JP2002110553A - 触媒ｃｖｄ装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、十分な大きさの成膜速度を確保する
ことができ、成膜プロセス中の基板温度を一定に保持す
ることができる触媒ＣＶＤ装置、及びこの触媒ＣＶＤ装
置を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。 【構成】本発明の触媒ＣＶＤ装置は、基板サセプタと触
媒用フィラメントの間に触媒用フィラメント側から見て
基板サセプタの少なくとも一部が見えるような開口部を
有する輻射遮蔽板を備える。この構造により、成膜用基
板に到達する触媒用フィラメントからの輻射熱を低減す
ることができるとともに、前記開口部を通して十分な量
の原料ガスを成膜用基板上に供給することができるの
で、輻射熱に起因した成膜用基板の温度上昇を低減して
成膜プロセス中の成膜用基板の温度を一定に保持するこ
とができるとともに、大きな成長速度を得ることができ
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、半導体や絶縁膜、
金属などの薄膜を成膜する触媒ＣＶＤ（又はホットワイ
ヤＣＶＤ、Ｃａｔ−ＣＶＤ、以下触媒ＣＶＤと称す
る。）装置に関するものであり、特に高い成膜速度を確
保しながら成膜中の成膜用基板温度の安定性を改善する
ことができる装置構造に特徴のある触媒ＣＶＤ（又はホ
ットワイヤＣＶＤ）装置に関するものである。

【０００２】また、本発明は、前記触媒ＣＶＤ装置を用
いた半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００３】近年、半導体装置の製造工程においてはプ
ロセスの低温化が進められており、とりわけ各種の成膜
工程における成膜温度の低温化が要求されている。その
中で、触媒ＣＶＤ法は、低温プロセスにより良質な薄膜
を形成することができる有望な成膜技術として活発に開
発が行われている。

【０００４】

【従来の技術】触媒ＣＶＤ法とは、触媒作用を有する材
料よりなる重金属ワイヤを触媒用フィラメントとして用
いることを特徴とするＣＶＤ法であり、成膜用基板と原
料ガス導入管との間に高温に加熱した触媒用フィラメン
トを配置し、基板上に堆積させる薄膜の原料ガスが触媒
用フィラメントの周囲を通過した後、基板に到達するよ
うにしたことを特徴とするＣＶＤ法である。

【０００５】触媒ＣＶＤ法では、この触媒用フィラメン
トによる原料ガスに対する触媒効果を利用することによ
り、従来の熱ＣＶＤ法の場合と比べて、成膜時の基板温
度を低くすることが可能になる。更に、触媒ＣＶＤ法
は、熱と触媒作用のみによる化学反応を利用しているの
で、プラズマＣＶＤ法の場合のように成膜中に基板にプ
ラズマダメージが発生する可能性もなく、基板上に優れ
た膜質の薄膜を形成することができる。

【０００６】しかしながら、触媒ＣＶＤ法においては、
高温に加熱された触媒用フィラメントからの輻射熱によ
り基板が加熱されて基板温度が上昇してしまうため、基
板温度を低温に保つことが難しいという問題点があり、
これまでに、この問題点に対し改良を加えた触媒ＣＶＤ
装置が開発されている。

【０００７】ここで、従来の触媒ＣＶＤ装置のうち、本
発明に関係があると思われる第１の従来例について図９
を参照しながら説明する。（必要ならば、特開平３−２
３９３２０号公報参照。） 図９中、２１は成膜用基板を保持する基板サセプタ、２
２は成膜用基板、２３は触媒用フィラメントからの輻射
熱を反射する輻射遮蔽板、２４は触媒用フィラメント、
２５は原料ガス導入管、２６は原料ガス導入管に設けら
れた原料ガス導入口、２８は輻射遮蔽板に形成された隙
間、２９は基板サセプタを加熱するヒータ、３０はチャ
ンバを示す。

【０００８】図９の触媒ＣＶＤ装置は、基板サセプタ２
１と原料ガス導入管２５の間に、基板サセプタ側から輻
射遮蔽板２３及び触媒用フィラメント２４が順次配置さ
れた構造となっている。

【０００９】また、前記輻射遮蔽板２３は、上段スリッ
ト２３ａと下段スリット２３ｂの２重構造をなし、上段
スリット２３ａ及び下段スリット２３ｂは隙間２８を介
して互いの開口部を塞ぐようにずらして配置され、触媒
用フィラメント側からは基板サセプタが直接見えないよ
うな構造となっている。

【００１０】次に、図９の触媒ＣＶＤ装置を用いて成膜
を行う方法について説明する。まず、基板サセプタ２１
上に成膜用基板２２を載置し、真空ポンプ（図示せ
ず。）を用いてチャンバ３０内を排気し、０．１ｔｏｒ
ｒ程度の圧力まで減圧する。

【００１１】続いて、触媒用フィラメント２４に通電し
て、この触媒用フィラメントを１０００℃以上の高温、
例えば１５００℃程度に保持する。また、ヒータ２９に
通電して基板サセプタを加熱することにより成膜用基板
を加熱する。

【００１２】このとき、輻射遮蔽板２３を用いない場合
は、成膜用基板の温度は４００℃以上の高温に上昇して
しまうが、この場合、輻射遮蔽板により触媒用フィラメ
ント側から基板サセプタ及び成膜用基板が直接見えない
ように完全に遮蔽しているので、触媒用フィラメントか
らの輻射熱による成膜用基板の温度上昇は低減され、成
膜用基板の温度は１５０℃程度に低く保持することがで
きる。

【００１３】続いて、触媒用フィラメントの温度が一定
に保持された後、原料ガス導入口２６より目的とする薄
膜の原料ガスをチャンバ内に導入する。導入された原料
ガスは、触媒用フィラメントの周囲を通過する際に触媒
作用を受けた後、前記輻射遮蔽板の上段スリット２３ａ
と下段スリット２３ｂの隙間２８を通って成膜用基板ま
で到達し、分解反応が行われて目的とする薄膜が成膜さ
れる。

【００１４】次に、本発明に関係があると思われる第２
の従来例について図１０を参照しながら説明する。図
中、図９で示したものと同一のものは同一の記号で示し
てあり、２７は金属製シャッタである。

【００１５】図１０に示すように、第２の従来例の触媒
ＣＶＤ装置の構成は、第１の従来例と比べて輻射遮蔽板
２３の代わりに開閉可能に動作して成膜用基板２２を覆
う金属製シャッタ２７が設けられている点で相違してい
る。

【００１６】次に、第２の従来例の触媒ＣＶＤ装置を用
いて成膜を行う方法について説明する。まず、第１の従
来例の場合と同様に、基板サセプタ２１上に成膜用基板
２２を載置し、真空ポンプ（図示せず。）を用いてチャ
ンバ３０内を減圧する。

【００１７】続いて、成膜用基板を金属製シャッタ２７
により覆った状態のまま触媒用フィラメント２４に通電
し触媒用フィラメントを１０００℃以上の高温、例えば
１５００℃程度に保持する。そして、触媒用フィラメン
トが一定の温度に保持された後、成膜用基板が触媒用フ
ィラメントからの輻射熱により加熱されることを見越し
て、金属製シャッタを開けて、予め成膜用基板の温度を
上昇させる。

【００１８】続いて、触媒用フィラメントからの輻射熱
による成膜用基板の温度上昇が飽和してきた段階で金属
製シャッタを再び閉じ、成膜用基板を金属製シャッタで
覆った状態で原料ガス導入口２６より原料ガスを導入す
る。

【００１９】そして、触媒用フィラメント２４の触媒作
用による原料ガスの分解反応が定常的な反応になった段
階で再び金属性シャッタを開けることにより、成長用基
板に原料ガスが供給され、成膜用基板への薄膜形成が行
われる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第１及び第２の従来例の触媒ＣＶＤ装置にはそれぞれ欠
点がある。

【００２１】すなわち、まず第１の従来例の触媒ＣＶＤ
装置では、原料ガス導入口２６より導入された原料ガス
は、輻射遮蔽板の上段スリット２３ａと下段スリット２
３ｂの間の小さな隙間２８を通って成膜用基板２２に到
達する経路をたどるのみであるので、成膜用基板への原
料ガスの供給が輻射遮蔽板により大きく遮られ、原料ガ
ス供給量を十分に確保することができず、その結果成膜
速度が著しく低下してしまう。

【００２２】例えば、触媒用フィラメント２４の材料に
タングステンを用い、触媒用フィラメントを１５００℃
に加熱した条件では、輻射遮蔽板２３の効果により成膜
用基板の温度を１５０℃程度に低く保持することができ
るものの、成膜速度は輻射遮蔽板がない場合に比べてお
よそ３０％程度まで低下してしまう。（必要ならば、特
開平３−２３９３２０号公報の第４図参照。） このため、第１の従来例の触媒ＣＶＤ装置では、必要と
なる成膜時間が長くなることに起因して製造コストも大
きく上昇してしまうので、実際上、半導体装置の量産装
置としては不向きであるといえる。

【００２３】加えて、第１の従来例の触媒ＣＶＤ装置で
は、原料ガスが成膜用基板に到達するまでの経路は上段
スリットと下段スリットの間の隙間２８の部分で大きく
湾曲し直線的にはならないので、チャンバ内での原料ガ
スの流量分布を制御することが困難になる。その結果、
成膜用基板上への原料ガス供給量の面内分布を厳密に制
御することが困難になるため、膜厚や膜質の点で不均一
な面内分布を有する薄膜が形成されてしまう。

【００２４】一方、第２の従来例の触媒ＣＶＤ装置で
は、成膜プロセス中に金属製シャッタ２７を繰り返し開
閉する必要があるため、第１に金属製シャッタの開閉に
伴う装置制御の煩雑さが生じる。

【００２５】これに加えて、上述のように、原料ガスを
導入する前にいったん金属製シャッタを開けて触媒用フ
ィラメント２４からの輻射熱により成膜用基板２２を加
熱したとしても、その後金属製シャッタを閉めたとき、
必然的に成膜用基板の温度が低下してしまう。

【００２６】例えば、金属シャッタを開けたときは成膜
用基板の温度は３００℃以上、例えば４００℃程度まで
上昇するが、その後金属シャッタを閉めたとき２５０℃
程度まで成膜用基板の温度は低下してしまう。更に、再
び金属製シャッタを開けたとき、その時点から成膜用基
板の温度は再度上昇してはじめる。

【００２７】このように、第２の従来例の触媒ＣＶＤ装
置では、成膜プロセス全体にわたって成膜用基板の温度
を一定の値に制御することは困難である。このため、特
に成膜の初期過程において、成膜用基板と薄膜の界面を
構成する初期成長層を均一で良質な膜として形成するこ
とは困難であり、その結果良質な膜質を有する薄膜を形
成することができない。

【００２８】また、第２の従来例の触媒ＣＶＤ装置の場
合、成膜プロセス中、成膜用基板は絶えず触媒用フィラ
メントからの輻射熱の影響を受けるので、成膜用基板の
温度が上昇してしまう。このため、第２の従来例の触媒
ＣＶＤ装置では、目的とする薄膜の膜厚や膜質などのパ
ラメータを制御することなども困難であるばかりでな
く、プロセス低温化の妨げにもなってしまう。

【００２９】本発明は上述の問題点を鑑みてなされたも
のであり、成膜用基板の温度上昇を低減し、プロセスの
低温化を可能にするとともに、十分な大きさの成膜速度
を確保することができ、成膜プロセス中の基板温度を一
定に保持することができる触媒ＣＶＤ装置、及びこの触
媒ＣＶＤ装置を用いた半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。図中、１は基板サセプタ、２は成膜用基板、
３は触媒フィラメントからの輻射熱を反射する輻射遮蔽
板、４は触媒用フィラメント、５は原料ガス導入管、６
は原料ガス導入管に設けられた原料ガス導入口、７は触
媒用フィラメント4からの輻射熱に対して透明なシャッ
タ、8は輻射遮蔽板に設けられた開口部である。

【００３１】以下、図１を参照しながら本発明の課題を
解決する手段について説明する。

【００３２】（１）本発明の触媒ＣＶＤ装置は、基板サ
セプタ１と触媒用フィラメント4との間に設けられた輻
射遮蔽板3が、触媒用フィラメント４側から見て基板サ
セプタ１の少なくとも一部が見えるような開口部８を備
えた構造を有することを特徴とする。

【００３３】この構造により、本発明では、高温に加熱
された触媒用フィラメントからの輻射熱の一部を遮蔽し
て成膜用基板に到達する輻射熱の量を低減することがで
きるとともに、前記開口部により、原料ガス導入口６と
成膜用基板２の間で目的とする薄膜の原料ガスが遮蔽さ
れることのない経路が確保されているので、前記開口部
を通して十分な量の原料ガスを成膜用基板上に供給する
ことができる。

【００３４】従って、本発明によれば、高温に加熱され
た触媒用フィラメントからの輻射熱に起因した成膜用基
板の温度上昇を低減することができるとともに、目的と
する薄膜の成長速度を十分に大きくすることが可能とな
る。

【００３５】また、本発明では輻射遮蔽板の開口部８の
形状を適切に設計することにより、チャンバ内での原料
ガスの流量分布を容易に制御することができるので、成
膜用基板上への原料ガス供給量の面内分布を厳密に制御
することが可能になり、面内で均一な膜厚や膜質を有す
る薄膜を形成することができる。

【００３６】（２）更に、本発明の触媒ＣＶＤ装置は、
触媒用フィラメント4からの輻射熱に対して透明なシャ
ッタ7が基板サセプタ１と触媒用フィラメント4との間に
設けられた構造を有する点を特徴とする。

【００３７】この構造により、本発明では、原料ガス導
入の初期段階において、分解反応が不安定な状態の原料
ガスが成膜用基板に到達するのを抑止するためにシャッ
タ７により成膜用基板２を覆ってしまった場合でも、触
媒用フィラメント4からの輻射熱はシャッタ7を通して成
膜用基板２に到達することができる。

【００３８】従って、本発明によれば、シャッタの開閉
状態によらず成膜用基板に到達する輻射熱の熱量は常に
一定に保つことができ、シャッタの開閉に起因して成膜
用基板の温度が変動することを防止することができる。

【００３９】（３）更に、本発明の触媒ＣＶＤ装置は、
前記輻射遮蔽板３が前記触媒用フィラメント４と同一の
高融点金属材料により構成されたことを特徴とする。

【００４０】一般に、触媒ＣＶＤ装置で用いられる触媒
用フィラメント４は、成膜プロセス中の高温状態でも不
純物が発生しにくい高純度の良質な高融点金属材料によ
り構成される。

【００４１】従って、上述のように、輻射遮蔽板３もこ
の触媒用フィラメントと同一の高融点金属により構成す
ることにより、本発明では、触媒用フィラメント４から
の輻射熱により輻射遮蔽板３が高温に加熱された場合で
も、輻射遮蔽板より不純物が発生するのを抑制でき、そ
の結果この不純物に起因して目的とする薄膜の膜質が劣
化するのを防止することができる。

【００４２】（４）更に、本発明の触媒ＣＶＤ装置にお
いては、前記輻射遮蔽板３の開口部８は、開口された領
域の面積比率が前記輻射遮蔽板の中心部から端部に向か
うに従って大きくなるように形成されたことを特徴とす
る。

【００４３】一般に、触媒用フィラメント４からの輻射
熱の熱量分布は、触媒用フィラメントの中央部で最大値
をとり、中央部から端部に向かうに従って小さくなる傾
向を示す。従って、本発明では、この輻射熱の熱量分布
に対応させて、輻射遮蔽板の開口された領域の面積比率
を輻射遮蔽板の中央部で小さくし端部に向かうに従って
大きくなるようにしている。

【００４４】これにより、成膜用基板２に到達する輻射
熱の熱量分布を基板面内で一定にすることができるの
で、成膜用基板の温度の面内分布を均一に保持すること
ができ、基板面内で均一な膜厚や膜質を有する薄膜を形
成することができる。

【００４５】（５）一方、本発明の半導体装置の製造方
法は、前記（１）乃至（４）の触媒用ＣＶＤ装置を用
い、基板サセプタ２上に成膜用基板１を載置し、触媒用
フィラメント４を加熱して一定の温度に保持し、シャッ
タ７を閉じて成膜用基板２を覆った状態で原料ガス導入
管５に設けられた原料ガス導入口６より原料ガスを供給
し、前記シャッタを開けて原料ガスを成膜用基板上に供
給することにより薄膜を形成することを特徴とする。

【００４６】従って、本発明では、前記（１）乃至
（４）の触媒用ＣＶＤ装置を用いて薄膜形成を行うた
め、大きな成膜速度を確保しながら、成膜プロセス中に
成膜用基板の温度を一定に保持することができるので、
良質な膜質及び均一な膜厚を有する薄膜を生産性よく形
成することができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の第1の実施形態
を示す概略図であり、触媒ＣＶＤ装置の全体断面図であ
る。また、図３及び図４は基板サセプタに対し垂直な方
向から見たときの、本発明の第1の実施形態の触媒ＣＶ
Ｄ装置の各構成部材の概略図を表すものである。

【００４８】図２乃至４中、図１で示したものと同一の
ものは同一の記号で示してあり、９は基板サセプタを加
熱するヒータ、１０は真空ポンプ（図示せず。）に接続
された排気孔、１１はチャンバである。

【００４９】図２に示すように、ヒータ９が埋め込まれ
た基板サセプタ１上に成膜用基板として円板状のシリコ
ン基板２が載置され、基板サセプタ１に対向する位置
に、原料ガス導入管５が設置されている。

【００５０】原料ガス導入管５は、図４（ｂ）に示すよ
うな円環状の形状を有するものであり、原料ガスをチャ
ンバ１１内に導入する原料ガス導入口６が複数設けられ
ている。ここで、基板サセプタ１と原料ガス導入管５の
間の距離は、１５０ｍｍ程度である。

【００５１】そして、基板サセプタ1及びシリコン基板
２と原料ガス導入管５の間には、基板サセプタ１側から
シャッタ7、輻射遮蔽板３及び触媒用フィラメント４が
順次設けられている。

【００５２】シャッタ７には、図３（ａ）に示すよう
な、触媒用フィラメントからの輻射熱が透過可能な石英
製の円板状シャッタを用い、この石英シャッタ７はシリ
コン基板２を完全に覆い隠すことができる程度の大き
さ、例えば、７５ｍｍ程度の半径を有するものである。
ここで、基板サセプタ１と石英シャッタ７の間の距離
は、２５ｍｍ程度である。

【００５３】シャッタ７を輻射熱に対して透明な石英製
としているので、シャッタによりシリコン基板を完全に
覆った状態でも、シリコン基板に向かう輻射熱は遮られ
ることがなく、石英シャッタ７の開閉動作に関係なく常
に一定量の輻射熱がシリコン基板２に供給される。従っ
て、石英シャッタの開閉に関係なくシリコン基板の温度
を一定に保持することができる。

【００５４】触媒用フィラメント４の材料には、触媒効
率の高い高純度のタングステンを用い、このタングステ
ンからなるフィラメント４は直径０．５ｍｍ程度のタン
グステンワイヤを変形させて作製する。

【００５５】また、タングステンフィラメント４は、図
３（ｂ）に示すように、シリコン基板２の円形形状に対
応して各頂点間の間隔が中央部で広く、端部に近づくに
つれてやや狭くなるような、ノコギリ波状を有してい
る。ここで、タングステンフィラメント４と基板サセプ
タ１の間の距離は、５０ｍｍ程度に設定されている。

【００５６】輻射遮蔽板３の材料には、触媒用フィラメ
ント４と同一の高純度タングステンを用いる。高純度タ
ングステンは高温に加熱された状態においても不純物が
発生しにくい材料なので、これにより、タングステンフ
ィラメント４からの輻射熱により加熱されて輻射遮蔽板
３が高温になった場合でも、輻射遮蔽板３から不純物の
発生量を大きく低減することができる。

【００５７】また、輻射遮蔽板３は、図４（ａ）に示す
ようにスリット状の形状を有しており、各々のスリット
が輻射遮蔽板３の開口部８を構成する。図４（ａ）の輻
射遮蔽板３は、タングステンフィラメント４からの輻射
熱の一部を反射するとともに、この開口部８を通して十
分な量の原料ガスをシリコン基板２上に供給できるの
で、例えば第１の従来例の場合とは異なり、輻射熱によ
る基板２の温度上昇を抑制しながら十分な大きさの成膜
速度を実現することができる。

【００５８】加えて、この輻射遮蔽板３においては、各
々のスリットの幅は中央部では狭く、端部に向かうに従
って広くなるように設定されている。例えば、スリット
の幅は中央部では１０ｍｍ程度、端部では２０ｍｍ程度
になるように設定される。尚、輻射遮蔽板３はタングス
テンフィラメント４から２０ｍｍ程度離して設置されて
いる。

【００５９】このように、スリットの幅を輻射遮蔽板の
中央部と端部において別々に設定することにより、輻射
遮蔽板を通過する輻射熱の熱量を遮蔽板面内の各所で適
切に調整できるので、シリコン基板上に到達する熱量分
布を基板面内で一定にすることができ、シリコン基板の
温度の面内分布を均一にすることができる。

【００６０】一方、前記開口部８の輻射遮蔽板全体の中
に占める面積比率に関しては、輻射熱の遮蔽効果と薄膜
の成膜速度の間で成立するトレードオフの関係を考慮し
て決定する必要がある。

【００６１】すなわち、開口する面積比率を大きくした
場合、シリコン基板に到達する原料ガスの流量を多くと
ることができ、大きな成膜速度を得ることができる一
方、タングステンフィラメントからシリコン基板に到達
する輻射熱の熱量も多くなるため、成膜プロセス中にシ
リコン基板の温度上昇を抑制することができない。

【００６２】逆に、開口する面積比率を小さくした場
合、シリコン基板に到達する輻射熱の熱量を大きく制限
できるので、シリコン基板の温度上昇を防止することが
できる一方、シリコン基板に到達する原料ガスの流量も
少なくなってしまうため、成膜速度も小さくなってしま
う。

【００６３】従って、輻射遮蔽板における開口部８の面
積比率は、成膜速度を大きくする観点からは可能な限り
大きな値にすることが望ましいものの、シリコン基板２
上にすでに形成されている材料の熱容量や熱耐性などの
諸条件を応じて小さくする方向の制限を受けて、適切な
値に決定される。

【００６４】一般に、開口部８の面積比率は、輻射遮蔽
板がないときと比べてシリコン基板に到達する輻射熱の
熱量が少なくとも半分以下になるように設定すればよ
い。尚、第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の場合、輻射
遮蔽板の開口部８の面積比率は４０％程度としている。

【００６５】次に、上記第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装
置を用いて薄膜を形成する方法について説明する。ここ
では、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）とアンモニア
（ＮＨ₃）を用いて、シリコン基板上にシリコン窒化膜
（Ｓｉ_xＮ_y）を形成する場合について説明する。

【００６６】まず、基板サセプタ１上にシリコン基板２
を載置した後、チャンバ１１内を真空ポンプ（図示せ
ず。）により、０．０３ｔｏｒｒ程度の圧力になるよう
に減圧する。

【００６７】続いて、石英シャッタ７によりシリコン基
板２を覆った状態で、ヒータ８に通電してシリコン基板
２を加熱するとともに、タングステンフィラメント４に
通電して加熱し、タングステンフィラメント４を１６０
０℃以上の高温、例えば１６１０℃程度に保持する。

【００６８】これは、タングステンによる十分な触媒作
用を得ると同時に、原料ガスであるシランとフィラメン
ト材料であるタングステンとの化学反応により、フィラ
メント表面にタングステンシリコン（ＷＳｉ）が形成さ
れて、フィラメントの材質が劣化して、触媒効率が低下
するのを防止するためである。

【００６９】続いて、タングステンフィラメント４の温
度が一定になった段階で、原料ガス導入管５を介して原
料ガス導入口６よりチャンバ１１内にシランとアンモニ
アを導入する。導入されたシラン及びアンモニアは、高
温のタングステンフィラメント４の周囲を通過する際に
タングステンによる触媒作用を受ける。

【００７０】そして、この触媒作用による原料ガスの分
解反応が定常的な反応になった段階で石英シャッタ７を
開け、シリコン基板への原料ガスの供給を開始する。シ
ラン及びアンモニアはそれぞれ輻射遮蔽板３の開口部８
を通ってシリコン基板２まで到達し、順次分解反応が行
われてシリコン基板上に所望の窒化シリコン膜が形成さ
れる。

【００７１】上述の成膜プロセス中、シリコン基板２の
温度は３００℃以下の低温、例えば２８０℃の一定値に
保持することができる。また、石英シャッタ７の開閉の
時にもシリコン基板２の温度変動は小さく、基板面内の
温度分布も均一に制御することができる。

【００７２】また、シリコン窒化膜の成膜速度は、輻射
遮蔽板３を設けない場合の６０〜７０％程度の大きさに
とどめることができ、例えば第１の従来例の場合に比べ
て成膜速度の減少を少なく抑え、成膜速度を十分大きく
とることができる。

【００７３】従って、第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装置
を用いることにより、十分な大きさの成膜速度を確保し
ながら、成膜プロセス中にシリコン基板の温度を一定に
保持することができるので、良質な膜質と均一な膜厚を
有する薄膜を生産性よく形成することができる。また、
将来のプロセスの低温化にも十分対応することが可能で
ある。

【００７４】図５は本発明の第２の実施形態の触媒ＣＶ
Ｄ装置の概略図であり、触媒ＣＶＤ装置の全体断面図で
ある。図６は基板サセプタに垂直な方向から見たときの
輻射遮蔽板の概略図である。図５及び６中、図１乃至４
で示したものと同一のものは同一の記号で示してある。

【００７５】図５の第２の実施形態の触媒ＣＶＤ装置
は、図２の第１の実施形態の場合とほぼ同様の構造を有
するものであるが、図６に示すように、輻射遮蔽板３が
基板サセプタ１に垂直な方向から見て図３（ｂ）に示し
たタングステンフィラメント４の形状と同一の形状とな
っており、かつ基板サセプタ１側から見て輻射遮蔽板３
によりタングステンフィラメント４が完全に隠れるよう
に、輻射遮蔽板３及びタングステンフィラメント４が配
置されている点で相違する。

【００７６】輻射遮蔽板３を図６のような形状とするこ
とにより、基板サセプタ１側から見てタングステンフィ
ラメント４が直接見えないような構造にすることができ
るので、第１の実施形態の場合よりもタングステンフィ
ラメントからの輻射熱をより効率よく反射することがで
きる。

【００７７】従って、輻射遮蔽板３において輻射熱の反
射効率が向上した分だけ開口部８の面積比率を更に大き
くすることができるようになるので、シリコン基板２へ
供給することができる原料ガスの量を増加させることが
でき、その結果、第１の実施形態の場合に比べて成膜速
度を更に大きくすることが可能になる。

【００７８】図７は本発明の第３の実施形態の触媒ＣＶ
Ｄ装置の概略図であり、触媒ＣＶＤ装置の全体断面図で
ある。図中、図１乃至６で示したものと同一のものは同
一の記号で示してある。

【００７９】図７の第３の実施形態の触媒ＣＶＤ装置
は、図２の第１の実施形態の場合とほぼ同様の構造を有
するものであるが、図７中の輻射遮蔽板３ａ、３ｂ及び
３ｃによって示されるように、輻射遮蔽板３が同一形状
の部材を３段重ねにして構成されている点で相違する。

【００８０】一般に、輻射遮蔽板３はタングステンフィ
ラメント４からの輻射熱により加熱されて高温状態にな
っているので、実際には輻射遮蔽板３からも二次的な輻
射熱が発生してしまう。

【００８１】これに対し、図７の第３の実施形態の触媒
ＣＶＤ装置では、上述のように同一形状の輻射遮蔽板を
複数段重ねて配置しているので、例えば高温に加熱され
た輻射遮蔽板３ａから発生した輻射熱を、残りの輻射遮
蔽板３ｂ、３ｃにより反射することができる。従って、
第１の実施形態の場合と比べてシリコン基板に到達する
輻射熱の熱量をより効果的に低減することが可能とな
る。

【００８２】その結果、タングステンフィラメントから
の輻射熱によるシリコン基板の温度上昇をより小さく抑
えることができ、成膜プロセス中のシリコン基板の温度
の安定性を更に向上させることができるようになる。

【００８３】尚、図７では、輻射遮蔽板３を３段重ねの
構造にしているが、輻射遮蔽板３は複数段重ねの構造を
有していればよく、重ねる段数としては２段や４段以上
としてもよいことはもちろんである。

【００８４】また、それぞれの輻射遮蔽板の形状は、第
１の実施形態の場合のスリット状の形状や、第２の実施
形態の場合のタングステンフィラメント４と同一の形状
とすることも可能であり、他の装置構成部材の構造やシ
リコン基板にすでに形成されている材料などの諸条件に
応じて様々な形状がとることができる。

【００８５】図８は本発明の第４の実施形態の触媒ＣＶ
Ｄ装置の概略図であり、図８（ａ）は触媒ＣＶＤ装置の
全体断面図である。図中、図１乃至７で示したものと同
一のものは同一の記号で示してあり、１２はシャッタ７
の可動部、１３はシャッタ７の固定部である。図８
（ｂ）はシャッタ７が閉じた状態を示す断面図であり、
図８（ｃ）はシャッタ７が開いた状態を表す断面図であ
る。

【００８６】図８の第４の実施形態の触媒ＣＶＤ装置
は、図２の第１の実施形態の場合とほぼ同様の構造を有
するものであるが、タングステンフィラメント４と基板
サセプタ１との間に設けられた石英シャッタ７が可動部
１２と固定部１３とから構成され、前記可動部１２を前
記固定部１３に対して動かすことによりシャッタとして
の役割を果たすようにした点で相違する。

【００８７】図８の第４の実施形態の触媒ＣＶＤ装置で
は、可動部１２を動作させて、図８（ｂ）に示したよう
な、可動部１２が基板サセプタ１などの構成部材に対し
て水平になっている状態から、図８（ｃ）に示したよう
な可動部１２を下方に傾斜させた状態に変化させること
により、シャッタ７の開閉動作が行われる。

【００８８】これにより、シャッタ７の開閉動作を短時
間で行うことができ、シャッタの開閉に伴う装置制御の
煩雑さを低減することができるとともに、シャッタを開
いたときにシャッタを格納しておく空間を装置内に設け
ることが不要になるので、装置を小型化することがで
き、装置の設置面積を削減することができる。

【００８９】また、図８では、シャッタ７を図８（ｂ）
及び（ｃ）に示したような可動部と固定部を有する構造
に変更し、このシャッタ７を輻射遮蔽板３とは独立に設
けているが、シャッタの可動部１２及び固定部１３を輻
射遮蔽板３の開口部８に設けるように構成することも可
能である。これにより、シャッタ７と輻射遮蔽板３を一
体化することができるので、装置構成を簡単にすること
ができ、触媒ＣＶＤ装置の小型化を更に促進することが
できる。

【００９０】この場合、例えば、図４（ａ）に示したス
リット状の開口部８を有する輻射遮蔽板３において、そ
のスリット部に、触媒用フィラメント４からの輻射熱に
対して透明な、石英などの材料からなる可動部を設け、
この可動部と輻射遮蔽板とを固定部を介して結合させれ
ばよい。

【００９１】尚、上述の本発明の第1及び第４の実施の
形態では、触媒用フィラメント４の材料としてはタング
ステンを用いたが、これに限定されるものではなく、触
媒作用を有する材料であればよく、例えばモリブデン
（Ｍｏ）やタンタル（Ｔａ）などの高融点金属で代用す
ることができる。

【００９２】また、上述の本発明の第1及び第４の実施
の形態では、触媒用フィラメント４の形状としてはノコ
ギリ波状としているが、これに限定されるものではな
く、成膜用基板２や原料ガス導入口６の位置などの、他
の装置構成部材の配置や形状に応じて適宜設計すればよ
いものである。

【００９３】また、上述の本発明の第1及び第４の実施
の形態では、シャッタ７として石英製のシャッタを用い
ているが、触媒用フィラメント４からの輻射熱に対して
高い透過率を有する材料であれば、本発明のシャッタ７
の効果を奏することができ、例えば、代わりにガラス、
サファイア及びセラミック製のシャッタを用いることも
できる。

【００９４】また、上述の本発明の第1及び第４の実施
の形態では、輻射遮蔽板３としては触媒用フィラメント
４と同一の高純度タングステンを用いているが、これに
限定されるものではなく、触媒用フィラメント４からの
輻射熱に対して透過率が低く、輻射熱に対して一定の遮
蔽効果を有する材料であればよい。

【００９５】また、上述の本発明の第1及び第４の実施
の形態では、輻射遮蔽板３の形状としてはスリット状や
ノコギリ波状としているが、これに限定されるものでは
なく、触媒用フィラメント４などの他の装置構成部材の
配置や形状に応じて適宜設計すればよく、例えば、他に
網目状にすることもできる。

【００９６】また、上述の本発明の第1及び第４の実施
の形態では、シランとアンモニアにより窒化シリコン膜
を形成する場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、本発明の触媒ＣＶＤ装置は、半導体、絶
縁体及び金属からなるあらゆる薄膜の形成に対して適用
することができるものである。

【００９７】ここで、再び、本発明の内容について付記
として説明する。 （付記１）基板を保持するための基板サセプタと、チャ
ンバ内に原料ガスを供給する原料ガス導入部と、前記基
板サセプタと前記原料ガス導入部の間に設けられ、電流
を流すことより加熱することができる触媒用フィラメン
トと、前記触媒用フィラメントと前記基板サセプタの間
に設けられ、加熱された前記触媒用フィラメントからの
輻射熱を遮蔽する輻射遮蔽板とを備えた触媒ＣＶＤ装置
であって、 前記輻射遮蔽板は前記触媒フィラメント側
から見て前記基板サセプタの少なくとも一部が見えるよ
うな開口部を有することを特徴とする触媒ＣＶＤ装置。

【００９８】（付記２）前記基板サセプタと前記輻射遮
蔽板の間に、前記触媒用フィラメントからの輻射熱に対
して透明なシャッタが更に設けられたことを特徴とする
付記（１）記載の触媒ＣＶＤ装置。

【００９９】（付記３）前記輻射遮蔽板が前記触媒用フ
ィラメントと同一の高融点金属材料により構成されたこ
とを特徴とする付記（１）又は（２）記載の触媒ＣＶＤ
装置。

【０１００】（付記４）前記輻射遮蔽板に設けられた前
記開口部が、開口された領域の面積比率が前記輻射遮蔽
板の中心部から端部に向かうに従って大きくなるように
形成されたことを特徴とする付記（１）乃至（３）記載
の触媒ＣＶＤ装置。

【０１０１】（付記５）前記基板サセプタに垂直な方向
から見たときの前記輻射遮蔽板の形状がスリット状もし
くは網目状であることを特徴とする付記（１）乃至
（４）記載の触媒ＣＶＤ装置。

【０１０２】（付記６）前記基板サセプタに垂直な方向
から見たときの前記輻射遮蔽板の形状が前記触媒用フィ
ラメントと略同一の形状であって、かつ前記基板サセプ
タ側から見て前記触媒用フィラメントが前記輻射遮蔽板
により完全に隠れるように配置されたことを特徴とする
付記（１）乃至（５）記載の触媒ＣＶＤ装置。

【０１０３】（付記７）前記輻射遮蔽板が同一の形状を
有する遮蔽板を複数段重ねて構成されていることを特徴
とする付記（１）乃至（６）記載の触媒ＣＶＤ装置。

【０１０４】（付記８）前記シャッタが固定部と、前記
固定部に対して動作可能な可動部とからなり、前記可動
部が動作することによりシャッタの開閉が行われること
を特徴とする付記（２）乃至（７）記載の触媒ＣＶＤ装
置。

【０１０５】（付記９）付記（１）乃至（８）記載の触
媒ＣＶＤ装置を用い、前記基板サセプタ上に成膜用基板
を載置する工程と、前記触媒用フィラメントを加熱して
一定の温度に保持する工程と、前記原料ガス導入部より
原料ガスを前記チャンバ内に供給する工程とを有し、前
記触媒用フィラメント及び前記輻射遮蔽板を介して前記
成膜用基板上に前記原料ガスを供給することにより前記
成膜用基板上に薄膜を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。

【０１０６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の触媒ＣＶＤ
装置は、基板サセプタと触媒用フィラメントの間に、触
媒用フィラメント側から見て基板サセプタの少なくとも
一部が見えるような開口部を有する輻射遮蔽板を備えた
構造を有している。

【０１０７】この構造により、成膜用基板に到達する触
媒用フィラメントからの輻射熱を低減することができる
とともに、前記開口部を通して十分な量の原料ガスを成
膜用基板上に供給することができるので、輻射熱に起因
した成膜用基板の温度上昇を低減して成膜プロセス中の
成膜用基板の温度を一定に保持することができるととも
に、目的とする薄膜の成長速度を十分大きな値にするこ
とができるという特有の効果を奏する。

【０１０８】従って、本発明は係る触媒ＣＶＤ装置の性
能の向上、及び前記触媒ＣＶＤ装置を用いた半導体装置
の製造方法の発展に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図

【図２】 本発明の第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
概略を表す全体断面図

【図３】 本発明の第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
構成部材の概略図

【図４】 本発明の第１の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
構成部材の概略図

【図５】 本発明の第２の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
概略を表す全体断面図

【図６】 本発明の第２の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
構成部材の概略図

【図７】 本発明の第３の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
概略を表す全体断面図

【図８】 本発明の第４の実施形態の触媒ＣＶＤ装置の
概略を表す全体断面図

【図９】 第１の従来例である触媒ＣＶＤ装置の概略を
表す全体断面図

【図１０】第２の従来例である触媒ＣＶＤ装置の概略を
表す全体断面図

【符号の説明】

１ 基板サセプタ、 ２ 成膜用基板、 ３ 輻射遮蔽板、 ４ 触媒用フィラメント、 ５ 原料ガス導入管、 ６ 原料ガス導入口、 ７ シャッタ、 ８ 開口部、 ９ ヒータ、 １０ 排気孔、 １１ チャンバ、 １２ 可動部、 １３ 固定部、 ２１ 基板サセプタ、 ２２ 成膜用基板、 ２３ 輻射遮蔽板、 ２４ 触媒用フィラメント、 ２５ 原料ガス導入管、 ２６ 原料ガス導入口、 ２７ 金属製シャッタ、 ２８ 隙間、 ２９ 基板サセプタを加熱するヒータ、 ３０ チャンバ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA13 BA40 CA04 EA03 FA10 GA02 KA12 KA24 KA49 4M104 DD44 HH20 5F045 AB33 AC01 AC12 AD06 AE17 AF03 BB02 BB07 BB09 EB02 EB03 EF04 EF18 EK09 EK21

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】基板を保持するための基板サセプタと、 チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス導入部と、 前記基板サセプタと前記原料ガス導入部の間に設けら
   れ、電流を流すことより加熱することができる触媒用フ
   ィラメントと、 前記触媒用フィラメントと前記基板サセプタの間に設け
   られ、加熱された前記触媒用フィラメントからの輻射熱
   を遮蔽する輻射遮蔽板とを備えた触媒ＣＶＤ装置であっ
   て、 前記輻射遮蔽板は前記触媒フィラメント側から見て前記
   基板サセプタの少なくとも一部が見えるような開口部を
   有することを特徴とする触媒ＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】前記基板サセプタと前記輻射遮蔽板の間
   に、前記触媒用フィラメントからの輻射熱に対して透明
   なシャッタが更に設けられたことを特徴とする請求項１
   記載の触媒ＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】前記輻射遮蔽板が前記触媒用フィラメント
   と同一の高融点金属材料により構成されたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の触媒ＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】前記輻射遮蔽板に設けられた前記開口部
   が、開口された領域の面積比率が前記輻射遮蔽板の中心
   部から端部に向かうに従って大きくなるように形成され
   たことを特徴とする請求項１乃至３記載の触媒ＣＶＤ装
   置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４記載の触媒ＣＶＤ装置を用
   い、 前記基板サセプタ上に成膜用基板を載置する工程と、 前記成長用基板を加熱するとともに、前記触媒用フィラ
   メントを加熱して一定の温度に保持する工程と、 前記原料ガス導入部より原料ガスを前記チャンバ内に供
   給する工程とを有し、 前記原料ガス導入部より前記触媒用フィラメント及び前
   記輻射遮蔽板を介して前記成膜用基板上に前記原料ガス
   を供給することにより前記成膜用基板上に薄膜を形成す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。