JPH1098032A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成方法及び薄膜形成装置Info
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- JPH1098032A JPH1098032A JP24959096A JP24959096A JPH1098032A JP H1098032 A JPH1098032 A JP H1098032A JP 24959096 A JP24959096 A JP 24959096A JP 24959096 A JP24959096 A JP 24959096A JP H1098032 A JPH1098032 A JP H1098032A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導入用光学窓の曇りによる光強度の経時変
化の少なく、かつ薄膜の膜質及び膜厚の基板面内分布が
光強度の面内分布に依存しない、光励起ＣＶＤ法による
誘電体薄膜の形成方法及び薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】 光励起を反応槽と分離したガスセル内で
行う。
化の少なく、かつ薄膜の膜質及び膜厚の基板面内分布が
光強度の面内分布に依存しない、光励起ＣＶＤ法による
誘電体薄膜の形成方法及び薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】 光励起を反応槽と分離したガスセル内で
行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光励起を用いた気
相化学堆積法に基く薄膜の形成方法及び形成装置に係
り、特に、低基板温度で高スループット及び膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法及び形成装置に関する。
相化学堆積法に基く薄膜の形成方法及び形成装置に係
り、特に、低基板温度で高スループット及び膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法及び形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程に於て、誘電体薄
膜（窒化硅素、二酸化硅素等）の形成工程に関しては、
従来主に気相化学堆積法（ＣＶＤ）が用いられていた。
ＣＶＤ法に於ては、原料として供給される気体分子は熱
或いはプラズマによって分解或いは励起され薄膜堆積に
供されていた。熱分解によって誘電体薄膜を形成する場
合、基板温度は４００℃以上で成膜している。プラズマ
励起による方法では、基板温度は３００℃以上で成膜し
ている。
膜（窒化硅素、二酸化硅素等）の形成工程に関しては、
従来主に気相化学堆積法（ＣＶＤ）が用いられていた。
ＣＶＤ法に於ては、原料として供給される気体分子は熱
或いはプラズマによって分解或いは励起され薄膜堆積に
供されていた。熱分解によって誘電体薄膜を形成する場
合、基板温度は４００℃以上で成膜している。プラズマ
励起による方法では、基板温度は３００℃以上で成膜し
ている。
【０００３】最近、上記熱或いはプラズマ励起に替わる
方法として、光励起ＣＶＤ法が用いられている。反応槽
中に導入された原料気体分子（アンモニア、亜酸化窒素
等）は、光（波長３００ｎｍ以下）によって励起され成
膜反応に供される為、基板温度３００℃以上で薄膜を堆
積出来る。
方法として、光励起ＣＶＤ法が用いられている。反応槽
中に導入された原料気体分子（アンモニア、亜酸化窒素
等）は、光（波長３００ｎｍ以下）によって励起され成
膜反応に供される為、基板温度３００℃以上で薄膜を堆
積出来る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の内、熱
分解によるＣＶＤ法では、４００℃以上の高基板温度を
要する為、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電体
薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的反
応により、電気的特性が著しく劣化する。低温で成膜可
能なプラズマ励起ＣＶＤ法の場合、電極の劣化を抑止す
ることが可能であるが、プラズマ中のイオンが半導体表
面に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく
素子の特性が劣化する。
分解によるＣＶＤ法では、４００℃以上の高基板温度を
要する為、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電体
薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的反
応により、電気的特性が著しく劣化する。低温で成膜可
能なプラズマ励起ＣＶＤ法の場合、電極の劣化を抑止す
ることが可能であるが、プラズマ中のイオンが半導体表
面に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく
素子の特性が劣化する。
【０００５】光励起ＣＶＤ法では、低温且つイオン衝撃
のない成膜が可能であり、素子の電気特性の劣化はな
い。しかしながら、光励起の場合、次に列挙する問題点
があった。
のない成膜が可能であり、素子の電気特性の劣化はな
い。しかしながら、光励起の場合、次に列挙する問題点
があった。
【０００６】１）反応槽内で原料ガス（例えば、シラン
とアンモニア）の反応をさせる為、光を導入する光学窓
に薄膜の堆積が生ずると、基板表面に照射される実効的
光強度が低下し、堆積速度の低下を来す。
とアンモニア）の反応をさせる為、光を導入する光学窓
に薄膜の堆積が生ずると、基板表面に照射される実効的
光強度が低下し、堆積速度の低下を来す。
【０００７】２）薄膜の成長速度の基板面内分布は、基
板に照射される光の面内分布に強く依存するため、大面
積基板への高均一膜厚薄膜の形成が困難である。
板に照射される光の面内分布に強く依存するため、大面
積基板への高均一膜厚薄膜の形成が困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】光励起を反応槽と分離し
たガスセル内で行う。
たガスセル内で行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】まず、原料気体分子の内、それ自
体の分解によっては薄膜の堆積が生じない気体分子（例
えば、アンモニア、亜酸化窒素）の光励起を反応槽と分
離したガス導入装置内で行う。 しかる後、励起された
気体分子をノズルを通して反応槽内へ導入し、これとは
別に直接反応槽内へ導入した第２の原料ガス（例えば、
シラン）と反応せしめ、基板及び反応槽に直接光を導入
することなく、窒化硅素や二酸化硅素を堆積させる。
体の分解によっては薄膜の堆積が生じない気体分子（例
えば、アンモニア、亜酸化窒素）の光励起を反応槽と分
離したガス導入装置内で行う。 しかる後、励起された
気体分子をノズルを通して反応槽内へ導入し、これとは
別に直接反応槽内へ導入した第２の原料ガス（例えば、
シラン）と反応せしめ、基板及び反応槽に直接光を導入
することなく、窒化硅素や二酸化硅素を堆積させる。
【００１０】本方式では、薄膜の成長速度の面内分布
は、ノズルから照射された励起分子線の強度分布によっ
て決定される為、光の強度分布とは係わりがない。
は、ノズルから照射された励起分子線の強度分布によっ
て決定される為、光の強度分布とは係わりがない。
【００１１】更に、本発明に於ては、ガス導入装置に導
入する光を、装置の外に設置した光学系を用いて、導入
装置内で集束させる事が出来るため、導入したガスに対
する励起効率が極めて高い。即ち、高密度の励起分子を
供給出来るため、薄膜の堆積速度を増大させる事が出来
る。
入する光を、装置の外に設置した光学系を用いて、導入
装置内で集束させる事が出来るため、導入したガスに対
する励起効率が極めて高い。即ち、高密度の励起分子を
供給出来るため、薄膜の堆積速度を増大させる事が出来
る。
【００１２】実施例１ 図１を用いて実施例１を説明する。本実施例では、モノ
シラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を用いてＧａ
Ａｓ（００１）基板上に窒化硅素膜を形成する形成方法
及び形成装置について説明する。まず、反応槽１内に設
置された試料台２にＧａＡｓ基板３を装填する。試料台
２には基板加熱用ヒータが設置されている。基板３は、
回転機構により毎分１０回転させた。反応槽１は、ター
ボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を３×１０~10
Ｔｏｒｒまで排気されている。次に、基板３をヒータに
より加熱し３００℃に保持する。続いて、バルブ４を開
きＮＨ3ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を導入する。この
時、バルブ５を調整してガスセル６内の真空度を１０Ｔ
ｏｒｒに保つ。ガスセル６（一辺５ｃｍの立方体）内の
ＮＨ3ガスは、オリフィス７を通って反応槽１内に入
る。この時、反応槽１の真空度は０．５Ｔｏｒｒであっ
た。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ、
強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓８を介し
てガスセル６に導入する。この時、エキシマレーザ光
は、レンズ９によってガスセル内に焦点を持つように集
光されている。エキシマレーザを１０分照射する。その
後、エキシマレーザ照射を中断し、バルブ１０を明けて
ＳｉＨ4（流量５ｓｃｃｍ）をノズル１１より導入す
る。反応槽１の真空度が１Ｔｏｒｒに安定するのを待っ
た後、エキシマレーザをガスセル６に照射することによ
りＮＨ3ガスが励起され、窒化硅素膜の堆積が開始され
る。堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定した所、
５分間のレーザ照射により１５０ｎｍの窒化硅素膜が堆
積していた。直径４インチの基板上の膜厚分布は、２％
以下であった。同じく屈折率分布は、３％以下であっ
た。
シラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を用いてＧａ
Ａｓ（００１）基板上に窒化硅素膜を形成する形成方法
及び形成装置について説明する。まず、反応槽１内に設
置された試料台２にＧａＡｓ基板３を装填する。試料台
２には基板加熱用ヒータが設置されている。基板３は、
回転機構により毎分１０回転させた。反応槽１は、ター
ボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を３×１０~10
Ｔｏｒｒまで排気されている。次に、基板３をヒータに
より加熱し３００℃に保持する。続いて、バルブ４を開
きＮＨ3ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を導入する。この
時、バルブ５を調整してガスセル６内の真空度を１０Ｔ
ｏｒｒに保つ。ガスセル６（一辺５ｃｍの立方体）内の
ＮＨ3ガスは、オリフィス７を通って反応槽１内に入
る。この時、反応槽１の真空度は０．５Ｔｏｒｒであっ
た。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ、
強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓８を介し
てガスセル６に導入する。この時、エキシマレーザ光
は、レンズ９によってガスセル内に焦点を持つように集
光されている。エキシマレーザを１０分照射する。その
後、エキシマレーザ照射を中断し、バルブ１０を明けて
ＳｉＨ4（流量５ｓｃｃｍ）をノズル１１より導入す
る。反応槽１の真空度が１Ｔｏｒｒに安定するのを待っ
た後、エキシマレーザをガスセル６に照射することによ
りＮＨ3ガスが励起され、窒化硅素膜の堆積が開始され
る。堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定した所、
５分間のレーザ照射により１５０ｎｍの窒化硅素膜が堆
積していた。直径４インチの基板上の膜厚分布は、２％
以下であった。同じく屈折率分布は、３％以下であっ
た。
【００１３】通常のレーザＣＶＤ或いは光ＣＶＤに於て
は、薄膜の堆積を続けると、次第に光学窓が曇り、堆積
速度が低下するが、本実施例に於ては、累積膜厚１００
ｍｍまでの範囲では、５％以上の堆積速度低下は見られ
なかった。
は、薄膜の堆積を続けると、次第に光学窓が曇り、堆積
速度が低下するが、本実施例に於ては、累積膜厚１００
ｍｍまでの範囲では、５％以上の堆積速度低下は見られ
なかった。
【００１４】本実施例に於ては、窒化硅素膜について説
明したが、ＮＨ3ガスに替えて亜酸化窒素ガスを導入し
た所、膜厚分布が窒化硅素と同等の二酸化硅素膜を形成
することが出来た。
明したが、ＮＨ3ガスに替えて亜酸化窒素ガスを導入し
た所、膜厚分布が窒化硅素と同等の二酸化硅素膜を形成
することが出来た。
【００１５】また、ＳｉＨ4に替えてホスフィン（Ｐ
Ｈ3）を導入することにより、窒化燐膜の形成も出来
た。
Ｈ3）を導入することにより、窒化燐膜の形成も出来
た。
【００１６】実施例２ 図２を用いて実施例２を説明する。本実施例に於ても、
モノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を用いて
ＧａＡｓ（００１）基板上に窒化硅素膜を形成する形成
方法及び形成装置について説明する。ガス導入前の基板
装填法及び反応槽の真空排気に関しては、実施例１と同
じ方法を用いた。本実施例では、ＮＨ3ガスの導入法の
みが異なる。
モノシラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を用いて
ＧａＡｓ（００１）基板上に窒化硅素膜を形成する形成
方法及び形成装置について説明する。ガス導入前の基板
装填法及び反応槽の真空排気に関しては、実施例１と同
じ方法を用いた。本実施例では、ＮＨ3ガスの導入法の
みが異なる。
【００１７】まず、一辺５ｃｍの正方形断面でガス導入
方向の長さが１５ｃｍのガスセル１３中にバルブ１２を
開く事によってＮＨ3ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を導入
する。ＮＨ３ガスは、オリフィス１４を通って反応槽１
に入る。この時の真空度は、ガスセル１３内で１０Ｔｏ
ｒｒ、反応槽１内で０．５Ｔｏｒｒであった。続いて、
バルブ１０を開いてＳｉＨ4（流量５ｓｃｃｍ）をノズ
ル１１より導入する。この時、反応真空度は１Ｔｏｒｒ
となった。
方向の長さが１５ｃｍのガスセル１３中にバルブ１２を
開く事によってＮＨ3ガス（流量５０ｓｃｃｍ）を導入
する。ＮＨ３ガスは、オリフィス１４を通って反応槽１
に入る。この時の真空度は、ガスセル１３内で１０Ｔｏ
ｒｒ、反応槽１内で０．５Ｔｏｒｒであった。続いて、
バルブ１０を開いてＳｉＨ4（流量５ｓｃｃｍ）をノズ
ル１１より導入する。この時、反応真空度は１Ｔｏｒｒ
となった。
【００１８】続いて、エキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ、強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓１５
（５×１１０ｍｍの長方形）を通してガスセル１３に導
入し、ＮＨ3ガスを励起して窒化硅素膜の堆積を始め
る。エキシマレーザ光は、２×１００ｍｍの矩形平行ビ
ームを集束させずに直接導入した。
ｍ、強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓１５
（５×１１０ｍｍの長方形）を通してガスセル１３に導
入し、ＮＨ3ガスを励起して窒化硅素膜の堆積を始め
る。エキシマレーザ光は、２×１００ｍｍの矩形平行ビ
ームを集束させずに直接導入した。
【００１９】堆積後、エリプソメータにより膜厚を測定
した所、１０分間のレーザ照射により３００ｎｍの窒化
硅素膜が堆積していた。直径４インチの基板上の膜厚分
布は、１．５％以下であった。同じく屈折率分布は、２
％以下であった。
した所、１０分間のレーザ照射により３００ｎｍの窒化
硅素膜が堆積していた。直径４インチの基板上の膜厚分
布は、１．５％以下であった。同じく屈折率分布は、２
％以下であった。
【００２０】本実施例に於ても、累積膜厚１００ｍｍま
での範囲では、５％以上の堆積速度低下は見られなかっ
た。
での範囲では、５％以上の堆積速度低下は見られなかっ
た。
【００２１】実施例３ 図３を用いて実施例３を説明する。本実施例に於ては、
ホスフィン（ＰＨ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）及びアン
モニア（ＮＨ3）を用いてＧａＡｓ（００１）基板上に
窒化燐及び窒化硅素膜を形成する形成方法及び形成装置
について説明する。ガス導入前の基板装填法及び反応槽
の真空排気に関しては、実施例１と同じ方法を用いた。
ホスフィン（ＰＨ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）及びアン
モニア（ＮＨ3）を用いてＧａＡｓ（００１）基板上に
窒化燐及び窒化硅素膜を形成する形成方法及び形成装置
について説明する。ガス導入前の基板装填法及び反応槽
の真空排気に関しては、実施例１と同じ方法を用いた。
【００２２】まず、バルブ４を開きＰＨ3ガス（流量５
０ｓｃｃｍ）を導入する。この時、バルブ５を調整して
ガスセル６内の真空度を５Ｔｏｒｒに保つ。ガスセル６
内のＰＨ3ガスは、オリフィス７を通って反応槽１内に
入る。この時、反応槽１の真空度は０．２５Ｔｏｒｒで
あった。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ、強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓８を
介してガスセル６に導入する。この時、エキシマレーザ
光は、レンズ９によってガスセル内に焦点を持つように
集光されている。エキシマレーザを１０分照射する。そ
の後、エキシマレーザ照射を中断し、ガスセル１３中に
バルブ１２を開く事によってＮＨ3ガス（流量５０ｓｃ
ｃｍ）を導入する。ＮＨ3ガスは、オリフィス１４を通
って反応槽１に入る。この時の真空度は、ガスセル１３
内で１０Ｔｏｒｒ、反応槽１内で０．７５Ｔｏｒｒであ
った。続いて、エキシマレーザ光を光学窓８及び１５を
通してガスセル６及び１３に導入し、ＰＨ3ガス及びＮ
Ｈ3ガスを励起して窒化燐膜の堆積を始める。こうして
堆積させた窒化燐膜の成長速度は、毎分２０ｎｍであっ
た。ＰＨ3ガスをエキシマレーザ光で励起せずに導入し
た場合、成長速度は毎分１０ｎｍであった。ＳｉＨ4の
場合はエキシマレーザ光によって解離が生じないため、
ＳｉＨ4にレーザを照射しても成長速度が増大すること
はないが、ＰＨ3ガスはレーザ照射により解離するた
め、ＮＨ3ガスとの反応が促進され成長速度が増大した
ものである。
０ｓｃｃｍ）を導入する。この時、バルブ５を調整して
ガスセル６内の真空度を５Ｔｏｒｒに保つ。ガスセル６
内のＰＨ3ガスは、オリフィス７を通って反応槽１内に
入る。この時、反応槽１の真空度は０．２５Ｔｏｒｒで
あった。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ、強度１００ｍＪ、周波数１００Ｈｚ）を光学窓８を
介してガスセル６に導入する。この時、エキシマレーザ
光は、レンズ９によってガスセル内に焦点を持つように
集光されている。エキシマレーザを１０分照射する。そ
の後、エキシマレーザ照射を中断し、ガスセル１３中に
バルブ１２を開く事によってＮＨ3ガス（流量５０ｓｃ
ｃｍ）を導入する。ＮＨ3ガスは、オリフィス１４を通
って反応槽１に入る。この時の真空度は、ガスセル１３
内で１０Ｔｏｒｒ、反応槽１内で０．７５Ｔｏｒｒであ
った。続いて、エキシマレーザ光を光学窓８及び１５を
通してガスセル６及び１３に導入し、ＰＨ3ガス及びＮ
Ｈ3ガスを励起して窒化燐膜の堆積を始める。こうして
堆積させた窒化燐膜の成長速度は、毎分２０ｎｍであっ
た。ＰＨ3ガスをエキシマレーザ光で励起せずに導入し
た場合、成長速度は毎分１０ｎｍであった。ＳｉＨ4の
場合はエキシマレーザ光によって解離が生じないため、
ＳｉＨ4にレーザを照射しても成長速度が増大すること
はないが、ＰＨ3ガスはレーザ照射により解離するた
め、ＮＨ3ガスとの反応が促進され成長速度が増大した
ものである。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、光励起ＣＶＤにより窒
化膜或いは酸化膜を形成した場合に於て、光導入用の光
学窓への薄膜の堆積が抑止される為、成長速度が長期に
渡って安定に保たれる。また、基板上に堆積した薄膜の
膜厚の面内分布が入射光の分布の影響を受けない為、膜
厚均一性の高い薄膜が形成出来る。
化膜或いは酸化膜を形成した場合に於て、光導入用の光
学窓への薄膜の堆積が抑止される為、成長速度が長期に
渡って安定に保たれる。また、基板上に堆積した薄膜の
膜厚の面内分布が入射光の分布の影響を受けない為、膜
厚均一性の高い薄膜が形成出来る。
【図１】本発明の実施例１の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例２の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の実施例３の薄膜形成装置の断面図であ
る。
る。
１…反応槽、２…試料台、３…基板、４…バルブ、５…
バルブ、６…ガスセル、７…オリフィス、８…光学窓、
９…レンズ、１０…バルブ、１１…ノズル、１２…バル
ブ、１３…ガスセル、１４…オリフィス、１５…光学
窓。
バルブ、６…ガスセル、７…オリフィス、８…光学窓、
９…レンズ、１０…バルブ、１１…ノズル、１２…バル
ブ、１３…ガスセル、１４…オリフィス、１５…光学
窓。
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも１種類の気体分子を光励起せし
め、反応槽内に装填した基板表面に上記気体分子を原料
とする薄膜を堆積する薄膜形成方法において、上記反応
槽の外部で上記気体分子を個別に光励起したる後、該光
励起分子を上記反応槽内へ導入することによって上記薄
膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項２】基板加熱部を有する反応槽と、該反応槽に
連結しかつ光導入用光学窓を有する少なくとも１つのガ
スセルを具備していることを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項３】上記反応槽とガスセルとの連結は上記ガス
セルの上記反応槽との上記連結部に備えられたオリフィ
スによりなされていることを特徴とする請求項２記載の
薄膜形成装置。 - 【請求項４】上記薄膜形成装置はさらに上記光導入用光
学窓に集束せしめる光学レンズを具備していることを特
徴とする請求項２又は３に記載の薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24959096A JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24959096A JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1098032A true JPH1098032A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17195284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24959096A Pending JPH1098032A (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1098032A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003124992A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-04-25 | Pfu Ltd | 同報通信方法、同報通信システムおよび記録媒体 |
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