JPS6240718A - Photovoltaic cvd method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To prevent powder from generating and the generated powder from contaminating a window and from disturbing to grow a film by decomposing semiconductor gas due to 2 photon excitation and forming a thin film on a substrate. CONSTITUTION:A laser beam B4 output from a colorant laser 14 is fed through the second window 2B to a vacuum chamber 3 to cross a laser beam B2 fed through the first window 24 to the chamber 3 on a substrate 4, thereby emitting the substrate surface. Since the both beams B2, B4 have long waves and relatively low powers, sole beam does not have a capacity for decomposing gas in the chamber 3 but when the both beams B2, B4 are crossed on the substrate 4 to decompose the gas by 2 photon excitation, and a film can be formed on the substrate 4 under similar energy state to that by a light of short wave of high power. Since the gas is not decomposed before arriving at the substrate 4, no powder is generated, and a film of high quality can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光励起によって気相中の半導体ガスを分解し
、　ＩＣ等の基板上に薄膜を形成する光励起ＣＶＤ　（
化学反応を伴う気相成長）法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is a photo-excited CVD method that decomposes a semiconductor gas in a gas phase by optical excitation and forms a thin film on a substrate such as an IC.
(vapor phase growth) method involving chemical reactions.

［従来の技術Ｊ 近年、ＩＣデバイス作成時の薄膜形成法として、低温プ
ロセスが可能で、かつチャージダメージのない方法とし
て、レーザー光による光励起によって気相中の半導体ガ
スを分解し、基板上に薄膜を形成する光励起ＣＶＤ法が
実施されている。このような光励起ＣＶＤ法は、従来で
は一般に、第２図に示すように、１個のレーザーｌから
発生するｌ木のレーザー光により直接窓２を通して真空
チャンバ３内の基板（ウェハ）４上に描画し、気相中の
半導体ガスを光励起によって分解して薄膜を基板４上に
形成するものであった。[Conventional Technology J] In recent years, as a method for forming thin films when creating IC devices, a method that enables low-temperature processing and does not cause charge damage has been developed by decomposing semiconductor gas in the gas phase by optical excitation with laser light and forming thin films on substrates. A photo-excited CVD method has been implemented to form . Conventionally, in this photo-excited CVD method, as shown in FIG. A thin film was formed on the substrate 4 by drawing and decomposing the semiconductor gas in the gas phase by optical excitation.

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、半導体ガスの吸収は通常紫外にあるので
、１木のレーザー光で光子励起によりガスを分解するに
は、例えばエキシマレーザ−のようなガスの分解能力の
高いレーザー光を使用しなければならず、そのため必然
的に基板４に到達する途中の気相中でもガスを分解し、
粉（フレーク）を発生して、その粉が窓２に堆積して紫
外線のレーザー光の入射を阻害し、膜の成長が得られな
いという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, since the absorption of semiconductor gases is usually in the ultraviolet range, in order to decompose gases by photon excitation with a single laser beam, it is difficult to decompose gases using the gas decomposition ability of an excimer laser, for example. Therefore, it is necessary to use a laser beam with a high temperature, which inevitably decomposes the gas even in the gas phase on the way to the substrate 4.
There is a problem in that powder (flakes) are generated and the powder accumulates on the window 2 and obstructs the incidence of ultraviolet laser light, making it impossible to obtain film growth.

そこで、第３図に示すように、１個のレーザー１から発
生する１本のレーザー光をハーフミラ−６によって２木
のレーザー光に分離し、さらにフルミラー７を用いて基
板４の面上で２木のレーザー光を交叉させ、２光子励起
により基板４上でのみガスの分解をなさしめ、膜を基板
４上に形成する方法が考えられる。だが、この方法では
光源の波長が固定されるので、使用ガスによって使用波
長を変えることはできないという問題点がある。すなわ
ち、作用するガスによって光吸収特性が異なり、それに
伴って光源も変える必要があるが、第３図の装置はこの
要求に応することができない。Therefore, as shown in FIG. 3, one laser beam generated from one laser 1 is separated into two laser beams by a half mirror 6, and further divided into two laser beams on the surface of the substrate 4 using a full mirror 7. A method can be considered in which a film is formed on the substrate 4 by intersecting wood laser beams and decomposing the gas only on the substrate 4 by two-photon excitation. However, this method has the problem that the wavelength of the light source is fixed, so it is not possible to change the wavelength used depending on the gas used. That is, the light absorption characteristics vary depending on the gas being used, and the light source must be changed accordingly, but the apparatus shown in FIG. 3 cannot meet this requirement.

また、第４図に示すように、１木のレーザー光ではガス
を分解しないレーザー、例えば長波または低出力のレー
ザーを２個設け、これらのレーザー８．９のレーザー光
を基板４の面上で交叉させ、２光子励起により基板４上
に膜を形成する方法も考えられる。この方法は、紫外線
のような短波にしか吸収をもたない半導体ガスの分解に
適するが、使用ガスによって光源の波長を変えるのは困
難であるばかりでなく、連続発振が必要で、２本のレー
ザーは完全に同期のとれたもののみ適用可使であるとい
う困難な問題点がある。In addition, as shown in FIG. 4, two lasers, such as long-wave or low-power lasers, that do not decompose the gas with one laser beam are provided, and the laser beams of these lasers 8 and 9 are applied onto the surface of the substrate 4. A method of forming a film on the substrate 4 by two-photon excitation with crossover is also considered. This method is suitable for decomposing semiconductor gases that absorb only short wavelengths such as ultraviolet rays, but it is not only difficult to change the wavelength of the light source depending on the gas used, but also continuous oscillation is required, and two A difficult problem with lasers is that they can only be used if they are completely synchronized.

本発明は、上述の問題点に鑑み、完全に同期した光源で
有効に励起することが可能で、光源の波長をある程度可
変にでき、しかも粉の発生がなく、基板上だけでガス分
解が行われ、不連続光源も可能な光励起ＣＶＤ法を提供
することを目的とする。In view of the above-mentioned problems, the present invention enables effective excitation with a completely synchronized light source, makes the wavelength of the light source variable to some extent, does not generate powder, and performs gas decomposition only on the substrate. The present invention aims to provide a photoexcitation CVD method that can also be used with a discontinuous light source.

［問題点を解決するための手段］ 本目的を達成するため、本発明は、光励起によってガス
を分配し、基板りに膜を形成する光励起ＣＶＤ法におい
て、第１のレーザーから出力したビームを分解手段を介
して複数のビームに分配し、ビームの中の少くとも１つ
を励起光源として波長可変レーザーに入力し、波長可変
レーザーの出力ビームと前記分配手段により分配された
ビームとを基板上に交叉させ、これにより２光子励起で
ガスを分解し、基板上に膜を形成することを特徴とする
。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the present object, the present invention provides a method for splitting the beam output from the first laser in a photo-excited CVD method in which gas is distributed by photo-excitation and a film is formed on a substrate. dividing the beam into a plurality of beams through means, inputting at least one of the beams as an excitation light source to a wavelength tunable laser, and directing the output beam of the wavelength tunable laser and the beam distributed by the distribution means onto the substrate. This method is characterized in that the gas is decomposed by two-photon excitation and a film is formed on the substrate.

［作用］ 本発明では、薄膜作製時に１本の光ビームではガス分解
能力のない光ビームを使用し、この光ビームを２方向か
ら基板上に照射し、両党ビームの交点において、２光子
励起による半導体ガスの分解を行い、基板上に薄膜の形
成を行うようにしたので、基板に達する前にガスが分解
されることがなく、このため粉の発生や発生した粉によ
る窓のよごれ、膜の成長阻害等の問題点が解消される。[Function] In the present invention, when producing a thin film, a single light beam is used that does not have the ability to decompose gas, and this light beam is irradiated onto the substrate from two directions, and at the intersection of both beams, two-photon excitation is performed. Since the semiconductor gas is decomposed by the semiconductor gas and a thin film is formed on the substrate, the gas is not decomposed before it reaches the substrate. Problems such as growth inhibition are solved.

特にこのとき、光ビームの波長を２種用い、少くとも一
方の光ビームを波長可変可能にしているので、使用する
ガスの吸収効率の高いところに合せて励起波長を選択で
きる。In particular, at this time, two types of wavelengths of light beams are used, and at least one of the light beams is made variable in wavelength, so that the excitation wavelength can be selected in accordance with the region where the absorption efficiency of the gas used is high.

さらに、１木のレーザビームを２木に分離した後、その
一方のビームを色素レーザー等の可変波長レーザーの励
起光として使用し、可変波長レーザーの出力と分離ビー
ムとを用いて２光子励起によるガス分解をしているので
、２つの光源は完全に同期して有効に励起することが可
能であり、ひいては完全な同期をとるためのわずられし
さがなく、かつパルスレーザ−のような断続光源も使用
可能で、大出力が得られる。Furthermore, after separating one laser beam into two, one of the beams is used as excitation light for a variable wavelength laser such as a dye laser, and the output of the variable wavelength laser and the separated beam are used to perform two-photon excitation. Because it uses gas decomposition, the two light sources can be effectively excited in perfect synchronization, which eliminates the hassle of achieving perfect synchronization and the intermittent excitation of pulsed lasers. A light source can also be used and provides high output.

２光子吸収とは、周知のように、２個のビームを混合し
た場合、２個の光量子が同時に吸収されて電子遷移（エ
レクト）を起こす現象をいうが、上述の２光子励起とは
この２光子吸収の現象を利用した光励起であり、その内
容は要するに複数の光ビームを１点で交叉することによ
り、複数の長波の光ビームの場合は短波の光ビームと同
様なエネルギー状態に匹敵する光励起効果が得られ、ま
た複数の低出力の光ビームの場合は加算効果にょり大出
力の光ビームと同様なエネルギー状態に匹敵する光励起
効果が得られるというものである（参考文献；レーザー
ハンドブックＰ３９３〜Ｐ４０５　。Two-photon absorption, as is well known, is a phenomenon in which two photons are simultaneously absorbed when two beams are mixed, causing an electronic transition (elect). This is optical excitation that utilizes the phenomenon of photon absorption.In short, by crossing multiple light beams at one point, in the case of multiple long-wave light beams, optical excitation is achieved that is comparable to the energy state of short-wave light beams. In addition, in the case of multiple low-power light beams, due to the additive effect, a photoexcitation effect comparable to the same energy state as a high-power light beam can be obtained (References: Laser Handbook P393~ P405.

Ｐ４９７〜Ｐ５０Ｂ）　。P497-P50B).

従って、１木ではガスを分解しないパワーの長波の光ビ
ームを２本用いて、基板表面で交叉させることにより高
パワーの短波の光ビームを使用したときと同様のエネル
ギー状態で光励起によるガス分解を行わせることができ
る。Therefore, in a single tree, by using two long-wave light beams with a power that does not decompose gas and crossing them on the substrate surface, gas decomposition due to optical excitation can be achieved in the same energy state as when using a high-power short-wave light beam. You can make it happen.

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第１図は本発明光励起ＣｖＤ法を実施したＣｖＤ装置の
構成の一例を示す、ここで１１は第１光源としてのレー
ザーであり、使用ガス（半導体ガス）を分解しない程度
の長波のレーザー、例えば８９４．３＋＊ｗの波長のル
ビーレーザー等を用いる。FIG. 1 shows an example of the configuration of a CvD apparatus that implements the photoexcited CvD method of the present invention. Here, 11 is a laser as a first light source, and a long-wave laser that does not decompose the gas used (semiconductor gas), e.g. A ruby laser or the like having a wavelength of 894.3+*w is used.

１２は光分配器としてのハーフミラ−１１３は光路変向
用フルミラーであり、レーザーｌから出力したレーザビ
ームＢ１はハーフミラ−１２で２木のレーザービームＢ
２　、Ｂ３に分配され、一方のレーザービームＢ２はフ
ルミラー１３により光路を変向して真空チャン八３の第
１の窓２Ａに入る。12 is a half mirror as a light splitter; 113 is a full mirror for changing the optical path; the laser beam B1 output from the laser l is divided into two laser beams B by the half mirror 12;
2 and B3, one laser beam B2 has its optical path changed by the full mirror 13 and enters the first window 2A of the vacuum chamber 83.

他方のレーザービームＢ３は第２光源としての波長可変
レーザー、本例では色素レーザー（ダイレーザー）１４
に入る０色素レーザー１４は回折格子１５、本体１６、
反射ミラー１７から成り、入射したレーザービームＢ３
を励起光として、例えば７４５〜？７０ｎｍの波長のレ
ーザービームＢ４を出力する。The other laser beam B3 is a wavelength tunable laser as a second light source, in this example a dye laser (dye laser) 14.
The zero dye laser 14 that enters has a diffraction grating 15, a main body 16,
It consists of a reflecting mirror 17, and the incident laser beam B3
For example, 745~? as excitation light. A laser beam B4 with a wavelength of 70 nm is output.

また、色素レーザー１４はビームに対する回折格子１５
の入射角度を変化させることにより、出力波長を選択し
て可変にすることができ、また本体！６内の有機溶媒（
染料等）の種類を取付ることにより、出力波長を容易に
変えることができる。The dye laser 14 also has a diffraction grating 15 for the beam.
The output wavelength can be selected and made variable by changing the incident angle of the main body! Organic solvent in 6 (
By installing different types of dyes, etc., the output wavelength can be easily changed.

色素レーザー１４から出力したレーザービー１、Ｂ４は
第２の窓２Ｂを通して真空チャン／へ３に入り、ト述の
第１の窓２Ａを通して真空チャンバ３に入ったレーザー
ビームＢ２と基板４にで交わり、ノ、（板面を照射する
０両レーザービームＢ２とＢ４は長波であって、また比
較的パワーが高くないので、単独では真空チャンバ３内
のガスを分解するｆ結方はないが、基板４七で両レーザ
ービーム８２，８４を交あわすことにより、２光子励起
でガスが分解され、高出力の短波長の光で行ったと同様
なエネルギー状態下で基板４」二に膜を形成することが
できる。また基板４にビームが到達する前にガスが分解
されることがないので、粉の発生がなく、良質の成膜が
得られる。Laser beams 1 and B4 outputted from the dye laser 14 enter the vacuum chamber/height 3 through the second window 2B, and intersect with the laser beam B2 that entered the vacuum chamber 3 through the first window 2A and onto the substrate 4. (Since the laser beams B2 and B4 that irradiate the substrate surface have long waves and do not have relatively high power, there is no way to decompose the gas in the vacuum chamber 3 when used alone. By intersecting both laser beams 82 and 84 at 47, the gas is decomposed by two-photon excitation, and a film is formed on the substrate 4' under an energy state similar to that achieved with high-power short wavelength light. Furthermore, since the gas is not decomposed before the beam reaches the substrate 4, no powder is generated and a high-quality film can be formed.

基板４はサーボ等の移動機構（図示せず）により、水１
１のＸ、Ｙ軸方向にベース１８を介して自在に動かすこ
とができ、精密な描画による成膜がＩすられる。また、
必要とあれば、窓２Ａ　、２Ｂにビームを絞ったり、ビ
ームを振らせたりする光学系を配置することもＩｉ（能
である。The substrate 4 is moved by the water 1 by a moving mechanism (not shown) such as a servo.
It can be freely moved in the X and Y axes directions of 1 through the base 18, and film formation can be performed by precise drawing. Also,
If necessary, it is also possible to arrange an optical system in the windows 2A and 2B to focus the beam or swing the beam.

成膜の種類等に応じて使用ガスが変更になった場合は、
回折格子１５の角度を変更するか、又は本体１６内の有
機溶媒の種類を変えることにより、色素レーザー１４の
出力波長を変化させ、使用ガスに応じた適切な波長での
成膜を行うことができる。If the gas used changes depending on the type of film formation, etc.
By changing the angle of the diffraction grating 15 or changing the type of organic solvent in the main body 16, the output wavelength of the dye laser 14 can be changed to form a film at an appropriate wavelength depending on the gas used. can.

このように、使用ガスにより波長を変える理由は、使用
ガスの種類によっては長波であっても特定の波長の光を
選択吸収するものがあるので、その波長の光を避けてレ
ーザービームを使用する必要があるからである。The reason why the wavelength changes depending on the gas used is that depending on the type of gas used, some types of gas selectively absorb light of a specific wavelength even if it is a long wave, so it is necessary to avoid light of that wavelength when using a laser beam. This is because it is necessary.

さらに、レーザー！ｌとハーフミラ−１２の間の光路に
Ａ口ＰやＫＤＰ等の光学素子１９を挿入することにより
、第２高周波（Ｓ）ＩＧ）を使用でき、これにより２光
子励起の範囲を拡げることができる。Plus, laser! By inserting an optical element 19 such as A-port P or KDP into the optical path between L and half mirror 12, the second high frequency (S) IG) can be used, thereby expanding the range of two-photon excitation. .

例えば、この場合は、低波長しか吸収を持たない５ｉ２
Ｈｒ、やＳｉＨ４のようなガスでも十分に実用になり、
また短波長のＮＨ３やＣ（１４のガスについてもガス分
解による成膜が可能になる。For example, in this case, 5i2 has absorption only at low wavelengths.
Gases such as Hr and SiH4 have become sufficiently practical,
Furthermore, it is also possible to form a film by gas decomposition using gases such as NH3 and C (14) having short wavelengths.

［発明の効果］ 以上説！ＩＩ　したように、本発明によれば次のような
効果を得ることができる。[Effect of the invention] That's it! II As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

■　色素レーザーのような波長ＩＩ丁変レーザーを使用
しているので、使用ガスの光吸収特性に合わせて光源の
波長をある程度可変にでき、使用ガス範囲が拡大する。■ Since a wavelength II variable laser like a dye laser is used, the wavelength of the light source can be varied to some extent according to the light absorption characteristics of the gas used, expanding the range of gases used.

■　基板上に照射する２本のビームはもともと１つの光
源から生成したものであるので、完全に回期している。■ Since the two beams irradiated onto the substrate were originally generated from one light source, they are completely rotated.

従って、独立の２本のレーザーを使用するときのような
完全な同期をとるための困難がない。Therefore, there is no difficulty in achieving perfect synchronization as when using two independent lasers.

■　また、同様の理由により、不連続なパルスレーザ−
も光源として使用できる。これにより、大出力の光源も
利用可使となる。■ Also, for the same reason, discontinuous pulse laser
can also be used as a light source. This allows the use of high-output light sources.

■　巾独ではガスを分解しない２本のビームをノ＾板面
で交叉し、交叉点で２光子励起によりガス分解を行わせ
るようにしているので、基板面１−だけで膜を集積させ
ることができる。従って、）、’；、板而に面する前に
気相中でガスが分解して粉が発生するというおそれがな
くなり、窓のよごれも生ぜず常に良質の成１漠を得るこ
とができる。■ In the wafer, two beams that do not decompose gas intersect on the plate surface, and gas decomposition is performed by two-photon excitation at the intersection point, so it is possible to accumulate the film only on the substrate surface 1-. I can do it. Therefore, there is no fear that the gas will decompose in the gas phase and powder will be generated before facing the plate, and the window will not get dirty, making it possible to always obtain a high-quality product.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明光励起ＣＶＤ法の実施例の装置構成をＪ
、す模式図。 第２図〜第４図はそれぞれ従来の光励起ＣＶＤ法の構成
図である。 １・・−レーザー、２・・・窓、３・・・真空チャンバ
、４・・・ノ、（板、６・・・ハーフミラ−１７・・・
フルミラー、８・・・レーザー、９・・・レーサー、１
１・・・レーザー、１２・・・ハーフミラ−２１３・・
・フルミラー、１４・・・色素レーザー、１５・・・回
折格子、１８・・・本体、１７・・・ミラー、１８・・
・光学素子。Figure 1 shows the equipment configuration of an embodiment of the photoexcited CVD method of the present invention.
, Schematic diagram. FIGS. 2 to 4 are block diagrams of conventional photoexcited CVD methods, respectively. 1... - Laser, 2... Window, 3... Vacuum chamber, 4... (Plate, 6... Half mirror 17...
Full mirror, 8... Laser, 9... Racer, 1
1...Laser, 12...Half mirror-213...
・Full mirror, 14... Dye laser, 15... Diffraction grating, 18... Main body, 17... Mirror, 18...
・Optical element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １）ａ）光励起によってガスを分解し、基板上に膜を形
成する光励起ＣＶＤ法において、 ｂ）第１のレーザーから出力したビームを分配手段を介
して複数のビームに分配し、 ｃ）該ビームの中の少くとも１つを励起光源として波長
可変レーザーに入力し、 ｄ）該波長可変レーザーの出力ビームと前記分配手段に
より分配されたビームとを前記基板上に交叉させ、これ
により２光子励起で前記ガスを分解し、前記基板上に膜
を形成することを特徴とする光励起ＣＶＤ法。[Claims] 1) a) In a photo-excited CVD method in which a gas is decomposed by optical excitation and a film is formed on a substrate, b) a beam output from a first laser is distributed into a plurality of beams via a distribution means. c) inputting at least one of the beams as an excitation light source to a wavelength tunable laser, and d) intersecting the output beam of the wavelength tunable laser and the beam distributed by the distribution means onto the substrate. , a photo-excited CVD method characterized in that the gas is decomposed by two-photon excitation and a film is formed on the substrate.