JPS6246515A - 薄膜形成方法及びその装置 - Google Patents

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】 ｆ発明の利用分野Ｊ 本発明は、光化学反応により被形成面上に薄膜形成を実
施する方法であって、被形成面に均一に量産性の優れた
または厚い膜厚の被膜を光照射室上の透光性遮蔽板上に
オイル等をコートすることなく形成する手段を有する光
ＣＶＤ　（気相反応）方法に関する。

「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法またはプラズマ気相反応
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。

かかる光ＣＶＤ法の実施例を第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）、さらに基板に光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）及び排気系（８）にはロータリー
ポンプ（１９）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Ｆｉ＜基
板温度２５０℃）上に形成するに際し、光源室と反応室
との間の紫外光透光用の遮蔽板（１０）、代表的には石
英窓が設けられている。

しかし、低圧水銀灯が大気圧に保持されているため、石
英を厚＜（１〜３ｃｍ）　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、その窓
が真空に対し破損しやすい等の欠点を有している。

ｒ問題を解決するための手段」 本発明はこれらの問題を解決するため、紫外光を発光す
るランプの発光源を光源室に設け、さらに被形成面を有
する基板を反応室内に配設する。

さらに薄膜形成により同時に不本意に形成されてしまう
反応生成物が付着している遮蔽板をこれら光源室および
反応室とは異なった位置にあるエツチング室に移し、こ
のエツチング室にてプラズマ気相反応により紫外光の透
光を妨げる窓生成物をエツチングして除去してしまうこ
とを基本としている。

本発明はかかる目的のため、系の中央部に光源室を設け
、透光性遮蔽板を２つ設けている（この２つは一方が光
化学反応室用の窓として作用させている時、他方は紫外
光の透光を妨げる生成物をエツチング除去する工程を行
うことによる生産性向上のためである）。そしてこの光
源室の外側に反応室とエツチング室を対称に設けた。そ
して遮蔽板は回転方式により反応室、エンチング室、反
応室、エツチング室・・・と連続または不連続に回転し
て移設せしめたものである。

また、本発明方法においても、反応１先気体を反応室に
導入するためのノズルを金属で設け、このノズルに対抗
して配設した金属電極と基板（基板ホルダ）またはステ
ンレス反応室とのそれぞれを一対の電極としてプラズマ
反応（エツチングまたはディポジッジョン）を行なわし
め得る。

さらに光源室においては、この中に低圧水銀灯を配設し
、この光源室を真空（０，０１〜１０ｔｏｒｒ）とする
ことにより、ここでの１８５ｎｍの紫外光の吸収損失が
なく、また、遮蔽板を薄くすることにより反応室での反
応速度を大きくさせることができた。

本発明方法においては、この光源室自体を低圧水銀放電
の発光部とし、この光源室内に水銀を添加し１８５ｎｍ
を発生させる方式を採用することも可能である。

また、この光源室で紫外光と可視光とを発光させ、可視
光により反応性気体の励起時間を助長する方式を採用し
てもよい。

「作用」 これまで遮蔽板上に形成される反応生成物により紫外光
の透光が阻害され、結果として任意の膜厚、特に厚い膜
厚の薄膜を得ることができなかった。しかし本発明方法
においては、遮蔽板上に反応を阻害する生成物が形成さ
れることを実質的に除去することができるようになった
。さらに光源室を円筒状にす、ることにより、連続的に
無限の厚さにまで薄膜形成を行うことができる。また円
筒状の一方より自動的に基板を搬入し、他方に自動的に
搬出することにより、複数の基板上への連続成膜を可能
とする。

これらの特長のため、新たな被膜形成を行わんとする時
、ランプ表面上に以前工程で生した反応生成物はすでに
除去させている。即ち、光気相反応（光ＣＶＤ）におい
て、円筒状の透光性遮蔽板上での反応生成物形成により
、紫外光の被形成面を有する基板表面までの到達がなく
なる（阻害される）前に、透光性遮蔽板を新たな遮蔽板
と実質的にとりかえる。その結果、複数回の形式に対し
一定の厚さに再現性よく基板上に被膜を作ることができ
た。

さらにこの光ＣＶＤ０後、同じバッチでこの被膜上に反
応室においてプラズマＣＶＤ法を行わしめることにより
、同じまたは異種の被膜を作製することも可能である。

さらに本発明は、反応室を大気に触れさせずに遮蔽板上
の不要生成物をプラズマエツチング法で除去するため、
反応系をロード・ロック方式とし得る。さらにオイルフ
リーの反応系であるため、バックグラウンドレベルの真
空度を１０−　’　ｔｏｒｒ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、炭化
珪素、窒化珪素、窒化アルミニューム、金属例えばアル
ミニュームを光励起により被膜形成させることができた
。

さらに酸化物生成物である酸化珪素、リンガラス、ホウ
素ガラス等の被膜を作ることができる。

ｒ実施例」 以下本発明を第２図、第３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）はホルダ
（１゛）に保持され、反応室（２）内のハロゲンヒータ
（３）（上面を水冷（２５）　）に近接して設けられて
いる。反応室（２）の下側には、透光性遮蔽板（１０）
を有する円筒状の光源室（１１）を有する。この光源室
内には、紫外光源（９）とその直下に光源の冷却用パイ
プ（１３°）９反射板（１２）が配設されている。

ヒータ（３）が配設された加熱室（４）は、反応室（２
）との窓（１４）間での圧力差をｌ　Ｑ　ｔｏｒｒ以下
の概略同一の真空度に保持し、窓（１４）の厚さを薄く
させることを可とした。

この反応室への基板の搬入、搬出は第３図に示す。第３
図は第２図Ａ−Ａ’の縦断面を示す。図面に示す如き搬
入室（２７）　、ゲート弁（２６）　、反応室（２）。

ゲート弁（２６’）、Ｂ出室（２７”）を具備する。

そして搬入室（２７）に基板を配設しすべてを真空下に
した後、ゲート弁（２６）をあけ、基板（１）、基板ホ
ルダ（ｌ゛）を反応室（１２）に移設し、ゲート弁（２
６）を閉とする。さらに反応室にて紫外光（３０）にて
光化学反応を生ぜしめ、被膜形成を行った後、この基板
（１）、基板ホルダ（１゛）をゲート弁（２６’）を開
とし、搬出室（２７’）に移設し、ゲート弁（２６°）
を閉とする。この後この搬出室より被膜形成がなされた
基板を取り出す。

円筒状の光源室について概説する。この光源室は第２図
においては上下が平面となった変形円筒状をしているが
、第３図においては長方形を有し、いわゆる円筒形を有
せしめた。透光性遮蔽板（１０）。

（１０”）は平面をしてるが、円弧を構成させてもよい
。そして一方の遮蔽板（１０）が紫外光（３０）を光源
（９）より遮蔽板（１０）を経て反応室の基板に照射し
て光化学反応を生ぜしめている。しかし同時に時間の節
約のため、他方の遮蔽板（１０″）はエツチング室（５
）にてプラズマエツチングにより遮蔽板の表面の不本意
に形成された反応生成物の除去作業を行なう。そしてこ
の円筒状の光源室（１１）は第３に示す如く、モータ（
２８）により１８０　　°回転駆動させている。

この円筒状の光源室はそのすべてを合成石英とし、選択
的に連続的に少しづつ回転させる方式としてもよい。ま
た図面に示した如く、ステンレスで円筒状に設け、その
一部を除去し、ここに合成石英の窓を一対として構成せ
しめる方法をとってもよい。

前者は小さい基板を多数連続的に薄膜形成させんとする
時有効であり、後者は比較的大きな基板に連続的に薄膜
形成を行わんとする時有効である。

ドーピング系′（７）は、バルブ（２３）、流量計（２
２）よりなり、端部（２４’）をへてノズル（２４）に
連結し反応室（２）へ供給させた。反応室の圧力制御は
排気系（８）で実施した。そしてコントロールバルブ（
３１）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。

他方、プラズマエツチングに関しては、ドーピング系（
７“）よりＮＦｆｆ等の気体を（２９）　、　（２９’
　）をへて導入した。このエツチング室の排気系（８゛
）にはコントロールパルプ（３１’）、ロータリーポン
プ（１９°）を用いた。

このノズル（２４）はプラズマＣＶＤおよびプラズマエ
ッチにおける高周波電源（１７）　、マツチングトラン
ス（１６）よりの切り換えスイッチ（３１）により選ば
れ（２４”）にスイッチで切り換えた時、この（２４’
）は一方の電極を構成している。

かくして基板を反応室に図示の如く挿着した。

この反応室の真空度は１Ｏ−７ｔｏｒｒ以下とした。こ
の後（２４）より反応性気体を反応室に導入して被膜形
成を行った。

反応用光源は低圧水銀灯（９）とし、水冷（１３”）を
設けた。その紫外光源は、低圧水銀灯（１８５ｎｍ。

２５４ｎｍの波長を発光する発光長４０ｃｍ、照射強度
１５ｍＷ／ｃｍｚ、ランプ電力４０Ｗ）ランプ数１６本
とした。

この紫外光（３０）は、透光性遮蔽板（１０）を経て反
応室（２）の基板（１）の被形成面を照射する。

ヒータ（３）は反応室の上側に位置した「デイポジソジ
ョン・アップｊ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。

図面の場合の被形成有効面積は１０ｃｍ　Ｘ　３０ｃｍ
であり、直径４インチの基板（１）３枚がホルダ（１°
）に配設され得る構成とし、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性気体
としてアンモニアを３０ｃｃ／分、ジシランを８ｃｃ／
分でドーピング系（７）より供給し、基板温度３５０℃
とした。基板は直径４インチのウェハ３枚とした。反応
室（２）内圧力は３．０ｔｏｒｒとした。

６０分の反応で２０００人の膜厚が形成させる。その被
膜形成速度は平均３３人／分であった。本発明は水銀の
蒸気等を用いない直接光励起方式とした。

被膜の５点のばらつきは±５％以内に入っていた。

この時この窒化珪素膜は遮蔽板（１０）上にも形成され
、１０００人の厚さまでしか被形成面上に被膜として生
成させることができない。このため第３図においては５
００〜１０００人の膜厚が形成された後、遮蔽板（１０
）を（１０”）の位置に、また遮蔽板（１０’）を（１
０）の位置に１８０　　”回転せしめ、実質的に連続的
に窒化珪素膜を積層した。不要の生成物が形成された遮
蔽板（１０）は回転してエツチング室に移設した。

そしてこのエツチング室においてはドーピング系（７゛
）よりエンチング室にＮｈを供給した。エツチング室の
圧力を０．１　ｔｏｒｒとし、１３．５６ＭＨｚの高周
波（１５）を８０Ｗの出力で加え、プラズマエッチを窓
（１０）上面に対して行った。

約２０分後、この石英（１０）上の不要反応生成物であ
る窒化珪素被膜を完全に除去することができた。

このＮＦ３を除去した後ドーピング系（７゛）より水素
を加え、この反応室内の残留弗素をプラズマクリーンを
して除去した。この後、この不要生成物の除去された遮
蔽板は再び１８０　°回転させて反応室と光源室をしき
っている窓として作用させた。

かくして同一基板に膜厚の厚い基板を作ることができる
ようになった。またバッチを力）えて２回目の被膜作製
を行ったが、同じく再現性のよい被膜を作り得た。

実験例２・・アモルファスシリコン膜の形成例ジシラン
（Ｓｉｚ）１６）を（２７）より供給した。また、同時
に水素を供給した。被形成面に５０００人の膜厚を７０
分間のディポジッジョンで形成させることができた。

この場合もアモルファスシリコン膜が遮蔽板上にも形成
されてしまうため、同じ遮蔽板では２００Å以上の膜厚
とすることができない。このため５分後、円筒状の光源
室を１８０　°回転させエツチング室で遮蔽板（１０）
の上面に付着したシリコン膜を実験例１と同様のＮＦ、
を加えたプラズマエッチ法にて除去した。わずか３分間
で遮蔽板上の付着珪素を除去することができた。そして
この表面がきれいになった遮蔽板をもとの反応室に移し
た。

基板温度は２５０℃、圧力２．５ｔｏｒｒとした。

実験例３・・・窒化アルミニュームの形成例ＡＩ（ＣＨ
ユ）３を代表例とするメチルアルミニュームをドーピン
グ系（７）より８ｃｃ／分で供給した。アンモニアを３
０ｃｃ／分で供給した。メチルアルミニュームは光源室
に水銀を用いることなく分解し、窒化アルミニューム膜
を１３００人の厚さに作ることができた。被膜形成速度
は３３０八／分（圧力３ｔｏｒｒ。

温度３５０℃）を得ることができた。エチルアルミニュ
ームＡＩ（Ｃ２１１５）：１等の他のアルキル化合物で
もよい。

窓のプラズマエツチングはエツチング室に移設してＣＣ
ｌ４を供給してプラズマ反応を行った。加えて水素を供
給した。かくして窒化アルミニュームを除去させること
ができた。

この被膜形成を１０回繰り返しても、厚い膜厚を同一条
件で得ることができた。

「効果」 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、紫外光源を反応室内に
配設することにより、石英窓を除きまた１８５ｎｍを有
効に被形成面に照射させることが可能となった。このた
め従来より公知のオイルをまったく用いる必要がない。

このため被膜内には炭素等の不純物が入りにくく、かつ
排圧を１Ｏ−７ｔｏｒｒと高真空にし得、オイルフリー
の高純度の被膜作製が可能となった。

さらにこの光ＣＶＤ法による被膜形成に加えて、この上
に重ねて同じまたは異なる被膜をプラズマＣＶＤ法で形
成させることが可能である。かかる場合、光ＣＶＤ法で
被膜を形成して被形成面をスパツクさせずへさらにプラ
ズマ気相法によりこの上に重ねて同じ膜または他種の膜
をプラズマＣＶＤ法にて作ることも可能である。即ち被
膜形成速度を遅くさせることな（、再現性のよい被膜形
成をさせることができた。

なお本発明は、珪素および窒化珪素、窒化アルミニュー
ムにおいてその実験例を示したが、アンモニアのかわり
にＮｔＯ，０□として酸化珪素、酸化アルミニュームと
することもできる。さらにそれ以外にＭ（ＣＨ３）、ｌ
即ちＭとしてＩｎ＋Ｃｒ＋Ｓｎ＋Ｍｏ＋Ｇａ＋Ｗ＋　Ａ
Ｉを用い、Ｍの金属またはその珪化物またはこれらの酸
化物または窒化物を作製してもよい。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、コバルトまたはその化合物の被膜また
珪化物とこれらとの化合物を形成することは有効である
。

前記した実験側番こおいて、珪素半導体の形成に際し、
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
とはいうまでもない。

【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、第３図は本発明の光ＣＶＤ装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源室よりの光により光化学反応を反応室にて生ぜ
   しめ、該反応室内の被形成面上に薄膜形成を行う方法に
   おいて、前記光源室と反応室との間には透光性遮蔽板を
   有し、前記光源室および反応室とは異なった位置に設け
   られたエッチング室に前記透光性遮蔽板を移設し、該遮
   蔽板上に形成された反応生成物を除去することを特徴と
   する薄膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、反応室にて反応生
   成物が形成されてしまった透光性遮蔽板は回転方式によ
   りエッチング室に移設し、該室で前記遮蔽板上の反応生
   成物を除去するとともに、該遮蔽板を回転方式により再
   び反応室に移設し、光化学反応用の光を反応室に投入せ
   しめる透光性遮蔽板として機能させることを特徴とする
   薄膜形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、エッチングはプラ
   ズマ気相反応により行わしめたことを特徴とする薄膜形
   成方法。