JPH01183809A - 光ｃｖｄ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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐ
□ｒ　−Ｄｅｐｏｓ　ｉ　ｔ　１ｏｎ）法により基板面
上に薄膜を形成する装置に関する。

〔従来の技術〕

ＣＶＤ法は、気相で化学反応を起こさせ、そのガス温度
で気相とならない分子または原子を生成させ、基板上に
堆積させて膜を形成する方法である。

従来のＣＶＤ法は、温度を１０００°Ｃ前後まで加熱し
、Ｓｉ原子を含む反応ガスなどを供給し、熱解離により
、またプラズマ放電中にＳｉ原子などを含む反応ガスを
供給し、プラズマ粒子のエネルギーを用いてＳｉ原子を
含む反応ガスを解離させて基板上にＳｔ、ＳｉＯ□、５
ｉｉＮ４などの薄膜を形成している。半導体製造分野な
どにおいてこれらの方法は、熱によるダメージやプラズ
マ中のイオンによるダメージを基板に与えやすいもので
ある。

これに代わる方法として光ＣＶＤ法がある。この方法は
光が照射されたところに反応ガスを供給し、光化学反応
により基板上にＳｉ、Ｓｔｏｗ、Ｓ　ｉｓ　Ｎ　４など
の薄膜を形成するものである。この方法は１０００°Ｃ
前後の高温に加熱する必要がなく、またプラズマを用い
ないので、熱によるダメージやプラズマのイオンによる
ダメージがない利点がある。

第８図にこの光ＣＶＤ法による薄膜形成装置の基本構成
を示す。５１は高真空状態まで減圧が可能な反応室、５
２は光化学反応に必要な波長を発光する光源、５３は光
源からの光を透過することができる光透過窓、５４は反
応ガス、５５は反応ガス導入口、５６はＳｉ原子を含む
反応ガス、５７は反応ガス導入口、５８は反応ガス排気
口、５９は薄膜が形成される基板、６０は基板の加熱ヒ
ータ、６１は基板載置台である。

従来、このような装置でＳｉ原子を含む反応ガス５６と
反応ガス５４をそれぞれ反応ガス導入口５５．５７より
反応室５１に供給すると、Ｓｉ原子を含む反応ガス５６
と反応ガス５４は光源５２により照射された光により光
化学反応を起こし、反応生成物を基板５９上に堆積させ
、薄膜を形成させる０反応後のガス６１は排出口５８よ
り排出される。

しかしながら、この種の装置では光化学反応により生成
した反応生成物が光透過窓に付着し、光源５２からの光
が弱くなり、また反応ガスに光が照射されない問題があ
る。

このような問題を解消する光ＣＶＤ装置として、特開昭
６１−１９６５４２号公報に記載のものがある。

この光ＣＶＤ装置は、第９図〜第１１図に示すように不
活性ガス流１１５を光化学気相成長装置１０１内に配置
された光源室１０２に導入し、光源室１０２から多数の
開口部１０５を有する光透過窓１０４を介して反応室１
０３に吹き出させている。そして、光源室１０２内の低
圧水銀灯１０６からの光により励起分解されたガスと反
応ガス導入部１１０の導入口１１３から供給されるガス
流１１１との反応により基板台座１０９に載置された基
板１０８に薄膜を堆積させるようになっている。なお、
図中、１０７は光反射板である。したがって、この光Ｃ
ＶＤ装置では、光透過窓１０４への反応生成物の付着が
抑制される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この光ＣＶＤ装置では、成膜速度の低下
及び膜厚分布の劣化という問題点が発生する。

即ち、光源室１０２より基板１０８方向へ不活性ガス１
１５、即ち反応に寄与しないガスを吹き付けるため、基
板１０８の光照射面における反応ガス１１１の濃度が供
給時よりも低下してしまい、結果的に成膜速度が低下す
る。光透過窓の曇りを防止するために必要とされる不活
性ガス量は通常反応ガスの数倍〜十数倍にもなるため、
特にこの影響が大きい。また、これを改善するために反
応ガス１１１の流量を増加させると、反応室１０３内の
全圧が上昇するため、ガス分子の平均自由行程が短くな
り、結果的に基板１０８に対する膜厚分布が悪くなる。

したがって、反応室１０３内の分圧の中で不活性ガス１
１５が最も高いため、充分な成膜速度を得るのは困難で
あり、その上不活性ガス１１５を基板１０８に吹き付け
るため、さらに成膜速度が低下する。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解消し、光
化学反応により生成した反応生成物による光透過窓の曇
りを防止すると共に充分な成膜速度を得ることができ、
かつ膜厚分布を均一にすることができる光ＣＶＤ装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、反応容器内をガス流通孔を有する区画
壁により光源から光が照射される光ａ領域と反応領域と
に区画し、光源領域に不活性ガスを供給することなく、
光により励起分解されるが固形物を生じないガスであっ
て、かつ薄膜を形成するガスを導入し、光により励起分
解し、かつ上記ガスと反応して基板上に薄膜を形成する
ためのガスを反応領域に導入するようにしたものである
。

〔作用〕 光化学反応を行わせる圧力（通常１００　ｍｔｏｒｒ〜
数ｔｏｒｒ）において、光透過窓曇り防止用の不活性ガ
スの分圧をＯとすることができ、反応ガス（即ち、光に
より励起分解されて固形物を生じ、かつ光源領域からの
ガスと反応して薄膜を形成するガス）の分圧を大きくす
ることが可能となり、成膜速度が向上する。

または、光化学による反応生成物は光源室側の領域と区
画された領域で生成するので反応生成物は光源室側の領
域に流入しないため、光透過窓の曇りを防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す概略的断面構成図、
第２図は第１図における光透過窓の平面図である。

この光ＣＶＤ装置は、反応容器ｌ内が光透過窓２により
光源領域としての光源室３と反応領域としての反応室４
とに区画されている。光透過窓２は、第２図に示すよう
に合成石英ガラスで作製されると共に等間隔で多数のガ
ス流通孔２ａが形成されている。

光源室３内には複数本の紫外線ランプ５が設置され、こ
れらの紫外線ランプ５は合成石英ガラスからなるととも
に断面楕円形状に形成された紫外線透過可能な冷却防止
管６により囲まれている。

紫外線ランプ５の上方には光反射板７が設置さ籾また、
光源室３の側壁にはガスＡ８を導入するための反応ガス
管Ａ９が配設されている。

反応室４には基板１０を載置するための基板載置台１１
が設置され、この基板載置台１１の下面から基板＠置台
１１を介して基板１０を加熱するためのヒータ１２が設
置されている。反応室４の側壁の光透過窓２に近接した
側にガスＢ１３を導入するための反応ガス管Ｂ１４が配
設され、この反応ガス管Ｂ１４よりも下方側にガスＣ１
５を導入するための反応ガス管Ｃ１６が配設されている
。

また、反応室４の前記反応ガス管Ｂ１４及び反応ガス管
Ｃ１６と対応する側の壁面側には排気口１７が配置され
ている。

次の上記のように構成される光ＣＶＤ装置の作用につい
て説明する。

まず、基板ＩＯは基板載置台１１にセットされれ、図示
していない排気装置により反応容器１内が真空引きされ
る。次にヒータ１２に通電し、基板載置台１１を介して
基板１０が所定の温度まで加熱されると、紫外線ランプ
５が点灯される。

紫外線ランプ５からの紫外線は冷却防止管６を透過して
光源室３の領域を通過し１次いで光透過窓２を透過して
反応室４の領域に至る。このとき、反応ガス管Ａ９から
ガスＡ８が光源室３に導入され、反応ガス管Ｂ１４から
ガスＢ１３、反応ガス管Ｃ１６からガスＣ１５がそれぞ
れ反応室４に導入される。

ここで、ガスＡ８及びガスＢ１３は、光により励起分解
されても固形物を生じず、薄膜の原料となるガスである
。またガスＣ１５は光により励起分解され、かつガスＡ
８又はガスＢ１３と反応して薄膜を生成するガスである
。

このガスＣ１５は、通常、光に励起分解されて固形物を
生じるガスであるが、反応室４に導入されるガスは、必
ずしも励起分解により固形物を生じる必要はなく、要は
光源室３からのガスと光化学気相反応により所望の膜を
生成するためのガスであればよい。

したがって、各ガスの種類は要求される薄膜の材質によ
り任意に選定すべのものであるが、その−例を第１表に
示す。

第　　　　　　１　　　　　　表 第１表に示すようにガスＡ８とガスＢ１３は光により励
起分解されても固形物を生じないが、ガスＣ１５と反応
することにより所望の膜が基板１０上に堆積される。

通常、この反応圧力は数１００　ｍ　ｔｏｒｒ〜数ｔｏ
ｒｒで行われるが、真空ポンプの容量は一定であるので
、この圧力範囲において流し得る全ガス量は限定される
。第１図に示す第１実施例において、光透過窓２の曇り
防止用に不活性ガスを使用していないので同じ圧力でも
反応ガスをより多く流すことができる。したがって反応
ガスの分圧が高くなり、成膜速度を大きくすることがで
きる。

また、光透過窓２には第２図に示すように多数のガス流
通孔２ａが形成されているため、光源室３から反応室４
ヘガス八８が吹き出すため、光透過窓２ヘガスＣ１５が
到達することが少なく、光透過窓２に反応生成物が付着
しにくい。さらに光透過窓２の下面側に光透過窓２に対
して平行にガスＢ１３を流しているので反応生成物が光
透過窓２に形成されたガス流通孔２ａから光源室３側に
流入することをより確実に防止できる。

次に通常、光ＣＶＤに用いられる低圧水銀ランプの発光
波長である２５４ｎｍと１８５ｎｍの照射強度は、放電
管の中の水銀蒸気圧で決定される。

さらに放電管中の水銀蒸気圧は市販の低圧水銀ランプの
場合、放電管の根元部分の温度を一定（３０°Ｃ〜４０
°Ｃ）に維持し、常時適正値を保ように工夫されている
。ところが、放電管の近傍に不活性ガスが流入すると、
ガスにより放電管表面が冷却され、放電管中の水銀濃度
が変化し、第１２図に示すように発光波長の照射強度が
低下する。

また、不活性ガスを導入すると、照射強度が低下し、反
応ガスを励起分解するのに必要なエネルギーが得られず
、成膜速度が低下する。この関係を第１３図に示す。

第１実施例において、紫外線ランプ５を覆うように冷却
防止管６が設置されているので、常時、紫外線ランプ５
の表面を所定の温度が維持でき、反応ガスを励起分解す
る必要な最大のエネルギーを反応ガスに付与することが
でき、成膜速度が向上する。

なお、冷却防止管６の代わりに光源室３に導入されるガ
スＡ８が紫外線ランプ５と直接衝突する領域や放電管の
根元部分にのみ冷却防止板を配置してもよい。

以上の実施例により成膜した結果を第３図に示す。第３
図から明らかなように反応容器内にガスＡ８を導入して
も照射強度が低下せず、かつガスＣ１５の分圧も高く、
したがって成膜速度が５〜７倍に向上する。

また、本発明は、第１実施例において、光源領域側の反
応容器壁に容器壁の一部として光透過窓を設置し、紫外
線ランプを容器外に配置した場合も含まれる。

第４図は本発明の光ＣＶＤｑ置における光透過窓の他の
実施例を示す断面図である。

この光透過窓２１においては、ガス流通孔２２が光透過
窓２１の断面方向に対して光源室３側から反応室４に向
かって次第にガス流路断面積が拡大したテーパ状となっ
ている。

光透過窓２１の曇りを防止効果を向上させる方法として
、ガスＡ８の吹き出し速度を大きくすることと、反応室
４側の開口部のガスＡ８で覆われる面を大きくすること
である。第４図に示す光透過窓２１の場合、光源室３側
側と反応室４例の差圧が大きく、ガスＡ８の吹き出し速
度が大きくなり、かつ反応室４側ではテーパに沿ってガ
スＡ８が広がりながら吹き出すため、第１図に示すよう
な円柱状のガス流通孔２ａを有する光透過窓２と比較し
て反応室４側面のガスＡ８で覆われる面積が大きくなる
。

第５図は本発明の光ＣＶＤ装置の第２実施例を示す概略
的断面構成図である。

第５図において、反応容器３１はその中央部に小口径の
ガス流通孔３２が形成された区画壁３３により区画され
て光源領域としての励起室（光源室）３４と反応領域と
しての形成室（反応室）３５に区画されている。励起室
３４側の天井面側に光透過窓３６が配置され、その光透
過窓３６の上方に紫外線ランプ３７が配置されている。

励起室３４の側壁にはガスＡ３８を室内に導入するため
の反応ガス管Ａ３９が配設されている。

形成室３５内に基板４０を載置するための基板載置台４
１が設置され、この基板載置台４１を介して基板４０を
加熱するためのヒータ４２が設置されている。また、形
成室３５の側壁にはガスＣ４３を室内に導入するための
反応ガス管Ｃ４４が配設されている。この反応ガス管Ｃ
４４に対応する形成室３５の側壁に排気口４５が設けら
れている。

次に第２実施例の光ＣＶＤ装置の作用について説明する
。

反応ガス管Ａ３９から第１表に例示したようなガスＡ３
Ｂが励起室３４に導入される。このガスＡ３Ｂは光透過
窓３６を透過してくる紫外線ランプ３７からの光により
励起される。励起されたガスＡ３Ｂは区画壁３３に形成
された小口径のガス流通孔３２を通って圧力の低い形成
室３５に波板反応ガス管Ｃ４４から第１表に例示したよ
うなガスＣ４３と化学反応により生成された生成物が基
板４０上に堆積し薄膜を形成する。

この場合、形成室３５側の排気口４５を介して排気ガス
を排出させ、かつ励起室３４と形成室３５は小口径のガ
ス流通孔３２より連通しているので励起室３４の圧力は
形成室３５の圧力よりも高（なっており、かつガス流通
孔３２からガスＡ３８の励起分解されたガスが噴出する
。このため、形成室３５で生成された反応生成物が励起
室３４に流入することがほとんどなく、したがって反応
生成物の付着による光透過窓３６の曇りが防止され、紫
外線ランプ３７からの光の強度は常時一定に保つことが
でき、光透過窓３６の洗浄作業等を要しない。

このような装置で、例えば、ＳｉＨ４と０□を用いてＳ
ｔｏｗを基板４０に形成する場合、反応ガス管Ａ３９か
ら０２を供給し１８０〜３００ｎｍの波長を有する紫外
線ランプ３７から光透過窓３６を介して照射して０２を
励起する。０□は１８０〜３００　ｎｍの波長の光によ
り０３を形成し、さらに０ラジカルを生成する。生成し
た０ラジカルは励起室３４からガス流通孔３２を通って
形成室３５に流れる。二〇〇ラジカルは反応ガス管４４
から形成室３５に導入されるＳｉＨ４と反応してＳｉｎ
、を生成し、基板４０上に堆積する。

また、第２実施例における装置で、例えば、Ｓ　ｉ　Ｈ
ａとＮＨ，を用いて５ｉｓＮａを形成する場合、反応ガ
ス管Ａ３９からＮ　Ｈｘを導入し、２１０ｎｍ以下の波
長を発する紫外線ランプ３７により光透過窓３６を介し
て照射してＮＨ，を励起させる。ＮＨ，は２１０ｎｍ以
下の波長の光によりＮＨ，、ＮＨ，Ｎを生成する。励起
したＮＨ，、ＮＨ，Ｎは励起室３４からガス流通孔３２
を通って形成室３５に流れ、反応ガス管Ｃ４４から供給
される５ｉＨａと反応してＳｔ３Ｎｇを生成し、基板４
０上に堆積する。

第６図は本発明の光ＣＶＤ装置の第３実施例を示す概略
的断面構成図である。

この先ＣＶＤ装置は、図に示すようにガス流通孔３２を
有する区画壁３３により区画された励起室３４と形成室
３５が横置きに配置されている点が第２実施例の装置と
異なっている。したがって、第６図において第５図と同
−又は相当部材は同一符号で示している。第３実施例に
おいても第５図に示す第２実施例と同様の効果を有する
。

第７図は本発明の光ＣＶＤ装置の第４実施例を示す概略
的断面構成図である。

この光ＣＶＤ装置において、第１図に示す第２実施例と
異なる点は、紫外線ランプ３７が励起室３４内に配置さ
れ、光透過窓３６が省略されていることである。したが
って、第７図においても第５図に示す第１実施例と同−
又は相当部材は同一符号にて示している。

第４実施例の光ＣＶＤ装置は、第５図に示す第２実施例
の装置による効果の他に紫外線ランプ３７を励起室３４
に内蔵し、光透過窓３７を有しないので紫外線ランプ３
７からの光の強度を高くすることができ、このため励起
室３４で励起される反応ガスＡ３Ｂが多くなり、形成室
３５で生成される薄膜の成膜速度がより速くなる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、紫外線ランプ等が設置さ
れる光源側の領域に励起分解されても固形物を生じない
ガスを導入し、励起分解により生成されたラジカル等の
励起種をガス流通孔を有する区画壁により区画された反
応領域に導入してここで反応させるものであるから、光
源側に設置される紫外線ランプや光透過窓等の曇りを防
止でき、常時一定の照射強度を得ることができ、成膜速
度が向上すると共に紫外線ランプや光透過窓等の洗浄作
業を要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ＣＶＤ装置の第１実施例を示す概略
的断面構成図、第２図は第１図の光ＣＶＤ装置における
光透過窓の平面図、第３図は光の照度と成膜速度との関
係を示すグラフ、第４図は本発明の光ＣＶＤ装置におけ
る光透過窓の他の実施例を示す断面図、第５図は本発明
の光ＣＶＤ装置の第２実施例を示す概略的断面構成図、
第６図は本発明の光ＣＶＤ装置の第３実施例を示す概略
的断面構成図、第７図は本発明の光ＣＶＤ装置の第４実
施例を示す概略的断面構成図、第８図は従来の光ＣＶＤ
装置の例を示す概略的断面構成図、第９図は従来の光Ｃ
ＶＤ装置の他の例を示す概略的断面構成図、第１Ｏ図は
第９図の装置における光透過窓の平面図、第１１図は第
９図の装置における反応ガス導入部の平面図、第１２図
はランプ表面温度とランプ照射強度との関係を示すグラ
フ、第１３図は従来の光ＣＶＤ装置における光の照射と
成膜速度との関係を示すグラフある。 １．３１・・・・・・反応容器、２．３３・・・・・・
区画壁、２ａ、３２・・・・・・ガス流通孔、３，３４
・・・・・・光源室（励起室）、４．３５・・・・・・
反応室（形成室）、５゜３７・・・・・・紫外線ランプ
、６・・・・・・冷却防止管、７・・・・・・光反射板
、８．３８・・・・・・ガスＡ、９．３９・・・・・・
反応ガス管Ａ、１０．４０・・・・・・基板、１１．４
１・・・・・・基板載置台、１２．４２・・・・・・ヒ
ータ、１３・・・・・・ガスＢ、１４・・・・・・反応
ガス管Ｂ、１５．４３・・・・・・ガスＣ，１６，４４
・・・・・・反応ガス管Ｃ，１７゜４５・・・・・・排
気口。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第１図 第２図 ２：光透過Ｅ３ニアＩｉ源！４：β応官５゛象゛ダトイ
泉う〉プ　６°７ぐｆ−１’防を菅　９・７Ｑ昆カ°ス
好Ａ１０：　Ｘ　ｍ　　　　　　　＋４二ｆ：１Ｅｊｆ
　ス￥−Ｂ　　　Ｅ’！ｌ；：＝ｎ７　菅Ｃ第３図 時間 第４図 第５図 第６図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 う〉ブ、没ＭＪ温度 第１３図 縛間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部で光のエネルギーを利用した気相化学反応を
   行わせる反応容器内をガス流通孔を有する区画壁によっ
   て光源領域と反応領域とに区画し、前記光源領域に光に
   より励起分解されても固形物を生じず、かつ薄膜の原料
   となるガスを導入するためのガス導入口を設け、前記反
   応領域に光により励起分解され、かつ上記ガスと反応し
   て反応領域内に配置された基板面に薄膜を堆積させるた
   めのガス導入口と排気口とを設けたことを特徴とする光
   ＣＶＤ装置。