JPH0294430A

JPH0294430A - 光ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH0294430A
Application number: JP24382288A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Iida; 義典飯田; Ryohei Miyagawa; 良平宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-05

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、光励起化学反応を利用して基板上に膜堆積を
行なう光ＣＶＤ装置の改良に関する。

（従来の技術）近年の半導体集積回路の進展に伴って、デバイスの微細
化、高集積化が要求されその実現のために低温かつイオ
ンダメージのない半導体プロセスである光励起プロセス
が注目されている。半導体エビキシャル成長、エツチン
グあるいは金属膜・絶縁膜・半導体膜の堆積などの集積
回路製作の要素技術に各種の光励起プロセスが取り込ま
れ始めている。光源には光子エネルギーの大きな紫外域
のエキシマレーザ−あるいは低圧水釦付を用いる。

低圧水銀灯を用いる場合、Ｈｇを触媒に用いる水銀増感
法が良く知られている。

本発明は上記の光プロセスのうち膜の堆積、即ち光ＣＶ
Ｄに関し、特に装置構成に関するものである。

光ＣＶＤ装置の膜堆積速度は被堆積基板上の光強度、雰
囲気中の原料ガス濃度、および水銀増感法の場合は雰囲
気中の水銀濃度等により決まり、これらのパラメータを
最適化することで、水銀増感法においては、１００人／
ｗｉｎ以上の膜堆積速度を得ることが可能であり、装置
構造も膜堆積速度を最大とする構造となっている。

一方、厚膜と薄膜の積層構造膜を形成する場合、薄膜形
成時には低速度の膜堆積により緻密な膜を形成すること
が必要であり、また堆積速度が大き過ぎれば薄膜の形成
時間が著しく短時間となり２その時間制御が困難な上膜
形成初期の光源の不安定さあるいは反応容器内のラジカ
ルの不安定さの影響も大きく膜厚制御性が著しく低下し
てしまう。

したがって、薄膜形成時の膜厚制御性を向上するために
は薄膜形成時の堆積速度を低くすることが必要である。

光ＣＶＤにおける膜堆積速度は、被堆積基板表面での光
強度、被堆積基板温度２反応容器内の原料ガス圧力、お
よび水銀増感法の場合は反応容器内の水銀濃度等に依存
している。このうち、被堆積基板温度１反応容器内の原
料ガス圧力を変えると膜堆積速度だけではなく堆積膜の
特性、たとえば水素化非晶質シリコンの場合、電子移動
度、ダングリングボンド密度等も変化するため、これら
の条件を変えることによる膜堆積速度の制御は困難であ
る。また被堆積基板表面での光強度は、たとえば低圧水
銀灯を光源とした場合、その光源の光強度は光源自身の
特性により固定的であり、外部からの印加電圧等により
変化させることはできず、また光源から被堆積基板まで
の距離は光ＶＣＤ装置固有の量であり、またこれを可変
とするためには光ＣＶＤ装置の構造が複雑化し現実的で
はない。また光源と被堆積基板との間に光学的フィルタ
ーを挿入する方法も考えられるが、たとえば低圧水銀灯
光源の場合、その発光ピークがある１８５０１、および
２５４ｎｍの光強度比を変えることなく両波長の光源度
を減衰するフィルターを得ることは困難である。さらに
、反応容器内の水銀内の水銀濃度の制御は原料ガス導入
配管の途中に設けた水銀蒸気発生器の温度を制御し水銀
蒸気圧を制御することで行なっているが、温度制御であ
るため、応答性を含めた制御性が悪い。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の光ＣＶＤ装置においては、同一の反応
容器での膜堆積において膜堆積速度のみを制御すること
は困難であり、したがって厚膜と薄膜の積層構造膜を形
成する場合、薄膜形成時の膜厚制御が低下し、また薄膜
が緻密でなくなるという課題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、同一の反応容器での膜堆積において膜
堆積速度を容易に制御可能な光ＣＶＤ装置を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、光ＣＶＤ装置の光源が収容されている
光源収容差内を真空排気すると同時に光源収容案内へ水
銀蒸気を含む不活性ガスを導入し、光源収容室内の圧力
を制御することで光源収容室内の水銀濃度を制御し、こ
の水銀蒸気による光吸収を利用して被堆積基板表面の光
強度を制御し、膜堆積速度を制御可能にすることにある
。

即ち、本発明は光励起化学反応を利用して基板上に膜堆
積を行なう光ＣＶＤ装置において、光源が収容されてい
る光源収容室内を真空排気する手段と、光源収容室内へ
水銀蒸気を含む不活性ガスを導入する手段と光源収容室
内の圧力を制御する手段とを具備したものである。

（作　用）本発明によれば光源収容室内の水銀蒸気を含む不活性ガ
スの圧力を制御することにより、容易かつ制御性良く基
板上の膜堆積速度を制御することができる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係わる光励起膜形成
装置を模式的に示す概略構成図である。

図中１は膜形成室で、この膜形成室１内には例えば半導
体基板からなる基板２を載置した基板ホルダ；３及び試
料台４が収容されてよＳす、基板ホルダ３はチャック５
により試料台４に装着される。試料台４の内部にはヒー
ター６が設けられている。

また、膜形成室１内には、ガス供給部７から原料ガスが
導入され、膜形成室１内のガスは排気ポンプ８により排
気されるようになっている。

一方、膜形成室１の下部には、例えば低圧水銀ランプか
らなる光源１３を収容する収容室１４があり、光源から
の光を反射する反射する反射板１５が内部に設けられて
いる。

収容室１４にはガス供給部３０から水銀蒸気を含んだ不
活性ガスが導入され収容室１４内のガスは排気ポンプ１
２により排気されるようになっている。

膜形成室１と収容室１４の間は、例えば合成石英板から
なる光導入窓で仕切られている。

次に、上記のごとく構成された本装置の作用について説
明する。

まず、基板２を装着し膜形成室１内を排気ポンプにより
排気し、収容室１４内にはガス供給部３０から水銀蒸気
を含んだ不活性ガスを１０１００ＥＳＣＣの流量で導入
しながら排気ポンプ１２により収容室１４内を数（Ｔｏ
ｒｒ）〜数十（Ｔｏｒｒ）の圧力にする。次いで供給系
７から原料ガスとして水銀を含んだ５ｉｌ１４ガス及び
Ｃ２Ｈ□ガスを膜形成室１内に各々流量１０１００（ｓ
ｃＣ、１０（ＳＣＣＭ）、圧力０．１（Ｔｏｒｒ）で導
入し、基板２番抵抗加熱等のヒーター６により２５０（
℃）に加熱する。低圧水銀ランプ１２を点灯し波長２５
４（ｎｍ）の紫外光を基板２の表面に照射することによ
り第１層としての薄膜形成を行なう。

第１層の膜形成が完了した後、第２層の厚膜形成を行な
う。まず第１層の膜形成にて使用した原料ガスを膜形成
室１から除くために膜形成室１内を排気ポンプ８により
５　Ｘ　１０””　（Ｔｏｒｒ）以下まで排気する。収
容室１４内も第１層の膜形成にて導入した水銀蒸気を除
くために排気ポンプ１２により数があって（ｍＴｏｒｒ
）以下まで排気する。その後ガス供給部３０から不活性
ガスのみを収容差１４内に導入しながら、排気ポンプに
より収容室１４内を数（Ｔｏｒｒ）〜数十（Ｔｏｒｒ）
の圧力にする。次いでガス供給系７から原料ガスとして
水銀を含んだＳｉＨ４ガスを膜形成室１内に流量１０１
００（ＳＣＣ圧力０．５（Ｔｏｒｒ）で導入し、基板２
を抵抗加熱等のヒーター６により２５０〔℃〕に加熱す
る。低圧水銀ランプ１２を点灯し波長２５４［ｎｍ］、
１８５（ｎｍ）の紫外光を基板２の表面に照射すること
により第２Ｉ４の厚膜形成を行なう。

第３層以降の成膜を同様に行なえば良い・本実施例によ
れば、第１層としての薄膜形成時には収容室１４内の水
銀蒸気により光源１３からの２５４１１［Ｑ、　１８５
ｎｍの紫外光は吸収され、基板２上の紫外光強度が減少
する。その結果膜堆積速度は低下し、薄膜の１漠厚制御
性は向上する。また、第２層としての厚膜形成時には収
容室１４内には水銀蒸気が存在しないため基板２上の紫
外光強度は大きく膜堆積速度は高くスループットが低下
することはない。

第２図は本発明の第２の実施例に係わる光ＣｖＤ装置を
模式的に示す概略構成図である。図中、前記第１図と同
等部位には同一記号を付しである。

図中９は基板搬送用の予備排気室でありゲートバルブＩ
Ｏにより膜形成室１と接続されている。予備排気室には
基板搬送機構１１が設けられており予備排気室９内は排
気ポンプ１２により排気されるようになっている。

本実施例によれば膜形成室１内が大気にさらされること
なく基板２を装着および脱着することが可能であり、し
たがって大気中の酸素・窒素・水分等が膜形成室内壁等
に吸着し、堆積膜中に不純物として混入するという問題
点が解決され、また上記吸着分子の影響による膜形成室
内排気の長時間化の問題も解決される。また、収容室１
４内の水銀蒸気量を収容室１４内の圧力をモニターしな
がら制御することで膜堆積速度を制御できる点は第１の
実施例と同様である。

第３図は、本発明の第３の実施例に係わる光ＣＶＤ装置
を模式的に示す概略構成図である。図中前記第２図と同
等部位には同一記号を付しである。

本実施例においては基板２を含む基板ホルダー３の搬送
機構１１の他に膜形成部において膜形成室１と収容室１
４を分離している光導入窓１６も窓搬送機構２１により
搬送可能となっており、チャック１７によりチャックさ
れる。

収容室１４及び予備排気室９，１９は常時、排気ポンプ
１２により真空排気されており、光導入窓１６がチャッ
クされていない場合、収容室１４は膜形成室１とともに
排気ポンプ８により５　Ｘ　１０−’　（Ｔｏｒｒ３以
下に排気されている。

膜形成時には収容差１４は予備排気室９，１４とともに
排気ポンプ１２により真空排気されており、ガス供給部
３０からの水銀蒸気を含んだ不活性ガスの導入により膜
堆積速度を制御するのは第１および第２の実施例と同様
である。

本実施例によれば前記第１、第２の実施例と同じ効果を
得る他に、膜形成室ｌを大気にさらすことなく光導入窓
１６の装着・脱着が可能となる。非晶質シリコン膜等の
紫外光を吸収する膜を形成する場合、基板２上に膜堆積
が行なわれると同時に光導入窓１６の膜形成室１側にも
膜堆積が行なわれ、堆積膜厚が増加するにともない基板
２上での光照度が低下し膜形成速度が低下するという問
題があある。この問題を解決するための一手法として光
導入窓１６の膜形成室１側にたとえばフオンプリンオイ
ルを塗布することで光導入窓１６への膜堆積を防止する
という方法がある。しかし、この方法によれば膜形成を
行なうたびに光導入窓１６を脱着し再度、フオンプリン
オイルを塗布し直さなればならｆ、　第１〜第２の実施
例においてはその都度膜形成室１を大気にさらすことに
なり大気中の酸素、窒素、水分等が膜形成室１内壁等に
吸着し堆積膜中に不純物として混入したり、上記吸着分
子の影響による膜形成室内排気の長時間化という問題が
ある。

本実施例によれば前述のとうり膜形成室１を大気にさら
すことなく光導入窓１６の装着・脱着が可能となるため
、上記の問題点は解決される。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。光源は低圧水素ランプに限るものではなく、重水素
ランプ、エキシマレーザ−等でも構わない。また、ヒー
ターは抵抗加熱に限るものではなく、ハロゲンランプ等
でもよい。さらに、膜形成、堆積膜のエツチング、基板
上の金属電極のエツチングにおける圧力、ガス流量、基
板温度及び印加電力等の条件は必要とする膜厚、膜質。

エツチング量等により適宜定めれば良い。

また、原料ガスはモノシラン（Ｓｉ１１４）に限るもの
ではなく、高次シラン（例えばシラン（ｓｉａｕｓ）　
ｒトリシラン（ｓｉ２１１ｓ）　）　、メチルシラン系
ガス（例えばジメチルシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ□（ＣＩ（２
）、　）或いはゲルマン系ガス（例えばゲルマン（Ｇａ
Ｈ４））でもよい。混合ガスとして、ジボラン（Ｂ２１
１６）　、フォスフイン（ＰＨ２）　。

アセチレン（ｃ２ｎ２）等を含んでもよい。さらに、形
成する膜厚は、ａ−５ｉに限るものではなく、シリコン
酸化膜やシリコン窒化膜化合物半導体（例えばＧａＡｓ
、　Ｚｎ５ｅ等）等でもよい。シリコン酸化膜やシリコ
ン窒化膜等を形成する場合には、亜酸化窒素（Ｎ２０）
、アンモニア（ＮＨ３）等をモノシラン（Ｓｉ１１．）
等と混合して用いればよい。また、水銀を含まない直接
励起でもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光ＣＶＤ装置において同一のチャンバ
ーを用いて膜堆積速度を制御することが可能となり、厚
膜形成時は高速成膜により高スルーブツトを保ち、また
薄膜形成時は低速成膜により緻密な１漠を膜厚制御性良
く、厚膜と厚膜の積層構造膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる光Ｃ■Ｄ装置を
模式的に示す概略構成図、第２図、第３図は本発明の他
の実施例に係わる光ＣＶＤ装置を模式的に示す概略構成
図である。１・・・膜形成室　　　　　　２・・・基板３・・・基
板ホルダー　　　　４・・試料台５．１７・・・チャッ
ク　　　　　６・・ヒーター７・・・原料ガス供給系　
　　８，１２・・・排気ポンプ９．１９・・・予備排気
室　　　　１０．２０・・・ゲートバルブ１１．２１・
・・搬送機構　　　　１３・・・低圧水銀ランプ（光源
）１４・・・収容室　　　　　　　１５・・・反射板１
６・・・光学窓　　　　　　　１８．２２・・・レール
３０・・・ガス供給系代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　松山光之第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光の照射により原料ガスを光励起分解し、被処理
基板上にＣＶＤ膜を堆積する光ＣＶＤ装置において、光
源が収容される収容室内に水銀蒸気を含む不活性ガスを
導入する手段と該収容室内を真空排気する手段とを有す
ることを特徴とする光ＣＶＤ装置。
（２）前記被処理基板を前記膜形成室が大気にさらされ
ることなく装着および脱着する手段を具備してなる事を
特徴とする請求項１記載の光ＣＶＤ装置。
（３）前記膜形成室内に光源からの光を導入するための
光導入窓を前記膜形成室が大気にさらされることなく装
着および脱着および搬送する手段を具備してなる事を特
徴とする請求項２記載の光ＣＶＤ装置。