JPH0239522A - 光励起気相成長方法 - 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、光励起気相成長方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明の光励起気相成長方法は、反応ガスをジェット流
として供給し、あるいは液化させて供給〔従来の技術〕 反応ガスに光エネルギーを照射してこれを励起し、これ
により気相成長を行う光励起気相成長方法は、気相成長
膜等を形成する基板等に対してダメージがなく、ダメー
ジフリーの気相成長方法として注目されている。かかる
気相成長方法については、例えば、プレスジャーナル社
刊ｒＳｅｍｉ−ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ　Ｊ　
１９８５年９月号、１０５〜１１０頁の「光化学反応に
よる被膜形成」に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし従来の光励起気相成長方法、例えば光ＣＶＤ法は
、低温でのダメージフリーのＣＶＤ法として注目されて
はいるが、その気相成長速度（堆積速度）が小さく、例
えば数十人／分と非常に小さい。従って産業用としては
実用的でなく、あるいは産業用として用いるには非常に
コストがかかる方法をとらざるを得す、高価なものにな
って、結局実用に供し得ないのが現状である。

この理由としては、従来の光気相成長方法において、光
エネルギーの利用効率が極めて小さいことが挙げられる
。例えば、エキシマレーザ−を用いた場合について試算
すると、効率が１００％ならば１１Ｈｚ分のガスを消費
することになる。

即ち例えば、Ａ　ｒ　Ｆ・エキシマレーザ−の１パルス
の光子の数Ｎ０は、次の式のように、約９．７ｘ　ｌ　
Ｑ　Ｉ　６個に及ぶ。　（なお、このＡｒＦ・エキシマ
レーザ−は、２０ｎＳｅＣのパルス長で、３０Ｈｚの発
振周波数のものである）。

＝　　９．７Ｘ１０”／パルス この光子が、１個ずつ反応分子を励起するとすると、消
費されるガスは、 ＝１８０　５ＬＳ ＝１１ｒｒｒ／分（標準状態） の計算式で示されるように、１背当たり１１イとなる。

しかし、実際には、光励起気相成長方法においてこれ程
大量のガスをチェンバーに導入できない。

１６／分程度である。ということは、光エネルギーの利
用効率が１％にも満たない、非常に小さいものであると
いうことができる。

即ち、従来の光励起気相成長方法においては、光励起性
以外の通常のＣＶＤ法におけると同様なガスの供給法を
用いているため、結局光のエネルギー密度に対して、ガ
ス密度が低過ぎるものとなっているということができる
。

本発明は上記従来技術の問題点を解決し、気相成長速度
を向上させた光励起気相成長方法を提供せんとするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するため、本出願の第１の発明で
ある光励起気相成長方法は、反応ガスをジェット流とし
て供給し、ジェット流化された反応ガスに光を照射して
光励起する構成とする。

また、本出願の第２の発明である光励起気相成長方法は
、反応ガスを液化させて供給し、液化された反応ガスに
光を照射して光励起する構成とする。

〔作　用〕

上記のように本出願の第１の発明は反応ガスをジェット
流とし、また本出願の第２の発明は反応ガスを液化させ
、これによりいずれも反応ガスを密度の高い状態とした
ということができ、これに光を照射して光励起すること
により、反応ガスの密度を高めた分、光エネルギーを従
来より多く反応ガスの励起に用いることができ、よって
光励起を効率良く達成できて、この結果、気相成長速度
を大にすることが可能ならしめられる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について、図面を参照、して説明す
る。但し当然のことではあるが、本発明は以下の実施例
により限定されるものではない。

実施例−１ 第１図は本発明の第１の実施例の構成図を示すものであ
る。この実施例は、本出願の第１の発明の実施の一例で
ある。

第１図中、符号１で示すのはジェット流として供給され
た反応ガスであり、これは図ではガス流速分布図１ａ、
ｌｂ、ｌｃとして示した。符号２で示す矢印は、照射す
る光をその照射方向で示すものであり、本例では破線２
ａで模式的に示すようにガス流の中心に向って収束する
ような照射方向とした。

本実施例はノズルによりジェット流を形成するようにし
たものであり、図中３で示すのがノズルであり、このノ
ズル３に矢印４で流入した反応ガスがノズル３を通って
噴流となり、ジェット流として供給される。本実施例に
おいて、供給されるジェット流は、音速に近い、もしく
は音速以上の高速流であり、このようなジェット流にな
るように、ノズル３及び反応ガスの流れ４の流量・流速
等を制御する。前記のとおり符号１ａ、ｌｂ、ＩＣで示
すのが反応ガスのガス流速分布であり、この分布より、
ガス流の中央部が流速が大きく、ガス密度が高くなって
いることがわかる。

このように、反応ガスをジェット流として供給すること
により、ガス密度を上げることができる。

よってこのようにガス密度が高くなったところに光を照
射して励起するので、効率の良い光励起が達成されて、
光励起気相成長速度の高速化を実現できるものである。

特に本例では、ガス流の最も高速度な、ガス流の中心に
向って光が収束するように光照射したので、効率を一層
高めるようにできた。本例では、かかる光照射は、光学
系、特にミラー系によりこのような台形状の光分布の照
射を実現するようにした。

光励起はチェンバー５内で行わせるようにし、本例では
被堆積基体６として半導体ウェハを用い、この上に気相
成長させるようにした。チェンバー５は、その内部にお
いて、ノズル３の出口から基体６であるウェハまでの長
さ！が、ノズル３からジェット流として供給された反応
ガスに光エネルギーを充分に吸収させるための適当な長
さが確保されるような大きさになるように設計した。矢
印７は排気系を示す。

反応ガスとしては、１種類のガスを用いることもでき、
また混合ガスにしてジェット流として供給することもで
きる。混合ガス系とする場合は、光のエネルギーを吸収
し易いガスをジェット主流とするのが良い。

本実施例の方法を用いて、次のような試作実験を行った
。

（１）　　シランまたはジシランを反応ガスとして、基
体上にシリコン被膜を形成 （２）　　ジシランと亜酸化窒素とを反応ガスとして、
酸化ケイ素（ＳｉＯｚ）被膜を形成 （３）　　ジシランとアンモニアとを反応ガスとして、
窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）被膜を形成 但し、光源としては、エキシマレーザ−光源と、水銀ラ
ンプにフィルターを付したものとの双方を用い、各々実
験した。いずれも良好な結果が得られた。なおエキシマ
レーザ−としては、ＸｅＣ１（波長３０８ｒ＋ｍ）、Ｋ
ｒＦ（同２４９ｎｍ）、ＫｒＣ／！　（同２２２ｎｍ）
　、Ａ　ｒ　Ｆ　（同１９３ｎｍ）、Ｆ２（同１５７ｎ
ｍ）など、各種のレーザー光を採用できる。

上記実験例から理解されるように、本発明の方法では、
反応ガスが照射光を吸収する効率を高めることができる
ように、反応ガスをジェット流として供給することによ
りその密度を高くしたので、実用的な気相成長速度が得
られる。特に本実施例では、上記ｌを充分にとって、ガ
ス流と光路の混り合う距離を長くして、効率を更に向上
させる構成をとった。

このように本実施例では、反応ガスを、音速ジェット化
することにより、分散を小さ（し、かつ高密度をできる
限り保つようにするとともに、ガス励起用の反応光を、
ジェット流とほぼ平行に、気相成長対象物（基体）上で
集光するようにノズルの周囲から導入し、更に、ノズル
と、気相成長対象物（基体）との距離２を、ガスのジェ
ット流があまりくずれない範囲で、できるだけ長く取っ
たので、効率の良い、実用的な気相成長速度の光励起気
相成長を実現できた。

実施例−２ 第２図は本発明の第２の実施例の構成図を示すものであ
り、第３図はその例の変形例の構成図を示すものである
。これらの実施例は、本出願の第２の発明を具体化した
実施例である。

第２図中、符号１１は液化させて供給された反応ガスを
示し、符号１２は、これに照射する光をその照射方向に
より示すものである。１３は反応ガスを液化するための
低温液化装置、１４は反応ガス供給源（ガス容器）を示
す。１６は気相成長対象物である基体であり、本例では
半導体ウェハであって、このウェハ上に光励起気相成長
により堆積を行う。

第３図についても、同じ符号を付した。

第２図の例は、基体１６（ウェハ）に対して、液化ガス
１１が垂直の方向で向う構成とした例であり、第３図の
例は、平行に（重力方向で）両者を配置した例である。

第３図の例は、液だれの可能性があっても、これを防ぐ
ことができる。

液化は、霧状の液化であってもよい。これにより、反応
ガスの液化の大きさ（液滴の大きさ）によっては、光の
表面吸収のみで局部的解離になるおそれがある場合でも
、これを防止できる。また、第４図に略示するように、
通常の液化部１１ａと、霧状の液化部１１ｂとを併用す
ることもできる。

励起用の光の光源としては、エキシマレーザ−光源の如
きレーザー光源や、水銀ランプ（フィルターを用いてよ
い）を用いることができる。レーザー光の場合は液化部
（霧状部）に照射し、また水銀ランプ光の場合は、光学
系で液滴部になっている所に絞り、あるいは霧状の場合
該霧状になっている所に照射して、用いることができる
。

本実施例（第２図乃至第４図の実施例。以下「実施例−
２」の項において同じ）は、反応ガスの密度を高めるた
め、反応ガスを低温液化させ、そこへ光を集光させて、
光エネルギーの吸収率を高めることにより、気相成長速
度を高めることができたものである。

本実施例において、次のような３例の試作実験を行った
ところ、いずれも好結果が得られた。なお、光照射する
ために実験に用いた光源は、エキシマレーザ−光源と、
水銀ランプにフィルターを用いたものとの双方であって
、各々について実験を行った。

（１）　　Ｓ　ｉ　Ｈ４（沸点−１１２°Ｃ）を用いて
、基体上にアモルファスシリコン被膜ヲ形成 （２）ＳｉＨ４とＮ　Ｈ３（沸点−３３，４°Ｃ）を用
いて、シリコンナイトライド被膜を形成 （３）　　Ｓ　ｉ　Ｈ４とＮ２０（沸点−８９，５°Ｃ
）を用いて、Ｓｉ、Ｏ，膜を形成 上記実験の内、（２）については、従来のプラズマＳｉ
Ｎ形成法などであると低温ダメージのおそれがあったの
に対し、ここではそのおそれなく、パッシベーション膜
などとして使用できるシリコンナイトライド被膜が得ら
れた。

また同様に（３）では、パッシベーション膜や、絶縁膜
として使用できる酸化シリコン膜が良好に得られた。

上記ではシラン系化合物として、モノシラン’Ｓ　ｉ　
Ｈａを用いたが、ジシランＳｉ、Ｈ，以上の多Ｓｔ水素
化合物は、高温でも液化し易いので、更に容易に使用で
きる。

また、Ｎ２や０□なと液化しにくいガスも、雰囲気ガス
として、あるいはキャリアーガス乃至は希釈ガスとして
用いて、ともに供給することができる。このように、気
体状態のものと、液化したガスとを併用することができ
る。

本実施例においては、液体の凝集エネルギーは、光エネ
ルギーが熱エネルギーに変換する分でブレークされ、こ
れにより基体への気相成長（ウェハへの堆積）が起こる
と考えられる。また、このような現象を助けるため、他
の加熱手段（ヒータ、ＩＲなどによる基体の加熱）を併
置するようにしてもよい。

本実施例では、反応ガスを低温液化させ、この液化ガス
を気相成長対象物である基体近くに置き、光を該液化ガ
スに集光させるようにしたので、反応ガスが液化により
高密度になり、この結果励起に用いる反応用の光の利用
効率が高（なり、気相成長の高速化が実現できた。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、気相成長速度を向上させた
光励起気相成長方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。第
２図は本発明の第２の実施例を示す構成図であり、第３
図は該例の変形例、第４図は該例の別の変形例を示す構
成図である。 １・・・・・・ジェット流として供給された反応ガス、
２・・・・・・照射光、 １１・・・・・・液化させて供給された反応ガス、 １２・・・・・・照射光。 特 許 出 願 人 ソニー株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応ガスをジェット流として供給し、ジェット流化
   された反応ガスに光を照射して光励起する光励起気相成
   長方法。 ２、反応ガスを液化させて供給し、液化された反応ガス
   に光を照射して光励起する光励起気相成長方法。