JPH0627335B2 - 光化学気相成長装置 - Google Patents
光化学気相成長装置Info
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- JPH0627335B2 JPH0627335B2 JP61254313A JP25431386A JPH0627335B2 JP H0627335 B2 JPH0627335 B2 JP H0627335B2 JP 61254313 A JP61254313 A JP 61254313A JP 25431386 A JP25431386 A JP 25431386A JP H0627335 B2 JPH0627335 B2 JP H0627335B2
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- Japan
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- gas
- reaction
- reaction gas
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光化学気相成長装置、特に紫外光を照射するこ
とによって反応ガスを励起し、化学反応を促進させ膜を
成長させる光化学気相成長装置に関するものである。
とによって反応ガスを励起し、化学反応を促進させ膜を
成長させる光化学気相成長装置に関するものである。
光化学気相成長法は紫外光により反応ガスの分解が促進
されることから、膜形成の低温化のために必須の技術で
ある。
されることから、膜形成の低温化のために必須の技術で
ある。
この光化学気相成長法には反応ガスを分解する上で種々
の手法が知られており、例えば１９８１年Internationa
l Electran Device Meeting tech.digest の２４０頁に
記載された如く、低水銀灯から発光される253.7ｎｍの
紫外光を水銀蒸気を含む反応ガスに照射し、先ず水銀原
子を励起し、次に励起水銀原子によって反応ガス分子を
励起し膜形成を行う方法、あるいはJap.J. Applied Phy
sics Letterの第２２巻（１９８３年）７９２頁に記載
された如く、低圧水銀灯から発光される184.9ｎｍの光
によって直接的に反応ガス分子を励起し膜形成を行う方
法、あるいはAppl.phys.Lett.の第４０巻（１９８２
年）716 頁に記載された如く、ArF エキシマレーザから
放射される193ｎｍの光によって直接的に反応ガス分子
を励起し膜形成を行う方法などがある。
の手法が知られており、例えば１９８１年Internationa
l Electran Device Meeting tech.digest の２４０頁に
記載された如く、低水銀灯から発光される253.7ｎｍの
紫外光を水銀蒸気を含む反応ガスに照射し、先ず水銀原
子を励起し、次に励起水銀原子によって反応ガス分子を
励起し膜形成を行う方法、あるいはJap.J. Applied Phy
sics Letterの第２２巻（１９８３年）７９２頁に記載
された如く、低圧水銀灯から発光される184.9ｎｍの光
によって直接的に反応ガス分子を励起し膜形成を行う方
法、あるいはAppl.phys.Lett.の第４０巻（１９８２
年）716 頁に記載された如く、ArF エキシマレーザから
放射される193ｎｍの光によって直接的に反応ガス分子
を励起し膜形成を行う方法などがある。
上述した従来の光化学気相成長法において使用される装
置は、反応室の壁部に設けられたガス導入口から反応ガ
スおよび希釈ガスを導入し、反応室内をほぼ一様の圧力
（数Torr程度）とした状態で光を照射する構造となって
いる。このため紫外光光源と膜形成をおこすべき基板と
の空間にある反応ガスにより紫外光が吸収され、基板近
傍での紫外光強度は減衰し、その結果膜成長速度が小さ
くなるという欠点がある。さらに、従来の光化学気相成
長装置では、反応ガスおよび希釈ガスが形成するガス流
の制御が難しく、反応室内に反応ガスの停滞する領域が
形成されてしまう。ガスの停滞する領域では膜特性を劣
化させる原因となる反応副生成物が活発に生成され、こ
れが基板表面に堆積するため、高品質な膜形成が出来な
いという欠点がある。
置は、反応室の壁部に設けられたガス導入口から反応ガ
スおよび希釈ガスを導入し、反応室内をほぼ一様の圧力
（数Torr程度）とした状態で光を照射する構造となって
いる。このため紫外光光源と膜形成をおこすべき基板と
の空間にある反応ガスにより紫外光が吸収され、基板近
傍での紫外光強度は減衰し、その結果膜成長速度が小さ
くなるという欠点がある。さらに、従来の光化学気相成
長装置では、反応ガスおよび希釈ガスが形成するガス流
の制御が難しく、反応室内に反応ガスの停滞する領域が
形成されてしまう。ガスの停滞する領域では膜特性を劣
化させる原因となる反応副生成物が活発に生成され、こ
れが基板表面に堆積するため、高品質な膜形成が出来な
いという欠点がある。
前記目的を達成するため、本発明に係る光化学気相成長
装置は、反応室と、基板載置部と、光源と、ガス供給部
と、反応ガス供給系とを有し、光照射により反応ガスを
励起して、その化学反応を促進させ基板の成長面に膜を
成長させる光化学化相成長装置であって、 反応室は、内部に基板載置部を収納するものであり、 基板載置部は、基板を支持するものであり、 光源は、反応室外から基板載置部上の基板の成長面に光
照射を行うものであり、 ガス供給部は、光源と基板載置部との間に、反応ガスと
反応せずしかも光源よりの光の吸収係数が小さいガスを
供給するものであり、 反応ガス供給系は、基板載置部上の成長面に反応ガスを
供給するものであり、複数のガス噴出口を有し、 複数のガス噴出口は、基板載置部上の基板成長面の真上
に配置され、該基板成長面に向けて反応ガスを高速噴出
するものである。
装置は、反応室と、基板載置部と、光源と、ガス供給部
と、反応ガス供給系とを有し、光照射により反応ガスを
励起して、その化学反応を促進させ基板の成長面に膜を
成長させる光化学化相成長装置であって、 反応室は、内部に基板載置部を収納するものであり、 基板載置部は、基板を支持するものであり、 光源は、反応室外から基板載置部上の基板の成長面に光
照射を行うものであり、 ガス供給部は、光源と基板載置部との間に、反応ガスと
反応せずしかも光源よりの光の吸収係数が小さいガスを
供給するものであり、 反応ガス供給系は、基板載置部上の成長面に反応ガスを
供給するものであり、複数のガス噴出口を有し、 複数のガス噴出口は、基板載置部上の基板成長面の真上
に配置され、該基板成長面に向けて反応ガスを高速噴出
するものである。
基板表面に材料ガスを高速に噴出させるため、常に新し
い反応ガスを基板に供給できることから、反応室内の反
応ガスの停滞により生成す反応副生成物の堆積も防止で
きるため、良質の膜が形成できる。
い反応ガスを基板に供給できることから、反応室内の反
応ガスの停滞により生成す反応副生成物の堆積も防止で
きるため、良質の膜が形成できる。
また、基板載置部及び反応ガス噴出口と光源との間が反
応ガスで充満することなく、光源より照射される光の吸
収係数が小さいガスが主に存在するため、反応ガスによ
る紫外光吸収を低減でき、また噴出ノズルにより基板に
集中的に反応ガスを供給できるため膜成長速度を高める
ことができる。
応ガスで充満することなく、光源より照射される光の吸
収係数が小さいガスが主に存在するため、反応ガスによ
る紫外光吸収を低減でき、また噴出ノズルにより基板に
集中的に反応ガスを供給できるため膜成長速度を高める
ことができる。
次に本発明を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。反応室
１０２の左右上端近傍に希釈ガス導入口１１０がそれぞ
れ設けられ、反応室１０２の最上部には、合成石英から
なる光照射窓１０３により分離された光源室１０１を設
ける。この光源室１０１内には低圧水銀灯１０４と、そ
の上部に反射板１０５が設けられる。反応室１０２内の
下部には基板１０６とこの基板１０６を加熱するヒータ
１０７が設けられる。反応室１０２の最下部には、排気
部１１１を設ける。反応ガス噴出ノズル108,109はその
噴出口が基板１０６近傍となるように設けられる。この
反応ガス噴出ノズル１０８，１０９は、断面が円型の管
を用いても、あるいは箱型の管を用いても選択は自由で
ある。噴出ノズル108,109は、反応ガスを基板１０６の
表面に高速で噴出するために、噴出口を細く絞ったり噴
出口に小さい穴を多数設けたり、あるいは狭いスリット
状の穴を設けるのが好ましい。
１０２の左右上端近傍に希釈ガス導入口１１０がそれぞ
れ設けられ、反応室１０２の最上部には、合成石英から
なる光照射窓１０３により分離された光源室１０１を設
ける。この光源室１０１内には低圧水銀灯１０４と、そ
の上部に反射板１０５が設けられる。反応室１０２内の
下部には基板１０６とこの基板１０６を加熱するヒータ
１０７が設けられる。反応室１０２の最下部には、排気
部１１１を設ける。反応ガス噴出ノズル108,109はその
噴出口が基板１０６近傍となるように設けられる。この
反応ガス噴出ノズル１０８，１０９は、断面が円型の管
を用いても、あるいは箱型の管を用いても選択は自由で
ある。噴出ノズル108,109は、反応ガスを基板１０６の
表面に高速で噴出するために、噴出口を細く絞ったり噴
出口に小さい穴を多数設けたり、あるいは狭いスリット
状の穴を設けるのが好ましい。
本装置を用いて常圧下で高品質なシリコン酸化膜を形成
する場合を例にとり膜形成の手順を説明する。反応ガス
としてモノシラン（SiH4）を５cc／min、酸素（O2）を
１００cc／minを反応ガス噴出ノズル108,109からそれぞ
れ導入する。同時に、希釈ガスとしてアルゴン（Ar）を
５０００cc／min希釈ガス導入口１１０から導入する。
反応室に導入されたこれらガスは、排気部１１１から排
出され、反応室１０２内が常圧に保たれる。基板１０６
及び反応ガス噴出ノズル１０９と低圧水銀灯１０４との
間は、紫外光の吸収の少ないＡr が主に存在し、反応ガ
スはほとんど存在しないため、基板近傍においても紫外
線強度はほとんど減衰しない。この時、基板１０６の温
度はヒーター１０７により２５０℃に保たれ、また、低
圧水銀灯１０４により波長185ｎｍの紫外光が、基板１
０６の表面に垂直に照射され、膜が堆積される。
する場合を例にとり膜形成の手順を説明する。反応ガス
としてモノシラン（SiH4）を５cc／min、酸素（O2）を
１００cc／minを反応ガス噴出ノズル108,109からそれぞ
れ導入する。同時に、希釈ガスとしてアルゴン（Ar）を
５０００cc／min希釈ガス導入口１１０から導入する。
反応室に導入されたこれらガスは、排気部１１１から排
出され、反応室１０２内が常圧に保たれる。基板１０６
及び反応ガス噴出ノズル１０９と低圧水銀灯１０４との
間は、紫外光の吸収の少ないＡr が主に存在し、反応ガ
スはほとんど存在しないため、基板近傍においても紫外
線強度はほとんど減衰しない。この時、基板１０６の温
度はヒーター１０７により２５０℃に保たれ、また、低
圧水銀灯１０４により波長185ｎｍの紫外光が、基板１
０６の表面に垂直に照射され、膜が堆積される。
上記の条件でシリコン酸化膜成長を行うと、成長速度は
約80ｎｍ／minと従来の光化学気相成長装置を用いた場
合に比べ約５倍大きい値が得られた。また、形成された
シリコン酸化膜のバッファードフッ酸によるエッチング
速度は約40ｎｍ／min、ピンホール密度は約０．１個／c
m2であり、いずれの値も従来の光化学気相成長法により
形成したシリコン酸化膜に比べ小さい値でありよりち密
な膜が形成できている。
約80ｎｍ／minと従来の光化学気相成長装置を用いた場
合に比べ約５倍大きい値が得られた。また、形成された
シリコン酸化膜のバッファードフッ酸によるエッチング
速度は約40ｎｍ／min、ピンホール密度は約０．１個／c
m2であり、いずれの値も従来の光化学気相成長法により
形成したシリコン酸化膜に比べ小さい値でありよりち密
な膜が形成できている。
本実施例では常圧下における膜成長について述べたが、
排気部１１１から真空排気し反応室102 内を減圧するこ
とによっても、反応ガスを基板表面に噴出することで高
品質な膜を高速成長することができる。また、本実施例
で述べたシリコン酸化膜成長のように２種類の反応ガス
を用いて膜形成する場合、それぞれの反応ガスについて
反応ガス、導入ノズルを別々にし、例えばノズル１０８
からはモノシランを、ノズル１０９からは酸素を導入す
れば、反応ガス導入ノズル内での反応ガスの気相成長を
低減できるため、より高品質な膜が形成できる。さら
に、これら反応ガス導入ノズル108,109をそれぞれ複数
本用意し、各ノズルから単一のガスを噴出させ、基板１
０６表面でガスを混合しても良い結果を得る。
排気部１１１から真空排気し反応室102 内を減圧するこ
とによっても、反応ガスを基板表面に噴出することで高
品質な膜を高速成長することができる。また、本実施例
で述べたシリコン酸化膜成長のように２種類の反応ガス
を用いて膜形成する場合、それぞれの反応ガスについて
反応ガス、導入ノズルを別々にし、例えばノズル１０８
からはモノシランを、ノズル１０９からは酸素を導入す
れば、反応ガス導入ノズル内での反応ガスの気相成長を
低減できるため、より高品質な膜が形成できる。さら
に、これら反応ガス導入ノズル108,109をそれぞれ複数
本用意し、各ノズルから単一のガスを噴出させ、基板１
０６表面でガスを混合しても良い結果を得る。
第２図は本発明の第２の実施例の断面図である。反応室
１０２の上端近傍に一つの希釈ガス導入口１１０が設け
られ、反応室１０２の最上部には合成石英から成る光照
射窓１０３により分離された光源室１０１を設ける。こ
の光源室１０１内には低圧水銀灯１０４が設けられる。
反応室１０２の最下部には排気部１１１を設ける。反応
室１０２内の下部には基板加熱用のヒータ１０７を内蔵
した基板支持台２０７が設けられ、この基板支持台２０
７上に基板１０６が設置される。反応ガス噴出管２０８
は基板１０６の表面上方に基板表面と平行に設置され、
基板１０６に対向する側の反応ガス噴出管２０８の管壁
にガス噴出口２０９が設けられ、反応ガスが基板１０６
表面へ垂直に噴出される。ガス噴出口２０９は、円型の
***が複数設けられても、あるいはスリット状の穴が複
数設けられても良く、その選択は自由である。
１０２の上端近傍に一つの希釈ガス導入口１１０が設け
られ、反応室１０２の最上部には合成石英から成る光照
射窓１０３により分離された光源室１０１を設ける。こ
の光源室１０１内には低圧水銀灯１０４が設けられる。
反応室１０２の最下部には排気部１１１を設ける。反応
室１０２内の下部には基板加熱用のヒータ１０７を内蔵
した基板支持台２０７が設けられ、この基板支持台２０
７上に基板１０６が設置される。反応ガス噴出管２０８
は基板１０６の表面上方に基板表面と平行に設置され、
基板１０６に対向する側の反応ガス噴出管２０８の管壁
にガス噴出口２０９が設けられ、反応ガスが基板１０６
表面へ垂直に噴出される。ガス噴出口２０９は、円型の
***が複数設けられても、あるいはスリット状の穴が複
数設けられても良く、その選択は自由である。
本装置を用いて減圧下でシリコン窒化膜を形成する場合
を例にとり、膜形成の手順を述べる。反応ガスとしてモ
ノシラン（SiH4）とアンモニア（NH3）とを体積比１：
５の混合ガスとして、反応ガス噴出管２０８に導入しガ
ス噴出口２０９より基板１０６の表面に垂直に噴出す
る。また、希釈ガスとしてアルゴン（Ar）を希釈ガス導
入口１１０より反応ガスと同程度導入する。排気部１１
１を通して真空排気系によりガスを排気し、反応室内を
減圧状態に保つ。この時に、基板１０６の温度はヒータ
１０７により約２００℃に保たれ、また、低圧水銀灯１
０４により波長185ｎｍ、光強度10mＷ／cm2の紫外光が
照射される。
を例にとり、膜形成の手順を述べる。反応ガスとしてモ
ノシラン（SiH4）とアンモニア（NH3）とを体積比１：
５の混合ガスとして、反応ガス噴出管２０８に導入しガ
ス噴出口２０９より基板１０６の表面に垂直に噴出す
る。また、希釈ガスとしてアルゴン（Ar）を希釈ガス導
入口１１０より反応ガスと同程度導入する。排気部１１
１を通して真空排気系によりガスを排気し、反応室内を
減圧状態に保つ。この時に、基板１０６の温度はヒータ
１０７により約２００℃に保たれ、また、低圧水銀灯１
０４により波長185ｎｍ、光強度10mＷ／cm2の紫外光が
照射される。
上記の条件で形成したシリコン窒化物は、バッファード
フッ酸に対するエッチング速度が約３０ｎｍ／min、膜
の絶縁耐圧は約12ＭＶ／cmあり、従来の光化学気相成長
装置により形成したシリコン窒化膜に比べエッチング速
度は小さく、絶縁耐圧は大きく、膜特性はより優れてい
る。また、成長速度も40ｎｍ／minと従来の光化学気相
成長装置での値に比べ数倍大きい。
フッ酸に対するエッチング速度が約３０ｎｍ／min、膜
の絶縁耐圧は約12ＭＶ／cmあり、従来の光化学気相成長
装置により形成したシリコン窒化膜に比べエッチング速
度は小さく、絶縁耐圧は大きく、膜特性はより優れてい
る。また、成長速度も40ｎｍ／minと従来の光化学気相
成長装置での値に比べ数倍大きい。
さらに、本発明になる光化学気相成長装置では、基板１
０６及びガス噴出口２０９と低圧水銀灯１０４及び光照
射窓１０３との間に紫外線吸収の少ないＡr を供給し、
反応ガスをガス噴出口２０９より基板表面に強制噴出さ
せると共に基板１０６の下部に設けた排気部１１１から
真空排気を行っているため、基板近傍における紫外線強
度はほとんど減衰せずしかも光照射窓１０３近傍の反応
ガス濃度は低くなるため、光照射窓１０３に付着するシ
リコン窒化膜の形成を防止でき、従って当該シリコン窒
化膜による紫外光吸収という従来の光化学気相成長装置
のかかえていた問題も解消される。
０６及びガス噴出口２０９と低圧水銀灯１０４及び光照
射窓１０３との間に紫外線吸収の少ないＡr を供給し、
反応ガスをガス噴出口２０９より基板表面に強制噴出さ
せると共に基板１０６の下部に設けた排気部１１１から
真空排気を行っているため、基板近傍における紫外線強
度はほとんど減衰せずしかも光照射窓１０３近傍の反応
ガス濃度は低くなるため、光照射窓１０３に付着するシ
リコン窒化膜の形成を防止でき、従って当該シリコン窒
化膜による紫外光吸収という従来の光化学気相成長装置
のかかえていた問題も解消される。
以上、２つの実施例ではシリコン酸化膜およびシリコン
窒化膜を、それぞれモノシランと酸素、モノシランとア
ンモニアとを反応ガスとして使用し、成長させた結果を
示したが、本発明は光化学気相成長法により形成される
あらゆる種類の膜例えばシリコン半導体層の成長に対し
て適用できる。また、上記２つの実施例では光源を低圧
水銀灯としたが、300ｎｍ以下の波長の紫外光を照射す
る光源ならばいかなる種類のものでもかまわず、例えば
重水素灯、高圧水銀灯、エキシマ・レーザ等を光源とし
て用いることが可能である。
窒化膜を、それぞれモノシランと酸素、モノシランとア
ンモニアとを反応ガスとして使用し、成長させた結果を
示したが、本発明は光化学気相成長法により形成される
あらゆる種類の膜例えばシリコン半導体層の成長に対し
て適用できる。また、上記２つの実施例では光源を低圧
水銀灯としたが、300ｎｍ以下の波長の紫外光を照射す
る光源ならばいかなる種類のものでもかまわず、例えば
重水素灯、高圧水銀灯、エキシマ・レーザ等を光源とし
て用いることが可能である。
以上説明したように本発明は基板表面に反応ガスを強制
噴出させ、光照射窓近傍から希釈ガスを導入し基板表面
近傍にのみ高濃度の反応ガスを供給することにより、基
板表面上には、常に新しい反応ガスを供給することがで
き、かつ反応副生成物が停滞せず、高品質な膜を形成す
ることができるという効果がある。
噴出させ、光照射窓近傍から希釈ガスを導入し基板表面
近傍にのみ高濃度の反応ガスを供給することにより、基
板表面上には、常に新しい反応ガスを供給することがで
き、かつ反応副生成物が停滞せず、高品質な膜を形成す
ることができるという効果がある。
第１図は本発明の第１の実施例の断面図、第２図は本発
明の第２の実施例の断面図である。 １０１……光源室、１０２……反応室、１０３……光照
射窓、１０４……低圧水銀灯、１０５……反射板、１０
６……基板、１０７……ヒータ、１０８，１０９……反
応ガス噴出ノズル、１１０……希釈ガス導入口、１１１
……排気部、２０７……基板支持台、２０８……反応ガ
ス噴出管、２０９……ガス噴出口。
明の第２の実施例の断面図である。 １０１……光源室、１０２……反応室、１０３……光照
射窓、１０４……低圧水銀灯、１０５……反射板、１０
６……基板、１０７……ヒータ、１０８，１０９……反
応ガス噴出ノズル、１１０……希釈ガス導入口、１１１
……排気部、２０７……基板支持台、２０８……反応ガ
ス噴出管、２０９……ガス噴出口。
Claims (1)
- 【請求項１】反応室と、基板載置部と、光源と、ガス供
給部と、反応ガス供給系とを有し、光照射により反応ガ
スを励起して、その化学反応を促進させ基板の成長面に
膜を成長させる光化学気相成長装置であって、 反応室は、内部に基板載置部を収納するものであり、 基板載置部は、基板を支持するものであり、 光源は、反応室外から基板載置部上の基板の成長面に光
照射を行うものであり、 ガス供給部は、光源と基板載置部との間に、反応ガスと
反応せずしかも光源よりの光の吸収係数が小さいガスを
供給するものであり、 反応ガス供給系は、基板載置部上の成長面に反応ガスを
供給するものであり、複数のガス噴出口を有し、 複数のガス噴出口は、基板載置部上の基板成長面の真上
に載置され、該基板成長面に向けて反応ガスを高速噴出
するものであることを特徴とする光化学気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61254313A JPH0627335B2 (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 光化学気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61254313A JPH0627335B2 (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 光化学気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63109173A JPS63109173A (ja) | 1988-05-13 |
| JPH0627335B2 true JPH0627335B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=17263259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61254313A Expired - Fee Related JPH0627335B2 (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 光化学気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627335B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3919538A1 (de) * | 1989-06-15 | 1990-12-20 | Asea Brown Boveri | Beschichtungsvorrichtung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050168A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-19 | Yoshihiro Hamakawa | 光ｃｖｄによる固体薄膜の製造方法 |
-
1986
- 1986-10-24 JP JP61254313A patent/JPH0627335B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63109173A (ja) | 1988-05-13 |
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