JP2002069646A - 薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒ＣＶＤ法による成膜において、基板温度
が上昇する不安定期間に基板表面を安定化することで、
密着性のよい膜厚方向に均一な膜を形成し、膜の物理特
性や電気特性の再現性や安定性の向上を図る。 【解決手段】 触媒ＣＶＤ法によって基板に薄膜を形成
する薄膜製造方法であって、加熱された触媒体によっ
て、基板に対し膜堆積を行う直前に基板を加熱すること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造方法に関
し、詳しくは触媒ＣＶＤ法による薄膜製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】触媒ＣＶＤ（Ｃａｔ−ＣＶＤ、Ｈｏｔ−
ｗｉｒｅ ＣＶＤとも呼ばれる）法において、基板加熱
手段として、従来は、図６に示すように、触媒ＣＶＤ装
置１０１の処理室１１１内に設置されている基板ホルダ
ー１１２内にヒーター１１３を設けて、そのヒーター１
１３によって、熱伝導により基板１５１を加熱してい
た。また、膜形成において、処理室１１１上部に設けた
ガス供給機構１１４より原料ガスを導入し、基板１５１
上に設けた触媒体１１５によってその原料ガスを加熱し
て堆積種を生成する。そして、膜厚の制御は、処理室１
１１内の触媒体１１５と基板１５１との間に設置されて
いるシャッター１１７を開いてから閉じるまでの時間で
制御していた。

【０００３】次に、従来の薄膜形成方法を、図７に示す
フローチャートによって説明する。図７に示すように、
例えば希フッ酸等を用いたウエットエッチングにより、
成膜を行う基板１５１を洗浄する：「基板洗浄」。次い
で上記触媒ＣＶＤ装置１０１のロードロック室（図示せ
ず）内に基板１５１を搬入する：「基板搬入」。その
後、ロードロック室内を真空にする：「ロードロック室
真空引き」。次いで処理室１１１内を真空にする：「処
理室真空引き」。そしてロードロック室と処理室１１１
とを連通させ、基板１５１を基板ホルダー１１２上に載
置する：「基板載置」。次いで、処理室１１１を密閉す
る。

【０００４】その後、ガス供給機構１１４から処理室１
１１内に前処理ガスとして、水素を例えば１００ｃｍ³
／ｍｉｎの流量で供給し、圧力調整機構（図示せず）に
よりガス圧力を例えば１３Ｐａに設定する：「前処理ガ
ス供給」。

【０００５】その後、触媒体加熱電源１１７を用いて触
媒体１１５に通電し、触媒体１１５を１８００℃に加熱
する：「触媒体加熱」。

【０００６】次いで、ガス供給機構１１４から処理室１
１１内に原料ガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ
₄ ）を供給する：「原料ガス供給」。そして、シャッタ
ー１１７を開放する：「シャッター開」。シャッター１
１７が開放さることにより、原料ガスは触媒体１１５に
触れてもしくは触媒体１１５からの輻射熱を吸収して、
活性化され、基板１５１表面に薄膜が形成される：「成
膜」。

【０００７】膜形成が終了した後、シャッター１１７を
閉じる：「シャッター閉」。そして原料ガスの供給を停
止する：「原料ガスの供給停止」。その後、触媒体加熱
電源１１７のスイッチを切って、触媒体の加熱を停止す
る：「触媒体加熱停止」。その後水素の供給を停止す
る：「前処理ガスの供給停止」。そして基板１５１を冷
却した：「基板冷却」後、ロードロック室（図示せず）
を経由して、基板１５１を処理室２内より取り出す：
「基板搬出」。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒Ｃ
ＶＤ法による成膜時の基板表面温度は、シャッターを開
いてから３分間ほどは触媒体からの輻射熱およびガスに
よる熱輸送を受けて急激に上昇する。すなわち、シャッ
ターを開くと同時に膜堆積が開始されるため、時間経過
とともに異なる基板温度で膜成長することになる。した
がって、膜の厚み方向に不均一な膜（不均質な膜）が形
成され、膜の物理特性や電気特性の再現性や安定性が乏
しい薄膜形成方法となっていた。

【０００９】また、触媒ＣＶＤ法では、触媒体表面で発
生した堆積種は、主に拡散によって基板に到達するた
め、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法における堆積
種に比べ種が有するエネルギーが小さい。したがって、
膜の密着性がプラズマＣＶＤ法やスパッタリング法で作
製した膜より劣り、成膜後のパターニング等、後の処理
工程において、剥離が発生する場合があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた薄膜製造方法である。

【００１１】本発明の薄膜製造方法は、触媒ＣＶＤ法に
よって基板に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、加
熱された触媒体によって基板に対し膜堆積を行う直前に
基板を加熱することを特徴としている。

【００１２】上記薄膜製造方法では、加熱された触媒体
によって、基板に対し膜堆積を行う直前に、その基板を
加熱することから、基板表面が不安定な間には膜形成を
行われず、基板表面の洗浄が行われる。そのため、膜堆
積は洗浄された基板表面に安定した状態で行われるの
で、厚さ方向に均質な膜が形成される。また、基板表面
が清浄な面となっているため、形成された膜の密着性が
高くなる。

【００１３】また本発明の薄膜製造方法は、触媒ＣＶＤ
法によって基板に薄膜を形成する薄膜製造方法であっ
て、触媒ＣＶＤ装置の処理室内に基板を載置する工程
と、前記処理室内に前処理ガスを供給する工程と、前記
処理室内に設けられた触媒体に通電することによって前
記基板を加熱する工程と、前記前処理ガスを前記触媒体
に触れさせることにより活性化させ、前記基板表面の前
処理を行う工程と、前記処理室内に原料ガスを供給して
前記基板に成膜を行う工程とを順に有している。

【００１４】上記薄膜製造方法では、前処理ガスを処理
室内に供給してから触媒体への通電により基板を加熱
し、前処理ガスを前記触媒体に触れさせることにより活
性化させ、前記基板表面の前処理を行うので、基板表面
が不安定な間には膜形成を行われず、基板表面の洗浄が
行われる。その後、処理室内に原料ガスを供給して基板
に成膜を行うので、膜堆積は洗浄された基板表面に安定
した状態で行われる。そのため、基板表面には厚さ方向
に均質な膜が成膜される。また、基板表面が清浄な面と
なっているため、形成された膜の密着性が高くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の薄膜製造方法に係る第１
の実施の形態を、図１に示すフローチャートおよび図２
に示す触媒ＣＶＤ装置の主要部概略構成図によって説明
する。

【００１６】まず図２によって、薄膜製造装置の主要部
の概略構成を以下に説明する。

【００１７】図２の（１）に示すように、触媒ＣＶＤ装
置１は、処理室１１が備えられていて、その処理室２の
内部には、基板５１が載置される基板ホルダー１２が設
置されている。この基板ホルダー１２の内部には、基板
加熱ヒーター１３が設置されている。この基板加熱ヒー
ター１３は、例えば電気的な発熱体（例えば、電熱線、
電熱板等の抵抗加熱体）で構成されていて、処理室１１
の例えば外部に設置した基板加熱ヒーター電源１４が接
続されている。

【００１８】上記処理室１１内で基板ホルダー１２の上
方には触媒体１５が設置されている。この触媒体１５
は、例えば折れ線状に整形したタングステン線で、基板
５１の面積より広い領域を覆うように、形成されていて
（図２の（２）に参照）、処理室１１の例えば外部に設
置した触媒体加熱電源１６に接続されている。また、触
媒体１５と基板ホルダー１２との間にはシャッター１７
が設置されている。

【００１９】さらに処理室１１の例えば上部には、原料
ガスを処理室１１の内部に供給するためのガス供給機構
１８が設置されている。このガス供給機構１８は、例え
ばシャワーノズルを備えている。また処理室１１には、
その下部に排気装置（図示せず）に接続された排気管１
９が接続されている。したがって、排気装置を稼動する
ことによって、処理室１１内のガスは排気管１９を通し
て処理室１１外に排気できる。

【００２０】次に、上記図２によって説明した触媒ＣＶ
Ｄ装置１を用いた本発明の薄膜製造方法を、図１のフロ
ーチャートによって以下に説明する。なお、以下の説明
では、前記図２によって説明した各構成部品と同様の構
成部品には同一符号を付して説明する。また、以下の説
明における真空とはいわゆる工業的真空をいう。

【００２１】図１に示すように、例えば希フッ酸等を用
いたウエットエッチングにより、成膜を行う基板５１を
洗浄する：「基板洗浄」。次いで上記触媒ＣＶＤ装置１
のロードロック室（図示せず）内に基板５１を搬入す
る：「基板搬入」。その後、ロードロック室内を真空に
する：「ロードロック室真空引き」。次いで処理室１１
内を真空にする：「処理室真空引き」。そしてロードロ
ック室と処理室１１とを連通させ、基板５１を基板ホル
ダー１２上に載置する：「基板載置」。次いで、処理室
１１を密閉する。

【００２２】その後、ガス供給機構１８から処理室１１
内に前処理ガスとして、水素を例えば１００ｃｍ³ ／ｍ
ｉｎの流量で供給し、圧力調整機構（図示せず）により
ガス圧力を１０３ｋＰａ以下に、例えば１３Ｐａに設定
する：「前処理ガス供給」。その際、上記触媒ＣＶＤ装
置１の基板加熱ヒーター１３による基板５１の加熱は行
わない。

【００２３】その後、触媒体加熱電源１６を用いて触媒
体１５に通電し、触媒体１５を例えば１８００℃に加熱
する：「触媒体加熱」。そして、シャッター１７を開放
する：「シャッター開」。シャッター１７が開放される
ことにより、前処理ガスは触媒体１５に触れて、もしく
は触媒体１５からの輻射熱を吸収して活性化され、基板
５１表面の前処理を行う：「前処理」。

【００２４】上記前処理によって、基板５１の中心部温
度は、図３に示すように変化した。ここでは、基板５１
に直径１５０ｍｍのシリコンウエハを用い、触媒体１５
と基板５１との距離は４０ｍｍとした。このように触媒
体１５を加熱することにより３分程度の時間で基板５１
を加熱することが可能である。

【００２５】図４は、触媒体−基板間距離を変えた場合
において、シャッター１７を開いてから１０分後におけ
る基板表面温度を示した、基板表面温度と触媒体−基板
間距離との関係図であり、触媒体−基板間距離を長くす
ることにより反比例して基板表面温度が減少することが
わかる。すなわち、触媒体−基板間距離を変えることに
より基板表面温度の制御が可能であることがわかる。

【００２６】次いで、ガス供給機構１８から処理室１１
内に原料ガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ₄ ）を
供給する：「原料ガス供給」。これによって、「成膜」
工程が行われる。この成膜工程では、基板５１表面に薄
膜が形成される。

【００２７】膜形成が終了した後、シャッター１７を閉
じる：「シャッター閉」。そして原料ガスの供給を停止
する：「原料ガスの供給停止」。その後、触媒体加熱電
源１６のスイッチを切って、触媒体１５の加熱を停止す
る：「触媒体加熱停止」。その後水素の供給を停止す
る：「前処理ガスの供給停止」。そして基板５１を冷却
した：「基板冷却」後、ロードロック室（図示せず）を
経由して、基板５１を処理室１１内より取り出す：「基
板搬出」。

【００２８】上記薄膜製造方法では、前処理ガスを処理
室１１内に供給してから触媒体１５への通電により基板
５１を加熱し、通電により加熱された触媒体１５に前処
理ガスを触れさせることにより活性化させ、基板５１表
面の前処理を行う。すなわち、基板５１に対し膜堆積を
行う直前の基板５１表面が不安定な間には膜形成が行わ
れず、基板５１表面の洗浄が行われる。その後、原料ガ
スが供給されて、清浄化された基板５１表面に膜堆積が
行われる。そのため、膜堆積は洗浄された基板５１表面
に安定した状態で行われるので、厚さ方向に均質な膜が
形成される。また、基板５１表面が清浄な面となってい
るため、形成された膜の密着性が高くなる。

【００２９】次に、上記実施の形態に基づいて、上記図
２によって説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶ
Ｄ法によってポリシリコン膜を成膜した第１の実施例を
以下に説明する。この第１の実施例では、触媒ＣＶＤ装
置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給せず、すなわ
ち、基板ホルダー１２側からの基板５１の加熱を行わな
いで、ポリシリコン膜を成膜した。

【００３０】まず、例えば希フッ酸等を用いたウエット
エッチングにより、成膜がなされる基板（石英基板）５
１を洗浄する：「基板洗浄」。次いで上記触媒ＣＶＤ装
置１のロードロック室（図示せず）内に基板５１を搬入
する：「基板搬入」。その後、ロードロック室内を真空
にする：「ロードロック室真空引き」。次いで処理室１
１内を真空にする：「処理室真空引き」。そしてロード
ロック室と処理室１１とを連通させ、基板５１を基板ホ
ルダー１２上に載置する：「基板載置」。次いで、処理
室１１を密閉する。そして、排気装置(例えば真空ポン
プ）（図示せず）によって処理室１１内を例えば４×１
０^-4Ｐａ以下まで排気する。

【００３１】次いでガス供給機構１８から処理室２内へ
水素を１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量で供給し、圧力調整
機構（図示せず）によりガス圧力を例えば１３Ｐａに設
定する：「前処理ガス供給」。その際、上記触媒ＣＶＤ
装置１の基板加熱ヒーター１３による基板５１の加熱は
行わない。

【００３２】その後、触媒体加熱電源１６を用いて触媒
体１５に通電し、触媒体１５を１８００℃に加熱する：
「触媒体加熱」。

【００３３】そして、シャッター１７を開放する：「シ
ャッター開」。シャッター１７が開放さることにより、
前処理ガスは触媒体１５に触れてもしくは触媒体１５か
らの輻射熱を吸収して活性化され、基板５１表面の前処
理を行う：「前処理」。

【００３４】次いで、ガス供給機構１８から処理室１１
内に原料ガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ₄ ）を
２．５ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量で供給する：「原料ガス供
給」。これによって、「成膜」工程が行われる。この成
膜工程では、基板５１表面にポリシリコン膜が形成され
る。

【００３５】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じる：「シャッ
ター閉」。そして原料ガスの供給を停止する：「原料ガ
スの供給停止」。その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５の加熱を停止する：「触媒体加
熱停止」。その後水素の供給を停止する：「前処理ガス
の供給停止」。

【００３６】そして基板５１を冷却した：「基板冷却」
後、ロードロック室（図示せず）を経由して、基板５１
を処理室１１内より取り出す：「基板搬出」。

【００３７】次に、上記第１の実施例に対する比較例
（以下第１の比較例という）として、上記図２によって
説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶＤ法によっ
てポリシリコン膜を成膜した。この第１の比較例では、
基板５１を基板ホルダー１２上に載置した後、排気装置
（例えば真空ポンプ)（図示せず）によって処理室１１
内を例えば４×１０^-4Ｐａ以下まで排気する。その際、
触媒ＣＶＤ装置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給
して、すなわち、基板ホルダー１２側からの基板５１の
加熱を行って、基板５１を５００℃に保持した。その
後、ガス供給機構１８から処理室１１内へ水素を１００
ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量で供給し、圧力調整機構（図示せ
ず）によりガス圧力を例えば１３Ｐａに設定した。そし
て、触媒体加熱電源１６を用いて触媒体１５に通電し、
触媒体１５を１８００℃に加熱する。その後、シャッタ
ー１７を開放して、基板５１表面にポリシリコン膜を成
膜した。

【００３８】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じて、原料ガス
の供給を停止し、その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５の加熱を停止した。そして基板
５１を冷却した後、処理室１１内よりロードロック室
（図示せず）を経由して基板５１を取り出した。

【００３９】次に、前記第１の実施例で作製したポリシ
リコン膜および前記第１の比較例で作製したポリシリコ
ン膜の各膜特性を比較した。

【００４０】５０％フッ酸（ＨＦ）水溶液を純水で２倍
に希釈してなる試験溶液に、第１の実施例によってポリ
シリコン膜を形成した基板と、第１の比較例によってポ
リシリコン膜を形成した基板とを浸漬することにより、
各ポリシリコン膜の耐薬品性を調べた。

【００４１】その結果、第１の実施例によって形成した
ポリシリコン膜は、上記試験溶液に５分間浸漬しても基
板５１から全く剥離しなかった。一方、第１の比較例に
よって形成したポリシリコン膜は、上記試験溶液に２分
間浸漬すると基板５１から剥離した。

【００４２】以上のことからのポリシリコン膜を堆積す
る前に、触媒体１５で加熱した水素中で、基板加熱処理
を行うことにより、ポリシリコン膜の耐薬品性が著しく
向上することがわかった。このことは、第１の実施例の
製造方法では、ポリシリコン膜堆積の初期段階より密な
ポリシリコン膜が形成され、かつ基板との密着性が極め
て優れていることを示唆しているといえる。

【００４３】次に、本発明の薄膜製造方法が膜厚の制御
に有利である点を、図５に示す膜厚と堆積時間との関係
図によって、以下に説明する。ここでいう堆積時間と
は、実施例の製造方法においては、原料ガスを処理質１
内に供給し始めた時点からシャッター１７を閉じるまで
の時間であり、比較例においては、シャッター１７を開
放してから閉じるまでの時間である。

【００４４】図５に示すように、比較例における製造方
法では、堆積初期に膜が形成されない、いわゆる潜伏時
間が存在する。そのため、堆積時間の制御によって膜厚
を決定しようとした場合、膜厚の再現性が乏しくなる。
一方、本発明の製造方法による堆積では、堆積初期にい
わゆる潜伏時間が存在しないため、堆積時間に比例して
膜厚が増加する。そのため、堆積時間の制御によって膜
厚を決定することの信頼性が高い。

【００４５】次に、上記実施の形態に基づいて、上記図
２によって説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶ
Ｄ法によって窒化シリコン膜を成膜した第２の実施例を
以下に説明する。この第２の実施例では、触媒ＣＶＤ装
置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給して、すなわ
ち、基板ホルダー１２側からの基板５１の加熱を行っ
て、窒化シリコン膜を成膜した。

【００４６】まず、例えばウエットエッチング処理によ
り、成膜がなされる基板〔シリコンウエハ（１５０ｍｍ
シリコンウエハ）〕５１を洗浄する：「基板洗浄」。次
いで上記触媒ＣＶＤ装置１のロードロック室（図示せ
ず）内に基板５１を搬入する：「基板搬入」。その後、
ロードロック室内を真空にする：「ロードロック室真空
引き」。次いで処理室１１内を真空にする：「処理室真
空引き」。そしてロードロック室と処理室１１とを連通
させ、基板５１を基板ホルダー１２上に載置する：「基
板載置」。次いで、処理室１１を密閉する。そして、排
気装置(例えば真空ポンプ）（図示せず）によって処理
室１１内を例えば４×１０^-4Ｐａ以下まで排気する。そ
の際、基板加熱ヒーター電源１４により基板加熱ヒータ
ー１３に通電して、基板ホルダー１２を３００℃に保持
する。

【００４７】次いでガス供給機構１８から処理室１１内
へアンモニアを１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量で供給し、
圧力調整機構（図示せず）によりガス圧力を１０３ｋＰ
ａ以下に、例えば０．１３３Ｐａに設定する：「前処理
ガス供給」。その際、上記触媒ＣＶＤ装置１の基板加熱
ヒーター１３による基板５１の加熱を行って、基板ホル
ダー１２を３００℃に保持する。

【００４８】その後、触媒体加熱電源１６を用いて触媒
体１５に通電し、触媒体１５を１８００℃に加熱する：
「触媒体加熱」。

【００４９】そして、シャッター１７を開放する：「シ
ャッター開」。シャッター１７が開放さることにより、
前処理ガスは触媒体に触れてもしくは触媒体からの輻射
熱を吸収して、活性化され、基板５１表面の前処理を行
う：「前処理」。

【００５０】上記シャッター１７を開放してから１０分
後、ガス供給機構１８から処理室１１内に原料ガスとし
て、例えば１．０ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でモノシラン
（ＳｉＨ₄ ）１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でアンモニア
とを供給する：「原料ガス供給」。これによって、「成
膜」工程が行われる。この成膜工程では、基板５１表面
に窒化シリコン膜が形成される。

【００５１】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じる：「シャッ
ター閉」。そして原料ガスの供給を停止する：「原料ガ
スの供給停止」。その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５への通電を停止する：「触媒体
加熱停止」。その後水素の供給を停止する：「前処理ガ
スの供給停止」。

【００５２】そして基板５１を冷却した：「基板冷却」
後、ロードロック室（図示せず）を経由して、基板５１
を処理室２内より取り出す：「基板搬出」。

【００５３】次に、上記第２の実施例に対する比較例
（以下第２の比較例という）として、上記図２によって
説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶＤ法によっ
て窒化シリコン膜を成膜した。この第２の比較例では、
基板５１を基板ホルダー１２上に載置した後、排気装置
（例えば真空ポンプ)（図示せず）によって処理室１１
内を例えば４×１０^-4Ｐａ以下まで排気する。その際、
触媒ＣＶＤ装置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給
して、すなわち、基板ホルダー１２側からの基板５１の
加熱を行って、基板５１を３００℃に保持した。その
後、ガス供給機構１８から処理室１１内に原料ガスとし
て、例えば１．０ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でモノシラン
（ＳｉＨ₄ ）１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でアンモニア
とを供給し、圧力調整機構（図示せず）によりガス圧力
を例えば０．１３３Ｐａに設定した。そして、触媒体加
熱電源１６を用いて触媒体１５に通電し、触媒体１５を
１８００℃に加熱する。その後、シャッター１７を開放
して、基板５１表面に窒化シリコン膜を成膜した。

【００５４】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じて、原料ガス
の供給を停止し、その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５の加熱を停止した。そして基板
５１を冷却した後、処理室１１内よりロードロック室
（図示せず）を経由して基板５１を取り出した。

【００５５】次に、前記第２の実施例で作製した窒化シ
リコン膜および前記第２の比較例で作製した窒化シリコ
ン膜の各膜特性を比較した。

【００５６】前記第２の実施例で作製した窒化シリコン
膜および前記第２の比較例で作製した窒化シリコン膜の
膜厚を膜厚測定器（ここではエリプソメーターを用い
た）で測定して、ウエハ内膜厚分布（標準偏差）を調べ
た。その結果、第２の実施例によって形成した窒化シリ
コン膜の膜厚分布は、３．９％であった。一方、第２の
比較例によって形成した窒化シリコン膜の膜厚分布は、
６．７％であった。以上のことから、窒化シリコン膜を
堆積する前に触媒体１５で加熱したアンモニア中で基板
５１の加熱処理を行うことにより、成膜された窒化シリ
コン膜のウエハ面内膜厚均一性が著しく向上することが
わかった。このことは、窒化シリコン膜堆積の初期段階
よりウエハ面内で均一に膜成長されることを示唆してい
るといえる。

【００５７】次に、上記実施の形態に基づいて、上記図
２によって説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶ
Ｄ法によって窒化シリコン膜を成膜した第３の実施例を
以下に説明する。この第３の実施例では、触媒ＣＶＤ装
置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給せず、すなわ
ち、基板ホルダー１２側からの基板５１の加熱を行わな
いで、窒化シリコン膜を成膜した。

【００５８】まず、例えばウエットエッチング処理によ
り、成膜がなされる基板（石英基板）５１を洗浄する：
「基板洗浄」。次いで上記触媒ＣＶＤ装置１のロードロ
ック室（図示せず）内に基板５１を搬入する：「基板搬
入」。その後、ロードロック室内を真空にする：「ロー
ドロック室真空引き」。次いで処理室１１内を真空にす
る：「処理室真空引き」。そしてロードロック室と処理
室１１とを連通させ、基板５１を基板ホルダー１２上に
載置する：「基板載置」。次いで、処理室１１を密閉す
る。そして、排気装置(例えば真空ポンプ）（図示せ
ず）によって処理室１１内を例えば４×１０^-4Ｐａ以下
まで排気する。

【００５９】次いでガス供給機構１８から処理室１１内
へヘリウム（Ｈｅ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎの流量で供
給し、圧力調整機構（図示せず）によりガス圧力を１０
３ｋＰａ以下に、例えば５Ｐａに設定する：「前処理ガ
ス供給」。その際、上記触媒ＣＶＤ装置１の基板加熱ヒ
ーター１３による基板５１の加熱は行わない。

【００６０】その後、触媒体加熱電源１６を用いて触媒
体１５に通電し、触媒体１５を１８００℃に加熱する：
「触媒体加熱」。

【００６１】そして、シャッター１７を開放する：「シ
ャッター開」。シャッター１７が開放さることにより、
前処理ガスは触媒体１５に触れてもしくは触媒体１５か
らの輻射熱を吸収して、活性化され、基板５１表面の前
処理を行う：「前処理」。

【００６２】上記シャッター１７を開放してから３分
後、ヘリウム（Ｈｅ）ガスの供給を停止した後、直ち
に、ガス供給機構１８から処理室１１内に原料ガスとし
て、例えば１．０ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でモノシラン
（ＳｉＨ₄ ）、１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でアンモニ
アとを供給する：「原料ガス供給」。これによって、
「成膜」工程が行われる。この成膜工程では、基板５１
表面に窒化シリコン膜が形成される。

【００６３】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じる：「シャッ
ター閉」。そして原料ガスの供給を停止する：「原料ガ
スの供給停止」。その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５への通電を停止する：「触媒体
加熱停止」。その後水素の供給を停止する：「前処理ガ
スの供給停止」。

【００６４】そして基板５１を冷却した：「基板冷却」
後、ロードロック室（図示せず）を経由して、基板５１
を処理室１１内より取り出す：「基板搬出」。

【００６５】上記第３の実施例では、成膜時間を変える
ことにより、２０ｎｍの厚さの窒化シリコン膜と２００
ｎｍの厚さの窒化シリコン膜とを成膜した。

【００６６】次に、上記第３の実施例に対する比較例
（以下第３の比較例という）として、上記図２によって
説明した触媒ＣＶＤ装置１を用い、触媒ＣＶＤ法によっ
て窒化シリコン膜を成膜した。

【００６７】この第３の比較例では、基板（石英基板）
５１を基板ホルダー１２上に載置した後、排気装置（例
えば真空ポンプ)（図示せず）によって処理室１１内を
例えば４×１０^-4Ｐａ以下まで排気する。その際、触媒
ＣＶＤ装置１の基板加熱ヒーター１３に電力を供給し
て、すなわち、基板ホルダー１２側からの基板５１の加
熱を行って、基板５１を５００℃に保持した。その後、
ガス供給機構１８から処理室１１内に原料ガスとして、
例えば１．０ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でモノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄ ）１００ｃｍ³ ／ｍｉｎの流量でアンモニアとを供
給し、圧力調整機構（図示せず）によりガス圧力を例え
ば５Ｐａに設定した。そして、触媒体加熱電源１６を用
いて触媒体１５に通電し、触媒体１５を１８００℃に加
熱する。その後、シャッター１７を開放して、基板５１
表面に窒化シリコン膜を成膜した。

【００６８】所定時間が経過した後、すなわち所定の膜
厚に成膜された後、シャッター１７を閉じて、原料ガス
の供給を停止し、その後、触媒体加熱電源１６のスイッ
チを切って、触媒体１５の加熱を停止した。そして基板
５１を冷却した後、処理室１内よりロードロック室（図
示せず）を経由して基板５１を取り出した。

【００６９】上記第３の比較例では、成膜時間を変える
ことにより、２０ｎｍの厚さの窒化シリコン膜と２００
ｎｍの厚さの窒化シリコン膜とを成膜した。

【００７０】次に、前記第３の実施例で作製した窒化シ
リコン膜および前記第３の比較例で作製した窒化シリコ
ン膜の各膜特性を比較した。

【００７１】前記第３の実施例で作製した窒化シリコン
膜および前記第３の比較例で作製した窒化シリコン膜の
屈折率と膜厚との関係を調べた。屈折率の測定は、波長
が６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を光源とするエリプ
ソメーターを用いて行った。その結果、第３の実施例に
よって形成した厚さ２０ｎｍの窒化シリコン膜の屈折率
は、１．９９であり、厚さ２００ｎｍの窒化シリコン膜
の屈折率は、２．００であった。一方、第３の比較例に
よって形成した厚さ２０ｎｍの窒化シリコン膜の屈折率
は、１．９１であり、厚さ２００ｎｍの窒化シリコン膜
の屈折率は、１．９９であった。

【００７２】以上のことから、窒化シリコン膜を堆積す
る前に触媒体１５で加熱したヘリウム中で基板５１の加
熱処理を行うことにより、成膜された窒化シリコン膜
は、膜厚に依存せずに屈折率が１．９９〜２．００とな
り、膜厚方向での屈折率変動はほとんどない膜となる。
この窒化シリコン膜をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ra
y photoelectron spectroscopy ）によって分析したと
ころ、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）との組成比が３：
４の化学量論組成になっていることがわかった。したが
って、基板５１表面から高い密度の窒化シリコン膜が成
長していることがわかる。よって、第３の実施例の方法
によってゲート絶縁膜を窒化シリコン膜で形成した場
合、窒化シリコン膜の膜特性を損なうことなく薄い膜厚
の窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜が形成できるこ
とになる。

【００７３】一方、第３の比較例によって形成した窒化
シリコン膜は、膜厚が２００ｎｍの窒化シリコン膜では
屈折率が１．９９あるものの、膜厚が２０ｎｍの窒化シ
リコン膜では屈折率が１．９１と小さい。これは、基板
５１表面近傍では膜密度が低く成っていることを示唆し
ている。

【００７４】以上のことからして、本発明の薄膜製造方
法は、膜厚方向に均一な膜を得るために有効な方法であ
る。

【００７５】上記第１〜第３の実施例では、ポリシリコ
ン膜および窒化シリコン膜の成膜例を示したが、本発明
の薄膜製造方法は、原料ガスを選択することによって、
他の種類の膜を成膜することも可能である。

【００７６】上記第１の実施例において、基板５１の加
熱時の供給ガスとして、水素の他に、加熱された触媒体
１５によって分解されて原子状水素を発生するガスを用
いることが可能である。

【００７７】上記第３の実施例において、基板５１の加
熱時の供給ガスとして、ヘリウムの他に、ネオン、アル
ゴン、キセノン、クリプトン等の希ガスを用いることが
可能である。これら希ガスを用いた場合にも、ヘリウム
を用いた場合と同様の効果が得られる。また、窒素を用
いても、ヘリウム用いた場合と同様の効果が得られる。

【００７８】上記各実施例では、触媒体１５にタングス
テン線を用いたが、触媒体１５には、例えば、モリブデ
ン、タンタル、ニッケル、白金等の触媒作用を有する金
属単体もしくはそれぞれの金属を主成分とする合金を用
いることも可能である。また、触媒体１５の形状は前記
説明した形状に限定されることはなく、コイル状、渦巻
き状、網目状等、種々の形状で構成することが可能であ
る。

【００７９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の薄膜製造
方法によれば、基板に対し膜堆積を行う直前に、加熱さ
れた触媒体によって基板を加熱するので、極めて短時間
で基板加熱を行うことができ、薄膜製造装置内に投入す
る前に基板を加熱しておく必要がない。また、基板表面
が不安定な間は膜形成を行わず、その間に触媒体により
活性化された前処理ガスによって加熱中の基板の前処理
を行うので、基板表面の洗浄を行うことができる。その
ため、膜堆積は洗浄された基板表面に安定した状態で行
うことができ、厚さ方向に均質な膜を形成することがで
きる。そして成膜時の膜厚制御が容易にできる。また、
基板表面が清浄な面となっているため、形成された膜の
密着性を高めることができる。また、加熱した触媒体で
基板を加熱するので、基板ホルダーによって基板を加熱
する必要がなくなるので、基板ホルダーの構造を簡単化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜製造方法に係る第１の実施の形態
を示すフローチャートである。

【図２】本発明の薄膜製造方法に用いる触媒ＣＶＤ装置
の主要部概略構成図である。

【図３】基板表面温度とシャッター開放時間との関係図
である。

【図４】基板表面温度と触媒体−基板間距離との関係図
である。

【図５】膜厚と堆積時間との関係図である。

【図６】従来の薄膜製造方法に用いる触媒ＣＶＤ装置の
主要部概略構成図である。

【図７】従来の薄膜製造方法を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１５…触媒体、５１…基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 394023953 北陸先端科学技術大学院大学長 石川県能美郡辰口町旭台１丁目１番地 (72)発明者 名田 直司 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 吉岡 達男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 豪一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 松村 英樹 石川県能美郡辰口町旭台１−１ 北陸先端 科学技術大学院大学内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 AA17 AA18 BA29 BA38 DA04 EA03 EA04 FA10 KA22 KA24 5F058 BA10 BB07 BC08 BF02 BF23 BF30 BF36

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒ＣＶＤ法によって基板に薄膜を形成
   する薄膜製造方法であって、 加熱された触媒体によって前記基板に対し膜堆積を行う
   直前に前記基板を加熱することを特徴とする薄膜製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記基板が加熱される雰囲気に供給され
   るガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノンおよ
   びクリプトンから選択される１種以上のガスからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。
3. 【請求項３】 前記基板が加熱される雰囲気に供給され
   るガスは、窒素からなることを特徴とする請求項１記載
   の薄膜製造方法。
4. 【請求項４】 前記基板が加熱される雰囲気に供給され
   るガスは、水素を含むガスからなるとを備えたことを特
   徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。
5. 【請求項５】 前記基板が加熱される雰囲気に供給され
   るガスは、アンモニアガスからなるとを備えたことを特
   徴とする請求項５記載の薄膜製造方法。
6. 【請求項６】 触媒ＣＶＤ法によって基板に薄膜を形成
   する薄膜製造方法であって、 触媒ＣＶＤ装置の処理室内に基板を載置する工程と、 前記処理室内に前処理ガスを供給する工程と、 前記処理室内に設けられた触媒体に通電することによっ
   て前記基板を加熱する工程と、 前記前処理ガスを前記触媒体に触れさせることにより活
   性化させ、前記基板表面の前処理を行う工程と、 前記処理室内に原料ガスを供給して前記基板に成膜を行
   う工程とを順に有することを特徴とする薄膜製造方法。