JPS61256716A - 光励起プロセス装置 - 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、光励起プロセスを用いたＣＶＤおよびエツチ
ング装置に係り、特に、ＣＶＤおよびエツチングプロセ
スの高速化、高品質化に好適な光励起プロセス装置に関
する。

〔発明の背景〕

従来の光励起プロセス装置は、特開昭５６−４２３３１
号に記載のように１反応ガス種を励起させる光を導入し
、光励起による反応ガス種の分解により生成された物質
を、反応ガスが供給された反応容器内の基板表面に堆積
させるような構成となっていたにの構成によれば、従来
の熱ＣＶＤに比べて、上記基板温度を低く保ちながら、
反応生成物を堆積できる。しかしながら、反応ガス種は
励起できても、所望の反応生成物にいたるまで上記反応
ガス種を分解することが完全ではなく、中間生成物が多
く堆積されてしまい、所望の反応生成物のみを堆積させ
ることが困難であった。また、二元系の反応生成物を堆
積させる場合、二種類の反応ガスを一種の光で一挙に励
起することが困難となり、複数種の光を用いる必要性が
生じる。

また、特開昭５８−９５８３０号に記載のように、エツ
チング用ガスおよびこのガス種を励起する光を導入し、
光により励起されたガス種と所望エツチング物質とを反
応させ、所望エツチング物質をエツチングするような構
成となっていた。この構成によれば、従来のプラズマエ
ツチングで生ずる損傷のないエツチングが可能である。

しかし、上述のように、エツチングガス種の励起が不完
全であるため、従来プラズマエツチングに比し、エツチ
ング速度が遅いという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し。

光励起プロセスにおけるＣＶＤおよびエツチングを高速
化・高品質化するのに好適な光励起プロセス装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の光励起プロセス装置の概略を第二図に示す。

上記装置は、本体チャンバ１．光源２およびレンズ系３
で構成される系、ガス４を導入する部分、上記チャンバ
１を真空排気する排気系５、および。

荷電粒子発生源６で構成される。荷電粒子発生源６より
チャンバ１に導入された荷電粒子ビーム７に対して、試
料８が平行または垂直に設置できるような機構を設ける
。また、例えば試料８ａに対して、チャンバ１に窓１０
および１１を設け、光源２からの光１２を垂直または平
行に入射できるようにする。

上記で説明した光励起プロセス装置において、次のよう
なことが可能となる。

（１）反応ガス４を光１２ａで励起し、試料８ａに対し
て光励起プロセス処理を行なう場合、励起されたガス種
に荷電粒子ビーム７を照射すると、上記ビーム７が原子
番号の大きい不活性イオンビームのとき、不完全に励起
・分解された中間生成物を上記イオンビームとの衝突に
より、さらに分解され所望の励起・分解の状態に近づけ
ることができ、中間生成物の少ない良質の反応生成物を
試料８ａ表面上に堆積できる。また、上記荷電粒子ビー
ム７が活生イオンビームのとき、励起・分解された反応
ガス種と上記活性イオンとを反応させることができ、二
元系の反応生成物を試料８８表面上に堆積できる。この
とき、上記活性イオン７量をイオン源６を制御すること
により容易に変えることができるため、上記二元系の反
応生成物の組成を制御できる。

さらに、上記荷電粒子ビーム７をハロゲンイオンとする
ことにより、励起・分解された中間生成物を還元し、所
望の生成物に近い状態に近づけることができ、中間生成
物の少ない良質の生成物を試料表面上に堆積できる。

（２）反応ガス４を光１２ａで励起し、試料８ｂに対し
て光励起プロセス処理を行なう場合、励起されたガス種
および試料８ｂ表面に荷電粒子ビーム７を照射すると、
上記ビーム７が活性イオン種のとき、励起・分解された
反応ガス種と上記活性イオンとを反応、かつ、試料８ｂ
表面上に堆積される膜中に上記活性イオン種を導入する
ことができ、二元系の反応生成物を試料８ｂ表面上に堆
積できる。このとき、上記活性イオンの持つエネルギー
により、基板８ｂ表面上での反応生成物のマイグレーシ
ョンが促進され、より均質・緻密な膜が堆積できる。ま
た、上記荷電粒子ビーム７が半導体に対するビーピング
用不純物ビームのとき、不純物量が制御された半導体膜
を基板８ｂ表面上に堆積できる６さらに、荷電粒子ビー
ム７をハロゲンイオンビームとするとき、基板表面のエ
ツチングを促進できる。このとき、上記イオンビームに
より、基板表面に損傷を与え、光励起エツチングを促進
させ、エツチングの最後の損傷の少ない光励起エツチン
グプロセスを行なうことにより、被エツチング部の下の
基板に損傷を与えることなく、エツチング速度の向上を
図ることができる。

（３）反応ガス４を光１２ａで励起し、試料８ｃに対し
て光励起プロセス処理を行なう場合、上記（２）が可能
な他に、荷電粒子ビームを基板８ｃ上に形成されている
不要な膜を還元する元素のイオンビームとしたとき、上
記イオンビームを基板８ｃ表面上に照射しながら光１２
ａを照射すると、上記還元元素と不要な膜を構成する元
素との反応が進み、上記不要な膜を除去することができ
る。このとき、上記還元反応は。

上記イオンビームの持つエネルギーにより促進される。

また、反応ガス種４を反応容器１に導入することなしに
、上記不要な膜を除去できるので、上記反応容器内を高
真空に保つことができ、再付着の少ない除去が可能であ
る。

（４）反応ガス４を光１２ｂで励起し、試料８ａに対し
て光励起プロセス処理を行なう場合、上記（１）が可能
な他に、荷電粒子ビーム７と励起・分解された生成物と
の電荷交換を利用することにより、電荷を持った上記生
成物の試料８ａ表面上でのマイグレーションが促進され
、より均質・緻密な膜が堆積できる。また、電荷交換さ
れる生成物の割合を上記ビーム７量および反応ガス４圧
により一定にし、試料８ａ側を上記電荷を持った上記生
成物と反対の電位とすることにより、上記電荷を持った
上記生成物をより効率的に試料８８表面上に堆積でき、
さらに、上記生成物の堆積量を、上記電荷量によりモニ
タできる。

以上のように、本発明は、光励起プロセス装置内に荷電
粒子ビームを導入したものであり、光励起されたガス種
と上記荷電粒子との相互作用、および、上記荷電粒子の
持つエネルギーを利用し、試料表面上への反応生成物の
堆積および上記表面層の除去を高速かつ高品質に可能と
するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図を用いて説明する。

（１）シリコン薄膜の堆積 ステンレス製反応容器１内に、ＳｉＨ，ガス４を導入し
、真空排気系５の調整により上記反応容器の真空度を１
３０Ｐａに保ち、１０ｍＷ／ａ＃の強度を持つ水銀ラン
プ２からの光１２ａを上記反応容器内１に導入した。膜
厚が２０ｎｍのシリコン酸化膜で覆われたシリコン基板
８ａを、基板加熱が可能な試料台９上にのせ、シリコン
基板８ａを２００℃に保った。この反応容器１に、加速
エネルギーが２００　ｅ　Ｖ　、ビーム電流密度が１０
μＡ／ｄのＸｅイオンビーム７を導入し、上記シリコン
基板８８表面上の上記シリコン酸化膜上に。

シリコン薄膜を（約２００ｎｍ／分の堆積速度の条件下
で３００ｎｍ堆積した。この時、上記シリコン薄膜中の
水素原子の量は、上記Ｘｓイオンビーム７を導入しない
場合に対して約半分に減少し、良質のシリコン薄膜を堆
積できた。

次に、反応容器内の真空度を１０−’Ｐａに調整し、高
濃度のｎ型シリコン基板８ｃに、１００ｅＶで１ｏμＡ
／ａ＆の水素イオンビーム７を照射し、５ｍＷ／ａＪの
ＣＯ２レーザー光１２ａを導入した。このとき、上記シ
リコン基板８０表面」二の自然酸化膜は、上記光に励起
され、水素イオン７により還元反応を生じ、除去される
。この方法での自然酸化膜除去によれば、ハロゲン化合
物ガスを導入し上記自然酸化膜を除去した場合に比べて
、反応容器内の真空度を非常に低く保つことができるの
で、上記シリコン基板表面上への反応生成物の再付着が
無く、上記基板表面を清浄な状態にすることができる。

その後、上記表面クリーニングされたシリコン基板８ｃ
を８ｂの位置に移し、反応容器内の真空度を１３０Ｐａ
、基板温度を５００℃として、１００ｓＶでｏ、ｏｏｔ
　ｐ　Ａ　／　ａｌｒ　のヒ素イオンビーム７を導入し
、ヒ素濃度１０”ａｎ−”の不純物を含む低濃度のｎ型
シリコン薄膜を３００ｎｍ形成した。このとき、上記ｎ
型シリコン薄膜は、上記シリコン基板８ｏ側から固相エ
ピタキシャル成長し、単結晶となった。ここで、上記シ
リコン薄膜の不純物濃度は、上記イオンビーム７のビー
ム電流密度、および、上記真空度を制御することにより
制御できた。例えばイオン電流密度をＩＭＡ／ａＪとす
る事により、ヒ素濃度１０”ａｍ−’という高濃度層を
形成できた。

このように、本実施例によれば、単なるシリコン膜の堆
積の他に、シリコン基板表面クリーニングから、その後
の濃度を制御したエビ成長シリコン膜をも形成できる。

また、イオンビームのエネルギーを利用し、基板表面上
に付着した反応生成物のマイグレーションを促進してい
るため、非常に均質なシリコン薄膜を堆積できた。

（２）シリコン酸化膜の堆積 上記反応容器１内に、ＳｉＨ４ガス４を導入し、真空度
を１３　Ｐ　ａに保ち、１　ｍ’Ｗ　／　ａｌの強度を
持つ水銀ランプ光１２ａを導入した。また、１００ｅＶ
で２０μＡ／Ｊの酸素イオンビーム７を導入し、シリコ
ン基板８ｂ表面上に、３０ｎｍのシリコン酸化膜を堆積
した。この時、シリコン基板８ｂの基板温度を４００’
Ｃとした。

また、Ｓ　ｉ　Ｈ，とＰＨ，との混合比が１００：１の
混合ガス４を、上記反応容器１に導入し、１ｍＷ／ｄの
強度のＡ　ｒ　Ｆエキシマレーザ光１２ａを導入した。

また、上記酸素イオンビーム７を導入し、シリコン基板
８ｂ表面上に、３００ｎｍのＰＳＧ膜を堆積した。この
ＰＳＧ膜のモル濃度は、上記混合ガス４の混合比により
容易に制御できた。

本実施例によれば、上記酸素イオンビーム７の酸素の供
給量を、光励起されて生成されたシリコンの供給量を２
倍以上に保つことにより、常に同じ組成比のシリコン酸
化膜が堆積できる。また。

上述のように混合ガスを用いることにより、ＰＳＧ膜の
堆積も可能である。

（３）シリコン薄膜のエツチング 上記反応容器１内に、ＨＣｆｆｉガス４を導入し、真空
度を１３０Ｐａに保ち、１０ｍＷ／ａ＃の強度を持つＸ
ｅＣＱエキシマレーザ光１２ａを導入した。また、２０
０ｅＶで２０μＡ／ｃｄのＣＱイオンビーム７を導入し
、石英基板８ｃ上のシリコン薄膜（膜厚＝３００ｎｍ）
をエツチングした。このＣＱイオンビーム７を導入した
エツチングを、上記薄膜の膜が２０〜３０ｎｍ程度にな
るまで行ない、その後のエツチングは、上記イオンビー
ム７を導入しないで、上記薄膜が完全にエツチングでき
るまで行なった。上記イオンビーム７を導入した場合の
エツチング速度は、上記イオンビーム７を導入しない場
合に比べて、約１０倍程度となり、約５０ｎｍ／分であ
った。

このように、本実施例によれば、エツチング時間を約９
０％短縮でき、被エツチング薄膜下の基板に、イオンビ
ーム照射による損傷を与えることなくエツチングが可能
となった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、荷電粒子と光励起されたガス種との相
互作用を利用できるので、ガス種の分解を促進し、かつ
、二元系以上の反応生成物を堆積できる。また、荷電粒
子の持つエネルギーを利用できるので、基板表面上での
反応生成物のマイグレーションを促進できる。このよう
なことから、高速かつ高品質の、反応生成物の堆積およ
び除去プロセスに対して効果がある。また、制御性のよ
い荷電粒子を用いることで、二元系以上の反応生成物の
組成を制御するのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光励起プロセス装置を示す図である
。 １・・・反応容器、２・・・光源、３・・・レンズ系、
４・・・導入ガス（例えばＳｉＨ，ガス）、５・・・真
空排気系、６・・・荷電粒子源（例えばイオンソースお
よびビーム制御系）、７・・・荷電粒子ビーム、８・・
・試料（例えばシリコン基板）、９・・・試料台、１０
．１１・・・窓、１２・・・光（例えば、水銀ランプ光
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応ガスと上記反応ガスを励起させる光とが導入された
   反応容器内で、反応生成物を基板表面上に堆積でき、か
   つ、基板表面層をエッチング除去できる装置において、
   反応容器内に荷電粒子を導入することを特徴とする光励
   起プロセス装置。