JP2000299314A

JP2000299314A - 化学蒸着装置

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Publication number: JP2000299314A
Application number: JP11108425A
Authority: JP
Inventors: Hideji Nomura; 秀二野村
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP4223132B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱体からの熱輻射を低減させることでさら
に低温で成膜するとともに、均一な薄膜を作成する。【解決手段】処理容器１内にガス供給系２によって供
給された原料ガスが、エネルギー供給機構６によって所
定の高温に維持された発熱体４の表面で分解及び又は活
性化し、基板９の表面に薄膜が作成される。発熱体４は
ワイヤー状の部材であって、仮想の錐面上に軸対称にな
るよう屈曲させて設けられている。基板９は、発熱体４
を見込む角が小さくなり受ける熱輻射が少なくなるとと
もに、この表面に作成される薄膜が均一になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、所定の高温に
維持された発熱体の表面に供給されることで分解及び又
は活性化した原料ガスを利用して所定の薄膜を作成する
化学蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ（大規模集積回路）を始めとする
各種半導体デバイスやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の
製作においては、基板上に所定の薄膜を作成するプロセ
スが存在する。このうち、所定の組成の薄膜を比較的容
易に作成できることから、従来から化学蒸着（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶ
Ｄ）法による成膜が多く用いられている。

【０００３】ＣＶＤ法には、プラズマを形成してプラズ
マのエネルギーにより気相反応を生じさせて成膜を行う
プラズマＣＶＤ法や基板を加熱して基板の熱により気相
反応を生じさせて成膜を行う熱ＣＶＤ法等の他に、所定
の高温に維持した発熱体を経由して原料ガスを供給する
タイプのＣＶＤ法（以下、発熱体ＣＶＤ法）がある。こ
のようなタイプの従来の化学蒸着装置について、図７を
使用して説明する。図７は、従来の化学蒸着装置の概略
構成を示す正面断面概略図である。

【０００４】図７に示す化学蒸着装置は、内部で基板９
に対して所定の処理がなされる処理容器１と、処理容器
１内を所定の圧力に排気する排気系２と、処理容器１内
に所定の原料ガスを供給するガス供給系３と、供給され
た原料ガスが表面を通過するように処理容器１内に設け
られた発熱体４と、発熱体４が所定の高温に維持される
よう発熱体４にエネルギーを与えるエネルギー供給機構
６と、原料ガスの反応により所定の薄膜が作成される処
理容器１内の所定の位置に基板９を保持する基板ホルダ
ー５とを備えている。

【０００５】図８は、図７の装置に使用された発熱体４
の構成を説明する平面概略図である。図８に示すよう
に、発熱体４は、タングステン等の金属で形成されたワ
イヤー状の部材である。ワイヤー状の部材からなる発熱
体４は、基板９に平行な面に沿って鋸波状に折り曲げら
れ、枠体４１に保持されている。図７に示す化学蒸着装
置では、発熱体４にエネルギーを与えて所定の高温に維
持した状態で、処理容器１内に所定の原料ガスを供給す
る。供給された原料ガスが発熱体４の表面を経由して基
板９の表面に到達し、基板９の表面に所定の薄膜が作成
される。発熱体４の作用は、成膜の種類等によって異な
る。典型的な作用としては、発熱体の表面において原料
ガスに分解や活性化等の変化が生じ、この変化による生
成物が基板９に到達することにより最終的な目的物であ
る材料の薄膜が基板９の表面に堆積する。

【０００６】このような発熱体４を経由して原料ガスを
基板９に到達させると、基板９の熱のみによって反応を
生じさせる熱ＣＶＤ法に比べて基板９の温度を低くでき
る長所がある。また、プラズマＣＶＤ法のようにプラズ
マを形成することがないので、プラズマによる基板９の
ダメージといった問題からも無縁である。このようなこ
とから、上記発熱体ＣＶＤ法は、高集積度化や高機能化
が益々進む次世代の半導体デバイスの製作に有力視され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発熱体
ＣＶＤ法では、発熱体４がかなり高温に維持され、この
発熱体４が基板９の付近に設けられるため、発熱体４か
ら基板９に与えられる熱の問題がある。発熱体４は基板
９から離して配置され、また、処理容器１内は１〜数十
Ｐａ程度の真空に維持されるため、伝導伝達や対流によ
る発熱体４から基板９への熱の伝達は殆ど無い。問題と
なるのは、発熱体４からの輻射による基板９への熱伝達
である。具体的には、図７に示す装置において、基板９
と発熱体４との距離を５０ｍｍとし、発熱体４の温度を
１７００℃とすると、基板９の表面の温度は３１０℃程
度まで上昇する。また、発熱体４の温度を１８００℃と
すると、基板９の表面の温度は３５０℃程度まで上昇す
る。

【０００８】上述したような発熱体ＣＶＤ法は、緻密な
膜を作成することが出来るため、シリコン窒化膜等の保
護膜を作成するのに好適に利用できるが、上述したよう
に基板の温度が３５０℃程度まで上昇すると、下地層を
破壊してしまう等の問題が生ずる恐れがある。例えば、
下地層が金／ゲルマニウム合金を使用して形成されたＦ
ＥＴ（電界効果トランジスタ）の電極である場合、基板
の温度が３５０℃程度まで上昇することにより、この金
／ゲルマニウム合金が下地チャンネル層中に拡散してし
まう。この結果、電極は破壊され、デバイスは動作不能
となる。

【０００９】本願の発明は、発熱体からの熱輻射を低減
させることでプロセス温度をさらに低下させ、発熱体Ｃ
ＶＤ法の長所をさらに伸ばすことを第一の解決課題とし
ている。一方、高い歩留まりでデバイスを作製するに
は、基板の表面に特性や厚さの点で均一な薄膜を作成す
ることが求められている。本願の第二の課題は、発熱体
ＣＶＤ法において基板の表面に均一な薄膜を作成するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第一の課題を解決す
るため、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板に対
して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内を所
定の圧力に排気する排気系と、処理容器内に所定の原料
ガスを供給するガス供給系と、供給された原料ガスが表
面を通過するように処理容器内に設けられた発熱体と、
発熱体が所定の高温に維持されるよう発熱体にエネルギ
ーを与えるエネルギー供給機構と、所定の高温に維持さ
れた発熱体の表面に供給されることで分解及び又は活性
化した原料ガスが到達して所定の薄膜が作成される処理
容器内の所定の位置に基板を保持する基板ホルダーとを
備えた化学蒸着装置であって、前記発熱体は、基板の中
心軸に対して対称であるとともに基板に対して非平行に
なっているという構成を有する。また、上記第一の課題
を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、請求項
１記載の構成において、前記発熱体の各部位は、前記基
板の中心軸に対して対称であるとともに前記基板の中心
軸と軸を同じにする仮想の錐面の上に位置しているとい
う構成を有する。また、上記第一の課題を解決するた
め、本願の請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成
において、前記発熱体の各部位が位置する仮想の錐面
は、基板に向かって徐々に断面積が小さくなる円錐面又
は正多角錐面であるという構成を有する。また、上記第
一の課題を解決するため、本願の請求項４記載の発明
は、請求項２又は３記載の構成において、前記発熱体の
各部位が位置する前記仮想の錐面の外側には、前記発熱
体からの熱輻射を遮蔽する遮蔽板が設けられているとい
う構成を有する。上記第二の課題を解決するため、本願
の請求項５記載の発明は、内部で基板に対して所定の処
理がなされる処理容器と、処理容器内を所定の圧力に排
気する排気系と、処理容器内に所定の原料ガスを供給す
るガス供給系と、供給された原料ガスが表面を通過する
ように処理容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定
の高温に維持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエ
ネルギー供給機構と、所定の高温に維持された発熱体の
表面に供給されることで分解及び又は活性化した原料ガ
スが到達して所定の薄膜が作成される処理容器内の所定
の位置に基板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸
着装置であって、前記ガス供給系は、前記処理容器内に
設けられたガス分配器を経由して原料ガスを供給するも
のであるとともに、前記発熱体は、ガス分配器と前記基
板ホルダーとの間の空間に設けられており、前記基板ホ
ルダーはガス分配器と対向する表面を有してこの表面が
基板を保持する基板保持面であって、前記処理容器は前
記排気系とつながる排気口を有し、この排気口は前記基
板ホルダーの前記基板保持面を挟んで前記発熱体とは反
対側の器壁部分に設けられており、さらに、前記ガス分
配器と、前記発熱体と、前記排気口は、前記基板ホルダ
ーの前記基板保持面に保持された基板の中心軸に対して
すべて対称になっているという構成を有する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本願の発明の実施の形態に
ついて説明する。図１は、本願の発明の第一の実施形態
の化学蒸着装置の構成を説明する正面断面概略図であ
る。図１に示す化学蒸着装置は、内部で基板９に対して
所定の処理がなされる処理容器１と、処理容器１内を所
定の圧力に排気する排気系２と、処理容器１内に所定の
原料ガスを供給するガス供給系３と、供給された原料ガ
スが表面を通過するように処理容器１内に設けられた発
熱体４と、発熱体４が所定の高温に維持されるよう発熱
体４にエネルギーを与えるエネルギー供給機構６と、所
定の高温に維持された発熱体４の表面に供給されること
で分解及び又は活性化した原料ガスが到達して所定の薄
膜が作成される処理容器１内の所定の位置に基板９を保
持する基板ホルダー５とを備えている。

【００１２】処理容器１は、気密な真空容器であり、基
板９の出し入れを行うための不図示のゲートバルブを備
えている。処理容器１は、ステンレス又はアルミニウム
等の材質で形成されている。処理容器１は、排気口１１
を有しており、この排気口１１を通じて内部が排気され
るようになっている。排気系２は、ターボ分子ポンプや
油回転ポンプ等の真空ポンプを備えている。排気系２
は、処理容器１の排気口１１とつながっており、処理容
器１内を１×１０^−６Ｐａ程度に排気可能に構成されて
いる。尚、排気系２は、不図示の排気速度調整器を備え
ている。

【００１３】ガス供給系３は、所定の原料ガスを溜めた
ガスボンベ３１と、処理容器１内に設けられたガス分配
器３２と、ガスボンベ３１とガス分配器３２とを繋ぐ配
管３３と、配管３３上に設けられたバルブ３４や流量調
整器３５とから主に構成されている。ガス分配器３２
は、円盤状を成す中空の部材である。ガス分配器３２
は、その中心軸が、基板ホルダー５に保持された基板９
の中心軸と同じになるよう設けられている。ガス分配器
３２は、基板ホルダー５に対向した前面を有している。
この前面には、小さなガス吹き出し孔３２０が基板９の
中心軸と対称に多数形成されている。ガスボンベ３１か
ら配管３３を通してガス分配器３２に原料ガスが導入さ
れ、この原料ガスがガス吹き出し孔３２０から吹き出し
て処理容器１内に供給されるようになっている。

【００１４】発熱体４は、本実施形態の装置の大きな特
徴点を成している。発熱体４の構成について図１及び図
２を用いて説明する。図２は、図１の装置に使用された
発熱体の構成を説明する図であり、（１）は正面断面概
略図、（２）は平面概略図である。図１に示すように、
発熱体４はガス分配器３２と基板ホルダー５との間の空
間に設けられている。本実施形態の大きな特徴点は、発
熱体４が、基板９の中心軸に対して対称であるとともに
基板９に対して非平行になっている点である。具体的に
は、発熱体４は、その各部位が、基板９に対して同軸で
かつ軸対称な仮想の錐面４０の上に位置した構成となっ
ている。

【００１５】図１及び図２から分かるように、仮想の錐
面４０は、基板９と同軸である円錐面であり、基板９側
が頂点になるよう、即ち、基板９に向かって徐々に断面
積が小さくなる仮想の面である。尚、仮想の錐面４０
は、完全な円錐面ではなく、円錐面を中心軸に垂直な面
で切断してできる底面側の形状に相当するもの（以下、
半円錐状と呼ぶ）となっている。

【００１６】発熱体４は、直径０．１〜１．０ｍｍ程度
のワイヤー状の部材であり、上記仮想の錐面４０に沿っ
て屈曲させた形状になっている。屈曲の形状は、鋸波状
である。発熱体４の全体の長さは、１０００〜２０００
ｍｍ程度である。尚、発熱体４は、タングステン製であ
る。発熱体４の形状寸法についてより詳しく説明するた
め、仮想の錐面４０の寸法例について説明する。図２に
示すように、仮想の錐面４０の最も基板９側の位置での
円周の直径ｄ_１は、基板９の直径よりも５〜１０ｍｍ
程度大きくなっている。例えば、基板９の直径を４イン
チとした場合、ｄ_１は１０５〜１１０ｍｍ程度であ
る。また、仮想の錐面４０の長さＬは１００ｍｍ程度、
最もガス分配器３２側の位置での円周の直径ｄ_２は、
２００〜３７０ｍｍ程度である。尚、中心軸に対する仮
想の錐面４０の成す角度θ_４は３０〜６０度程度であ
る。

【００１７】尚、図１に示すように、発熱体４は、上下
二つのリング４２によって保持されている。下側の（基
板ホルダー５よりの）リング４２は小さく、上側の（ガ
ス分配器３２よりの）リング４２は大きい。発熱体４
は、この二つのリング４２の間に張り巡らされるようし
て鋸波状の形状を保持している。尚、リング４２と発熱
体４とは、溶接等によって固定されている。

【００１８】また、二つのリング４２は、Ｃｕ、Ｍｏ等
で導電性の材料で形成されている。そして、リング４２
には、エネルギー供給機構６が接続されている。エネル
ギー供給機構６は、リング４２を介して発熱体４を通電
し、発熱体４にジュール熱を発生させるよう構成され
る。具体的には、エネルギー供給機構６には例えば３ｋ
Ｗ程度の商用周波数の交流電源が用いられ、発熱体４を
１６００〜２０００℃程度の高温に維持できるよう構成
されている。また、発熱体６の温度を検出する温度セン
サが必要に応じて設けられ、エネルギー供給機構６によ
る発熱体４の通電電流がフィードバック制御される。温
度センサが設けられない場合、エネルギー供給機構６の
電力制御等によって発熱体４は所定の高温に維持制御さ
れる。

【００１９】上述した発熱体４が基板９に対して非平行
で軸対称である構成は、以下の理由によるものである。
まず、基板９が発熱体４から受ける熱輻射について図３
を用いて具体的に説明する。図３は、基板９の受ける熱
輻射について説明する模式図である。説明を簡単にする
ために、発熱体４が単純な直線状のワイヤーである場合
を想定する。図３中（１）が発熱体４を基板９に対して
平行に設ける場合であり、（２）が発熱体４を基板９に
対して非平行に設ける場合である。尚、熱輻射に関して
配置姿勢以外の点では両者は同じ条件である必要があ
り、図３に示す例ではどちらの発熱体４も同じ表面積即
ち同じ長さ及び太さになっている。

【００２０】図３の（１）と（２）とを比べると分かる
ように、非平行に設けられた発熱体４を基板９上の各点
から見込む角度θ_１'，θ_２'，θ_３'は、平行に設けら
れた発熱体４を同じ点から見込む角度θ_１，θ_２，θ
_３に比べて常に小さい。従って、発熱体４が同一温度
である場合、発熱体４から基板９に到達する輻射線の量
は、非平行に設けられた場合の方が平行に設けられた場
合に比べて常に小さくなる。このため、本実施形態で
は、発熱体４を基板９に対して非平行に設けている。ま
た、発熱体４を基板９に対して非平行にしただけでは、
発熱体４の作用が基板９に対して不均一になる恐れがあ
る。このため、本実施形態では、基板９の中心軸に対し
て対称なものにしている。この結果、発熱体４の作用が
基板９の表面に対して均一に働き、基板９の表面に均一
に薄膜が作成されるようになっている。

【００２１】基板９に対して軸対称となる発熱体４の構
成としては、上記の構成の他、前述した仮想の錐面４０
を逆にした錐面即ち基板９に向かって徐々に断面積が大
きくなる仮想の錐面に沿ってワイヤー状の発熱体４を折
り曲げる構成が挙げられる。この場合も、基板９の表面
に対して非平行となるので、従来の比べて基板９に与え
る熱輻射が少なくなる。但し、前述した基板９に向かっ
て徐々に断面積が小さくなる形状の仮想の錐面の場合に
比べると、基板９の面内の殆どの点で見込み角が大き
い。従って、基板９に与える熱輻射をより少なくすると
いう意味では、前述した方の仮想の錐面４０に沿う構成
の方が好ましい。

【００２２】また、基板９に対して軸対称となる発熱体
４の構成としては、基板９と同軸上の仮想の円筒面又は
角筒面に沿ってワイヤー状の発熱体４を折り曲げる構成
が挙げられる。この場合も、基板９に対して非平行であ
るので、従来に比べて基板９に与える熱輻射を少なくす
ることができる。但し、ガス分配器３２から基板９への
ガスの供給経路に平行な面内に発熱体４が延びることに
なるので、発熱体４の表面への原料ガスの分子の到達確
率が低下するものと思われる。この例と比較すると、前
述した仮想の錐面４０の場合は、原料ガスの分子の発熱
体４の表面への到達確率をそれほど低下させることなく
基板９への熱輻射を低減下させることができる長所があ
る。いずれにしても、本実施形態の装置は、発熱体４か
ら基板９への熱輻射が低減されるので、基板９の温度を
さらに低くして成膜を行うことができる。この点は、よ
り低温のプロセスが要求されているガリウム砒素系半導
体デバイスの製作に大きな威力を発揮する。

【００２３】また、図１に示すように、基板ホルダー５
は、上面の水平な基板保持面５２に基板９を載置して保
持する台状の部材である。基板９は、基板保持面５２の
中央に載置される。この位置に基板９が保持されると、
その中心軸が、ガス分配器３２の中心軸及び発熱体４の
各部位が位置する仮想の錐面４０の中心軸と一致するよ
うになっている。基板ホルダー５は、基板９の表面で最
終的な反応を生じさせて成膜を行うために、基板９を加
熱する基板エネルギー供給機構としても機能している。
即ち、基板ホルダー５内には、基板９を所定温度に加熱
するヒータ５１が設けられている。ヒータ５１は、ジュ
ール熱を発生させるカートリッジヒータ又は輻射加熱ラ
ンプ等である。基板９はヒータ５１により２００〜４０
０℃程度に加熱されるようになっている。

【００２４】また、基板ホルダー５は基板９の温度を測
定する熱電対等の不図示の温度センサを備えており、基
板９の温度がフィードバック制御される。しかしなが
ら、基板９は発熱体４からの熱輻射によっても加熱さ
れ、この熱輻射による加熱分が多いと、基板９の温度制
御の制御性が低下する問題がある。逆に言えば、基板９
への熱輻射が低減された本実施形態の構成は、基板９の
温度制御の制御性が向上し、基板９の温度を安定して一
定に保つことができる。

【００２５】次に、本実施形態の別の特徴点について説
明する。この特徴点は、請求項５の発明に対応してい
る。即ち、本実施形態の装置は、請求項５の発明の実施
形態でもある。まず、前述した通り、ガス分配器３２は
基板９の中心軸に対して対称に設けられている。そし
て、ガス分配器３２のガス吹き出し孔３２０も、前述し
たように基板９の中心軸に対して対称に形成されてい
る。従って、ガス吹き出し孔３２０からは、基板９に対
して均一にガスが吹き出すようになっている。発熱体４
は、前述したように基板９の中心軸に対して対称に設け
られている。

【００２６】図１及び図４を用いて、排気口１１の構成
について説明する。図４は、図１に示す装置の一点鎖線
Ｘ−Ｘにおける平面断面概略図である。図１に示すよう
に、排気口１１は、基板ホルダー５の基板保持面５２を
挟んで発熱体４とは反対側の器壁部分即ち底壁部に設け
られている。そして、図４に示すように、排気口１１
は、基板保持面５２に保持された基板９の中心軸に対し
て対称に、例えば４つ設けられている。排気口１１の大
きさは、例えば排気口１１の形状を円形とした場合、直
径２０〜１５０ｍｍ程度である。

【００２７】ガス分配器３２、発熱体４、排気口１１を
基板９の中心軸に対して対称に設ける構成は、基板の表
面に作成される薄膜を均一に堆積させる意義がある。即
ち、原料ガスは、ガス分配器３２から基板９の表面に対
して均一に吹き出て発熱体４の表面に到達する。発熱体
４の表面では、後述する原料ガスの分解及び又は活性化
が均一に生じ、これらの変化による生成物が均一に基板
９の表面に到達する。この結果、基板９の表面方向に均
一な薄膜が作成される。尚、排気口１１が、基板９の中
心軸に対して対称に設けられていない場合は、生成物の
基板９の表面への到達が均一でなく、基板９の表面に作
成される薄膜の均一性が低下する。

【００２８】また、排気口１１が、基板ホルダー５の基
板保持面５２よりも発熱体４の側の器壁部分に設けられ
ると、ガス分配器３２から発熱体４を経由して基板９の
達する原料ガスの流れが少なくなる。つまり、排気口１
１が、基板ホルダー５の基板保持面５２を挟んで発熱体
４とは反対側に位置している構成は、基板９への原料ガ
スの到達を効率良くし、成膜速度を上げる効果がある。

【００２９】次に、本実施形態の装置の動作について説
明する。まず、処理容器１に隣接した不図示のロードロ
ック室に基板９を配置するとともにロードロック室及び
処理容器１内を所定の圧力まで排気し、その後、不図示
のゲートバルブを開けて基板９を処理容器１内に搬入す
る。基板９は、基板ホルダー５の基板保持面５２に載置
され保持される。基板ホルダー５内のヒータ５１が予め
動作しており、基板ホルダー５に保持された基板９は、
ヒータ５１からの熱によって所定温度に加熱される。並
行してエネルギー供給機構６が動作し、発熱体４にエネ
ルギーが与えられる。エネルギー供給機構６に設けられ
た不図示の温度センサーにより、発熱体４は所定の高温
に維持される。

【００３０】この状態で、ガス供給系３が動作する。即
ち、バルブ３４が開きガス分配器３２を通して原料ガス
が処理容器１内に供給される。原料ガスが供給される
と、発熱体４の表面で原料ガスの分解及び又は活性化が
生じ、基板９の表面に所定の薄膜が堆積する。薄膜が所
定の厚さに達したら、ガス供給系３のバルブ３４を閉じ
て原料ガスの供給を停止して、処理容器１内を再度排気
する。そして、エネルギー供給機構６によるエネルギー
供給を停止した後、基板９を処理容器１から取り出す。

【００３１】本実施形態の動作において、発熱体４が基
板９の中心軸に対して対称であるとともに基板９に非平
行に設けられているので、基板９の受ける熱輻射の量が
小さくなる。また、本実施形態では、ガス分配器３２、
発熱体４、排気口１１を基板９の中心軸に対して対称に
設けている。このため、基板９の表面に対して吹き出し
た原料ガスが発熱体４の表面で反応することにより、基
板９の表面に均一に薄膜が堆積する。

【００３２】成膜の具体例について、シリコン窒化膜を
作成する場合を例にして説明する。原料ガスとして、モ
ノシランを流量０．１〜２０．０ｃｃ／分、アンモニア
を流量１０．０〜２０００．０ｃｃ／分の割合で混合し
て導入する。発熱体４の温度を１６００〜２０００℃、
基板９の温度を２００〜３５０℃、処理容器１内の圧力
を０．１〜１００Ｐａに維持して成膜を行うと、１〜１
０ｎｍ／分程度の成膜速度でシリコン窒化膜の作成が行
える。尚、このようなシリコン窒化膜は、保護膜として
効果的に利用できる。

【００３３】次に、上述したような発熱体４を利用した
成膜のメカニズムについて以下に説明する。発熱体４を
利用することは、前述したように成膜時の基板９の温度
を低くするためであるが、何故基板９の温度を低くして
も成膜が行えるかについては、必ずしも明らかではな
い。一つのモデルとして、以下のような表面反応が生じ
ていることが考えられる。

【００３４】図５は、本実施形態の装置における成膜の
一つの考えられるモデルについて説明する概略図であ
る。上記シリコン窒化膜を作成する場合を例にとると、
導入されたモノシランガスが、所定の高温に維持された
発熱体４の表面を通過する際、水素分子の吸着解離反応
に類似したシランの接触分解反応が生じ、ＳｉＨ_３ ^＊及
びＨ^＊という分解活性種が生成される。詳細なメカニ
ズムは明かではないが、モノシランを構成する一つの水
素がタングステン表面に吸着することで、その水素とシ
リコンの結合が弱まってモノシランが分解し、タングス
テン表面への吸着が熱によって解かれてＳｉＨ_３ ^＊及び
Ｈ^＊という分解活性種が生成されると考えられる。ア
ンモニアガスにも同様な接触分解反応が生じ、ＮＨ_２ ^＊
及びＨ^＊という分解活性種が生成される。そして、これ
らの分解活性種が基板９に到達してシリコン窒化膜の堆
積に寄与する。即ち、反応式で示すと、ＳｉＨ_４(g)→ＳｉＨ_３ ^＊ _(g)＋Ｈ^＊ _(g) ＮＨ_３(g)→ＮＨ_２ ^＊ _(g)＋Ｈ^＊ _(g) ａＳｉＨ_３ ^＊ _(g)＋ｂＮＨ_２ ^＊ _(g)→ｃＳｉＮ_x(s) となる。尚、ｇの添え字はガス状態、ｓの添え字は固体
状態であることを意味する。

【００３５】また、発熱体４の作用について、Jan. J.
Appl. Pys. Vol.37(1998)pp.3175-3187 の論文で詳細な
議論がされている。この論文では、発熱体の温度をパラ
メータにした成膜速度の傾きが発熱体の材料によって異
なることから、発熱体の表面で生じているのは単なる熱
分解ではなく触媒作用であるとしている（同 Fig.7参
照）。このことから、この種のＣＶＤ法を触媒化学蒸着
（ｃａｔａｌｙｔｉｃＣＶＤ、ｃａｔ−ＣＶＤ）法と呼
んでいる。

【００３６】さらに、本実施形態の装置におけるような
成膜方法は、発熱体４の表面での熱電子の作用によるも
のとの考え方もできる。つまり、高温に維持された発熱
体４の表面からは、トンネル効果により熱電子がエネル
ギー障壁を越えて原料ガスに作用したり、仕事関数以上
のエネルギーを持った熱電子が原料ガスに作用したりし
た結果、原料ガスが分解したり活性化したりするとの考
え方を採ることができる。

【００３７】本実施形態の装置における成膜のメカニズ
ムについては、上記いずれの考え方も採り得る。また、
これらの現象が同時に生じているとの考え方を採ること
もできる。いずれの考え方を採るにしても、発熱体４の
表面では、原料ガスの分解、活性化、又は、分解及び活
性化の双方が生じており、これらいずれかの原料ガスの
変化に起因して成膜がされている。そして、このような
発熱体４を経由して原料ガスを基板９に到達させること
により、基板９の温度を比較的低くして成膜を行うこと
ができる。

【００３８】次に、本願の第二の実施形態について説明
する。以下に説明する第二の実施形態は、請求項４の発
明に対応した実施形態である。第二の実施形態では、発
熱体４からの熱輻射をさらに低減させるため、発熱体４
の外側に遮蔽板７を設けている。遮蔽板７について、図
６を用いて説明する。図６は、本願の発明の第二の実施
形態の装置における遮蔽板の構成を説明する図であり、
（１）は正面断面概略図、（２）は平面概略図である。

【００３９】遮蔽板７は、ガス分配器３２と基板ホルダ
ー５の基板保持面５２に保持された基板９との間の空間
に設けられた発熱体４及びリング４２の外側を覆うよう
に設けられている。遮蔽板７は、図６から分かるよう
に、半円錐状の形状を有している。本実施形態の装置に
おいても、発熱体４の各部位は半円錐状の仮想の錐面上
に位置しており、この仮想の錐面の中心軸と遮蔽板７の
中心軸とは一致している。遮蔽板７は、厚さ０．１〜２
ｍｍ程度であり、発熱体４からの熱により変形したりす
ることがないようモリブデン等の高融点金属や、セラミ
ック等の耐熱性を有する材料で形成されている。発熱体
４の各部位が位置する仮想の錐面と遮蔽板７とは、１〜
１０ｍｍ離間して設けられている。遮蔽板７の表面は、
鏡面加工処理等が施されており、放出される熱輻射の量
を低減させている。

【００４０】また、遮蔽板７の基板９側の縁から中心軸
に向けて延びるようにしてフランジ部７１が設けられて
いる。フランジ部７１の幅は１〜１０ｍｍ程度である。
フランジ部７１は、上側の発熱体４を基板９に対して遮
蔽して発熱体４から直接基板９に達する熱輻射を低減さ
せるためのものである。フランジ部７１の幅を大きくす
ると、熱輻射の遮蔽には有効であるが、フランジ部７１
の開口面積が小さくなり、発熱体４からの原料ガスの流
路を小さくしてしまう問題がある。

【００４１】第一の実施形態と同様に、発熱体４はリン
グ４２に溶接等により固定されている。そして、遮蔽板
７は、リング４２を内側に保持した構成となっている。
遮蔽板７とリング４２との間には保持具７２が設けられ
ており、遮蔽板７は保持具７２を介してリング４２を保
持している。第二の実施形態でもリング４２にはエネル
ギー供給機構６が設けられていてリング４２を介して発
熱体４が通電加熱されるが、保持具７２は絶縁体で形成
されており、リング４２から交流電流が遮蔽板７に流れ
ないようになっている。尚、遮蔽板７は、不図示の取付
部材によって処理容器１の器壁に対して取り付けられて
いる。

【００４２】上述したように、発熱体４及びリング４２
の外側を覆うように遮蔽板７が設けられているため、外
側に向けて放出される熱輻射の量を少なくすることがで
きる。このため、発熱体４の周囲の部材や発熱体４の周
囲の処理容器１の器壁部分等の温度上昇が抑制される。
この結果、これらの部材等から放出される熱輻射も少な
くなり、間接的ではあるが基板９への熱輻射をさらに少
なくすることができる。また、遮蔽板７は、発熱体４か
ら基板９に直接到達する熱輻射を遮蔽する分も多少あ
り、この分でも基板９への熱輻射をさらに少なくするこ
とができる。

【００４３】遮蔽板７は、効率よく原料ガスを発熱体４
に接触させて成膜速度を高くする効果も有する。つま
り、ガス分配器３２から吹き出した原料ガスが発熱体４
に到達することなく通過してしまっても、遮蔽板７によ
って跳ね返されて発熱体４の方に戻ってくる。このた
め、最終的に発熱体４に接触する確率が高くなる。ま
た、遮蔽板７は、基板９に向かって徐々に断面積が小さ
くなる半円錐状であるので、基板９に原料ガスを導く作
用も有する。このため、発熱体４の表面で分解及び又は
活性化した原料ガスが効率良く基板９に到達し、成膜速
度が高くなる。

【００４４】上述した各実施形態において、仮想の錐面
４０や遮蔽板６は半円錐状であるとして説明されたが、
円錐に限られるものではなく、角錐等でも良い。この場
合、正多角錐状であると、成膜の均一性の点で好適であ
る。発熱体４の形状は、鋸波状には限られず、仮想の錐
面４０に沿うように設けた螺旋状等でも良い。また、ワ
イヤー状以外の形状の発熱体４を用いる場合もある。
尚、発熱体４の材料は、タングステンだけでなくタンタ
ルやモリブデン等の他の材料でもよく、維持すべき所定
の高温より高い融点を有する材料であれば、発熱体４の
材料とし得る。上述した各実施形態の装置で作成される
薄膜は、シリコン窒化膜に限られるものではなく、シリ
コン酸化膜、シリコン酸窒化膜などの他の絶縁膜でもよ
い。また、アルミや銅等の導電膜についても、各実施形
態の装置を用いて作成できる可能性がある。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した通り、本願の発明によれ
ば、発熱体が基板に対して非平行であって対称なので、
発熱体から基板への熱輻射が低減され、かつ、基板の表
面に均一に成膜できる。従って、成膜温度の低下が要求
される次世代の半導体デバイスの製作に極めて適したも
のとなる。また、請求項３の発明によれば、上記効果に
加え、発熱体の各部位が位置する仮想の錐面が、基板に
向かって徐々に断面積が小さくなる円錐面又は正多角錐
面であるので、基板への熱輻射がさらに低減される。ま
た、請求項４の発明によれば、上記効果に加え、発熱体
の外側に遮蔽板が設けられているので、発熱体の外側へ
の熱輻射が低減し、間接的又は直接的に基板への熱輻射
をさらに低減できる。また、請求項５の発明によれば、
ガス分配器と発熱体と排気口とが、基板ホルダーに保持
された基板の中心軸に対してすべて対称になっていると
ともに、排気口が基板ホルダーの基板保持面を挟んで発
熱体とは反対側に位置しているため、供給された原料ガ
スの流れが基板の表面方向で均一になり、基板の表面に
均一に成膜できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の第一の実施形態の化学蒸着装置の
構成を説明する正面断面概略図である。

【図２】図１の装置に使用された発熱体の構成を説明す
る図である。

【図３】基板９の受ける熱輻射について説明する模式図
である。

【図４】図１に示す装置の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける平面
断面概略図である。

【図５】本実施形態の装置における成膜の一つの考えら
れるモデルについて説明する概略図である。

【図６】本願の発明の第二の実施形態の装置における遮
蔽板の構成を説明する図であり、（１）は正面断面概略
図、（２）は平面概略図である。

【図７】従来の化学蒸着装置の概略構成を示す正面断面
概略図である。

【図８】図７の装置に使用された発熱体４の構成を説明
する平面概略図である。

【符号の説明】

１処理容器１１排気口２排気系３ガス供給系３２ガス分配器４発熱体４０仮想の錐面４２リング５基板ホルダー６エネルギー供給機構７遮蔽板９基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 AA06 AA13 BA40 EA01 EA06 EA11 FA10 GA02 KA12 KA24 KA46 LA15 LA18 5F045 AB10 AB32 AB33 AB34 AC01 AC12 AD06 AD07 AE19 AE21 AE23 AE25 BB02 BB07 DP03 EB02 EF05 EK08 EK24 EK30 5F058 BC02 BC08 BC11 BF02 BF23 BF30 BF54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部で基板に対して所定の処理がなされ
る処理容器と、処理容器内を所定の圧力に排気する排気
系と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給
系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理
容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維
持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供
給機構と、所定の高温に維持された発熱体の表面に供給
されることで分解及び又は活性化した原料ガスが到達し
て所定の薄膜が作成される処理容器内の所定の位置に基
板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置であ
って、前記発熱体は、基板の中心軸に対して対称であるととも
に基板に対して非平行になっていることを特徴とする化
学蒸着装置。
【請求項２】前記発熱体の各部位は、前記基板の中心
軸に対して対称であるとともに前記基板の中心軸と軸を
同じにする仮想の錐面の上に位置していることを特徴と
する請求項１記載の化学蒸着装置。
【請求項３】前記発熱体の各部位が位置する仮想の錐
面は、基板に向かって徐々に断面積が小さくなる円錐面
又は正多角錐面であることを特徴とする請求項２記載の
化学蒸着装置。
【請求項４】前記発熱体の各部位が位置する仮想の錐
面の外側には、前記発熱体からの熱輻射を遮蔽する遮蔽
板が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記
載の化学蒸着装置。
【請求項５】内部で基板に対して所定の処理がなされ
る処理容器と、処理容器内を所定の圧力に排気する排気
系と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給
系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理
容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維
持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供
給機構と、所定の高温に維持された発熱体の表面に供給
されることで分解及び又は活性化した原料ガスが到達し
て所定の薄膜が作成される処理容器内の所定の位置に基
板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置であ
って、前記ガス供給系は、前記処理容器内に設けられたガス分
配器を経由して原料ガスを供給するものであるととも
に、前記発熱体は、ガス分配器と前記基板ホルダーとの
間の空間に設けられており、前記基板ホルダーはガス分配器と対向する表面を有して
この表面が基板を保持する基板保持面であって、前記処
理容器は前記排気系とつながる排気口を有し、この排気
口は前記基板ホルダーの前記基板保持面を挟んで前記発
熱体とは反対側の器壁部分に設けられており、さらに、前記ガス分配器と、前記発熱体と、前記排気口
は、前記基板ホルダーの前記基板保持面に保持された基
板の中心軸に対してすべて対称になっていることを特徴
とする化学蒸着装置。