JPS6328868A - Ｃｖｄ法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基板の表面に金属元素を含んだ薄膜を形成
するＣＶＤ法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のＣＶＤ法に用いられている装置は特開昭５９−１
７９７７５号公報に掲載され、その概要は第１３図〜第
１５図に示されている。第１３図は真空ハウジングを切
断した装置の断面図を示しており、２υは真空ハウジン
グのは真空ハウジングＱυ内に配役り され、基板（図示せず）を保持するタレット組立体のは
真空ハウジング（２１１を水冷する冷却コイル、（２４
１は真空ハウジングｒ２ＩＩ内を排気する排気パイプ■
は〕 排気用マニホールド″、■は真空ポンプ（図示せず）等
を備えた真空／排気システムｐは水冷システム。

母はマイクロプロセッサ、ｒ２３はＲＦ発信器、夏はＨ
ｅガスとＳｉｎ、とを貯える第１のバンク＞ｃ３１＋ば
Ｈｅガスのキャリヤと質、とを貯える第２のバンクであ
る。第１４図は真空ハウジングの頂部を除去した平面図
を示しており、關はキャップ、図は頂部の六角形リング
、田はモネル製のプラテンである。第１５図は内部構造
を露出するように一部を切断したタレット組立体の一部
切欠断面図を示しており、■は底部の六角形リンフａは
冷却パイプ、田は水冷システム面からの水を冷却パイプ
助に供給したのち再び水冷システム＠（戻す二重管、田
はタレット組立体のの内部に配設された加熱ランプで、
モネル製のプラテン（至）を背面より加熱している。ま
たバンク夏３υからの反応ガスはそれぞれパイプ（４Ｇ
　（４υ及び混合チャンバー（４２ヲ介してハウジング
Ｑυ内に導入される。

従って、従来のＣＶＤ法は、マイクロプロセッサ■でプ
ラテン田の外表面の温度が一定になるように制御しなが
ら加熱ランプ田でモネル製のプラク テン田を背面よ］加熱し、プラテン回の熱をプラテン田
で保持している基板に伝達して、基板の表面の温度とプ
ラテン田の外表面の温度とかはゾ同じになるように加熱
し、基板の表面において化学反応を生じさせて、基板の
表面に金属元素を含んだ薄膜を形成するようにしている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のＣＶＤ法では、薄膜の成長速度は金属元素を含ん
だ反応性を有するガス流量に比例し、又その比例定数が
小さいので成長速度の高速度化には多量の上記金属元素
を含んだ反応性を有するガスを供給する必要があった。

しかし金属元素を含んだ反応性を有するガスは、通常、
激しい有毒性、腐蝕性を有し、又高価であるため上記ガ
スの使用量は自ずと制約を受ける。

また、この薄膜成長速度の制約が、ウェハー（基板）の
大口径化に伴って装置を枚葉化（ウェハーを一枚一枚処
理する方式）することへの支障となっている。

また、従来の方式ではガス流の制御パラメータとしては
圧力と反応ガス流量と云う２つの内部パラメータのみで
あシ、乱流発生の抑止、自然対流の抑止等のため罠外部
的にコントロールする事は不可能である。従って広い圧
力、流量領域で再現性、制御性、均一性に優れた成膜を
行えない問題点がある。また、反応成分は炉内全域に拡
散するので、炉壁、覗き窓等への反応成分の付着を避け
るためにハウジングＱυ等を冷却するようにしているが
、なお反応成分の付着に起因するダストの発生、薄膜内
への不純物の混入などの問題は避けられない。

この発明は、上記のような従来の方法のもつ種々の問題
点を解決して、基板に形成する金属元素を含んだ薄膜の
成長速度を上記金属元素を含む反応性を有するガスの使
用量を少量に抑えて高速度化でき、かつ制御性、再現性
が良く、均一性の高い薄膜形成が出来るＣＶＤ法を提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的は、金属元素を含んだ反応性を有するガスと
金属元素を含んでいない反応性を有するガスとを減圧下
の反応槽内の基板の表面にほゞ平行にシート状の流れで
導入し、かつ前記基板の表面に対向するように不活性ガ
スのガス流又は不活性ガスを主体とするガス流を導入し
ながら、前記基板に加熱ランプの光を照射し、前記基板
を加熱することにより前記基板の表面において化学反応
を生じさせ、＃記基板の表面に前記金属元素を含んだ薄
膜を形成することを特徴とする（ｕＤ法てよって達成さ
れる。

〔作　用〕

基板の表面で成長する金属元素を含んだ薄膜の成長速度
を基板表面に加熱ランプの光を照射することＫより従来
の方法に比べて上記金属元素を含む反応性を有するガス
の使用量を少量に抑えて高速度化するようになる。

また、金属元素を含んだ反応性を有するガスと金属元素
を含んでいない反応性を有するガスとの流れを基板近傍
全域において制御性のよい層流状態に保つことができ、
基板に均一性の高い成膜を行うことができる。また、従
来の方法のように、反応槽に冷却手段を用いなくても炉
壁、覗き窓などの汚染を防止することができる。よって
装置全体を簡素化することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。第１図はこの発明の実施例に用いられる装置の
概略構成図である。同図において、（１）は減圧される
反応槽である。反応槽（１）内には、回動自在な基板ホ
ルダ（２）に載置された基板（３）が配設されている。

反応槽（１）の側部（ｌａ）にはスリット状の開口をも
った２つのガス導入部（４ａ）（４ｂ）が設けられ、一
方のガス導入部（４ａ）からは金属元素を含んでいない
反応性を有するガスであるＳｉＨ，と不活性ガスである
Ａｒガスとが反応槽（１）内に基板（３）の表面にほゞ
平行にシート状に導入され、他方のガス導入部（４ｂ）
からは金属元素を含んだ反応性を有するガスである背、
とＡｒガスとが反応槽（１）内の基板（３）の表面にほ
ゞ平行にシート状に導入されている。反応槽（１）内に
導入される８　ｉＨ，、ＷＦ、及びＡｒガスは、反応槽
（１）内において、基板（３）の表面に省って流れるよ
うになっている。反応槽（１）の大部（ｌｂ）には透明
な石英ガラス製透過窓（５）と不活性ガス導入部（６）
とが設けられている。不活性ガス導入部（６）のガス噴
出部（６ａ）は多孔板になった透明な石英ガラスででき
ておシ、石英ガラス製透過窓（５）の下方に位置して、
不活性ガスであるＭガスを反応槽（１）内に下方に噴出
するようになっている。反応槽（１）内において下方に
噴出するＡｒガスは、基板（３）の表面に沿って流れる
８　ｉＨ４，ＷＦ、及びＡｒガスが流れる過程で上方に
拡がるのを防止するためにＳ　ｉＨ，、ＷＦ。

及びＡｒガスが流れに対して、上方よυ略垂直に交わる
ようになっている。反応槽（１）の底部（ＩＣ）には排
気部（７）が設けられ８ｉＨ，とＷＦ、とＡｒガスとが
反応槽（１）内より排気されている。反応槽（１）の大
部（１ｂ）より上方に位置する反応槽（１）外のところ
には、加熱ランプ（８）が配設されている。加熱ランプ
（８）からの光は、石英ガラス製透過窓（５ンと透明な
石英ガラスでできている不活性ガス導入部（６）のガス
噴出部（６ａ）とを透過して、基板（３）の表面を闇討
するようになっている。反応槽（１）外のところにはコ
ントローラ（９）が配設され、このコントローラ（９）
は反応槽（１）内の特定な位置における温度が一定に維
持できるように加熱ランプ（８ンの出力を制御している
。

従って、上記第１図の装置を用いて、第２図に示すよう
なＳｉの基板（３）にＷＳｉｘの金属元素を含んだ薄膜
を形成するときのＣＶＤ法は、コントローラ（９）で反
応槽（１）内の特定な位置における温度を一定に維持す
ると共に、上記ＳｉＨ，と靜、とＡｒガスとを減圧下の
反応槽（１）内に導入しながら、加熱ランプ（８）から
の光を石英ガラス製透過窓（５）と透明な石英ガラスで
できている不活性ガス導入部（６）のガス噴出部（６ａ
）とを透過させて回動中の基板（３）に照射させると基
板（３）の表面において化学反応が生じ、ＷＳｉｘが時
間の経過とともに成長し、第３図に示すようにＷＳｉｘ
の金属元素を含んだ薄膜ＱＯが基板（３）に形成される
ようになる。

この場合、反応槽（１）内の特定な位置における温度は
コントローラ（９）によって一定に維持されている。

第４図は、この発明の実施例の方法と従来の方法とによ
るＷＳ　ｉ　ｘの成長速度を比較するグラフであって、
横軸に留、の流量（８ＣＣＭ）　、縦軸にＷＳｉｘの成
長速度（λ／ＭＩＮ　）をと月　この発明の実施例の方
法によるＷＳｉｘの成長速度を符号Ａ、従来の方法によ
るＷＳ　ｉ　ｘの成長速度を符号Ｂで示している。

次に本実施例のガスフローの作用、効果などについて説
明する。ノズル（４ａ）からは２次元ジェット状に反応
ガス几としてのＳｉＨ，及びＡｒガスが槽（１）内の空
間Ａに噴出される。またノズル（４ｂ）からは反応ガス
几′とじての盾？、ガス及びかガスが同じく２次元ジェ
ット状に噴出される。他方、上方の不活性ガス噴出部（
６ａ）からは不活性ガスＱとしてのＡｒガスが下方へと
噴出される。反応ガス几、Ｒ′及び不活性ガスＱの噴出
流量は外部から制御可能であるが、例えば後者は前者の
３倍の流量とされる。

第５Ａ図に示されるように反応ガスＲ，Ｒ’の流れは基
板（３）の近傍に限られ、しかも層流状態とされる。こ
れは不活性ガスＱの流れが反応ガスＲ１柑の流れを上方
から抑圧するためであると思われるが、このような安定
化作用はコンビーータによる数値シ、ミレージョン並び
に四塩化チタン法可視化実験によって確認されている。

なお、流れを全体として見れば、第５Ｃ図に示すように
反応ガス几、Ｒ′の流れ（ハツチングしである）は局限
化された層流となっておシ、不活性ガスＱの流れがこの
範囲を定めている。換言すれば、不活性ガスＱの流量を
制御することＫよシ、ハツチングの部分の形状、大きさ
、もしくは領域を制御することができる。

第５Ｂ図は上方からの不活性ガスＱの流れがない場合を
示すが、この場合には反応ガス几、柑の流れは図示する
ように拡散し、空間ｒの領域では乱流状態となる。この
ような流れによって従来方式のように冷却手段を用いな
ければ、炉壁、覗き窓などが汚染されることになる。

然しなから、本実施例によれば１反応ガス几、柑の流れ
は第５Ａ図又は第５Ｃ図に示すように安定化されるので
、反応成分は基板（３）の近傍のみに限定され、炉壁、
覗き窓などの汚染が防止される。

従って、基板（３）に形成される薄膜の膜買の向上とダ
ストパーティクルの低減が可能となる。

また反応ガス几、Ｒ′の流れが層流とされるため制御性
、再現性にすぐれ、不活性ガスＱの流量制御によシ基板
（３）に形成される膜厚分布制御が可能となってくる。

なお、上記実施例では、金属元素を含んだ反応性を有す
るガスにｗＦ＋、を用いているが、これに限定されず、
金属元素を含んだ反応性を有するガスはいかなるもので
あってもよく、例えば、ＭｏＦ、、ＴａＦ、　、ＣｒＦ
、、ＴｉＦ、　、ＴｉＣＬ、　、　ＭｏＣＬｓ　、ＷＣ
Ｌ、　、ＡＬＣＬ、等の金属ハロゲン化物のガスのいづ
れか１つ又はそれら２つ以上の組合せでちってもよい。

金属元素を含んでいない反応性を有するガスにＳｉＨ，
を用いているが、これに限定されず、金属元素を含んで
いない反応性を有するガスはいかなるものであってもよ
く、例えば、Ｈ！　、８ｉＨ，Ｃ１，等であってもよい
。

金属元素を含んだ反応性を有するガスである靜。

と金属元素を含んでいない反応性を有するガスであるＳ
ｉＨ，とけ共にＡｒガスを混入して反応槽内に導入され
ているが、これに限定されず、留、とＳｉＨ。

とけ共にＡｒガスを混入しないで反応槽内に導入しても
よい。基板（３）は平板なＳｉを用いているが、これに
限定されることなく、例えば、８ｉの代シに８ｉ０゜Ａ
Ｉ、Ｏ，ガラス又はサファイヤ等の材質を用いても構造
のものであってもよい。この場合には５ｉ（３）への金
属元素又はこれを含んだ化合物の侵入、いわゆるエンク
ローチメントの成長を抑えることができる。また加熱ラ
ンプ（８ンはいかなるものでらってもよい。第７図に示
すように加熱ランプ（８）と透明石英ガラス製透過窓（
５）との間に光学フィルタ亜を配設して、光学フィルタ
亜を通過した光を基板（３）に照射してもよい。加熱ラ
ンプ（８）からの照射は、第８図及び第９図に示すよう
に基板の背面からであってもよい。第８図及び第９図に
おいて、基板ホルダ（２）は石英等の透明な部材ででき
ておシ、＠は不活性ガス導入口である。これからの不活
性ガスにより加熱ランプ（８ンや基板ホルダ（２ンに反
応物が付着することが防止される。第１０図に示すよう
に基板ホルダ（２）は加熱手段α４を備えたものであっ
てもよい。基板（３）を回動させているが、基板（３）
を回動させなくてもよい。

また以上の実施例では反応ガス几、几′を噴出するノズ
ル（４ａ）（４ｂ）はスリット状開口を有するものであ
ったが、第１１図に示すように上述の実施例のような偏
平な中空管体５１１１の端壁に多数の小孔６１）を形成
させたものであってもよい。あるいは、第１２図に示す
ように偏平な中空管体（囮の端壁に横方向に並ぶスリッ
トευωを形成させるようにしてもよい。

また以上の実施例では不活性ガス９ＪＮｔ１部（６ａ）
にはいわゆる多孔板が用いられたが、これに代えて適当
なアスペクト比をもつ透明なストレイナー又ハハネカム
（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）を用いてもよい。あるいはこれ
と多孔板とを併用するようにしてもよい。

また、以上の実施例では基板に対向するガスとして不活
性ガスを用いたが、これに代えて一部反応性ガスを含ん
でいるガスであってもよい。その場合、この反応性ガス
はダストパーティクルを発生させないガス種であること
が必侠である。例えば、比、Ｎ、、０．などが含まれて
いてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は、上記のように基板の表面で成長する金属元
素を含んだ薄膜の成長速度を基板表面に加熱ランプの光
を照射することにより、上記金属元素を含む反応性を有
するガスの使用料を少量に抑えて従来の方法に比べて高
速度化するようになる。また、冷却手段を用いな；り、
ても炉壁や覗き窓への反応物の付着を防止することがで
き、良質の薄膜を基板上に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に用いられる装置の概略断面
図、第２図は基板（３）の断面図、第３図は第２図に示
す基板（３）にＷＳｉＸの金属元素を含んだ薄膜Ｑ０を
形成した状態を示す断面図、第４図はこの発明の実施例
の方法と従来の方法とによるＷＳｉｘの成長速度を比較
するグラフ、第５Ａ図〜第５Ｃ図はガス流の作用を示す
ための第１図と同様な概略断面図、第６図は表面の一部
にＳ　ｉＯ，の絶縁薄膜（６）を形成した平板な８ｉの
基板（３）を示す断面図、第７図は加熱ランプ（δ、）
と透明な石英ガラス窓（５）との間に光学フィルタ０２
）を配設して、光学フィルタ（１２）を通過した光を基
板（３）Ｋ照射する断面図、第８図及び第９図は基板（
３）の背面よシ加熱ランプ（８ンからの光を照射する断
面図、第１０図は基板ホルダ（２）に加熱手段（６）を
備えた断面図、第１１図、第１２図は変形例の要部の正
面図、第１３図は従来の方法に用いられる装置の概略断
面図、第１４図は第１３図に示す真空ハウジングの頂部
を除去した平面図、第１５図はタレット組立体の内部構
造を露出するように一部を切断した一部切欠断面図であ
る。 なお図において、 （１）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　
　反　　応　　槽（３）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　　基　　　　　　板（８）・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・　加熱ランプＱＯ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　金属元素
を含んだ薄膜なお、図中、同一符号は同−又は相当部分
を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属元素を含んだ反応性を有するガスと金属元素
   を含んでいない反応性を有するガスとを減圧下の反応槽
   内の基板の表面にほゞ平行にシート状の流れで導入し、
   かつ前記基板の表面に対向するように不活性ガスのガス
   流又は不活性ガスを主体とするガス流を導入しながら、
   前記基板に加熱ランプの光を照射し、前記基板を加熱す
   ることにより前記基板の表面において化学反応を生じさ
   せ、前記基板の表面に前記金属元素を含んだ薄膜を形成
   することを特徴とするＣＶＤ法。
2. （２）金属元素を含んでいない反応性を有するガスをＳ
   ｉＨ＿４、Ｈ＿２、ＳｉＨ＿２Ｃｌ＿２のいづれか１つ
   又はそれらの２つ以上、金属元素を含んだ反応性を有す
   るガスをＷＦＭｏＦ＿６、ＴａＦ■、ＣｒＦ＿４、Ｔｉ
   Ｆ＿４、ＴｉＣＬ＿４、ＭｏＣＬ■、ＷＣＬ＿６、ＡＬ
   ＣＬ＿４、等の金属ハロゲン化物のガスのいづれか１つ
   又はそれらの２つ以上にすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のＣＶＤ法。