化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法
【課題】発熱体ＣＶＤ（化学蒸着）法において、作成される薄膜中への不純物の混入を抑制する方法を提供する。
【解決手段】処理容器１内にガス供給系２によって供給された原料ガスが、エネルギー供給機構３０により所定の高温に維持された発熱体３の表面で分解及び又は活性化して基板９の表面に薄膜が作成される。発熱体３は、タングステン製の基体の表面に、不純物金属含有量が０．０１重量％以下のタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法又は六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着法により、不純物金属含有量が０．０１重量％以下のタングステンの被覆膜を形成したものである。発熱体３からの不純物金属の放出が抑制され、作成される薄膜中への不純物金属の混入も抑制される。
【解決手段】処理容器１内にガス供給系２によって供給された原料ガスが、エネルギー供給機構３０により所定の高温に維持された発熱体３の表面で分解及び又は活性化して基板９の表面に薄膜が作成される。発熱体３は、タングステン製の基体の表面に、不純物金属含有量が０．０１重量％以下のタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法又は六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着法により、不純物金属含有量が０．０１重量％以下のタングステンの被覆膜を形成したものである。発熱体３からの不純物金属の放出が抑制され、作成される薄膜中への不純物金属の混入も抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、所定の高温に維持された発熱体を用いて所定の薄膜を作成する化学蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
発熱体ＣＶＤ法では、処理容器内に基板を配置し、処理容器内に設けられた発熱体を所定の高温に維持しながら原料ガスが導入される。導入された原料ガスが発熱体の表面を通過する際、分解や活性化等の変化が原料ガスに生じ、この変化による生成物が基板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の表面に堆積する。尚、このような発熱体ＣＶＤのうち、ワイヤー状の発熱体を用いるものについては、ホットワイヤ（ＨｏｔＷｉｒｅ）ＣＶＤと呼ばれる場合がある。
【０００４】
このような発熱体を経由して原料ガスを基板に到達させると、基板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へ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。
【特許文献１】特開平５−１２９２１４号公報
【特許文献２】特開平１０−８３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者の研究によると、発熱体ＣＶＤ法では、通常の熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法では考えられない不純物が薄膜中に混入することが判明した。図５は、この問題を確認した実験の結果を示す図であり、実験用の化学蒸着装置で作成した窒化シリコン膜を二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy；ＳＩＭＳ）により分析した結果を示す図である。尚、基板には、ガリウム砒素ウェーハが使用された。
【０００６】
図５の横軸は、基板の厚さ方向の位置を示している。また、図５の右側の縦軸は、検出器に二次イオンが入射することにより流れる電流から単位時間あたりの入射二次イオン数（カウント／秒）を示しており、左側の縦軸は、二次イオン数から定量的に算出される各元素の濃度（単位体積あたりの元素の数，ａｔｏｍｓ／ｃｃ）を示している。尚、各元素の濃度の定量は、標準試料を使用して得られた二次イオン数のデータと比較して行われている。
【０００７】
図５において、基板の表面（横軸の０の点）から２０００オングストローム程度の位置まではＳｉが１平方センチあたり１０１８個以上の濃度で検出されており、表面から２０００オングストローム程度の厚さで窒化シリコン膜が作成されていると判断される。そして、この０〜２０００オングストロームの領域に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｎに相当する二次イオン電流が計測されている。二次イオン数から換算すると、平均して、Ｆｅが５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｎｉが１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｗが１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｍｎが１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度の濃度で混入しているとされる。但し、この分析に使用されたＳＩＭＳ装置は、検出系のＳＮ比等から、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度が検出限界となっており、Ｍｎについては、本当にこの程度の濃度の混入があるかどうか不明である。
【０００８】
いずれにしても、上記図５に示すデータから、従来の化学蒸着装置を使用して作成した薄膜中に、ＦｅやＮｉが高い濃度で混入しているのが確認された。このような金属元素の混入は、通常の熱ＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ装置では見られなかった現象である。このような意図しない金属元素の高濃度の混入があると、デバイス特性を阻害する結果となる可能性が高い。どのように阻害されるかは、薄膜の種類や目的によって変わる。例えば、シランと水素の混合ガスを使用して作成したシリコン膜の場合、１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度の金属元素の混入があると、キャリアの移動度が減少し始める。そして、１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上になると、極端なキャリア移動度の低下によりデバイスが正常に動作しない等の著しい特性阻害が生じる。また、窒化シリコン膜など、薄膜が素子形成後の表面保護膜や表面不動態（パシベーション）膜として作成される場合、膜中に上述のような重金属の不純物が混入すると、絶縁耐圧が低下して電気的な保護膜としての機能が阻害される恐れがある。
【０００９】
本願発明は、上記発明者の実験により確認された発熱体ＣＶＤ法を行う化学蒸着方法に特有の課題、即ち薄膜中への不純物混入という課題を解決するために成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供給機構と、処理容器内に基板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法であって、
不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法によってタングステンからなる高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して前記発熱体を製作するステップと、
このようにして製作された発熱体を前記処理容器内に配置するステップと、
配置された発熱体を前記エネルギー供給機構により前記所定の高温に維持するステップと、
前記ガス供給系により前記原料ガスを供給し、所定の高温に維持された発熱体の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜を前記基板の表面に作成するステップと
を有するという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記高融点金属はタングステンであり、前記被覆膜を六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着により形成するという構成を有する。
【発明の効果】
【００１１】
以下に説明する通り、本願の各請求項の発明によれば、高純度の被覆膜が形成された構成の発熱体を用いるので、発熱体から不純物金属が放出されることが極めて少ない。このため、作成する薄膜中への不純物金属の混入も極めて少なくなり、良質な薄膜が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態の化学蒸着方法に用いる化学蒸着装置の概略構成を示す正面図である。図１に示す装置は、内部で基板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内に所定の原料ガスを供給するガス供給系２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３と、発熱体３が所定の高温に維持されるよう発熱体３にエネルギーを与えるエネルギー供給機構３０と、所定の高温に維持された発熱体３の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜が作成される処理容器１内の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー４とを備えている。
【００１３】
処理容器１は、排気系１１を備えた気密な容器であり、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。尚、処理容器１には、ゲートバルブを介して不図示のロードロックチャンバーが気密に接続されている。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おり、電気的には接地されている。排気系１１は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えており、処理容器１内を１×１０−４Ｐａ以下に排気可能に構成されている。尚、排気系１１は、不図示の排気速度調整器を備えている。
ガス供給系２は、所定の原料ガスを溜めた不図示のガスボンベと、処理容器１内に設けられたガス供給器２１と、ガスボンベとガス供給器２１とを繋ぐ配管上に設けられたバルブ２２や不図示の流量調整器とから構成されている。ガス供給器２１は中空の部材であり、基板ホルダー４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２１０が多数形成されている。ガスボンベ２１から配管２３を通してガス供給器２１にガスが導入され、このガスがガス吹き出し孔２１０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。
【００１４】
基板ホルダー４は、処理容器１の底面から上方に突出するよう設けられた台状の部材であり、上面に基板９を載置して保持するようになっている。尚、ガス供給器２１が下側で、基板ホルダー４が上側に設けられる場合もある。この場合、基板ホルダー４の下面に基板９が保持される。基板ホルダー４には、基板９の温度を調節する温度調節機構が内蔵される場合がある。例えば、基板ホルダー４内にはヒータが内蔵され、基板９を所定の温度に加熱するよう構成される場合がある。
【００１５】
図２は、図１に示す発熱体３の形状を説明する平面概略図である。図１及び図２から分かるように、発熱体３はワイヤー状の部材からなるものであり、鋸波状に折り曲げられ、枠体３１に保持されている。発熱体３は、溶接等の方法によって枠体３１に固定されている。
【００１６】
本実施形態の方法の大きな特徴点は、上記発熱体３が、不純物金属含有量が０．０１重量％以下である高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して成るものである点である。この点を、図３を使用してさらに詳しく説明する。図３は、図１及び図２に示す発熱体３の断面図である。図３に示すように、発熱体３は、基体３０１と、基体３０１の表面に形成された被覆膜３０２とから成るものである。そして、被覆膜３０２は、不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステンより成る膜である。発熱体３をこのように高純度の被覆膜３０２を形成した構成とすることは、前述した薄膜中への重金属の混入という現象を分析した発明者の研究に基づくものである。発明者は、基板９に作成する薄膜中に混入する重金属がどこからもたらされるのかについて鋭意検討した結果、発熱体３から来るのではないかという結論に達した。
【００１７】
具体的に説明すると、従来使用されているタングステン製の発熱体３は、タングステン粉末を焼結させて形成されるが、タングステン粉末の段階では、９９．９９９％程度という極めて高い純度であり、上述した重金属を多く含んでいることはないと考えられる。しかしながら、焼結したタングステン材をワイヤー状に加工していく際、タングステン材は金属製の圧縮器で圧縮されながら圧延される。そして、タングステン材に接触する圧縮器は金属性であり、その表面には鉄やニッケル等が存在し、圧延の際にこれらの重金属がタングステン材中に混入するものと考えられる。発明者の調査によると、タングステン材をワイヤー状に加工すると、その純度は９９．９％（３Ｎ）程度になり２桁低下してしまう。
【００１８】
このように重金属が混入した発熱体３を用いて成膜を行うと、発熱体３が高温に加熱される結果、混入した重金属が蒸発し、これが基板９に達して薄膜中に取り込まれることになる。前述した薄膜中への高濃度の鉄やニッケル等の混入は、これが原因であると考えられる。
【００１９】
タングステンは融点が３４００℃と高いので、発熱体３の材料としては好適であるが、上述の通り、このタングステンのみで所定の形状の発熱体３を得ようとすると、成形の過程で不純物が混入してしまう。発明者は、この問題を解決するために、発想を転換し、タングステンのみで発熱体３を構成するのではなく、ある基体の表面にタングステンの被覆膜を形成した構成とすれば良いのではないかと考えた。このような考えには、発熱体３の作用は後述するように表面における原料ガスの分解や活性化等の変化にあり、表面の材料が重要であること、及び、表面に被覆膜を形成する場合には蒸着法が採用でき、純度が極めて高いものが形成できること、の二つが念頭に置かれている。
【００２０】
発明者は、上述した考えのもと、タングステンの被覆膜３０２を蒸着法により表面に形成した構成の発熱体３を製作した。具体的には、基体３０１としてはＰＢＮ（Pyrolitic Boron Nitride，熱分解窒化硼素）が採用された。ＰＢＮは、昇華性物質であり、その昇華温度は２３００℃と高い。また、ＰＢＮは多くの材料メーカーから市販されており、不純物金属濃度がｐｐｍオーダー以下のものを容易に入手することができる。ＰＢＮより成る基体３０１は、直径０．２ｍｍ程度の針状である。そして、この基体３０１の表面に電子ビーム蒸着法によりタングステンの被覆膜３０２を１０μｍ程度の厚さで形成した。電子ビーム蒸着は、９９．９９９％（５Ｎ）の純度のタングステン粉末をるつぼに入れ、電子ビームで加熱して蒸発させ、基体３０１の表面に被着させることにより行った。蒸着開始前の雰囲気の圧力を１×１０−４Ｐａ以下とし、蒸着時の不純物混入を極力少なくした。尚、純度の高いタングステン粉末も、多くの材料メーカーから市販されており、５Ｎ程度のものも容易に入手できる。
【００２１】
発明者は、このようにして製作した発熱体３を使用し、図５に示した従来例と同様に窒化シリコン膜の作成を行い、ＳＩＭＳ分析を行った。その結果、膜中の不純物金属濃度は、ＳＩＭＳの検出限界（約１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ）程度以下に激減していることが確認された。この結果から、作成する薄膜中に混入する不純物金属は発熱体３から放出されるとの推定が正しいものであり、発熱体３の表面に純度の高い被覆膜３０２を形成することで不純物金属の放出が大幅に抑制されることが確認された。
【００２２】
このような発熱体３にエネルギーを供給するエネルギー供給機構３０は、発熱体３を通電して発熱体３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３０は電気エネルギーを供給して発熱体３を所定の高温に維持するものであり、直流電源又は交流電源が採用されている。エネルギー供給機構３０は、発熱体３を通電して発熱体３を１５００〜２０００℃程度の高温に維持できるよう構成されている。尚、この例では、基体３０１は絶縁物であるので、通電されるのはタングステンよりなる被覆膜３０２の部分のみである。また、発熱体３の温度を検出する不図示の温度センサが必要に応じて設けられている。温度センサの検出信号は、エネルギー供給機構３０にフィードバックされ、発熱体３の通電電流が負帰還制御される。
【００２３】
次に、上記構成に係る装置の動作について説明する。以下の説明は、実施形態の化学蒸着方法のより詳しい説明でもある。
まず、処理容器１に隣接した不図示のロードロックチャンバーに基板９を配置するとともにロードロックチャンバー及び処理容器１内を所定の圧力まで排気し、その後、不図示の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４に保持される。基板ホルダー４に保持された基板９は、必要に応じて基板ホルダー４に内蔵された温度調節機構により所定の温度に調節される。並行してエネルギー供給機構３０が動作し、発熱体３を通電して発熱させ所定の高温に維持する。
【００２４】
この状態で、ガス供給系２が動作する。即ち、バルブ２２が開き、ガス供給器２１を通して原料ガスが処理容器１内に供給される。供給された原料ガスは、発熱体３の表面を経由して基板９に達する。この際、発熱体３の表面で原料ガスが分解及び又は活性化する。そして、これら分解及び又は活性化した原料ガスが基板９の表面に到達することで、基板９の表面に所定の薄膜が堆積する。薄膜が所定の厚さに達したら、バルブ２２を閉じて原料ガスの供給を停止するとともにエネルギー供給機構３０の動作を停止し、処理容器１内を再度排気する。その後、基板９を処理容器１から取り出す。
【００２５】
蒸着の具体例について、前述と同様に窒化シリコン膜を作成する場合を例にして説明すると、原料ガスとして、モンシランを０．１〜２０．０ｃｃ／分、アンモニアを１０．０〜２０００．０ｃｃ／分の割合で混合して導入する。発熱体３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に維持して蒸着を行うと、１〜１０ｎｍ／分程度の成膜速度で窒化シリコン膜の作成が行える。尚、このような窒化シリコン膜は、パッシベーション膜や保護膜として効果的に利用できる。
【００２６】
次に、上述したような発熱体３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３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。
【００２７】
図４は、本実施形態の方法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３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又は接触することで、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又は接触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、
ＳｉＨ４(g)→ＳｉＨ３(g)＋Ｈ＊(g)
ＮＨ３(g)→ＮＨ２(g)＋Ｈ＊(g)
ａＳｉＨ３(g)＋ｂＮＨ２(g)→ｃＳｉＮｘ(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。
【００２８】
また、発熱体３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。
【００２９】
さらに、本実施形態の化学蒸着方法は、発熱体３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３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、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。
【００３０】
本実施形態の方法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３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３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。
【００３１】
上記構成及び動作に係る本実施形態の方法では、前述した通り、高純度の被覆膜３０２が形成された構成の発熱体３を用いるので、発熱体３から不純物金属が放出されることが極めて少ない。このため、作成する薄膜中への不純物金属の混入も極めて少なくなり、良質な薄膜が得られる。
【００３２】
次に、発熱体３の他の構成について説明する。前述した発熱体３は、基体３０１の材料としてＰＢＮを使用しているが、これに限られるものではない。成膜時に維持される所定の高温よりも充分に高い融点を持つものであれば、基体３０１の材料として使用可能である。例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属や炭素等が基体３０１の材料として採用可能である。尚、基体３０１の形状は、前述した針状の他、棒状、線状、板状、筒状、箔状等でもよい。また、被覆膜３０２の材料は、成膜時に維持される所定の高温よりも充分に高い融点であることは勿論であるが、原料ガスの分解や活性化を生じさせる上でその選定は重要である。前述したタングステンの他、モリブデン、タンタル等でも同様の効果が得られることが確認されている。
【００３３】
さらに、被覆膜３０２の形成については、電子ビーム蒸着の他、化学蒸着によることも可能である。発熱体３の他の構成について、タングステンの基体３０１の表面にタングステンの被覆膜３０２を化学蒸着によって形成する例を説明する。基体３０１は、従来と同様にタングステンワイヤー（純度３Ｎ）でも良い。線径は０．２ｍｍ程度である。この基体３０１の表面に、六フッ化タングステンを使用した化学蒸着によりタングステンの被覆膜３０２を形成する。処理容器内にこの基体３０１を配置し、通電加熱により基体３０１を約５００℃に維持しながら、処理容器内に六フッ化タングステンと水素の混合ガスを導入する。六フッ化タングステンと水素の流量比を１：１０程度とし、処理容器内を５×１０３Ｐａ程度に維持しながら、水素による六フッ化タングステンの還元反応を利用し、基体３０１の表面にタングステンの被覆膜３０２を１００μｍ程度の厚さで堆積させる。
【００３４】
尚、この際の化学蒸着は、本実施形態の方法に用いられる装置とは別の装置によって行うことが一般的であるが、ガス供給系２に六フッ化タングステンガスと水素ガスとの供給ラインを付加しておけば、本実施形態の方法に用いられる上記装置を利用して行うことも可能である。処理容器１内で上述の通り被覆膜３０２の形成を行って発熱体３を製作し、その発熱体３をそのまま使用して基板９への成膜を行うことができる。この場合、製作された発熱体３が大気側に取り出されることなく基板９への成膜に利用されるので、発熱体３の表面の酸化や汚損が無く、基板９への成膜の品質の向上に寄与できる。
【００３５】
上記のようにして製作した発熱体３を前述した装置における発熱体３と交換して同様に成膜処理を行ったところ、作成された薄膜中の不純物金属濃度がＳＩＭＳの検出限界以下となっていることが確認された。これは、上記六フッ化タングステンの水素還元反応によるタングステン膜の形成は、半導体デバイスにおけるプラグ配線膜の形成に採用されている技術であり、形成される被覆膜３０２の純度が極めて純度の高い（ｐｐｍオーダー以上）ためである。基体３０１のタングステンが従来と同様の３Ｎ即ち９９．９％程度の純度であっても、その表面に極めて高純度の被覆膜３０２が形成されるため、発熱体３からの不純物金属の放出は激減するのである。
【００３６】
上述した各例の発熱体３において、基体３０１の純度が低い場合には、被覆材３０２の厚さを厚くする必要がある。例えば、基体３０１が３Ｎ以下の純度である場合には、被覆材３０２の厚さ５０μｍ以上あることが好ましい。また、被覆材３０２の厚さを１００μｍ以上にしておくと、基体３０１の純度に関係なく不純物の放出を防止できるので非常に好ましい。
【００３７】
本願発明の化学蒸着方法で作成する薄膜としては、窒化シリコン膜の他、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜等の絶縁膜等もよい。さらには、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜などの半導体膜の作成にも、本願発明の方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本願発明の実施形態の化学蒸着方法に用いられる化学蒸着装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す発熱体３の形状を説明する平面概略図である。
【図３】図１及び図２に示す発熱体３の断面図である。
【図４】本実施形態の方法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。
【図５】従来の化学蒸着方法の問題を確認した実験の結果を示す図であり、実験用の化学蒸着装置で作成した窒化シリコン膜を二次イオン質量分析法により分析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 処理容器
１１ 排気系
２ ガス供給系
３ 発熱体
３０ エネルギー供給機構
３０１ 基体
３０２ 被覆膜
４ 基板ホルダー
９ 基板
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、所定の高温に維持された発熱体を用いて所定の薄膜を作成する化学蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
発熱体ＣＶＤ法では、処理容器内に基板を配置し、処理容器内に設けられた発熱体を所定の高温に維持しながら原料ガスが導入される。導入された原料ガスが発熱体の表面を通過する際、分解や活性化等の変化が原料ガスに生じ、この変化による生成物が基板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の表面に堆積する。尚、このような発熱体ＣＶＤのうち、ワイヤー状の発熱体を用いるものについては、ホットワイヤ（ＨｏｔＷｉｒｅ）ＣＶＤと呼ばれる場合がある。
【０００４】
このような発熱体を経由して原料ガスを基板に到達させると、基板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へ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。
【特許文献１】特開平５−１２９２１４号公報
【特許文献２】特開平１０−８３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者の研究によると、発熱体ＣＶＤ法では、通常の熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法では考えられない不純物が薄膜中に混入することが判明した。図５は、この問題を確認した実験の結果を示す図であり、実験用の化学蒸着装置で作成した窒化シリコン膜を二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy；ＳＩＭＳ）により分析した結果を示す図である。尚、基板には、ガリウム砒素ウェーハが使用された。
【０００６】
図５の横軸は、基板の厚さ方向の位置を示している。また、図５の右側の縦軸は、検出器に二次イオンが入射することにより流れる電流から単位時間あたりの入射二次イオン数（カウント／秒）を示しており、左側の縦軸は、二次イオン数から定量的に算出される各元素の濃度（単位体積あたりの元素の数，ａｔｏｍｓ／ｃｃ）を示している。尚、各元素の濃度の定量は、標準試料を使用して得られた二次イオン数のデータと比較して行われている。
【０００７】
図５において、基板の表面（横軸の０の点）から２０００オングストローム程度の位置まではＳｉが１平方センチあたり１０１８個以上の濃度で検出されており、表面から２０００オングストローム程度の厚さで窒化シリコン膜が作成されていると判断される。そして、この０〜２０００オングストロームの領域に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｎに相当する二次イオン電流が計測されている。二次イオン数から換算すると、平均して、Ｆｅが５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｎｉが１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｗが１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度、Ｍｎが１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度の濃度で混入しているとされる。但し、この分析に使用されたＳＩＭＳ装置は、検出系のＳＮ比等から、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度が検出限界となっており、Ｍｎについては、本当にこの程度の濃度の混入があるかどうか不明である。
【０００８】
いずれにしても、上記図５に示すデータから、従来の化学蒸着装置を使用して作成した薄膜中に、ＦｅやＮｉが高い濃度で混入しているのが確認された。このような金属元素の混入は、通常の熱ＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ装置では見られなかった現象である。このような意図しない金属元素の高濃度の混入があると、デバイス特性を阻害する結果となる可能性が高い。どのように阻害されるかは、薄膜の種類や目的によって変わる。例えば、シランと水素の混合ガスを使用して作成したシリコン膜の場合、１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｃ程度の金属元素の混入があると、キャリアの移動度が減少し始める。そして、１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ以上になると、極端なキャリア移動度の低下によりデバイスが正常に動作しない等の著しい特性阻害が生じる。また、窒化シリコン膜など、薄膜が素子形成後の表面保護膜や表面不動態（パシベーション）膜として作成される場合、膜中に上述のような重金属の不純物が混入すると、絶縁耐圧が低下して電気的な保護膜としての機能が阻害される恐れがある。
【０００９】
本願発明は、上記発明者の実験により確認された発熱体ＣＶＤ法を行う化学蒸着方法に特有の課題、即ち薄膜中への不純物混入という課題を解決するために成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供給機構と、処理容器内に基板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法であって、
不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法によってタングステンからなる高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して前記発熱体を製作するステップと、
このようにして製作された発熱体を前記処理容器内に配置するステップと、
配置された発熱体を前記エネルギー供給機構により前記所定の高温に維持するステップと、
前記ガス供給系により前記原料ガスを供給し、所定の高温に維持された発熱体の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜を前記基板の表面に作成するステップと
を有するという構成を有する。
上記課題を解決するため、本願の請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記高融点金属はタングステンであり、前記被覆膜を六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着により形成するという構成を有する。
【発明の効果】
【００１１】
以下に説明する通り、本願の各請求項の発明によれば、高純度の被覆膜が形成された構成の発熱体を用いるので、発熱体から不純物金属が放出されることが極めて少ない。このため、作成する薄膜中への不純物金属の混入も極めて少なくなり、良質な薄膜が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１は、本願発明の実施形態の化学蒸着方法に用いる化学蒸着装置の概略構成を示す正面図である。図１に示す装置は、内部で基板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内に所定の原料ガスを供給するガス供給系２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３と、発熱体３が所定の高温に維持されるよう発熱体３にエネルギーを与えるエネルギー供給機構３０と、所定の高温に維持された発熱体３の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜が作成される処理容器１内の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー４とを備えている。
【００１３】
処理容器１は、排気系１１を備えた気密な容器であり、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。尚、処理容器１には、ゲートバルブを介して不図示のロードロックチャンバーが気密に接続されている。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おり、電気的には接地されている。排気系１１は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えており、処理容器１内を１×１０−４Ｐａ以下に排気可能に構成されている。尚、排気系１１は、不図示の排気速度調整器を備えている。
ガス供給系２は、所定の原料ガスを溜めた不図示のガスボンベと、処理容器１内に設けられたガス供給器２１と、ガスボンベとガス供給器２１とを繋ぐ配管上に設けられたバルブ２２や不図示の流量調整器とから構成されている。ガス供給器２１は中空の部材であり、基板ホルダー４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２１０が多数形成されている。ガスボンベ２１から配管２３を通してガス供給器２１にガスが導入され、このガスがガス吹き出し孔２１０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。
【００１４】
基板ホルダー４は、処理容器１の底面から上方に突出するよう設けられた台状の部材であり、上面に基板９を載置して保持するようになっている。尚、ガス供給器２１が下側で、基板ホルダー４が上側に設けられる場合もある。この場合、基板ホルダー４の下面に基板９が保持される。基板ホルダー４には、基板９の温度を調節する温度調節機構が内蔵される場合がある。例えば、基板ホルダー４内にはヒータが内蔵され、基板９を所定の温度に加熱するよう構成される場合がある。
【００１５】
図２は、図１に示す発熱体３の形状を説明する平面概略図である。図１及び図２から分かるように、発熱体３はワイヤー状の部材からなるものであり、鋸波状に折り曲げられ、枠体３１に保持されている。発熱体３は、溶接等の方法によって枠体３１に固定されている。
【００１６】
本実施形態の方法の大きな特徴点は、上記発熱体３が、不純物金属含有量が０．０１重量％以下である高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して成るものである点である。この点を、図３を使用してさらに詳しく説明する。図３は、図１及び図２に示す発熱体３の断面図である。図３に示すように、発熱体３は、基体３０１と、基体３０１の表面に形成された被覆膜３０２とから成るものである。そして、被覆膜３０２は、不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステンより成る膜である。発熱体３をこのように高純度の被覆膜３０２を形成した構成とすることは、前述した薄膜中への重金属の混入という現象を分析した発明者の研究に基づくものである。発明者は、基板９に作成する薄膜中に混入する重金属がどこからもたらされるのかについて鋭意検討した結果、発熱体３から来るのではないかという結論に達した。
【００１７】
具体的に説明すると、従来使用されているタングステン製の発熱体３は、タングステン粉末を焼結させて形成されるが、タングステン粉末の段階では、９９．９９９％程度という極めて高い純度であり、上述した重金属を多く含んでいることはないと考えられる。しかしながら、焼結したタングステン材をワイヤー状に加工していく際、タングステン材は金属製の圧縮器で圧縮されながら圧延される。そして、タングステン材に接触する圧縮器は金属性であり、その表面には鉄やニッケル等が存在し、圧延の際にこれらの重金属がタングステン材中に混入するものと考えられる。発明者の調査によると、タングステン材をワイヤー状に加工すると、その純度は９９．９％（３Ｎ）程度になり２桁低下してしまう。
【００１８】
このように重金属が混入した発熱体３を用いて成膜を行うと、発熱体３が高温に加熱される結果、混入した重金属が蒸発し、これが基板９に達して薄膜中に取り込まれることになる。前述した薄膜中への高濃度の鉄やニッケル等の混入は、これが原因であると考えられる。
【００１９】
タングステンは融点が３４００℃と高いので、発熱体３の材料としては好適であるが、上述の通り、このタングステンのみで所定の形状の発熱体３を得ようとすると、成形の過程で不純物が混入してしまう。発明者は、この問題を解決するために、発想を転換し、タングステンのみで発熱体３を構成するのではなく、ある基体の表面にタングステンの被覆膜を形成した構成とすれば良いのではないかと考えた。このような考えには、発熱体３の作用は後述するように表面における原料ガスの分解や活性化等の変化にあり、表面の材料が重要であること、及び、表面に被覆膜を形成する場合には蒸着法が採用でき、純度が極めて高いものが形成できること、の二つが念頭に置かれている。
【００２０】
発明者は、上述した考えのもと、タングステンの被覆膜３０２を蒸着法により表面に形成した構成の発熱体３を製作した。具体的には、基体３０１としてはＰＢＮ（Pyrolitic Boron Nitride，熱分解窒化硼素）が採用された。ＰＢＮは、昇華性物質であり、その昇華温度は２３００℃と高い。また、ＰＢＮは多くの材料メーカーから市販されており、不純物金属濃度がｐｐｍオーダー以下のものを容易に入手することができる。ＰＢＮより成る基体３０１は、直径０．２ｍｍ程度の針状である。そして、この基体３０１の表面に電子ビーム蒸着法によりタングステンの被覆膜３０２を１０μｍ程度の厚さで形成した。電子ビーム蒸着は、９９．９９９％（５Ｎ）の純度のタングステン粉末をるつぼに入れ、電子ビームで加熱して蒸発させ、基体３０１の表面に被着させることにより行った。蒸着開始前の雰囲気の圧力を１×１０−４Ｐａ以下とし、蒸着時の不純物混入を極力少なくした。尚、純度の高いタングステン粉末も、多くの材料メーカーから市販されており、５Ｎ程度のものも容易に入手できる。
【００２１】
発明者は、このようにして製作した発熱体３を使用し、図５に示した従来例と同様に窒化シリコン膜の作成を行い、ＳＩＭＳ分析を行った。その結果、膜中の不純物金属濃度は、ＳＩＭＳの検出限界（約１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｃ）程度以下に激減していることが確認された。この結果から、作成する薄膜中に混入する不純物金属は発熱体３から放出されるとの推定が正しいものであり、発熱体３の表面に純度の高い被覆膜３０２を形成することで不純物金属の放出が大幅に抑制されることが確認された。
【００２２】
このような発熱体３にエネルギーを供給するエネルギー供給機構３０は、発熱体３を通電して発熱体３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３０は電気エネルギーを供給して発熱体３を所定の高温に維持するものであり、直流電源又は交流電源が採用されている。エネルギー供給機構３０は、発熱体３を通電して発熱体３を１５００〜２０００℃程度の高温に維持できるよう構成されている。尚、この例では、基体３０１は絶縁物であるので、通電されるのはタングステンよりなる被覆膜３０２の部分のみである。また、発熱体３の温度を検出する不図示の温度センサが必要に応じて設けられている。温度センサの検出信号は、エネルギー供給機構３０にフィードバックされ、発熱体３の通電電流が負帰還制御される。
【００２３】
次に、上記構成に係る装置の動作について説明する。以下の説明は、実施形態の化学蒸着方法のより詳しい説明でもある。
まず、処理容器１に隣接した不図示のロードロックチャンバーに基板９を配置するとともにロードロックチャンバー及び処理容器１内を所定の圧力まで排気し、その後、不図示の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４に保持される。基板ホルダー４に保持された基板９は、必要に応じて基板ホルダー４に内蔵された温度調節機構により所定の温度に調節される。並行してエネルギー供給機構３０が動作し、発熱体３を通電して発熱させ所定の高温に維持する。
【００２４】
この状態で、ガス供給系２が動作する。即ち、バルブ２２が開き、ガス供給器２１を通して原料ガスが処理容器１内に供給される。供給された原料ガスは、発熱体３の表面を経由して基板９に達する。この際、発熱体３の表面で原料ガスが分解及び又は活性化する。そして、これら分解及び又は活性化した原料ガスが基板９の表面に到達することで、基板９の表面に所定の薄膜が堆積する。薄膜が所定の厚さに達したら、バルブ２２を閉じて原料ガスの供給を停止するとともにエネルギー供給機構３０の動作を停止し、処理容器１内を再度排気する。その後、基板９を処理容器１から取り出す。
【００２５】
蒸着の具体例について、前述と同様に窒化シリコン膜を作成する場合を例にして説明すると、原料ガスとして、モンシランを０．１〜２０．０ｃｃ／分、アンモニアを１０．０〜２０００．０ｃｃ／分の割合で混合して導入する。発熱体３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に維持して蒸着を行うと、１〜１０ｎｍ／分程度の成膜速度で窒化シリコン膜の作成が行える。尚、このような窒化シリコン膜は、パッシベーション膜や保護膜として効果的に利用できる。
【００２６】
次に、上述したような発熱体３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３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。
【００２７】
図４は、本実施形態の方法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３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又は接触することで、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又は接触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、
ＳｉＨ４(g)→ＳｉＨ３(g)＋Ｈ＊(g)
ＮＨ３(g)→ＮＨ２(g)＋Ｈ＊(g)
ａＳｉＨ３(g)＋ｂＮＨ２(g)→ｃＳｉＮｘ(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。
【００２８】
また、発熱体３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。
【００２９】
さらに、本実施形態の化学蒸着方法は、発熱体３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３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、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。
【００３０】
本実施形態の方法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３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３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。
【００３１】
上記構成及び動作に係る本実施形態の方法では、前述した通り、高純度の被覆膜３０２が形成された構成の発熱体３を用いるので、発熱体３から不純物金属が放出されることが極めて少ない。このため、作成する薄膜中への不純物金属の混入も極めて少なくなり、良質な薄膜が得られる。
【００３２】
次に、発熱体３の他の構成について説明する。前述した発熱体３は、基体３０１の材料としてＰＢＮを使用しているが、これに限られるものではない。成膜時に維持される所定の高温よりも充分に高い融点を持つものであれば、基体３０１の材料として使用可能である。例えば、タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属や炭素等が基体３０１の材料として採用可能である。尚、基体３０１の形状は、前述した針状の他、棒状、線状、板状、筒状、箔状等でもよい。また、被覆膜３０２の材料は、成膜時に維持される所定の高温よりも充分に高い融点であることは勿論であるが、原料ガスの分解や活性化を生じさせる上でその選定は重要である。前述したタングステンの他、モリブデン、タンタル等でも同様の効果が得られることが確認されている。
【００３３】
さらに、被覆膜３０２の形成については、電子ビーム蒸着の他、化学蒸着によることも可能である。発熱体３の他の構成について、タングステンの基体３０１の表面にタングステンの被覆膜３０２を化学蒸着によって形成する例を説明する。基体３０１は、従来と同様にタングステンワイヤー（純度３Ｎ）でも良い。線径は０．２ｍｍ程度である。この基体３０１の表面に、六フッ化タングステンを使用した化学蒸着によりタングステンの被覆膜３０２を形成する。処理容器内にこの基体３０１を配置し、通電加熱により基体３０１を約５００℃に維持しながら、処理容器内に六フッ化タングステンと水素の混合ガスを導入する。六フッ化タングステンと水素の流量比を１：１０程度とし、処理容器内を５×１０３Ｐａ程度に維持しながら、水素による六フッ化タングステンの還元反応を利用し、基体３０１の表面にタングステンの被覆膜３０２を１００μｍ程度の厚さで堆積させる。
【００３４】
尚、この際の化学蒸着は、本実施形態の方法に用いられる装置とは別の装置によって行うことが一般的であるが、ガス供給系２に六フッ化タングステンガスと水素ガスとの供給ラインを付加しておけば、本実施形態の方法に用いられる上記装置を利用して行うことも可能である。処理容器１内で上述の通り被覆膜３０２の形成を行って発熱体３を製作し、その発熱体３をそのまま使用して基板９への成膜を行うことができる。この場合、製作された発熱体３が大気側に取り出されることなく基板９への成膜に利用されるので、発熱体３の表面の酸化や汚損が無く、基板９への成膜の品質の向上に寄与できる。
【００３５】
上記のようにして製作した発熱体３を前述した装置における発熱体３と交換して同様に成膜処理を行ったところ、作成された薄膜中の不純物金属濃度がＳＩＭＳの検出限界以下となっていることが確認された。これは、上記六フッ化タングステンの水素還元反応によるタングステン膜の形成は、半導体デバイスにおけるプラグ配線膜の形成に採用されている技術であり、形成される被覆膜３０２の純度が極めて純度の高い（ｐｐｍオーダー以上）ためである。基体３０１のタングステンが従来と同様の３Ｎ即ち９９．９％程度の純度であっても、その表面に極めて高純度の被覆膜３０２が形成されるため、発熱体３からの不純物金属の放出は激減するのである。
【００３６】
上述した各例の発熱体３において、基体３０１の純度が低い場合には、被覆材３０２の厚さを厚くする必要がある。例えば、基体３０１が３Ｎ以下の純度である場合には、被覆材３０２の厚さ５０μｍ以上あることが好ましい。また、被覆材３０２の厚さを１００μｍ以上にしておくと、基体３０１の純度に関係なく不純物の放出を防止できるので非常に好ましい。
【００３７】
本願発明の化学蒸着方法で作成する薄膜としては、窒化シリコン膜の他、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜等の絶縁膜等もよい。さらには、アモルファスシリコン膜やポリシリコン膜などの半導体膜の作成にも、本願発明の方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本願発明の実施形態の化学蒸着方法に用いられる化学蒸着装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す発熱体３の形状を説明する平面概略図である。
【図３】図１及び図２に示す発熱体３の断面図である。
【図４】本実施形態の方法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。
【図５】従来の化学蒸着方法の問題を確認した実験の結果を示す図であり、実験用の化学蒸着装置で作成した窒化シリコン膜を二次イオン質量分析法により分析した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 処理容器
１１ 排気系
２ ガス供給系
３ 発熱体
３０ エネルギー供給機構
３０１ 基体
３０２ 被覆膜
４ 基板ホルダー
９ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供給機構と、処理容器内に基板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法であって、
不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法によってタングステンからなる高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して前記発熱体を製作するステップと、
このようにして製作された発熱体を前記処理容器内に配置するステップと、
配置された発熱体を前記エネルギー供給機構により前記所定の高温に維持するステップと、
前記ガス供給系により前記原料ガスを供給し、所定の高温に維持された発熱体の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜を前記基板の表面に作成するステップと
を有することを特徴とする化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法。
【請求項２】
前記高融点金属はタングステンであり、前記被覆膜を六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着により形成することを特徴とする請求項１記載の化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法。
【請求項１】
内部で基板に対して所定の処理がなされる処理容器と、処理容器内に所定の原料ガスを供給するガス供給系と、供給された原料ガスが表面を通過するように処理容器内に設けられた発熱体と、発熱体が所定の高温に維持されるよう発熱体にエネルギーを与えるエネルギー供給機構と、処理容器内に基板を保持する基板ホルダーとを備えた化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法であって、
不純物金属含有量が０．０１重量％以下であるタングステン粉末を蒸発源とした電子ビーム蒸着法によってタングステンからなる高融点金属の被覆膜を基体の表面に形成して前記発熱体を製作するステップと、
このようにして製作された発熱体を前記処理容器内に配置するステップと、
配置された発熱体を前記エネルギー供給機構により前記所定の高温に維持するステップと、
前記ガス供給系により前記原料ガスを供給し、所定の高温に維持された発熱体の表面での原料ガスの分解及び又は活性化により所定の薄膜を前記基板の表面に作成するステップと
を有することを特徴とする化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法。
【請求項２】
前記高融点金属はタングステンであり、前記被覆膜を六フッ化タングステンの水素による還元反応を利用した化学蒸着により形成することを特徴とする請求項１記載の化学蒸着装置を用いた化学蒸着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７１８１（Ｐ２００９−２７１８１Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５３４１（Ｐ２００８−２１５３４１）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【分割の表示】特願平１１−８２６２６の分割
【原出願日】平成１１年３月２５日（１９９９．３．２５）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５９８１２５６２６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【分割の表示】特願平１１−８２６２６の分割
【原出願日】平成１１年３月２５日（１９９９．３．２５）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５９８１２５６２６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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