(57)【要約】【課題】  副生成ガスによる成膜速度の低下を抑制することができる成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ウエハ５０の表面に膜を成長させる成膜装置であって、内部にウエハ５０が設置されるチャンバ１５と、ウエハ５０の表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入するガス導入手段２５と、副生成ガスを反応させて、チャンバ内に原料ガスを生成する逆反応手段３０、３４を有していることを特徴とする成膜装置１０。【選択図】図１
2010135390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの表面に膜を成長させる成膜装置であって、
内部にウエハが設置されるチャンバと、
ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、
チャンバ内の副生成ガスを反応させて、原料ガスを生成する逆反応手段、
を有していることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
チャンバ内には、シリコンからなるウエハが設置され、
ガス導入手段は、第１原料ガスと、シリコンを含有する第２原料ガスをチャンバ内に導入し、
第１原料ガスと第２原料ガスは、ウエハの表面において互いに反応して、ウエハの表面に固着するシリコン結晶と、副生成ガスに変化し、
逆反応手段は、シリコンを含有する逆反応原料を備えており、その逆反応原料と副生成ガスを反応させて、第１原料ガスと第２原料ガスを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
逆反応原料は、チャンバ内の副生成ガスの流通経路に設置されているシリコンブロックであり、
シリコンブロックを加熱する第１加熱手段と、ウエハをシリコンブロックより高温に加熱する第２加熱手段をさらに有していることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
逆反応原料が、ウエハの表面通過後にチャンバ内で対流するガスがチャンバ内に導入された原料ガスと合流するまでに通過する経路に設置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の成膜装置。
【請求項５】
ウエハが設置される載置部を有するホルダと、ホルダの載置部の周囲に配置された複数の羽根を備える羽根車をさらに有しており、
羽根車がホルダを中心として回転することによってホルダ上方のガスが外周側に送り出されるようになっており、
前記複数の羽根が逆反応原料により構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の成膜装置。
【請求項６】
チャンバ内に設置されたウエハの表面に膜を成長させる成膜方法であって、
原料ガスをチャンバ内に導入することによって、ウエハの表面において原料ガスを反応させて、ウエハの表面に固着する物質と副生成ガスを生成するとともに、チャンバ内の副生成ガスを反応させて、原料ガスを生成することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハの表面に膜を成長させる成膜技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバ内にウエハを設置し、そのチャンバ内に原料ガスを導入することによって、ウエハの表面に膜を成長させる技術が知られている。
例えば、特許文献１には、シリコンウエハの表面にシリコン膜を成長させる成膜装置が開示されている。この成膜装置は、内部にシリコンウエハが設置されるチャンバと、トリクロロシラン等の塩化シリコンガスと水素ガスとの混合ガス（原料ガス）をチャンバ内に導入するガス導入手段を有している。シリコンウエハを加熱しながら原料ガスをチャンバ内に導入することで、水素ガスと塩化シリコンガスがシリコンウエハ表面で反応する。これによって、シリコンウエハの表面にシリコン膜が成長する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９８７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した成膜技術は、成膜速度が遅いという問題点を有している。特に、近年では、大電流を扱うパワー半導体装置等の製造に厚い膜が必要とされる。このような厚い膜を成膜するためには、長時間が必要であり、半導体装置の製造効率が著しく低下してしまう。より成膜速度が速い成膜技術が求められている。
本発明者らは、解析の結果、成膜速度が遅い原因の一つが以下の現象にあることを発見した。すなわち、原料ガスをウエハの表面で反応させると、ウエハの表面に固着する物質（すなわち、ウエハの表面の膜となる物質）と、副生成ガスとが生成される。生成された副生成ガスはチャンバ外に排出されるが、全ての副生成ガスをチャンバ外へ排出することはできない。生成された副生成ガスの一部は、チャンバ内を対流する。対流する副生成ガスは、チャンバ内に導入された原料ガスと混じって、ウエハの表面に向かって流れる。このように、副生成ガスが原料ガスと混じってウエハの表面に向かって流れると、ウエハの表面での成膜反応が阻害され、成膜速度が低下する。
例えば、特許文献１の技術では、水素ガスと塩化シリコンガスとがシリコンウエハの表面で反応することによって、その表面にシリコン膜（シリコンの結晶）が成長するとともに、副生成ガスとして塩酸ガス（ＨＣｌガス）が生成される。生成された塩酸ガスの一部は、チャンバ内を対流し、原料ガス（水素ガスと塩化シリコンガス）に混じってシリコンウエハの表面に向かって流れる。すると、塩酸ガスとシリコン膜とが反応して、水素ガスと塩化シリコンガスが生成される。すなわち、水素ガスと塩化シリコンガスとの反応（成膜反応）に対する逆反応（シリコン膜をエッチングするエッチング反応）がウエハの表面で起こる。このため、特許文献１の技術では、成膜開始直後では成膜速度が高いものの、成膜開始から一定時間を経過するとチャンバ内の塩酸ガス濃度が上昇し、成膜速度が低下する。
【０００５】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、副生成ガスによる成膜速度の低下を抑制することができる成膜装置及び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】
【０００６】
本発明の成膜装置は、ウエハの表面に膜を成長させる。この成膜装置は、チャンバとガス導入手段と逆反応手段を有している。チャンバの内部には、ウエハが設置される。ガス導入手段は、ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入する。逆反応手段は、チャンバ内の副生成ガスを反応させて、原料ガスを生成する。
なお、ガス導入手段は、原料ガスのみならず、その他のガスをさらに導入してもよい。例えば、ウエハの表面にシリコン膜を成長させる場合には、原料ガスに加えて、シリコン膜中にＰ型又はＮ型の不純物をドーピングするためのドーパントガスを導入してもよい。
また、原料ガスは、上述した水素ガスと塩化シリコンガスのように原料ガス同士で反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよいし、ウエハと反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよい。
この成膜装置では、逆反応手段が、チャンバ内の副生成ガスを反応させて、原料ガスを生成する。このため、チャンバ内の副生成ガスの量が減少し、原料ガスの量が増加する。このため、副生成ガスによって成膜反応が阻害されることが抑制される。この成膜装置によれば、高い成膜速度でウエハの表面に膜を成長させることができる。
【０００７】
上述した成膜装置においては、チャンバ内にシリコンからなるウエハを設置することができる。この場合、ガス導入手段は、第１原料ガスと、シリコンを含有する第２原料ガスをチャンバ内に導入することができる。これによって、第１原料ガスと第２原料ガスは、ウエハの表面において互いに反応して、ウエハの表面に固着するシリコン結晶と、副生成ガスに変化する。この場合、逆反応手段は、シリコンを含有する逆反応原料を備えており、その逆反応原料と副生成ガスを反応させて、第１原料ガスと第２原料ガスを生成することが好ましい。
このような構成によれば、ウエハの表面にシリコン膜を効率的に成長させることができる。
【０００８】
シリコンを含有する第２原料ガスを用いる成膜装置においては、逆反応原料をチャンバ内の副生成ガスの流通経路に設置されているシリコンブロックとすることができる。そして、成膜装置が、シリコンブロックを加熱する第１加熱手段と、ウエハをシリコンブロックより高温に加熱する第２加熱手段をさらに有していることが好ましい。
ウエハをシリコンブロックより高温に保持することで、ウエハの表面において成膜反応（第１原料ガスと第２原料ガスが反応してウエハの表面にシリコン結晶が成長する反応）を優位に生じさせることができる。また、シリコンブロックをウエハより低温に保持することで、シリコンブロックの表面においてエッチング反応（副生成ガスがシリコンブロックのシリコンと反応することによって、シリコンブロックがエッチングされ、第１原料ガスと第２原料ガスが生成される反応）を優位に生じさせることができる。このため、ウエハの表面に副生成ガスが供給されることが抑制される。ウエハの表面にシリコン膜を効率的に成長させることができる。
【０００９】
上述した成膜装置においては、逆反応原料が、ウエハの表面通過後にチャンバ内で対流するガスがチャンバ内に導入された原料ガスと合流するまでに通過する経路に設置されていることが好ましい。
このような構成によれば、副生成ガスを最も多く含むウエハ表面通過後のガスに逆反応原料を接触させることができる。したがって、副生成ガスを効率的に減少させることができる。
【００１０】
上述した成膜装置は、ウエハが設置される載置部を有するホルダと、ホルダの載置部の周囲に配置された複数の羽根を備える羽根車を有しており、羽根車がホルダを中心として回転することによってホルダ上方のガスが外周側に送り出されるように構成されていてもよい。この場合、前記複数の羽根が逆反応原料により構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、羽根車を回転させることによって、ホルダ上方（すなわち、ウエハの表面近傍）のガスを羽根車の外周側に送り出し、ウエハの表面近傍に新たな原料ガスを供給することができる。また、複数の羽根が逆反応原料により構成されているので、羽根により送り出されるガスに含まれる副生成ガスが羽根（逆反応原料）と反応する。これによって、副生成ガスを減少させることができる。羽根により送り出されるガスは、ウエハの表面通過後のガスであるので、副生成ガスを多量に含んでいる。したがって、羽根を逆反応原料によって構成することで、副生成ガスを効率的に減少させることができる。
【００１１】
本発明は、チャンバ内に設置されたウエハの表面に膜を成長させる成膜方法を提供する。この成膜方法は、原料ガスをチャンバ内に導入することによってウエハの表面において原料ガスを反応させてウエハの表面に固着する物質と副生成ガスを生成するとともに、チャンバ内の副生成ガスを反応させて原料ガスを生成することを特徴とする。
この成膜方法によれば、ウエハの表面に効率的に膜を成長させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の成膜装置及び成膜方法では、成膜反応により生成される副生成ガスを用いて原料ガスを生成する。これによって、チャンバ内の副生成ガスの量を低下させ、副生成ガスによって成膜反応が阻害されることを抑制することができる。このため、高い成膜速度で膜を成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（特徴１）ガス導入手段は、ウエハの表面に向けて原料ガスを導入する。また、成膜装置は、ウエハを回転させる回転装置と、チャンバ内からガスを排気する排気手段を備えている。このため、導入された原料ガスは、ウエハの表面に向かって流れ、その後、ウエハの表面に沿って外周側に流れる。ウエハの表面通過後（すなわち、反応後）のガスの一部は排気手段によって排気される。残りのガスはチャンバの外周壁に沿って原料ガス導入部側に向かって流れ、導入された原料ガスと合流する（すなわち、チャンバ内を対流する）。
（特徴２）逆反応手段は、ウエハの表面通過後にチャンバ内を対流するガスが、チャンバ内に導入された原料ガスと合流するまでに通過する経路に設置されたシリコンブロックを備えている。より具体的には、チャンバの外周壁近傍に設置されたシリコンブロックを備えている。
（特徴３）ガス導入手段は、水素ガスからなる第１原料ガスと、塩化シリコンガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４等）からなる第２原料ガスをチャンバ内に導入する。また、ガス導入手段は、ドーパントガスをチャンバ内に導入する。
（特徴４）ウエハの表面では、成膜反応（第１原料ガスと第２原料ガスとが反応してシリコン結晶が成長するとともに副生成ガスが生じる反応）とエッチング反応（副生成ガスとシリコン結晶が反応してシリコン結晶がエッチングされるとともに第１原料ガスと第２原料ガスが生じる反応）が起きる。シリコンブロックの表面では、成膜反応とエッチング反応が起きる。
（特徴５）成膜装置は、シリコンブロックを加熱する第１加熱手段と、ウエハを加熱する第２加熱手段を備えている。第１加熱手段は、シリコンブロックの表面においてエッチング反応が成膜反応より優位に生じる温度にシリコンブロックを加熱する。第２加熱手段は、ウエハの表面において成膜反応がエッチング反応より優位に生じる温度にウエハを加熱する。
【実施例】
【００１４】
第１実施例に係る成膜装置について説明する。図１は、第１実施例の成膜装置１０の概略断面図を示している。成膜装置１０は、シリコンウエハ５０の表面にシリコンのエピタキシャル層を成長させる。図１に示すように、成膜装置１０は、第１筐体１２と、第１筐体１２内に設置された第２筐体１４を備えている。第２筐体１４の内部空間によって、チャンバ１５が形成されている。チャンバ１５の内面は、高純度石英またはＳｉＣにより覆われている。チャンバ１５内には、ホルダ１６と、シリコンリング３０が設置されている。
【００１５】
ホルダ１６は、筒状の部材であり、直径が大きいホルダ部１７と、直径が小さい軸部１８を備えている。
筐体１２の底部には、軸受部２０が形成されている。ホルダ１６の軸部１８は軸受部２０に挿入されている。これによって、ホルダ１６は、図１の矢印６０に示すように回転可能に軸受部２０に取り付けられている。ホルダ１６は、図示しない駆動装置によって回転させることができる。
ホルダ部１７は、チャンバ１５内に位置している。ホルダ部１７の上面１７ａは、エピタキシャル層を成長させる対象であるシリコンウエハ５０が載置される載置面である。載置面１７ａの中央には開口１７ｂが形成されている。シリコンウエハ５０は、開口１７ｂを塞ぐように載置面１７ａ上に載置される。ホルダ部１７の内部には、抵抗加熱型のヒータ２２が設置されている。ヒータ２２は、開口１７ｂの直下に設置されている。したがって、ヒータ２２によって、載置面１７ａ上に載置されたシリコンウエハ５０を加熱することができる。
【００１６】
シリコンリング３０は、高純度のシリコンによって構成されたブロックである。図２は、チャンバ１５の内部の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、シリコンリング３０はリング形状を備えている。シリコンリング３０は、チャンバ１５の外周壁（すなわち、筐体１４の外周壁１４ａ）に沿って配置されている。また、図１に示すように、シリコンリング３０は、載置面１７ａに載置されるシリコンウエハ５０よりも上側に位置するように配置されている。
【００１７】
チャンバ１５の上部には、原料ガス供給路２４ａ、２４ｂが接続されている。原料ガス供給路２４ａ、２４ｂは筐体１２の外部に引き出されており、その上流端は原料ガス供給装置２５に接続されている。原料ガス供給装置２５は、Ｈ２ガス（水素ガス）とＳｉＨＣｌ３ガス（トリクロロシランガス）とＰＨ３ガス（リン化水素ガス）との混合ガス（以下では、この混合ガスを、原料混合ガスという）を原料ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に供給する。Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガスは、互いに反応してシリコンウエハ５０の表面にシリコンのエピタキシャル層を成長させるガスである。ＰＨ３ガスは、エピタキシャル層中にリンをドーピングして、エピタキシャル層をＮ型化するためのドーパントガスである。チャンバ１５の上部には、原料ガス供給路２４ａ、２４ｂとチャンバ１５を分離するように、シャワープレート２６が設置されている。シャワープレート２６は、表裏を連通する多数の連通孔を備えている。したがって、原料ガス供給装置２５から供給される原料混合ガスは、原料ガス供給経路２４ａ、２４ｂとシャワープレート２６を通過してチャンバ１５内に供給される。
【００１８】
チャンバ１５の底面１５ａには、排気通路２８ａ、２８ｂが接続されている。排気通路２８ａ、２８ｂの下流端は、排気ポンプ２９に接続されている。排気ポンプ２９は、排気通路２８ａ、２８ｂ内のガスを排出する。排気ポンプ２９を作動させることによって、チャンバ１５内を減圧することができる。
【００１９】
筐体１４の外周壁１４ａ（すなわち、チャンバ１５の外周壁）と筐体１２の外周壁１２ａとの間には、水冷管３２が配設されている。水冷管３２内には、冷水を流通させることができる。水冷管３２によって、筐体１４の外周壁１４ａを冷却することができる。これによって、チャンバ１５内のガスが外周壁１４ａの表面で反応することが防止される。
【００２０】
筐体１４の外周壁１４ａ（すなわち、チャンバ１５の外周壁）と筐体１２の外周壁１２ａとの間（水冷管３２より外側）には、誘導加熱コイル３４が配設されている。誘導加熱コイル３４は、シリコンリング３０と略同じ高さ（シリコンリング３０に対応する位置）に配設されている。誘導加熱コイル３４は、図示しない高周波電源に接続されている。高周波電源によって誘導加熱コイル３４に高周波電流を流すことによって、シリコンリング３０に誘導電流を流すことができる。これによって、シリコンリング３０を加熱することができる。
【００２１】
次に、成膜装置１０によって、シリコンウエハ５０の表面にエピタキシャル層を成長させる処理（成膜処理）について説明する。
成膜処理を行うときには、ホルダ１６の載置面１７ａ上にシリコンウエハ５０を載置する。そして、以下のように、成膜装置１０の各部を制御する。すなわち、排気ポンプ２９を作動させて、チャンバ１５内の圧力を７６０Ｔｏｒｒ以下に保持する。水冷管３２内に冷水を流通させて、筐体１４の外周壁１４ａを冷却する。ホルダ１６を、約１０００ｒｐｍの回転速度で回転させる。ヒータ２２を作動させて、シリコンウエハ５０の温度を約１１００℃に保持する。誘導加熱コイル３４に高周波電流を流して、シリコンリング３０の温度を約１０００℃に保持する。そして、原料ガス供給装置２５を作動させて、チャンバ１５内に原料混合ガスを供給する。
【００２２】
チャンバ１５に供給された原料混合ガスは、図１の矢印７０に示すようにシャワープレート２６からシリコンウエハ５０に向かって流れる。原料混合ガスは、シリコンウエハ５０の表面近傍に到達すると、矢印７２に示すようにシリコンウエハ５０の外周側に向かって流れる。シリコンウエハ５０は高速で回転しているため、その遠心力の影響を受けて、矢印７２に示す経路ではガスの流速が高くなる。したがって、矢印７２に示す経路を流れるガスの流量は、チャンバ１５内に供給されるガスの流量、及び、チャンバ１５から排出されるガスの流量より多くなる。
シリコンウエハ５０はヒータ２２によって加熱されているため、原料混合ガスがシリコンウエハ５０の近傍を流れるときに反応を起こす。より詳細には、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスとが、以下の反応式に示す反応を起こす。
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ
上記反応式に示す反応により生成されるＳｉ（シリコン）が、シリコンウエハ５０の表面に固着するシリコンとなる。すなわち、上記の反応式に示す反応によって、シリコンウエハ５０の表面にエピタキシャル層（シリコン層）が成長する。また、シリコンウエハ５０の表面にエピタキシャル層が成長する際には、ＰＨ３ガスが含有するリン原子がエピタキシャル層中に取り込まれる。このため、成長するエピタキシャル層はＮ型のシリコン層となる。また、上記の反応式に示すように、反応後には副生成物としてＨＣｌガス（塩酸ガス）が生成される。以下では、上記の反応式に示す反応を成膜反応という。
【００２３】
矢印７２に示すようにシリコンウエハ５０の外周端まで流れたガスには、シリコンウエハ５０の表面で反応しなかったガス（ＳｉＨＣｌ３ガス、Ｈ２ガス、及び、ＰＨ３ガス）と、シリコンウエハ５０の表面における反応により生成されたＨＣｌガスが含まれている。シリコンウエハ５０の外周端まで流れたガスの多くは、矢印７４に示すように排気通路２８ａ、２８ｂ内に流れ、チャンバ１５から排出される。しかしながら、上述したように、矢印７２に示すように流れるガスの流量は、チャンバ１５から排出されるガスの流量（矢印７４に示すガスの流量）より多い。このため、ガスの一部は、矢印７６に示すように、チャンバ１５の外周壁１４ａに沿って上側（シャワープレート２６側）へ流れる。すなわち、ガスの一部がチャンバ１５内を対流する。このとき、ガスはシリコンリング３０の表面近傍を通過する。シリコンリング３０は誘導加熱コイル３４によって加熱されているため、シリコンリング３０近傍を流れるガスが反応を起こす。具体的には、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスとが上記の成膜反応を起こす。また、ＨＣｌガスとシリコンリング３０（すなわち、Ｓｉ）とが、以下の反応式に示す反応を起こす。
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
すなわち、ＨＣｌガスとシリコンリング３０のＳｉ（シリコン）とが結びついて、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスが生成される。この反応は、上述した成膜反応に対する逆反応である。この反応により、シリコンリング３０がエッチングされる。以下では、この反応をエッチング反応という。
上述したように、シリコンリング３０は、約１０００℃に保持されている。この温度領域では、エッチング反応が成膜反応より優位に生じる。したがって、ガスがシリコンリング３０の表面近傍を通過すると、ＨＣｌガスの量が減少し、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスの量が増加する。
【００２４】
矢印７６に示すように流れたガス（ＨＣｌガスを含むガス）は、シャワープレート２６から供給される原料混合ガスと合流して、再度、矢印７０に示すようにシリコンウエハ５０の表面に向けて流れる。すなわち、シリコンウエハ５０の表面にＨＣｌガスが供給される。このため、シリコンウエハ５０の表面では、上述した成膜反応に加えて、上述したエッチング反応が起こる。すなわち、ＨＣｌガスによってシリコンウエハ５０の表面に成長したエピタキシャル層（シリコン層）がエッチングされる反応が起こる。上述したように、シリコンウエハ５０は、１１００℃に保持されている。この温度領域では成膜反応がエッチング反応より優位に生じるため、エピタキシャル層は引き続き成長する。しかしながら、エッチング反応が生じることによって、その成長速度は低下する。
ここで、上述したように、チャンバ１５内をガスが対流するとき（矢印７６に示すように流れるとき）には、シリコンリング３０の表面で生じるエッチング反応によって、ＨＣｌガスが消費され、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスが生成される。このため、シリコンウエハ５０の表面に到達するＨＣｌガスが減少している。これによって、シリコンウエハ５０の表面でエッチング反応が生じることが抑制され、エピタキシャル層の成長速度の低下が抑制される。したがって、この成膜装置１０によれば、エピタキシャル層をより速く成長させることができる。
【００２５】
以上に説明したように、第１実施例の成膜装置１０によれば、成膜反応によって生じたＨＣｌガスがシリコンリング３０と反応するので、ＨＣｌガスの量が減少する。したがって、成膜処理を継続して行っても、チャンバ１５内のＨＣｌガスの濃度がそれほど上昇しない。このため、ＨＣｌガスによってエピタキシャル層がエッチングされることが抑制される。第１実施例の成膜装置１０によれば、高い成長速度でエピタキシャル層を成長させることができる。
【００２６】
次に、第２実施例の成膜装置８０について説明する。なお、第２実施例の成膜装置８０の各部の説明においては、第１実施例の成膜装置１０と共通の機能を有する部分については第１実施例と同じ参照番号を付して説明する。
図３は、第２実施例の成膜装置８０の概略断面図を示している。第２実施例の成膜装置８０は、第１実施例の成膜装置１０とは異なり、シリコンリング３０と誘導加熱コイル３４を有していない。また、第２実施例の成膜装置８０では、ホルダ１６は回転不可能であり、チャンバ１５内に固定されている。また、第２実施例の成膜装置８０は、羽根車８２とヒータ８８を備えている。
【００２７】
羽根車８２は、ホルダ１６の載置面１７ａ上に設置されている。図４は、羽根車８２を上面側から見た平面図を示している。図４に示すように、羽根車８２は、基部８６と複数の羽根８４によって構成されている。基部８６は、リング形状を備えた板状部材である。基部８６は、ウエハ５０が載置される部分（ウエハ５０の載置部）の周囲を囲むように、ホルダ１６の載置面１７ａ上に設置されている。基部８６は、自己の中心軸回り（図４の矢印９８の方向）に回転することができる。すなわち、羽根車８２全体が、ウエハ５０の載置部を中心として回転することができる。羽根車８２は、図示しない駆動装置により回転される。複数の羽根８４は、基部８６上に立設されている。羽根８４は、羽根車８２が回転したときに羽根車８２の内側（リング形状の内側）のガスを羽根車８２の外側（リング形状の外側）に送り出す角度に取り付けられている。羽根８４は、高純度のシリコンにより形成されている。ヒータ８８は、ホルダ１６の内部の羽根車８２の下部に取り付けられている。ヒータ８８は、羽根車８２を加熱する。
【００２８】
次に、成膜装置８０によって、シリコンウエハ５０の表面にエピタキシャル層を成長させる処理（成膜処理）について説明する。
成膜処理を行うときには、ホルダ１６の載置面１７ａ上にシリコンウエハ５０を載置する。そして、以下のように、成膜装置８０の各部を制御する。すなわち、排気ポンプ２９を作動させて、チャンバ１５内の圧力を７６０Ｔｏｒｒ以下に保持する。水冷管３２内に冷水を流通させて、筐体１４の外周壁１４ａを冷却する。羽根車８２を回転させる。ヒータ２２を作動させて、シリコンウエハ５０の温度を約１１００℃に保持する。ヒータ８８を作動させて、羽根車８２の温度を約１０００℃に保持する。そして、原料ガス供給装置２５を作動させて、チャンバ１５内に原料混合ガスを供給する。
【００２９】
チャンバ１５に供給された原料混合ガスは、図１の矢印９０に示すようにシャワープレート２６からシリコンウエハ５０に向かって流れる。シリコンウエハ５０の表面近傍に到達した原料混合ガスは、回転する羽根車８２によって、矢印９２に示すように外周側に向かって送り出される。外周側に送り出されたガスの多くは、矢印９４に示すようにチャンバ１５外に排出されるが、一部のガスは矢印９６に示すようにチャンバ１５内を対流する。そして、シャワープレート２６から供給される原料混合ガス（矢印９０に示すように流れるガス）に混じって、再度、シリコンウエハ５０の表面に向かって流れる。
【００３０】
シリコンウエハ５０の表面では、成膜反応によって、エピタキシャル層が成長するとともにＨＣｌガスが生成される。したがって、矢印９２に示すように羽根車８２を通過するガスには、多くのＨＣｌガスが含まれている。上述したように、羽根車８２の羽根８４はシリコンであり、羽根車８２は約１０００℃に保持されている。このため、ガスが羽根車８２を通過する際には、羽根８４と通過するガスとが反応する。このとき、上記の成膜反応とエッチング反応が起こるが、エッチング反応が優位に生じる。したがって、羽根車８２を通過するガス中のＨＣｌガスの量が減少し、ＳｉＨＣｌ３ガスとＨ２ガスの量が増加する。したがって、対流するガス（矢印９６に示すように流れるガス）中のＨＣｌガスの量が少なくなり、原料混合ガスに混じってシリコンウエハ５０の表面に到達するＨＣｌガスの量が少なくなる。これによって、シリコンウエハ５０の表面でエッチング反応が生じることが抑制される。したがって、第２実施例の成膜装置８０によれば、エピタキシャル層をより速く成長させることができる。
【００３１】
以上に説明したように、第１実施例の成膜装置１０及び第２実施例の成膜装置８０によれば、従来に比べてより速くエピタキシャル層を成長させることができる。
なお、上述した実施例では、ＳｉＨＣｌ３ガスを原料ガスとして用いたが、ＳｉＨＣｌ３ガスに換えてＳｉＨ３Ｃｌ２ガスやＳｉＣｌ４ガスを用いてもよい。これらのガスを用いた場合にも、シリコンウエハ５０の表面にシリコンのエピタキシャル層を成長させることが可能であるとともに、シリコンリング３０や羽根８４とのエッチング反応によって副生成ガス（ＨＣｌガス）を減少させることができる。
また、上述した実施例では、ＨＣｌガスを減少させるための逆反応原料としてシリコンのブロック（すなわち、シリコンリング３０、及び、羽根８４）を用いた。しかしながら、シリコンのブロックの形状は必要に応じて適宜変更することができる。また、シリコンのブロックを設置する位置も、ＨＣｌガスと反応可能な位置であれば、適宜変更することができる。また、逆反応原料は、シリコンに限られない。シリコンを含有しており、ＨＣｌガスと反応する物質であれば、材質を適宜変更することができる。また、逆反応原料は、ブロック状の物体に限られない。逆反応原料は、気体、液体、固体の何れであってもよい。また、逆反応原料をチャンバ１５内に設置するのではなく、必要に応じて逆反応原料をチャンバ１５内に供給するようにしてもよい。
また、上述した実施例では、シリコンウエハの表面に成膜する例について説明したが、成膜する対象のウエハはシリコンウエハに限られない。例えば、ＳｉＣウエハ等の表面に成膜する際に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、上述した実施例では、シリコンのエピタキシャル層（単結晶の層）を成長させる例について説明したが、他の層を成長させる際に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。例えば、ＳｉＣ等の他の材質の層を成長させる場合に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。また、エピタキシャル層ではなく、多結晶の層を成長させる場合に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、上述した実施例では、Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガス（すなわち、原料ガス同士）が反応して成膜する例について説明したが、原料ガスとウエハとを反応させて成膜する場合に、本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、上述した実施例では、加熱装置として抵抗加熱型のヒータや誘導加熱コイルを用いたが、加熱装置には種々の装置を用いることができ、例えば、ランプアニール装置等を用いることもできる。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施例の成膜装置１０の概略断面図。
【図２】第１実施例の成膜装置１０のチャンバ１５の内部の概略斜視図。
【図３】第２実施例の成膜装置８０の概略断面図。
【図４】羽根車８２の上面図。
【符号の説明】
【００３４】
１０：成膜装置
１２：筐体
１４：筐体
１５：チャンバ
１６：ホルダ
２２：ヒータ
２４ａ，２４ｂ：原料ガス供給路
２６：シャワープレート
２８ａ，２８ｂ：排気通路
３０：シリコンリング
３４：誘導加熱コイル
５０：シリコンウエハ
８０：成膜装置
８２：羽根車
８４：羽根
８８：ヒータ
【図１】
2010135390.tif 000003
【図２】
2010135390.tif 000004
【図３】
2010135390.tif 000005
【図４】
2010135390.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月27日(2009.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの表面に膜を成長させる成膜装置であって、
チャンバと、
チャンバの内部に配置されており、ウエハが設置される載置部を有するホルダと、
ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、
チャンバの内部に配置されており、副生成ガスと反応して原料ガスを生成する逆反応原料、
を有しており、
載置部と逆反応原料の間に、チャンバの内部の空間を遮る部材が配置されていないことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
逆反応原料が、チャンバの外周壁に沿って配置されたリング形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
逆反応原料を加熱する誘導加熱コイルをさらに有していることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
ホルダの載置部には、シリコンからなるウエハが設置され、
ガス導入手段は、第１原料ガスと、シリコンを含有する第２原料ガスをチャンバ内に導入し、
第１原料ガスと第２原料ガスは、ウエハの表面において互いに反応して、ウエハの表面に固着するシリコン結晶と、副生成ガスに変化し、
逆反応原料は、シリコンを含有しており、副生成ガスと反応して第１原料ガスと第２原料ガスを生成する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
ホルダの載置部の周囲に配置された複数の羽根を備える羽根車をさらに有しており、
羽根車がホルダを中心として回転することによってホルダ上方のガスが外周側に送り出されるようになっており、
前記複数の羽根が逆反応原料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の成膜装置は、ウエハの表面に膜を成長させる。この成膜装置は、チャンバと、ホルダと、ガス導入手段と、逆反応原料を有している。ホルダは、チャンバの内部に配置されており、ウエハが設置される載置部を有している。ガス導入手段は、ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入する。逆反応原料は、チャンバの内部に配置されており、副生成ガスと反応して原料ガスを生成する。
なお、ガス導入手段は、原料ガスのみならず、その他のガスをさらに導入してもよい。例えば、ウエハの表面にシリコン膜を成長させる場合には、原料ガスに加えて、シリコン膜中にＰ型又はＮ型の不純物をドーピングするためのドーパントガスを導入してもよい。
また、原料ガスは、上述した水素ガスと塩化シリコンガスのように原料ガス同士で反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよいし、ウエハと反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよい。
この成膜装置では、逆反応原料が、チャンバ内の副生成ガスと反応して、原料ガスを生成する。このため、チャンバ内の副生成ガスの量が減少し、原料ガスの量が増加する。このため、副生成ガスによって成膜反応が阻害されることが抑制される。この成膜装置によれば、高い成膜速度でウエハの表面に膜を成長させることができる。
なお、逆反応原料は、チャンバの外周壁に沿って配置されたリング形状を備えていることが好ましい。
また、成膜装置は、逆反応原料を加熱する誘導加熱コイルをさらに有していることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した成膜装置においては、ホルダの載置部にシリコンからなるウエハを設置することができる。この場合、ガス導入手段は、第１原料ガスと、シリコンを含有する第２原料ガスをチャンバ内に導入することができる。これによって、第１原料ガスと第２原料ガスは、ウエハの表面において互いに反応して、ウエハの表面に固着するシリコン結晶と、副生成ガスに変化する。この場合、逆反応原料は、シリコンを含有しており、副生成ガスと反応して第１原料ガスと第２原料ガスを生成することが好ましい。
このような構成によれば、ウエハの表面にシリコン膜を効率的に成長させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した成膜装置は、ホルダの載置部の周囲に配置された複数の羽根を備える羽根車を有しており、羽根車がホルダを中心として回転することによってホルダ上方のガスが外周側に送り出されるように構成されていてもよい。この場合、前記複数の羽根が逆反応原料により構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、羽根車を回転させることによって、ホルダ上方（すなわち、ウエハの表面近傍）のガスを羽根車の外周側に送り出し、ウエハの表面近傍に新たな原料ガスを供給することができる。また、複数の羽根が逆反応原料により構成されているので、羽根により送り出されるガスに含まれる副生成ガスが羽根（逆反応原料）と反応する。これによって、副生成ガスを減少させることができる。羽根により送り出されるガスは、ウエハの表面通過後のガスであるので、副生成ガスを多量に含んでいる。したがって、羽根を逆反応原料によって構成することで、副生成ガスを効率的に減少させることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月22日(2010.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの表面に膜を成長させる成膜装置であって、
チャンバと、
チャンバの内部に配置されており、ウエハが設置される載置部を有するホルダと、
ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入するガス導入手段と、
チャンバの内部に配置されており、副生成ガスと反応して原料ガスを生成する逆反応原料、
を有しており、
載置部と逆反応原料の間に部材が配置されていないことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
逆反応原料が、チャンバの外周壁に沿って配置されたリング形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
逆反応原料に誘導電流を流すことによって逆反応原料を加熱する誘導加熱コイルをさらに有していることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
ホルダの載置部には、シリコンからなるウエハが設置され、
ガス導入手段は、第１原料ガスと、シリコンを含有する第２原料ガスをチャンバ内に導入し、
第１原料ガスと第２原料ガスは、ウエハの表面において互いに反応して、ウエハの表面に固着するシリコン結晶と、副生成ガスに変化し、
逆反応原料は、シリコンを含有しており、副生成ガスと反応して第１原料ガスと第２原料ガスを生成する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
ホルダの載置部の周囲に配置された複数の羽根を備える羽根車をさらに有しており、
羽根車がホルダを中心として回転することによってホルダ上方のガスが外周側に送り出されるようになっており、
前記複数の羽根が逆反応原料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の成膜装置は、ウエハの表面に膜を成長させる。この成膜装置は、チャンバと、ホルダと、ガス導入手段と、逆反応原料を有している。ホルダは、チャンバの内部に配置されており、ウエハが設置される載置部を有している。ガス導入手段は、ウエハの表面において反応して、ウエハの表面に固着する物質と、副生成ガスに変化する原料ガスをチャンバ内に導入する。逆反応原料は、チャンバの内部に配置されており、副生成ガスと反応して原料ガスを生成する。
なお、ガス導入手段は、原料ガスのみならず、その他のガスをさらに導入してもよい。例えば、ウエハの表面にシリコン膜を成長させる場合には、原料ガスに加えて、シリコン膜中にＰ型又はＮ型の不純物をドーピングするためのドーパントガスを導入してもよい。
また、原料ガスは、上述した水素ガスと塩化シリコンガスのように原料ガス同士で反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよいし、ウエハと反応してウエハの表面に膜を成長させるガスであってもよい。
この成膜装置では、逆反応原料が、チャンバ内の副生成ガスと反応して、原料ガスを生成する。このため、チャンバ内の副生成ガスの量が減少し、原料ガスの量が増加する。このため、副生成ガスによって成膜反応が阻害されることが抑制される。この成膜装置によれば、高い成膜速度でウエハの表面に膜を成長させることができる。
なお、逆反応原料は、チャンバの外周壁に沿って配置されたリング形状を備えていることが好ましい。
また、成膜装置は、逆反応原料に誘導電流を流すことによって逆反応原料を加熱する誘導加熱コイルをさらに有していることが好ましい。