JPH11214329A - Method and apparatus of organic metal chemical vapor-growth - Google Patents
Method and apparatus of organic metal chemical vapor-growthInfo
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- JPH11214329A JPH11214329A JP1566898A JP1566898A JPH11214329A JP H11214329 A JPH11214329 A JP H11214329A JP 1566898 A JP1566898 A JP 1566898A JP 1566898 A JP1566898 A JP 1566898A JP H11214329 A JPH11214329 A JP H11214329A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路の薄膜の
製造等に用いられる有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal organic chemical vapor deposition (MOCV) used for manufacturing a thin film of an integrated circuit.
D) Method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、シリコンデバイスの生産性を高め
るため、大口径シリコン基板を用いたデバイス製造方法
の開発が行われている。大口径基板上にデバイスに用い
る薄膜を形成する手法として、有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法が注目されている。ＭＯＣＶＤ法は、
有機金属化合物（以下、「ＭＯ」という。）気体を含む
原料ガスを基板上に供給し、熱分解反応などの化学反応
により目的物質を基板上に形成する薄膜製造方法であ
る。またＭＯＣＶＤ法は高集積化デバイスなどに要求さ
れる立体構造上の段差被覆性に優れた薄膜形成において
も注目されている手法である。2. Description of the Related Art In recent years, in order to increase the productivity of silicon devices, a device manufacturing method using a large-diameter silicon substrate has been developed. As a technique for forming a thin film used for a device on a large-diameter substrate, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method has attracted attention. MOCVD method,
This is a thin film manufacturing method in which a source gas containing an organometallic compound (hereinafter, referred to as “MO”) gas is supplied onto a substrate, and a target substance is formed on the substrate by a chemical reaction such as a thermal decomposition reaction. In addition, the MOCVD method is a technique that has attracted attention in forming a thin film excellent in step coverage on a three-dimensional structure required for highly integrated devices and the like.
【０００３】ＭＯＣＶＤ法を用いて大面積基板上に目的
物質を形成する場合、基板面内に均一に目的物質を堆積
させるためには以下に述べるふたつの方法が考えられ
る。When a target substance is formed on a large-area substrate by using the MOCVD method, the following two methods are conceivable in order to uniformly deposit the target substance on the substrate surface.
【０００４】第一の方法はＭＯ気体が基板上で反応する
速度が十分遅く、ＭＯ気体供給量が基板上の反応に対し
て十分である条件にすることである。この条件下では、
成膜速度はＭＯ気体供給量に依存せず基板上の反応速度
が律速因子となる。よってこの場合、基板温度などの反
応条件が基板面内で一定であれば、目的物質は基板面内
に均一に堆積する。しかしながらこのような反応律速条
件にするためには、成膜室を高濃度のＭＯ気体で満たさ
ねばならず、そのためにはＭＯ気体を大量に成膜室に導
入しなければならない。成膜に関与しなかったＭＯ気体
は無駄に成膜室外に排出されることとなる。[0004] The first method is to set a condition in which the rate at which the MO gas reacts on the substrate is sufficiently low and the supply rate of the MO gas is sufficient for the reaction on the substrate. Under these conditions,
The film formation rate does not depend on the MO gas supply amount, and the reaction rate on the substrate is the limiting factor. Therefore, in this case, if the reaction conditions such as the substrate temperature are constant on the substrate surface, the target substance is uniformly deposited on the substrate surface. However, in order to achieve such a reaction-determining condition, the film formation chamber must be filled with a high-concentration MO gas, and for that purpose, a large amount of MO gas must be introduced into the film formation chamber. The MO gas not involved in the film formation is exhausted out of the film formation chamber.
【０００５】もうひとつはＭＯ気体流を制御し、基板上
に均一に目的物質を堆積せしめるＭＯ気体分布を作り出
すことである。ＭＯ気体の基板上における反応がＭＯ気
体供給量に対して十分速い場合、成膜速度はＭＯ気体の
供給量によって決まる。そのような条件下では、基板面
内に均一にＭＯ気体を供給しなければ基板面内に均一に
目的物質を堆積させることができない。そこでＭＯ気体
の流れを制御する必要が生ずる。The other is to control the MO gas flow to create an MO gas distribution that allows the target substance to be uniformly deposited on the substrate. When the reaction of the MO gas on the substrate is sufficiently fast with respect to the supply amount of the MO gas, the film formation rate is determined by the supply amount of the MO gas. Under such conditions, the target substance cannot be uniformly deposited on the substrate surface unless the MO gas is supplied uniformly over the substrate surface. Therefore, it becomes necessary to control the flow of the MO gas.
【０００６】ＭＯ気体の流れの制御方法の一つとして、
例えば特開昭６３−６７７２８号公報において、ＭＯ気
体をイオン化することで電気的にあるいは磁気的にＭＯ
気体イオン流を制御し、基板上にＭＯ気体を導く方法が
提案されている。[0006] As one method of controlling the flow of the MO gas,
For example, in JP-A-63-67728, an MO gas is ionized electrically or magnetically to ionize the MO gas.
A method has been proposed in which the gas ion flow is controlled to guide the MO gas on the substrate.
【０００７】特開昭６３−６７７２８号公報において提
案されている方法のひとつは、電場を印加することによ
りＭＯ気体をイオン化してＭＯイオン流を形成し、この
ＭＯイオンと反対符号の電圧を印可した基板にＭＯイオ
ン流を導くというものである。One of the methods proposed in JP-A-63-67728 is to ionize MO gas by applying an electric field to form an MO ion stream, and to apply a voltage having the opposite sign to the MO ions. That is, the MO ion flow is guided to the substrate.
【０００８】また、特開昭６３−６７７２８号公報にお
いて提案されている他の方法を図３を用いて説明する。
図に示される装置において、イオン化されたＭＯ気体は
一組の電極３０により集束および加速され集束イオンビ
ームが形成され、基板３１を貫くように集束イオンビー
ムを走査することにより目的物質が堆積される。なお一
組の電極３０は、磁気的にビームを形成し基板を横切っ
てビームを走査する磁気コイルで置き換えることができ
るとされている。Another method proposed in JP-A-63-67728 will be described with reference to FIG.
In the apparatus shown in the figure, the ionized MO gas is focused and accelerated by a set of electrodes 30 to form a focused ion beam, and the target substance is deposited by scanning the focused ion beam through the substrate 31. . It is noted that the set of electrodes 30 can be replaced by a magnetic coil that magnetically forms a beam and scans the beam across the substrate.
【０００９】また、特開昭６３−６７７２８号公報にお
いて提案されている他の方法を図４を用いて説明する。
この方法は、イオンビーム加速集束装置と堆積槽の間に
質量分析器４０を配置したものである。イオンビーム
は、磁石または電磁石４１によって印加された磁場によ
り屈曲し、基板４２に照射される。Another method proposed in JP-A-63-67728 will be described with reference to FIG.
In this method, a mass analyzer 40 is arranged between an ion beam accelerating and focusing device and a deposition tank. The ion beam is bent by the magnetic field applied by the magnet or the electromagnet 41 and irradiates the substrate 42.
【００１０】以上述べた方法によれば、ＭＯをイオン化
することでＭＯ気体流を電気的あるいは磁気的な方法で
制御し、効率よく基板上に導くことができる。According to the method described above, the MO gas flow can be controlled by an electric or magnetic method by ionizing the MO, and can be efficiently guided onto the substrate.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開
昭６３−６７７２８号公報に示された方法には、以下の
ような点でなお改善の余地があった。However, the method disclosed in JP-A-63-67728 has room for improvement in the following points.
【００１２】ＭＯ気体をイオン化し、基板にＭＯイオン
と反対符号の電圧を印可し、ＭＯイオン流を基板に導く
方法では、電気的引力によりＭＯイオンは加速され、大
きな運動エネルギーを持った状態で基板に衝突する。こ
の衝突により、基板あるいは堆積物あるいはその両方に
ダメージが与えられるという点でなお改善の余地を有し
ていた。また図３に示した方法、すなわち、ＭＯイオン
を電極または磁気コイルにより集束および加速させイオ
ンビームを形成し、基板を横切る方向にビームを基板に
照射する方法においても同様に、ＭＯイオンは大きな運
動エネルギーを持った状態で基板に衝突し、基板あるい
は堆積物あるいはその両方にダメージが与えられる。さ
らに図４に示される装置を用いた堆積方法においても事
情は同様であり、磁場によりイオンビームが屈曲させら
れたとしてもイオンの運動エネルギーはほとんど変化せ
ず、衝突により基板あるいは堆積物あるいはその両方に
ダメージが与えられる。In the method of ionizing the MO gas, applying a voltage having the opposite sign to the MO ions to the substrate, and guiding the MO ion flow to the substrate, the MO ions are accelerated by an electric attraction, and the MO ions have a large kinetic energy. Impacts the substrate. This collision still leaves room for improvement in that the substrate and / or deposits are damaged. Similarly, in the method shown in FIG. 3, that is, in a method in which MO ions are focused and accelerated by an electrode or a magnetic coil to form an ion beam, and the beam is irradiated on the substrate in a direction crossing the substrate, the MO ions also have a large motion. It collides with the substrate with energy, and damages the substrate, the deposit, or both. Further, the situation is the same in the deposition method using the apparatus shown in FIG. 4. Even if the ion beam is bent by the magnetic field, the kinetic energy of the ion hardly changes, and the substrate or the deposit or both of them are caused by collision. Is damaged.
【００１３】さらに特開昭６３−６７７２８号公報で示
されたこれらの方法では、昨今の高集積化デバイス製造
において求められる立体構造上の段差被覆性に優れた薄
膜形成が困難であるという問題があった。これらの方法
においてはＭＯイオンは基板に対して直線的に入射す
る。そのため目的物質はＭＯイオンの入射方向に優先的
に成長し、たとえば基板面鉛直方向からＭＯイオンが入
射された場合、目的物質は立体構造たとえば段差状構造
の基板と平行な面である表面および底面にのみ堆積し、
段差状構造の側面部にはほとんど堆積しないという点
で、なお改善の余地があった。Further, these methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-67728 have a problem that it is difficult to form a thin film excellent in step coverage on a three-dimensional structure required in the production of highly integrated devices these days. there were. In these methods, MO ions are linearly incident on the substrate. Therefore, the target substance grows preferentially in the direction of incidence of the MO ions. For example, when MO ions are incident from a direction perpendicular to the substrate surface, the target substance has a three-dimensional structure, for example, a surface and a bottom surface parallel to the substrate having a step-like structure. Deposited only on
There is still room for improvement in that little is deposited on the side surfaces of the stepped structure.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたものであり、ＭＯのイオン化によりＭＯ気体
の流れを制御しつつ、従来技術の問題点であるＭＯイオ
ンの衝突による基板あるいは堆積物あるいはその両方に
与えるダメージを軽減し、高品質かつ基板面内均一ある
いは所望の分布で、目的物質を基板上に堆積させること
のできる有機金属化学成長方法を提供することを目的と
する。また立体構造基板上に段差被覆性よく目的物質を
堆積させることを可能にする有機金属化学成長方法を提
供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and controls the flow of MO gas by ionizing MO, and solves the problem of the prior art, such as the substrate or the substrate by collision of MO ions. An object of the present invention is to provide a metalorganic chemical growth method capable of reducing damage to a deposit or both of them and depositing a target substance on a substrate with high quality and uniform or desired distribution in a substrate surface. It is another object of the present invention to provide a metalorganic chemical growth method capable of depositing a target substance with good step coverage on a three-dimensional structure substrate.
【００１５】本発明によれば、成膜室内に有機金属化合
物イオンを含む反応ガスを供給し、該成膜室内に設置さ
れた基板の主面上に金属膜または金属化合物膜を形成さ
せる化学気相成長方法において、基板表面に垂直に磁力
線が交わるように磁場を印加した状態で基板に対して斜
めの方向から基板の垂直上方に位置する点に向けて有機
金属化合物イオン流束を照射することを特徴とする有機
金属化学気相成長方法が提供される。ここで、「基板に
対して斜めの方向」とは基板の平面方向に対して斜めの
方向であることをいい、基板の平面方向に対して平行で
ある場合も含む。According to the present invention, a reaction gas containing organometallic compound ions is supplied into a film forming chamber to form a metal film or a metal compound film on a main surface of a substrate installed in the film forming chamber. In the phase growth method, irradiating an organometallic compound ion flux from an oblique direction to a point located vertically above the substrate in a state where a magnetic field is applied so that lines of magnetic force intersect perpendicularly with the substrate surface. A metal organic chemical vapor deposition method is provided. Here, the “direction oblique to the substrate” means a direction oblique to the plane direction of the substrate, and includes a case parallel to the plane direction of the substrate.
【００１６】また本発明によれば、内部に基板が設置さ
れる成膜室と、基板に対して斜めの角度をもって基板の
垂直上方に位置する点に向けて配置された有機金属化合
物イオン流束発生手段と、前記基板を囲むように配置さ
れ前記基板の表面に垂直に磁力線が交わるように磁場を
形成する磁気発生手段とを備えてなることを特徴とする
有機金属化学気相成長装置が提供される。ここで、「基
板に対して斜めの角度をもって」とは基板の平面方向に
対して斜めに配置されることをいい、基板の平面方向に
対して平行である場合も含む。According to the present invention, there is provided a film forming chamber in which a substrate is installed, and an organic metal compound ion flux disposed at an oblique angle with respect to the substrate toward a point located vertically above the substrate. A metal-organic chemical vapor deposition apparatus comprising: a generator; and a magnetic generator configured to surround the substrate and form a magnetic field so that lines of magnetic force intersect perpendicularly with the surface of the substrate. Is done. Here, “with an oblique angle to the substrate” means to be arranged obliquely with respect to the plane direction of the substrate, and includes the case where it is parallel to the plane direction of the substrate.
【００１７】従来技術では、特開昭６３−６７７２８号
公報の図３に示される装置に見られるように基板面に対
して鉛直上方から有機金属化合物イオン流束（ＭＯイオ
ンビーム）が基板中心に向かって照射されるが、本発明
においては基板の垂直上方に位置する点に向かって有機
金属化合物イオン流束が照射されることを特徴としてい
る。また基板周辺にコイルを設置する等の方法により基
板表面に垂直に磁力線が交わるように磁場が印加され
る。このため、図１に示すようにＭＯイオン（有機金属
化合物イオン）は、基板に垂直な方向に印加された磁場
によって基板上方でらせん状の軌道を描きながら基板表
面に導かれる。 ＭＯイオンは基板とほぼ平行な方向か
ら基板に衝突するため、ＭＯイオンが垂直な方向から直
接基板に到達する従来技術と異なり、基板上に設けられ
た凹凸部の側壁に目的物質を容易に成長させることがで
きる。In the prior art, as shown in the apparatus shown in FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-67728, an organic metal compound ion flux (MO ion beam) is applied to the center of the substrate from vertically above the substrate surface. The present invention is characterized in that the organic metal compound ion flux is irradiated toward a point located vertically above the substrate. Also, a magnetic field is applied by a method such as installing a coil around the substrate so that the magnetic lines of force intersect perpendicularly to the substrate surface. Therefore, as shown in FIG. 1, MO ions (organic metal compound ions) are guided to the substrate surface while drawing a spiral orbit above the substrate by a magnetic field applied in a direction perpendicular to the substrate. Since MO ions collide with the substrate in a direction substantially parallel to the substrate, unlike the conventional technology in which MO ions directly reach the substrate in a direction perpendicular to the substrate, the target substance easily grows on the side walls of the uneven portions provided on the substrate. Can be done.
【００１８】上述のように、ＭＯイオンは基板近傍にお
いて基板とほぼ平行な方向の速度成分を有する。このた
め、基板表面に垂直に形成された面（側壁部）に対しほ
ぼ垂直に衝突する。衝突したＭＯイオンは基板表面に吸
着するか、または反跳し、反跳したＭＯイオンは基板上
の他の面に再び衝突し、その後、さらに吸着または反跳
を繰り返す。すなわち、ＭＯイオンは基板とほぼ平行な
方向から基板に衝突するため、垂直方向から衝突した場
合よりも反跳したＭＯイオンが再び基板上の他の面に衝
突する頻度が高くなる。以上のような機構によりＭＯイ
オンが基板表面に堆積されるので、ＭＯイオン５４が直
接衝突する面５１のみならず、その反対側に位置する面
５２や基板に対して平行な面５３に対しても良好な成膜
がなされる（図５、図６）。As described above, MO ions have a velocity component near the substrate in a direction substantially parallel to the substrate. For this reason, it collides almost perpendicularly to the surface (sidewall portion) formed perpendicular to the substrate surface. The colliding MO ions are adsorbed or recoil on the substrate surface, and the recoiled MO ions collide again with another surface on the substrate, and then repeat the adsorption or recoil. That is, since the MO ions collide with the substrate from a direction substantially parallel to the substrate, the recoiled MO ions collide again with another surface on the substrate more frequently than when they collide from the vertical direction. Since the MO ions are deposited on the substrate surface by the above mechanism, not only the surface 51 on which the MO ions 54 directly collide, but also the surface 52 located on the opposite side and the surface 53 parallel to the substrate. Also, a good film is formed (FIGS. 5 and 6).
【００１９】このため、本発明の方法を用いることで基
板上に目的物質を基板面内均一もしくは所望の分布で堆
積させることが可能であり、さらに基板および堆積物に
ダメージを与えることなく高品質な薄膜の作製を可能と
し、立体構造基板上に段差被覆性よく目的物質を堆積さ
せることが可能となる。Therefore, by using the method of the present invention, it is possible to deposit the target substance on the substrate in a uniform or desired distribution on the substrate surface, and to achieve a high quality without damaging the substrate and the deposit. Thus, it is possible to deposit a target substance on a three-dimensional structure substrate with good step coverage.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】本発明における有機金属化合物イ
オンとは、有機金属化合物の気体をイオン化したもので
ある。有機金属化合物としては、トリメチルガリウムな
どアルキル基との結合を有する有機金属化合物、チタン
イソプロポキシドなどの金属アルコキシド、Ｓｒ（ＤＰ
Ｍ）2などのβ−ジケトン化合物、Ｃｐ3Ｌａなどのシク
ロペンタジエニル錯体などがあげられる。また金属ハロ
ゲン化合物なども用いることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The organometallic compound ion in the present invention is obtained by ionizing a gas of an organometallic compound. Examples of the organometallic compound include an organometallic compound having a bond with an alkyl group such as trimethylgallium, a metal alkoxide such as titanium isopropoxide, Sr (DP
Β-diketone compounds such as M) 2 and cyclopentadienyl complexes such as Cp 3 La. Further, a metal halide compound or the like can be used.
【００２１】また金属膜、金属化合物膜とは、上記有機
金属化合物イオンを原料として形成される膜であり、具
体的には、Ｔｉ等の金属膜およびこれらの酸化膜や窒化
膜、化学式ＡＢＯ3（元素ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂ
等、元素ＢはＴｉ、Ｚｒ等である。）で表されるペロフ
スカイト型酸化物誘電体薄膜等をいう。ここでペロフス
カイト型酸化物誘電体薄膜の例としては、ＳｒＴｉ
Ｏ3、ＢａＴｉＯ3、（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ3（ＢａxＳｒ
1-xＴｉＯ3（０≦ｘ≦１）であらわされるＳｒＴｉＯ3
とＢａＴｉＯ3の固溶体）、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｔｉ、
Ｚｒ）Ｏ3等が挙げられる。また本発明は上記以外の酸
化物誘電体薄膜、例えばＴａ2Ｏ5、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、Ｓ
ｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9などの製造に適用
することができ、さらにＲｕＯ2、ＩｒＯ2、ＳｒＲｕＯ
3、ＢａＲｕＯ3、Ｓｒ2ＲｕＯ4、Ｂａ2ＲｕＯ4等の酸化
物電極の製造にも適用することができる。The metal film and metal compound film are films formed using the above-mentioned organometallic compound ions as raw materials. Specifically, metal films of Ti or the like, oxide films and nitride films thereof, and chemical formula ABO 3 (Element A is Ba, Sr, Ca, Pb
The element B is Ti, Zr or the like. ) Means a perovskite-type oxide dielectric thin film or the like. Here, as an example of the perovskite oxide dielectric thin film, SrTi
O 3 , BaTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 (Ba x Sr
SrTiO 3 represented by 1-x TiO 3 (0 ≦ x ≦ 1)
And a solid solution of BaTiO 3 ), PbTiO 3 , Pb (Ti,
Zr) O 3 and the like. The present invention also relates to oxide dielectric thin films other than those described above, for example, Ta 2 O 5 , Bi 4 Ti 3 O 12 , S
It can be applied to the production of rBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9, etc., and further includes RuO 2 , IrO 2 , SrRuO
3 , BaRuO 3 , Sr 2 RuO 4 , Ba 2 RuO 4, etc., can be applied to the production of oxide electrodes.
【００２２】本発明において、磁場は磁力線が基板表面
に垂直に交わるように形成される。例えば、図７のよう
な磁力線を描く磁場が印加される。このような磁場を印
加することによってＭＯイオンが基板表面にらせん状の
軌道を描きながら導かれる。In the present invention, the magnetic field is formed such that the lines of magnetic force intersect perpendicularly with the substrate surface. For example, a magnetic field that draws lines of magnetic force as shown in FIG. 7 is applied. By applying such a magnetic field, MO ions are guided while drawing a spiral trajectory on the substrate surface.
【００２３】本発明において、有機金属化合物イオン流
束は基板の垂直上方に位置する点に向けて照射される。
基板の垂直上方に位置する点とは、基板表面の任意の
点、例えば基板の中心近傍の点から鉛直上方に延ばした
軸上の適当な点をいう。「基板の垂直上方に位置する
点」と基板との距離は、磁場の大きさや基板サイズ、イ
オン流束の照射角度等にもよるが、例えば、６インチ基
板に対し４５度の角度のイオン流束を用いて成膜を行う
場合は、基板上方約１０ｃｍ程度の適当な点に向けて照
射するのがよい。照射角を４５度より小さくした場合
は、基板上方数ｃｍの点に向けて照射するのがよい。In the present invention, the organometallic compound ion flux is directed toward a point located vertically above the substrate.
The point located vertically above the substrate means an arbitrary point on the substrate surface, for example, an appropriate point on an axis extending vertically upward from a point near the center of the substrate. The distance between the “point located vertically above the substrate” and the substrate depends on the size of the magnetic field, the substrate size, the irradiation angle of the ion flux, and the like. When film formation is performed using a bundle, it is preferable to irradiate an appropriate point about 10 cm above the substrate. When the irradiation angle is smaller than 45 degrees, it is preferable to irradiate toward a point several cm above the substrate.
【００２４】本発明において、有機金属化合物イオン流
束は基板に対して好ましくは０度以上４５度以下、さら
に好ましくは０度以上１５度以下の角度の方向から照射
される。ここで基板に対する角度は、基板の上方に向か
う角度を正とし、基板に平行な方向を０度、垂直な方向
を９０度とする。角度を４５度以下とすることにより、
基板に衝突する際の基板と垂直な方向の速度成分と小さ
くし、これにより良好な成膜性が実現される。特に１５
度以下とすることにより、垂直方向の運動エネルギー
が、通常の方法を用いたときの１／４以下にすることが
でき好ましい。また角度を０度以上とすることにより、
ＭＯイオンを良好に基板表面に導くことができる。な
お、角度が０度の場合、すなわち照射直後のイオン流束
の基板方向速度成分がゼロの場合は、ＭＯイオンを基板
に導くよう適当に磁場を調整する必要がある。In the present invention, the ion flux of the organometallic compound is applied to the substrate from an angle of preferably 0 ° to 45 °, more preferably 0 ° to 15 °. Here, the angle with respect to the substrate is defined as a positive angle above the substrate, 0 degrees in a direction parallel to the substrate, and 90 degrees in a direction perpendicular to the substrate. By setting the angle to 45 degrees or less,
The velocity component in the direction perpendicular to the substrate when colliding with the substrate is reduced, thereby achieving good film forming properties. Especially 15
By setting the kinetic energy to not more than the degree, the kinetic energy in the vertical direction can be made not more than １ ／ of that obtained by using a normal method, which is preferable. By setting the angle to 0 degree or more,
MO ions can be favorably guided to the substrate surface. When the angle is 0 degree, that is, when the velocity component of the ion flux immediately after the irradiation is zero in the substrate direction, it is necessary to appropriately adjust the magnetic field so as to guide MO ions to the substrate.
【００２５】本発明において、磁場は基板に近づくにつ
れて磁束密度が大きくなるように印加することが好まし
い。このようにすることにより、基板に衝突する際の基
板と垂直な方向の速度成分と小さくし、より良好な成膜
性が得られる。In the present invention, it is preferable to apply a magnetic field such that the magnetic flux density increases as approaching the substrate. By doing so, the velocity component in the direction perpendicular to the substrate when colliding with the substrate is reduced, and better film forming properties can be obtained.
【００２６】また本発明において、成膜室内の圧力を
０．１以上１０以下とすることが好ましい。このように
することにより、反跳したＭＯイオンが基板の他の面に
衝突する頻度が増え、より良好な成膜性が得られる。Further, in the present invention, it is preferable that the pressure in the film forming chamber is 0.1 or more and 10 or less. By doing so, the frequency of the recoiled MO ions colliding with the other surface of the substrate increases, and a better film-forming property can be obtained.
【００２７】本発明における成膜室は、圧力１０-6程度
の真空度を維持し得るように設計される。The film forming chamber in the present invention is designed so as to be able to maintain a degree of vacuum of about 10 -6 .
【００２８】本発明における有機イオン流速発生手段と
は、イオン化した有機ガスに対して電場または磁場を印
加することによりイオン化し、イオン流速を発生させる
手段をいう。この有機イオン流速発生手段は基板に対し
て斜めの角度をもって配置される。配置される角度は、
前述のように０度以上４５度以下とすることが好まし
い。The organic ion flow velocity generating means in the present invention is means for generating an ion flow velocity by applying an electric field or a magnetic field to an ionized organic gas to thereby ionize the organic gas. The organic ion flow velocity generating means is arranged at an oblique angle to the substrate. The arranged angle is
As described above, it is preferable that the angle be 0 degrees or more and 45 degrees or less.
【００２９】本発明における磁気発生手段は、例えば図
１のように基板を囲むように配置され、基板の表面に垂
直に磁力線が交わるような磁場を印加する。The magnetism generating means in the present invention is arranged so as to surround the substrate as shown in FIG. 1, for example, and applies a magnetic field such that the lines of magnetic force intersect perpendicularly to the surface of the substrate.
【００３０】以下、本発明の有機金属化学気相成長方法
の実施の形態について図１を参照して説明する。目的物
質を堆積させる基板３は必要に応じてヒータ４により加
熱される。基板周辺に配置したコイル５により磁場が基
板３に対して垂直印可される。このとき基板上方から基
板に近づくにしたがって磁束密度が大きくなるように磁
場を印可する。有機金属化合物イオン流束９は基板中心
から基板面に対して垂直上方に伸ばした軸上の適当な点
に向かって斜め上方から適当な角度で照射される。磁場
中に照射されたＭＯイオン１０はその質量および価数に
応じた半径および周波数で、磁場に対して垂直すなわち
基板面に対して平行な円運動をする。それと同時にＭＯ
イオン９は入射速度と入射角度に応じた速度で基板に向
かって直線運動をする。基板３を横切る磁場は上方から
基板に近づくにつれて磁束密度が大きくなるように印可
してある。この磁束密度の変化により、ＭＯイオン１０
が基板に近づくにしたがって、ＭＯイオン１０の基板方
向の直線運動の速度は小さくなる。すなわち、ＭＯイオ
ン１０は基板に向かう方向の運動エネルギーを小さくし
ながら基板に引き寄せられる。その結果、ＭＯイオン１
０は弱い衝突衝撃で基板上に付着し、目的物質が基板上
に堆積される。An embodiment of the metal organic chemical vapor deposition method of the present invention will be described below with reference to FIG. The substrate 3 on which the target substance is deposited is heated by the heater 4 as needed. A magnetic field is applied perpendicularly to the substrate 3 by a coil 5 arranged around the substrate. At this time, a magnetic field is applied so that the magnetic flux density increases as approaching the substrate from above the substrate. The organometallic compound ion flux 9 is irradiated at an appropriate angle from obliquely upward to an appropriate point on an axis extending vertically upward from the center of the substrate to the substrate surface. The MO ions 10 irradiated in the magnetic field make a circular motion perpendicular to the magnetic field, that is, parallel to the substrate surface, with a radius and a frequency corresponding to the mass and valence thereof. At the same time MO
The ions 9 linearly move toward the substrate at a speed corresponding to the incident speed and the incident angle. The magnetic field traversing the substrate 3 is applied such that the magnetic flux density increases as approaching the substrate from above. Due to this change in magnetic flux density, MO ions 10
Is closer to the substrate, the speed of the linear motion of the MO ions 10 in the direction of the substrate decreases. That is, the MO ions 10 are attracted to the substrate while reducing the kinetic energy in the direction toward the substrate. As a result, MO ion 1
0 adheres to the substrate by a weak collision impact, and the target substance is deposited on the substrate.
【００３１】[0031]
【実施例】次に本発明の有機金属化学気相成長方法の実
施例について図２を参照して詳細に説明する。図２に示
すＭＯＣＶＤ装置は本発明の有機金属化学気相成長方法
を実現する装置の一例である。成膜室１にはポンプ２が
接続されており、成膜室内はポンプ２により排気され
る。成膜室内において目的物質を堆積させる基板３は必
要に応じてヒータ４により加熱される。成膜時の基板温
度は成膜材料に応じ通常用いられる温度とする。基板３
周辺には基板面を垂直に横切る磁場を発生させる少なく
とも一個のコイル５が設置される。このコイル５は基板
面を垂直に横切る磁場を発生するように配置された少な
くとも一個の磁石で置き換えてもよい。このとき発生さ
せる磁場は、基板上方から基板に近づくにつれて磁束密
度が大きくなるように印可する。基板５の斜め上方には
一又は二以上のイオン化室６が設置される。ひとつのイ
オン化室６にはそれぞれ少なくとも一台のＭＯ気体供給
装置７が接続されており、目的堆積物質の原料となる一
種類もしくは二種類以上のＭＯ気体がイオン化室６に供
給される。Next, an embodiment of the metal organic chemical vapor deposition method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The MOCVD apparatus shown in FIG. 2 is an example of an apparatus for realizing the metal organic chemical vapor deposition method of the present invention. A pump 2 is connected to the film forming chamber 1, and the inside of the film forming chamber is evacuated by the pump 2. The substrate 3 on which the target substance is deposited in the film forming chamber is heated by the heater 4 as needed. The substrate temperature at the time of film formation is a temperature usually used according to the film formation material. Substrate 3
At least one coil 5 for generating a magnetic field perpendicular to the substrate surface is provided in the periphery. This coil 5 may be replaced by at least one magnet arranged to generate a magnetic field perpendicular to the substrate plane. The magnetic field generated at this time is applied such that the magnetic flux density increases as approaching the substrate from above the substrate. One or more ionization chambers 6 are installed diagonally above the substrate 5. At least one MO gas supply device 7 is connected to each of the ionization chambers 6, and one or two or more types of MO gases serving as a raw material of a target deposition material are supplied to the ionization chamber 6.
【００３２】イオン化室６においてＭＯ気体供給装置７
から供給された気体がイオン化される。イオン化の方法
は、イオン化の方法は特に制限がないが、たとえば対向
電極に直流または交流電場を印可し、対向電極間に気体
を通し気体をイオン化する。また、高周波電場と直流磁
場を印可し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マを発生させ気体をイオン化する方法を用いることもで
きる。さらに、特定の物質の加熱および電圧印可により
電子を放出させ、電子流を気体に照射することで気体を
イオン化する方法でもよい。MO gas supply device 7 in ionization chamber 6
The gas supplied from is ionized. The ionization method is not particularly limited. For example, a DC or AC electric field is applied to a counter electrode, and a gas is passed between the counter electrodes to ionize the gas. Alternatively, a method of applying a high-frequency electric field and a direct-current magnetic field to generate an electron cyclotron resonance (ECR) plasma to ionize a gas may be used. Further, a method may be used in which electrons are emitted by heating a specific substance and applying a voltage, and the gas is ionized by irradiating the gas with a stream of electrons.
【００３３】イオン化室６によりイオン化された気体は
イオン化室出口に設置された電極８により集束および加
速され、有機金属化合物イオン流束９を形成する。電極
８は同じようにイオンを集束および加速する働きをする
コイルあるいは磁石で置き換えることができる。有機金
属化合物イオン流束９は基板中心から基板面に対して垂
直上方に伸ばした軸上の適当な点に向かって斜め上方か
ら照射される。このときの照射角は基板面に対して０度
以上４５度以下の角度が望ましい。コイル５により発生
させた磁場によって、有機金属化合物イオン流束９から
ＭＯイオンが基板３に導かれ、目的物質が基板上に堆積
される。The gas ionized by the ionization chamber 6 is focused and accelerated by an electrode 8 installed at the outlet of the ionization chamber, and forms an ion flux 9 of an organometallic compound. The electrodes 8 can be replaced by coils or magnets which also serve to focus and accelerate the ions. The organometallic compound ion flux 9 is applied obliquely from above to a suitable point on an axis extending vertically upward from the center of the substrate to the substrate surface. The irradiation angle at this time is desirably an angle of 0 to 45 degrees with respect to the substrate surface. MO ions are guided from the organometallic compound ion flux 9 to the substrate 3 by the magnetic field generated by the coil 5, and the target substance is deposited on the substrate.
【００３４】次に本発明の方法を用いたＴｉＯ2薄膜キ
ャパシタの製造例について説明する。基板として、表面
に段差状の電極が形成されたシリコン基板を用いた。ま
たＭＯ原料としてチタンイソプロポキシドを用いた。Ｍ
Ｏ気体供給装置７からチタンイソプロポキシド気体をイ
オン化室６に供給し、正のチタンイソプロポキシドイオ
ンを生成した。電極８にてチタンイソプロポキシドイオ
ンビームを生成し、これを基板上方に向けて照射した。
イオンビームの照射角度は３０度とした。このとき酸素
ガスを成膜室１内に供給した。このようにすることによ
り、ＴｉＯ2生成反応が促進される。酸素ガス供給に代
え、もうひとつのイオン化室６に酸素ガスを導入して酸
素イオンビームを形成し、チタンイソプロポキシドイオ
ンビームと同様に基板上方に照射してもよい。Next, an example of manufacturing a TiO 2 thin film capacitor using the method of the present invention will be described. As the substrate, a silicon substrate having a step-shaped electrode formed on the surface was used. Titanium isopropoxide was used as an MO raw material. M
Titanium isopropoxide gas was supplied from the O gas supply device 7 to the ionization chamber 6 to generate positive titanium isopropoxide ions. A titanium isopropoxide ion beam was generated at the electrode 8 and irradiated toward the upper side of the substrate.
The irradiation angle of the ion beam was 30 degrees. At this time, oxygen gas was supplied into the film forming chamber 1. By doing so, the TiO 2 generation reaction is promoted. Instead of supplying oxygen gas, an oxygen ion beam may be introduced into another ionization chamber 6 to form an oxygen ion beam, and the upper portion of the substrate may be irradiated similarly to the titanium isopropoxide ion beam.
【００３５】チタンイソプロポキシドイオンビーム照射
の際、コイル５に電流を流し基板垂直方向に磁場を印可
した。これによりチタンイソプロポキシドイオンが基板
に導かれる。成膜時の基板温度は４００〜５００、圧力
は５ｍＴｏｒｒとした。成膜終了後、走査型電子顕微鏡
により基板表面状態を確認したところ、衝撃ダメージの
少ない高品質なＴｉＯ2が基板面内均一に段差被覆性よ
く形成されていることが確認された。During the irradiation of the titanium isopropoxide ion beam, a current was applied to the coil 5 to apply a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate. Thereby, titanium isopropoxide ion is led to the substrate. The substrate temperature during film formation was 400 to 500, and the pressure was 5 mTorr. After the film formation was completed, the state of the substrate surface was confirmed by a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that high-quality TiO 2 with little impact damage was formed uniformly on the substrate surface with good step coverage.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、ＭＯイオンは基板に基
板の垂直上方に位置する点に向かって照射され、垂直な
方向に形成された磁場によりらせん状の軌道を描きなが
ら基板表面に導かれる。このため、ダメージの少ない高
品質な薄膜を基板面内に均一に、あるいは所望の分布を
もって堆積させることができ、さらに、立体構造基板上
に段差被覆性よく目的物質を堆積させることができる。According to the present invention, MO ions are irradiated onto the substrate toward a point located vertically above the substrate, and are guided to the substrate surface while drawing a spiral trajectory by a magnetic field formed in the vertical direction. I will Therefore, a high-quality thin film with little damage can be deposited uniformly or with a desired distribution on the substrate surface, and the target substance can be deposited on the three-dimensional structure substrate with good step coverage.
【図１】本発明の有機金属化学気相成長方法の実施の形
態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a metal organic chemical vapor deposition method of the present invention.
【図２】本発明の有機金属化学気相成長方法の一例を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the metal organic chemical vapor deposition method of the present invention.
【図３】従来の有機金属化学気相成長方法を説明するた
めの図である。FIG. 3 is a view for explaining a conventional metal organic chemical vapor deposition method.
【図４】従来の有機金属化学気相成長方法を説明するた
めの図である。FIG. 4 is a view for explaining a conventional metal organic chemical vapor deposition method.
【図５】本発明において、目的物質が基板表面に堆積す
る機構を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a mechanism for depositing a target substance on a substrate surface in the present invention.
【図６】本発明において、目的物質が基板表面に堆積す
る機構を説明するための図である。FIG. 6 is a view for explaining a mechanism for depositing a target substance on a substrate surface in the present invention.
【図７】本発明において形成される磁場の様子を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a state of a magnetic field formed in the present invention.
１ 成膜室 ２ ポンプ ３ 基板 ４ ヒータ ５ コイルまたは磁石 ６ イオン化室 ７ ＭＯ気体供給装置 ８ 電極またはコイルまたは磁石 ９ 有機金属化合物イオン流束 １０ ＭＯイオン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming chamber 2 Pump 3 Substrate 4 Heater 5 Coil or magnet 6 Ionization chamber 7 MO gas supply device 8 Electrode or coil or magnet 9 Organometallic compound ion flux 10 MO ion
Claims (7)
反応ガスを供給し、該成膜室内に設置された基板の主面
上に金属膜または金属化合物膜を形成させる化学気相成
長方法において、基板表面に垂直に磁力線が交わるよう
に磁場を印加した状態で基板に対して斜めの方向から基
板の垂直上方に位置する点に向けて有機金属化合物イオ
ン流束を照射することを特徴とする有機金属化学気相成
長方法。In a chemical vapor deposition method, a reaction gas containing an organometallic compound ion is supplied into a film formation chamber to form a metal film or a metal compound film on a main surface of a substrate installed in the film formation chamber. Irradiating an organometallic compound ion flux from a diagonal direction to the substrate toward a point located vertically above the substrate in a state where a magnetic field is applied so that lines of magnetic force intersect perpendicularly with the substrate surface. Metalorganic chemical vapor deposition method.
板に対して０度以上４５度以下の角度の方向から照射す
ることを特徴とする請求項１に記載の有機金属化学気相
成長方法。2. The metalorganic chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the metalorganic compound ion flux is applied to the substrate at an angle of 0 ° to 45 °.
磁束密度が大きくなるように印加されることを特徴とす
る請求項１または２に記載の有機金属化学気相成長方
法。3. The metal organic chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the magnetic field is applied so that a magnetic flux density increases as approaching the substrate.
以上１０ｍＴｏｒｒ以下である請求項１乃至３いずれか
に記載の有機金属化学気相成長方法。4. The pressure in the film forming chamber is 0.1 mTorr.
The metalorganic chemical vapor deposition method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure is not less than 10 mTorr.
に対して斜めの角度をもって基板の垂直上方に位置する
点に向けて配置された有機金属化合物イオン流束発生手
段と、前記基板を囲むように配置され前記基板の表面に
垂直に磁力線が交わるように磁場を印加する磁気発生手
段とを備えてなることを特徴とする有機金属化学気相成
長装置。5. A film forming chamber in which a substrate is placed, an organometallic compound ion flux generating means disposed at an oblique angle with respect to the substrate toward a point located vertically above the substrate, and A metal-organic chemical vapor deposition apparatus arranged so as to surround the substrate and applying a magnetic field so that lines of magnetic force intersect perpendicularly with the surface of the substrate.
が前記基板に対して０度以上４５度以下の角度をもって
配置されたことを特徴とする請求項５に記載の有機金属
化学気相成長装置。6. The metal organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein said metal organic compound ion flux generating means is arranged at an angle of 0 to 45 degrees with respect to said substrate. .
につれて磁束密度が大きくなるように前記磁場を印加す
ることを特徴とする請求項５または６に記載の有機金属
化学気相成長装置。7. The metal-organic chemical vapor deposition apparatus according to claim 5, wherein the magnetism generating means applies the magnetic field such that a magnetic flux density increases as approaching the substrate.
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