(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器中において、基板とターゲットとの間に熱触媒体を配置して、スパッタリングにより基板に薄膜を形成する触媒スパッタリングによる薄膜形成方法であって、
前記基板上に薄膜を形成するときに、前記熱触媒体を加熱し、前記ターゲットに含まれる金属を含む薄膜を前記基板上に堆積させ、
前記熱触媒体は、高融点金属をセラミックスコーティングしたもの、または炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化又は窒化させたシリコンであり、前記薄膜として、半導体膜、金属酸化物膜、金属窒化物膜、導電性窒化膜、単体金属膜、合金膜、金属シリサイド膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成することを特徴とする触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項２】
前記半導体膜は、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜であることを特徴とする請求項１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項３】
前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に、不活性ガスと水素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入して、前記基板上に薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項４】
前記不活性ガスと前記水素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されることを特徴とする請求項３記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項５】
前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に不活性ガスと窒素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入し，前記少なくとも１種以上の膜として、金属窒化物膜、導電性窒化膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成することを特徴とする請求項１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項６】
前記不活性ガスと前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されることを特徴とする請求項５記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項７】
前記窒素ガスを導入したときには、前記真空容器中に水素ガスを導入することを特徴とする請求項５記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項８】
前記不活性ガス，前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されることを特徴とする請求項７記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項９】
前記基板へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給を増減させてなることを特徴とする請求項８記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記薄膜の形成開始前および形成開始後における前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給量を、前記薄膜の形成中における前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給量よりも多くしたことを特徴とする請求項８記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に不活性ガスと酸素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入し、前記少なくとも１種以上の膜として、金属酸化物膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成することを特徴とする請求項１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記不活性ガスと前記酸素ガスの少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されることを特徴とする請求項１１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記基板へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給を増減させてなることを特徴とする請求項３，４，５，６，７，１１，１２のうちいずれか記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１４】
前記薄膜の形成開始前および形成開始後における前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給量を、前記薄膜の形成中における前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給量よりも多くしたことを特徴とする請求項３，４，５，６，７，１１，１２のうちいずれか記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【請求項１５】
前記熱触媒体は、シート状、コイル状、ワイヤー状、網状のいずれかの形状を有することを特徴とする請求項１記載の触媒スパッタリングによる薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法に係り、特に高性能，高品質の薄膜を製造することが可能な触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパッタリング法は、通常、不活性ガスであるアルゴンイオンによるターゲット（カソード）材料のスパッタ現象を用いる方法である。スパッタリング法は、ＣＶＤ法に比べると、次のような特徴がある。すなわち、スパッタリング法では、基板温度を自由に選択できる。また、揮発性，不安定性のある物質以外のほとんどの物質を、薄膜として形成することができる。
【０００３】
さらに、スパッタリングの工程中、化学反応はほとんど関与しない。また、基板に付着した原子と基板との密着性が非常によく、原子の付着に方向性がある。スパッタリングの条件は、真空度，蒸気圧，装置構造，電源出力等の物理的パラメータの制御のみで決定される。
【０００４】
一般的なＴｈｏｒｎｔｏｎによる薄膜の微細構造によれば、アルゴン圧力が高く、基板温度が低い（Ｔｓ／Ｔｍ＜０．３）ときに発生する微細構造が、領域１（Ｚｏｎｅ−１）である。薄膜は、密度が低く、電気比抵抗が高く、光に対する鏡面反射率が低い。耐環境性の弱い膜である。
アルゴン圧力が低く、基板温度が低い（Ｔｓ／Ｔｍ＜０．３）ときに発生する微細構造が、領域Ｔ（Ｚｏｎｅ−Ｔ）である。薄膜は、密度が高く、電気比抵抗が低く、光の鏡面反射率が高い。耐環境性に優れた膜で、繊維状の柱状構造となる。
なお、上記Ｔｓは基板温度（Ｋ）を示し、Ｔｍは材料の融点（Ｋ）を示す。
【０００５】
例えば、ポリシリコン膜をガラス基板上に形成する場合では、真空中におけるガラス基板の熱伝導性が悪いので、実用的には、基板温度を領域１程度までしか上げることができず、グレインサイズの大きなポリシリコン薄膜を形成することが難しいという問題がある。そのため、ＬＣＤ用薄膜トランジスタ（以下「薄膜トランジスタ」を「ＴＦＴ」と称する）の製造は、安価な低歪点ガラスにプラズマＣＶＤまたはスパッタリング等でのアモルファスシリコン膜をエキシマレーザーアニールすることで、比較的大きなグレインサイズで大きな移動度のポリシリコン膜を形成する方法に取って代わられているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたもので、基板上に高品質な薄膜を形成するための触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、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触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、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な触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明によれば、真空容器中において、基板とターゲットとの間に熱触媒体を配置して、スパッタリングにより基板に薄膜を形成する触媒スパッタリングによる薄膜形成方法であって、前記基板上に薄膜を形成するときに、前記熱触媒体を加熱し、前記ターゲットに含まれる金属を含む薄膜を前記基板上に堆積させる。このように構成することにより、熱触媒体が、スパッタリングにより飛来してくるターゲット材の分子，原子に高いエネルギーを付与し、またその輻射熱で基板表面温度を昇温させるので、基板表面での原子、分子の泳動が大きくなり、基板表面に凹凸形状があっても、ステップカバレージの良い薄膜が形成でき、選択比の大きいホールの埋め込みが可能となる。
【００１０】
このとき、前記熱触媒体は、高融点金属をセラミックスコーティングしたもの、または炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化又は窒化させたシリコンであり、前記薄膜として、半導体膜、金属酸化物膜、金属窒化物膜、導電性窒化膜、単体金属膜、合金膜、金属シリサイド膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成する。このような表面が酸化劣化しにくい熱触媒体を用いることで、触媒スパッタリングにより金属酸化物膜等の薄膜を形成することが可能となる。
【００１１】
このとき、前記半導体膜は、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜であるとよい。
このように、錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を用いていることから、例えば、得られたシリコン層中に、四族元素である錫や鉛が混入してしまっても、これらは周期律表第四族の元素であってシリコン層中でキャリアにならず、そのためシリコン層は高抵抗なものとなる。よって、イオンドーピング（注入）等によるＴＦＴのＶｔｈ調整や抵抗値調整が容易になり、高性能な回路構成が可能になる。また、シリコン層中に残留する錫や鉛は結晶欠落に電気的に不活性にするため、得られたシリコン層は接合リークが低減され、移動度が高められたものとなる。
【００１２】
また、前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に、不活性ガスと水素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入して、前記基板上に薄膜を形成すると好適である。
水素ガスを導入することにより、導入された水素ガスの一部が、熱触媒体での熱分解反応および触媒反応により、活性化水素イオンＨ＊となって、この活性化水素イオン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、この活性化水素イオンＨ＊により、チャンバ内の残留酸素による成膜中の膜の酸化が低減され、酸素含有量の少ない薄膜を形成することができる。なお、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、少ないほど電子の流れが良好になり、好ましい。例えば、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは３〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であると好適であるが、本発明では、薄膜形成中に水素ガスを導入しているため、この数値を達成することが可能となる。
【００１３】
このとき、前記不活性ガスと前記水素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されるように構成してもよい。
このように水素ガスを常時供給することにより、基板上のガス、水分等をクリーニングしながら薄膜形成を行うことができ、高品質の薄膜を形成することができる。また、不活性ガスを常時供給することにより、安定して薄膜を形成することができ、高品質の薄膜を形成することができる。
【００１４】
また、前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に不活性ガスと窒素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入し、前記少なくとも１種以上の膜として、金属窒化物膜、導電性窒化膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成するように構成することもできる。
【００１５】
このように、金属窒化物膜、導電性窒化膜を形成するときに窒素ガスを導入すると、熱触媒体での熱分解反応および触媒反応によって窒素ガスの一部が活性化窒素イオンＮ＊となり、この活性化窒素イオンＮ＊の窒化作用により、窒素イオン欠乏による膜の変質が防止され、本来の金属窒化物膜または導電性窒化膜の特性を有する膜を得ることができる。
【００１６】
このとき、前記不活性ガスと前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されると好適である。
このように不活性ガスおよび窒素ガスのうち少なくとも一種のガスを常時供給することにより、高品質の薄膜を形成することができる。
【００１７】
また、前記窒素ガスを導入したときには、前記真空容器中に水素ガスを導入するように構成することもできる。
このように水素ガスを導入することにより、導入された水素ガスの一部が、熱触媒体での熱分解反応および触媒反応により、活性化水素イオンＨ＊となって、この活性化水素イオン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。なお、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、少ないほど電子の流れが良好になり、好ましい。例えば、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは３〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であると好適であるが、本発明では、薄膜形成中に水素ガスを導入しているため、この数値を達成することが可能となる。
【００１８】
このとき、前記不活性ガス，前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されると好適である。
このように不活性ガス，水素ガス，窒素ガスのうち少なくとも一種のガスを常時供給することにより、高品質の薄膜を形成することができる。
【００１９】
このとき、前記基板へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給を増減させて高速成膜とするとよい。
このように構成することにより、真空容器中において、スパッタリングに用いるアルゴンガス等の不活性ガスの割合を高くすることができるので、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。
【００２０】
また、前記薄膜の形成開始前および形成開始後における前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給量を、前記薄膜の形成中における前記水素ガス，前記窒素ガスのうち少なくとも一種のガスの供給量よりも多くして基板表面およびターゲット表面のクリーニング効果を高めてもよい。
このように構成することにより、成膜前後に、熱触媒体により、活性化水素イオンＨ＊又は活性化酸素イオンＯ＊，活性化窒素イオンＮ＊を大量に発生させ、クリーニング、膜ストレス低減、膜の変質防止等を促進させることができる。なお、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、少ないほど電子の流れが良好になり、好ましい。例えば、ポリシリコン膜等の半導体膜中の酸素含有量は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは３〜５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であると好適であるが、本発明では、薄膜形成中に水素ガスを導入しているため、この数値を達成することが可能となる。
【００２１】
また、前記熱触媒体を加熱した後に、前記真空容器中に不活性ガスと酸素ガスのうち少なくとも一種のガスを導入し、前記少なくとも１種以上の膜として、金属酸化物膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成するように構成することもできる。
このように、金属酸化物膜、高誘電率膜、強誘電体膜を形成するときに酸素ガスを導入することにより、導入された酸素ガスの一部が、熱触媒体による熱分解反応および触媒反応により活性化酸素イオンＯ＊となり、この活性化酸素イオンＯ＊により、ターゲットから飛来する薄膜原料原子または分子が、酸化作用を受けるため、絶縁性が高く，高性能・高品質の金属酸化物膜、高誘電率膜、強誘電体膜を堆積することが可能となる。また、この活性化酸素イオンＯ＊により、基板およびターゲットの表面に吸着されているガス，有機物汚れ，水分等が除去され、基板およびターゲットの表面クリーニングを行うことができる。
【００２２】
このとき、前記不活性ガスと前記酸素ガスの少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、前記真空容器内に常時供給されると好適である。
このように酸素ガスを常時供給することにより、基板上のガス、水分等をクリーニングしながら薄膜形成を行うことができ、高品質の薄膜を形成することができる。また、不活性ガスを常時供給することにより、安定して薄膜を形成することができ、高品質の薄膜を形成することができる。
【００２３】
これらのとき、前記基板へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給を増減させて高速成膜とするとよい。
このように構成することにより、真空容器中において、スパッタリングに用いるアルゴンガス等の不活性ガスの割合を高くすることができるので、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。
【００２４】
また、このとき、前記薄膜の形成開始前および形成開始後における前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給量を、前記薄膜の形成中における前記酸素ガスまたは前記水素ガスまたは前記窒素ガスの供給量よりも多くして、基板表面およびターゲット表面のクリーニング効果を高めてもよい。
このように構成することにより、成膜前後に、熱触媒体により、活性化水素イオンＨ＊又は活性化酸素イオンＯ＊，活性化窒素イオンＮ＊を大量に発生させ、クリーニング、膜ストレス低減、膜の変質防止等を促進させることができる。
【００３６】
上記のとき、前記熱触媒体は、シート状、コイル状、ワイヤー状、網状のいずれかの形状を有する様にすると好適である。
【００６１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る触媒スパッタリングによる薄膜形成方法及び薄膜形成装置並びに半導体装置の製造方法について、好適な実施の形態を図１に基づいて説明する。
本発明における触媒スパッタリングによる薄膜形成方法は、真空容器１中において、基板１０とターゲット４との間に熱触媒体５を配置して、スパッタリングにより基板に薄膜を形成する方法である。
【００６２】
ここで、触媒スパッタリングとは、スパッタされた薄膜原料原子，分子の少なくとも一部を、融点未満に加熱された熱触媒体５の触媒反応、熱分解反応による高いエネルギー付与により活性化，イオン化させて、これらの堆積種を、少なくとも熱触媒体の輻射熱で加熱された基板上に堆積させる方法である。
【００６３】
また、導入した水素ガス，または酸素ガス，または窒素ガスの少なくとも一部から、融点未満に加熱された熱触媒体の熱分解反応または触媒反応によって高いエネルギーの活性化水素イオンＨ＊，または活性化酸素イオンＯ＊，または活性化窒素イオンＮ＊を発生させ、これらの活性化イオンにより、ターゲット４，基板１０，成膜された膜等のクリーニング，成膜中の酸化作用促進，成膜中の窒化作用促進を図り、高性能，高品質のスパッタリング膜を形成する方法でもある。
【００６４】
本発明の触媒スパッタリングは、例えば、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、反応性スパッタリング法、非平衡型マグネトロンスパッタリング法、改良非平衡型マグネトロンスパッタリング法、プラズマスパッタリング法、バイアススパッタリング法、リングマグネトロンスパッタリング法、コリメートスパッタリング法、連続式スパッタリング法、バッチ式スパッタリング法、カルーセル型スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法で行う。
【００６５】
本発明の薄膜形成方法によって形成される薄膜は、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（少なくともガリウムヒ素、ガリウムリン、ガリウムナイトライドのいずれかを含む）、ダイヤモンドのいずれかのアモルファスまたは多結晶または微結晶または単結晶の半導体薄膜、酸化シリコン、不純物（少なくとも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）のいずれかを含む）含有の酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化タンタル、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸化アルミニウム、酸化インジウム等の絶縁性薄膜、タングステン，チタン，タンタル，モリブデン等の高融点金属薄膜、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，窒化ニオブ，窒化バナジウム，窒化ジルコニウム等の導電性窒化薄膜、モリブデンシリサイド，タングステンシリサイド，チタンシリサイド，タンタルシリサイド等の高融点シリサイド薄膜、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、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ），ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）の導電性透明酸化膜、ＳｒＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等の高誘電率薄膜、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＬＺＴ）、ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＩＴ）等の強誘電体薄膜等である。
【００６６】
本発明の真空容器１は、シングルチャンバ或いはマルチチャンバから構成される。
シングルチャンバからなる真空容器１を用いる場合には、装置が簡易な構成であるという利点がある。
他方、マルチチャンバからなる真空容器１を用いる場合には、異なる組成の複数の薄膜を形成する場合に、形成する膜ごとに導入するガスを変更しても、ガスを導入する室が異なり、導入するガスが互いに混合しないため、また、薄膜を形成する室が異なり、他の膜の混入がないため、高品質の薄膜を形成することができる。
【００６７】
本発明の熱触媒体５は、シート状、図１に示すようなコイル状、ワイヤー状、図２に示すような網状のいずれかの形状を有する。
また、熱触媒体５は、図２０に示すように、真空容器１内で可動可能な熱触媒体保持手段５ｂに保持し、熱触媒体保持手段５ｂは、基板１０との距離を調整可能としてもよい。
【００６８】
熱触媒体５は、図２０に示すように、真空容器１内に複数個配設してもよい。この場合、熱触媒体５は、同一素材或いは異なる素材からそれぞれ形成される。また、これらの熱触媒体は同一形状或いは異形状にそれぞれ形成される。
複数の熱触媒体５は、それぞれ同一電流や電圧を供給する電源或いは異なる電流や電圧を供給する電源に接続される。
【００６９】
また、本発明の基板１０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、ダイヤモンド薄膜コーティングガラス、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から構成される。
【００７０】
基板１０は、真空容器１内で可動可能な基板載置台２に載置され、基板載置台２により熱触媒体５との距離を調整可能とされる。また、図２０に示すように、真空容器１内にレール６が敷設され、基板載置台２に、レール６上を移動可能な手段が取り付けられ、レール６上において基板載置台２を移動可能とするように構成しても良い。
本発明のターゲット４は、金属，窒化金属，酸化金属，またはそれらの混合金属，又はそれらの焼結体から構成される。
【００７１】
本発明の真空容器１には、真空容器内１にガスを導入するためのガス導入系３が設けられる。このガス導入系３は、真空容器１内に位置するガス吹き出し部を備え、ガス吹き出し部は、熱触媒体５との距離を変更する位置調整手段を備える。
【００７２】
また、本発明では、熱触媒体５とターゲット４との間に、移動可能なシャッター７が配置される。このシャッター７により、スパッタリング開始時には、熱触媒体５とターゲット４との間を遮蔽され、スパッタリングが安定した後に、熱触媒体５とターゲット４との遮蔽が解除される。
このように構成することにより、基板１０上に、高品質の薄膜を形成することが可能となる。
【００７３】
また、シャッター７が、真空容器１内の、熱触媒体５よりもターゲット４側に配置されることにより、スパッタリング開始前の熱触媒体５の温度昇温時において、熱触媒体５の副射熱を効率良く基板１０に伝えることができ、基板１０表面の昇温が容易となり、電力の節約、生産性の向上、成膜の品質向上等を図ることが可能となる。
また、スパッタリング中には、熱触媒体５の輻射熱でターゲット表面温度が昇温し、アウトガスの促進とスパッタリングの安定化，スパッタリング成膜速度の向上が図られるので、スパッタリングパワーをセーブでき、生産性向上とコストダウンが可能となる。
【００７４】
本発明では、基板１０上に薄膜を形成するときに、熱触媒体５を加熱し、ターゲット４に含まれる金属を含む薄膜を基板１０上に堆積させる。
【００７５】
請求項２に係る発明によると、高融点金属をセラミックスコーティングしたもの、または炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化又は窒化させたシリコンのいずれかである熱触媒体５（以下、「表面がコーティングされた熱触媒体５」と称する）を用いたときには、基板１０上には、半導体膜、金属酸化物膜、金属窒化物膜、導電性窒化膜、単体金属膜、合金膜、金属シリサイド膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成することができる。
【００７６】
高融点金属をセラミックスまたは炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化又は窒化させたシリコンは、表面が、セラミックス，炭化ケイ素，酸化シリコン，窒化シリコンにより被覆されており、真空容器１中に酸素ガスを導入しても酸化劣化しにくいため、金属酸化物膜，高誘電率膜，強誘電体膜等の成膜にも適している。
【００７７】
ここで、請求項２でいう高融点金属としては、タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、シリコン等がある。
また、高融点金属にコーティングをするセラミックスとしては、例えば、アルミナ等がある。
表面がコーティングされた熱触媒体５を用いて基板１０上に薄膜を形成するときには、熱触媒体５は、例えば薄膜を構成する金属材料の少なくとも軟化点以上、好ましくは融点以上で、熱触媒体５の融点未満の温度に加熱される。
【００７８】
また、半導体膜とは、例えばシリコン，ガリウムヒ素，炭化ケイ素からなる膜等である。金属酸化物膜とは酸化シリコン，酸化アルミニウム，酸化インジウムからなる膜等、金属窒化物膜とは、窒化シリコンからなる膜等、導電性窒化膜とは、窒化タングステン，窒化チタン，窒化タンタル，窒化モリブデンからなる膜等、単体金属膜とは、アルミニウム，銅からなる膜等、合金膜とは、アルミニウム−シリコン，銅−シリコンからなる膜等、金属シリサイド膜とは、タングステンシリサイド，チタンシリサイドからなる膜等、高誘電率膜とは、ＳｒＴｉＯ３，（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）からなる膜等、強誘電体膜とは、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ），Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ），ＢａＴｉＯ３，ＬｉＮ６Ｏ３からなる膜等である。
【００７９】
また、半導体膜として、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成することもできる。
このように、錫、ゲルマニウム、鉛のいずれか一つ以上を用いていることから、例えば、得られたシリコン層中に、四族元素である錫や鉛が混入してしまっても、これらは周期律表第四族の元素であってシリコン層中でキャリアにならず、そのためシリコン層は高抵抗なものとなる。よって、イオンドーピング（注入）等によるＴＦＴのＶｔｈ調整や抵抗値調整が容易になり、高性能な回路構成が可能になる。また、シリコン層中に残留する錫や鉛は結晶欠落に電気的に不活性にするため、得られたシリコン層は接合リークが低減され、移動度が高められたものとなる。
【００８０】
表面がコーティングされた熱触媒体５を加熱した後には、真空容器１中に、不活性ガスと水素ガスのうち少なくとも一種のガス，すなわち不活性ガス，または水素ガス，または不活性ガスと水素ガスとの混合ガスを導入して、基板１０上に半導体膜等の薄膜を形成する。
このように、基板１０へ薄膜を形成するときに、水素ガスを供給するので、供給された水素ガスの一部が活性化水素イオンＨ＊となって、この活性化水素イオンＨ＊が基板１０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。
なお、本発明で不活性ガスとは、アルゴンガス，クリプトンガス，キセノンガス等をいう。
不活性ガスと水素ガスのうち少なくとも一種のガスは、少なくとも薄膜形成中において、真空容器１内に常時供給される。
また、基板１０へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、水素ガスの供給を増減させる。
【００８１】
また、本発明では、真空容器１中に、不活性ガスと窒素ガスのうち少なくとも一種のガス，または窒素ガスと水素ガス，または不活性ガスと窒素ガスと水素ガスを導入し、金属窒化物膜、導電性窒化膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成する。
このように、金属窒化物膜、導電性窒化膜を形成するときに窒素ガスを導入すると、熱触媒体での熱分解反応および触媒反応によって窒素ガスの一部が活性化窒素イオンＮ＊となり、この活性化窒素イオンＮ＊の窒化作用により、窒素イオン欠乏による膜の変質が防止され、本来の金属窒化物膜または導電性窒化膜の特性を有する膜を得ることができる。
【００８２】
また、窒素ガスと共に水素ガスを真空容器１中に導入することにより、供給された水素ガスの一部が活性化水素イオンＨ＊となって、この活性化水素イオン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。
【００８３】
これらの不活性ガス，または水素ガス，または窒素ガス，または不活性ガスと窒素ガス，または不活性ガスと水素ガス，または窒素ガスと水素ガス，または不活性ガスと窒素ガスと水素ガスは、少なくとも薄膜形成中において、真空容器１内に常時供給される。
また、基板１０へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、水素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガスの供給を増減させる。
薄膜の形成開始前および形成開始後における水素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガスの供給量を、薄膜の形成中における水素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガスの供給量よりも多くする。
このとき、基板１０へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、水素ガスまたは窒素ガスの供給を増減させる。
【００８４】
また、本発明では、表面がコーティングされた熱触媒体５を加熱した後に、真空容器１中に不活性ガスと酸素ガスのうち少なくとも一種のガス，すなわち不活性ガス，または酸素ガス，または不活性ガスと酸素ガスを導入し、金属酸化物膜、高誘電率膜、強誘電体膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成する。
【００８５】
このとき、不活性ガス，または酸素ガス，または不活性ガスと酸素ガスは、少なくとも薄膜形成中において、真空容器１内に常時供給する。
また、基板１０へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、酸素ガスまたは水素ガスまたは窒素ガスの少なくとも一種のガスの供給を増減させる。
薄膜の形成開始前および形成開始後における酸素ガスまたは水素ガスの供給量を、前記薄膜の形成中における前記酸素ガスまたは前記水素ガスの供給量よりも多くすることもできる。
【００８６】
また、本発明では、熱触媒体５を、金属、またはセラミックスまたは炭化ケイ素を芯として金属をコーティングしたものとし、半導体膜、金属窒化物膜、導電性窒化膜、金属シリサイド膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成する。
このとき、半導体膜として、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成することもできる。
【００８７】
このとき、金属としては、例えば、前記の請求項２でいう高融点金属（タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、シリコン等）に加え、銅、アルミニウム等も含まれる。
このように、熱触媒体５として金属、またはセラミックスまたは炭化ケイ素を芯として金属をコーティングしたもの（以下、「金属が表面に裸出した熱触媒体」とする）を用いた場合、スパッタリングの条件を選択することにより、基板１０上に、ターゲット４の材料だけでなく、熱触媒体５に含まれる金属をも堆積させることができる。
【００８８】
このとき、薄膜の形成開始前および形成終了後には、熱触媒体５を、熱触媒体５の金属の融点未満の温度とし、薄膜の形成中には、熱触媒体５の金属による蒸着可能な温度とする。
温度をこのように設定することにより、熱触媒体５の金属の基板１０上への堆積を制御することができる。
【００８９】
金属が表面に裸出した熱触媒体を用いてスパッタリングを行う場合、真空容器１中に不活性ガスと水素ガス，または水素ガスのみを導入して、熱触媒体５の酸化劣化防止と基板１０上のクリーニングを行いながら薄膜を形成する。
【００９０】
金属が表面に裸出した熱触媒体を用いてスパッタリングを行う際には、熱触媒体５の金属が、ターゲット４に含まれる金属を含むように構成することもできる。
このようにすることにより、基板１０上に、ターゲット４と同じ金属を、熱触媒体５による蒸着により堆積することができる。
【００９１】
このとき、真空容器１中に不活性ガスと水素ガスに加えて，または水素ガスに加えて窒素ガスを導入し、金属窒化物膜、導電性窒化膜よりなる群から選ばれた少なくとも１種以上の膜を形成してもよい。
このように、金属窒化物膜、導電性窒化膜を形成するときに窒素ガスを導入すると、熱触媒体での熱分解反応および触媒反応によって窒素ガスの一部が活性化窒素イオンＮ＊となり、この活性化窒素イオンＮ＊の窒化作用により、窒素イオン欠乏による膜の変質が防止され、本来の金属窒化物膜または導電性窒化膜の特性を有する膜を得ることができる。
【００９２】
熱触媒体５として金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合も、水素ガスまたは窒素ガス，または水素ガスと窒素ガスを、少なくとも薄膜形成中において、真空容器１内に常時供給する。
また、基板１０へ薄膜が形成されている途中で、ガス制御手段によって、水素ガスまたは窒素ガス，または水素ガスと窒素ガスの供給を増減させることもできる。
さらに、薄膜の形成開始前および形成開始後における水素ガスの供給量を、薄膜の形成中における水素ガスの供給量よりも多くすることもできる。
【００９３】
なお、熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いた場合、真空容器内１に酸素ガスを導入することは適さない。
真空容器１内に酸素ガスを導入すると、熱触媒体５表面が酸化劣化して熱触媒体５が断線するからである。
【００９４】
本発明では、基板の少なくとも半導体装置形成領域に段差を形成し、この段差を含む基板１０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こともできる。
また、基板１０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、この物質層を含む基板１０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。
また、単結晶半導体と格子整合の良い物質層は、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た物質とする。
ここで、本発明における単結晶半導体とは、単結晶シリコンのみならず、単結晶ガリウム・砒素や単結晶シリコン・ゲルマニウム等の単結晶化合物半導体も含む概念である。
また、本発明における単結晶には、単結晶のみからなるものだけでなく、亜粒界や転位を含有する単結晶も含むものである。
【００９５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、真空容器１中において、基板１０とターゲット４との間に熱触媒体５を配置してスパッタリングにより基板１０に薄膜層を形成し、この薄膜層を含む半導体装置を製造する方法である。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（ＭＩＳ型と接合型）およびバイポーラトランジスタ薄膜トランジスタのいずれにも適用できるものである。
【００９６】
本発明では、真空容器１０中に水素ガスまたは酸素ガスを供給して熱触媒体５で発生した活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、真空容器１に水素ガス，または酸素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガス，または酸素ガスと窒素ガスを少なくとも薄膜形成中において常時供給すると共に、不活性ガスを供給してスパッタリングにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を行う。
そして、このクリーニング工程と薄膜形成工程とを繰り返すことにより、基板１０の少なくとも薄膜半導体装置形成領域に、少なくとも半導体薄膜とゲート絶縁膜を連続成膜して薄膜層を形成する。この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。
【００９７】
さらに、本発明では、水素ガスまたは酸素ガスを供給して熱触媒体５で発生した活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、真空容器１に水素ガス，または酸素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガス，または酸素ガスと窒素ガスを少なくとも薄膜形成中において常時供給すると共に、不活性ガスを供給してスパッタリングにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を行う。
そして、このクリーニング工程と薄膜形成工程とを繰り返すことにより、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半導体膜を成膜して半導体薄膜層を形成する。この半導体薄膜層に連続して少なくとも保護膜を形成し、半導体薄膜層および保護膜に所定の処理を施し、ボトムゲート型ＴＦＴを作製する。
【００９８】
このように、水素ガスまたは酸素ガスを供給し、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等の半導体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。
【００９９】
また、本発明では、水素ガスまたは酸素ガスを供給して熱触媒体で発生した活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊で前記基板上をクリーニングするクリーニング工程と、真空容器１に水素ガス，または酸素ガス，または窒素ガス，または水素ガスと窒素ガス，または酸素ガスと窒素ガスを少なくとも薄膜形成中において常時供給すると共に、不活性ガスを供給してスパッタリングにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を行う。
そして、このクリーニング工程と薄膜形成工程とを繰り返すことにより、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、この第１のゲート絶縁膜に連続して少なくとも半導体膜を成膜することにより半導体薄膜層を形成する。この半導体薄膜層に連続して少なくとも第２のゲート絶縁膜を成膜し、この第２のゲート絶縁膜に連続して少なくとも第２のゲート電極のための金属膜を成膜し、この第２のゲート絶縁膜および第２のゲート電極のための金属膜および半導体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。
このとき、上記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒酸化シリコン膜、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。
【０１００】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、薄膜形成工程の形成前，途中，後の少なくとも一つで、水素ガス，または酸素ガス，または窒素ガス，または水素ガスおよび窒素ガス，または酸素ガスおよび窒素ガスの供給を増減する。
薄膜層は、一つのチャンバを備えたシングルチャンバからなる真空容器１内で形成する。
【０１０１】
また、膜は、複数のチャンバを備えたマルチチャンバからなる真空容器１内の、ターゲット４に対応したチャンバ内で行う。
このように構成することにより、異なる組成の複数の薄膜を形成する場合に、形成する膜ごとに導入するガスを変更しても、ガスを導入する室が異なり、導入するガスが互いに混合しないため、高品質の薄膜を形成することができる。
マルチチャンバからなる真空容器1を用いた場合には、半導体膜として、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜を形成することができる。
【０１０２】
前記半導体膜は、電界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され、またはバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域、コレクタ領域に適用し、さらに、ダイオード、抵抗、コンデンサ等に適用し、これら各領域に注入された不純物種及び／またはその濃度が制御される。ここで、電界効果トランジスタとしては、ＭＯＳ型、接合型の両者を含む。
【０１０３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、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、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）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／ＭＯＳイメージセンサ装置、光センサ装置、強誘電体または高誘電率メモリー装置、電子写真感光体装置又は太陽電池装置等の半導体装置の製造に用いられる。
【０１０４】
【実施例】
（実施例１）
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ＤＣスパッタリング装置であり、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、基板１０とターゲット４との間にスパッタリングのプラズマを発生させるためのＤＣ電極９と、ＤＣ電極９の下面に固定された薄膜原料からなるターゲット４と、不活性ガスおよび水素ガスをチャンバ１内に導入するスパッタリング用ガス導入系と、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。なお、スパッタリング用電源は、ＤＣ電源のみならずＲＦ電源を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１０５】
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１０−６Ｐａ程度以上の圧力まで下げるように構成される。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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外に設けられた図示しないヒータ電源が接続されている。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。
【０１０８】
なお、本例では、サセプタ２にヒータ２ｂを内蔵するように構成しているが、後述する熱触媒体５の加熱条件によっては、ヒータ２ｂを設けないように構成してもよい。ヒータ２ｂを設けない場合には、サセプタ２周辺の構造が簡易になり、安価な薄膜形成装置を得ることができる。
【０１０９】
又、必要に応じて、逆に基板を冷却する機構を設け、基板温度を制御してもよい。
なお、基板１０を可動可能な基板載置台に載置してチャンバ１内で熱触媒体５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、チャンバ１の広さ、或いはガスや熱触媒体５の種類、或いは熱触媒体５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１０を位置させることが可能となる。
【０１１０】
さらにまた、チャンバ１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、チャンバ１内に配設された長尺の熱触媒体５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１０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。
【０１１１】
本例のＤＣ電極９は、図１のチャンバ１の図面上部に配置され、チャンバ１外の接地されたＤＣ電源９ａに接続される。なお、ＤＣ電極９は、図示しない接地電位のカソード・シールドで覆われる。このカソード・シールドは、ＤＣ電極９のターゲット４を除く部分を覆うものであり、ＤＣ電極９から一定の距離を隔てて配設される。カソード・シールドは、陰極（ＤＣ電極９）のターゲット面以外で放電が発生することを防止する役割を果たす。
【０１１２】
本例のターゲット４は、薄膜材料からなり、ＤＣ電極９に固定される。ターゲット４は、図示しない熱伝導率の大きい銅の裏板に取り付けられる。
【０１１３】
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、アルゴンガス，水素ガス，酸素ガス，窒素ガス等のガスをチャンバ１内に導く配管と、配管に設けた不図示のバリアブル・リークバルブと、不図示の減圧弁と、各ガスを貯留する不図示のガスボンベとを備えている。バリアブル・リークバルブおよびＭＦＣ（マスフローコントローラー）により流量を調整しながら、各ガスをチャンバ1内に導入するように構成される。
【０１１４】
なお、ガス導入系３は、真空容器内に位置するガス吹き出し部を備え、このガス吹き出し部を位置調整手段により熱触媒体５との距離を変更するように構成しても良い。このように構成すると、真空容器１の広さ、或いはガスや熱触媒体５の種類、或いは熱触媒体５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。
【０１１５】
本例では、ガス導入系３を通してアルゴンガス，水素ガス，酸素ガス，窒素ガス等のガスが導入されるように構成される。アルゴンガスは、プラズマ中でアルゴンイオンとなり、このアルゴンイオンが陰極降下内で加速されてターゲットを衝撃し、スパッタ作用を起こす。このスパッタ作用により、ターゲットから原子が弾き出され、この原子が基板１０上に付着して薄膜が形成される。なお、アルゴンガスを真空容器１内に導入せずに、水素イオン，酸素イオン，窒素イオン等によりスパッタリングすることもできる。
【０１１６】
本例の薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒ＤＣスパッタリング装置であり、真空容器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、基板１０表面の温度を上昇させてＴｈｏｒｎｔｏｎによる薄膜の微細構造モデル領域２，３における構造の薄膜の生成を可能とするために使用されるものである。また、真空容器内１に導入した水素ガス，酸素ガス，窒素ガスを活性化して基板１０やスパッタリングターゲット４の吸着ガスをクリーニングし、基板上に成膜中の薄膜の酸化を防止するという役割をも果たす。
また、スパッタリングターゲット４表面温度を上昇させてスパッタリング作用を向上させ、成膜速度の向上，スパッタリングパワーの削減等をも図るものである。
【０１１７】
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、高融点金属（タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、シリコンよりなる群から選ばれた少なくとも１種の材料を含む）をセラミックス（アルミナ等）コーティングしたもの、または炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化又は窒化させたシリコン等が用いられる。
【０１１８】
本例の熱触媒体５は、表面がセラミックス，炭化ケイ素，酸化シリコン，窒化シリコン等に被覆されているため、スパッタリング中に、ターゲット４から飛来した薄膜材料と反応しないという性質を有するものである。
【０１１９】
したがって、チャンバ１内に酸素ガスを入れた場合にも、熱触媒体５は酸化劣化しないため、チャンバ１内で活性化酸素イオンＯ＊が発生し、基板１０上への酸化物（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＳＢＴ，ＢＳＴ等）の触媒スパッタリングが可能となる。一方、チャンバ１内に水素ガスを導入した場合も、活性化水素イオンＨ＊の効果も発揮される。さらに、ターゲット４から飛来した薄膜材料と反応しないため、熱触媒体５は、機械的強度が高いという性質を有する。また、ターゲット４から飛来した薄膜材料と反応しないため、ターゲット４が金属，シリコン，窒化物等である場合に、基板上に熱触媒体５の材料が混入しないという特長がある。
【０１２０】
表面を酸化又は窒化させたシリコンは、シリコンに、Ｎ型又はＰ型キャリア不純物を混入したものとしてもよい。このように構成することにより、熱触媒体の比抵抗を制御して、その温度制御を容易にすることができる。
【０１２１】
また、本例の熱触媒体５は、金属（タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、チタン、タンタル、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン、銅、アルミニウム等）、またはセラミックスまたは炭化ケイ素の芯に、金属（タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、チタン、タンタル、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン、銅、アルミニウム等）をコーティングしたものとして構成しても良い。ただし、この場合は、熱触媒体５の表面に金属が裸出しており、熱触媒体は酸化劣化する性質を有するので、熱触媒体５をこのように構成するときには、真空容器１内に、酸素ガスを導入することはできない。
【０１２２】
上記熱触媒体に、直流，または低周波交流（１ＭＨｚ以下），または高周波交流（１ＭＨｚより大きく１００ＭＨｚ以下），または直流に低周波交流（１ＭＨｚ以下）又は高周波交流（１ＭＨｚより大きく１００ＭＨｚ以下）を重畳させた電源（プラズマ放電開始電圧以下）を供給して、バイアス触媒スパッタリングとすることも可能である。このような加熱手段により、熱触媒体５は、スパッタリング材料の少なくとも軟化点以上、好ましくは融点以上で触媒体の融点以下の温度に加熱されるようになっている。
【０１２３】
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。
【０１２４】
また、図２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３乃至図７に示すような形状に形成しても良い。
【０１２５】
図３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３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。
【０１２６】
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７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との両方を、セラミックコーティングしたタングステンまたはタングステンとする。
【０１２７】
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７において、上部側に位置する熱触媒体５をセラミックコーティングしたタングステンとし、下部側に位置する熱触媒体５をセラミックコーティングしたパラジウムとして構成する。または、上部側をタングステンとし、下部側をパラジウムとして構成する。
【０１２８】
さらに、複数の熱触媒体５を配設するとき、図７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２に示される熱触媒体５と、図３に示される熱触媒体５とを組み合わせて配設する。
【０１２９】
さらにまた、図７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、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させ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。
【０１３０】
本例における電源は、直流電流或いは交流電源、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。
【０１３１】
このように、真空容器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。
【０１３２】
このように熱触媒体５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。また、その他シート状、ワイヤー状等接触面積が大きい形状の単層又は複層のいずれの形状としてもよい。
【０１３３】
本例では、図１に示すように、シャッター７が、熱触媒体５とターゲット４との間に、熱触媒体５およびターゲット４とほぼ平行になるように設けられる。本例のシャッター７は、板状体からなり、その平面は、ターゲット４および熱触媒体５の間を遮断するために充分な面積を有する。本例のシャッター７は、耐熱性ガラス、石英ガラス、結晶化ガラス等、耐熱性があり、熱伝導率の低い材料からなる。本例のシャッター７は、図１に示す熱触媒体５とターゲット４との間の位置と、熱触媒体５とターゲット４の間を遮断しない位置とに、移動可能に構成される。
【０１３４】
以下、本明細書中において、シャッター７が図１に示す熱触媒体５とターゲット４との間の位置にある状態を「閉状態」、シャッター７が熱触媒体５とターゲット４の間を遮断しない位置にある状態を「開状態」と称する。
【０１３５】
本例のシャッター７は、スパッタリングが安定するまで熱触媒体５とターゲット４との間を遮断するように配置され、スパッタリングが安定してから熱触媒体５とターゲット４との間から取り除かれる。シャッター７をこのように構成することにより、スパッタリングが安定してから基板１０上に薄膜を形成することができるので、高品質の薄膜を形成することが可能となる。
【０１３６】
本例のシャッター７は、そのターゲット側の面が、反射率の小さい膜として形成され、熱触媒体５側は鏡面として形成される。すなわち、本例のシャッター７は、熱触媒体５側が鏡面として構成される。このように構成することにより、スパッタリング開始前の熱触媒体５の温度昇温時において、熱触媒体５の副射熱を効率良く基板１０に伝えることができるため、基板１０表面の昇温が容易となり、電力の節約、生産性の向上、成膜の品質向上等を図ることができる。
【０１３７】
本例の薄膜形成装置Ｓによって薄膜形成を行うスパッタリングは、本明細書において、触媒スパッタリング法と呼ぶ。
すなわち、本例の薄膜形成装置Ｓは、ガス導入系を通して導入するアルゴンガスに、水素ガス，酸素ガス，窒素ガス等を混合して導入できるように構成している。この水素ガス，酸素ガスは、熱触媒体５との熱分解反応および触媒反応により活性化され、この活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊によって基板表面の汚れを除去するクリーニングが行える。また、活性化水素イオンＨ＊により、熱触媒体５の酸化を防ぎ、熱触媒体５の劣化断線を防止することができる。また、基板ホルダー２やチャンバー１内壁の酸化劣化を低減でき、また、そこから発塵するダストの量を低減でき、高品質の成膜が可能となる。
【０１３８】
本発明の特徴の一つは、上記のような触媒スパッタリング用の熱触媒体５を利用して成膜を行う他、アルゴンガスに水素ガス等を導入して、活性化水素イオンＨ＊等により、成膜の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。上述した触媒スパッタリング法において、水素ガスを導入すると、活性化水素イオンＨ＊により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。
【０１３９】
本例では、基板１０の表面に改質及びクリーニングを施すために、アルゴンガスと共に水素ガス等を導入する。水素ガスは熱触媒体５との熱分解反応および触媒反応により活性化され、この活性化水素イオン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、活性化水素イオンＨ＊により、熱触媒体５の酸化を防ぎ、熱触媒体５の劣化断線を防止することができる。
【０１４０】
また、成膜する膜の種類によっては、アルゴンガスと共に酸素ガスを導入して、活性化酸素イオンＯ＊で基板１０表面のクリーニング等を行うことができる。ただし、酸素ガスと水素ガスとは、真空容器１内に同時に導入しないようにする。
【０１４１】
そして、最も大きな特徴点は、上記水素ガス等及びアルゴン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１０乃至図１９を参照して、図１の装置における水素ガス等及びアルゴンガスの導入方法について説明する。
【０１４２】
図１０乃至図１９に示すガス導入形態は、前提として、アルゴン（Ａｒ）ガスの他に、水素（Ｈ２）ガス，窒素（Ｎ２）ガス，酸素（Ｏ２）ガスの少なくともいずれか１種のガスをチャンバ１内に導入するものである。
なお、図１０乃至図１９において、アルゴンガスをＡｒ，水素ガスをＨ２，窒素ガスをＮ２，酸素ガスをＯ２と表す。また、ポリシリコン膜をポリＳｉ，窒化シリコン膜をＳｉＮ，酸化シリコン膜をＳｉＯ２と表す。活性化水素イオンＨ＊，活性化酸素イオンＯ＊によるクリーニングを、それぞれ単にＨ＊クリーニング，Ｏ＊クリーニングと表す。
先ず、図１０乃至図１５に示すシングルチャンバを用いたスパッタリングにおけるガス導入形態について説明する。
【０１４３】
図１０のガス導入形態は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、炭化ケイ素等の半導体膜の成膜を行う場合に用いることができるものであり、図１０はそのうちのポリシリコン膜を形成する場合のガス導入形態を示すものである。この図１０では、成膜を行う前後に、基板１０の表面を活性化水素イオンＨ＊でクリーニングする場合が示されており、この場合の水素ガス及びアルゴンガスの導入形態が示されている。
【０１４４】
図１０のポリシリコン膜を形成する場合には、ターゲット４として、シリコンからなるターゲットを、熱触媒体５として、表面を酸化させたシリコンを用いる。
なお、熱触媒体５としては、その他、高融点金属をセラミックスコーティングまたは炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を窒化させたシリコン等を用いてもよい。
【０１４５】
また、金属（タングステン、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン）からなる熱触媒体、またはセラミックスまたは炭化ケイ素を芯として金属（タングステン、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン）をコーティングした熱触媒体（「金属が表面に裸出した熱触媒体」）を用いてもよい。
ここで、熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合には、この金属は、シリコンまたはタングステンまたはモリブデンからなるものに限定される。
【０１４６】
その理由は、以下の通りである。すなわち、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いた場合、スパッタリング時に、この熱触媒体５表面の金属が蒸発して基板１０上に堆積される可能性がある。したがって、熱触媒体５の表面は、ターゲット材料と共に基板１０上に堆積されても特性上問題のない材料である必要があるが、基板１０上にポリシリコン膜を堆積する本例の場合、ターゲット材と同じ金属であるシリコンおよび，シリコンに混入しても特性上問題のないタングステンまたはモリブデンは、ターゲット材と共に基板１０上に堆積されても特性上問題がないからである。
【０１４７】
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。このとき、シャッター７を、「閉状態」とする。次いで、排気系１ａを動作させて粗引きを行った後本引きを行い、チャンバ１内を所定圧力，本例では１０−４〜１０−５Ｐａまで排気する。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，本例では２００〜５５０℃まで加熱する。
このように、基板１０を加熱することにより吸着ガス(Ｏ２，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２等)の排出を促進することができる。
【０１４８】
なお、熱触媒体５として、セラミックス，炭化ケイ素，酸化シリコン，窒化シリコンで表面が被覆され耐熱性，耐酸化性を有する熱触媒体を用いる場合には、所定真空度に達する前に熱触媒体５の加熱を行っても良い。
【０１４９】
熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合には、熱触媒体５の加熱は、チャンバ１内が所定真空度に達してから行う必要がある。低い真空度中に含まれる微量酸素により、熱触媒体５の表面が酸化劣化するからである。
【０１５０】
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。その後、触媒体５を所定温度，本例では１６００〜１８００℃に加熱する。導入された水素ガスの一部は、熱触媒体５による熱分解反応および触媒反応により活性化水素イオンＨ＊となり、基板１０表面に到達する。この活性化水素イオンＨ＊は、基板１０の表面に吸着されているガス、水分等を除去するので、基板１０の表面クリーニングが行われる。また、同時にスパッタリングターゲット表面にも活性化水素イオンＨ＊が到達し、同様の表面クリーニングが行われる。これにより、安定したスパッタリングが開始され、常に安定したスパッタリングが行われる。
【０１５１】
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、アルゴンガスをチャンバ１内に導入する。このときのアルゴンガスと水素ガスの混合ガス圧力を、本例では、１Ｐａとし、アルゴンガスに対する水素ガスの比率を５〜１０モル比％程度とする。その後、ＤＣ電源９ａをオンにすると、導入されたアルゴンガスおよび水素ガスは、ＤＣプラズマによりイオン化される。アルゴンイオンおよび水素イオンは、ターゲット４に衝突し、ターゲット４から薄膜原料であるシリコン分子および原子がスパッタされる。このとき、シャッター７が「閉状態」にあるため、シリコン分子および原子は、シャッター７に遮られ、熱触媒体５および基板１０には到達しない。
【０１５２】
チャンバ１内におけるアルゴンガスと水素ガスの混合ガスの圧力が安定し、スパッタリングが安定した段階で、シャッター７を「開状態」とする。スパッタされたシリコン原子は、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、ポリシリコン薄膜が基板表面に作成される。
【０１５３】
成膜が終了したら、シャッター７を「閉状態」とし、ＤＣ電源９ａをオフにして、ＤＣプラズマを停止させる。アルゴンガスの導入を停止して、チャンバ１内からアルゴンガスを排出する。その後も、水素ガス導入および熱触媒体５，基板１０の加熱は継続し、しばらくの間基板１０表面のクリーニングを行う。なお、熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合には、熱触媒体５が所定温度に低下するまで水素ガスを流すことにより、熱触媒体５の表面の酸化劣化が防止される。その後、熱触媒体５及び基板１０の加熱を停止し、熱触媒体５の温度が、問題のない温度まで低下した後に、水素ガスの導入を停止する。
【０１５４】
水素ガスは、可燃性気体であるため、充分に排気を行い、その後、窒素ガスでリークする。この際、窒素ガスを用いることにより、触媒体５及び基板１０，チャンバ１内治具等が酸化劣化することを防止することができる。
その後、チャンバ１の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０１５５】
本例では、図１０の実線で示すように、ポリシリコン膜の成膜前，成膜中，成膜後において、水素ガスを一定量導入するように構成したが、図１０の点線で示すように、ポリシリコン膜の成膜前、成膜後に水素ガスの導入量を多くしても良い。このように構成すると、活性化水素イオンＨ＊による成膜前後の基板表面のクリーニング効果を大きく、また成膜ストレスを低減することができる。
【０１５６】
また、図１１で示すように、ポリシリコン膜の成膜中に、水素ガスの導入量を例えば５×１０−２Ｐａ程度まで低減させても良い。このように構成することにより、成膜中における、チャンバ１内のアルゴンイオンの濃度が高くなるため、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。
【０１５７】
次に、図１２，図１３に示すガス導入形態について説明する。図１２，図１３のガス導入形態は、窒化シリコン、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル等の窒化膜の成膜を行う場合に用いることができるものであり、図１２，図１３は、そのうちの窒化シリコン膜を形成する場合のガス導入形態を示すものである。
この図１２では、成膜を行う前後に、基板１０の表面を活性化水素イオンＨ＊でクリーニングする場合が示されており、この場合の水素ガス，窒素ガス及びアルゴンガスの導入形態が示されている。
【０１５８】
図１２の窒化シリコン膜を形成する場合には、ターゲット４として、窒化シリコンからなるターゲットを用いる。なお、シリコンからなるターゲットを用いてもよい。熱触媒体５には、表面を窒化させたシリコンを用いる。
なお、触媒体５としては、その他、高融点金属をセラミックスコーティングまたは炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を酸化させたシリコン等を用いてもよい。
【０１５９】
また、金属（タングステン、シリコン、モリブデン、チタン、タンタル、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン）からなる熱触媒体、またはセラミックスまたは炭化ケイ素を芯として金属（タングステン、シリコン、モリブデン、チタン、タンタル、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン）をコーティングした熱触媒体等，金属が表面に裸出した熱触媒体を用いてもよい。
ただし、熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合には、この金属は、シリコンまたはタングステン、モリブデン、チタン、タンタルからなるものに限定される。
【０１６０】
その理由は、以下の通りである。すなわち、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いた場合、スパッタリング時に、この熱触媒体５表面の金属が蒸発して基板１０上に堆積される可能性がある。したがって、熱触媒体５の表面は、ターゲット材料と共に基板１０上に堆積されても特性上問題のない材料である必要があるが、基板１０上に窒化シリコン膜を堆積する本例の場合、ターゲット材と同じ金属であるシリコンは、ターゲット材と共に基板１０上に堆積されても特性上問題がないからである。
また、成膜する膜の用途によっては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタルがシリコンに混入しても、膜の特性に悪影響を及ぼさない場合があり、このような場合には、金属が表面に裸出した熱触媒体５の表面の金属として、タングステン、モリブデン、チタン、タンタルを用いることができる場合がある。
【０１６１】
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。このとき、シャッター７を、「閉状態」とする。次いで、排気系１ａを動作させて粗引きを行った後本引きを行い、チャンバ１内を所定圧力，本例では１０−４〜１０−５Ｐａまで排気する。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，本例では２００〜５５０℃まで加熱する。
【０１６２】
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。その後、触媒体５を所定温度，本例では１６００〜１８００℃に加熱する。導入された水素ガスの一部は、熱触媒体５による熱分解反応および触媒反応により活性化水素イオンＨ＊となり、基板１０表面に到達し、基板１０の表面クリーニングが行われる。
【０１６３】
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、アルゴンガスおよび窒素ガスをチャンバ１内に導入する。このときのアルゴンガス，水素ガス，窒素ガスの混合ガス圧力を、本例では、１Ｐａとし、アルゴンガスに対する水素ガスの比率を５〜１０モル比％程度，アルゴンガスに対する窒素ガスの比率を１０〜２０モル比％程度とする。
【０１６４】
ここで、チャンバ１内に窒素ガスを導入するのは、以下の理由による。すなわち、窒化膜を成膜させる場合に、窒素ガスを導入しなければ、窒素イオン欠乏により変質して、形成された薄膜は、本来の窒化シリコンの特性が出にくくなるからである。そこで、本例では、窒素ガスをチャンバ１内に導入して、熱触媒体５により活性化窒素イオンＮ＊を発生させ、その窒化作用により、目的とする窒化シリコン膜を形成する。
【０１６５】
その後、ＤＣ電源９ａをオンにする。導入されたアルゴンガスおよび窒素ガスおよび酸素ガスは、ＤＣプラズマによりイオン化される。アルゴンイオン，窒素イオン，水素イオンは、ターゲット４に衝突し、ターゲット４から薄膜原料である窒化シリコン分子，シリコン分子，シリコン原子がスパッタされる。このとき、シャッター７が「閉状態」にあるため、窒化シリコン分子等は、シャッター７に遮られ、熱触媒体５および基板１０には到達しない。
【０１６６】
チャンバ１内におけるアルゴンガスおよび窒素ガスと水素ガスの圧力が安定し、スパッタリングが安定した段階で、シャッター７を「開状態」とする。スパッタされた窒化シリコン分子，シリコン分子，シリコン原子は、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、窒化シリコン薄膜が基板１０表面に作成される。
ＤＣプラズマと熱触媒体５により発生した活性化水素イオンＨ＊は、スパッタリング前後およびスパッタリング中において、基板１０表面およびターゲット４表面に吸着しているガス及び水分等をクリーニングする。
【０１６７】
ターゲット４から飛来する窒化シリコン分子，シリコン分子，シリコン原子は、熱触媒体５により高い熱エネルギー及び運動エネルギーが付与されると共に、活性化窒素イオンＮ＊による窒化作用を受ける。このようにして、絶縁性が高く，高性能・高品質の窒化シリコン膜が堆積される。
【０１６８】
成膜が終了したら、シャッター７を「閉状態」とし、ＤＣ電源９ａをオフにして、ＤＣプラズマを停止させる。アルゴンガスおよび窒素ガスの導入を停止して、チャンバ１内からアルゴンガスおよび窒素ガスを排出する。その後も、水素ガス導入および熱触媒体５の加熱は継続し、しばらくの間基板１０表面のクリーニングを行う。なお、熱触媒体５として、金属が表面に裸出した熱触媒体を用いる場合には、熱触媒体５が所定温度に低下するまで水素ガスを流すことにより、熱触媒体５の表面の酸化劣化が防止される。その後、熱触媒体５及び基板１０の加熱を停止し、熱触媒体５の温度が、問題のない温度まで低下した後に、水素ガスの導入を停止する。
【０１６９】
なお、本例では、スパッタリング終了後に、水素ガス導入を継続して基板１０の表面のクリーニングを行うように構成しているが、水素ガスおよび窒素ガスを供給して、活性化水素イオンＨ＊によるクリーニングと活性化窒素イオンＮ＊による窒化作用促進とを並行して行なってもよい。
【０１７０】
水素ガスは、可燃性気体であるため、充分に排気を行い、その後、窒素ガスでリークする。この際、窒素ガスを用いることにより、触媒体５及び基板１０，チャンバ１内治具等が酸化劣化することを防止することができる。
その後、チャンバ１の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０１７１】
本例では、図１２の実線で示すように、窒化シリコン膜の成膜前，成膜中，成膜後において、水素ガスを一定量導入するように構成したが、図１２の点線で示すように、窒化シリコン膜の成膜前、成膜後に水素ガスの導入量を多くしても良い。このように構成すると、活性化水素イオンＨ＊による成膜前後の基板１０表面のクリーニング効果を大きくすると共に、成膜ストレスを低減することができる。
【０１７２】
また、図１３で示すように、窒化シリコン膜の成膜中に、水素ガス，窒素ガスの導入量を、例えば水素ガスは５×１０−２Ｐａ程度，窒素ガスは１０−１Ｐａ程度まで半減させても良い。このように構成することにより、成膜中における、チャンバ１内のアルゴンイオンの濃度が高くなるため、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。
【０１７３】
次に、図１４，図１５に示すシングルチャンバを用いたスパッタリングにおけるガス導入形態について説明する。
図１４のガス導入形態は、酸化シリコン、ＢＳＴ、ＳＢＴ等の酸化膜の成膜を行う場合に用いることができるものであり、図１４は、そのうちの酸化シリコン膜を形成する場合のガス導入形態を示すものである。この図１４には、成膜を行う前後に、基板１０の表面を活性化酸素イオンＯ＊でクリーニングする場合が示されており、この場合の酸素ガス及びアルゴンガスの導入形態が示されている。
【０１７４】
図１４の酸化シリコン膜を形成する場合には、ターゲット４として、酸化シリコンからなるターゲットを、熱触媒体５として、表面を酸化させたシリコンを用いる。
なお、熱触媒体５としては、その他、高融点金属をセラミックスコーティングまたは炭化ケイ素コーティングしたもの、または、表面を窒化させたシリコン等を用いることができる。
【０１７５】
ただし、チャンバ１内に酸素ガスを導入して酸化シリコンを成膜する場合には、金属が表面に裸出した熱触媒体は適さず、使用することができない。
チャンバ１内に酸素ガスを導入すると、熱触媒体５表面が酸化劣化して熱触媒体５が断線するからである。
【０１７６】
また、チャンバ１内冶具類及びチャンバ１は、ステンレス，アルミニウム，またはアルミニウムコートステンレス等から形成する。これらの材料を用いると、活性化酸素イオンＯ＊をチャンバ１内に導入しても、チャンバ１内冶具類及びチャンバ１が酸化劣化しないからである。アルミニウムを用いた場合には、表面が酸化されてアルミナが形成され、治具類およびチャンバ１壁面内部は劣化しない。
【０１７７】
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。このとき、シャッター７を、「閉状態」とする。次いで、排気系１ａを動作させて粗引きを行った後本引きを行い、チャンバ１内を所定圧力，本例では１０−４〜１０−５Ｐａまで排気する。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，本例では２００〜５５０℃まで加熱する。
このように、基板１０を加熱することにより吸着ガス(Ｏ２，Ｈ２Ｏ等)の排出を促進することができる。
【０１７８】
そして、ガス導入系３を動作させて、まず酸素ガスをチャンバ１内に導入する。その後、熱触媒体５を所定温度，本例では１６００〜１８００℃に加熱する。このように、熱触媒体５を加熱することにより、基板や内部冶工具類の吸着しているガス、水分が排出され、その後のクリーニング時間が短縮される。
【０１７９】
導入された酸素ガスの一部は、熱触媒体５による熱分解反応および触媒反応により活性化酸素イオンＯ＊となり、基板１０表面に到達する。この活性化酸素イオンＯ＊により、基板１０およびターゲット４の表面に吸着されているガス、水分、有機物汚れ等が除去され、基板１０およびターゲット４表面のクリーニングが行われる。このターゲット４表面のクリーニングにより、安定したスパッタリングが開始され、常に安定したスパッタリングが行われる。
【０１８０】
上記のように、チャンバ１内に酸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、アルゴンガスをチャンバ１内に導入する。このときのアルゴンガスと酸素ガスの混合ガス圧力を、本例では、１Ｐａとし、アルゴンガスに対する酸素ガスの比率を５〜１０モル比％程度とする。その後、ＤＣ電源９ａをオンにすると、導入されたアルゴンガスおよび酸素ガスは、ＤＣプラズマによりイオン化される。アルゴンイオンおよび酸素イオンは、ターゲット４に衝突し、ターゲット４から薄膜原料である酸化シリコン分子，シリコン分子，シリコン原子等がスパッタされる。このとき、シャッター７が「閉状態」にあるため、上記シリコン分子，原子等は、シャッター７に遮られ、熱触媒体５および基板１０には到達しない。
【０１８１】
チャンバ１内におけるアルゴンガスおよび酸素ガスの圧力が安定し、スパッタリングが安定した段階で、シャッター７を「開状態」とする。スパッタされた酸化シリコン分子，シリコン分子，シリコン原子等は、熱触媒体５の近傍を通過しながら基板１０に到達し、酸化シリコン薄膜が基板表面に作成される。
【０１８２】
ＤＣプラズマと熱触媒体５により発生した活性化酸素イオンＯ＊が、基板１０表面に吸着しているガス及び水分等をクリーニングする。
ターゲット４から飛来する酸化シリコン分子シリコン分子，シリコン原子等は、熱触媒体５により高い熱エネルギー及び運動エネルギーが付与されると共に、活性化酸素イオンＯ＊による酸化作用を受ける。このようにして、絶縁性が高く，高性能・高品質の酸化シリコン膜が堆積される。
【０１８３】
成膜が終了したら、シャッター７を「閉状態」とし、ＤＣ電源９ａをオフにして、ＤＣプラズマを停止させる。アルゴンガスの導入を停止して、チャンバ１内からアルゴンガスを排出する。その後も、酸素ガス導入および熱触媒体５の加熱は継続し、しばらくの間基板１０表面のクリーニングおよび薄膜の酸化促進を行う。
【０１８４】
薄膜表面のクリーニングおよび薄膜の酸化を充分行った後、熱触媒体５及び基板１０の加熱を停止し、酸素ガスの導入を停止する。
その後、充分に排気を行った後、窒素ガスでリークする。その後、チャンバ１の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０１８５】
本例では、図１４の実線で示すように、酸化シリコン膜の成膜前，成膜中，成膜後において、酸素ガスを一定量導入するように構成したが、図１４の点線で示すように、酸化シリコン膜の成膜前、成膜後に酸素ガスの導入量を多くしても良い。このように構成すると、活性化酸素イオンＯ＊による基板表面のクリーニング効果を大きくすることができると共に、堆積した酸化シリコン膜の酸化作用を促進するので、高性能，高品質の酸化シリコン膜を得ることができる。
【０１８６】
また、図１５で示すように、酸化シリコン膜の成膜中に、酸素ガスの導入量を例えば５×１０−２Ｐａ程度まで半減させても良い。このように構成することにより、成膜中における、チャンバ１内のアルゴンイオンの濃度が高くなるため、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。
【０１８７】
なお、酸化膜として、ＳｉＯＦ（フッ酸化シリコン）膜，すなわちＳｉ−Ｆ結合を含むＳｉＯ２（酸化シリコン）膜を形成してもよい。このとき、ターゲット４としてはＳｉＯＦ（フッ酸化シリコン）を用い、上記酸化シリコン膜を形成する場合と同様の手順，条件で膜を形成する。
このように、酸化シリコンにＳｉ−Ｆ結合を導入することにより、膜の比誘電率を低下させることができる。数ａｔｏｍ％のＦ（フッ素）を含むことにより、膜の比誘電率は酸化シリコンの約４．０より３．５程度に低減され、配線間容量が低減し、デバイス特性が向上する。
【０１８８】
また、図１０乃至図１５のガス導入形態によってスパッタリングを行うことにより、薄膜をエピタキシャル成長させることもできる。
例えば、基板１０上に、予め形成された段差をシードとして、図１０のガス導入形態でスパッタリングを行うことにより、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こともできる。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場合には、ターゲット４としてシリコンを用いる。
【０１８９】
また、基板１０上に結晶性サファイア膜を形成した後、図１０のガス導入形態でスパッタリングを行うことにより、単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長させることもできる。単結晶シリコン膜をヘテロエピタキシャル成長させる場合には、ターゲット４としてシリコンを用いる。結晶性サファイア膜は、ターゲット４として単結晶サファイアを用い、図１４のガス導入形態でスパッタリングすることにより成膜する。なお、この単結晶サファイア膜は、公知の触媒ＣＶＤ法によって成膜しても良い。
【０１９０】
次に、シングルチャンバを用い、異なる組成の薄膜を連続して成膜する場合の図１６に示すガス導入形態について説明する。
図１６のガス導入形態は、異なる組成の薄膜を連続して成膜する場合の例として、窒化シリコン膜，酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，酸化シリコン膜をこの順に連続して成膜する場合のガス導入形態を示すものである。この図１６には、各薄膜の成膜を行う前後に、基板１０の表面を活性化水素イオン＊または活性化酸素イオン＊でクリーニングする場合が示されている。
【０１９１】
図１６の薄膜層を形成する場合には、ターゲット４として、シリコンからなるターゲットを、熱触媒体５として、表面をアルミナコーティングしたタングステンを用いる。
ただし、酸化シリコンを成膜する場合には、酸素をチャンバ１内に導入するので、金属が表面に裸出した熱触媒体は適さず、使用することができない。
【０１９２】
また、チャンバ１内冶具類及びチャンバ１は、ステンレス，アルミニウム，またはアルミニウムコートステンレス等から形成する。これらの材料を用いると、活性化酸素イオンＯ＊をチャンバ１内に導入しても、チャンバ１内冶具類及びチャンバ１が酸化劣化しないからである。アルミニウムを用いた場合には、表面が酸化されてアルミナが形成され、治具類およびチャンバ１壁面内部は劣化しない。
【０１９３】
次に、図１６に示すガス導入の手順について説明する。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。
この後、チャンバ１内を排気し、図１２に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に窒化シリコン薄膜を形成する。
基板１０上に所定膜厚の窒化シリコン薄膜が形成された後、充分にチャンバ１内を排気し、チャンバ１内の圧力を１０−４〜１０−５Ｐａ程度とする。
【０１９４】
その後、図１４に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に酸化シリコン薄膜を形成する。
基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン薄膜が形成された後、充分にチャンバ１内を排気し、チャンバ１内の圧力を１０−４〜１０−５Ｐａ程度とする。
【０１９５】
その後、図１０に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上にポリシリコン薄膜を形成する。
基板１０上に所定膜厚のポリシリコン薄膜が形成された後、充分にチャンバ１内を排気し、チャンバ１内の圧力を１０−４〜１０−５Ｐａ程度とする。
その後、図１４に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に酸化シリコン薄膜を形成する。
【０１９６】
基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン薄膜が形成された後、充分にチャンバ１内を排気し、チャンバ１内の圧力を１０−４〜１０−５Ｐａ程度とする。窒素ガスでリークした後、チャンバ１の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０１９７】
図１６のように、同じチャンバ内で異なる薄膜を成膜する場合には、窒化シリコン膜，酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，酸化シリコン膜のそれぞれの薄膜を成膜した後に、充分に排気を行う必要がある。同じチャンバ内に、水素ガスと酸素ガスを交互に導入するため、各成膜後に充分に排気が行われないと、次の薄膜を形成する際に水素ガスと酸素ガスが混合し、膜の品質が低下するからである。
【０１９８】
なお、上記各成膜の工程では、図１６の実線で示すように、各薄膜の成膜前，成膜中，成膜後において、水素ガスまたは酸素ガスを一定量導入するように構成してもよい。また、図１６の点線で示すように、各薄膜の成膜前、成膜後に水素ガスまたは酸素ガスの導入量を多くしても良い。
【０１９９】
また、図１７で示すように、各薄膜の成膜中に、水素ガスまたは酸素ガスの導入量を例えば５×１０−２Ｐａ程度まで半減させ、窒素ガスの導入量を例えば１０−１Ｐａ程度まで半減させても良い。このように構成することにより、成膜中における、チャンバ１内のアルゴンイオンの濃度が高くなるため、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。
【０２００】
次に、マルチチャンバを用い、異なる組成の薄膜を各チャンバ内で成膜する場合である図１８，図１９に示すガス導入形態について説明する。
図１８，図１９のガス導入形態は、異なる組成の薄膜を各チャンバ内で成膜する場合の例として、窒化シリコン膜，酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，酸化シリコン膜をこの順に成膜する場合のガス導入形態を示すものである。この図１８には、各薄膜の成膜を行う前後に、基板１０の表面を活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊でクリーニングする場合が示されている。
【０２０１】
図１８の薄膜層を形成する場合は、真空容器１として、図３２に示すマルチチャンバからなるチャンバ１を用いる。図３２に示す真空容器１の構成および基板１０の出し入れの手順等については、後に詳述する。図３２に示す真空容器１は、４つのスパッタリング室１５を備える。以下、４つのスパッタリング室１５をそれぞれ第１チャンバ，第２チャンバ，第３チャンバ，第４チャンバとする。
【０２０２】
図１８に示す場合では、第１チャンバで窒化シリコン膜を、第２チャンバで酸化シリコン膜を、第３チャンバでポリシリコン膜を、第４チャンバで酸化シリコン膜を形成する。
【０２０３】
窒化シリコン膜を成膜する第１チャンバ内には、窒化シリコンからなるターゲット４、酸化シリコン膜を成膜する第２チャンバ，第４チャンバ内には、酸化シリコンからなるターゲット４、ポリシリコン膜を成膜する第３チャンバ内には、シリコンからなるターゲット４が配置される。
なお、第１チャンバ〜第４チャンバのターゲット４として、シリコンからなるターゲット４を用いてもよい。
第１チャンバ〜第４チャンバには、熱触媒体５として、表面をアルミナコーティングしたタングステンを配置される。
【０２０４】
なお、第１チャンバ，第３チャンバでは、金属が表面に裸出した熱触媒体５を用いてもよい。但し、第２チャンバ，第４チャンバでは、酸素ガスを導入して酸化シリコンを成膜するので、金属が表面に裸出した熱触媒体は適さず、使用することができない。
【０２０５】
なお、本例では、４つのチャンバを備える真空容器内で上記薄膜を形成するように構成しているが、これに限定されるものでなく、３つのチャンバを備える真空容器を用いて、２番目に成膜される酸化シリコン膜と４番目に成膜される酸化シリコン膜とを、同じチャンバ内で形成するように構成しても良い。
【０２０６】
次に、図１８に示すガス導入の手順について説明する。まず、ロード・ロック室２６，バッファ室２８を介してセパレーション室２７に基板１０を搬入する。次に、基板１０を第１チャンバ内に搬入する。
この後、第１チャンバ内を排気し、図１２に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に窒化シリコン薄膜を形成する。
【０２０７】
基板１０上に所定膜厚の窒化シリコン薄膜が形成された後、基板１０をセパレーション室２７を介して第２チャンバに搬入する。
この後、第２チャンバ内を排気し、図１４に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に酸化シリコン薄膜を形成する。
【０２０８】
基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン薄膜が形成された後、基板１０をセパレーション室２７を介して第３チャンバに搬入する。
この後、第３チャンバ内を排気し、図１０に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上にポリシリコン薄膜を形成する。
【０２０９】
基板１０上に所定膜厚のポリシリコン薄膜が形成された後、基板１０をセパレーション室２７を介して第４チャンバに搬入する。
この後、第２チャンバ内を排気し、図１４に示す前記説明と同様の手順で、基板１０上に酸化シリコン薄膜を形成する。
【０２１０】
基板１０上に所定膜厚の酸化シリコン薄膜が形成された後、基板１０を、セパレーション室２７，バッファ室２８，ロード・ロック室２６を介して基板１０を取り出す。
【０２１１】
なお、上記各成膜の工程では、図１８の実線で示すように、各薄膜の成膜前，成膜中，成膜後において、水素ガスまたは酸素ガスを一定量導入するように構成してもよい。また、図１８の点線で示すように、各薄膜の成膜前、成膜後に水素ガスまたは酸素ガスの導入量を多くしても良い。
【０２１２】
また、図１９で示すように、各薄膜の成膜中に、水素ガスまたは酸素ガスの導入量を例えば５×１０−２Ｐａ程度まで半減させ、窒素ガスの導入量を例えば１０−１Ｐａ程度まで半減させても良い。このように構成することにより、成膜中における、チャンバ１内のアルゴンイオンの濃度が高くなるため、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。
【０２１３】
なお、本例では、図１８および図１９に示すガス導入形態により、マルチチャンバの各チャンバ内で、窒化シリコン膜，酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，酸化シリコン膜を成膜するように構成しているが、このポリシリコン膜の代わりに、錫とゲルマニウムと鉛とのうち少なくともいずれか一つ以上を含有する半導体膜としての、錫含有のポリシリコン膜を成膜してもよい。
この場合は、図３２の４つのスパッタリング室１５の第１チャンバで窒化シリコン膜，第２チャンバで酸化シリコン膜，第３チャンバで錫含有のポリシリコン膜，第４チャンバで酸化シリコン膜を成膜する。
【０２１４】
窒化シリコン膜を成膜する第１チャンバ内には、窒化シリコンからなるターゲット４、酸化シリコン膜を成膜する第２チャンバ，第４チャンバ内には、酸化シリコンからなるターゲット４、ポリシリコン膜を成膜する第３チャンバ内には、錫含有シリコンからなるターゲット４が配置される。この錫含有シリコンからなるターゲット４には、１Ｅ１０１５ａｔｍｓ／ｃｍ３以上，好ましくは１０１８〜１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３の錫が含まれる。
なお、第１チャンバ，第２チャンバ，第４チャンバのターゲット４として、シリコンからなるターゲット４を用いてもよい。
ポリシリコン膜の代わりに、錫含有のポリシリコン膜を成膜する場合のその他の構成および手順は、マルチチャンバを用いて窒化シリコン膜，酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，酸化シリコン膜を成膜する上記の場合と同様であり、図１８，図１９のガス導入形態に従って行う。
【０２１５】
このように、図１０乃至図１３、図１６乃至図１９に示す水素ガスの導入方法および図１４、図１５、図１６乃至図１９に示す酸素ガスの導入方法によれば、各種の成膜前後、所定時間において活性化水素イオンＨ＊または活性化酸素イオンＯ＊により基板１０表面およびターゲット４の吸着ガス（Ｏ２，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２等）のクリーニングをするので、高品質な薄膜層を形成することが可能となる。
【０２１６】
また、図１０乃至図１３、図１６乃至図１９に示す水素ガスの導入方法では、薄膜形成中は常にチャンバ１内に水素ガスを導入しているため、熱触媒体５およびチャンバ１内治具類を他のガスの影響から保護することになり、それらの酸化劣化を防止することができる。
【０２１７】
また、図１８，図１９に示すガス導入方法のように、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。また、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。
【０２１８】
次に、本例の薄膜形成装置Ｓを用いた薄膜形成方法の動作について、シングルチャンバからなる真空容器中でポリシリコン膜を形成する場合を例として説明する。
【０２１９】
本例の薄膜形成方法の手順としては、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。このとき、シャッター７を、「閉状態」とする。次いで、排気系１ａを動作させて粗引きを行った後本引きを行い、チャンバ１内を所定圧力，本例では１０−４〜１０−５Ｐａまで排気する。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，本例では２００〜５５０℃まで加熱する。
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。その後、触媒体５を所定温度，本例では１６００〜１８００℃に加熱する。
【０２２０】
このとき導入された水素ガスの一部は、熱触媒体５による熱分解反応および触媒反応により活性化水素イオンＨ＊となり、基板１０表面およびターゲット４に到達して、基板１０表面およびターゲット４表面の吸着ガス（Ｏ２，Ｈ２Ｏ，ＣＯ２等）のクリーニングを行う。
【０２２１】
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、アルゴンガスをチャンバ１内に導入する。その後、ＤＣ電源９ａをオンにしてＤＣプラズマを発生させる。チャンバ１内におけるアルゴンガスおよび水素ガスの圧力が安定し、スパッタリングが安定した段階で、シャッター７を「開状態」とし、基板１０上へのスパッタリングを開始する。
【０２２２】
スパッタリングは、次のようにして起こる。すなわち、ガス導入系３から導入されたアルゴンガスおよび水素ガスが、プラズマ中でイオン化される。このアルゴンイオンおよび水素イオンは、ターゲット近傍に発生した陰極降下内で加速され、ターゲットを衝撃してスパッタリング作用が起こるのである。
【０２２３】
アルゴンイオンおよび水素イオンが衝撃してターゲットより飛来した薄膜原料原子，分子は、熱触媒体５により、薄膜原料の少なくとも軟化点以上好ましくは融点以上に加熱される。また、熱触媒体５の触媒反応により生成された活性化水素イオンＨ＊のエネルギーが、薄膜原料原子，分子に熱エネルギーおよび運動エネルギーとして与えられる。この薄膜原料原子の高いエネルギーにより、基板１０表面上での堆積種の泳動及び生成過程の薄膜中での拡散が促進され、バルクに近い結晶の金属膜、又は高移動度の半導体膜、又は高絶縁性膜等が形成される。
【０２２４】
また、スパッタリング中においても、熱触媒体５による熱分解反応および触媒反応により活性化されてできた活性化水素イオンＨ＊が、基板１０上に生成中の薄膜が酸化されることを防止する。
なお、これらのスパッタリングの効果は、当然であるが、後述するすべての実施例においても、共通して得ることができるものである。
【０２２５】
なお、本例では、触媒スパッタリングのためのガスとしてアルゴンガスおよび水素ガスを用いるように構成しているが、これに限定されるものではなく、水素ガスのみ、または酸素ガスのみ、または窒素ガスのみでスパッタリングするように構成しても良い。
【０２２６】
酸素ガスのみまたは窒素ガスのみでスパッタリングする場合には、熱触媒体５およびスパッタリング電源を用いて発生させたプラズマにより、真空容器１中には、活性化酸素イオンＯ＊または活性化窒素イオンＮ＊が発生し、これらの活性化酸素イオンＯ＊，活性化窒素イオンＮ＊によりスパッタリングが行われる。
【０２２７】
酸素ガスのみまたは窒素ガスのみによるスパッタリングは、アルゴンガスを導入する場合に比較して、一般的に、成膜速度は多少遅くなるが、酸化膜または窒化膜を形成する場合には、スパッタリングのみならす、活性化酸素イオンＯ＊による酸化作用、活性化窒素イオンＮ＊による窒化作用により、より品質の高い酸化膜または窒化膜が形成されるという利点がある。
【０２２８】
また、真空容器１中に水素ガスを導入して、水素ガスのみによるスパッタリングを行うこともできる。
水素ガスのみでスパッタリングする場合には、熱触媒体５およびスパッタリング電源を用いて発生させたプラズマにより、真空容器１中には、活性化水素イオンＨ＊が発生し、この活性化水素イオンＨ＊によりスパッタリングが行われる。
【０２２９】
水素ガスのみによるスパッタリングは、アルゴンガスを導入する場合や酸素ガスのみまたは窒素ガスのみによる場合に比較して、一般的に、成膜速度は遅くなるが、活性化水素イオンＨ＊は高エネルギーを有し化学反応作用が大きいと共に平均自由工程が大きいため、シリコンまたはポリシリコンまたはアモルファスシリコンのターゲットを活性化水素イオンＨ＊でスパッタリングおよび化学反応による輸送をすることにより、ポリシリコン膜の形成が可能になるという利点がある。
なお、活性化水素イオンＨ＊は、高いエネルギーを有しているので、成膜スペックによっては、スパッタリングパワーを印加しないで、化学反応での輸送のみでポリシリコン膜等の成膜をしても良い。
【０２３０】
目標とする膜厚の薄膜が形成されたことを確認した後、ガスの導入を停止し、ヒータ２ｂ，５ａの加熱を停止する。熱触媒体５および基板１０の温度が所定温度以下に下がったことを確認した後、窒素ガスを導入し、真空を破って薄膜が形成された基板１０を取り出し、１サイクルを終了する。
【０２３１】
図９に示すガス供給系３では、複数種のガス供給源を有しており、各種の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。
以上のようにして、基板１０上に各種の薄膜が形成される。
【０２３２】
なお、本例ではマスフローコントローラーＭによって、アルゴンガスに水素，窒素，酸素等の反応性ガスを混合できるように構成される。これにより、純金属ターゲットのリアクティブ・スパッタを行うことが可能となる。この純金属ターゲットのリアクティブ・スパッタによれば、シリコンからなるターゲット４を配置したシングル・チャンバにより、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリシリコン等を成膜することが可能である。すなわち、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリシリコンは、金属原子が同じであるため、同一のシリコンターゲットを用い、導入するガスを変更するのみで成膜することができる。
【０２３３】
また、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っても行われるものである。
図２０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。熱触媒体５とターゲット４との間には、シャッター７が配置される。このシャッター７は、ＤＣプラズマ放電が安定するまで熱触媒体５とターゲット４との間に配置され、ＤＣプラズマ放電が安定した後に後退される。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。サセプタ２に取り付けられた基板１０は、熱触媒体５の輻射熱によって加熱されるが、サセプタ２内に独自の基板加熱機構を備えるように構成してもよい。
【０２３４】
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２０で示す薄膜形成装置Ｓにおいても、図２乃至図７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。
【０２３５】
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、例えば１６００℃〜１８００℃（融点以下）に加熱されるようになっている。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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７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との両方を、セラミックコーティングされたタングステンとする。
【０２３８】
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７において、上部側に位置する熱触媒体５をセラミックコーティングされたタングステンとし、下部側に位置する熱触媒体５をセラミックコーティングされたパラジウムとした構成とする。
【０２３９】
さらに、複数の熱触媒体５を配設するとき、図７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２に示される熱触媒体５と、図３に示される熱触媒体５とを組み合わせて配設する。
【０２４０】
さらにまた、図７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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
（実施例２）
図２１において、薄膜形成装置Ｓの第２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。
【０２４４】
図２１に示す薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒ＲＦスパッタリング装置であり、真空容器としてのチャンバ１内に基板１０とターゲット４との間にプラズマを発生させるためのＲＦ電極９ｂを備え、チャンバ１外に高周波電源９ｃ、整合回路９ｄを備える。基板１０を載置するためのサセプタ２と、ターゲット４との間には、熱触媒体５が配置される。また、熱触媒体５とターゲット４との間には、スパッタリングが安定するまで基板１０とターゲット４とを遮断するシャッター７が配置される。それ以外の点は、実施例１の構成と同様である。
【０２４５】
本例のＲＦ電極９ｂは、図２１のチャンバ１の図面上部に配置され、チャンバ１外の接地された高周波電源９ｃに接続される。なお、ＲＦ電極９ｂは、図示しない接地電位のカソード・シールドで覆われる。このカソード・シールドは、ＲＦ電極９ｂのターゲット４を除く部分を覆うものであり、ＲＦ電極９ｂから一定の距離を隔てて配設される。カソード・シールドは、陰極（ＲＦ電極９ｂ）のターゲット面以外で放電が発生することを防止する役割を果たす。
【０２４６】
本例の高周波電源９ｃとしては、電波法で決められた工業バンドの周波数１３．５６ＭＨｚ，出力インピーダンス５０Ωの電源が使用される。また、本例の整合回路９ｄは、高周波電源と負荷とのインピーダンス整合をとるために、ＲＦ電極９ｂと高周波電源９ｃの間に設けられる。
【０２４７】
（実施例３）
図２２において、薄膜形成装置Ｓの第３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２２に示す薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒プレーナマグネトロンスパッタリング装置であり、ターゲット４の上に永久磁石１２を備える。ターゲット４とサセプタ２との間には、熱触媒体５が配置される。熱触媒体５とターゲット４との間には、シャッター７が配置される。それ以外の点は、実施例１の構成と同様である。マグネトロンスパッタリングは、電場と磁場が直交するマグネトロン放電を利用したスパッタリングであり、磁石を用いないスパッタリングよりもターゲットの電力密度が増大され、スパッタリング速度が速いものである。また、プレーナマグネトロンスパッタリングとは、平板状のターゲットを用いるマグネトロンスパッタリングをいう。本例の薄膜形成装置Ｓは、ターゲット４の上に永久磁石１２を備えることにより、ターゲット４の下には、図２２に示すように半円状の磁力線Ｂができる。
【０２４８】
プレーナマグネトロン型スパッタ装置ではターゲット背面から供給される磁界によって２次電子が効率よくターゲット直上の空間に閉じこめられる。この２次電子は、例えばアルゴンのような放電ガスのイオン化を促進する。従って、磁界を用いないコンベンショナル型スパッタ装置に比べてターゲット物質がスパッタされる速度を向上でき、高速成膜が可能となる。また２次電子閉じ込めの効率が良いためコンベンショナル型スパッタ装置に比べてより低い放電ガス圧での成膜も可能である。
【０２４９】
なお、本例では、電源としてＤＣ電源９ａを用いるように構成したが、これに限定されるものでなく、ＤＣ電源９ａの代わりに高周波電源９ｃ、整合回路９ｄを備えるように構成しても良い。
【０２５０】
（実施例４）
図２３において、薄膜形成装置Ｓの第３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２３に示す薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒リングマグネトロンスパッタリング装置である。本例の触媒リングマグネトロンスパッタリング装置は、マグネトロンスパッタリング装置の一種である。ターゲット４は、中央に穴４ａの開いたドーナツ状体からなり、ターゲット４の断面は図２３に示すように楔形である。
【０２５１】
本例の永久磁石１２は、図２３に示すように、環状の永久磁石１２ａ，１２ｂとからなる。永久磁石１２ａは、ターゲット４の上に、ターゲット４の上面に並行に固定される。永久磁石１２ｂは、ターゲット４の外側に、ターゲット４の側面に沿って固定される。このとき、磁界Ｂが、図２３に示すようにターゲット４の斜面４ｂに平行に形成される。熱触媒体５は、サセプタ２とターゲット４との間に配置され、シャッター７が、熱触媒体５とターゲット４との間に配置される。その他の点は、実施例３の構成と同様である。
【０２５２】
なお、本例では、電源としてＤＣ電源９ａを用いるように構成したが、これに限定されるものでなく、ＤＣ電源９ａの代わりに高周波電源９ｃ、整合回路９ｄを備えるように構成しても良い。
【０２５３】
（実施例５）
図２４において、薄膜形成装置Ｓの第５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２４に示す薄膜形成装置Ｓは、シングルチャンバによる触媒コリメートスパッタリング装置である。コリメートスパッタリング法によると、コリメータ１３が、スパッタ粒子のうち、基板１０にほぼ垂直な方向に飛行するもののみを通過させるため、ステップカバレッジ特性を向上させることができる。
【０２５４】
本例では、コリメータ１３は、コリメータとしての役割のみでなく、熱触媒体としての役割をも果たすものであり、本発明の熱触媒体としてコリメータ１３が構成される。
このとき、基板１０に対し斜め方向に飛行する粒子は、格子状のコリメータ１３に付着することとなる。熱触媒体５としても構成されるコリメータ１３に付着した粒子は、例えば１６００℃〜１８００℃に加熱されたコリメータ１３の熱により高いエネルギーが付与される。ここで、ステップカバレッジ特性とは、基板の表面に形成された穴や溝、または段差に対する被覆性のことであり、上面への薄膜堆積量に対する溝又は穴（以下、ホールと総称する）の底部への薄膜堆積量の比であるボトムカバレッジ率を含む概念である。
【０２５５】
本例の薄膜形成装置Ｓは、熱触媒体５としても構成されるコリメータ１３と、シャッター７と、コリメータ１３を加熱するコリメータヒータ電源１３ａと、磁石１２とを備える。
本例のコリメータ１３は、鉛直方向に開口された断面四角形の孔を有する格子状の板状体からなる。コリメータ１３には、コリメータ１３の温度を一定の温度，例えば１６００〜１８００℃（以下、制御温度）に維持するためのコリメータヒータ電源１３ａが接続される。コリメータ１３は、コリメータヒータ１３ａのスイッチをオンにすることにより、加熱される。また、コリメータ１３には、コリメータ１３の温度を測定する不図示の温度測定器と、温度測定器の測定結果に従ってヒータを制御する不図示のコントローラが設けられている。
【０２５６】
本例のコリメータ１３の素材としては、タングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジュウム、タンタル、モリブデン、シリコン等よりなる群から選ばれた少なくとも１種の材料をセラミックス（例えばアルミナ）コーティングまたは炭化ケイ素コーティングしたもの、またはタングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、チタン、タンタル、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン等よりなる群から選ばれた少なくとも１種の材料、またはセラミックス（アルミナ等）または炭化ケイ素の芯にタングステン、トリア含有タングステン、白金、パラジウム、チタン、タンタル、モリブデン、シリコン、Ｎ型またはＰ型キャリア不純物含有シリコン、銅、アルミニウム等よりなる群から選ばれた少なくとも１種の材料をコーティングしたもの、又は表面を酸化、又は窒化させたシリコン、アルミナ、炭化ケイ素等が用いられる。
【０２５７】
なお、コリメータ１３の構成は、上記構成に限定されるものでなく、例えば、円形板状体に、直径１０ミリ程度の円形の開口が均等間隔をおいて設けられるように構成しても良い。また、断面六角形の孔を蜂の巣状に有する板状体として構成しても良い。
【０２５８】
本例のコリメータ１３は、コリメータとしての機能および熱触媒体としての機能を果たすものである。すなわち、基板１０にほぼ垂直な方向に飛行する粒子のみを通過させることによりステップカバレッジ特性を向上させるというコリメータとしての機能と、通過させる粒子に高いエネルギーを付与し、更に基板１０の表面温度を上昇させて領域２，３における構造の薄膜の生成を可能とする熱触媒体としての機能を有するものである。また、混合ガス中に含まれる水素ガスの一部で活性化水素イオンＨ＊を発生させて、基板やスパッタリングターゲットの吸着ガスをクリーニングし、基板上に成膜中の薄膜の酸化を防止するという熱触媒体としての機能をも果たす。なお、コリメーター１３の周囲に円環状の抵抗加熱方式のヒータを設けるように構成しても良い。
【０２５９】
（実施例６）
図２５において、薄膜形成装置Ｓの第６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２５に示す薄膜形成装置Ｓは、基板ため込み式連続触媒スパッタリング装置である。一般に、連続式のスパッタリング法は、スパッタ室が常時真空に保たれ、放電を繰り返すが、放電中は、水蒸気などを取り除く作用（ガス・クリーンアップ）があるため、時間の経過とともにスパッタ室内のアルゴンガスの純度が良くなり、良品質の薄膜を得ることができるという特徴がある。
【０２６０】
図２５に示す薄膜形成装置Ｓは、連続式の触媒スパッタリング装置の中でも、半連続ともいうべきものである。本例の薄膜形成装置は、チャンバ１内に、複数の基板１０を保持する基板ため込み部１４ａ，１４ｂと、基板１０を基板ため込み部１４ａから基板スパッタ位置１４ｃを経て基板ため込み部１４ｃに移送するための不図示の基板移送手段とを備えるように構成される。ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間には、図２５に示すように、熱触媒体５が配置される。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２６１】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、基板ため込み部１４ａに、複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、基板１０をチャンバ１内の図面左側の基板ため込み部１４ａから図面中央の基板スパッタ位置１４ｃに移送する。その後、チャンバ１内に水素ガスを導入し、熱触媒体５を所定温度に加熱した後に、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入してスパッタリングを行う。このとき、ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成及び輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２６２】
スパッタリングが完了した後、基板スパッタ位置１４ｃから図面右側の基板ため込み部１４ｂに基板１０を移送する。この基板ため込み部１４ａから基板スパッタ位置１４ｃ，基板ため込み部１４ｂへの移送及び基板スパッタ位置１４ｃにおけるスパッタリングを、基板ため込み部１４ａに保持された複数の基板１０について順次行う。すべての成膜が終了したら、熱触媒体５および基板１０の加熱を停止し、アルゴンガスおよび水素ガスの供給を停止し、窒素ガスを導入して大気圧に戻し、基板１０を取り出す。
【０２６３】
（実施例７）
図２６において、薄膜形成装置Ｓの第７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２６に示す薄膜形成装置Ｓは、片側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング装置である。本例の片側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング装置は、実施例６の基板ため込み式連続触媒スパッタリング装置と同様、連続スパッタリング装置の一種である。
【０２６４】
図２６に示す薄膜形成装置Ｓは、チャンバ１内に、複数の基板１０を保持する基板貯留室１４ｄと、基板１０へのスパッタリングを行うスパッタリング室１５を備えるように構成される。スパッタリング室１５内には、図２６に示すように、ターゲット４と、基板１０がスパッタリングされる基板スパッタ位置１４ｃと、が設けられる。基板貯留室１４ｄとスパッタリング室１５との間には、開閉可能な扉１６が設けられる。チャンバ１内には、基板１０を基板貯留室１４ｄと基板スパッタ位置１４ｃとの間で往復移送するための不図示の基板移送手段とが設けられる。ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間には、図２６に示すように、熱触媒体５およびシャッター７が配置される。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２６５】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、基板貯留室１４ｄに、複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気し、所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、扉１６を開けると共に、基板１０をチャンバ１内の基板貯留室１４ｄから基板スパッタ位置１４ｃに移送する。扉１６を閉め、スパッタリング室１５内に水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度真で加熱した後に、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入する。基板１０上へのスパッタリングは、基板１０が、基板貯留室１４ｄに戻る方向への移動中になされる。
【０２６６】
このとき、ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２６７】
スパッタリングが完了した後、アルゴンガスと水素ガスとの導入を停止し、充分に排気した後に、扉１６を開け、基板１０を基板貯留室１４ｄに再び収容する。この基板貯留室１４ｄと基板スパッタ位置１４ｃとの間の基板１０の移送及び基板１０へのスパッタリングを、基板貯留室１４ｄに保持された複数の基板１０について順次行う。すべての成膜が終了したら、扉１６を閉じ、基板貯留室１４ｄに窒素ガスを導入して大気圧に戻し、基板１０を取り出す。
【０２６８】
（実施例８）
図２７において、薄膜形成装置Ｓの第８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２７に示す薄膜形成装置Ｓは、両側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング装置である。本例の両側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング装置は、実施例６の基板ため込み式連続触媒スパッタリング装置，実施例７の片側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング装置と同様、連続スパッタリング装置の一種である。
【０２６９】
図２７に示す薄膜形成装置Ｓは、チャンバ１内に、複数の基板１０を保持する基板貯留室１４ｄと、基板１０へのスパッタリングを行うスパッタリング室１５と、スパッタリングの完了した基板１０を受け入れて保持する基板貯留室１４ｅを備えるように構成される。スパッタリング室１５内には、図２７に示すように、ターゲット４と、基板１０がスパッタリングされる基板スパッタ位置１４ｃと、が設けられる。
【０２７０】
基板貯留室１４ｄとスパッタリング室１５との間およびスパッタリング室１５と基板貯留室１４ｅとの間には、開閉可能な扉１６ｄ，１６ｅがそれぞれ設けられる。チャンバ１内には、基板１０を基板貯留室１４ｄから基板スパッタ位置１４ｃを経て基板貯留室１４ｅに移送するための不図示の基板移送手段が設けられる。ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間には、図２７に示すように、熱触媒体５およびシャッター７が配置される。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２７１】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、基板貯留室１４ｄに、複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気し、所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、扉１６ｄを開けると共に、基板１０をチャンバ１内の基板貯留室１４ｄからスパッタリング室１５内へ移送する。基板１０がスパッタリング室１５内に入った時点で、扉１６ｄを閉める。
【０２７２】
この後、スパッタリング室１５内に水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度まで加熱した後に、アルゴンと水素ガスの混合ガスを導入して所定ガス圧力，例えば１〜１０−１Ｐａとする。
基板１０は、図２７の右方向へ移送される途中のスパッタ位置１４ｃでスパッタリングされる。
【０２７３】
このとき、ターゲット４と基板スパッタ位置１４ｃとの間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２７４】
基板１０は、基板スパッタ位置１４ｃを経て、図面右方向へ移送される。基板１０が、スパッタリング室１５の右端に到達した時点で扉１６ｅを開け、基板１０を基板貯留室１４ｅに収納する。基板１０が基板貯留室１４ｅに完全に入った時点で扉１６ｅを閉める。
【０２７５】
本例の両側ロード・ロック式連続触媒スパッタリング法では、常時スパッタが行われ、基板１０上へのスパッタリングは、基板１０が、基板貯留室１４ｄから基板貯留室１４ｅに移送される途中でなされる。
この基板貯留室１４ｄと基板スパッタ位置１４ｃとの間の基板１０の移送及び基板１０へのスパッタリングを、基板貯留室１４ｄに保持された複数の基板１０について順次行う。すべての成膜が終了したら、扉１６ｅを閉じ、基板貯留室１４ｅに窒素ガスを導入して大気圧に戻し、基板１０を取り出す。
【０２７６】
（実施例９）
図２８において、薄膜形成装置Ｓの第９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２８に示す薄膜形成装置Ｓは通過型連続触媒スパッタリング装置である。
本例の薄膜形成装置は、チャンバ１内に、矩形のターゲット４と、基板１０を載置するトレー１７と、このトレー１７を移送する不図示のトレー移送手段と、ターゲット４とトレー１７の間に熱触媒体５とシャッター７を備える。図２８（ａ）は、本例のターゲット４とトレー１７を上方から見た図であり、図２８（ｂ）は、本例のターゲット４とトレー１７を横から見た図である。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２７７】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、トレー１７に複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が１０−４〜１０−５Ｐａの真空度に達した後、水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度に加熱し、チャンバ１内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、チャンバ１内圧力を例えば１〜１０−１Ｐａとする。トレー１７を、ターゲット４上を等速度で通過するように移動させてスパッタリングを行う。
【０２７８】
基板上に一様な膜厚の薄膜を形成するために、トレー１７の移送は、次の条件になるよう制御する。すなわち、基板１０の進行方向に直角なｙ方向のスパッタ原子束が基板１０の範囲内で同一になるように制御する。また、トレー１７の進行速度を一定にする。
【０２７９】
このとき、ターゲット４とトレー１７との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
スパッタリングが完了した後、次にスパッタする基板１０を載置したトレー１７について、同様の手順を繰り返す。
【０２８０】
（実施例１０）
図２９において、薄膜形成装置Ｓの第１０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２９に示す薄膜形成装置Ｓは自公転成膜方式連続触媒スパッタリング装置である。
本例の薄膜形成装置Ｓは、チャンバ１内のスパッタリング室１５に、ＲＦ電極９ｂと、このＲＦ電極９ｂと平行するようにＲＦ電極９ｂの基板１０側に設けられたターゲット４と、基板１０を載置するパレット１８と、このパレット１８を移送するパレット移送手段１９と、を備える。スパッタリング時に基板１０がセットされる位置とターゲット４との間には、不図示の熱触媒体５とシャッター７が配置される。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２８１】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、パレット１８に複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、水素ガスを導入した熱触媒体５を所定温度に加熱した後に、チャンバ１内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入する。パレット１８を図２９の矢印Ａの方向に公転させ、基板１０を図２９の矢印Ｂの方向に自転させながら、パレット移送手段１９を作動させて、基板１０を、スパッタリング室１５に導入する。
パレット１８および基板１０を回転させたまま、スパッタリングを行う。
【０２８２】
本例の薄膜形成装置Ｓによれば、パレット１８を公転させると共に基板１０を自転させながらスパッタリングを行うため、基板上に一様な膜厚の薄膜を形成することができる。
このとき、ターゲット４と基板１０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２８３】
スパッタリングが完了した後、熱触媒体５および基板１０の加熱を停止し、アルゴンガスおよび水素ガス導入を停止した後に、窒素ガスを導入し、チャンバ１内の真空を破ってパレット１８および基板１０を取り出す。
【０２８４】
（実施例１１）
図３０において、薄膜形成装置Ｓの第１１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３０に示す薄膜形成装置Ｓはプリンターのサーマルヘッドの作成に適したカルーセル型触媒スパッタリング装置である。
【０２８５】
本例の薄膜形成装置Ｓは、チャンバ１内に、基板１０を保持する基板ホルダ２０、チャンバ１内を所定の温度に保持するためのヒータ２１、スパッタが所定の条件で安定するまでターゲット４と基板１０との間を遮蔽するシャッタ−７、チャンバ１の壁面に配置される標準カソード２３、必要に応じて使用されるオプション・カソード２４、標準カソード２３またはオプション・カソード２４と基板１０との間に設けられる熱触媒体５、シャッター７と、を備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２８６】
本例の基板ホルダ２０は、図３１に示すように、１０角柱の形状からなる。なお、本例では、基板ホルダ２０を１０角柱の形状として構成したが、これに限定されるものでなく、多角柱形，円柱形等、回転させることができる他の形状として構成しても良い。基板ホルダ１０は、その側面に、１面につき３枚の基板１０を載置可能に形成される。このように、本例の基板ホルダによれば、多数の基板１０を載置することができるので、バッチ式の装置であっても生産性を高くすることができ、基板処理面積当たりの装置コストを低減することが可能となるのである。基板ホルダ２０の中心には、回転軸２５が設けられ、図示しない回転駆動機構により、基板ホルダ２０はこの回転軸２５を中心として回転可能に構成される。
【０２８７】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。まず、基板ホルダ２０に複数の基板１０をセットする。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度に加熱する。その後、チャンバ１内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入する。基板ホルダ２０を回転軸２５を中心として図３１の矢印方向に回転させ、スパッタリングを行う。
【０２８８】
本例の薄膜形成装置Ｓによれば、基板１０を回転させながらスパッタリングを行うため、基板上に一様な膜厚の薄膜を形成することができる。
このとき、ターゲット４と基板１０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２８９】
スパッタリングが完了した後、熱触媒体５と基板１０の加熱を停止し、アルゴンガスと水素ガスの供給を停止する。その後、窒素ガスを導入して真空を破り、基板ホルダ２０をチャンバ１から取り出す。その後、次にスパッタする基板１０を載置した基板ホルダ２０について、同様の手順を繰り返す。
【０２９０】
本例の薄膜形成装置Ｓは、パソコン，ワープロ等の印刷、電卓や計測器等のレコーダに用いる抵抗膜（Ｔａ２Ｎ）、電極配線薄膜（Ａｌ）、保護膜（ＳｉＯ２）、耐磨耗薄膜（Ｔａ２Ｏ５）など、薄膜タイプのサーマルヘッドやアモルファスシリコンまたはポリシリコン太陽電池の作成に好適である。
【０２９１】
（実施例１２）
図３２において、薄膜形成装置Ｓの第１２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３２に示す薄膜形成装置Ｓはマルチチャンバ触媒スパッタリング装置である。
本例の薄膜形成装置Ｓは、半導体の製造に適した薄膜形成装置であり、チャンバ１内に、ウエハの取り出し，装着を行うためのロード・ロック室２６およびバッファ室２８と、チャンバ１内でスパッタリングを行うためのスパッタリング室１５と、ウエハを複数のスパッタリング室１５に出し入れするためのセパレーション室２７と、各スパッタリング室１５内の不図示のターゲットとウエハとの間に設けられる熱触媒体と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０２９２】
本例の排気系には、オイルフリーのクライオ・ポンプを使用する。ロードロック室２６は、ウエハの取り出し、装着を行うための室である。ウエハの取り出し、装着は、ロードロック室２６とバッファ室２８との間を閉鎖してロードロック室２６のみを大気に開放して行う。ウエハの取り出し、装着が完了すると、ロードロック室を真空にする。この方式は、ロード・ロック方式と呼ばれるものであり、排気時間を短縮できると共に、スパッタリング室１５内を高真空に保つことができるので、安定した製品を得ることができるという特徴がある。本例のチャンバ１は、４つのスパッタリング室１５，セパレーション室２７，バッファ室２８，２つのロードロック室２６の合計８の独立した室からなる。これら８つの室は、それぞれ独立して排気可能に構成される。
【０２９３】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、各スパッタリング室１５内に水素ガスを導入した熱触媒体５を所定温度に加熱する。その後、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入して例えば１Ｐａとし、スタンバイの状態にする。
【０２９４】
同時に、ウエハを、２５枚を１つの図示しないカセットに収容し、このカセットを図示しないオートローダーに載せる。カセットは、オートローダーにより、ロードロック室２６に運ばれる。カセットがロードロック室２６に搬入されると、ロードロック室２６内は、独立して真空排気される。
【０２９５】
ロードロック室２６が所定の真空度に達すると、カセットは、バッファ室２８を経てセパレーション室２７に導かれる。セパレーション室２７から、予め設定された順で、４つのスパッタリング室１５にカセットが導かれ、各スパッタリング室１５でのウエハへのスパッタが行われる。
【０２９６】
スパッタ時には、ターゲットとウエハとの間に配置された熱触媒体は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０２９７】
各スパッタリング室１５におけるスパッタリングが完了した後、カセットをセパレーション室２７，バッファ室２８を経てロードロック室２６に導く。窒素ガスを導入し、ロードロック室２６の真空を破り、カセットをチャンバ１外へ取り出す。その後、次にスパッタするウエハを載置したカセットについて、同様の手順を繰り返す。
【０２９８】
なお、本例の薄膜形成装置Ｓでは、カセット・ツー・カセット（Ｃ−ｔｏ−Ｃ）方式を採用する。ここで、カセット・ツー・カセット（Ｃ−ｔｏ−Ｃ）とは、作業者がカセットを各工程に取り付けると、ウエハが自動的に装置内を搬送処理され、再びカセットに戻って収容される方式をいう。スパッタリング工程も、これらの工程の一つである。
【０２９９】
（実施例１３）
図３３において、薄膜形成装置Ｓの第１３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３３に示す薄膜形成装置Ｓは同軸マグネトロン形の低温触媒スパッタリング装置である。
【０３００】
本例の薄膜形成装置Ｓは、スパッタリング室１５内に、ターゲット４と、基板１０と、ターゲット４と基板１０との間に配設されたトラップ電極２８と、トラップ電極２８とターゲット４との間に配設された熱触媒体５と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０３０１】
本例のトラップ電極２８は、円盤状体からなり、図３３に示すように、トラップが形成されている。このトラップは、一種の格子であり、円周に沿って運動する原子はトラップされるが、ターゲット４から基板１０へ向けて直進するスパッタされた原子は通過するように構成されている。
【０３０２】
本例の薄膜形成装置Ｓによれば、磁場により電子のエネルギーを小さくすると共に電子のトラップ電極２８により電子衝撃を除去することができる。その結果、プラスチックの上にも付着強度の良い膜が、何の変形もなく付けることができる。また、スパッタ温度を上昇させることにより寸法の狂いが生じるため、スパッタ温度を上昇させることができないオングストロームオーダーの超精密部品にも成膜することが可能である。
【０３０３】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。基板１０をセットした後、排気系１ａを作動させ、スパッタリング室１５内を排気する。スパッタリング室１５内が所定真空度の１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、スパッタリング室１５内に水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度に加熱する。その後、アルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、基板１０へのスパッタを行う。
【０３０４】
スパッタ時には、ターゲット４と基板１０との間に配置された熱触媒体は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０３０５】
スパッタリングが完了した後、熱触媒体５の加熱を停止し、水素ガスおよびアルゴンガス供給を停止した後に窒素ガスを導入し、スパッタリング室１５の真空を破り、基板１０をスパッタリング室１５外へ取り出す。その後、次にスパッタする基板１０について、同様の手順を繰り返す。
【０３０６】
（実施例１４）
図３４において、薄膜形成装置Ｓの第１４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３４に示す薄膜形成装置Ｓは基板／ターゲット間の距離を長距離とした低圧触媒スパッタリング装置である。
【０３０７】
本例の薄膜形成装置Ｓは、チャンバ１内に、ターゲット４と、基板としてのウエハ３０と、ターゲット４とウエハ３０との間に配設された熱触媒体５と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０３０８】
本例のターゲット４／ウエハ３０間の距離Ｄｓｔは、一般的なスパッタリング装置の約４倍に該当する３００ｍｍとされる。このように構成することにより、磁場分布と強度が改善され、スパッタ圧を２〜３×１０−２Ｐａまで低下させることができ、その結果ボトムカバレッジを大幅に改善することができる。
【０３０９】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。ウエハ３０をセットした後、排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定の真空度１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、水素ガスを導入して熱触媒体５および基板１０を所定温度まで加熱する。その後、チャンバ１内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、ウエハ３０へのスパッタを行う。
【０３１０】
スパッタ時には、ターゲット４とウエハ３０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０３１１】
スパッタリングが完了した後、熱触媒体５と基板１０の加熱を停止してアルゴンガスおよび水素ガス供給を停止する。その後、窒素ガスを導入し、チャンバ１の真空を破り、ウエハ３０をチャンバ１外へ取り出す。その後、次にスパッタするウエハ３０について、同様の手順を繰り返す。
【０３１２】
（実施例１５）
図３５において、薄膜形成装置Ｓの第１５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３５に示す薄膜形成装置ＳはＲＦ−ＤＣ結合形バイアス触媒スパッタリング装置である。
【０３１３】
本例の薄膜形成装置Ｓは、マグネトロン電極３２と、高周波電源９ｃと、ＤＣ電源９ａとを備え、チャンバ１内に、ターゲット４と、基板としてのウエハ３０と、ターゲット４とウエハ３０との間に配設された熱触媒体５と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０３１４】
本例のマグネトロン電極３２は、１００ＭＨｚの高周波電源９ｃとＤＣ電源９ａで運転され、ウエハ３０には、１３．５６ＭＨｚのＲＦバイアスが印加される。本例の薄膜形成装置Ｓは、１００ＭＨｚ高周波電源９ｃとＤＣ電源９ａの両方でスパッタのコントロールをすることができるという利点がある。例えば、１００ＭＨｚ高周波電源９ｃを一定電力にして主としてプラズマを作り、ＤＣ電源９ａでターゲット電流を制御して、主としてスパッタ速度を制御することができる。このように、本例の薄膜形成装置Ｓによれば、ターゲットの電流とプラズマ密度を別に制御することができるので、設定できる条件の範囲が広がるという効果を奏する。
【０３１５】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。ウエハ３０をセットした後、排気系１ａを作動させ、チャンバ１内を排気する。チャンバ１内が所定の真空度１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度まで加熱する。その後、チャンバ１内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、ウエハ３０へのスパッタを行う。
【０３１６】
スパッタ時には、ターゲット４とウエハ３０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種のウエハ上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０３１７】
スパッタリングが完了した後、熱触媒体５と基板１０の加熱を停止してアルゴンガスおよび水素ガス供給を停止する。その後、窒素ガスを導入し、チャンバ１の真空を破り、ウエハ３０をチャンバ１外へ取り出す。その後、次にスパッタするウエハ３０について、同様の手順を繰り返す。
【０３１８】
（実施例１６）
図３６において、薄膜形成装置Ｓの第１６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３６に示す薄膜形成装置Ｓは高密度触媒スパッタリング装置の一種のＥＣＲ触媒スパッタリング装置である。
【０３１９】
本例の薄膜形成装置ＳはＥＣＲ放電を触媒スパッタリングに適用した例であり、プラズマを作る部屋である空洞共振器３８と、空洞共振器３８の周囲を囲むように設けられた磁気コイル３６と、空洞共振器３８にマイクロ波を導入するための方形導波管３４およびマイクロは導入窓３５と、筒状体のターゲット４と、基板１０と、基板ホルダ２０と、ターゲット４と基板１０との間に配設された熱触媒体５と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０３２０】
本例の薄膜形成装置Ｓは、ＥＣＲ放電を触媒スパッタリングに適用する装置である。ＥＣＲ放電は、空洞共振器３８に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を送り込み放電を起こすものである。空洞共振器３８の軸方向，すなわち図３６の上下方向には、磁場が印加されており、電子は磁力線の軸の周りを回転する電界により回転しながら加速される。この回転周波数とマイクロ波の周波数を最適磁束密度により一致させて共振させ、マイクロ波のエネルギーを効率よく電子に吸収させてプラズマを作る。ＥＣＲ放電によれば、冷陰極且つ高真空でプラズマを作ることができる。
【０３２１】
本例の薄膜形成装置Ｓでは、ＥＣＲプラズマの近くにおいたターゲット４に負電圧を印加して触媒スパッタリングを行うものである。本例の薄膜形成装置Ｓによれば、高密度のＥＣＲプラズマ中で、かつ低い放電圧力下で効率よく触媒スパッタリングをすることができる。
【０３２２】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。基板１０をセットした後、不図示の排気系を作動させ、不図示のチャンバの内部を排気する。チャンバ内が所定の真空度に達した後、方形導波管３４からマイクロ波を導入し、磁気コイル３６に電流を流し、空洞共振器３８中にプラズマを発生させる。同時に水素ガスを導入して熱触媒体５および基板１０を所定温度に加熱し、チャンバ内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、基板１０へのスパッタを行う。
【０３２３】
スパッタ時には、ターゲット４と基板１０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０３２４】
スパッタリングが完了した後、マイクロ波導入の停止および熱触媒体５と基板１０の加熱を停止してアルゴンガスおよび水素ガス供給を停止する。その後、窒素ガスを導入し、チャンバの真空を破り、基板１０をチャンバ外へ取り出す。その後、次にスパッタする基板１０について、同様の手順を繰り返す。
【０３２５】
（実施例１７）
図３７において、薄膜形成装置Ｓの第１７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３７に示す薄膜形成装置Ｓは対向ターゲット触媒スパッタリング装置である。
【０３２６】
本例の薄膜形成装置Ｓは、平行に対向して設けられた２つのターゲット４，４と、２つのターゲット４，４の一方の端部側にターゲット４，４に垂直に設けられた基板１０と、ターゲット４，４の上または下に配置された永久磁石１２と、ターゲット４および永久磁石１２を囲むように設けられたアノード４０と、ターゲット４と基板１０との間に配設された熱触媒体５と、シャッター７とを備える。本例の薄膜形成装置Ｓのその他の構成は、上記実施例１に係る薄膜形成装置Ｓと同様である。
【０３２７】
本例の薄膜形成装置Ｓでは、イオン衝撃によりターゲットから放出された電子は、磁力線Ｂ０の間に閉じこめられ、高密度プラズマを発生する。この装置は、基板４をプラズマの外におくことができ、低い圧力でスパッタを行うことができるという特徴を有する。
【０３２８】
本例の薄膜形成装置Ｓの動作について説明する。基板１０をセットした後、不図示の排気系を作動させ、不図示のチャンバの内部を排気する。チャンバ内が所定の真空度１０−４〜１０−５Ｐａに達した後、水素ガスを導入して熱触媒体５を所定温度まで加熱する。チャンバ内にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを導入し、基板１０へのスパッタを行う。
【０３２９】
スパッタ時には、ターゲット４，４と基板１０との間に配置された熱触媒体５は、熱分解反応および触媒反応による活性化水素イオンＨ＊の生成および輻射熱を通じて、堆積種の基板上での泳動及び生成過程の薄膜中での拡散を促進し、バルクに近い結晶の薄膜形成を促進するという作用をする。
【０３３０】
スパッタリングが完了した後、高密度プラズマを停止し、熱触媒体５と基板１０の加熱を停止してアルゴンガスおよび水素ガス供給を停止する。その後、窒素ガスを導入し、チャンバの真空を破り、基板１０をチャンバ外へ取り出す。その後、次にスパッタする基板１０について、同様の手順を繰り返す。
【０３３１】
（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３８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、触媒スパッタリング法により、熱触媒体を加熱して触媒作用が可能な状態にしておき、図１８に示すガス導入形態で、保護膜用の窒化シリコン膜２１１及び酸化シリコン膜２１２、ポリシリコン膜２１３、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２１４を成膜する。
【０３３２】
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。触媒スパッタリング法を採用した場合、ポリシリコン膜や絶縁膜形成過程における基板温度は、２００〜５５０℃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、５００ｍｍ×６００ｍｍの大きさで、０．５〜１．１ｍｍ厚さとされる。
【０３３３】
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、一般的なシリコンウェハと同様のオリエンテーション・フラット（オリフラ）を付けた直径１５ｃｍ〜３０ｃｍの大きさで、７００〜８００μｍ厚さとされる。
【０３３４】
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。
本例の薄膜形成装置は、相互に扉で仕切られた第１〜第４のチャンバを備える。第１〜第４のチャンバは、順次隣接して線状に並ぶように配置され、基板１０が第１〜第４のチャンバ内を順に通過可能に形成される。なお、中央にセパレーション室２７が形成され、その周囲に放射状に第１〜第４のチャンバが配置されるように構成しても良い。
【０３３５】
まず、第１工程で、図１８に示すガス導入形態により、第１のチャンバ内で窒化シリコン膜を成膜する。このとき、ターゲット４として、窒化シリコンからなるターゲット４を用いる。また、基板１０は、所定温度（２００〜５５０℃）まで加熱する。
本例では、窒化シリコン膜２１１を、５０〜２００（ｎｍ）の厚さに形成する。
【０３３６】
上記保護膜用の窒化シリコン膜２１１は、基板１０としてほうけい酸またはアルミノけい酸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。
【０３３７】
次に、基板１０を、第２のチャンバに移送し、第２工程で、図１８に示すガス導入態様により、保護膜用の酸化シリコン膜２１２を形成する。本例では、酸化シリコン膜２１２を、５０〜１００（ｎｍ）の厚さに形成する。
次に、基板１０を、第３のチャンバに移送し、第３工程で、図１８に示すガス導入態様により、ポリシリコン膜２１３を形成する。
【０３３８】
このとき、ターゲット４として、シリコンからなるターゲットを用いる。本例では、ポリシリコン膜２１３を、５０〜１００（ｎｍ）の厚さに形成する。
【０３３９】
一般に、低温（２００〜５５０℃）でシリコンをスパッタリングすると、アモルファスシリコン膜が形成されるが、本発明では、熱触媒体によりシリコン分子／原子に高いエネルギーが付与されるので、ポリシリコン膜が形成されることとなる。
【０３４０】
ポリシリコン膜２１３が形成されたら、基板１０を、第４のチャンバに移送し、第４工程として、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２１４を成膜する。
成膜後は、窒素ガスを導入してチャンバ1内の真空を破り、基板１０を取り出す。
こうして、絶縁基板１０上に保護膜用の窒化シリコン膜および酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，ゲート絶縁膜の酸化シリコン膜を連続成膜する。
【０３４１】
なお、本例では、マルチチャンバを用いて化合物（窒化物，酸化物等）ターゲットによるリアクティブ・スパッタを行うように構成したが、シリコンからなるターゲットを用い、窒素，酸素等の反応性ガスをアルゴンに混合させてスパッタリングを行うように構成しても良い。このようにすると、シングルチャンバでスパッタリングを行うことができる。
【０３４２】
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５工程として、図３９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、ボロンイオンＢ＋）を、例えば、１０ｋｅＶで２〜３×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ１とする。
【０３４３】
次いで、第６工程として、図４０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、１０ｋｅＶで１〜２×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ２とする。
【０３４４】
次いで、第７工程では、図４１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２１６を、触媒スパッタリング法で、例えば、厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
【０３４５】
まず、チャンバ１内に基板１０およびモリブデン／タンタルからなる合金ターゲット４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（２００〜５５０℃）まで加熱する。次いで、チャンバ１内に水素ガスを供給する。水素ガスは、熱触媒体５との接触により活性化されて、一部が活性化水素イオンＨ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
【０３４６】
次に、モリブデン／タンタル合金膜２１６を形成する。水素ガスが供給されているチャンバ１内に、不活性ガスとしてのアルゴンガスを導入する。チャンバ１内では、イオン化されたアルゴンイオンおよび活性化水素イオンが、ターゲット４に衝突し、ターゲット４から薄膜原料であるモリブデン原子およびタンタル原子がスパッタされる。これらの原子は、熱触媒体５の近傍を通過する時に熱エネルギーが付与されながら基板１０に到達し、基板１０の一主面に、高品質のモリブデン／タンタル合金膜２１６が形成される。本例では、モリブデン／タンタル合金膜２１６が４００（ｎｍ）形成される。
【０３４７】
このとき、チャンバ１内でのアルゴン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させ、モリブデン／タンタル合金膜２１６を高速で成膜するように構成してもよい。
成膜後は、アルゴンガスをカットし、熱触媒体を問題ない温度まで冷却して、水素ガスの導入を停止する。その後、窒素ガスを導入してチャンバ1内の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０３４８】
次いで、第８工程では、図４２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２１６をゲート電極２１７の形状にエッチングし、更に、フォトレジストｒ３を除去する。
【０３４９】
次いで、第９工程では、図４３に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２１７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、２０〜３０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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秒間の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。
【０３５０】
次いで、第１０工程では、図４４に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２１７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、１０〜２０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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秒間の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。
【０３５１】
次いで、第１１工程では、図４５に示すように、全面に本発明の触媒スパッタリング法によって、酸化シリコン膜２１９を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２２０を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２２１を１００〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。
【０３５２】
次いで、第１２工程では、図４６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、触媒スパッタリング法により、１５０℃で１μｍの厚みに堆積し、これをパターンエッチングして、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。
【０３５３】
（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、触媒スパッタリング法により、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、汎用フォトリ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。
【０３５４】
次に、触媒スパッタリング法により、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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０３５５】
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。
【０３５６】
まず、チャンバ１内に基板１０およびモリブデン／タンタルからなる合金ターゲット４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１０−４〜１０−５Ｐａ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（２００〜５５０℃）まで加熱する。次いで、チャンバ１内に水素ガスを供給する。水素ガスは、熱触媒体５との接触により活性化されて、一部が活性化水素イオンＨ＊となり、基板１０の表面のクリーニングがなされる。
【０３５７】
次に、厚さ３００〜４００（ｎｍ）のモリブデン／タンタル合金膜２１６を、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により成膜する。
その後、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。
【０３５８】
次いで、第２工程〜第６工程で、第１〜第４チャンバを備えるマルチチャンバ１内において、図１８に示すガス導入態様により、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。
【０３５９】
第２工程では、排気系１ａを動作させてマルチチャンバ１内を所定圧力１０−４〜１０−５Ｐａ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２００〜５５０℃まで加熱する。
【０３６０】
次いで、第３工程で、図１８に示すガス導入形態により、第１のチャンバ内で５０〜１００（ｎｍ）の厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を成膜する。このとき、ターゲット４として、窒化シリコンからなるターゲット４を用いる。
【０３６１】
次に、基板１０を、第２のチャンバに移送し、第４工程では、図１８に示すガス導入態様により、５０〜１００（ｎｍ）の厚さのボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２１２を形成する。
【０３６２】
次に、基板１０を、第３のチャンバに移送し、第５工程では、図１８に示すガス導入態様により、シリコンからなるターゲットを用い、５０〜１００（ｎｍ）の厚さのポリシリコン膜２１３を形成する。
【０３６３】
次に、基板１０を、第４のチャンバに移送し、第６工程として、保護膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
成膜後は、窒素ガスを導入してチャンバ1内の真空を破り、基板１０を取り出す。
【０３６４】
こうして、絶縁基板１０上に保護膜の窒化シリコン膜およびボトムゲート絶縁膜の酸化シリコン膜，ポリシリコン膜，保護膜の酸化シリコン膜を成膜する。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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０３６５】
（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、汎用フォトリ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。
【０３６６】
次に、触媒スパッタリング法により、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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０３６７】
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、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により、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。
【０３６８】
次いで、第２工程乃至第６工程で、上記具体的実施例２の第２工程乃至第６工程と同様の手順により、基板１０上に保護膜用の窒化シリコン膜（５０〜１００（ｎｍ）），ボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜（５０〜１００（ｎｍ）），ポリシリコン膜（５０〜１００（ｎｍ）），トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜（５０〜１００（ｎｍ））を成膜する。
【０３６９】
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、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により、上記モリブデン／タンタル合金の触媒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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０３７０】
（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、触媒スパッタリング法により半導体膜（単結晶シリコン膜）とゲート絶縁膜（酸化シリコン膜）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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０３７１】
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、図４７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２１０ａ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ｄ１００〜３００ｎｍ、幅ｗ５．０〜１０．０μｍに形成される。
【０３７２】
次いで、第２工程で、図４８に示すように、基板１０上に単結晶シリコン膜を形成する。単結晶シリコン膜は、シリコンからなるターゲット４を用い、図１０に示すガス導入態様により、上述の実施例１のポリシリコン膜形成の場合と同様の手順により形成する。このときに、段差２１０ａ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２２２を数μｍ〜０．００５μｍ（例えば５０〜１００ｎｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
【０３７３】
基板１０上に堆積した単結晶シリコン膜２２２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を、触媒スパッタリングに適用したものである。上記段差２１０ａ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。
【０３７４】
単結晶シリコン膜２２２が形成されたら、図４９に示すように、第３工程として、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順でゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２２３を成膜する。
【０３７５】
こうして、触媒スパッタリング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２２２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。
【０３７６】
第４工程として、図５０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、ボロンイオンＢ＋）を、例えば、１０〜２０ｋｅＶで２〜３×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ１とする。
【０３７７】
次いで、第５工程として、図５１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、１０〜２０ｋｅＶで１〜２×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ２とする。
【０３７８】
次いで、第６工程で、図５２に示すように、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により、ゲート電極材料としてのモリブデン／タンタル合金膜２２４を、厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
【０３７９】
次いで、第７工程では、図５３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２２４をゲート電極２２５の形状にパターンエッチングし、フォトレジストｒ４を除去する。
【０３８０】
次いで、第８工程では、図５４に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２２５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、２０〜３０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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℃で約２０秒間の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。
【０３８１】
次いで、第９工程では、図５５に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２２５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、１０〜２０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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℃で約２０秒間の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。
【０３８２】
次いで、第１０工程では、図５６に示すように、全面に本発明の触媒スパッタリング法によって、酸化シリコン膜２２７を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２２８を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２２９を、例えば、１５０〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。このとき、酸化シリコン膜２２７は、図１４に示すガス導入態様により、上記実施例１の手順で成膜する。また、ＰＳＧ膜２２８は、ＰＳＧからなるターゲット４を用い、図１０に示すガス導入態様により、上記実施例１の手順で成膜する。窒化シリコン膜２２９は、図１２に示すガス導入態様により、上記実施例１の手順で成膜する。
【０３８３】
次いで、第１１工程では、図５７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本発明の触媒スパッタリング法等によって１５０℃で１μｍの厚みに堆積し、これをパターンエッチングして、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。
【０３８４】
（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、本発明の触媒スパッタリング法により、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、汎用フォトリ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。
【０３８５】
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、触媒スパッタリング法により、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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０３８６】
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、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により、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。
【０３８７】
次いで、図１２に示すガス導入態様により、上述の実施例１と同様の手順で、５０〜２００（ｎｍ）厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。
次いで、図１４に示すガス導入態様により、上述の実施例１と同様の手順で、５０〜１００（ｎｍ）厚さのボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。
【０３８８】
次いで、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に深さｄ５０〜２００ｎｍ、幅ｗ２〜３μｍの段差１０ａを複数個形成する。
【０３８９】
フォトレジストの除去後に、本発明の触媒スパッタリング法により、基板１０上に単結晶シリコン膜を成膜する。単結晶シリコン膜は、シリコンからなるターゲット４を用い、図１０に示すガス導入態様により、上述の実施例１のポリシリコン膜形成の場合と同様の手順により形成する。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５０〜１００ｎｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
単結晶シリコン膜が形成されたら、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順で保護膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
【０３９０】
こうして、触媒スパッタリング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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０３９１】
なお、本例では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６工程で行うゲート電極層の形成と、第７工程で行うゲート電極形状の形成は、不要となる。
【０３９２】
（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。
【０３９３】
ボトムゲート電極には、汎用フォトリ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、触媒スパッタリング法により、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て単結晶シリコン膜を形成する。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，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０３９４】
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、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順により、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。
【０３９５】
次いで、第２工程で、図１２に示すガス導入態様により、上述の実施例１に示す手順で５０〜２００（ｎｍ）厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。
【０３９６】
次いで、第３工程では、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順で５０〜１００（ｎｍ）厚さのゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
次いで、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、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に深さｄ５０〜１００ｎｍ、幅ｗ２〜３μｍの段差１０ａを複数個形成する。
【０３９７】
フォトレジストの除去後に、本発明の触媒スパッタリング法により、基板１０上に単結晶シリコン膜を成膜する。単結晶シリコン膜は、シリコンからなるターゲット４を用い、図１０に示すガス導入態様により、上述の実施例１のポリシリコン膜形成の場合と同様の手順により形成する。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５０〜１００ｎｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
単結晶シリコン膜が形成されたら、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順で保護膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
【０３９８】
単結晶シリコン膜が形成されたら、連続して触媒スパッタリング法により、図１４に示すガス導入態様により実施例１に示す手順で、トップゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
【０３９９】
次いで、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、本発明の触媒スパッタリング法により、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順で、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。
【０４００】
こうして、触媒スパッタリング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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０４０１】
（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、触媒スパッタリング法により、単結晶半導体（単結晶シリコン等）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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０４０２】
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、本発明の触媒スパッタリング法により、図１２に示すガス導入態様で、上述の実施例１に示す手順により、５０〜２００（ｎｍ）厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。
次いで、第２工程で、本発明の触媒スパッタリング法により、結晶性サファイア薄膜（厚さ５〜２００（ｎｍ））２５０を形成する。結晶性サファイア薄膜２５０は、単結晶サファイアをターゲット４とし、図１４に示すガス導入態様により、上述の実施例１の酸化シリコンを成膜する場合と同様の手順で作製する。
【０４０３】
次いで、第３工程で、単結晶シリコン膜２２２を形成する。単結晶シリコン膜２２２は、シリコンからなるターゲット４を用い、図１０に示すガス導入態様により、上述の実施例１のポリシリコン膜形成の場合と同様の手順により形成する。このときに、図５９に示すように、結晶性サファイア薄膜２５０上に、全面に単結晶シリコン膜２２２を、０．００５μｍ〜数μｍ（例えば、５０〜１００ｎｍ）の厚みに、エピタキシャル成長させる。
【０４０４】
このようにして、シリコンは、結晶性サファイア薄膜２５０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、５０〜１００ｎｍ程度の単結晶シリコン膜２２２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２５０上にエピタキシー成長する。
【０４０５】
単結晶シリコン膜２２が形成されたら、図６０に示すように、第４工程として、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順でゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜２２３を成膜する。
【０４０６】
こうして、触媒スパッタリング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２２２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。
【０４０７】
第５工程として、図６１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、ボロンイオンＢ＋）を、例えば、１０〜２０ｋｅＶで２〜３×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ１とする。
【０４０８】
次いで、第６工程として、図６２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、１０〜２０ｋｅＶで１〜２×１０１１ａｔｏｍｓ／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ｌ２とする。
【０４０９】
次いで、第７工程では、図６３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２２４を、本発明の触媒スパッタリング法によって、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順で、厚さ４００（ｎｍ）に堆積させる。
【０４１０】
次いで、第８工程では、図６４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２２４をゲート電極２２５の形状にパターンエッチングし、フォトレジストｒ３を除去する。
【０４１１】
次いで、第９工程では、図６５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、２０〜３０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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℃で約２０秒間の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。
【０４１２】
次いで、第１０工程では、図６６に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＴＦＴ及びゲート電極２２５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、１０〜２０ｋｅＶで１〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／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℃で約２０秒間の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。
【０４１３】
次いで、第１１工程では、図６７に示すように、本発明の触媒スパッタリング法により全面、酸化シリコン膜２２７を、例えば５０〜１００（ｎｍ）厚、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜２２８を、例えば２００〜３００（ｎｍ）厚、窒化シリコン膜２２９を、例えば、１５０〜２００（ｎｍ）厚に成膜する。
【０４１４】
次いで、第１２工程では、図６８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本発明の触媒スパッタリング法等によって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。
【０４１５】
（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、汎用フォトリ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。
【０４１６】
また、基板１０の少なくともＴＦＴ形成領域に、触媒スパッタリング法により、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（単結晶シリコン等）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て単結晶半導体を形成する。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，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０４１７】
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、本発明の触媒スパッタリング法により、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順で、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。
【０４１８】
次いで、第２工程で、本発明の触媒スパッタリング法により、図１２に示すガス導入態様で、上述の実施例１に示す手順で、５０〜２００（ｎｍ）厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。
【０４１９】
次いで、第３工程では、本発明の触媒スパッタリング法により、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す手順で５０〜１００（ｎｍ）厚さのボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。
次いで、第４工程では、チャンバ１において、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、本発明の触媒スパッタリング法により、結晶性サファイア薄膜（厚さ５〜２００（ｎｍ））を形成する。
【０４２０】
次いで、第５工程で、本発明の触媒スパッタリング法により、単結晶シリコン膜を形成する。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、５０〜１００ｎｍ）の厚みにヘテロエピタキシャル成長させる。
【０４２１】
このようにして、シリコンは、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、５０〜１００ｎｍ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、サファイア薄膜上にエピタキシー成長する。
【０４２２】
単結晶シリコン膜が形成されたら、第７工程として、本発明の触媒スパッタリング法により、保護膜用の酸化シリコン膜を連続成膜する。
こうして、本発明の触媒スパッタリング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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０４２３】
（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、触媒スパッタリング法により、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、基板の活性化水素イオン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（単結晶シリコン等）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、触媒スパッタリング法により、単結晶半導体（単結晶シリコン等）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。
基板１０の材質，大きさ等は、上記具体的実施例１と同様の基準により選択される。
【０４２４】
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、本発明の触媒スパッタリング法により、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順で、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。
【０４２５】
次いで、第２工程で、本発明の触媒スパッタリング法により、図１２に示すガス導入態様で、上述の実施例１に示す手順で、５０〜２００（ｎｍ）厚さの保護膜用の窒化シリコン膜を形成する。
【０４２６】
次いで、第３工程では、本発明の触媒スパッタリング法により、図１４に示すガス導入態様で、実施例１に示す手順で、５０〜１００（ｎｍ）厚さのボトムゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を形成する。
【０４２７】
次いで、第４工程では、チャンバ１において、単結晶半導体（単結晶シリコン等）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、本発明の触媒スパッタリング法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、単結晶サファイアをターゲット４とし、図１４に示すガス導入態様により、上述の実施例１で酸化シリコンを成膜する場合と同様の手順で作製する。
【０４２８】
次いで、第５工程で、単結晶シリコン膜は、シリコンからなるターゲット４を用い、本発明の触媒スパッタリング法により、図１０に示すガス導入態様により、上述の実施例１のポリシリコン膜形成の場合と同様の手順により形成する。触媒スパッタリング法によって、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、５０〜１００ｎｍ）の厚みにヘテロエピタキシャル成長させる。
【０４２９】
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、５０〜１００ｎｍ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。
【０４３０】
単結晶シリコン膜が形成されたら、第６工程として、本発明の触媒スパッタリング法により、図１４に示すガス導入態様により、実施例１に示す酸化シリコン膜作成手順で、ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜を成膜する。
第７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、本発明の触媒スパッタリング法によって、上記具体的実施例１の第７工程と同様の手順で、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。
【０４３１】
こうして、触媒スパッタリング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。必要に応じて、第２工程から第７工程まで、つまり窒化シリコン膜，ボトムゲート酸化シリコン膜，結晶性サファイア膜，単結晶シリコン膜，トップゲート絶縁膜の酸化シリコン膜を同一薄膜形成装置のマルチチャンバーで連続成膜してもよいが、少なくともボトムゲート絶縁膜の酸化シリコン膜，結晶性サファイア膜，単結晶シリコン膜，トップゲート絶縁膜の酸化シリコン膜に連続成膜するのが特性，品質面で良好である。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，ソース，ドレイン領域とするＭＯＳＴＦＴの作製を行う。
【０４３２】
【発明の効果】
本発明の薄膜形成方法によれば、触媒スパッタリング法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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図７】本発明に係る熱触媒体の一例を示す説明図である。
【図８】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９】ガスの供給方法の一例を示す説明図である。
【図１０】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１１】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１２】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１３】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１４】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１５】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１６】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１７】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１８】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図１９】チャンバへのガス導入形態を示すグラフ図である。
【図２０】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２１】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２２】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２３】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２４】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２５】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２６】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２７】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２８】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図２９】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３０】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３１】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３２】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３３】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３４】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３５】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３６】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３７】薄膜形成装置の他の実施例を示す説明図である。
【図３８】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図３９】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４０】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４１】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４２】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４３】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４４】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４５】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４６】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４７】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４８】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図４９】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５０】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５１】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５２】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５３】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５４】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５５】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５６】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５７】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５８】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図５９】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６０】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６１】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６２】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６３】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６４】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６５】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６６】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６７】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【図６８】本発明の実施例における薄膜形成方法及び薄膜装置の製造方法のプロセスを示す説明図である。
【符号の説明】
１，Ａ，Ｂ，Ｃ  チャンバ
１ａ  排気系
２  サセプタ
２ａ  上面
２ｂ  ヒータ
２ｃ  ヒータ電源
３  ガス導入系
３ｃ  手動バルブ
３ｄ  自動バルブ
３ｅ  三方弁
４  ターゲット
４ａ  穴
４ｂ  斜面
５  熱触媒体
５ａ  加熱手段
５ｂ  熱触媒体ホルダー
５ｂ  接続線
６  レール
７  シャッター
８ａ  反応ガス供給ボックス
８ｂ  ベルト
９  ＤＣ電極
９ａ  ＤＣ電源
９ｂ  ＲＦ電極
９ｃ  高周波電源
９ｄ  整合回路
１０  基板
１２，１２ａ，１２ｂ  永久磁石
１３  コリメータ
１３ａ  コリメータヒータ電源
１４ａ，１４ｂ  基板ため込み部
１４ｄ，１４ｅ  基板貯留室
１４ｃ  基板スパッタ位置
１５  スパッタリング室
１６，１６ｄ，１６ｅ  扉
１７  トレー
１８  パレット
１９  パレット移送手段
２０  基板ホルダ
２１  ヒータ
２３  標準カソード
２４  オプション・カソード
２５  回転軸
２６  ロード・ロック室
２７  セパレーション室
２８  トラップ電極
２９  電子軌道
３０  ウエハ
３１  磁石回転モニタ
３２  マグネトロン電極
３３  ローパスフィルタ
３４  方形導波管
３５  マイクロ波導入窓
３６  磁気コイル
３７  ターゲット電源
３８  空洞共振器
３９  プラズマ
４０  アノード
２１０ａ  段差
２１１，２１５，２２１，２２９  窒化シリコン膜
２１２，２１９，２２３，２２７  酸化シリコン膜
２１３  ポリシリコン膜
２１４  ゲート絶縁膜用の酸化シリコン膜
２１６，２２４モリブデン／タンタル合金膜
２１７，２５０  ゲート電極
２２０，２２８  リンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜
２２２  単結晶シリコン膜
２５０  サファイア薄膜
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５，ｒ６  フォトレジスト
ｌ１  シリコン層
ｌ２  ポリシリコン層のＮ型化したシリコン層
Ｓ  ソース電極
Ｄ  ドレイン電極
Ｓ１  Ｎ＋型ソース領域
Ｄ１  ドレイン領域
Ｇ  ゲート取出し電極又は配線
Ｓ２  Ｐ＋型ソース領域
Ｄ２  ドレイン領域
【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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