JP2002075868A - 薄膜製造装置および薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 毒性の強いガスを用いず、欠陥の極めて少な
い高純度な膜を形成する。 【解決手段】 加熱した触媒体を用いて基板５１上に薄
膜を形成する薄膜製造装置１であって、成膜が行われる
処理室１１と、基板５１を載置するもので処理室１１内
に設けた基板ホルダ１２と、形成しようとする薄膜の主
成分となる材料で構成されかつ基板５１側を開放した中
空部１６Ａを有するもので基板ホルダ１２に載置される
基板５１に対向する処理室１１内に設けたターゲット１
６と、ターゲット１６の中空部１６Ａ内に設けた触媒体
１９と、その中空部１６Ａ内にガスを供給するガス供給
部２１とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜製造装置およ
び薄膜製造方法に関し、詳しくは触媒ＣＶＤ法を実施す
る薄膜製造装置および薄膜製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体薄膜の製造には、減圧ＣＶＤ法、
常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ、誘導結合型プラズマ
ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、光ＣＶＤ等の種々のＣＶＤ法が提
案され、実施されている。これらの従来のＣＶＤ法によ
る半導体薄膜の成膜では良質な高純度膜を製造すること
ができる。また、半導体薄膜の製造には、スパッタリン
グがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
各種ＣＶＤ法による半導体薄膜の製造では、モノシラン
（ＳｉＨ₄ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ₃ ）等の極めて毒性の強いガスを用いる必要があっ
た。また、スパッタリングでは、成膜された膜がスパッ
タ作用によってたたかれるために欠陥の極めて少ない高
純度な膜を形成することは非常に困難であった。

【０００４】

【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装置および薄膜製造方法
である。

【０００５】本発明の第１の薄膜製造装置は、成膜が行
われる処理室と、成膜される基板が載置されるもので前
記処理室内に備えた基板ホルダと、形成しようとする薄
膜の主成分となる材料で構成されてかつ前記基板側が開
放された中空部を有するもので前記基板ホルダに載置さ
れる基板に対向する前記処理室内に設けたターゲット
と、前記ターゲットの中空部内に設けた触媒体と、前記
ターゲットの中空部内にガスを供給するガス供給部とを
備えたものである。

【０００６】上記第１の薄膜製造装置では、触媒体を加
熱し、この加熱した触媒体によってガス供給部より供給
されたガスの少なくとも一部を接触分解反応もしくは熱
分解反応させて活性種を生成する。そして、その活性種
を、形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成さ
れたターゲットに接触させて、このターゲット表面を化
学的にエッチングする。それによって、ターゲットを構
成する元素を含むガスを発生させる。このターゲットを
構成する元素を含むガスの少なくとも一部を再び、加熱
されている触媒体に接触させて、接触分解反応もしくは
熱分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前駆体を生成
する。この前駆体生成した堆積種もしくは堆積種の前駆
体を原料種として基板上に薄膜を形成する。もしくは、
ターゲットを構成する元素を含むガスを堆積種として基
板上に薄膜を形成する。もしくは、前駆体を生成した堆
積種もしくは堆積種の前駆体を原料種として、およびタ
ーゲットを構成する元素を含むガスを堆積種として基板
上に薄膜を形成する。

【０００７】したがって、第１の薄膜製造装置では、基
板上に形成する半導体薄膜の原料としてターゲットを用
いるため、原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）、
ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）、ホス
フィン（ＰＨ₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等の有毒ガス
を用いる必要がない。そのため、生産の安全性が向上す
る。また、有毒物質の除外設備が最小限のものですみ、
大幅なコストの低減が実現される。

【０００８】さらに、ターゲットを構成する元素を含む
ガスを触媒体により接触分解反応させ、堆積種もしくは
堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として基板上に
堆積して薄膜を製造するので、成膜した膜をスパッタす
ることがないため、物理的スパッタリングよりも高品
質、高純度の膜が得られる。また、成膜中、プラズマを
発生させないため、プラズマによる下地および成膜され
た膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ法と比較して、
大面積基板への成膜が容易になる。さらに、ターゲット
にリンをドープしたシリコン膜、ホウ素をドープしたシ
リコン膜、リンおよびホウ素をドープしたシリコン膜等
を用いることによって、リンをドープしたシリコン膜、
ホウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素をド
ープしたシリコン膜等が容易に形成される。

【０００９】本発明の第２の薄膜製造装置は、成膜を行
う処理室と、成膜される基板が載置されるもので前記処
理室内に備えた基板ホルダと、形成しようとする薄膜の
主成分となる材料で構成された板状体からなるもので前
記基板ホルダに載置される基板に対向する前記処理室内
に設けたターゲットと、前記ターゲットと前記基板ホル
ダに載置される基板との間に設けた触媒体と、前記処理
室の内部にガスを供給するガス供給部とを備えたもので
ある。

【００１０】上記第２の薄膜製造装置では、触媒体を加
熱し、この加熱した触媒体によってガス供給部より供給
されたガスの少なくとも一部を接触分解反応もしくは熱
分解反応させて活性種を生成する。そして、その活性種
を、形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成さ
れたターゲットに接触させて、このターゲット表面を化
学的にエッチングする。それによって、ターゲットを構
成する元素を含むガスを発生させる。このターゲットを
構成する元素を含むガスの少なくとも一部を再び、加熱
されている触媒体により接触分解反応させて堆積種もし
くは堆積種の前駆体を生成する。この前駆体を生成した
堆積種もしくは堆積種の前駆体を原料種として基板上に
薄膜を形成する。もしくは、ターゲットを構成する元素
を含むガスを堆積種として基板上に薄膜を形成する。も
しくは、前駆体生成した堆積種もしくは堆積種の前駆体
を原料種として、およびターゲットを構成する元素を含
むガスを堆積種として基板上に薄膜を形成する。

【００１１】したがって、第２の薄膜製造装置では、基
板上に形成する半導体薄膜の原料としてターゲットを用
いるため、原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）、
ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）、ホス
フィン（ＰＨ₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等の有毒ガス
を用いる必要がない。そのため、生産の安全性が向上す
る。また、有毒物質の除外設備が最小限のものですみ、
大幅なコストの低減が実現される。

【００１２】さらに、ターゲットを構成する元素を含む
ガスを触媒体により接触分解反応させ、堆積種もしくは
堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として基板上に
堆積して薄膜を製造するので、成膜された膜をスパッタ
することがないため、物理的スパッタリングよりも高品
質、高純度の膜が得られる。また、成膜中、プラズマを
発生させないため、プラズマによる下地および成膜され
た膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ法と比較して、
大面積基板への成膜が容易になる。また、ターゲットに
リンをドープしたシリコン膜、ホウ素をドープしたシリ
コン膜、リンおよびホウ素をドープしたシリコン膜等を
用いることによって、リンをドープしたシリコン膜、ホ
ウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素をドー
プしたシリコン膜等が容易に形成される。

【００１３】本発明の第１の薄膜製造方法は、触媒体を
加熱する工程と、前記加熱した触媒体によって供給ガス
の少なくとも一部を接触分解反応もしくは熱分解反応さ
せて活性種を生成する工程と、形成しようとする薄膜の
主成分となる材料で構成されたターゲットに前記生成し
た活性種を接触させて前記ターゲット表面を化学的にエ
ッチングすることによって、前記ターゲットを構成する
元素を含むガスを発生させる工程と、前記ターゲットを
構成する元素を含むガスの少なくとも一部を再び前記加
熱された触媒体により接触分解反応させて堆積種もしく
は堆積種の前駆体を生成する工程と、前駆体生成した堆
積種もしくは堆積種の前駆体を原料種として基板上に薄
膜を形成する工程とを備えたことを特徴としている。

【００１４】上記第１の薄膜製造方法では、ターゲット
表面を化学的にエッチングすることによって、前記ター
ゲットを構成する元素を含むガスを発生させ、そのガス
の少なくとも一部を再び前記加熱された触媒体により接
触分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前駆体を生成
し、それを原料種として基板上に薄膜を形成することか
ら、半導体薄膜を製造する場合には、半導体薄膜の主成
分となる材料で構成されたターゲットを用いることによ
って、原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄）、ジシ
ラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）、ホスフィ
ン（ＰＨ₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等の有毒ガスを用
いる必要がなくなる。そのため、生産の安全性が向上す
る。また、有毒物質の除外設備が最小限のものですみ、
大幅なコストの低減が実現される。

【００１５】さらに、ターゲットを構成する元素を含む
ガスを触媒体により接触分解反応させ、堆積種もしくは
堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として基板上に
堆積して薄膜を製造するため、成膜した膜をスパッタリ
ングすることはない。そのため、物理的スパッタリング
よりも高品質、高純度の膜が得られる。また、成膜中、
プラズマを発生させないため、プラズマによる下地およ
び成膜された膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ法と
比較して、大面積基板への成膜が容易になる。また、タ
ーゲットにリンをドープしたシリコン膜、ホウ素をドー
プしたシリコン膜、リンおよびホウ素をドープしたシリ
コン膜等を用いることによって、リンをドープしたシリ
コン膜、ホウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホ
ウ素をドープしたシリコン膜等が容易に形成される。

【００１６】本発明の第２の薄膜製造方法は、触媒体を
加熱する工程と、前記加熱した触媒体によって供給ガス
の少なくとも一部を接触分解反応もしくは熱分解反応さ
せて活性種を生成する工程と、形成しようとする薄膜の
主成分となる材料で構成されたターゲットに前記生成し
た活性種を接触させて前記ターゲット表面を化学的にエ
ッチングすることによって、前記ターゲットを構成する
元素を含むガスを発生させる工程と、前記ターゲットを
構成する元素を含むガスを堆積種として基板上に薄膜を
形成する工程とを備えたことを特徴としている。

【００１７】上記第２の薄膜製造方法では、ターゲット
表面を化学的にエッチングすることによって、前記ター
ゲットを構成する元素を含むガスを発生させ、そのガス
を堆積種として基板上に薄膜を形成することから、半導
体薄膜を製造する場合には、半導体薄膜の主成分となる
材料で構成されたターゲットを用いることによって、原
料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ₄ ）、ジシラン（Ｓ
ｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）、ホスフィン（ＰＨ
₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等の有毒ガスを用いる必要
がなくなる。そのため、生産の安全性が向上する。ま
た、有毒物質の除外設備が最小限のものですみ、大幅な
コストの低減が実現される。

【００１８】さらに、ターゲットを構成する元素を含む
ガスを触媒体により接触分解反応させ、堆積種もしくは
堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として基板上に
堆積して薄膜を製造するため、成膜した膜はスパッタリ
ングされない。そのため、物理的スパッタリングよりも
高品質、高純度の膜が得られる。また、成膜中、プラズ
マを発生させないため、プラズマによる下地および成膜
された膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ法と比較し
て、大面積基板への成膜が容易になる。また、ターゲッ
トにリンをドープしたシリコン膜、ホウ素をドープした
シリコン膜、リンおよびホウ素をドープしたシリコン膜
等を用いることによって、リンをドープしたシリコン
膜、ホウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素
をドープしたシリコン膜等が容易に形成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の薄膜製造装置に係
る実施の形態を、図１の主要部概略構成断面図によって
説明する。

【００２０】図１の（１）に示すように、薄膜製造装置
（触媒ＣＶＤ装置）１は、処理室１１が備えられてい
て、その処理室１１の内部には、基板５１が載置される
基板ホルダ１２が設置されている。この基板ホルダ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。

【００２１】上記処理室１の例えば上部には、例えば基
板ホルダ１２に載置される基板５１に対向する処理室１
１内上部に位置するように、例えば筒状のターゲットホ
ルダ１５が設置されている。このターゲットホルダ１５
の内側側面には、基板５１側が開口された中空部１６Ａ
を有するターゲット１６ととして、例えば円筒状のター
ゲットが設置されている。このターゲット１６は、基板
５１に成膜される膜の主成分からなる物質で構成されて
いるものである。また上記ターゲットホルダ１５の側壁
内部には冷却媒体１７（例えば冷却水）が循環できる流
路１８が形成されている。

【００２２】上記ターゲット１６の内側（中空部１６Ａ
内）には、触媒体１９が設置されている。この触媒体１
９は、例えばコイル状に整形したタングステン線で形成
されていて〔図１の（２）に参照、この（２）図は
（１）図に示したターゲット１６、ターゲットホルダ１
５等を下面側より見た状態を上下反転させた斜視断面図
で示した〕、処理室１１の例えば外部に設置した触媒体
加熱電源２０に接続されている。この触媒体１９の形状
は上記形状に限定されることはなく、例えば格子状もし
くは渦巻き状に形成したものであってもよく、またはコ
イル状のものをさらにコイル状、格子状もしくは渦巻き
状に形成したものであってもよい。また、材質は触媒と
なるものであればよく、タングステンに限定はされな
い。

【００２３】さらにターゲットホルダ１５に設置される
ターゲット１６内側（中空部１６Ａ）に導入ガスを供給
するためのガス導入部２１が、処理室１１の上部に設置
されている。このガス導入部２１は、例えばガス供給部
（図示せず）とそのガス供給部と処理室１１とを接続す
るガス導入管（図示せず）とによって構成されている。
なお、ガス導入管には、ガス流量を制御するガス流量制
御部（図示せず）が接続されている。

【００２４】また処理室１１には、その下部に排気装置
（例えば真空ポンプ）（図示せず）に接続された排気管
２２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２２を通
して処理室１１外に排気できる。よって、処理室１１内
を真空にすることも可能となっている。なお、本明細書
でいう真空とは工業的真空を意味する。

【００２５】上記触媒体１６の温度は、処理室１１に設
けられたビューイングポート（図示せず）を通してパイ
ロメータ（図示せず）などの光学式温度測定装置により
測定される、もしくは、触媒体１９の抵抗値を測定する
ことによって、間接的に測定が行われる。

【００２６】また、上記ターゲット１６と上記基板ホル
ダ１２との間にはシャッター２３が設置されている。こ
のシャッター２３は基板５１上に形成される薄膜の膜厚
の制御に用いるもので、必ずしも必要とするものではな
い。

【００２７】上記ターゲット１６は円筒状に形成された
ものを用いたが、例えば筒状であれば、角筒状、長円筒
状等の形状であってもよく、また、基板５１側が開放さ
れ他端側が閉塞された筒状体であってもよい。このよう
な形状の場合には、他端側に導入ガスをターゲット１６
内に導入するための孔を設けておくことが好ましい。

【００２８】上記第１の薄膜製造装置におけるターゲッ
ト１６の形状は、円筒状に限定されることはなく、多角
形の筒状体、長円形の筒状体、半円筒状体、または、基
板５１側の一端が開放され他端が閉塞されているような
半筒状体であってもよい。

【００２９】また、第１の薄膜製造装置に係る第１の実
施の形態で説明したターゲットホルダ１５を処理室１１
の上部に複数設けることも可能である。すなわち、複数
のターゲット１６を設けることも可能である。

【００３０】上記第１の薄膜製造装置１では、触媒体１
９を加熱し、この加熱した触媒体１９によってガス供給
部２１より供給されたガスの少なくとも一部を接触分解
反応もしくは熱分解反応させて活性種を生成する。そし
て、その活性種を、形成しようとする薄膜の主成分とな
る材料で構成されたターゲット１６に接触させて、この
ターゲット１６表面を化学的にエッチングする。それに
よって、ターゲット１６を構成する元素を含むガスを発
生させる。このターゲット１６を構成する元素を含むガ
スの少なくとも一部を再び、加熱されている触媒体１９
により接触分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前駆
体を生成する。この前駆体生成した堆積種もしくは堆積
種の前駆体を原料種として基板上に薄膜を形成する。ま
たは、ターゲット１６を構成する元素を含むガスを堆積
種として基板５１上に薄膜を形成する。

【００３１】したがって、第１の薄膜製造装置１では、
基板５１上に形成する半導体薄膜の原料としてターゲッ
ト１６を用いるため、原料ガスとして、モノシラン（Ｓ
ｉＨ ₄ ）、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ
₃ ）、ホスフィン（ＰＨ₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等
の有毒ガスを用いる必要がない。そのため、生産の安全
性が向上する。また、有毒物質の除外設備が最小限のも
のですみ、大幅なコストの低減が実現される。

【００３２】さらに、ターゲット１６を構成する元素を
含むガスを触媒体により接触分解反応させ、堆積種もし
くは堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として基板
上５１堆積して薄膜を製造するため、物理的スパッタリ
ングよりも高品質、高純度の膜が得られる。また、成膜
中、プラズマを発生させないため、プラズマによる下地
および成膜された膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ
法と比較して、大面積基板への成膜が容易になる。ま
た、ターゲット１６にリンをドープしたシリコン膜、ホ
ウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素をドー
プしたシリコン膜等を用いることによって、リンをドー
プしたシリコン膜、ホウ素をドープしたシリコン膜、リ
ンおよびホウ素をドープしたシリコン膜等が容易に形成
される。さらに、ターゲット１６に、ゲルマニウム、シ
リコン・ゲルマニウム、カーボン、シリコン・カーバイ
ト等を用いれば、それらの薄膜を容易に成膜することが
できる。

【００３３】次に、薄膜製造方法に係る第１の実施の形
態として、上記薄膜製造装置１を用いて、シリコン膜を
成膜する方法を、以下に説明する。

【００３４】上記薄膜製造装置１の触媒体１９には、前
記図１によって説明したようなコイル状のタングステン
線を用いる。ターゲット１６には円筒状のシリコンを用
いた。基板５１には石英基板を用いた。導入ガスには水
素を用いた。触媒体１９の温度は１８００℃、基板５１
の温度は３００℃に設定した。膜の堆積は、シャッター
２３の開閉によって制御し、シャッター２３を開放して
から閉じるまでの時間を堆積時間とした。水素の流量は
１００ｃｍ³ ／ｍｉｎとした。その結果、基板５１表面
に多結晶シリコン膜を成膜することができた。

【００３５】上記第１の実施の形態における成膜原理
は、以下のように推定される。触媒体１９が設置されて
いるターゲット１６の内側に導入されたガスは、加熱さ
れた触媒体１９表面およびその近傍で分解され、その分
解生成種がターゲット１６をエッチングし、そのエッチ
ングにより生成したターゲット１６を構成する主成分を
含むガスが直接堆積種となって、基板５１表面に到達し
て薄膜を形成する。もしくは、上記エッチングにより生
成したターゲット１６を構成する主成分を含むガスが再
び加熱されている触媒体１９と接触することにより堆積
種となり、その堆積種が基板５１表面に到達して薄膜を
形成する。

【００３６】次に、本発明の第２の薄膜製造装置に係る
実施の形態を、図２の主要部概略構成断面図によって説
明する。なお、図２では、前記図１によって説明した構
成部品と同様のものには前記図１の構成部品と同一の番
号を付与する。

【００３７】図２の（１）に示すように、第２の薄膜製
造装置（第２の触媒ＣＶＤ装置）２は、処理室１１が備
えられていて、その処理室１１の内部には、基板５１が
載置される基板ホルダ１２が設置されている。この基板
ホルダ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。

【００３８】上記処理室１１内で基板ホルダ１２に対向
するように触媒体３１が設置されている。この触媒体３
１は、例えば折れ線状に整形したタングステン線で形成
されていて（図２の（２）に参照）、基板５１よりも大
きく形成されている。そして、この触媒体３１は、処理
室１１の例えば外部に設置した触媒体加熱電源２０に接
続されている。この触媒体３１の形状は、上記形状に限
定されることはなく、例えば、後に説明するターゲット
３２よりも広い領域にわたって形成されているものであ
ればよく、例えば格子状、渦巻き状に形成したものであ
ってもよく、またはコイル状のものを折れ線状、格子
状、渦巻き状に形成したものであってもよい。また、材
質は触媒体となるものであればよく、タングステンに限
定はされない。

【００３９】上記触媒体３１の温度は、処理室１１に設
けられたビューイングポート（図示せず）を通してパイ
ロメータ（図示せず）などの光学式温度測定装置により
測定される、もしくは、触媒体３１の抵抗値を測定する
ことによって、間接的に測定が行われる。

【００４０】また、上記触媒体３１と上記基板ホルダ１
２との間にはシャッター２３が設置されている。このシ
ャッター２３は基板５１上に形成される薄膜の膜厚の制
御に用いるもので、必ずしも必要とするものではない。

【００４１】さらに処理室１１の例えば上部には、ター
ゲットホルダ３３が設置されている。このターゲットホ
ルダ３３には、例えば基板ホルダ１２に載置される基板
５１表面とターゲット３２表面とが平行になるようにタ
ーゲット３２が設置されている。このターゲット３２
は、基板５１に成膜される膜の主成分からなる物質で、
例えば円盤状に構成されているものである。またターゲ
ットホルダ３３の内部には冷却媒体１７（例えば冷却
水）が循環できる流路３４が形成されている。

【００４２】さらに処理室１１の例えば側部には、導入
ガスを処理室１１の内部に導入するためのガス導入部２
１が設置されている。このガス導入部２１は、例えばガ
ス供給部（図示せず）とそのガス供給部と処理室１１と
を接続するガス導入管２５とによって構成されている。
なお、ガス導入管２５には、ガス流量を制御するガス流
量制御部（図示せず）が接続されている。また処理室１
１には、その下部に排気装置（例えば真空ポンプ）（図
示せず）に接続された排気管２２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１
１内のガスは排気管２２を通して処理室１１外に排気で
きる。よって、処理室１１内を真空にすることも可能と
なっている。

【００４３】上記第２の薄膜製造装置２では、触媒体３
１を加熱し、この加熱した触媒体３１によってガス供給
部２１より供給されたガスの少なくとも一部を接触分解
反応もしくは熱分解反応させて活性種を生成する。そし
て、その活性種を、形成しようとする薄膜の主成分とな
る材料で構成されたターゲット３２に接触させて、この
ターゲット３２表面を化学的にエッチングする。それに
よって、ターゲット３２を構成する元素を含むガスを発
生させる。このターゲット３２を構成する元素を含むガ
スの少なくとも一部を再び、加熱されている触媒体３１
により接触分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前駆
体を生成する。この前駆体生成した堆積種もしくは堆積
種の前駆体を原料種として基板５１上に薄膜を形成す
る。もしくは、ターゲット３２を構成する元素を含むガ
スを堆積種として基板５１上に薄膜を形成する。もしく
は、前駆体生成した堆積種もしくは堆積種の前駆体を原
料種として、およびターゲット３２を構成する元素を含
むガスを堆積種として基板５１上に薄膜を形成する。

【００４４】したがって、第２の薄膜製造装置２では、
基板５１上に形成する半導体薄膜の原料としてターゲッ
ト３２を用いるため、原料ガスとして、モノシラン（Ｓ
ｉＨ ₄ ）、ジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）、アルシン（ＡｓＨ
₃ ）、ホスフィン（ＰＨ₃ ）、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）等
の有毒ガスを用いる必要がない。そのため、生産の安全
性が向上する。また、有毒物質の除外設備が最小限のも
のですみ、大幅なコストの低減が実現される。

【００４５】さらに、ターゲット３２を構成する元素を
含むガスを触媒体３１により接触分解反応させ、堆積種
もしくは堆積種の前駆体を生成し、それを原料種として
基板５１上に堆積して薄膜を製造するため、物理的スパ
ッタリングよりも高品質、高純度の膜が得られる。ま
た、成膜中、プラズマを発生させないため、プラズマに
よる下地および成膜された膜へのダメージがない。ま
た、ＣＶＤ法と比較して、大面積基板への成膜が容易に
なる。また、ターゲットにリンをドープしたシリコン
膜、ホウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素
をドープしたシリコン膜等を用いることによって、リン
をドープしたシリコン膜、ホウ素をドープしたシリコン
膜、リンおよびホウ素をドープしたシリコン膜等が容易
に形成される。さらに、ターゲットに、ゲルマニウム、
シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリコン・カーバ
イト等を用いれば、それらの薄膜を容易に成膜すること
ができる。

【００４６】次に、薄膜製造方法に係る第２の実施の形
態として、上記薄膜製造装置２を用いて、シリコン膜を
成膜する方法を、以下に説明する。

【００４７】上記薄膜製造装置２の触媒体３１には、前
記図２の（２）によって説明したような直径が０．７ｍ
ｍ、全長が５ｍのタングステン線を折れ線状に加工した
ものを用い、基板５１とターゲット３２との間に、基板
５１に対して平行に設置する。ターゲット３２にはシリ
コン板を用いる。基板５１には石英基板を用いる。導入
ガスには水素を用いる。触媒体の温度は１８００℃、基
板温度は３００℃に設定する。膜の堆積は、シャッター
２３の開閉によって制御し、シャッター２３を開放して
から閉じるまでの時間を堆積時間とした。

【００４８】例えば、水素の流量は１００ｃｍ³ ／ｍｉ
ｎとし、ガス圧力が０．２７Ｐａのとき２０分間の堆積
時間で、基板５１の表面に６０ｎｍの厚さのシリコン膜
（図示せず）が形成された。このシリコン膜の結晶性を
ラマン分光法によって調べた。その結果、図３に示すよ
うに、５２０ｃｍ^-3付近に結晶シリコンに基づく鋭い信
号が観察され、ここで得られたシリコン膜が良好な結晶
化度を有する多結晶シリコン膜であることがわかった。

【００４９】上記第２の実施の形態における成膜原理
は、以下のように推定される。加熱触媒体表面およびそ
の近傍で水素分子が分解し原子状の水素が生成され、そ
の原子状の水素によってシリコンターゲットがエッチン
グされる。このエッチングによりシリコンと水素との化
合物であるＳｉＨ_n が生成する。次に、ここで生成した
ＳｉＨ_n が再び加熱されている触媒体３１と接触するこ
とにより堆積種となり、その堆積種が基板に到達して膜
が形成される。

【００５０】次に、薄膜製造方法に係る第３の実施の形
態として、上記薄膜製造装置２を用いて、リンもしくは
ホウ素がドープされたシリコン膜を成膜する方法を、以
下に説明する。

【００５１】上記薄膜製造装置２の触媒体３１には、前
記図２の（２）によって説明したような直径が０．７ｍ
ｍ、全長が５ｍのタングステン線を折れ線状に加工した
ものを用いて、基板５１とターゲット３２との間に、そ
の触媒体３１を基板５１に対して平行に設置する。ター
ゲット３２にはリンをドープしたシリコンを用いた。基
板５１には石英基板を用いた。導入ガスには水素を用い
た。触媒体３１の温度は１８００℃、基板５１の温度は
３００℃に設定した。膜の堆積は、シャッター２３の開
閉によって制御し、シャッター２３を開放してから閉じ
るまでの時間を堆積時間とした。水素の流量は１００ｃ
ｍ³ ／ｍｉｎとし、ガス圧力が０．２７Ｐａのとき２０
分間の堆積時間で、基板５１の表面におよそ６０ｎｍの
厚さのリンをドープしたシリコン膜（図示せず）が形成
された。よって、シリコンターゲットを用いて多結晶シ
リコン膜を成膜したときとほぼ同様な成膜速度で、リン
をドープしたシリコン膜を形成することがわかった。

【００５２】上記同様に、リンをドープしたシリコンタ
ーゲットの代わりに、ホウ素をドープしたシリコンター
ゲットを用いた場合には、ホウ素がドープされたシリコ
ン膜が成膜される。 同様に、ホウ素とリンとをドープ
したシリコンターゲットを用いた場合には、ホウ素とリ
ンとがドープされたシリコン膜が成膜される。

【００５３】また、上記同様に、ゲルマニウム、シリコ
ン・ゲルマニウム、カーボン、シリコン・カーバイト等
をターゲットに用いた場合には、それらの薄膜が容易に
成膜される

【００５４】次に、薄膜製造方法に係る第４の実施の形
態として、上記薄膜製造装置２を用いて、ガリウムヒ素
薄膜を成膜する方法を、以下に説明する。

【００５５】上記薄膜製造装置２の触媒体３１には、前
記図１の（２）によって説明したような直径が０．７ｍ
ｍ、全長が５ｍのタングステン線を折れ線状に加工した
ものを用いて、基板５１とターゲット３２との間に、そ
の触媒体３１を基板５１に対して平行に設置する。ター
ゲット３２にはガリウムヒ素ウエハを用いた。基板５１
には石英基板を用いた。導入ガスには水素を用いた。触
媒体３１の温度は１８００℃、基板５１の温度は３００
℃に設定した。薄膜の堆積は、シャッター２３の開閉に
よって制御し、シャッター２３を開放してから閉じるま
での時間を堆積時間とした。水素の流量は１００ｃｍ³
／ｍｉｎとした。その結果、基板５１上にガリウムヒ素
薄膜を成膜できることがわかった。

【００５６】なお、加熱触媒体を用いて発生させた原子
状水素によりシリコンをエッチングすることは、The Th
ird International Conference on Low Dimensional St
ructures and Devices において発表（Programme & abs
tract book,O33）されている。また、シランガスを導入
してそれを加熱された触媒体に接触させて堆積種を生成
させ、基板上にシリコン膜を形成する方法は、触媒ＣＶ
Ｄ法（Ｃａｔ−ＣＶＤ法もしくはＨｏｔ−ｗｉｒｅＣＶ
Ｄ法とも呼ばれる）として研究が進められている。本発
明は、堆積種をエッチングにより生成するためのターゲ
ットを備え、そのターゲットをエッチングすることで生
成された堆積種（例えばＳｉＨ_n ）をターゲットとは別
体の基板表面に堆積させて薄膜（例えばシリコン膜）を
成膜することが特徴である。

【００５７】上記各実施の形態では、触媒体１９，３１
にタングステン線を用いたが、触媒体１９，３１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。

【００５８】上記各実施の形態において、ターゲット１
６，３１にゲルマニウムターゲットを用いることによっ
て、ゲルマニウム薄膜を成膜することも可能である。ま
た、炭化シリコンのような化合物半導体からなるターゲ
ットを用いれば、化合物半導体薄膜を成膜することが可
能になる。

【００５９】ターゲットホルダ１５，３３の冷却媒体１
７としては冷却水の他に、液化ガス、空気等も用いるこ
とができる。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１、第
２の薄膜製造装置によれば、基板に対向するように、形
成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成されたタ
ーゲットを備え、このターゲットと基板との間に加熱可
能な触媒体を備えていることから、触媒体を加熱するこ
とにより生成した水素原子等の活性種でターゲットを化
学的にエッチングして、ターゲットを構成する元素を含
むガスを発生させることができる。この発生したガスを
堆積種として、もしくは、このガスを再び加熱されてい
る触媒体に接触、反応させて生成した堆積種もしくは堆
積種の前駆体を原料種として、基板上に薄膜を形成する
ことができる。したがって、本発明の第１、第２の薄膜
製造装置では、一般に気相成長による半導体膜形成で用
いられる、モノシラン、ジシラン、アルシン、ホスフィ
ン、ジボラン等の有毒ガスを用いる必要がないため、生
産の安全性が向上する。また、有毒物質の除外設備が最
小限のものですみ、大幅なコストの低減が可能になる。

【００６１】さらに、処理室内は成膜に必要なガス成分
のみが存在するため、物理的スパッタリングよりも高品
質、高純度の膜を得ることができる。また、プラズマ発
生部を持たないため、プラズマによる下地および成膜さ
れた膜へのダメージがない。また、ＣＶＤ法と比較し
て、大面積基板への成膜が容易にできる。また、ターゲ
ットにリンをドープしたシリコン膜、ホウ素をドープし
たシリコン膜、リンおよびホウ素をドープしたシリコン
膜等を用いることによって、リンをドープしたシリコン
膜、ホウ素をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素
をドープしたシリコン膜等が容易に形成できる。さら
に、ターゲットに、ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニ
ウム、カーボン、シリコン・カーバイト等を用いれば、
それらの薄膜を容易に形成することができる。

【００６２】本発明の薄膜製造方法によれば、ターゲッ
トより堆積種もしくは原料種をえているので、半導体薄
膜の製造に、モノシラン、ジシラン、アルシン、ホスフ
ィン、ジボラン等の有毒ガスを用いる必要がない。その
ため、生産の安全性を向上させることができる。また、
有毒物質の除外設備を最小限のものとすることができる
ので、大幅なコストの低減が実現できる。また、成膜時
にスパッタリング作用が起こらないので、物理的スパッ
タリングよりも高品質、高純度の膜が得られる。さら
に、プラズマを発生させないで成膜を行うため、プラズ
マによる下地および成膜された膜へのダメージがなく、
高品質な膜を成膜することができる。さらにＣＶＤ法と
比較して、大面積基板への成膜が容易になる。また、異
なる種類の膜を成膜する場合には、ターゲットを変える
だけで、例えば、リンをドープしたシリコン膜、ホウ素
をドープしたシリコン膜、リンおよびホウ素をドープし
たシリコン膜等を容易に形成することができる。また、
ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シ
リコン・カーバイト等の薄膜も容易に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の薄膜製造装置に係る実施の形態
を示す主要部概略構成断面図である。

【図２】本発明の第２の薄膜製造装置に係る実施の形態
を示す主要部概略構成断面図である。

【図３】ラマン分光法によるシリコン膜のラマンスペク
トル図である。

【符号の説明】

１…薄膜製造装置、１１…処理室、１２…基板ホルダ、
１６…ターゲット、１６Ａ…中空部、１９…ターゲッ
ト、２１…ガス供給部、２２…排気部、２３…シャッタ
ー、５１…基板

フロントページの続き (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 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 AA17 BA29 BB03 CA06 FA17 KA49 5F045 AB03 AB05 AB06 AB07 AB10 AD07 AF07 BB16 EC03 EE06 EE07 EH08 EJ05 EJ09 EK07 GB05 5F103 AA08 BB06 BB13 BB16 BB22 BB23 BB27 BB32 BB52 BB57 DD03 DD16 DD17 DD30 GG02 HH03 NN01 PP15

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱した触媒体を用いて基板上に薄膜を
   形成する薄膜製造装置であって、 成膜が行われる処理室と、 成膜される基板が載置されるもので前記処理室内に備え
   た基板ホルダと、 形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成されか
   つ前記基板側が開放された中空部を有するもので前記基
   板ホルダに載置される基板に対向する前記処理室内に設
   けたターゲットと、 前記ターゲットの中空部内に設けた触媒体と、 前記ターゲットの中空部内にガスを供給するガス供給部
   とを備えたことを特徴とする薄膜製造装置。
2. 【請求項２】 前記ターゲットの側周より前記ターゲッ
   トを支持するもので前記処理室内に設けたターゲットホ
   ルダを備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜製造
   装置。
3. 【請求項３】 前記ターゲットホルダは、その内部に冷
   媒を通す流路を備えたことを特徴とする請求項２記載の
   薄膜製造装置。
4. 【請求項４】 前記ターゲットは、シリコン、リンをド
   ーピングしたシリコン、ホウ素をドーピングしたシリコ
   ン、リンおよびホウ素をドーピングしたシリコン、ゲル
   マニウム，シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリコ
   ン・カーバイトもしくはガリウムヒ素からなることを特
   徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
5. 【請求項５】 加熱した触媒体を用いて基板上に薄膜を
   形成する薄膜製造装置であって、 成膜を行う処理室と、 成膜される基板が載置されるもので前記処理室内に備え
   た基板ホルダと、 形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成された
   板状体からなるもので前記基板ホルダに載置される基板
   に対向する前記処理室内に設けたターゲットと、 前記ターゲットと前記基板ホルダに載置される基板との
   間に設けた触媒体と、前記処理室の内部にガスを供給す
   るガス供給部とを備えたことを特徴とする薄膜製造装
   置。
6. 【請求項６】 前記ターゲットを支持するもので前記処
   理室内部に設けたターゲットホルダを備えたことを特徴
   とする請求項５記載の薄膜製造装置。
7. 【請求項７】 前記ターゲットホルダは、その内部に冷
   媒を通す流路を備えたことを特徴とする請求項６記載の
   薄膜製造装置。
8. 【請求項８】 前記ターゲットは、シリコン、リンをド
   ーピングしたシリコン、ホウ素をドーピングしたシリコ
   ン、リンおよびホウ素をドーピングしたシリコン、ゲル
   マニウム、シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリコ
   ン・カーバイトもしくはガリウムヒ素からなることを特
   徴とする請求項５記載の薄膜製造装置。
9. 【請求項９】 触媒体を加熱する工程と、 前記加熱した触媒体によって供給ガスの少なくとも一部
   を接触分解反応もしくは熱分解反応させて活性種を生成
   する工程と、 形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成された
   ターゲットに前記生成した活性種を接触させて前記ター
   ゲット表面を化学的にエッチングすることによって、前
   記ターゲットを構成する元素を含むガスを発生させる工
   程と、 前記ターゲットを構成する元素を含むガスの少なくとも
   一部を再び前記加熱された触媒体に接触させて、触媒反
   応もしくは熱分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前
   駆体を生成し、前記前駆体生成した堆積種もしくは堆積
   種の前駆体を原料種として基板上に薄膜を形成する工程
   とを備えたことを特徴とする薄膜製造方法。
10. 【請求項１０】 前記ターゲットは、シリコン、リンを
    ドーピングしたシリコン、ホウ素をドーピングしたシリ
    コン、リンおよびホウ素をドーピングしたシリコン、ゲ
    ルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリ
    コン・カーバイトもしくはガリウムヒ素からなることを
    特徴とする請求項９記載の薄膜製造方法。
11. 【請求項１１】 触媒体を加熱する工程と、 前記加熱した触媒体によって供給ガスの少なくとも一部
    を接触分解反応もしくは熱分解反応させて活性種を生成
    する工程と、 形成しようとする薄膜の主成分となる材料で構成された
    ターゲットに前記生成した活性種を接触させて前記ター
    ゲット表面を化学的にエッチングすることによって、前
    記ターゲットを構成する元素を含むガスを発生させる工
    程と、 前記ターゲットを構成する元素を含むガスを堆積種とし
    て基板上に薄膜を形成する工程とを備えたことを特徴と
    する薄膜製造方法。
12. 【請求項１２】 前記ターゲットを構成する元素を含む
    ガスを堆積種として基板上に薄膜を形成する工程は、 前記ターゲットを構成する元素を含むガスの少なくとも
    一部を再び前記加熱された触媒体に接触させて、触媒反
    応もしくは熱分解反応させて堆積種もしくは堆積種の前
    駆体を生成し、前記前駆体を生成した堆積種もしくは堆
    積種の前駆体を原料種として基板上に薄膜を形成するこ
    とをともなうことを特徴とする請求項１１記載の薄膜製
    造方法。
13. 【請求項１３】 前記ターゲットは、シリコン、リンを
    ドーピングしたシリコン、ホウ素をドーピングしたシリ
    コン、リンおよびホウ素をドーピングしたシリコン、ゲ
    ルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリ
    コン・カーバイトもしくはガリウムヒ素からなることを
    特徴とする請求項１１記載の薄膜製造方法。
14. 【請求項１４】 前記ターゲットは、シリコン、リンを
    ドーピングしたシリコン、ホウ素をドーピングしたシリ
    コン、リンおよびホウ素をドーピングしたシリコン、ゲ
    ルマニウム、シリコン・ゲルマニウム、カーボン、シリ
    コン・カーバイトもしくはガリウムヒ素からなることを
    特徴とする請求項１２記載の薄膜製造方法。