JPS6277470A - 光イオン化アシスト光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〕 不発明は、元イオン化アシスト九〇ＶＤ装置に関するも
のでろる。

〔従来の技術〕

高エネルギ粒子の基板への衝突や荷電粒子の存′＆：、
等による基板の損傷や特注の変動が少ｌいことや低温化
がＯＴ［’Ｑであることなどの点から光励起による反応
上利用した九〇ＶＤ装置の研究、開発が盛んに行なわれ
るようになってきている。従来の九〇ＶＤ装置において
は、元源として低圧水銀ランプやエキシマレーザ等が用
いられており、シリコンの半４坏等の固体Ｎ膜の製造に
利用さｎてさた。これらの先行技術でに、基板にシリコ
ンの酸化膜全形成する場合には例えば、　８ｉＨ，める
しは８ｉ、Ｈ，と０．やＮ、Ｏとの混曾ガスｔ１またシ
リコンの窒化膜形成の場合には例えば、ＳｉＨ４るるい
は８ｉ鵞Ｈ６とＮＨ３との混合ガスを流し％−２００〜
３００℃の基板温度で１００λ／ｍｉｎ程匿の成膜速展
が得られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の程度のＤＸ、膜速度ではプロセス装置
として実用化するためには十分ではなく、また元ＯＶＤ
では反応ガス分子の光分解により生成される励起分子ｆ
ラジカルのみによる反応で膜の堆積が進行するので、プ
ラズマＯＶＤにみら扛る工うな下地基板および堆積Ｊ戻
の荷電粒子による損傷が少ない反面、得らｎる薄膜のエ
ツチング速度は熱ｅ　Ｖ　Ｄにより得られる薄膜に比べ
てｌＯ〜１００倍程度大きいため、膜質が粗く、緻密な
膜を得ることかで＠ないという欠点がるる。このために
従来の″Ｘ、ＣｖＤ装置ではプロセス装置として実用化
することはできない。

一万、先に、特開昭１．０−７４ｔ４４．２６号の出願
においてマイクロ波放電励起真空紫外″Ｉｔ、ヲ用いた
九〇ＶＤ装置全提案し、この装置では光源用ガスとして
例えばり、＜ｉｏ、λＯｅＶ）、　Ａｒ　（／／　、６
−１ｅＶ。

／／、１３ｅＶハＫｒ（１０，０ＪｅＶ、１０．ｔ４Ａ
ｅＶ）、　　Ｘｅ　（１、≠Ｊｅ■、り、　ｊ　７　ｅ
　Ｖ　）等を用いることができ、これらの光源用ガス？
用いることにより％　１０ｅ■前後のエネルギをもつ冥
を紫外元？発生させることができる。

また、半導体の装造に用いられる反応ガス分子およびそ
れらの光分解により生成するラジカルの多くｌ”ｃｆｆ
−／λｅＶ程度のエネルギでイオン化することが認めら
れている。

そこで、本発明の目的は、１０ｅｖ前後のエネルギ？も
つ真窒蓄外光により反応ガス分子ヤラジカルｔイオン化
し、これらのイオン化嘔れた反応ガス分子やラジカルに
所定の運動エネルギ？与えて基板に入射させることによ
り、従来の元ＯＶＤ法よ５隔い成膜速波でしかも緻′Ｉ
！ｉ７な薄膜？製造できる元イオン化アシスト′ｊｔ、
ＣＶＤ装置を提供することにある。

〔問題点？解決するための手段〕

上ｉピの目的を達成するために１本発明による九イオン
化アシスト九〇ＶＤ装置ニ、高エネルギの真空紫外光ケ
発生する光源部と、上ム己光源部と基板との間の光路に
白って設けられたイオン那運用グリッド？備え、上記光
源部からの具窒梁外元により反応ガス分子ヤラジカル？
イオン化して基板に入射δせるイオン化部と、基板ｒ保
持、刀口熱し、基板上に薄膜會堆績させる成膜部とから
成ることを特徴としている。

〔作用〕

このように構成した不発明による元イオン化アシスト九
〇ＶＤ装置においてに、尚エネルギの真を紫外光により
反応ガス分子やラジカルのイオン化で生成されるイオン
は、イオン化部におけるイオン刃口連用グリッドによっ
て運動エネルギが与えられ、基板に入射する。これによ
り５元イオン化アシスト九〇ＶＤが行なわれることにな
る。すなわち、イオン化部におけるイオン７１１３運用
グリツドに比較的低い電圧を印肩することにエク５発生
するイオンは全て基板に到達し、そしてこれらのイオン
が６板に到達する過程において他の反応ガス分子やラジ
カルをイオン化し、基板表面での反応を促進嘔せ、これ
により基板への薄膜の堆積速度を飛鑵的に増大させるこ
とができる。また、光分解により生成される励起分子や
ラジカルのみでなく、運動エネルギをもったイオンによ
り膜堆積が巡行するので、緻密な薄膜を生成することが
できる。

〔実施例〕

以下、添附図面？参照して不発明の実施例について祝明
する。

第１図には１元イオン化アシスト元ＯＶＤ装置の一実施
例を概略的に示し、ｌは反応室でるり。

その内部には回転可能な基板ホルダコが配置されておシ
、この基板ホルダコに処理すべき基板３が装着されてい
る。基板ホルダー２は図示してないが加熱および（また
は）Ｑ却手段を備えており、本発明の装置における成膜
部を構成している。反応室／の壁には図示したように反
応ガス導入ボート参とＸ仝ポンプ（図示してない）に連
結される排気ボートｊとが設けられている。また、反応
室ｌの外部から反応室ｌの壁勿通って基板３に同って筒
形の放電管６がのびている。この放電管乙の一端には透
過窓７が設けられ、他端には放′こ用ガス導入口ｌｔ＠
えている。放電管６はまたマイクμ阪入力を受ける尋阪
管りを備え、反応室ｌ内に同って真免紫外元ｖｉｌ−発
生する光扉部ゲ成している。

反応室１円における放電管６からの具窒累外元の光路に
沿ってこの−ｘｗＴ會包むように筒形のイオン加速用グ
リッド１０が設けらｎｌ　このイオン加速用グリッドｉ
ｏは電源／／ｖｃ接続され、正の電圧が印加される。イ
オン加速用グリッド１０に印加される電圧は、入射イオ
ンによる基板３お工び堆積換のｆｊｔ　Ｓ　ｋ避けるた
め比較的低い値に設定される。

このように構成した図示装置において、放電ガス導入口
ｔから放電管乙に導入された放電ガスに４′ｅ、管りか
ら導入されるマイクロ波が作用し、真を紫外光が発生さ
れる。この真空紫外光は、透過窓７を通って反応呈１円
の基板ホルダコに装着された基＆３の全面に照射される
。放電光により反応ガス分子やラジカルのイオン化で生
成されるイオンは、イオン加速用グリッド１０によって
運動エネルギが与えられ、基板３に入射する。この場合
イオン加速用グリッド１０の作用により１発生するイオ
ンは全て基板３に到達し、そしてこれらのイオンが基板
３に到達する過程において他の反応ガス分子やラジカル
金イオン化し、基板表面での反応を促進させ、基板３へ
の薄膜の堆積速度を飛躍的に増大させるＯとができると
同時に、九分解によυ生成てれる励起分子やラジカルの
みでなく、運動エネルギをもったイオンに工Ｖ膜堆積が
進行するので、緻密な薄膜？生成することができる。

次に、第１図の装置ｌ’？用いて笑施し７′ｃ災ｖｋ例
について第２図および第３図？参照して読切する。

この実験例においては、光源用ガスとして重水素（Ｄ２
）ｅ用い、反応ガスとしてＳｉ２Ｈ６およびＮＨｓ’？
用いてＳｉＮｘ：Ｈ膜を基板３上に形成した。

元イオン化の効果は、気相中のガス分子よりも基板表面
の万が大キく、これは、気相中のガス分子密度に対して
基板表面の原子の密度がはるかに太きいからでらり、そ
のため第２図に見られる工うに真空京外元會基板３に照
射した時、光電子の放出によＶ元電眞が流れる。第２区
１において４従軸は電流密厩會衣わし、横軸は圧力を表
わし、グリッド電圧ｖｇｔＯ■から一２ＱＯｖ′！、で
ｊＯＶづつ変化させた場合の充電流の状態？示す。

第３図にはグリッド電圧Ｖｇを変えた時の成膜速度とＢ
ＨＦエツチング速度の変化七示す、グラフＩで示すよう
にグリッド電圧ＶｇがＯｖのときでも。

ＢＨＦエツチング速度は７０　Ｘ　／　ｍ　ｉ　ｎと非
常に小さい。ちなみに、水銀増感ｆｔ、ｏｖｎ法による
５ＩＮｘ膜のＢＨＦエツチング速度は、同じ栄件のもと
にオイテ／　０００−　／　ｊ　００１／ｍ　ｉ　ｎで
あり、プラズマＯＶＤによって形成したＳ　ｉＮｘ膜の
場合ににざＯ〜２００　Ｘ　／　ｍ　ｉ　ｎで１７．ま
た熱ＯＶＤによる窒化膜の場合は約２０　Ｘ　／　ｍ　
ｉ　ｎでるる。グリッド電圧■−；Ｏｖのときでも非常
に緻密な膜が得られているということは、気相中のイオ
ンの効果がどちらかと言えば小さく基板表面における真
空紫外光による励起、特にイオン化、の効果が大きいこ
と金示していると見ることができる。グラフ■に示すエ
ラに、グリッド電圧Ｖｇｋ上ばていくと、成膜速度は大
きくなり、ＢＨＦエツチング速度（グラフＩ）に１ｏｏ
ｖ付近より小さくなる。このことから、イオンの効果は
、１ｏｏｖ付近までは付着効率？増す方向に働＠、／に
ｌＯＶ付近からＤＣグロー放電が生じ、イオン衝撃によ
って緻密な膜が形成されるものと認められる・ 光電子が基板３から放出されるのは、シリコンの仕事関
数がμ、ざｅＶでろり、照射する元のエネルギがに〜１
０ｅＶと太きいからである。このことに着目し、水銀ラ
ンプとＡｒＦ、　Ｘｅ０Ｉキシマレーザと金柑いて更に
実験上行なった。その結果、水銀ランプからは１１り＾
（６，７ｅＶ）と２！３７＾（≠、りｅＶ）の共鳴線が
放出され、　ＡｒＦエキシマレーザからにｌりＪ　ＯＸ
　（６，４’ｅＶ）の元がまたＸｅ０Ｉ　エキシマシ・
−ザからは３０ざＱＸ（≠、Ｏｊ　ｅＶ）の元が放出さ
れ、この内、水銀ランプとＡｒＦエキシマレーザを用い
て　　□基板に照射した時のみ電流が流れた。従って、
仕事関数以上のエネルギをもつ紫外光を基板に照射する
ことにより、光電子が基板より放出され、緻密な膜が形
成できるものとみなされる。ところで、従来水銀ランプ
？用いたｆｔ、ＯＶＤでは緻密な腺は得られていないが
、これは、水銀の共鳴線のエネルギがシリコンの仕事関
数より大きいため、放出される光電子の運動エネルギが
小さく、基板に舞戻ってきてしまうためと考えられる。

そＯで１本発明に従って、−に照射空間に正の電極？設
け、基板を接地電位として１光電子全引き出すことによ
り舞戻Ｖを防止でき、＃密な換金形成することができる
。

なお、図示実施例においては、真空紫外光を発生嘔せる
手段としてマイクロ波放電ｆｃｔｉｔを用いているが、
高エネルギの′ｙｃ’に発生する他の装置でも良く、例
えば、高周波数電装ｒｉｔｋ用いても良い。

筐り、イオン加速用グリッドとして筒形のもの上用いて
いるが、このグリッドの形状な必要に応じて任意に設計
することができる。さらに、不発明による元イオン化ア
シス）ｆ、ＯＶＤ装置は、例えば、ガリウムヒ素基板に
ｎ＋−ｖｇｃｓるいにＩ−ＶＩ族の化合物の薄膜を形成
する等、化合物半導体の製造にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように１本発明による元イオン化アシ
スト九〇ＶＤ装置におしては、イオン化部におけるイオ
ン加速用グリッドに比較的低い電圧會印加することによ
ｐ、気相中で発生するイオン全て？基板に到達させ、そ
してこれらのイオンが基板に到達する過程において他の
反応ガス分子やラジカルをイオン化し、基板表面での反
応を促進させるように構成している。このような気相中
での元イオン化の効果と共に、さらに基板表面での励起
、特にイオン化の効果により、基板表面での反応がより
一層促進だれる。その超朱、基叡への薄膜の堆積速度を
飛躍的に増大させることができると共に、光分ＭＶＣよ
り生成ちれる励起分子ｆラジカルのみでなく、運動エネ
ルギ？もったイオンにより膜堆積が進行すると共に、基
板表面の励起、イオン化が起ることによ９％緻密な７４
膜全生成することができる。その結果、不発明による元
イオン化アシスト元ＯＶＤ装置１１￥はプロセス装置と
して実用化し得ることが期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の一実施例を示す概略線図、第２図は第
１図の装置１を用いて行なった実験例における種々のグ
リッド電圧における元電流會示すグラフ、第３図は同じ
実験例における種々のグリッド電圧における成膜速度と
ＢＨＦエツチング速度を示すグラフでるる。 図中、ｌ：反応室、２：基板ホルダ、３：基板。 グ：反応ガス導入ボート、ｊ：排気ボート、６：放電管
、７：透過ｇ、ｒ：放電用ガス導入口、り：尋波管、１
０：イオン７３０連用グリツドｌＯ１ｌｌ：電の。 ビ　劃　羨　信　蓮 乞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高エネルギの真空紫外光を発生する光源部と、上記光源
   部と基板との間の光路に沿って設けられたイオン加速用
   グリッドを備え、上記光源部からの真空紫外光により反
   応ガス分子やラジカルをイオン化して基板に入射させる
   イオン化部と、基板を保持、加熱し、基板上に薄膜を堆
   積させる成膜部とから成ることを特徴とする光イオン化
   アシスト光ＣＶＤ装置。