第５章　2. 光酸化

1. はじめに

　シリコンを基盤材料とした集積回路の製作において、シリコンの酸化が重要なプロセスであり、酸化膜の品質と成膜速度の要求に応えるためには1000°Cの高温処理が普通に行われる方法である。一方、微細化が進むにつれて、高温による損傷が問題となり、処理温度を下げる努力がなされている。低温で処理しても酸化膜の形成は可能であるが、処理速度が遅くなり、実用に耐えられなくなってしまう。そこで、プラズマ、イオンビーム、可視光、紫外光などの温度以外のエネルギーを添えることで処理温度を下げようとする試みもある。中には高温処理より速い酸化速度を達成できる場合もある。O₂分子（結合エネルギー:5.1ev）を分解しフリーな酸素原子やO₃分子を利用することで、高温処理速度より1桁以上も速い酸化速度が得られている例もある。そのためには、結合エネルギーより高いフォトンエネルギーを供給できる光源が必要になる。図1に示すような、希ガスハライドないしは希ガスを誘電体バリヤー放電（無声放電）励起することで、354nmの紫外から126mnの真空紫外までの広い波長範囲をカバーできる新しいエキシマ光源が開発されており、手軽に入手できるようになってきた。アルゴンの例を示すと

となる。すなわち、励起状態にあるアルゴンエキシマ分子が、数ナノ秒の間に励起エネルギーを真空紫外光の形で放出して、2つのアルゴン原子になる。ガスの種類とフォトンエネルギー、波長の関係を表1にまとめてある。誘電体兼ガス容器として石英ガラスを使っており、フッ素ガスが使えないために、現時点では、表1の中の5種類だけが入手可能である。容器としてCaF₂ないしはMgF₂を使えば、F₂（157nm）、ArF（193nm）、KrF（248nm）のような、リソグラフィー等で有名な光源も可能である。このようなエキシマランプの特徴は、電気入力から光出力への変換効率が15〜20%と、極めて高いことと、大面積光源が可能なことである。光強度はレーザーとは比べものにならないが、大面積を一括処理できるので、処理速度はレーザーと遜色ない。むしろ、被照射体の温度を低く抑えることができることから、低温処理光源としては理想的である。

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2. 酸化膜形成