JPH01189129A - 薄膜の形成方法 - 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〉 本発明は半導体素子、センサ等の電子、光電子素子等を
形成する際用いられる薄膜の形成プロセスに関するもの
である。

〈従来の技術〉 高集積半導体メモリなどの電子素子に使用される薄膜形
成技術には近年ますます高品質化、高精度化が要求され
ており、この目的のために多くのプロセス改良が進めら
れている。薄膜を形成する蒸着機やスパッタ装置、ＣＶ
Ｄ装置などの装置内部のクリーニングはその中の極めて
重要なプロセスである。

高品質化の面では、原料の高純度化が図られているが、
反応器や真空槽など薄膜形成する装置内部に汚染がある
場合、或いは装置内が大気中に露出されて内壁に水分が
吸着した場合には、たとえ原料が高純度化されてもその
効果が充分に得られないことが多い。また、装置内壁に
付着した薄膜材料が剥離して形成薄膜の内部や表面に収
り込まれ、以後の微細加工や膜の特性に悪影響を及ぼす
ことも多い。

一方、高精度化の面では、特にＣＶＤ装置の場合化学反
応で膜の成長が進行するため、水分など不純物の存在に
よる反応速度の変化は極めて大きく、厳密な膜厚制御を
行うためにはこれらを徹底的に除去する必要がある。そ
のため反応器は出来るだけ大気に晒さず真空に保たれる
ことが望ましいが、上述のように内壁に成長した生成物
は除去しなければならない。特にタングステンの選択成
長など成膜雰囲気の影響を非常に敏感に受けるプロセス
においては、反応器内部の状態を毎回同じ状態に戻さな
ければ再現性のある成膜は行えない。

さらに光ＣＶＤでは窓への薄膜の成長によって透過する
光の強度が低下し反応速塵がそれに応じて変化するため
膜厚の厳密な制御が困難であり、また、膜質に成膜時の
光強度依存性がある場合、特性の維持も困難で、再現性
に乏しい。よって少なくとも成膜１回ごとに窓に付着し
た生成物を除去する必要がある。

以上のような点から、成膜後Ｎ　Ｆ　３等の反応ガスを
成膜装置に導入し、生成物を反応除去する方法、或いは
成膜装置内外に電極を設置し、装置内にＣＦ４　、Ｃ７
？２　、ＳＦｓ等のエンチングガスを導入してプラズマ
放電等でクリーニングする方法が検討されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記反応ガスとして用いられるＮ　Ｆ　３は
環境破壊をもたらすものとして行政より使用量に制限が
与えられる。また、反応ガスとして用いられるＮＦ３．
或いはエツチングガスとして用いられるＣＦ４　、ＣＩ
！ｚ　、ＳＦｓはいずれも生成物を除去するだけでなく
、装置内部の構成材料としてよく用いられるステンレス
やアルミニウムトモ反応するため、クリーニング効率を
低下させ、成膜装置内部を徐々に侵食する上、ガスの成
分が成膜時に膜中に収り込まれて膜特性を劣化させると
いった問題点が生じる。

特に光ＣＶＤ装置の場合には照射窓の材料である石英が
エツチングされ一表面荒れを生じて白濁化し光の透過光
強度が低下する。従って成膜の度に光強度は低下し、あ
る時点で再研磨を行いながら使用しなければならず量産
化装置としては到底使用できなかった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上述する問題点を解決するためになされたもの
で、ほぼ真空に保たれた反応器内で基板上への成膜を繰
り返し行なう際、第１の基板上への成膜工程と、第２の
基板上への成膜工程との間に、反応器内を所望温度、所
望圧力に保ち、三弗化塩素ガスを供給する工程を有して
なる薄膜の形成方法を提供するものである。

く作　用〉 上述の如く、基板上への成膜工程毎に反応器内に三弗化
塩素ガスを供給することにより、表面に密なフッ化物被
膜を形成する材料や５ｉＯｚ、ステンレスに対して三弗
化塩素が全く不活性という特徴を有しているため、従来
の反応器内クリーニングで問題となった装置構成材料の
侵食を完全に排除し、成膜毎に成膜前の反応器内部の状
態を再現させることが可能になる。

〈実施例〉 以下、本発明の詳細な説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。

第１図は本発明の一実施例を説明するための光ＣＶＤ装
置の概略図である。１６Ｍ　ＤＲＡＭ（ダイナミックラ
ンダムアクセスメモリ）に使用する誘電薄膜である酸化
クンクル薄膜を形成する場合、五塩化タンタル１と酸素
２の混合ガスを反応器内に充たし、反応器内の加熱用サ
セプタ３上にシリコン等の半導体基板４を載置して加熱
し、更に該基板４上方の合成石英窓５から低圧水銀ラン
プ６の紫外光を反応器内に供給する。その際、典型的な
成膜条件は以下のようなものである。

反応器内圧力　　　　　：０．２Ｔｏｒｒ基板加熱温度
　　　　　二３００℃ 五酸化タンタル発生温度：９０℃ キャリア窒素流量　　　：　Ｉ　Ｏｓｃｃｍ酸素流量　
　　　　　　：３００ｓｅｃｍ希釈窒素流量　　　　　
：５００ｓｅｃｍ光強度　　　　　　　　：　４ｍＷ／
ｃｍ２　（ａ　ｔ　１８５ｎｍ）この条件によって基板
４上に五酸化タンタル薄膜が成長するが、このとき同時
に光照射窓内壁にも時間と共に五酸化タンタル薄膜が成
長する０該五酸化クンクル薄膜は２８　Ｏｎｍ付近に吸
収端を有し、低圧水銀ランプ６の有効波長を吸収する。

従って、反応器内に導入される光エネルギーは経時的に
減衰し成膜速度もこれに応じて低下していく。

そこで成膜後の基板を搬送機構で排出し、反応器内部の
残留ガスを十分排気した後、マスフローコントローラ（
図示せず）で流量制御した三弗化塩素ガス７を合成石英
窓５近傍に設けた放出口８より反応器内に供給する０該
反応器全体は恒温槽（図示せず）内部に収められており
、反応器を所定の温度に保持する。この三弗化塩素ガス
によるクリーニングの条件は以下のようなものである。

反応器の保持温度＝９０℃ ＣｌＦ３流量　　：　２００　ｓｃｃｍ反応器内圧力　
　：２．０Ｔｏｒｒ クリ一ニング時間：　１０ｒｎｉｎ（５０ｎｍ酸化タン
クル成膜時） この条件で酸化クンクル薄膜は毎分約１０　ｎｍのエツ
チング速度が得られ、非常に効果的に除去される。これ
に対して反応装置の主材料であるステンレスや、窓の材
料である５ｉＯｚは、オングストロームオーダのエツチ
ング量であり、はとんどエツチングされないといってよ
い。このため従来のプラズマエツチング等によるクリー
ニンク簡題となった照射窓表面の荒れによる白濁化も起
こらず、成膜前の光強度を再度得ることが可能となる０ 上記本実施例において、酸化タンタル薄膜成膜条件及び
除去条件を上述の如く記載したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、所望膜質。

膜厚等により適宜変更してよい。

第２図は本発明の一実施例と従来例とを比較した図であ
る。第２図中Ａは基板への成膜間にクリーニングを行な
われない場合の酸化クンタル薄膜の累積膜厚と成膜時間
との関係を示し、第２図中Ｂは基板への成膜毎にクリー
ニングを行なった場合の酸化タンタル薄膜の累積膜厚と
成膜時間との関係を示したものである。実用上必要な酸
化タンクル薄膜の膜厚は約８０　ｎｍ程度であるが、第
２図中Ａから明らかなようにクリーニングを行なわない
と成膜を繰り返す毎に成膜速度は低下し、膜厚の制御は
困難になる。一方、成膜毎に三弗化塩素ガスによるクリ
ーニングを行なうと、第２図中Ｂから明らかなように繰
り返しの成膜に対して、も光強度は毎回回復するため、
成膜速度が飽和することなく直線的に膜厚が増加する。

したがって本実施例により成膜毎に成膜前の反応器内部
の状態を再現できることがわかる。

上記本実施例において、成膜装置として光ＣＶＤ装置を
用いて酸化タンタル薄膜を成膜したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、蒸着機。

スパッタ装置、或いはＣＶＤ装置等の成膜装置のいずれ
かを用いて酸化タンタル或いは他の薄膜を形成してよい
。

〈発明の効果〉 本発明の三弗化塩素ガスを用いた反応器内のクリーニン
グを、成膜した基板の収り出しを行った後に連続したプ
ロセスとしてシーケンスに加えることにより、反応器内
を清浄に保ったまま、また反応器の構成材料に影響を与
えずに、照射窓や反応器内部に付着した生我物を除去す
ることが出来。

予備排気室の設置などとも組み合わせて高品質かつ高精
度制御可能な成膜プロセスが実現できる。

また、以上のシーケンスを組むことで定期的な保守作業
が不要となり、定常的に成膜装置を稼動させることが可
能となる０

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明の一実施例を説明するための光ＣＶＤ装
置の概略図、［２図は本実施例と従来例との比較図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ほぼ真空に保たれた反応器内で基板上への成膜を繰
   り返し行なう際、 第１の基板上への成膜工程と、第２の基板上への成膜工
   程との間に、反応器内を所望温度、所望圧力に保ち、三
   弗化塩素ガスを所望量供給する工程を有してなることを
   特徴とする薄膜の形成方法。