JPS61247035A - 表面処理装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光励起化学反応により薄膜を形成する表面処
理装置に係わり、特に膜形成後に後処理を行う表面処理
装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

絶縁性薄膜は、半導体集積回路素子の重要な構成要素で
ある。通常、シリコン集積回路では、この種の薄膜とし
て基板の酸化や化学気相反応により形成したＳ　ｉ　０
２膜が利用されている。

近年、これらに代わる新たな絶縁性薄膜の形成方法とし
て、紫外光等を用いた光励起化学反応により、シランや
酸素等のガスからＳ　ｉ　０２膜を形成する方法が注目
されている。しかし、酸素やシラン等のガスを励起する
ためには、波長２００［ｎｍ］以下の真空紫外光が必要
となり、これらの波長領域の光源はエキシマレーザ等、
極限られており、実用上有効な１００［ｃａ２］程度の
面積を照射し得る光源は未だ開発されていない。

これに対し最近、大面積露光が可能な水銀ランプ（波長
２５０〜３５０ｎｍ＞光を用いることにより、絶縁性薄
膜を形成する方法が提案されている。この方法は、上記
水銀ランプの発光波長領域の光を良く吸収し、活性なラ
ジカルを作る塩素ガスを増感剤として用いるものである
。そして、この塩素の増感作用を利用し、アルキルシラ
ン類ガス、酸素及び塩素の混合ガスを用いてＳ　ｉ　０
２膜を堆積、また塩素及び酸素の混合ガス中でＳｉ上に
５ｉＯ２１を成長する装置が既に提案されている。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
がめった。即ち、塩素を用いることにより、光化学反応
により形成された薄膜中に微但の塩素が残留しており、
大気中に取出すと薄膜中の塩素が水分と反応して塩化水
素を発生し脱離する。

このため、薄膜に体積変化が生じ、膜中にひび割れが生
じ易いと云う問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、光励起化学反応により形成された薄膜
中に残った増感剤としての元素を酸素等に置換すること
ができ、大気中の水分との反応等に起因する薄膜の体積
変化及び薄膜中のひび割れの発生を未然に防止し得る表
面処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、光励起化学反応により形成された薄膜
を大気に晒すことなく、酸素等の不活性雰囲気中で加熱
することにより、薄膜中に残存した塩素等の増感剤とし
ての元素を酸素等に置換することにある。

即ち本発明は、試料上に良質な薄膜を形成する表面処理
装置において、膜形成に供される試料が配置される第１
の容器、この容器内に塩素及び酸素等の混合ガスを導入
する手段、上記ガスを排気する手段、及び上記容器内に
導入されるガスに水銀ランプからの紫外光等を照射する
手段を備え、この光照射により上記ガスを活性化して試
料表面上に薄膜を形成する光薄膜形成部と、前記第１の
容器にゲートバルブを介して連設された第２の容器、こ
の容器内に酸素や窒素等のガスを導入する手段、及び上
記第２の容器内に配置される試料を５００　［℃］以上
程度に加熱する手段を備えた後処理部と、前記光薄膜形
成部の第１の容器と後処理部の第２の容器との間で前記
試料を搬送する搬送機構とを設けるようにしたものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光励起化学反応により形成された薄膜
中の塩素等の増感剤としての元素を酸素等に効率良く置
換することができる。このため、大気中の水分との反応
が原因であった薄膜の体積　　　　　□変化及び薄膜中
のひび割れの発生を未然に防止することができ、良質の
薄膜を形成することができる。従って、塩素ガス添加に
よる水銀ランプ光源を利用した薄膜形成反応の欠点が克
服され、この反応を半導体半導体集積回路製造工程へ応
用することが可能となる。

〔発明の実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

図は本発明の一実施例に係わる表面処理装置の概略構成
を示す断面図である。この装置は、大ぎく分【プると光
薄膜形成部上り、後処理部、えり、予備排気部ユ旦及び
搬送機構旦等から構成されている。

図中１１は第１の真空容器であり、この容器１１には該
容器１１内にテトラメチルシラン、酸素、及び塩素等の
混合ガスを導入するガス導入口１２が設けられると共に
、上記ガスを排気するためのガス排気口１３が設けられ
ている。容器１１の内部には、試料５１を固定した石英
製ボート５２を載置する試料台１４が収容されている。

この試料台１４の内部には、上記試料５１を加熱するヒ
ータ１５が設けられている。

また、容器１１の上方には、水銀ランプ等からなる光源
１７が配置されている。この光源１７から放射された光
は、容器１１の土壁に設けられた石英性の透明板１６を
通して容器１１内に導入され、試料５１上に照射される
。そして、この光照射により容器１１内に導入されたガ
スが活性化され、光励起化学反応により、試料５１上に
薄膜が形成されるものとなっている。なお、これら容器
１１、ガス導入口１２．ガス排気口１３．試料台１４、
ヒータ１５．透明板１６．光源１７等から光薄膜形成部
１旦が構成されている。

容器１１の右側には、第１のゲートバルブ６１を介して
第３の真空容器３１か連設されている。

この容器３１には、該容器３１内に窒素等のガスを導入
するためのガス導入口３２及びこのガスを排気するため
のガス排気口３３が設けられている。

なお、これら容器３１．ガス導入口３２及びガス排気口
３３等から予備排気部１旦が構成されている。

容器３１の右側には、第２のゲートバルブ６２を介して
第２の容器２１が連設されている。この容器２１は５英
製の炉芯管からなるもので、該容器２１には酸素や窒素
等のガスを導入するためのガス導入口２２及びガスを排
気するガス排気口２３が設けられている。さらに、容器
２１の周囲には、容器２１内に配置される試料を加熱す
るための電気炉２４が設けられている。なお、上記第２
の容器２１．ガス導入口２２．ガス排気口２３及び電気
炉２４から後処理部２旦が構成されている。

一方、前記ボート５２には、第１の容器１１の左方から
容器１１内に挿入された搬送アーム４１が連結されてい
る。この搬送アーム４１は、ボート５２を第１の容器１
１と第３の容器３１との間で搬送するものである。同様
に第２の容器２１のも方から同容器２１内に挿入された
搬送アーム４２は、ボート５２を第２の容器２１と第３
の容器３１との間で搬送するものである。なお、上記第
１及び第２の搬送アーム４１．４２から搬送機構至旦が
構成されている。

次に、上記構成された本装置の作用について説明する。

まず、試料５１としては、単結晶３ｉウエハを用いた。

この試料５１を前記ボート５２上に固定し、前記第１の
容器１１内の試料台１４上に配置した。この状態で、容
器１１内にテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨヨ）４）、
１０［％］、塩素２［％］及び酸素８８［％］の混合ガ
スを導入し、容器１１内の圧力を５　Ｑ　［ｔｏｒｒ］
に保持した。なお、このとぎ、ゲートバルブ６１．６２
は閉じられている。その後、光源１７を点灯し、紫外光
を照射したところ、１分間当り＝！１．ＯＯ［人］の速
度で薄膜が堆積し、２５分間の照射で約１［μＴｒＬ］
の薄膜が形成された。

この薄膜は、微量の塩素を含んだＳｉＯ２膜であり、膜
厚が６０００　Ｅ人］以上になると、大気中に取出した
とき水分を吸収してひび割れを生じてしまうことが分っ
ている。

次いで、予め第３の容器３１内を真空排気しておき、ゲ
ートバルブ６１を開いて、前記搬送アーム４１により、
試料５１を固定したポー１へ５２を容器１１から容器３
１内に搬送した。その後、ゲートバルブ６１を閉じたの
ち、ガス導入口３２から容器３］内に窒素ガスを導入し
、容器３１内を大気圧にした。

次いで、ゲートバルブ６２を開き、前記搬送アーム４２
により、ボート５２を容器３１から容器２１内に搬送し
た。なお、この容器２１内は予め９００　［℃］に加熱
しておき、窒素ガスを流しておいた。その後、ゲートバ
ルブ６２を閉じ、容器２１内に酸素ガスを流しながら３
０分間アニールを行った。

次いで、容器２１内から試料５１を取出して観察したと
ころ、ＳｉＯ２の膜厚が１［μＴｒＬ］に達しているに
も拘らず、ひび割れは全く見られなかった。

かくして本装置によれば、光励起化学反応によりＳ　ｉ
　０２等の薄膜を形成した試料を酸素ガス雰囲気中で熱
処理することにより、薄膜中の塩素を酸素に置換するこ
とができる。このため、該試料を大気に取出しても、薄
膜の堆積変化やひび割れが生じる等の不都合はなく、良
質の絶縁性薄膜を得ることができる。また、第１及び第
２の容器１１．２１間に第３の容器３１を設けているの
で、これらの容器１１．２１間の干渉による汚染、或い
は熱の移動を防止することがｒきる等の利点もめる。

次に、前記実施例装置を用いた他の実験例について説明
する。まず、試料５１としては単結晶３ｉを用いた。こ
の試料５１をヒータ１５により３００［℃］まで加熱し
た後、容器１１内に塩素５［％］と酸素９５［％］との
混合ガスを導入し、容器１１内の圧力を１００　Ｅ　ｔ
Ｏｒｒ］に保持した。

そして、光源１７を点灯し、試料５１上に紫外光を６０
分間照射した。

これにより、３ｉ表面が酸化されて表面に８５００　［
大コのＳｉＯ２膜が形成された。この薄膜も、４０００
　［入］以上では、大気中に取出すとひび割れが生じて
しまう。ざらに、弗酸−弗化アンモニウム溶液中でのエ
ツチング速度は熱酸化膜が１０００［入／分］でおるの
に対し、６０００　［人／分］と極めて大ぎい。

この試料を先の実験例と同様に、後処理装置２０の容器
２１内に搬送し、まず酸素中で９００［℃］、３０分間
のアニールを行った後、水素１０［％コと酸素９０［％
］の混合ガス中でさらに３０分間アニールを行った。

この結果、膜厚が７５００　［人コまで減少したが、大
気中に取出してもひび割れの発生は見られず、また弗酸
−弗化アンモニウム水溶液中でのエツチング速度は１２
００［人／分］程度まで低下していた。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記光源は水銀ランプに限るものではなく
、大面積に亙り紫外光を照射できるものであればよい。

また、前記光薄膜形成部を構成する第１の容器内に導入
する増感剤は、塩素に限るものではなく、上記光源から
の光照射により活性化するガスであればよく、ハロゲン
元素を含有するガスであれば用いることが可能である。

ざらに、光薄膜形成部を構成する第１の容器と後処理部
を構成する第２の容器との干渉を防ぐためには予備排気
部としての第３の容器は不可欠であるが、この干渉が問
題とならない場合、第３の容器を除去することも可能で
ある。また、前記ｆｆｌ処理部で試料を加熱する温度は
適宜変更可能でおるが、前記塩素等の増感剤としての元
素と酸素等との置換を速やかに行うためには、５００　
［”Ｃ］以上が望ましい。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係わる表面処理装置の概略構成
を示す断面図である。 １す・・・光薄膜形成部、１１・・・第１の容器、１２
゜２２．３２・・・ガス導入口、１３，２３．３３・・
・ガス排気口、１４・・・試料台、１５・・・ヒータ、
１６・・・透明板、１７・・・光源、■・・・後処理部
、２１・・・第２の容器、２４・・・電気炉、３０・・
・予備排気部、３１・・・第３の容器、生り・・・搬送
＠構、４１．４２・・・搬送アーム、５１・・・試料、
５２・・・ボート、６１゜６２・・・ゲートバルブ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜形成に供される試料が配置される第１の容器、
   この容器内に所定のガスを導入する手段、上記ガスを排
   気する手段、及び上記容器内に導入されたガスに光を照
   射する手段を備え、この光照射により上記ガスを活性化
   して試料表面上に薄膜を形成する光薄膜形成部と、前記
   第１の容器にゲートバルブを介して連設された第２の容
   器、この容器内に所定のガスを導入する手段、及び上記
   第２の容器内に配置される試料を加熱する手段を備えた
   後処理部と、前記光薄膜形成部の第１の容器と後処理部
   の第２の容器との間で前記試料を搬送する搬送機構とを
   具備してなることを特徴とする表面処理装置。
2. （２）前記薄膜形成部と後処理部との間に、前記第１の
   容器と第２の容器との間にそれぞれゲートバルブを介し
   て接続された第３の容器、及びこの容器内を真空排気す
   る手段からなる予備排気部を設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。
3. （３）前記薄膜形成部の第１の容器内に導入するガスと
   して、少なくともハロゲン元素及び酸素を含有するガス
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   表面処理装置。
4. （４）前記後処理部の第２の容器内に導入するガスとし
   て、酸素或いは窒素ガスを用いたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の表面処理装置。
5. （５）前記後処理部に設けられた加熱手段は、前記試料
   を５００［℃］以上に加熱するものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置。