JP4144697B2

JP4144697B2 - 化学蒸着方法および装置

Info

Publication number: JP4144697B2
Application number: JP2002382530A
Authority: JP
Inventors: 公彦齊藤; 英樹松村; 淳増田; 亮和泉; 宏信梅本
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc; Japan Advanced Institute of Science and Technology
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc; Japan Advanced Institute of Science and Technology
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種類の原料ガスを熱分解して活性化し、成膜する化学蒸着方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化シリコン膜は、主に半導体基板上に形成されるＬＳＩ（大規模集積回路）のサイドウォール膜、ゲート絶縁膜、強誘電体メモリーの保護膜や、主にガラス基板上に形成されるＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）ディスプレイのアクティブマトリックス駆動表示に用いられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のゲート絶縁膜、また有機ＥＬディスプレイの封止膜や、さらにはロール・ツー・ロールによるプラスチックフィルムへの防湿膜やガスバリア膜作製等に対し、利用されていたり、また利用されつつある。
【０００３】
窒化シリコン膜の形成においては、従来より、スパッタ法や化学蒸着（Chemical Vapor Deposition：略称ＣＶＤ）法による成膜が広く用いられている。その中で、たとえば、１６００〜１８００℃程度に加熱したタングステン線からなる１つの発熱体に、たとえば、シランガスおよびアンモニアガスを原料ガスとして供給して分解活性化させることにより、基板上に窒化シリコン膜を堆積させる化学蒸着法は、触媒ＣＶＤ（略称ＣａｔＣＶＤ）法、またはホットワイア（ＨｏｔＷｉｒｅ）ＣＶＤ法と呼ばれる。プラズマを利用しないため、ダメージが少なく、低基板温度で低応力かつ緻密な窒化シリコン膜形成が可能であることから、近年注目を集めている。
【０００４】
図８は、従来型の触媒ＣＶＤ成膜装置の断面図である。この装置は、内部を真空に保持できる気密な真空容器１と、真空容器１内に所定の原料ガスを供給する原料ガス導入パイプ２と、供給された原料ガスを分解活性化させるために真空容器１内に配備された発熱体３と、発熱体３の作用によって所定の薄膜が堆積する位置に基板４を保持する基板保持機構５とから主に構成されている。基板保持機構５内には、基板の加熱体６が設けられており、所定の温度に維持が可能なものとなっている。
【０００５】
この従来型の触媒ＣＶＤ成膜装置により、たとえば、原料ガスとしてシランガスおよびアンモニアガスの２種類のガスを使用して窒化シリコン膜を形成する。流量計７で所定の流量に調節されたシランガス、および、流量計８で所定の流量に調節されたアンモニアガスが、原料ガス導入パイプ２より混合ガス状態で真空容器内に放出される。放出されたシランガス分子９およびアンモニアガス分子１０は、それぞれ約１７００℃に加熱された発熱体３を通過することで、シラン活性種１１およびアンモニア活性種１２に変わり、これらが基板４に達することで、その表面上に所定の薄膜を形成する。
【０００６】
シランガスおよびアンモニアガスを用いて、前述した従来型の触媒ＣＶＤにより窒化シリコン膜を形成する場合、シラン分子が優先的に発熱体３の表面上の分解活性点を占有して、アンモニア分子の分解活性点を減少させる傾向がある。たとえば化学量論組成であるＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する場合、膜組成ではＳｉ原子数：Ｎ原子数＝３：４であるにもかかわらず、成膜におけるアンモニア／シラン分圧比を数十から数百、すなわち、供給アンモニアガス流量を供給シランガス流量の数十から数百倍程度にする必要があることが判っている。このことは、大流量のアンモニアを浪費してしまうために、コスト的にも環境的にも問題である。
【０００７】
コスト面においては、スループットの増大、すなわち膜の成長速度の高速化が望まれる。膜成長の高速化のために供給シランガス流量を増加させると、ある一定流量を超えたところで、シラン分子が発熱体表面上の分解活性点をほぼ全て占有してしまい、アンモニア活性種の生成がほとんど起こらなくなってしまう。すなわちＳｉ原子過剰組成となる窒化シリコン膜の形成しか、できなくなる問題を有している。
【０００８】
このような分解活性点の増大という問題を解決するために、本発明の前提となる技術では、発熱体の表面積を増やしたり、発熱体の温度を上げる構成が考えられる。これによって発熱体の表面積の増大に対し、分解活性点は比例的に増大するが、発熱体への供給電力量、および、基板への熱輻射量も比例的に増大してしまう。さらに、発熱体の温度を上げる手段に対しては、たとえば分解の活性化エネルギーを約１．５ｅＶとすると、発熱体温度の１６００℃から２０００℃への上昇に対し、約５倍程度の分解活性点の増加に対し、基板への熱輻射量が約２倍程度に増大し、発熱体への供給電力量も増大してしまう。このため、これらの方法では、たとえば大面積基板へ対応する装置などへの適用を考えた場合、発熱体電源部の大型化が必要となり、ひいては装置コストやランニングコストの増大化を招いて望ましくない。また、基板が一般に耐熱性の低いプラスチックフィルムや有機ＥＬ素子が形成された基板であった場合、発熱体からの熱輻射による基板温度の上昇を抑える必要があり、発熱体の表面積を増やしたり、発熱体の温度を上げる手段による分解活性点の増大は好ましくない。
【０００９】
これらの問題を解決するために、図９に示すような本発明の前提となる他の技術では、内部を真空に保持できる真空容器２１に、真空容器２１内に所定の原料ガス供給する原料ガス導入パイプ２２と、供給された原料ガスを分解活性化させるために真空容器２１内に配備された発熱体２３と、さらに内部に原料ガス導入パイプ２４と発熱体２５が配備されたセル２６と、発熱体２３および２５により生成した活性種により所定の薄膜が堆積する位置に基板２７および該基板を保持する基板保持機構２８が配備されている、たとえば分子線エピタキシー（略称ＭＢＥ）装置に用いられているようなセル２６を配備した構成の装置を用いることにより、前述の問題を克服する構成が考えられる。これによれば、たとえば、原料ガス導入パイプ２２よりシランガスを導入すると、約１７００℃に加熱された発熱体２３に該シランガス分子が通過することによって、シランガス活性種が生成する。また、原料ガス導入パイプ２４よりアンモニアガスを導入すると、約１２００℃以上に加熱された発熱体２５に該アンモニアガス分子が通過することによって、アンモニアガス活性種がセル２６内に生成して、該アンモニアガス活性種がセル２６の孔２９を通過して真空容器内２１に導入される。アンモニアを分解活性化させる発熱体２５は、シランガス分子が到達し難い、セル２６で覆われた、シランガス分子とは別の位置にある。そのため、シランガス供給量を増大させても、シランによる発熱体２５の表面上の分解活性点の占有によるアンモニアの分解活性点の減少を起こすことなく、アンモニア活性種を生成することが可能である。
【００１０】
しかしながら、この図９の構成では、セル２６内において高効率でアンモニアが分解活性化しても、アンモニア活性種が、セル２６の内壁との衝突により失活してしまう。そのため、真空容器内に導入されるアンモニア活性種は減少してしまう。結局、高成長速度で化学量論組成に近い窒化シリコン膜を形成することは困難となってしまうという新たな問題を有する。
【００１１】
また、本発明の前提となるさらに他の技術では、図９の構成とは逆に、原料ガス導入パイプ２２にアンモニアガスを、原料ガス導入パイプ２４にシランガスをそれぞれ導入する。セル２６内において分解生成したシラン活性種は、セル２６の内壁との衝突により、失活して膜成長を起こす。そのため、結果として真空容器内に導入されるシラン活性種は減少してしまい、成長速度を高速化することが困難となる問題を有する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数種類の原料ガスを供給して熱分解活性化させることにより、被堆積物、たとえば基板上に窒化シリコンなどの膜を堆積させるにあたり、高速成膜かつ化学量論組成に等しいかまたは近似した各種類のガス流量を供給して膜を堆積可能とする化学蒸着方法および装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る触媒ＣＶＤ装置とも呼ばれるＣＶＤ装置は、真空容器内で発熱体により、特に２種類以上の原料ガスであるガス種を分解活性化させて、被堆積物、たとえば基板に成膜を行うＣＶＤ装置であって、上記目的を達成するために次のように構成されている。各ガス種が互いに独立に真空容器すなわち気密容器内に導入され、そのそれぞれの導入口と被堆積物との間に、導入されたガス種を分解活性化する発熱体を有し、かつ、少なくとも１つの導入口の近傍領域に導入ガスを分解活性化する発熱体が配置され、該発熱体と隔離されることなく、同一真空容器内に基板を搭載する基板保持機構が備えられているものである。もしくは、そのそれぞれの導入口の近傍領域に導入ガスを分解活性化する発熱体が配置され、該発熱体と隔離されることなく、同一真空容器内に基板を搭載する基板保持機構が備えられているものである。
【００１４】
本発明は、原料となる複数のガス種を熱分解して活性種を生成することにより、被堆積物上に複数のガス種の成分からなる化合物を堆積させる化学蒸着方法において、
真空容器の空間に、複数種類の各ガス種を前記空間に臨む導入口手段の各導入口から個別に導入し、
各導入口は、前記空間に開放しており、被堆積物に臨み、
各導入口と被堆積物との間に１個以上の発熱体を設け、
かつ、複数のガス種のうちの少なくとも１つのガス種の導入口近傍で他のガス種と混合しない領域に前記発熱体の１個以上または一部を設け、
各ガス種を発熱体によって熱分解し、活性種を生成することを特徴とする化学蒸着方法である。
【００１５】
本発明は、真空容器の空間に、複数種類の各原料ガスを、前記空間に臨む各導入口から個別的に導入し、
各導入口は、前記空間に開放しており、被堆積物に臨み、
各導入口毎に、各導入口からの原料ガスが混合しない近傍領域に、発熱体を設け、
各原料ガスを、発熱体によって熱分解し、活性種を生成することを特徴とする化学蒸着方法である。
【００１６】
本発明は、真空容器と、
原料となる各ガス種毎に設けられ、被堆積物に向けられて真空容器内の空間に開放している複数の導入口を有する導入口手段と、
前記複数の導入口と被堆積物との間に設けられた１個以上の発熱体とを有し、
前記発熱体の１個以上または一部が、少なくとも１つのガス種の導入口近傍であり他のガス種と混合しない領域に設けられ、また前記発熱体は該各ガス種を熱分解して活性種を生成することを特徴とする化学蒸着装置である。
【００１７】
本発明は、真空容器と、
原料ガスの複数の各種類毎に設けられる導入口手段であって、
真空容器内の空間に個別的に臨む導入口を有し、各導入口は、被堆積物に向けられて前記空間に開放している導入口手段と、
導入口手段に、原料ガスをそれぞれ供給するガス供給手段と、
導入口毎に設けられる発熱体であって、各導入口からの原料が混合しない近傍領域に設けられ、原料ガスを熱分解して活性種を生成する発熱体とを含むことを特徴とする化学蒸着装置である。
【００１８】
本発明は、前記発熱体が複数であり、さらにそれぞれの発熱体が各ガス種の各導入口近傍でありかつ他のガス種と混合しない領域に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、複数のガス種のうちの少なくとも１つのガス種の導入口近傍で他のガス種と混合しない領域に前記発熱体の１個以上または一部を設け、また複数のガス種が混合する領域に前記発熱体の他の１個以上または他の一部を設けたことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、発熱体をその近傍に有する導入口手段は、原料ガスの下流になるにつれて流路断面積が大きくなるように形成されることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、発熱体をその近傍に有する導入口手段は、下流が拡がった中空の錐体状であることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、発熱体は、電気ヒータであることを特徴とする。
本発明は、発熱体は、発熱線であることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、発熱体をその領域に有する導入口手段は、下流が拡がった中空の前記空間から見た開口端の正面形状が矩形である４角錐体状であり、
発熱体は、導入口手段の開口端の対向する一対の辺の間にわたって、発熱線が張架されて構成されることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、前記各ガス種は、シリコン原子を含有する第１ガスと、窒素原子を含有する第２ガスとを含み、
第１ガスの導入口手段に対応して設けられる第１発熱体は、１６００℃以上２０００℃未満であり、
第２ガスの導入口手段に対応して設けられる第２発熱体は、１２００℃以上２０００℃未満であり、
被堆積物上に窒化シリコンを成膜することを特徴とする。
【００２５】
本発明のＣＶＤ装置においては、たとえばシリコン原子を含有するガスおよび窒素原子を含有するガスを用いて窒化シリコン膜の成膜を行う場合、真空容器内に導入されたシリコン原子を含有するガスは、シリコン原子を含有するガスの導入口と被堆積物との間に配備された加熱した発熱体との接触により、シリコン原子を含有する活性種に変化して真空容器内を拡散する。また別の場所により真空容器内に導入された窒素原子を含有するガスは、窒素原子を含有するガスの導入口の近傍領域に配置された加熱した発熱体を通過して、窒素原子を含有する活性種に変化して真空容器内に拡散する。それらの活性種は、基板に達して、その表面上に薄膜を形成する。
【００２６】
もしくは、本発明のＣＶＤ装置においては、ガス種として、たとえばシリコン原子を含有するガスおよび窒素原子を含有するガスを用いて、窒化シリコン膜の成膜を行う場合、真空容器内に導入されたシリコン原子を含有するガスは、シリコン原子を含有するガスの導入口の近傍領域に配置された加熱した発熱体を通過して、シリコン原子を含有する活性種に変化して真空容器内に拡散する。また別の場所より真空容器内に導入された窒素原子を含有するガスは、窒素原子を含有するガスの導入口の近傍領域に配置された加熱した発熱体を通過して、窒素原子を含有する活性種に変化して真空容器内に拡散する。それら活性種は、基板に達して、その表面上に薄膜を形成する。
【００２７】
発熱体には通常高融点金属が用いられ、たとえばタングステンが好ましく、線状であってもよく、その他の構造であってもよい。またシリコン原子を含有するガスはシランガス（ＳｉＨ_４）が好ましく、窒素原子を含有するガスはアンモニア（ＮＨ_３）が好ましい。
【００２８】
発熱体の温度に関しては、発熱体にタングステン、供給ガスにシランおよびアンモニアを用いた場合、シランガスの分解活性化に用いる発熱体は、タングステンとシリコン化合物形成を防ぐ意味から１６００℃以上が望ましく、また、膜のタングステン汚染を防ぐために、タングステンが蒸発しない２０００℃以下とすることが望ましい。アンモニアガス導入口の近傍領域の発熱体は、アンモニアが効率的に分解する１２００℃以上が望ましく、また、膜のタングステン汚染を防ぐために、タングステンが蒸発しない２０００℃以下とすることが望ましい。
【００２９】
本発明によれば、各原料ガスを独立に分解活性化する。したがって、たとえば、シリコン原子を含有するガスと窒素原子を含有するガスの混合ガスを同時に分解活性化する際に起こる、シリコン原子を含有するガスの優先的発熱体表面活性点占有による窒素原子を含有するガスの分解低下が、発生しない。よって、シリコン原子を含有するガスと窒素原子を含有するガスの混合ガスを、同時に分解活性化する際に必要とされる、シリコン原子を含有するガス供給流量の数十から数百倍の窒素原子を含有するガス供給流量を、必要としない。
【００３０】
また、本発明によれば、各供給ガス流量に必要な分だけの分解活性点が、少なくとも１つの供給ガスの導入口の近傍領域および残りの供給ガスの導入口と被堆積物との間、もしくは、各供給ガスの導入口の近傍領域にあればよいので、シリコン原子を含有するガスと窒素原子を含有するガスの混合ガスを同時に分解活性化する際に必要とされる、窒素原子を含有するガスの分解活性化向上のために、発熱体の表面積を増やしたり、発熱体の温度を上昇させたりする必要がなくなる。したがって発熱体への供給電力量の低減化が可能となり、熱的ダメージが問題となる基板への成膜が可能となる。
【００３１】
また、本発明によれば、少なくとも１つの原料ガスの導入口の近傍領域および残りの原料ガスの導入口と被堆積物との間、もしくは、各原料ガスの導入口の近傍領域において分解活性化された活性種は、壁等によりさえぎられることなく基板などの被堆積物まで到達するので、活性種の失活による膜成長速度の低下を招くことなく、膜形成を行うことが可能となる。導入口の近傍領域というのは、各導入口の近傍であって、他の導入口からの原料が拡散して混合しない領域である。これによって、少なくとも１つの原料ガスの導入口の近傍領域および残りの原料ガスの導入口と被堆積物との間に発熱体を設けている場合、導入口の近傍領域の発熱体は、その導入口より放出されるガス種のみを熱分解し、導入口と被堆積物との間の発熱体は、他の残りのガス種を熱分解する。また、各供給ガスの導入口の近傍領域に発熱体を設けている場合、発熱体は、各導入口からの原料ガスのみを熱分解する。各導入口は、真空容器の空間に開放しており、しかもその導入口は被堆積物に向けられているので、発熱体によって熱分解された活性種が、障害物に接触することはない。
【００３２】
本発明は、ガス供給手段による第１ガスの流量は、
第１ガスの導入口手段に対応して設けられる第１発熱体の単位時間あたりの第１ガスの熱分解能力（単位リットル／分）以下に選ばれることを特徴とする。
【００３３】
また、さらに、単位時間当りのたとえばシリコン原子を含有する第１ガスの供給流量を、シリコン原子を含有する第１ガスの真空容器内の導入口の近傍領域、もしくは、導入口と被堆積物との間に配置されている発熱体の、単位時間当たりの該シリコン原子を含有するガスの熱分解能力以下の供給流量にすることにより、未分解のシリコン原子を含むガスの、窒素原子を含むガスの真空容器内導入口部に配置されている発熱体への拡散移動ならびに接触を抑制できる。したがって該発熱体の、シリコン原子を含有するガスの優先的な発熱体表面活性点占有による窒素原子を含有するガスの分解低下が発生せずに、なお好ましい様態となる。
【００３４】
シリコン原子を含有するガスの真空容器内導入口の近傍領域、もしくは、導入口と被堆積物との間に配置されている発熱体の、単位時間当たりの該シリコン原子を含有するガスの分解能力は、次のように、見積もることができる。真空容器内に該シリコン原子を含有するガスのみを供給し、真空容器内の圧力を一定とした場合において、単位時間当たりの該シリコン原子を含有するガスの供給流量と、これによるシリコン含有膜の成長速度との相関について、原理上、図４のような関係が得られる。この図４において、成長速度が比例的に増大する流量の領域３１における単位時間当たりの該シリコン原子を含有するガスの供給流量の最大値３２が、該発熱体の単位時間当たりの該シリコン原子を含有するガスの熱分解能力とみなすことができる。
【００３５】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の触媒化学蒸着装置の断面図である。この図１に示すＣＶＤ装置は、被堆積物である半導体ウエハなどの基板４１上に窒化シリコン膜を成膜するものである。この実施の形態では、第１の原料ガスとしてシランおよび第２の原料ガスとしてアンモニアを用いた場合について説明する。シランの代りにジシランを用いることもでき、またアンモニアの代りにヒドラジンを用いることもできる。
【００３７】
ＣＶＤ装置の容器４２は、成膜を行う際に、圧力調整バルブ４３および排気ポンプ４４によってその内部が所望の圧力となる真空状態に保持される気密の真空容器である。真空容器４２の内部の空間７１には、中空４角錐体状の形状をした、シランガスが導入される導入口４５、および、同じく中空４角錐体状の形状をした、アンモニアガスが導入される導入口４６が設けられる。この導入口４５，４６の近傍領域には、活性種を生成するための発熱体４７および４８がそれぞれ取り付けられている。
【００３８】
図２は、導入口４５を有する導入口手段７２を示す簡略化した斜視図である。もう１つの導入口４６に関しても同様な導入口手段７３が設けられ、図１の紙面に垂直な対称面７４に関して左右対称に配置され、この対称面７４に関して対称に配置された基板４１上への成膜が行われる。
【００３９】
図３は、発熱体４７，４７ａを示す斜視図である。図３（１）に示される発熱体４７としては、一例として電気ヒータであってもよく、この電気ヒータは、発熱線であるタングステン線が使用されている。タングステン線は、たとえば直径０．５ｍｍ程度の太さのものであり、図２に示されるように、ガス配管との電気的および熱的絶縁を図るために取り付けられた、たとえばアルミナ等の一対の絶縁材料からなる直円柱状の支持部材５３に巻き掛けられたタンタル製支持部５４を介し、ジグザグ状に張られている。導入口手段７２は、図１および図２の斜め上方が拡がった中空の空間７１から見た開口端７５が矩形、たとえば長方形である中空の４角錐体状である。支持部材５３は、導入口手段７２の開口端７５の対向する一対の辺７６の間にわたって、タングステン線から成る発熱体４７が張架される。分解活性化の効率を高めるため、導入口４５の限られた近傍領域内での発熱体の表面積を高めるべく、図３（２）に示されるように本発明の実施の他の形態では、タングステン線をコイル状にすることは、より好ましい。
【００４０】
発熱体４７の材質としては、タングステンの他、モリブデン、タンタル、チタン、白金、もしくはバナジウムを使用することが可能である。もう１つの導入口手段７３は、導入口手段７２と同様に構成され、発熱体４８を有する。
【００４１】
成膜中、発熱体４７は、タングステン線を用いる場合、シランを分解し、かつタングステンとの反応によるシリサイドを形成しない温度に加熱することが望ましく、約１６００〜２０００℃に加熱される。また、成膜中、発熱体４８は、タングステン線を用いる場合、アンモニアを効率的に分解する温度以上が望ましく、約１２００〜２０００℃に加熱される。
【００４２】
基板４１は、基板保持機構４９内に設けられた基板のための加熱もしくは冷却機構５０により、所望の温度で保持される。この保持される温度は、基板４１や、基板４１上に形成された素子の耐熱性や、所望の膜質が得られる温度条件等により選ばれる。シランガスは、質量流量計（マスフローコントローラ）５１により所望の流量に調整され、また、アンモニアガスは、質量流量計（マスフローコントローラ）５２により所望の流量に調整されて導入される。シランガスは、シランガス源９５から供給され、アンモニアガスはアンモニアガス源９６から供給される。シランガス源９５からのシランガスは、質量流量計５１から管路７７を経て導入口手段７２の基端部７８に供給される。またアンモニアガス源９６からのアンモニアガスは、質量流量計５２から管路８１を経て導入口手段７３の基端部８２に供給される。
【００４３】
質量流量計５１によって制御されるシランガスの流量と基板４１上に成膜される膜成長速度の関係は、原理上、図４に示すグラフに従う。シランガス流量については、望ましくは、シランガスのみを用い、圧力一定条件としてシリコン膜を成膜したときに得られる、シランガス流量とシリコン膜の膜厚の関係において、シラン流量増大とともに成長速度が０から比例的に増大する最大シランガス流量の値３２以下の範囲３１に設定することが好ましい。この流量の値３２以下では、導入口４５より真空容器４２内に放出されるシランガス分子のほとんどは、発熱体４７により分解活性化され、該シラン活性種量は、発熱体４７を離れるにつれ、基板や壁等への成膜により消費されるため減少する。このため、アンモニアガス導入口４６に設置された発熱体４８に達するシランガス分子やシラン活性種量が低減されることとなり、発熱体４８表面の分解活性点を、該シランガス分子やシラン活性種が優先的に占有することによる、発熱体４８表面でのアンモニアガス分子分解効率の著しい低下を抑制することができる。
【００４４】
アンモニアガス流量については、前述のように定めたシランガス流量に対し、所望の膜質が得られる流量を設定すればよい。
【００４５】
図５は、本発明の実施の他の形態の簡略化した斜視図である。図５の導入口手段８３は、図１〜図４に示される前述の実施の形態における導入口手段７２の位置に同様に配置され、もう１つの導入口手段７３にも、図５に示される導入口手段８３が対象に配置される。図５に示される導入口手段を用いる実施の形態では、基板面積が大きく、面内の膜厚および膜質の均一性が求められる場合には、図５に示したような、シランガス導入口Ｓ１〜Ｓ５とアンモニアガス導入口Ｎ１〜Ｎ４を増やし、発熱体８５〜８７が備えられたシランガス導入口Ｓ１〜Ｓ５とアンモニアガス導入口Ｎ１〜Ｎ４を交互にアレイ状に配置すればよい。
【００４６】
図６は、図５に示される導入口手段８３の開口端の簡略化した正面図である。シランガス導入口Ｓ１〜Ｓ５とアンモニア導入口Ｎ１〜Ｎ４とは、図６の横方向および縦方向にマトリクス状に配置され、しかも横方向および縦方向に交互に配置される。発熱線８５〜８７は、縦方向に配列された導入口、たとえばＳ１，Ｎ１，Ｓ２；Ｎ２，Ｓ３，Ｎ３；Ｓ４，Ｎ４，Ｓ５に共通に設けられ、構成の簡略化が図られる。
【００４７】
また、図７に示される本発明の実施の他の形態では、このような構成を用いることにより、発熱体を有する個々のシランガス導入口を省略でき、さらに簡略化が可能である。これによれば、各発熱線９１〜９３に対し、等間隔に前述と同様なアンモニアガス導入口Ｎ１〜Ｎ４が取付けられ、一方、シランガスは板部材９９のシャワー状の多数の分布されたガス導入口９８より、発熱線９１〜９３に対し、アンモニアガス導入口Ｎ１〜Ｎ４と同じ側より供給される。アンモニアガスは導入口Ｎ１〜Ｎ４部で分解活性化し、シランガスは、発熱線９１〜９３のアンモニアガス導入口Ｎ１〜Ｎ４が取付けられていない部分１０１で分解活性化する。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
【００４８】
図１〜図３および図５〜図７の本発明の実施の各形態において、添付図面での装置構成、ならびに前述の基板温度、発熱体温度、シランガス流量およびアンモニアガス流量条件を設定することにより、従来に比べ、アンモニアガス流量／シランガス流量比を上げることなく、化学量論組成に近い窒化シリコン膜の作製が行える、本発明の好ましい実施の形態例を説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において、種々の形態に変更可能である。
【００４９】
所望の膜質を得るために、導入するシランガスやアンモニアガスを水素や窒素、希ガス等で希釈することや、真空容器４２内の別の場所より、水素や窒素、希ガス等を導入することは、なんら本発明を妨げるものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＣＶＤ装置によれば、真空容器の空間に、複数種類の原料ガスを各導入口から個別的に導入し、各導入口毎に設けられた発熱体によって、導入口の近傍領域で、発熱体によって各原料ガスを加熱分解して活性種を生成し、この活性種は、基板などの被堆積物に到達するまで、壁などの障害物の面に衝突することはなく、そのため失活量を低減することができ、したがって高速成膜が可能となり、その堆積される膜の化学量論組成に等しいかまたは近似した各種類の原料ガスの流量で成膜することができ、大量生産が容易になる。たとえば、特に化学量論組成に近い窒化シリコン成膜に対し、シリコン原子を含むガスと窒素原子を含むガスが別々の発熱体により分解活性化され、かつ生成した分解活性種の、基板などの被堆積物への到達までの壁等衝突による失活量を低減できることから、発熱体温度を上げたり、表面積を増やしたりすることなく、窒素原子を含むガス量／シリコン原子を含むガス量比が低減でき、かつ成長速度を高速化することが可能となって、量産性に優れた化学蒸着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の触媒化学蒸着装置の断面図である。
【図２】導入口４５を有する導入口手段７２を示す簡略化した斜視図である。
【図３】発熱体４７，４７ａを示す斜視図である。
【図４】質量流量計５１によって制御されるシランガスの流量と基板４１上に成膜される膜成長速度の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の他の形態の簡略化した斜視図である。
【図６】図５に示される導入口手段８３の開口端の簡略化した正面図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図８】従来型の触媒ＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の前提となるシランガスとアンモニアガスを別々に分解活性化するＣＶＤ装置の構成を示す断面図の一例である。
【符号の説明】
４１基板
４２真空容器
４５シランガス導入口
４６アンモニアガス導入口
４７，４７ａ，４８，８５〜８７発熱体
７１空間
７２，７３，８３導入口手段

Claims

原料となる複数のガス種を熱分解して活性種を生成することにより、被堆積物上に複数のガス種の成分からなる化合物を堆積させる化学蒸着方法において、
真空容器の空間に、複数種類の各ガス種を前記空間に臨む導入口手段の各導入口から個別に導入し、
各導入口は、前記空間に開放しており、被堆積物に臨み、
各導入口と被堆積物との間に１個以上の発熱体を設け、
かつ、複数のガス種のうちの少なくとも１つのガス種の導入口近傍で他のガス種と混合しない領域に前記発熱体の１個以上または一部を設け、
各ガス種を発熱体によって熱分解し、活性種を生成することを特徴とする化学蒸着方法。
前記発熱体が複数であり、さらにそれぞれの発熱体が各ガス種の各導入口近傍でありかつ他のガス種と混合しない領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の化学蒸着方法。
複数のガス種のうちの少なくとも１つのガス種の導入口近傍で他のガス種と混合しない領域に前記発熱体の１個以上または一部を設け、また複数のガス種が混合する領域に前記発熱体の他の１個以上または他の一部を設けたことを特徴とする請求項１記載の化学蒸着方法。
真空容器と、
原料となる各ガス種毎に設けられ、被堆積物に向けられて真空容器内の空間に開放している複数の導入口を有する導入口手段と、
前記複数の導入口と被堆積物との間に設けられた１個以上の発熱体とを有し、
前記発熱体の１個以上または一部が、少なくとも１つのガス種の導入口近傍であり他のガス種と混合しない領域に設けられ、また前記発熱体は該各ガス種を熱分解して活性種を生成することを特徴とする化学蒸着装置。
前記発熱体が複数であり、さらにそれぞれの発熱体が各ガス種の各導入口近傍でありかつ他のガス種と混合しない領域に設けられていることを特徴とする請求項４記載の化学蒸着装置。
複数のガス種のうちの少なくとも１つのガス種の導入口近傍で他のガス種と混合しない領域に前記発熱体の１個以上または一部を設け、また複数のガス種が混合する領域に前記発熱体の他の１個以上または他の一部を設けたことを特徴とする請求項４記載の化学蒸着装置。
前記各ガス種は、シリコン原子を含有する第１ガスと、窒素原子を含有する第２ガスとを含み、
第１ガスの導入口手段に対応して設けられる第１発熱体は、１６００℃以上２０００℃未満であり、
第２ガスの導入口手段に対応して設けられる第２発熱体は、１２００℃以上２０００℃未満であり、
被堆積物上に窒化シリコンを成膜することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の化学蒸着方法。