JPS6118125A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPS6118125A
JPS6118125A JP13834184A JP13834184A JPS6118125A JP S6118125 A JPS6118125 A JP S6118125A JP 13834184 A JP13834184 A JP 13834184A JP 13834184 A JP13834184 A JP 13834184A JP S6118125 A JPS6118125 A JP S6118125A
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reaction chamber
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Mamoru Tashiro
田代 衛
Minoru Miyazaki
稔 宮崎
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

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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】 「発明の利用分野j 本発明は、光励起化学気相反応により薄膜形成を行う装
置であって、大面積の被形成面に均一に量産性の優れた
被膜を形成するため、光源室内に水分の混入しない非反
応性気体を導入するとともに、反応室と光源室とをとも
に1Qtorr以下(圧力差も1Qtorr以下)にせ
しめたCVD (気相反応)装置に関する。
r従来技術j 気相反応による薄膜形成技術として、光エネルギにより
反応性気体を活性にさせる光CVD法が知られている。
この方法は、従来の熱CVD法またはプラズマCVD法
に比べ低温での被膜形成が可能であるに加えて、被形成
面に損傷を与えないという点で優れたものである。
しかし、かかる光CVD法を実施するに際し、その−例
を第1図に示すが、反応室(2)内に保持された基板(
1)、その基板の加熱手段(3)、さらに基板に照射す
る低圧水銀灯(9)とを有している。ドーピング系(7
)には反応性気体の励起用の水銀バブラ(13)および
排気系(8)にはロータリーポンプを具備している。ド
ーピング系よりの反応性気体、例えばジシランが反応室
(2)に導入され、反応生成物である例えばアモルファ
ス珪素を基板(基板温度250℃)上に形成するに際し
、反応室の紫外光透光用の遮蔽板、代表的には石英窓に
も同時に多量に珪素膜が形成されてしまう。このため、
この窓への被膜形成を防ぐため、この窓にフォンブリン
オイル(弗素系オイルの一例> (20)を薄くコート
シている。
また、低圧水銀灯が大気圧に保持されているため、石英
を10++v+以上に厚(シなければならない。
そして、この水銀灯と石英窓との間の大気により、紫外
光特に185nmの短紫外光が吸収されてしまう。
大面積の基板の形成に対し、大きな窓とすると、その室
が真空に対し破損しやすい等の欠点を有している。
このため、その対策としては、特開昭59−68923
「薄膜形成技術」にみられるごとく、拡散炉方式がある
。この形成装置においては、フオンブリンオイルの代わ
りに反応室側の内側より不活性気体を窓の内壁に噴射し
たものである。するとこの気体により、石英の内壁への
反応生成物の付着を防ぐことができるとしている。しか
しこの場合、ガスの供給等反応炉内の圧力の変化により
きわめて微妙であり、かつこの不活性気体を反応炉中に
多量に流さなければならないため、反応性気体が不活性
気体により希釈されてしまうという欠点を有する。
「問題を解決するための手段」 低圧水銀灯のある光源室を真空(10−7〜10tor
r)とし、ここでの185nmの紫外光の吸収損失を少
なくした。またこの光源室と反応室との圧力を概略同一
(差圧は高h10torr一般には1.torr以下)
とすることにより、石英窓の厚さを従来の10mmより
2〜31と薄くシ得るため、石英での光吸収損失が少な
いという特長を合わせ有する。
「作用1 これらの特性のため、窓を大面積化し、結果として反応
室への透過紫外光量の減少を完全に防ぐことができた。
また、反応室を大気に触れさせずに窓の不要物をワイプ
するため、1回の被膜形成毎に反応室内を新たなオイル
を手で塗るため大気に触れさせる必要がない。このため
、ロード・ロック方式とし得、バック゛グラウンドレベ
ルの真空度を1O−7torr以下とすることができた
。そして非酸化物生成物である珪素等の半導体被膜、窒
化珪素、金属アルミニュームの光励起により被膜形成を
させることができた。
r実施例J 以下本発明を第2図に示した実施例により、その詳細を
記す。
第2図において、被形成面を有する基板(1)(ここで
はシリコンウェハを使用)はホルダ(1′)に保持され
、反応室(2)内のハロゲンヒータまたは赤外線ヒータ
(3)(上面を水冷(28) )に近接して設けられて
いる。反応室(2)と光源室(5)、及びヒータ(3)
が配設された室は、反応に支障のない非反応性気体(窒
素、アルゴンまたは水素)を(27)より(12)に供
給し、または(12“)より排気することにより、概略
同一真空度に保持されている。
かくすることにより、反応性気体が光源室(5)内に混
入し、最も紫外光の強い水銀灯の表面に被膜形成がされ
てしまうことを防ぐことができるとともに、この光源室
と反応室との圧力差が少ないため、大面積の窓を比較的
薄い石英で形成させることができた。この窓とチャンバ
ーとの間はパイトン「0リング」により封止し、反応性
気体が光源室に混入しないようにした。さらに、この反
応室と光源室との圧力差を反応室の排気口側に配管(1
2’ )を配設したのみできわめて簡単に圧力制御を行
ったという特徴をもつ。
さらにこの配管により反応性気体の逆流を防ぐため、こ
の配管(12°)を反応性気体を分解する位置にまで加
熱(30)、反応後の不要気体(例えば水素)のみが逆
流するようにするとさらに安全である。
従来は予備室(4)よりロード・ロック方式により基板
、ホルダを挿入・配設し、反応室(2)にゲート弁を開
として移相し、さらに(6)を閉として反応室と予備室
との間が仕切られている。
ドーピング系(7)は、流量針(21) 、バルブ(2
2)を有する配管(23)〜(26)が設けられ、これ
らにより、反応後固体生成物を形成させる反応性気体を
反応室(2)へ供給させた。
反応工程として、水銀灯は常時点灯しているため、工程
として予めホモジナイザ(14) 、 (15)のうち
排気側(15)を上側に90°回し、ここでのコンダク
タンスの低下を防いだ。その後、コントロールバルブを
全開して複合カーポ分子ポンプ(18)により10−7
〜10−”torrに反応室を真空引きした。さらに、
(27)より非反応性気体を10〜100cc/分導入
した。するとこの非反応性気体が光源室のみならず反応
室にも一次的に充゛填される。この後、反応性気体を(
7)より反応室に導入し、所定の圧力として同時に光化
学反応を行わしめ、被膜形成をさせた。
反応後のこれらの気体は、コントロールバルブ(17)
 、コック(20)を経てターボ分子ポンプ(大阪真空
製PG550を使用) (18) 、ロータリーポンプ
(19)を経、排気させた。排気系は圧力制御バルブ(
17)。
ターボ分子ポンプ(1B) 、 ロータリーポンプ(1
9)よりなり、ロータリーポンプオイル及び大気の逆流
をターボ分子ポンプ(18)により防いでいる。
排気系(8)はコック(20)により予備室を真空引き
をする際はそちら側を開とし、反応室側を閉とする。ま
た反応室を真空引きする際は逆に予備室側を閉とした。
反応用光源は低圧水銀灯(9)(ウシオ電機製)と裏面
の水冷(28’)をし、光源の温度制御(30〜50℃
)をした。紫外光源は、低圧水銀灯(185nm、 2
55nmの波長を発光する発光長40cm、照射強度2
0+nW/cm”、ランプ電力40W)ランプ数15本
である。
この紫外光は、透光性遮蔽板としての合成石英(29)
を経て反応生成物の遮蔽板上への生成を阻害する手段で
あるオイル(16)特にフォンブリンオイルを透過し、
反応室(2)の上方に配設された基板(1)の被形成面
上を照射した。
ヒータは反応室の上側に位置した「ディボジソション・
アップ」方式とし、フレークが被形成面に付着してピン
ホールの原因を作ることを避けた。
加えてヒータの熱が水銀灯を加熱し、水銀灯の昇温によ
る発光波長の長波長化を避けた。
反応室はステンレスであり、ハロゲンランプまたは赤外
ランプ(5)が配置されている加熱室も光源室、反応室
と同様に真空引きをした。その結果従−来例に示される
如く、大面積の照射用に石英板の面積を大きくすると圧
力的に耐えられないという欠点を本発明は有していない
。即ち、紫外光源も真空下に保持された光源室と反応室
とを囲んだステンレス容器内に真空に保持されている。
このため、5cmX5cmの大きさではなく 30cn
+ x 30cmの大きさの基板をも何等の工業的な問
題なく作ることができ得る。
図面の場合の被形成有効面積は30cm X 30cm
であり、直径6インチの基板(1)4枚がホルダ(1’
)に配設され得る構成として、基板の温度はハロゲンヒ
ータ(3)により加熱し、室温〜500℃までの所定の
温度とした。
さらに、本発明による具体例を以下の実験例1〜3に示
す。
実験例1・・・・・シリコン窒化膜の形成側反応室、光
源室を10−’torr以下に真空引きした。
所定の温度(300℃)に水銀灯の点滅をした。さらに
(27)より窒素を10cc/分導入した。この後、(
7)より 反応性気体としてアンモニアを(25)より
30cc/分、モノシランを(23)より8cc/分で
供給した。さらに所定の圧力に至るまでコントロールバ
ルブ(17)をしぼり、その後所定の圧力を維持するよ
うにコントロールバルブを半開とした。光化学反応中、
窒素は(27)より流し続けた。基板温度は300℃と
した。基板は直径6インチのウェハ4枚とした。反応室
(2)内圧力は2.5torrとした。
30分の反応で1500人の膜厚が形成された。その被
膜形成速度は50人7分であった。水銀の蒸着等を用い
た励起を行わず直接光励起である。被膜の5点のばらつ
きは±5%以内に入っていた。
実験例2・・アモルファスシリコン膜の形成例光源室(
5)、ハロゲンヒータ(3)に水素を(27)より10
cc/分供給した。さらにジシラン(SiJi、)を(
24)より供給した。(26)より反応性気体の励起助
成用にクリプトンを供給した。また(27)より水素を
供給した。クリプトンの励起助成により被形成面に20
00人の膜厚を60分間のディボジソションで形成させ
ることができた。基板温度は250℃、圧力3.5to
rrとした。
さらに他の基板形成をしても同じ厚さの被膜を得ること
ができた。
実験例3・・・金属アルミニュームの形成側水素を(2
7)よりこれらの系を真空引きの後、供給した。その後
、AI (CH3) 、lを代表例とするメチルアルミ
ニュームを(23)より15cc/分で供給した。
(25) 、 (27)より水素を30cc/分で供給
した。すると、メチルアルミニュームは光源室を水銀を
用いることなく分解し、金属アルミニューム膜を400
0人の厚さに作ることができた。被膜形成速度は230
人/分(圧力3torr+温度300℃)を得ることが
できた。
これはエチルアルミニューム ルキル化合物でもよい。
「効果J 本発明は、以上の説明より明らかなごとく、大面積の基
板上に被膜を形成するにあたり、光源室を真空引きし、
さらにここに非反応性気体を供給することにより、ここ
での185nmの光の損失を防ぎ、加えて反応性気体が
光源室に混入し、水銀灯表面に付着をしてしまうことを
防ぐことができた。
その結果、長時間の光励起気相反応を行うことができる
ようになった。
さらに、この光源室に導入する水素が反応室でもほとん
ど流れないため、反応性気体が希釈されず、その結果、
100χまたはそれに近い濃度の反応性気体に紫外光を
照射でき、結果として被膜成長速度を高めることができ
た。
なお本発明は珪素および窒化珪素、アルミニュームにお
いてその実験例を示したが、それ以外にM(CL)、l
即ちMとしてIr++Cr,Sn,Mo,’Ga,W,
Geを用いてもよい。また鉄、ニッケル、コバルトのカ
ルボニル化物を反応性気体として用い、鉄、ニッケル、
コバルトまたはそれらの化合物の被膜を形成することは
有効である。前記した実験例において珪素半導体形成の
際ドーパントを同時に添加できる。
また光源として低圧水銀灯ではなくエキシマレーザ(波
長100〜400nm) 、アルゴンレーザ、窒素レー
ザ等を用いてもよいことばいうまでもない。
また透光性遮蔽板は合成石英またはSG石英のみならず
、セラミック等を用いることも可能である。
さらにこの遮蔽板を2重にし、その間に冷却用媒体を流
し、石英表面を冷やす方法をオイルコートの代わりに用
いることも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来より公知の光励起CVD装置を示す。 第2図は本発明の光励起CVO装置を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光励起熱化学反応を用いた薄膜形成装置において、
    光源室に配設された発光源と、前記光源室と反応室とを
    仕切る透光性遮蔽板と、前記反応室に配設された光照射
    がなされる被形成面を有する加熱された基板とを有し、
    前記光源室に非反応性気体を供給する手段と、該光源室
    より前記反応室に前記非反応性気体を排気する手段を具
    備せしめることにより、前記反応室と前記光源室の圧力
    差を10torr以下とすることを特徴とする薄膜形成
    装置。 2、特許請求の範囲第1項において、光源室とハロゲン
    ランプまたは赤外線ランプの配設された加熱室とを概略
    同一圧力に配設せしめる非反応性気体の供給および圧力
    差を10torr以下に調整手段を有せしめることを特
    徴とする薄膜形成装置。
JP59138341A 1984-07-04 1984-07-04 光cvd薄膜形成装置 Expired - Lifetime JPH0669028B2 (ja)

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