(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、基板と、熱触媒体と、前記熱触媒体を加熱する加熱手段と、を有し、前記真空容器内にはガスを供給するガス導入系が連結され、
前記ガス導入系から前記真空容器内にガスを供給し、前記熱触媒体による熱分解反応または触媒反応を利用して前記基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記ガス導入系は、前記真空容器内に位置し、前記熱触媒体との距離を変更する位置調整手段を有するガス吹き出し部を含み、水素を含むキャリアガスと、前記基板に薄膜を形成するための原料ガスと、を導入するものであり、
前記キャリアガスは少なくとも薄膜形成中に前記真空容器内に供給され、
前記キャリアガスの供給を低減または停止させるキャリアガス制御手段と、
前記基板に薄膜が形成されている途中で、前記真空容器内における前記原料ガスの濃度を変化させる原料ガス制御手段とを有する
薄膜形成装置。
【請求項２】
前記ガス導入系のガス吹き出し口と前記熱触媒体との間に、複数の吹き出し穴が形成されたガスシャワー板が配置されている
請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記ガス導入系の少なくとも前記熱触媒体への前記ガス吹き出し部に、ガスを冷却する冷却手段を有する
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記熱触媒体を前記真空容器内で可動可能に保持し、前記基板と前記熱触媒体との距離を調整可能な熱触媒体保持手段を有する
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記基板が載置され、前記真空容器内で可動可能で、前記基板と前記熱触媒体との距離を調整可能な基板載置台を有する
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記熱触媒体と前記基板との間を遮断可能なシャッターを有する
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記熱触媒体は前記真空容器内に複数個配設されている
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記熱触媒体は同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成されている
請求項７記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記熱触媒体は、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた、少なくとも一種の材料を含む
請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記ガス導入系からは、少なくとも、前記基板に第１の薄膜を形成する第１の原料ガスと、前記基板に第２の薄膜を形成する第２の原料ガスと、が供給され、
前記原料ガスの濃度を変化させる手段は、前記真空容器から前記第１の原料ガスが排出されるとき、該第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、前記第２の原料ガスを前記真空容器に導入する原料ガス制御手段である
請求項１から９のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
前記原料ガス制御手段は、前記第１の原料ガスの導入量を経時的に減少させるとともに、前記第２の原料ガスの導入量を経時的に増加させる
請求項１０に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
技  術  分  野
本発明は薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置を製造する方法に係り、特に高品質の薄膜を製造することが可能であるとともに、大型の表示装置に適用可能な薄膜半導体装置を製造することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置の製造方法に関する。
なお、本発明において単結晶半導体とは、単結晶シリコンはもちろん、単結晶化合物半導体、例えば単結晶ガリウム・ヒ素（Ｇａ・Ａｓ）や単結晶シリコン・ゲルマニウム（Ｓｉ・Ｇｅ）をも含む概念である。また本発明において単結晶とは、亜粒界や転位を含有する単結晶についてもこれを含めた概念である。
背  景  技  術
薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＴＦＴという）駆動方式の液晶表示装置においては、非晶質シリコンＴＦＴが用いられていたが、非晶質シリコンＴＦＴ比べて、ポリシリコンＴＦＴは電子電界効果移動度が１００前後と高く、高性能化が可能であるため、駆動回路一体型のＴＦＴの採用が主流となっている。
従来、プラズマＣＶＤ法等により非晶質シリコン層を形成し、パルス状エキシマレーザ光の照射による活性化アニールでポリシリコン層への結晶化および結晶性向上を図る技術が研究開発されている。
しかしながら、上記のような半導体の製造方法には次のような問題がある。すなわち、エキシマレーザーやアルゴンレーザー等のレーザーを、アモルファスシリコン膜に照射することによりアモルファスシリコン膜を溶融し，再結晶化させることにより多結晶シリコン膜として高移動度の薄膜トランジスタを生成する方法では、エキシマレーザーやアルゴンレーザー等のレーザーを使用するために大面積に薄膜を形成することが困難であり、所望の歩留や品質を得にくい、という問題があった。
なお、エキシマレーザー装置を改良することにより、エキシマレーザー出力の安定性を図り、大面積に薄膜を形成可能にする技術が考えられるが、エキシマレーザー装置の改良には、高いコストがかかるという問題があった。このように、前記した従来技術では、基板が大型化するにしたがって、性能及び品質の向上や、コストダウンにおいて不都合があった。
上記問題を解決するため、最近では、ガラス基板のような絶縁性基板上に、ポリシリコン膜、窒化シリコン膜を低温で作製し得る触媒ＣＶＤ法が開発され、実用化が検討されている。
しかし、上記触媒ＣＶＤ法による技術でも、プラズマＣＶＤと同じく、ガラス基板上にポリシリコン膜の形成をすると、基板や成膜条件により、初期のアモルファスシリコンの遷移層（５〜１０（ｎｍ））が形成されやすく、ボトムゲート型ＴＦＴとした場合は、所望の電子移動度が得にくいという問題があった。ボトムゲート型ＴＦＴは、一般に、歩留及び生産性の面で製造しやすいものであり、高品質なボトムゲート型ＴＦＴを製造する技術の開発が望まれている。
さらに、触媒ＣＶＤ法を採用したとき、トータルの成膜速度が小さいと、加熱触媒体による輻射熱で、基板の温度が上昇したり、基板の温度にムラが発生し、また、膜厚、膜質にバラツキが生じるという不都合があった。
発明の開示
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、基板上に高品質な薄膜を形成するための薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、高品質で且つ大型の表示装置にも適用可能な薄膜を形成するための薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の第３の目的は、高品質な薄膜を高速で形成することが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、高品質な薄膜の形成及び薄膜半導体装置の製造を可能とするとともに、熱触媒体の劣化を防ぐことが可能な薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の薄膜形成装置は、真空容器と、基板と、熱触媒体と、前記熱触媒体を加熱する加熱手段と、を備え、前記真空容器内にはガスを供給するガス導入系が連結され、前記ガス導入系から前記真空容器内にガスを供給し、前記熱触媒体による熱分解反応及び触媒反応を利用して前記基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記ガス導入系は、水素を含むキャリアガスと、前記基板に薄膜を形成するための原料ガスと、を導入するものであり、前記キャリアガスは少なくとも薄膜形成中に前記真空容器内に供給されることを特徴とする。
このように、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
また、本発明の薄膜形成装置は、真空容器と、基板と、熱触媒体と、前記熱触媒体を加熱する加熱手段と、を備え、前記真空容器内にはガスを供給するガス導入系が連結され、前記ガス導入系から前記真空容器内にガスを供給し、前記熱触媒体による熱分解反応及び触媒反応を利用して前記基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記ガス導入系は、水素を含むキャリアガスと、前記基板に薄膜を形成するための原料ガスと、を導入するものであり、前記基板へ薄膜が形成されている途中で前記真空容器内での原料ガスの濃度を高める手段を有することを特徴とする。
原料ガスの濃度を高める手段は、例えば前記キャリアガスの供給を低減または停止させるキャリアガス制御手段を備えている。
このように、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを用いているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、各種の成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、例えばキャリアガスの導入を低減または停止させる手段を備えているので、真空容器内の原料ガスの割合を高くして、基板への薄膜形成を高速で行うことができ、作業性を向上させることが可能となる。
前記ガス導入系からは、少なくとも、基板に第１の薄膜を形成するための第１の原料ガスと、基板に第２の薄膜を形成するための第２の原料ガスと、が供給される。第１の原料ガスと第２の原料ガスとは、原料ガス制御手段により、真空容器から第１の原料ガスが排出された後、所定時間経過してから、第２の原料ガスが導入されるように制御される。
本発明の薄膜形成装置においては、真空容器に水素を含むキャリアガスが常時供給されているので、上記のように、第１の原料ガスが排出された後、所定時間経過してから、第２の原料ガスが導入されるように原料ガスの導入を制御すると、第１の原料ガスの排出と、第２の原料ガスの導入との間で、真空容器が水素を含むキャリアガスのみで満たされるようになる。従って、第１の薄膜形成後に、基板表面に活性化水素Ｈ＊でクリーニングを施すことが可能となる。本構成によれば、成膜するごとに基板表面を活性化水素Ｈ＊でクリーニングを施す構成とすることが可能となり、高品質な薄膜層を得ることが可能となる。
また、原料ガス制御手段により、前記真空容器から前記第１の原料ガスが排出されたと略同時に、前記第２の原料ガスが導入されるように原料ガスの導入を制御しても良い。このように、原料ガスを連続して導入することにより、より短時間で薄膜層を得ることができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
また、原料ガス制御手段により、真空容器から第１の原料ガスが排出されるとき、第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、前記第２の原料ガスを前記真空容器に導入するように原料ガスの導入を制御しても良い。
このように、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させ、また、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、真空容器内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることが可能となる。薄膜を傾斜接合により積層することで、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体−絶縁体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。
前記ガス導入系は、前記真空容器内に位置するガス吹き出し部を備えており、このガス吹き出し部を位置調整手段により熱触媒体との距離を変更するようにすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に、ガス吹き出し部を位置させることが可能となる。
さらに、前記熱触媒体を可動可能な熱触媒体保持手段で保持して真空容器内で基板との距離を調整可能とすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体及び基板の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に熱触媒体を位置させることが可能となる。又、必要に応じて、熱触媒体と基板裁置台（基板）の間に、シャッターを設置してもよい。これにより、熱触媒体の昇温時又は降温時の熱触媒体からのコンタシ防止、更にその時の原料がこの不十分な熱分解反応及び熱触媒反応での不適当な成膜を防止できる。
また、前記基板を可動可能な基板載置台に載置して真空容器内で熱触媒体との距離を調整可能な構成としても良い。又、熱触媒体に対して基板裁置台を回転又は任意の角度に裁置することで基板内の膜厚、膜質均一性を向上させることが可能となる。このような構成とすれば、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に基板を位置させることが可能となる。
さらにまた、前記真空容器内にレールを敷設し、前記基板載置台に前記レール上を移動可能な手段を取り付け、前記レール上において前記基板載置台を移動可能とする構成により、例えば、実施例に記載のように、真空容器内に配設された長尺の熱触媒体に沿って基板載置台を移動させることが可能となり、基板に均等に成膜を施すことが可能となり、生産性向上によるコストダウンも可能となる。  熱触媒体は、前記真空容器内に複数個配設することが可能であり、これら熱触媒体を同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成することも可能である。このように熱触媒体の素材を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。このように、熱触媒体の形状を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体をそれぞれ同一電流を供給する電源或いは異なる電流を供給する電源に接続した構成とすることも可能である。これにより、例えば、複数の熱触媒体がそれぞれ異なる素材から形成されているときでも、電源の電圧・電流調整を行うことにより抵抗発熱体である熱触媒体の温度調整が可能となり良好な触媒反応を得ることができる。さらに、同一素材の熱触媒体を使用している場合でも、真空容器内の熱触媒体の位置や、熱触媒体自体の大きさに応じて、熱触媒体の加熱温度を調整することが可能となる。なお、電源としては、直流電源または交流電源が使用される。
熱触媒体としては、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた少なくとも一種の材料より選択すると好適である。
基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂を含む半導体または絶縁性の材料から選ばれたものであると好適である。
なお、前記基板上に形成される薄膜は、ゲート絶縁膜を含み、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜又はこれらの複合膜から選ばれるようにすると好適である。
さらに、前記薄膜を形成する薄膜形成装置は、シングルチャンバ或いはマルチチャンバにより構成することも可能である。シングルチャンバから構成することにより、複数の薄膜を同一チャンバ内で連続成膜することが可能となり、例えば、シングルチャンバ内で２種類の原料ガスを徐々に減少させたり、増加させたりすることにより、傾斜接合膜を形成することができ、膜間のストレスが低減された高品質な薄膜を形成することが可能となる。
また、マルチチャンバで薄膜を形成するときには、各チャンバでそれぞれ、所定の薄膜形成が行われるため、高い作業効率を得ることが可能となる。
上述した薄膜形成装置によれば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜、ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜が成膜される。このように各種金属薄膜の成膜が可能である。
また上述した薄膜形成装置によれば、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置又は太陽電池等を製造するための装置として用いることが可能である。
本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給し、供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、前記基板上に薄膜を積層させる、ことを特徴とする。
このように、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。さらに、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
また、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域にシリコン膜を成膜し、当該シリコン膜に連続して少なくともゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。
上記のように、シリコン膜上にゲート絶縁膜を有する、所謂トップゲート型ＴＦＴのための薄膜層を基板上へ形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。さらに、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
また、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給し、供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、予めゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくともゲート絶縁膜を成膜し、該ゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することを特徴とする。
上記のように、予めゲート電極が形成された基板上にゲート絶縁膜とシリコン膜とを有する、所謂ボトムゲート型ＴＦＴのための薄膜を基板上へ形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。さらに、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
このように、本方法によれば、歩留まり及び生産性に優れているボトムゲート型ＴＦＴのための薄膜層を、高品質で形成することが可能となる。
さらに、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器には水素を含むキャリアガスを供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、予め第１のゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくとも第１のゲート絶縁膜を成膜し、該第１のゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより第１の薄膜層を形成し、該第１の薄膜層に連続して少なくとも第２のゲート電極のための第２のゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。
このように、予め第１のゲート電極が形成された基板上に、第１のゲート絶縁膜とシリコン膜とを連続成膜し、このシリコン膜に連続して第２のゲート絶縁膜を形成した、所謂デュアルゲート型半導体装置のための薄膜を基板上へ形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。さらに、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
このように、本発明方法によれば、電気制御に優れているデュアルゲート型ＴＦＴのための薄膜層を、高品質且つ高速で形成することが可能となる。
また、前記薄膜形成工程において、前記真空容器に第１の原料ガスを供給し、該第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、前記真空容器に第２の原料ガスを供給することにより、第１の原料ガスにより形成される薄膜上に、第２の原料ガスにより形成される薄膜を傾斜接合させて前記基板上に積層させることにより、それぞれの膜間のストレスを低減させることができる。
このように、第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、真空容器に第２の原料ガスを供給することにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることができる。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体装置を製造することが可能となる。
なお、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域に段差を形成し、該段差を含む前記基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させると好適である。即ち、基板に段差を設け、段差を含む基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させているので、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができる。
また、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域に単結晶半導体と格子整合の良い物質層を形成し、該物質層を含む前記基板上に単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させると好適である。即ち基板に単結晶半導体と格子整合の良い物質層を形成し、この物質層を含む基板上に単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させているので、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができる。
なお、単結晶半導体と格子整合の良い物質層として、サファイアまたはスピネル構造体またはフッ化カルシウムからなる群より選ばれた物質とすると好適である。
さらに、前記薄膜は、シングルチャンバで形成されも良いし、マルチチャンバにおいて形成されても良い。シングルチャンバで薄膜を形成することにより、複数の薄膜を同一チャンバ内で連続成膜することが可能となる。また、シングルチャンバ内で２種類の原料ガスを徐々に減少させたり、増加させたりすることにより、傾斜接合膜を形成することができ、膜間のストレスが低減された高品質な薄膜を形成することが可能となる。また、マルチチャンバで薄膜を形成するときには、各チャンバでそれぞれ、所定の薄膜形成が行われるため、高い作業効率を得ることが可能となる。
なお、前記触媒ＣＶＤとは、融点未満に加熱された熱触媒体に、原料ガスの少なくとも一部を触媒反応、又は熱分解反応によって、活性化、イオン化させて、これらの堆積種を加熱された前記基板上に堆積させて形成する方法である。
また、前記基板を可動可能な基板載置台に載置して真空容器内で熱触媒体との距離を調整可能な構成としても良い。このような構成とすれば、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に基板を位置させることが可能となる。
熱触媒体としては、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）、窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた少なくとも一種の材料より選択すると好適である。  また、前記熱触媒体を可動可能な熱触媒体保持手段で保持して基板との距離を調整可能とすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体及び基板の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に熱触媒体を位置させることが可能となる。
熱触媒体は、前記真空容器内に複数個配設することが可能であり、これら熱触媒体を同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成することも可能である。このように熱触媒体の素材を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。このように、熱触媒体の形状を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
或いは、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体をそれぞれ同一電流・電圧、或いは異なる電流・電圧に接続した構成とすることも可能である。これにより、例えば、複数の熱触媒体がそれぞれ異なる素材から形成されているときでも、電源の電圧・電流調整を行うことにより抵抗発熱体である熱触媒体の温度調整が可能となり良好な触媒反応を得ることができる。さらに、同一素材の熱触媒体を使用している場合でも、真空容器内の熱触媒体の位置や、熱触媒体自体の大きさに応じて、熱触媒体の加熱温度を調整することが可能となる。なお、電源としては、直流電源または交流電源、直流に交流を重畳させた電源が使用される。
より具体的には、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜、ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜からなるいずれか一つ以上が形成される。
そして、窒化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスとアンモニアを含むガスにより形成し、酸化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスと不活性ガス希釈酸素（例えばアルゴン、ヘリウム等の希釈の酸素）を含むガス又は不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等希釈のオゾン）により形成し、ポリシリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシランのうち少なくとも一つを含むガスにより形成する。
なお、前記ポリシリコン膜と単結晶シリコン膜は、キャリア不純物濃度をコントロールするために、モノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、フォスフィン、アルシン、スチビンを適量混入してＮ型とし、またはモノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、ジボランを適量混入してＰ型とする。
基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂を含む半導体または絶縁性の材料から選ばれたものであると好適である。
なお、前記基板上に形成される薄膜はゲート絶縁膜を含み、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜又はそれらの複合膜から選ばれると好適である。
本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、前記基板上に薄膜を積層させて薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、半導体素子を作製する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のトップゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域にシリコン膜を形成し、該シリコン膜に連続して少なくともゲート絶縁膜を成膜することにより薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、トップゲート型ＴＦＴを製作する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のボトムゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、予めゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくともゲート絶縁膜を成膜し、該ゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、ボトムゲート型ＴＦＴを作製する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のデュアルゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器には水素を含むキャリアガスを常時供給し、該供給されたキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程を繰り返し、予め第１のゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくとも第１のゲート絶縁膜を成膜し、該第１のゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより第１の薄膜層を形成し、該第１の薄膜層に連続して少なくとも第２のゲート電極のための第２のゲート絶縁膜を成膜することにより第２の薄膜層を形成し、前記第１の薄膜層及び第２の薄膜層に所定の処理を施し、デュアルゲート型ＴＦＴを作製する工程と、を有することを特徴とする。
このように、各方法では、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。
そして、各発明方法によって、得られた高品質な薄膜層に所定の処理を施して、半導体素子を作製するため、高品質な各種薄膜半導体装置を得ることが可能となる。
さらに、本発明方法によれば、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
また、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域には段差が形成され、該段差を含む前記基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させる構成、或いは前記基板の少なくとも半導体装置形成領域には単結晶半導体と格子整合の良い物質層が形成され、該物質層を含む前記基板上には単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させる構成とすることにより、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができ好適である。
さらに、前記薄膜層を絶縁ゲート型電解効果トランジスタのチャンネル領域、ソース領域及びドレイン領域に適用し、これら各領域に注入した不純物種及び／またはその濃度を制御するようにすると好適である。
そして、薄膜半導体装置の製造方法によれば、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置又は太陽電池等を製造することが可能である。
また、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、前記基板上に薄膜を積層させることを特徴とする。
このように、例えばキャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程により、各種の成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させているので、真空容器において原料ガスの割合が高くなり、基板への薄膜形成が高速で行われ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。さらに、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。
また、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域にシリコン膜を成膜し、該シリコン膜に連続して少なくともゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。
上記のように、シリコン膜上にゲート絶縁膜を有する、所謂トップゲート型ＴＦＴのための薄膜層を基板上へ形成するときに、キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程により、各成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させているので、真空容器において原料ガスの割合が高くなり、基板への薄膜形成が高速で行われ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。さらに、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。
また、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、予めゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくともゲート絶縁膜を成膜し、該ゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することを特徴とする。
上記のように、予めゲート電極が形成された基板上にゲート絶縁膜とシリコン膜とを有する、所謂ボトムゲート型ＴＦＴのための薄膜を基板上へ形成するときに、キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程により、各成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させているので、真空容器において原料ガスの割合が高くなり、基板への薄膜形成が高速で行われ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。さらに、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス、低コンタミとすることができる。
このように、本発明方法によれば、歩留まり及び生産性に優れているボトムゲート型ＴＦＴのための薄膜層を、高品質且つ高速で形成することが可能となる。
さらに、本発明の薄膜形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、予め第１のゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくとも第１のゲート絶縁膜を成膜し、該第１のゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより第１の薄膜層を形成し、該第１の薄膜層に連続して少なくとも第２のゲート電極のための第２のゲート絶縁膜を成膜することを特徴とする。
このように、予め第１のゲート電極が形成された基板上に、第１のゲート絶縁膜とシリコン膜とを連続成膜し、このシリコン膜に連続して第２のゲート絶縁膜を形成した、所謂デュアルゲート型半導体装置のための薄膜を基板上へ形成するときに、キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程により、各成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させているので、真空容器において原料ガスの割合が高くなり、基板への薄膜形成が高速で行われ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。さらに、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。
このように、本発明方法によれば、電気制御に優れているデュアルゲート型ＴＦＴのための薄膜層を、高品質且つ高速で形成することが可能となる。
また、前記薄膜形成工程において、前記真空容器に第１の原料ガスを供給し、該第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、前記真空容器に第２の原料ガスを供給することにより、第１の原料ガスにより形成される薄膜上に、第２の原料ガスにより形成される薄膜を傾斜接合させて前記基板上に積層させることにより、それぞれの膜間のストレスを低減させることができる。
このように、第１の原料ガスが前記真空容器内に残っている状態で、真空容器に第２の原料ガスを供給することにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることができる。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体装置を製造することが可能となる。
なお、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域に段差を形成し、該段差を含む前記基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させると好適である。即ち、基板に段差を設け、段差を含む基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させているので、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができる。
また、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域に単結晶半導体と格子整合の良い物質層を形成し、該物質層を含む前記基板上に単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させると好適である。即ち基板に単結晶半導体と格子整合の良い物質層を形成し、この物質層を含む基板上に単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させているので、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができる。
なお、単結晶半導体と格子整合の良い物質層として、サファイアまたはスピネル構造体またはフッ化カルシウムからなる群より選ばれた物質とすると好適である。
さらに、前記薄膜は、シングルチャンバで形成されも良いし、マルチチャンバにおいて形成されても良い。シングルチャンバで薄膜を形成することにより、複数の薄膜を同一チャンバ内で連続成膜することが可能となる。また、シングルチャンバ内で２種類の原料ガスを徐々に減少させたり、増加させたりすることにより、傾斜接合膜を形成することができ、膜間のストレスが低減された高品質な薄膜を形成することが可能となる。また、マルチチャンバで薄膜を形成するときには、各チャンバでそれぞれ、所定の薄膜形成が行われるため、高い作業効率を得ることが可能となる。
なお、前記触媒ＣＶＤとは、融点未満に加熱された熱触媒体に、原料ガスの少なくとも一部を触媒反応、又は熱分解反応によって、活性化、イオン化させて、これらの堆積種を加熱された前記基板上に堆積させて形成する方法である。
また、前記基板を可動可能な基板載置台に載置して真空容器内で熱触媒体との距離を調整可能な構成としても良い。このような構成とすれば、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に基板を位置させることが可能となる。
熱触媒体としては、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた少なくとも一種の材料より選択すると好適である。  前記熱触媒体を可動可能な熱触媒体保持手段で保持して基板との距離を調整可能とすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体及び基板の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に熱触媒体を位置させることが可能となる。
熱触媒体は、前記真空容器内に複数個配設することが可能であり、これら熱触媒体を同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成することも可能である。このように熱触媒体の素材を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。このように、熱触媒体の形状を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
或いは、熱触媒体を前記真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体をそれぞれ同一電流・電圧、或いは異なる電流・電圧に接続した構成とすることも可能である。これにより、例えば、複数の熱触媒体がそれぞれ異なる素材から形成されているときでも、電源の電圧・電流調整を行うことにより抵抗発熱体である熱触媒体の温度調整が可能となり良好な触媒反応を得ることができる。さらに、同一素材の熱触媒体を使用している場合でも、真空容器内の熱触媒体の位置や、熱触媒体自体の大きさに応じて、熱触媒体の加熱温度を調整することが可能となる。なお、電源としては、直流電源または交流電源、直流に交流を重畳させた電源が使用される。
より具体的には、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜、ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜からなるいずれか一つ以上が形成される。
そして、窒化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスとアンモニアを含むガスにより形成し、酸化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスと不活性ガス希釈酸素（例えばアルゴン、ヘリウム等の希釈の酸素）を含むガス又は不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等希釈のオゾン）により形成し、ポリシリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシランのうち少なくとも一つを含むガスにより形成する。
なお、前記ポリシリコン膜と単結晶シリコン膜は、キャリア不純物濃度をコントロールするために、モノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、フォスフィン、アルシン、スチビンを適量混入してＮ型とし、またはモノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、ジボランを適量混入してＰ型とする。
基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂を含む半導体または絶縁性の材料から選ばれたものであると好適である。
なお、前記基板上に形成される薄膜はゲート絶縁膜を含み、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜又はそれらの複合膜から選ばれると好適である。
本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、前記基板上に薄膜を積層させて薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、半導体素子を作製する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のトップゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域にシリコン膜を成膜し、該シリコン膜に連続して少なくともゲート絶縁膜を成膜することにより薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、トップゲート型ＴＦＴを製作する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のボトムゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、予めゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくともゲート絶縁膜を成膜し、該ゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより薄膜層を形成し、該薄膜層に所定の処理を施し、ボトムゲート型ＴＦＴを作製する工程と、を有することを特徴とする。
本発明のデュアルゲート型ＴＦＴの製造方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜層を形成し、該薄膜層を含む薄膜半導体装置を製造する方法であって、前記真空容器に水素を含むキャリアガスを供給してキャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、前記真空容器に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程と、を備え、前記クリーニング工程と前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、或いは前記クリーニング工程の後で前記薄膜形成工程と前記キャリアガス停止工程とを繰り返し、予め第１のゲート電極が形成された前記基板の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に少なくとも第１のゲート絶縁膜を成膜し、該第１のゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより第１の薄膜層を形成し、該第１の薄膜層に連続して少なくとも第２のゲート電極のための第２のゲート絶縁膜を成膜することにより第２の薄膜層を形成し、前記第１の薄膜層及び第２の薄膜層に所定の処理を施し、デュアルゲート型ＴＦＴを作製する工程と、を有することを特徴とする。
このように、各方法では、キャリアガスの供給を途中で低減または停止するキャリアガス停止工程により、各種の成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させているので、真空容器において原料ガスの割合が高くなり、基板への薄膜形成が高速で行われ作業性を向上させることが可能となる。また、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを供給しているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。さらに、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜して、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることができる。
そして、各方法によって、得られた高品質な薄膜層に所定の処理を施して、半導体素子を作製するため、高品質な各種薄膜半導体装置を得ることが可能となる。
また、前記基板の少なくとも半導体装置形成領域には段差が形成され、該段差を含む前記基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させる構成、或いは前記基板の少なくとも半導体装置形成領域には単結晶半導体と格子整合の良い物質層が形成され、該物質層を含む前記基板上には単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長させる構成とすることにより、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶半導体膜を得ることができ好適である。
さらに、前記薄膜層を絶縁ゲート型電解効果トランジスタのチャンネル領域、ソース領域及びドレイン領域に適用し、これら各領域に注入した不純物種及び／またはその濃度を制御するようにすると好適である。
そして、薄膜半導体装置の製造方法によれば、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置又は太陽電池等を製造することが可能である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る薄膜形成方法及び薄膜半導体装置の製造方法について、好適な実施の形態を、本発明方法を採用した図１に示す薄膜形成装置に関連付けて説明する。その後、本発明に係る薄膜形成装置Ｓについて説明する
本発明における薄膜の形成方法は、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤにより真空容器中で基板に薄膜を形成する方法である。真空容器には、水素を含むキャリアガスが常時供給され、キャリアガスから発生した活性化水素Ｈ＊が基板１０上をクリーニングする。クリーニングされた基板１０には、真空容器中に原料ガスを導入することにより薄膜が形成される。
また、本発明に係る薄膜の形成方法は、薄膜の形成途中で、前記キャリアガスの供給を途中で低減または停止することにより、真空容器中での原料ガスの割合が高くなり、高速に薄膜形成を行うことが可能となる。
このように、基板１０へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを常時供給しているので、供給されたキャリアガスの一部は活性化水素Ｈ＊となって、この活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板１０上に高品質の薄膜を形成することができる。また、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にし、少なくともシリコン膜とゲート絶縁膜を連続成膜することで、ゲートチャンネル部を低ストレス，低コンタミとすることが可能となる。
また、水素を含むキャリアガスを、基板の成膜中に常時導入する場合には、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり、熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
なお、トップゲート型ＴＦＴを形成するときの薄膜層の形成方法としては、上述に加えて、具体例として図４２で示すように基板１０の少なくとも薄膜半導体装置形成領域にシリコン膜を成膜し、このシリコン膜に連続して少なくともゲート絶縁膜を成膜する。
また、ボトムゲート型ＴＦＴを形成するときの薄膜層の形成方法としては、予めゲート電極が形成された基板１０の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に、少なくともゲート絶縁膜を成膜し、このゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜する。
また、デュアルゲート型ＴＦＴを形成するときの薄膜層の形成方法としては、予め第１のゲート電極が形成された基板１０の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に、少なくとも第１のゲート絶縁膜を成膜し、この第１のゲート絶縁膜に連続して少なくともシリコン膜を成膜することにより第１の薄膜層を形成し、第１の薄膜層に連続して、少なくとも第２のゲート電極のための第２のゲート絶縁膜を成膜する。
なお、具体例として図５１で示すように基板１０の少なくとも半導体装置形成領域に段差を形成し、段差を含む基板上に単結晶半導体膜をグラフォエピタキシャル成長させたり、或いは具体例として図６２及び６３で示すように基板の少なくとも半導体装置形成領域に、単結晶半導体と格子整合の良い物質層を形成し、物質層を含む基板上に単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長された構成としても良い。このとき、単結晶半導体と格子整合の良い物質層としては、サファイアまたはスピネル構造体またはフッ化カルシウムからなる群より選ばれる。
基板１０上への薄膜の形成は、シングルチャンバ或いはマルチチャンバのいずかれにおいてなされる。これらチャンバにおいて、触媒ＣＶＤまたは高密度プラズマＣＶＤまたは高密度触媒ＣＶＤがなされる。上記ＣＶＤ法のうち、触媒ＣＶＤとは、融点未満に加熱された熱触媒体に、原料ガスの少なくとも一部を触媒反応、又は熱分解反応によって、活性化、イオン化させて、これらの堆積種を加熱された基板上に堆積させて形成する方法である。
なお、熱触媒体５は、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）、窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた、少なくとも一種の材料、またそれらを組み合わせた材料から選択すると好適である。
基板１０上には、上述した薄膜形成装置によれば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜、ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜のいずれか一つ以上が形成される。
また、窒化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスとアンモニアを含むガスにより形成し、酸化シリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシラン等のシラン系ガスと不活性ガス希釈酸素（例えばアルゴン、ヘリウム等の希釈の酸素）を含むガス又は不活性ガス（アルゴン、ヘリウム等希釈のオゾン）により形成し、ポリシリコン膜は、キャリアガスとしての水素を含み、原料ガスとしてのモノシラン、ジシラン、トリシランのうち少なくとも一つを含むガスにより形成する。
なお、ポリシリコン膜と単結晶シリコン膜は、キャリア不純物濃度をコントロールするために、モノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、フォスフィン、アルシン、スチビンを適量混入してＮ型とし、またはモノシラン、ジシラン、トリシランを含むシラン系ガスに、ジボランを適量混入してＰ型とすることが可能である。
基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂を含む半導体または絶縁性の材料から選ばれたものである。
前記薄膜はゲート絶縁膜を含み、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜、またはそれらの複合膜から選ばれる。
なお、薄膜半導体装置は、上記のように形成された薄膜を堆積させた薄膜層に所定の処理を施すことにより作製される。このとき、薄膜層を絶縁ゲート型電解効果トランジスタのチャンネル領域、ソース領域及びドレイン領域に適用し、これら各領域の不純物種及びその濃度を制御するものとする。
本発明の薄膜半導体装置の製造方法によって製造される薄膜半導体装置は、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置、又は太陽電池等である。
次に、本発明に係る薄膜形成装置Ｓについて、好適な実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施形態における薄膜形成装置Ｓは、真空容器としてのチャンバ１と、基板１０と、熱触媒体５と、熱触媒体５を加熱する加熱手段５ａと、を備えている。また、真空容器内には、ガスを供給するガス導入系３が連結されている。
上記ガス導入系３からは、水素を含むキャリアガスと、基板１０に薄膜を形成するための原料ガスと、が導入され、熱触媒体５による熱分解反応及び／又は触媒反応を利用して、基板１０の表面に薄膜が形成される。
先ず、水素を含むキャリアガスの導入形態について説明する。
キャリアガスは、少なくとも薄膜形成中に、真空容器内にマスフローコントローラーＭで制御して常時供給する形態としても良く、或いは基板へ薄膜が形成されている途中で、低減または停止させても良い。
チャンバ１中に導入されたキャリアガスは、その一部が熱触媒体５による熱分解反応及び／又は触媒分解反応により活性化され活性化水素Ｈ＊とされて基板１０の表面に到達して、基板１０の表面のクリーニングを行う。例えば、キャリアガスを、原料ガスの供給前にチャンバ１中に導入した場合は、薄膜形成前の基板１０の表面にクリーニングが施される。
また、図１８のように、チャンバ１には、基板１０に薄膜を形成するための原料ガスが導入される。本実施形態では、原料ガスが導入されるときにも、水素を含むキャリアガスがチャンバ１中に常時供給されている。一方、原料ガスは、原料ガス制御手段としてのマスフローコントローラーＭにより、チャンバ１への導入のタイミングを制御されている。
例えば、原料ガスの導入は、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、所定時間経過してから、第２の原料ガスを導入するように制御される。本実施形態では、水素を含むキャリアガスは、常時チャンバ１中に供給されているので、第１の薄膜が形成されて第１の原料ガスが排出された後、所定時間、チャンバ１がキャリアガスのみで満たされるようになる。したがって、チャンバ１内では、キャリアガスの一部が、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面に到達して、基板１０の表面のクリーニングが施される。
或いは、原料ガス制御手段としてのマスフローコントローラーＭは、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、第１の原料ガスがチャンバ１から排出されるのと同時に、第２の原料ガスを導入するように制御する。原料ガスを連続して導入することにより、より短時間で薄膜層を得ることができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
さらにまた、原料ガス制御手段は、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、第１の原料ガスが排出されるが、このとき、チャンバ１内に第１の原料ガスが残っている状態で、第２の原料ガスを導入するように制御する。
このように、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させ、また、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を替えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることが可能となる。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体−絶縁体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。
なお、上記キャリアガス及び原料ガスをチャンバ１に導入するガス導入系３は、ガス吹き出し部としてのガスシャワーヘッド３ａを備えている。ガスシャワーヘッド３ａは、位置調整手段としてのシャワーヘッドホルダー３ｂに保持されており、このシャワーヘッドホルダー３ｂにより、熱触媒体５との距離を調整可能に構成されている。
熱触媒体５は、熱触媒体保持手段としての熱触媒体ホルダー５ｂに保持されている。この熱触媒体ホルダー５ｂにより、基板１０との距離を調整可能に構成されている。また、基板１０は、基板載置台としてのサセプタ２に載置されている。このサセプタ２により、熱触媒体５との距離を調整可能に構成されている。
さらに、図１９で示すように、チャンバ１内にはレール６が敷設される。このとき、サセプタ２に、レール６上を可動可能な手段として、例えば、車輪やローラーを取り付ける。このようにして、サセプタ２を、レール６上において移動可能とすることが可能となる。従って、サセプタ２上に基板１０を載置することにより、基板１０をレール６上において移動させることが可能となる。
このような構成とすることにより、例えば、チャンバ１内に長尺形状の熱触媒体５が配設されており、熱触媒体５上で、熱分解反応及び／又は触媒反応に差が生じているような場合でも、レール６が熱触媒体５に沿って敷設されていれば、基板１０を熱触媒体５に沿って移動させることができ、基板１０に均等に薄膜を形成することが可能となり、また生産性向上によるコストダウンも可能となる。
熱触媒体５は、チャンバ１内に複数個配設されていても良い。このとき、熱触媒体５を同一素材或いは異なる素材から形成したり、また、図６〜図１０で示すように、熱触媒体５を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。このように、熱触媒体５の素材、或いは形状を自由に選択し、組み合わせることにより、良好な触媒反応を得ることが可能となる。
図１１で示すように、チャンバ１内に複数個の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を、それぞれ同一電流や同一電圧を供給する電源、或いは異なる電流や同一電圧を供給する電源に接続することも可能である。電源の電圧・電流調整を行うことにより、熱触媒体５の温度調整が可能となり、良好な触媒反応を得ることが可能となる。なお、電源としては直流電源または交流電源、さらに直流に交流を重畳させた電源等が用いられる。
前述したように、熱触媒体５は、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）、窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた、少なくとも一種の材料、またそれらを組み合わせた材料から選択すると好適である。
また、基板１０は、半導体または絶縁性の材料から選択されるが、例えば、半導体であるシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、または絶縁物である石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂から選ばれたものを用いると好適である。
さらに、ガス導入系３により導入されるガスによって形成される薄膜は、ゲート絶縁膜を含む。このゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜又はそれらの複合膜のいずれかを形成させる原料ガスを、ガス導入系３より導入することにより形成される。
また、薄膜形成装置Ｓは、マルチチャンバにより構成することも可能である。マルチチャンバから構成される薄膜形成装置Ｓでは、各チャンバに、それぞれ水素を含むキャリアガスと所定の原料ガスが導入されている。各チャンバ内では、基板１０に所定の薄膜が形成される。すなわち、基板１０の表面には、基板１０が各チャンバに入るごとに薄膜が形成され、基板１０は必要な薄膜層が得られるまで各チャンバを移動する。このマルチチャンバの例については実施例で、より明確になるであろう。
次に、水素を含むキャリアガスを別の形態で導入するように構成された、薄膜形成装置Ｓについて説明する。
本実施形態における薄膜形成装置Ｓも、前記実施形態と同様に、チャンバ１と、基板１０と、熱触媒体５と、熱触媒体５を加熱する加熱手段５ａと、を備えており、チャンバ１内には、ガスを供給するガス導入系３が連結されている。
なお、本実施形態の薄膜形成装置Ｓは、前記構成要素の他に、基板１０に薄膜が形成されている途中で、キャリアガスの供給を低減または停止させるキャリアガス制御手段を備えた構成とされている。
本実施態様において、キャリアガスの供給を低減または停止させるキャリアガス制御手段としては、例えば、マスフローコントローラーＭがある。マスフローコントローラーＭは、キャリアガス供給源からチャンバ１へキャリアガスを導くガス導入路の途中に配設され、キャリアガスの供給を制御する。基板１０に薄膜が形成されている途中で、マスフローコントローラーＭにより、キャリアガスの供給を低減または停止させると、チャンバ１内で原料ガスの占める割合が高くなり、基板１０に薄膜が高速で形成される。
キャリアガスの供給を低減または停止させる実施形態について、さらに詳細に説明する。先ず、キャリアガスを、例えば、原料ガス供給前に、チャンバ１中に導入した場合は、前記実施形態と同様に、薄膜形成前の基板１０の表面にクリーニングが施される。
チャンバ１には、基板１０に薄膜を形成するための原料ガスが導入される。本実施形態では、この原料ガスにより基板１０に薄膜が形成されている途中で、キャリアガスを低減または排出する。一方、原料ガスは、原料ガス制御手段としてのマスフローコントローラーＭにより、チャンバ１への導入のタイミングを制御されている。
例えば、原料ガスの導入は、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、所定時間経過してから、第２の原料ガスを導入するように制御される。本実施形態では、水素を含むキャリアガスは、常時チャンバ１中に供給されている。例えば、水素を含むキャリアガスは、第１の薄膜形成中に低減または停止されるが、第１の原料ガスが排出された後に、再度チャンバ１内に導入される。したがって、チャンバ１内では、キャリアガスのうち一部が、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面に到達して、基板１０の表面クリーニングが施される。
また、マスフローコントローラーＭは、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、第１の原料ガスがチャンバ１から排出されるのと同時に、第２の原料ガスを導入するように制御する。このように原料ガスを連続して導入することにより、より短時間で薄膜層を得ることができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
さらにまた、マスフローコントローラーＭは、ガス導入系３より第１の原料ガスを導入し、基板１０に第１の薄膜が形成された後、第１の原料ガスが排出されるが、このとき、チャンバ１内に第１の原料ガスが残っている状態で、第２の原料ガスを導入するように制御する。
このように、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させ、また、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることが可能となる。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体−絶縁体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。
なお、本実施形態の薄膜形成装置Ｓについても、前記実施形態と同様に、ガス導入系３のガス吹き出し部と、熱触媒体５と、基板１０とを、チャンバ１内で可動可能な手段により保持し、互いの距離を調整可能に構成しても良いことは勿論である。
さらに、チャンバ１内に熱触媒体を複数個配設し、熱触媒体５を同一素材或いは異なる素材から形成したり、また、熱触媒体５を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。或いは、チャンバ１内に複数個の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を、それぞれ同一電流を供給する電源、或いは異なる電流を供給する電源に接続することも可能である。
また、本実施形態においても、熱触媒体５は、タングステン、トリア含有タングステン、白金、モリブデン、パラジュウム、タンタル、金属蒸着セラミックス、シリコン、アルミナ、炭化けい素、炭化ケイ素又はセラミックス又は導電性窒化膜をコーティングした高融点金属（タングステン、タンタル、トリア含有タングステン、モリブデン、チタン等）窒化又は酸化シリコン、導電性窒化金属（窒化タングステン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、シリサイドよりなる群から選ばれた、少なくとも一種の材料から選択すると好適である。
また、基板１０は、半導体または絶縁性の材料から選択されるが、例えば、半導体であるシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、ガリウムひ素、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウム燐、インジュウム燐、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、または絶縁物である石英ガラス、ほうけい酸ガラス、アルミノけい酸ガラス、耐熱性樹脂から選ばれたものを用いると好適である。
さらに、ガス導入系３により導入されるガスによって形成される薄膜は、ゲート絶縁膜を含む。このゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜のいずれかを形成させる原料ガスを、ガス導入系３より導入することにより形成される。
上述した薄膜形成装置によれば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜が成膜される。
本発明の薄膜形成装置によれば、前述した各種原料ガスを適宜用いることによって、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置又は太陽電池を製造することが可能である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
図１は、本発明の薄膜形成装置Ｓの一実施例を示す概略図である。
図１に示す薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒ＣＶＤ装置であり、表面に薄膜を作成する基板１０が配置される、真空容器としてのチャンバ１と、チャンバ１内の所定位置に基板１０を配置するための、基板載置台としてのサセプタ２と、反応性ガスである所定の成膜用ガスをチャンバ１内に導入する成膜用ガス導入系３と、所定位置に配置された基板１０の表面に臨むチャンバ１内の位置に設けられた熱触媒体５と、熱触媒体５を所定温度に加熱する加熱手段５ａとを備えている。
本例のチャンバ１は、排気系１ａを備えた気密な中空容器から構成されており、その形状は問わない。本例の排気系１ａは、チャンバ１の排気用導管により図示しないターボ分子ポンプ等の真空ポンプ等に連結されている。この排気系１ａによって、チャンバ１内を１０−８Ｐａ程度の圧力まで下げるように構成される。
チャンバの材質はアルミニウム製が一般に用いられるが、成膜した、例えば、ポリシリコン又は単結晶シリコン膜中の酸素、炭素、重金属（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等）汚染を低減させるため、チャンバ材を石英ガラスにしてもよい。
このときに、ホットウォール型シリコンエピタキシー装置の他に、図２に示すように、チャンバ全体を石英ガラス１ａとしてもよい。
又、図３に示すように、アルミニウム、ステンレス等の金属製チャンバ内側に石英ガラス筒１ｂを挿入してもよい。このときには金属製チャンバ１は水冷ジャケットＪＫＴで冷却した方がよい。
本例のサセプタ２は、チャンバ１の下部位置に配設されており、上面２ａが平面に形成され、この上面２ａに基板１０を載置するよう構成されている。なお、基板１０をサセプタ２の上面２ａに確実に保持するために、サセプタ２の上面２ａに静電気を誘起して行う静電吸着方式を採用したり、Ｌ字状部材によって基板１０の縁を機械的に保持する方式を採用した構成としても良い。
サセプタ２には、基板１０を所定温度に加熱するためのヒータ２ｂが内蔵されている。本例のヒータ２ｂは、例えば、抵抗発熱方式のものが採用され、チャンバ１外に設けられたヒータ電源２ｃが接続されている。また、チャンバ１には不図示の、基板１０とサセプタ２の温度を測定する測定手段が設けられている。ヒータ電源２ｃには、基板１０又はサセプタ２の温度を監視する、測定手段からの信号によって、ヒータ供給電力を制御する不図示のコントローラが設けられている。
なお、サセプタ２からの主に重金属（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等）汚染を防止するために、炭化ケイ素、又は炭化ケイ素コーティングのグラファイト、又ヒータ内蔵の石英ガラス等の材質でサセプタ部を構成してもよい。
次に、薄膜形成装置のガス導入系３について説明する。ガス導入系３は、成膜に必要な所定のガスをチャンバ１内に導く図示しない配管と、配管に設けたバルブ及び流量調整器とを備えている。
図１に示すように、サセプタ２に対向したチャンバ１内の位置には、円盤状のガスシャワーヘッド３ａが配設されている。ガスシャワーヘッド３ａは、内部が中空であり、前面に多数のガス吹き出し孔を多数有している。そして、ガスを導入する配管の先端はガスシャワーヘッド３ａに接続され、ガス吹き出し孔から基板１０に向けてガスを吹き出させるように構成されている。
基板１０上に成膜を施すための原料ガスは、ガス導入系３によって導入され、熱触媒体５の近傍を通過して基板１０に到達するようになっている。この際、所定温度に加熱された熱触媒体５の熱分解反応及び／又は触媒作用により、原料ガスに分解等の反応が生じて成膜が行われる。
なお、本例のガスシャワーヘッド３ａは、シャワーヘッドホルダー３ｂに固定されており、このシャワーヘッドホルダー３ｂは移動可能に形成されている。即ち、最も効果的な触媒反応を得られるように、シャワーヘッド３ａと基板１０との距離を調整可能に構成されている。
また、熱触媒体による輻射熱のために、シャワーヘッド内で原料ガスの不十分な分解反応が発生するのを防止するため、図４に示すように、冷却手段例えば冷却液（フロン、オイル、水等）ＣＬ又は冷却ガス（空気、Ｎ２等）ＣＧでの冷却機構１０１を設けてもよい。
又、熱触媒体５とガス吹き出し口の間に、図５に示すように、ガスシャワー板１０２を設けてもよい。このガスシャワー板１０２には数百個以上の微小な穴１０２ａがあけられており、キャリアガスと原料ガスのミキシングを促進させた混合ガスを熱触媒体５に均一に吹きつける。
更に、このガスシャワー板１０２をチャンバ１を介して水冷ジャケットＪＫＴに取り付けることで熱触媒体５からの輻射熱を放散させて、ガスシャワー板内部での原料ガスの不十分な熱分解反応による不適な推積種の発生を防止させる。
これにより、均質な混合ガスの熱触媒体５への熱分解及び／又は熱触媒作用による高品質な成膜が可能となる。
また、必要に応じて、熱触媒体５とサセプタ２（基板１０）との間に、シャッターを設置してもよい。
これにより、熱触媒体５の昇温時または降温時の熱触媒体５からのコンタクト防止、更にそのときの原料ガスの不十分な熱分解及び／又は熱触媒反応での不適当な成膜を防止できる。
本例の薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒ＣＶＤ装置であり、チャンバ１内には、熱触媒体５が配設されている。この熱触媒体５は、成膜用ガスに熱分解及び／又は熱触媒反応を生じさせて成膜を行うために使用されるものである。本例の熱触媒体５は、例えば、図１で示すように、直径０．５ｍｍ程度のワイヤーをコイル状にして構成されている。本例のワイヤーの素材としては、タングステンやパラジウム、タンタル或いはモリブデンが用いられる。
また、本例の熱触媒体５は、熱触媒体保持手段としての熱触媒体ホルダー５ｂに固定されている。熱触媒体ホルダー５ｂは、例えば、モリブデンで形成されている。さらに、本例の熱触媒体５は、チャンバ１の外部で加熱手段５ａと接続されている。本例における加熱手段５ａは、熱触媒体５を通電して加熱する通電加熱用電源であり、この通電加熱用電源は、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）または直流に交流を重畳させた電源により構成されている。上記熱触媒体５に、直流に低周波交流（１ＭＨｚ未満）又は高周波交流（１〜１００ＭＨｚ）を重畳させた電力（プラズマ給電開始電圧以下）を供給して、バイアス触媒ＣＶＤとすることも可能である。このような加熱手段５ａにより、熱触媒体５は、８００℃〜１７００℃（融点以下）に加熱されるようになっている。
そして、前記熱触媒体ホルダー５ｂは、チャンバ１内で移動可能とされ、最も効果的な触媒反応を得られるように、熱触媒体５と基板１０との距離を調整可能に構成されている。触媒体ホルダー５ｂの調整は、図示しない駆動機構によって行っている。駆動機構としては、モータを駆動源として、モータの出力軸にピニオンギヤを取り付け、触媒体ホルダー５ｂにラックギヤを配設し、これらのギアを歯合させて、モータ（サーボモータやステッピングモータ）の出力によって調整可能としたり、熱触媒体ホルダー５ｂに連結した油圧式装置（気圧装置でも可）で距離調整したり、各種の構成を用いることが可能である。なお、熱触媒体５は、基板１０から遠ざかるにしたがって、触媒反応の効果が薄れるので、基板１０の近傍に、例えば５ｃｍ離れた位置に配置されることが好ましい。
なお、熱触媒体５は、上記のようにコイル状に形成したものに限らず、図６に示すような網目状にすることも可能である。網目状の熱触媒体は、例えば、所定長さの複数本のワイヤーを井桁形状に組み付け、各ワイヤーの組付け部を、溶接等により接合して形成する。また、セラミックス，石英ガラス等の高耐熱性絶縁体に熱触媒体のワイヤー，コイル等を１回又は複数巻回して保持するように形成することもできる。或いは、平板状の金属板に、プレス加工を施し、網目状に形成しても良い。
また、図６に示す熱触媒体５には、相対する辺（図中では左右に位置する辺）のほぼ中間部から、電源５ａへ接続される接続線５ｂが延出している。この接続線５ｂを介して、電源５ａから電流が供給され、熱触媒体５を所定温度に加熱されるように構成されている。
熱触媒体５の形状としては、上記のようにコイル状や網目状に形成する他、例えば、図７〜図１１に示すような形状に形成しても良い。
図７に示す熱触媒体５は、長めのワイヤーから形成されている。即ち、ワイヤーを矩形ジグザクにして、複数の平行列を形成したものである。このように複数列に形成された熱触媒体５は、単体で用いてもよいが、図７の破線で示すように、平行列が直交するように、二枚重ねて配置しても良い。或いは、角度を変えて重ねても良く、さらに、二枚重ねに限らず、複数枚重ねて配設しても良い。
また、図８に示す熱触媒体５は、ワイヤーをコイル状にし、このコイル状のワイヤーを、円形に一周巻回して形成されている。このように、熱触媒体５をコイル状とすることにより、限られた空間内に、より多くの熱触媒体を配設することができる。また、図９に示すように、コイル状の熱触媒体５を二重、或いはそれ以上に巻回した構成としても良い。
或いは、図１０に示すように、ワイヤーをコイル状にし、このコイル状のワイヤーを複数列並行に配設した構成としても良い。或いは直交するように互い違いに配設しても良い。
さらにまた、図７及び図１１に示すように、熱触媒体５は、チャンバ１内に複数個配設されていても良い。このとき、図７に示すように、熱触媒体５を重ねて配設しても良い。或いは、図１１に示すように、熱触媒体５を並行に複数段で配設しても良い。また並行に複数段で配設する他、直交するように互い違いに配設しても良い。
なお、複数の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を同一素材から、それぞれ形成することが可能である。例えば、図１１において、上部側に位置する熱触媒体５と、下部側に位置する熱触媒体５とを、両方ともタングステンとする。
或いは、複数の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を異なる素材から、それぞれ形成することが可能である。例えば、図１１において、上部側に位置する熱触媒体５をタングステンとし、下部側に位置する熱触媒体５をパラジウムとした構成とする。
さらに、複数の熱触媒体５を配設するとき、図１１に示すように、同一形状の熱触媒体５を配設する他、異なる形状の熱触媒体５を配設する構成としても良い。すなわち、例えば、図６に示される熱触媒体５と、図７に示される熱触媒体５とを組み合わせて配設する。
さらにまた、図１１に示すように、複数の熱触媒体５を配設するとき、各熱触媒体を、それぞれ異なる電源に接続させた構成とすることも可能である。本例における電源は、直流電流或いは交流電源、または直流に交流を重畳させた電源であり、状況に応じて選択されるものである。電源の電圧・電流の調整を行うことにより、熱触媒体の温度調整をすることが可能となる。
このように、チャンバ１内に複数の熱触媒体５を配設し、熱触媒体の素材、形状、または接続される電源を自由に選択し、組み合わせることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体５は、前記のように熱触媒体ホルダー５ｂに保持され、この熱触媒体ホルダー５ｂにより、基板１０との距離を調整可能に構成されている。従って、例えば、図１１の左右方向に移動する構成とすることも可能であり、触媒反応に変化を持たせることができる。
このように熱触媒体５については、可動可能とし、材質の異なるものを複数併用し、電源を同一あるいは異ならせて各熱触媒体の温度を異ならせる等各種の構成を採用することが可能である。
本例の薄膜形成装置Ｓによって薄膜形成を行うＣＶＤは、触媒ＣＶＤ法（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ＣＶＤ，ＣＡＴ−ＣＶＤ）と呼ばれ、例えば、特開昭６３−４０３１４号公報などに開示されている。
触媒ＣＶＤ法は、熱触媒体による触媒反応または熱分解反応によって、高エネルギーをもつシリコン原子又は原子の集団を形成し、絶縁基板上に堆積させるので、通常の熱ＣＶＤ法における堆積可能温度より著しく低い低温の領域でシリコン膜を堆積させることができる。
本発明の特徴の一つは、上記のような触媒ＣＶＤ用の熱触媒体５を利用して成膜を行う他、チャンバ内にキャリアガスを導入して、界面欠陥低減のための表面処理を行う点にも存する。
この点を、以下に詳説する。上述した触媒ＣＶＤ法において、導入するガスの種類を変えてやると、基板の表面を改質したりクリーニングしたりする表面処理を行うことができる。このように、基板表面を処理した後に成膜を行うと、界面欠陥の極めて少ない良質な成膜を行うことが可能となる。
本例では、基１０の表面に改質及びクリーニングを施すために、ガス導入系３からキャリアガスとしての水素系ガスを導入する。水素系ガスとしては、水素ガス或いは水素ガスに不活性ガスであるアルゴン，ヘリウム，ネオンを含めたもの等があるが、本実施態様では水素ガスのみを用いた例で説明する。水素ガスは熱触媒体５との接触分解反応により活性化され、この活性化水素Ｈ＊によって基板表面の自然酸化膜や水分，汚れを除去するクリーニングが行える。また、活性化水素Ｈ＊により、熱触媒体５の酸化を防ぎ、熱触媒体５の劣化を防止することができる。
そして、最も大きな特徴点は、上記キャリアガス及び原料ガスの導入時間及びタイミングにより、所望の品質及び速度で成膜を行うことができる点にある。以下、図１２〜図１７を参照して、図１の装置におけるキャリアガス及び原料ガスの導入方法について説明する。なお、図１２〜図１７では、一例として、基板上に保護膜用の窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する場合について説明する。
図１２〜図１４に示すガス導入形態は、前提として、キャリアガスとしての水素ガスを、チャンバ１内に一定量連続して導入するものである。
先ず、図１２に示すガス導入形態について説明する。図１２では、各種の成膜を行う前に、その都度、基板１０の表面をクリーニングする場合が示されており、この場合のキャリアガスとしての水素ガス及び原料ガスの導入形態が示されている。
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒーター２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず水素ガス１５０ＳＣＣＭをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスの一部は、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラン１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された第１の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第１の薄膜として窒化シリコン膜の形成が基板表面に作成される。
その後、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。本例では、第１の原料ガスの排出後、所定時間経過した後に、第２の原料ガスが導入される。
このとき、水素ガスは引き続きチャンバ１内に導入されている。したがって、活性化水素Ｈ＊により、第１の薄膜が形成された基板表面の水や酸素等の分子付着が除去され、界面準位を低減させることができる。
上記のように、活性化水素Ｈ＊により第１の薄膜が形成された基板表面がクリーニングされた後で、第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）を導入する。導入された第２の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、触媒ＣＶＤ法によって第２の薄膜として酸化シリコン膜が基板表面に作成される。
その後、第２の原料ガスの導入を停止して、処理容器１内から第２の原料ガスを排気する。第２の原料ガスの排気後、常時導入されている水素ガスによる活性化水素Ｈ＊により第２の薄膜が形成された基板表面がクリーニングされた後で、第３の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ）を導入する。導入された第３の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、触媒ＣＶＤ法によって第３の薄膜としてポリシリコン膜が基板表面に作成される。
前記工程と同様に、その後第３の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第３の原料ガスを排出する。第３の原料ガスの排気後、引き続き導入されている水素ガスによる活性化水素Ｈ＊により第３の薄膜が形成された基板表面がクリーニングされた後で、第４の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）を導入する。導入された第４の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、触媒ＣＶＤ法によって第４の薄膜として酸化シリコン膜が基板表面に作成される。
このように、図１２に示すガスの導入方法によれば、各種の成膜後、所定時間において活性化水素Ｈ＊により基板１０の表面をクリーニングするので、基板上に高品質の薄膜を形成することが可能となる。また、常にチャンバ１内に水素ガスを導入しているので、熱触媒体５の酸化劣化を防止することができる。
次に、図１３に示すように、最初に基板表面を所定時間クリーニングし、その後は各種の原料ガスを連続して導入し、成膜を行う場合について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず水素ガス１５０ＳＣＣＭをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスのうち一部は、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラン１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された成膜用ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、触媒ＣＶＤ法によって第１の窒化シリコン膜が基板１０の表面に作成される。
その後、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。本例では、第１の原料ガスの排出後、間を置かずに、第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）が導入される。第２の薄膜の形成と、第２の原料ガスの排気後は、同様に、間を置かずに第３の原料ガスが導入され、次いで第４の原料ガスが導入される。このように連続で成膜するため、より速く各成膜工程に移行し、成膜を行うことができる。
なお、このときも水素ガスは引き続きチャンバ１内に導入されている。このため熱触媒体の酸化による劣化を防止することができる。
なお、上記ガス導入方法において、少なくともポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素Ｈ＊による表面のクリーニングを行うことにより、確実に高品質なポリシリコン膜を得ることが可能となり、好適である。
さらに、図１４に示すように、傾斜接合膜を形成する場合の水素ガス及び原料ガスの導入形態について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず、水素ガスをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスは、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラン１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された成膜用ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、触媒ＣＶＤ法によって第１の窒化シリコン膜が基板表面に作成される。
その後、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。本例では、第１の原料ガスが完全に排出される前に、第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）が導入される。このように、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させるとともに、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることができる。同様に、第３の原料ガス、第４の原料ガスを導入し、傾斜接合の膜を成膜する。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な絶縁体−半導体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。但し、ＭＯＳＴＦＴ特性が悪くなるので、ゲート絶縁膜の酸化シリコン膜とシリコン膜（ポリシリコン，半結晶シリコン，アモルファスシリコン，微結晶シリコン等）は傾斜接合としない。
なお、このときも水素ガスは、引き続きチャンバ１内に導入されている。このため熱触媒体の酸化による劣化を防止することができる。
上記のように、活性化水素Ｈ＊を常時発生させ、基板１０の表面が常にクリーニングされるように構成されているので、酸化シリコン膜とポリシリコン膜の界面にアモルファスシリコンの転移層が形成されず、高品質な薄膜層を形成することが可能となる。
また、必要に応じて、成膜する前に活性化水素Ｈ＊で基板１０の表面を常時クリーニングして、表面改質処理するので、基板１０の表面の水や酸素等の分子付着が除去されて界面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低く、高品質の成膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ポリシリコン膜等）とすることが可能となる。特に、ゲート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素Ｈ＊にさらす処理を行なうと、水素アニール効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
次に、図１５〜図１７に示すガス導入形態について説明する。図１５〜図１７に示すガス導入形態は、キャリアガスとしての水素ガスを、途中で停止したり、低減させることにより、高速に被膜を形成するものである。
先ず、図１５に示すガス導入形態について説明する。図１５では、各種の成膜を行う前に、その都度、基板１０の表面をクリーニングする場合を示し、この場合のキャリアガスとしての水素ガス及び原料ガスの導入形態を示している。
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで下げるとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず水素ガス１５０ＳＣＣＭをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスは、一部が熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラシ１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された第１の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第１の薄膜として窒化シリコン膜の形成が基板表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これにより、チャンバ１内では第１の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第１の薄膜の形成が終わったら、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。
チャンバ１から第１の原料ガスが排出されたら、再びキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入し、活性化水素Ｈ＊により、第１の薄膜が形成された基板１０の表面の水や酸素等の分子付着を除去し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時間導入した後に、第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）を導入する。
第２の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第２の薄膜として酸化シリコン膜の形成が基板表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これによりチャンバ１内では第２の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第２の薄膜の形成が終わったら、第２の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第２の原料ガスを排出する。
チャンバ１から第２の原料ガスが排出されたら、再びキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入し、活性化水素Ｈ＊により、第２の薄膜が形成された基板１０の表面の水や酸素等の分子付着を除去し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時間導入した後に、第３の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ）を導入する。
第３の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第３の薄膜としてポリシリコン膜の形成が基板表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これによりチャンバ１内では第３の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第３の薄膜の形成が終わったら、第３の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第３の原料ガスを排出する。
チャンバ１から第３の原料ガスが排出されたら、再びキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入し、活性化水素Ｈ＊により、第３の薄膜が形成された基板表面の水や酸素等の分子付着を除去し、界面準位を低減させる。水素ガスのみを所定時間導入した後に、第４の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）を導入する。
第４の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第４の薄膜として酸化シリコン膜の形成が基板１０の表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これによりチャンバ１内では第４の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第４の薄膜の形成が終わったら、第４の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第４の原料ガスを排出する。
このように、図１５に示すガスの導入方法によれば、各種の成膜後、所定時間において活性化水素Ｈ＊により基板１０の表面をクリーニングするので、基板１０上に高品質の薄膜を形成することが可能となる。また、各薄膜形成工程それぞれにおいて、水素ガスの導入を低減または停止し原料ガス濃度を高くしているので、基板１０への薄膜形成を高速で行うことができ、作業性を向上させることが可能となる。
次に、図１６に示すように、最初に基板１０の表面を所定時間クリーニングし、その後は各種の原料ガスを連続して導入し、成膜を行う場合について説明する
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで下げるとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず水素ガス１５０ＳＣＣＭをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスは、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラン１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された第１の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第１の薄膜として窒化シリコン膜の形成が基板表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これによりチャンバ１内では第１の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第１の薄膜の形成が終わったら、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。
本例では、第１の原料ガスの排出後、間を置かずに、水素ガス及び第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）が導入される。同様に第２の原料ガスの排気後は、間を置かずに第３の原料ガスが導入され、次いで第４の原料ガスが導入される。このように連続で成膜するため、より速く各成膜工程に移行し、成膜を行うことができる。
なお、上記ガス導入方法において、少なくともポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素Ｈ＊による表面クリーニングを行うことにより、確実に高品質なポリシリコン膜を得ることが可能となり、好適である。
さらに、図１７に示すように、傾斜接合膜を形成する場合の水素ガス及び原料ガスの導入形態について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通してチャンバ１内に基板１０を搬入し、サセプタ２に載置する。次いで、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで下げるとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。
そして、ガス導入系３を動作させて、まず水素ガス１５０ＳＣＣＭをチャンバ１内に導入する。導入された水素ガスは、熱触媒体５による接触分解反応により活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面に到達して、基板１０の表面クリーニングを行う。
上記のように、チャンバ１内に水素ガスが供給されている状態で、ガス導入系３を動作させ、第１の原料ガス（アンモニア５０ＳＣＣＭ及びモノシラン１５ＳＣＣＭ）をチャンバ１内に導入する。導入された第１の原料ガスは、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、第１の薄膜として窒化シリコン膜の形成が基板１０の表面において開始される。
その後、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を低減または停止させる。これによりチャンバ１内では第１の原料ガスの割合が高くなるため、基板１０上で薄膜の形成速度が高速となる。第１の薄膜の形成が終わったら、第１の原料ガスの導入を停止して、チャンバ１内から第１の原料ガスを排出する。
本例では、第１の原料ガスが完全に排出される前に、第２の原料ガス（モノシラン１５ＳＣＣＭ及びヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭ）が導入される。このように、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させるとともに、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、チャンバ１内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることができる。同様に第３の原料ガス、第４の原料ガスを導入し、傾斜接合の膜を成膜する。薄膜を傾斜接合により積層することにより、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な半導体−絶縁体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。
なお、上記ガス導入方法において、少なくともポリシリコン膜の成膜前に、活性化水素Ｈ＊による表面のクリーニングを行うことにより、確実に高品質なポリシリコン膜を得ることが可能となり、好適である。
上記のように、基板１０に薄膜を形成するときに、少なくとも成膜前に活性化水素Ｈ＊でクリーニングさせ、原料ガスを供給して成膜を開始し、所定膜厚後に水素キャリアガスを低減、またはカットして、絶縁膜または半導体膜を高速で成膜するので、生産性が高く、コストダウンを実現することが可能となる。
また、成膜する前に活性化水素Ｈ＊で基板１０の表面を常時クリーニングして、表面改質処理するので、基板表面の水や酸素等の分子付着が除去されて界面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低く、高品質の成膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ポリシリコン膜等）とすることが可能となる。特に、ゲート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素Ｈ＊にさらす処理を行なうと、水素アニール効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
なお、水素キャリアガスをカットした場合でもモノシランの触媒分解反応により高いエネルギーのシリコン原子と同時に活性化水素Ｈ＊が発生しているので、熱触媒体が酸化劣化することはない。
図１７に、上記ガス導入を可能にするための、ガス供給系３の構成を詳細に示す。ガス供給系３では、キャリアガスとしての水素ガス、及び各種の原料ガスの供給源から、手動バルブ３ｃ及び自動バルブ３ｄを開閉させることにより、状況に応じて、所定のガスをチャンバ１内に導くように構成されている。
図１７に示すガス供給系３では、複数種のキャリアガス供給源を有しており、キャリアガスとして、各種の水素系ガスから所望のガスを選択できるように構成されている。すなわち、選択されたキャリアガスの手動バルブ３ｃ或いは自動バルブ３ｄを開放し、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）Ｍを介してチャンバ１内へ導くものである。なお、本例では三方弁３ｅが配設されており、選択されたガスをチャンバ１内へ導入するか、真空排気されるか、が最終的に決定されるように構成されている。ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）のガスは、別系の排気手段から排気されるものとする。
なお、上記成膜の速度を高める技術として、成膜途中で原料ガスの濃度を高める等の技術を利用した例を示したが、全体のガス圧を高める技術によって、高速成膜することも可能である。
つまり、上記実施例では、１〜２０（パスカル，Ｐａ）の範囲で、特に概略１０Ｐａのガス圧が選定されている。そこで、成膜初期は緻密な成膜（特にポリシリコン時にはα−Ｓｉの遷移層防止）のために低いガス圧（例えば１Ｐａ前後）としておき、途中から高いガス圧（１０〜２０Ｐａ）に変更することによって高速成膜することが可能となる。
このとき、各原料ガスの混合比率は一定にしてもよいし、又は任意に変更することができる。例えば、ポリシリコンの場合を例にすると、初期にはガス圧を１Ｐａ前後とし、モノシラン（１〜２ＳＣＣＭ）、水素ガス（１５〜２０ＳＣＣＭ）としておき、途中からガス圧１０Ｐａ以上とし、モノシラン（１５〜２０ＳＣＣＭ）、水素ガス（１５０ＳＣＣＭ）とする、というような構成にすることで、高速成膜することが可能となる。
このようにして、基板１０上に各種の薄膜が形成される。なお、薄膜の形成は、図１に示す薄膜形成装置Ｓに限らず、次述する各構成の装置により行われるものである。図１９〜図４１において、薄膜形成装置Ｓの他の実施例について説明する。本例において、前記実施例と同様部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
図１９に示す薄膜形成装置Ｓは、サセプタ２を挟んで、一対のガス導入系３と熱触媒体５が配設されている。チャンバ１内には、レール６が敷設されている。そして、このレール６に沿って、熱触媒体５が配設されている。サセプタ２には、レール６上を移動可能な手段として、例えば、車輪やローラーが取り付けられ、チャンバ１内を移動可能に構成されている。このような構成とすることにより、例えば、チャンバ１内に長尺形状の熱触媒体５が配設されており、熱触媒体５上で、触媒反応に差が生じているような場合でも、レール６が熱触媒体５に沿って敷設されていれば、基板１０を熱触媒体５に沿って移動させることができ、基板１０に均等に薄膜を形成することが可能となる。大型ガラス基板が使用でき、スループット大による生産性向上でのコストダウンができる。なお、図１９で示す薄膜形成装置Ｓにおいても、図６〜図１１を参照して説明したような熱触媒体５を使用することができるのは勿論である。
すなわち、熱触媒体５は、熱触媒体保持手段としての熱触媒体ホルダー５ｂに固定されている。熱触媒体ホルダー５ｂは、例えば、モリブデンで形成されている。さらに、本例の熱触媒体５は、チャンバ１の外部で加熱手段５ａと接続されている。本例における加熱手段５ａは、熱触媒体５を通電して加熱する通電加熱用電源であり、この通電加熱用電源は、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）または直流に交流を重畳させた電源により構成されている。このような加熱手段５ａにより、熱触媒体５は、８００℃〜１７００℃（融点以下）に加熱されるようになっている。
そして、前記熱触媒体ホルダー５ｂは、チャンバ１内で移動可能とされ、最も効果的な触媒反応を得られるように、熱触媒体５と基板１０との距離を調整可能に構成されている。触媒体ホルダー５ｂの調整は、図示しない駆動機構によって行っている。駆動機構としては、モータを駆動源として、モータの出力軸にピニオンギヤを取り付け、触媒体ホルダー５ｂにラックギヤを配設し、これらのギアを歯合させて、モータ（サーボモータやステッピングモータ）の出力によって調整可能としたり、熱触媒体ホルダー５ｂに連結した油圧式装置（気圧装置でも可）で距離調整したり、各種の構成を用いることが可能である。なお、熱触媒体５は、基板１０から遠ざかるにしたがって、触媒反応の効果が薄れるので、基板１０の近傍に、例えば５ｃｍ離れた位置に配置されることが好ましい。
なお、熱触媒体５は、上記のようにコイル状に形成したものに限らず、図６に示すような網目状にすることも可能である。網目状の熱触媒体は、例えば、所定長さの複数本のワイヤーを井桁形状に組み付け、各ワイヤーの組付け部を、溶接により接合して形成する。また、セラミックス，石英ガラス等の高耐熱性絶縁体に熱触媒体のワイヤー，コイル等を１回又は複数巻回して保持するように形成することもできる。或いは、平板状の金属板に、プレス加工を施し、網目状に形成しても良い。
また、図６に示す熱触媒体５には、相対する辺（図中では左右に位置する辺）のほぼ中間部から、電源５ａへ接続される接続線５ｂが延出している。この接続線５ｂを介して、電源５ａから電流が供給され、熱触媒体５を所定温度に加熱されるように構成されている。
熱触媒体５の形状としては、上記のようにコイル状や網目状に形成する他、例えば、図７〜図１１に示すような形状に形成しても良い。
図７に示す熱触媒体５は、長めのワイヤーから形成されている。即ち、ワイヤーを矩形ジグザクにして、複数の平行列を形成したものである。このように複数列に形成された熱触媒体５は、単体で用いてもよいが、図７の破線で示すように、平行列が直交するように、二枚重ねて配置しても良い。或いは、角度を変えて重ねても良く、さらに、二枚重ねに限らず、複数枚重ねて配設しても良い。
また、図８に示す熱触媒体５は、ワイヤーをコイル状にし、このコイル状のワイヤーを、円形に一周巻回して形成されている。このように、熱触媒体５をコイル状とすることにより、限られた空間内に、より多くの熱触媒体を配設することができる。また、図９に示すように、コイル状の熱触媒体５を二重、或いはそれ以上に巻回した構成としても良い。
或いは、図１０に示すように、ワイヤーをコイル状にし、このコイル状のワイヤーを複数列並行に配設した構成としても良い。或いは直交するように互い違いに配設しても良い。
さらにまた、図７及び図１１に示すように、熱触媒体５は、チャンバ１内に複数個配設されていても良い。このとき、図７に示すように、熱触媒体５を重ねて配設しても良い。或いは、図１１に示すように、熱触媒体５を並行に複数段で配設しても良い。また並行に複数段で配設する他、直交するように互い違いに配設しても良い。
なお、複数の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を同一素材から、それぞれ形成することが可能である。例えば、図１１において、上部側に位置する熱触媒体５と、下部側に位置する熱触媒体５とを、両方ともタングステンとする。
或いは、複数の熱触媒体５を配設するとき、熱触媒体５を異なる素材から、それぞれ形成することが可能である。例えば、図１１において、上部側に位置する熱触媒体５をタングステンとし、下部側に位置する熱触媒体５をパラジウムとした構成とする。
さらに、複数の熱触媒体５を配設するとき、図１１に示すように、同一形状の熱触媒体５を配設する他、異なる形状の熱触媒体５を配設する構成としても良い。すなわち、例えば、図６に示される熱触媒体５と、図７に示される熱触媒体５とを組み合わせて配設する。
さらにまた、図１１に示すように、複数の熱触媒体５を配設するとき、各熱触媒体を、それぞれ異なる電源に接続させた構成とすることも可能である。本例における電源は、直流電流又は交流電源又は直流に交流を重畳させた電源であり、状況に応じて選択されるものである。電源の電圧・電流の調整を行うことにより、抵抗発熱体である熱触媒体の温度調整をすることが可能となる。
このように、チャンバ１内に複数の熱触媒体５を配設し、熱触媒体の素材、形状、または接続される電源を自由に選択し、組み合わせることにより、最も良好な触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体５は、前記のように熱触媒体ホルダー５ｂに保持され、この熱触媒体ホルダー５ｂにより、基板１０との距離を調整可能に構成されている。従って、例えば、図１１の左右方向に移動する構成とすることも可能であり、触媒反応に変化を持たせることができる。
このように熱触媒体５については、可動可能とし、材質の異なるものを複数併用し、電源を同一あるいは異ならせて各熱触媒体の温度を異ならせる等各種の構成を採用することが可能である。
図２０は、マルチチャンバを備えた薄膜形成装置Ｓの概略図である。本例のマルチチャンバからなる薄膜形成装置Ｓは、例えば、３つのチャンバ１（Ａ，Ｂ，Ｃ）とカセットステーションＣＳと、ロボットＲとからなり、各薄膜の形成を、それぞれ別のチャンバＡ，Ｂ，Ｃ内で行うように構成されている。そして、各チャンバ１（Ａ，Ｂ，Ｃ）内で、サセプタ２と、ガス供給側との間に、熱触媒体５が配設されている。熱触媒体５は、図６〜図１１を参照して説明したようなものを、適用することができるのは勿論である。
図２０に示されるマルチチャンバでは、薄膜は次のようにして形成される。ここでは一例として、保護膜用の窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を形成する例について説明する。
先ず、各チャンバ１（Ａ，Ｂ，Ｃ）内において、キャリアガスとしての水素を供給し熱触媒体を所定の温度（例えば１７００〜１８００℃）に加熱してスタンバイしておき、例えば、第１のチャンバＡでは、原料ガスとしてモノシランにアンモニアを混合したものを導入し、基板１０上に所定膜厚の窒化シリコン膜を形成し、次に基板１０をＢチャンバに移し、原料ガスとしてモノシランにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）を混合したものを導入し、基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン膜を形成し、次に基板１０をＣチャンバに移し、原料ガスとしてモノシランを導入し、基板１０上に所定膜厚のポリシリコン膜を形成する。さらにまた基板１０をＢチャンバに移して、基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン膜を形成し、必要に応じて基板１０をＡチャンバに移し所定膜厚の窒化シリコン膜を形成する。
なお、図１２〜図１４に示すガス導入形態を採用し、キャリアガスとしての水素ガスをチャンバ１内に一定量連続して導入する場合で、マルチチャンバを使用するときは、基板１０を常に活性化水素Ｈ＊にさらしておくために、一方のチャンバから他方のチャンバへ移動させる間に、基板１０を仮に配設しておくための部屋を、別途設けた構成としても良い。
図２１〜図４１に示される各ＣＶＤ装置は、図３１及び図３２に示すホットウォールＬＰＣＶＤ方式を除けば、基本的に、基板はサセプタ或いはホットプレート上に平置きにされ、反応ガスはそれらの表面に均等に接触するように構成されている。
図２１及び図２２に示される装置は、横型の触媒ＣＶＤ装置であり、この横型ＣＶＤ装置では円形の基板（本例ではウエハ）１０をサセプタ２の表面に密集して搭載することができる。しかしその一方で、ガスを横方向から供給するため、入口側から出口側に向けて反応ガスの涸渇が起き、均一性が低下するおそれがある。このため、ガス流に対する各基板１０の接触機会を増やすために、図２２に示すように傾斜をつけ、しかも多量のキャリアガスを供給して内部を乱流・加圧状態にすることにより対応している。この場合に、図２２で示すように、熱触媒体５は、反応ガスが導入されるときに、基板１０の上面を覆うようにサセプタ上をＬ字状に配設されている。
図２３及び図２４に示される触媒ＣＶＤ装置は、縦型（パンケーキ型）であり、基本的には円板状サセプタ２の中心を軸として回転する方式である。縦型ＣＶＤ装置では、半径方向の均一性をチェックすれば、基板（本例ではウエハ）１０の全体の分布状態を知ることができるため、半径方向さえ調整できればかなり良い分布が得られる。また、本例では図２４で示すように、熱触媒体５は、反応ガスが導入されるときに、基板１０の上面に配設されている。
図２５〜図２８に示される触媒ＣＶＤ装置は、シリンダ型（バレル型、ドラム型）であり、図２５及び図２６はサセプタ（本例ではシリンダ）の外側に基板１０（本例ではウエハ）をコーディングした構成であり、図２７及び図２８は、サセプタ（本例ではシリンダ）の内側に基板１０をコーディングした構成を示している。シリンダ型は、横型と縦型の特徴を生かした構成であり、サセプタ２を何段も組み合わすことにより生産性を高めることができる。反応ガスは上方から供給されるが、基板１０を搭載している側面はガス流れ方向に対して傾斜しているので、均一性を保つことが可能となる。サセプタ２は内側及び外側を用いることができ、エネルギーの有効利用という面から、サセプタ２の内側と外側に同時に基板１０を搭載することが好ましい。そして、本例では、サセプタ２の上方位置、すなわち反応ガスが導入される側の所定位置に、熱触媒体５が配設されている。
図２９及び図３０に示される触媒ＣＶＤ装置は、放射型方式であり、図２９で示すように、断面放射状のサセプタ２（本例では基板支持体）を用いたものであり、このサセプタ２の両側面に基板１０を取り付けたものである。本例の場合にも、サセプタ２の上方位置、すなわち反応ガスが導入される側の所定位置に、熱触媒体５が配設されている。本例のような放射型方式は、スター形状のエネルギーとチャンバ投影面積の有効利用という点では最も優れている。なお、上記図２５〜図２８で示す装置、図２９及び図３０で示す装置において、その構成において不都合でない限り、図１、図６〜図１１を参照して説明した前記熱触媒体５の各構成を適用することが可能である。
図３１及び図３２はホットウォール型触媒ＣＶＤ装置を示し、図３３及び図３４には連続型ＣＶＤ装置を示している。図３１で示す例では、横置きの炉７の中に所定空間を於いてチャンバ１が配設されており、チャンバ１内に基板１０が多数配置される。基板１０の保持は、図示しない治具によって吊持したり、基板１０を並べて保持する多段カセット等のサセプタ２を用いたり、各種の公知の手段によって行う。そして、反応ガスが導入される側の所定位置に、熱触媒体５が配設されている。
また、図３２で示す例では、図３１が横置きの炉７を示しているのに対して、縦置きの炉によった場合を示している。図３２の他の構成は、図３１と同様である。
図３３及び図３４で示す連続型触媒ＣＶＤ装置は、反応ガス供給ボックス８ａと、移動手段としてのベルト８ｂと、不図示の駆動装置等が付加された構成からなるものである。すなわち、本例の場合には、チャンバ（不図示）内に移動手段としてのベルト８ｂが所定速度で移動し、このベルト８ｂ上に所定間隔で基板（本例ではウエハ）が載置されている。また、反応ガス供給ボックス８ａと、基板１０の上面との間の位置には、図３３の破線で示すように、熱触媒体５が配設されている。
本例では熱触媒体５を反応ガス供給ボックス８ａの両側所定範囲に配設した例を示しているが、反応ガス供給ボックス８ａの下面位置に、反応ガス供給ボックス８ａに取り付けて形成することも可能である。そして、基板１０は反応ガス供給ボックス８ａの下面を所定速度で移動するときに、基板１０の表面に薄膜が形成されるように構成されているものである。
これら図３１〜図３４で示される装置は、ＣＶＤ反応が限定されている。ホットウォールＬＰＣＶＤ方式は、エピタキシャル成長以外で、用いることが可能である。一方、連続型が可能なのは、常圧下の低温ＣＶＤ酸化シリコン膜形成の場合に限られる。すなわち、大気圧下での酸化シリコン膜形成の場合は、チャンバを密閉する必要がないためである。なお、当然のことながら、上記した図３１〜図３４においても、その性質が許す限り、図１、図６〜図１１を参照して説明した前記熱触媒体５の各構成を適用することが可能である。
次に、触媒ＣＶＤチャンバ方式について、図３５〜図４１を参照して、説明する。触媒ＣＶＤ装置に用いられるチャンバには、大別すると図３５及び図３６に示すように、チャンバ内に１つの基板が配設されるシングルウエハ方式と、図３７及び図３８に示すバッチ方式、図３９に示すシングルウエハ方式とバッチ方式との組合せ方式、図４０及び図４１に示す連続方式の各タイプがある。
いずれの装置においても、その性質が許す限り、図１、図６〜図１１を参照して説明した前記熱触媒体５の各構成を適用することが可能である。すなわち、チャンバ内で、サセプタと、ガス供給側との間に、熱触媒体５を配設するように構成し、各熱触媒体５について、前記した熱触媒体５の各構成を適宜、取捨選択して構成することが可能である。
なお、図３６及び図３８に示すように、シングルウエハ方式、またはバッチ方式、或いはその組合せ方式において、マルチチャンバ化することにより、量産性とフレキシビリティが向上する。特に、図３５に示すシングルウエハ方式を、図３６で示すような、マルチチャンバ化した構成では、基板１枚１枚を高精度で処理できるという利点がある。
一方、図４０及び図４１に示す連続式チャンバには、連続的に成膜する場合と、移動させながら別の位置で成膜したものを積層させる方式とがある。前者は常圧低温ＣＶＤ酸化シリコン膜の場合であり、後者には同じ低温酸化シリコン膜の場合と、プラズマＣＶＤ膜の場合がある。積層成膜の場合は、膜厚の不均一性が積層化によって平均化され、均一性が高くなること、生産に用いる場合の処理能力が極めて大きくなるという利点がある。
上述した薄膜形成装置によれば、多結晶シリコン、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、化合物半導体（ガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライド等）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンリンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）等）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム等の絶縁体薄膜、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化イリジウム、酸化パラジウム等の酸化性導電薄膜、高融点金属及び導電性窒化金属薄膜（タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン等）、シリサイド、銅、アルミニウム、アルミニウム−シリコン又はアルミニウム−シリコン−銅からなる金属薄膜ＢＳＴ等の高誘電率薄膜、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ、ＢＩＴ等の強誘電体薄膜を成膜することができる。
そして、上記成膜される金属薄膜と原料ガス（反応ガス）との関係は次のとおりである。なお、キャリアガスとしては、Ｈｅ、Ｈ２、Ａｒ、Ｎ２等の不活性ガスが好適に用いられる。
１．Ｓｉ、ポリＳｉの成膜には、ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ６を用いる。
２．ＳｉＯ２の成膜には、ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４、ＳｉＩ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ４）４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、（Ｃ２Ｈ５）Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ５Ｈ１１Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ６Ｈ５Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、（ＣＨ３）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ３）２及びＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ２＋Ｈ２、Ｈ２Ｏを用いる。
３．ＢＰＳＧ、ＢＳＧ，ＰＳＧ、ＡｓＳＧの成膜には、上記２の原料ガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４、ＳｉＩ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ４）４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、（Ｃ２Ｈ５）Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ５Ｈ１１Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ６Ｈ５Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、（ＣＨ３）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ３）２及びＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ２＋Ｈ２、Ｈ２Ｏ）に、ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６、ＡｓＨ３、ＰＯ（ＯＣＨ３）３、Ｂ（ＯＣＨ３）３、Ｂ（ＯＣ３Ｈ７）３等のガスを混合する。
４．ＳｉＮＸの成膜には、ＳｉＨ４、ＳｉＨ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨＣｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４等にＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｎ２を混合した原料ガスを用いる。なおキャリアガスとしてはＡｒ、Ｈｅ等が好適である。
５．ＳｉＯＸＮＹの成膜には、上記２、４と同じ原料ガスを用いる。すなわち、ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４、ＳｉＩ４、ＳｉＦ４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ４）４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、（Ｏ２Ｈ５）Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ５Ｈ１１Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｃ６Ｈ５Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、（ＣＨ３）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ３）２及びＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ２＋Ｈ２、Ｈ２Ｏの各原料ガス、ＳｉＨ４、ＳｉＨ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨＣｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＣｌ４、ＳｉＢｒ４等にＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、Ｎ２を混合した原料ガスを用いることができる。
６．Ａｌの成膜には、ＡｌＣｌ３、Ａｌ（ＣＨ３）３（ＴＭＡ）、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３（ＴＥＡ）、Ａｌ（ＯＣ３Ｈ７）３を用いることができる。なお、還元ガスとしてＨ２が好適である。
７．Ａｌ２Ｏ３−Ｘの成膜には、上記６の原料ガス（ＡｌＣｌ３、Ａｌ（ＣＨ３）３（ＴＭＡ）、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３（ＴＥＡ）、Ａｌ（ＯＣ３Ｈ７）３）に、ＣＯ２＋Ｈ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏを加えた原料ガスを用いることができる。
８．Ｉｎ２Ｏ３の成膜には、Ｉｎ（ＣＨ３）３（ＴＭＩ）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３（ＴＥＩ）及びＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２を加えた原料ガスを用いることができる。９．高融点金属の成膜には、例えばフッ化物、塩化物、有機化合物で分類すると、フッ化物の成膜にはＭｏＦ６、ＷＨ６の原料ガス、塩化物の成膜にはＭｏＣｌ５、ＷＣｌ６、ＴａＣｌ５、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４の原料ガス、有機化合物の成膜にはＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５、（ＰｔＣｌ２）２（ＣＯ）３、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６の原料ガスを用いることができる。
１０．シリサイドの成膜には、上記９の原料ガス｛フッ化物の成膜にはＭｏＦ６、ＷＨ６の原料ガス、塩化物の成膜にはＭｏＣｌ５、ＷＣｌ６、ＴａＣｌ５、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４の原料ガス、有機化合物の成膜にはＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５、（ＰｔＣｌ２）２（ＣＯ）３、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６の原料ガス｝にＳｉＨ４、ＳｉＨ６等のシラン系ガスを混入したものを原料ガスとして用いる。１１．ＴｉＮの成膜には、ＴｉＣｌ４＋Ｎ２（＋ＮＨ３）の原料ガス、ＴｉＯＮの成膜には、ＴｉＣｌ４＋Ｎ２（＋ＮＨ３）にＯ２、Ｎ２Ｏを加えた原料ガスを用いることができる。
１２．Ｃｕの成膜には、ヘキサフルオロアセチルアセトネイト銅Ｃｕ（ＨＦＡ）２及びＣ（ＨＦＡ）２＋Ｈ２Ｏ、キレート化合物の材料（Ｃｕ（ＤＰＭ）２、Ｃｕ（ＡｃＡｃ）２、Ｃｕ（ＦＯＤ）２、Ｃｕ（ＰＰＭ）２、Ｃｕ（ＨＦＡ）ＴＭＶＳ）等の原料ガスを用いることができる。
１３．Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの成膜には、上記６の原料ガス（ＡｌＣｌ３、Ａｌ（ＣＨ３）３（ＴＭＡ）、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３（ＴＥＡ）、Ａｌ（ＯＣ３Ｈ７）３）に１の原料ガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ６）及び１２の原料ガス（ヘキサフルオロアセチルアセトネイト銅Ｃｕ（ＨＦＡ）２及びＣ（ＨＦＡ）２＋Ｈ２Ｏ、キレート化合物の材料（Ｃｕ（ＤＰＭ）２、Ｃｕ（ＡｃＡｃ）２、Ｃｕ（ＦＯＤ）２、Ｃｕ（ＰＰＭ）２、Ｃｕ（ＨＦＡ）ＴＭＶＳ）等）を加えたものを原料ガスとして用いることができる。
以上のような原料ガスによって、前記した各薄膜を成膜することが可能となる。
そして、本発明方法を採用した薄膜形成装置において、上記した各原料ガスを適宜用いることによって、シリコン半導体装置、シリコン半導体集積回路装置、シリコン−ゲルマニウム半導体装置、シリコン−ゲルマニウム半導体集積回路装置、化合物半導体装置、化合物半導体集積回路装置、炭化ケイ素半導体装置、炭化ケイ素半導体集積回路装置、ダイヤモンド半導体装置、ダイヤモンド半導体集積回路装置、液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）装置、発光ポリマー表示装置、発光ダイオード表示装置、ＣＣＤエリア／リニアセンサ装置、ＭＯＳセンサ装置、高誘電性／強誘電体メモリ−半導体装置、高誘電性／強誘電体メモリー半導体集積回路装置、又は太陽電池を製造することが可能である。
次に、本発明による薄膜形成装置Ｓを用いて、薄膜を形成し、さらに、形成された薄膜層を使用して薄膜層薄膜半導体を形成する方法について、具体的な実施例に基づいて説明する。
具体的実施例では、基板１０への成膜を行うＣＶＤ法として、触媒ＣＶＤを採用した例に基づいている。しかし、触媒ＣＶＤ法に限らず、高密度プラズマＣＶＤ（ＥＣＲプラズマＣＶＤ等）、高密度触媒ＣＶＤ（高密度プラズマＣＶＤと触媒ＣＶＤを組み合わせた方法）等を採用しても良いことは勿論である。
上記プラズマＣＶＤは、導入する原料ガスを高エネルギーのプラズマ状態で励起、分解し、ラジカルを発生させ、活性な粒子間の反応で薄膜を形成するものであり、原料ガスを、高周波印加する電極の表面に開いた多数の小孔から、シャワー状に供給するものである。このプラズマＣＶＤとしては、プラズマの発生方法の違いにより、容量結合方式、誘導結合方式などが適用可能である。
また、高密度プラズマＣＶＤでは、１０−３Ｐａレベルの低圧下で高密度のプラズマ中で原料ガスの活性化を行わせて行うものである。高密度プラズマＣＶＤ装置としては、基本的に本明細書に記載の装置を用いることができるが、マイクロ波（２．４５ＧＨｚ程度）を用いるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｃｅ）、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）を用いるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波プラズマ等を使用し、高密度のプラズマをチャンバ内で発生させる。このため、高真空が要求されるので真空ポンプにターボ分子ポンプを使用し、基板側から高いバイアス電圧を印加し、この冷却のために静電チャックと冷却手段（例えばＨｅ）を用いる。
なお、高密度触媒ＣＶＤは、上記した高密度プラズマＣＶＤと触媒ＣＶＤを適宜組み合わせたものである。
また、それぞれの具体的実施例では、前述のようにキャリアガス及び原料ガスの導入時間及びタイミングを変化させることにより、所望の品質及び速度で成膜を行うものとする。
（具体的実施例１）
具体的な実施例１として、トップゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例を示す。トップゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、図４２に示すように、先ず、絶縁性の基板１０上の少なくともＴＦＴ形成領域に、触媒ＣＶＤ法により、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、保護膜用の窒化シリコン膜１１及び酸化シリコン膜１２、ポリシリコン膜１３、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜１４を成膜する。なお、少なくとも、ポリシリコン膜１３と、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜１４とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００ｍｍの大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程において、基板温度が８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
次に、第１工程〜第１３工程からなるトップゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について説明する。
まず、第１工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度（２００〜３００℃）まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを供給する。水素ガスは、熱触媒体５との接触により活性化されて、一部が活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。なお実施例１〜９のすべてに於いて、水素系キャリアガスと原料ガスの供給によるガス圧力は１０パスカル前後とする。
従って、水素系キャリアガスと原料ガスの混合比率を一定又は変更して、ガス圧力を低めにして緻密な成膜、逆に高めにしてより高速な成膜としてもよい。但し、このガス圧力範囲は成膜された膜質と装置性能により制約されることは言うまでもない。
次に、第２工程で保護膜用の窒化シリコン膜１１を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜１１を形成する。本例では、窒化シリコン膜１１が１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜１１を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜１１は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次に、第３工程では、保護膜用の酸化シリコン膜１２を形成する。第２工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、チャンバ１内に、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上に保護膜用の酸化シリコン膜１２を成膜する。本例では、酸化シリコン膜１２は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜１２を高速で成膜しても良い。
さらに、第４工程では、ポリシリコン膜１３を形成する。
なお、ポリシリコン膜１３の形成前に、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスが供給されており、成膜前に必ず活性化水素Ｈ＊による表面クリーニングが行われるように構成されていれば、高品質なポリシリコン膜を確実に得ることが可能となり、好適である。
ポリシリコン膜１３を形成するときには、第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、チャンバ１内に、原料ガスとしてモノシラン１５ＳＣＣＭを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にポリシリコン膜１３を形成する。本例のポリシリコン膜１３は、４０〜６０（ｎｍ）形成される。
このとき、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン（ＳｉＨ４）又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）又はトリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度のポリシリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、スチビン（ＳｂＨ３）が採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）が採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、ポリシリコン膜１３を高速で成膜しても良い。
ポリシリコン膜１３が形成されたら、第５工程として、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜１４を成膜する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上に保護膜用の酸化シリコン膜１２を、所定膜厚に形成する。また、必要に応じてヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットしてアンモニアを適当比率混合して、所定膜厚の窒化シリコン膜１５を形成しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１５を高速で成膜しても良い。この時に、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜の酸化シリコン膜は連続成膜とする方が良い。
なお、成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、絶縁基板１０上に４０〜６０（ｎｍ）厚のポリシリコン層を成膜する。次いで、上記ポリシリコン層をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
第６工程として、図４３に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴを、フォトレジストｒ１でマスクし、Ｐ型不純物イオン（例えば、二フッ化ボロン（ＢＦ２）のボロンイオンＢ＋）を、例えば、３０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、ポリシリコン層の導電型をＰ型化したシリコン層１１とする。
次いで、第７工程として、図４４に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、今度は、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴをフォトレジストｒ２でマスクし、Ｎ型不純物イオン（例えば、リンイオンＰ＋）を、例えば、５０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、ポリシリコン層のＮ型化したシリコン層１２とする。
次いで、第８工程では、図４５に示すように、ゲート電極材料としての耐熱性の高いモリブデン／タンタル合金膜１６を、スパッタ法で、例えば、厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
次いで、第９工程では、図４６に示すように、フォトレジストｒ３を所定パターンに形成し、これをマスクにして、モリブデン／タンタル合金膜１６をゲート電極１７の形状にパターニングし、更に、フォトレジストｒ３を除去する。
次いで、第１０工程では、図４７に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極１７をフォトレジストｒ４でマスクし、Ｎ型不純物である、例えば、Ａｓ＋イオンを、例えば、７０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入し、フォトレジスト剥離後、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴのＮ＋型ソース領域Ｓ１及びドレイン領域Ｄ１をそれぞれ形成する。なお、このＲＴＡ処理は、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴの活性化と一緒にしても良い。
次いで、第１１工程では、図４８に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極１７をフォトレジストｒ５でマスクし、Ｐ型不純物である、例えば、Ｂ＋イオンを、例えば、３０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入し、フォトレジスト剥離後、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴのＰ＋型ソース領域Ｓ２及びドレイン領域Ｄ２を、それぞれ形成する。
次いで、第１２工程では、図４９に示すように、全面に触媒ＣＶＤ法によって、酸化シリコン膜１９を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２０を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２１を１００〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。
次いで、第１３工程では、図５０に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面にアルミニウムなどの電極材料を、スパッタ法等により、１５０℃で１μｍの厚みに堆積し、これをパターニングして、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びＮチャンネルＭＯＳＴＦＴの、それぞれのソース又はドレイン電極Ｓ又はＤとゲート取出し、電極又は配線Ｇを形成し、フォーミングガス（Ｎ２＋Ｈ２）中４００℃１ｈでシンター処理してオーミックコンタクトと表面準位を改善し、各ＭＯＳＴＦＴを完成する。
（具体的実施例２）
さらに、具体的な実施例２として、ボトムゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例について説明する。ボトムゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、基板の少なくともＴＦＴ形成領域に、耐熱性の高いモリブデン／タンタル合金のスパッタ膜（３００〜４００（ｎｍ）厚）を形成し、ボトムゲート電極を形成する。ボトムゲート電極には、汎用フォトフィソグラフイ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施す。
次に、触媒ＣＶＤ法によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、保護膜用の窒化シリコン膜及びゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、保護膜用の酸化シリコン膜を成膜する。なお、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程で基板温度が８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００ｕｍ厚さとされる。
上記ボトムゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程についてさらに詳細に説明する。
まず、第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜３００〜４００（ｎｍ）を形成する。そして汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを供給する。水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜が１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜１１は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として、合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程では、ポリシリコン膜を形成する。
なお、ポリシリコン膜の形成前に、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスが供給されており、成膜前に必ず活性化水素Ｈ＊による表面クリーニングが行われるように構成されていれば、高品質なポリシリコン膜を確実に得ることが可能となり、好適である。
ポリシリコン膜を形成するとき、第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にポリシリコン膜を形成する。本例のポリシリコン膜は、４０〜６０（ｎｍ）形成される。
このとき、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度のポリシリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、ポリシリコン膜を高速で成膜しても良い。このときに、少なくともゲート絶縁膜の酸化シリコン膜とポリシリコン膜は連続成膜した方がよい。
ポリシリコン膜が形成されたら、第６工程として、保護膜用の酸化シリコン膜５０〜６０（ｎｍ）を成膜する。第５工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
なお、成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、絶縁基板１０上に４０〜６０（ｎｍ）厚のポリシリコン層を成膜する。次いで、前記具体的実施例１と同様な方法で、ポリシリコン層をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
（具体的実施例３）
具体的な実施例３として、デュアルゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例について説明する。デュアルゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴは、基板上の少なくともＴＦＴ作製領城に、耐熱性の高いモリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を３００〜４００（ｎｍ）厚程度形成し、ボトムゲート電極を形成する。
ボトムゲート電極には、汎用フォトフィソグラフイ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施す。
次に、触媒ＣＶＤ法により、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、保護膜用の窒化シリコン膜及びボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を成膜する。なお、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
基板の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
次に、デュアルゲート型ポリシリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について説明する。
まず、第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜３００〜４００（ｎｍ）を形成する。そして汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力まで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを供給する。水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜は１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として、合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０にボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程では、ポリシリコン膜を形成する。
なお、ポリシリコン膜の形成前に、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスが供給されており、成膜前に必ず活性化水素Ｈ＊による表面クリーニングが行われるように構成されていれば、高品質なポリシリコン膜を確実に得ることが可能となり、好適である。
ポリシリコン膜を形成するとき、第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にポリシリコン膜が形成される。本例のポリシリコン膜は、４０〜６０（ｎｍ）形成される。
このとき、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又は、Ｐ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度のポリシリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、ポリシリコン膜を高速で成膜しても良い。但し、成膜初期には低速で成膜することで、酸化シリコン膜との界面にアモルファスシリコンの遷移層形成防止をするのが望ましい。
ポリシリコン膜が形成されたら、第６工程として、厚さ５０〜１００（ｎｍ）のトップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。第５工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシランとヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にトップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を、所定膜厚に形成する。また、必要に応じて、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットして、モノシランにアンモニアを適当比率混合して、所定膜厚の窒化シリコン膜を連続して成膜しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
このようにして、シリコンは、厚さ、例えば、４０〜６０（ｎｍ）のポリシリコン膜として成膜する。
なお、成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
次いで、第７工程として、上記トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜に上記モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を形成して、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によりトップゲート電極を形成する。
次いで、前記具体的実施例１と同様な方法で、ポリシリコン層をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
（具体的実施例４）
具体的な実施例４として、トップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例を示す。トップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に適当な形状，寸法の段差を形成し、触媒ＣＶＤ法により半導体膜とゲート絶縁膜を連続成膜させて、段差をシードにグラフォエピタキシャル成長させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、キャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、連続成膜するものとする。
基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。  なお、ＴＦＴ形成過程で基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
次に、第１工程〜第１３工程からなるトップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について説明する。
まず、第１工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次に、第２工程で、図５１に示すように、基板１０の一主面に、フォトレジストｒ１を所定パターンに形成し、これをマスクとして、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）プラズマのＦ＋イオンを照射し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって、基板１０に段差１０ａを複数個形成する。
この場合、段差１０ａは、後述する単結晶シリコンのグラフォエピタキシャル成長時のシードとなるものであって、例えば、深さｄ０．１〜０．２μｍ、幅ｗ２．０〜１０．０μｍに形成される。
次いで、第３工程で、フォトレジストｒ１の除去後に、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜が１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜１１を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程で、図５２に示すように、基板１０上に単結晶シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、基板１０上にポリシリコン膜を形成する。このときに、段差１６ａをシードにグラフォエピタキシャル成長させて、単結晶シリコン膜２２を数μｍ〜０．００５μｍ（例えば０．１μｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度のポリシリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
基板１０上に堆積した単結晶シリコン膜２２は、エピタキシャル成長したものであるが、これは、グラフォエピタキシーと称される公知の現象によるものである。この単結晶粒の大きさは、温度・時間に比例して大きくなるが、温度・時間を低く、短くするときは、上記段差１０ａの間隔を短くしなければならない。また、上記段差１０ａの形状を種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜２２が形成されたら、図５３に示すように、第５工程として、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２３を成膜する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭに、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２３を形成する。また、必要に応じて、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットして、アンモニアを適当比率混合して所定膜厚の窒化シリコン膜を連続形成しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜２３及び窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
また、薄膜形成後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とグラフォエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜２２を堆積させる。次いで、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
第６工程として、図５４に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴをフォトレジストｒ２でマスクし、Ｐ型不純物イオン（例えば、二フッ化ボロン（ＢＦ２）のボロンイオンＢ＋）を、例えば、３０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、単結晶シリコン膜の導電型をＰ型化したシリコン層１１とする。
次いで、第７工程として、図５５に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、今度は、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴをフォトレジストｒ３でマスクし、Ｎ型不純物イオン（例えば、リンイオンＰ＋）を、例えば、５０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、単結晶シリコン膜のＮ型化したシリコン層１２とする。
次いで、第８工程では、図５６に示すように、ゲート電極材料としてのモリブデン／タンタル合金膜２４を、例えば、スパッタ法によって厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
次いで、第９工程では、図５７に示すように、フォトレジストｒ４を所定パターンに形成し、これをマスクにして、モリブデン／タンタル合金膜２４をゲート電極２５の形状にパターニングし、フォトレジストｒ４を除去する。
次いで、第１０工程では、図５８に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２５をフォトレジストｒ５でマスクし、Ｎ型不純物である、例えば、Ａｓ＋イオンを、例えば、７０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入しフォトレジスト除去後に、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴのＮ＋型ソース領域Ｓ１及びドレイン領域Ｄ１をそれぞれ形成する。
次いで、第１１工程では、図５９に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２５をフォトレジストｒ６でマスクし、Ｐ型不純物である、例えば、Ｂ＋イオンを、例えば、３０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入しフォトレジスト除去後に、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴのＰ＋型ソース領域Ｓ２及びドレイン領域Ｄ２をそれぞれ形成する。なお、このＲＴＡ処理はＮチャンネルＭＯＳＴＦＴの活性化を一緒にしてもよい。
次いで、第１２工程では、図６０に示すように、全面にＣＶＤ法によって、酸化シリコン膜２７を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２８を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２９を、例えば、１５０〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。
次いで、第１３工程では、図６１に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面に、アルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等によって１５０℃で１μｍの厚みに堆積し、これをパターニングして、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びＮチャンネルＭＯＳＴＦＴの、それぞれのソース又はドレイン電極Ｓ又はＤとゲート取出し電極又は配線Ｇを形成し、フォーミングガス（Ｎ２＋Ｈ２）中４００℃１ｈでシフター処理してオーミックコンタクトを表面準位を改善し、各ＭＯＳＴＦＴを完成する。
（具体的実施例５）
具体的な実施例５として、ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例を示す。ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、基板の少なくともＴＦＴ形成領域に、耐熱性の高いモリブデン／タンタル合金のスパッタ膜（３００〜４００（ｎｍ）厚）を形成し、ボトムゲート電極を形成する。ボトムゲート電極には、汎用フォトフィソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施す。
また、基板の少なくともＴＦＴ形成領域に適当な形状，寸法の段差を形成し、触媒ＣＶＤ法によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、半導体膜（ポリシリコン膜，アモルファスシリコン膜等）とゲート絶縁膜を連続成膜させて、段差をシードにグラフォエピタキシャル成長させて、単結晶シリコン膜を成膜させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを連続成膜するものとする。
基板の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
上記ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について、さらに詳細に説明する。
まず、第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜３００〜４００（ｎｍ）を形成する。そして、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させてチャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、ゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜が１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０にボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程で、基板１０の一主面に、フォトレジストを所定パターンに形成し、これをマスクとして、例えば、ＣＦ４プラズマのＦ＋イオンを照射し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって、基板１０に段差を複数個形成する。
この場合、段差は、後述する単結晶シリコンのグラフォエピタキシャル成長時のシードとなるものであって、深さｄ０．１〜０．２μｍ、幅ｗ２〜３μｍであってよい。
フォトレジストの除去後に、第６工程として、基板１０上に半結晶シリコン膜を成膜する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、基板１０上にポリシリコン膜を形成する。このときに、段差１０ａをシードにグラフォエピタキシャル成長させて、単結晶シリコン膜を数μｍ〜０．００５μｍ（例えば０．１μｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度の半結晶シリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
基板１０上に堆積した単結晶シリコン膜は、エピタキシャル成長したものであるが、これは、グラフォエピタキシーと称される公知の現象によるものである。この単結晶粒の大きさは、温度・時間に比例して大きくなるが、温度・時間を低く、短くするときは、上記段差の間隔を短くしなければならない。また、上記段差の形状を種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜が形成されたら、第７工程として、保護膜用の酸化シリコン膜を成膜する。第６工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上に保護膜用の酸化シリコン膜を形成する。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とグラフォエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜を堆積させる。次いで、前記具体的実施例４と同様な方法で、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
なお、本例では第２工程でボトムゲート電極を作製しているため、ＭＯＳＴＦＴの作製において、具体的実施例４の第８工程で行うゲート電極用ポリシリコン層の形成と、第９工程で行うゲート電極形状の形成、及びゲートポリシリコン表面への酸化膜形成は不要となる。
（具体的実施例６）
具体的な実施例６として、デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例について説明する。デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴは、基板１０上の少なくともＴＦＴ作製領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を３００〜４００（ｎｍ）厚程度形成し、ボトムゲート電極を形成する。
ボトムゲート電極には、汎用フォトフィソグラフイ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施す。さらに、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、適当な形状，寸法の段差を形成し、触媒ＣＶＤ法によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、半導体膜（ポリシリコン膜，アモルファスシリコン膜等）とゲート絶縁膜を成膜させて、段差をシードにグラフォエピタキシャル成長させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
前述の各具体的実施例と同様に、基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
上記デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について、さらに詳細に説明する。
第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を３００〜４００（ｎｍ）形成する。そして、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させて、チャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により、活性化されて活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜が形成される。本例では、窒化シリコン膜は、１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として、合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０に、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程では、基板１０の一主面に、フォトレジストを所定パターンに形成し、これをマスクとして、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）プラズマのＦ＋イオンを照射し、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によって、基板１０に段差を複数個形成する。
この場合、段差は、後述する単結晶シリコンのエピタキシャル成長時のシードとなるものであって、深さｄ０．１〜０．２μｍ、幅ｗ２〜３μｍであってよい。
フォトレジストの除去後に、第６工程として、基板１０上に半結晶シリコン膜を形成する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、基板１０上にポリシリコン膜を形成する。このときに、段差１０ａをシードにグラフォエピタキシャル成長させて、単結晶シリコン膜を数μｍ〜０．００５μｍ（例えば０．１μｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度の半結晶シリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
基板１０上に堆積した単結晶シリコン膜は、エピタキシャル成長したものであるが、これは、グラフォエピタキシーと称される公知の現象によるものである。この単結晶粒の大きさは、温度・時間に比例して大きくなるが、温度・時間を低く、短くするときは、上記段差の間隔を短くしなければならない。また、上記段差の形状を種々に変えることによって、成長層の結晶方位を制御することができる。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜が形成されたら、第７工程として、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。第６工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭに、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。また、必要に応じて、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットして、モノシランとアンモニアを適当比率混合して、所定膜厚の窒化シリコン膜を連続形成しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
また、成膜後には、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
第８工程では、上記絶縁膜用の酸化シリコン膜或いは窒化シリコン膜に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を形成して、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によりトップゲート電極を形成する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とグラフォエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜を堆積させる。次いで、前記具体的実施例４と同様な方法で、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
（具体的実施例７）
具体的な実施例７として、単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長により形成して得た、トップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例を示す。本例のトップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、触媒ＣＶＤ法等によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）を形成し、半導体膜（ポリシリコン膜，アモルファスシリコン膜等）とゲート絶縁膜を成膜させて、前記格子整合の良い物質をシードにヘテロエピタキシャル成長させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
基板１０の材質は、前述の各具体的実施例と同様に、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
上記、第１工程〜第１３工程からなるトップゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について、さらに詳細に説明する。
まず、第１工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させて、チャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触して活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第２工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜が１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として合成石英ガラスを使用した場合や、サファイア薄膜が十分厚い場合は不要である。
次いで、第３工程で、図６２に示すように、基板１０の一主面に、触媒ＣＶＤ法等により、結晶性サファイア薄膜（厚さ５〜２００（ｎｍ））５０を形成する。結晶性サファイア薄膜５０は、トリメチルアルミニウムガスを酸性化ガス（酸素・水分）で酸化し、結晶化させて作製する。
次いで、第４工程で、単結晶シリコン膜２２を形成する。第２工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、基板１０上に半結晶シリコン膜を成膜する。このときに、図６３に示すように、サファイア薄膜５０上に、全面に単結晶シリコン膜２２を、０．００５μｍ〜数μｍ（例えば、０．１μｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
このようにして、シリコンは、結晶性サファイア薄膜５０をシード（種）としてヘテロエピタキシャル成長し、厚さ、例えば、０．１μｍ程度の単結晶シリコン膜２２として析出する。この場合、サファイアは、単結晶シリコンと格子定数が殆ど同じであるので、シリコンは、結晶性サファイア薄膜５０上にエピタキシー成長する。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度の半結晶シリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜２２が形成されたら、図６４に示すように、第５工程として、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２３を成膜する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭに、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２３を形成する。また、必要に応じて、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットして、アンモニアを適当比率混合して所定膜厚の窒化シリコン膜を形成しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜２３及び窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
また、薄膜形成後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とヘテロエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜２２を堆積させる。次いで、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
第６工程として、図６５に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴをフォトレジストｒ１でマスクし、Ｐ型不純物イオン（例えば、二フッ化ボロン（ＢＦ２）のボロンイオンＢ＋）を、例えば、３０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、単結晶シリコン膜の導電型をＰ型化したシリコン層１１とする。
次いで、第７工程として、図６６に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ用のチャンネル領域の不純物濃度を制御するために、今度は、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴをフォトレジストｒ２でマスクし、Ｎ型不純物イオン（例えば、リンイオンＰ＋）を、例えば、５０ｋｅＶで５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、単結晶シリコン膜のＮ型化したシリコン層１２とする。
次いで、第８工程では、図６７に示すように、ゲート電極材料としてのモリブデン／タンタル合金膜２４を、例えば、スパッタ法によって厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
次いで、第９工程では、図６８に示すように、フォトレジストｒ３を所定パターンに形成し、これをマスクにして、モリブデン／タンタル合金膜２４をゲート電極２５の形状にパターニングし、フォトレジストｒ３の除去する。
次いで、第１０工程では、図６９に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２５をフォトレジストｒ４でマスクし、Ｎ型不純物である、例えば、Ａｓ＋イオンを、例えば、７０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入しフォトレジスト除去後に、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴのＮ＋型ソース領域Ｓ１及びドレイン領域Ｄ１をそれぞれ形成する。
次いで、第１１工程では、図７０に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２５をフォトレジストｒ５でマスクし、Ｐ型不純物である、例えば、Ｂ＋イオンを、例えば、３０ｋＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入しフォトレジスト除去後に、Ｎ２中約１０００℃で１０秒〜２０行間のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）で活性化し、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴのＰ＋型ソース領域Ｓ２及びドレイン領域Ｄ２をそれぞれ形成する。なお、このＲＴＡ処理はＮチャンネルＭＯＳＴＦＴの活性化を一緒にしてもよい。
次いで、第１２工程では、図７１に示すように、全面にＣＶＤ法によって、酸化シリコン膜２７を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２８を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２９を、例えば、１５０〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。
次いで、第１３工程では、図７２に示すように、絶縁膜の所定位置にコンタクト窓開けを行い、各ホールを含む全面に、アルミニウムなどの電極材料をスパッタ法等によって１５０℃で１μｍの厚みに堆積し、これをパターニングして、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びＮチャンネルＭＯＳＴＦＴの、それぞれのソース又はドレイン電極Ｓ又はＤとゲート取出し電極又は配線Ｇを形成し、フォーミングガス（Ｎ２＋Ｈ２）中４００℃１ｈでシフター処理してオーミックコンタクトを表面準位を改善し、各ＭＯＳＴＦＴを完成する。
（具体的実施例８）
具体的な実施例８として、単結晶半導体膜をヘテロエピタキシャル成長により形成して得た、ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例を示す。ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製するため、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜（３００〜４００（ｎｍ）厚）を形成し（ボトムゲート電極を形成する。ボトムゲート電極には、汎用フォトフィソグラフイ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施す。
また、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、触媒ＣＶＤ法等によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）を形成し、半導体膜（ポリシリコン膜，アモルファスシリコン膜等）とゲート絶縁膜を成膜させて、前記格子整合の良い物質をシードにヘテロエピタキシャル成長させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００ｕｍ厚さとされる。
次に、ボトムゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴを作製する場合について、単結晶シリコン膜の形成過程について説明する。
まず、第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜３００〜４００（ｎｍ）を形成する。そして、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させて、チャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシラン１５ＳＣＣＭにアンモニア５０ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、ゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜は１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記ボトムゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜が形成される。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程では、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）を形成する。すなわち、基板１０の一主面に、触媒ＣＶＤ法等により、結晶性サファイア薄膜（厚さ５〜２００（ｎｍ））を形成する。結晶性サファイア薄膜は、トリメチルアルミニウムガスを酸性化ガス（酸素・水分）で酸化し、結晶化させて作製する。
次いで、第６工程で、単結晶シリコン膜を形成する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、結晶性サファイア薄膜上に、全面に単結晶シリコン膜を、０．００５μｍ〜数μｍ（例えば、０．１μｍ）の厚みにヘテロエピタキシャル成長させる。
このようにして、シリコンは、結晶性サファイア薄膜をシード（種）としてヘテロエピタキシャル成長し、厚さ、例えば、０．１μｍ程度の単結晶シリコン膜として析出する。この場合、サファイアは、単結晶シリコンと格子定数が殆ど同じであるので、シリコンは、結晶性サファイア薄膜上にエピタキシー成長する。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度の単結晶シリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜が形成されたら、第７工程として、厚さ５０〜１００（ｎｍ）の保護膜用の酸化シリコン膜を連続成膜する。第６工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上に保護膜用の酸化シリコン膜を形成する。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とヘテロエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜を堆積させる。次いで、前記具体的実施例７と同様な方法で、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
（具体的実施例９）
具体的な実施例９として、単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長により形成して得た、デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴ製法の実施例について説明する。デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴは、基板１０上の少なくともＴＦＴ作製領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を３００〜４００（ｎｍ）厚程度形成し、ボトムゲート電極の形成、基板の活性化水素Ｈ＊でのクリーニング、保護膜用の窒化シリコン膜の形成、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜の形成、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）の形成、この物質層上の全面に単結晶シリコン膜を所定の厚みにヘテロエピタキシャル成長、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜の成膜、必要に応じて保護膜用の窒化シリコン膜の形成、トップゲート電極の形成等から構成される。このとき、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、触媒ＣＶＤ法等によりキャリアガスとしての水素ガスを供給し、また、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）を形成し、半導体膜（ポリシリコン，アモルファスシリコン膜等）とゲート絶縁膜を連続成膜させて、前記格子整合の良い物質をシードにヘテロエピタキシャル成長させる。このように、少なくとも、ポリシリコン膜とゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜とを成膜するときには、連続成膜するものとする。
前述の各具体的実施例と同様に、基板１０の材質は、ＴＦＴ形成過程での基板温度により選択される。触媒ＣＶＤ法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、３００〜４００℃程度の比較的低温に維持される。このため、ＴＦＴ形成装置において基板温度がほうけい酸ガラスやアルミノけい酸ガラス等のガラス基板を用いることができる場合は、ほうけい酸ガラス基板やアルミノけい酸ガラス基板を使用できる。このときに、コスト面から基板を大きめにすることが可能であり、例えば、５００×６００（ｍｍ）の大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
なお、ＴＦＴ形成過程における基板温度が、８００〜１０００℃程度の比較的高温となる場合は、石英ガラス、結晶化ガラス等の耐熱性ガラス基板を用いる。耐熱性ガラス基板は、例えば、６〜１２インチφの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
上記デュアルゲート型単結晶シリコンＣＭＯＳＴＦＴの作製工程について、さらに詳細に説明する。
第１工程で、基板１０の少なくともＴＦＴ領域に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を３００〜４００（ｎｍ）形成する。そして、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、２０〜４５度のテーパーエッチングを施し、ボトムゲート電極を形成する。
次いで、第２工程で、チャンバ１内に基板１０を設置し、排気系１ａを動作させて、チャンバ１内を所定圧力になるまで排気するとともに、サセプタ２に内蔵されたヒータ２ａを動作させて、基板１０を所定温度まで加熱する。次いで、チャンバ１内にキャリアガスとしての水素ガスを供給する。供給された水素ガスの一部は、熱触媒体５との接触により活性化されて、活性化水素Ｈ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
次いで、第３工程で、保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、モノシランにアンモニアを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが、熱触媒体５を介して、基板１０の一主面に、ゲート絶縁膜用の窒化シリコン膜を形成する。本例では、窒化シリコン膜は、１００〜２００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
上記保護膜用の窒化シリコン膜は、基板１０としてガラス基板を用いた場合、基板１０からのＮａイオンをストップするために形成されるものであり、基板１０として、合成石英ガラスを使用した場合は不要である。
次いで、第４工程では、ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。第３工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭにヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合した原料ガスを導入する。チャンバ１内では、導入されたガスが、熱触媒体５を介して、基板１０にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。本例では、酸化シリコン膜は、５０〜１００（ｎｍ）形成される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
次いで、第５工程では、単結晶半導体（単結晶シリコン）と格子整合の良い物質層（結晶性サファイア膜等）を形成する。すなわち、基板１０の一主面に、触媒ＣＶＤ法等により、結晶性サファイア薄膜（厚さ５〜２００（ｎｍ））を形成する。結晶性サファイア薄膜は、トリメチルアルミニウムガスを酸性化ガス（酸素・水分）で酸化し、結晶化させて作製する。
次いで、第６工程で、単結晶シリコン膜を形成する。第４工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭとを導入し、触媒ＣＶＤ法によって、サファイア薄膜上に、全面に単結晶シリコン膜を、０．００５μｍ〜数μｍ（例えば、０．１μｍ）の厚みにヘテロエピタキシャル成長させる。
このようにして、シリコンは、結晶性サファイア薄膜をシード（種）としてヘテロエピタキシャル成長し、厚さ、例えば、０．１μｍ程度の単結晶シリコン膜として析出する。この場合、サファイアは、単結晶シリコンと格子定数が殆ど同じであるので、シリコンは、結晶性サファイア薄膜上にエピタキシー成長する。
なお、必要に応じて、原料ガスのシラン系ガス（モノシラン又はジシラン又はトリシラン等）に、Ｎ型のリン又はひ素又はアンチモン等を適量混入したり、又はＰ型のボロンを適量混入することで、任意のＮ又はＰ型不純物キャリア濃度の単結晶シリコン膜を形成することができる。
Ｎ型化の場合は、例えば、フォスフィン、アルシン、スチビンが採用され、Ｐ型化の場合は、例えば、ジボランが採用される。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、単結晶シリコン膜を高速で成膜しても良い。
単結晶シリコン膜が形成されたら、第７工程として、厚さ５０〜１００（ｎｍ）のゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。第６工程で、水素ガスを低減または停止させた場合は、チャンバ１内に、キャリアガスとしての水素ガス１５０ＳＣＣＭを導入する。また、原料ガスとしてのモノシラン１５ＳＣＣＭに、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）１〜２ＳＣＣＭを混合したガスを導入する。チャンバ内１では、導入されたガスが熱触媒体５を介して、基板１０上にゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜）を形成する。また、必要に応じて、ヘリウム希釈酸素（Ｈｅ希釈のＯ２）をカットして、モノシランとアンモニアを適当比率混合して、所定膜厚の窒化シリコン膜を形成しても良い。
このとき、チャンバ１内での原料ガスの割合を高めるために、マスフローコントローラーＭを制御して、水素ガスの供給を成膜の途中で低減または停止させ、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を高速で成膜しても良い。
また、成膜後は、原料ガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、キャリアガスの導入を停止する。
第８工程では、上記絶縁膜用の酸化シリコン膜或いは窒化シリコン膜に、モリブデン／タンタル合金のスパッタ膜を形成して、汎用フォトリソグラフィ及びエッチング技術によりトップゲート電極を形成する。
こうして、触媒ＣＶＤ法とヘテロエピタキシーによって、基板１０上に単結晶シリコン膜を堆積させる。次いで、前記具体的実施例１と同様な方法で、単結晶シリコン膜をチャンネル領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
以上のように、本発明に係る薄膜形成装置によって、触媒ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、高密度触媒ＣＶＤ法等で基板に薄膜を形成するときに、基板上に高品質な薄膜を形成することが可能となる。また高品質で且つ大型の表示装置にも適用可能な薄膜を形成することが可能となる。さらに、高品質な薄膜の形成を可能とするとともに、熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
すなわち、水素を含むキャリアガスによって、活性化水素Ｈ＊を常時発生させ、基板表面が常にクリーニングされるように構成されているので、酸化シリコン膜とポリシリコン膜の界面にアモルファスシリコンの遷移層が形成されず、高品質な薄膜層を形成することが可能となる。また、水素を含むキャリアガスが基板の成膜中に常時導入されているので、熱触媒体を他のガスの影響から保護することになり熱触媒体の劣化を防ぐことが可能となる。
また、本発明に係る薄膜形成装置によって、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを用いているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の薄膜を形成することができる。また、各種の成膜を行うとき、成膜開始後所定時間経過した後に、キャリアガスの導入を低減または停止させる手段を備えているので、真空容器内の原料ガスの割合を高くして、基板への薄膜形成を高速で行うことができ、作業性を向上させることが可能となる。
そして、本発明の薄膜形成装置では、成膜するごとに基板表面にクリーニングを施す構成とすることが可能となり、高品質な薄膜層を得ることが可能となる。本発明の薄膜形成装置では、原料ガスを連続して導入することにより、より短時間で薄膜層を得ることができ、作業効率の向上を図ることが可能となる。
また、第１の原料ガスの導入量を徐々に減少させ、また、第２の原料ガスの導入量を徐々に増加させることにより、真空容器内には、所定時間、第１の原料ガスと第２の原料ガスが占有率を変えながら混在することになる。このようにして、第１の薄膜と、第２の薄膜との境界が明確に分割されていない、いわゆる傾斜接合の膜にすることが可能となる。薄膜を傾斜接合により積層することで、膜間のストレスを低減させることができ、より高品質な絶縁体−半導体接合構造の半導体装置を製造することが可能となる。
本発明のガス導入系は、真空容器内に位置するガス吹き出し部を備えており、このガス吹き出し部を位置調整手段により熱触媒体との距離を変更するようにすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な触媒反応が得られる位置に、ガス吹き出し部を位置させることが可能となる。
また、熱触媒体を可動可能な熱触媒体保持手段で保持して真空容器内で基板との距離を調整可能とすると、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体及び基板の形状や大きさに応じて、最も良好な熱分解反応及び触媒反応が得られる位置に熱触媒体を位置させることが可能となる。熱触媒体と基板裁置台（基板）の間にシャッターを設置することで、熱触媒体の昇温時又は降温時の熱触媒体からのコンタシ防止、更にその時の原料ガスの不十分な熱分解または熱触媒反応での不適当な成膜を防止できる。
さらに、基板を可動可能な基板載置台に載置して真空容器内で熱触媒体との距離を調整可能な構成としても良い。又、熱触媒体に対して、基板裁置台（基板）を回転又は任意の角度にセットすることで基板裁置台（基板）内の膜厚及び膜質の均一性を向上させることが可能となる。このような構成とすれば、真空容器の広さ、或いはガスや熱触媒体の種類、或いは熱触媒体の形状や大きさに応じて、最も良好な熱分解反応または触媒反応が得られる位置に基板を位置させることが可能となる。
さらにまた、真空容器内にレールを敷設し、基板載置台にレール上を移動可能な手段を取り付け、レール上において基板載置台を移動可能とする構成にすると、真空容器内に配設された長尺の熱触媒体に沿って基板載置台を移動させることが可能となり、基板に均等に成膜を施すことが可能となり、生産性向上によるコストダウンも可能となる。
本発明では、熱触媒体は、真空容器内に複数個配設することが可能であり、これら熱触媒体を同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成することも可能である。このように熱触媒体の素材を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な熱分解反応及び触媒反応を得ることが可能となる。
そして、熱触媒体を真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体を同一形状或いは異形状にそれぞれ形成することも可能である。このように、熱触媒体の形状を自由に選択し、組合せることにより、最も良好な熱分解反応及び触媒反応を得ることが可能となる。
また、熱触媒体を真空容器内に複数個配設し、これら熱触媒体をそれぞれ同一電流を供給する電源或いは異なる電流を供給する電源に接続した構成とすることも可能である。これにより、例えば、複数の熱触媒体がそれぞれ異なる素材から形成されているときでも、電源の電圧・電流調整を行うことにより抵抗発熱体である熱触媒体の温度調整が可能となり良好な触媒反応を得ることができる。さらに、同一素材の熱触媒体を使用している場合でも、真空容器内の熱触媒体の位置や、熱触媒体自体の大きさに応じて、熱触媒体の加熱温度を調整することが可能となる。なお、電源としては、直流電源または交流電源または直流に交流を重畳させた電源が使用される。
さらに、薄膜を形成する薄膜形成装置は、シングルチャンバ或いはマルチチャンバにより構成することも可能である。シングルチャンバから構成することにより、複数の薄膜を同一チャンバ内で連続成膜することが可能となり、例えば、シングルチャンバ内で２種類の原料ガスを徐々に減少させたり、増加させたりすることにより、傾斜接合膜を形成することができ、膜間のストレスが低減された高品質な薄膜を形成することが可能となる。
また、マルチチャンバで薄膜を形成するときには、各チャンバでそれぞれ、所定の薄膜形成が行われるため、高い作業効率を得ることが可能となる。
さらに、真空中の異なるチャンバ内でそれぞれの成膜をする場合は、コンタミ防止とそれぞれの膜間のストレスが低減し、高品質の絶縁体−半導体接合構造の半導体装置等の製造が可能となる。
本発明では、ゲート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素Ｈ＊にさらす処理をすると、水素アニール効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
このために、トップゲート型のみならず、ボトムゲート型、デュアルゲート型ＴＦＴでも、高い電子／正孔移動度のポリシリコン膜及び単結晶シリコン膜が得られる。したがって、本発明による製造装置によれば、高性能のポリシリコン又は単結晶シリコン膜を使用した半導体装置、電気光学装置等の製造が可能となる。
また、本発明に係る方法によれば、触媒ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、高密度触媒ＣＶＤ法等を用いて基板に薄膜を形成するときに、活性化水素Ｈ＊を常時発生させ、基板表面が常にクリーニングされるように構成されているので、酸化シリコン膜とポリシリコン膜の界面にアモルファスシリコンの遷移層が形成されず、高品質な薄膜層を形成することが可能となる。
また、成膜する前に活性化水素Ｈ＊で基板表面を常時クリーニングして、表面改質処理するので、基板表面の水や酸素等の分子付着が除去されて界面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低く、高品質の成膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ポリシリコン膜等）とすることが可能となる。特にゲート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素Ｈ＊にさらす処理を有すると、水素アニール効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
そして、触媒ＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤ、高密度触媒ＣＶＤ法等を用いて基板に薄膜を形成するときに、少なくとも成膜前に活性化水素Ｈ＊でクリーニングさせ、原料ガスを供給して成膜を開始し、所定膜厚後に水素キャリアガスを低減、またはカットした場合は、絶縁膜または半導体膜を高速で成膜するので、生産性が高く、コストダウンが可能となる。
また、必要に応じて、成膜する前に活性化水素Ｈ＊で基板表面をクリーニングして、表面改質処理するので、基板表面の水や酸素等の分子付着が除去されて界面準位が低減し、それぞれの膜間のストレスが低く、高品質の成膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、ポリシリコン膜等）とすることが可能となる。特に、ゲート絶縁膜とシリコン膜を連続的に成膜する際に、活性化水素Ｈ＊にさらす処理を有すると、水素アニール効果により、界面準位密度の低い半導体−絶縁体接合構造の高品質半導体装置を製造することが可能となる。
したがって、本発明に係る方法により、トップゲート型のみならず、ボトムゲート型、デュアルゲート型ＴＦＴでも、高い電子／正孔移動度のポリシリコン膜及び単結晶シリコン膜が得られる。したがって、この高性能のポリシリコン成膜又は単結晶シリコン膜を使用した半導体装置、電気光学装置等の製造が可能となる。
このポリシリコン膜は、熱触媒体の種類及び温度、基板加熱温度、ＣＶＤ成膜条件、原料ガスの種類、添加するＮまたはＰ型不純物濃度により、広範囲のＮまたはＰ型不純物濃度のポリシリコン膜が容易に得られるので、Ｖｔｈ調整が容易で低抵抗での高速動作が可能となる。
高密度プラズマＣＶＤ、触媒ＣＶＤ法等により連続成膜するときに、同一チャンバ内でそれぞれの成膜用原料ガスを徐々に減少させたり、増加させたりすることにより傾斜接合の膜にすることが可能であるので、それぞれの膜間のストレスが低減し、高品質の絶縁体−半導体接合の半導体装置等の製造が可能となる。
また、真空中の異なるチャンバ内でそれぞれの成膜をする場合は、コンタミ防止とそれぞれの膜間のストレスが低減し、高品質のポリシリコン半導体装置等の製造が可能となる。
さらに、基板の少なくとも半導体装置形成領域に段差を形成し、この段差をシードに単結晶シリコン膜をグラフォエピタキシャル成長させるか、或いは基板の少なくとも半導体装置形成領域には単結晶半導体、例えば単結晶シリコンと格子整合の良い物質層を形成し、この格子整合の良い物質をシードに単結晶シリコン膜（Ｓｉ）をヘテロエピタキシャル成長させているので、高い電子移動度を有し、動作性に優れる単結晶シリコン膜を得ることができる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る薄膜形成装置及び薄膜形成方法、並びに薄膜半導体装置の製造方法によれば、基板へ薄膜を形成するときに、水素を含むキャリアガスを用いているので、キャリアガスで発生した活性化水素Ｈ＊が基板表面をクリーニングし、基板上に高品質の高品質な薄膜層を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係る薄膜形成装置の一実施例を示す説明図である。
図２は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図４は本発明に係る薄膜形成装置のシャワーヘッドの他例を示す説明図である
図５は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図６は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図７は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図８は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図９は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図１０は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図１１は本発明に係る熱触媒体の他例を示す説明図である。
図１２はチャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
図１３はチャンバへの他のガス導入形態を示すグラフ図である。
図１４はチャンバへの他のガス導入形態を示すグラフ図である。
図１５はチャンバへの他のガス導入形態を示すグラフ図である。
図１６はチャンバへの他のガス導入形態を示すグラフ図である。
図１７はチャンバへの他のガス導入形態を示すグラフ図である。
図１８はガスの供給方法の一例を示す説明図である。
図１９は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２０は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２１は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２２は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２３は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２４は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２５は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２６は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２７は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２８は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図２９は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３０は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３１は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３２は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３３は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３４は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３５は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３６は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３７は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３８は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図３９は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図４０は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図４１は本発明に係る薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
図４２は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４３は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４４は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４５は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４６は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４７は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４８は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図４９は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５０は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５１は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５２は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５３は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５４は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５５は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５６は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５７は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５８は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図５９は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６０は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６１は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６２は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６３は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６４は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６５は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６６は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６７は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６８は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図６９は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図７０は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図７１は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
図７２は本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜半導体の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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