(57)【要約】【課題】基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にでき、薄膜形成速度を増大させながらエネルギー効率がよく、皮膜性能の安定化が可能な触媒化学気相成長方法および触媒化学気相成長装置を提供する。【解決手段】加熱された金属または金属間化合物からなる触媒体により原料ガスの少なくとも一部が分解されて生成する堆積前駆体を基板上に堆積して薄膜を形成することよりなる触媒化学気相成長方法において、前記触媒体として、その表面に凹凸形成処理をしたものを用いることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された金属または金属間化合物からなる触媒体により原料ガスの少なくとも一部が分解されて生成する堆積前駆体を基板上に堆積して薄膜を形成することよりなる触媒化学気相成長方法において、前記触媒体として、その表面に凹凸形成処理をしたものを用いることを特徴とする触媒化学気相成長方法。
【請求項２】
前記凹凸形成処理によって、触媒体表面に平均二乗粗さが１μｍ以上の凹凸が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の触媒化学気相成長方法。
【請求項３】
前記凹凸形成処理が、酸またはアルカリ水溶液によるウエットエッチングで触媒体表面に凹凸が形成される処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触媒化学気相成長方法。
【請求項４】
前記凹凸形成処理が、フッ素または塩素、もしくはその双方を含むガスによるドライエッチングで触媒体表面に凹凸が形成される処理であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触媒化学気相成長方法。
【請求項５】
前記金属または金属間化合物が、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウムの中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一に記載の触媒化学気相成長方法。
【請求項６】
真空排気可能なチャンバーと、薄膜の原料ガスを前記チャンバー内に供給するガス供給部と、前記原料ガスの少なくとも一部を分解して堆積前駆体を生成する触媒体と、前記チャンバー内で前記堆積前駆体が堆積され、薄膜が形成される基板を保持する基板保持機構と、前記触媒体を加熱する電源とを具備する触媒化学気相成長装置において、前記触媒体が金属または金属間化合物からなり、その表面に凹凸が形成されたものであることを特徴とする触媒化学気相成長装置。
【請求項７】
前記凹凸の平均二乗粗さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の触媒化学気相成長装置。
【請求項８】
前記触媒体が、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウムの中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の合金からなることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の触媒化学気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒化学気相成長方法および触媒化学気相成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜を基板上に形成する気相成長方法のうち、触媒化学気相成長方法が注目されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。
この方法は、加熱した触媒体と原料ガスとの接触分解反応を利用するもので、それによって原料ガスが分解したもの（堆積前駆体）を基板上に堆積させることによって薄膜を得るものである。この方法によって、従来のプラズマＣＶＤ法のようにプラズマに起因する基板への損傷がなく、高い堆積速度で高品質な薄膜を得ることができるため、幅広い用途の製品への適用が検討されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６９６４４号公報（段落［００４２］〜［００５５］、［図５］、［図６］）
【非特許文献１】
松村英樹，「触媒ＣＶＤ（ｃａｔ−ＣＶＤ）法によるシリコン系薄膜堆積」，応用物理，社団法人応用物理学会，平成９年１０月，第６６巻，第１０号，ｐ．１０９４〜１０９７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒化学気相成長方法においては触媒体が基板に対面する構成であり、基板は触媒体からの熱輻射の影響を少なからず受け、従来の気相成長方法よりも低温で薄膜堆積ができるとはいえ実用的な堆積速度では基板温度は３００℃前後に達していた（例えば、非特許文献１参照。）。そのため、高分子材料などの耐熱性の低い材料を基板に使用できないといった基板材料の種類の制約、あるいは基板の冷却装置を設けても適用できる基板材料の種類や形態には制約があり、触媒化学気相成長方法の適用範囲には事実上の限界があった。
【０００５】
その他に、本方法において生産効率の面から薄膜形成速度（堆積物前駆体の堆積速度）をさらに増大させる要求がある。これに対して、触媒体である金属体または金属間化合物体の表面積を増加させて堆積物前駆体の生成速度を増大させる必要があるが、触媒体を設置するチャンバーには大きさの制約があるため、触媒体を単純に大きくして所望の表面積にまで増加させることは困難であった。また、仮に所望の表面積まで触媒体を大きくできたとしても、それに伴って触媒体からの熱放射によるエネルギー損失が大きくなるため、エネルギー効率の点で好ましいものではなかった。同時に、基板への熱輻射量も増大するため、基板温度の制御が困難となり、皮膜の性能が不安定なものとなっていた。
【０００６】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にでき、薄膜形成速度を増大させながらエネルギー効率がよく、皮膜性能の安定化が可能な触媒化学気相成長方法および触媒化学気相成長装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために提供する請求項１の発明に係る触媒化学気相成長方法は、加熱された金属または金属間化合物からなる触媒体により原料ガスの少なくとも一部が分解されて生成する堆積前駆体を基板上に堆積して薄膜を形成することよりなる触媒化学気相成長方法において、前記触媒体として、その表面に凹凸形成処理をしたものを用いることを特徴とする。
【０００８】
この方法により、金属または金属間化合物からなる触媒体の表面積が増大することによって堆積前駆体の生成効率が向上する結果、薄膜形成速度が増大し、かつ触媒体の凹部などの表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体の外部に放射されることなく、近傍の触媒体自身に放射されることにより熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。同時に、基板が触媒体から受ける輻射熱が従来よりも減少することから基板温度は上昇することないため、基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にできるようになる。
【０００９】
前記課題を解決するために提供する請求項２の発明に係る触媒化学気相成長方法は、請求項１の発明において、前記凹凸形成処理によって、触媒体表面に平均二乗粗さが１μｍ以上の凹凸が形成されてなることを特徴とする。
【００１０】
この方法により、高い熱の封じ込めの効果を得ることができる。なお、触媒体の表面粗さは平均二乗粗さ１μｍ以上であれば、その効果が得られ、その値が大きいほど高い熱の封じ込めの効果を得ることができる。したがって、表面粗さの上限に関しては、触媒体としての形態が維持できる範囲内であればよく、実用上は適宜選択されればよい。
【００１１】
前記課題を解決するために提供する請求項３の発明に係る触媒化学気相成長方法は、請求項１または請求項２の発明において、前記凹凸形成処理が、酸またはアルカリ水溶液によるウエットエッチングで触媒体表面に凹凸が形成される処理であることを特徴とする。
【００１２】
この方法により、高い熱の封じ込めの効果を得ることに適した凹凸を形成することができる。なお、触媒体である金属または金属間化合物表面に均一な凹凸を効率的に形成するために、酸またはアルカリ水溶液中で電解エッチングを行えばよい。
【００１３】
前記課題を解決するために提供する請求項４の発明に係る触媒化学気相成長方法は、請求項１または請求項２の発明において、前記凹凸形成処理が、フッ素または塩素、もしくはその双方を含むガスによるドライエッチングで触媒体表面に凹凸が形成される処理であることを特徴とする。
【００１４】
この方法により、高い熱の封じ込めの効果を得ることに適した凹凸を形成することができる。なお、触媒体である金属または金属間化合物表面に均一な凹凸を効率的に形成するために、フッ素または塩素、もしくはその双方を含むガス中で高周波による放電エッチングを行えばよい。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する請求項５の発明に係る触媒化学気相成長方法は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか一の発明において、前記金属または金属間化合物が、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウムの中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の合金であることを特徴とする。
【００１６】
この方法により、接触する原料ガスを効率的に分解する触媒効果を有し、かつ高い熱の封じ込めの効果を得る凹凸を形成するのに適した触媒体となる。
【００１７】
前記課題を解決するために提供する請求項６の発明に係る触媒化学気相成長装置は、真空排気可能なチャンバーと、薄膜の原料ガスを前記チャンバー内に供給するガス供給部と、前記原料ガスの少なくとも一部を分解して堆積前駆体を生成する触媒体と、前記チャンバー内で前記堆積前駆体が堆積され、薄膜が形成される基板を保持する基板保持機構と、前記触媒体を加熱する電源とを具備する触媒化学気相成長装置において、前記触媒体が金属または金属間化合物からなり、その表面に凹凸が形成されたものであることを特徴とする。
【００１８】
この装置により、金属または金属間化合物からなる触媒体の表面積が増大することによって堆積前駆体の生成効率が向上する結果、薄膜形成速度が増大し、かつ触媒体の凹部などの表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体の外部に放射されることなく、近傍の触媒体自身に放射されることにより熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。同時に、基板が触媒体から受ける輻射熱が従来よりも減少することから基板温度は上昇することないため、基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にできるようになる。
【００１９】
前記課題を解決するために提供する請求項７の発明に係る触媒化学気相成長装置は、請求項６の発明において、前記凹凸の平均二乗粗さが１μｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
この装置により、高い熱の封じ込めの効果を得ることができる。なお、触媒体の表面粗さは平均二乗粗さ１μｍ以上であれば、その効果が得られ、その値が大きいほど高い熱の封じ込めの効果を得ることができる。したがって、表面粗さの上限に関しては、触媒体としての形態が維持できる範囲内であればよく、実用上は適宜選択されればよい。
【００２１】
前記課題を解決するために提供する請求項８の発明に係る触媒化学気相成長装置は、請求項６または請求項７において、前記触媒体が、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウムの中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の合金からなることを特徴とする。
【００２２】
これにより、接触する原料ガスを効率的に分解する触媒効果を有し、かつ高い熱の封じ込めの効果を得る凹凸を形成するのに適した触媒体を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る触媒化学気相成長方法の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。
本発明の触媒化学気相成長方法に係る実施の形態では、図１の枚葉式の触媒化学気相成長装置１を用いて記録層が形成されたディスクを基板として、その表面に薄膜（例えば保護膜）を形成する方法を一例として説明するが、本発明の触媒化学気相成長方法はこの装置を用いるものに限定されるものではなく、またいかなる薄膜の形成にも適用され得るものである。なお、ここでは触媒体３０として、図２に示すようなタングステン線を上記所定のジグザグ形状に折り曲げ加工し、上記凹凸形成処理を施したものを用いた例を挙げる。
【００２４】
図１のように、記録層が形成されたディスク（情報記録ディスク媒体）を基板４０としてチャンバー１０内に搬送して、基板ホルダー４１に記録層形成面が保護膜形成面となるように装着する。そして、ターボ分子ポンプ５０、ドライポンプ５１によりチャンバー１０内を真空排気して、触媒体加熱用電源３１からの通電により触媒体３０を加熱し、それとともに原料ガスをシャワーヘッド２０より供給する。ついで、触媒体３０表面でシャワーヘッド２０から導入された原料ガスの少なくとも一部が分解して発生する堆積前駆体が基板４０表面に到達することにより基板４０であるディスクの記録膜形成面上に保護膜（図示せず）が形成される。すなわち、本発明である触媒化学気相成長方法により保護膜が基板４０の成膜面に形成される。
【００２５】
なお、保護膜の膜厚は原料ガスの供給のオンオフで制御可能であるが、別に触媒体３０と基板４０との間にシャッター１１を設け、そのシャッターを開閉することで膜厚の制御を行うことも可能である。
【００２６】
ここで、本発明に係る触媒化学気相成長方法のうち、触媒体３０の形状及び適用態様を図２に示す。なお、ここでは触媒体３０のマクロ的な特徴を説明し、ミクロ的な特徴については図３において後述する。
触媒体３０は、金属または金属間化合物からなる材料を加工したものであり、基板４０の成膜面に形成される薄膜の膜厚が均一になるように、形状が整えられている。例えば、図２に示すように、金属または金属間化合物からなる線材をジグザグ状に平面的に成形したものからなり、基板４０の径Ｄよりも広い幅Ｗｃ１、Ｗｃ２を有する。すなわち、触媒体３０のジグザグ状の線で形成される平面は基板４０の成膜面よりも広く設定され、基板４０と触媒体３０との距離が基板４０の成膜面内のどの位置であっても均等になるように、すなわち基板４０と平行になるように触媒体３０は配置される。
ただし、本発明はこの形状に限定されるものではなく、原料ガスとの接触効率や基板上の膜厚分布が考慮されていれば、その他の形状でもよい。例えば、線材を平行に張ったもの、線材を渦巻き状に加工したもの、線材をコイル状に加工したもの、もしくは、膜厚分布を考慮した不規則な形状に加工したもの、箔状のもの、板状のもの、網状のもの、等を用いることができる。
【００２７】
触媒体３０の材質としては、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウム等の触媒作用を有する金属の中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の金属からなる触媒作用を有する合金を用いればよい。
【００２８】
また、触媒体３０の加熱は、原料ガスが触媒体３０の表面に接触した際にその原料ガス分子を分解する触媒作用を発揮し、さらに堆積前駆体を基板に輸送させるためのものであり、真空排気後に行われる。本発明において、その適切な温度は、１６００℃〜２０００℃である。
【００２９】
つぎに、本発明の根幹を成す触媒体３０のミクロ的な特徴である表面形態を図３に示す。図３（ａ）は本発明に係る触媒体３０の凹凸形成処理後のミクロ表面の形態を示す概念図であり、図３（ｂ）は触媒体３０の凹凸形成処理前のミクロ表面の形態を示す概念図である。ここでは、触媒体３０の材料としてタングステン線を使用した例を示している。
図３（ｂ）に示すように、タングステン線の表面は所定形状に加工するほかに何も処理しない状態では滑らかな表面形態であり、従来の触媒化学気相成長装置で使用されているものである。これに対して、本発明に係る触媒体３０であるタングステン線の表面には微細な凹凸が形成された表面形態となっている。本発明で目的としている作用効果を得るためには、平均二乗粗さとして１μｍ以上となるような凹凸であることが必要であり、好ましくは１〜３μｍである。１μｍ以上とすることによって、触媒体３０としての表面積が増大するばかりでなく、触媒体３０表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体３０の外部に放射されることなく、熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。また、３μｍを超える粗面化処理は困難で、コストに見合う効果が期待できない。
【００３０】
本発明に係る微細な凹凸を表面に有する触媒体３０は、図３（ｂ）に示す従来の触媒体の表面について所定の凹凸形成処理を施すことによって得ることができる。詳しくは、金属または金属間化合物表面を酸またはアルカリによってウエットエッチングする処理、または金属または金属間化合物表面をフッ素または塩素、もしくはその双方を含むガスによってドライエッチングする処理のいずれかによればよい。
【００３１】
より詳しくは、上記ウエットエッチング処理に関しては、所定形状に加工した触媒体（凹凸形成処理前）を酸またはアルカリ水溶液に浸漬し、白金板を陰極として、その触媒体と白金との間に所定電圧の交流電圧を印加することによってエッチングし、凹凸形成するものである。この際、表面粗さの調整は、水溶液の種類または濃度、交流電圧の大きさ、交流電圧の印加時間によって行う。
【００３２】
このウエットエッチング処理に用いられる酸またはアルカリ水溶液は、塩酸、硫酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液である。
【００３３】
上記ドライエッチング処理に関しては、所定形状に加工した触媒体（凹凸形成処理前）を平行平板型のドライエッチング装置のカソード電極上に配置し、装置内にエッチングガスを導入して所定のガス圧にした後、カソード電極に高周波電力を投入し、発生する放電によってエッチングし、凹凸形成するものである。この際、表面粗さの調整は、ガスの種類、ガス圧、高周波投入パワー、放電処理時間によって行う。
【００３４】
このドライエッチング処理に用いられるエッチングガスは、フッ素または塩素、もしくはその双方を含む混合ガスである。
【００３５】
また、本発明で使用される基板４０は、シリコン基板、石英材料、ガラス板、有機高分子材料などである。目的の製品や性能に応じて、それぞれ任意の形状、厚みのものが適宜選択される。
【００３６】
以上の実施の形態では、原料ガスの種類を適宜選択することにより、所望の薄膜を基板４０の成膜面に形成することができる。以下に、本発明による種々の原料ガスとそれにより成膜される薄膜の例を説明する。
【００３７】
例えば、原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ４　）を用いることによって、アモルファスシリコン膜が得られる。原料ガスにメタン（ＣＨ４　）〔１０％〕と水素（Ｈ２　）〔９０％〕とを用いることによって、カーボン膜が得られる。原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ４　）〔２％〕とアンモニア（ＮＨ３　）〔９８％〕とを用いることによって、窒化シリコン（窒化ケイ素）膜が得られる。原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ４　）〔１０％〕と一酸化二窒素（Ｎ２　Ｏ）〔９０％〕とを用いることによって、ケイ素と酸素との化合物膜（例えば、酸化シリコン膜）が得られる。原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ４　）〔５％〕と一酸化二窒素（Ｎ２　Ｏ）〔４５％〕とアンモニア（ＮＨ３　）〔５０％〕とを用いることによって、ケイ素と酸素と窒素との化合物膜（例えば、酸化窒化シリコン膜）が得られる。原料ガスにモノシラン（ＳｉＨ４　）〔１０％〕とメタン（ＣＨ４　）〔９０％〕とを用いることによって、ケイ素と炭素との化合物膜（例えば、炭化シリコン膜）が得られる。なお、上記％は体積％を表す。また、原料ガスに水素を含むものを用いることによって上記各膜中に水素を含ませることもできる。
【００３８】
上記触媒化学気相成長方法では、プラズマを発生させることなく薄膜を基板４０に形成することが可能になるので、基板はプラズマによる損傷を受けることがない。さらに、従来の触媒化学気相成長方法では触媒体３０の輻射熱によって基板４０は熱影響を受けていたが、本発明では同じ成膜速度でその影響を低減することが可能である。そのため、例えば基板表面を従来よりも損傷することなく、その表面を被覆する膜を形成することができるので、基板４０への薄膜製造の歩留りを高め、しかもより信頼性の高い薄膜が形成される。
【００３９】
つぎに、本発明に係る触媒化学気相成長装置の一実施の形態における構成について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る触媒化学気相成長装置の一実施の形態における構成を示す模式図である。
図１に示すように、触媒化学気相成長装置１は、基板４０に薄膜を成膜する処理室としてチャンバー１０が備えられており、そのチャンバー１０内部には原料ガスを供給するガス供給部としてのシャワーヘッド２０と、原料ガスを分解し堆積前駆体を生成する触媒体３０と、開閉によって堆積前駆体の基板上への堆積を制御するシャッター１１と、堆積前駆体が堆積する基板４０と、その基板４０を保持する基板ホルダー４１と、基板ホルダー４１の基板４０を保持する面の反対面に設けられたステージヒーター４２及び熱電対４３とが備えられている。
【００４０】
前記シャワーヘッド２０は、チャンバー１０内の上部側に設置されており、このシャワーヘッド２０には基板上で形成される皮膜の原料となる原料ガスを供給するガス供給源２１が接続されている。
前記基板４０及び基板ホルダー４１は、チャンバー１０内の底部側にシャワーヘッド２０に対向する位置に設置されており、基板４０はステージヒーター４２によって加熱され、その温度（基板温度）は熱電対４３によってモニターされながらコントロールされる。
前記触媒体３０は、基板ホルダー４１とシャワーヘッド２０との間に設置されており、触媒体加熱用電源３１からの通電によって当該触媒体３０は加熱され、その触媒体３０の表面温度は赤外放射温度計３２によってチャンバー１０の窓を通してモニターされながらコントロールされる。
さらに、チャンバー１０には、ターボ分子ポンプ５０とドライポンプ５１とゲートバルブ５２とバタフライバルブ５３とからなる真空排気装置が接続されており、ゲートバルブ５２及びバタフライバルブ５３の開によってチャンバー１０内は真空排気される。
【００４１】
ここで、触媒体３０は、タングステン、タンタル、モリブデン、チタン、バナジウム等の触媒作用を有する金属の中から選ばれるいずれか一の金属、またはこれらの中から選ばれる二種類以上の金属からなる触媒作用を有する合金のもので、前述の凹凸形成処理が施されたものである。例えば、図３（ａ）に示すようなタングステン線を用いて、図２に示すような態様で当該装置１に備えられる。
【００４２】
なお、この凹凸に関して、本発明で目的としている作用効果を得るためには、平均二乗粗さとして１μｍ以上となるような凹凸であることが必要であり、好ましくは１〜３μｍである。１μｍ以上とすることによって、触媒体３０としての表面積が増大するばかりでなく、触媒体３０表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体３０の外部に放射されることなく、熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。また、３μｍを超える粗面化処理は困難で、コストに見合う効果が期待できない。
【００４３】
【実施例】
以下に、上記に説明した本発明に係る触媒化学気相成長装置および方法を用いた実施例を説明する。
（実施例１）
直径０．５ｍｍ、長さ５４ｃｍのタングステン線をジグザグ形状に加工した後、濃度１０％の水酸化カリウム水溶液に浸漬し、タングステン線と対極に用いた白金との間に２Ｖの交流電圧を５分間印加する処理を施した。その結果、タングステン線の表面全体に凹凸が形成され、原子間力顕微鏡で確認したところ、その表面の平均二乗粗さは１．３μｍであった。また、表面積は２０．３６ｃｍ２であり、処理前に比べて２．４倍に増加していた。
このタングステン線を内径３０ｃｍ、高さ３０ｃｍのアルミニウム製真空チャンバー内に設置し、ジグザグ状のタングステン線が成す平面から距離５ｃｍの位置に大きさ５ｃｍ角のガラス基板を配置した。
【００４４】
ついで、このチャンバーをターボ分子ポンプとドライポンプとからなる真空排気系を用いて２ｘ１０−５Ｐａまで排気した後に、チャンバー内にモノシランを流量２０ｓｃｃｍ、ガス圧４Ｐａで導入した。この後、交流電源を用いてタングステン線に直接通電して加熱し、赤外放射温度計で計測したタングステン線の温度を１７００℃とした。この場合の１７００℃に維持するために必要な電力は４０７Ｗ（印加電圧３７Ｖ、電流１１Ａ）であった。このとき、タングステン線からの熱輻射による基板温度の上昇は１７０℃にとどまった。
【００４５】
チャンバー内に導入されたモノシラン分子はタングステン線上で分解され、その分解種はガラス基板表面まで輸送され、その基板上で堆積し、アモルファスシリコン膜として成膜する。堆積されたアモルファスシリコン膜の一部分を過飽和水酸化ナトリウム水溶液でエッチングし、エッチングにより形成された段差を膜厚として表面粗さ計を用いて計測し、堆積速度を算出した。その結果、本条件では２．２ｎｍ／ｓ（２２Å／ｓ）となった。
【００４６】
（実施例２）
直径０．５ｍｍ、長さ５４ｃｍのタングステン線をジグザグ形状に加工した後、平行平板型のドライエッチング装置のカソード電極上に配置し、装置内に流量１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素ガスを導入してガス圧を１３Ｐａとした。カソード電極に周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー１００Ｗの高周波電力を投入し、１０分間の放電処理を施した。その結果、タングステン線の表面全体に凹凸が形成され、原子間力顕微鏡で確認したところ、その表面の平均二乗粗さは１．５μｍであった。また、表面積は２３．７５ｃｍ２であり、処理前に比べて２．８倍に増加していた。
【００４７】
このタングステン線を用いて実施例１と同一条件でアモルファスシリコン膜を堆積したところ、堆積速度は２．５ｎｍ／ｓ（２５Å／ｓ）となった。また、タングステン線を１７００℃に維持するのに必要な電力は３４１Ｗ（印加電圧３１Ｖ、電流１１Ａ）であった。このとき、タングステン線からの熱輻射による基板温度の上昇は１３０℃にとどまった。
【００４８】
（実施例３）
直径０．５ｍｍ、長さ５４ｃｍのタングステン線に対して実施例２と同一条件で６０分間の放電処理を施した。その結果、タングステン線の表面全体に凹凸が形成され、原子間力顕微鏡で確認したところ、その表面の平均二乗粗さは２．１μｍであった。また、表面積は３２．２０ｃｍ２であり、処理前に比べて３．８倍に増加していた。なお、放電処理の時間をさらに延長して、１２０分間までの放電処理を施しても６０分間の場合の平均二乗粗さと同じで変化はなく、この条件の放電処理による粗面化効果は飽和しているものと考えられる。
【００４９】
このタングステン線を用いて実施例１と同一条件でアモルファスシリコン膜を堆積したところ、堆積速度は３．６ｎｍ／ｓ（３６Å／ｓ）となった。また、タングステン線を１７００℃に維持するのに必要な電力は３０８Ｗ（印加電圧２８Ｖ、電流１１Ａ）であった。このとき、タングステン線からの熱輻射による基板温度の上昇は１１０℃にとどまった。
【００５０】
（実施例４）
実施例３の条件にてアモルファスシリコン膜の堆積速度が１．０ｎｍ／ｓ（１０Å／ｓ）になるように実施例３と同様の処理を施したタングステン線の長さを１８ｃｍとしたところ、タングステン線からの熱輻射による基板温度の上昇が６０℃にとどまることが確認された。この条件で、ガラス基板に代えてポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて触媒化学気相成長によるアモルファスシリコン膜の堆積を行ったが、当該フィルムのガラス転移温度（７０℃）以下での処理あるため、フィルムには硬化などに起因する損傷は観測されなかった。
【００５１】
（比較例）
直径０．５ｍｍ、長さ５４ｃｍのタングステン線をジグザグ形状に加工し、何も処理を施さずに触媒体とした。その表面を原子間力顕微鏡で確認したところ、その表面の平均二乗粗さは０．１μｍであり、表面積は８．４８ｃｍ２であった。そのタングステン線を内径３０ｃｍ、高さ３０ｃｍのアルミニウム製真空チャンバー内に設置し、実施例１と同一条件でアモルファスシリコン膜を堆積したところ、堆積速度は１．０ｎｍ／ｓ（１０Å／ｓ）となった。また、タングステン線を１７００℃に維持するのに必要な電力は５５０Ｗ（印加電圧５０Ｖ、電流１１Ａ）であった。このとき、タングステン線からの熱輻射による基板温度の上昇は２００℃に達した。
また、この条件で、ガラス基板に代えてポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて触媒化学気相成長によるアモルファスシリコン膜の堆積を行ったが、フィルムの耐熱性を超える処理であったため、フィルムが硬化し使用に耐えない損傷を受けた。
【００５２】
以上の実施例及び比較例の結果を以下にまとめる。
図４に、上記実施例１〜３と比較例とのタングステン線表面の平均二乗粗さと表面積との関係を示す。同じ径で同じ長さのタングステン線において、本発明の凹凸形成処理によって表面積が表面粗さに比例して増大し、比較例に比べて最大３．８倍にまで達した。
【００５３】
図５に、上記実施例１〜３と比較例とのタングステン線表面の平均二乗粗さとアモルファスシリコン膜の堆積速度との関係を示す。同じ径で同じ長さのタングステン線において、アモルファスシリコン膜の堆積速度は図４に示した表面粗さと表面積との関係とほぼ同様の傾向を示し、表面粗さに比例して増大し、比較例に比べて最大３．６倍にまで達した。
【００５４】
図６に、上記実施例１〜３と比較例とのタングステン線表面の平均二乗粗さとタングステン線を１７００℃に維持するのに必要な電力との関係を示す。同じ径で同じ長さのタングステン線において、必要電力が表面粗さに反比例して減少し、比較例に比べて最大０．５６倍にまで達した。
【００５５】
図７に、上記実施例１〜３と比較例とのタングステン線表面の平均二乗粗さと基板温度上昇との関係を示す。同じ径で同じ長さのタングステン線において、基板温度上昇は図６に示した表面粗さと必要電力との関係とほぼ同様の傾向を示し、表面粗さに反比例して減少し、比較例に比べて最大０．５５倍にまで達した。
【００５６】
図８に、上記実施例４と比較例との堆積速度１．０ｎｍ／ｓの場合の基板温度の上昇結果を示す。比較例では２００℃まで基板温度が上昇したのに対して、実施例４では６０℃までであり、本発明に係る触媒化学気相成長方法によって、ポリエチレンテレフタレートフィルムのような耐熱性の低い材料をも基板とすることが可能であることが実証された。また、触媒体からの熱影響が小さいことから基板温度の制御が容易となり、膜の性能を安定させることもできる。
【００５７】
以上のように本発明によってつぎのような回路、薄膜が形成できる基板材料の種類が広がることから、幅広い用途の製品の開発が可能となった。
・ガリウム砒素集積回路
・強誘電体メモリ集積回路
・シリコン集積回路
・高性能多結晶シリコン薄膜
・高性能絶縁膜
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る触媒化学気相成長方法により、触媒体である金属または金属間化合物の表面積が増大することによって堆積前駆体の生成効率が向上する結果、薄膜形成速度が増大し、かつ触媒体の凹部などの表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体の外部に放射されることなく、近傍の触媒体自身に放射されることにより熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。同時に、基板が触媒体から受ける輻射熱が従来よりも減少することから基板温度は上昇することないため、基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にできるようになる。また、使用できる基板材料の種類が広がることから、幅広い用途の製品の開発が可能となる。
【００５９】
本発明に係る触媒化学気相成長装置により、触媒体である金属または金属間化合物の表面積が増大することによって堆積前駆体の生成効率が向上する結果、薄膜形成速度が増大し、かつ触媒体の凹部などの表面から放射される熱エネルギーの一部は触媒体の外部に放射されることなく、近傍の触媒体自身に放射されることにより熱の封じ込めの効果が得られるために加熱時のエネルギー効率が向上する。同時に、基板が触媒体から受ける輻射熱が従来よりも減少することから基板温度は上昇することないため、基板材料の制約がなく、基板温度の制御が容易にできるようになる。また、使用できる基板材料の種類が広がることから、幅広い用途の製品の開発が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る触媒化学気相成長装置の一実施の形態における構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る触媒化学気相成長装置のうち、触媒体のマクロ的な特徴である形状及び適用態様の例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る触媒化学気相成長装置のうち、触媒体のミクロ的な特徴である表面形態を示す外観図である。
【図４】本発明に係る触媒化学気相成長方法における、タングステン線表面の平均二乗粗さと表面積との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る触媒化学気相成長方法における、タングステン線表面の平均二乗粗さとアモルファスシリコン膜の堆積速度との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る触媒化学気相成長方法における、タングステン線表面の平均二乗粗さとタングステン線を１７００℃に維持するのに必要な電力との関係を示す図である。
【図７】本発明に係る触媒化学気相成長方法における、タングステン線表面の平均二乗粗さと基板温度上昇との関係を示す図である。
【図８】本発明に係る触媒化学気相成長方法における、堆積速度１．０ｎｍ／ｓの場合の基板温度の上昇結果を示す図である。
【符号の説明】
１…触媒化学気相成長装置、１０…チャンバー、１１…シャッター、２０…ガス供給部（シャワーヘッド）、２１…ガス供給源（原料ガス）、３０…触媒体、３１…触媒体加熱用電源、３２…赤外放射温度計、４０…基板、４１…基板ホルダー、４２…ステージヒーター、４３…熱電対、５０…ターボ分子ポンプ、５１…ドライポンプ、５２…ゲートバルブ、５３…バタフライバルブ
【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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