JP2008283218A - 化学蒸着装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体４と基板ホルダー５間を遮蔽及び開口するためのシャッター７を備えた化学蒸着装置において、シャッター７の開閉制御を最適化して成膜開始初期の膜質の劣悪性を解消する。
【解決手段】前記シャッター７が遮蔽位置にある状態で前記発熱体４への通電を開始し、前記発熱体４を所定温度まで発熱させた後、原料ガスの供給を開始すると共に、排気速度を制御して、処理容器１内を所定の圧力とし、その後前記シャッター７を開口位置へ移動させる制御部８を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱体を用いて基板に所定の薄膜を作成する化学蒸着装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）法による成膜が多く用いられている。

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５を使用して説明する。図５は、従来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５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、発熱体４の作用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。

図５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。

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。

上述した発熱体ＣＶＤ法を行う従来の化学蒸着装置のうち、ある種の装置は、非特許文献１等に示されているように、発熱体４と基板９との間にシャッターを備えている。

Ｊａｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｙｓ． Ｖｏｌ．３７（１９９８）ｐｐ．３１７５−３１８７

しかしながら、シャッターの技術的意義や具体的な制御方法について説明されている文献はなく、シャッターがどのように動作するかは不明であった。

発明者は、図５に示すように従来の装置にシャッター７を付加し、一つの制御例として、以下のようにシャッター７を制御して成膜を試みた。即ち、まず原料ガスの導入を開始し、原料ガスの流量を所定の値に保った後、発熱体４へのエネルギー供給を開始する。エネルギーの供給によって発熱体４の温度が上昇し、熱平衡に達して所定の高温に維持されていることを確認するとともに、排気系２の制御等によって処理容器１内を所定の圧力に調整した後、シャッター７を開くようにした。この制御は、発熱体４の表面で生ずる生成物が基板に到達するのを遮蔽するようにシャッター７が設けられていることを考慮し、原料ガスの流量、処理容器１内の圧力及び発熱体４の温度という各成膜条件が所定の値に維持されていることを確認してからシャッター７を開いて成膜を開始するものである。このようにすれば、成膜の再現性が高く維持され、品質の安定した薄膜が作成できると考えたのである。

しかしながら、発明者の実験によると、上記のような制御例では、膜厚の深いところ即ち成膜開始直後のところで膜質が悪くなる問題があることが発見された。発明者は、この問題について鋭意分析したところ、上記シャッター７の制御にその原因があることが明らかになった。

つまり、シャッター７は、発熱体４での生成物を基板９に届かないようにする作用は一応あるものの、生成物は気体であり、光のようにシャッター７で完全に遮蔽はされないということである。即ち、生成物は、ランダムな気体運動を繰り返してシャッター７を周り込み、基板９に到達することがある。上記制御例では、発熱体４が所定の高温に維持される以前に既に原料ガスが導入されているので、発熱体４の表面で分解や活性化等の変化が原料ガスに充分に生ぜず、分解や活性化の不充分な原料ガスが基板９に到達していると考えられる。このため、成膜開始初期では、膜質の点で劣悪になる問題が発生すると考えられる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、シャッターの開閉制御を最適化して成膜開始初期の膜質の劣悪性を解消した構成の装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
処理容器、
前記処理容器内の排気速度を調整するための排気速度調整器を有する排気系、
前記処理室内に原料ガスを吹き出させるガス分配器及び該原料ガスの流量を調整するためのガス流量調整器を有するガス供給系、
基板を保持するための基板ホルダー
前記ガス分配器と前記基板ホルダーとの間に位置し、エネルギー供給機構からの通電によりジュール熱を発生するための発熱体及び該発熱体の温度を検知するための温度センサー、
前記処理容器内の圧力を測定する真空計、
前記発熱体と前記基板ホルダーとの間を遮蔽及び開口するためのシャッター及び該シャッターを遮蔽位置及び開口位置のうちの一方に移動させるためのシャッター駆動部、並びに、
前記基板ホルダーへの基板装着後、前記シャッターが遮蔽位置にある状態で前記発熱体への通電を開始し、前記温度センサーからの信号に基づいて前記エネルギー供給機構を制御し、前記発熱体を所定温度まで発熱させた後、前記ガス流量調整器を制御して、前記ガス供給系からの原料ガスの供給を開始すると共に、前記排気速度調整器を制御して、前記真空計の計測圧力を所定の値とした後、前記シャッター駆動部を制御して前記シャッターを開口位置へ移動させる制御部
を有することを特徴とする化学蒸着装置を提供するものである。

また、上記本発明は、前記制御部が、前記シャッターが開口位置へ移動した後に前記基板が熱平衡に到達するように前記シャッター駆動部制御すること、
前記発熱体が、タングステンワイヤー又はモリブデンワイヤーであること、
前記原料ガスが、モノシランガスであること、
をその好ましい態様として含むものである。

更に本発明は、上記本発明に係る化学蒸着装置を用いて薄膜を成膜する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造法を提供するものである。

本発明によれば、発熱体の温度が所定の高温に安定して維持されている状態で原料ガスが供給されるので、分解や活性化の不十分な原料ガスが基板の表面に到達するのが防止される。従って、成膜開始初期に膜質が悪くなる問題が生じない。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本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、発熱体４と基板ホルダー５との間に設けられたシャッター７と、装置の各部を制御する制御部８とを備えている。

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２１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、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器２２を備えている。また、処理容器１は、内部の圧力を計測する真空計１２を備えている。

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。

発熱体４は、タングステン、モリブデン又はタンタル等の高融点金属からなるものである。発熱体４は、このような金属からなるワイヤー状の部材を曲げて鋸波形にしたものであり、枠体４１に保持されている。エネルギー供給機構６は、発熱体４を通電して発熱体４にジュール熱を発生させるよう構成されている。つまり、エネルギー供給機構６は電気エネルギーを供給して発熱体４を所定の高温に維持するものである。エネルギー供給機構６には例えば３ｋＷ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４の温度を検出する発熱体温度センサ４０が設けられている。発熱体温度センサ４０としては、例えば赤外線温度計が好適に使用でき、処理容器１に設けた計測窓１０を通して発熱体４の温度を検出するよう構成される。発熱体温度センサ４０の検出信号は、エネルギー供給機構６にフィードバックされ、発熱体４の通電電流が負帰還制御される。発熱体温度センサ４０が設けられない場合、エネルギー供給機構６の電力をオープンループ制御することで、発熱体４が所定の高温に維持されるようにする場合がある。

また、基板ホルダー５はその上面に基板９を載置して保持する台状の部材である。尚、基板９の温度を制御するため、基板ホルダー５は温度調節機構を内蔵する場合がある。例えば、基板９を室温以上の温度に温度調節する場合、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のヒータが基板ホルダー５内に設けられる。さらに、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基板温度センサを備えている。基板温度センサは、上記温度調節機構が設けられる場合には、そのフィードバック制御に利用され、基板９は成膜中所定の温度に維持される。尚、基板ホルダー５内に冷媒を流通させ、基板ホルダー５を介して基板９を冷却しながら基板９を所定の温度に維持する場合もある。

シャッター７は、板状の部材であり、基板ホルダー５の上面と平行になるよう設けられている。シャッター７は、発熱体４からの熱を多く受けるため、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。シャッター７の大きさは、基板９の大きさよりも少し大きい。例えば、基板９が直径３００ｍｍの円形（３００ｍｍサイズの半導体ウェーハ）である場合、シャッターは、直径３３０〜４００ｍｍ程度の円板とされる。シャッター７は、シャッター駆動棒７１によって支持されている。シャッター駆動棒７１は、垂直に延びている部材であり、その上端が、シャッター７の周辺部の一カ所の下面に固定されている。

シャッター駆動棒７１は、処理容器１の底板部を気密に貫通しており、処理容器１外に位置するその下端には、シャッター駆動部７２が連結されている。シャッター駆動部７２は、ＤＣ若しくはＡＣのサーボモータ、パルスモータ又はロータリーソレノイド等の回転系の駆動源である。シャッター駆動部７２は、シャッター駆動棒７１を回転させることで、シャッター駆動棒７１を中心としてシャッター７を所定角度範囲内で円弧運動させるよう構成されている。シャッター７は、この円弧運動によって、基板ホルダー４に保持された基板９に対して発熱体４を光学的に遮蔽する閉位置と遮蔽しない開位置との間で移動することが可能になっている。

次に、本実施形態の装置の大きな特徴点を成す制御部８の構成について説明する。制御部８は、具体的には、装置全体を制御するマイクロコンピュータであり、搭載された所定のソフトウェアによって動作するものである。制御部８は、ソフトウェアを記憶した記憶部、各種信号を入力する入力部、入力された信号及びソフトウェアに従って制御を判断する判断部、判断結果に従い制御信号を送る出力部等から構成されている。

そして、制御部８は、少なくとも、排気系２の排気速度調整器２２、ガス供給系３の流量調整器３５、シャッター駆動部７２に制御信号を送って制御できるよう構成されている。制御部８は、記憶部に記憶したソフトウェアによって特徴付けられるものである。以下、制御部８の説明も兼ねて、上記構成に係る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に隣接したセパレーションチャンバー又はロードロックチャンバー等の不図示の予備真空室に基板９が配置されている状態で予備真空室及び処理容器１内を所定の圧力まで排気する。その後、不図示のゲートバルブが開けられ、不図示の搬送機構により基板９が処理容器１内に搬入される。基板９は、基板ホルダー５に載置され保持される。必要に応じて基板ホルダー５内の不図示の温度調節機構が動作し、基板９の温度が所定の値に調節される。尚、シャッター７は閉位置にある。

基板９が基板ホルダー５の上面の所定位置に保持されたことを確認した信号が制御部８に送られると、制御部８は、まずエネルギー供給機構６に動作信号を送るようになっている。この動作信号によって、エネルギー供給機構６は発熱体４の通電を開始する。エネルギー供給機構６は、発熱体４の温度を検出する発熱体温度センサ４０の信号に従って通電電力を制御し、発熱体４を所定の高温に維持するようにする。発熱体４が所定の高温に維持されると、この確認信号が制御部８に送られるようになっている。制御部８は、この確認信号が入力されると、ガス供給系３に動作信号を送り、処理容器１内への原料ガスの導入を開始させる。即ち、バルブ３４を開き、流量調整器３５によって流量を調整しながら、原料ガスを処理容器１内に導入する。

処理容器１内の圧力は、真空計１２によって計測される。真空計１２の計測結果は制御部８に常時送られる。制御部８は、排気系２の排気速度調整器２２に制御信号を送り、処理容器１内の圧力が所定の値になるように制御する。そして、制御部８は、処理容器１内の圧力が所定の値に維持されていることを真空計１２の計測結果から確認した後、シャッター駆動部７２に制御信号を送り、シャッター７を開位置に移動させる。この結果、発熱体４の表面で変化が生じた原料ガスが効率良く基板９の表面に達し、基板９の表面に所定の薄膜が堆積する。

薄膜の厚さが所定の値に達するのに必要な時間が経過した後、制御部８は、シャッター駆動部７２に制御信号を送ってシャッター７を閉位置に位置させる。同時に、ガス供給系３のバルブ３４に制御信号を送ってバルブ３４を閉じるとともにエネルギー供給機構６の動作を停止させる。そして、排気系２が動作して処理容器１内を再度所定の圧力まで排気した後、不図示のゲートバルブが開いて不図示の搬送機構が基板９を処理容器１から取り出す。これで、一枚の基板９に対する一連の成膜処理が終了する。

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、１〜１０ｎｍ／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。

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。

図２は、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、ＳｉＨ₃ ^*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ＳｉＨ₃ ^*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、ＮＨ₂ ^*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)→ＳｉＨ₃ ^* _(g)＋Ｈ^* _(g)
ＮＨ_3(g)→ＮＨ₂ ^* _(g)＋Ｈ^* _(g)
ａＳｉＨ₃ ^* _(g)＋ｂＮＨ₂ ^* _(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。

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。

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て、この結果、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。

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。

さて、前述した第一の実施形態の装置の動作のうち、エネルギー供給機構６の動作、発熱体４の温度、ガス供給系３の動作、処理容器１内の圧力、シャッター７の位置の各要素について時系列的に示したのが、図３である。この図３に示すように、上述した動作では、発熱体４の温度が所定の高温に安定して維持されている状態で原料ガスが供給される。このため、分解や活性化の不十分な原料ガスが基板９の表面に到達するのが防止される。従って、前述したような成膜開始初期に膜質が悪くなる問題が抑制される。

次に、本発明の方法及び装置の第二の実施形態について説明する。この第二の実施形態は、発熱体４からの熱輻射をも考慮して、成膜開始初期の膜質の劣悪性を解消しようとするものである。

発明者の研究によると、前述した成膜開始初期の膜質の劣悪性は、シャッター７を開くことによる基板９の温度上昇にも原因していると考えられる。つまり、シャッター７は、発熱体４を基板９に対して光学的に遮蔽するよう設けられているため、シャッター７を開いた瞬間に発熱体４の熱輻射が基板９に与えられ、瞬間的に激しく温度上昇するものと思われる。基板９はその後に熱平衡に達して安定した温度になるものの、シャッター７を開いた直後では基板９の温度は安定せず、この不安定な温度の時間帯に成膜がされる点も、上述したような膜質の劣悪性の原因であると考えられる。

本実施形態の構成では、原料ガスの導入を開始する前にシャッター７を一旦開位置にし、基板９を発熱体４の熱輻射に晒して熱平衡に到達させる。その後、原料ガスを導入して成膜処理を行う。以下、前述した第一の実施形態と同様に、制御部８の構成として、第二の実施形態の構成を詳しく説明する。

同様に、不図示の予備真空室内に基板９を配置して予備真空室及び処理容器１内を所定の圧力まで排気し、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に載置され保持される。尚、シャッター７は閉位置にある。基板９が基板ホルダー５の上面の所定位置に保持されたことを確認した信号が制御部８に送られると、制御部８は、エネルギー供給機構６に動作信号を送り、エネルギー供給機構６は発熱体４の通電を開始する。エネルギー供給機構６は、発熱体４の温度を検出する発熱体温度センサ４０の信号に従って通電電力を制御し、発熱体４を所定の高温に維持するようにする。

発熱体４が所定の高温に維持されると、この確認信号が制御部８に送られる。第一の実施形態とは異なり、制御部８は、この確認信号が入力されると、シャッター駆動部７２に制御信号を送り、シャッター７を開位置に移動させるようになっている。この結果、基板９が発熱体４からの輻射熱に晒され、温度上昇する。基板９の温度は、基板ホルダー５に設けた不図示の基板温度センサによって常時測定され、その測定結果は、制御部８に送られる。

制御部８は、基板温度センサからの信号によって基板９が熱平衡に達したと判断すると、シャッター駆動部７２に制御信号を送り、シャッター７を再び閉位置に戻す。この状態で、制御部８は、ガス供給系３に動作信号を送り、流量調整器３５によって流量を調整しながら、原料ガスを処理容器１内に導入する。そして、制御部８は、排気系２の排気速度調整器２２を制御して処理容器１内の圧力が所定の値になるようにし、処理容器１内の圧力がこの値に維持されていることを真空計１２の計測結果から確認した後、シャッター駆動部７２に制御信号を送り、シャッター７を開位置に移動させる。この結果、発熱体４の表面で変化が生じた原料ガスが効率良く基板９の表面に達し、基板９の表面に所定の薄膜が堆積する。

同様に、薄膜の厚さが所定の値に達するのに必要な時間が経過した後、制御部８は、シャッター駆動部７２を制御してシャッター７を閉位置に位置させるとともに、ガス供給系３及びエネルギー供給機構６の動作を停止させる。そして、処理容器１内を再度所定の圧力まで排気した後、不図示のゲートバルブが開いて基板９は処理容器１から取り出される。これで、一連の成膜処理が終了する。

前述した第二の実施形態の装置の動作のうち、エネルギー供給機構６の動作、発熱体４の温度、ガス供給系３の動作、処理容器１内の圧力、シャッター７の位置の各要素について、図３と同じように時系列的に示したのが図４である。この図４に示すように、第二の実施形態では、発熱体４の温度が所定の高温に安定して維持されている状態で原料ガスが供給されるのに加えて、基板９が熱平衡に達して温度が安定した後に原料ガスが供給される。このため、分解や活性化の不十分な原料ガスが基板９の表面に到達するのが防止されるとともに、基板９の温度が不安定な時間帯に成膜がされるのが防止される。従って、前述した成膜開始初期に膜質が悪くなる問題がさらに効果的に解消される。

具体的な経過時間について図４を用いて説明すると、エネルギー供給機構６が動作を開始してから発熱体４が所定の高温に維持されるまでの時間（ｔ１）は、０．５秒〜２秒程度、シャッター７を開位置に移動させてから基板９が熱平衡に達してシャッター７を閉位置に戻すまでの時間（ｔ２）は、６０秒〜３６０秒程度である。また、シャッター７を閉位置にして原料ガスの導入を開始した後、処理容器１内の圧力が一定の値になったのを確認してシャッター７を再び開位置にするまでの時間（ｔ３）は、５〜１２０秒程度である。

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。

以上説明した通り、本発明の装置によれば、発熱体の温度が所定の高温に安定して維持されている状態で原料ガスが供給されるので、分解や活性化の不十分な原料ガスが基板の表面に到達するのが防止される。従って、成膜開始初期に膜質が悪くなる問題が生じない。また、発熱体が所定の高温に維持されている状態でシャッターを閉位置から開位置に移動させ、その後、発熱体からの熱輻射により上昇した基板の温度が安定した後にシャッターを開位置から閉位置に移動させ、さらにその後、処理容器内に前記原料ガスが導入されて処理容器内の圧力及び原料ガスの流量が所定の値になった後にシャッターを閉位置から開位置に移動させるようにすると、上記効果に加え、基板が熱平衡に達して温度が安定した後に原料ガスが供給されるので、基板の温度が不安定な時間帯に成膜がされるのが防止される。従って、成膜開始初期に膜質が悪くなる問題がさらに効果的に解消される。

本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。 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。 第一の実施形態の装置の動作のうち、エネルギー供給機構６の動作、発熱体４の温度、ガス供給系３の動作、処理容器１内の圧力、シャッター７の位置の各要素について時系列的に示したタイミングチャートである。 第二の実施形態の装置の動作にうち、エネルギー供給機構６の動作、発熱体４の温度、ガス供給系３の動作、処理容器１内の圧力、シャッター７の位置の各要素について時系列的に示したタイミングチャートである。 従来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。

符号の説明

１ 処理容器
１２ 真空計
２ 排気系
２１ 真空ポンプ
２２ 排気速度調整器
３ ガス供給系
３４ バルブ
３５ 流量調整器
４ 発熱体
４０ 発熱体温度センサ
５ 基板ホルダー
６ エネルギー供給機構
７ シャッター
７２ シャッター駆動部
８ 制御部
９ 基板

Claims (5)

1. 処理容器、
   前記処理容器内の排気速度を調整するための排気速度調整器を有する排気系、
   前記処理室内に原料ガスを吹き出させるガス分配器及び該原料ガスの流量を調整するためのガス流量調整器を有するガス供給系、
   基板を保持するための基板ホルダー
   前記ガス分配器と前記基板ホルダーとの間に位置し、エネルギー供給機構からの通電によりジュール熱を発生するための発熱体及び該発熱体の温度を検知するための温度センサー、
   前記処理容器内の圧力を測定する真空計、
   前記発熱体と前記基板ホルダーとの間を遮蔽及び開口するためのシャッター及び該シャッターを遮蔽位置及び開口位置のうちの一方に移動させるためのシャッター駆動部、並びに、
   前記基板ホルダーへの基板装着後、前記シャッターが遮蔽位置にある状態で前記発熱体への通電を開始し、前記温度センサーからの信号に基づいて前記エネルギー供給機構を制御し、前記発熱体を所定温度まで発熱させた後、前記ガス流量調整器を制御して、前記ガス供給系からの原料ガスの供給を開始すると共に、前記排気速度調整器を制御して、前記真空計の計測圧力を所定の値とした後、前記シャッター駆動部を制御して前記シャッターを開口位置へ移動させる制御部
   を有することを特徴とする化学蒸着装置。
2. 前記制御部が、前記シャッターが開口位置へ移動した後に前記基板が熱平衡に到達するように前記シャッター駆動部制御することを特徴とする請求項１に記載の化学蒸着装置。
3. 前記発熱体が、タングステンワイヤー又はモリブデンワイヤーであることを特徴とする請求項１に記載の化学蒸着装置。
4. 前記原料ガスが、モノシランガスであることを特徴とする請求項１に記載の化学蒸着装置。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載された化学蒸着装置を用いて薄膜を成膜する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造法。

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