JP3132489B2 - 化学的気相成長装置及び薄膜成膜方法 - Google Patents

化学的気相成長装置及び薄膜成膜方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、化学的気相成長
（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）装置及び薄膜
成膜方法に係り、詳しくは、触媒を用いるＣＶＤ法を利
用して、基板上に所望の薄膜を成膜する化学的気相成長
装置及び薄膜成膜方法に関する。
【従来の技術】メモリやマイクロプロセッサなどのＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）で代表される半導体装置の製造に
おいては、半導体基板上に各種の薄膜を成膜することが
欠かせない。このような薄膜としては、ＭＯＳ（Metal
Oxide Semiconductor）型ＬＳＩの絶縁分離膜形成時の
耐酸化性マスク膜などとして用いられるシリコン窒化膜
（ＳｉＮＸ）や表面保護膜などとして用いられるシリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ２）などからなる絶縁膜が、またゲー
ト配線などとして用いられる多結晶シリコン膜や多層配
線形成時のコンタクトプラグなどとして用いられるタン
グステン膜などからなる導電膜があげられる。
【０００２】上述のような薄膜の成膜方法として、従来
から、ＣＶＤ法が広く採用されているが、このＣＶＤ法
の一種として触媒を用いる触媒ＣＶＤ法が知られてい
る。この触媒ＣＶＤ法は、半導体基板を搬入する反応室
内に高融点金属などからなる触媒体を設置した状態で、
反応室内に原料ガスを導入してこの原料ガスと高温状態
の触媒体を反応させて半導体基板上に所望の薄膜を成膜
する方法であり、通常のＣＶＤ法と比較して、比較的低
い基板温度で優れた膜質の薄膜を成膜できるという利点
を有している。
【０００３】図１１は、上述のような触媒ＣＶＤ法に用
いられる従来の触媒ＣＶＤ装置を示す構成図である。同
図において、石英などからなる反応室５１内には、タン
グステンなどの高融点金属からなるワイヤにより構成さ
れたコイル状の触媒体５２が設置されて、この触媒体５
２は加熱用電源５３に接続されている。触媒体５２の下
方には成膜処理すべき半導体基板５４を配置する基板ス
テージ５５が設置されている。触媒体５２と基板ステー
ジ５５との間には、シャッタ５６が設けられて、このシ
ャッタ５６は矢印で示した水平方向に移動可能に構成さ
れている。また、反応室５１の上部にはガス導入口５７
が設けられる一方、その下部にはガス排出口５８が設け
られている。
【０００４】次に、上述したような従来の触媒ＣＶＤ装
置を用いて、半導体装置を構成する主要な絶縁膜として
用いられているシリコン窒化膜を成膜する場合を例にあ
げて、従来の薄膜成膜方法を説明する。予め、成膜処理
すべき半導体基板５４を反応室５１内に搬入して基板ス
テージ５５上に配置して、基板ステージ５５に備わって
いるヒータにより３００〜４００℃の一定温度に加熱し
ておく。次に、シャッタ５６を図示の左方向に移動する
ことにより閉じて半導体基板５５を覆った状態で、触媒
体５２を加熱用電源５３により１７００〜１８００℃の
高温に加熱してから、ガス導入口５７から反応室５１内
に原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモ
ニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガスを導入する。
【０００５】次に、原料ガスの流量が安定し、触媒体５
２の温度が安定した後、シャッタ５６を図示の右方向に
移動して開くことにより、触媒体５２により分解された
原料ガスの活性種が矢印のように半導体基板５４上へ供
給されて、シリコン窒化膜の成膜が開始される。所定の
時間の成膜処理が行なわれたら、シャッタ５４を閉じる
ことにより成膜が終了する。
【０００６】ところで、上述したような従来の薄膜成膜
方法では、成膜処理終了後に反応室５１内をクリーニン
グ処理して、反応室５１の壁などに成膜された不要なシ
リコン窒化膜を除去する作業を行うが、このクリーニン
グ処理の際に触媒体５２も同時にエッチングされてしま
うという欠点が生ずる。すなわち、触媒ＣＶＤ装置、プ
ラズマＣＶＤ装置などを含めた一般のＣＶＤ装置では、
成膜処理終了後に活性化されたＣＦ４プラズマガスなど
によって、反応室５１内をクリーニングして、パーティ
クルの原因となる不要なシリコン窒化膜を除去するよう
にしている。しかしながら、クリーニング処理の際に触
媒体５２が上述のＣＦ４プラズマガスにさらされるた
め、このＣＦ４プラズマガスによって触媒体５２がエッ
チングされてしまうので、触媒体５２が断線したりある
いはダメージを受けて劣化するなどの影響を受けるよう
になる。それゆえ、クリーニング処理を行なうことが困
難であった。
【０００７】また、従来の触媒ＣＶＤ装置では、触媒体
５２が半導体基板５４に接近して設置されている（４〜
５ｃｍの間隔）ので、成膜処理中に半導体基板５４が触
媒体５２による輻射熱の影響により、基板温度が上昇す
る欠点がある。成膜されるシリコン窒化膜の膜厚は主に
基板温度によって決定されるので、成膜中に基板温度が
上昇することは、シリコン窒化膜の膜厚のばらつきの原
因になる。
【０００８】成膜処理中の触媒体の輻射熱の影響を抑制
するようにした触媒ＣＶＤ装置が、例えば特許第２６９
２３２６号（特開平３−２３９３２０号公報）に開示さ
れている。図１２は、同特許に示されている触媒ＣＶＤ
装置を示す構成図で、触媒体６１と基板ステージ６２と
の間に輻射遮蔽部材６３が設けられている。この輻射遮
蔽部材６３の具体的構成は、図１３に示すように、ステ
ンレスからなる複数の上段スリット６５ａ、６５ｂ、６
５ｃと下段スリット６６ａ、６６ｂ、６６ｃとが互いに
ずれて重なるように配置されている。このような構成の
輻射遮蔽部材６３を設けることにより、触媒体６１の輻
射熱を基板ステージ６２に直接に届かないようにしてい
る。なお、図１２及び図１３において、図１１の構成部
分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を
省略する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特許第
２６９２３２６号に示されている触媒ＣＶＤ装置では、
触媒体と基板ステージとの間に輻射遮蔽部材を設けてい
るので触媒体による輻射熱の影響を抑制することができ
るものの、依然として成膜処理終了後に反応室内のクリ
ーニング処理を行なうのが困難であるという欠点は解消
されない、という問題がある。
【００１０】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、成膜処理終了後に触媒体に影響を与えることな
く反応室内のクリーニング処理を行なうことができるよ
うにした化学的気相成長装置及び薄膜成膜方法を提供す
ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、成膜処理すべき基板を搬入
する反応室内に触媒体を設置し、上記反応室内に原料ガ
スを導入して該原料ガスと上記触媒体とを反応させて上
記基板上に所望の薄膜を成膜する化学的気相成長装置で
あって、上記反応室内に設けられて上記触媒体を内壁に
取り付ける円筒状の触媒体ホルダと、該触媒体ホルダの
周囲に設けられて該触媒体ホルダの上記基板側に位置し
ている開口部を開閉するシャッタと、上記触媒体ホルダ
の周囲に設けられて上記シャッタが上記開口部を閉じた
ときに上記反応室内をクリーニングするクリーニング装
置とを備えたことを特徴としている。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の化
学的気相成長装置に係り、上記触媒体ホルダを複数有す
ることを特徴としている。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の化学的気相成長装置に係り、上記触媒体ホルダの上
記開口部に、複数のガス通過孔を形成したグリッド部材
が装着されたことを特徴としている。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１又は２記
載の化学的気相成長装置に係り、上記触媒体ホルダの上
記開口部と対向する位置で、かつ上記シャッタが閉じた
ときの該シャッタの外側となる位置に、複数のガス通過
孔を形成したグリッド部材を設けたことを特徴としてい
る。
【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の化
学的気相成長装置に係り、上記グリッド部材に、負バイ
アス電圧を接続したことを特徴としている。
【００１６】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれか１に記載の化学的気相成長装置に係り、上記触
媒体ホルダに、冷却媒体供給通路を設けたことを特徴と
している。
【００１７】請求項７記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれか１に記載の化学的気相成長装置に係り、上記触
媒体ホルダの上記開口部と反対側の開口部に、原料ガス
を導入するガス導入管が接続されたことを特徴としてい
る。
【００１８】また、請求項８記載の発明は、化学的気相
成長装置の反応室内に触媒体を設置した後該反応室内に
原料ガスを導入し、該原料ガスと上記触媒体とを反応さ
せて上記反応室内に予め搬入されている基板上に所望の
薄膜を成膜する薄膜成膜方法であって、上記原料ガスと
上記触媒体とを反応させて上記基板上に上記薄膜を成膜
した後、上記触媒体を周囲の雰囲気から遮断した状態
で、上記反応室内のクリーニング処理を行なうことを特
徴としている。
【００１９】さらにまた、請求項９記載の発明は、請求
項８記載の薄膜成膜方法に係り、上記触媒体を予め円筒
状の触媒体ホルダの内壁に取り付け、上記クリーニング
処理の際に上記触媒体ホルダの上記基板側に位置してい
る開口部をシャッタで閉じることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第１実施例 図１は、この発明の第１実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図、図２乃至図４は同化学的気相成長装置
を用いた薄膜成膜方法を工程順に示す工程図である。以
下、図１乃至図４を参照して、同化学的気相成長装置及
び薄膜成膜方法について説明する。この例の化学的気相
成長装置は、図１に示すように、石英などからなる反応
室１内に、セラミックスなどの耐熱性絶縁材料からなる
円筒状の触媒体ホルダ２と、この触媒体ホルダ２の周囲
に設けられて触媒体ホルダ２の半導体基板側に位置して
いる開口部３を開閉するシャッタ４と、触媒体ホルダ２
の周囲に設けられてシャッタ４を閉じたときに反応室１
内をクリーニングするクリーニング装置５とを備えてい
る。
【００２１】触媒体ホルダ２の内壁にはタングステンな
どの高融点金属からなるワイヤにより構成されたコイル
状の触媒体６が取り付けられて、この触媒体６は加熱用
電源７に接続されている。触媒体６は長期の使用により
劣化したときは、触媒体ホルダ２と一体的に交換可能に
構成されている。触媒体ホルダ２の開口部３と反対側の
開口部１１には、原料ガスを導入するガス導入管１２が
接続されている。
【００２２】触媒体２の下方には成膜処理すべき半導体
基板８を配置する基板ステージ９が設置され、この基板
ステージ９にはヒータが設けられている。上述のシャッ
タ４は触媒体ホルダ２と基板ステージ９との間に設けら
れていて、このシャッタ４は矢印で示した水平方向に移
動可能に構成されている。クリーニング装置５には、ク
リーニグガスを導入するためのクリーニングガス導入管
１３が設けられている。クリーニング装置５は、例えば
ＥＣＲ(ElectronCyclotron Resonance:電子サイクロト
ロン共鳴）プラズマ生成装置によって構成されている。
反応室１の下部にはガス排出管１４が設けられている。
【００２３】次に、図２及び図４を参照して、シリコン
窒化膜を成膜する場合を例にあげて、この例の化学的気
相成長装置を用いた薄膜成膜方法について工程順に説明
する。まず、図２に示すように、シャッタ４を図１に示
した位置から、左方向に移動することにより開口部３を
閉じて触媒体６を触媒体ホルダ２の外部雰囲気から遮断
する。次に、適切な前処理を施した成膜処理すべき半導
体基板８を反応室１内に搬入して基板ステージ９上に配
置して、半導体基板１を基板ステージ９に備わっている
ヒータにより３００〜４００℃の一定温度に加熱してお
く。ここで、基板ステージ９の熱容量は半導体基板８の
それより大きいので、基板ステージ９への加温は予め行
なっておくのが一般的である。このため、半導体基板８
を反応室１内に搬入した後に、半導体基板８の温度が均
一になるまで１〜２分間待った後に成膜を開始するのが
望ましい。次に、反応室１内を図示しない真空装置によ
り排気して、略１０Ｐａ（Pascal）の真空度に保持す
る。
【００２４】次に、触媒体６を加熱用電源７から通電し
てジュール熱により１７００〜１８００℃の高温に加熱
する。このとき、触媒体６の温度は比較的短時間で上述
の温度に到達するが、プロセス時間の短縮のためには、
原料ガスの導入の前に触媒体６を予熱しておくことが望
ましい。次に、ガス導入管１２から触媒体ホルダ２内に
原料ガスとして流量が略１ｓｃｃｍ（Standard cubic c
entimeter per minute)のモノシランガスと、流量が略
１００ｓｃｃｍのアンモニアガスとの混合ガスを導入す
る。この原料ガスの導入時、触媒体ホルダ２は開口部３
が略完全にシャッタ４により閉じられているので、原料
ガスの活性種が触媒体ホルダ２の外部に漏れ出ることは
ないので、この時点での半導体基板８上へのシリコン窒
化膜の成膜は行なわれない。
【００２５】次に、原料ガスの流量が安定し、触媒体６
の温度が安定した後、図３に示すように、シャッタ４を
図２に示した位置から右方向に移動して開口部３を開く
ことにより、触媒体６により分解された原料ガスの活性
種が矢印のように触媒体ホルダ２の開口部３から半導体
基板８上へ供給されて、シリコン窒化膜の成膜が開始さ
れる。
【００２６】次に、所定の時間の成膜処理が行なわれた
ら、図２に示すように、シャッタ４再び閉じることによ
り成膜が終了する。このとき、半導体基板８上に成膜さ
れるシリコン窒化膜の膜厚は、シャッタ４を開いてから
再び閉じるまでの時間によって算出することができる。
したがって、シャッタ４の開いている時間によりシリコ
ン窒化膜の膜厚を制御できるので、半導体基板間の膜厚
のばらつき及び１枚の半導体基板上の膜厚のばらつきを
改善することができる。次に、原料ガスの導入を停止
し、触媒体６の加熱を停止した後、反応室１内の未反応
の原料ガスをガス排出管１４から外部に排出する。続い
て、反応室１から成膜処理が終了した半導体基板８を取
り出す。
【００２７】次に、図４に示すように、半導体基板８を
取り出して触媒体ホルダ２の開口部３がシャッタ４で閉
じられた反応室１内を、クリーニング装置５によってク
リーニング処理して、成膜処理の際に反応室１の壁、シ
ャッタ４及び基板ステージ９の表面などに成膜された不
要なシリコン窒化膜を除去する。このクリーニング処理
は、例えばＥＣＲプラズマ生成装置からなるクリーニン
グ装置５を用いて、活性化されたＣＦ４プラズマガス、
ＣＨＦ３プラズマガスなどによって上述の不要なシリコ
ン窒化膜をエッチングすることにより除去する。
【００２８】以上のようにして、所定の時間反応室１内
のクリーニング処理を行なうことにより、この例の触媒
ＣＶＤ装置を用いたシリコン窒化膜の成膜プロセスの１
サイクルが終了する。続いて、新たな未成膜の半導体基
板８を反応室１内に搬入して、上述と同様な条件で成膜
処理を繰り返すことにより、２サイクル以降の成膜プロ
セスを行なうことができる。
【００２９】このように、この例の構成によれば、石英
などからなる反応室１内に、セラミックスなどの耐熱性
絶縁材料からなる円筒状の触媒体ホルダ２と、この触媒
体ホルダ２の周囲に設けられて触媒体ホルダ２の半導体
基板８側に位置している開口部３を開閉するシャッタ４
と、触媒体ホルダ２の周囲に設けられてシャッタ４を閉
じたときに反応室１内をクリーニングするクリーニング
装置５とを備えるようにしたので、半導体基板８の成膜
終了後にはシャッタ４により触媒体ホルダ２の開口部３
を閉じることにより、触媒体６を触媒体ホルダ２の外部
雰囲気から遮断した状態で、クリーニング装置５によっ
て触媒体ホルダ２の外部のみをクリーニングすることが
できる。したがって、成膜処理終了後に触媒体に影響を
与えることなく反応室内のクリーニング処理を行なうこ
とができる。加えて、この例の構成によれば、シャッタ
の開いている時間により成膜の膜厚を制御できるので、
膜厚のばらつきを改善することができる。
【００３０】◇第２実施例 図５は、この発明の第２実施例である化学的気相成長装
置を概略示す構成図である。この第２実施例の化学的気
相成長装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく
異なるところは、触媒体ホルダを複数設けるようにした
点である。すなわち、反応室１内には、セラミックスな
どの耐熱性絶縁材料からなる円筒状の第１触媒体ホルダ
１６及び第２触媒体ホルダ１７が、それぞれの開口部２
１、２２が基板ステージ９の方向を向くように設けられ
て、第１及び第２触媒体ホルダ１６、１７には第１加熱
用電源２３及び第２加熱用電源２４が接続されている。
第１及び第２触媒体１６、１７の内壁には、それぞれタ
ングステンなどの高融点金属からなるワイヤにより構成
されたコイル状の第１触媒体１８及び第２触媒体１９が
取り付けられている。
【００３１】第１及び第２触媒体ホルダ１６、１７の各
開口部２１、２２と反対側の各開口部２５、２６には、
それぞれ第１ガス導入管２７及び第２ガス導入管２８が
接続されている。第１ガス導入管２７には第１原料ガス
が導入される一方、第２ガス導入管２８には第２原料ガ
スが導入される。第１及び第２触媒体ホルダ１６、１７
の周囲には、それぞれ第１シャッタ２９及び第２シャッ
タ３０が設けられて、各開口部２１、２２を開閉するよ
うになっている。なお、図５において、図１の構成部分
と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省
略する。
【００３２】次に、この例の化学的気相成長装置を用い
た薄膜成膜方法について説明する。まず、第１及び第２
シャッタ２９、３０によってそれぞれ第１及び第２触媒
体ホルダ１６、１７の各開口部２１、２２を閉じた状態
で、第１実施例の条件と略同じ条件で、反応室１内に成
膜処理すべき半導体基板８を搬入して、反応室１内を所
望の真空度に保持した後、第１及び第２触媒体ホルダ１
６、１７をそれぞれ第１及び第２加熱用電源２３、２４
によって加熱する。
【００３３】次に、第１ガス導入管２７から第１触媒体
ホルダ１６内に原料ガスとしてモノシランガスを導入す
る一方、第２ガス導入管２８から第２触媒体ホルダ１７
内にアンモニアガスを導入する。次に、第１及び第２シ
ャッタ２９、３０を開くことにより、第１及び第２触媒
体１８、１９により分解された原料ガスの活性種が矢印
のように半導体基板５４上へ供給されて、シリコン窒化
膜の成膜が開始される。次に、所定の時間の成膜処理が
行なわれたら、第１及び第２シャッタ２９、３０を再び
閉じることにより成膜が終了する。
【００３４】次に、反応室１から成膜処理が終了した半
導体基板８を取り出した後、第１及び第２触媒体ホルダ
１６、１７の各の開口部２１、２２を第１及び第２シャ
ッタ２９、３０で閉じられた反応室１内を、クリーニン
グ装置５によってクリーニング処理を行うことにより、
この例の触媒ＣＶＤ装置を用いたシリコン窒化膜の成膜
プロセスの１サイクルが終了する。この例によれば、分
解効率の異なるシランガスとアンモニアガスとをそれぞ
れ専用の第１及び第２ガス導入管２７、２８から導入す
るので、シリコン窒化膜を成膜するにあたり、シリコン
と窒素との組成比を化学量論比である３：４に正確に制
御できるので、安定した組成比のシリコン窒化膜（Ｓｉ
３Ｎ４）を成膜することができるようになる。この結
果、各原料ガスを有効に利用できるので、多量の未反応
ガスを外部に排出してしまうような無駄を省くことがで
きるため、原料ガスの利用率を向上させることができる
ようになる。一例として、従来の原料ガスの使用量を略
５０分の１に節約することが可能になる。
【００３５】この点、シランガスとアンモニアガスとを
共通の導入管から導入した場合には、上述したように両
ガスの分解効率の相違から化学量論比を満たすシリコン
窒化膜を成膜するためには、シランガスとアンモニアガ
スとの流量比を略１：１００に設定しなければならない
ので、過剰のアンモニアガスを未反応のまま排出してい
たので、原料ガスの利用率が悪かった。また、多量の未
反応ガスの排出に伴って、大規模な排出ガスの処理施設
が必要になるなどの不都合も生じていた。この例によれ
ばそのような不都合は全て解消される。
【００３６】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この構成によれば、複数種類の原料ガ
スを専用のガス導入管から導入できるので、必要な流量
の原料ガスのみを導入すれば良く、原料ガスの利用率を
向上させることができる。
【００３７】◇第３実施例 図６及び図７は、この発明の第３実施例である化学的気
相成長装置を概略示す構成図である。この第３実施例の
化学的気相成長装置の構成が、上述の第１実施例のそれ
と大きく異なるところは、触媒体ホルダに触媒体の輻射
熱の影響を抑制するグリッド部材を設けるようにした点
である。すなわち、反応室１内のセラミックスなどの耐
熱性絶縁材料からなる円筒状の触媒体ホルダ２の開口部
３には、複数のガス通過孔３１を形成したグリッド部材
３２が装着されている。このグリッド部材３２はセラミ
ックスなどの耐熱性絶縁材料から構成されて、そのガス
通過孔３１は、図７に示すように、アスペクト比（縦寸
法ｂ／横寸法ａ）が大きくなるように形成されている。
この構成によって、触媒体６から輻射熱３３が基板ステ
ージ９に向かっても、その輻射熱３３はグリッド部材３
２のガス通過孔３１により、半導体基板８のいかなる位
置にも直接に届かないようになる。この例の化学的気相
成長装置を用いた薄膜成膜方法は、第１実施例で示した
薄膜成膜方法と略同様に行えば良い。
【００３８】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この構成によれば、触媒体の輻射熱の
影響を抑制できるので、成膜中の基板温度の上昇を防止
することができる。
【００３９】◇第４実施例 図８は、この発明の第４実施例である化学的気相成長装
置を概略示す構成図である。この第４実施例の化学的気
相成長装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく
異なるところは、触媒体ホルダの下方に触媒体の輻射熱
の影響を抑制するグリッド部材を設けるようにした点で
ある。すなわち、反応室１内のセラミックスなどの耐熱
性絶縁材料からなる円筒状の触媒体ホルダ２の開口部３
と対向する位置で、かつシャッタ４が閉じたときのこの
シャッタ４の外側となる位置には、複数のガス通過孔３
５を形成したグリッド部材３６が設けられている。この
グリッド部材３６は、第３実施例におけるグリッド部材
３２と略同様な構成になっている。成膜処理の繰り返し
により、グリッド部材３６のガス通過孔３５にも徐々に
成膜が行われて目詰まりが生じてくる。この目詰まりは
成膜レートを低下させることになる。この点でこの例の
構成によれば、成膜処理終了後に反応室１のクリーニン
グ処理を行うとき、同時にガス通過孔３５に目詰まりし
た不要な膜も除去することができるので、成膜レートの
低下を防止できる。
【００４０】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この構成によれば、反応室内のクリー
ニング処理の際に、同時にグリッド部材の目詰まりを除
去することができので、成膜レートの低下を防止するこ
とができる。
【００４１】◇第５実施例 図９は、この発明の第５実施例である化学的気相成長装
置を概略示す構成図である。この第５実施例の化学的気
相成長装置の構成が、上述の第４実施例のそれと大きく
異なるところは、グリッド部材に負バイアス電圧を接続
するようにした点である。すなわち、反応室１内のグリ
ッド部材３６には負バイアス電源３７による負バイアス
電圧が接続されている。この例によれば、グリッド部材
３６に負バイアス電圧を接続したことにより、原料ガス
であるモノシランが触媒体６により分解されてＳｉＨ３
−イオンやＳｉＨ２ −イオンなどの負イオンが生成され
ても、負バイアス電圧で反発させてそれらの負イオンが
グリッド部材３６に付着するのを防止することができる
ので、グリッド部材３６に成膜される不要なシリコン窒
化膜の膜厚を減少させることができる。したがって、グ
リッド部材３６の目詰まり量を少なくすることができ
る。
【００４２】このように、この例の構成によっても、第
４実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この構成によれば、グリッド部材に対
する不要な膜の成膜を減少させることができる。
【００４３】◇第６実施例 図１０は、この発明の第６実施例である化学的気相成長
装置を概略示す構成図である。この第６実施例の化学的
気相成長装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大き
く異なるところは、触媒体ホルダに冷却媒体供給通路を
設けるようにした点である。すなわち、反応室１内の触
媒体ホルダ３８の壁内には冷却媒体供給通路３９が形成
されて、この冷却媒体供給通路３９には冷却装置４０が
接続されている。この冷却装置４０は、水、プロピレン
グリコールなどの液体や、空気などの気体などの冷却媒
体を冷却媒体供給通路３９内に循環させるように構成さ
れている。この例によれば、触媒体ホルダ３８に冷却媒
体供給通路３９を設けたことにより、強制的に触媒体６
を冷却することができるので、触媒体６による輻射熱の
影響を効率良く抑制することができるようになる。
【００４４】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様の効果を得ることが
できる。加えて、この構成によれば、触媒体による輻射
熱の影響を効率良く抑制することができる。
【００４５】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、触媒体
はタングステンに限らず、タンタル、チタン、モリブデ
ンなどの他の高融点金属を用いることができる。また、
クリーニング装置としてはＥＣＲプラズマ生成装置に限
らず、反応室の外部にプラズマ生成室を設けて、両者を
結合するようにしたリモートプラズマ方式や、光励起方
式、またプラズマ源として並行平板型やＩＣＰ（誘導結
合型）、バレル型などを用いたプラズマ装置を用いるこ
とができる。
【００４６】また、シリコン窒化膜を成膜する原料ガス
としては、モノシランとアンモニアとの組み合わせに限
らず、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とＮ２とを組み合わせて
用いることができる。また、反応室に導入する原料ガス
を変更することにより、シリコン窒化膜以外の絶縁膜又
は導電膜を成膜することができる。例えば、モノシラン
ガスのみを用いて反応室内で分解することにより、アモ
ルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜を成膜すること
ができる。また、モノシランガスとアンモニアガスとに
酸素を加えることにより、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＸ
ＮＹ）を成膜することもできる。
【００４７】また、原料ガスを水素のみとすることによ
り、従来装置と同様に水素ラジカルを用いた基板表面清
浄化処理を行い、これと各実施例とを組み合わせて薄膜
成膜を行うようにしても良い。また、半導体基板上に成
膜する絶縁膜はシリコン窒化膜に限らず、シリコン酸化
膜、アルミニウム酸化膜（アルミナ膜）などの他の絶縁
膜に適用することができる。また、絶縁膜に限らず、多
結晶シリコン膜、アモルファス膜などの導電膜を成膜す
る場合にも適用することができる。また、半導体基板に
限らず、セラミック基板などの絶縁基板上に所望の薄膜
を成膜する場合にも適用することができる。また、成膜
処理の温度、真空度、ガス流量などの条件は一例を示し
たものであり、目的、用途などに応じて変更することが
できる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の化学的
気相成長装置及び薄膜成膜方法によれば、反応室内に、
円筒状の触媒体ホルダと、この触媒体ホルダの周囲に設
けられて触媒体ホルダの半導体基板側に位置している開
口部を開閉するシャッタと、触媒体ホルダの周囲に設け
られてシャッタを閉じたときに反応室内をクリーニング
するクリーニング装置とを備えるようにしたので、半導
体基板の成膜終了後にはシャッタにより触媒体ホルダの
開口部を閉じることにより、触媒体を触媒体ホルダの外
部雰囲気から遮断した状態で、クリーニング装置によっ
て触媒体ホルダの外部のみをクリーニングすることがで
きる。したがって、成膜処理終了後に触媒体に影響を与
えることなく反応室内のクリーニング処理を行なうこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図である。
【図２】同化学的気相成長装置を用いた薄膜成膜方法を
示す工程図である。
【図３】同化学的気相成長装置を用いた薄膜成膜方法を
示す工程図である。
【図４】同化学的気相成長装置を用いた薄膜成膜方法を
示す工程図である。
【図５】この発明の第２実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図である。
【図６】この発明の第３実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図である。
【図７】同化学的気相成長装置の主要部を示す概略図で
ある。
【図８】この発明の第４実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図である。
【図９】この発明の第５実施例である化学的気相成長装
置を示す構成図である。
【図１０】この発明の第６実施例である化学的気相成長
装置を示す構成図である。
【図１１】従来の化学的気相成長装置を示す構成図であ
る。
【図１２】従来の化学的気相成長装置を示す構成図であ
る。
【図１３】同化学的気相成長装置の主要部を示す概略図
である。
【符号の説明】
１ 反応室 ２、３８ 触媒体ホルダ ３、１１、２１、２２、２５、２６ 開口部 ４ シャッタ ５ クリーニング装置 ６ 触媒体 ７ 加熱用電源 ８ 半導体基板 ９ 基板ステージ １２ ガス導入管 １３ クリーニングガス導入管 １４ ガス排出管 １６ 第１触媒体ホルダ １７ 第２触媒体ホルダ １８ 第１触媒体 １９ 第２触媒体 ２３ 第１加熱用電源 ２４ 第２加熱用電源 ２７ 第１ガス導入管 ２８ 第２ガス導入管 ２９ 第１シャッタ ３０ 第２シャッタ ３１、３５ ガス通過孔 ３２、３６ グリッド部材 ３３ 輻射熱 ３７ 負バイアス電源 ３９ 冷却媒体供給通路 ４０ 冷却装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/44 H01L 21/285

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 成膜処理すべき基板を搬入する反応室内
    に触媒体を設置し、前記反応室内に原料ガスを導入して
    該原料ガスと前記触媒体とを反応させて前記基板上に所
    望の薄膜を成膜する化学的気相成長装置であって、 前記反応室内に設けられて前記触媒体を内壁に取り付け
    る円筒状の触媒体ホルダと、該触媒体ホルダの周囲に設
    けられて該触媒体ホルダの前記基板側に位置している開
    口部を開閉するシャッタと、前記触媒体ホルダの周囲に
    設けられて前記シャッタが前記開口部を閉じたときに前
    記反応室内をクリーニングするクリーニング装置とを備
    えたことを特徴とする化学的気相成長装置。
  2. 【請求項２】 前記触媒体ホルダを複数有することを特
    徴とする請求項１記載の化学的気相成長装置。
  3. 【請求項３】 前記触媒体ホルダの前記開口部に、複数
    のガス通過孔を形成したグリッド部材が装着されたこと
    を特徴とする請求項１又は２記載の化学的気相成長装
    置。
  4. 【請求項４】 前記触媒体ホルダの前記開口部と対向す
    る位置で、かつ前記シャッタが閉じたときの該シャッタ
    の外側となる位置に、複数のガス通過孔を形成したグリ
    ッド部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載
    の化学的気相成長装置。
  5. 【請求項５】 前記グリッド部材に、負バイアス電圧を
    接続したことを特徴とする請求項４記載の化学的気相成
    長装置。
  6. 【請求項６】 前記触媒体ホルダに、冷却媒体供給通路
    を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１
    に記載の化学的気相成長装置。
  7. 【請求項７】 前記触媒体ホルダの前記開口部と反対側
    の開口部に、原料ガスを導入するガス導入管が接続され
    たことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載
    の化学的気相成長装置。
  8. 【請求項８】 化学的気相成長装置の反応室内に触媒体
    を設置した後該反応室内に原料ガスを導入し、該原料ガ
    スと前記触媒体とを反応させて前記反応室内に予め搬入
    されている基板上に所望の薄膜を成膜する薄膜成膜方法
    であって、 前記原料ガスと前記触媒体とを反応させて前記基板上に
    前記薄膜を成膜した後、前記触媒体を周囲の雰囲気から
    遮断した状態で、前記反応室内のクリーニング処理を行
    なうことを特徴とする薄膜成膜方法。
  9. 【請求項９】 前記触媒体を予め円筒状の触媒体ホルダ
    の内壁に取り付け、前記クリーニング処理の際に前記触
    媒体ホルダの前記基板側に位置している開口部をシャッ
    タで閉じることを特徴とする請求項８記載の薄膜成膜方
    法。
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