JP3429259B2 - 真空紫外光を用いたｃｖｄ半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、光ＣＶＤ半導体製
造装置、特に真空紫外光を用いた半導体製造装置におけ
る、成膜の生成レート及び膜質向上に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、特開平０７−３００６７８号公報「光励起ＣＶ
Ｄ装置及びＣＶＤ方法」に開示されるものがあった。 【０００３】かかる従来の真空紫外光を用いた半導体製
造装置は、真空紫外光発生装置にエキシマランプ（Ｘｅ
₂ 放電管等）を用い、反応室は真空で、反応室とエキシ
マランプの間に真空の維持と紫外光の透過を兼ねた真空
紫外光透過ガラスがあり、成膜する基板に、電気的なバ
イアスは印加されずに成膜するようにしていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光励起ＣＶＤ半導体製造装置では、成膜の生成
レートが遅く、しかも膜質が悪いので、半導体装置の量
産性及び品質に問題があった。 【０００５】本発明は、上記問題点を除去し、成膜の生
成レートを速く、しかも膜質を向上させることにより、
半導体装置の量産性及び品質の向上を図り得る真空紫外
光を用いたＣＶＤ半導体製造装置を提供することを目的
とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕真空紫外光を用いたＣＶＤ半導体製造装置におい
て、基板を載置するサセプタと、前記基板に真空紫外光
を照射する真空紫外光発生装置と、この真空紫外光発生
装置の真空紫外光透過ガラスを保持するとともに、真空
の反応室としてのチャンバーと、前記基板に負バイアス
を印加させるＤＣバイアス電源と、このＤＣバイアス電
源に直列に接続される変調電源を設けることを特徴とす
る真空紫外光を用いたＣＶＤ半導体製造装置。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。 【０００８】図１は本発明の第１実施例を示す真空紫外
光を用いたＣＶＤ半導体製造装置の模式図である。 【０００９】この図において、１はサセプタ、２はその
サセプタ１上に載置される基板（例：シリコンウエ
ハ）、３は真空の反応室としてのメインチャンバー、４
は真空紫外光発生装置、５は反応室３とエキシマランプ
の間に真空の維持と紫外光の透過を兼ねた真空紫外光透
過ガラス（例：合成石英ガラス）、６は材料ガス（原料
ガス・添加ガス）を導入する導入口、７は排気口、８は
その排気口７に設けられる真空圧力調整機、９はＤＣバ
イアス電源、１０はアースであり、メインチャンバー３
にはＤＣバイアス電源９のプラス側が接続されるととも
に接地される。一方、ＤＣバイアス電源９のマイナス側
にサセプタ１及び半導体基板を接続するようにしてい
る。１１は真空紫外光である。 【００１０】以下、各部を詳細に説明する。 【００１１】メインチャンバー（例：ＳＵＳ材）３は、
真空圧力調整機８を介して、真空排気ポンプ（図示な
し）に接続され、反応圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏ
ｒｒの範囲で変えられるようになっている。 【００１２】メインチャンバー３の中には、基板２
（例：シリコンウエハ４〜１２インチ）を載せる導電性
のサセプタ１（例：ＳｉＣ材）があり、温度（例：−２
０〜２００℃）、ガラス面からの距離（例：１〜５０ｍ
ｍ）、回転数（例：０〜２０ｒｐｍ）のパラメータを自
由に制御できるようになっている。サセプタ１の上に、
絶縁膜（例：合成石英材、膜厚１〜１０００μｍ）を載
せるようにしても良い。この場合、基板２の回りに真空
紫外光１１が直接当たるので、光分解しない材質を使用
するか、もしくは光分解する材質（例：ポリイミド材）
を使用する場合、基板２に直接触れる個所にとどめた方
が良い。 【００１３】メインチャンバー３の上には、成膜の原料
を光分解するエネルギー源として、真空紫外光発生装置
４〔例：Ｘｅ₂ エキシマランプ（１０〜５０ｍＷ／ｃｍ
² ）、可能な限り出力が大きい方が望ましい〕があり、
その間に、大気と真空を分離する真空紫外光透過ガラス
５（例：合成石英ガラス、厚み１０〜３０ｍｍ）があ
る。 【００１４】材料ガス｛〔原料ガス（例：ＴＥＯＳ〔テ
トラエトキシオルソシリケイト：Ｓｉ（ＯＣ
₂ Ｈ₅ ）₄ 〕及び添加ガス（例：Ｏ₂ ）｝は、マスフロ
ー（図示なし）等で流量（例：１〜５００ｓｃｃｍ）を
制御可能である。ＤＣバイアス電源９のマイナス側は、
基板２及びサセプタ１に、プラス側はメインチャンバー
３等に接続され、１０〜１５００Ｖの電圧を印加できる
ようになっている。 【００１５】サセプタ１と真空紫外光透過ガラス５の間
に金属網（例：アルミ材、スリット１〜１０ｍｍ）（図
示なし）等を設け、これにプラス側を接続しても良い。
この金属網の表面に、絶縁膜（例：シリカ材、膜厚１〜
１０００μｍ）をコーティングしても良い。電位を与え
るのみであるので、出力電力は、５０Ｗもあれば十分で
ある。バイアスは、メインチャンバー壁の電流導入端子
から供給されるので、端子間のグロー放電に注意する必
要がある。絶縁被膜が無い場合、端子間は少なくとも２
０ｍｍ以上離す必要がある。 【００１６】この第１実施例によれば、メインチャンバ
ー３のサセプタ１は、基板２の温度・ガラス面からの距
離・回転数のパラメータを自由自在に制御できるように
したので、膜厚の均一性の向上を容易に行うことができ
る。 【００１７】真空紫外光発生装置４のエキシマランプ
は、短波長で高光子エネルギーを高効率で発光するの
で、成膜の原料を容易に光分解し、照度に対して高効率
な成膜を可能にしている。 【００１８】さらに、基板２及びサセプタ１にマイナス
バイアスを印加すると、光分解で発生したプラスイオン
の成膜の原料が静電引力によって基板２及びサセプタ１
に引き寄せられ、基板２表面に成膜される。同時に、中
性ラジカルの成膜の原料も成膜されるため、実験値で２
倍の生成レートが得られる。 【００１９】なお、ＴＥＯＳ圧力に対するプラスバイア
ス（正バイアス）は、無バイアス（ゼロバイアス）と同
じであり、マイナスバイアス（負バイアス）にした場合
のみ、生成レートが向上する。この効果は、低圧ほど顕
著である。本実施例では、ＴＥＯＳを原料ガスとし、基
板２上にシリカ膜及びシリカを含んだポリマー膜を成膜
している。 【００２０】図２は本発明の第２実施例を示す真空紫外
光を用いたＣＶＤ半導体製造装置の模式図である。な
お、第１実施例の部分と同じ部分には同じ符号を付して
いる。 【００２１】この実施例では、第１実施例のＤＣバイア
ス電源９のプラス側に変調電源２１（例：０．１Ｈｚ〜
２０ＭＨｚ、１０〜３０００Ｖ）を付加するようにす
る。この図では、ＤＣバイアス電源９のプラス側に変調
電源２１を付加しているが、ＤＣバイアス電源９のマイ
ナス側に変調電源を付加するようにしてもよい。 【００２２】まず、メインチャンバー（例：ＳＵＳ材）
３は真空圧力調整機８を介して、真空排気ポンプ（図示
なし）に接続され、反応圧力を１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔ
ｏｒｒの範囲で変えられるようになっている。 【００２３】メインチャンバー３の中には、基板（例：
シリコンウエハ、４〜１２インチ）２を載せる導電性の
サセプタ（例：ＳｉＣ材）１があり、温度（例：−２０
〜２００℃）、ガラス面からの距離（例：１〜５０ｍ
ｍ）、回転数（例：０〜２０ｒｐｍ）のパラメータを自
由に制御できるようになっている。サセプタ１の上に、
絶縁膜（図示なし）（例：合成石英材、膜厚１〜１００
０μｍ）を載せても良い。この場合、基板２の回りに真
空紫外光１１が直接当たるので、光分解しない材質か、
光分解する材質（例：ポリイミド材）の場合、基板２に
直接触れる個所に止めた方が良い。 【００２４】更に、メインチャンバー３の上には成膜の
原料ガスを光分解するエネルギー源として真空紫外光発
生装置（例：Ｘｅ₂ エキシマランプ１０〜５０ｍＷ／ｃ
ｍ²、可能な限り出力が大きい方が望ましい）４があ
り、その間に、大気と真空を分離する真空紫外光透過ガ
ラス（例：合成石英ガラス、厚み１０〜３０ｍｍ）５が
ある。成膜原料ガス（例：ＴＥＯＳ）及び添加ガス
（例：Ｏ₂ ）は、マスフロー（図示なし）等で流量
（例：１〜５００ｓｃｃｍ）を制御可能である。 【００２５】ＤＣバイアス電源９のマイナス側は、基板
２及びサセプタ１に、プラス側は、メインチャンバー３
等に接続され、１０〜１５００Ｖの電圧を印加できるよ
うになっている。サセプタ１と真空紫外光透過ガラス５
の間に金属網（例：アルミ材、スリット１〜１０ｍｍ）
等を設け、これにプラス側を接続しても良い。この金属
網の表面に、絶縁膜（例：シリカ材、膜厚１〜１０ｍ
ｍ）をコーティングしても良い。ＤＣバイアス電源９の
出力は、電位を与えるのみであるので、５０Ｗも有れば
十分である。 【００２６】ＤＣバイアス電源９のプラス側かマイナス
側に、プラスイオン及び電子を揺さぶるための変調電源
２１を付加する。変調電源２１は１０〜３０００Ｖの電
圧が印加でき、０．１Ｈｚ〜２０ＭＨｚのサイン波・矩
形波・パルス波を出力できる。勿論、デューテイ比を変
えることもできる。変調電源２１は、動的電位を与える
ので出力電力は２００Ｗ程度が必要である。この場合、
バイアスは、メインチャンバー壁の電流導入端子から供
給されるので、端子間のグロー放電に注意する必要があ
が、絶縁被膜がない場合、端子間は少なくとも２０ｍｍ
以上離す必要がある。 【００２７】この第２実施例によれば、メインチャンバ
ー３のサセプタ１は、基板２の温度・ガラス面からの距
離・回転数のパラメータを自由自在に制御できるように
したので、膜厚の均一性の向上を容易にすることができ
る。 【００２８】真空紫外光発生装置４のエキシマランプ
は、短波長で高光子エネルギーを高効率で発生するの
で、成膜の原料を容易に光分解し、照度に対して高効率
な成膜を可能にしている。 【００２９】さらに、基板２及びサセプタ１にマイナス
バイアスと、ＤＣバイアスに変調のためのバイアスを印
加すると、光分解で発生した成膜原料ガスのプラスイオ
ン及び電子が、変化する電位（電界）によって揺さぶら
れる。特に、電子は極めて軽いので、瞬時に電位に応じ
て、揺さぶられ、まだイオン化していない原料を電子衝
撃で分解し、プラスイオン及び電子、中性ラジカルの発
生に寄与する。発生した電子は、また原料の分解に使わ
れ、加速的に原料の分解が進む。 【００３０】同様に、プラスイオンも揺さぶられ、イオ
ン衝撃によって原料が加速的に分解される。分解が進ん
だ後、変調を止めると、基板にＤＣのマイナスバイアス
が印加されているので、成膜の原料であるプラスイオン
が静電引力により基板に吸着され、成膜レートの向上に
大きく寄与する。原料も小さい分子量に分解されるの
で、成膜の膜質の向上にも寄与する。本実施例ではＴＥ
ＯＳを原料ガスとし、基板上にシリカ膜及びシリカを含
んだポリマー膜を成膜するようにしている。 【００３１】図３は本発明の効果を示すＴＥＯＳ圧力に
対するウエハバイアス効果を示す図である。この図にお
いて、横軸はＴＥＯＳ分圧〔ｍＴｏｒｒ〕、縦軸は生成
レート〔Å／ｍｉｎ〕を示しており、◆はゼロバイアス
レート、▲は正バイアスレート、■は本発明にかかる負
バイアスレートを表している。 【００３２】この図から明らかなように本発明にかかる
負バイアスレートの場合、生成レートが顕著に速くなっ
ていることがわかる。 【００３３】本発明は、更に以下の利用形態を有するこ
とができる。 【００３４】上記実施例では、半導体装置の製造に用い
る真空紫外光を用いた光ＣＶＤ半導体製造装置について
説明しているが、原料としてＴＥＯＳを用いた場合、金
属等の防錆膜・反射防止膜・導電性を持たせたプラスチ
ック（プラスチックそのものが導電性を有する場合とプ
ラスチック表面に導電処理を施したもの）・導電性のな
い、通常のプラスチック（例：エポキシ・ポリカボネー
ト等）等にもシリカ及びシリカを含んだポリマーの成膜
が可能である。 【００３５】また、上記実施例では、原料としてＴＥＯ
Ｓを挙げているが、ガス化する有機系金属であれば金属
の成膜にも応用できる。原料と添加ガスによっては、シ
リコン窒化膜の成膜も可能である。 【００３６】更に、ＤＣバイアス電源を使わずに、変調
電源（プログラマブル電源等）のみでバイアスを印加さ
せるようにしても良い。 【００３７】本実施例では、ＤＣバイアス電源のマイナ
ス側にサセプタ及び半導体基板を接続しているが、サセ
プタのみに接続した場合は、ＤＣバイアス電源のマイナ
スバイアスを定期的にオンオフ（オフ時間はオン時間の
１／１０程度）を繰り返して、無バイアス（アース接続
状態）にすると良い。 【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。 【００３９】 【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 【００４０】〔Ａ〕メインチャンバーのサセプタは、基
板の温度・ガラス面からの距離・回転数のパラメータを
自由自在に制御できるようにしたので、膜厚の均一性の
向上を図ることができる。 【００４１】〔Ｂ〕真空紫外光発生装置のエキシマラン
プは、短波長で高光子エネルギーを高効率で発光するの
で、成膜の原料を容易に光分解し、照度に対して高効率
な成膜を可能にしている。 【００４２】〔Ｃ〕基板及びサセプタにマイナスバイア
スを印加すると、光分解で発生したプラスイオンの成膜
の原料が静電引力によって基板及びサセプタに引き寄せ
られ、基板表面に成膜される。同時に、中性ラジカルの
成膜の原料も成膜されるため、実験値で２倍の生成レー
トを得ることができる。 【００４３】〔Ｄ〕基板及びサセプタにマイナスバイア
スと、ＤＣバイアスに変調のためのバイアスを印加する
と、光分解で発生した成膜原料ガスのプラスイオン及び
電子が、変化する電位（電界）によって揺さぶられる。
特に、電子は極めて軽いので、瞬時に電位に応じて揺さ
ぶられ、まだイオン化していない原料を電子衝撃で分解
し、プラスイオン及び電子、中性ラジカルの発生に寄与
する。発生した電子は、また原料の分解に使われ、加速
的に原料の分解が進む。同様に、プラスイオンも揺さぶ
られ、イオン衝撃によって原料が加速的に分解される。
分解が進んだ後、変調を止めると、基板にＤＣのマイナ
スバイアスが印加されているので、成膜の原料であるプ
ラスイオンが静電引力により基板に吸着され、成膜レー
トの向上に大きく寄与する。原料も、小さい分子量に分
解されるので、成膜の膜質の向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施例を示す真空紫外光を用いた
ＣＶＤ半導体製造装置の模式図である。 【図２】本発明の第２実施例を示す真空紫外光を用いた
ＣＶＤ半導体製造装置の模式図である。 【図３】本発明の効果を示すＴＥＯＳ圧力に対するウエ
ハバイアス効果を示す図である。 【符号の説明】 １ サセプタ ２ 基板（例：シリコンウエハ） ３ 真空の反応室としてのメインチャンバー（例：Ｓ
ＵＳ材） ４ 真空紫外光発生装置（例：Ｘｅ₂ エキシマラン
プ） ５ 真空紫外光透過ガラス ６ 原料ガス・添加ガスを導入する導入口 ７ 排気口 ８ 真空圧力調整機 ９ ＤＣバイアス電源 １０ アース １１ 真空紫外光 ２１ 変調電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本川 洋右 宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 宮崎沖電気株式会社内 (72)発明者 歳川 清彦 宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 宮崎沖電気株式会社内 (72)発明者 横山 哲郎 宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 有限会社宮崎マシンデザイン内 (72)発明者 宮野 淳一 宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 有限会社宮崎マシンデザイン内 (72)発明者 市木 豊 宮崎県宮崎郡清武町大字木原727番地 有限会社宮崎マシンデザイン内 (56)参考文献 特開 昭63−48831（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−189631（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−50687（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/48 H01L 21/285

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 真空紫外光を用いたＣＶＤ半導体製造装
   置において、 （ａ）基板を載置するサセプタと、 （ｂ）前記基板に真空紫外光を照射する真空紫外光発生
   装置と、 （ｃ）該真空紫外光発生装置の真空紫外光透過ガラスを
   保持するとともに、真空の反応室としてのチャンバー
   と、 （ｄ）前記基板に負バイアスを印加させるＤＣバイアス
   電源と、 （ｅ）該ＤＣバイアス電源に直列に接続される変調電源
   を設ける ことを特徴とする真空紫外光を用いたＣＶＤ半
   導体製造装置。