JPS61232611A - 薄膜形成装置 - 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」 本発明は、光化学反応により薄膜形成する装置であって
、大面積の被形成面上に均一に被膜を光照射用の透光性
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　（気相液）、ム・）装置に関する。

「従来技術及びその問題点」 気相反応によるＦ＃　ｌｌ！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ｃｖｎ法が知られ
ている。この方法（５Ｊ、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ｉｉＪ能であ
るに加えて、被形成面に損傷をり、えないという点で優
れたものである。

かかる光ＣＶＤ法を実施するに際し、その装置の一例を
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ン、さらに基板に光照射す
る低圧水銀灯（９）とを有している。、１、−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。［゛−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°Ｃ）］二
に形成するに際し、反応室の紫外光透光用の遮蔽板（１
０）、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くため
１、二の窓にフォンプリンオイル（弗素系オイルの一例
）（１６）を薄くコ−１〜している。

しかし、このオイルは、窓（１０）への被膜形成を防く
作用を有しつつも、被膜内に不純物として混入してしま
う。さらにこのオイル上にも少しづつ同時に反応生成物
が形成され、ここでの光吸収により被膜形成の厚さに制
限が生じてしまう欠点を有する。

ｒ問題を解決するための手段」 本発明はこれらの問題を解決するため、光ＣＶＤ法にお
いて問題となっている紫外光透光用の遮蔽板とガイド弁
とを配設させた第１の遮蔽板とこの外側に透光性の第２
の遮蔽板とを設けたものである。そしてこの第１の透光
性遮蔽板の反応室側の表面に反応ηヨ成物が蓄積されて
紫外光を遮光しないように、または遮光させにくいよう
に、この遮蔽板の表面にそって非生成物気体（反応また
は分解により固体を形成しない気体、例えばＩｌｅ、Ａ
ｒ、Ｉｌｚ。

Ｎ２．ＮＩ＋３．　Ｎ２０．Ｏ□またはこれらの混合気
体）を導出せしめる構造としたものである。

またこの非反応性板の導出のため、またここに人気の混
入を防くため第１及び第２の遮蔽板の間の空間（以下バ
ッファ室という）を設けたものである。

かかる構造とすることにより、光源を大気圧に配設し得
る。またこのバッファ室と反応室との圧力差はバッファ
室を正圧、反応室を負圧とし、また隙間（３０〜３００
　μ、一般には約５０μ）を有する。

そしてバッファ室の外側の第２の遮蔽板は大気圧内に配
設された光源例えばエキシマレーザとバッファ室との圧
力差を保証させた。

「作用ｊ これらの特長のため、光ＣＶＤ法で被膜形成を行わんと
する時、遮蔽板」二の窓」二に反応生成物が形成される
ことがない、またはきわめて少ない。その結果、照射光
は窓を十分透過し、反応性気体を十分励起（分解、およ
び反応を含む）し、被形成面に反応生成物を蓄積させ得
る。その時、同時に同し反応生成物か透光性遮蔽板の上
面にも飛来するが、この生成物は窓とその端部に設りら
れたガイド弁との隙間より反応室に導出される非生成物
気体によりＩＫ目害され、窓」二面には被着し得ない。

そのため、透光性遮蔽板（窓ともいう）の表面には反応
生成物が形成されず、結果として紫外光を反応室内にい
つまでも十分な強度で放射し反応性気体を励起させ続は
得る。そして基板の被形成面上に十分な膜厚に被膜形成
をさせ得る。そして従来より公知の１回のみの１００（
オイルコートのない場合）〜１０００人（オイルコ−１
・を行った場合）という厚さの成膜ではなく、繰り返し
５００〜５０００人の所望の膜厚の被膜を形成させ得る
。

さらにこの光ＣＶＤの後、同じハツチでこの被膜上にプ
ラズマＣＶＤ法により同種または異種の被膜を同じ反応
室を用いて作製することが本発明では可能である。

さらに本発明は、非生成物気体の導出量が不十分のため
に窓上に付着した不要生成物をもプラズマエツチング法
で反応室を大気に触れさせずに除去し得る。また本発明
装置は、オイルフリーの反応系であるため、パンクグラ
ウンドレベルの真空度を１０−’ｔｏｒｒ以下とするこ
とができた。そして非酸化物の反応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、金属アルミニュームの光励起による光ＣＶＤ被膜形
成をさせ得る。

「実施例ｊ 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）上のハロゲンヒータ
（３）（上面を水冷（３２））に近接して設けられてい
る。反応室（２）、紫外光源（４０）が透過するバッフ
ァ室（４３）およびヒータ（３）が配設された加熱室（
１１）は、それぞれの圧力を１００　ｔｏｒｒ以下の概
略同一の真空度に配管（１２）及び第１の遮蔽板の隙間
により保持した。このために、反応に支障のない非生成
物気体（ここでは窒素、アルゴン又は水素）を（２８）
より流量計（２１）、バルブ（２２）よりバソファ室（
，１３）　、加熱室（１１）に供給した。そしてその気
体を第１の透光性遮蔽板（１０）とのカイ１弁（１０”
）との隙間より遮蔽板の表面にそって反応室に連続的に
導出（１４）することにより、不要反応生成物の遮蔽板
−に面への付着防止をした。また光源（４０）はエキシ
マレーザよりコヒーレントな紫外光（６０ｎｍ〜４００
ｎｍ）　（４１）を第２および第１の透光性遮蔽板を透
過して反応室（２）内に照射した。

ごのレーザは単純なレーザ管からの光であっても、その
光を照射面を広りるため巾（図面での上下方向）を５〜
１０ｍｍとし、これを［１１広に１０〜５０ｃｍ例えば
３０ｃｍとするため拡大してパルス光として照射するこ
とは有効である。このレーリ゛光は被形成上面またはそ
の近傍（被形成面より１０ｍｍ以内）とすることにより
被膜形成速度を犬きくさ−けだ。

本発明の薄膜形成装置におりる反応性気体番よアンモニ
ア（ＮＩ＋３）、弗化窒素（ＮＦ２）、珪化物気体であ
るシラン（ＳＩｎｌｌｚ＋＋＋ｚ）＋　弗化珪素（Ｓｉ
Ｆ２．ＳｉＦ、、　Ｓｉ２Ｆ６゜１１□５ｉＦｚ）、メ
チルアルミニューム（ＡＩ（ＣＩＬ＋）３）またはその
混合気体を用い得る。非生成物気体としてむよ反応生成
物として珪素の如き半導体を作る場合、水素、アルゴン
またはヘリーーームを用いた。窒化物（窒化珪素、窒化
アルミニューム）を作る場合ｉｌｌ窒素または水素を用
いた。金属アルミニュームを作る場合は水素、アルゴン
またはへリュームを用い六二。

ｌ、−ピング系（７）はバルブ（２２Ｌ　流量計（２１
）よりなり、反応後固体仕成物を形成させる反応性気体
は（２３）ないしく２６）より供給させた。反応室の圧
力制御は、コントロールバルブ（１７）を経てターボ分
子ポンプ（大阪真空製ＰＧ５５０を使用）（１８Ｌｒ＋
　−タリーポンプ（１９）を経、排気させることにより
成就した。

予備室を真空引きする際は他のターボ分子ポンプ（１８
’）及びロータリーポンプ（１９’　）を用いた。

被膜の形成プロセスは、基板の予ｆｌｉｆｔ室より反応
室への移動に関し、圧力差がヰしないようにしたローＩ
Ｓ・ロック方式を用いた。まず、予侃室（４）にて基板
（１）およびホルダ（１′）を挿入・配設し、真空引き
をした後、予め１Ｏ−７ｔｏｒｒまたはそれ以下に真空
引きがされζいる反応室（２）との間のゲ−１・弁（６
）を開とし、基板（１）、ホルダ（１゛）を反応室（２
）に移し、またチー１−弁（６）を閉として、反応室（
２）と予備室（４）とを互いに仕切った。

その後、バッファ室（４３）に対し逆？九による反応生
成物の遮蔽板」−面への被着防止のため、まず、非生成
物気体を（２８）より１００〜５００　ｃ　ｃ、／分の
流星でバッファ室（４３）に導入し、同時に連結した加
熱室（１１）にも流した。そしてそれらはガイド弁（１
０”）と遮蔽板（１０）との隙間をへて排気させる。そ
の後反応性気体（３１）をノスル（３０）より供給した
。

ヒータ（３）は反応室（２）の上側に位置した［う−イ
ボジノジョン・アンプ」方式とし、フレークが被形成面
に４１着し７ピンホールの原因を作ることを避け、かつ
基板（１）を裏面側より所定の温度（室温〜５００°Ｃ
）にハロゲンヒータにより加熱した。

１１さらに、本発明による具体例を以下の実験例１〜４
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５０ｃｃ／分３　ジシ
ランを（２３）より８　ｃ、ｃ　／分で供給し、基板温
度３５０℃とした。基板は直径５インチのウェハ４枚と
した。反応室（２）内圧力ｈ＃：３．０Ｌｏｒｒとした
。

非生成物気体である窒素を（２８）より２００　ｃｃ、
７分の流量で流し、第１の遮蔽板の上面・＼の窒化珪素
の付着を防いだ。

５分の反応で１５００人の膜厚が基板上に形成された。

その被膜形成速度は３００人／分であった。本発明は水
銀の蒸気等を用いないエキシマレーザによる直接光励起
である。被膜の５点のばらつきは±１０％以内に入って
いた。

さらにこの後反応を停止するためには、反応性気体（３
１）の導入を停止し、反応室（２）内を真空引きして、
さらに非生成物気体（１４）の導入をバルブ（２２）に
より停止した後、ゲイト弁を開けて被膜形成を行った基
板を予備室に移した。

この実施例で被膜形成後反応室を開←Ｊて、遮蔽板の上
面の窒化珪素の生膜状態を調べた。しかしその生膜はほ
とんどなかった。もちろん遮蔽板表面にそって非生成物
気体の導出を行わない場合はこの遮蔽板上に約２００人
の窒化珪素被膜が形成され、紫外光を完全にブロッキン
グしてしまった。

その結果、基板の被形成面」二にも２００への膜厚の窒
化珪素膜しか得ることができなかった。

実験例２・・アモルファスシリコン膜の形成例ジシラン
（Ｓｉｚ！Ｉ６）を（２３）より１００ｃｃ／分の流量
で供給した。また、水素を（２８）より遮蔽板のＬ面・
＼の付着を防ぐため２００ｃｃ／分の流量で供給した。

温度は２１０℃、反応室圧力３ｔｏｒｒとした。被形成
面に１２００人の膜厚を８分間のディポジソションで形
成させることができた。

同しプロセスを繰り返しても、同し膜厚の１０００〜１
２００人を得ることができた。

実験例３・・・窒化アルミニュームの形成例ＡＩ（Ｃ１
１３）３を代表例とするメチルアルミニュームを（２３
）より３０ｃｃ／分で供給した。（２４）よりアンモニ
アを３００　ｃ　ｃ、７分で希釈した。また（２Ｂ）よ
り水素を５０ｃｃ／分で供給した。するとメチルアルミ
ニュームは窒化アルミニ１−１、膜を１３００人の厚さ
に作ることができた。被膜形成速度は３０人７分（圧力
３ｔｏｒｒ＋　温度３５０℃）であった。また、エチル
アルミニュー１、ＡＩ　（Ｃ２Ｈ５）　３等の他のアル
キル化合物でもよい。

実験例４・・・金属アルミニュームの形成側実験例３に
おいて（２８）より水素を２００ｃｃ／分の流量で加え
アンモニアを排除した。すると被形成面に金属アルミニ
ュームを約５０００人の厚さに３０分のディボジソショ
ンの結果得ることができた。その他は実験例２と同様で
ある。

「効果」 本発明は、以」二の説明より明らかなごとく、基板上に
被膜を形成するにあたり、透光性遮蔽板上の不要反応生
成被膜の形成をこの窓をガイド弁と透光性遮蔽板と組合
わセることにより、より完全に防止することができた。

このため窓上面に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はいりに（＜、か
つ排圧を１Ｏ−７ｔｏｒｒ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一対の電極（第２図（
２９）及びホルダ（１’））間に高周波エネルギ（１３
，５６ＭＩＩｚ）を加えたプラズ７ＣＶｌ’ｌ法で形成
させんとす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」二に重ねて同じまたは他の
同様の膜を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。

さらにこの窓−に面または反応室に付着したフレーク等
も同様にプラズマエッチにより除去することにより、反
応室に完全にオイルレスの環境を得、連続形成を初めて
可能にした。

なお本発明は、珪素および窒化珪素、窒化アルミニュー
ム、金属アルミニュームにおいてその実験例を示したが
、それ以外に旧Ｃ’１１３）−即ちＭとしてＩｎ、Ｓｎ
、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｗを用い、Ｍの金属または
それに酸化物気体を導入し、ＭＳｉ２等の珪化物を作製
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、ニソケル、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、］
］Ｓ−パンを同時に添加できる。また光源として低圧水
銀灯ではなく他の光源も用い得る。

例えばエキシマレーザ（波長１００〜３００ｎｍ）　、
　ＡｒＣ１（１７５ｎｍ）　、　Ｆ　２　（１５７ｎｍ
）　、　ＡｒＦ　（１９３ｎｍ）　、　ＫｒＣ１（２２
２ｎｍ）　、　ＫｒＦ（２４９ｎｍ）が代表的なもので
ある。しかしこれに併用して低圧水銀等を下側より照射
してもよい。

本発明を基板の温度を５００〜１１００℃とし、レーザ
・エピタキシアル成長をさせる装置に適用することは有
効である。被膜形成を水銀バブラを通ずことにより被膜
成長速度を向上させてもよい。

本発明において、遮蔽板は反応室窃うち反応部より十分
離れた位置に配設し、ガイド弁は−Ｅ側の端部にのみ設
けた。しかしこのガイド弁は遮蔽板の外周辺の他部また
は全周辺に設けてもよい。またエキシマ光は基板表面に
平行に照射面積を大きくするため照射した。しかし基板
に垂直にまたは斜め垂直に力Ｉ］えてもよいことばいう
までもない。

本発明において、Ｉｔ、＜（射光が基板に垂直となる構
造において、その［、の透光性遮蔽板の表面にそって非
生成物気体を流すことにより反応生成物を窓表面に形成
さ−けないようにすること（：１イｊ効である。

【図面の簡単な説明】

第１図ＬＪ従来より公知の光励起ＣＶ　ｌ）装置を示す
。 第２図は本発明のＣＶＤ装置を示す。 特許用Ｉｔ１人 麓１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反応性気体の励起用の光源と、被形成面を有する基
   板を配設する反応室とを有し、該反応室と前記光源との
   間には透光性遮蔽板を有し、前記の透光性遮蔽板の反応
   室側の表面にそって、反応生成物が蓄積されないまたは
   されにくいように非生成物気体を反応室内に導出する手
   段を具備したことを特徴とする薄膜形成装置。 ３．特許請求の範囲第１項において、透光性遮蔽板の端
   部にガイド弁が設けられたことを特徴とする薄膜形成装
   置。