JPS63258017A - 半導体製造装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光エネルギーを用いて基板上に化学気
相成長（ＣＶ　Ｄ）膜を形成する半導体製造装置に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、ｒｃを含む半導体装置の製造プロセスの低温化に
伴い、基板上に膜を形成するプラズマ化学気相成長法や
光化学気相成長法が注目されている。このうち光化学気
相成長法（以下、化学気相成長をＣＶＤとする）は、レ
ーザ光や紫外光等の光エネルギーをＣＶＤのエネルギー
源として使用するものであり、レーザ源には炭酸ガスレ
ーザあるいはエキシマレーザが、また紫外光源には水銀
ランプ、高圧水銀ランプあるいは重水素ランプが使用さ
れている。

従来、この種のＣＶＤ法に用いる半導体製造装置は特開
昭６０−１５２０２３号公報として開示され、第３図に
示すように構成されている。これを同図に基づいて概略
説明すると、同図において、符号１で示すものはガス供
給口２．ガス排出口３および透光窓４を有する光ＣＶＤ
装置の反応容器、５はこの反応容器ｌ内に設けられ搭載
台６上の基板７を加熱するヒータである。また、８は前
記反応容器１の外部に設けられ反応ガスとしてのシラン
ガスを励起分解する炭酸ガスレーザビーム９を放出する
炭酸ガスレーザ発振器である。なお、図中矢印Ａおよび
Ｂはシランガスの反応前と反応後の流動方向を示す。

このように構成された半導体製造袋−においては、ガス
供給口２から反応容器ｌ内に供給されたシランガスを炭
酸ガスレーザビーム９によって励起分解することができ
る。これは炭酸ガスレーザビーム９の波長１０．５９μ
ｍで共鳴吸収が起こるためである。そして、この共鳴吸
収によって生じる反応生成物が低温加熱された基板７上
に堆積してアモルファスシリコン膜を形成する。

ところで、この種の半導体製造装置においては、炭酸ガ
スレーザビーム９によってシランガスを励起分解して基
板７上にアモルファスシリコン膜の形成が可能であるが
、成形膜種はアモルファスシリコン膜に限定されており
、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成するこ
とは、シランガスに加えて供給する酸素、亜酸化窒素、
窒素あるいはアンモニアが炭酸ガスレーザ９によって励
起分解し難いことから困難であった。

そこで、本出願人は先に第４図に示す半導体製造装置を
開示しており、これを同図に基づいて概略説明すると、
同図において、符号ｌＯで示すものは両側に炭酸ガスレ
ーザビーム９が透過する窓１１．１２を有する反応容器
である。この反応容器１０の上部には炭酸ガスレーザビ
ーム９の軸線方向と直角な方向に開口するガス供給口１
３とガス導入口１４が設けられており、このうちガス供
給口１３からは第１の反応ガスとしてのシランガスが供
給され、また力゛ス導入口１４からはマイクロ波発振装
置１５によってプラズマ化した第２の反応ガスとしての
酸素あるいは亜酸化窒素が導入される。また、１６はプ
ラズマ発生管、１７はプラズマ発生炉、１８は導波管、
１９はガス排出口である。なお、図中矢印Ｃは反応後に
おけるガスの流動方向を示す。

このように構成された半導体製造装置においては、ガス
導入口１４から反応容器１０内に導入された酸素あるい
は亜酸化窒素が、炭酸ガスレーザビーム９によって励起
分解したシランガスと反応を起こすことにより基板７上
にシリコン酸化膜を形成することができる。この場合、
酸素あるいは亜酸化窒素の代わりに窒素あるいはアンモ
ニアを反応容器１０内に導入するとシリコン窒化膜の低
温形成が可能となる。また、アルゴンガスを導入するこ
とによりこれが反応容器１内のシランガスと衝突してシ
ランガスの分解を促進させるため、基板７上にアモルフ
ァスシリコン膜を高速に形成することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、この種の半導体製造装置においては、ガス供
給口１３．ガス導入口１４およびビーム入射用の窓１１
を基板７の一方側に位置付ける構造であるため、成膜速
度が局所的に高くなり、膜厚にばらつきが生じるという
問題があった。ずなわち、炭酸ガスレーザビーム９が窓
１１．ガス供給口１３およびガス導入口１４が基板７の
一方側にあることは、その近傍でパワー密度が高くなり
、このため励起エネルギーが高く、かつ膜形成反応に関
わるガス分子密度が大きくなるからである。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、成膜速
度を制御することができ、もって膜形成において均一な
膜厚分布を得ることができる半導体製造装置を提供する
ものである。

また、本発明の別の発明は、膜形成時に基板の表面、活
性種が逐次堆積する膜表面を活性状態にすることができ
、もって基板上に緻密性を有する膜を形成することがで
きる半導体製造装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る半導体製造装置は、反応容器の内部に各々
が互いに対向する上下２種の電極を設け、これら両電極
のうち上側の電極は各高周波電源に接続する複数の電極
によって構成され、下側の電極は膜形成用の基板を搭載
する共通電極によって構成されているものである。

また、本発明の別の発明に係る半導体製造装置は、反応
容器に容器内へ紫外線を照射する紫外線光源を付設する
と共に、各々が互いに対向する上下２種の電極を内蔵し
、これら両電極のうち上側の電極は各高周波電源に接続
する複数のメツシュ電極によって構成され、下側の電極
は膜形成用の基板を搭載する共通電極によって構成され
ているものである。

〔作　用〕

本発明においては、基板に対し膜を形成する際して各電
極への印加電圧を自由に設定することができる。

また、本発明の別の発明においては、紫外線によって反
応ガスの一部を光イオン化することができると共に、活
性寿命を高めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る半導体製造装置を示す断面図であ
る。同図において、符号２１で示すものは両側に炭酸ガ
スレーザビーム２２が透過するビーム入射窓２３とビー
ム出射窓２４を有する反応容器で、内部にアース接続さ
れた下側の共通電極となる搭載台２５上の基板２６を加
熱するヒータ２７が収納されており、その上部には炭酸
ガスレーザビーム９の軸線方向と同一の方向に開口する
ガス供給口２８とガス導入口２９が設けられている。こ
のうちガス供給口２８からは第１の反応ガスとしてのシ
ランガス、ジシランガスあるいはトリシランガスが反応
容器２１内に供給され、ガス導入口２９からはマイクロ
波発振装置３０によってプラズマ化した第２の反応ガス
としての酸素あるいは亜酸化窒素が導入される。３１は
紫外線を透過する窓で、前記搭載台２５の上方に位置し
前記反応容器２１に設けられている。３２は例えば低圧
水銀ランプ等の紫外線光源で、前記反応容器２１に付設
されており、容器２１内へ紫外線を照射するように構成
されている。３３〜３５は前記搭載台２５の搭載面２５
ａに対向する上側の電極で、前記反応容器２１内にレー
ザビーム伝播方向に沿って複数個設けられ、かつ各々が
高周波電源３６〜３８に接続されており、例えばステン
レス製の薄板（図示せず）にエツチング処理を施すこと
により９０％以上の透光性を有するメソシュ電極によっ
て形成されている。３９は前記炭酸ガスレーザビーム２
２を放出する炭酸ガスレーザ発振器で、前記反応容器２
１の外部に設けられており、膜形成時に第１の反応ガス
を励起分解するように構成されている。また、４０はプ
ラズマ発生管、４１はプラズマ発生炉、４２は導波管、
４３および４４は電流導入用端子である。なお、図中矢
印Ｐ、　ＱおよびＲはガスの流動方向を示す。

このように構成された半導体製造装置においては、基板
２６に対し膜を形成する際して、高周波電源３６〜３８
から各電極３３〜３５への印加電圧を自由に設定するこ
とができる。

したがって、基板２６上に例えば酸化膜を形成する場合
にその成膜速度を制御することができるから、炭酸ガス
レーザビーム２２がビーム入射窓２３、ガス供給口２８
およびガス導入口２９が基板２６の一方側にあっても、
その近傍で膜形成のためのパワー密度が高くなることが
ない。この場合、電極３３〜３５に対して、高周波電圧
を印加しないと、基板２６の表面上に形成される膜の厚
さはガス供給口２８．ガス導入口２９およびビーム入射
窓２３の近傍で厚くなるが、各電極に高周波数電圧Ｅｌ
、　Ｅ２．　Ｅｓ　　（貼〉Ｅｘ、＞Ｅｓ）を印加する
と、ガス流れ方向、レーザビーム伝播方向の成膜速度を
制御して均一な膜を得ることができる。なお、電極３３
〜３５には高周波電圧を印加するから、基板２６上に酸
化膜等の絶縁膜を形成する場合でも、膜表面に電荷がチ
ャージアップして膜を破壊することがない。

因に、基板２６上にシリコン酸化膜を形成するには、ガ
ス導入口２９からプラズマ発生管４０内に対し酸素また
は亜酸化窒素を矢印Ｐで示す方向に導入し、またガス供
給口２８からシランガス。

ジシランガスあるいはトリシランガスが矢印Ｑで示す方
向に供給することにより行われる。このとき、マイクロ
波発振装置３０によって酸素あるいは亜酸化窒素を励起
分解し、また炭酸ガスレーザビーム２２によってシラン
ガス、ジシランガスあるいはトリシランガスを励起分解
する。

ここで、反応容器２１内に紫外線を照射すれば、そのエ
ネルギーによってシランガス、ジシランガスあるいはト
リシランガスの二部を光イオン化することができ、また
炭酸ガスレーザビーム２２によって励起分解したガス原
子の活性寿命を高めることができる。同様にして、酸素
あるいは亜酸化窒素の一部を光イオン化することができ
、また活性寿命を高めることができる。さらに、紫外線
のエネルギーによって基板２６の表面、活性種の逐次堆
積する膜表面が活性状態になるから、これら基板２６や
膜の表面反応が促進されて緻密性を有する膜を得ること
ができる。

そして、電極３３〜３５（正電極とする）に１ＭＨｚ以
上の高周波電圧を印加すると、紫外線の照射によって一
部がイオン化した反応ガスの原子は、電界中を基板２６
に向かって進み基板２６の表面および膜の表面に到達す
る。

なお、本実施例においては、上側の電極が三個からなる
例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく
、例えば第２図に示すように電極４５〜５３を九個とし
ても実施例と同様に成膜速度を制御することができる。

また、本実施例においては、レーザ発振器として炭酸ガ
スレーザ発振器３９を使用する場合を示したが、エキシ
マレーザ発振器を使用しても何等差し支えない。

この他、本発明における紫外線光源３２の種類は前述し
た実施例に限定されず、例えば高圧水銀ランプ、重水素
ランプ等の光源であってもよく、その種類は適宜変更す
ることが自由である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、反応容器の内部に
各々が互いに対向する上下２種の電極を設け、これら両
電極のうち上側の電極は各高周波電源に接続する複数の
電極によって構成され、下側の電極は膜形成用の基板を
搭載する共通電極によって構成されているので、基板に
対し膜を形成する際して各電極への印加電圧を自由に設
定することができる。したがって、成膜速度を制御する
ことができるから、膜形成において均一な膜厚分布を得
ることができる。また、本発明の別の発明によれば、反
応容器に容器内部へ紫外線を照射する紫外線光源を付設
すると共に、各々が互いに対向する上下２種の電極を内
蔵し、これら両電極のうち上側の電極は各高周波電源に
接続する複数のメツシュ電極によって構成され、下側の
電極は膜形成用の基板を搭載する共通電極によって構成
されているので、紫外線によって反応ガスの一部を光イ
オン化することができると共に、活性寿命を高めること
ができる。したがって、膜形成時に基板の表面、活性種
が逐次堆積する膜表面を活性状態にすることができ、こ
れら基板や膜の表面反応が促進されて緻密性を有する膜
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体製造装置を示す断面図、第
２図は他の実施例における電極を示す斜視図、第３図お
よび第４図は従来の半導体製造装置を示す断面図である
。 ２１・・・反応容器、２５・・・搭載台、２６・・・基
板、２８・・・ガス供給口、２９・・・ガス導入口、３
１・・・窓、３２・・・紫外線光源、３３〜３５・・・
電極、３６〜３８・・・高周波電源、３９・・・レーザ
発振器。 代　　　理　　　人　　　大　岩　増　雄手続補正書（
９贅） １．事件の表示　　　特願昭１２−７ｊタン１５３、補
正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）゛明細書５頁６行の「第４図」を「第３図」と補
正する。 ＋２）　　同書１０頁２０行〜１１頁１行の「膜形成の
ためのパワー密度が高くなること」を「成膜速度が局所
的に高くなること」と補正する。 以　　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１の反応ガスを供給するガス供給口および第２
   の反応ガスをプラズマ化して導入するガス導入口を有す
   る反応容器と、この反応容器の外部に設けられ前記第１
   の反応ガスを分解するレーザ発振器とを備えた半導体製
   造装置において、前記反応容器の内部に各々が互いに対
   向する上下２種の電極を設け、これら両電極のうち上側
   の電極は各高周波電源に接続する複数の電極によって構
   成され、下側の電極は膜形成用の基板を搭載する共通電
   極によって構成されていることを特徴とする半導体製造
   装置。 （２）レーザ発振器は炭酸ガスレーザ発振器である特許
   請求の範囲第１項記載の半導体製造装置。 （３）レーザ発振器はエキシマレーザ発振器である特許
   請求の範囲第１項記載の半導体製造装置。 （４）下側の電極はアース接続されている特許請求の範
   囲第１項記載の半導体製造装置。（５）第１の反応ガス
   を供給するガス供給口および第２の反応ガスをプラズマ
   化して導入するガス導入口を有する反応容器と、この反
   応容器の外部に設けられ前記第１の反応ガスを分解する
   レーザ発振器とを備えた半導体製造装置において、前記
   反応容器に容器内部へ紫外線を照射する紫外線光源を付
   設すると共に、各々が互いに対向する上下２種の電極を
   内蔵し、これら両電極のうち上側の電極は各高周波電源
   に接続する複数のメッシュ電極によって構成され、下側
   の電極は膜形成用の基板を搭載する共通電極によって構
   成されていることを特徴とする半導体製造装置。 （６）レーザ発振器は炭酸ガスレーザ発振器である特許
   請求の範囲第５項記載の半導体製造装置。 （７）レーザ発振器はエキシマレーザ発振器である特許
   請求の範囲第５項記載の半導体製造装置。 （８）下側の電極はアース接続されている特許請求の範
   囲第５項記載の半導体製造装置。