which shows the film-forming rate of the center part of a board | substrate when changing the gap | interval dimension and the height dimension in the apparatus shown in FIG. 5, and forming a PZT film | membrane. 図５に示す装置においてガスリングを介して不活性ガスＮ_２を０〜４０００ｓｃｃｍの流量の範囲で変更しつつ８インチの電極基板上にＰＺＴ膜を形成したときの膜厚分布と成膜ダストとの関係を示すグラフ。In the apparatus shown in FIG. 5, the film thickness distribution and film-forming dust when the PZT film is formed on the 8-inch electrode substrate while changing the inert gas N ₂ through the gas ring in the range of the flow rate of 0 to 4000 sccm. The graph which shows the relationship. 図５に示す装置においてガスリングから不活性ガスＮ_２を０〜４０００ｓｃｃｍの流量の範囲で変更しつつ真空反応室内に導入して８インチの電極基板上にＰＺＴ膜を形成したときの組成分布と膜厚分布とを示すグラフ。In the apparatus shown in FIG. 5, the composition distribution when an inert gas N ₂ is changed from the gas ring in a range of 0 to 4000 sccm and introduced into the vacuum reaction chamber to form a PZT film on an 8-inch electrode substrate. The graph which shows film thickness distribution.

符号の説明Explanation of symbols

５１薄膜形成装置
５２真空反応室
５２ａ第１空間
５２ｂ第２空間
５３ステージ
５５真空排気手段
５７ガスヘッド
６１スリーブ部材 51 Thin Film Forming Device 52 Vacuum Reaction Chamber 52a First Space 52b Second Space 53 Stage 55 Vacuum Exhaust Means 57 Gas Head 61 Sleeve Member

Claims

基板が載置されるステージを備えた円筒形状の真空反応室を有し、前記ステージに対向させて真空反応室上面に原料ガスと反応ガスとの混合ガスを真空反応室内に導入するガスヘッドを設けた薄膜形成装置において、
前記ステージの側壁に密接させて円筒形状のスリーブ部材を設け、前記スリーブ部材の下端部が真空排気手段が接続されたステージ下方の第２空間まで延出され、前記第２空間の容積がガスヘッドとステージとで区画された第１空間の容積より大きくなる位置に前記ステージを位置させ、第１空間内の排ガスが前記スリーブ部材と真空反応室内壁面との間の間隙を介して排気されるように構成したことを特徴とする薄膜形成装置。 A gas head having a cylindrical vacuum reaction chamber having a stage on which a substrate is placed, and introducing a mixed gas of a source gas and a reaction gas into the vacuum reaction chamber on the upper surface of the vacuum reaction chamber facing the stage. In the provided thin film forming apparatus,
A cylindrical sleeve member is provided in close contact with the side wall of the stage, and a lower end portion of the sleeve member extends to a second space below the stage to which a vacuum exhaust means is connected, and the volume of the second space is a gas head. The stage is positioned at a position that is larger than the volume of the first space defined by the stage and the stage so that the exhaust gas in the first space is exhausted through a gap between the sleeve member and the wall surface of the vacuum reaction chamber. A thin film forming apparatus, characterized in that it is configured as follows.

前記真空反応室の内壁面に沿って不活性ガスを均等に導入するガスリングを前記真空反応室上面に設けたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a gas ring for uniformly introducing an inert gas along the inner wall surface of the vacuum reaction chamber is provided on the upper surface of the vacuum reaction chamber.

前記ガスリングに供給される不活性ガスの温度を変更自在とする温度調節手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to claim 2, further comprising a temperature adjusting unit that can change a temperature of the inert gas supplied to the gas ring.

前記ステージを真空反応室で昇降自在に設け、前記ステージの上昇位置で成膜処理が行なわれ、前記ステージの下降位置で真空反応室側壁に形成した基板搬送口を介して前記ステージへの基板の受け渡しが行われるように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。 The stage is provided so as to be movable up and down in a vacuum reaction chamber, a film forming process is performed at the rising position of the stage, and a substrate is transferred to the stage through a substrate transfer port formed on the side wall of the vacuum reaction chamber at the lowering position of the stage. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein delivery is performed.

前記混合ガスの温度を変更自在とする温度調節手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。 5. The thin film forming apparatus according to claim 1, further comprising a temperature adjusting unit configured to freely change a temperature of the mixed gas.

前記スリーブ部材と前記真空反応室内壁面との間の間隙を１０ｍｍ以上に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。 6. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a gap between the sleeve member and the wall surface of the vacuum reaction chamber is set to 10 mm or more.

前記スリーブ部材の高さ寸法を７０ｍｍ以上に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a height dimension of the sleeve member is set to 70 mm or more.

ＭＯＣＶＤ法による薄膜形成が可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。 The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a thin film can be formed by MOCVD.

基板が載置されたステージを備えた円筒形状の真空反応室内で、真空排気手段が接続されたステージ下方の第２空間の容積が真空反応室の上面の中央部に設けたガスヘッドとステージとで区画される第１空間の容積より大きくなる位置に前記ステージを位置させ、
前記ガスヘッドを介して原料ガスと反応ガスとの混合ガスを導入すると共に、前記真空反応室の上面に設けたガスリングからその内壁面に沿って均等に不活性ガスを導入し、前記原料ガスと反応ガスとの反応により基板上に薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法であって、
前記ステージの側壁に密接して設けられた円筒形状のスリーブ部材と前記真空反応室の内壁面との間の間隙を介して第１空間から第２空間に排ガスが流れて真空反応室外へと排気されるようにしたことを特徴とする薄膜製造方法。 In a cylindrical vacuum reaction chamber having a stage on which a substrate is placed, a gas head and a stage in which the volume of the second space below the stage to which the evacuation means is connected are provided in the center of the upper surface of the vacuum reaction chamber, The stage is positioned at a position larger than the volume of the first space partitioned by
The mixed gas of the source gas and the reactive gas is introduced through the gas head, and the inert gas is uniformly introduced along the inner wall surface from the gas ring provided on the upper surface of the vacuum reaction chamber. A thin film manufacturing method characterized in that a thin film is formed on a substrate by a reaction between a reactive gas and a reactive gas,
Exhaust gas flows from the first space to the second space through the gap between the cylindrical sleeve member provided in close contact with the side wall of the stage and the inner wall surface of the vacuum reaction chamber, and is exhausted out of the vacuum reaction chamber. A thin film manufacturing method characterized by being made.

中空円筒形状でその内部が仕切り板により撹拌室及び拡散室とに仕切られた混合器にて、前記撹拌室の上方部分で互いに対向するように配置された原料ガス導入用のガス導入口及び反応ガス導入用のガス導入口から原料ガス及び反応ガスの両ガスを撹拌室内にそれぞれ導入し、導入された両ガスを攪拌・混合し、この混合された原料ガスと反応ガスとの成膜ガスを仕切板に設けた１つのガス吹き出し口を介して攪拌室より大きい容積を有する拡散室内に導入して拡散させ、この拡散された成膜ガスを真空反応室の上部に設けられたガスヘッドに供給することを特徴とする請求項９記載の薄膜製造方法。 A gas introduction port and reaction for introducing a raw material gas arranged in a hollow cylindrical shape and the interior of which is partitioned into a stirring chamber and a diffusion chamber by a partition plate so as to face each other in the upper part of the stirring chamber Both the raw material gas and the reactive gas are introduced into the stirring chamber from the gas introduction port for introducing the gas, the introduced two gases are stirred and mixed, and a film forming gas of the mixed raw material gas and the reactive gas is formed. It is introduced and diffused into a diffusion chamber having a larger volume than the stirring chamber through one gas outlet provided in the partition plate, and this diffused film forming gas is supplied to the gas head provided in the upper part of the vacuum reaction chamber. The thin film manufacturing method according to claim 9.

前記ガスリングから真空反応室に導入する不活性ガスの流量を７００〜１５００ｓｃｃｍの範囲に設定することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の薄膜製造方法。 The thin film manufacturing method according to claim 9 or 10, wherein a flow rate of an inert gas introduced from the gas ring into the vacuum reaction chamber is set in a range of 700 to 1500 sccm.

前記ガスリングから真空反応室に導入する不活性ガスの流量を、ＰＺＴ膜を形成する場合は１０００〜１５００ｓｃｃｍの範囲に設定し、また、ＢＳＴ膜を形成する場合は７００〜１２００ｓｃｃｍの範囲に設定することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜製造方法。

The flow rate of the inert gas introduced from the gas ring into the vacuum reaction chamber is set in the range of 1000 to 1500 sccm when the PZT film is formed, and is set within the range of 700 to 1200 sccm when the BST film is formed. The thin film manufacturing method according to any one of claims 9 to 11, wherein: