JPH0644553B2 - 光気相成長方法及び光気相成長装置 - Google Patents

光気相成長方法及び光気相成長装置

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JPH0644553B2
JPH0644553B2 JP23538283A JP23538283A JPH0644553B2 JP H0644553 B2 JPH0644553 B2 JP H0644553B2 JP 23538283 A JP23538283 A JP 23538283A JP 23538283 A JP23538283 A JP 23538283A JP H0644553 B2 JPH0644553 B2 JP H0644553B2
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政彦 秋山
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/488Protection of windows for introduction of radiation into the coating chamber

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は光気相成長方法及び光気相成長装置に関す
る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
光気相成長法は原料ガスの分解に光子のエネルギーを使
用するため、基板の温度は通常の気相成長法に比較して
低温で良い。したがってこの方法は半導体産業における
プロセスの低温化に有効な製膜方法として期待されてい
る。さらに原理的に荷電粒子を使用しないことから形成
した膜の損傷がなくアモルファスシリコン膜など構造敏
感な半導体膜の形成に特に有効な方法と考えられてい
る。
上記の特徴を有する光気相成長法であるが、光導入窓上
での製膜に起因する問題がある。一部の絶縁膜を除いて
目的とする膜は使用する光の波長に対し不透明であり、
光照射の時間と共に反応室中の光強度が低下してしま
う。この問題から、光導入窓部の頻繁な清浄が必要にな
り、著しい場合には1回の光照射では十分な膜厚を得る
ことができず窓清浄と光照射を数回反復して要求される
膜厚の膜を形成することになる。窓清浄の際に基板を外
気にさらさない工夫がアモルファスシリコン膜の形成で
試みられているが、連続的に製膜できないことは堆積の
長時間化や膜質の劣化をもたらし、結果的に光気相成長
で形成できる膜の種類を著しく制限している。
一方使用する光の波長を真空紫外部にとると、光導入窓
の種類が制約される。フッ化リチウム窓は105mmまで
の紫外光を透過するが機械的強度が小さく大面積の窓を
作ることは装置を複雑にするなどの問題が起こる。また
さらに短波長の光の使用には、窓なしで光源から直接光
導入できれば良いが、これでは光源部への原料ガスの混
入が起こり光源部壁面に製膜してしまい、放電の不安定
化等の問題が起こる。
〔発明の目的〕
この発明は、光導入窓または光源部壁面への製膜を防止
または低減して前述の問題を解決した光気相成長方法及
び装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
光気相成長法では、原料ガスを直接光により分解する
方法と、光増感剤を原料ガスに混合し、光照射で励起
した増感剤の原子または分子との衝突を経て間接的に原
料ガスを分解する方法、がある。光導入窓での膜形成を
抑制するには、の場合は原料ガスの濃度、の場合は
原料ガス以外に増感剤の濃度が窓近傍で低ければよい。
いいかえれば薄膜形成に必要不可欠なガスの原子または
分子の密度が窓近傍で十分低ければよい。
以上の知見に基づき、本発明では、反応室内の基板より
光源側に、光透過を妨げない物体を配置する。そしてこ
の物体の表面に前記薄膜形成に不可欠なガスを物理的ま
たは化学的に吸着する機能を持たせる。この膜形成に不
可欠なガスは通常物体配置部を含みその基板側に導入さ
れる。
さて膜形成に不可欠なガスの原子または分子は前記物体
の間の空間を基板側から光導入窓側に拡散していく。物
体の表面はこのガスを吸着するから、その間の空間内で
は空間中心部から物体表面に向ってのガスの拡散も起こ
り、表面の間隔と表面の光導入方向の長さを適当にとる
ことによって膜形成に不可欠なガスの大部分は光導入窓
側に拡散する過程でこの物体表面に吸着させることがで
きる。
物体表面に、膜形成に不可欠なガスを吸着させるには、
次の3つの方法が有効である。
第1は、原料ガスが分解し表面上で製膜するのに十分な
温度に物体表面を昇温する方法である。第2は、薄膜形
成に必要不可欠なガスの蒸気圧が基板近傍の分圧に比べ
十分小さく、その他のガスの凝縮は無視できる温度に表
面を冷却する方法である。この方法は水銀増感法の場合
には特に有効であり、原料ガスの種類と冷却温度を適当
に選択すれば水銀のみを選択的に物体表面に凝縮させる
ことが可能である。第3は、物体の材料ないし表面材料
を原料ガス又は増感剤を選択的に吸着する物質とする方
法である。
前述のように、膜形成に不可欠なガスは前記物体配置部
にトラップされ、光導入窓側に到達しにくくすることが
できるが、特に有効なのは膜形成に不可欠なガスとして
光増感剤を考えた場合である。通常増感剤は原料ガスに
比べ分圧が小さくて良く表面にトラップされる量も少量
にすぎないからである。一方膜形成に不可欠なガスとし
て原料ガスを考える場合は前述のままではトラップ量が
多く、またトラップ効果も完全とはいえないなどの問題
が出現する場合もある。このため光導入窓側から基板側
への気流を作ることは窓への膜形成を抑制するに有効と
なる。このような気流は、光化学反応に不活性なガスを
光導入窓側に導入して作る他に、原料ガスのうち直接光
分解しないガスを導入しても良い。
また前述の物体表面によるトラップおよび物体間を通る
気流を作る方法は、光源を光導入窓のある反応室の外部
に設ける装置に限らず、光源が直接反応室内に配置され
て光導入窓を持たない光気相成長装置にも適用しうる。
この光導入窓のない装置では、光源部の圧力と基板配置
部の圧力がほぼ同じか光源部側の圧力が高い場合に特に
有効となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、光導入窓への製膜が防止または低減さ
れるため、光照射が継続的に行なえる。この結果光導入
窓の清浄比と膜堆積を反復する方法に比べ、膜形成時間
が短縮できる。また膜形成を中断する必要がないことか
ら、形成した膜中の不純物が少なく良好な特性の膜を十
分な膜厚で得ることができる。さらに結晶性の膜を形成
する際に膜形成を中断すると核形成が阻害されることが
あるが、この発明により結晶化が良好に起こり結果的に
良質な結晶性膜が得られる。
また光導入窓のない光気相成長装置では光源部での製膜
が防止または低減できる。この結果マイクロ波放電で光
源部を動作させる場合に放電条件の変化が少なくなる。
〔発明の実施例〕
第1図に本発明の一実施例の装置を示す。
(a)は縦断面図、(b)はそのA−A′位置での横断
面図である。図において、1が反応室であり、その内部
に加熱ヒータ付き基板ホルダ2が設けられ、この上に基
板3が配置される。4は光導入窓であり、外部に設けら
れた光源(図示せず)からの照射光5がこの光導入窓4
を通って反応室1内に導かれるようになっている。
光導入窓4と基板ホルダ2の間には、金属例えば無酸素
銅製の薄板でできた格子6が設けられている。この格子
6は、冷媒を入れるリング状容器7に固定され、熱伝導
で冷却できるようになっている。原料ガスと水銀増感剤
は格子6より基板側に設けられたガス導入口8から反応
室1内に導入される。また格子6より光導入窓側にパー
ジガスの導入口9があって、パージガスは格子6の間を
通って原料ガスと共に排気口10から排気されるように
なっている。基板ホルダ2は回転できるようになってお
り、光照射のむらに対して均一性を向上させている。
本装置では、原料ガスとしてモノシランを用い、低圧水
銀灯を光源として254mm,185nmの波長の紫外光を得
てこれを照射してアモルファスシリコン膜を形成するこ
とができた。パージガスとして水素を用いた。冷媒は液
体窒素を蒸発させて作った低温の窒素ガスで、これによ
り格子6の温度を−50℃とした。水銀の蒸気圧は10
−6Torr以下で、十分格子6に吸着でき、しかも沸点−
111.9℃のモノシランはほとんど凝縮しない状態を
実現できている。
上記実施例では冷媒により格子6を冷却したが、冷却の
方法はどのようなものでもよく、たとえば電子冷凍機を
使用してもよい。また格子6は、光透過面積を大きくと
ると中央部まで十分冷却できなくなる場合がある。これ
を解決するには、光透過面積を減少してしまうが格子を
厚くしたり、細いパイプを溶接して格子を形成し、その
パイプ中に冷媒を流すようにするとよい。この場合は特
に基板ホルダーの回転を行なうことが均一な膜を得るの
に有効である。
また格子6より光導入窓4側にあるガス導入口9から導
入するパージガスとしては前記格子温度ではモノシラン
ガスをそのまま使用してもよい。この場合はむしろ原料
ガスの供給が基板3上で均一となり、膜厚の均一性向上
に有効である。
又、パージガスとして水素を用い、ガス導入口8から水
銀ガスを混ぜないトリメチルシランガスを原料ガスとし
て導入するようにしてもよい。
第2図は他の実施例装置を第1図に対応させて示すもの
である。
第1図では、冷却した格子6によりガスの吸着を図るの
に対し、第2図は薄板を加熱してこれに製膜することで
ガスを吸着する方法である。即ち渦巻状にしたタングス
テンの板状ヒータ11を基板3と光導入窓4の間に設
け、このヒータ11の中心と外周部の間に電流を流し通
電加熱できるようになっている。この装置はジシランを
原料ガスとする膜形成に使用した。ヒータ11の加熱の
温度は400℃程度で良かった。ガス導入口9から導入
するパージガス水素で2/min以上流した。この構成
は、原料ガス分解温度が比較的低いものが特に有効であ
る。
なお通電加熱以外にシースヒータを溶接した薄板や誘導
加熱した薄板もヒータ11の代りとなる。
その他本発明は種々変形して実施する事ができる。例え
ば第1図(a)において、格子6を、図中A−A′の位
置で上部格子、下部格子に分けた2段構成としてもよ
い。更にこの時、1つのリング状容器7に固定せず、リ
ング状容器7を夫々に対応して2つ設け、上段を液体窒
素、下段を水冷構成としてもよい。この様にすれば、基
板からの輻射熱の影響を無視する事が出来る。又、基板
ホルダを公転又は自公転させるようにしてもよく、回転
する方法の他に、水平な面内で格子の薄板と45°で交
わる方向(第1図中Bで示す)に往復移動させる事も可
能である。又、格子6も十字のみならず蜂の巣状でもよ
く、更には薄板をストライプ状に多数並設したものを格
子6の代わりに用いても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1つの実施例の装置を示す図、第2図
は他の実施例の装置を示す図である。 1……反応室、2……基板ホルダ、3……基板、4……
光導入窓、5……照射光、6……格子(ガス吸着物
体)、7……リング状容器、8……原料ガス導入口、9
……パージガス導入口、10……排気口、11……板状
ヒータ(ガス吸着物体)。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応室内に原料ガスを導入すると共に光を
    照射して光化学反応により前記原料ガスを分解して基板
    上に薄膜を形成する光気相成長方法において、前記反応
    室の基板より光源側に、光の透過を妨げないように薄膜
    形成に必要不可欠なガスの原子または分子を吸着させる
    物体を設けて光気相成長を行なうことを特徴とする光気
    相成長方法。
  2. 【請求項2】反応室内に原料ガスを導入すると共に光を
    照射して光化学反応により前記原料ガスを分解して基板
    上に薄膜を形成する光気相成長装置において、前記反応
    室の基板より光源側に、光の透過を妨げないように薄膜
    形成に必要不可欠なガスの原子または分子を吸着させる
    物体を設けたことを特徴とする光気相成長装置。
  3. 【請求項3】前記物体は、ガスの原子または分子を物理
    的に吸着するものである特許請求の範囲第2項記載の光
    気相成長装置。
  4. 【請求項4】前記物体は、ガスの原子または分子を化学
    的に吸着するものである特許請求の範囲第2項記載の光
    気相成長装置。
  5. 【請求項5】前記物体の間隙を通って光源側から基板側
    に向うガスの流れを作るようにした特許請求の範囲第2
    項記載の光気相成長装置。
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JPS60209246A (ja) * 1984-04-02 1985-10-21 Ushio Inc 光化学反応装置
JPS61272384A (ja) * 1985-05-27 1986-12-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成方法
JPS61271820A (ja) * 1985-05-27 1986-12-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 薄膜形成装置
JPH0787181B2 (ja) * 1986-08-20 1995-09-20 株式会社ニコン 光励起プロセス装置

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