(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶基板の表面にシリコンカーバイドの単結晶薄膜を均一なドーピング濃度と膜厚で成膜することのできる単結晶成膜方法を提供する。【解決手段】縦型反応器１２内に設けられた支持台１６上に結晶基板１８を配置し、支持台１６を回転させながら結晶基板１８の中央部に、中央部導入口２０ａよりシリコン原料ガスとカーボン原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガス２２を導入するとともに、結晶基板１８の外周部にも、外周部導入口２０ｂより前記反応ガス２２を導入し、前記結晶基板の表面にシリコンカーバイドの単結晶薄膜を成膜する単結晶成膜方法において、前記中央部導入口２０ａより導入される反応ガスと前記外周部導入口２０ｂより導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することにより、単結晶薄膜の膜厚やドーピング濃度のばらつきを防止することができる。【選択図】図１
2010037157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に限定された空間を有する縦型反応器内に設けられた支持台上に、結晶基板を配置する工程と、
前記結晶基板が配置された支持台を動力手段によって回転させる工程と、
前記動力手段により回転された支持台上の結晶基板の中央部に、中央部導入口よりシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガスを導入するとともに、同様に前記結晶基板の外周部に、外周部導入口より前記反応ガスを導入する工程と、
前記縦型反応器内の支持台を加熱手段で加熱することで、支持台に配置された結晶基板を加熱する工程と、
加熱された前記結晶基板の表面に前記反応ガスの成分元素あるいは化合物を連続的に析出成長させ、これにより前記結晶基板の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有する単結晶成膜方法であって、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする単結晶成膜方法。
【請求項２】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が高い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の単結晶成膜方法。
【請求項３】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の１０１％〜１０００％の範囲内に設定することを特徴とする請求項２に記載の単結晶成膜方法。
【請求項４】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が低い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の単結晶成膜方法。
【請求項５】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の５％〜９９％の範囲内に設定することを特徴とする請求項４に記載の単結晶成膜方法。
【請求項６】
内部に限定された空間を有する縦型反応器内に設けられた支持台上に、結晶基板を配置
する工程と、
前記結晶基板が配置された支持台を動力手段によって回転させる工程と、
前記動力手段により回転された支持台上の結晶基板の中央部に、中央部導入口よりシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガスを導入するとともに、同様に前記結晶基板の外周部に、外周部導入口より前記反応ガスを導入する工程と、
前記縦型反応器内の支持台を加熱手段で加熱することで、支持台に配置された結晶基板を加熱する工程と、
加熱された前記結晶基板の表面に前記反応ガスの成分元素あるいは化合物を連続的に析出成長させ、これにより前記結晶基板の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有する単結晶成膜方法であって、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスのキャリアガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が含まれているか、および／または、シリコン（Ｓｉ）原料ガス中に塩素（Ｃｌ）が含まれている場合、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする単結晶成膜方法。
【請求項７】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜される単結晶薄膜の成長速
度が、前記結晶基板の中央部に比べて外周部の方が速い場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値と、前記中央部導入口よ
り導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定することを特徴と
する請求項６に記載の単結晶成膜方法。
【請求項８】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜される単結晶薄膜の成長速
度が、前記結晶基板の中央部に比べて外周部の方が遅い場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値と、前記中央部導入口よ
り導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定することを特徴と
する請求項６に記載の単結晶成膜方法。
【請求項９】
前記反応ガスを導入する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の単結晶成膜方法。
【請求項１０】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が高い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定することを特徴とする請求項９に記載の単結晶成膜方法。
【請求項１１】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より
導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の１０１％〜１０００％の範囲内に設定することを特徴とする請求項１０に記載の単結晶成膜方法。
【請求項１２】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が低い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定することを特徴とする請求項９に記載の単結晶成膜方法。
【請求項１３】
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の５％〜９９％の範囲内に設定することを特徴とする請求項１２に記載の単結晶成膜方法。
【請求項１４】
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスを結晶基板の中央部に導入する中央部導入口は、前記結晶基板の中心部の直上に位置決めされ、
前記反応ガスを結晶基板の外周部に導入する外周部導入口は、前記中央部導入口の位置から結晶基板の外周方向に向かって所定の距離離間した位置に位置決めされていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の単結晶成膜方法。
【請求項１５】
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスを結晶基板の中央部に導入する中央部導入口は、前記結晶基板の中心部の直上よりも結晶基板の外周方向に向かって所定の距離離間して位置決めされ、
前記反応ガスを結晶基板の外周部に導入する外周部導入口は、前記中央部導入口の位置から結晶基板の外周方向に向かってさらに所定の距離離間した位置に位置決めされていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の単結晶成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被成膜対象となる結晶基板の表面に単結晶薄膜を成膜する単結晶成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界強度が約１０倍であり、この他に熱伝導率、電子移動度、バンドギャップなどにおいても優れた物性値を有する半導体であることから、従来のシリコン系パワー半導体素子に比べて飛躍的な性能向上を実現する半導体材料として期待されている。
【０００３】
このため、結晶基板の表面に半導体用シリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を形成するための装置の開発が盛んに行われており、例えば特許文献１にこのような装置が開示されている。
【０００４】
このような単結晶成膜装置１００は、図７に示したように縦型反応器１０２内に回転軸１０４上に固定された支持台（サセプタともいう）１０６が配置されており、また支持台１０６の下部には支持台１０６を介して結晶基板１０８を加熱するためのヒータ１１０が設置されている。
【０００５】
さらに、縦型反応器１０２の上方には、例えばシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとキャリアガスとを混合した反応ガス１１２を供給するための反応ガス導入口１１４が形成され、反応ガス導入口１１４の下方には反応ガス導入口１１４内の圧力を一定にしたり、上記の反応ガス１１２のうち、未反応ガスを排気するための排気口１１６が設けられている。
【０００６】
そして、回転軸１０４を介して支持台１０６を回転させることにより、支持台１０６上の結晶基板１０８を回転させ、同時にヒータ１１０で縦型反応器１０２内部を加熱し、反応ガス導入口１１４より反応ガス１１２を供給することにより、結晶基板１０８の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を形成することができるようになっている。
【０００７】
ところで、反応ガス１１２を結晶基板１０８の中心部の直上から結晶基板１０８の表面に噴きつけた場合、結晶基板１０８に形成されるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜は回転軸１０４の中心に近いほど早く成長することとなる。このため、結晶基板１０８の半径方向において、単結晶薄膜の成長速度が結晶基板１０８の中心部から外周部に向かうに従って遅くなり、単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生ずる場合があった。
【０００８】
また、反応ガス１１２の原料であるシリコン（Ｓｉ）原料ガスやカーボン（Ｃ）原料ガスは、分解反応の進み具合に違いがあるため、縦型反応器１０２内部に温度分布があると、原料ガスの分解反応にも分布が生じ、その結果、反応種の濃度比が縦型反応器１０２内でばらつく場合もあった。
【０００９】
さらに、大径の結晶基板１０８に伴い、大型の縦型反応器１０２を用いる場合には、支持台１０６上での温度分布が顕著になってくるため、反応種濃度のばらつきも大きくなる。
【００１０】
また、単結晶薄膜内の点欠陥密度は、単結晶薄膜の成長温度やカーボン（Ｃ）原料の濃
度に影響を受けることが知られているので、点欠陥にもばらつきが生ずると考えられる。
このようなばらつきをなくすため、特許文献２では図８に示したように、縦型反応器２０２の頂部に設けられた反応ガス導入口を、結晶基板２０８の中心部の直上に位置する中央部導入口２１４ａと、結晶基板２０８の外周部の直上に位置する外周部導入口２１４ｂの２種類から構成し、それぞれの位置から結晶基板２０８に向けて反応ガス２１２を供給するようにし、さらにこの反応ガス２１２の流量、濃度をそれぞれに調整手段２１６ａ，２１６ｂを介して調節変化させるようにした単結晶成膜装置２００が開示されている。なお、図中の符号２０６は結晶基板２０８を載置する支持台であり、符号２０４は支持台２０６を回転させるための回転軸である。
【００１１】
このような単結晶成膜装置２００を用いれば、結晶基板２０８上に成膜された単結晶薄膜が、結晶基板２０８の中心部と外周部のいずれの箇所でも均一のドーピング濃度と膜厚となるように形成可能とのことである。
【特許文献１】特開平５−３３５２５３号公報
【特許文献２】特開２００１−３５１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このような単結晶成膜装置２００では、反応ガス２１２の流量や濃度をそれぞれに調整可能ではあるものの、具体的な調整方法について開示されていないため、未だ単結晶薄膜の成長速度のばらつきを確実に抑えるには至らないものであった。
【００１３】
このため、具体的にどのように反応ガスを調整すれば、結晶基板上にばらつきのない単結晶薄膜を形成することができるのかを解明することが求められている。
本発明は、このような現状に鑑み、結晶基板の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を形成するに当たり、結晶基板の表面に形成されるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生じることがなく、単結晶薄膜を均一なドーピング濃度と膜厚で成膜することのできる単結晶成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明の単結晶成膜方法は、
内部に限定された空間を有する縦型反応器内に設けられた支持台上に、結晶基板を配置する工程と、
前記結晶基板が配置された支持台を動力手段によって回転させる工程と、
前記動力手段により回転された支持台上の結晶基板の中央部に、中央部導入口よりシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガスを導入するとともに、同様に前記結晶基板の外周部に、外周部導入口より前記反応ガスを導入する工程と、
前記縦型反応器内の支持台を加熱手段で加熱することで、支持台に配置された結晶基板を加熱する工程と、
加熱された前記結晶基板の表面に前記反応ガスの成分元素あるいは化合物を連続的に析出成長させ、これにより前記結晶基板の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有する単結晶成膜方法であって、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする。
【００１５】
このようにＣ／Ｓｉ比を異ならせ、複数の位置から反応ガスを縦型反応器内に導入すれば、単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生じることがなく、均一なドーピング濃度と膜厚を有するＳｉＣ単結晶薄膜を結晶基板の表面に形成することができる。
【００１６】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が高い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定することを特徴とする。
【００１７】
このように中央部導入口より導入される反応ガスと外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が高い状態である場合、外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きくすれば、結晶基板の表面にドーピング濃度と膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
【００１８】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の１０１％〜１０００％の範囲内に設定することを特徴とする。
【００１９】
このような範囲にＣ／Ｓｉ比の値を設定すれば、結晶基板の表面にドーピング濃度と膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。なお、この範囲において特に上限値を超えた場合には、単結晶薄膜を形成することが困難である。
【００２０】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、前記結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が低い状態である場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定することを特徴とする。
【００２１】
このように単結晶薄膜を成膜する工程において、中央部導入口より導入される反応ガスと外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比が同一であり、結晶基板の表面に成膜された単結晶薄膜が、結晶基板の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が低い状態である場合、外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比よりも小さくすれば、結晶基板の表面にドーピング濃度と膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定する場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、前記中央部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値の５％〜９９％の範囲内に設定することを特徴とする。
【００２３】
このような範囲にＣ／Ｓｉ比の値を設定すれば、結晶基板の表面にドーピング濃度と膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。なお、この範囲において、下限値を超えた場合には、単結晶薄膜を形成することが困難である。
【００２４】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
内部に限定された空間を有する縦型反応器内に設けられた支持台上に、結晶基板を配置する工程と、
前記結晶基板が配置された支持台を動力手段によって回転させる工程と、
前記動力手段により回転された支持台上の結晶基板の中央部に、中央部導入口よりシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガスを導入するとともに、同様に前記結晶基板の外周部に、外周部導入口より前記反応ガスを導入する工程と、
前記縦型反応器内の支持台を加熱手段で加熱することで、支持台に配置された結晶基板を加熱する工程と、
加熱された前記結晶基板の表面に前記反応ガスの成分元素あるいは化合物を連続的に析出成長させ、これにより前記結晶基板の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜する工程と、
を少なくとも有する単結晶成膜方法であって、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスのキャリアガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が含まれているか、および／または、シリコン（Ｓｉ）原料ガス中に塩素（Ｃｌ）が含まれている場合、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする。
【００２５】
このように、塩素（Ｃｌ）を含んだ反応ガスは、原料ガスの分解反応に寄与し、これを含まない場合と分解反応が異なり、結果として単結晶薄膜の膜厚に影響を与えることとなるが、このようにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すれば、単結晶薄膜の膜厚のばらつきを防止することができる。
【００２６】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜される単結晶薄膜の成長速
度が、前記結晶基板の中央部に比べて外周部の方が速い場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値と、前記中央部導入口よ
り導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定することを特徴と
する。
【００２７】
このようにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すれば、結晶基板の表面の膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
なお、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、反応ガス中に塩素系ガスを添加することで、シリコン（Ｓｉ）原料ガスの分解反応が促進されることとなる。
【００２８】
このため、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、外周部導入口よ
り導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上小さくすることで、単結晶薄膜の膜厚のばらつきを防止す
ることができる。
【００２９】
一方、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、反応ガス中に塩素系ガスを添加すると、結晶基板の表面のエッチング効果が高まってしまい、結果として単結晶薄膜の成膜速度が遅くなってしまうこととなる。
【００３０】
このため、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、外周部導入口より導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上大きくすることで、単結晶薄膜の膜厚のばらつきを防止
することができる。
【００３１】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記単結晶薄膜を成膜する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値が同一であり、前記結晶基板の表面に成膜される単結晶薄膜の成長速
度が、前記結晶基板の中央部に比べて外周部の方が遅い場合、
前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値と、前記中央部導入口よ
り導入される反応ガスのＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定することを特徴と
する。
【００３２】
このようにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すれば、結晶基板の表面の膜厚にばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
なお、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、外周部導入口より導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣl／
Ｓｉ比の値よりも５％以上大きくすることで、単結晶薄膜の膜厚のばらつきを防止することができる。
【００３３】
一方、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、外周部導入口より導入される反応ガスのＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口より導入される反応ガスのＣl
／Ｓｉ比の値よりも５％以上小さくすることで、単結晶薄膜の膜厚のばらつきを防止することができる。
【００３４】
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記中央部導入口より導入される反応ガスと前記外周部導入口より導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせて設定することを特徴とする。
【００３５】
このように、Ｃ／Ｓｉ比とともにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すれば、単結晶薄膜の膜厚やドーピング濃度のばらつきをさらに防止することができる。
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスを結晶基板の中央部に導入する中央部導入口は、前記結晶基板の中心部の直上に位置決めされ、
前記反応ガスを結晶基板の外周部に導入する外周部導入口は、前記中央部導入口の位置から結晶基板の外周方向に向かって所定の距離離間した位置に位置決めされていることを特徴とする。
【００３６】
このような位置に中央部導入口と外周部導入口を設ければ、単結晶薄膜の膜厚やドーピ
ング濃度のばらつきを確実に防止することができる。
また、本発明の単結晶成膜方法は、
前記反応ガスを導入する工程において、
前記反応ガスを結晶基板の中央部に導入する中央部導入口は、前記結晶基板の中心部の直上よりも結晶基板の外周方向に向かって所定の距離離間して位置決めされ、
前記反応ガスを結晶基板の外周部に導入する外周部導入口は、前記中央部導入口の位置から結晶基板の外周方向に向かってさらに所定の距離離間した位置に位置決めされていることを特徴とする。
【００３７】
このような位置に中央部導入口と外周部導入口を設ければ、単結晶薄膜の膜厚やドーピング濃度のばらつきを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の単結晶成膜方法によれば、結晶基板の中央部に中央部導入口から、また外周部に外周部導入口から、それぞれに異なるＣ／Ｓｉ比の反応ガスを導入するようになっているため、結晶基板の表面に形成されるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生じることがなく、単結晶薄膜を均一なドーピング濃度と膜厚で成膜することができる。
【００３９】
さらに、反応ガスのキャリアガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が含まれているか、および／または、シリコン（Ｓｉ）原料ガス中に塩素（Ｃｌ）が含まれている場合、Ｃｌ／Ｓｉ比の値を設定すれば、単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚のばらつきを防止することができる。
【００４０】
また、Ｃ／Ｓｉ比とともにＣｌ／Ｓｉ比の値を同時に設定すれば、単結晶薄膜の膜厚やドーピング濃度のばらつきをさらに防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の一形態について説明するための概略図、図２は、図１に示した単結晶成膜装置の上面図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、反応ガス導入口の外周部導入口と中央部導入口の形成例について説明する説明用上面図、図３および図４は、反応ガス導入口の外周部導入口と中央部導入口の他の形成例について説明する説明用上面図、図５は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の他の形態について説明するための概略図、図６は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の他の形態について説明するための概略図である。
【００４２】
本発明は、被成膜対象となる結晶基板の表面に、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜するに際し、結晶基板の表面に、ドーピング濃度と膜厚のばらつきを生ずることがない単結晶薄膜を成膜するための方法である。
＜単結晶成膜装置１０＞
まず、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置１０について説明する。
【００４３】
図１に示したように単結晶成膜装置１０は、内部に限定された空間を有する縦型反応器１２と、この縦型反応器１２内に設けられ、結晶基板１８を載置するための支持台（サセプタともいう）１６と、この支持台１６に接続された軸部を介して支持台１６を回転させる動力手段１４と、支持台１６上の結晶基板１８にシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを混合した反応ガス２２を導入する反応ガス導入口２０と、支持台１６を加熱して、支持台１６上に配置された結晶基板１８を
加熱する加熱手段（図示せず）と、から構成されている。
【００４４】
なお、この反応ガス２２のうち、シリコン（Ｓｉ）原料ガスとしては、例えばＳｉＨ4
、ＳｉＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＣＨ3ＳｉＣｌ3を用いることができ、カーボン（Ｃ）原料ガスとしては、例えばＣ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ2、ＣＨ3ＳｉＣｌ3を用いることができる。
【００４５】
さらに、ドーパントガスとしては、例えばＮ2、（ＣＨ3）3Ａｌを用いることができ、
キャリアガスとしては、例えばＨ2、ＨＣｌを用いることができる。
また、特に反応ガス導入口２０については、支持台１６上の結晶基板１８の中央部に、反応ガス２２を導入する中央部導入口２０ａと、同様に結晶基板１８の外周部に反応ガス２２を導入する外周部導入口２０ｂの２種類の導入口が形成されており、中央部導入口２０ａの外側に外周部導入口２０ｂが位置するようになっている。
【００４６】
なおこの２種類の導入口は、結晶基板１８の中央部と外周部のそれぞれの位置に反応ガス２２を導入することができれば如何なる形状であっても良く、例えば図２（ａ）〜図２（ｃ）に示したような形態とすることができる。
【００４７】
図２（ａ）に示した形態は、結晶基板１８の中央部の直上位置に中央部導入口２０ａを形成し、結晶基板１８の外周部の直上位置にドーナッツ状の外周部導入口２０ｂを形成している。
【００４８】
次いで図２（ｂ）に示した形態は、結晶基板１８の中央部の直上位置に中央部導入口２０ａを形成し、結晶基板１８の外周部の直上位置に中央部導入口と同じような形状の複数（本図においては４本）の外周部導入口２０ｂを形成している。
【００４９】
さらに図２（ｃ）に示した形態は、結晶基板１８の中央部の直上位置に中央部導入口２０ａを形成し、結晶基板１８の外周部の直上位置に筒状の外周部導入口２０ｂを形成している。
【００５０】
これらの形態は、成膜対象となる結晶基板１８の大きさや成膜条件などにより適宜選択することが好ましい。
また、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した形態では、結晶基板１８の中心部の直上に中央部導入口２０ａが位置しているが、図３に示したように、中央部導入口２０ａを結晶基板１８の中心部から所定の距離Ｌだけ結晶基板１８の外周方向にずらして設けても良いものである。このような位置に中央部導入口２０ａを形成した場合には、この中央部導入口２０ａよりもさらに結晶基板１８の外周方向側に外周部導入口２０ｂを設ければ良い。
【００５１】
さらに、本実施例では中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂの２種類を用いているが、特に数に限定はなく、結晶基板１８が大きな場合には、図４に示したように、結晶基板１８の中心から同心円状の複数の位置に、例えば第１外周部導入口２０ｂ１、第２外周部導入口２０ｂ２を設ければ良いものである。
【００５２】
このような構成を有する単結晶成膜装置１０では、反応ガス２２を上記した中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂのそれぞれから、別々に導入するようになっており、後述する単結晶成膜方法において、この反応ガス２２を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値、あるいはＣｌ／Ｓｉ比の値をそれぞれに異ならせて導入するようになっており、これにより結晶基板１８の表面に均一なドーピング濃度と膜厚を有するシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を成膜することができるようになっている。
【００５３】
なお、図１に示した単結晶成膜装置１０では、反応ガス導入口２０の下端部から結晶基板１８の上面までに一定の距離を有する構造であるが、この距離が長い場合には、中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂのそれぞれから導入されるＣ／Ｓｉ比の値、あるいはＣｌ／Ｓｉ比の値の異なる反応ガス２２が混ざってしまう場合がある。
【００５４】
このような場合には、図５に示したように反応ガス導入口２０の下端部を下方に伸ばすことで、下端部から結晶基板１８の上面までの距離Ｔを縮め、これにより中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂのそれぞれから導入される反応ガス同士が混ざってしまわないようにすることができる。
【００５５】
また、この距離Ｔについては、結晶基板１８の大きさや成膜条件などにより適宜変更されるものであり、また中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂとで距離Ｔが異なっていても良いものである。
【００５６】
さらに、本実施例における単結晶成膜装置１０は、結晶基板１８の上方から反応ガス２２が導入される形態であるが、これを逆向きとした例えば図６に示したような結晶基板１８の下方から反応ガス２２が導入される形態であっても良いものである。
【００５７】
なお、この場合には、結晶基板１８は支持台１６に何らかの固定部材（図示せず）で固定することが好ましい。
＜単結晶成膜方法＞
次いで、上記した単結晶成膜装置１０を用いた単結晶成膜方法について説明する。
【００５８】
本発明の単結晶成膜方法は、図１に示したように、まず内部に限定された空間を有する縦型反応器１２内に設けられた支持台１６上に、結晶基板１８が配置される。
次いで、結晶基板１８が配置された支持台１６を動力手段１４によって回転させる。
【００５９】
このとき、動力手段１４により回転された支持台１６上の結晶基板１８の中央部に、中央部導入口２０ａよりシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとキャリアガスとを混合した反応ガス２２を導入するとともに、同様に結晶基板１８の外周部に、外周部導入口２０ｂより同じくシリコン（Ｓｉ）原料ガスとカーボン（Ｃ）原料ガスとキャリアガスとを混合した反応ガス２２を導入する。
【００６０】
そして、縦型反応器１２内の支持台１６を加熱手段（図示せず）で加熱することで、支持台１６に配置された結晶基板１８を加熱する。
すると、加熱された結晶基板１８の表面に反応ガス２２の成分元素あるいは化合物が連続的に析出成長され、これにより結晶基板１８の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜が成膜されることとなる。
【００６１】
なお、本発明の単結晶成膜方法では、反応ガス２２を導入する際において、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、それぞれに異ならせるようにしている。
【００６２】
具体的には、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比が同一で、結晶基板１８の表面に成膜された単結晶薄膜が、結晶基板１８の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が高い状態である場合、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定することが好ましい。
【００６３】
なお、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガスのＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値よりも大きな値となるように設定する場合、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値の１０１％〜１０００％の範囲内に設定することが好ましく、１０５％〜５００％の範囲内に設定することがより好ましく、１１０％〜３００％の範囲内に設定することがさらに好ましい。
【００６４】
一方、これとは逆に中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比が同一であり、結晶基板１８の表面に成膜された単結晶薄膜が、結晶基板１８の中央部に比べ外周部のドーピング濃度が低い状態である場合、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定することが好ましい。
【００６５】
なお、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値よりも小さな値となるように設定する場合、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値の５％〜９９％の範囲内に設定することが好ましく、２０％〜９５％の範囲内に設定することがより好ましく、３０％〜９０％の範囲内に設定することがさらに好ましい。
【００６６】
このように、単結晶薄膜の成膜状態に合わせて、中央部導入口２０ａと外周部導入口２０ｂよりそれぞれに導入される反応ガス２２を、それぞれに異なるＣ／Ｓｉ比としており、具体的に上記したような範囲に値を設定することにより、確実に結晶基板１８の表面に均一のドーピング濃度と膜厚を有するシリコンカーバイド（ＳｉＣ）の単結晶薄膜を形成することができる。
【００６７】
また、本発明の単結晶成膜方法では、反応ガス２２を導入する際において、反応ガス２２のキャリアガス中に塩化水素（ＨＣｌ）が含まれていたり、シリコン（Ｓｉ）原料ガス中に塩素（Ｃｌ）が含まれている場合には、中央部導入２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣｌ／Ｓｉ比の値についても、それぞれに異ならせるようにしている。
【００６８】
具体的には、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値が同一で、結晶基板１８の表面に成膜され
る単結晶薄膜の成長速度が、結晶基板１８の中央部に比べて外周部の方が速い場合には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値と、中央部導入口２
０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定するこ
とが好ましい。
【００６９】
このようにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すると、結晶基板１８の表面に膜厚のばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
なお、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和しているか否かで、塩素系ガスの添加が単結晶薄膜の成膜速度に与える影響が異なる。
【００７０】
まず、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、反応ガス２２中に塩素系ガスを添加することで、シリコン（Ｓｉ）原料ガスの分解反応が促進されることとなる。
【００７１】
このため、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上小さくすることで、単結晶薄膜の膜
厚のばらつきを防止することができる。
【００７２】
一方、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、反応ガス２２中に塩素系ガスを添加すると、結晶基板１８の表面のエッチング効果が高まってしまい、結果として単結晶薄膜の成膜速度が遅くなってしまうこととなる。
【００７３】
このため、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上大きくすることで、単結晶薄膜の
膜厚のばらつきを防止することができる。
【００７４】
また反対に、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値が同一で、結晶基板１８の表面に成膜され
る単結晶薄膜の成長速度が、結晶基板１８の中央部に比べて外周部の方が遅い場合には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値と、中央部導入口２
０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値とを、５％以上ずらして設定するこ
とが好ましい。
【００７５】
このようにＣｌ／Ｓｉ比の値を設定すると、結晶基板１８の表面に膜厚のばらつきがなく、均一な厚みを有する単結晶薄膜を形成することができる。
なお、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和している時には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上大きくすることで、単結晶薄膜の膜厚の
ばらつきを防止することができる。
【００７６】
一方、気相中でシリコン（Ｓｉ）原料ガスが飽和していない時には、外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣｌ／Ｓｉ比の値を、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２のＣl／Ｓｉ比の値よりも５％以上小さくすることで、単結晶薄膜の膜厚
のばらつきを防止することができる。
【００７７】
以上、本発明の単結晶成膜方法について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、例えば図４に示したように結晶基板１８が大径で、外周部導入口２０ｂが、いくつもある場合には、その都度、Ｃ／Ｓｉ比の値およびＣｌ／Ｓｉ比の値の設定範囲を決定すれば良いものである。
【００７８】
さらに、本発明の単結晶成膜方法によれば、中央部導入口２０ａより導入される反応ガス２２と外周部導入口２０ｂより導入される反応ガス２２のＣ／Ｓｉ比の値およびＣｌ／Ｓｉ比の値を、上記したように設定することで、単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生じないようになされているが、これらは別々に設定しても、２つの値を同時に設定しても良いものである。２つを同時に設定した場合には、１つだけの場合よりもさらに単結晶薄膜の膜厚やドーピング濃度のばらつきを防止することができる。
【００７９】
さらに、上述したＣ／Ｓｉ比の値およびＣｌ／Ｓｉ比の値の他にも、キャリアガス流速比、原料ガス流量比、ドーパントガス流量、ＨＣｌ流量などについても、ガス導入口ごとに別々に設定することができ、このようにすれば、Ｃ／Ｓｉ比の値およびＣｌ／Ｓｉ比の値の設定だけの時よりも、より正確に単結晶薄膜のドーピング濃度と膜厚にばらつきが生じないようにすることもでき、その要旨を逸脱しない範囲内において、各種の設定追加が
可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の一形態について説明するための概略図である。
【図２】図２は、図１に示した単結晶成膜装置の上面図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は、反応ガス２２導入口の外周部導入口２０ｂと中央部導入口２０ａの形成例について説明する説明用上面図である。
【図３】図３は、反応ガス２２導入口の外周部導入口２０ｂと中央部導入口２０ａの他の形成例について説明する説明用上面図である。
【図４】図４は、反応ガス２２導入口の外周部導入口２０ｂと中央部導入口２０ａの他の形成例について説明する説明用上面図である。
【図５】図５は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の他の形態について説明するための概略図である。
【図６】図６は、本発明の単結晶成膜方法に用いられる単結晶成膜装置の他の形態について説明するための概略図である。
【図７】図７は、従来の単結晶成膜装置を説明するための概略図である。
【図８】図８は、従来の単結晶成膜装置を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０・・・単結晶成膜装置
１２・・・縦型反応器
１４・・・動力手段
１６・・・支持台（サセプタ）
１８・・・結晶基板１８
２０・・・反応ガス２２導入口
２０ａ・・中央部導入口２０ａ
２０ｂ・・外周部導入口２０ｂ
２０ｂ１・第１外周部導入口２０ｂ
２０ｂ２・第２外周部導入口２０ｂ
２２・・・反応ガス２２
１００・・・単結晶成膜装置
１０２・・・縦型反応器
１０４・・・回転軸
１０６・・・支持台（サセプタ）
１０８・・・結晶基板１８
１１０・・・ヒータ
１１２・・・反応ガス２２
１１４・・・反応ガス２２導入口
１１６・・・排気口
２００・・・単結晶成膜装置
２０２・・・縦型反応器
２０４・・・回転軸
２０６・・・支持台（サセプタ）
２０８・・・結晶基板１８
２１２・・・反応ガス２２
２１４ａ・・中央部導入口２０ａ
２１４ｂ・・外周部導入口２０ｂ
２１６ａ・・調整手段
２１６ｂ・・調整手段
【図１】
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【図２】
2010037157.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010037157.tif 000008
【図７】
2010037157.tif 000009
【図８】
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