JPH02159376A

JPH02159376A - 光励起ｃｖｄ方法およびその装置

Info

Publication number: JPH02159376A
Application number: JP31359088A
Authority: JP
Inventors: Saburo Adaka; 阿高　三郎; Kenji Shibata; 芝田　健二; Hiroshi Yuasa; 博司湯浅
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1990-06-19

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ＣＶＤ方法およびその装置に係り、特に
光入射窓の窓くもりの防止と高速、均一な成膜を達成す
るのに好適な光励起ＣＶＤ方法およびその装置に関する
。

〔従来の技術〕光励起ＣＶＤ方法では反応ガスにそのガスの吸収波長に
応じた波長を有する光を照射することによって化学反応
を促進させることを原理としている。したがって、光励
起ＣＶＤ法では、プラズマ反応のように荷電粒子の影響
がなく、基板に堆積した膜の損傷等がないことから、こ
の方法はＬＳＩ等の分野における酸化シリコンの成膜に
有望とされている。

従来の光励起ＣＶＤ装置は、第４図に示すように反応容
器３１の上面側に紫外光用光源３２から照射される紫外
光を容器内に入射させる光入射窓３３が設けられ、薄膜
を堆積させるための基板３４がハロゲンランプ等の基板
加熱用ヒータ３５により加熱されるようになっている。

また、反応容器３１の側面部には、反応ガス３６を容器
内部に導入するためのガス導入口３７と、容器内部の排
ガス３８を容器外に排出させるためのガス排出口３９が
それぞれ配設されている。

この光励起ＣＶＤ装置では、ガス導入口３７から反応ガ
ス３６として５ｉＨａおよびＯｔを導入し、紫外光用光
源３２から光入射窓３３を経て照射される紫外光によっ
て化学反応が促進され、低温下で基板３４上にＳ　ｉ　
Ｏ！が析出する。なお、この種の光励起ＣＶＤ装置には
特開昭６１−１３１４１５号等の記載のものが挙げられ
る。

〔発明が解決しようとするｙＡ題〕

むかしながら、従来の光励起ＣＶＤ装置では、基板３４
上にＳｉＯ□が析出すると同時に光入射窓３３面にもＳ
ｉｎ、が析出する。光入射窓３３面の温度が基板３４面
の温度よりも低いために光入射窓３３面に析出する５ｌ
Ｏ１は、緻密性が低く、紫外光を吸収、散乱するため光
入射窓３３における透過光強度を低下させる要因となっ
ている。

−船釣に、光励起ＣＶＤ法では、基板温度、反応ガスの
組成比、圧力を一定に保った条件下では、基板上に堆積
する薄膜の成膜速度は、光の照射強度に比例して速くな
ることが知られている。したがって、光入射窓３３にＳ
　ｉ　Ｏ！が析出することは、薄膜の成ｎり速度を経時
的に低下させるばかりでなく、均一に成膜させることお
よび成膜の厚みを制御することを困難なものとしている
。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、光
入射窓に対する析出物による窓くもりを防止して高速な
成膜操作が達成できると共に均一な成膜と膜厚制御を可
能とした光励起ＣＶＤ方法および装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の光励起ＣＶＤ法に
おいては、基体と光入射窓との間の空間部に対し、上下
方向に複数段のガス流れを形成するようにし、基体側に
はＮ　Ｏｘガス流を形成し、その上側にシラン化合物の
ガス流を形成するようにしたものである。

ま°た、本発明の光励起ＣＶＤ装置においては、基体と
光入射窓との間の空間部に対する側面部側に上下方向に
複数段に区画された区画室を有し、それらのガス吹出し
面が金属粒子の焼結体等の多孔体からなるノズルを設け
、最下段の区画室にＮＯ□、その上段側にシラン化合物
を導入するようにしたものである。

〔作用〕

酸化ガスとしてのＮＯ□は、発生期の酸素（０）を生成
する反応では、その吸収機は２４４〜３９８ｎｍであり
、低圧水銀ランプ、キセノンランプ等の長波長成分の吸
収率が高く、シラン化合物とＮＯよとの反応が促進され
、Ｓ　ｉ　ＯｔＯ高速成膜が達成される。またＮＯ□は
ＳｉＨ，等のシラン化合物に比較して重いガスであるた
め、Ｎ０２の上段側への拡散が少なく、高速成膜と同時
に光入射窓に対する窓くもりが抑制される。そして、高
速成膜により、均一な成膜条件の設定が容易となる。

次に本発明の光励起ＣＶＤ装置においては、ガス吹出し
面が多孔板からなるノズルから整流されたガス流が形成
され、上記方法における作用が確実に行われる。

〔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図は本発明の光励起ＣＶＤ装置の一実施例を示す縦
断面図である。第１図において、反応容器ｌの一側面部
側に２つのガス導入口２ａ、２ｂが配設され、ガス導入
口２ａは多孔板３と区画板４によって形成される区画室
５に連通され、ガス導入口２ｂは多孔板３と区画板６に
よって形成される区画室７に連通されている。また、ガ
ス導入口２ａ、２ｂは各区画室５．６における側面中央
部に配置されている。

多孔板３は、微細な連通孔を有する多孔質体からなって
いる。この多孔体としては、例えば、ステンレス等の金
属粒子若しくはセラミックス粒子の焼結体又はフン素樹
脂（例えば、テフロン）等の耐熱性樹脂で形成されたも
のが有効である。そして、多孔体における平均粒径は目
詰りを防止する点から０．１μｍ以上、所定のガスを整
流化させる点から１ｍｍ以下とすることが望ましい。

なお、第１図中、８は紫外光用光源、９は光入射窓、１
０は基板、１１は基板加熱用ヒータ、１２はガス排気口
である。

この光励起ＣＶＤ装置では、まず、反応容器ｌ内は、〜
１０−”ｔｏｒｒオーダまで排気された後、基板加熱用
ヒータＩｆによって基板１０は所定の温度まで加熱され
る。

次にガス導入口２ａからＳｉＨ４又はＮ２で希釈された
Ｓ　ｉ　Ｈ４が区画室５に導入され、ガス導入口２ｂか
らＮｔで希釈されたＮ　Ｏｘが区画室７内に導入される
。各区画室５．７内に導入されたガスは、多孔板３に形
成された微細な連通孔を介して整流ガスとなって反応容
器１内に吹き出される。

この場合、一般にノズルからのガスや流体の流量はノズ
ル前後での圧力差の２分の１乗に比例する。したがって
、吹き出し口を形成する多孔板３の前後の圧損が大きい
、このため、区画室５．７内のガス圧力はほぼ一定値と
なり、多孔板３で形成されたガス吹き出し口から吹き出
すガスの流速は多孔体面で一様となり、偏流は起こらな
い、さらに多孔体表面には多数の孔を存するのでそれら
の孔から吹き出すガスの流速は極めて小さい、しかも答
礼が極めて近接しているので各孔間に存在するデッドス
ペースが相対的に小さくなり、ガスの乱れがＨＥしにく
い、その結果、多孔板３より吹き出すガスは乱れや偏り
がなく、整流されたものとなる。

したがって、区画室５からのガスは整流された上段のガ
ス流れ１３、区画室７からのガスは整流された下段のガ
ス流れ１４をそれぞれ形成する。

この場合、ガス流れ１３とガス流れ１４とのガス境界Ｎ
Ｊ１５でスリップの発生を防止するために、ガス流れ１
３とガス流れ１４のそれぞれの線速度が同じなるように
区画室５．７にそれぞれ供給されるガスの供給量が調整
される。

また、区画室７から多孔板３を経て吹き出されるガスは
、Ｎ２で希釈されたＮＯｌであり、区画室５から多孔板
３を歴で吹き出されるガス（Ｓｔ１１４又はＮ、で希釈
された５ｉＨ４）よりも重いガスであるため、上段のガ
ス流れ１３側に混入することがない。

さらに光励起ＣＶＤ成膜条件下では、（１）１〜５ｔｏ
ｒｒの減圧下であり、かつ、ガス流れ１３．１４の線速
度が速＜　、（２）基板１０の温度は３（１０Ｃと低く
、また容器内のガス温度は紫外線による加熱によって１
（１０〜１５０　”Ｃ程度に加熱される。

このため、反応容器ｌ内で熱滞留は無視できる程度にす
ぎない。

次に光源に低圧水銀ランプを使用した場合、先ず、紫外
光の波長１８５ｎｍの領域０□→０．の反応によってオ
ゾン（０，）が発生する０次いで、このオゾンは、紫外
光の波長２５４ｎｍの領域で０、→０□＋Ｏの反応によ
って発生期の酸素（Ｏ）を生成する。

最後に反応ガスとしてのＳｉＨ４は、この発生期の酸素
と反応して、ＳｉＨ，＋Ｏ→５ｉＯｚ＋Ｈ２の反応が進
行して３１０□が形成される。したがって、上記した反
応機構から、Ｓｉｎ、の形成には、ＳｉＨ４の光励起が
関係しているのではなく、低圧水銀ランプからの紫外光
の１８５ｎｍの波長域における光励起が、酸化シリコン
（ＳｉＯ７）の形成速度の律速となるとみることができ
る。ここで酸化ガスとして使用されるＮＯ８の吸収域は
、（１）　　　Ｎ　Ｏｚ　　→Ｎ　Ｏ＋　Ｏ（２２８、８
ｎ　ｍ　）（２）　　　Ｎｏ、−Ｎｏ＋○　　（２４４
〜３９０　ｎｍ）（３）Ｎｏｔ　”　＋ＮＯｚ→２ＮＯ
十〇□−＋ＮＯｓ　　＋ＮＯ（＞４３　６　ｎｍ）で表
されるように、酸化ガスとしてのＮｚＯに比較して長波
長域にある。

ここで、発生期の酸素（０）を生成する反応（２）では
、その吸収域は、２４４〜３９８ｎｍであり、この吸収
域は、低圧水銀ランプにおいて最大光強度である２５４
ｎｎｎの吸収域を含んでいる。酸化ガスとして、ＮＯｔ
を使用する場合、波長２５４ｍ以上の光が十分に吸収さ
れ（すなわち、光吸収係数が大きい）、光分解して発生
期の酸素（０）を発生し易くなる。すなわち、波長２５
４ｎｍ以上の光が有効に利用されるため、活性種濃度が
高くなる。

したがって、ＮＯ７を酸化ガスとして使用することは、
５ｉＨｎの酸化を促進させ、Ｓｉｎｇの成膜速度を高め
ることになる。また、成膜速度が高くなれば、均一成膜
における成膜条件が広くなり、均一成膜が可能となる。

また、第３図に示すように低圧水銀ランプ以外にも、超
高圧水銀ランプ、キセノン（Ｘｅ）アークランプ、ハラ
イドランプの場合、波長２４４〜３９８ｎｍのｊＪＪａ
ｉでは、光強度が大きい、光励起ＣＶＤ法によって、酸
化シリコンを生成する場合、光源として超高圧水銀ラン
プ、キセノン、（Ｘｅ）アークランプ、ハライドランプ
を使用し、酸化ガスとしてＮＯ□を使用する場合にも、
ＳｉＨ４の酸化を促進させ、Ｓｉｎ、の成膜速度を高め
ることになる。

さらに、低圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノン
（Ｘｅ）アークランプ、ハライドランプはそれぞれ単独
に使用しもよく、またはこれらのランプを併用した複合
ランプを使用することもできる。

本発明において、酸化シリコンを生成するための反応ガ
スとしては、シラン化合物、例えば、モノシラン（ＳＪ
ｆ（、）、ジシラン（ＳｉｔＨ６）、メチルシラン（Ｓ
　ｉ’Ｈ３（ＣＨ３）　）　、モノクロルシラン（Ｓ　
ｉ　Ｈ３（Ｃ２））等が使用される。

これらのシラン化合物は、酸化ガス（Ｎｏ、）の光励起
により生成する発生期の酸素（０）により酸化シリコン
を生成する。

因みに基板１０の温度１（１０°Ｃ，Ｓ　ｉ　Ｈａ分圧
０．０２Ｌｏｒｒ、全圧５ｔｏｒｒ、モル比（ＮＯｚ　
／　Ｓ　ｉ　Ｈａ　）　Ｉ　、時間１０分での成１１り
条件において、６０μｍ／ｍｉｎの高速成膜、膜圧分布
±１％を達成できた。また、成膜時間１（１０分後にお
いても光入射窓９の窓くもりは認められなかった。この
ことは、膜厚６μｍの成膜に対して窓くもりが生じなか
ったことになり、現在のＬＳＩおよび■−■族化合物半
導体等の作製のプロセスのパッシベーションに使用可能
である。

第２図は、本発明の光励起ＣＶＤ装置の他の実施例を示
す断面図である。第２図においては、反応容器１の一側
面側にガス導入口２ａ、２ｂの他にガス導入口２ｃが配
設され、このガス導入口２Ｃは多孔板３と区画板２工と
によって形成される区画室２２に連通されている。第２
図おいて、第１図に示す構成部材と同一部材は同一符号
で示している。

この光励起ＣＶＤ装置では、ガス導入口２ａからＮ１、
ガス導入口２ｂからＳｉＨ４、ガス導入口２ＣからＮＯ
８がそれぞれ導入され、多孔板３を通して整流され、３
段のガス流１３．１４．２３を形成する。この場合は、
ガス境界層１５．２４で各ガス流のスリップが生じない
ように区画室５．７．２２に供給されるガス量が調整さ
れる。

本実施例では、第１図に示す実施例の効果の他に光入射
窓９に隣接するガス流れ１３は光化学反応に関与しない
Ｎｔガスであるため、反応生成物（ＳｉＯ８）が光入射
窓９に付着することをより確実に防止することができる
。

上記した実施例では、光化学反応に関与しないガスとし
てＮｔを示したが、Ｎ２以外にＡｒガス、Ｈｅガス等の
不活性ガスを使用することができる。

また、シラン化合物又はＮＯ２を希釈するガスは、Ｎ２
以外にＡｒガス、Ｈｅガス等の不活性ガスを利用するこ
ともできる。この場合にも各整流ガスが下段側の方が重
くなるようなガスを選定することが望ましい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の光励起ＣＶＤ方法によれば、光入
射窓の窓くもり防止が可能となり、かつ、高速成膜、均
一成膜が達成できるので、本発明方法は、例えばＬＳＩ
、■−ｖ族化合物半導体デバイスの作成プロセス等−・
の適用に拡大でき、Ｌ７かも、光源の光利用効率が向上
するため、反応ガスの消費を低減でき、高速成膜、均一
成膜の向上によって、高スループツト化および大面積化
の成膜操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光励起ＣＶＤ装置の一実施例を示す縦
断面図、第２図は本発明の光励起ＣＶＤ装置の他の実施
例を示す縦断面図、第３図は各種光源の発光スペクトル
を示すグラフ、第４図は従来の光励起ＣＶＤ装置の縦断
面図である。１・・・・・・反応容器、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・・・
・ガス導入口、３・・・・・・多孔板、４，６．２１・
・・・・・区画板、５．７．２２・・・・・・区画室、
８・・・・・・紫外光用光源、９・・・・・・光入射窓
、１０・・・・・・基板、１１・・・・・・基板加熱用
ヒータ、１２・・・・・・排気口、１３，１４．２３・
・・・・・ガス流れ、１５．２４・・・・・・ガス境界
層。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）反応室内に反応ガスを導入すると共にその反応ガ
スに対する酸化ガスを導入し、光源から光入射窓を介し
て照射させる紫外光の励起による光化学反応を利用して
反応室内に配置された基体上に膜を形成させるものにお
いて、前記基体側に酸化ガスとしてのＮＯ＿２又はＮＯ
＿２を主成分とする第１のガス流を形成し、その上層流
にシラン化合物又はシラン化合物を主成分とする第２の
ガス流を形成することを特徴とする光励起ＣＶＤ方法。
（２）前記第２のガス流の上層流であって、前記光入射
窓に隣接して光化学反応に関与しないガスからなる第３
のガス流を形成することを特徴とする請求項（１）記載
の光励起ＣＶＤ方法。
（３）前記シラン化合物が、ＳｉＨ＿４、Ｓｉ＿２Ｈ＿
６、ＳｉＨ＿３（ＣＨ＿３）、ＳｉＨ＿３（Ｃｌ）の少
なくとも１種以上であることを特徴とする請求項（１）
記載の光励起ＣＶＤ方法。
（４）前記ＮＯ＿２を主成分とするガスがＮＯ＿２と不
活性ガスとからなることを特徴とする請求項（１）記載
の光励起ＣＶＤ方法。
（５）前記シラン化合物を主成分とするガスが、シラン
化合物と不活性ガスとからなることを特徴とする請求項
（１）記載の光励起ＣＶＤ方法。
（６）前記第３のガス流が、不活性ガスからなることを
特徴とする請求項（１）記載の光励起ＣＶＤ方法。
（７）前記不活性ガスが、Ｎ＿２からなることを特徴と
する請求項（４）記載〜請求項（６）のいずれかに記載
の光励起ＣＶＤ方法。
（８）反応室内に配置される基体と、この基体の上方側
に配置され、光源からの紫外光を透過させる光入射窓と
を備えた光励起ＣＶＤ装置において、前記基体と前記光
入射窓との空間部に対する側面部側に上下方向に複数段
に区画された区画室を有し、それらの各ガス吹出し面が
多孔体からなるノズルを設け、最下段の区画室にＮＯ＿２又はＮＯ＿２を主成分とするガスを導入し、そ
の区画室より上段の区画室にシラン化合物を導入するよ
うにしたことを特徴とする光励起ＣＶＤ装置。
（９）前記多孔体が、金属粒子若しくはセラミックス粒
子の焼結体又は耐熱性樹脂からなることを特徴とする請
求項（８）記載の光励起ＣＶＤ装置。
（１０）前記ノズルが３段に分割された区画室を有し、
その最上段に不活性ガスを導入するようにしたことを特
徴とする請求項（８）記載の光励起ＣＶＤ装置。