JP2009218430A - Film formation method, method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing electronic equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜雰囲気を良好にすることができる成膜装置および成膜方法を提供する。また、当該装置および方法により、特性の良好な膜を形成する。
【解決手段】本発明の成膜装置は、処理室(11)内の基板(S1)上に配置された液体材料(3)に熱処理を施すことにより液体材料を固化する成膜装置であって、処理室内に、基板が搭載されるステージ(15)と、基板を加熱する加熱手段(15a)と、基板を覆うカバー(17)と、を有し、カバーの内部に不活性ガス(N2)を供給する供給手段を有する。例えば、カバーに供給された不活性ガスは、カバーの側壁の底部の空間から排出される。かかる装置によれば、カバーにより基板上の液体材料が接触し得る雰囲気ガスを制限しつつ加熱処理を行うことができる。また、基板上の液体材料上に、常に、クリーンな不活性ガスを供給し、加熱により生成した反応ガス(分解ガス)などの不純物をカバー外に排出しつつ加熱処理を行うことができる。
【選択図】図1A film forming apparatus and a film forming method capable of improving the film forming atmosphere are provided. In addition, a film having favorable characteristics is formed by the apparatus and method.
A film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus that solidifies a liquid material by subjecting the liquid material (3) disposed on the substrate (S1) in the processing chamber (11) to a heat treatment. The processing chamber has a stage (15) on which the substrate is mounted, a heating means (15a) for heating the substrate, and a cover (17) that covers the substrate, and an inert gas (N 2 ) inside the cover. ). For example, the inert gas supplied to the cover is discharged from the space at the bottom of the side wall of the cover. According to such an apparatus, it is possible to perform the heat treatment while limiting the atmospheric gas with which the liquid material on the substrate can come into contact with the cover. Further, a heat treatment can be performed while always supplying a clean inert gas onto the liquid material on the substrate and discharging impurities such as a reaction gas (decomposed gas) generated by heating out of the cover.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、特に、液体材料を用いた成膜方法およびそれに用いられる成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method, and more particularly to a film forming method using a liquid material and a film forming apparatus used therefor.
半導体装置を構成するシリコン(Si)膜の成膜およびパターニングには、CVD(Chemical Vapor Deposition)などによる成膜法やフォトリソグラフィ法が採用されている。しかしながら、これらの方法には、高真空で高エネルギーの装置や露光現像装置などの装置が必要であり、コストが高く、材料の使用効率も低かった。 For film formation and patterning of a silicon (Si) film constituting a semiconductor device, a film formation method such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or a photolithography method is employed. However, these methods require devices such as a high-vacuum and high-energy device and an exposure / development device, which are high in cost and use efficiency of materials.
そこで、シリコン前駆体の液体材料を用い、所望の領域にのみ塗布し、焼成(固化)することによりSi膜を形成する技術が注目されている。 Thus, a technique for forming a Si film by using a liquid material of a silicon precursor, applying only to a desired region, and baking (solidifying) is drawing attention.
例えば、下記特許文献1には、シリコン膜などの薄膜の全部又は一部を液体材料を用いて形成する技術が開示されている。
本発明者らは、液体材料を用いてSi膜などの半導体装置の構成膜を形成する技術を検討している。この液体材料を用いた成膜の際には、液体の変質や劣化を防止するため不活性雰囲気中で処理が行われる。 The present inventors are examining a technique for forming a constituent film of a semiconductor device such as a Si film using a liquid material. During film formation using this liquid material, processing is performed in an inert atmosphere in order to prevent deterioration and deterioration of the liquid.
しかしながら、本発明者らの検討によれば、追って詳細に説明するように、酸素濃度が1ppm(parts per million、1/106)以下の低酸素雰囲気で、Siの液体材料を焼成した場合においても、膜中の酸素濃度が高く、例えば、104ppm程度となり、さらなる膜特性の改善が必要であることが判明した。 However, according to the study by the present inventors, in the case where the Si liquid material is fired in a low oxygen atmosphere with an oxygen concentration of 1 ppm (parts per million, 1/10 6 ) or less, as will be described in detail later. However, the oxygen concentration in the film was high, for example, about 10 4 ppm, and it was found that further improvement of the film characteristics was necessary.
本発明にかかる具体的態様は、成膜雰囲気を良好にすることができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。また、当該装置および方法により、特性の良好な膜を形成することを目的とする。 A specific aspect of the present invention aims to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of improving the film forming atmosphere. It is another object of the present invention to form a film with good characteristics by the apparatus and method.
本発明に係る成膜装置は、処理室内の基板上に配置された液体材料に熱処理を施すことにより前記液体材料を固化する成膜装置であって、前記処理室内に、前記基板が搭載されるステージと、前記基板を加熱する加熱手段と、前記基板を覆うカバーと、を有し、前記カバーの内部に不活性ガスを供給する供給手段を有する。 A film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus that solidifies the liquid material by subjecting the liquid material disposed on the substrate in the processing chamber to a heat treatment, and the substrate is mounted in the processing chamber. A heating unit that heats the substrate; a cover that covers the substrate; and a supply unit that supplies an inert gas to the inside of the cover.
かかる装置によれば、カバーにより基板上の液体材料が接触し得る雰囲気ガスを制限しつつ加熱処理を行うことができるため、膜中に取り込まれる不純物(例えば、酸素など)を低減した膜を成膜することができる。 According to such an apparatus, the heat treatment can be performed while limiting the atmospheric gas with which the liquid material on the substrate can come into contact with the cover, so that a film with reduced impurities (for example, oxygen) taken into the film can be formed. Can be membrane.
例えば、前記カバーに供給された前記不活性ガスは、前記カバーの側壁の底部の空間から排出される。 For example, the inert gas supplied to the cover is discharged from the space at the bottom of the side wall of the cover.
かかる装置によれば、基板上の液体材料上に、常に、クリーンな不活性ガスを供給しつつ加熱処理を行うことができ、また、加熱により生成した反応ガス(分解ガス)などの不純物をカバー外に排出しつつ加熱処理を行うことができるため、膜中への不純物(例えば、反応ガスや酸素、又はこれらの化合物)の再付着を防止することができる。よって、膜中に取り込まれる不純物を低減した膜を成膜することができる。 According to such an apparatus, it is possible to perform heat treatment on a liquid material on a substrate while always supplying a clean inert gas, and to cover impurities such as reaction gas (decomposition gas) generated by heating. Since the heat treatment can be performed while discharging to the outside, reattachment of impurities (for example, a reaction gas, oxygen, or a compound thereof) into the film can be prevented. Thus, a film with reduced impurities taken into the film can be formed.
例えば、前記空間は、前記カバーの側壁の底部に設けられたガス排出孔である。 For example, the space is a gas discharge hole provided at the bottom of the side wall of the cover.
かかる装置によれば、加熱により生成した反応ガス(分解ガス)などの不純物を効率よく排出しつつ加熱処理を行うことができる。 According to such an apparatus, heat treatment can be performed while efficiently discharging impurities such as reaction gas (decomposition gas) generated by heating.
例えば、前記基板の周囲にガス排出孔を有し、前記カバーの内部の不活性ガスを前記処理室外に排出する。 For example, a gas discharge hole is provided around the substrate, and the inert gas inside the cover is discharged outside the processing chamber.
かかる装置によれば、加熱により生成した反応ガス(分解ガス)などの不純物を効率よく排出しつつ加熱処理を行うことができる。また、処理室内への、反応ガス(分解ガス)などの不純物の侵入を防止することができる。 According to such an apparatus, heat treatment can be performed while efficiently discharging impurities such as reaction gas (decomposition gas) generated by heating. In addition, impurities such as reaction gas (decomposition gas) can be prevented from entering the processing chamber.
例えば、前記供給手段は、前記不活性ガスの流路にフィルタを有する。 For example, the supply means has a filter in the flow path of the inert gas.
かかる装置によれば、基板上の液体材料上に、不純物(例えば、酸素など)濃度の低い不活性ガスを供給しつつ加熱処理を行うことができる。 According to such an apparatus, heat treatment can be performed while supplying an inert gas having a low impurity (eg, oxygen) concentration onto the liquid material on the substrate.
好ましくは、前記処理室内の酸素濃度は、1ppm以下であり、前記不活性ガスの酸素濃度は、1ppm以下である。このように、処理室内および供給される不活性ガスの酸素濃度は、1ppm以下に抑えた状態に調整されることが好ましい。 Preferably, the oxygen concentration in the processing chamber is 1 ppm or less, and the oxygen concentration of the inert gas is 1 ppm or less. As described above, the oxygen concentration of the processing chamber and the supplied inert gas is preferably adjusted to a state in which the oxygen concentration is suppressed to 1 ppm or less.
例えば、前記処理室内に、前記液体材料の吐出装置を有する。 For example, a discharge device for the liquid material is provided in the processing chamber.
かかる装置によれば、吐出処理と加熱処理とを迅速に行うことができる。 According to such an apparatus, the discharge process and the heat treatment can be performed quickly.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態の成膜装置(加熱装置、焼成装置、半導体装置の製造装置)を示す要部断面図である。図2は、本実施の形態の成膜装置に用いられるベルジャの構成例を示す上面図および断面図である。図3は、本実施の形態の成膜装置を用いた成膜工程を示す要部断面図である。
<
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing a film forming apparatus (a heating apparatus, a baking apparatus, and a semiconductor apparatus manufacturing apparatus) according to the present embodiment. 2A and 2B are a top view and a cross-sectional view illustrating a configuration example of a bell jar used in the film forming apparatus of the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing a film forming process using the film forming apparatus of the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態の成膜装置10は、処理室(チャンバー)11内に、ヒータ(加熱手段)15aが内蔵されたステージ(載置台)15およびベルジャ(ペルジャ、カバー、蓋材、覆い)17を有する。
As shown in FIG. 1, a
ベルジャ17は、供給孔17aを有し、この供給孔17aは、ガスライン(ガス供給管、チューブ、ガス供給手段)19を介し、図示しない不活性ガスボンベ(ここでは、窒素ボンベ)に接続されている。不活性ガスとしては、窒素(N2)の他、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などを用いてもよい。
The
ベルジャ17は、例えば、図2に示すように、円筒形の側壁を有し、天井部には、前述の供給孔17aを有する。さらに、天井部には、ベルジャ17の搬送のための取手部17bを有する。ベルジャ17の構成材料としては、例えば、石英ガラス、SUS(ステンレススチール、鉄合金)を用いることができる。ベルジャ17の形状は、上記円筒状に限られず、釣鐘形状やボックス形状(箱型)でもよい。ベルジャ17の開口底面は、処理基板(例えば、直径4インチの円形基板)より大きく、その高さは、例えば、0.5cm〜30cm程度、容量は、例えば、1L(リットル)〜2L程度である。なお、以下、単位「リットル」を「L」で表示する。また、A〜Bは、A以上B以下の範囲を示すものとする。
For example, as shown in FIG. 2, the
処理室11内は、図示しない制御部により不活性ガスがパージされ、また、不活性ガスを循環精製することにより酸素濃度が1ppm以下、水分(水蒸気、H2O)濃度が、露点で−60℃以下となるよう調整されている。この水分濃度は、処理室11内が、−60℃となった場合に、水が結露する程度の水分量を有することを意味する。より好ましくは、処理室11内を酸素濃度1ppm以下、水分濃度を露点で−65℃以下となるよう調整することが好ましい。
In the
搬送チャンバー13は、基板挿入扉と、処理室11との連結扉とを有し、その内部は、処理室11内と同様に不活性ガスがパージされるよう構成されている。この搬送チャンバー13内に基板S1を挿入し、搬送チャンバー13内を窒素パージした後、上記連結扉を開け、基板S1を処理室11内のステージ15上に搬送する。かかる構成により、外気の侵入を防止しつつ基板S1の搬入を行うことができる。
The
例えば、図3(A)に示すように、基板S1上に、液滴吐出ヘッド14aを用いて、シリコン前駆体の液体材料3を所望の形状に吐出する。次いで、搬送チャンバー13を介して基板S1をステージ15上に搬送する。この際、ベルジャ17は、処理室11内のステージ15の近傍に配置されている(図1の破線部参照)。この後、ベルジャ17をベルジャ搬送機構によりステージ15上へ基板S1を覆うように配置する。ベルジャ搬送機構は、例えば、ベルジャ17の取手部17bを挟持した後、上昇し、ステージ15上まで水平移動した後、下降し、ベルジャ17をステージ15上に配置する(図1参照)。
For example, as shown in FIG. 3A, the silicon precursor
次いで、ガスライン19を介して不活性ガス(ここでは、窒素ガス)をベルジャ17内に供給しつつ、ヒータ15aにより基板S1を加熱し、シリコン前駆体の液体材料3を焼成(固化)し、シリコン膜を形成する。供給される不活性ガスは、酸素濃度が1ppm以下である。また、供給流量は、例えば、0.5L/mim以上で、4インチの基板を用いた場合、2〜10L/min程度が好ましい。ベルジャ17内に供給する不活性ガスとしては、窒素の他、Ar、Heなどを用いてもよい。また、ベルジャ容量V[L]、供給流量v[L/min]とした場合、V/v≦2となる、即ち、2分に1回以上の割合でベルジャ17内の不活性ガスが入れ替わるよう、供給流量vを調整することが好ましい。
Next, while supplying an inert gas (in this case, nitrogen gas) into the
ここで、図3(B)に示すように、供給された不活性ガス(N2)は、不活性ガスの供給の圧力により、ベルジャ17の側壁の底部とステージ15との間に生じた空間(隙間)17cから排出される。即ち、不活性ガスは、ベルジャ17の上方から供給され、底部から処理室11内に排出される。
Here, as shown in FIG. 3B, the supplied inert gas (N 2 ) is a space generated between the bottom of the side wall of the
このように、本実施の形態によれば、成膜雰囲気を良好に制御できる。具体的には、ベルジャ17によりシリコン前駆体の液体材料3が接触し得る雰囲気ガスが制限され、加熱時に膜中に取り込まれる酸素などの不純物を低減することができる。また、シリコン前駆体の液体材料3上には、常に、クリーンな酸素含有濃度の低い不活性ガスが接触する。また、加熱により生成した反応ガス(分解ガス、揮発ガス、生成ガス、焼成ガス)などの不純物がベルジャ17外に排出されるため、例えば、反応ガス、揮発ガスや酸素、又はこれらの化合物などの不純物の再付着を防止することができる。
Thus, according to the present embodiment, the film forming atmosphere can be controlled well. Specifically, the atmospheric gas that can be contacted by the silicon
特に、シリコン前駆体の液体材料3の焼成(加熱)工程においては、シランやシラン化合物などの反応ガス(分解ガス、揮発ガス)が発生する。これらのガスは、酸素と結合し易く、処理膜に再付着し、酸素を取り込む、または、酸素と結合した状態で処理膜に再付着し得る。よって、これらのガスをベルジャ17の外部に排気することで、酸素含有量の低いシリコン膜を成膜することができる。また、上記のとおり不純物の再付着を低減することで、膜表面の平坦性を向上させ、例えば、±2nm以内とすることができる。また、膜厚の均一性を向上させることができる。
In particular, in the firing (heating) step of the
なお、上記成膜工程において、あらかじめ不活性ガスが供給されているベルジャ17を基板S1上に配置してもよい。また、あらかじめヒータ15aで加熱されたステージ15上に基板S1を搬送してもよい。このように、不活性ガスの供給やヒータ加熱のタイミングは適宜調整可能である。
In the film forming step, the
また、上記成膜装置において、ガスライン19中、即ち、不活性ガスの流路にフィルタを配置し、不活性ガスをフィルタリングした後、ベルジャ17内に供給してもよい。
In the film forming apparatus, a filter may be disposed in the
フィルタとしては、酸素などのガスを除去(トラップ)するフィルタ(ガスピュリファイア)が好ましく、Agilent Technologies社製の酸素/水トラップフィルタ、大阪ケミカル社製のオキシゲントラップフィルタ、リキッドガス社製のファインピュアラーや、島津DLC社製のガス精製フィルタ(Mat/Sen)若しくはClick-OnガスフィルタSGTなどを用いることができる。 As the filter, a filter (gas purifier) that removes (traps) gas such as oxygen is preferable. An oxygen / water trap filter manufactured by Agilent Technologies, an oxygen trap filter manufactured by Osaka Chemical Co., and a fine pure manufactured by Liquid Gas. Or a gas purification filter (Mat / Sen) manufactured by Shimadzu DLC or a Click-On gas filter SGT can be used.
(実施例)
次いで、本実施の形態の成膜装置を用いて形成した各種シリコン膜の特性について説明する。図4は、各種シリコン膜の処理条件をまとめた表であり、図5は、各種シリコン膜の酸素濃度を示すグラフである。
(Example)
Next, characteristics of various silicon films formed using the film formation apparatus of this embodiment will be described. FIG. 4 is a table summarizing the processing conditions of various silicon films, and FIG. 5 is a graph showing the oxygen concentration of various silicon films.
シリコン前駆体の液体材料として、シラン化合物(水素化シランポリマー:分子量2800)を有機溶媒(トルエン)に溶解した溶液を用い、外径115.8mm、高さ103.2mm、厚さ約5mmの石英ガラス製のベルジャを用い、ヒータ温度540℃、窒素フロー(窒素供給流量)2L/mim〜5L/minで処理し、アモルファスシリコン膜を形成した。 As a liquid material for the silicon precursor, a solution obtained by dissolving a silane compound (hydrogenated silane polymer: molecular weight 2800) in an organic solvent (toluene) is used. Quartz having an outer diameter of 115.8 mm, a height of 103.2 mm, and a thickness of about 5 mm Using a glass bell jar, an amorphous silicon film was formed by processing at a heater temperature of 540 ° C. and a nitrogen flow (nitrogen supply flow rate) of 2 L / mim to 5 L / min.
図4のサンプル(a)〜(e)について説明する。サンプル(a)においては、上記ベルジャを用いて5.0L/minの窒素フローを行いつつ焼成した。サンプル(b)においては、窒素フローは行わず、上記ベルジャ内で焼成を行った。また、サンプル(c)においては、上記ベルジャを用いて、2.0L/minのフィルタリングした窒素のフローを行いつつ焼成した。サンプル(d)においては、上記ベルジャを用いて、5.0L/minのフィルタリングした窒素のフローを行いつつ焼成した。サンプル(e)においては、窒素フローは行わず、高さ約5mmのベルジャ内で焼成した。なお、サンプル(f)は、ベルジャを用いずに処理室内で焼成を行った比較例である。 The samples (a) to (e) in FIG. 4 will be described. The sample (a) was fired using the bell jar while performing a nitrogen flow of 5.0 L / min. In sample (b), the nitrogen flow was not performed, but the baking was performed in the bell jar. Moreover, in the sample (c), it baked using the said bell jar, performing the flow of 2.0 L / min filtered nitrogen. In the sample (d), the above bell jar was used for firing while performing a filtered nitrogen flow of 5.0 L / min. Sample (e) was fired in a bell jar with a height of about 5 mm without nitrogen flow. Sample (f) is a comparative example in which firing was performed in a processing chamber without using a bell jar.
図5は、各サンプル膜のSIMS(Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer、二次イオン質量分析)による分析結果であり、縦軸が、酸素濃度(Concentration、atoms/cc)、横軸が、膜の深さ(Depth、nm)である。各サンプル膜に関し、焼成後の膜厚や膜の表面に形成される自然酸化膜の膜厚が異なるため、ここでは、膜中の酸素濃度の最小値Cminを比較する。サンプル(f)の膜中の酸素濃度の最小値Cmin(f)は、約5×1020(atoms/cc)であり、約10000ppmの酸素が膜中に存在する。これに対し、サンプル(a)のCmin(a)は、約9×1019(atoms/cc)であり、膜中の酸素濃度が低減した。さらに、フィルタリングを行ったサンプル(d)においては、Cmin(d)が、約2.1×1019(atoms/cc)となり、膜中の酸素濃度がさらに改善されている。 FIG. 5 shows the analysis results of each sample film by SIMS (Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer), where the vertical axis is the oxygen concentration (Concentration, atoms / cc), and the horizontal axis is the depth of the film. (Depth, nm). Since each sample film has a different film thickness after firing and a film thickness of a natural oxide film formed on the surface of the film, the minimum value Cmin of the oxygen concentration in the film is compared here. The minimum value Cmin (f) of the oxygen concentration in the film of the sample (f) is about 5 × 10 20 (atoms / cc), and about 10,000 ppm of oxygen exists in the film. On the other hand, Cmin (a) of sample (a) was about 9 × 10 19 (atoms / cc), and the oxygen concentration in the film was reduced. Further, in the filtered sample (d), Cmin (d) is about 2.1 × 10 19 (atoms / cc), and the oxygen concentration in the film is further improved.
また、フィルタリングを行ったサンプル(d)および(c)においては、Cmin(d)が、約2.1×1019(atoms/cc)、Cmin(c)が、約4×1019(atoms/cc)であり、窒素の流量が多い方が、膜中の酸素濃度が少なくなっている。 In the samples (d) and (c) subjected to filtering, Cmin (d) is about 2.1 × 10 19 (atoms / cc) and Cmin (c) is about 4 × 10 19 (atoms / cc). cc), the higher the flow rate of nitrogen, the lower the oxygen concentration in the film.
また、窒素フローを行わなかったサンプル(b)において、Cmin(b)は、約4×1019(atoms/cc)であり、ベルジャで覆いをするだけでも膜中の酸素低減効果を奏することが判明した。また、窒素フローを行わず、容量の小さいベルジャで覆いをしたサンプル(e)において、Cmin(e)は、約3×1019(atoms/cc)であった。 Further, in the sample (b) in which the nitrogen flow was not performed, Cmin (b) is about 4 × 10 19 (atoms / cc), and even if it is covered with a bell jar, an effect of reducing oxygen in the film can be obtained. found. Further, in the sample (e) covered with a small capacity bell jar without performing nitrogen flow, Cmin (e) was about 3 × 10 19 (atoms / cc).
このように、ベルジャでシリコン前駆体の液体材料を覆った状態で焼成を行うことにより膜中の酸素濃度が低減し、窒素フローを行うことでさらに、膜中の酸素濃度が低減することが確認できた。また、フィルタリングした窒素フローを行うことでさらに、膜中の酸素濃度がさらに低減することが確認できた。 In this way, it is confirmed that the oxygen concentration in the film is reduced by firing while the silicon precursor liquid material is covered with a bell jar, and the oxygen concentration in the film is further reduced by performing nitrogen flow. did it. It was also confirmed that the oxygen concentration in the film was further reduced by performing the filtered nitrogen flow.
かかる分析結果は、以下のように考察できる。前述したように液体材料やその焼成時の反応ガスは酸素と化合し易く、処理室内の酸素を随時吸収し得る反応性を有する。よって、シリコン前駆体の液体材料が接触し得る雰囲気ガスの量を制限するだけで膜中の酸素濃度を低減できたと思われる。 Such analysis results can be considered as follows. As described above, the liquid material and the reaction gas at the time of firing thereof easily combine with oxygen, and have a reactivity capable of absorbing oxygen in the processing chamber as needed. Therefore, it is considered that the oxygen concentration in the film could be reduced only by limiting the amount of the atmospheric gas that can be contacted with the silicon precursor liquid material.
さらに、窒素フローを行うことで、シリコン前駆体の液体材料の焼成時の反応ガスを排出でき、反応ガスによる酸素の取り込みや膜への再付着を低減し、膜中の酸素濃度を低減できたと思われる。 Furthermore, by performing the nitrogen flow, the reaction gas at the time of firing the liquid material of the silicon precursor could be discharged, the oxygen uptake by the reaction gas and the reattachment to the film were reduced, and the oxygen concentration in the film could be reduced. Seem.
加えて、フィルタリングにより酸素含有量の少ない窒素をフローすることで、シリコン前駆体の液体材料に接触しうる酸素量を低減することで、膜中の酸素濃度を低減できたと思われる。 In addition, it is considered that the oxygen concentration in the film could be reduced by reducing the amount of oxygen that can come into contact with the liquid material of the silicon precursor by flowing nitrogen with a low oxygen content by filtering.
以上詳細に説明したように、本実施の形態の成膜装置および成膜方法によれば特性の良好な膜を形成することができる。 As described above in detail, according to the film forming apparatus and the film forming method of the present embodiment, a film having good characteristics can be formed.
図6は、本実施の形態の成膜装置に用いられるベルジャの他の構成例を示す側面図である。上記実施の形態(図1、図3(B))おいては、供給された不活性ガスを、不活性ガスの供給の圧力により、ベルジャ17の側壁の底部とステージ15との間に生じた空間(隙間)17cから排出させたが、図6に示すように、ベルジャ17の側壁の底部に孔(切り欠き、ガス排出孔)17dを設け、この孔から不活性ガスを排出してもよい。
FIG. 6 is a side view showing another configuration example of the bell jar used in the film forming apparatus of the present embodiment. In the above embodiment (FIGS. 1 and 3B), the supplied inert gas is generated between the bottom of the side wall of the
図7は、本実施の形態の成膜装置の他の構成を示す要部断面図である。上記実施の形態においては、基板上に液体材料の吐出(塗布)した後、成膜装置(図1)に搬入したが、図7に示すように成膜装置内部に吐出部(吐出装置)21を設けてもよい。21aは、液滴吐出ヘッド、23は、ステージである。また、搬送チャンバー13を、搬入側のチャンバーとし、搬出側のチャンバーとして、搬送チャンバー25を設けてもよい。即ち、吐出、焼成処理後、基板S1をあらかじめ窒素パージされた搬送チャンバー25内に格納し、処理室11と搬送チャンバー25との連結扉を閉め、これらの空間を隔離した後、搬送チャンバー25から基板S1を取り出す。なお、図1と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。なお、吐出部としてスピンコート装置や、ロールコート装置、凸印刷装置、凹版印刷装置などの種々の印刷装置を用いてもよい。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part showing another configuration of the film forming apparatus of the present embodiment. In the above embodiment, the liquid material is discharged (applied) onto the substrate and then loaded into the film forming apparatus (FIG. 1). However, as shown in FIG. May be provided. 21a is a droplet discharge head, and 23 is a stage. Further, the
図8は、本実施の形態の成膜装置の搬送機構例を示す図である。上記基板S1の搬送チャンバー13→ステージ(吐出部)23→ステージ(加熱部)15→搬送チャンバー25への基板搬送機構については、特に制限はないが、例えば、図8に示す搬送機構(搬送手段)を用いることができる。当該機構においては、ステージ23、15等の内部に、あらかじめ基板昇降機構23aを準備しておき、基板S1を持ち上げる。基板S1裏面の空間にロボット28のアーム28aを差込、軸28bの回転や移動によりステージ15上に搬送する。この他、ベルトコンベアなどの搬送機構を用いてもよい。また、搬送チャンバー13→ステージ(吐出部)23→ステージ(加熱部)15→搬送チャンバー25間のそれぞれの搬送工程において搬送機構を変えてもよい。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a transport mechanism of the film forming apparatus according to the present embodiment. The substrate transport mechanism for transporting the substrate S1 from the
なお、上記実施の形態においては、加熱手段としてステージ15内のヒータ15aを利用したが、この他、ランプ(赤外線、遠赤外線)や、レーザを利用してもよい。例えば、ベルジャの内壁(例えば、天井部)にランプやレーザ装置を設置し、これらにより基板S1を加熱してもよい。この他、プラズマ、電子ビーム、イオンビーム又はマイクロ波などのエンルギー線により加熱を行ってもよい。この場合も、ベルジャの内壁(例えば、天井部)にエネルギー線照射装置を設置し、基板S1を加熱する。
In the above embodiment, the
また、例えば、上記実施例の焼成処理により形成される膜は、アモルファス膜である。上記成膜方法により形成したアモルファス膜に対しレーザーアニールを施し、多結晶シリコン膜としてもよい。もちろん、温度などの条件を調整し、シリコン前駆体の液体材料を多結晶シリコンに焼成することも可能である。 Further, for example, the film formed by the baking treatment of the above embodiment is an amorphous film. The amorphous film formed by the above film formation method may be subjected to laser annealing to form a polycrystalline silicon film. Of course, it is also possible to bake the liquid material of the silicon precursor into polycrystalline silicon by adjusting conditions such as temperature.
また、上記実施の形態において用いたシリコン前駆体の液体材料に特に制限はないが、具体例として、例えば、水素化ポリシランを溶媒に溶解した液体材料を用いることができる。なお、溶解状態でなく、分散状態の溶液でもよい。この水素化ポリシランは、シラン化合物(水素化珪素化合物)を重合させることにより形成される。かかるシラン化合物は、例えば、一般式SinHm(ここで、n、mはそれぞれ独立な整数を示す。)で表される。溶媒としては、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、デカリン、トルエンなどの炭化水素系の溶媒を用いることができる。このシラン化合物溶液に、例えば紫外線などを照射し、重合させることで水素化ポリシラン溶液を生成できる。この水素化ポリシラン溶液に、上記焼成処理を施すことにより、シリコン膜が形成される。 The silicon precursor liquid material used in the above embodiment is not particularly limited, but as a specific example, for example, a liquid material in which hydrogenated polysilane is dissolved in a solvent can be used. A solution in a dispersed state may be used instead of a dissolved state. This hydrogenated polysilane is formed by polymerizing a silane compound (silicon hydride compound). Such a silane compound is represented by, for example, a general formula Si n H m (where n and m are each an independent integer). As the solvent, hydrocarbon solvents such as hexane, octane, cyclohexane, cyclooctane, decalin, and toluene can be used. The hydrogenated polysilane solution can be generated by irradiating the silane compound solution with, for example, ultraviolet rays and polymerizing the solution. A silicon film is formed by subjecting this hydrogenated polysilane solution to the above baking treatment.
また、上記実施の形態においては、シリコン前駆体の液体材料を例に説明したが、他の溶液プロセスにも適用可能である。溶液プロセスを用いた場合には、液体材料から溶媒などの揮発成分や加熱によるガスが生じやすく、上記成膜装置(成膜方法)により成膜特性の向上が期待できる。 Moreover, in the said embodiment, although the liquid material of the silicon precursor was demonstrated to the example, it is applicable also to another solution process. When the solution process is used, a volatile component such as a solvent or a gas due to heating is easily generated from the liquid material, and an improvement in film forming characteristics can be expected by the film forming apparatus (film forming method).
(半導体装置の製造)
次いで、上記成膜装置および成膜方法を用いた半導体装置の製造工程について説明する。図9は、HIT型太陽電池の構成を示す断面図である。また、図10は、薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(Manufacture of semiconductor devices)
Next, a manufacturing process of a semiconductor device using the film forming apparatus and the film forming method will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the HIT type solar cell. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the thin film transistor.
図9に示すように、HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)型太陽電池(光電変換装置)は、下部電極113、第1導電型のシリコン膜(基板)115、真性(intrinsic)のアモルファスシリコン膜117、第2導電型のシリコン膜119、上部電極121および補助電極123を有する。
As shown in FIG. 9, a HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) solar cell (photoelectric conversion device) includes a
第1、第2導電型は、n型又はp型であり、n型の場合は、リンなどのn型不純物を、p型の場合は、ホウ素などのp型不純物を有する。真性(i型)とは、不純物が注入されておらず、n型またはp型半導体膜(層)と比較し、不純物濃度が低い半導体膜である。 The first and second conductivity types are n-type or p-type. In the case of n-type, n-type impurities such as phosphorus are included, and in the case of p-type, p-type impurities such as boron are included. Intrinsic (i-type) is a semiconductor film that is not doped with impurities and has a lower impurity concentration than an n-type or p-type semiconductor film (layer).
このようなHIT型太陽電池の製造工程の一例について説明する。例えば、p型のシリコン基板115の裏面にアルミニウム(Al)などの導電性膜をスパッタリング法などで形成し、パターニングすることにより下部電極113を形成する。次いで、シリコン基板115の上部に、シリコン前駆体の液体材料を所望の形状に塗布する(図3(A)参照)。次いで、図1に示す成膜装置10内に搬送し、シリコン基板115をベルジャ17で覆い、前述のように窒素フローを行いながら加熱(焼成)し、アモルファスシリコン膜117を形成する。次いで、アモルファスシリコン膜117上に、n型のシリコン膜119を形成する。このn型のシリコン膜119の形成に際しても、図1に示す成膜装置10を用い、リンなどのドーパントが溶解したシリコン前駆体の液体材料を上述のとおり焼成し、形成してもよい。次いで、n型のシリコン膜119の上部に、インジウムティンオキサイド(ITO:Indium Tin Oxide)などよりなる上部電極121およびAlなどよりなる補助電極123を形成する。これらの導電性膜は、スパッタリング法などを用いて成膜した後、パターニングすることにより形成できる。なお、導電性膜の成膜において導電性微粒子を分散させた液体を用いてもよい。このように、装置の構成膜をすべて液体プロセスを用いて形成することも可能である。
An example of the manufacturing process of such a HIT type solar cell will be described. For example, a conductive film such as aluminum (Al) is formed on the back surface of the p-
図10に示すように、薄膜トランジスタは、絶縁性基板213、シリコン膜215、ドープシリコン膜217、ゲート絶縁膜219およびゲート電極221の積層構造を有し、ゲート電極221は、層間絶縁膜223で覆われ、ゲート電極221の両側に位置するドープシリコン膜217は、その上部のコンタクトホールC1を介して配線(ソース電極およびドレイン電極)M1と接続している。
As shown in FIG. 10, the thin film transistor has a stacked structure of an insulating
このような薄膜トランジスタの製造工程の一例について説明する。例えば、ガラス基板などの絶縁性基板213の上部に、シリコン前駆体の液体材料を所望の形状に塗布する(図3(A)参照)。次いで、図1に示す成膜装置10内に搬送し、シリコン基板213をベルジャ17で覆い、前述のように窒素フローを行いながら加熱(焼成)し、多結晶のシリコン膜215を形成する。次いで、シリコン膜215上の両端にドープシリコン膜217を形成する。このシリコン膜217の形成に際しても、図1に示す成膜装置10を用い、ドーパントが溶解したシリコン前駆体の液体材料を上述のとおり焼成し、形成してもよい。次いで、コンタクト領域(C1部)を除く領域に、ゲート絶縁膜219を形成する。このゲート絶縁膜219の形成に際しても、図1に示す成膜装置10を用いシリコン前駆体の液体材料を上述のとおり焼成し、シリコン膜を形成した後、当該膜を酸化させることにより形成してもよい。次いで、ゲート絶縁膜219上にタンタル(Ta)などの導電性膜を堆積し、パターニングすることによりゲート電極221を形成する。この後、コンタクト領域(C1部)を除く領域に、層間絶縁膜223を形成し、コンタクトホールC1内部およびその上部にAlなどの導電性膜よりなる配線(ソース電極およびドレイン電極)M1を形成する。層間絶縁膜223もゲート絶縁膜219と同様に形成してもよい。また、配線M1は、導電性膜をスパッタリング法などを用いて成膜した後、パターニングすることにより形成できる。なお、導電性膜の成膜において導電性微粒子を分散させた液体を用いてもよい。このように、装置の構成膜をすべて液体プロセスを用いて形成することも可能である。
An example of a manufacturing process of such a thin film transistor will be described. For example, a liquid material of a silicon precursor is applied in a desired shape over an insulating
このように、半導体装置を構成する膜(特に、シリコン膜)の成膜に、本実施の形態の成膜装置および成膜方法を用いることで、膜特性を向上させることができ、ひいては、半導体装置の高性能化を図ることができる。 Thus, the film characteristics can be improved by using the film formation apparatus and the film formation method of this embodiment for forming a film (especially a silicon film) included in the semiconductor device. The performance of the apparatus can be improved.
なお、上記においては、本実施の形態の成膜装置および成膜方法を用いた半導体装置として、太陽電池や薄膜トランジスタを例に適用したが、これらに限られず、本実施の形態の成膜装置および成膜方法は、半導体膜(特に、シリコン膜)を有する半導体装置に広く適用可能である。 Note that, in the above, a solar cell or a thin film transistor is applied as an example of a semiconductor device using the film formation apparatus and the film formation method of the present embodiment, but the present invention is not limited thereto, and the film formation apparatus of the present embodiment and The film formation method can be widely applied to semiconductor devices having a semiconductor film (particularly, a silicon film).
(電子機器)
上記太陽電池や薄膜トランジスタなどの半導体装置は、各種電子機器に組み込むことができる。適用できる電子機器に制限はないが、電卓、携帯電話、電子手帳、電子辞書、腕時計、クロック等の電子機器に太陽電池や薄膜トランジスタなどの半導体装置を組み込むことができる。
(Electronics)
The semiconductor device such as the solar cell or the thin film transistor can be incorporated into various electronic devices. There is no limitation on applicable electronic devices, but semiconductor devices such as solar cells and thin film transistors can be incorporated in electronic devices such as a calculator, a mobile phone, an electronic notebook, an electronic dictionary, a wristwatch, and a clock.
また、上記薄膜トランジスタを、電気光学装置(表示装置)の画素回路や駆動回路として用いることができる。例えば、ビデオカメラ、テレビジョンなどの電気光学装置(表示部)に、上記薄膜トランジスタを組み込むことができる。 The thin film transistor can be used as a pixel circuit or a drive circuit of an electro-optical device (display device). For example, the thin film transistor can be incorporated in an electro-optical device (display portion) such as a video camera or a television.
<実施の形態2>
実施の形態1においては、ベルジャ17内に供給された不活性ガスを、ベルジャ17の側壁の底部の隙間17cや孔17dから排出したが、当該不活性ガスを排気機構により処理室11の外部に廃棄してもよい。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the inert gas supplied into the
図11は、本実施の形態の成膜装置(加熱装置、焼成装置、半導体装置の製造装置)を示す要部断面図である。図12は、本実施の形態の成膜装置のステージの上面図である。なお、図1および図7等と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 FIG. 11 is a cross-sectional view of an essential part showing a film forming apparatus (a heating apparatus, a baking apparatus, a semiconductor apparatus manufacturing apparatus) according to the present embodiment. FIG. 12 is a top view of the stage of the film forming apparatus of the present embodiment. Note that components having the same functions as those in FIGS. 1 and 7 are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
実施の形態1と異なる箇所は、排気機構30を有する点にある。排気機構30は、処理室11の底部に設けられた排気孔30aと接続される排気管30bを有する。排気管30bに設けられた30cは、排気シャッタ(弁)であり、排気ガスの逆流を防止する。一方、ステージ15の基板S1の搭載領域の外周には、排気孔15bが設けられている。排気孔15bの形状や個数に特に制限はないが、例えば、図2に示すように、基板S1の搭載領域の外周に、複数の略円形の排気孔15bを設ける。複数の排気孔15は、例えば、ステージ15の内部において連結され処理室11底部の排気孔30aにがる。排気管30bからは、自然排気を行ってもよいし、減圧ポンプなどと接続し、吸引排気を行ってもよい。17eは、ベルジャ17の側壁底部の全面に接着された樹脂部材(例えば、Oリング)であり、ステージ15とベルジャ17との密着性を向上させる。かかる構成により、ベルジャ17内の気密性が向上する。また、かかる構成により、排気(吸引)効率を向上させることができる。また、排気ガスの処理室11への侵入を低減できる。
The difference from the first embodiment is that an
なお、図11中の24は、フィルタであり、実施の形態1で説明したフィルタを明示したものである。また、26は、流量計である。なお、実施の形態1の成膜装置(図1、図7)に流量計を配置してもよい。また、27は、ドライポンプであり、搬送チャンバー13やベルジャ17内の圧力(減圧状態)を調整し、例えば、10-1Toll(1Toll=(101325/760)Pa)程度とする。
Note that
本実施の形態の成膜装置を用いた成膜工程は実施の形態1と同様である。即ち、基板S1を搬入し、その上部に、液滴吐出ヘッド21aを用いて、シリコン前駆体の液体材料3を所望の形状に吐出した後、基板S1をステージ15上に搬送する。この際、ペルジャ17は、処理室11内のステージ15の近傍に配置されている。この後、ベルジャ17をベルジャ搬送機構によりステージ15上へ基板S1および排気孔15bを覆うように配置し、ガスライン19を介して不活性ガス(ここでは、窒素ガス)をベルジャ17内に供給しつつ、ヒータ15aにより基板S1を加熱し、シリコン前駆体の液体材料3を焼成し、シリコン膜を形成する。この際、供給された不活性ガスは、前述の排気機構30によって、処理室11外に排出される。本実施の形態においても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
The film formation process using the film formation apparatus of this embodiment is the same as that of
図13は、本実施の形態の成膜装置の他の構成を示す要部断面図である。なお、図11と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。図11においては、ステージ15に排気孔15bを設けたが、ステージ(基板S1の搭載領域)15の外周の処理室11の底面に排気孔30aを配置し、ステージ15および排気孔30aを覆うようベルジャ17を配置する構成としてもよい。かかる成膜装置においても、ガスライン19を介して不活性ガス(ここでは、窒素ガス)をベルジャ17内に供給し、前述の排気機構30によって、処理室11外に排出しつつ、ヒータ15aにより基板S1を加熱処理することができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of an essential part showing another configuration of the film forming apparatus of the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to what has the same function as FIG. 11, and the repeated description is abbreviate | omitted. In FIG. 11, the exhaust holes 15 b are provided in the
<実施の形態3>
実施の形態2においては、ベルジャ17内に不活性ガスのみを供給したが、他のガスを供給可能な機構としてもよい。
<
In the second embodiment, only the inert gas is supplied into the
図14は、本実施の形態の成膜装置(加熱装置、焼成装置、半導体装置の製造装置)を示す要部断面図である。なお、図11と同一の機能を有するものには同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 FIG. 14 is a cross-sectional view of an essential part showing a film forming apparatus (heating apparatus, baking apparatus, semiconductor device manufacturing apparatus) of the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to what has the same function as FIG. 11, and the repeated description is abbreviate | omitted.
実施の形態1と異なる箇所は、ベルジャ17に2つの供給孔17aを設け、一方に、ガスライン19を介して不活性ガスを供給し、他方に、ガスライン(ガス供給管、チューブ、ガス供給手段)40を介して他のガスを供給している点にある。他のガスとしては、例えば、シリコン膜中に不純物をドープする際に用いられるドーパントガスや、シリコン膜を酸化する際に用いられる酸素又は酸素化合物を含有するガス(酸化性ガス)などが挙げられる。なお、41は、流量計である。また、ガスライン(供給孔17a)を3以上設けてもよい。
The difference from
本実施の形態の成膜装置を用いた成膜工程について説明する。例えば、実施の形態1の「半導体装置の製造」において、太陽電池のn型のシリコン膜119を形成する際、シリコン前駆体の液体材料を塗布し、実施の形態2と同様の窒素フローに加え、n型のドーパントガスを供給しながら焼成することができる。また、薄膜トランジスタのドープシリコン膜217も同様に形成することができる。
A film forming process using the film forming apparatus of this embodiment will be described. For example, in forming the n-
さらに、ゲート絶縁膜219や層間絶縁膜223の形成に際しても、実施の形態2と同様に窒素フローしつつ100〜200℃、より好ましくは180〜200℃で加熱し、シリコン前駆体膜を形成した後、酸化性ガス(例えば、大気)を供給しつつ、加熱することでシリコン前駆体膜を酸化シリコン膜に変化させることができる。加熱条件は、例えば、400℃で1時間程度である。この後、ベルジャ17内に不活性ガス(N2)を供給し、ベルジャ17内の酸化性ガスを排出する。
Further, when forming the
このように、本実施の形態の成膜装置および成膜方法においては、ベルジャ17に接続されるガスラインを増やすことで、シリコン膜の形成処理だけでなく、ドーパントの混入処理や酸化処理も行うことができる。また、これらの各種膜の連続成膜が可能であり、これらの膜の積層構造を有する半導体装置の製造に用いて効果的である。
As described above, in the film forming apparatus and the film forming method of the present embodiment, by increasing the number of gas lines connected to the
さらに、実施の形態2で詳細に説明した、排気機構30を有する構成とすることで、ベルジャ17から処理室11中に、ドーパントガスや酸化性ガスが侵入することを防止でき、処理室11内の汚染を低減できる。
Furthermore, by having the
なお、図14においては、1のベルジャ17に複数のガスラインを接続したが、各ラインごとにベルジャを設けるなど、ベルジャ17を複数準備しておき、供給するガスに応じて使用するベルジャ17を分けてもよい。
In FIG. 14, a plurality of gas lines are connected to one
なお、上記実施の形態1〜3を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。 In addition, the Example and application example demonstrated through the said Embodiment 1-3 can be combined suitably according to a use, or can be used by adding a change or improvement, and this invention is a thing of embodiment mentioned above. It is not limited to the description.
3…液体材料、10…成膜装置、11…処理室、13…搬送チャンバー、14a…液滴吐出ヘッド、15…ステージ、15a…ヒータ、15b…排気孔、17…ベルジャ、17a…供給孔、17b…取手部、17c…空間、17d…樹脂部材、19…ガスライン、21…吐出部、21a…液滴吐出ヘッド、23…ステージ、23a…基板昇降機構、24…フィルタ、25…排気チャンバー、26…流量計、27…ドライポンプ、28…ロボット、28a…アーム、28b…軸、30…排気機構、30a…排気孔、30b…排気管、30c…排気シャッタ、40…ガスライン、41…流量計、113…下部電極、115…シリコン膜(基板)、117…アモルファスシリコン膜、119…シリコン膜、121…上部電極、123…補助電極、213…絶縁性基板、215…シリコン膜、217…ドープシリコン膜、219…ゲート絶縁膜、221…ゲート電極、223…層間絶縁膜、C1…コンタクトホール、M1…配線、S1…基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記処理室内に、
前記基板が搭載されるステージと、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を覆うカバーと、を有し、
前記カバーの内部に不活性ガスを供給する供給手段を有することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus that solidifies the liquid material by performing a heat treatment on the liquid material disposed on a substrate in a processing chamber,
In the processing chamber,
A stage on which the substrate is mounted;
Heating means for heating the substrate;
A cover that covers the substrate,
A film forming apparatus comprising supply means for supplying an inert gas into the cover.
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2008
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