JPH01306567A - 薄膜の形成方法 - 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、レーザ光、ランプなど光を利用した薄膜の
形成方法、さらに詳しく言うと、成子デバイス・高密度
集積回路用の絶縁膜、半導体膜、金＠膜およびマグネッ
トコイル用超伝導薄膜等をレーザ光、ランプ光などの光
によって形成する薄膜の形成方法に関するものである。

〔従来の実施例〕

従来、光を利用した薄膜形成方法において、高付着力の
膜を形成することが困難であったので、高付着力を必要
とする場合は、成膜後に熱処理を行って拡散層を形成す
る等の処理を行って付着力を向上させていた。

低温グロセスが要求され、熱処理を施すことができない
等の制約がある場合には、本出願人の先の出願（特願昭
６２−３２２０２０号）に係る、第４図に示す高出力の
紫外光を照射する方法がある。第４図は当核方法の流れ
図で、順次（ａｌ、（＋）−１）、（ｂ−２）、（ｃ−
１）、（ｃ−２）、（ｄ−１）、（ｄ　−２）・の順に
工程が進む。図において、（２２）は高出力紫外レーザ
光、、（６）は基板、（２）は紫外レーザ光、（４１）
は成膜用ガス、（４２）は下地密着層、（４３）は薄膜
である。この方法においては、高出力紫外レーザ光（２
２）は基板（６）の極表面層に吸収され、基板（６）の
極表面層を非常に活性化し、成膜用ガス（４１）の光分
解により生成した堆積物、すなわち下地密着層（４２）
を基板の極表面層に埋め込むように作用する。紫外レー
ザ光（２）は基板表面においてｂｌＩ：膜用ガス（４１
）を光分解し、下地密着層（４２）から連続的に上記の
堆積物を堆積させ、薄膜を成長させるように作用する。

薄膜につながっている埋め込まれた下地密着層（４２）
は、アンカーの役割を果たし、基板（６）と薄膜（４３
）との付着力を向上させる。

また、成膜用ガスあるいは解離したガスの一部を高光子
エネルギーを有する短波長レーザ光でイオン化し、これ
を電界で基板方向へ移動させることにより、基板平均温
度を室温に維持した状態でイオンの運動エネルギーを使
って反応生成物のマイグレーション効果を促進させ、密
着性がよく、ちゅう密な信頼性の高い薄膜を得る方法と
して、本出願人の先の出願（特開昭６２−２９０８７３
号）になるものがある。これを第５図に示す。図におい
て、（１）は紫外レーザ光学系、（２）は紫外レーザ光
、（３）はシリンドリカルテレスコープ、（４）は窓、
（５）は反応チャンバ、（６）はアルミ配線後のシリコ
ン基板、（７）は基板（６）を保持するサセプタ、（８
）は短波長Ｖ−ザ発振器、（９）は短波長レーザ光、（
１０）は基板（６）に垂直な電界を形成する電界形成用
１を極である。成膜用ガスは供給口（５１）から供給さ
れ、排出口（５２）から排出される。

以上の４も置を用い、反応チャンバ（５）内のジシラン
（ＳｉｚＨａ）とアンモニア（ＮＨ３）の成膜用ガス（
数Ｔｏｒｒ〜数＋Ｔｏｒｒ　）は、シリンド・リカルテ
レスコープ（３）により適正なエネルギー密度に整形さ
れたＡｒＦエキシマレーザ光等の紫外レーザ光（２１Ｋ
よって効率よく光解離される。ＡｒＦエキシマレーザ光
の波長１９３　ｎｍは、アンモニアの吸収帯のピーク波
長に・尚たり、ジシランについても同様に吸収の起こる
波長である。この成膜用ガスの解離のエネルギーは、吸
収される光子のエネルギーより低いことから光解離は６
易に起こりうる。短パルスレーザ発振器（８）から出射
され、シリンドリカルテレスコープ（３）によりｕ　十
Ｍ　ｗ／ｃｒａｍ度のレーザパワー密ＩｆＫなるように
整形され、基板（６）Ｋ平行に照射される高光子エネル
ギーを有するＦ２エキシマレーザ光等の短波長レーザ光
（９）は、成膜用ガス、あるいは解離したガスを一部イ
オン化する能力を持つ。例えは、アンモニアのイオン化
エネルギーは１０゜５　ｅＶ程度と言われ、一方Ｆ２エ
キシマレーザ光のパワー密度を上げて２光子吸収を実現
することにより、局所空間的にイオンを形成することが
可［Ｉヒとなる。厄界形成用厄惨（１０）Ｋ電圧を印加
することにより、できたイオンを基板（６）の方向にド
リフトさせる。イオン数ｅＶ以下の運動エネルギーをも
つように印加電圧を調整すると、基板表面上に堆積した
反応生成物のマイグレーション効果が促進でき、薄ｊ摸
の基板に対する密着性が向上する。

また、薄膜形成における超音波の利用法としては、レー
ザ光学系により検出した異物を超音波撮動により除去す
る方法は提案（特開昭６２−音 ２９１３０号）されているが、超Ｘ波を直接加工現象に
利用する手法はない。

さらに、２池の紫外光を用いた技術（％開昭６２−７１
２２号および特開昭６１−２５５０１４号）がある。前
者は、第１の紫外光による分解物を第２の紫外光によっ
てさらに光解離させるもので、高純度の膜を低温で形成
する手法を提供するものである。後者は、２ａの紫外光
は基板に対して水平、出直照射を行い、水平照射によっ
て均一に成膜できなかった部分への成膜を出直照射によ
って実ｉＪＩ！　Ｌ、加えて大■Ｕ積化も実現するもの
であり、両名とも付着力の向上に関するものではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のよりに、光を利用した薄膜形成方法においては高
付着力な膜を形成することが′Ｎ要で、しかも低温プロ
セスで行えるよう熱処理に依存しない手法が期待されて
いた。

特願昭６２−３２２０２０号のものでは、比較的低温で
行うことが可能であるが、高出力の紫外レーザを基板表
面に集光させると基板表面の損傷は避けられない。また
、大面積化に対しても表面に照射するパルス光を走査す
ることは効率的ではない。

１＋＞開昭６２−２９０８７３号のものでは、低温帯低
損傷で実現することがｈ］能であるが、２光子吸収によ
るイオン化の確率は非常に小さく、効果は小さい。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、低温・低損傷で高付着力の薄膜を形成する薄
膜の形成方法を得ることを目的とする。

〔諌覇ケ解決するための手段〕

この発明に係る薄ｊ換の形成方法は、真空排気された反
応チャンバ内に設置された基板に紫外光を照射して基板
表面を活性化し、次に反応チャンバ内に成膜用ガスを導
入し、第２の輩外光により成膜用ガスを分解し、基板上
に膜を形成する。

〔作　用〕

この発明においては、紫外光の短波長である特性を生か
し、光による表面活性化を成膜の前に行うことにより、
高付着力の薄膜が得られる。

〔実施例〕

以下、この発明の第一の実施例を紫外光としてＸｅラン
プ（１４７ｎｍ　）、Ｈｇランプ（２５４ｎｍ）を用い
、成膜用ガスとしてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を用いた場
合のカーボン膜の形成を対象にして第１図を参照して説
明する。第１図において、第１、第２の紫外光を発生す
る第１．第２め紫外ランプ（１１）、（１２）は、ここ
ではそわそれＸｅランプとＨｇランプで、光源部（１３
）に収納されている。

（１４）はサセプタ（７）を通して基板（６）に超音波
振動を与える超音波発振器である。チャンバ（５）は排
気系（５２）より真空排気される。その他、第５図にお
けると同一符号は同一部分を示している。

以上の構成になる装置により、まず、チャンバ（５）は
排気系（５２）より高真空（１０’　Ｔｏｒｒ以下）に
排気される。サセプタ（力により加熱された基板（６）
に、より短波長の光であるＸｅランプ（１１）の光が照
射され、同時に超音波発振器（１４）により発生した超
音波が基板（６）に与えられる。そうすると、Ｘｅう／
ブ（１１）により基板（６）の表面は活性化されるとと
もに、形成される膜の付着力に悪影響を及ぼす基板（６
）表面の汚染物は超音波の振動によって脱離される。ま
た、超音波は基板表面に付着力向上に対して有効と考え
られる結晶核を形成するようにも働く。

次にガス供給口（５１）より成膜用のＣ２Ｈ２ガスかチ
ャンバ（５）内に供給され、第２の紫外光であるＨｇラ
ンプ（１２）の光が窓（４）を通して照射される。Ｃ２
Ｈ２は２５４．７ｎｍの光を吸収し、さらに分秀畔→〒
分解する。分解物は基板（６）上に達し、カーボン膜を
形成する。

このようにして、カーホ゛ン膜は表面励起した基板上に
しかもクリーンな表面に形成されるので、付着力は向上
する。

次に、第二の実施例を、エツチング用ガスに０２あるい
はＣＣｌ４を用い、紫外光、成膜用ガスは第一の実施例
と同じ場合について第２図を参照して説明する。第２図
で、第１図、第５図におけると同一符号は同一部分を示
している。

以上の装置により、まず、チャンノ＜　（５）は排気系
（５２）より高真空（１０’Ｔｏｒｒ以下）に排気され
る。サセプタ（力により加熱された基板（６）に、より
短波長の光であるＸｅランプ（１１）の光が照射され、
基板（６）の表面を活性化しておく。次にエツチング用
ガスがガス供給口（５１）よりチャンバ（５）に供給さ
れ、例えば、０２であれば波長２４２　ｎｍが吸収端で
あり１４０　ｎｍが吸収ピークであるのでＸｅランプ（
１１）の光を吸収し、０２→０＋０に分解する。このＯ
が、あるいはＯ＋　Ｏｚ　＋　Ｍ→０３＋Ｍ（Ｍは第３
体を示す）で形成された０３が、基板（６）の表面を活
性化する。特に、０は表面に吸着している汚染物として
のＣをＣＯという形で化学スパッタリングし１表面を清
浄化する役目もある。

また、ＣＣｌ４はＣＣ１＋ＣＩ＋０１２あるいはＣＣｌ
２　＋　２０１という形に分解し、ＣＩが基板（６）表
面をエツチングすることにより、表面を清浄化し、かつ
、エツチングにより表面に微細な凹凸を形成し、成膜時
のアンカー効果に役立つ。

次にエツチングガスな止めて排気系（５２）より真空排
気し、ガス供給口（５，１より成膜用ガスＣ２Ｈ２をチ
ャンバ（５）に導入し、第一の実施例と同様にＨｇラン
プ（１２）を用いてカーボン膜の形成を行う。

このようにして、カーボン膜は、表面励起しさらに汚染
物の除去された基板（６）上にアンカー効果を持って形
成さｔするので、付着力は向上する。−た、Ａ１（ＣＨ
３）Ｂ　　等を用いたＡＩ膜の形成などにお上するとい
う効果もある。

さらに、４三・２）実施例を紫外光として１（ｇランプ
（１８４，９ｎｍ）（１１）とｆ（ｇランプ（２５４，
７ｎｍ）（１２）を用い、成膜用ガスは上記実施例と同
様にＣ２Ｈ２を用いた場合について、第二の実施例と同
様に第２図をυ照して説明する。

まず、チャンバ（５）は排気系（５２）より高真９（１
０’Ｔｏｒｒ以下）に排気される。サセプタ（力により
加熱された基板（６）に、Ｈｇランプ（１１）の光（１
８４，９ｎｍ　）が照射され、この短波長の光により基
板（６）表面は活性化される。

次にガス供給口（５１）よりＣ２Ｈ２ガスがチャンバ（
５）中に供給され、より高出力な第２の紫・外光である
Ｈｇランプ（１２）の光（２５４，７ｎｍ）が窓（４）
を通して照射される。この第２の光は第１の光と併用し
て用いても良い。（ｚｆＩ２は２５４．７ｎｍの光を吸
収し、さらに分解する。分解物は基板（６）上に達し、
カーボン膜を形成する。成膜時の堆積速度は紫外光の出
力に依存しているが、表面励起に対しては短波長性が重
要で、低出力でもかまわないことが知られている。この
ようにしてカーボン膜は表面励起した基板（６）上に高
付着力でしかも高速釦形成される。

なお、１司じ出力のランプを用いた場合、１８４．９ｎ
ｍと２５４．７ｎｍの波長での光強度は約１：５である
ことが知られており、−船釣に光強度の点から言うと１
８４．９ｎｍより２５４．７ｎｍのほうが高い付着力の
ものが得やすい。

以上の各実施例は光源としてランプを用いた薄膜形成を
例にとって説明したが、従来の技術で示したよりなＶ−
ザ光に変えてもよい、例えば、第四の実施例においては
第３図に示すような装置構成で、第２の紫外光としてＡ
ｒＦレーザ（１９３ｎｍ）（１１を用いると、紫外レー
ザ光（２）はランプによる紫外光よりも一般的に高出力
であるので、高速成膜に対してはより有効である。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、真空排気された反応
チャンバ内に設置された基板Ｋ、成膜用ガスを導入して
成膜を行う前に、紫外光を照射して基板表面を活性化す
るので、低損傷で、膜の基板に対する付着力が向上し、
信頼性の高い薄膜を提供することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一の実施例を説明するための立断
面図、第２図は第二、第三の実施例を説明するための立
断面図、第３図は第四の実施例を説明するための立断面
図、第４図は従来の薄膜の形成方法を示す流れ図、第５
図は従来の薄膜形成装置の立断面図である。 （１）・・紫外レーザ発振器、（２）・−紫外レーザ光
、（４）−・窓、（５）・・反応チャンバ、（６）・・
基板、（７）・・サセプタ、（１１）、（１２）・−第
１．第２の紫外ランプ、（１：Ｎ−・光源部、（１４）
・・超音波発振器。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　曾　我　道　装置、・１１ 第１図 ５　反光チャンバ ６　基板 ７７、＋２　　懲１．懲２の系外ランプ第２図 第３図 ８８庁ζ 第　５　図 ト続補正書 昭和６３年１２月１２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空排気された反応チャンバ内に設置された基板を加熱
   するとともに第１の紫外光を照射して前記基板の表面を
   活性化し、次に前記反応チャンバ内に成膜用ガスを導入
   し第２の紫外光により前記成膜用ガスを分解して前記基
   板上に薄膜を形成する薄膜の形成方法。