JP3065299B2 - マイクロ波を用いた薄膜形成装置及び方法 - Google Patents

マイクロ波を用いた薄膜形成装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜形成装置及びそ
の方法に関する。より詳細には本発明は、マイクロ波を
用いて薄膜を形成する、マイクロ波を用いた薄膜形成装
置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に基板上に薄膜を形成させるため
には火炎加水分解蒸着法（ＦＨＤ）、化学気相蒸着法
（ＣＶＤ）、変形された化学気相蒸着法（ＭＣＶＤ）、
物理的気相蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリング、ｅ−ビ
ーム蒸発蒸着法、スピンコーティング法などが使われ
る。このような方法を利用して薄膜を蒸着する時、使用
原料、原料配合、流速、温度、プラズマ出力、電圧、回
転数等の変数によって薄膜の厚さと蒸着速度、薄膜密度
が調節される。
【０００３】図４は従来の火炎加水分解蒸着法による薄
膜製造方法のフローチャートであって、まず火炎加水分
解蒸着法（ＦＨＤ）を利用してウェーハ上にシリカスー
トを作る（１００段階）。火炎加水分解蒸着法で膜を作
る時には必ず高温の熱処理過程を経るべきであるが、一
般的に抵抗加熱炉を利用して高温熱処理過程を実施す
る。高温熱処理過程はスートの高密度化過程であって、
まず８００〜１３５０度の熱を加えてウェーハとスート
を加熱し（１１０段階）、１乃至３時間程その温度を維
持した後（１２０段階）、冷却過程を経て薄膜を形成す
る（１３０段階）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図４のような火炎加水
分解蒸着法による薄膜製造工程時、抵抗加熱方法による
スートの高密度化過程は長時間かかる。スート加熱にか
かる時間が４乃至６時間であり、高温維持のために１乃
至２時間をさらに経た後、最小８００度以上の熱が常温
に冷却される時間を経るまで全体１５時間程度かかる。
【０００５】抵抗加熱炉のような熱源が、加熱しようと
する試片（ウェーハとその上のスート）の外部に存在す
るので、温度上昇時試片の外部が試片の内部より温度上
昇が速くなって、重なったスート表面層の温度がスート
とウェーハが接する界面の温度より高くなる。スート表
面と界面層の温度差のため、スート層の内部に外部に流
出されなかったガスが気泡を形成する場合がある。ま
た、抵抗加熱炉を用いて多層膜を形成する時、ウェーハ
及び既存に形成された膜、そして新しく高密度化しよう
とするスート全体に同じ温度が加わって、相異なる成分
の膜間に熱応力による亀裂が発生する恐れがある。
【０００６】このような従来の問題点を解決するため、
本発明は、ウェーハ上に単層膜または多層膜を形成させ
る時、マイクロ波を熱源として用いて速かに膜を高密度
化させる、マイクロ波を用いた薄膜形成装置及びその方
法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの、基板上に与えられた所定のスートを高密度化させ
て基板上に薄膜を形成するマイクロ波を用いた薄膜形成
装置は、前記基板とその上のスートを試片とする時、前
記試片を密閉しマイクロ波に露出させて焼結させるマイ
クロ波焼結炉と、前記マイクロ波焼結炉内部の空気状
態、即ち雰囲気を調節する焼結炉雰囲気組成部と、前記
マイクロ波焼結炉内の温度を感知し、所定の基準温度と
比較してその誤差温度を出力する温度感知／調節器と、
前記温度感知／調節器から出力された誤差温度を参照し
て所定温度のマイクロ波を発生し、前記マイクロ波焼結
炉に印加するマイクロ波電源部とを備える。
【０００８】前記焼結炉雰囲気組成部は、前記マイクロ
波焼結炉内の状態を真空化することが望ましい。前記焼
結炉雰囲気組成部は、前記マイクロ波焼結炉内に所定成
分の雰囲気を供給することが望ましい。
【０００９】前記マイクロ波焼結炉は、前記スートが高
密度化する過程で熱放出を防止するために前記試片を覆
う断熱材を含むことが望ましい。前記断熱材は、高温セ
ラミック断熱材であることが望ましい。
【００１０】前記マイクロ波焼結炉は、前記断熱材内で
前記試片を支持し、前記温度感知／調節器に連結される
所定の支持台をさらに含むことが望ましい。
【００１１】また、本発明による基板上に膜を形成する
方法は、基板上に所定成分のスートを製作する段階と、
マイクロ波を印加して前記スートを加熱する段階と、前
記加熱されたスートの温度を所定時間維持させる段階
と、スートを冷却して膜を完成する段階とを備える。前
記スートはシリカスートであることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明を詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明のマイクロ波を用いた薄膜
形成装置の構成図であって、基板上に重なった所定成分
のスートを高密度化させて基板上に膜を形成するための
マイクロ波を用いた膜形成装置は、マイクロ波焼結炉２
００、焼結炉雰囲気組成部２１０、温度感知／調節器及
びマイクロ波電源部２３０を具備する。
【００１４】マイクロ波焼結炉２００は、スートが置か
れた基板（以下、試片と称する）を密閉し、密閉された
空間内でマイクロ波に露出させて焼結させるチャンバで
ある。マイクロ波はマイクロ波焼結炉２００に連結され
たマイクロ波誘導管２４０を通して入り、従来の抵抗加
熱炉を用いた場合の熱伝達方式である伝導、輻射の形態
ではなく、内部体積発熱方式によりマイクロ波焼結炉２
００内の試片にさらに直接的に熱を伝達する。
【００１５】マイクロ波を用いた試片の焼成により、大
きくて複雑な形態の試片も迅速で均一に焼成でき、スー
トが焼成される時、温度上昇、下降時に発生し得る相異
なる物質間、例えば基板とスート間の熱応力が減少して
亀裂が防止され、均一で微細な構造の膜が形成される。
【００１６】マイクロ波焼結炉２００は、その内部に試
片２０１を覆う断熱材２０２をさらに具備してスートが
高密度化して膜を形成する過程で熱放出を防止するよう
に助ける。この断熱材２０２の材料は強いマイクロ波に
も変形されない、耐熱性の高温セラミック断熱材が望ま
しい。断熱材２０２は基板と基板上のスート物質が発熱
する時、その熱が外に漏れることを防止して一定温度を
ずっと維持するように助ける。
【００１７】支持台２０３は、断熱材２０２の内部で外
部の温度感知／調節器と連結されて試片２０１を支持す
る役割をする。支持台２０３は試片２０１、即ち基板と
スートがマイクロ波により所定の熱作用をする時まず反
応したり変形してはいけないし、熱を保護し高温で支持
台２０３上に置かれた基板と反応しない材料よりなる。
【００１８】焼結炉雰囲気組成部２１０は、マイクロ波
焼結炉２００の内部の空気状態、即ち雰囲気を組成する
装置であって、マイクロ波焼結炉２００に真空が必要な
場合真空状態を作り、マイクロ波焼結炉２００の内部に
所定の大気状態を造成する必要がある場合には、マイク
ロ波焼結炉２００にその必要な大気成分を供給する。
【００１９】温度感知／調節器は、マイクロ波焼結炉２
００内の温度を感知及び調節する装置であって、マイク
ロ波焼結炉２００内の支持台２０３と連結されて、厳密
には断熱材２０１内部の温度を検出する温度感知器２２
１及び温度感知器２２１が検出した温度と所定の望みの
基準温度とを比較してその誤差温度を算出する温度調節
器２２２を具備する。
【００２０】マイクロ波発生部２３０は、マイクロ波焼
結炉２００内にマイクロ波を印加し、印加するマイクロ
波のパワーは、直前発生させたパワーに温度感知／調節
器からの誤差温度によるパワーを加減して算出される。
【００２１】図１のようにマイクロ波を用いて試片を加
熱すれば、図４の抵抗加熱炉方式によるよりも試片の温
度上昇及び冷却速度が速くなって、短時間で基板上に膜
が形成でき、またスート内部層の気泡発生などのような
不利な効果が起こらなくて微細な構造の膜が形成でき
る。
【００２２】図２は、本発明のマイクロ波を用いた膜形
成方法のフローチャートであって、基板上に膜を形成す
るためのマイクロ波を用いた膜形成方法は、まず基板上
に所定成分のスートを製作する（３００段階）。例えば
シリカ成分のスート（以下シリカスート）は火炎加水分
解蒸着法のような方法により、水素と酸素ガス火炎にシ
リカと混入物の主原料のＳｉＣｌ4 、ＢＣｌ3 、ＰＯＣ
ｌ3 、ＧｅＣｌ4 と共に基板に流すことによって基板上
に作られる。
【００２３】このように作られたスートは基板上に密着
されない状態で、スート粒子間の結合も固くない状態で
ある。マイクロ波を加えてスートと基板を加熱する（３
１０段階）。加熱されたスートと基板の所定温度を一定
時間維持させた後（３２０段階）、常温に冷却させると
（３３０段階）基板上に薄膜が形成される。多層薄膜の
形成は、図２の過程により形成された薄膜上に望みの薄
膜の層数だけ前記の過程を反復することによって実現さ
れる。
【００２４】図３は、図２のような過程によるシリカス
ートの高密度化過程を示した図である。図３Ａは、図２
の３００段階でシリカスートがシリコン基板上に形成さ
れた状態を示す。この段階でシリカスートは相互結合せ
ず基板上に重なった形態にある。図３Ｂは、図２の３１
０〜３２０段階でマイクロ波を用いてシリカスートとシ
リコン基板を加熱及び維持している際の試片の状態を示
す。この段階でシリカスートはお互い固く結合される。
図３Ｃは、図２で３３０段階の冷却段階を経た後、シリ
コン基板上にシリカ薄膜が形成されたことを示す。
【００２５】マイクロ波焼結の特徴は、試片の内部で発
生する体積発熱により試片全体が加熱されるので、内部
に気泡が発生する問題が防止される。従って内部応力や
気泡がない均一なシリカ膜が製造できる。またマイクロ
波焼成の速い温度上昇、下降特性によって焼結時間が短
縮されて薄膜形成が速くなる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波を用いた高
密度化により微細で均一な構造の膜を速かに形成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波を用いた薄膜形成装置の構
成図である。
【図２】本発明のマイクロ波を用いた膜形成方法のフロ
ーチャートである。
【図３】図２の過程によるシリカスートの高密度化過程
を模式的に示した図である。
【図４】従来の火炎加水分解蒸着法による薄膜製造方法
のフローチャートである。
【符号の説明】
２００ マイクロ波焼結炉 ２０１ 試片 ２０２ 断熱材 ２０３ 支持台 ２４０ マイクロ波誘導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−22430（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−72656（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/316 H05B 6/64

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に与えられた所定のスートを高密
    度化させて基板上に薄膜を形成する焼結装置において、 前記基板とその上のスートとからなる試片を密閉しマイ
    クロ波に露出させて焼結させるマイクロ波焼結炉と、前
    記マイクロ波焼結炉の内部雰囲気を調節する焼結炉雰囲
    気組成部と、前記マイクロ波焼結炉内の温度を感知して
    所定の基準温度と比較してその誤差温度を出力する温度
    感知／調節器と、前記温度感知／調節器から出力された
    誤差温度を参照して所定パワーのマイクロ波を発生して
    前記マイクロ波焼結炉に印加するマイクロ波電源部とを
    含む前記焼結装置であって、 さらに、前記マイクロ波焼結炉が、前記スートが高密度
    化する過程で熱放出を防止するために前記試片をつつむ
    断熱材を含んで成る、マイクロ波を用いた薄膜形成装
    置。
  2. 【請求項２】 焼結炉雰囲気組成部はマイクロ波焼結炉
    内の状態を真空化することを特徴とする、請求項１に記
    載の膜形成装置。
  3. 【請求項３】 焼結炉雰囲気組成部はマイクロ波焼結炉
    内に所定成分の雰囲気を供給することを特徴とする、請
    求項１に記載の膜形成装置。
  4. 【請求項４】 前記断熱材は高温セラミック断熱材であ
    る、請求項１に記載の膜形成装置。
  5. 【請求項５】 マイクロ波焼結炉は、前記断熱材内で前
    記試片を支持し、温度感知／調節器に連結される所定の
    支持台をさらに含む、請求項４に記載の膜形成装置。
  6. 【請求項６】 基板上に膜を形成する方法において、基
    板上に所定成分のスートを製作する段階と、前記基板と
    その上のスートとからなる試片を、スートが高密度化す
    る過程で熱放出を防止する断熱材で覆う段階と、マイク
    ロ波を印加して前記スートを加熱する段階と、前記加熱
    されたスートの温度を所定時間維持させる段階と、スー
    トを冷却して膜を完成する段階とを含む、マイクロ波を
    用いた膜形成方法。
  7. 【請求項７】 前記スートがシリカスートである、請求
    項６に記載の膜形成方法。
  8. 【請求項８】 前記断熱材は高温セラミック断熱材であ
    る、請求項６に記載の膜形成方法。
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