JPS606540B2 - 光化学的気相被着装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は選定された材料・物質の層を光化学的に気相
被着させるための装置および方法に係り、特に、窒化シ
リコン層の光化学的気相被着装暦および方法に関する。

半導体集積回路および装置の作製において、空気、水分
、移動性イオン、その他腐食や素子性能を低下させる不
純物による汚染から素子を保護するためのパシべ−ショ
ン層として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層がいましば用
いられている。また、室化シリコン層はイオン注入、イ
オン拡散、金属被着等の工程におけるマスクとしても用
いられている。窒化シリコン層は、従来、光化学反応す
なわち放射線によって誘起もしくは開始される化学反応
を用いて製造されている。

Ｓｉ３Ｎ４層を被着するための一つの方法は、ザ・ジャ
ーナル・オブ・ザ・ヱレクトロケミカル・ソサエテイの
「ソリツド・ステート・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー」第１１鏡登第１号（１９６ｇ王１月）の１１０〜
１１１頁にある「デポジテイング・シリコン・ナイトラ
イド・レイヤーズ・アツト・ロー・テン／ぐラチヤー・
コ−ジング・ア・ホトケミカル・リアクション」と題す
る論文中でＭ．Ｇ．コレットが論じているように、シラ
ン（Ｓｉ凡）とヒドラジン（Ｎ２日４との光増感反応を
用いるものである。この方法では、特定波長（２５３７
オングストローム）の放射線によって水銀（Ｈｇ）を励
起して励起状態の水銀（Ｈｇ＊）を生成している。この
Ｈｇ＊がＳｉＨ４およびＮ２日４と衝突してそれらの分
子からラジカルを生起させ、これらラジカルが反応して
Ｓｉ３Ｎ４を生成する。この方法についてのさらに進ん
だ研究およびＳｉＨ４とアンモニア（ＮＨ３）との混合
物を用いた高速流法についての研究がザ・ジャーナル・
オブ・ザ・エレクトロケミカル・ソサエテイの「ソリツ
ド．ステート・サイエンス・アンド・テクノロジー」第
１１９萱第３号（１９７２王３月）の３７２〜３７６頁
にある「コントロール・オブ・ザ・デポジション・オフ
・シリコン・ナイトライド・レイヤーズ・バィ・２５３
７人レイデイェーション」と題する論文中に０．日．Ｊ
．ｖ．ｄ．ブレツケルおよびＰ．Ｊ．セベリンによって
報告されている。上記文献の方法に従って得られる皮膜
は広範囲でピンホールを持つのでこれを改善するために
、高品質でかつ化学的に結合した酸素の存在しない低温
度法ホト窒化膜の製造するための方法を見し、出し、こ
れを米国特許出願第９１０７０４号として出願した。

この方法では、シラン、アンモニアおよびヒドラジンの
混合物を１００なし、し３００ｄｏで水銀蒸気光増感反
応に供するとともに、窒素含有反応体から酸素および水
分を除去するためにシランゲツター法を用いている。し
かし、上記従来の方法では、光化学的被着方法が減圧被
着室の頂部を構成する石英窓を通じて紫外線（２５３７
Ａ）を照射することによっておこなわれる。

この被着工程中石英窓も被看物質（例えば、窒化シリコ
ン）によって被覆されることとなり、その結果、窓の透
明性が低下し、それにより被着室に入って光化学反応を
開始させる放射線量が減少し、こうして彼着速度が低下
する。この発明は窓の透明性の低下を防止することを課
題とするものである。従来、ある種の減圧システム例え
ばアルミニウム被着用装置では、操作者が被着室内にお
ける被着の進行を目視できるように手で移動される透明
なテフロン皮膜を含んでなる窓アツセンプリが用いられ
ている。

このような系は「ヴューウアツク・ヴユーイング・ポー
ツ・モデル・ＶＶ４００」と題するＭＲＣＯテメスカル
のカタログに記載されている。この系においては、窓は
便宜のために設けられ、被着反応および方法の一体的部
分を構成していない。この発明の一般的な目的は上記従
来の光化学的気相被着方法および装置の利点の全部また
はほとんど全部を有するとともにその不利点のない、選
定物質の光化学的気相被着装層および方法を提供するこ
とにある。

上記目的を達成するためにこの発明によれば、【ａ｝特
定波長の放射線を透過させるための石英窓を頂面に一体
に有する反応室、他所定波長の放射線に対して透過性で
あり、光化学反応に要する昇溢度で安定であり、かつ前
記石英窓を横切って移動するに充分な機械的強度を有す
る所定材料で形成されたフィルムであって前記反応室内
において前記石英窓の内面を横切って移動できるように
設けられたもの、【ｃ’前記フィルムを前記石英窓を横
切って移動させるための手段、｛ｄ｝前記反応室内に反
応体ガス混合物を導入するための手段、‘ｅ｝前記反応
室内の基板を加熱するための手段、‘ｆ｝前記所定波長
の放射線を発生し、これを前記石英窓を介して前記反応
室内に導入するための手段、および（ｇ）前記反応室内
に、被着を生じさせるに充分に低い圧力を達成するため
の手段よりなる光化学的気相被着装層が提供される。

上記被着工程中に石英窓の内面に上記フィルムを設置す
ることにより、石英窓の内面に不所望の付着物が生成す
るのが防止される。また、上記フィルムを石英窓の内面
を横切って移動させることにより、石英窓の内面近傍か
らフィルム上に付着した物質を除去することができる。
こうして、石英窓は清浄で透明な状態に維持され、その
結果、被着の効率および速度が向上する。すなわち、こ
の発明の目的は被着工程の効率を向上させる光化学的気
相被着装層を提供することにある。

他の目的は上記したタイプの装置であって基板上に所定
材料が被着する速度を大きく向上させるものを提供する
ことにある。

さらにこの発明の目的は上記したタイプの装置であって
被着工程に要する全時間に渡って石英窓を清浄で透明状
態に維持するものを提供することにある。

また、この発明の目的は上記したタイプの装置であって
均一で高品質で所望材料を基板上に被着させるものを提
供することにある。

さらにこの発明の目的は不所望の彼着物によつて生じる
反応譲起放射線に対する抵抗を最小限に抑え、気相被着
反応の効率および速度を最大限に向上させる光化学的気
相被着方法を提供することにある。

以下、この発明を添付の図面に沿って説明する。

第１図には移動性透明窓機構を包含してなる光化学的被
着装層が示されている。

反応室２はその頂面と一体の石英窓４を備えている。こ
の石英窓４は所望の光化学反応を開始するために用いら
れる特定波長の放射線に対して透過性であり、その放射
線２川ま例えば一列の低圧水銀蒸気アークランプ等の放
射線発生源２２によって発生される。反応室２内には、
石英窓４の一端に位置する供Ｖ給ロール６によって所定
材料の一巻きのフィルム８が保持されている。この材料
は所望の光化学反応を開始させるために用いる所定波長
の放射線に対して透過性があり、彼着に要する昇温下で
安定であり、しかも裂けたり損傷したりすることなく反
応室２内を石英窓４の内面５に沿って移動できるように
充分な機械的強度を持つものである。第１図に示すこの
発明の態様において、フィルム８は供Ｖ給ロール６から
、石英窓４の内面５および石英窓４の両末端に近接して
設けられた案内機構１２上を通る。案内機構１２は例え
ば第１図に示すようなローラーからなるものであり、フ
ィルム８が内面５を横切って自由に移動でき、かつ反応
生成物が石英窓４の内面に付着するのを最小限に抑える
ように、石英窓４の内面５とそれと相隣るフィルム８の
表面との間に最適の間隙（接触も含む）を提供する。フ
ィルム８は案内機構１２上を通過し、供聯合ロール６と
対向して石英窓４の端部に設けられた巻取りロール１０
１こ至る。巻取りロ−ル１０にはこれに回転運動を与え
るための機構が設置されている。

例えば、シャフト（図示せず）をその一端で巻取りロー
ル１０‘こ接続し、他端で反応室２の外部に位置するモ
ータ（図示せず）に接続することができる。その際シャ
フトは反応室２の外表面で回転真空シールを通じて延出
させる。被着工程中、上記モータは駆動され、上記シャ
フトを回転させる。このシャフトは巻取りロール１０を
回転させ、このロール１０は供Ｖ給ロール６から案内機
構１２上を通ってフィルム８を移動させ、こうしてフィ
ルム８は内面５に対して最適な間隙を保ちかつ摩擦をほ
とんど生ずることなく円滑に石英窓４の内面５を通過す
る。そしてフィルムは者取りロール１０に巻取られる。
巻取りロールー０‘こ必要な回転運動を付えるために、
上記の回転シャフトに代えて磁気結合装置のような他の
手段を用いてもよい。反応室２内には基板保持体２４が
設置され、その上に選定された材料の層が被看されるべ
き基板２６が載遣されている。

反応室２の外部底面には加熱素子２８が設けられており
、この加熱素子によって適切な膜特性例えば密度が得ら
れるように基板２６が所要の温度に熱せられる。反応室
２には弁３２を介して減圧手段（図示せず）に通じる管
３０が設けられている。反応室２の外部には所定の光化
学反応用の個個の反応体ガス例えばシランおよびアンモ
ニアを収容する容器３４および３６が設置されている。

これら容器３４および３６はそれぞれ管４２に導入され
る反応体の量を制御するための弁３８および４０‘こ接
続している。反応体ガスは管４２を通って水銀溜りを収
容する容器４４内へ流れる。容器４４内には水銀溜り上
に水銀蒸気がある。こうして、反応体ガスは水銀蒸気と
混合し、この混合ガスは管４６を通って反応室２内に至
り、そこで光化学反応をおこなう。第１図に示した装置
の部材はステンレス鋼またはアルミニウムで形成できる
。

反応室２内では石英窓４の内面５から最適の間隙を保っ
てフィルム８が設けられているので、反応体ガスは石英
窓４の内面５と接触することがなく、したがって石英窓
４の内面５に余計な不所望の付着は生じない。

しかし、付着物は反応体ガスに曝露されているフィルム
８の表面上には生成する。付着物の生成したフィルム８
部分は石英窓４の内面５に沿って連続的に引取られ、巻
取りロールー川こ巻取られる。こうして、フィルム８上
に生成した付着物は石英窓４の近傍から連続的に取りさ
られる。その結果、石英窓４の内面５は常に清浄で透明
な状態に保たれ、反応を誘起する放射線に対して不透明
で石英窓４を通って反応室２内に入射する放射線を弱め
、吸収ししかもそれに対して抵抗する付着物が内面５に
蓄積することがない。被着速度は石英窓を通過する放射
線の強度に直接比例するので、石英窓４の内面５を清浄
で透明な状態に維持することは彼着速度を大いに増加さ
せることとなる。上記装置を用いることによって、石英
窓４の内面５が連続的に清浄で透明な状態に維持され、
被着工穣の効率が増大する。第２図には第１図に示す反
応室２に設置された移動性透明窓装置の平面図が示され
ている。供孫合ロール６は石英窓４（第２図には示され
ていない）の一端に位置し、巻取りロール１０は石英窓
４の対向他端に位置している。供給ロール６と者取りロ
ール１０との間には、石英窓４の対向両端に位置して案
内機構１２が設けられている。巻取りロール１０のシャ
フト６８は、反応室２の外部にありかつ反応室の外表面
で回転真空シール（図示せず）を介して延出するシャフ
ト７０に接続している。このシャフト７０は、駆動した
とき巻取りロール１０のシャフト６８を回転させフィル
ム８を供総合ロール６から巻取りロール１川こ巻取らせ
るモータ７２に接続している。第３図には、頂面に石英
窓が一体に設けられた反応室を有する光化学的気相被着
装層に用いられる自己完備した移動性透明窓装置が示さ
れている。

第３図の装置の都村は第２図の装置のそれと同様のもの
であり、フィルム８、供給ロール６、巻取りロール１０
および案内機構１２を含んでいる。彼着がおこなわれる
基板を保持する基板保持体６６はその一端で支持板６０
１こよって供給ロール６のシャフト６２および近傍の案
内機構１２に接続し、その対向池端で支持板６４によっ
て巻取りロール１０のシャフト６８および近傍の案内機
構１２に接続している。支持板６０および６４並びに基
板保持体６６はステンレス鋼で形成され、カセット構造
のフレームを構成している。あるいは、この自己完備し
た移動性窓装置は基板保持体６６を用いることなく支持
体６０および６４を用いて構成することができる。この
場合、基板保持体は使用する被着反応室内に永久的に設
置される。この基板保持体を用いるか用いないカセット
を用い、第３図の装置を、被着工程前に、フィルム８が
石英窓４の内面６から最適の間隔を保つように反応室内
に設置する。巻取りロール１０はこれに回転運動を与え
るための手段に接続している。その他は第３図の装置は
第１図について説明したと同様に動作する。供聯合ロー
ル６のフィルム８がなくなったら、上言己カセットを取
り出し、新しいカセットと交換する。

このカセットはその寸法が反応室の石英窓の寸法と相応
するように、かつフィルム８が石英窓４の内面５に対し
て第１図について説明したように適切な位置を占めるよ
うに構成される。第１図に示した透明窓装置は反応室に
永久的に設置されているが、第３図に示した透明窓装置
は自己完備したものであり、反応室内において取りはず
しおよび交換が可能である。以下、この発明の実施例を
記す。

実施例 第１図に示した装置を用い、シラン、アンモニアおよび
水銀蒸気の反応によりシリコン基板上に窒化シリコン層
を光化学的に被着した。

第１図に示した紫外線２０の発生源２２は波長２５３７
Ａの放射線を発生する一列の低圧水銀蒸気アークランプ
であった。用いたフィルム８は米国ニューヨーク所在の
クレハ・コーポレーションから入手した厚さ２５ミクロ
メータのポリフツ化ビニリデンであった。ポリフッ化ビ
ニリデンは２５３７Ａの放射線に対して高透過性（９５
％以上）であり、２００００まで安定であり、柔軟で、
しかも減圧操作条件の下で汚染物を惨出しないので窒化
シリコンの光化学的気相被着において特に適している。
既述の米国特許出願第９１０７０４号と同様の光化学的
気相被着法を用い、場合に応じてアンモニアの事前シラ
ン処理をおこなわずに、反応室２を１０‐３Ｔｏｎに減
圧し、加熱素子２８によって基板２６を１５０ｑｏに熱
した。巻取りロール１０のシャフトに接続したモータを
駆動し、石英窓４の内面５を横切ってフィルム８を引取
った。ところで、反応体ガスが反応室内に入る点と対向
する反応室の端部に供給ロールを設置することによって
被看の均一性が向上することを見し、出した。

今、反応室内のあらゆる点において被着が均一であると
仮定すると、ある時点における移動するフィルムの単位
面積上の付着物量は、供総合ロールが反応体ガスの入っ
て釆る点の近傍に設置されているとして、当該単位面積
の供〉給ロールからの距離に応じて直接変化することと
なる。反応室長を通過した単位面積上の付着物量は供給
ロールから取出されたばかりの単位面積上の付着物量よ
りも多い。また、被着速度は反応室内におけるあらゆる
点において一定であるとは限らず、むしろ反応体ガスの
消失により反応体ガスの入口からの距離に応じてほぼ直
線的に減少することが実験的に観察された。それ故、反
応体ガスの流れと対向する方向にフィルムを移動させる
と、最も高い紫外線透過率を有するフィルム（すなわち
、被着物の最も少ないフィルム）をフィルムがない場合
に最も低い磯着速度を持つ反応室領域に設置することと
なる。こうして、被着の均一性が増大する。今述べた装
置および方法を用い、シリコン基板上に窒化シリコン層
を毎時６０００Ａの速度で被着した。比較として、従来
法による被着速度は３０分間で１０００Ａであり、１時
間後にも全部で１２００Ａに増加しただけであった。こ
の発明の装置を用いると彼着速度が大いに向上すること
がわかる。これに加えて、この発明の方法によれば、被
看される物質の量が操作時間とともに大きく減少すると
いう従釆の平衡化問題も回避できる。以上、この発明を
好ましい態様について述べてきたが、この発明はそれに
限定されるものではない。

特に、この発明は窒化シリコンの光化学的気相被着法に
現定されるものではなく、放射線が透明な窓を介して反
応室内に導入されるところのいかなる方法にも適用でき
る。またフィルムを形成する材料は、所望の光化学反応
を開始するに必要な波長の放射線に対して透過性のフィ
ルムを提供するように選択される。フィルムを窓に対し
て移動させるための手段も上託実施例に限定されるもの
ではなく、その他当業者に明らかな手段を用いることが
できる。さらに、反応室の窓は石英を用いたが、これは
所望の光化学反応に好適ないかなる材料で形成してもよ
い。上記した移動性透明窓装置の大きさも使用する反応
室の大きさに応じて変えることができる。さらにまた、
この発明の方法は上記した装置によって限定されるもの
ではなく、光化学的気相被着反応が生じる所定の囲包領
域または反応室であって、所定の放射線透過フィルムと
上記囲包された領域との間の連続的相対運動を提供して
窓の近傍における反応生成物の不所望な付着によって生
じる放射線の透過に対する抵抗を最小限に抑制するもの
に放射線を照射するためのあらゆる方法を含むものであ
る。

また、この発明は反応室の窓を横切って所定のフィルム
を移動させる方法および装置に限定されるものではなく
、フィルムと窓との間の連続的相対運動を提供するあら
ゆる方法および装置をも包含するものである。例えば、
定置フィルムに対して回転する筒状の窓付き反応室もこ
の発明の範囲に属する。最後に、この発明は基板または
目的物上に所定材料の層を連続膜としてではなく所定の
パターン例えば線やストライプ状に被着するための方法
をも包含するものである。このようなパターン層の被着
には、光化学反応用の放射線を被着のおこなわれる基板
または目的物の選択部分のみに照射する必要がある。こ
の場合、放射線を選択部分上に集東させることもできる
し、また例えばステンレス鋼製マスク等のマスクを介し
て照射することができる。あるいは、所定波長のレーザ
光を用いると例えばパターン層彼着用の制限された指向
性放射線が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の移動性透明窓装置を含む光化学的気
相被着装暦の概略図、第２図は第１図に示した移動性透
明窓装置の平面図、第３図はこの発明の他の具体例を示
す概略図。 ２・・・・・・被着反応室、４・・・・・・石英窓、５
・・・・・・石英窓の内面、６……供Ｖ給ロール、８…
…フィルム、１０・・・・・・巻取りロール、１２・・
・・・・案内機構、２００・・・・・・放射線、２２・
・・・・・放射線発生源、２４，６６…・・・基板保持
体、２６・・…・基板、２８…・・・加熱素子、３４，
３６，４４・・・・・・容器、６０，６４…・・・支持
板、６２，６８，７０・・・…シャフト、７２・・・…
モータ。 Ｆｉｇ．１． Ｆｉｇ．２． Ｆｉｇ．３．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定波長の放射線を透過する窓部材を頂面に有する
   反応室を有し、この反応室に設置された基板を加熱しな
   がら、該反応室内に導入された反応体ガス混合物に該窓
   部材を通して該放射線を照射して減圧下において光化学
   反応を生じさせてその反応生成物の層を該基板上に気相
   被着させるための装置において、該放射線に対して透明
   でありかつ該加熱時の温度下に安定なフイルムであって
   該光化学反応生成物の該窓部材上への被着を防止するた
   めのものを該窓部材の内面に移動可能に設け、このフイ
   ルムを反応室内部に設置された移動手段により、新たな
   フイルム面が該窓部材に対向して順次出現するように該
   窓部材を横切って移動させるようにしたことを特徴とす
   る光化学的気相被着装置。 ２ フイルムの移動手段が、窓部材の第１の端部に設け
   られたフイルム供給ロールと、窓部材の第２の端部に設
   けられたフイルム巻取りロールと、フイルムを窓部材に
   対して所定の間隔をもって案内するための、これらロー
   ル間に設けられた案内機構とからなり、一端が該巻取り
   ロールに接続し、他端が真空シールを介して反応室外部
   に設けられた駆動機構に接続したシヤフトを有し、該駆
   動機構によりフイルムを供給ロールから巻取りロールへ
   と移動させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ３ 反応生成物が窒化シリコンであり、所定波長が２５
   ３７オングストロームであり、フイルムが厚さ２５ミク
   ロメーターのポリフツ化ビニリデンよりなる特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ４ 反応室内の減圧を真空発生手段によって発生させる
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 第１端部において第１の支持板によって供給ロール
   のシヤフトおよび供給ロール近傍の案内機構に接続し、
   かつ第２の端部において第２の支持板によって巻取りロ
   ールのシヤフトおよび巻取りロール近傍の案内機構に接
   続した基板保持体を具備し、光化学反応生成物の被着さ
   れるべき基板を被着工程中に該基板保持体上に設置する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６ 特定波長の放射線を透過する窓部材を有する囲包さ
   れた反応室領域に放射線を通じて気相被着反応を生起さ
   せてその気相被着反応生成物を該反応室領域内の基板上
   に被着させるための方法であって、（ａ） 該窓部材を
   介して該放射線を該反応室領域に導入して該気相被着反
   応をおこなう工程と、（ｂ） 該光化学反応生成物が該
   窓部材に付着することを防止するための、放射線透過性
   フイルムを該反応室領域内で該窓部材近傍に設置する工
   程と、（ｃ） 該フイルムと該窓部材とを連続的に相対
   的に移動させる工程を具備することを特徴とする光化学
   的気相被着方法。 ７ 放射線を窓部材およびフイルムの所定部分を介して
   基板の所定部分に照射して、反応生成物の所望パターン
   層を基板上に形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の方法。