JPH0372078A

JPH0372078A - 薄膜作成方法および装置

Info

Publication number: JPH0372078A
Application number: JP20633589A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kobayashi; 司小林; Atsushi Sekiguchi; 敦関口; Hitoshi Jinba; 仁志神馬
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1991-03-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、液体原料をバブラー方式によって、気化さ
せ、該気化した原料をＣＶＤ反応室へ供給して基板表面
に薄膜を作成する方法および装置に関する。

（従来の技術）従来、ＬＳＩの高密度化に伴い半導体素子のパターンの
微細化や、三次元化が進んでいる。このような半導体素
子の製造においては、段差・起伏の大きいパターン上に
いかにして平坦性の良い薄膜を形成し、段差・起伏を平
坦化するかが重要となる。層間絶縁膜としての二酸化ケ
イ素５ｉ０２の平坦化を、どの様なプロセスを用いて行
なうかについては現在種々の方法が考えられているが、
将来非常に有望とされている技術に、原料とじてテトラ
　エトキシ　オルソ　シリケート（以下、ＴＥＯＳと略
す）を用いたＣＶＤ法がある。この方法の中にもプラズ
マＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、オゾン０３を用いたＣＶＤ法
があるが、より低温（〜４００℃）で成膜可能のため下
地のＡｌ薄膜の特性を劣化させないと共に、段差等の被
覆形状が非常に良好であるという点で、オゾン０３とＴ
ＥＯＳによるＣＶＤ法は他の方法に比べ優れている。圧
力領域としては、従来１００Ｔｏｒｒから大気圧の範囲
で成膜がなされており、成膜速度としては、最大３００
０λ／分程度が得られている。

ところで、この様なＣＶＤ装置で用いられるガス供給機
構としてはＴＥＯＳが常温で液体であり、かつ蒸気圧が
小さい（室温で〜２Ｔｏｒｒ）物質であるためバブラー
方式が一般に用いられている。この方式は第４図に示す
ように、液体原料１を入れたバブラー容器２を所定の温
度に保ち、液面下まで挿入したデイツプチューブ３に気
化ガス輸送用の不活性ガス（ＡｒやＮ２等）を流すこと
により、デイツプチューブ３の先端から気泡を発生させ
（バブリングを行う）で、液体原料（ＴＥＯＳ）の気化
を促進させるものである。

（発明が解決しようとする課題）前記バブラー方式は簡便でＴＥＯＳに限らず、特に蒸気
圧の小さい液体を原料とするＣＶＤでは広く用いられて
いるが次の様な欠点が存在する。

まず、成膜の手順としては、バブラー容器２を恒温槽内
で一定温度に加熱しておき、バブラー容器２とＣＶＤ反
応室との間の弁１５を開き、バブリングを開始する。弁
１５を開いてからの原料ガス流量は、第５図に示す様な
時間的変化を示す。

すなわち、弁１５の開口より原料ガス流量はオーバーシ
ュート的なピークを示した後落ち着くが、時間とともに
次第に減少する。この原料流量の時間による漸減は、バ
ブラー容器内の原料の量に依存し、原料の量が多ければ
、この減少量は小さく、ａのような時間的変化を示す。

しかし、原料の量が少くなってくると、減少の程度が増
大し、原料ガス流量自体も全体的に減少し、ｂのような
時間的変化を示す。

この様な現象の生じる理由は、次の様に考えられる。

液体が気化する時、その気化熱により液体は冷却される
。冷却の度合はその液体量に反比例して大きくなる。バ
ブラー容器２全体は恒温槽内に保持されているものの、
液体の気化速度が大きい場合には、恒温槽とバブラー容
器内の液体の間の熱抵抗により両者間に温度差が生じて
しまう。すなわち、液温を一定に制御する系の液温変化
に対する追従性が良くないためである。これを防ぐには
追従性を速くするように制御系を構成すれば良いが、液
体量の減少による経時変化を完全に抑えることはなかな
か困難である。

バブラー方式には、上記の様な再現性・制御性における
欠点があるため、薄膜の作成条件も一定にすることが難
しい。この為、第４図の様な形では実際の量産用のＣＶ
Ｄ装置に用いることはできない。

一方、これと異る方式のＴＥＯ３専用のガス供給装置も
存在する。これはＴＥＯＳをかなり高温に加熱し、ＴＥ
Ｏ３自身の蒸気圧で気化ガスを供給し、マスフローコン
トローラで流量を制御しようとするものである。しかし
、ＴＥＯＳの蒸気圧が小さいため、気化ガス流量として
大流量がとれないこと、使用する圧力領域（１００Ｔｏ
ｒｒ大気圧）では動作させることができないこと、とい
った制限のため、段差被覆性に優れる０３−ＴＥＯＳに
よるＣＶＤ法においては、このガス供給装置を使用する
ことができないのが実情である。

現在のところ、再現性・制御性は劣るものの、大気圧程
度の圧力でも大流量がとれるバブラー方式が、０３−Ｔ
ＥＯＳのＣＶＤ法においては広く用いられている。

（課題を解決する為の手段）この発明は、バブラー方式における再現性・制御性の問
題を解決し、再現性・制御性に優れ、量産に適した薄膜
の作成方法と装置を提供することを目的とする。

即ち、この発明の薄膜作成方法は、バブラー方式により
原料ガスをＣＶＤ反応室へ導いて基板表面に薄膜を作成
する方法において、バブラー容器に収容した原料を常時
一定に保つことによって、常時一定量の原料ガスをＣＶ
Ｄ反応室へ供給可能の状態とし、薄膜作成時には前記原
料ガスをＣＶＤ反応室へ導く一方、非薄膜作成時には、
前記原料ガスをＣＶＤ反応室以外へ導くようにしたこと
を特徴としている。

又、この発明の薄膜作成装置は、バブラー方式のガス供
給機構と、ＣＶＤ反応室を備えてなる薄膜作成装置にお
いて、前記ガス供給機構は、バブラー容器と、該バブラ
ー容器内部の原料の量を制御する機構と、バブラー容器
とＣＶＤ反応室を接続した配管とで構成されており、前
記配管には分岐管が設けてあると共に、前記配管および
分岐管に夫々弁が介設してあることを特徴としている。

前記薄膜作成装置においては、分岐管をバブラー容器か
ら送られた原料ガスの回収装置に接続する場合もある。

（作　　用）この発明の薄膜作成方法によれば、バブラー容器は常時
定常状態に維持されるので、原料ガスの流路を切換えて
も、ＣＶＤ反応室に対する原料ガスの流量の時間的変化
は生じることが無く、一定量の原料ガスが供給される。

又、この発明の薄膜作成装置によれば、バブラー容器か
らの原料ガスをＣＶＤ反応室と分岐管の何れかへ流すこ
とが可能である。従ってバブラー容器を定常状態に維持
することができ、この結果、所要時にはＣＶＤ反応室へ
、一定量の原料ガスを供給することができる。

分岐管を回収装置へ接続した薄膜装置によれば、非薄膜
作成時にバブラー容器から分岐管へ流した原料ガスを回
収することができる。

（実施例）第１図は本発明の実施例であって、図中１は原料である
ＴＥＯ３液体、２はバブラー容器、３はバブリング用の
デイツプチューブで、輸送用ガスＡｒがボンベ４よりマ
スフローコントローラ５を介してデイツプチューブ３の
先端よりバブラー容器２内のＴＥＯ３液体１内に導入で
きるようになっている。バブラー容器２内にはＴＥＯＳ
の液面レベルセンサー６が設置してあり、外部のレベル
表示器７によりＴＥＯ３液面を検知可能となっている。

又、バブラー容器２内にはＴＥＯ８液体の温度を一定に
保つための温度センサー８とヒーター９が設置されてい
る。１０はＴＥＯ５貯蔵槽であり、槽内の上部空間には
Ａｒガスボンベ１１及−び圧力調整器１１ａにより、約
＋１ｋｇ／ｃ＋ｆｆの圧力が常に加えられるようになっ
ている。この圧力によりＴＥＯ３液体１は貯蔵槽内に挿
入されたチュー７’１２を通って、液体マスフローコン
トローラ１３に輸送され、該マスフローコントローラ１
３からバブラー容器２へと供給可能としである。この液
体マスフローコントローラ１３は、バブラー容器２のレ
ベル表示器７からの信号１４を受けて動作するもので、
バブラー容器２内のＴＥＯ９ＭＩが常に一定となる様に
構成されている。バブラー容器２はバルブ１５を介して
ＣＶＤ反応室１６に接続されている。成膜時（薄膜作成
時）においては、バブラー容器２で気化したＴＥＯＳガ
ス及び輸送用のＡｒガスは、ＣＶＤ反応室１６内に導入
され、ガス拡散板５０を介してヒーター５１に支持され
た基板５２に吹きつけられるようにしである。ＣＶＤ反
応室１６には他の反応ガスとして図示していないオゾン
発生器より約８ｖｏ　１％の濃度のオゾン０３を含む０
２ガスも多数の孔を有するリング状パイプ５５を通して
導入されるようになっている。ＣＶＤ反応室１６内の反
応済の気体及び輸送用Ａｒガスは可変バルブ１７、スト
ップバルブ１８を介してロータリーポンプ１つで排気さ
れるようになっている。一方、非成膜時（非薄膜作成時
）においては、気化したＴＥＯＳガスおよび輸送用Ａｒ
ガスは、バルブ２０を通ってバブラー容器２の上部から
分岐した分岐管２１に導入され、該分岐管２１によりＴ
ＥＯ５回収用の熱交換器２２に導き得るようにしである
。この熱交換器には、図示していないクーラーより約−
３０℃の冷媒が矢印２３．２４の方向に導入・排出され
ている。然してこの熱交換器２２でＴＥＯＳガスは結露
を生じ、液化したＴＥＯＳは熱交換器の下部に接続され
たＴＥＯ５回収槽２５に回収できるようにしである。熱
交換器２２で液化しない輸送用のＡ「ガスは可変バルブ
２６、ストップバルブ２７を通してロータリーポンプ２
８て排気可能としである。ＴＥＯ３回収槽には液面レベ
ル計センサー２９、表示器３０が設置されており、−窓
以上のレベルに達した場合、回収されたＴＥ０１はバル
ブ３１を開くことにより貯蔵槽へ移送できる構造となっ
ている。ＴＥＯ８貯蔵槽１０にも液面レベル計センサー
３２、表示器３３が設置されており、ＴＥＯ５原料の充
填の要否を検知可能としである。

次に、前記実施例の薄膜作成装置を用いて実際に５ｉ０
２薄膜を作成する手順を説明する。

まず、バブラー容器２内に一定量のＴＥＯ３液体を注入
した後、ＴＥ０１の液温を６５℃に設定する。そして、
約１００　ｃｃ／ｍｉｎに流量制御された輸送用のＡｒ
ガスを流し、バブリングを開始する。

この際、バルブ１５は閉にし、バルブ２０は開にして気
化ガスは分岐管２１の方に導入する。又、ロータリーポ
ンプ２８は起動し、また、熱交換器２２内には冷媒を循
環させる。また、バルブ３１は閉にしておく。次に、バ
ブラー容器２の上部に設置した圧力計３４が約１００Ｔ
ｏｒｒになる様に可変バルブ２６を調節する。この調節
は手動で行う外、図示していない調節機構により自動的
に行なうようにすることもできる。

この状態でバブラー容器２内の温度及び液面が安定し、
定常状態になるまで待つ。定常状態においては、バブラ
ー容器２から気化したＴＥＯＳガスの流量（約２００ｃ
ｃ／ＬＩｌｉｎ　）に相当する液体ＴＥ０１（約２ｃｃ
／ｍ！ｎ　）が、液体マスフローコ°ントローラ１３に
より連続的に供給され、はぼ同量の液体ＴＥ０１が回収
槽２５に回収される。成膜の開始荊に、予め図示してい
ないロードロック室及び搬送機構により基板５２が反応
室内のヒータ５１に支持され、反応室内は図示していな
いターボ分子ポンプなどの排気ポンプにより高真空（１
０’Ｔｏｒｒ）に−旦排気された後、オゾン０３を含む
０２ガスが所定の流量（約１０００ＣＣ／ｍ１ｎ）で導
入されると共に、ＣＶＤ反応室１６に設置した圧力計５
３と可変バルブ１７により、反応室内の圧力は約１００
Ｔｏｒｒとなるように自動的に調整されている。成膜は
分岐管２１のバルブ２０を閉口し、バルブ１５を開とす
ることにより開始される。ＣＶＤ反応室１６には、バブ
ラー容器２の定常状態における気化したＴＥＯＳガス（
約２００ｃｃ／ｍｉｎ　）が供給される。成膜を終了す
るにはバルブ１５を閉にし、再びバルブ２０を開にすれ
ば良い。

長期間使用した後、回収槽２５内のＴＥ０１が所定のレ
ベルまで達したらバブリングを停止し、バルブ２０．２
７を閉口し、バルブ５４．３１を開にすれば回収槽２５
内のＴＥ０１はＴＥＯ３貯蔵槽１０に移送される。

なお、実際装置ではバブラー容器２として容積約５００
ｃｃのものを用いＴＥ０１の液体量は約２００ｃｃとし
たが、ＴＥ０１の液温を精度良く一定に保つにはＴＥ０
１の液量をあまり大きくしない方が良い。これはＴＥ０
１の温度調節系における時定数が大きくなり（特に冷却
の場合）速い応答が得られにくくなるためである。また
、気化したＴＥＯＳガスの流れる配管はすべて結露が生
じないように約９０℃程度に加熱するのが望ましい。

ところで、前記実施例においては、バブラー容器２中の
液面を一定に保つため液面レベルセンサー６と液体マス
フローコントローラ１３を用いたが、第２図に示す構成
でも液面を一定に保つことができる。第２図に示した実
施例ではＴＥＯＳガス供給機構部分のみが、前記実施例
と異なっており、その他の部分は前記実施例と同じであ
るので、同一符号を付しである。

即ち、この第２の実施例では、ＴＥＯ５貯蔵槽１０は、
ＴＥ０１の回収槽の役割を兼ねている。

ＴＥＯ３貯蔵槽１０の底部と、バブラー容器２の底部は
細いフレキシブルチューブ６０で連結されている。更に
バブラー容器２内上部空間と、ＴＥＯ３貯蔵ｔｌｌＯの
上部空間の圧力が等しくなる様に両者間は細いフレキシ
ブルチューブ６１で連結されている。バブラー容器２内
のレベルを液面レベルセンサー６および表示器７により
検出し、液面レベルが一定となる様にＴＥＯ３貯蔵槽１
０全体が矢印６３の方向（上下）に自動的に移動可能と
しである。この実施例においては、長期間使ルしても第
１の実施例（第１図）で行った様な回収ＴＥ０１の移送
作業が不要となるため、貯蔵槽内にＴＥ０１が残留して
いる限り、成膜を継続することができる。

次に第３図はこの発明の第３の実施例である。

ＣＶＤ反応室１６の構造は、前記実施例と同じであるた
め省略した。まこ、この第３の実施例はバブラー容器２
内のＴＥＯＳ液面を一定に保つ機構のみ異り、他は第１
の実施例と同様の構造となっているので、同一の符号を
付しである。バブラー容器２内には、ＴＥＯ３貯蔵槽１
０よりＴＥ０１を注入するためのチューブ８０が挿入さ
れており、その先端位置はバブラー容器２内の液面レベ
ルと一致している。この液面レベルは、バブラー容器２
内の圧力（圧力計３４により測定される）　Ｐ。

（Ｔｏｒｒ）と、ＴＥＯ３貯蔵槽１０内上部空間の圧力
（圧力計８１により測定される）　Ｐｌ（Ｔｏｒｒ）と
の差圧により一定に保持される。すなわち、バブラー容
器２内の液面とＴＥＯＳ貯蔵槽１０内の液面のレベル差
（同図中の矢印８２）をｈ　（ｍｍ）とすると、Ｐｌを
常にＰＱ　−ｐｍ　十りが成り立つ様に自動的に制御す
る機構を有する。この制御を行っているのが、８３の圧
力制御ユニットである。

ここではバブラー容器２に設置した圧力計３４、及びＴ
ＥＯ３貯蔵槽１０に設置された圧力計８１、更にＴＥＯ
３貯蔵槽１０内に設置された液面レベルセンサー３２、
及び表示器３３からの信号を受けて、圧力計８１の指示
値が常に、前記関係を満たす様にＡ「ガスボンベ１１に
接続された可変流量バルブ８４、及びロータリーポンプ
２８に接続された可変流量バルブ８５を制御している。

前記３つの実施例において、液面レベル計としては、例
えば静電容量検出方式によるものを用いることができる
が、他の方式のレベル計でも使用することができる。ま
た、熱交換器２２も実施例に示した様なものに限らず、
種々の変形が考えられる。更に、実施例ではＴＥＯＳガ
スを具体例として説明したが、原料の種類もＴＥ０１に
こだわるものではなく、バブラー容器内での加熱により
変質等を生じない様なものであれば使用できる。

以上に示した実施例では、ＴＥＯ３貯蔵槽１０内の約１
０ｇの液体原料を用いて、７５時間以上の期間に亘って
流量を±５％の範囲内で一定（〜２００ｃｃ／ｌｌ１ｉ
ｎ　）に保つ事ができた。また、作成した５ｉ０２薄膜
の厚さのばらつきも、上記時間内で±５％以内におさま
っていた。貯蔵槽内の液材を更に大きくすれば、更に長
期間の使用にも十分対応できる。

（発明の効果）以上に説明したように、この発明によれば、ＣＶＤ反応
室に繰返し一定量の原料ガスを供給することができるの
で、所要の制御下で再現性良く薄膜を作成できる効果が
あり、工業的利用価値が著しい。

又、請求項３に記載した発明では、上記効果の外、回収
した原料ガスの再利用を可能とし、原料ガスの補給期間
を長期にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の系統図、第２図は同
じく第２の実施例の系統図、第３図は同じく第３の実施
例の一部を省略した系統図、第４図は従来のバブラー容
器の説明図、第５図は従来のバブラー容器で供給される
気化ガス流量の時間変化を示すグラフである。１・・・液体原料　　　　　２・・・バブラー容器１０
・・・ＴＥＯ８貯蔵槽　１５・・・バルブ１６・・・Ｃ
ＶＤ反応室　　２０・・・バルブ２１・・・分岐管

Claims

【特許請求の範囲】１　バブラー方式により原料ガスをＣＶＤ反応室へ導い
て基板表面に薄膜を作成する方法において、バブラー容
器に収容した原料を常時一定に保つことによって、常時
一定量の原料ガスをＣＶＤ反応室へ供給可能の状態とし
、薄膜作成時には前記原料ガスをＣＶＤ反応室へ導く一
方、非薄膜作成時には、前記原料ガスをＣＶＤ反応室以
外へ導くようにしたことを特徴とする薄膜作成方法２　バブラー方式のガス供給機構と、ＣＶＤ反応室を備
えてなる薄膜作成装置において、前記ガス供給機構は、
バブラー容器と、該バブラー容器内部の原料の量を制御
する機構と、バブラー容器とＣＶＤ反応室を接続した配
管とで構成されており、前記配管には分岐管が設けてあ
ると共に、前記配管および分岐管に夫々弁が介設してあ
ることを特徴とした薄膜作成装置３　分岐管は、バブラー容器から送られた原料ガスの回
収装置に接続されている請求項２記載の薄膜作成装置