JPH0638420Y2

JPH0638420Y2 - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH0638420Y2
Application number: JP1987160231U
Authority: JP
Inventors: 久樹樽井; 信哉津田; 昭一中野; 幸徳桑野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1987-10-20
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2002-10-20
Also published as: JPH0165129U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、光エネルギにより原料ガスを分解し、基板
上に半導体，絶縁体，金属などの薄膜を形成する薄膜形
成装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、光エネルギにより原料ガスを分解して基板上に
薄膜を形成する場合、ステンレス等からなる反応槽内の
底部に基板が配設され、前記基板近辺に原料ガスが供給
され、反応槽の上部に設けられた透光性窓板を通して光
源により前記基板に光が照射され、前記光源による照射
光のエネルギにより原料ガスが分解され、分解により生
じた化学的な活性な成膜ラジカルの反応により前記基板
表面に薄膜用元素が堆積し、所望の薄膜の形成が行われ
る。

ところが、この場合、膜の成長の進行に伴い、前記窓板
への薄膜用元素からなる付着物の付着も同時に進み、次
第に前記光源からの光の透過率が低下して基板上での成
膜反応が鈍り、薄膜が成長しなくなるという不都合が生
じる。

このよな不都合を解消するために、従来種々の手法が提
案されており、第１の例として、窓板の内側面に光源か
らの光を透過するフイルムを近接して配設し、前記フイ
ルムを巻き取つて光源からの光が常にほぼ一定の状態で
透過するようにした手法（特開昭56-35425号公報）があ
り、第２の例として、窓板の内側面に低蒸気圧オイルを
塗布して窓板への付着物の付着を防止するようにした手
法（特開昭57-154839号公報）があり、第３の例とし
て、窓板の近辺に所定流量でガスを流し、このガス流に
より成膜ラジカルの窓板への到達を遮断して窓板への付
着物の付着を防止するようにした手法（特開昭60-20924
8号公報）などがある。

また、第４の例として、反応槽内にエッチングガスを導
入し、そのエッチングガスを励起させるエッチングガス
分解用の光を照射する手法（特開昭60-152023号公報，
実開昭62-37918号公報）がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、第１の例の場合、フイルムの供給，巻取機構を
反応槽に設けなければならず、反応槽の大型化を招くお
それがあり、長時間にわたつて連続反応を行なう際に
は、フイルムの使用量が多くなり、高価になるという問
題点があり、第２の例の場合、オイルにより窓板への付
着物の直接の付着は防止できるが、オイル自体に多少付
着物が付着するため、長時間の反応では，やはり光源か
らの光の透過率が低下するという問題点がある。

さらに、第３の例の場合、成膜ラジカルの窓板への到達
を遮断するには、かなり大量のガスを流す必要がある
が、大量のガス流により原料ガスの流量，濃度等が変動
して成膜条件が変動するため、遮断用のガスの流量をあ
る程度以上多くすることができず、その結果成膜ラジカ
ルの窓板への到達を十分に遮断することができないとい
う問題点があり、その他に成膜反応と窓板への付着物の
エッチングとを定期的に交互に行なうことなども考えら
れているが、エッチングによる生成物を外部に取り出す
ための構成が複雑になり、成膜反応が定期的であるた
め、反応が安定しないという問題点があり、いずれも適
当ではない。

また、第４の例の場合、エッチングガス分解用の光を照
射するため、その光の走行路に沿ってエッチングラジカ
ルができ、局所的なエッチングラジカルを生成すること
が困難であり、効果的な基板への膜形成と、効果的は透
光性窓板からの付着物の除去とを、行えないという問題
点がある。

そこで、この考案では、エッチングラジカル発生手段か
ら供給される局所的なエッチングラジカルにより、窓板
の内面への付着物の付着を防止し、成膜反応に並行して
窓板への付着物の付着防止を効果的に行なうとともに、
効果的な基板への膜形成を行なうようにすることを技術
的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、前記した従来技術の問題点を解決するための手
段を、実施例に対応する第１図を用いて説明する。

すなわち、この考案では、反応槽（１）内の底部の基板
（２）に薄膜用元素を含む原料ガスを供給する供給パイ
プ（４）と、前記反応槽（１）の上部に設けられた透光性窓板（６）
と、前記窓板（６）を通して下部方向に光を照射し光エネル
ギにより前記原料ガスを分解する光源としての低圧水銀
灯（８）と、前記窓板（６）の内面への前記薄膜用元素からなる付着
物の付着を防止すべく、前記反応槽内の前記窓板の近傍
のフィラメント又はマイクロ波によって励起されたエッ
チングラジカルを前記窓板（６）に供給するエッチング
ラジカル発生手段（10）とを備えている。

〔作用〕

したがつて、この考案によると、低圧水銀灯（８）から
の照射光のエネルギにより原料ガスが分解されて成膜ラ
ジカルが生じ、前記成膜ラジカルの反応により基板
（２）上に薄膜が堆積，形成され、窓板（６）の近傍に
設けられたエッチングラジカル発生手段（10）から窓板
（６）に供給される局所的なエッチングラジカルによ
り、窓板（６）の付着物がエッチングされるとともに，
窓板（６）に到達する成膜ラジカルが不活性化され、窓
板（６）への付着物の付着防止と，基板（２）上への薄
膜の形成とが同時に並行して行なわれ、長時間の連続的
な成膜反応が可能となり、従来のような反応槽の大型化
や成膜反応の不安定化が防止される。

〔実施例〕

つぎに、この考案を、その実施例を示した図面とともに
詳細に説明する。

まず、１実施例を示した第１図ないし第３図について説
明する。

第１図において、（１）はステンレス等からなる反応
槽、（２）は反応槽（１）内の底部に配設されたヒータ
（３）上に載置された基板、（４）は先端部が反応槽
（１）内の下部に挿入された供給パイプであり、先端部
に装着され複数個の吹出口を有する吹出部（５）から、
薄膜用元素であるシリコン〔Si〕を含む原料ガスとして
のジシラン〔Si₂H₆〕ガスを基板（２）に供給する。

（６）は反応槽（１）の上面に設けられ紫外線を透過す
る合成ガラスからなる透光性窓板、（７）は反応槽
（１）の上方に設けられた窓板（６）を紫外光を下部方
向に照射しSi₂H₆ガスを分解する光源としての低圧水銀
灯（８）を収納したランプハウス、（９）は先端部が反
応槽（１）内の上部に挿入されたエッチング用ガスとし
ての水素〔H₂〕がスの導入パイプ、（10）はエッチング
ラジカル発生手段であり、ダングステンフィラメント
（11）を内蔵し、導入パンプ（９）の先端に装着され、
窓板（６）の近傍に配設され、導入パイプ（９）からの
H₂ガスを励起して窓板（６）の付着物を除去するエッチ
ングラジカルを発生し、上面の吹出口より窓板（６）の
下面にエッチングラジカルを供給する。

ところで、水銀灯（８）からの紫外光（波長184.9nmお
よび253.7nm）のエネルギにより、Si₂H₆ガスが分解さ
れ、 Si₂H₆→Si₂H₅ ^*＋Ｈ … の反応式により、成膜ラジカルSi₂H₅ ^*が発生し、この成
膜ラジカルがヒータ（３）により200℃に加熱された基
板（２）上において、主として Si₂H₅ ^*→Si₂H(S)＋2H₂ … の反応式により、基板（２）上に固体のSi₂H(S)が堆積
し、アモルファスSiの薄膜が成長する。

なお、前記式中＊印は化学的に活性化したラジカルを
示し、前記式中の（Ｓ）は固体を示すものとし、以下
の反応式においても同様とする。

一方、発生手段（10）では、フィラメント（11）により
導入パイプ（９）からのH₂ガスが励起され H₂→2H^* … の反応式により、エッチングラジカルH^*発生して窓板
（６）に供給され、基板（２）上へのSi₂H(S)の堆積と
同様に、前記式の反応により窓板（６）の内面に付着
したSi₂H(S)が、 Si₂H(S)＋5H^*→Si₂H₆ … の反応により、エッチングされ、窓板（６）の内面に付
着したSi₂H(S)からなる付着物が除去されるとともに、 Si₂H₅ ^*＋H^*→Si₂H₆ … の反応により、窓板（６）に到達する成膜ラジカルSi₂H
₅ ^*が不活性化され、前記式の反応によるSi₂H(S)の窓
板（６）へ付着が防止される。

このとき、前記，式による成膜反応と、前記，
，式によるエッチング反応とを分離して行なうため
に、発生手段（10）と吹出部（５）との間の距離が，ラ
ジカルSi₂H₅ ^*，H^*の拡散距離程度に保持されており、そ
の結果，エッチングラジカルH^*および成膜ラジカルSi₂H
₅ ^*の数は第２図に実線，破線でそれぞれ示すように、発
生手段（10）および吹出部（５）の位置でそれぞれ最大
となる。ただし、第２図において横軸は窓板（６）の下
面からの距離であり、A,B,Cの各点はそれぞれ発生手段
（10），吹出部（５），基板（２）の上面までの距離を
示す点である。

そして、Si₂H₆ガスおよびH₂ガスの流量をそれぞえ10SCC
M,100SCCM,反応槽（１）内の圧力を1Torr,基板温度を20
0℃，水銀灯（８）の紫外線強度を6mW（184.9nm）およ
び30mW（253.7mW），フィラメント（11）の電流を10Aと
して、基板（２）上にアモルファスSiを成長させたとき
の時間と膜厚との関係を調べたところ、第３図の実線に
示すようになり、反応時間が長時間に及んでも、Siの膜
厚は一定の割合で増加し、成膜速度がほぼ一定に保持さ
れるていることがわかる。

一方、比較のために、発生手段（10）を用いずに、窓板
（６）に低蒸気圧オイルを塗布した従来の装置により、
同一条件でSiを成長させたときの時間と膜厚との関係を
調べたとろこ、第３図中の１点鎖線に示すようになり、
反応時間が長時間に及ぶと、オイルへの付着物の付着に
よる光透過率の低下によりSiの膜厚の増加率も低下し、
成膜速度が徐々に減少する。

したがつて、前記実施例によると、エッチングラジカル
発生手段（10）からのエッチグンラジカルH^*により、窓
板（６）の内面の付着物がエッチングされるとともに，
窓板（６）に到達する成膜ラジカルSi₂H₅ ^*が不活性化さ
れ、窓板（６）への付着物の付着が防止されるため、従
来のような反応槽の大型化や成膜反応の不安定化を招く
こともなく、窓板（６）への付着物の付着防止と，基板
（２）上へのSi薄膜の形成とを同時に並行して行なうこ
とができ、膜の成長速度の低下を防止でき、長時間にわ
たる連続的な成膜反応を容易に行なうことが可能とな
る。

なお、エッチングラジカル発生手段（10）は前記したも
のに限らず、第４図に示すように、複数個の供給口（1
2）が透設され，導入パイプ（９）からエッチング用ガ
スが供給される励起チューブ（13）と、マイクロ波をチ
ューブ（13）に供給してマイクロ波プラズマ（Ｐ）のエ
ネルギによりチューブ（13）内にガスを励起してエッチ
ングラジカルを発生する導波管（14）とからなるエッチ
ングラジカルを発生手段（15）を用いてもよく、このと
きチューブ（13）内で発生したエッチングラジカルが供
給口（12）より窓板（６）に供給される。

また、導入パイプ（９）から導入するエッチング用ガス
は，H₂ガスに限らず、原料ガスの種類に応じてHCl,Cl,
F,HFなどの各種ガスを適宜用いてよいのは言うまでもな
い。

さらに、薄膜は半導体薄膜に限らず、金属，絶縁材から
なるのであつても、この考案を同様に実施することがで
きる。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案の薄膜形成装置による、エッチ
ングラジカル発生手段の設置位置を制御することによ
り、エッチングラジカルの分布を制御でき、局所的なエ
ッチングラジカルにより、窓板の内面に付着物がエッチ
ングされるとともに，窓板に到達する成膜ラジカレルが
不活性化され、窓板への付着物の付着が防止されるた
め、従来のような反応槽の大型化や成膜反応の不安定化
を招くこともなく、窓板への付着物の付着防止と，基板
上への薄膜の形成とを同時に並行して行なうことがで
き、膜の成長速度の低下を防止でき、長時間にわたる連
続的な成膜反応を容易に行うことが可能となり、光分解
法による薄膜形成において有効である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの考案の薄膜形成装置の実施例を示し、第１図
ないし第３図は１実施例を示し、第１図は正面図、第２
図がラジカルの分布図、第３図は時間と膜厚との関係
図、第４図は他の実施例の一部の正面図である。（１）……反応槽、（２）……基板、（４）……供給パ
イプ、（６）……透光性窓板、（８）……低圧水銀灯、
（10），（15）……エッチングラジカル発先手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者桑野幸徳大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開昭60−152023（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−37918（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】反応槽内の底部の基板に薄膜用元素を含む
原料ガスを供給する供給パイプと、前記反応槽の上部に設けられた透光性窓板と、前記窓板を通して下部方向に光を照射し光エネルギによ
り前記原料ガスを分解する光源と、前記窓板の内面への前記薄膜用元素からなる付着物の付
着を防止すべく、前記反応槽内の前記窓板の近傍のフィ
ラメント又はマイクロ波によって励起されたエッチング
ラジカルを前記窓板に供給するエッチングラジカル発生
手段とを備えた薄膜形成装置。