JPS61198733A - 薄膜形成方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は薄膜形成方法に係り、特に光を用いた化学的気
相成長方法に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

半導体技術の進歩と共に、超ＬＳＩをはじめ、半導体装
置の高集積化か進められてきている。

半導体回路の高集積化は素子の微細化によって実現され
るため、微細かつ高精度なパターン形成技術と共に均一
で良好な薄膜の形成技術が重要視されるようになってき
ている。

実用化されている薄膜形成方法の１つに化学的気相成長
法（ＣＶＤ法）があるが、これは形成させようとする薄
膜材料を構成する元系からなる１種またはそれ以上の化
合物および／又は単体のガスを基板上に供給し、気相又
は基板表面での化学反応により所望の薄膜を成長せしめ
る方法であり、これには常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、
プラズマＣＶＤ法等が含まれる。これらの方法のうち常
圧ＣＶＤ法は常圧（７６０Ｔｏｒｒ）で薄膜を形成する
ため堆積速度は速い。しかし、気相反応を起し易く、反
応室内全体を加熱することはできないため、反応室内部
に基板を直接均一に加熱するための手段を配置せねばな
らない。従って、大量の基板を同時に装填することがで
きず、生産性が悪い。又堆積温度の制御が難しいため脱
揮の均一性が悪い等の欠点がある。

また減圧ＣＶＤ法は〜Ｉ　Ｔｏｒｒの減圧下で薄膜を形
成する方法であるため、堆積速度は遅（・が基板を密に
装填でさ、同時に大量の基板を処理でき、生産性に＆れ
ている。

しかしながら、これらの方法はいずれも、薄膜形成を行
なう化学反応の推進に熱エネルギーを用いるため形成温
度か高く、例えばシランの熱分解で多結晶シリコン膜を
形成する場合で６００〜８００℃、二トラエチルオルソ
シリケーｌ−（８１０４Ｃ，Ｈ２ｏ、　ＴＥ０１）の熱
分解で二酸化硅素膜を形成する場合で６５０〜ＳＯＯ℃
である。

このため、これらの方法で形成される薄膜は、優れた長
所を持ちなから、用途か限られ、例えはアルミニウムを
用いた多層配線の層間絶縁膜にＴＥＯ８熱分解による二
酸化シリコン膜を用いることはできない。

一万、プラズマＣＶＤ法は、減圧下で電気的エネルギー
を反応性ガスに与えてプラズマ状態にし、化学的に活性
な励起分子・原子、イオン、ラジカル等を作り出すこと
により化学反応を促進させ、基板上に薄膜を形成する方
法であり、低温化が可能である。しかし例えは、シラン
（Ｓ　ＩＨ４）十窒素（Ｎ２）混合ガスからプラズマＣ
ＶＤ法によって窒化シリコン（ＳｉｓＮ４）膜を形成す
ると、シリコン（Ｓｔ　）と窒素（Ｎ）との組成か化学
量論比からすれやずく、膜質が悪くなったり、水素ラジ
カルが下地層に損傷を与えたり、又水素を膜中にとり込
み易く、熱歪等による膜の劣化を生じ易い等の欠点かあ
る。

そこで、近年、薄膜形成に元工浄ルキーを使用する光Ｃ
ＶＤ法の研究が盛んに行なわれている。例えは、出力５
０ＷのＣＷ炭酸ガスレーザ（Ｃ０２レーザ）の波長１０
，６μｍの発振光を用いて局所的に基板を加熱し、四塩
化硅素（Ｓｔ（Ｊ４）を原料カスとし又多結晶シリコン
膜を形成したり、又、弗化アルゴン（ＡｒＦ　）、弗化
クリプトン（ＫｒＦ　）等のエキシマレーザを用いて光
解離を行ない、多結晶シリコン展を形成１−る方法か提
案されている。これらはいずれも大出力レーザをスポッ
ト光源として用いるものであるため、生産性に乏しく実
用化には至っていない。

また、低・高圧水銀灯を用い、反応性ガス中に微量の水
？ａ　（Ｈｇ　）を添加して光増感反応な起し、二酸化
シリコン（Ｓｉｎ、ｌ）や窒化シリコン（ｓ　ｉ３　Ｎ
４）膜を形成した例もある。これは、添加したＨｇか水
銀灯からの波長２５３７Ａの光を吸収し、Ｈｇ（３Ｐ工
）の励起状態になり、反応性ガスと衝突してエネルギー
移動を起すことで薄膜形成のためのエネルギー授受がな
され化学反応が進行するようにしたもので、この場合は
重合域である水銀Ｈｇが薄膜中にとりこまれるという問
題があった。

上述したように、これら従来の光ＣＶＤ法は、高エネル
ギーな短波長光（λ（３５０ｍｍ）を利用し、原料ガス
の光分解を生せしめるかもしくは、基板加熱のために大
出力の光源を利用するかのいずれかであった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので低温でかつ
膜質の良好な薄膜を形成することを目的とする。

〔発明の概要〕

、そこで、本発明では、化学的気相成長法による薄膜の
形成に際し、波長４００ｎｍ〜１１０００ｎの光を薄膜
形成面に照射するようにしている。

すなわち、波長４００ｎｍ〜１１０００ｎの光を照射す
ることにより、原料ガスの結合手を振動状態に励起し、
反応の促進をはかるようにしている。

ところで、照射光の波長域をλ（３５０ｎｍとした場合
、反応ガスは電子励起状態になり光分解を生じて気相反
応を起こしやすい。また、λ（１０００ｎｍ　　とした
場合は、反応ガスの結合手を振動状態に励起することは
不可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低温下で良質の薄膜を高速に形成する
ことか可能となる。

この方法は、常圧ＣＶＤ法においても減圧ＣＶＤ法にお
いても適用可能であるが、特に、常圧ＣＶＤ法において
は均一な膜厚・膜質となるような薄膜の形成は困難であ
ったのに対し、本発明の方法によれば、膜厚および膜質
の均一な薄膜形成が可能となる。

また、光照射を用いた本発明の方法による効果は、低温
下での薄膜形成において特に著しい。

〔発明の実施例」 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

第１図は、本発明実施例の方法で用いられる化学的気相
成長装置の概略図である。

この装置は、長さＩｍ１内径２５ｃｍの石英製の反応炉
ｌと、該反応炉内で薄膜を形成すべき基板２を支持する
ためのボート３と、該基板２の両側から光照射を行なう
ように該反応炉の外側に配設された第１および第２の光
学系４，５と、該反応炉１内を所望の温度に加熱制御す
る温度制御系６と、排気系７およびガス供給系８とから
なり、基板２に所定波長域の光照射を行なうことにより
反応ガスを振動状態に励起しつつ、化学的気相成長法に
より薄膜を形成するようにしたものである。

前記第１および第２の光学系は、夫々第１および第２の
クセノンランプからなる第１および第２の光源９，１０
と、第１および第２の集光用のレンズ１１．１２と、波
長選択用の第１および第２の干渉フィルタ１３．１４と
からなり、出力成長を適宜選択可能なように構成されて
いる。

また、前記温度制御系６は、該反応炉の周囲に配設され
た３ゾーンシステムの加熱器１５と、温度制御器１６と
からなり、反応炉内の温度制御を行なうように構成され
ている、 更に、ガス供給系８は第１および第２のストップパルプ
１７．１８を介して反応炉に接続されており、第１およ
び第２のストップパルプ１７゜１８の開閉操作によって
反応炉に供給するＴＥＯＳガスおよび窒素（Ｎ、）ガス
の量を制御するガス制御器１９を具えている。

更にまた、反応炉の両端には光学研暦された石英からな
る第１および第２の窓が０リングシールによって装着さ
れており、夫々第１および第２の光学系からの照射光の
透過が可能である。

そして第１の窓は開閉可能な入口２２にとりつけられた
状態となっており、該入口２２の開閉により、基板の出
し入れがなされる。２３は圧力計、２４はリーク用自動
弁、２５はバックフィル用ガスラインである。

次に、この装置を用いてＴＥＯ８熱分解により二酸化シ
リコン膜を形成する方法について説明する。

ます、基板２として第２図（ａ）に示す如く、単結晶シ
リコン基板２を用い、適当な表面清浄化処理を施した後
、ボート３に載置し、入口２２から反応炉ｌ内に搬入す
る。

次いで、排気糸７を駆動し、反応炉内を真空排気した後
、第１のストップパルプ１７を開き、Ｎ２ガスを流し、
圧力計２３の指示値か所定の値となったところで加熱器
１５を駆動し、基板温度をモニターしながら温度制御器
１６によって設置温度３００〜８００℃になるよう制御
する。

この後、第１のクセノンランプ９を点灯し、第１の集光
レンズ１１によって平行光線にした後、第１の干渉フィ
ルタ１３で波長選別し、波長λ＝４００〜６００　ｎｍ
の光を基板２０表面に照射する。

そして、温度安定性を確認した後、第２のストップパル
プ１８を開いて、ＴＥＯＳガスを所定時間導入し、第２
図（ｂ）に示す如（、二酸化シリコン膜１００を形成す
る。

ＴＥＯＳガスの導入を停止した後、第１のクセノンラン
プ９を消灯し、加熱器１５の駆動を停止して、Ｎ、雰囲
気中で冷却し、基板２を反応、炉からとり出す。

このようにして形成された二酸化シリコン膜は、従来の
光を照射しない場合と比較して、４００〜８００℃で同
一時間内に２〜ｉｏｏ倍の膜厚となった。すなわち、２
〜１００倍の堆積速度を得ることかできる。また膜厚お
よび膜質も極めて均一で良好なものとなっている。

また、従来の減圧ＣＶＤ法では４００℃の低温での二酸
化シリコン膜の形成は不可能であったが、本発明の方法
によれは、可ｕＦ４である。

なお、実施例においては、基板の表面側から光照射を行
なう場合について説明したが、本発明の他の実施例とし
て、第２のクセノンランプ１０のみを点灯し、基板の裏
面側から光照射を行なうようにしてもよい。すなわち、
例えは、第３図（ａ）に示す如く、表面に接続孔２０１
を有するようにシリコンの熱酸化膜２０２の形成された
単結晶７リコン基板２００’ｉ基板２として用い、第３
図（ｂ）に示す如く基板２００の裏面側から波長λ＝４
００〜６００　ｎｔｎの光照射を行ないつつ、前記実施
例と同様に二酸化シリコン膜２０３を形成する。このと
き、単結晶シリコン基＆２００は波長λ＝４００〜６０
０ｎｍの光を透過するか、熱酸化膜２０２はこの元を透
過しないため、基板表面の熱酸化膜の存在しない部分す
なわち接続孔２０１内に露呈する単結晶シリコン基板の
表向での６反応ガスの励起か行なわれ、この部分での膜
の堆積速度か選択的に高められ、その結果、段差の小さ
い平坦な表面形状を得ることか可能となる。

更に他の実施例として、第１および第２の光学系を両方
駆動し、夫々波長の異なる元を照射するようにしてもよ
い。すなわち、第３図（ａ）に示したような基板を用い
、第４図に示す如く、基板の表面側から反応ガスを振動
状態に励起するような波長λ１の光を照射すると共に、
裏面側からは、前記他の実施例で用いたのと同様に、単
結晶シリコンは透過するが熱酸化膜は透過しないような
波長λ２の光を照射する。これにより、選択的にかつ高
速で接続孔内に二酸化シリコン膜を形成せしめ得、平坦
な表面形状の二酸化シリコン膜の更に短時間での形成が
可能となる。

なお、上記実施例においては、ＴＥＯ８熱分解による二
酸化シリコン族の形成について示したか、この他モノシ
ラン熱分解による多結晶シリコン膜の形成、モノシラ／
とアンモニアからの窒化シリコン膜の形成、インブチル
アルミニウム・トリメチルアルミニウム・三塩化アルミ
ニウム・三臭化アルミニウムを用いたアルミニウム膜の
形成およびシラ／を添加することによるアルミニウム合
金膜の形成、六弗化タングステン・五塩化タングステン
・水素からのタングステン膜の形成およびシランを添加
することによるタングステンシリサイド膜の形成、モリ
ブデン膜、チタン膜の形成、モリブデンンリサイド膜、
チタンシリサイド膜の形成等、他の°薄膜形成に際して
も本発明の方法は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例の方法に用いられる化学的気相
成長＠置の概要図、第２図（ａ）および（ｂ）は不発明
実施例の薄膜形成工程を示す図、第３図（ａ）および（
ｂ）は本発明の他の実施例のＭ−膜形成工程を示す図、
第４図は本発明の更に他の実施例の薄膜形成工程を示す
図である。 １・・・反応炉、２・・・基板、３・・・ボート、４・
・・第１の光学系、５・・・第２の光学系、６・・・温
度制御系、７・・・排気系、８・・・ガス供給系、９・
・・第１の光源、ｌＯ・−・ｉ＠２の光源、１１・・・
第１の集光用レンズ、１２・・−第２の集光用レンズ、
１３・・・第１の干渉用フィルタ、１４・・・第２の干
渉用フィルタ、１５・・・加熱器、１６・・・温度制御
器、１７・・・第１のストップパルプ、１８・・・第２
のストップバルブ、１９・・・ガス制御器、２０・・・
第１の窓、２１・・・第２の窓、２２・・・入口、２３
・・・圧力計、２４・・・リーク用自動弁、２５・・・
バックフィル用カスライン、１００・・・二酸化シリコ
ン膜、２００・・・単結晶シリコン基板、２０１・・・
接続孔、２０２・・・熱酸化膜、２０３・・・二酸化シ
リコン膜。 第２図（Ｑ） 第２図（ｂ） 第３図（（１） λ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 化学的気相成長法によって基板上に薄膜を形成するに際
   し、 前記基板上に波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を照射
   するようにしたことを特徴とする薄膜形成方法。