JPH07176493A - Thin film forming apparatus - Google Patents
Thin film forming apparatusInfo
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- JPH07176493A JPH07176493A JP34444693A JP34444693A JPH07176493A JP H07176493 A JPH07176493 A JP H07176493A JP 34444693 A JP34444693 A JP 34444693A JP 34444693 A JP34444693 A JP 34444693A JP H07176493 A JPH07176493 A JP H07176493A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、同一の装置におい
て、基板の上に、超高真空でＭＢＥ(MolecularBeam Epi
taxy)により薄膜形成をし、さらに低真空でＣＶＤ(Chem
ical Vapor Deposition) により薄膜形成できるように
した薄膜形成装置に関する。つまりＭＢＥ装置と、ＣＶ
Ｄ装置の両方に使える装置に関する。半導体、金属、超
伝導、誘電体、有機物などの薄膜形成に広く利用するこ
とができる。単結晶薄膜、多結晶薄膜のいずれをも形成
することができる。This invention relates to MBE (Molecular Beam Epi) on a substrate in an ultrahigh vacuum in the same device.
thin film is formed by taxy, and CVD (Chem
The present invention relates to a thin film forming apparatus capable of forming a thin film by ical vapor deposition. In other words, MBE device and CV
The present invention relates to a device that can be used for both D devices. It can be widely used for forming thin films of semiconductors, metals, superconductors, dielectrics, organic substances and the like. Both a single crystal thin film and a polycrystalline thin film can be formed.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜形成法として、ＭＢＥ法は超高真空
を利用して、材料を分子線として基板に照射して物理的
吸着させ、基板の上を移動させて結晶を形成するように
したものである。これは蒸着と同じように物理的薄膜形
成法のひとつである。ＭＢＥ法は制御性に優れ単層膜を
成長させることもできる。組成の異なる薄い膜を何層に
も積むことができる。ＭＢＥ法の特徴は次のようにまと
められよう。2. Description of the Related Art As a thin film forming method, the MBE method utilizes ultrahigh vacuum to irradiate a material as a molecular beam onto a substrate to physically adsorb it and move it over the substrate to form crystals. It is a thing. This is one of the physical thin film forming methods like vapor deposition. The MBE method is excellent in controllability and can grow a monolayer film. It is possible to stack multiple thin films having different compositions. The features of the MBE method can be summarized as follows.
【０００３】ＭＢＥ法の真空度は１０-11 Ｔｏｒｒの
程度である。超高真空プロセスであるため残留ガスに不
純物が少なく、高純度の成膜を行なうことができる。 成膜速度が遅いので、膜厚の制御性が良い。単原子層
のオ−ダ−の制御も可能である。 成膜速度が遅いので生産性は低い。 物理吸着であるため選択成長が困難である。選択成長
というのは下地によって成長速度が異なり、適した下地
の上にだけ選択的に膜成長するということである。例え
ばＧａＡｓ膜の一部がＳｉＯ2 膜で部分的に覆われてい
る場合、ＧａＡｓ膜の上にも、ＳｉＯ2 膜の上にも同じ
ように膜成長する。これは選択性がないのである。The degree of vacuum in the MBE method is about 10 -11 Torr. Since it is an ultra-high vacuum process, residual gas contains few impurities, and high-purity film formation can be performed. Since the film forming speed is slow, the controllability of the film thickness is good. It is also possible to control the order of the monoatomic layer. The productivity is low because the film formation rate is slow. Since it is physical adsorption, selective growth is difficult. The selective growth means that the growth rate differs depending on the underlayer, and the film is selectively grown only on a suitable underlayer. For example, when a portion of the GaAs film is partially covered with a SiO 2 film, also on the GaAs film and film growth to the same also on the SiO 2 film. This is not selective.
【０００４】これに反して、ＣＶＤ法は低真空で原料ガ
ス間で化学反応を起こさせて反応生成物を薄膜とする。
ＣＶＤ法の特徴は次のようである。On the contrary, in the CVD method, a reaction product is formed into a thin film by causing a chemical reaction between source gases in a low vacuum.
The characteristics of the CVD method are as follows.
【０００５】成長速度が速い。生産性が高い。 低真空で成長させるので、純度、結晶性が劣る。 化学反応によるために選択成長が可能である。例えば
ＳｉＯ2 などの絶縁膜の上には付かず、ＧａＡｓ膜の上
だけに成長するようにできる。The growth rate is high. High productivity. Since it is grown in a low vacuum, its purity and crystallinity are poor. Selective growth is possible because of the chemical reaction. For example, it is possible to grow it only on the GaAs film, not on the insulating film such as SiO 2 .
【０００６】このようにＭＢＥ法、ＣＶＤ法はそれぞれ
長所と短所がある。当然のことであるが、ＭＢＥ装置と
ＣＶＤ装置はまったく別異のものである。原理が違うだ
けでなく、原料も、構造も全く異なる。As described above, the MBE method and the CVD method have advantages and disadvantages, respectively. Of course, MBE equipment and CVD equipment are quite different. Not only the principles are different, but the raw materials and structures are also completely different.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ＭＢＥ法も、ＣＶＤ法
も半導体薄膜のエピタキシャル成長に多用される。その
用途は半導体に限らず、誘電体、有機物、超伝導などの
薄膜形成に用いることができる。例えば、半導体発光素
子を製造する場合など、組成の異なる薄膜を何層にも積
層することが多い。しかもこの場合において、膜厚の相
違が大きい。厚い膜や薄い膜を交互に積層することがあ
る。例えば活性層は薄いほうが良い。しかしクラッド層
やキャップ層などは厚い。薄い膜と厚い膜をエピタキシ
ャル成長しなければならない。このような場合、全部の
薄膜をＭＢＥ法で形成すると時間がかかり過ぎるという
欠点がある。全部の薄膜をＣＶＤ法で作ると、薄い膜の
場合の膜厚にバラツキがでやすい。しかしそれにも拘ら
ず、現在はすべての膜を同一の方法で製造している。い
ずれも単能の装置であって同じ方法しか使えないからで
ある。Both the MBE method and the CVD method are frequently used for epitaxial growth of semiconductor thin films. Its application is not limited to semiconductors, and it can be used for forming thin films of dielectrics, organic substances, superconductivity, and the like. For example, when manufacturing a semiconductor light emitting device, many thin films having different compositions are often laminated. Moreover, in this case, the difference in film thickness is large. Thick films and thin films may be alternately stacked. For example, the active layer should be thin. However, the clad layer and cap layer are thick. Thin and thick films must be epitaxially grown. In such a case, there is a drawback that it takes too much time to form all the thin films by the MBE method. If all thin films are formed by the CVD method, the thickness of thin films tends to vary. But nevertheless, all membranes are now manufactured in the same way. This is because all of them are unipotential devices and can use only the same method.
【０００８】厚い膜はＣＶＤ装置で、薄い膜はＭＢＥ装
置で成長できれば時間的に有利である。折衷的な方法で
ある。しかしそのためには、ウエハを一旦大気中に取り
出さなくてはならない。そうすると水分やガスによって
ウエハが汚染される。望ましくないので実際にはなされ
ていない。同一の装置でありながら、ＭＢＥ法にもＣＶ
Ｄ法にも使える装置を提供することが本発明の目的であ
る。It is advantageous in time if a thick film can be grown by a CVD apparatus and a thin film can be grown by an MBE apparatus. It's an eclectic way. However, for that purpose, the wafer must be once taken out into the atmosphere. Then, the wafer is contaminated by water and gas. Not actually done because it is undesirable. Despite the same equipment, CV can be used for MBE method
It is an object of the present invention to provide a device that can also be used for method D.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、超高真空でも
低真空でも同一の基板の上に薄膜を成長できるようにし
た装置を与える。超高真空にすることができる超高真空
チャンバの内部に、低真空用の小さいチャンバを開閉自
在に設け、低真空用のチャンバの内部に基板設置部と、
原料ガスの導入系を設ける。超高真空チャンバは超高真
空用のポンプで真空に引くことができる。低真空チャン
バは低真空用のポンプで真空に引くことができる。基板
設置部にはヒ−タを付設し基板を加熱できる。超高真空
チャンバの部分は、高真空に引くことのできるポンプを
付ける。チタンサブリメ−ションポンプ、イオンポン
プ、タ−ボ分子ポンプ、ロ−タリポンプなどである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an apparatus that allows thin films to be grown on the same substrate in both ultra-high vacuum and low vacuum. Inside the ultra-high vacuum chamber that can be made into an ultra-high vacuum, a small chamber for low vacuum can be opened and closed freely, and a substrate installation part inside the chamber for low vacuum,
A feed gas introduction system is provided. The ultra-high vacuum chamber can be evacuated by an ultra-high vacuum pump. The low vacuum chamber can be evacuated by a low vacuum pump. A heater can be attached to the substrate installation portion to heat the substrate. The part of the ultra-high vacuum chamber is equipped with a pump that can draw a high vacuum. Examples include titanium sublimation pumps, ion pumps, turbo molecular pumps and rotary pumps.
【００１０】はじめロ−タリポンプである程度の真空度
になるまで引いてから他のポンプを使う。また超高真空
チャンバの壁面を冷却するために液体窒素シュラウド
や、水冷シュラウドなどを壁面にそって設置する。超高
真空チャンバは隣接する他の真空チャンバとゲ−トバル
ブによって連結されており、基板は他の真空チャンバか
ら搬送装置によって運び込まれる。このような構造はＭ
ＢＥ装置と同様である。First, the rotary pump is used to draw a vacuum to a certain degree, and then another pump is used. Liquid nitrogen shrouds and water cooling shrouds are installed along the wall to cool the wall of the ultra-high vacuum chamber. The ultra-high vacuum chamber is connected to another adjacent vacuum chamber by a gate valve, and the substrate is carried from the other vacuum chamber by a transfer device. Such a structure is M
It is similar to the BE device.
【００１１】また低真空チャンバはロ−タリポンプ、拡
散ポンプなどで真空に引く。低真空チャンバを閉じる
と、外側の超高真空と内部の低真空の間でガスの漏れが
ないようになっている。The low vacuum chamber is evacuated by a rotary pump, a diffusion pump or the like. When the low vacuum chamber is closed, there is no gas leakage between the ultra high vacuum on the outside and the low vacuum on the inside.
【００１２】[0012]
【作用】低真空用のチャンバは基板設置部、ヒ−タと原
料ガスの導入部を有する。低真空チャンバを閉じて低真
空用のポンプで真空に引くことによりＣＶＤに適する真
空が得られる。ヒ−タで基板を加熱し、原料ガス導入部
から適当な原料ガスを導入する。原料ガスが気相反応を
起こして生成物が基板の上に成長する。これが単結晶、
または多結晶の薄膜になる。つまり内側の低真空チャン
バはＣＶＤ装置としてＣＶＤ法により薄膜を成長させ
る。この間、外側の超高真空では高真空が保たれてい
る。ＣＶＤによる速い膜成長が終わると、低真空チャン
バを開く。このとき、低真空ポンプと低真空チャンバの
間のバルブを閉じる。超高真空チャンバの内部に基板保
持部と、原料ガス導入部が存在することになる。基板を
ヒ−タで適当な温度に加熱し、原料ガスを導入する。こ
れは超高真空であるので原料ガスが分子線となって基板
へ飛んでくる。物理的吸着により原料原子が基板に付着
する。今度は超高真空における速度の遅いＭＢＥによる
薄膜の成長を行なう。The chamber for low vacuum has a substrate installation section, a heater, and a source gas introduction section. A vacuum suitable for CVD can be obtained by closing the low vacuum chamber and drawing the vacuum with a low vacuum pump. The substrate is heated with a heater, and an appropriate source gas is introduced from the source gas introduction section. The raw material gas undergoes a gas phase reaction and a product grows on the substrate. This is a single crystal,
Or it becomes a polycrystalline thin film. That is, the inner low vacuum chamber serves as a CVD apparatus to grow a thin film by the CVD method. During this time, a high vacuum is maintained in the outer ultra-high vacuum. When the fast film growth by CVD is completed, the low vacuum chamber is opened. At this time, the valve between the low vacuum pump and the low vacuum chamber is closed. The substrate holding part and the source gas introducing part are present inside the ultra-high vacuum chamber. The substrate is heated to a proper temperature with a heater and a source gas is introduced. Since this is an ultra-high vacuum, the source gas becomes a molecular beam and flies to the substrate. The raw material atoms are attached to the substrate by physical adsorption. Next, a thin film is grown by MBE having a low speed in an ultrahigh vacuum.
【００１３】薄い薄膜が成長した後、さらに厚い膜を形
成する必要がある場合は、低真空に切り替える。低真空
チャンバを閉じる。これを低真空に引く。基板を適当な
温度に加熱する。原料ガス導入管から原料ガスを吹き込
む。気相反応を起こさせ反応生成物を基板の上に成長さ
せる。If it is necessary to form a thicker film after the thin film has grown, the vacuum is switched to a low vacuum. Close the low vacuum chamber. Pull this to a low vacuum. Heat the substrate to a suitable temperature. The raw material gas is blown in from the raw material gas introduction pipe. A gas phase reaction is caused to occur and a reaction product is grown on the substrate.
【００１４】このように目的により、超高真空での成長
と、低真空での成長に随時切り替える。厚い膜を成長さ
せるのは、低真空でＣＶＤ法により、薄い膜を成長させ
るのは超高真空でＭＢＥ法による。両者の長所を巧みに
生かして、短時間で高品質の多層薄膜を形成することが
できる。時間の短縮、品質の向上というのが本発明の顕
著な特徴である。As described above, depending on the purpose, the growth in the ultra-high vacuum and the growth in the low vacuum are switched at any time. The thick film is grown by the low vacuum CVD method, and the thin film is grown by the ultrahigh vacuum MBE method. By making good use of the advantages of both, a high-quality multilayer thin film can be formed in a short time. The reduction of time and the improvement of quality are the salient features of the present invention.
【００１５】しかしそれだけではない。途中でウエハを
大気中に取り出さないから、水分が付着したり、汚染さ
れたりすることがない。もしも大気中に取り出すとすれ
ば、冷却して外部に取り出し、他の装置に入れたとき
は、エッチングをして薄膜の表面の一部を削り清浄表面
を露呈させ、ヒ−タで再加熱する必要がある。時間も工
程も長くなる。However, it is not the only one. Since the wafer is not taken out into the air on the way, no water is attached or contaminated. If it is taken out into the atmosphere, it is cooled and taken out to the outside, and when it is put into another device, it is etched to remove a part of the surface of the thin film to expose the clean surface and reheat it with a heater. There is a need. It takes longer time and process.
【００１６】本発明は同一の装置で、ウエハは常に真空
中にあり、ウエハを動かす必要がない。連続的に薄膜成
長を行なうことができる。ウエハの汚染の可能性がな
い。冷却、加熱の繰り返しがない。常に高温であってよ
い。薄膜によって最適の温度が異なるがそれはヒ−タの
パワ−を変えて、ある最適の温度から、他の最適の温度
に変えれば良いだけである。大気中に取り出さないから
冷却の必要がない。The present invention is the same apparatus, the wafer is always in vacuum and there is no need to move the wafer. Thin film growth can be performed continuously. There is no possibility of wafer contamination. No repeated cooling and heating. It may always be hot. The optimum temperature differs depending on the thin film, but it is only necessary to change the power of the heater to change from one optimum temperature to another optimum temperature. There is no need for cooling because it is not taken out into the atmosphere.
【００１７】[0017]
【実施例】図１は本発明の実施例に係る薄膜形成装置の
概略断面図である。円筒形の大きい超高真空チャンバ１
が、架台２によって支持される。架台２の内部は広い空
間になっていて、低真空のための装置を備えている。超
高真空チャンバ１の内部には、壁面に沿って水冷シュラ
ウド３が設置されている。冷却水が水冷シュラウドの内
部を循環する。これはチャンバの壁面を低温に保つ作用
がある。また冷却面でガスを吸着し真空度を上げる作用
がある。水冷シュラウドの代わりに液体窒素シュラウド
を用いることもできる。前記の壁面近くのシュラウドの
他に、より中心側に円筒形の水冷シュラウド４がある。
この水冷シュラウド４は上板５と共に下向きに開口する
部分空間を形成する。1 is a schematic sectional view of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. Cylindrical large ultra high vacuum chamber 1
Are supported by the gantry 2. The inside of the gantry 2 has a large space and is equipped with a device for low vacuum. Inside the ultrahigh vacuum chamber 1, a water cooling shroud 3 is installed along the wall surface. Cooling water circulates inside the water cooling shroud. This has the effect of keeping the walls of the chamber cool. In addition, it has the effect of adsorbing gas on the cooling surface and increasing the degree of vacuum. A liquid nitrogen shroud can be used in place of the water cooled shroud. In addition to the shroud near the wall surface, there is a water-cooled shroud 4 having a cylindrical shape closer to the center.
The water cooling shroud 4 forms a partial space that opens downward together with the upper plate 5.
【００１８】上板５を貫いて、ひとつまたは複数のガス
導入管６が設けられる。これはＣＶＤ動作をするとき
も、ＭＢＥ動作をするときも同様に原料の導入口とな
る。ガス導入管６の先端は、ノズル７となっている。ガ
スの状態を保持するためにガス導入管６のまわりにはヒ
−タ８が巻いてある。ガス導入管６の途中にはガス導入
バルブ９が取り付けてある。その先端にはガスボンベあ
るいはバブラなどが接続される。One or a plurality of gas introduction pipes 6 are provided through the upper plate 5. This serves as a raw material introduction port both during the CVD operation and the MBE operation. The tip of the gas introduction pipe 6 is a nozzle 7. A heater 8 is wound around the gas introduction pipe 6 to maintain the gas state. A gas introduction valve 9 is attached in the middle of the gas introduction pipe 6. A gas cylinder, bubbler, or the like is connected to the tip.
【００１９】水冷シュラウド４と、上板５によってでき
た下向き開口を有する部分空間を上筒１０と呼ぶ。上筒
１０に対して下方には、下筒１１がある。これはコの字
型断面図の上向き開口を有する部材である。下筒１１の
中にはサセプタ１２があってこの上にウエハ１３を戴置
するようになっている。サセプタ１２の下方にはヒ−タ
１４がある。ウエハ１３とサセプタ１２を加熱するため
のヒ−タである。A partial space having a downward opening formed by the water-cooled shroud 4 and the upper plate 5 is called an upper cylinder 10. Below the upper cylinder 10, there is a lower cylinder 11. This is a member having an upward opening in a U-shaped sectional view. The lower cylinder 11 has a susceptor 12 on which a wafer 13 is placed. Below the susceptor 12, there is a heater 14. This is a heater for heating the wafer 13 and the susceptor 12.
【００２０】下筒１１の底部には低真空用パイプ１５が
固着されている。低真空用パイプ１５の上端に下筒１１
が支持されているのである。このパイプは下筒、サセプ
タ、ヒ−タを支持する機能だけでなく、下筒の内部空間
を真空に引くためのガス排出管をも兼ねている。超高真
空チャンバ１の下底中央には開口１６があり、ここにベ
ロ−ズ１７が取り付けてある。低真空用パイプ１５は、
開口１６とベロ−ズ１７を貫き、低真空排気ポンプ１８
につながっている。低真空用パイプ１５の途中にはゲ−
トバルブ１９がある。これは低真空排気ポンプによる排
気と超高真空排気ポンプによる排気を切り替えるための
ものである。A low vacuum pipe 15 is fixed to the bottom of the lower cylinder 11. The lower cylinder 11 is attached to the upper end of the low vacuum pipe 15.
Is supported. This pipe not only has a function of supporting the lower cylinder, the susceptor and the heater, but also serves as a gas discharge pipe for drawing a vacuum into the inner space of the lower cylinder. There is an opening 16 in the center of the lower bottom of the ultra high vacuum chamber 1, and a bellows 17 is attached thereto. The low vacuum pipe 15 is
Low vacuum exhaust pump 18 through the opening 16 and the bellows 17.
Connected to. A gate is provided in the middle of the low vacuum pipe 15.
There is a valve 19. This is for switching the exhaust by the low vacuum exhaust pump and the exhaust by the ultra high vacuum exhaust pump.
【００２１】低真空排気ポンプ１８は、例えばロ−タリ
ポンプ、メカニカルブ−スタ−ポンプ、ダイヤフラムポ
ンプなどである。これは１０-2〜１０-4Ｔｏｒｒ程度の
低い真空に引けるものであれば良い。低真空排気ポンプ
１８は上下昇降機構２０に乗せてある。これにより低真
空排気ポンプ１８、低真空用パイプ１５、下筒１１、サ
セプタ１２、ヒ−タ１４などが一体となって上昇しある
いは下降する。上下の昇降は、昇降ハンドル２１によっ
てなされる。これはモ−タにより昇降駆動しても差し支
えない。ベロ−ズ１７があるので、低真空用パイプ１５
が昇降しても、内部空間の真空を維持することができ
る。The low vacuum pump 18 is, for example, a rotary pump, a mechanical booster pump, a diaphragm pump or the like. This may be one that can be pulled to a vacuum as low as 10 -2 to 10 -4 Torr. The low vacuum pump 18 is mounted on the vertical lifting mechanism 20. As a result, the low-vacuum exhaust pump 18, the low-vacuum pipe 15, the lower cylinder 11, the susceptor 12, the heater 14 and the like are integrally raised or lowered. The vertical movement is performed by the lifting handle 21. This can be driven up and down by a motor. Since there is a bellows 17, a pipe 15 for low vacuum
The vacuum in the internal space can be maintained even when the vertical axis moves up and down.
【００２２】下筒１１を持ち上げた時、下筒１１と上筒
１０とはピッタリ重なることができる。下筒と上筒を合
体させたものを低真空チャンバということができる。下
筒フランジ２２と、上筒フランジ２３は幅や半径がほぼ
同じように作られている。上筒フランジ２３にはＯリン
グ２４が埋め込まれている。下筒フランジ２２が上筒フ
ランジ２３を下から強く押すので、Ｏリング２４が変形
し内部空間を外部から遮断することができる。When the lower cylinder 11 is lifted, the lower cylinder 11 and the upper cylinder 10 can exactly overlap each other. A combination of the lower cylinder and the upper cylinder can be called a low vacuum chamber. The lower cylinder flange 22 and the upper cylinder flange 23 are made to have substantially the same width and radius. An O-ring 24 is embedded in the upper cylinder flange 23. Since the lower cylinder flange 22 strongly pushes the upper cylinder flange 23 from below, the O-ring 24 is deformed and the internal space can be shielded from the outside.
【００２３】超高真空チャンバ１の一部に分岐管２５が
あり、これがゲ−トバルブ２６を介して高真空排気ポン
プ２７につながっている。高真空排気ポンプ２７は超高
真空チャンバ１を超高真空に引くためのポンプである。
チタンサブリメ−ションポンプ、イオンポンプ、タ−ボ
分子ポンプなどとロ−タリポンプを組み合わせたもので
ある。高真空排気ポンプ２７は別の架台２８の上に設け
られる。A branch pipe 25 is provided in a part of the ultra-high vacuum chamber 1 and is connected to a high vacuum exhaust pump 27 via a gate valve 26. The high vacuum pump 27 is a pump for drawing the ultra high vacuum chamber 1 to an ultra high vacuum.
It is a combination of a titanium sublimation pump, an ion pump, a turbo molecular pump, and a rotary pump. The high vacuum exhaust pump 27 is provided on another mount 28.
【００２４】この他に、他の真空チャンバ（図示しな
い）につながる分岐管やゲ−トバルブがある。しかしこ
れらは図示しない。半導体ウエハは外部から直接に超高
真空チャンバに導入されない。いくつかの真空室を経
て、超高真空チャンバ１まで運ばれる。これらの中間的
な真空室でウエハは前処理をされることもある。搬送は
横方向からなされる。搬送装置によってウエハが運ばれ
て、下筒１１内のサセプタ１２の上に置かれる。薄膜成
長が終了したあとは同じ搬送装置によってサセプタから
運び去られる。In addition to this, there is a branch pipe and a gate valve connected to another vacuum chamber (not shown). However, these are not shown. Semiconductor wafers are not directly introduced into the ultra-high vacuum chamber from the outside. It is transported to the ultra-high vacuum chamber 1 through several vacuum chambers. The wafer may be pretreated in the intermediate vacuum chamber. Transport is from the lateral direction. The wafer is carried by the carrier and placed on the susceptor 12 in the lower cylinder 11. After the thin film growth is completed, it is carried away from the susceptor by the same carrier.
【００２５】低真空で薄膜を成長させるときは、下筒１
１を押し上げて、上筒１０に接触させる。低真空排気ポ
ンプ１８で上筒１０と下筒１１によって囲まれる空間
（低真空チャンバ）を真空に引く。内部空間が低真空室
になる。ヒ−タによりウエハ１３とサセプタ１２を適当
な温度に加熱する。上方のガス導入パイプから原料ガス
を低真空室に導入する。原料ガスが熱によって気相反応
を起こし、生成物がウエハの上に堆積する。これが薄膜
になる。この間、超高真空室（外側の空間）では超高真
空に引いていなくてもよい。しかし適当な真空を維持さ
せる必要はある。When growing a thin film in a low vacuum, the lower cylinder 1
1 is pushed up and brought into contact with the upper cylinder 10. The space (low vacuum chamber) surrounded by the upper cylinder 10 and the lower cylinder 11 is evacuated by the low vacuum pump 18. The internal space becomes a low vacuum chamber. The heater 13 heats the wafer 13 and the susceptor 12 to appropriate temperatures. The raw material gas is introduced into the low vacuum chamber through the upper gas introduction pipe. The raw material gas undergoes a gas phase reaction due to heat, and a product is deposited on the wafer. This becomes a thin film. During this time, the ultrahigh vacuum chamber (outer space) does not have to be pulled to the ultrahigh vacuum. However, it is necessary to maintain an appropriate vacuum.
【００２６】超高真空で薄膜を成長させる場合は、低真
空排気ポンプ１８に通ずる低真空用パイプ１５のゲ−ト
バルブ１９を閉じる。上下昇降機構２０を下げる。下筒
１１が、上筒１０から離れる。図１の状態になる。半導
体ウエハは同じサセプタ１２の同じ位置にある。高真空
排気ポンプ２７を起動して超高真空チャンバ１の内部を
所望の超高真空にする。ヒ−タのパワ−を加減してウエ
ハを適当な温度にする。原料ガスを、ガス導入管からウ
エハ１３に向けて導入する。この場合分子線とするため
に、原料ガスを加熱する。導入管の近傍のヒ−タ８によ
りガスを加熱して分子線にすることができる。複数のガ
ス導入管を用いれば、ウエハの近傍まで独立の分子線と
して材料を導くことができる。When growing a thin film in ultra-high vacuum, the gate valve 19 of the low vacuum pipe 15 leading to the low vacuum pump 18 is closed. The vertical lifting mechanism 20 is lowered. The lower cylinder 11 separates from the upper cylinder 10. The state shown in FIG. 1 is obtained. The semiconductor wafers are in the same position on the same susceptor 12. The high vacuum exhaust pump 27 is activated to bring the inside of the ultra high vacuum chamber 1 to a desired ultra high vacuum. The power of the heater is adjusted to bring the wafer to an appropriate temperature. The raw material gas is introduced toward the wafer 13 from the gas introduction pipe. In this case, the raw material gas is heated to form the molecular beam. The gas can be heated to a molecular beam by the heater 8 near the introduction pipe. If a plurality of gas introduction pipes are used, the material can be guided to the vicinity of the wafer as an independent molecular beam.
【００２７】このように本発明は、真空度を大きく変化
させることにより、半導体ウエハに対してＭＢＥ法また
はＣＶＤ法で薄膜を形成することができるようになって
いる。手法を切り替える時にウエハを動かさない。大気
中に一旦取り出す必要もない。従って薄膜形成の時間を
大幅に短縮できる。またウエハの水分その他の物質によ
る汚染のチャンスを減らし高品質の薄膜を成長させるこ
とができる。As described above, according to the present invention, a thin film can be formed on a semiconductor wafer by the MBE method or the CVD method by greatly changing the degree of vacuum. Do not move the wafer when switching methods. There is no need to take it out into the atmosphere. Therefore, the time for forming the thin film can be significantly shortened. Further, the chance of contamination of the wafer with water or other substances is reduced, and a high quality thin film can be grown.
【００２８】[0028]
【発明の効果】図２のように、基板の上に、５０００Å
のＤ層、１０ÅのＣ層、１０００ÅのＢ層、１０ÅのＡ
層を積層させる場合を例にして成長時間を比較しよう。
実際には原料ガスの切り替えなどに時間がかかるが、そ
のような切り替え時間を無視し成長時間の和だけを考え
る。ＭＢＥモードで成長速度が２Å／ｓとし、ＣＶＤモ
ードでの成長速度が６Å／ｓとする。ＭＢＥ装置によっ
てＭＢＥ法だけによってこの多層膜を成長させるとする
と、３０１０秒かかる。これに反して本発明の装置を用
いて、薄い膜はＭＢＥで、厚い膜はＣＶＤ法によるとす
れば、１０１０秒で成長させることができる。全てをＭ
ＢＥで行なう場合に比較して約３倍の生産性が得られ
る。As shown in FIG. 2, 5000 Å is placed on the substrate.
D layer, 10Å C layer, 1000Å B layer, 10Å A
Let us compare the growth times by taking the case of stacking layers as an example.
Actually, it takes time to switch the source gas, but such switching time is ignored and only the sum of growth times is considered. The growth rate is 2 Å / s in the MBE mode, and the growth rate is 6 Å / s in the CVD mode. It takes 3010 seconds to grow this multilayer film by the MBE apparatus only by the MBE method. On the contrary, using the apparatus of the present invention, a thin film can be grown by MBE and a thick film can be grown in 1010 seconds by the CVD method. All M
The productivity is about three times higher than that of BE.
【００２９】実際のデバイスにおいて、薄い膜と厚い膜
が何層か積層されるということはいくらもある。この場
合、本発明の装置を用いることによりＭＢＥ法よりも生
産性を向上させることができる。ＣＶＤ法によるものよ
りも高品質の多層膜を製造できる。In an actual device, a thin film and a thick film may be laminated in several layers. In this case, the productivity of the MBE method can be improved by using the apparatus of the present invention. It is possible to manufacture a multilayer film of higher quality than that obtained by the CVD method.
【図１】本発明の実施例に係る薄膜形成装置の概略断面
図。FIG. 1 is a schematic sectional view of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】多層膜の一例を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a multilayer film.
１ 超高真空チャンバ ２ 架台 ３ 水冷シュラウド ４ 水冷シュラウド ５ 上板 ６ ガス導入管 ７ ノズル ８ ヒ−タ ９ ガス導入バルブ １０ 上筒 １１ 下筒 １２ サセプタ １３ ウエハ １４ ヒ−タ １５ 低真空用パイプ １６ 開口 １７ ベロ−ズ １８ 低真空排気ポンプ １９ ゲ−トバルブ ２０ 上下昇降機構 ２１ 昇降ハンドル ２２ 下筒フランジ ２３ 上筒フランジ ２４ Ｏリング ２５ 分岐管 ２６ ゲ−トバルブ ２７ 高真空排気ポンプ ２８ 架台 1 Ultra High Vacuum Chamber 2 Frame 3 Water Cooling Shroud 4 Water Cooling Shroud 5 Upper Plate 6 Gas Introducing Pipe 7 Nozzle 8 Heater 9 Gas Introducing Valve 10 Upper Tube 11 Lower Tube 12 Susceptor 13 Wafer 14 Heater 15 Low Vacuum Pipe 16 Opening 17 Bellows 18 Low vacuum exhaust pump 19 Gate valve 20 Vertical elevating mechanism 21 Elevating handle 22 Lower cylinder flange 23 Upper cylinder flange 24 O-ring 25 Branch pipe 26 Gate valve 27 High vacuum exhaust pump 28 Stand
Claims (1)
ャンバと、超高真空チャンバを真空に引くための高真空
排気ポンプと、超高真空チャンバの内部に設けられる開
閉自在の低真空チャンバと、低真空チャンバを真空に引
くための低真空排気ポンプと、低真空チャンバを開閉す
るための機構と、低真空チャンバの内部に設けられるウ
エハを支持するサセプタと、サセプタとウエハを加熱す
るために低真空チャンバの内部に設置されるヒ−タと、
低真空チャンバの内部に先端が開口し原料ガスをウエハ
の前に導入するためのガス導入管とを含み低真空チャン
バを閉じた状態で、低真空で薄膜形成を行ない、低真空
チャンバを開いた状態で超高真空に引いて超高真空で薄
膜形成を行なうようにしたことを特徴とする薄膜形成装
置。1. An ultra-high vacuum chamber capable of drawing an ultra-high vacuum, a high-vacuum exhaust pump for drawing the ultra-high vacuum chamber to a vacuum, and a low-vacuum chamber provided inside the ultra-high vacuum chamber, which can be freely opened and closed. A low vacuum exhaust pump for pulling the low vacuum chamber to a vacuum; a mechanism for opening and closing the low vacuum chamber; a susceptor for supporting a wafer provided inside the low vacuum chamber; and a susceptor for heating the wafer. A heater installed inside the low vacuum chamber,
A thin film was formed in a low vacuum and the low vacuum chamber was opened in a state where the low vacuum chamber was closed including a gas introduction pipe for opening a raw material gas in front of the wafer and having a tip open inside the low vacuum chamber. The thin film forming apparatus is characterized in that the thin film is formed in the ultra high vacuum by pulling to the ultra high vacuum in this state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34444693A JPH07176493A (en) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Thin film forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34444693A JPH07176493A (en) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Thin film forming apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176493A true JPH07176493A (en) | 1995-07-14 |
Family
ID=18369336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34444693A Pending JPH07176493A (en) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | Thin film forming apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07176493A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008192642A (en) * | 2007-01-31 | 2008-08-21 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing apparatus |
| CN102484040A (en) * | 2009-06-23 | 2012-05-30 | 瑞必尔 | Apparatus for fabricating semiconductor wafers and apparatus for the deposition of materials by evaporation using a molecular beam |
| WO2022158630A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 울산대학교 산학협력단 | Apparatus for molecular beam epitaxy growth of thin film |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP34444693A patent/JPH07176493A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008192642A (en) * | 2007-01-31 | 2008-08-21 | Tokyo Electron Ltd | Substrate processing apparatus |
| US8349085B2 (en) | 2007-01-31 | 2013-01-08 | Tokyo Electron Limited | Substrate processing apparatus |
| CN102484040A (en) * | 2009-06-23 | 2012-05-30 | 瑞必尔 | Apparatus for fabricating semiconductor wafers and apparatus for the deposition of materials by evaporation using a molecular beam |
| JP2012531059A (en) * | 2009-06-23 | 2012-12-06 | リベル | Semiconductor wafer manufacturing apparatus and apparatus for depositing material by evaporation using molecular beam |
| WO2022158630A1 (en) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 울산대학교 산학협력단 | Apparatus for molecular beam epitaxy growth of thin film |
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