(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室と、
前記成膜室内に反応ガスを供給する供給部と、
前記成膜室の底部に設けられた排気部と、
前記成膜室内に設けられ、基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタ上に載置される基板の下面側に位置するよう前記成膜室内に配設されたヒータと、
前記成膜室の内壁を被覆する筒状のライナとを有する成膜装置であって、
前記ライナは、前記サセプタの周囲に設けられた胴部と、該胴部よりも内径の小さい頭部とを含み、
前記成膜室の内壁と前記ライナの前記頭部との間には、該頭部の周囲に周設された抵抗加熱型の上部ヒータを有し、
前記上部ヒータは、垂直方向に分割されて複数の抵抗加熱ヒータからなり、
前記複数の抵抗加熱ヒータは、それぞれ独立に温度制御されるよう構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記上部ヒータは垂直方向に３分割以上に分割されて、３以上の抵抗加熱ヒータからな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】
前記上部ヒータと前記成膜室の内壁との間には、前記上部ヒータからの熱を反射するためのリフレクタが設けられ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】
前記成膜室の内壁の前記上部ヒータに対応する位置には断熱材が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
プロセスガスを成膜室の頂部から流下し、サセプタ上に載置した基板を前記基板下面側に配設された抵抗加熱型のヒータにより加熱しつつ前記基板に前記プロセスガスを接触させて所定の膜を形成する成膜方法であって、
前記サセプタの周囲に設けられた胴部および該胴部よりも内径の小さい頭部を含むライナと前記成膜室の内壁との間の、当該ライナの前記頭部の周囲に抵抗加熱型の上部ヒータを周設するとともに、当該上部ヒータを垂直方向に複数に分割して当該分割された複数の部分それぞれを独立に温度制御し、
併せて前記基板下面側にあるヒータの温度制御をし、前記サセプタ上の前記基板を加熱して所定の膜を成膜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、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法は、成膜対象となる基板である半導体基板が配置された成膜室を、常圧（０．１ＭＰａ（７６０Ｔｏｒｒ））、或いは減圧に保持する。そして、半導体基板を加熱しながら、原料となる反応性ガスを含有するプロセスガスを成膜室内に供給する。そして、所定の温度以上に加熱された半導体基板の表面で、反応性ガスの熱分解反応或いは水素還元反応が行なわれ、気相成長膜が成膜されることにより行なわれる。
【０００４】
膜厚の大きなエピタキシャルウェハを高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハ等半導体基板の表面に新たなプロセスガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図３は、エピタキシャル成長技術を用いる従来の成膜装置の構成を説明する模式的な断面図である。
【０００６】
図３に示す従来の成膜装置２００において、２０１は成膜室であるチャンバ、２０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、２０４はプロセスガス２２５を導入する供給部、２０５は反応後のプロセスガスの排気部、２０６は気相成長を行うウェハ等の半導体基板、２０７は半導体基板２０６を支持するサセプタ、２０８は図示しない支持部に支持されて半導体基板２０６を加熱するヒータ、２０９はチャンバ２０１の上下部を連結するフランジ部、２１０はフランジ部２０９をシールするパッキン、２１１は排気部２０５と配管を連結するフランジ部、２１２はフランジ部２１１をシールするパッキンである。
【０００７】
ライナ２０２は通常、石英製である。そして、その頭部の開口する上部側には、半導体基板２０６の表面に対してプロセスガス２２５を均一に供給するためのガス整流板であるシャワープレート２２０が取り付けられている。
【０００８】
上述の従来の成膜装置では、チャンバ２０１内で半導体基板２０６を支持し、回転機構（図示せず）を設けたサセプタ２０７により回転させながら、ヒータ２０８により加熱を行う。この状態でチャンバ２０１内に反応性ガスを含むプロセスガス２２５を、供給部２０４からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタ２０７の配置されたライナ２０２の胴部２３０より内径が小さい。そして、プロセスガス２２５は、頭部２３１を通過して半導体基板２０６の表面に向かって流下する。
【０００９】
そして、プロセスガス２２５は、チャンバ２０１のライナ２０２の胴部２３０内で、サセプタ上に載置された半導体基板２０６表面に到達し、熱分解反応或いは水素還元反応が行われ、半導体基板２０６表面に結晶膜を形成する。その際、気相成長反応に使用されたもの以外のプロセスガスは、変性された生成ガスとなり、プロセスガス２２５とともにチャンバ２０１下部に設けられた排気部２０５から逐次排気される。
【００１０】
また、チャンバ２０１のフランジ部２０９と、排気部２０５のフランジ部２１１にはシールのためにパッキン２１０、２１２を用いている。パッキン２１０、２１２はフッ素ゴム製で、耐熱温度は約３００℃である。そのため、チャンバ２０１外周にはパッキン２１０、２１２を熱で劣化させないための冷却水を循環させる流路２０３ａ、２０３ｂが設けられている。
【００１１】
以上のような構成の成膜装置２００では、半導体基板２０６上にエピタキシャル膜を形成する気相成膜時において、ヒータ２０８のヒータ加熱によって半導体基板２０６の温度が１０００℃を超えるような高温の状態となる場合がある。
そして、半導体基板２０６上に形成されるエピタキシャル膜の種類によっては、半導体基板２０６を、例えば１５００℃若しくはそれ以上の温度など、より高温に昇温する必要がある場合がある。
【００１２】
例えば、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））は、Ｓｉ（シリコン）およびＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴があるため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。そして、基板上にＳｉＣ結晶を成長させてＳｉＣ単結晶基板を得ようとする場合、基板を１５００℃以上にまで昇温する必要があり、１６５０℃望ましくは１７００℃以上で成膜対象基板を均一に昇温する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように、図３に示す成膜装置において、例えば、半導体基板２０６上にＳｉＣ結晶を成長させてＳｉＣ単結晶基板を得ようとする場合、基板温度を高温に昇温することが必要になる。そのため、例えば、１６５０℃に半導体基板の温度を昇温させようとする場合、ヒータ２０８は２０００℃程度という非常に高温の状態を維持する必要があった。
【００１５】
そして、半導体基板２０６下面側のヒータ２０８においては、従来、カーボン（Ｃ）などから製造された抵抗加熱タイプのヒータ２０８が使用されてきた。
【００１６】
しかしながら、上述のような著しく高温での加熱を従来の抵抗加熱用のヒータを用いて行おうとする場合、一般にヒータと電極とを電気的に接続するために設けられた接合用の部材の耐熱性が低いため、適用は難しかった。すなわち、抵抗加熱によりウェハに対し１５００℃や、それを超える、例えば１６５０℃で加熱することは困難であった。
【００１７】
そこで、ＳｉＣ単結晶基板を得る成膜装置の成膜室に採用されている半導体基板の加熱構造においては、半導体基板を非常に高温に昇温するため、半導体基板の下面側に抵抗加熱ヒータを配置し、それとともに成膜室の側壁部分に高周波誘導加熱ヒータを設置し、それら二種のヒーティング手段を併用して基板加熱を行う場合があった。
【００１８】
このとき、成膜室の側壁部分の高周波誘導加熱ヒータは、誘導加熱にともなう輻射熱により半導体基板を加熱する。そして、成膜のための半導体基板加熱の一部を担う。
【００１９】
したがって、半導体基板の下面側に設けられた抵抗加熱ヒータは、その加熱により半導体基板の詳細な温度分布制御を行うとともに、半導体基板加熱における主要部分を担う。そして、反応室側壁部分に配設された高周波誘導加熱ヒータは、半導体基板下面側からの抵抗加熱ヒータによる基板加熱を助けるよう働く。その結果、抵抗加熱ヒータと高周波誘導加熱ヒータの併用は、抵抗加熱ヒータの過度の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２０】
しかしながら、ここで一つの問題が発生することがわかっている。すなわち、反応室の側壁部分に設ける高周波誘導加熱ヒータは、加熱対象である半導体基板からの距離によって基板を加熱する効果に差異が生じる。
【００２１】
したがって、高周波誘導加熱ヒータを用いる場合、その温度制御を行おうとすれば、高周波誘導加熱ヒータを構成するコイルの位置や高さを調整することで対応する必要があり、細かい温度コントロールを行うことはできなかった。
【００２２】
すなわち、半導体基板下面側に設けられた抵抗加熱ヒータの温度を緻密に制御することができるとしても、高周波誘導加熱ヒータとの併用がなされた場合には、成膜装置の半導体基板のヒーティング手段全体として緻密な温度制御が十分にできないことになる。
【００２３】
本発明は、以上のような問題点を克服するものである。すなわち、加熱対象である半導体基板の下面側にヒータを設けるとともに、成膜室の側壁部分にもヒータを設け、基板加熱においてそれらを併用して半導体基板下面側のヒータの過度の温度上昇を防止するとともに、半導体基板のより緻密な温度制御を可能とする成膜装置、およびこれを用いた成膜方法を提供するものである。
【００２４】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の成膜装置は、成膜室と、その成膜室内に反応ガスを供給する供給部と、成膜室の底部に設けられた排気部と、成膜室内に設けられ、基板が載置されるサセプタと、そのサセプタ上に載置される基板の下面側に位置するよう成膜室内に配設されたヒータと、成膜室の内壁を被覆する筒状のライナとを有する。そして、成膜室の内壁とライナとの間には、ライナ周囲に周設された抵抗加熱型の上部ヒータを有し、その上部ヒータは、垂直方向、具体的には、基板面に対する垂直方向、すなわち成膜装置においては鉛直方向に分割されて、複数の抵抗加熱ヒータからなり、それら複数の抵抗加熱ヒータは、それぞれ独立に温度制御されるよう構成されていることを特徴とする。
【００２６】
上部ヒータは垂直方向に３分割以上に分割されて、３以上の抵抗加熱ヒータからなることが好ましい。
【００２７】
そして、上部ヒータと成膜室の内壁との間には、その上部ヒータからの熱を反射するためのリフレクタが設けられていることが好ましい。
【００２８】
また、成膜室の内壁の上部ヒータに対応する位置には断熱材が配設されていることが好ましい。
【００２９】
本発明の成膜方法では、プロセスガスを成膜室の頂部から流下し、サセプタ上に載置した基板をその基板下面側に配設された抵抗加熱型のヒータにより加熱しつつその基板にプロセスガスを接触させて所定の膜を形成する。そして、成膜室の内壁とその内壁を被覆するライナとの間の、そのライナの周囲には抵抗加熱型の上部ヒータを周設するとともに、その上部ヒータを垂直方向、具体的には、基板面に対する垂直方向、すなわち成膜装置においては鉛直方向に複数に分割してその分割された複数の部分それぞれを独立に温度制御し、併せて基板下面側にあるヒータの温度制御をし、サセプタ上の基板を加熱して所定の膜を成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の成膜装置によれば、成膜対象である半導体基板の下面側の抵抗加熱型ヒータと、ライナの周囲に周設された抵抗加熱型の上部ヒータとの二つのヒーティング手段を有することが可能となる。
【００３１】
したがって、半導体基板の下面側に設けられたヒータは、その加熱により半導体基板の詳細な温度分布制御を行うとともに、半導体基板の加熱における主要部分を担うことが可能となる。そして、上部ヒータは、半導体基板下面側のヒータと協同して半導体基板の加熱の一部を担うように働くことができる。その結果、半導体基板下面側のヒータと上部ヒータとの併用は、半導体基板下面側のヒータの過度の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
そして、ライナの周囲に周設された上部ヒータが抵抗加熱タイプであり、さらに鉛直方向に複数分割されて温度の領域制御が可能とされていることから、ライナ内部に配置された半導体基板の緻密な温度制御が可能となる。その結果、基板下面側の抵抗加熱タイプのヒータによる緻密な基板温度制御と併せて、より緻密な半導体基板の加熱と温度制御が可能となる。
【００３３】
本発明の成膜方法によれば、成膜対象である半導体基板の下面側に設けられた抵抗加熱型のヒータとともに、成膜室であるチャンバのライナ外周にも設けられた抵抗加熱型の上部ヒータを協同して使用することが可能となる。その結果、成膜対象である半導体基板の加熱において、それらヒータを併用することで半導体基板下面側のヒータの過度の温度上昇を防止することができる。そしてさらに、ライナ外周に周設された上部ヒータは鉛直方向に複数分割され、それぞれが独立に制御可能な抵抗加熱ヒータとなっており、それぞれ独立の温度制御による温度の領域制御が可能であり、半導体基板下面側のヒータと併用されて、半導体基板に対する緻密な温度制御を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。
【図２】本実施の形態の成膜装置の別の例を説明する模式的な断面図である。
【図３】エピタキシャル成長技術を用いる従来の成膜装置の構成を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。本実施の形態においては、目的とする結晶膜は、例えばＳｉＣからなる。そのため、半導体基板６としてＳｉＣウェハを用いることが可能である。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハなどを用いてもよい。例えば、ＳｉＣウェハに代えてＳｉウェハとしてもよく、また、ＳｉＯ２（石英）などの他の絶縁性基板や、高抵抗のＧａＡｓなどの半絶縁性基板などを用いてもよい。
【００３６】
図１に示すように、本実施の形態の成膜装置５０は、チャンバ１と、チャンバ１内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ２と、チャンバ１を冷却する冷却水の流路３ａ、３ｂと、プロセスガス２５を導入する供給部４と、反応後のプロセスガスを排気する排気部５と、後述の半導体基板６を載置してこれを支持する回転式のサセプタ７と、図示しない支持部に支持されて半導体基板６を加熱するヒータ８と、チャンバ１の上下部を連結するフランジ部９、フランジ部９をシールするパッキン１０と、排気部５と配管を連結するフランジ部１１と、フランジ部１１をシールするパッキン１２とを有する。
【００３７】
本実施の形態の成膜装置５０においては、原料となる反応ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）とシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。そして、キャリアガスとして使用される水素ガスと混合された状態で、プロセスガス２５として供給部４からチャンバ１内部に導入することができる。尚、シランの代わりにジクロロシランやトリクロロシランを使用することも可能である。
【００３８】
ヒータ８は、ＳｉＣ材料を用いて構成された抵抗加熱用のヒータである。
【００３９】
そして、サセプタ７上には、気相成長を行う上述のＳｉＣウェハ等の半導体基板６が載置される。この半導体基板６を支持するサセプタ７はサセプタ支持部７ａを介して図示されない回転機構に接続されている。そして、気相成長反応時においては、サセプタ７を回転させることにより、その上に載置された半導体基板６を高速に回転する。
【００４０】
また、ライナ２は非常に高い耐熱性を備える材料を用いて構成されている。例えば、カーボンにＳｉＣをコートして構成された部材の使用が可能である。そして、その頭部３１の上部開口部には、半導体基板６の表面に対してプロセスガス２５を均一に供給するためのガス整流板であるシャワープレート２０が取り付けられている。このシャワープレート２０には、プロセスガス２５を供給するための貫通孔２１が複数個設けられている。
【００４１】
なお、ライナ２を設けることについては、一般に、成膜装置のチャンバの壁がステンレス製であることによる。すなわち、成膜装置５０では、このステンレス製の壁を気相反応系内に露出させないように、ライナ２で全面を被覆している。これは、半導体基板６表面の結晶膜形成時のパーティクルや金属汚染、あるいはチャンバ１のステンレス製の壁の侵食を防ぐ効果がある。
【００４２】
そして、成膜装置５０の具備する中空筒状のライナ２は、サセプタ７を内部に配置する胴部３０と、胴部３０より内径が小さい頭部３１とからなる構成を有する。胴部３０内では、上述のように、サセプタ７が配置され、サセプタ７上には半導体基板６が載置され、上述のように高速回転を行いながら、半導体基板６の表面で成膜が行われる。そして、頭部３１の上部開口部には、上記したシャワープレート２０が配設されており、胴部３０内のサセプタ７上に載置された半導体基板６の表面に対してプロセスガス２５を均一に供給するように構成されている。
【００４３】
すなわち、このライナ２の頭部３１の内径は、シャワープレート２０の貫通孔２１の配置と半導体基板６の大きさに対応するように決められている。よって、シャワープレート２０の貫通孔２１を出た後、プロセスガス２５が拡散する無駄な空間が無くなっており、シャワープレート２０から供給されるプロセスガス２５が無駄なく、効率良く半導体基板６表面に集められるように構成されている。このような形状にライナ２をすることにより、成膜装置５０においては、半導体基板６表面での高効率で高速の気相成長反応が実現できることとなる。
【００４４】
そして、供給部４から成膜装置５０内に供給されたプロセスガス２５は、頭部３１を通過して半導体基板６の表面に向かって効率よく流下するが、このとき、半導体基板６表面でのプロセスガス２５の流れをより均一にするよう、半導体基板６の周縁部分とライナ２との間の隙間は狭くなるように構成されている。
【００４５】
そして、ライナ２の外周、より詳しくは、ライナ２の頭部３１の外周には上部ヒータ３５が周設されている。すなわち、本実施の形態の成膜装置５０は、図1に示すように、成膜対象である半導体基板６の下面側に配置され、半導体基板６を下面側から加熱するためのヒータ８と、ライナ２の周囲に周設され、半導体基板６に対し上方から加熱を行う上部ヒータ３５との二つのヒーティング手段を有する。
【００４６】
そして、図１に示すように、本実施の形態の成膜装置５０における上部ヒータ３５は半導体基板６面に対する垂直方向、すなわち成膜装置５０においては鉛直方向に３分割されている。よって、上部ヒータ３５は、胴部３０に近い側からシャワープレート２０の配設された上部開口部側に向け順次配置された、第一加熱ヒータ３６と第二加熱ヒータ３７と第三加熱ヒータ３８とからなる。
【００４７】
この上部ヒータ３５を構成する第一加熱ヒータ３６と第二加熱ヒータ３７と第三加熱ヒータ３８は、何れもカーボン（Ｃ）などから製造された抵抗加熱タイプの抵抗加熱ヒータである。
【００４８】
そして、上部ヒータ３５を構成する第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８は、それぞれ、ねじ止め等の手段により、第一ヒータ接続部３９、第二ヒータ接続部４０、および第三ヒータ接続部４１に接続し、支持されている。
そして、これら第一ヒータ接続部３９、第二ヒータ接続部４０、および第三ヒータ接続部４１は、それぞれチャンバ１の側壁を貫通してこれに支持されるようになっている。
【００４９】
そのため、上部ヒータ３５を構成する第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８には、対応する第一ヒータ接続部３９、第二ヒータ接続部４０、および第三ヒータ接続部４１を介し、独立にヒータ電流の供給を行うことが可能である。
【００５０】
すなわち、上部ヒータ３５を構成する第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８をそれぞれ独立に、望みのように温度制御をすることが可能である。したがって、成膜装置５０では、それぞれ独立に制御可能な複数の抵抗加熱ヒータ、すなわち、帯状の第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８が、互いに離間するよう、半導体基板６側である下方から順次、中空筒状のライナ２の周囲に周設されていることになる。
【００５１】
その結果、上部ヒータ３５においては、第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８に対応する領域の温度制御が可能であり、上部ヒータ３５を一つの加熱手段と見なした場合、温度の緻密な領域制御が可能となるように構成されていることになる。
【００５２】
また、第一ヒータ接続部３９、第二ヒータ接続部４０、および第三ヒータ接続部４１は、それぞれ独立にチャンバ１の側壁で支持されており、ライナ２頭部３１の側壁部分と第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８との間の距離を、それぞれ、独立に設定および調節することも可能である。
【００５３】
尚、上部ヒータ３５の最下部に位置する第一加熱ヒータ３６は、図１に示すように、ライナ２の形状に対応する形状とされている。すなわち、第一加熱ヒータ３６は、ライナ２の頭部３１と胴部３０の境部分の形状に対応するよう、下部側が屈曲する構造を有する。こうした構造を有することでライナ２の胴部３０内部に置かれた半導体基板の効率的な加熱が可能となる。
【００５４】
以上のように、成膜装置５０においては、図1に示すように、成膜対象である半導体基板６の下面側のヒータ８と、ライナ２の周囲に周設された上部ヒータ３５との二つのヒーティング手段を有する。
【００５５】
したがって、ライナ２の胴部３０内の半導体基板６の下面側に設けられた抵抗加熱タイプのヒータ８は、その加熱により半導体基板６の詳細な温度分布制御を行うとともに、半導体基板６の加熱における主要部分を担う。そして、ライナ２の頭部３１周囲に配設された上部ヒータ３５は、半導体基板６下面側からのヒータ８と協同して半導体基板６の加熱の一部を担うように働く。その結果、ヒータ８と上部ヒータ３５との併用は、ヒータ８の過度の温度上昇を抑制する。
【００５６】
そして、このような構成とすることで成膜装置５０では、ライナ２の周囲に周設された抵抗加熱タイプの上部ヒータ３５によっても、ライナ２内部に配置された半導体基板６の加熱と緻密な温度制御が可能となる。その結果、基板下面側の抵抗加熱タイプのヒータ８による緻密な基板温度制御と併せて、より緻密な半導体基板６の温度制御が可能となる。
【００５７】
尚、成膜装置５０においては、図１に示すように、上部ヒータ３５は鉛直方向に３分割され、それぞれ独立な第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８が設けられている。しかし、本発明の実施形態においては、上部ヒータ３５の分割構造について、このように３分割とする場合のみに限られるわけではない。
【００５８】
すなわち、例えば、ライナ２の周囲に周設される上部ヒータ３５を鉛直方向に２分割とすることが可能である。また、分割をすること無く、ライナ２の頭部３１周囲を包囲する一つの抵抗加熱タイプのヒータを用いて、上部ヒータとして使用することも当然可能である。しかしながら、上部ヒータ３５における温度の領域制御を可能とするためには、上部ヒータ３５を２分割以上することが好ましい。
【００５９】
また、上部ヒータ３５における温度の領域制御をより緻密なものとするために、鉛直方向に４分割や５分割するなど分割数をより多くすることも可能である。
尚、４分割や５分割の場合などを含め上部ヒータを鉛直方向に分割して構成する場合、図１に示す３分割の場合と同様、それぞれの抵抗加熱タイプの加熱ヒータに対しヒータ接続部を接続するようにし、独立に温度制御をする。
【００６０】
以上のように、本発明の実施形態の成膜装置においては、ライナ２の周囲に周設する抵抗加熱タイプの上部ヒータにおいて、温度の領域制御を所望のレベルで可能とするように所望の分割数を選択し、鉛直方向に分割して上部ヒータを構成することが可能である。
【００６１】
また、図１に示すように、本実施形態の成膜装置５０では、上部ヒータ３５による、ライナ２の胴部３０内に配置された半導体基板６の加熱を効率良く行うため、上部ヒータ３５の第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８の周囲を包囲するように、チャンバ１の側壁部分とライナ２の頭部３１との間にリフレクタ４５が周設されている。
【００６２】
リフレクタ４５は、優れた耐熱性を有するカーボンから製造されている。そして、ライナ２の胴部３０と頭部３１の境に位置する胴部３０の天井部分の上に立設されている。
【００６３】
リフレクタ４５は、図１に示すように、上部ヒータ３５から発せられる熱を効率良くライナ２内部の半導体基板６側に反射するよう、３層構造など複数の層からなる構造とすることが可能である。
【００６４】
また、リフレクタ４５の設置により、上部ヒータ３５からの熱がチャンバ１の側壁に届いてチャンバ１を過度に昇温させることを防ぐことができる。ただし、リフレクタを単層構造とすることや２層構造とすることも、熱の反射性能や遮蔽性能を考慮して当然に可能である。また、同様に、熱の反射性能や遮蔽性能を考慮して、３層構造より多い層からなる多層構造を構成することも可能である。
【００６５】
そして、チャンバ１の内壁の上部ヒータ３５の設置位置に対応する位置には、内壁をカバーするように断熱材４６を配設することが可能である。
図２は、本実施の形態の成膜装置の別の例を説明する模式的な断面図である。
【００６６】
図２に示す本実施形態の成膜装置の別の例である成膜装置５２では、チャンバ１の内壁の上部ヒータ３５の設置位置に対応する位置に、内壁をカバーするよう設けられた断熱材４６が、上部ヒータ３５からの熱を遮断するように作用する。そして、ステンレスなどからなるチャンバ１の側壁部分が上部ヒータ３５から熱によって過剰に昇温することを防止している。
【００６７】
尚、図２に示す成膜装置５２は、チャンバ１内壁に断熱材４６が配設された以外、図１に示す上述の成膜装置５０と同様の構成を有しており、それぞれの間で共通する部位については、便宜上、同じ符号を使用して示した。
【００６８】
次に、加熱されて変化する半導体基板６の表面温度については、チャンバ１の上部に設けられた放射温度計（図示せず）によって測定される。このため、チャンバ１の適当な部位およびシャワープレート２０は石英で構成されることが好ましい。これにより、放射温度計（図示せず）による温度測定が、チャンバ１およびシャワープレート２０で妨げられないようにすることができる。測定された温度データは制御装置（図示せず）に送られる。
【００６９】
制御装置（図示せず）は、キャリアガスである水素ガスの流路に設けられた３方弁（図示せず）の動作を制御する。すなわち、半導体基板６が所定の温度以上となった場合には、制御装置（図示せず）は３方弁（図示せず）を動かして、チャンバ１内への水素ガスの供給量を制御する。尚、制御装置（図示せず）は、ヒータ８や上部ヒータ３５への電流供給も制御する。
【００７０】
また、図１に示す、本実施の形態の成膜装置５０では、チャンバ１のフランジ部９と、排気部５のフランジ部１１には上述のようにシールのためにパッキン１０、１２を用いている。このパッキン１０、１２はフッ素ゴム製であり、耐熱温度は約３００℃である。従って、チャンバ１を冷却する冷却水の流路３ａ、３ｂは、パッキン１０、１２を熱で劣化させることを防止でき、特に有効である。
【００７１】
以上の構成を有する本実施の形態の成膜装置５０においては、チャンバ１内で半導体基板６を支持し、回転機構（図示せず）に接続されたサセプタ７により回転させながら、ヒータ８と上部ヒータ３５の併用により、１５００℃以上に加熱する。この状態でチャンバ１内に、反応ガスとキャリアガスとから構成されるプロセスガス２５を、供給部４からシャワープレート２０の貫通孔２１を介して供給する。
【００７２】
そして、半導体基板６表面で熱分解反応或いは水素還元反応が行われ、半導体基板６表面に結晶膜を形成する。その際、気相成長反応に使用されたもの以外のプロセスガスは、変性された生成ガスとなり、プロセスガス２５とともにチャンバ１下部に設けられた排気部５から逐次排気される。
【００７３】
次に、本実施の形態である上述の成膜装置５０を使用した成膜方法について、図１に示す成膜装置５０を参照しながら説明する。
ＳｉＣウェハである半導体基板６上へのＳｉＣなどのエピタキシャル膜の形成は、以下のようにして行われる。
【００７４】
まず、ＳｉＣウェハである半導体基板６をチャンバ１の内部に搬入する。次いで、サセプタ７の上に半導体基板６を載置する。そして、サセプタ支持部７ａおよびサセプタ７に付随させて、サセプタ７上に載置された半導体基板６を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００７５】
次に、ヒータ８とともに、ライナ２の頭部３１周囲に周設された上部ヒータ３５の第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８それぞれに、第一ヒータ接続部３９、第二ヒータ接続部４０、および第三ヒータ接続部４１を介して独立に電流を供給し、ヒータ８と上部ヒータ３５を加熱する。
【００７６】
そして、各ヒータ８、３５から発熱をさせて、半導体基板６の加熱を開始する。そして、半導体基板６の温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１６５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ１の壁部分に設けた冷却水の流路３ａ、３ｂによりチャンバ１自体は冷却され、過度の昇温が防止される。
【００７７】
そして、半導体基板６の温度が１６５０℃に達し、その温度の状態が維持されるために、ヒータ８と上部ヒータ３５は協同して作用するが、１６５０℃近辺での緻密な温度調整はヒータ８により行うことが可能である。上部ヒータ３５では、第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８それぞれを独立に温度調整し、ヒータ８による半導体基板６加熱と緻密な温度調整を助けるように作用させる。
【００７８】
このとき、半導体基板６を１６５０℃に維持しようとする場合、上部ヒータ３５を構成する第一加熱ヒータ３６、第二加熱ヒータ３７、および第三加熱ヒータ３８のそれぞれを１７００℃〜１８００℃に温度調整することで、ヒータ８の温度を１８００℃以下とすることができる。そして、半導体基板６における緻密な温度制御も可能となる。
【００７９】
尚、上部ヒータ３５を有しない従来成膜装置において、ヒータ８に対応する半導体基板の下面側に配置された抵抗加熱タイプのヒータのみで半導体基板の温度を１６５０℃に維持しようとする場合、ヒータの温度を２０００℃程度に昇温することが必要であることがわかっている。したがって、本実施の形態の成膜装置５０を使用して半導体基板６に対する成膜を行おうとする場合、半導体基板６の下面側に配置されたヒータ８を過度に昇温させて、基板加熱を行う必要はなく、ヒータ８の好ましい使用温度範囲内で、半導体基板６の温度を所望の温度に設定することが可能となる。
【００８０】
放射温度計（図示せず）による測定で半導体基板６の温度が所定温度に達したことを確認した後は、徐々に半導体基板６の回転数を上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。そして、供給部４からプロパン（Ｃ３Ｈ８）とシラン（ＳｉＨ４）を含むプロセスガス２５をチャンバ１内に供給する。
【００８１】
チャンバ１内に導入されたプロセスガス２５は、チャンバ１内に設けられたライナ２の頭部３１に取り付けられたシャワープレート２０を通過する。多数の貫通孔２１を有するシャワープレート２０は、ガス整流板として作用し、シャワープレート２０の貫通孔２１から出たプロセスガス２５を均一に、胴部３０内に配置された半導体基板６上に流下させる。
【００８２】
そして、上述のように、半導体基板６は所定温度に加熱されており、半導体基板６の表面に所望のエピタキシャル膜が形成される。
【００８３】
半導体基板６の上に、例えばＳｉＣなど、所定の膜厚のエピタキシャル膜を形成した後は、プロセスガス２５の供給を終了する。プロセスガスの構成に用いられるキャリアガスの供給も、プロセスガス２５の供給終了とともに終了することができるが、放射温度計（図示せず）による測定により、半導体基板６が所定の温度より低くなったのを確認してから終了するようにしてもよい。
【００８４】
以上のように、本実施の形態である成膜装置およびそれを用いた成膜方法では、成膜対象である半導体基板の下面側に設けられた抵抗加熱タイプのヒータとともに、成膜室であるチャンバのライナ外周にも設けられた抵抗加熱タイプの上部ヒータを協同して使用する。
【００８５】
そして、成膜対象である半導体基板の加熱において、それらヒータを併用することで半導体基板下面側のヒータの過度の温度上昇を防止する。さらに、ライナ外周に周設された上部ヒータは鉛直方向に複数分割され、それぞれが独立に制御可能な抵抗加熱ヒータとなっており、それぞれ独立の温度制御による温度の領域制御が可能であり、半導体基板下面側のヒータと併用されて、半導体基板に対する緻密な温度制御を可能とする。
【００８６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げ、ＳｉＣ結晶膜の形成について説明したが、これに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、成膜室内に載置される基板を加熱して基板の表面に膜を形成する成膜装置であれば、他の成膜装置であってもよい。
【００８７】
さらに、装置の構成や制御の手法など、本発明に直接必要としない部分などについては記載を省略したが、必要とされる装置の構成や、制御の手法などを適宜選択して用いることができる。
【００８８】
また、本発明を説明するために示した図において、説明のために必要な構成以外は省略し、縮尺等に就いても原寸大のものとは一致させず、明確に視認できるよう適宜変更した。
【００８９】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての気相成長装置および各部材の形状は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９０】
１、２０１    チャンバ
２、２０２    ライナ
３ａ、３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ    流路
４、２０４    供給部
５、２０５    排気部
６、２０６    半導体基板
７、２０７    サセプタ
７ａ    サセプタ支持部
８、２０８    ヒータ
９、１１、２０９、２１１    フランジ部
１０、１２、２１０、２１２    パッキン
２０、２２０    シャワープレート
２１、２２１    貫通孔
２５、２２５    プロセスガス
３０、２３０    胴部
３１、２３１    頭部
３５    上部ヒータ
３６    第一加熱ヒータ
３７    第二加熱ヒータ
３８    第三加熱ヒータ
３９    第一ヒータ接続部
４０    第二ヒータ接続部
４１    第三ヒータ接続部
４５    リフレクタ
４６    断熱材
５０、５２、２００    成膜装置
【図１】
0005481224.tif 000002
【図２】
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【図３】
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