JPS62128528A

JPS62128528A - レ−ザ表面処理装置

Info

Publication number: JPS62128528A
Application number: JP26959785A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujii; 拓藤井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1987-06-10

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、超ＬＳＩ製造プロセス等に於いて用いられる
レーザ表面処理装置、すなわち、半導体基板上、若しく
は半導体基板に形成された絶縁層若しくは導電層上に所
定のエツチング・ガスを供給してレーザ光を照射するこ
とによりエツチングを行なうレーザ・エツチング装置、
又は半導体基板上に原料ガスを供給してレーザ光を照射
することにより絶縁膜、導電膜等の形成を行なうレーザ
ＣＶＤ装置に関するものであり、特に、処理速度の向上
、及び装置汚染の低減を目的とするものである。

〈従来の技術〉従来、表面処理装置として、エツチングに於いては、荷
電粒子とラジカルの混合系で行ない、膜形成に於いては
、炉を用いた系とプラズマを用いたものが主に用いられ
ている。

これらの方法に於いて、荷電粒子に電場をかけて行う加
工に於いては、イオンの打ち込み等による半導体素子の
性能の劣化が生じ、またプラズマを用いた膜堆積に於い
ては、低温で膜形成をできるが、膜内原子同志の結合状
態に幅があり、膜の電気特性が高温での熱反応によって
生じたものより劣るという欠点があった。また、高温で
の膜形成によっては、半導体中に注入された不純物の拡
散が生じ、半導体の素子寸法が小さな場合、半導体素子
に大きな影響が生じる等の欠点がある。

このため、できるだけ、半導体基板を低温に保ったまま
で、エツチングをしたり、良好な特性の膜堆積をする、
低損傷な技術の出現が望まれていた。

このような要望に応える技術、すなわち、半導体素子の
特性に悪影響を与えない加工技術やサブミクロンの半導
体素子の形成に必要な低温の膜形成技術として、近年、
光を用いたプロセス技術が注目されている。

しかしながら、光を用いたプロセス技術にも問題点があ
る。実用上の問題として、ＣＶＤでも、またエツチング
でも、反応の生成物による光導入窓の曇りがある。これ
を解決するための方法として、従来、窓に不活性ガスを
吹き付ける方法があった。この問題は気相中での光化学
反応に根本的原因があり、これを抑えることにより窓付
近に設けるべき曇り防止装置が不要になる。

このような光プロセス装置として、紫外レーザを用いて
半導体基板上の表面温度を上昇させることにより表面上
で局所的に反応を生、じさせるものがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、上記装置に於いては、パルスレーザのレ
ーザ・パルスの時間幅であるｌ０ｎｓｅｃから１μｓｅ
ｃの短時間でエツチング又は堆積反応が進行するため、
パルスの間隔で平均したエツチング速度や堆積速度が遅
いという問題点がある。

また、膜形成用原料分子の運動エネルギーが十分でない
ため、基板表面での原料分子の拡散が不十分となって均
一な膜形成ができていない。

く問題点を解決するだめの手段〉まず、エツチング速度や堆積速度は、基板に供給される
原料種の濃度に依存する。このため基板近傍の原料種の
拡散速度（気相−表面）を大きくすればよい。このこと
を実現するためには、ガスの温度を上昇させればよいが
、前にも述べたように、反応室で均一にガス温度を上昇
させると、レーザ光の照射により気相中で反応ガスが分
解してしまうため、光導入窓や反応室内壁に反応生成物
の付着を生じる。

本発明の要点は、レーザの照射される基板表面の近傍で
、レーザ・パルスの照射されている時刻に短時間ガス温
度を上昇させることにある。

く作用〉上記方法によれば、気相中での不要な反応ガスの光分解
を抑制し、しかも反応ガスの供給量を増加できるととも
に、室温より大きな運動エネルギーを有する反応ガスの
供給が可能となる。

したがって、エツチング装置にあっては、エツチング速
度を、また、膜形成装置に於いては堆積速度を、それぞ
れ増大させることができ、さらに、堆積膜の膜質向上も
合わせて期待できる。

〈実施例〉上記のようなレーザ表面処理装置の実現例としては次に
述べるような幾つかの形式のものが考えられる。

ｉ）マイクロ波のパルス照射により紫外線レーザ照射時
刻にガス温度を上昇させる。

第１図に、その構成を示す。図に於いて、ｌは半導体基
板、２は原料ガス供給部、３は排気部、４は光導入窓、
５は紫外レーザ光である。

そして、６が、紫外レーザ照射時刻に半導体基板上のガ
ス温度を上昇させるために設けられたマーザ照射時刻に
赤外光をパルス状に照射する。

これは、ＩＲランプにシャッターを付けたり、またＩＲ
波長域で発振する、ＴＥＡＣＯ２レーザなどのパルス・
レーザを用いることにより実現できる。

第２図に、その構成を示す。図に於いて、１１は半導体
基板、１２は原料ガス供給部、１３は排気部、１４は光
導入窓、１５は紫外レーザ光である。そして、１６が上
記赤外光、１７が該赤外光導入用の光導入窓である。

１ｉｉ）ガスを加熱する部分を反応室外に設け、ここか
ら基板近傍までガス導入管を引き、ガス導入管に、紫外
レーザ・パルスと同期する開閉バルブを設け、紫外レー
ザ・パルス照射時に、基板表面に高い温度のガス分子が
到達するように、バルブの開閉を制御する。

第３図に、その構成を示す。図に於いて、２１は半導体
基板、２２は原料ガス供給部、２３は排気部、２４は光
導入窓、２５は紫外レーザ光である。そして、２６がガ
ス加熱装置、２７が開閉バルブである。

なお、上記ｉ）、　ｉ＋）、　ｆｉｔ）の併用も有効と
考えられる。

本発明で用いる反応ガスの条件としては以下の２点を挙
げることができる。

■　遠紫外領域（２ＱＯ〜３００ｎｍ）近辺で強い吸収
を示さない（≦０、Ｉｃｍ　　’／７６０Ｔｏｒｒ）。

■　室温より高い温度で熱分解する。第４図の特性が望
ましい。図に於いて、ＴＩはＩＲ光やマイクロ波による
ガスの予備加熱温度、Ｔ２は分解温度、ΔＴは紫外レー
ザによる基板加熱温度である。

なお、光源として、紫外領域の波長のパルス・レーザの
代わりに、可視領域の波長のパルス・レーザを用いるこ
とも可能である。

以上のように、本発明では、レーザで半導体基板の表面
処理を行う際、半導体基板の表面をレーザにより加熱し
て、表面で反応ガスを熱分解する手法に於いて、反応ガ
スを分解しない程度の温度まで予備加熱した後、レーザ
照射により更に加熱した基板表面で熱分解させるという
ことが要点となっている。

本発明を用いれば、レーザ光を用いた単独基板加熱の場
合と比較して、レーザによる基板加熱を減することがで
き、温度分布に伴う欠陥誘起や不純物の熱拡散を減らす
ことができ、また、同一のレーザ・パワーで処理できる
面積を増大させることができる。

他の方法と異なる点は、 ■　光化学的に励起され易いガスを用いる必要がない。

したがって、光路中でガスの分解が起こらず、分解生成
物の拡散が生じないこと。

■　反応ガスを分解するため、マイクロ波やＩＲ光を使
用するのではなく、分解をさけて、単に予備加熱できる
領域で、反応ガスの熱励起を行うこと。及び、 ■　■と関連するが、ＩＲ光と遠紫外光の二光子過程で
励起されるガスを用いるプロセスが提案されているが、
このような分光特性を持っているガス以外のガスにも適
用できること。

の３点である。

〈発明の効果〉本発明のレーザ表面処理装置を用いることにより、起Ｌ
ＳＩ等の半導体素子の特性を劣化させることなく、しか
も、高速のエツチング加工、或いはＣＶＤによる膜形成
などが可能になる。このような低損傷プロセスにより、
１μｍ以下の微細デザインルールを有する半導体素子の
形成を、より容易に、歩留りよく行えるものと期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の実施例の構成図である。第
４図は本発明で用いる反応ガスの望ましい特性を示す特
性図である。符号の説明１．１１．２１：半導体基板、２．　１２．　２２：原
料ガス供給部、ａ、１３．２３：排気部、４．１４，２
４：光導入窓、５．１５．２５：紫外レーザ光、６：マ
イクロ波加熱装置、Ｉ６：赤外光、１７：光導入窓、２
６：ガス加熱装置、２７：開閉バルブ。

Claims

【特許請求の範囲】１、被処理部材上に所定のガスを供給してレーザ光を照
射することにより、エッチング又は膜堆積等の表面処理
を行うレーザ表面処理装置に於いて、レーザとしてパルス・レーザを用い、レーザ光のパルス
照射と同期させて、上記被処理部材上のガス温度を昇降
させる手段を設けたことを特徴とするレーザ表面処理装
置。