JPS61143585A - 薄膜形成方法 - Google Patents

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Ｊ 本発明は、光化学反応により薄膜形成を実施する方法で
あって、大面積の被形成面に均一に量産性の優軌た被膜
を光照射室上の透光性遮蔽板上にオイル等をコートする
ことなく形成する手段を有するＣＶＤ　（気相反応）方
法に関する。

ｒ従来技術１ 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法の実施例を第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）、さらに基板に光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）及び排気系（８）にはロ
ータリーポンプ（１９）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２５０℃）上に形成するに際
し、反応室の紫外光透光用の遮蔽板（１０）、代表的に
は石英窓が設けられている。

しかし、低圧水銀灯が大気圧に保持されているため、石
英を厚＜（１〜３ｃｍ）　シなければならない。

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、その窓
が真空に対し破損しやすい等の欠点を有している。

ｒ問題を解決するための手段ｊ 本発明はこれらの問題を解決するため、紫外光を発光す
るランプの発光源を反応室内に基板と対抗して配設した
ものである。そして窓として知られている石英ガラスを
排除した。そして、光化学反応の後、被膜が形成された
基板を取り出し、プラズマ気相反応により紫外光の透光
を妨げる窓生成物をエツチングして除去してしまうこと
を基本としている。

また、反応性気体を反応室に導入するためのノズルを金
属で設け、このノズルまたは基板に対抗して配設した金
属電極と基板（基板ホルダ）またはステンレス反応室と
のそれぞれを一対の電極としてプラズマ反応（エツチン
グまたはデイボジッション）を行なわしめたものである
。

かくすることにより、特にプラズマエツチングにより発
生する反応性励起気体の一部が発光源のランプの石英ガ
ラス筒の表面上の不要反応生成物を除去することができ
る。このため次の基板上の被膜形成に対し窓上には紫外
光の阻害物がな（、紫外光を有効に基板の被形成面に到
達させることができた。

さらに低圧水銀灯のある光源室が真空（０，１〜１０ｔ
ｏｒｒ）であるため、ここでの１８５ｎｍの紫外光の吸
収損失がなく、反応速度を大きくさせることができた。

「作用ｊ これらの特性のため、新たな被膜形成を行わんとする時
はランプ表面上の以前工程で生じた反応生成物は完全に
除去されている。このため、光気相反応（光ＣＶＤ）を
紫外光源のランプの石英筒表面上での反応生成物形成に
よる紫外光の基板表面までの到達がな（なる（阻害され
る）への範囲で毎回形成に対し一定の厚さに再現性よく
基板上に被膜を作ることができた。

さらにこの光ＣＶＤの後同じバッチでこの被膜上にプラ
ズマＣＶＤ法により同じまたは異種の被膜を作製するこ
とも可能である。

さらに本発明は、反応室を大気に触れさせずに窓上の不
要物をプラズマエツチング法で除去するため反応系をロ
ード・ロック方式とし得る。さらにオイルフリーの反応
系であるため、バンクグラウンドレベルの真空度を１０
−　’　ｔｏｒｒ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、炭化珪素、窒化
珪素、窒化アルミニューム、金属例えばアルミニューム
を光励起により被膜形成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）はホル
ダ（１゛）に保持され、反応室（２）内のハロゲンヒー
タ（３）（上面を水冷（３１））に近接して設けられて
いる。反応室（２）には紫外光源（９）とその直下に光
源の冷却用パイプ（３１’）が配設されている。

ヒータ（３）が配設された加熱室（１１）は、反応室（
２）との窓（１０）間での圧力差を１Ｑｔｏｒｒ以下の
概略同一の真空度に保持した。このために反応に支障の
ない気体（窒素、アルゴンまたはアンモニア）を（２８
）より（１２）に供給し、または（１２’）より排気す
ることにより成就した。反応室の光源（９）の上側に設
けられたノズル（１４）はアンモニア（ＮＨ３）、弗化
窒素（ＮＦ３）用のノズル（１４”）が噴出口を下向き
（窓向き）　（３２）に、またシラン（ＳｉｎＨｚａ−
ｚ）　＋　メチルアルミニューム（ＡＩ　（ＣＨ３）　
３）用のノズル（１４’）が噴出口（１４’）を上向き
（基板向き）　（３３）に設けている。このノズル（１
４）はプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチにおける高
周波電源（１５）の一方の電極となっている。

加熱室（１１）の排気に際し逆流による反応性気体の光
源室までの混入防止のためヒータ（２９）を配設した。

これにより反応性気体のうちの分解後固体となる成分を
トラップし気体のみの進入とさせた。

移動に関し、圧力差が生じないようにしたロード・ロッ
ク方式を用いた。まず、予備室（４）にて基板（１）、
ホルダ（Ｉ′）および基板および基板おさえ（１”）（
熱を効率よ（基板に伝導させる）を挿入・配設し、真空
引きをした後、ゲート弁（６）を開とし、反応室（２）
に移し、またゲート弁（６）を閉として、反応室（２）
、予備室（４）を互いに仕切った。

ドーピング系（７）は、パルプ（２２）　、流量計（２
１）よりなり、反応後固体生成物を形成させる反応性気
体は（２３）　、　（２４）より、また反応後気体生成
物は（２５）　、　（２６）より反応室（２）へ供給さ
せた。反応室の圧力制御は、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）　（１Ｂ）　、ロータリーポン
プ（１９）を経、排気させた。

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反応室を開とし、予備室側
を閉とした。

か（して基板を反応室に図示の如く挿着した。

この反応室の真空度は１０−　’　ｔｏｒｒ以下とした
。この後（２８）より窒素を導入しさらに反応性気体を
（７）より反応室に導入して被膜形成を行った。

反応用光源は低圧水銀灯（９）とし、水冷（３１°）を
設けた。その紫外光源は、低圧水銀灯（１８５ｎｍ。

２５４ｎｍの波長を発光する発光長４０ｃｍ、照射強度
１５ｍＷ／ｃａ＋”、ランプ電力４０−）ランプ数１６
本である。

この紫外光は、ノズルまたは電極（１４）の隙間を経て
反応室（２）の基板（１）の被形成面を照射する。

ビータ（３）は反応室の上側に位置した「デイポジツシ
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。

反応室はステンレスであり、加熱室（１１）も真空引き
をし、それぞれの圧力差を１０ｔｏｒｒ以下とした。

その結果、従来例に示される如く、大面積の照射用に石
英板の面積を太き（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
に保持された反応室内のステンレス容器内に真空に保持
されている。このため、５ｃｍＸ５ｃｍの大きさではな
く　３０ｃｎ　ｘ　３０ｃｍの大きさの基板をも何等の
工業的な問題も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　Ｘ　３０ｃｍ
であり、直径５インチの基板（１）５枚がホルダ（λ゛
）に配設され得る構成とし、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側反応性気体
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、基板温度３５
０℃とした。基板は直径５インチのウェハ５枚とした。

反応室（２）内圧力は３．０ｔｏｒｒとし、た。

６分の反応で２００人の膜厚が形成された。その被膜形
成速度は平均３３人／分であった。本発明は水銀の蒸気
等を用いない直接光励起である。被膜の５点のばらつき
は±５％以内に入っていた。しかしこの厚さ以上の厚さ
にはランプの石英管表面への窒化珪素膜の形成によりき
わめて困難であった。

２００Å以上の膜厚とするには、この後プラズマｃｖｏ
法を行えばよい。即ち（１５）より１３．５６Ｍ）ｌｚ
の高周波（４０Ｗ）を加えた。すると同じ反応性気体（
但し圧力は同じ３　ｔｏｒｒ）にて４．５Ａ／秒を得た
。か（してこの方法では被形成面にプラズマ損傷を与え
ることなり０．５μ以上の膜を形成すことができ得る。

さらにこの後反応を停止し、反応室を真空引きして被膜
形成を行った基板を予備室に移設した。

その後、さらに基板を取り出し、ホルダをもとの反応室
に戻し、ゲートを閉じた後反応室に（２６）よりＮＦＳ
を供給した。そして、反応室の圧力を０．３ｔｏｒｒと
し、１３．５６ＭＨｚの高周波（１５）を８０−の出力
で加えプラズマエッチを窓（ｌＯ）上面に対して行った
。

約２０分した後、この石英（１０）上の不要反応生成物
である窒化珪素被膜を完全に除去することができた。こ
のＮＦ３を除去した後（２７）より水素を加え、この反
応室内の残留弗素をプラズマクリーンをして除去した。

この後、２回目の被膜作製を行ったが、同じく再現性の
よい被膜を作り得た。

実験例２・・アモルファスシリコン膜の形成例モノシラ
ン（ＳｉＨ＋）を（２３）より供給した。また、（２７
）より水素を供給した。被形成面に２００人の膜厚を７
分間のディボジッシッンで形成させることができた。

この後基板を予備室に除去してしまった後、この反応室
（２）の内壁およびランプ（９）の上面に付着したシリ
コン膜を実施例１と同様のＮＦＩを加えたプラズマエッ
チ法にて除去した。わずか１５分間で窓上及び反応室内
の付着珪素を除去することができた。

基板温度は２５（１”Ｃ１圧力２．５ｔｏｒｒとした。

実験例３・・・窒化アルミニュームの形成例ＡＩ　（Ｃ
Ｈ３）　３を代表例とするメチルアルミニュームを（２
３）より８ｃｃ／分で供給した。　（２５）よりアンモ
ニアを３０ｃｃ／分で供給した。すると、メチルアルミ
ニュームは光源室に水銀を用いることなく分解し、窒化
アルミニューム膜を１３００人の厚さに作ることができ
た。被膜形成速度は３３０人／分（圧力３ｔＯｒｒ＋温
度３５０℃）を得ることができた。エチルアルミニュー
ムＡＩ（ＣｔＩＩｓ）、等の他のアルキル化合物でもよ
い。

窓のプラズマエツチングは（２６）よりＣＣｌ４を供給
してプラズマ反応を行った。加えて（２４）より水素を
供給した。か（して窒化アルミニュームを除去させるこ
とができた。

この被膜形成を１０回繰り返しても、同じ膜厚を同一条
件で得ることができた。

「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、紫外光源を反応室内に
配設することにより、石英窓を除きまた１８５ｎｍを有
効に被形成面に照射させることが可能となった。このた
め従来より公知のオイルをまったく用いる必要がない。

このため被膜内には炭素等の不純物が入りに＜＜、かつ
排圧をＩＯ−？ｔｏｒｒと高真空にし得、オイルフリー
の高純度の被膜作製が可能となった。

さらにこの光ＣＶＤ法による被膜形成に加えて、この上
に重ねて同じまたは異なる被膜をプラズマＣｖＤ法で形
成させることが可能である。かかる場合、光ＣＶＤ法で
被膜を形成して被形成面をスパッタさせず、さらにプラ
ズマ気相法によりこの上に重ねて同じ膜または他種の膜
を同時にプラズマＣｖＤ法にて作ることも可能である。

即ち被膜形成速度を遅くさせることなく、再現性のよい
被膜形成をさせることができた。

なお本発明は、珪素および窒化珪素、窒化アルミニュー
ムにおいてその実験例を示したが、それ以外にＭ（Ｃ）
Ｉ：Ｉ）、即ちＭとしてＩｎ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｇａ
、Ｗ。

ＡＩを用い、Ｍの金属またはその珪化物を作製してもよ
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
の化合物の被膜また珪化物とこれらとの化合物を形成す
ることは有効である。

前記した実験例において−、珪素半導体の形成に際し、
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。

【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ＣＶＤ装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光化学反応を用いた薄膜形成方法において、発光源
   を配設させた反応室と、前記反応室に配設された被形成
   面を有する加熱された基板とを有し、前記光化学反応を
   伴って被形成面上に薄膜を形成させるとともに、前記薄
   膜形成を完了し前記基板を反応室より除去した後、プラ
   ズマ気相エッチング反応を行ない、 前記発光源 及び前記反応室の一部に付着した薄膜材料を除去するこ
   とを特徴とする薄膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、プラズマ気相エッ
   チング反応は反応性気体を供給するノズルと基板ホルダ
   または反応室との間に高周波電気エネルギを供給するこ
   とにより実施することを特徴とする薄膜形成方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、薄膜形成は光化学
   反応の後プラズマ気相反応を行わしめて成就したことを
   特徴とする薄膜形成方法。