JPH01247573A - 光化学的気相堆積装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光化学的気相堆積装置に係り、特に異なる種類
の反応ガスを用いる場合にも光入射窓の曇りを防止又は
遅延しながら光化学的気相反応によって均一°な薄膜を
効率的に作製するのに好適な光化学的気相堆積装置に関
する。

〔従来の技術〕

光化学反応は、反応性ガスにそのガスの吸収波長に応じ
た波長を有する光を照射することにより化学反応を促進
するものである。照射する光と反応ガスとの組合わせに
より反応を選択的に進行させることが可能である。さら
に光化学反応は熱化学反応のような高温が要求されない
のでプロセスの低温化に有効であり、プラズマ反応のよ
うな荷電粒子の影響がないため、堆積した膜やエツチン
グした下地の膜の損傷がないことから、アモルファスシ
リコン膜の形成に有効であると考えられている。

しかしながら、光化学反応を用いた薄膜製造装置では、
反応容器内に反応ガスを供給し、基板上に薄膜を堆積さ
せるものであるため、光を透過させる光入射窓に反応生
成物が付着して反応容器内の光の強度が低下する問題が
ある。

光入射窓の表面に反応生成物が付着することを防止する
光化学的気相堆積装置として特開昭６０−７４４２７１
号公報に記載のものが知られている。

この光化学的気相堆積装置を示す第１０図において、７
１は光化学反応を起こさないガス、７２はキャリアガス
、７３は原料ガス（反応ガス）、７４．７５はガスを層
流化する室、７６は仕切り板、７７はガスの流れを滑ら
かにする薄い板、７８は低圧水銀灯、７９は光入射窓、
８０は反射板、８Ｉは基板、８２はサセプタ、８３は赤
外線ランプ、８４はガスの排気口、８５は基板を取り出
す蓋、８６はガス拡散用の遮蔽板である。

即ち、上記した光化学的気相堆積装置では、光入射窓７
９付近に光化学反応を起こさないガス（例えば不活性ガ
ス）７１を層流にしてパージするようになっている。そ
して、反応ガス７３を供給後、基板８１にガスが到達す
るまでにガスの流れを滑らかにするための薄い板７７を
配設し、反応ガス７３と平行して光化学反応をおこさな
いガス７１にも同様な仮７７を配設している。

上記し趙従来の光化学的気相堆積装置では、反応ガス７
３は不活性ガス７１を反応容器内に層流で流すことによ
り反応ガス７３を光入射窓７９に到達させないこと狙っ
ている。しかし、本発明者らの種々の実験の結果、反応
ガス７３が反応容器外に排気されるまでに反応ガス７３
が光入射窓７９に到達して光入射窓７９に曇が生じると
いう問題がある。また、流れを滑らかにする薄い板７７
によりガス流の整流を行う場合、板７７の長さを少なく
とも１ｍ以上にする必要があり、装置が大型化するとい
う問題がある。

そこで本発明者らは、反応ガスが光入射窓に付着するこ
とを防止し、光源からの光の強度を常時高く保つと共に
装置をコンパクトにできる光化学的気相堆積装置として
、未公知であるが、反応に関係しない、例えば不活性ガ
スを光入射窓側に導入し、反応ガスを基板側に導入させ
るためのガス吹き出し口を多孔質物質で形成した整流ガ
ス供給用ノズルを有する装置を出願した。

〔発明が解決しようとする課題〕

この光化学的気相堆積装置では、反応ガスとして２種類
以上のガスを用い、かつ室温にて互いに反応し合うよう
な場合（例えば、Ｓ　ｉ　Ｈａと０゜）、反応ガスを混
合して整流ガス供給ノズルに供給すると、ガス供給配管
内および整流ガス供給用ノズルで反応ガスの一部が反応
し合い、その生成物がガス吹き出し口を構成する多孔質
物質中に付着し、目詰りを起こす事態が発生し、最悪の
場合、反応ガス（原料ガス）を基板上に供給することが
不可能となる。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、反
応室に導入させる反応ガスを多孔質物質で形成されたガ
ス吹き出し口から吹き出させる場合に、互いに反応し合
うような２種以上の反応ガスの反応生成物による目詰ま
り等の事態を回避して安定な光化学反応による薄膜を基
板上に堆積させることができる光化学的気相堆積装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的は、反応ガスを反応室の基板側に導入し、
反応に関係しないガスを反応室の光入射窓側側に導入さ
せるためのガス吹き出し口を多孔質物質で構成した整流
ガス供給用ノズルを設けい整流ガス供給用ノズル内の反
応ガス流路をそれぞれ２個以上の複数個に区画すること
によって達成される。

〔作用〕

互いに反応し合う２種以上の反応ガスは整流ガス供給用
ノズル内の反応ガス流路およびそのガス吹き出し口をそ
れぞれ別個に分割さた状態に供給される。

したがって、互いの反応ガスによる反応生成物が生じな
いので、反応生成物による多孔質物質からなるガス吹き
出し口の目詰り等が回避され、装置の運転を停止するよ
うな事態は発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の光化学的気相堆積装置の−実施例を示
す概略的断面梼成図、第２（Ａ）は第１図における整流
ガス供給用ノズルの正面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ
）の側面図である。第１図において、断面矩形状の内部
空間を有する反応容器内を構成する反応室ｌの上部に光
入射窓２が設置されている。この光入射窓２は反応室１
の壁面の一部を構成し、また、光入射窓２の上方には光
源３（例えば、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、重水
素ランプ等）が配設されている。さらに薄膜を形成させ
るための基板４が設置可能なサセプタ５が配設され、サ
セプタ５の底面側の反応容器外にヒータ６が取り付けら
れている。反応容器の側壁には光化学反応に関係しない
ガス（例えば、Ｎ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス等）Ａを
整流ガス供給用ノズル７ａに導入する配管１２が配設さ
れている。

また、光化学反応に関係する反応ガス（原料ガス）Ｂ、
Ｃ（例えば、Ｓ　ｉ　Ｏを膜を堆積させる場合、ＳｉＨ
４と０りを整流ガス供給用ノズル７ｂに導入する配管１
３．１４．１５．１６が配設されている。

整流ガス供給用ノズル７ａは、ノズル本体の側壁にガス
供給管が配設され、このガス供給管の配設面と対向する
側面が多孔質物質２１で形成されている。整流ガス供給
用ノズル７ｂは、仕切り仮２２ａによって４つのガス流
路に区画され、整流ガス供給用ノズル７ｂの上段から下
段のガス流路にはそれぞれＳｉＨ，、Ｏ□、ＳｉＨ４，
０□の反応ガスが交互に供給されるようになっている。

多孔質物質は、多数の微細連通孔を有し、例えば、平均
粒径が０．１μｍ〜１ｍｍのステンレス等の金属または
セラミックスの焼結体あるいはテフロン等で形成された
多孔体からなるものが望ましい。平均粒径が０．１μｍ
よりも小さいと、孔に目詰まりが生じやすく、平均粒径
が１ｍｍよりも大きいと、所定のガスを整流化するとい
う本発明の効果を達成することが困難となる。なお、よ
り望ましくは平均粒径は０．２μｍｍ〜５００μｍ程度
が有効である。

整流ガス供給用ノズル７ａと７ｂとを区画する区画板か
ら反応室内に延設された整流板８が設けられると共に未
反応ガスを排気する排気口９が設けられ、この排気口９
は図示していない排気装置に接続されている。

次に上記のように構成される光化学的気相堆積装置の作
用について説明する。

基板４をサセプタ５上にセットし、図示していない排気
装置を作動させ、排気口９を介して反応室１内を排気す
る。

次にヒータ６に通電して基板４を所定の温度まで加熱し
、光源３を点灯する。その後、光化学反応に関係しない
ガスＡ（例えばＮ２ガス）を配管１２、整流ガス供給用
ノズル７ａを経て反応室１内に導入する。また光化学反
応に関係するガスＢ（例えば、５ｉＨ４）を配管１３．
１５および整流ガス供給用ノズル７ｂ内の最上段（４段
目）のガス流路と２段目のガス流路を経て反応室１内に
導入する。さらに光化学反応に関係するＣ（例えば０□
）を配管１４、配管１６および整流ガス供給用ノズル７
ｂ内の３段目のガス流路と１段目のガス流路を経て反応
室１内に導入する。

このような操作により、互いに反応し合うガスＢとガス
Ｃは多孔質物質２４で形成されたガス吹出し口から吹き
出されるまでは混合されることなく、反応室１内に導入
される。したがって、ガスＢとガスＣとの反応による生
成物が配管中および多孔質物質２１で目詰まりを起こす
ことがない。

上記したそれぞれのガスは、整流ガス供給用ノズルを構
成する多孔質物質２１の多数の連通孔を介して反応室１
内に吹き出される。この場合、−般にノズルからのガス
や流体の流量は、ノズル前後での圧力差の２分の１乗に
比例する。したがって、多孔質物質２１の前後の圧損が
大きい。

このため、整流ガス供給用ノズル本体内のガス圧力はほ
ぼ一定値となり、多孔質物質２１で形成された吹き出し
口から吹き出すガスの流速は、多孔質物質２１面で一様
となり、整流ガス供給用ノズル本体の長手方向での偏流
は起こらない。さらｔ１″：多孔質物質２１表面には多
数の孔を存するのでそれらの孔から吹き出すガスの流速
は、掻めて小さい、しかも答礼が極めて近接しているの
で各孔間に存在するデッドスペースが相対的に小さくな
り、ノズルより吹き出すガスの乱れや偏りがなく、整流
されたものとなる。

さらに整流板８によって光化学反応に関係しないガスＡ
は１反応室ｌ内の上層流側（光入射窓２側）、光化学反
応に関係するガスＢ、Ｃは反応室ｌ内の下層流側（基板
４側）にそれぞれ層状となって流動する。光化学反応に
より生成した反応生成物は、基板４上に薄膜となって堆
積する。このとき、反応生成物は反応室１内の上部側を
層状となって流動するガスへの流れにより光入射窓２に
到達しない。この結果、反応生成物の付着による光入射
窓２の曇りを防止又は遅延させることができ、光の強度
を常時、一定に保つことができる。

ガスＢおよびＣは、交互に区画されて反応室ｌ内に供給
されるため、０．１〜数ｔｏｒｒの反応圧力では、局部
的に混合されて堆積反応が生じ、基板４上に薄膜が堆積
される。堆積が完了すると、サセプタ５上の基板４は反
応室１外に取り出される。

以降、上記した操作が繰り換えされることになる。

第３図〜第５図は本発明の光化学的気相堆積装置におけ
る整流ガス供給用ノズルの他の実施例をそれぞれ示し、
反応室１の断面形状が正方形状のときに設置される。

第３図（Ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面１第３図（
Ｂ）は第３図（Ａ）の底面図であり、この整流ガス供給
用ノズルは光化学反応に関係しないガスの流路と反応ガ
ス流路が等分に区画され、反応ガス流路は垂直な仕切り
板２２ｂによって水平方向に流路断面長方形状の４つの
反応ガス流路が形成されている。

第４図（Ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面は第４図（
Ｂ）は第４図（Ａ）の底面図であり、この整流ガス供給
用ノズルの反応ガス流路は斜め方向の仕切り板２２ｃに
よって流路断面が平行四辺形状を主として６つのガス流
路が形成されている。

第５図（Ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面Ａ第５図（
Ｂ）は第５図（Ａ）の側面図、第５図（Ｃ）は第５図（
Ａ）の底面図であり、この整流ガス供給用ノズルは反応
ガス流路が水平方向の仕切り板２２ｄと垂直方向の仕切
り板２２ｅによって流路断面が長方形状のガス流路が４
つ形成されている。

第６図〜第９図は本発明の光化学的気相堆積装置におけ
る整流ガス供給用ノズルの更に他の実施例を示し、反応
室１の断面形状が円形状のときに設置される。

第６図（Ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面図、第５図
（Ｂ）は第６図（Ａ）の側面図であり、この整流ガス供
給用ノズルは反応ガス流路が水平方向の仕切り仮２２ｆ
によって４つのガス流路が形成されている。

第７図（ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面は第７図（
Ｂ）は第７図（Ａ）の底面図、第８図（Ａ）は整流ガス
供給用ノズルの正面図、第８図（Ｂ）は第８図（Ａ）の
側面図、第８図（Ｃ）は第８図（Ａ）の底面図、第９図
（Ａ）は整流ガス供給用ノズルの正面図、第９図（Ｂ）
は第９図（Ａ）の底面図をそれぞれ示し、各反応ガス流
路は仕切り板２２ｇ、２２ｈ、、２２＋によって複数個
のガス流路に区画されている。

第３図〜第９図に示す整流ガス供給用ノズルの場合にも
、第１図および第２図に示す場合と同様に各ガス流路は
外部の配管とそれぞれ別個に接続されている。

したがって、第３図〜第９図に示す整流ガス供給用ノズ
ルの場合にも第１図および第２図に示す場合と同様の効
果を発揮することができる。

要は本発明において、光化学反応に関係しないガスは光
入射窓側に導入でき、反応ガスは基板側に導入できるよ
うに光化学反応に関係しないガス流路と反応ガス流路と
を区画するとともに反応ガス流路は反応に必要なガスの
種類以上に複数個に区画されていればよい。

また、上記した実施例では、各仕切り板はガス吹き出し
口を構成する多孔質物質自体をも区画するように配置さ
れているが、多孔質物質自体は１枚の板状に形成し、ノ
ズル内部に所定の仕切り板を配置するようにしてもよい
。

さらに上記した実施例では、光源として紫外線を発生す
るランプを図示したが、エキシマレーザ、ＳＯＲ（シリ
クロトロン軌道放射光）を光源としても同じ効果を得る
ことができる。

また、反応ガス（原料ガス）をＳ　ｉ　Ｈａと０□とし
、５ｉＯｚを薄膜として堆積させる例を示したが、Ｓ　
ｉ　ＨａとＮ　Ｈ３によるＳｉ窒化物の堆積、ＳｉＨ４
とＧｅＨａによるアモルファスシリコン、ゲルマニウム
等の２種類以上の反応ガスを用いて堆積反応を生じさせ
る場合にも本発明を適用することができる。さらに熱Ｃ
ＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置の各種光学窓への反応生
成物の付着又は堆積を防止するのに有効である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、光化学反応に関係しない
ガスを光入射窓側の反応室内に層状に導入でき、反応ガ
スを基板側の反応室内に層状に導入できるため、光入射
窓への反応生成物の付着等が防止でき、かつ反応し合う
おそれのある反応ガスはそれぞれ別個に区画されたガス
流路を流動するのでガス吹き出し口を構成する多孔質物
質の目詰まりを防止できる。このため、信頼性のある高
スルーブツトな光化学的気相堆積装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光化学的気相堆積装置の一実施例を示
す概略的新構成図、第２図は第１図の装置における整流
ガス供給用ノズルの正面図および側面図、第３図〜第９
図はそれぞれ整流ガス供給用ノズルの他の実施例を示し
、第３図および第４図は整流ガス供給用ノズルの正面図
および底面１第５図は整流ガス供給用ノズルの正面図、
側面図および底面図、第６図は整流ガス供給用ノズルの
正面図および側面図、第７図は整流ガス供給用ノズルの
正面図および底面図、第８図は整流ガス供給用ノズルの
正面図、側面図および底面図、第９図は整流ガス供給用
ノズルの正面図および底面図、第１０図は従来の光化学
的気相堆積装置の例を示す概略的構成図である。 ■・・・・・・反応室、２・・・・・・光入射窓、３・
・・・・・光源、４・・・・・・基板、５・・・・・・
サセプタ、６・・・・・・ヒータ、７ａ、７ｂ・・・・
・・整流ガス供給用ノズル、８・・・・・・整流板、９
・・・・・・排気口、１２．１３．１４．１５．１６・
・・・・・配管、２１・・・・・・多孔質物質、２２ａ
、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、
２２ｈ、２２ｉ・・・・・・仕切り板、Ａ・・・・・・
反応に関係しないガス、Ｂ、Ｃ・・・・・・反応に関係
するガス。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第４図　　　　　第５図 第６図　　　第７図 （Ｂ）　　　２１ 〆 ０コ（）Ｑｌ：ｌ（）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）反応ガスを反応容器内に導入し、光源から照射した
   光により反応容器内で光化学反応を起こすことによって
   基板上に薄膜を作製するものにおいて、反応ガスを前記
   反応容器内の基板側に導入するガス供給管と、反応に関
   係しないガスを前記光源からの光を透過する光入射窓側
   に導入するガス供給管とのそれぞれのガス吹き出し口を
   多数の微細な連通孔を有する多孔質物質によって形成さ
   れた整流ガス供給用ノズルで構成すると共に整流ガス供
   給用ノズル内の反応ガス流路をそれぞれ２個以上の複数
   個に区画したことを特徴とする光化学的気相堆積装置。