JPS59224118A - 光化学気相反応法 - Google Patents

光化学気相反応法

Info

Publication number
JPS59224118A
JPS59224118A JP9785583A JP9785583A JPS59224118A JP S59224118 A JPS59224118 A JP S59224118A JP 9785583 A JP9785583 A JP 9785583A JP 9785583 A JP9785583 A JP 9785583A JP S59224118 A JPS59224118 A JP S59224118A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
light
film
photochemical vapor
lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9785583A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiro Mochizuki
康弘 望月
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP9785583A priority Critical patent/JPS59224118A/ja
Publication of JPS59224118A publication Critical patent/JPS59224118A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02576N-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は薄膜形成のための気相化学反応に係り、特に膜
形成速度の大きい光励起気相化学反応法に関する。
〔発明の背景〕
気相反応による薄膜形成法の1つとして光エネルギーに
より反応を活性化させる方法(以下光CVD法と記す)
が知られている。従来の熱エネルギーやプラズマエネル
ギーによる反応の活性化に比べて、光エネルギーによる
活性化は反応の低温化が可能であり、また電気磁気的や
荷電粒子によるダメージがなく安定した薄膜形成が可能
であるため、広い範囲への応用が考えられている。光エ
ネルギーとしてはし、−ザ光(殊に紫外領域のエキシマ
レーザ)、水銀ランフ、ノーロゲンランプ、重水素ラン
プ等が知らり、ている。これらのうちでレーザーは微少
面積に膜を形成する場合に適しているが、大面積の膜を
形成するには不向きである。
敢て、大面積の膜形成に利用する場合には、レーザー光
の走査が必要で、膜が不均一になると共に時間がかかる
という欠点がある。従って大面積の膜形成にはランプが
適している。また、ランプにおいても反応の活性化に適
した波長、強度、取扱い易さ等の観点で水銀ランプが用
いられると七が多い。特に反応ガスに水銀蒸気を混入し
水銀増感作用を利用した反応が広く用いられている。
従来の光CVD法による薄膜形成装置を第11東に示す
。装置は大別して反応ガス供給系IQ1反応系20、排
気系30の三つの系から成り立ってイル。反応ガス供給
系10は、モノシラン(Sin4)、酸素(02)、ア
ンモニア(NH3)、亜酸化窒素(N20)、ホスフィ
ン(PH3)等の原料ガスがマスフローコントローラ1
1を通して反応系20に供給される。また、増感剤とし
ての水銀蒸気は恒温槽内の水銀蒸発器12に反応ガス又
はその他のキャリアーガスを流すことにより反応系内に
供給される。
反応系20は、反応容器21、紫外線光源22、基板支
持台23及びその加熱源24から成る。反応容器21内
の基板支持台23の平面上に被膜形成基板、例えばシリ
コン単結晶ウエノ・25を並べ、シリコン単結晶ウェハ
25にほぼ垂直方向より紫外線励起光を照射するよう構
成されている。加熱源24は抵抗加熱ヒーターや赤外ラ
ンプ等が用いられている。
排気系30は、反応容器内21内のガスの置換及び反応
時の雰囲気の圧力調整のためロータIJ−ポンプ、ブー
スターポンプ等の真空排気ポンプ31が用いられている
。また未反応ガスや反応生成物のトラップや除去装置3
2が反応容器21とポンプ31との間に付加されている
このような装置を用いる光CVD法においては、薄膜形
成基体25を平面状に並べるためバッチ当りのチャージ
量が少なく量産性が悪いという欠点がある。特に減圧下
で反応させるため膜形成速度が遅くスループットが低い
。即ち光CVD法は、熱反応のCVDにおける常圧CV
Dのチャージ。般が少ないという欠点と、減圧CVDの
膜形成速度が遅いという欠点を合わせ持っている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、膜形成速度の大きい光化学気相反応法
を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明光化学気相反応法の特徴は、反応を励起する紫外
光を膜形成面にパルス状にして照射する点にある。ここ
で使用する紫外光源としては水銀ランプが最適である。
この他に反応ガスによってtまハロゲンランプ、重水ラ
ンプを使用してもよい。
これらランプは、高速度で点滅することは細しいため、
ランプは点灯したままとしておき、これからの光をシャ
ッターで断続させる方式で光パルスを得るのが好ましい
。また、本発明は非晶質或いは多結&(Dsj、 5j
02. S isN<、燐ガラス、ボロンガラス等無機
物及びその酸化物或いは化合物の膜を形成する際に適用
できる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明による光CVD法に使用する@置の一例は、第2
図に示すように紫外線光源22と反応容器21の間に、
スリン)26aを設けた回転円盤26を入れ、基板上に
パルス状の光が照射さhる様にしたものである。光照射
時間とその繰返し周期は円盤上のスリットの大きさ及び
回転数で制御できる。第1図と同一個所は同一符号で示
しである。第3図は反応ガスとしてモノシランを用い、
波長253.7nmの水銀ランプ光を照射して、アモル
ファスシリコン膜を形成した場合の反応容器内の圧力と
膜形成速度の関係を示す。モノシランを5ml/win
の流量で水銀蒸発器12を通して反応容器21に供給し
、7排気側のバルブにより反応圧力を調節した。基板は
熱酸化膜を形成したシリコン単結晶で、酸化膜は堆積膜
厚を測定しやすくするために設けたものである。基板は
赤外ランプにより200Cに加熱した。これは基板と堆
積膜との密着性を良好にするためである。グラフから判
るように、モノシランの圧力が増大すると膜堆積速度は
はじめは急激に増大して極大値に達し、つづいてゆるや
かに減少する。との関係は定性的には次のように説明で
きる。まず反応系内の反応は次のよりK表わせる。
 abs Hg + hシー−→ Hg*     ・・・・・・
・・・・・・・・・fill Hg”   −一→ Hg−1−hν   ・・・・・
・・・・・・・・・・(2)、に2 Hg”+S I Lb −−→ Hg +S I H4
申  ・・・・・・・・・・・・・・・(3)3 SfH4”  □ S1+2H2・・・・・団・・旧・
・(4)4 SiH44”+8jH4−□□□−□+2SfH4・・
・・・・・・・・・・・・・(5)(11式は水銀蒸気
が紫外光(hν)を吸収して励起する過程、(2)及び
(3)式は励起状態の水銀蒸気が放射遷移する過程又は
モノシランによる消つY、過程である。ここで生成した
励起状態のモノシランが(4)式のように分解々どの化
学反応を起こし薄膜を形成したり、又は(5)式のよう
に無放射遷移する。励起したモノシランの消光過程は実
際には複雑な反応によるが、ここではアモルファスシリ
コン膜の堆積の観点から(4)及び(5)式を示した。
(2)式及び(3)式は二つの反応の競争を意味してお
り、低圧での膜形成速度の増大は、励起した水銀原子を
モノシランが消光するのに圧力が高い権能率が良いこと
を示している。ところがもつとモノシランの圧力が高く
なると(31式で生じたモノシランの励起分子が(5)
式のように衝突脱活性化されて分解が起こらなくなる。
即ち(4)式と(5)式の二つの反応の競争である。励
起した水銀、励起したモノシラン及びシリコン堆積膜の
生成速度はそれぞれ仄の(61〜(8)式のように示さ
れる。〔〕は濃度、I @beは水銀が吸収した光の強
度、k1〜に4(l−1,反応式の速度定数である。
d[Hg”] −=I  −b、   kt  CHg傘〕−に2 [
14g*:]  [S  jI(4]t ・・・・・・・・・・・・・・・(6)d[5lH4*
] 一−kl:Hg”〕[5jH4]  ki[:5jH4
”:]t −に4[8jH4*〕C8iH4]  ・・・・・・・
・・・・・・・・(7)定常状態ではd [Hg’]/
d t=oであり、これにより、シリコンの生成速度は
次の様になる。
この関係式は第3図の曲線を定性的に説明している。い
ま、〔SiH4〕が小さければ、右辺分母の第1括弧内
の第2項及び第2括弧内の第2項は無視でき、d[8’
〕/dt”I ab、[8i114]となる。
[SiH3Fが充分太きければ、右辺分母の第1括弧内
の第1項及び第2括弧内の第1項は無視でき以上の実験
結果の定性的説明から、膜形成速度を大きくするために
は、d [Hg”〕/d t)Oとする非平衡状態を用
いるか、I abl即ち水銀蒸気が吸収する光の強度を
大きくすることが必要である。
非平衡状態の利用のため、紫外線励起光のパルス状照射
を試みた。光源と反応容器の間に設置した回転円盤に2
0ケ所のスリットを等間隔に設け、スリット部分では基
板に光が照射し、円盤の遮蔽部分では基体に光が当たら
ないようにした。明と暗の時間、周期は同じである。円
盤の回転数は最大10’r%であり、光照射の周波数は
2X105パルス/秒である。尚、従来光化学反応のt
G tFWの研究に光量を多くするため閃光光分解によ
る観察がある。これは大きな光量子を得るためには連わ
C光では困難であるため閃心を用いている。本発明の光
源は従来の水銀ランプを用いており、光量は従来と同じ
である。
第4図はパルス状光照射の場合の反応ガスの圧力と膜堆
積速度の関係を第3図の場合と同様に調べたものである
。第4図(a)は比較のため第3図に示した連続光の場
合、(b)は104パルス/秒の光照射の場合、(C)
は2X105パルス/秒の光照射の場合である。光照射
の周波数が高い程、膜堆積速度の反応ガス圧に比例する
領域が広くなり、極大値が大きくなっていることが判る
第5図は第4図をもとに各種の光照射のパルス間隔と膜
堆積速度の最大値の関係を示す。光照射の周波数が大き
くなる程、膜堆積速度が大きくなす、特に2X10’パ
ルス/秒以上の周波数の光照射では膜堆積速度は急激に
大きくなり、5×105パルス/秒では連続光照射の場
合の5倍以上の膜堆積速贋が得らfl、/こ。
光をパルス状に照射することによるI aha即ぢ水銀
蒸気が吸収した光の強度の定Mtまできないが、本実験
の反応が光化学の第2法則「光化学の収率はそれに伴っ
て起こる熱反応に律速される」に従うとすると、励起水
銀の寿命(1,1xi O””hwlより長いパルス光
を照射すれば、光化学の初期過程(光励起過程;狭義の
光化学反応)は充分となりつる。
即ち、後に続く熱化学反応によって励起した物質が使わ
れる以前に光化学反応(初期過程)によってその物質が
作ら11314ぎると、光化学反応(二次過程も含む)
はかえってスムースに進まない。
〔発明の効果〕
以上詳述した様に、本発明によれば励起光をパルス状に
照射することにより光化学反応による膜堆積速度を早め
ることができ、薄膜形成のスループットを向上できる。
また、モノシラン(Sin4)と亜酸化窒1(N20)
を用いたシリコン酸化膜の形成及びモノシランとアンモ
ニア(NH,)を用いたシリコン窒化膜の形成において
も、連続光照射に比べて2×105パルス/秒の光照射
の場合、膜堆積速度はそれぞれ約5倍及び約2倍が得ら
れ、いずれの反応においても薄膜形成速度の向上が見ら
れた。更に本発明による薄膜形成では、同じ堆積膜厚で
はクラックの発生が少ないという効果も得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光化学気相反応法のための装置の概略図
、第2図は本発明光化学気相反応法のための装置の一実
施例を示す概略図、第3図から第5図は光化学気相反応
による薄膜形成速度を示す線図である。 21・・・反応容器、22・・・紫外線光源、25・・
・基板、26・・・回転円盤、26a・・・スリット。 モノしラシ0厘カ(Toreラ モノシラシ/)/l+力(乃ア)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、反応容器内に所定の反応ガスを案内し、この反応ガ
    スに光を照射して気相化学反応を起させ反応容器内に配
    置した基板上に薄膜を形成する方法において、光を断続
    的に照射するようにしたことを特徴とする光化学気相反
    応法。 2、特許請求の範囲第1項において、光源と1〜てラン
    プを用い、このランプからの光をシャッターで断続させ
    るようにしたととを特徴とする光化学気相反応法。 36特許請求の範囲第1項において、反応ガスとしてシ
    ランを主成分とするガスを使用し、光は水銀の共鳴線か
    らなる紫外光とし、これによってシリコン或いはシリコ
    ン化合物の膜を形成することを特徴とする光化学気相反
    応法。 4、特許請求の範囲第3項において、光源として紫外ラ
    ンプを用い、このランプからの光をシャッターで断続さ
    せるようにしたことを特徴とする光化学気相反応法。 5、%許趙求の範囲第2項或いは第4項において、シャ
    ッターがスリットを形成した回転円盤であることを特徴
    とする光化学気相反応法。
JP9785583A 1983-06-03 1983-06-03 光化学気相反応法 Pending JPS59224118A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9785583A JPS59224118A (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光化学気相反応法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9785583A JPS59224118A (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光化学気相反応法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59224118A true JPS59224118A (ja) 1984-12-17

Family

ID=14203351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9785583A Pending JPS59224118A (ja) 1983-06-03 1983-06-03 光化学気相反応法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59224118A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61194838A (ja) * 1985-02-25 1986-08-29 Hitachi Electronics Eng Co Ltd Cvd法による薄膜形成方法
JPS6222420A (ja) * 1985-07-23 1987-01-30 Canon Inc 堆積膜形成装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61194838A (ja) * 1985-02-25 1986-08-29 Hitachi Electronics Eng Co Ltd Cvd法による薄膜形成方法
JPH0527973B2 (ja) * 1985-02-25 1993-04-22 Hitachi Electr Eng
JPS6222420A (ja) * 1985-07-23 1987-01-30 Canon Inc 堆積膜形成装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4702936A (en) Gas-phase growth process
JPH0149004B2 (ja)
JPS59224118A (ja) 光化学気相反応法
JPS59207621A (ja) 薄膜形成方法
US4719122A (en) CVD method and apparatus for forming a film
Roth et al. Laser Stimulated Growth of Epitaxial Gaas
JPH0351675B2 (ja)
JPS61183921A (ja) レ−ザまたは光による半導体、金属の加工装置
JP2723053B2 (ja) 薄膜の形成方法およびその装置
JPH0128830B2 (ja)
JPS61183920A (ja) レ−ザまたは光による半導体、金属の加工装置
JPS62128528A (ja) レ−ザ表面処理装置
JPS6138269B2 (ja)
JPS5968923A (ja) 薄膜形成装置
JPH0544818B2 (ja)
JPS60253212A (ja) 気相成長装置
JPH03271372A (ja) エキシマレーザを用いた酸化物薄膜成膜法
JPH02234429A (ja) 窒化シリコン膜の製造方法
JPH0464221A (ja) 薄膜形成方法
JPS6271218A (ja) 薄膜形成装置
JPH0669028B2 (ja) 光cvd薄膜形成装置
JPS6156280A (ja) 被膜形成方法
JPS63126229A (ja) 処理装置
JPH01313395A (ja) シリコンの気相成長方法
JPH0582477B2 (ja)