JPH03268320A - 光ｃｖｄ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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体デバイス製造装置に係わり、特に光Ｃ
ＶＤ装置に関する。

（従来の技術） 最近の半導体技術の進展には目ざましいものがあり、熱
励起プロセスなどの従来型の半導体プロセスは成熟の領
域に達している。

しかし、今後、超集積回路などのデバイス性能の飛躍的
向上、あるいは新機能材料の創成等を図っていく上では
現在のプロセスがかかえる欠点を克服する新しいプロセ
スの開発が必要となってくる。この新しいプロセスの一
つとして光励起プロセスが注目を集めている。

この光励起プロセスには例えば光ＣＶＤ法がある。この
光ＣＶＤ法は一般に試料室内に導入された原料ガスある
いは試料表面に対して、光源から光入射窓を通じて光を
照射し、原料ガスあるいは試料を励起することにより基
板上に薄膜を堆積させる方法である。この方法により形
成した薄膜はプラズマＣＶＤ法で形成した場合に比ベイ
オンダメージがなく、良質な膜であることが言われてい
る。さらに、この方法では低温で薄膜を基板上に堆積さ
せることが可能なので、前記基板上に形成された素子等
に対する影響も小さくてすむ。

しかし、この光ＣＶＤ法にも問題点はある。例えば、試
料室に設けられた光入射窓の曇りである。

すなわち、前述したように光源から照射された光により
原料ガスは励起されるが、このように励起された原料ガ
スは基板上のみならず、光入射窓表面にも薄膜として堆
積する。前記薄膜は光を透過しないものが多く、その結
果、前記光入射窓を透過する光量は低下し、連続的に、
基板上に薄膜を堆積させることができないという問題が
あった。

以上の問題を解決する光ＣＶＤ装置として原料ガスと反
応せず、光源から照射される光を吸収しないガスを用い
光入射窓への膜の堆積を防止するようにした装置がある
。例えば特開昭６０−３０１２２号に記載された装置が
ある。この装置は、光入射窓として設けられる透明板の
表面に非膜生成ガス層を形成することを特徴としている
。ここではこの非膜生成ガス層を形成する装置として２
つの例が挙げられている。１つは透明板表面の複数の吹
き出し口に通ずるガス道をこの透明板内部に設け、この
ガス道を通るガスを前記吹出し口から、吹き出させ反応
ガス（原料ガス）が窓近傍に供給されないようにした装
置である。もう１つは透明板に前述したガス道を設けず
、透明板の近傍に設けたガス吹出し口からこの透明板の
表面にガスを吹きつけるようにした装置である。

これらの装置を用いれば、反応ガス（原料ガス）が透明
板の表面に拡散することを防ぎ、この透明板表面に非膜
生成ガス層を形成することができる。

しかしながら、これらの装置では前記非膜生成ガス層を
形成するのに、大量のガスが必要であり、このガスが逆
に基板表面に拡散することにより、この基板表面におけ
る原料ガスの濃度が低下し、基板上での膜の堆積速度が
極端に遅くなってしまうという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、従来の光ＣＶＤ装置では、光を透過しな
い薄膜が光入射窓表面で堆積することを防ぐため、原料
ガスと反応せず、光源から照射される光を吸収しないガ
ス（パージガス）を用い、前記光入射窓の表面に非膜生
成ガス層を形成した。

しかしながら、このような装置では、前記非膜生成ガス
層を形成するのに大量のガスが必要であり、このガスが
基板表面に拡散することにより、この基板表面における
原料ガスの濃度が低下し、基板上での膜の堆積速度が極
端に遅くなってしまう問題があった。本発明は上記実情
に鑑みてなされたもので、前述した問題を解決した光Ｃ
ＶＤ装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、前述した問題を解決するために、光源と、原
料ガスを導入する原料ガス導入部と前記原料ガスを排気
する主排気部と基板を載置する基板載置台と前記光源か
らの光を前記基板に照射せしめる先導入部とを有する試
料室と、前記原料ガス導入部と前記先導入部との間に設
けられ、前記原料ガスの前記光導入部側への拡散を防止
するため、前記試料室内にパージガスを導入するパージ
ガス導入部と、前記主排気部より前記光導入部に近い試
料室の部分に設けられ、パージガスを排気する補助排気
部とからなる光ＣＶＤ装置を提供する。

（作　　用） 本発明の光ＣＶＤ装置であれば、パージガス導入部から
前記試料室の中に導入されたパージガスは、同じく前記
試料室の中に導入された原料ガスの光導入部側への拡散
を防止するので前記光導入部の曇りは防止される。さら
に、このパージガスは補助排気部から排気され、基板表
面に拡散しないので、この基板表面における原料ガスの
濃度が低下することはなく、基板上での膜の堆積速度が
遅くなる問題は生じない。

（実施例） 以下、本発明による光ＣＶＤ装置の一実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

第１図は本発明による光ＣＶＤ装置の一実施例の構成を
示す概略断面図である。１は円筒型のチャンバー（試料
室）で、このチャンバーの上部には光導入部として合成
石英からなる光入射窓２が形成されている。前記光入射
窓２の上部には光源として低圧水銀ランプ３、この低圧
水銀ランプ３の上部には、更に反射板４を設置し、前記
チャンバー１側への光照度の増大を図っている。これら
低圧水銀ランプ３とアルミニウム製の反射板４はランプ
ハウス５の中に格納されＮ２ガスによってパージされて
いる。チャンバー１の底部には、基板載置台としてヒー
タを内蔵したウェハースチーシロが前記光入射窓２から
１０ＣＩ１１程の位置に設置されており、その上に基板
７が設置される。

この図に示すように原料ガス導入部として、Ｓ　Ｉ　Ｈ
４ガス導入口８はチャンバー１の底部近傍に設けられ、
この導入口８よりＳ　Ｉ　Ｈｉ、ガスが導入される。こ
のＳ　Ｉ　Ｈ４ガスは、図示はしていないが、加熱され
た水銀蒸気と一緒に導入される。

主排気部であるガスの主排気口９も前記チャンバー１の
底部近傍に設けられ、この図に示すように前記ガス導入
口８の反対方向に設けられている。

本発明の実施例による光ＣＶＤ装置でガスカーテン法を
採用し、図示されている様に光入射窓２の下方に、合成
石英ガラスでできたメツシュ１０が設置されている。こ
の光入射窓２とメツシュ１０の間のＡｒガス導入口（パ
ージガス導入部）から、パージガスとしてＡｒを導入し
、このＡｒガスを前記メツシュ１０を介して前記チャン
バー１内に供給する。

そして前記メツシュ１０の下方的３ｃｍの位置には補助
排気部として補助排気口１３が設置されており、導入さ
れたＡｒガスを前記メツシュ１０を通過した所で排気す
る。この排気口１３は、チャンバー１の内壁に数箇所設
置され、この図に示すように左右対称に配置される。

また、前記主排気口９及び前記補助排気口１３はそれぞ
れ、コンダクタンスバルブ１４．１５を調整することに
より、排気量を調整することができる。

第２図は本発明の実施例の効果を説明するため従来のガ
スカーテン法を用いた光ＣＶＤ装置を用いて、基板７上
にアモルファスシリコン（ａ　−５ｉ：Ｈ）Ｈ１２を堆
積させた時の堆積速度を示す特性図である。この図にお
いて従来の光ＣＶＤ装置は前記補助排気口１３を有しな
い他は、本発明の光ＣＶＤ装置の実施例と同一に構成さ
れている。薄膜の堆積条件はＳ　ｉＨ４ガスの流量を２
０ｓｅｃｍにして、Ａｒガスの流量を変えた。コンダク
タンスバルブ１４を調整することにより、チャンバー１
内の圧力を１０　Ｔｏｒｒとし、基板温度は２５０℃と
した。第２図かられかるようにＡｒガスの流量が小さい
時は、膜１２の堆積速度は小さい。この時はＡｒガスは
Ｓ　Ｉ　Ｈ４ガスを基板７側に十分に押さえこむことが
できず、光入射窓２にも膜の堆積が起こり、基板表面で
の光強度が小さくなるので、前記膜１２の堆積速度が小
さくなる。

更にＡｒガスの流量を増加させると前記膜１２の堆積速
度は徐々に大きくなり、Ａｒガスの流量が５００　ｓｅ
ｃ＋ｅ程度になると、前記膜１２の堆積速度は約５０１
／１１Ｄとなる。この時の排気量は３０ｍ３／ｈｒであ
る。これ以上Ａｒガス流量を増加させても、堆積速度は
あまり大きくならなかった。

このことから従来のガスカーテン法を用いた光ＣＶＤ装
置でＡｒガスを大量に流すことにより、前記チャンバー
１内のＳ　Ｉ　Ｈ４ガス濃度が低下し基板７上での堆積
速度が増加しなくなることがわかる。これに対して、第
３図は第２図に示した堆積速度が最大になるのと同じ条
件で本発明による光ＣＶＤ装置の実施例を用い、全排気
量に対する補助排気量の比率を変化させて、基板７上に
アモルファスシリコン（ａ−３ｉ：Ｈ）膜１２を堆積さ
せた時の堆積速度を示す特性図である。

この光ＣＶＤ装置では、主排気口９および補助排気口１
３の最大排気量は共に９０ｍ３／ｈｒであり、それぞれ
の排気量はコンダクタンスバルブ１４及び１５により変
えることが出来る。Ａｒガスの流量は５００ｓｅｃｍ、
　Ｓ　ｉ　Ｈ４ガスの流量は２０　ｓｅｃｍ、圧力は前
記コンダクタンスバルブ１４及び１５を調節することに
より１０Ｔｏｒｒとした。

また基板温度は２５０℃とした。この図において横軸は
、全排気量３０ｍ”／ｈｒに対する補助排気口１３の排
気量の比率を示している。なお、この装置において、圧
力１０Ｔｏｒｒを保つために、主排気口９のコンダクタ
ンスバルブ１４を徐々に閉めると同時に補助排気口１３
のコンダクタンスバルブ］５を徐々に開く。この比率を
大きくしていくと、Ａｒガスがより多く排気されるため
、このＡｒガスの基板７表面への拡散は抑制される。従
ってこの基板７表面におけるＳ　ｉＨ４ガスの濃度が低
下しなくなり、膜の堆積速度は徐々に増加する。そして
、３５％の時１６０λ／厘ｉｎとなり、第２図で示した
補助排気を行わない場合と比べて約３倍強の堆積速度を
得ることができる。この堆積速度は、実用上十分使用で
きる値である。

さらに前記比率を大きくすると逆に、膜の堆積速度は低
下するようになる。この理由は次に述べる通りである。

すなわち、前記補助排気口１３は、前述したＡｒガス１
１以外に原料ガスであるＳｉＨ４ガスも排気するので、
その排気量が大きくなると、ＳｉＨ４ガスはこの補助排
気口及びその周辺に流れ込むようになり、ここに位置す
る前記メツシュ１０近傍のＳｉＨ４濃度が高くなる。

その結果、膜が前記メツシュ１０に堆積するようになり
、ここでＳ　ｉＨ４ガスが消費される結果、基板７近傍
のＳ　ｉＨ４濃度が低下するからである。

従って、前記主排気口９と前記補助排気口１３との間の
排気量の関係を最適にする必要がある。

すなわち通常、前記補助排気口１３の排気量を、前記主
排気口９の排気量より小さく設定する。さらにまた、前
記補助排気口１３とメツシュ１０との位置関係なども前
記排気量の関係などから適宜最適に設定すればよい。

また、この実施例装置において最大の膜堆積速度が得ら
れる条件下では、前記メツシュ１０および光入射窓３の
曇りはなく、膜堆積は長時間安定して行うことができた
。さらに本実施例装置によれば、オイル成分の不純物の
混入を考慮する必要はないので、高品質の膜が得られる
ようになる。

以上のごとく、本発明の実施例装置において最適の条件
が設定されれば従来装置に比べて約３倍強の膜堆積速度
を得ることが可能である。

以上の実施例では、膜堆積の際のチャンバ内の圧力を１
０Ｔｏｒｒとしたが、他の圧力の条件下でも本発明の光
ＣＶＤ装置を用いることはもちろん可能である。すなわ
ち、圧力を減らす場合には、原料ガスの分子の平均自由
行程が長くなるために、前記分子が光入射窓２に到達し
やすくなり、該部表面に膜が堆積しやすくなる。このた
め、この場合には前述した補助排気口１３の排気量の比
率を上げるか、前記光入射窓２とウニハスチーシロとの
間の距離を長くすればよい。また圧力を増やす場合には
、逆にすればよい。また、本発明の光ＣＶＤ装置は、少
なくとも主排気部と補助排気部を具備し、前記補助排気
部で主としてパージガスを排気して、光入射窓における
膜の堆積を防止することを特徴としている。従ってこの
ような補助排気部を有する装置は本発明に全て含まれる
のは言うまでもない。なお、補助排気部の複数の排気口
は、チャンバー内の各部が均等に排気されるように、配
置されることが望ましい。

また本発明では、アモルファスシリコン膜を例にとり説
明したが他の薄膜堆積にも適用でき、さらに原料ガスの
直接励起を用いた光ＣＶＤ装置としても利用できる。

［発明の効果コ 以上のように本発明の光ＣＶＤ装置であれば、光導入部
の曇りを防止するとともに、基板上での膜の堆積速度を
向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光ＣＶＤ装置の一実施例の構成
を示す概略断面図、第２図は従来の光ＣＶＤ装置を用い
てＡｒガス量を変化させて基板上にアモルファスシリコ
ン膜を堆積させた時の堆積速度を示す特性図、第３図は
本発明による光ＣｖＳ装置を用い、全排気量に対する補
助排気量の比率を変えて、基板上にアモルファスシリコ
ン膜を堆積させた時の堆積速度を示す特性図である。 ｌ、チャンバー　２・・・光入射窓、３・・・低圧水銀
ランプ、４・・・反射板、５・・・ランプハウス、６・
・・ウェハーステージ、７・・・基板、８・・・Ｓ　Ｉ
　Ｈ４ガス導入口、９・・・主排気口、１０・・・メツ
シュ、１１・・・Ａｒガス導入口、１２・・・膜（アモ
ルファスシリコン膜） １ ３・・・補助排気口、 １４゜ ５・・・コンタク タ ンスバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、原料ガスを導入する原料ガス導入部と前
   記原料ガスを排気する主排気部と基板を載置する基板載
   置台と前記光源からの光を前記基板に照射せしめる光導
   入部とを有する試料室と、前記原料ガス導入部と前記光
   導入部との間に設けられ、前記原料ガスの前記光導入部
   側への拡散を防止するため、前記試料室内にパージガス
   を導入するパージガス導入部と、前記主排気部より前記
   光導入部に近い試料室の部分に設けられ、パージガスを
   排気する補助排気部とからなる光ＣＶＤ装置。