JPH0689865A

JPH0689865A - 気相成長装置および気相成長方法

Info

Publication number: JPH0689865A
Application number: JP24078492A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kanie; 智彦蟹江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】気相成長装置であって、基板上に速い成膜速
度で薄膜を形成することのできる気相成長装置を提供す
る。【構成】光源と、光源から発せられた光を通す光透過
窓１４が設けられた反応チャンバ１１と、反応チャンバ
１１内に設けられ、薄膜を形成する基板１３を収容する
反応セル１２とを備えており、反応セル１２には、さら
に、基板１３上に原料ガスを導入する手段１５と、光源
から発せられた光を通す光透過窓１７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ＣＶＤ法を用いる気
相成長装置および気相成長方法に関し、特に、基板上に
形成する薄膜等の成膜速度の向上を目的とした気相成長
装置および気相成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の光ＣＶＤ法に用いる気相
成長装置を模式的に示す概略図である。

【０００３】図２を参照して、この気相成長装置２０
は、光源（図示せず）と、光源から発せられた光を通す
光透過窓２４が設けられた反応チャンバ２１を備える。
反応チャンバ２１内には、基板２３が配置される。基板
２３は、基板台（図示せず）に載置され、通常、基板台
には、基板２３を加熱する手段が設けられる。反応チャ
ンバ２１には、原料ガスを基板２３上へ導入する配管系
２５が設けられ、また、反応チャンバ２１には、反応チ
ャンバ２１内の圧力を所望の圧力まで減圧するための排
気口２６が設けられる。

【０００４】このような気相成長装置２０を用いて、基
板２３上に薄膜を形成する際には、まず、反応チャンバ
２１内の空気を、真空ポンプ（図示せず）等を用いて、
排気口２６を介して排気する。排気後、原料ガスを配管
系２５を介して、基板２３上へ供給する。通常、基板２
３は、基板台（図示せす）を介して、所望の温度に加熱
される。この状態において、光源より発せられた光を原
料ガスに照射し、原料ガスを光励起し、光化学反応によ
り基板２３上に薄膜を堆積させる。なお、薄膜を形成す
る間、反応チャンバ２１内は、所定の圧力に保持され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の気相成長装置では、基板２３が、反応チャンバ
２１内にむきだしに設置されていたので、原料ガスが反
応チャンバ２１内に一様に充満したり、また、原料ガス
が光源方向に近い方向まで流れたりした。

【０００６】この結果、基板２３の表面上に光が到達す
る前に、光が原料ガスに吸収され、基板表面上における
実効的な光の強度が減少してしまい、基板２３における
薄膜の成長に時間がかかるという問題があった。

【０００７】本発明は、以上の問題に鑑みてなされたも
のであり、基板上に形成する薄膜の成膜速度の速い気相
成長装置および気相成長方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に従う気相成長装
置は、光源と、光源から発せられた光を通す光透過窓が
設けられた反応チャンバと、反応チャンバ内に設けら
れ、薄膜を形成する基板を収容する反応セルとを備え、
反応セルは、基板上に原料ガスを導入する手段と、光源
から発せられた光を通す光透過窓とを備える。

【０００９】また、本発明に従う気相成長方法は、化学
蒸着法により、基板上に薄膜を形成する方法であって、
光透過窓を有する反応チャンバ内に、光透過窓を有する
反応セルを設け、反応セル内に薄膜を形成すべき基板を
収容し、基板を収容した反応セル内に直接原料ガスを導
入し、反応チャンバの光透過窓を介して、かつ、反応セ
ルの光透過窓を介して反応セル内の基板に光を導入し
て、原料ガスを光励起し、光化学反応により基板上に薄
膜を形成する工程とを備える。

【００１０】

【作用】本発明に従う気相成長装置は、反応チャンバ内
に反応セルが設けられ、反応セル内に基板が収容できる
ようになっている。

【００１１】反応セルは、基板上に原料ガスを導入する
手段と、光源から発せられた光を通す光透過窓が設けら
れている。原料ガスは、反応セル内において基板上に導
入されるので、基板表面付近の原料ガスの濃度は、従来
の気相成長装置に比べ高濃度となる。

【００１２】また、反応セル内に導入された原料ガス
は、反応セル内から反応チャンバ内にもれ出しにくいた
め、反応チャンバ内の原料ガスの濃度は、従来の気相成
長装置に比べ低濃度となる。

【００１３】したがって、光源から発せられた光は、光
を通す光透過窓が設けられた反応チャンバ内に入光して
から、反応セルに設けられた光透過窓に至るまでの間原
料ガスにより光の吸収が減少しない。そして、光の強度
が減少することなく反応セルに到達した光は、反応セル
に設けられた光を通す光透過窓から基板表面付近の原料
ガスを光励起し、光化学反応が増大する結果、基板の表
面上に形成される薄膜の成長が速くなる。

【００１４】

【実施例】以下に、好適な実施例を示すが、本発明に従
う気相成長装置は、実施例によっては何ら限定されるも
のではない。

【００１５】図１は、本発明に従う気相成長装置を模式
的に示す概略図である。図１を参照して、この気相成長
装置１０は、光源（図示せず）と、光源から発せられた
光を通す光透過窓１４が設けられた反応チャンバ１１
と、反応チャンバ１１内に設けられた反応セル１２を含
む。反応セル１２には、光源から発せられた光を通す光
透過窓１７が反応チャンバ１１に設けられた光透過窓１
４と同側に設けられており、光源から発せられた光が、
光透過窓１４を介して反応チャンバ１１内に入光し、さ
らに、光透過窓１７を介して、反応セル１２内へ入光す
るようになっている。光透過窓１７は、たとえば、反応
セル１２の壁に開口部を設けることにより形成される。
また、反応セル１２に設けられる光透過窓１７は、反応
セルの壁に設けた開口部に、スリットを設けることによ
り形成される。光透過窓１７として用いるスリットは、
光を透過し、かつ、反応チャンバ１１と反応セル１２と
の間で強力な差圧排気を行なうために設けられる。この
ようなスリットは、たとえば、以下の場合に特に限定さ
れることはないが、たとえば、原料を光励起し、光化学
反応により基板に薄膜を形成するために用いる光とし
て、真空紫外線領域（２０００Åより短波長）の光を用
いる場合は、マルチチャネルプレート等に使用されてい
る多孔ガラス（ＧｌａｓｓＣｈａｎｎｅｌＡｒｒａ
ｙ，ＧＣＡと省略される）を利用することができる。多
孔ガラスは、たとえば、多数の微細な毛細管が、厚さ方
向に精密に平行配列しているものを用いることができる
（分光研究第３２巻第５号（１９８３），ｐ．３４４〜
ｐ．３４６参照）。また、原料を光励起し、光化学反応
により基板に導膜を形成するために用いる光として、低
圧水銀ランプ等から発せられる光や、レーザ光線（１０
５０Å以上の波長の光）を用いる場合は、光透過窓の窓
材としては、種々の窓材を用いることができる。たとえ
ば、そのような窓材としては、以下の場合に限定される
ことはないが、ＬｉＦ結晶、ＺｎＳｅ結晶、Ｇｅ結晶、
ＫＣｌ結晶や、石英等を用いることができる。

【００１６】反応セル１２内には、基板１３が収容され
る。基板１３は、基板台（図示せず）に載置され、通
常、基板台には、基板１３を加熱する手段が設けられ
る。また、反応セル１２には、基板１３上に原料ガスを
導入する配管系１５が、反応チャンバ１１を挿通して設
けられる。また、反応チャンバ１１には、反応チャンバ
１１内の圧力を所望の圧力まで減圧するための排気口１
６が設けられる。

【００１７】このような気相成長装置１０を用いて、基
板１３上に薄膜を形成する際には、まず、反応チャンバ
１１内のガスを、真空ポンプ（図示せず）等を用いて、
排気口１６を介して排気する。また、反応セル１２内の
ガスを真空ポンプ（図示せず）等を用いて排気する。光
透過窓１７が開口部やストリットにより形成されている
場合は、排気口１６を介して排気しても良い。また、反
応セル１２に設けられた配管系１５を介して排気しても
良い。また、配管系１５とは別に、反応セル１２内のガ
スを排気する配管系を反応セル１２に設け、反応セル１
２のガスを排気する配管系を用いて排気しても良い。排
気後、原料ガスを配管系１５を介して、反応セル１２内
の基板１３上へ供給する。通常、基板１３は、基板台
（図示せず）を介して、所望の温度に加熱される。この
状態において、光源より光を発生させる。光源より発せ
られた光は、光透過窓１４を介して反応チャンバ１１内
に入光し、さらに光透過窓１７を介して、反応セル１２
内に入光し、原料ガスを光励起し、光化学反応により基
板１３上に薄膜を堆積させる。なお、薄膜を形成する
間、反応チャンバ１１および反応セル１２内は、それぞ
れ、所定の圧力に保持される。

【００１８】実施例１図１に示されるような本願出願の気相成長装置１０を用
いて、Ｓｉ基板上にアモルファスカーボン薄膜を成長さ
せた。

【００１９】反応セル１２内に、鏡面加工したＳｉ基板
を設置し、反応セル１２を反応チャンバ１１内に設置し
た。次に、反応チャンバ１１内を１０^{- 9}Ｔｏｒｒ程度
の超高真空になるまで、真空ポンプ（図示せず）等を用
いて、排気口１６を介して減圧した。

【００２０】次に、配管系１５を介して、原料ガスを供
給し、以下の条件で、Ｓｉ基板上にアモルファスカーボ
ン薄膜を成長させた。

【００２１】原料ガス（流量）：ＣＨ₄（３００ｓｃｃｍ）原料ガス供給後の反応セル内のガス圧力：１Ｔｏｒｒ原料ガス供給後の反応チャンバ内のガス圧力：１０^{- 2}
Ｔｏｒｒ基板温度：２５℃ 次にシンクロトロン放射光装置（電総研ＮＩＪＩ−Ｉ
Ｉ）を用い、蓄積エネルギ４００ＭｅＶ、蓄積電流１０
０ｍＡのシンクロトロン放射光を１時間照射した。

【００２２】比較例１比較例１として、図２に示されるような従来の気相成長
装置２０を用い、Ｓｉ基板上にアモルファスカーボン薄
膜を成長させた。

【００２３】反応チャンバ２１内に、鏡面加工したＳｉ
基板を設置した後、反応チャンバ２１内を１０^{- 9}Ｔｏ
ｒｒ程度の超真空になるまで、真空ポンプ（図示せず）
等を用いて、排気口２６を介して減圧した。

【００２４】次に、配管系２５を介して、原料ガスを供
給し、以下の条件でＳｉ基板上にアモルファスカーボン
薄膜を成長させた。

【００２５】原料ガス（流量）：ＣＨ₄（１００ｓｃｃｍ）原料ガス供給後の反応チャンバ内のガス圧力：１×１０
^{- 2}Ｔｏｒｒ基板温度：２５℃ 次に、シンクロトロン放射光装置（電総研ＮＩＪＩ−Ｉ
Ｉ）を用い、蓄積エネルギ４００ＭｅＶ、蓄積電流１０
０ｍＡのシンクロトロン放射光を１時間照射した。

【００２６】アモルファスカーボン薄膜を形成したＳｉ
基板をそれぞれ取出して、アモルファスカーボン薄膜の
膜厚を測定することにより、アモルファスカーボンの成
膜速度を測定した。

【００２７】実施例１では、Ｓｉ基板上に成長したアモ
ルファスカーボン薄膜の成膜速度は６００ｎｍ／時間以
上であった。これに対し比較例１では、Ｓｉ基板上に成
長たアモルファスカーボン薄膜の成膜速度は、１００ｎ
ｍ／時間であった。

【００２８】以上の結果より明らかなように、本願出願
の気相成長装置は、従来の気相成長装置に比べ、基板上
に薄膜を速い成膜速度で形成することができる。

【００２９】また、本願出願の気相成長方法は、従来の
気相成長方法に比べ、基板上に薄膜を速い成膜速度で形
成することができる。

【００３０】なお、本実施例では、１本の配管系１５が
反応セル１２内に設けられた気相成長装置を示したが、
このような配管系１５は２本以上でもよい。

【００３１】また、本実施例では、反応セル１２に設け
られた光源から発せられた光を通す光透過窓１７とし
て、反応セル１２の壁に開口部が形成されたものを示し
たが、このような光透過窓１７は、開口部で形成されて
いてもよく、また、多孔ガラスによって形成されていて
もよい。光透過窓１７として用いる多孔ガラスとして
は、特に以下の場合に限定されることはないが、たとえ
ば、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）（浜松ホト
ニクス株式会社製）等の電子増倍素子を用いることがで
きる。

【００３２】また、反応セルの材質としては、特に限定
されることはない。反応セルの材質としては、通常の反
応チャンバとして用いられる材質等を用いることができ
る。

【００３３】また、本実施例では、光源として、シンク
ロトロン放射光発生装置を用い、光としてシンクロトロ
ン放射光を用いたが、シンクロトロン放射光発生装置
や、シンクロトロン放射光は、単に説明するために用い
たものであり、本発明をシンクロトロン放射光を用いる
気相成長装置や、シンクロトロン放射光を用いる気相成
長方法に限定するものではない。

【００３４】本発明に従う気相成長装置および気相成長
法に用いる光源としては、種々の光源を用いることがで
きる。たとえば、そのような光として、シンクロトロン
放射光の他、アンジュレータ光、紫外線、レーザ光線
等、通常の光ＣＶＤ法に用いる光源であれば、その種類
を選ばない。

【００３５】反応セルに設けられる光透過窓として、上
記したＬｉＦ結晶、ＺｎＳｅ結晶、Ｇｅ結晶、ＫＣｌ結
晶、石英等の光は透過するが、原料ガス等を通さない、
または、通し難い窓材を用いる場合は、反応セル内に原
料ガスを導入する前に、原料ガスを導入する手段として
用いる配管を利用して、真空ポンプ等により、反応セル
内を真空状態にしてもよく、また、反応セルの壁に光透
過窓とは別に、反応セル内のガスを排出するガス排出手
段を設けてもよい。その場合、反応セル内のガスを排出
するガス排出手段は、反応セルから、直接、反応チャン
バ外へガスを排出する配管系であってもよく、また、反
応セルの壁に排気口を設け、反応チャンバ内へガスを排
出してもよい。

【００３６】反応セルから直接反応チャンバ外へガスを
排出する配管系を設けた場合は、反応チャンバの汚染が
著しく減少する結果、反応チャンバ内を長時間清浄状態
に保つことができる。また、比較的取付けが簡単な反応
セルを清浄すればよく、清浄の際、反応セルの取外しや
取付けが簡単であるため、気相成長装置のメインテナン
スが容易になる。

【００３７】また、本発明に従う気相成長装置、およ
び、気相成長方法は、種々の薄膜を形成するのに用いる
ことができる。本発明に従う気相成長装置および気相成
長方法は、特に以下の場合に限定されることはないが、
たとえば、アモルファスカーボン薄膜、Ｓｉ薄膜、ｃ−
ＢＮ、ＧａＡｓ薄膜等の半導体薄膜、ダイヤモンド等の
薄膜の形成等に用いることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明に従う気相成長装置は、標記した
構成を有する結果、従来の気相成長装置に比べ、速い成
膜速度で薄膜を形成することができる。

【００３９】本発明に従う気相成長方法は、上記した構
成を有する結果、従来の気相成長方法に比べ速い成膜速
度で薄膜を形成することができる。

【００４０】また、本発明に従う気相成長装置では、反
応チャンバ内の原料ガスの濃度を低濃度とすることがで
きる結果、反応チャンバの内壁等が汚れにくいため、反
応チャンバの内壁を長時間にわたって正常に保つことが
できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の従う気相成長装置の一実施例を模式的
に示す概略図である。

【図２】従来の気相成長装置を模式的に示す概略図であ
る。

【符号の説明】１０、２０気相成長装置１１、２１反応チャンバ１２反応セル１３、２３基板１４、１７、２４光源から発せられた光を通す光透過
窓１５、２５配管系１６、２６排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源から発せられた光を通す光透過窓が設けられた
反応チャンバと、前記反応チャンバ内に設けられ、薄膜を形成する基板を
収容する反応セルとを備え、前記反応セルは、前記基板
上に原料ガスを導入する手段と、前記光源から発せられた光を通す光透過窓とを備える、
気相成長装置。
【請求項２】化学蒸着法により、基板上に薄膜を形成
する方法であって、光透過窓を有する反応チャンバ内に、光透過窓を有する
反応セルを設け、前記反応セル内に薄膜を形成すべき基板を収容し、前記基板を収容した反応セル内に直接原料ガスを導入
し、前記反応チャンバの光透過窓を介して、かつ、前記反応
セルの光透過窓を介して反応セル内の基板に光を導入し
て、前記原料ガスを光励起し、光化学反応により前記基板上
に薄膜を形成する工程とを備える、気相成長方法。