JPH049369B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は薄膜形成方法に関するものにして、特
にケイ素を含む薄膜形成に好適な方法に関するも
のである。 従来、SiO2、Si3N4、あるいはa−Si膜を形成
する場合、高温下でSiH4を含むガスを熱分解さ
せることにより形成していたが、半導体プロセス
では、プロセスの低温化が強く望まれており、そ
れに対応して放電プラズマを利用したプラズマ
CVDが低温成膜可能な方法として研究が進めら
れてきた。例えば:R.C.G.Swann et al.;J.
Electro−chem.Soc.,114,713(1967),R.J.
Joyce et al.;Thin Solid Films,1,481
(1967),Y.Kuwano;Japan J.Appl.Phys.,7,
88(1968),R.Greht et al.;J.Electrochem.Soc.,
119No.9,1249(1972),A.K.Sirha et al.;ibid.,
125,No.4,601(1978),M.J.Helix et al.;Thin
Solid Films,55,143(1978),W.Kern et al.;
J.Vac.Sci.Tech.,14,No.5,1082(1777),など
が挙げられる。しかしながら、プラズマを用いた
CVDでは、低温膜形成は可能であるが、エネル
ギーが高く、化学量論的に反応を制御することが
難しく、副生成物をなくすことが難しい。 最近、エネルギー源として、紫外線やレーザー
を用いた光CVDの研究が急速に進んできた。こ
の方法では原料ガスの光励起や光分解を利用し
て、低温で薄膜形成を行うことが可能であり、し
かも化学量論的な反応制御がしやすいという利点
がある。たとえば、Hughes社のSarkozyは、
SiH4とO2を原料ガスにし、Hg蒸気を増感剤とし
て紫外線照射によりSiO2膜を形成し(Technical
Digest of 1981 Symposium on VLSI
Technology pp.68Sept.1981)、同社のPetersら
はSiH4とN2O、あるいはSiH4とNH3を各々原料
ガスとし、Hg蒸気を光増感剤として紫外線照射
し、SiO2やSi3N4膜を100℃以下の低温で形成し
ている。これらの方法は、大面積のデポジシヨン
を目的としているが、デポジシヨンの速度が非常
に遅く実用に供し得ない。 CO2レーザーを用いてSi−H結合を励起し、
SiH4からa−Si膜を低温形成した例(英、応用
物理学会結晶工学分科会第8回講習会予稿、
1981、10)もあるが、この場合、SiH4濃度が高
いと光が吸収されてしまい、また、反応室内の空
間でも反応が起こり、濃度が低いとデポジシヨン
速度が遅くなるという欠点がある。 本発明の目的は、上記に述べたような従来技術
の欠点をなくし、低温で、高速にa−Si、SiO2、
Si3N4膜を形成するとのできる薄膜形成方法を提
供することにある。 本発明者等は、最大振幅の波長が200nm〜
260nmである紫外光をエネルギー源としたCVD
装置による薄膜形成において、a−Si、SiO2、
Si3N4膜等を形成する際のシラン原料として、
Si2H6、Si3H8、Si4H10を用いることにより、光
反応の効率が向上し、デポジシヨン速度が大きく
なることを見出した。これは、従来用いられてい
るSiH4は真空紫外域にしか吸収がないが、ポリ
シランSioH2o+2では、Si−Si結合が増加するにつ
れて吸収が長波長側に移り、紫外光を効率よく吸
収すること、さらに、Si−Si結合が切れやすいこ
とから、結果的にデポジシヨン速度が、SiH4を
用いた場合に比べて速くなるものと考えられる。
(SiH4の紫外線吸収は180nm以下であるが、
Si2H6では約200nm、Si3H8では約215nm、Si4H10
では約240nmと増加する。) 上記の本発明者等の知見に基づく、本発明の薄
膜形成方法の特徴とするところは、最大振幅の波
長が200nm〜260nmである紫外光をエネルギー源
としたCVD装置による薄膜形成において、原料
の反応性化合物として、下記の分子式(1)、 SioH2o+2 …(1) (ここに、nは、2、3、または4である) で示される物質を用いてなることにある。このよ
うな物質を用いることにより、上記に述べたよう
に、a−Si、SiO2、Si3N4等の薄膜が、CVD装置
により、効率よく、高速度にデポジシヨンできる
ものである。 次に、本発明の薄膜形成方法に用いることので
きるCVD装置について、一具体例につき、第1
図を参照して説明する。 第1図は、一具体例のCVD装置の概略説明図
である。第1図において、符号1は反応容器、2
は石英窓、3はガス導入口、4は排気口、5は可
変バルブ、6は基板、7はシースヒーター、8は
試料台、9は光取出窓、10は原料ガスである。 反応容器1はステンレス製、内径167mmのもの
である。光源としては、低圧水銀灯(2537Å、10
mW/cm2)あるいはエキシマレーザー(ラムダフ
イジツク社製EMG101、KrF249nm)等を用いこ
の光が石英窓2を通つて反応容器内の基板6に照
射される。反応容器内の圧力は目的に応じて異な
るが、0.1〜1Torrが好ましい。圧力が小さすぎ
ると成膜速度がおそく、圧力が高すぎると成膜性
が悪くなる。基板は常温〜300℃の温度範囲で加
熱することが好ましい。また、反応を効率よく行
うため、光増感剤としてHg蒸気を混合すること
が可能であり、この場合、反応容器内に水銀溜を
置き、その蒸気圧を利用する。反応させるシラン
ガス等は、ガス導入口3から反応容器内に入つて
くる。 以下に、本発明を実施例につき、さらに詳細に
説明する。 実施例 1 第1図に示した反応容器1内に基板6として、
3インチシリコンウエハを固定した。この反応容
器内を、まず10-5Torrの真空状態に排気した後、
Si2H6ガス(b.p.−15℃、合成はG.W.Bethke,
M.K.Wilson.J.Chem.Phys.26,1107(1957),H.
Kriegsmann,Z.anorg.u.allgem.Chem.,300,
210(1959)を参照した。)を10%含有するヘリウ
ムガスを10ml/min、N2Oガスを10ml/min、を
ガス導入口3から流しながら、石英窓2を通し
て、低圧水銀灯(10mW/cm2、254nm)から紫外
光を照射した。このときのガス圧は約1Torrであ
る。反応容器内には、水銀溜を置き、約30℃〜40
℃に加熱した。また、基板加熱温度は約50℃であ
る。その結果、約700Å/minの成膜速度で酸化
ケイ素(SiO2)膜が形成された。(原料にSiH4ガ
スを用いた場合は約400Å/minである。)膜厚の
ばらつきは、±5%以内であつた。生成したSiO2
膜をフツ酸系エツチング液でエツチングした所、
通常の光CVD法でSiH4ガスを用いた場合と同程
度であつた。 実施例 2 実施例1と同様な方法で、原料ガスとして、
NH3/Si2H6)流速比)を約10〜20で流した。基
板は250℃程度まで加熱した。得られたSi3N4膜
は、赤外スペクトルにより確認したが、プラズマ
CVDによるものとほぼ同じであつた。 実施例 3 実施例1と同様の方法で、原料ガスとして、
Si2H6を10%含むHeガスを10ml/minで流し、エ
キシマレーザー(KrF249nm)を光源として紫外
線を照射した。このときのガス圧は約0.5Torrで
あつた。デポジシヨン速度は、1000Å/minであ
り、SiH4を同じ条件で用いた場合の700Å/min
よりも高速であつた。生成した膜はアモルフアス
状態のシリコンであり、水銀の混入はSIMSでは
検出できなかつた。 実施例 4〜6 第1表に示した条件で反応ガスを流し、紫外線
を照射した。その結果、第1表に示される結果が
得られた。 【表】 以上に述べたように、本発明によれば、低温
で、効率よく、a−Si、SiO2、Si3N4膜を形成で
きるものであり、従つて本発明の薄膜形成方法
は、半導体等の薄膜製品、とくに多層構造を有す
る薄膜製品の製造において、その生産性を著しく
向上させる効果を有するものであることは明らか
である。
にケイ素を含む薄膜形成に好適な方法に関するも
のである。 従来、SiO2、Si3N4、あるいはa−Si膜を形成
する場合、高温下でSiH4を含むガスを熱分解さ
せることにより形成していたが、半導体プロセス
では、プロセスの低温化が強く望まれており、そ
れに対応して放電プラズマを利用したプラズマ
CVDが低温成膜可能な方法として研究が進めら
れてきた。例えば:R.C.G.Swann et al.;J.
Electro−chem.Soc.,114,713(1967),R.J.
Joyce et al.;Thin Solid Films,1,481
(1967),Y.Kuwano;Japan J.Appl.Phys.,7,
88(1968),R.Greht et al.;J.Electrochem.Soc.,
119No.9,1249(1972),A.K.Sirha et al.;ibid.,
125,No.4,601(1978),M.J.Helix et al.;Thin
Solid Films,55,143(1978),W.Kern et al.;
J.Vac.Sci.Tech.,14,No.5,1082(1777),など
が挙げられる。しかしながら、プラズマを用いた
CVDでは、低温膜形成は可能であるが、エネル
ギーが高く、化学量論的に反応を制御することが
難しく、副生成物をなくすことが難しい。 最近、エネルギー源として、紫外線やレーザー
を用いた光CVDの研究が急速に進んできた。こ
の方法では原料ガスの光励起や光分解を利用し
て、低温で薄膜形成を行うことが可能であり、し
かも化学量論的な反応制御がしやすいという利点
がある。たとえば、Hughes社のSarkozyは、
SiH4とO2を原料ガスにし、Hg蒸気を増感剤とし
て紫外線照射によりSiO2膜を形成し(Technical
Digest of 1981 Symposium on VLSI
Technology pp.68Sept.1981)、同社のPetersら
はSiH4とN2O、あるいはSiH4とNH3を各々原料
ガスとし、Hg蒸気を光増感剤として紫外線照射
し、SiO2やSi3N4膜を100℃以下の低温で形成し
ている。これらの方法は、大面積のデポジシヨン
を目的としているが、デポジシヨンの速度が非常
に遅く実用に供し得ない。 CO2レーザーを用いてSi−H結合を励起し、
SiH4からa−Si膜を低温形成した例(英、応用
物理学会結晶工学分科会第8回講習会予稿、
1981、10)もあるが、この場合、SiH4濃度が高
いと光が吸収されてしまい、また、反応室内の空
間でも反応が起こり、濃度が低いとデポジシヨン
速度が遅くなるという欠点がある。 本発明の目的は、上記に述べたような従来技術
の欠点をなくし、低温で、高速にa−Si、SiO2、
Si3N4膜を形成するとのできる薄膜形成方法を提
供することにある。 本発明者等は、最大振幅の波長が200nm〜
260nmである紫外光をエネルギー源としたCVD
装置による薄膜形成において、a−Si、SiO2、
Si3N4膜等を形成する際のシラン原料として、
Si2H6、Si3H8、Si4H10を用いることにより、光
反応の効率が向上し、デポジシヨン速度が大きく
なることを見出した。これは、従来用いられてい
るSiH4は真空紫外域にしか吸収がないが、ポリ
シランSioH2o+2では、Si−Si結合が増加するにつ
れて吸収が長波長側に移り、紫外光を効率よく吸
収すること、さらに、Si−Si結合が切れやすいこ
とから、結果的にデポジシヨン速度が、SiH4を
用いた場合に比べて速くなるものと考えられる。
(SiH4の紫外線吸収は180nm以下であるが、
Si2H6では約200nm、Si3H8では約215nm、Si4H10
では約240nmと増加する。) 上記の本発明者等の知見に基づく、本発明の薄
膜形成方法の特徴とするところは、最大振幅の波
長が200nm〜260nmである紫外光をエネルギー源
としたCVD装置による薄膜形成において、原料
の反応性化合物として、下記の分子式(1)、 SioH2o+2 …(1) (ここに、nは、2、3、または4である) で示される物質を用いてなることにある。このよ
うな物質を用いることにより、上記に述べたよう
に、a−Si、SiO2、Si3N4等の薄膜が、CVD装置
により、効率よく、高速度にデポジシヨンできる
ものである。 次に、本発明の薄膜形成方法に用いることので
きるCVD装置について、一具体例につき、第1
図を参照して説明する。 第1図は、一具体例のCVD装置の概略説明図
である。第1図において、符号1は反応容器、2
は石英窓、3はガス導入口、4は排気口、5は可
変バルブ、6は基板、7はシースヒーター、8は
試料台、9は光取出窓、10は原料ガスである。 反応容器1はステンレス製、内径167mmのもの
である。光源としては、低圧水銀灯(2537Å、10
mW/cm2)あるいはエキシマレーザー(ラムダフ
イジツク社製EMG101、KrF249nm)等を用いこ
の光が石英窓2を通つて反応容器内の基板6に照
射される。反応容器内の圧力は目的に応じて異な
るが、0.1〜1Torrが好ましい。圧力が小さすぎ
ると成膜速度がおそく、圧力が高すぎると成膜性
が悪くなる。基板は常温〜300℃の温度範囲で加
熱することが好ましい。また、反応を効率よく行
うため、光増感剤としてHg蒸気を混合すること
が可能であり、この場合、反応容器内に水銀溜を
置き、その蒸気圧を利用する。反応させるシラン
ガス等は、ガス導入口3から反応容器内に入つて
くる。 以下に、本発明を実施例につき、さらに詳細に
説明する。 実施例 1 第1図に示した反応容器1内に基板6として、
3インチシリコンウエハを固定した。この反応容
器内を、まず10-5Torrの真空状態に排気した後、
Si2H6ガス(b.p.−15℃、合成はG.W.Bethke,
M.K.Wilson.J.Chem.Phys.26,1107(1957),H.
Kriegsmann,Z.anorg.u.allgem.Chem.,300,
210(1959)を参照した。)を10%含有するヘリウ
ムガスを10ml/min、N2Oガスを10ml/min、を
ガス導入口3から流しながら、石英窓2を通し
て、低圧水銀灯(10mW/cm2、254nm)から紫外
光を照射した。このときのガス圧は約1Torrであ
る。反応容器内には、水銀溜を置き、約30℃〜40
℃に加熱した。また、基板加熱温度は約50℃であ
る。その結果、約700Å/minの成膜速度で酸化
ケイ素(SiO2)膜が形成された。(原料にSiH4ガ
スを用いた場合は約400Å/minである。)膜厚の
ばらつきは、±5%以内であつた。生成したSiO2
膜をフツ酸系エツチング液でエツチングした所、
通常の光CVD法でSiH4ガスを用いた場合と同程
度であつた。 実施例 2 実施例1と同様な方法で、原料ガスとして、
NH3/Si2H6)流速比)を約10〜20で流した。基
板は250℃程度まで加熱した。得られたSi3N4膜
は、赤外スペクトルにより確認したが、プラズマ
CVDによるものとほぼ同じであつた。 実施例 3 実施例1と同様の方法で、原料ガスとして、
Si2H6を10%含むHeガスを10ml/minで流し、エ
キシマレーザー(KrF249nm)を光源として紫外
線を照射した。このときのガス圧は約0.5Torrで
あつた。デポジシヨン速度は、1000Å/minであ
り、SiH4を同じ条件で用いた場合の700Å/min
よりも高速であつた。生成した膜はアモルフアス
状態のシリコンであり、水銀の混入はSIMSでは
検出できなかつた。 実施例 4〜6 第1表に示した条件で反応ガスを流し、紫外線
を照射した。その結果、第1表に示される結果が
得られた。 【表】 以上に述べたように、本発明によれば、低温
で、効率よく、a−Si、SiO2、Si3N4膜を形成で
きるものであり、従つて本発明の薄膜形成方法
は、半導体等の薄膜製品、とくに多層構造を有す
る薄膜製品の製造において、その生産性を著しく
向上させる効果を有するものであることは明らか
である。
第1図は本発明方法の実施に用いることのでき
る光CVD装置の一具体例の概略説明図である。 1……反応容器;2……石英窓;3……ガス導
入口;4……排気口;5……可変バルブ;6……
基板;7……シースヒーター;8……試料台;9
……光取出窓;10……原料ガス。
る光CVD装置の一具体例の概略説明図である。 1……反応容器;2……石英窓;3……ガス導
入口;4……排気口;5……可変バルブ;6……
基板;7……シースヒーター;8……試料台;9
……光取出窓;10……原料ガス。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 最大振幅の波長が200nm〜260nmである紫外
光をエネルギー源としたCVD装置による薄膜形
成において、原料の反応性化合物として、下記の
分子式(1)、 SioH2o+2 …(1) (ここに、n=2,3、または4) で示される物質を用いてなることを特徴とする薄
膜形成方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57168463A JPS5958819A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 薄膜形成方法 |
US06/534,686 US4495218A (en) | 1982-09-29 | 1983-09-22 | Process for forming thin film |
EP83109690A EP0104658B1 (en) | 1982-09-29 | 1983-09-28 | Process for forming thin film |
DE8383109690T DE3364979D1 (en) | 1982-09-29 | 1983-09-28 | Process for forming thin film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57168463A JPS5958819A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 薄膜形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5958819A JPS5958819A (ja) | 1984-04-04 |
JPH049369B2 true JPH049369B2 (ja) | 1992-02-20 |
Family
ID=15868574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57168463A Granted JPS5958819A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 薄膜形成方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4495218A (ja) |
EP (1) | EP0104658B1 (ja) |
JP (1) | JPS5958819A (ja) |
DE (1) | DE3364979D1 (ja) |
Families Citing this family (82)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS59147437A (ja) * | 1983-02-10 | 1984-08-23 | Mitsui Toatsu Chem Inc | 窒化シリコン膜の形成法 |
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JPS61140175A (ja) * | 1984-12-13 | 1986-06-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 被膜作製方法 |
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FR2579825B1 (fr) * | 1985-03-28 | 1991-05-24 | Sumitomo Electric Industries | Element semi-conducteur, procede pour le realiser et articles dans lesquels cet element est utilise |
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