JPH02243764A - 薄膜製造装置 - 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〕 本発明は薄膜製造装置に関し、詳しくは窓が形成された
チャンバ内に試料を配置し、チャンバ壁体に装着された
窓材を通して光、マイクロ波等のガス活性化源をチャン
バ内へ導き、該ガス活性化源を用いてチャンバ内のガス
を活性化し、前記試料に薄膜を形成する薄膜製造装置に
関する。

〔従来の技術〕

かかる薄膜製造装置としては、例えば石英ガラス等の窓
材を通して光をチャンバ内へ導き、光を用いてチャンバ
内の材料ガスを活性化し、試料に薄膜を形成する光ＣＶ
Ｄ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）装置、又は窓材を通してマイクロ波をチャンバ
内へ導き、マイクロ波を用いてチャンバ内の材料ガスを
活性化し、試料に薄膜を形成するマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置、若しくはＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃ
ｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）プラズマＣＶＯ装
置、又は電磁波によって作られたプラズマをスバ、り源
として利用するスパッタ装置、例えばＥＣＲスパッタリ
ング装置が具体的に挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したような薄膜製造装置を用いて試料に薄膜を形成
すべく、窓材を通してガス活性源である光又はマイクロ
波をチャンバ内へ導入すると、前記光又はマイクロ波に
より発生した高密度プラズマが窓材の内側表面に衝突す
る。また前記光又はマイクロ波のエネルギによって窓材
がかなり加熱され、マイクロ波を導入した場合はさらに
誘電体端部でプラズマの異常放電が発生ずる。

これらの現象により窓材はスパッタエツチング効果を受
けて若干量削りとられてチャンバ内へ飛散し、石英ガラ
ス、アルミナ等の窓材物質が形成中の薄膜に取り込まれ
てしまう。このように、窓材物質が形成中の薄膜に混入
すると膜質が極端に劣化し、また膜物性値が変化してデ
バイスとして使用できない場合がある。例えば、石英の
窓材を使用してアモルファスシリコン膜を形成した場合
、石英材料からの酸素が混入し、アモルファスシリコン
の電気特性を劣化させる。Ａｎ、Ｗ、Ｍｏ、及びポリＳ
ｉ等の配線材料においても酸素の混入により、抵抗増大
、ヒロック及び酸化物の偏析が発生し劣化する。

金属系の薄膜であるタングステン膜を石英の窓材を用い
て形成すると、前述と同様に石英材料からの酸素混入が
起こり、「日本金属学会会報、第２７巻、第１１号（１
９８８年）　ｐ８Ｂ９〜ｐ８９８　Ｊに掲載されている
ように、その後の熱処理により膜に混入した酸素が拡散
し、基板であるＳｉ界面に偏析する。

そして、酸素の偏析はタングステンとＳｉとの間に絶縁
層を形成するために、Ｓｉとの接続部で導通不良を生じ
デバイスとして使用できないという問題を有していた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、窓材
に形成すべき膜の少なくとも一成分を含む物質を用いる
か又はその膜成分の少なくとも一成分を窓材内側表面に
被着することにより膜特性の劣化を防止する薄膜製造装
置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る請求項１記載の薄膜製造装置は、窓を有す
るチャンバ内に試料を配置し、前記窓に設けられた窓材
を通してガス活性化源を前記チャンバ内に導入し、この
ガス活性化源によって１ｒｉ記チヤンバ内の材料ガスを
活性化し、前記試料に薄膜を形成する薄膜製造装置にお
いて、前記窓材の表面に前記薄膜の少なくとも一成分を
含む不純物混入防止膜を被着させてあることを特徴とす
る請求項２記載の薄膜製造装置は、窓を有するチャンバ
内に試料を配置し、前記窓に設けられた窓材を通してガ
ス活性化源を前記チャンバ内に導入し、このガス活性化
源によって前記チャンバ内の材料ガスを活性化し、前記
試料に薄膜を形成する薄膜製造装置において、前記窓材
が、前記薄膜の少なくとも一成分を含む不純物混入防止
物質で形成されていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の請求項１記載の薄膜製造装置にあっては、チャ
ンバの窓に設４Ｊられ、ガス活性化源を前記チャンバの
内側に導入する際、通過させる窓材の表面に試料に形成
すべき薄膜の少な（とも−成分を含む不純物混入防止膜
を被着させであるので、導入したガス活性化源により前
記チャンバ内の材料ガスを活性化して前記試料に形成さ
れた薄膜には、前記成分が取り込まれ、膜特性の劣化が
抑制される。

また、本発明の請求項２記載の薄膜製造装置にあっては
、前記窓材がチャンバ内の試料に形成すべき薄膜の少な
くとも一成分を含む不純物混入防止物質で形成されてい
るので、前記試料に形成された薄膜には前記成分が取り
込まれ、膜特性の劣化が抑制される。

〔原理〕

ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置、マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置又はそのプラズマを利用した例えばスバ・７タリン
グ装置において、窓材表面に、Ｓｉスパッタ膜、プラズ
マＣＶＤによるアモルファスＳｉ膜、熱ＣＶＤによるポ
リＳｉ膜等のＳｉ薄膜を被着するか又は高抵抗Ｓｉ基板
を接着するとチャンバ内で発生したプラズマにより窓材
表面のシリコン薄膜又は高抵抗シリコン基板からシリコ
ンがスパッタエツチングされる。試料上に形成する膜を
アモルファスシリコンポリＳｉ、　ＳｉＮ、　　タング
ステンシリサイド、モリブデンシリサイド等のＳｉ系膜
とすると、窓材表面からスパッタエツチングされたシリ
コンが形成中の膜に混入しても問題にならない。即ち、
窓材表面に形成すべき薄膜の少なくとも一成分を含む不
純物混入防止膜を被着させれば、形成中の膜に前記成分
が混入しても形成された薄膜の特性は劣化・Ｉず、有効
であることが明らかである。また、上述したように窓材
にＳｉ系膜を被着せずに、窓材自身を高抵抗単結晶シリ
コンのようなＳｉで構成しても効果は同じであり、従っ
て形成すべき薄膜の少なくとも一成分が含まれている不
純物混入防止物質を窓材として用いることは有効である
ことが明らかである。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は第１の発明の光ＣＶＤ装置における実施例を示
す一部縦断面図であり、図中Ｃはチャンバを示している
。該チャンバＣは一部が開口されて窓１ａが形成された
チャンバ壁体１で構成されており、前記窓１ａはチャン
バＣの上部に設けられている。そして、チャンバＣ内に
は図示しない試料台が試料台上に載置する図示しない試
料と前記窓１ａとが対向するように配設されている。ま
た、チャンバ壁体１には材料ガスを供給する図示しない
ガス管及びチャンバＣ内のガスを排出する図示しない排
気管が開口している。

一部チャンバ壁体１の窓１ａが形成された部位には、窓
１ａを閉鎖するように石英等の光透過物質からなる窓材
２が装着されており、該窓材２の内側表面には前記試料
に形成すべき薄膜の少なくとも一成分を含む不純物混入
防止膜２ａがＣＶＤ法等の方法により被着されている。

このような構造をなす本実施例の装置において、ガス活
性化源としての光は第１図中白抜矢符にて示す如く、不
純物混入防止膜２ａを内側表面に被着させている窓材２
を通じてチャンバＣ内へ導かれるようになっている。

そして、チャンバＣ内に導入した光は材料ガスを活性化
してプラズマ化させ、チャンバＣ内に設けられている図
示しない試料台に載置している試料の表面に堆積させて
薄膜を形成させている。このとき、窓材２の内側表面に
被着している不純物混入防止膜２ａが前記プラズマによ
りスパックエツチングされて、形成中のＦｌ［に取り込
まれるが前述した如く不純物混入防止膜２ａは形成すべ
き薄膜の少なくとも一成分を含んでいるので薄膜の特性
の劣化が抑制される。

第２図は本発明者らの特願昭６３−２４３４２０号に示
されている光ＣＶＤ装置に適用した第１の発明の他の実
施例を示す一部縦断面図であり、第１図と同様にチャン
バ壁体１の窓１ａに装着されている窓材２の内側表面に
は、試料に形成すべき薄膜の少なくとも一成分を含む不
純物混入防止膜２ａが被着されている。そして、前記窓
材２上には電極３２が配設されており、該電極３２には
高周波発振器４ａとマソヂングボソクス４ｂとを備える
高周波発生源４の一端が接続されている。また、高周波
発生源４の他端はチャンバ壁体１に接続されて接地され
ている。このような構造をなす本実施例の装置において
、窓材２上の電極３２に高周波発生源４を用いて高周波
を付加すると、プラズマ中の電子及びイオンの移動度の
違いによって、窓材２の不純物混入防止膜２ａが被着し
ている内側表面にマイナスのセルフバイアスが発生する
。そして、このセルフバイアスによってチャンバＣ内の
プラスイオンが内側表面に引き付けられて入射し、その
入射エネルギによって内側表面にはスパッタエツチング
が起こる。なお、セルフバイアスの電圧は、高周波発生
源４を用いて電極３に付加する高周波電力を制御するこ
とによって制御可能である。

このように窓材２の内側表面にスパッタエツチングが起
こると、そのスパッタ効果によって内側表面、即ち不純
物混入防止膜２ａに生ずる膜堆積は積極的に防止され、
しかも不純物混入防止膜２ａがスパッタエツチングされ
て形成中の薄膜に混入しても上述した理由により薄膜の
特性の劣化が抑制される。

第３図は本発明者らの特願昭６３−２４３４２０号に示
されているＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に適用した第１の
発明の第３の実施例を示す一部縦断面図である。

この実施例の装置においては、チャンバＣが、マイクロ
波を用いてプラズマを発生するプラズマ生成室Ｃ３とプ
ラズマをもちいて試料表面に薄膜を形成する試料室Ｃ２
とに分離されており、石英等のマイクロ波透過物質から
なる窓材２が装着されたチャンバ壁体１の窓１ａ影形成
置にガス活性化源としてのマイクロ波を図中の白抜矢符
に示す如く導くマイクロ波導波管１ｂが設けられている
。またプラズマ生成室Ｃ１にはコイル９が囲繞されてお
り、試料室Ｃ２内には試料６を載置した試料台５が配設
されており、更に試料室Ｃ２には材料ガスを供給するガ
ス管７及び試料室Ｃ２内のガスを排出する排気管８が開
口している。

マイクロ波導波管１ｂと窓材２との間には、マイクロ波
導波管１ｂの内径に相応する内径の貫通孔３１ａが穿設
された平板電極３１が介装されている。なお、平板電極
３１には前述の実施例（第２図）の場合と同様に高周波
発生源４の他端が接続されている。

また、窓材２の内側表面には試料６に形成すべき薄膜の
少なくとも一成分を含む不純物混入防止膜２ａが被着さ
れている。このような構造をなす本実施例の装置では、
第３図中白抜矢符で示され、マイクロ波導波管１ｂにて
導かれるマイクロ波が平板電極３１の貫通孔３１ａを経
由した後、窓材２を通過してプラズマ生成室Ｃ１内に導
入されて、プラズマが発生し、発生したプラズマは試料
室Ｃ２内に導入され、試料６の表面に薄膜が形成される
。

従って、マイクロ波導入部を上述した如き構造となすこ
とにより、マイクロ波のチャンバＣ内への導入を妨げる
ことなく窓材２の内側表面に被着している不純物混入防
止膜２ａへの膜堆積をスパッタ効果により防止すること
ができるだけでなく、不純物混入防止膜２ａがスパッタ
エツチングされて形成中の薄膜に混入肇た場合でも薄膜
の特性の劣化が抑制される。

第４図は第２の発明の光ＣＶＯ装置における実施例を示
す一部縦断面図であり、上述した如く窓材２の内側表面
に不純物混入防止膜２ａを被着するのに替えて窓材２自
身が試料に形成すべき薄膜の少なくとも一成分を含む不
純物混入防止物質で形成されている。本実施例装置にお
いても、上述した実施例と同様に窓材２の内側表面がチ
ャンバＣ内で発生したプラズマによりスパッタエツチン
グされて形成中の薄膜に混入しても、混入した成分は前
記薄膜の少なくとも一成分を含んでいるので、形成され
た薄膜の特性の劣化は抑制される。

なお、本実施例において第２の発明を光ＣＶＤ装置に適
用した例についてのみ示したが、特願昭６３２４３４２
０号に示されている本発明者らの光ＣＶＤ又はＥＣＲプ
ラズマ装置等の他の薄膜製造装置にも用いることができ
るのは言うまでもない。

次に、第３図に示したＥＣＲプラズマＣｖＤ法による本
発明装置を用い、試料上にタングステンシリサイド膜を
形成させた結果について述べる。

まず、石英ガラス（ＳｉＯ２）の窓材２の内側表面の不
純物混入防止膜２ａとして、プラズマＣＶＯ法を用イＳ
ｉＨ４カスにより５μｍのアモルファスシリコン膜を石
英ガラス上に積層形成させた。そして、高周波発生源４
と接続している電極３１に高周波を印加して、アモルフ
ァスシリコン膜に付着した堆積物９をスパッタエツチン
グしながら、訃、ガスと５Ｉ８４ガスを用いＳｉの試料
６上にタングステンシリサイド膜を成膜した。形成され
たタングステンシリサイド膜について、膜の酸化状態を
分析するＥＳＣＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ　ｆｏｒ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓ
ｉｓ）分析を行ったところ、酸素混入は認められなかっ
た。また、ＴＭＡ（Ｔｏｎ　Ｍａｓｓ　Ａｎａｌｙｓｉ
ｓ）分析を行ったが、ＴＭＡ分析検出限界以下であり、
測定されなかった。なお、アモルファスシリコン膜を被
着しない石英ガラスの窓材２を用い、従来のＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置にて上述と同様のガスによりＳｉの試料
上にタングステンシリサイド膜を成膜し、ＥＳＣＡ分析
を行ったところ、膜中に酸素の存在が確認された。また
、アモルファスシリコン膜を被着しない石英ガラスの窓
材２を用いて形成されたタングステンシリサイド膜をア
ニールすると、タングステンシリサイド膜とＳｉ基板と
の間に酸化物が偏析し、デバイス特性を悪化させたのに
対し、本発明装置で形成されたタングステンシリサイド
膜をアニルしても酸化物の存在及び偏析が全く認められ
ず、デバイスの特性の劣化も見られなかった。

なお、上述の実施例ではタングステンシリサイド膜を形
成する際の不純物混入防止膜の成分としてＳｉの一成分
を用いた場合について述べたが、５ｉＮＳｉＧｅ、　５
ｉＳｎ、　Ｓｉｎ、　ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　
０ｘｉｄｅ）、５ｎＯｚＴａ−Ｔｉ−５ｉ又はＺｎＯ等
の複合化合物及び合金物を形成する場合は、形成する膜
の一成分、複数成分又はすべての成分によって構成され
ている不純物混入防止物質を窓材として用いても良い。

また該物質をスパック法、　ＣＶＤ法、蒸着法等の薄膜
製造方法を用い、又は前記物質を板状等の形状に成形し
、不純物混入防止膜として窓材に被着させても良い。例
えば、ＳｉＮ膜を試料上に形成する場合は、窓材にＳｉ
Ｎ膜をＣＶＤ法等の方法により被着しても、窓材にＳｉ
Ｎ板を被着しても、窓材自身を５ｉＮ（ＳｉＪａ）で構
成しても良い。

なお、本発明装置において不純物混入防止物質で形成さ
れている窓材３又は不純物混入防止膜が半導体、良導体
であれば、前記窓材又は不純物混入防止膜の厚さを薄く
することにより、前記窓材又は膜によるマイクロ波の吸
収量を少なくすることが可能である。

また、光ＣＶＤ法に適応した本発明装置のように光をガ
ス活性化源として使用する場合は、被着される不純物混
入防止膜又は不純物混入防止膜物質である窓材の光透過
率が問題となるが、光透過率が低い場合は、前記窓材又
は膜を薄くすることにより、光透過率を高くすることが
可能である。

なお、本発明装置においては不純物混入防止膜又は不純
物混入防止物質には、形成すべき薄膜の少なくとも一成
分が含まれているとしたが、例えばタングステン膜、　
＾ββ膜上モリブデン膜の薄膜では、該薄膜にその成分
に含まれていないＳｉが混入しても特性が向上したり、
通常の使用に問題にならないものがある。〔総合技術出
版発行。

「超ＬＳＩ技術と材料ｊ　　１９Ｂ５年、　ｐＨ２〜〕
では、タングステン膜中にＳｉが混入しても、微量なら
抵抗率は低く使用に十分耐え得ると記載されている。

また、〔オーム社発行　ｒＬｓＩハンドブックＪ　１９
Ｂ４年、　ｐ２７７〜〕では、Ａ６膜においてはエレク
トロマイグレーションの問題が発生するため強制的に膜
成分でないＳｉを混入し、エレクトロマイグレーション
を防止していると報告されている。このように形成する
薄膜の成分ではないが、薄膜に混入しても薄膜の特性に
問題がない場合は、その成分を不純物混入防止膜又は不
純物混入防止物質に用いても良い。

第１表に、試料に形成する薄膜と不純物混入防止膜又は
不純物混入防止物質との具体的なｍめ合わせ例を示した
。本発明の実施に当たっては、第１表の組み合わせを適
用することが好ましい。

（以　　　下　　余　　　白） 〔発明の効果〕 以上、詳述した如く本発明に係る薄膜製造装置にあって
は、窓材の表面に形成すべき薄膜の少なくとも一成分を
含む不純物混入防止膜を被着するか、窓材を前記薄膜の
少なくとも一成分を含む不純物混入防止物質で形成して
いるので、薄膜特性を劣化させる不純物を混入させるこ
となく、薄膜が形成される優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の光ＣＶＤ装置における実施例を示
す一部縦断面図、第２図は第１の発明の他の実施例を示
す一部縦断面図、第３図は第１の発明の第３の実施例を
示す一部縦断面図、第４図は第２の発明の光ＣＶＯ装置
における実施例を示す一部縦断面図である。 ■・・・チャンバ壁体　　１ａ・・・窓　　２・・・窓
材２ａ・・・不純物混入防止膜　　２ｈ・・・不純物混
入防止物質　　６・・・試料　　Ｃ・・・チャンバ特　
許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　河
　　野　　登　　夫ｒ−」μｍコ ４コ　　　　　　　　　　の ｒ−一人一一） Ｊコ　　　　　　　　　の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窓を有するチャンバ内に試料を配置し、前記窓に設
   けられた窓材を通してガス活性化源を前記チャンバ内に
   導入し、このガス活性化源によって前記チャンバ内の材
   料ガスを活性化し、前記試料に薄膜を形成する薄膜製造
   装置において、 前記窓材の表面に前記薄膜の少なくとも一 成分を含む不純物混入防止膜を被着させてあることを特
   徴とする薄膜製造装置。 ２、窓を有するチャンバ内に試料を配置し、前記窓に設
   けられた窓材を通してガス活性化源を前記チャンバ内に
   導入し、このガス活性化源によって前記チャンバ内の材
   料ガスを活性化し、前記試料に薄膜を形成する薄膜製造
   装置において、 前記窓材が、前記薄膜の少なくとも一成分 を含む不純物混入防止物質で形成されていることを特徴
   とする薄膜製造装置。