JPS63110A - 薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成方法

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JPS63110A
JPS63110A JP14133386A JP14133386A JPS63110A JP S63110 A JPS63110 A JP S63110A JP 14133386 A JP14133386 A JP 14133386A JP 14133386 A JP14133386 A JP 14133386A JP S63110 A JPS63110 A JP S63110A
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cvd
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etching
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Yukio Morishige
幸雄 森重
Shunji Kishida
岸田 俊二
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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、光励起することにより薄膜を形成する方法に
関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体デバイス製造プロセスにおいては、光CV
Dなどの光励起プロセス技術が、プロセスの低温化、工
程短縮などをもたらすものとして盛んに研究開発されて
いる。光CVDは、従来のプラズマq゛ロセスに比べ、
基板やその上のデバイス層へ与えるダメージが少なく、
より低温で良質な膜形成を可能とするものとして期待が
大きい。
既に光CVDの手法を用い、将来の配線材料として有望
なタングステンやモリブデンなどの金属材料や、MOS
  rcのゲート絶縁膜に使用されるSin、などの絶
縁体などの堆積が実現されている。たとえば、「アプラ
イド・フィジックス・レター(Appl、Phys、L
ett、)誌の第40巻、 716〜719ページJに
、ボイラー(Boyer)等により、ArFエキシマ−
レーザを光源として、SiH4とNz Oガスを原料ガ
スとして、Si0g膜を堆積できることが報告されてい
る。この文献によれば、得られた堆積膜は、付着力やブ
レークダウン電圧などの特性では熱酸化Sin、膜と同
程度に優れた値を持つことが示されている。
〔発明が解決゛しようとする問題点〕
しかし、上記文献には、界面準位密度が、熱酸化Sin
、膜の10倍から100倍程度と高(、また不純物とし
て、炭化水素や、N2がかなり含まれていることが記述
されている。界面準位は、MOS  ICなどのゲート
絶縁膜などに使う場合に悪影響を与えるため、できるだ
け低いことが望まれる。上記文献では、この界面準位の
増加の原因には特に触れていないが、上記のN2や炭化
水素などの不純物が明らかに悪影響を与えている。
また、第32回春季応用物理学会予稿集(1985)の
講演番号30p−に2の340ページで開祖等により示
されているように、Sin、中の不純物のOH基がAr
Fレーザ光の照射のためにトラップを形成し、界面準位
の増加を招いている例もある。これらの界面準位増加の
原因を取り除(には、CVD膜中のN2や炭化水素、H
2などの不純物の含有を極力低減することが有効である
。しかしながら、従来の光CVDの方法では、効果的に
これらの不純物の混入を低減することができないという
問題があった。
本発明の目的は、このような従来の問題を解決した薄膜
形成方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、第1の波長の光により光化学反応を起こす第
1の気体成分を含む気体中に基板を設け、この基板上に
前記第1の波長のパルス光を照射して前記基板上に薄膜
を堆積させる薄膜形成方法において、第2の波長の光の
照射により前記薄膜の不純物成分をエツチングする第2
の気体成分を前記気体中に付加し、前記薄膜の膜厚が一
分子層分増加するのに要する時間より短い周期で前記第
2の波長のパルス光を前記基板上に照射することを特徴
としている。
〔作用〕
パルスレーザ光を用いるCVD反応では、各レーザパル
スの照射ごとにCVD原料ガスが分解もしくは反応して
、生成された分子が基板上に堆積するステップを繰り返
し、薄膜が形成されていくと考えられる。この時1パル
ス当たりの堆積厚は、緻密な膜が得られる条件のもとで
は、多くとも1人/パルス程度である。つまり各パルス
の照射により、新たに堆積する膜の平均的な厚みは、1
原子層よりも十分に薄いことになる。このため、各パル
ス照射後、不純物となる原子もしくは分子は、膜の最表
面に露出している状態にあると考えられる。
本発明は、この点に着目し、CVD用の各レーザパルス
の照射後に、堆積した原子層オーダーの薄い膜の中の不
純物原子もしくは分子に対して、別の波長の光を照射し
てエツチング反応を起こし、この不純物成分を除去すれ
ば、CVD膜中への不純物の混入を抑えることができる
との考えに基づいている。
この方法によれば、CVD反応単独では不純物の発生・
混入が避けられない場合でも、CVD膜中に不純物が取
り込まれる前にエツチング反応で不純物を取り除(こと
ができ、その結果として高純度のCVD膜を得ることが
できる。また、このエツチング反応を起こさせるレーザ
光には、エツチング反応による不純物の除去の効果のほ
かにも、光脱離効果があり、この効果によって表面に吸
着しているNt ’Potなどの揮発性分子の除去を行
うことができる。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の第1の実施例に用いられる薄膜形成装
置の構成図である。この実施例は、SiO□のCVDに
本発明を適用した例である。cvDガス供給系9は、S
 i Hz Clx 、、Nt 、NzOガスの混合ガ
スをCVDセル8に供給する。またエツチングガス供給
系10は、エツチング用の012ガスを供給する。Ar
Fエキシマ−レーザで構成される第1のパルスレーザ光
源1はCVDガスを励起するために用いられ、その出射
光は第2のミラー4、第3のミラー5、および第2の窓
7を通してCVDセル8内に導がれる。XeClエキシ
マ−レーザで構成される第2のパルスレーザ光源2は、
エツチングガスのclzを励起するために用いられ、そ
の出射光は第1のミラー3および第1の窓6を通してC
VDセル8内の基板13に照射される構成となっている
。ヒータ12は、基板13を良好な膜形成のできる温度
に昇温するために用いる。CVDセル8の内部圧力は、
排気ポンプ11の排気速度とCVDガス供給系9及びエ
ツチングガス供給系IOからの供給量を調整することに
より、CVD中所定の値になるよう制御される。
次に、この構成での実験条件および実験結果について説
明する。実験に用いたガスの組成は、5iHzc1z 
  1%、N210%、Nt086%、C123%とし
、CvDセル内の圧力は8TOrr、基板温度は300
℃としてS i Oz膜を形成した。
第2図は、照射レーザ光の照射タイミングを示す図であ
る。下側はCVD用のArFレーザ、上側がエツチング
用のXeClレーザのそれぞれの出射タイミングである
。この出射タイミングによれば、エツチングガスを励起
するパルスレーザ光は、1回のCVDガス励起用パルス
照射につき、1回照射する。このタイミングの照射によ
れば、CVD用のArFレーザ光の照射により不純物を
含む5iOz膜が堆積しても、次のエツチング用のXe
Clレーザ光の照射により、基板表面の炭化水素やN2
は、CCl 4やHClなどの揮発性の塩化物となって
気相中に離脱する。N2は、光脱離効果によりN2ガス
として表面から除去されると考えられる。なお、C1z
は、ArFレーザの発振波長193nmには吸収がなく
、逆に、CVDガス成分は、XeCj!レーザの発振波
長308nmには吸収がないので、CVDおよびエツチ
ングの各反応は、それぞれ照射するレーザ光の波長によ
り選択的に起こすことができ、堆積反応などの目的とす
る以外の不要な反応は起こらない。
このようにして得られた光CVD  5iOz)FJの
界面準位密度は、熱酸化S i Oz膜の1.5倍程度
と熱酸化法に比べ遜色のないほど十分低(でき、MOS
  IGのゲート絶縁膜として十分使い得る値であるこ
とがわかった。−方、上記の光エツチング処理を行わな
い通常の光CVDの場合の界面準位密度は、本発明によ
るものに対し20倍以上高くなり、本発明が不純物など
の影響を受けやすい界面準位密度の改善に有効であるこ
とがわかった。
なお上記の実施例では、エツチングガスを励起するパル
スレーザ光の照射回数は、1回のCVDガス励起用パル
ス照射につき、1つの場合について説明したが、1回の
CVDガス励起用の光パルスの照射につき、複数回のエ
ツチングガス励起用の光パルスを照射すれば、不純物成
分を除去する効果がより顕著になることは明らかである
。また逆に、CVD速度が極めて小さい場合には、複数
回のCVDガス励起用の光パルス照射ごとに1回のエツ
チングガス励起用の光パルスを照射しても本発明の効果
が得られる。
すなわち、薄膜の膜厚が一分子層分増加するのに要する
時間より短い周期でエツチングガス励起用の光パルスを
照射するタイミングであれば、いかなる組合わせでもよ
い。
以上の本発明の第1の実施例ではS i O,膜のCV
Dを例にとって説明したが、他の絶縁体や半導体、金属
などのCVDにおいても、CVDガス、エツチングガス
、およびこれらのガスを励起できるパルスレーザ光源を
組合わせれば本発明の方法を用いて、不純物の少ない良
質なCVD膜を形成できる。
第3図は本発明の第2の実施例を示す図である。
第1図の方法と異なる点は、第1のパルスレーザ光源1
の出射光が、基板13に垂直に入射されることであり、
ダイクロイックミラー14を用いて、第2のパルスレー
ザ光源2と第1のパルスレーザ光源1からの出射光を合
成して基板13に照射する点が異なっている。この構成
は、基板表面に吸着したCVDガス分子が光CVD反応
に預かる場合に有効となる。このようなCVDガスとし
ては、金属カルボニルなどの有機金属ガスが挙げられる
なお、第3図において第1図と同一の要素には同一の参
照番号を付して示している。
第4図は、本発明の第3の実施例を示す。この実施例に
よれば、第3図の薄膜形成装置の光路上に照射パターン
を定めるマスク15とそのパターンを基板上に転写する
レンズ16を配置し、基板13上の所要の位置にのみ選
択的にCVD膜を形成する。
なお、第4図において第1図と同一の要素には同一の参
照番号を付して示している。
〔発明の効果〕
以上述べたように、従来の光CVD方法を用いては、不
純物濃度の高いCVD膜が堆積するために、得られるC
VD膜は限定された用途にしか使うことができなかった
。これに対し、本発明の光CVD方法を用いれば、従来
方法に比べ、不純物濃度を大幅に低減でき、広い範囲の
半導体製造プロセスに光CVDの手法を適用することが
可能となる。また、従来方法では、不純物の含有率が高
すぎて、実用的に使うことの困難なCVDガスと光源の
組合わせを用いても、本発明の方法を用いれば、高純度
のCVD膜の形成が可能となり、実用的に使いうるCV
D材料の選択の幅を大きく増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す図、第2図は第1
の実施例における波長の異なる2種類のパルスレーザ光
源の出射タイミングを示す図、 第3図は第2の実施例を示す図、 第4図は第3の実施例を示す図である。 1・・・第1のパルスレーザ光源 2・・・第2のパルスレーザ光源 3・・・第1のミラー 4・・・第2のミラー 5・・・第3のミラー 6・・・第1の窓 7・・・第2の窓 8・・・CVDセル 9・・・CVDガス供給系 IO・・・エツチングガス供給系 11・・・排気ポンプ 12・・・ヒータ 13・・・基板 14・・・グイクロイックミラー 15・・・マスク 16・・・レンズ 第1図− 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の波長の光により光化学反応を起こす第1の
    気体成分を含む気体中に基板を設け、この基板上に前記
    第1の波長のパルス光を照射して前記基板上に薄膜を堆
    積させる薄膜形成方法において、第2の波長の光の照射
    により前記薄膜の不純物成分をエッチングする第2の気
    体成分を前記気体中に付加し、前記薄膜の膜厚が一分子
    層分増加するのに要する時間より短い周期で前記第2の
    波長のパルス光を前記基板上に照射することを特徴とす
    る薄膜形成方法。
JP14133386A 1986-06-19 1986-06-19 薄膜形成方法 Expired - Lifetime JPH0618173B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04141589A (ja) * 1990-09-29 1992-05-15 Canon Inc 光処理法及び光処理装置
JPH04291916A (ja) * 1991-03-20 1992-10-16 Kokusai Electric Co Ltd 気相成長方法及び装置
US5705224A (en) * 1991-03-20 1998-01-06 Kokusai Electric Co., Ltd. Vapor depositing method
JP2010532919A (ja) * 2007-07-07 2010-10-14 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド 高ニュートラル密度プラズマ注入を用いるコンフォーマルドーピング

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