JPH0669028B2 - 光cvd薄膜形成装置 - Google Patents

光cvd薄膜形成装置

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JPH0669028B2
JPH0669028B2 JP59138341A JP13834184A JPH0669028B2 JP H0669028 B2 JPH0669028 B2 JP H0669028B2 JP 59138341 A JP59138341 A JP 59138341A JP 13834184 A JP13834184 A JP 13834184A JP H0669028 B2 JPH0669028 B2 JP H0669028B2
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reaction
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舜平 山崎
衛 田代
稔 宮崎
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株式会社半導体エネルギ−研究所
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C16/455Chemical 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 characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber

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Description

【発明の詳細な説明】 『発明の利用分野』 本発明は、光励起化学気相反応により薄膜形成を行う装
置であって、大面積の被形成面に均一に量産性の優れた
被膜を形成するため、光源室内に水分の混入しない非反
応性気体を導入するとともに、反応室と光源室とをとも
に10torr以下(圧力差も10torr以下)にせしめたCVD
(気相反応)装置に関する。
『従来技術』 気相反応による薄膜形成技術として、光エネルギにより
反応性気体を活性にさせる光CVD法が知られている。こ
の方法は、従来の熱CVD法またはプラズマCVD法に比べ低
温での被膜形成が可能であるに加えて、被形成面に損傷
を与えないという点で優れたものである。
しかし、かかる光CVD法を実施するに際し、その一例を
第1図に示すが、反応室(2)内に保持された基板(1),そ
の基板の加熱手段(3),さらに基板に照射する低圧水銀
灯(9)とを有している。ドーピング系(7)には反応性気体
の励起用の水銀バブラ(13)および排気系(8)にはロータ
リーポンプを具備している。ドーピング系よりの反応性
気体、例えばジシランが反応室(2)に導入され、反応生
成物である例えばアモルファス珪素を基板(基板温度25
0℃)上に形成するに際し、反応室の紫外光透光用の遮
蔽板、代表的には石英窓にも同時に多量に珪素膜が形成
されてしまう。このため、この窓への被膜形成を防ぐた
め、この窓にフォンブリンオイル(弗素系オイルの一
例)(20)を薄くコートしている。
また、低圧水銀灯が大気圧に保持されているため、石英
を10mm以上に厚くしなければならない。そして、この水
銀灯と石英窓との間の大気により、紫外光特に185nmの
短紫外光が吸収されてしまう。
大面積の基板の形成に対し、大きな窓とすると、その室
が真空に対し破損しやすい等の欠点を有している。
このため、その対策としては、特開昭59-68923「薄膜形
成技術」にみられるごとく、拡散炉方式がある。この形
成装置においては、フォンブリンオイルの代わりに反応
室側の内側より不活性気体を窓の内壁に噴射したもので
ある。するとこの気体により、石英の内壁への反応生成
物の付着を防ぐことができるとしている。しかしこの場
合、ガスの供給等反応炉内の圧力の変化によりきわめて
微妙であり、かつこの不活性気体を反応炉中に多量に流
さなければならないため、反応性気体が不活性気体によ
り希釈されてしまうという欠点を有する。
『問題を解決するための手段』 低圧水銀灯のある光源室を真空(10-7〜10torr)とし、こ
こでの185nmの紫外光の吸収損失を少なくした。またこ
の光源室と反応室との圧力を概略同一(差圧は高々10to
rr一般には1torr以下)とすることにより、石英窓の厚
さを従来の10mmより2〜3mmと薄くし得るため、石英で
の光吸収損失が少ないという特長を合わせ有する。
『作用』 これらの特性のため、窓を大面積化し、結果として反応
室への透過紫外光量の減少を完全に防ぐことができた。
また、反応室を大気に触れさせずに窓の不要物をワイプ
するため、1回の被膜形成毎に反応室内を新たなオイル
を手で塗るため大気に触れさせる必要がない。このた
め、ロード・ロック方式とし得、バックグラウンドレベ
ルの真空度を10-7torr以下とすることができた。そして
非酸化物生成物である珪素等の半導体被膜、窒化珪素、
金属アルミニュームの光励起により被膜形成をさせるこ
とができた。
『実施例』 以下本発明を第2図に示した実施例により、その詳細を
記す。
第2図において、被形成面を有する基板(1)(ここでは
シリコンウエハを使用)はホルダ(1′)に保持され、反
応室(2)内のハロゲンヒータまたは赤外線ヒータ(3)(上
面を水冷(28))に近接して設けられている。反応室(2)
と光源室(5),及びヒータ(3)が配設された室は、反応に
支障のない非反応性気体(窒素、アルゴンまたは水素)
を(27)より(12)に供給し、または(12′)より排気する
ことにより、概略同一真空度に保持されている。
かくすることにより、反応性気体が光源室(5)内に混入
し、最も紫外光の強い水銀灯の表面に被膜形成がされて
しまうことを防ぐことができるとともに、この光源室と
反応室との圧力差が少ないため、大面積の窓を比較的薄
い石英で形成させることができた。この窓とチャンバー
との間はバイトン「0リング」により封止し、反応性気
体が光源室に混入しないようにした。さらに、この反応
室と光源室との圧力差を、反応室の排気口側に光源室と
反応室との間を連通させた配管(12′)を配設したのみ
できわめて簡単に圧力制御を行ったという特徴をもつ。
この反応室と光源室との圧力差は光源室と反応室とを、
配管(12′)で接続し、反応室を排気するためのポンプ
と同一のポンプで光源室をも排気させるようにすること
で生じさせるものである。つまり反応室から、さらに配
管を通して光源室を排気することになるため、光源室の
減圧度が反応室の減圧度より小さくなるために反応室と
光源室との間に圧力差が生じるのである。
さらにこの配管により反応性気体の逆流を防ぐため、こ
の配管(12′)を反応性気体を分解する位置にまで加熱
(30)、反応後の不要気体(例えば水素)のみが逆流する
ようにするとさらに安全である。
従来は予備室(4)よりロード・ロック方式により基板,
ホルダを挿入・配設し、反応室(2)にゲート弁を開とし
て移相し、さらに(6)を閉として反応室と予備室との間
が仕切られている。
ドーピング系(7)は,流量計(21),バルブ(22)を有する
配管(23)〜(26)が設けられ、これらにより、反応後固体
生成物を形成させる反応性気体を反応室(2)へ供給させ
た。
反応工程として、水銀灯は常時点灯しているため、工程
として予めホモジナイザ(14),(15)のうち排気側(15)を
上側に90°回し、ここでのコンダクタンスの低下を防い
だ。その後、コントロールバルブを全開して複合カーボ
分子ポンプ(18)により10-7〜10-8torrに反応室を真空引
きした。さらに、(27)より非反応性気体を10〜100cc/分
導入した。するとこの非反応性気体が光源室のみならず
反応室にも一次的に充填される。この後、反応性気体を
(7)より反応室に導入し、所定の圧力として同時に光化
学反応を行わしめ、被膜形成をさせた。
反応後のこれらの気体は、コントロールバルブ(17),コ
ック(20)を経てターボ分子ポンプ(大阪真空製PG550を
使用)(18),ロータリーポンプ(19)を経、排気させた。
排気系は圧力制御バルブ(17),ターボ分子ポンプ(18),
ロータリーポンプ(19)よりなり、ロータリーポンプオイ
ル及び大気の逆流をターボ分子ポンプ(18)により防いで
いる。
排気系(8)はコック(20)により予備室を真空引きをする
際はそちら側を開とし、反応室側を閉とする。また反応
室を真空引きする際は逆に予備室側を閉とした。
反応用光源は低圧水銀灯(9)(ウシオ電機製)と裏面の
水冷(28′)をし、光源の温度制御(30〜50℃)をし
た。紫外光源は、低圧水銀灯(185nm,255nmの波長を発光
する発光長40cm、照射強度20mW/cm2,ランプ電力40W)ラ
ンプ数15本である。
この紫外光は、透光性遮蔽板としての合成石英(29)を経
て反応生成物の遮蔽板上への生成を阻害する手段である
オイル(16)特にフォンブリンオイルを透過し、反応室
(2)の上方に配設された基板(1)の被形成面上を照射し
た。
ヒータは反応室の上側に位置した「ディポジッション・
アップ」方式とし、フレークが被形成面に付着してピン
ホールの原因を作ることを避けた。
加えてヒータの熱が水銀灯を加熱し、水銀灯の昇温によ
る発光波長の長波長化を避けた。
反応室はステンレスであり、ハロゲンランプまたは赤外
ランプ(5)が配置されている加熱室も光源室、反応室と
同様に真空引きをした。その結果従来例に示される如
く、大面積の照射用に石英板の面積を大きくすると圧力
的に耐えられないという欠点を本発明は有していない。
即ち、紫外光源も真空下に保持された光源室と反応室と
を囲んだステンレス容器内に真空に保持されている。こ
のため、5cm×5cmの大きさではなく30cm×30cmの大き
さの基板をも何等の工業的な問題なく作ることができ得
る。
図面の場合の被形成有効面積は30cm×30cmであり、直径
6インチの基板(1)4枚がホルダ(1′)に配設され得る
構成として、基板の温度はハロゲンヒータ(3)により加
熱し、室温〜500℃までの所定の温度とした。
さらに、本発明による具体例を以下の実験例1〜3に示
す。
実験例1・・・・・シリコン窒化膜の形成例 反応室、光源室を10-7torr以下に真空引きした。
所定の温度(300℃)に水銀灯の点滅をした。さらに(2
7)より窒素を10cc/分導入した。この後、(7)より反応性
気体としてアンモニアを(25)より30cc/分,モノシラン
を(23)より8cc/分で供給した。さらに所定の圧力に至
るまでコントロールバルブ(17)をしぼり、その後所定の
圧力を維持するようにコントロールバルブを半開とし
た。光化学反応中、窒素は(27)より流し続けた。基板温
度は300℃とした。基板は直径6インチのウエハ4枚と
した。反応室(2)内圧力は2.5torrとした。
30分の反応で1500Åの膜厚が形成された。その被膜形成
速度は50Å/分であった。水銀の蒸着等を用いた励起を
行わず直接光励起である。被膜の5点のばらつきは±5
%以内に入っていた。
実験例2・・アモルファスシリコン膜の形成例 光源室(5),ハロゲンヒータ(3)に水素を(27)より10cc/
分供給した。さらにジシラン(Si2H6)を(24)より供給し
た。(26)より反応性気体の励起助成用にクリプトンを供
給した。また(27)より水素を供給した。クリプトンの励
起助成により被形成面に2000Åの膜厚を60分間のディポ
ジッションで形成させることができた。基板温度は250
℃、圧力3.5torrとした。
さらに他の基板形成をしても同じ厚さの被膜を得ること
ができた。
実験例3・・・金属アルミニュームの形成例 水素を(27)よりこれらの系を真空引きの後、供給した。
その後、Al(CH3)3を代表例とするメチルアルミニューム
を(23)より15cc/分で供給した。(25),(27)より水素を30
cc/分で供給した。すると、メチルアルミニュームは光
源室を水銀を用いることなく分解し、金属アルミニュー
ム膜を4000Åの厚さに作ることができた。被膜形成速度
は230Å/分(圧力3torr,温度300℃)を得ることがで
きた。
これはエチルアルミニュームAl(C2H5)3等のアルキル化
合物でもよい。
『効果』 本発明は、以上の説明より明らかなごとく、大面積の基
板上に被膜を形成するにあたり、光源室を真空引きし、
さらにここに非反応性気体を供給することにより、酸素
によって185nmの光が吸収されることに伴う光の損失
を防ぎ、加えて反応性気体が光源室に混入し、水銀灯表
面に付着をしてしまうことを防ぐことができた。
その結果、長時間の光励起気相反応を行うことができる
ようになった。
さらに、この光源室に導入する水素が反応室でもほとん
ど流れないため、反応性気体が希釈されず、その結果、
100%またはそれに近い濃度の反応性気体に紫外光を照
射でき、結果として被膜成長速度を高めることができ
た。
なお本発明は珪素および窒化珪素、アルミニュームにお
いてその実験例を示したが、それ以外にM(CH3)n即ちM
としてIn,Cr,Sn,Mo,Ga,W,Geを用いてもよい。また鉄、
ニッケル、コバルトのカルボニル化物を反応性気体とし
て用い、鉄、ニッケル、コバルトまたはそれらの化合物
の被膜を形成することは有効である。前記した実験例に
おいて珪素半導体形成の際ドーパントを同時に添加でき
る。
また光源として低圧水銀灯ではなくエキシマレーザ(波
長100〜400nm),アルゴンレーザ、窒素レーザ等を用い
てもよいことはいうまでもない。
また透光性遮蔽板は合成石英またはSG石英のみならず、
セラミック等を用いることも可能である。
さらにこの遮蔽板を2重にし、その間に冷却用媒体を流
し、石英表面を冷やす方法をオイルコートの代わりに用
いることも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来より公知の光励起CVD装置を示す。 第2図は本発明の光励起CVD装置を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−54172(JP,A) 特開 昭54−64473(JP,A) 特開 昭59−56726(JP,A) Japanese Journal o f Applied Physics,V ol.22,No.12,Decemler, 1983,PP.L792〜L794

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄膜形成装置において、光源室に配設され
    た発光源と、前記光源室と反応室とを仕切る透光性遮蔽
    板と、前記光源室に非反応性気体を反応中常時供給する
    手段と、前記反応室に接続された排気手段とを具備して
    おり、前記光源室と前記反応室との間を管を介して連通
    させることで、前記光源室内を該管を通して排気させる
    構造のものとし、前記管を前記反応室と前記光源室との
    圧力差が10torr以下となるように設けたことを特徴とす
    る光CVD薄膜形成装置。
JP59138341A 1984-07-04 1984-07-04 光cvd薄膜形成装置 Expired - Lifetime JPH0669028B2 (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63201533A (ja) * 1987-02-18 1988-08-19 Tokyo Electric Co Ltd 計量インラインシステム
US6121581A (en) * 1999-07-09 2000-09-19 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system

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JPS5143718U (ja) * 1974-09-27 1976-03-31
JPS5749221A (en) * 1980-09-08 1982-03-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Plasma gas phase method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.22,No.12,Decemler,1983,PP.L792〜L794

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JPS6118125A (ja) 1986-01-27

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