JPH1098032A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成方法及び薄膜形成装置Info
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- JPH1098032A JPH1098032A JP24959096A JP24959096A JPH1098032A JP H1098032 A JPH1098032 A JP H1098032A JP 24959096 A JP24959096 A JP 24959096A JP 24959096 A JP24959096 A JP 24959096A JP H1098032 A JPH1098032 A JP H1098032A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導入用光学窓の曇りによる光強度の経時変
化の少なく、かつ薄膜の膜質及び膜厚の基板面内分布が
光強度の面内分布に依存しない、光励起CVD法による
誘電体薄膜の形成方法及び薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】 光励起を反応槽と分離したガスセル内で
行う。
化の少なく、かつ薄膜の膜質及び膜厚の基板面内分布が
光強度の面内分布に依存しない、光励起CVD法による
誘電体薄膜の形成方法及び薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】 光励起を反応槽と分離したガスセル内で
行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光励起を用いた気
相化学堆積法に基く薄膜の形成方法及び形成装置に係
り、特に、低基板温度で高スループット及び膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法及び形成装置に関する。
相化学堆積法に基く薄膜の形成方法及び形成装置に係
り、特に、低基板温度で高スループット及び膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法及び形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造工程に於て、誘電体薄
膜(窒化硅素、二酸化硅素等)の形成工程に関しては、
従来主に気相化学堆積法(CVD)が用いられていた。
CVD法に於ては、原料として供給される気体分子は熱
或いはプラズマによって分解或いは励起され薄膜堆積に
供されていた。熱分解によって誘電体薄膜を形成する場
合、基板温度は400℃以上で成膜している。プラズマ
励起による方法では、基板温度は300℃以上で成膜し
ている。
膜(窒化硅素、二酸化硅素等)の形成工程に関しては、
従来主に気相化学堆積法(CVD)が用いられていた。
CVD法に於ては、原料として供給される気体分子は熱
或いはプラズマによって分解或いは励起され薄膜堆積に
供されていた。熱分解によって誘電体薄膜を形成する場
合、基板温度は400℃以上で成膜している。プラズマ
励起による方法では、基板温度は300℃以上で成膜し
ている。
【0003】最近、上記熱或いはプラズマ励起に替わる
方法として、光励起CVD法が用いられている。反応槽
中に導入された原料気体分子(アンモニア、亜酸化窒素
等)は、光(波長300nm以下)によって励起され成
膜反応に供される為、基板温度300℃以上で薄膜を堆
積出来る。
方法として、光励起CVD法が用いられている。反応槽
中に導入された原料気体分子(アンモニア、亜酸化窒素
等)は、光(波長300nm以下)によって励起され成
膜反応に供される為、基板温度300℃以上で薄膜を堆
積出来る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の内、熱
分解によるCVD法では、400℃以上の高基板温度を
要する為、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電体
薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的反
応により、電気的特性が著しく劣化する。低温で成膜可
能なプラズマ励起CVD法の場合、電極の劣化を抑止す
ることが可能であるが、プラズマ中のイオンが半導体表
面に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく
素子の特性が劣化する。
分解によるCVD法では、400℃以上の高基板温度を
要する為、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電体
薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的反
応により、電気的特性が著しく劣化する。低温で成膜可
能なプラズマ励起CVD法の場合、電極の劣化を抑止す
ることが可能であるが、プラズマ中のイオンが半導体表
面に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく
素子の特性が劣化する。
【0005】光励起CVD法では、低温且つイオン衝撃
のない成膜が可能であり、素子の電気特性の劣化はな
い。しかしながら、光励起の場合、次に列挙する問題点
があった。
のない成膜が可能であり、素子の電気特性の劣化はな
い。しかしながら、光励起の場合、次に列挙する問題点
があった。
【0006】1)反応槽内で原料ガス(例えば、シラン
とアンモニア)の反応をさせる為、光を導入する光学窓
に薄膜の堆積が生ずると、基板表面に照射される実効的
光強度が低下し、堆積速度の低下を来す。
とアンモニア)の反応をさせる為、光を導入する光学窓
に薄膜の堆積が生ずると、基板表面に照射される実効的
光強度が低下し、堆積速度の低下を来す。
【0007】2)薄膜の成長速度の基板面内分布は、基
板に照射される光の面内分布に強く依存するため、大面
積基板への高均一膜厚薄膜の形成が困難である。
板に照射される光の面内分布に強く依存するため、大面
積基板への高均一膜厚薄膜の形成が困難である。
【0008】
【課題を解決するための手段】光励起を反応槽と分離し
たガスセル内で行う。
たガスセル内で行う。
【0009】
【発明の実施の形態】まず、原料気体分子の内、それ自
体の分解によっては薄膜の堆積が生じない気体分子(例
えば、アンモニア、亜酸化窒素)の光励起を反応槽と分
離したガス導入装置内で行う。 しかる後、励起された
気体分子をノズルを通して反応槽内へ導入し、これとは
別に直接反応槽内へ導入した第2の原料ガス(例えば、
シラン)と反応せしめ、基板及び反応槽に直接光を導入
することなく、窒化硅素や二酸化硅素を堆積させる。
体の分解によっては薄膜の堆積が生じない気体分子(例
えば、アンモニア、亜酸化窒素)の光励起を反応槽と分
離したガス導入装置内で行う。 しかる後、励起された
気体分子をノズルを通して反応槽内へ導入し、これとは
別に直接反応槽内へ導入した第2の原料ガス(例えば、
シラン)と反応せしめ、基板及び反応槽に直接光を導入
することなく、窒化硅素や二酸化硅素を堆積させる。
【0010】本方式では、薄膜の成長速度の面内分布
は、ノズルから照射された励起分子線の強度分布によっ
て決定される為、光の強度分布とは係わりがない。
は、ノズルから照射された励起分子線の強度分布によっ
て決定される為、光の強度分布とは係わりがない。
【0011】更に、本発明に於ては、ガス導入装置に導
入する光を、装置の外に設置した光学系を用いて、導入
装置内で集束させる事が出来るため、導入したガスに対
する励起効率が極めて高い。即ち、高密度の励起分子を
供給出来るため、薄膜の堆積速度を増大させる事が出来
る。
入する光を、装置の外に設置した光学系を用いて、導入
装置内で集束させる事が出来るため、導入したガスに対
する励起効率が極めて高い。即ち、高密度の励起分子を
供給出来るため、薄膜の堆積速度を増大させる事が出来
る。
【0012】実施例1 図1を用いて実施例1を説明する。本実施例では、モノ
シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を用いてGa
As(001)基板上に窒化硅素膜を形成する形成方法
及び形成装置について説明する。まず、反応槽1内に設
置された試料台2にGaAs基板3を装填する。試料台
2には基板加熱用ヒータが設置されている。基板3は、
回転機構により毎分10回転させた。反応槽1は、ター
ボ分子ポンプ(TMP)により、真空度を3×10~10
Torrまで排気されている。次に、基板3をヒータに
より加熱し300℃に保持する。続いて、バルブ4を開
きNH3ガス(流量50sccm)を導入する。この
時、バルブ5を調整してガスセル6内の真空度を10T
orrに保つ。ガスセル6(一辺5cmの立方体)内の
NH3ガスは、オリフィス7を通って反応槽1内に入
る。この時、反応槽1の真空度は0.5Torrであっ
た。続いて、ArFエキシマレーザ(波長193nm、
強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓8を介し
てガスセル6に導入する。この時、エキシマレーザ光
は、レンズ9によってガスセル内に焦点を持つように集
光されている。エキシマレーザを10分照射する。その
後、エキシマレーザ照射を中断し、バルブ10を明けて
SiH4(流量5sccm)をノズル11より導入す
る。反応槽1の真空度が1Torrに安定するのを待っ
た後、エキシマレーザをガスセル6に照射することによ
りNH3ガスが励起され、窒化硅素膜の堆積が開始され
る。堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定した所、
5分間のレーザ照射により150nmの窒化硅素膜が堆
積していた。直径4インチの基板上の膜厚分布は、2%
以下であった。同じく屈折率分布は、3%以下であっ
た。
シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を用いてGa
As(001)基板上に窒化硅素膜を形成する形成方法
及び形成装置について説明する。まず、反応槽1内に設
置された試料台2にGaAs基板3を装填する。試料台
2には基板加熱用ヒータが設置されている。基板3は、
回転機構により毎分10回転させた。反応槽1は、ター
ボ分子ポンプ(TMP)により、真空度を3×10~10
Torrまで排気されている。次に、基板3をヒータに
より加熱し300℃に保持する。続いて、バルブ4を開
きNH3ガス(流量50sccm)を導入する。この
時、バルブ5を調整してガスセル6内の真空度を10T
orrに保つ。ガスセル6(一辺5cmの立方体)内の
NH3ガスは、オリフィス7を通って反応槽1内に入
る。この時、反応槽1の真空度は0.5Torrであっ
た。続いて、ArFエキシマレーザ(波長193nm、
強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓8を介し
てガスセル6に導入する。この時、エキシマレーザ光
は、レンズ9によってガスセル内に焦点を持つように集
光されている。エキシマレーザを10分照射する。その
後、エキシマレーザ照射を中断し、バルブ10を明けて
SiH4(流量5sccm)をノズル11より導入す
る。反応槽1の真空度が1Torrに安定するのを待っ
た後、エキシマレーザをガスセル6に照射することによ
りNH3ガスが励起され、窒化硅素膜の堆積が開始され
る。堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定した所、
5分間のレーザ照射により150nmの窒化硅素膜が堆
積していた。直径4インチの基板上の膜厚分布は、2%
以下であった。同じく屈折率分布は、3%以下であっ
た。
【0013】通常のレーザCVD或いは光CVDに於て
は、薄膜の堆積を続けると、次第に光学窓が曇り、堆積
速度が低下するが、本実施例に於ては、累積膜厚100
mmまでの範囲では、5%以上の堆積速度低下は見られ
なかった。
は、薄膜の堆積を続けると、次第に光学窓が曇り、堆積
速度が低下するが、本実施例に於ては、累積膜厚100
mmまでの範囲では、5%以上の堆積速度低下は見られ
なかった。
【0014】本実施例に於ては、窒化硅素膜について説
明したが、NH3ガスに替えて亜酸化窒素ガスを導入し
た所、膜厚分布が窒化硅素と同等の二酸化硅素膜を形成
することが出来た。
明したが、NH3ガスに替えて亜酸化窒素ガスを導入し
た所、膜厚分布が窒化硅素と同等の二酸化硅素膜を形成
することが出来た。
【0015】また、SiH4に替えてホスフィン(P
H3)を導入することにより、窒化燐膜の形成も出来
た。
H3)を導入することにより、窒化燐膜の形成も出来
た。
【0016】実施例2 図2を用いて実施例2を説明する。本実施例に於ても、
モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を用いて
GaAs(001)基板上に窒化硅素膜を形成する形成
方法及び形成装置について説明する。ガス導入前の基板
装填法及び反応槽の真空排気に関しては、実施例1と同
じ方法を用いた。本実施例では、NH3ガスの導入法の
みが異なる。
モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を用いて
GaAs(001)基板上に窒化硅素膜を形成する形成
方法及び形成装置について説明する。ガス導入前の基板
装填法及び反応槽の真空排気に関しては、実施例1と同
じ方法を用いた。本実施例では、NH3ガスの導入法の
みが異なる。
【0017】まず、一辺5cmの正方形断面でガス導入
方向の長さが15cmのガスセル13中にバルブ12を
開く事によってNH3ガス(流量50sccm)を導入
する。NH3ガスは、オリフィス14を通って反応槽1
に入る。この時の真空度は、ガスセル13内で10To
rr、反応槽1内で0.5Torrであった。続いて、
バルブ10を開いてSiH4(流量5sccm)をノズ
ル11より導入する。この時、反応真空度は1Torr
となった。
方向の長さが15cmのガスセル13中にバルブ12を
開く事によってNH3ガス(流量50sccm)を導入
する。NH3ガスは、オリフィス14を通って反応槽1
に入る。この時の真空度は、ガスセル13内で10To
rr、反応槽1内で0.5Torrであった。続いて、
バルブ10を開いてSiH4(流量5sccm)をノズ
ル11より導入する。この時、反応真空度は1Torr
となった。
【0018】続いて、エキシマレーザ光(波長193n
m、強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓15
(5×110mmの長方形)を通してガスセル13に導
入し、NH3ガスを励起して窒化硅素膜の堆積を始め
る。エキシマレーザ光は、2×100mmの矩形平行ビ
ームを集束させずに直接導入した。
m、強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓15
(5×110mmの長方形)を通してガスセル13に導
入し、NH3ガスを励起して窒化硅素膜の堆積を始め
る。エキシマレーザ光は、2×100mmの矩形平行ビ
ームを集束させずに直接導入した。
【0019】堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定
した所、10分間のレーザ照射により300nmの窒化
硅素膜が堆積していた。直径4インチの基板上の膜厚分
布は、1.5%以下であった。同じく屈折率分布は、2
%以下であった。
した所、10分間のレーザ照射により300nmの窒化
硅素膜が堆積していた。直径4インチの基板上の膜厚分
布は、1.5%以下であった。同じく屈折率分布は、2
%以下であった。
【0020】本実施例に於ても、累積膜厚100mmま
での範囲では、5%以上の堆積速度低下は見られなかっ
た。
での範囲では、5%以上の堆積速度低下は見られなかっ
た。
【0021】実施例3 図3を用いて実施例3を説明する。本実施例に於ては、
ホスフィン(PH3)、モノシラン(SiH4)及びアン
モニア(NH3)を用いてGaAs(001)基板上に
窒化燐及び窒化硅素膜を形成する形成方法及び形成装置
について説明する。ガス導入前の基板装填法及び反応槽
の真空排気に関しては、実施例1と同じ方法を用いた。
ホスフィン(PH3)、モノシラン(SiH4)及びアン
モニア(NH3)を用いてGaAs(001)基板上に
窒化燐及び窒化硅素膜を形成する形成方法及び形成装置
について説明する。ガス導入前の基板装填法及び反応槽
の真空排気に関しては、実施例1と同じ方法を用いた。
【0022】まず、バルブ4を開きPH3ガス(流量5
0sccm)を導入する。この時、バルブ5を調整して
ガスセル6内の真空度を5Torrに保つ。ガスセル6
内のPH3ガスは、オリフィス7を通って反応槽1内に
入る。この時、反応槽1の真空度は0.25Torrで
あった。続いて、ArFエキシマレーザ(波長193n
m、強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓8を
介してガスセル6に導入する。この時、エキシマレーザ
光は、レンズ9によってガスセル内に焦点を持つように
集光されている。エキシマレーザを10分照射する。そ
の後、エキシマレーザ照射を中断し、ガスセル13中に
バルブ12を開く事によってNH3ガス(流量50sc
cm)を導入する。NH3ガスは、オリフィス14を通
って反応槽1に入る。この時の真空度は、ガスセル13
内で10Torr、反応槽1内で0.75Torrであ
った。続いて、エキシマレーザ光を光学窓8及び15を
通してガスセル6及び13に導入し、PH3ガス及びN
H3ガスを励起して窒化燐膜の堆積を始める。こうして
堆積させた窒化燐膜の成長速度は、毎分20nmであっ
た。PH3ガスをエキシマレーザ光で励起せずに導入し
た場合、成長速度は毎分10nmであった。SiH4の
場合はエキシマレーザ光によって解離が生じないため、
SiH4にレーザを照射しても成長速度が増大すること
はないが、PH3ガスはレーザ照射により解離するた
め、NH3ガスとの反応が促進され成長速度が増大した
ものである。
0sccm)を導入する。この時、バルブ5を調整して
ガスセル6内の真空度を5Torrに保つ。ガスセル6
内のPH3ガスは、オリフィス7を通って反応槽1内に
入る。この時、反応槽1の真空度は0.25Torrで
あった。続いて、ArFエキシマレーザ(波長193n
m、強度100mJ、周波数100Hz)を光学窓8を
介してガスセル6に導入する。この時、エキシマレーザ
光は、レンズ9によってガスセル内に焦点を持つように
集光されている。エキシマレーザを10分照射する。そ
の後、エキシマレーザ照射を中断し、ガスセル13中に
バルブ12を開く事によってNH3ガス(流量50sc
cm)を導入する。NH3ガスは、オリフィス14を通
って反応槽1に入る。この時の真空度は、ガスセル13
内で10Torr、反応槽1内で0.75Torrであ
った。続いて、エキシマレーザ光を光学窓8及び15を
通してガスセル6及び13に導入し、PH3ガス及びN
H3ガスを励起して窒化燐膜の堆積を始める。こうして
堆積させた窒化燐膜の成長速度は、毎分20nmであっ
た。PH3ガスをエキシマレーザ光で励起せずに導入し
た場合、成長速度は毎分10nmであった。SiH4の
場合はエキシマレーザ光によって解離が生じないため、
SiH4にレーザを照射しても成長速度が増大すること
はないが、PH3ガスはレーザ照射により解離するた
め、NH3ガスとの反応が促進され成長速度が増大した
ものである。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、光励起CVDにより窒
化膜或いは酸化膜を形成した場合に於て、光導入用の光
学窓への薄膜の堆積が抑止される為、成長速度が長期に
渡って安定に保たれる。また、基板上に堆積した薄膜の
膜厚の面内分布が入射光の分布の影響を受けない為、膜
厚均一性の高い薄膜が形成出来る。
化膜或いは酸化膜を形成した場合に於て、光導入用の光
学窓への薄膜の堆積が抑止される為、成長速度が長期に
渡って安定に保たれる。また、基板上に堆積した薄膜の
膜厚の面内分布が入射光の分布の影響を受けない為、膜
厚均一性の高い薄膜が形成出来る。
【図1】本発明の実施例1の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
【図2】本発明の実施例2の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
【図3】本発明の実施例3の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
1…反応槽、2…試料台、3…基板、4…バルブ、5…
バルブ、6…ガスセル、7…オリフィス、8…光学窓、
9…レンズ、10…バルブ、11…ノズル、12…バル
ブ、13…ガスセル、14…オリフィス、15…光学
窓。
バルブ、6…ガスセル、7…オリフィス、8…光学窓、
9…レンズ、10…バルブ、11…ノズル、12…バル
ブ、13…ガスセル、14…オリフィス、15…光学
窓。
Claims (4)
- 【請求項1】少なくとも1種類の気体分子を光励起せし
め、反応槽内に装填した基板表面に上記気体分子を原料
とする薄膜を堆積する薄膜形成方法において、上記反応
槽の外部で上記気体分子を個別に光励起したる後、該光
励起分子を上記反応槽内へ導入することによって上記薄
膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項2】基板加熱部を有する反応槽と、該反応槽に
連結しかつ光導入用光学窓を有する少なくとも1つのガ
スセルを具備していることを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項3】上記反応槽とガスセルとの連結は上記ガス
セルの上記反応槽との上記連結部に備えられたオリフィ
スによりなされていることを特徴とする請求項2記載の
薄膜形成装置。 - 【請求項4】上記薄膜形成装置はさらに上記光導入用光
学窓に集束せしめる光学レンズを具備していることを特
徴とする請求項2又は3に記載の薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24959096A JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24959096A JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1098032A true JPH1098032A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17195284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24959096A Pending JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1098032A (ja) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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