(57)【要約】【課題】化学蒸着装置における発熱体４から基板９への熱輻射を低減させる。【解決手段】発熱体４を、原料ガスを供給するガス分配器３２側の第１リング４２と、基板ホルダー５側の第２リング４２との間に張り渡され、通電されてジュール熱を発生させるワイヤー状の部材とする。発熱体４を基板９と非平行とすることで、発熱体４から基板９に到達する輻射熱の量を減らすことができる。【選択図】  図１
2008294474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器、
前記処理容器内を排気するための排気系、
前記処理室内に原料ガスを吹き出させるガス分配器を備えたガス供給系、
基板を保持するための基板ホルダー、並びに、
前記ガス分配器と前記基板ホルダーとの間に設けた発熱体を有し、
前記発熱体が、前記ガス分配器側に位置する第１リングと、前記基板ホルダー側に位置する第２リングとに保持されて両者の間に設けられ、通電されてジュール熱を発生させるワイヤー状の部材であることを特徴とする化学蒸着装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
前記発熱体が、前記第１リングと前記第２リング間に鋸歯状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の化学蒸着装置。
【請求項４】
前記発熱体が、前記第１リングと前記第２リングとの間に螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の化学蒸着装置。
【請求項５】
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乃至４のいずれか１項に記載の化学蒸着装置。
【請求項６】
前記第１リング及び前記リングが、それぞれ導電材料で構成されており、前記発熱体に当該第１リング及び第２リングを介して通電されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の化学蒸着装置。
【請求項７】
前記第１リングの直径が、前記第２リングの直径より大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の化学蒸着装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の化学蒸着装置を用いてシリコン窒化膜を成膜する工程を有することを特徴とするＦＥＴの製造法。
【請求項９】
前記請求項１乃至７のいずれか１項に記載の化学蒸着装置を用いてガリウム砒素系半導体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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の高温に維持された発熱体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を利用して所定の薄膜を作成する化学蒸着装置、並びにこれを用いたＦＥＴ及び半導体デバイスの製造法に関する。
【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。
【０００３】
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７を使用して説明する。図７は、従来の化学蒸着装置の概略構成を示す正面断面概略図である。
【０００４】
図７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、原料ガスの反応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。
【０００５】
図８は、図７の装置に使用された発熱体４の構成を説明する平面概略図である。図８に示すように、発熱体４は、タングステン等の金属で形成されたワイヤー状の部材である。ワイヤー状の部材からなる発熱体４は、基板９に平行な面に沿って鋸歯状に折り曲げられ、枠体４１に保持されている。図７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。
【０００６】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、発熱体ＣＶＤ法では、発熱体４がかなり高温に維持され、この発熱体４が基板９の付近に設けられるため、発熱体４から基板９に与えられる熱の問題がある。発熱体４は基板９から離して配置され、また、処理容器１内は１〜数十Ｐａ程度の真空に維持されるため、伝導伝達や対流による発熱体４から基板９への熱の伝達は殆ど無い。問題となるのは、発熱体４からの輻射による基板９への熱伝達である。具体的には、図７に示す装置において、基板９と発熱体４との距離を５０ｍｍとし、発熱体４の温度を１７００℃とすると、基板９の表面の温度は３１０℃程度まで上昇する。また、発熱体４の温度を１８００℃とすると、基板９の表面の温度は３５０℃程度まで上昇する。
【０００８】
上述したような発熱体ＣＶＤ法は、緻密な膜を作成することが出来るため、シリコン窒化膜等の保護膜を作成するのに好適に利用できるが、上述したように基板の温度が３５０℃程度まで上昇すると、下地層を破壊してしまう等の問題が生ずる恐れがある。例えば、下地層が金／ゲルマニウム合金を使用して形成されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の電極である場合、基板の温度が３５０℃程度まで上昇することにより、この金／ゲルマニウム合金が下地チャンネル層中に拡散してしまう。この結果、電極は破壊され、デバイスは動作不能となる。
【０００９】
本発明は、発熱体からの熱輻射を低減させることでプロセス温度をさらに低下させ、発熱体ＣＶＤ法の長所をさらに伸ばすことを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、
処理容器、
前記処理容器内を排気するための排気系、
前記処理室内に原料ガスを吹き出させるガス分配器を備えたガス供給系、
基板を保持するための基板ホルダー、並びに、
前記ガス分配器と前記基板ホルダーとの間に設けた発熱体を有し、
前記発熱体が、前記ガス分配器側に位置する第１リングと、前記基板ホルダー側に位置する第２リングとに保持されて両者の間に設けられ、通電されてジュール熱を発生させるワイヤー状の部材であ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。
【００１１】
また、上記本発明は、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、
前記発熱体が、前記第１リングと前記第２リング間に鋸歯状に設けられていること、
前記発熱体が、前記第１リングと前記第２リングとの間に螺旋状に設けられていること、
前記原料ガスが、モノシランガスであること、
前記第１リング及び前記リングが、それぞれ導電材料で構成されており、前記発熱体に当該第１リング及び第２リングを介して通電されること、
前記第１リングの直径が、前記第２リングの直径より大きいこと、
をその好ましい態様として含むものである。
【００１２】
更に本発明は、上記本発明に係る化学蒸着装置を用いてシリコン窒化膜を成膜する工程を有することを特徴とするＦＥＴの製造法、及び、上記本発明に係る化学蒸着装置を用いてガリウム砒素系半導体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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発熱体が基板に対して非平行であるので、発熱体から基板への熱輻射が低減され、成膜温度の低下が要求される次世代の半導体デバイスの製作に極めて適したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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とを備えている。
【００１５】
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、不図示の排気速度調整器を備えている。
【００１６】
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。
【００１７】
発熱体４は、本実施形態の装置の大きな特徴点を成している。発熱体４の構成について図１及び図２を用いて説明する。図２は、図１の装置に使用された発熱体の構成を説明する図であり、（１）は正面断面概略図、（２）は平面概略図である。図１に示すように、発熱体４はガス分配器３２と基板ホルダー５との間の空間に設けられている。本実施形態の大きな特徴点は、発熱体４が、基板９の中心軸に対して対称であるとともに基板９に対して非平行になっている点である。具体的には、発熱体４は、その各部位が、基板９に対して同軸でかつ軸対称な仮想の錐面４０の上に位置した構成となっている。
【００１８】
図１及び図２から分かるように、仮想の錐面４０は、基板９と同軸である円錐面であり、基板９側が頂点になるよう、即ち、基板９に向かって徐々に断面積が小さくなる仮想の面である。尚、仮想の錐面４０は、完全な円錐面ではなく、円錐面を中心軸に垂直な面で切断してできる底面側の形状に相当するもの（以下、半円錐状と呼ぶ）となっている。
【００１９】
発熱体４は、直径０．１〜１．０ｍｍ程度のワイヤー状の部材であり、上記仮想の錐面４０に沿って屈曲させた形状になっている。屈曲の形状は、鋸歯状である。発熱体４の全体の長さは、１０００〜２０００ｍｍ程度である。尚、発熱体４は、タングステン製である。発熱体４の形状寸法についてより詳しく説明するため、仮想の錐面４０の寸法例について説明する。図２に示すように、仮想の錐面４０の最も基板９側の位置での円周の直径ｄ1は、基板９の直径よりも５〜１０ｍｍ程度大きくなっている。例えば、基板９の直径を４インチとした場合、ｄ1は１０５〜１１０ｍｍ程度である。また、仮想の錐面４０の長さＬは１００ｍｍ程度、最もガス分配器３２側の位置での円周の直径ｄ2は、２００〜３７０ｍｍ程度である。尚、中心軸に対する仮想の錐面４０の成す角度θ4  は３０〜６０度程度である。
【００２０】
尚、図１に示すように、発熱体４は、上下二つのリング４２によって保持されている。下側の（基板ホルダー５よりの）リング４２（第２リング）は小さく、上側の（ガス分配器３２よりの）リング４２（第１リング）は大きい。発熱体４は、この二つのリング４２の間に張り巡らされるようして鋸歯状の形状を保持している。尚、リング４２と発熱体４とは、溶接等によって固定されている。
【００２１】
また、二つのリング４２は、Ｃｕ、Ｍｏ等で導電性の材料で形成されている。そして、リング４２には、エネルギー供給機構６が接続されている。エネルギー供給機構６は、リング４２を介して発熱体４を通電し、発熱体４にジュール熱を発生させるよう構成される。具体的には、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６の温度を検出する温度センサが必要に応じて設けられ、エネルギー供給機構６による発熱体４の通電電流がフィードバック制御される。温度センサが設けられない場合、エネルギー供給機構６の電力制御等によって発熱体４は所定の高温に維持制御される。
【００２２】
上述した発熱体４が基板９に対して非平行で軸対称である構成は、以下の理由によるものである。まず、基板９が発熱体４から受ける熱輻射について図３を用いて具体的に説明する。図３は、基板９の受ける熱輻射について説明する模式図である。説明を簡単にするために、発熱体４が単純な直線状のワイヤーである場合を想定する。図３中（１）が発熱体４を基板９に対して平行に設ける場合であり、（２）が発熱体４を基板９に対して非平行に設ける場合である。尚、熱輻射に関して配置姿勢以外の点では両者は同じ条件である必要があり、図３に示す例ではどちらの発熱体４も同じ表面積即ち同じ長さ及び太さになっている。
【００２３】
図３の（１）と（２）とを比べると分かるように、非平行に設けられた発熱体４を基板９上の各点から見込む角度θ1’，θ2’，θ3’は、平行に設けられた発熱体４を同じ点から見込む角度θ1，θ2，θ3に比べて常に小さい。従って、発熱体４が同一温度である場合、発熱体４から基板９に到達する輻射線の量は、非平行に設けられた場合の方が平行に設けられた場合に比べて常に小さくなる。このため、本実施形態では、発熱体４を基板９に対して非平行に設けている。また、発熱体４を基板９に対して非平行にしただけでは、発熱体４の作用が基板９に対して不均一になる恐れがある。このため、本実施形態では、基板９の中心軸に対して対称なものにしている。この結果、発熱体４の作用が基板９の表面に対して均一に働き、基板９の表面に均一に薄膜が作成されるようになっている。
【００２４】
基板９に対して軸対称となる発熱体４の構成としては、上記の構成の他、前述した仮想の錐面４０を逆にした錐面即ち基板９に向かって徐々に断面積が大きくなる仮想の錐面に沿ってワイヤー状の発熱体４を折り曲げる構成が挙げられる。この場合も、基板９の表面に対して非平行となるので、従来の比べて基板９に与える熱輻射が少なくなる。但し、前述した基板９に向かって徐々に断面積が小さくなる形状の仮想の錐面の場合に比べると、基板９の面内の殆どの点で見込み角が大きい。従って、基板９に与える熱輻射をより少なくするという意味では、前述した方の仮想の錐面４０に沿う構成の方が好ましい。
【００２５】
また、基板９に対して軸対称となる発熱体４の構成としては、基板９と同軸上の仮想の円筒面又は角筒面に沿ってワイヤー状の発熱体４を折り曲げる構成が挙げられる。この場合も、基板９に対して非平行であるので、従来に比べて基板９に与える熱輻射を少なくすることができる。但し、ガス分配器３２から基板９へのガスの供給経路に平行な面内に発熱体４が延びることになるので、発熱体４の表面への原料ガスの分子の到達確率が低下するものと思われる。この例と比較すると、前述した仮想の錐面４０の場合は、原料ガスの分子の発熱体４の表面への到達確率をそれほど低下させることなく基板９への熱輻射を低減下させることができる長所がある。いずれにしても、本実施形態の装置は、発熱体４から基板９への熱輻射が低減されるので、基板９の温度をさらに低くして成膜を行うことができる。この点は、より低温のプロセスが要求されているガリウム砒素系半導体デバイスの製作に大きな威力を発揮する。
【００２６】
また、図１に示すように、基板ホルダー５は、上面の水平な基板保持面５２に基板９を載置して保持する台状の部材である。基板９は、基板保持面５２の中央に載置される。この位置に基板９が保持されると、その中心軸が、ガス分配器３２の中心軸及び発熱体４の各部位が位置する仮想の錐面４０の中心軸と一致するようになっている。基板ホルダー５は、基板９の表面で最終的な反応を生じさせて成膜を行うために、基板９を加熱する基板エネルギー供給機構としても機能している。即ち、基板ホルダー５内には、基板９を所定温度に加熱するヒータ５１が設けられている。ヒータ５１は、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である。基板９はヒータ５１により２００〜４００℃程度に加熱されるようになっている。
【００２７】
また、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温度センサを備えており、基板９の温度がフィードバック制御される。しかしながら、基板９は発熱体４からの熱輻射によっても加熱され、この熱輻射による加熱分が多いと、基板９の温度制御の制御性が低下する問題がある。逆に言えば、基板９への熱輻射が低減された本実施形態の構成は、基板９の温度制御の制御性が向上し、基板９の温度を安定して一定に保つことができる。
【００２８】
次に、本実施形態の別の特徴点について説明する。まず、前述した通り、ガス分配器３２は基板９の中心軸に対して対称に設けられている。そして、ガス分配器３２のガス吹き出し孔３２０も、前述したように基板９の中心軸に対して対称に形成されている。従って、ガス吹き出し孔３２０からは、基板９に対して均一にガスが吹き出すようになっている。発熱体４は、前述したように基板９の中心軸に対して対称に設けられている。
【００２９】
図１及び図４を用いて、排気口１１の構成について説明する。図４は、図１に示す装置の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける平面断面概略図である。図１に示すように、排気口１１は、基板ホルダー５の基板保持面５２を挟んで発熱体４とは反対側の器壁部分即ち底壁部に設けられている。そして、図４に示すように、排気口１１は、基板保持面５２に保持された基板９の中心軸に対して対称に、例えば４つ設けられている。排気口１１の大きさは、例えば排気口１１の形状を円形とした場合、直径２０〜１５０ｍｍ程度である。
【００３０】
ガス分配器３２、発熱体４、排気口１１を基板９の中心軸に対して対称に設ける構成は、基板の表面に作成される薄膜を均一に堆積させる意義がある。即ち、原料ガスは、ガス分配器３２から基板９の表面に対して均一に吹き出て発熱体４の表面に到達する。発熱体４の表面では、後述する原料ガスの分解及び又は活性化が均一に生じ、これらの変化による生成物が均一に基板９の表面に到達する。この結果、基板９の表面方向に均一な薄膜が作成される。尚、排気口１１が、基板９の中心軸に対して対称に設けられていない場合は、生成物の基板９の表面への到達が均一でなく、基板９の表面に作成される薄膜の均一性が低下する。
【００３１】
また、排気口１１が、基板ホルダー５の基板保持面５２よりも発熱体４の側の器壁部分に設けられると、ガス分配器３２から発熱体４を経由して基板９の達する原料ガスの流れが少なくなる。つまり、排気口１１が、基板ホルダー５の基板保持面５２を挟んで発熱体４とは反対側に位置している構成は、基板９への原料ガスの到達を効率良くし、成膜速度を上げる効果がある。
【００３２】
次に、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に隣接した不図示のロードロック室に基板９を配置するとともにロードロック室及び処理容器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５の基板保持面５２に載置され保持される。基板ホルダー５内のヒータ５１が予め動作しており、基板ホルダー５に保持された基板９は、ヒータ５１からの熱によって所定温度に加熱される。並行してエネルギー供給機構６が動作し、発熱体４にエネルギーが与えられる。エネルギー供給機構６に設けられた不図示の温度センサーにより、発熱体４は所定の高温に維持される。
【００３３】
この状態で、ガス供給系３が動作する。即ち、バルブ３４が開きガス分配器３２を通して原料ガスが処理容器１内に供給される。原料ガスが供給されると、発熱体４の表面で原料ガスの分解及び又は活性化が生じ、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、ガス供給系３のバルブ３４を閉じて原料ガスの供給を停止して、処理容器１内を再度排気する。そして、エネルギー供給機構６によるエネルギー供給を停止した後、基板９を処理容器１から取り出す。
【００３４】
本実施形態の動作において、発熱体４が基板９の中心軸に対して対称であるとともに基板９に非平行に設けられているので、基板９の受ける熱輻射の量が小さくなる。また、本実施形態では、ガス分配器３２、発熱体４、排気口１１を基板９の中心軸に対して対称に設けている。このため、基板９の表面に対して吹き出した原料ガスが発熱体４の表面で反応することにより、基板９の表面に均一に薄膜が堆積する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図５は、本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、
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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た結果、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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、発熱体４からの熱輻射をさらに低減させるため、発熱体４の外側に遮蔽板７を設けている。遮蔽板７について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第二の実施形態の装置における遮蔽板の構成を説明する図であり、（１）は正面断面概略図、（２）は平面概略図である。
【００４２】
遮蔽板７は、ガス分配器３２と基板ホルダー５の基板保持面５２に保持された基板９との間の空間に設けられた発熱体４及びリング４２の外側を覆うように設けられている。遮蔽板７は、図６から分かるように、半円錐状の形状を有している。本実施形態の装置においても、発熱体４の各部位は半円錐状の仮想の錐面上に位置しており、この仮想の錐面の中心軸と遮蔽板７の中心軸とは一致している。遮蔽板７は、厚さ０．１〜２ｍｍ程度であり、発熱体４からの熱により変形したりすることがないよう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。発熱体４の各部位が位置する仮想の錐面と遮蔽板７とは、１〜１０ｍｍ離間して設けられている。遮蔽板７の表面は、鏡面加工処理等が施されており、放出される熱輻射の量を低減させている。
【００４３】
また、遮蔽板７の基板９側の縁から中心軸に向けて延びるようにしてフランジ部７１が設けられている。フランジ部７１の幅は１〜１０ｍｍ程度である。フランジ部７１は、上側の発熱体４を基板９に対して遮蔽して発熱体４から直接基板９に達する熱輻射を低減させるためのものである。フランジ部７１の幅を大きくすると、熱輻射の遮蔽には有効であるが、フランジ部７１の開口面積が小さくなり、発熱体４からの原料ガスの流路を小さくしてしまう問題がある。
【００４４】
第一の実施形態と同様に、発熱体４はリング４２に溶接等により固定されている。そして、遮蔽板７は、リング４２を内側に保持した構成となっている。遮蔽板７とリング４２との間には保持具７２が設けられており、遮蔽板７は保持具７２を介してリング４２を保持している。第二の実施形態でもリング４２にはエネルギー供給機構６が設けられていてリング４２を介して発熱体４が通電加熱されるが、保持具７２は絶縁体で形成されており、リング４２から交流電流が遮蔽板７に流れないようになっている。尚、遮蔽板７は、不図示の取付部材によって処理容器１の器壁に対して取り付けられている。
【００４５】
上述したように、発熱体４及びリング４２の外側を覆うように遮蔽板７が設けられているため、外側に向けて放出される熱輻射の量を少なくすることができる。このため、発熱体４の周囲の部材や発熱体４の周囲の処理容器１の器壁部分等の温度上昇が抑制される。この結果、これらの部材等から放出される熱輻射も少なくなり、間接的ではあるが基板９への熱輻射をさらに少なくすることができる。また、遮蔽板７は、発熱体４から基板９に直接到達する熱輻射を遮蔽する分も多少あり、この分でも基板９への熱輻射をさらに少なくすることができる。
【００４６】
遮蔽板７は、効率よく原料ガスを発熱体４に接触させて成膜速度を高くする効果も有する。つまり、ガス分配器３２から吹き出した原料ガスが発熱体４に到達することなく通過してしまっても、遮蔽板７によって跳ね返されて発熱体４の方に戻ってくる。このため、最終的に発熱体４に接触する確率が高くなる。また、遮蔽板７は、基板９に向かって徐々に断面積が小さくなる半円錐状であるので、基板９に原料ガスを導く作用も有する。このため、発熱体４の表面で分解及び又は活性化した原料ガスが効率良く基板９に到達し、成膜速度が高くなる。
【００４７】
上述した各実施形態において、仮想の錐面４０や遮蔽板６は半円錐状であるとして説明されたが、円錐に限られるものではなく、角錐等でも良い。この場合、正多角錐状であると、成膜の均一性の点で好適である。発熱体４の形状は、鋸歯状には限られず、仮想の錐面４０に沿うように設けた螺旋状等でも良い。また、ワイヤー状以外の形状の発熱体４を用いる場合もある。尚、発熱体４の材料は、タングステンだけでなくタンタルやモリブデン等の他の材料でもよく、維持すべき所定の高温より高い融点を有する材料であれば、発熱体４の材料とし得る。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。
【００４８】
以上説明した通り、発熱体が基板に対して非平行であって対称であると、発熱体から基板への熱輻射が低減され、かつ、基板の表面に均一に成膜できる。従って、成膜温度の低下が要求される次世代の半導体デバイスの製作に極めて適したものとなる。また、発熱体の各部位が位置する仮想の錐面が、基板に向かって徐々に断面積が小さくなる円錐面又は正多角錐面であると、基板への熱輻射がさらに低減される。また、発熱体の各部位が位置する仮想の錐面の外側に、前記発熱体からの熱輻射を遮蔽する遮蔽板を設けておくと、上記効果に加え、発熱体の外側に遮蔽板が設けられているので、発熱体の外側への熱輻射が低減し、間接的又は直接的に基板への熱輻射をさらに低減できる。また、ガス分配器と発熱体と排気口とが、基板ホルダーに保持された基板の中心軸に対してすべて対称になっているとともに、排気口が基板ホルダーの基板保持面を挟んで発熱体とは反対側に位置していると、供給された原料ガスの流れが基板の表面方向で均一になり、基板の表面に均一に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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２】図１の装置に使用された発熱体の構成を説明する図である。
【図３】基板９の受ける熱輻射について説明する模式図である。
【図４】図１に示す装置の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける平面断面概略図である。
【図５】本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。
【図６】本発明の第二の実施形態の装置における遮蔽板の構成を説明する図であり、（１）は正面断面概略図、（２）は平面概略図である。
【図７】従来の化学蒸着装置の概略構成を示す正面断面概略図である。
【図８】図７の装置に使用された発熱体４の構成を説明する平面概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  処理容器
１１  排気口
２  排気系
３  ガス供給系
３２  ガス分配器
４  発熱体
４０  仮想の錐面
４２  リング（第１リング、第２リング）
５  基板ホルダー
６  エネルギー供給機構
７  遮蔽板
９  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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