(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッファ領域と、基板上に成膜が行われる反応領域と、前記バッファ領域と前記反応領域の境界に設けられ、複数の貫通孔を有する整流板とを備える成膜室と、
前記反応領域内で前記基板上に珪素のソースガスを含む第１の反応ガスを前記基板面の垂直方向に供給する第１のガス供給路と、
炭素のソースガスを含む第２の反応ガスを前記バッファ領域に供給する第２のガス供給路を有し、
前記整流板は、前記バッファ領域に供給された前記第２の反応ガスを、前記基板面の垂直方向に、整流状態で前記反応領域に供給し、
前記第１のガス供給路の先端は、前記基板上に配置され、前記第１のガス供給路の先端と前記基板との離間距離が前記基板上に形成される膜の厚さの２倍から１０倍であり、前記第１のガス供給路の先端まで、前記第１の反応ガスと前記反応領域内に供給された前記第２の反応ガスとが分離されることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記第２のガス供給路は、前記成膜室の上部に設けられ、
前記第１のガス供給路は前記整流板を貫通するように設けられ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】
前記第１のガス供給路は、前記成膜室内に配置されている部分が内管と外管とからなる２重管構造を有し、
前記内管には、前記第１の反応ガスを供給し、前記外管には、前記第１の反応ガスと異なる組成のガスを供給するよう構成された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】
前記成膜室には、さらに第３のガス供給路が１つ以上設けられており、前記基板上に配置される前記第３のガス供給路の先端と前記基板との離間距離が、前記基板上に形成される膜の厚さの２倍から１０倍であ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】
成膜室内に基板を載置し、
前記基板上に配置され、前記基板との離間距離が前記基板に形成されるＳｉＣ膜の厚さの２倍から１０倍である第１のガス供給路の先端から珪素のソースガスを含む第１の反応ガスを、前記基板面の垂直方向に、前記基板上に供給し、
前記成膜室の上部に設けられた第２のガス供給路から炭素のソースガスを含む第２の反応ガスを前記第１の反応ガスと分離して、前記基板面の垂直方向に、整流状態で前記基板上に供給し、
前記第１のガス供給路の先端まで分離されて供給された前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスを、前記基板上で反応させて前記ＳｉＣ膜を形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、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板であるウェハ上にシリコンなどの単結晶膜を成長させたエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。
【０００３】
図３は、従来の成膜装置の模式的な横断面図である。
従来の枚葉式の成膜装置２００は、成膜室であるチャンバ２０１と、このチャンバ２０１を積載するベース２０２と、チャンバ２０１内に反応ガス２１５を供給するガス供給路２０４と、単結晶膜を成長させる基板であるウェハ２０３上に均一に反応ガス２１５を供給するための整流板２３０と、単結晶膜を成長させるときにウェハ２０３を加熱しながら行えるようウェハ加熱手段２０５とを備えている。
【０００４】
チャンバ２０１の上部に設けられたこの整流板２３０は、例えば石英製である。そして、多数の貫通孔２３１が設けられ、ウェハ２０３側には噴出口２３２を有し、ガス供給路２０４より供給された反応ガス２１５は、貫通孔２３１を通過してウェハ２０３の方に流下する。こうして、ガス供給路２０４から供給された反応ガス２１５は、ウェハ２０３上に均一に供給される。
ベース２０２の下部には上方に向かってチャンバ２０１内にまで伸びる中空円筒形状の支柱２０６が取り付けられている。
【０００５】
上述のウェハ加熱手段２０５は、その支柱２０６の上端部に取り付けられている。そして、この中空円筒形状の支柱２０６の下端は、この支柱２０６の下蓋となる電極固定部２０７により閉じられており、支柱２０６の内部には、電極固定部２０７を貫通して支柱２０６に固定される２本の電極棒２０８が設けられている。この２本の電極棒２０８は、支柱２０６の上端部を抜けてチャンバ２０１内のウェハ加熱手段２０５まで伸びている。
【０００６】
ウェハ加熱手段２０５は、抵抗加熱用のヒータ２０９とそのヒータ２０９を固定して保持する導電性のブースバー２１０とからなる。そして、ブースバー２１０は、支柱２０６の上端部に固定された連結部材２１１に固定されており、その結果、ヒータ２０９は支柱２０６に固定される構造を有している。そして、上述の２本の電極棒２０８はそれぞれ連結部材２１１に接続されている。従って、この２本の電極棒２０８を介してヒータ２０９への給電が可能となっており、ヒータ２０９を用いた抵抗加熱が可能となっている。尚、支柱２０６にはさらに、その上面部分を閉じる上蓋２１２が設けられている。
【０００７】
チャンバ２０１内には、成膜対象の基板であるウェハ２０３が配置されるが、それを載置して保持するためのサセプタ２２０が設けられている。そして、このサセプタ２２０は回転可能となっている。すなわち、中空円筒形状の支柱２０６にはその周囲を囲むように中空の回転軸２２１が設けられており、この回転軸２２１はベアリング（図示されない）により支柱２０６と無関係に回転自在にベース２０２に取り付けられて別設のモータ２２２により回転が与えられるようになっている。
【０００８】
そしてさらに、チャンバ２０１の内部まで伸びるこの回転軸２２１の上端には回転筒２２３が配設され、この回転筒２２３には上述のサセプタ２２０が取り付けられている。したがって、サセプタ２２０は、ウェハ加熱手段２０５の上方、チャンバ２０１の内部で回転可能に配置されている。
【０００９】
よって、このような構造の成膜装置２００では、基板であるウェハ２０３は、サセプタ２２０上に載置された状態で回転しながら、サセプタ２２０の下方に設けられたウェハ加熱手段２０５のヒータ２０９によって加熱される。そして、ガス供給路２０４を通じて反応ガス２１５がチャンバ２０１内に供給され、整流板２３０を通過してウェハ２０３に向かって流下し、ウェハ２０３上に均一に供給されることで、ウェハ２０３上にエピタキシャル膜が形成される。
【００１０】
特許文献１には、貫通孔が形成されて反応ガスが通過可能な整流板とサセプタ上に載置されたウェハとの離間距離を、反応ガスがウェハの面上で整流状態になるよう設定された成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２１５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の成膜装置２００では、ウェハ２０３上にエピタキシャル膜を形成する気相成膜時において、ウェハ加熱手段２０５のヒータ加熱によってウェハ２０３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、ウェハ２０３上に形成されるエピタキシャル膜の種類によっては、例えば１５００℃若しくはそれ以上の温度など、ウェハ２０３をより高温に昇温する必要がある場合がある。
【００１３】
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エピタキシャル膜形成基板を得ようとする場合、基板を１６００℃程度にまで昇温する必要があり、望ましくは１７００℃以上で成膜対象となる基板を均一に昇温する必要があった。
【００１４】
しかしながら、ウェハ２０３をこのような高温の状態にするためヒータ加熱を行う場合、ヒータ２０９からの輻射熱は、ウェハ２０３だけでなく、成膜装置２００を構成する他の部材に伝わり、それらを昇温させてしまう。特に、ウェハ２０３やヒータ２０９のような高温となる部分の近傍にある成膜装置２００の構成部材やチャンバ２０１の内壁において顕著である。
【００１５】
そして、こうしたチャンバ２０１内に生じた高温部位に反応ガス２１５が接触すると、高温加熱されたウェハ２０３の表面と同様に、反応ガス２１５の熱分解反応が起こってしまう。
【００１６】
例えば、ウェハ等の基板表面に上述のＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガス２１５としては、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）やＣ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）やキャリアガスとしての水素ガスなどを含んで調製された混合ガスが用いられる。そして、チャンバ２０１上部にあるガス供給路２０４からチャンバ２０１内に供給され、高温加熱されたウェハ２０３表面に到達して分解し、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成に使用される。
【００１７】
しかしながら、このような組成を有して反応性に富む反応ガス２１５は、たとえそこがウェハ２０３上でなくとも、一定の温度条件を満たす部材に接触し、高温状態に置かれ場合に分解反応を起こしてしまう。その結果、反応ガス２１５に接触して加熱し、分解反応を発生させたチャンバ２０１内の部材には、反応ガス２１５の構成成分に由来する結晶性の屑が形成され付着することになる。
【００１８】
すなわち、反応ガスの一部は、ウェハ２０３上でのエピタキシャル膜形成には利用されず、副生成物となり無駄に消費されてしまうことになる。
【００１９】
また、こうした副生成物は、成膜装置２００の稼動に伴う昇温、降温が繰り返されることで欠片が剥離し、チャンバ２０１内にパーティクルとして滞留する。そして、後に生産される半導体基板に成膜される気相成長膜を汚染し、品質を低下させる要因となる。
【００２０】
したがって、パーティクルを除去するメンテナンス作業を頻繁に行なう必要性がある従来の成膜装置２００では、稼働率をある一定以上に向上させることができないことになる。
【００２１】
以上のように、従来の成膜装置２００には、反応ガスが無駄に消費されてしまう問題や、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜の品質に対する問題、装置のメンテナンス作業のために生じる稼働率の低下という問題があった。
そして、こうした問題は、使用する反応ガスがそれ自身で反応性に富み、さらにウェハを１５００℃程度またはそれ以上という非常に高温に加熱する必要がある上述のＳｉＣ膜の場合に、より顕著であった。
【００２２】
したがって、反応ガスが、チャンバ内の昇温されたウェハではない他の構成部材に接触し、その結果、分解反応を起こして無駄に消費されてしまうことを抑制することが可能な新しい成膜装置および成膜方法が求められている。すなわち、効率良く反応ガスをウェハ表面でのエピタキシャル膜形成に用いることが可能であり、また、膜厚均一性が高く高品質のエピタキシャル膜の形成を可能とする新たな構成の成膜装置および成膜方法が求められている。
【００２３】
そして特に、非常に高い温度での加熱が必要となるＳｉＣ膜を形成しようとする場合に、そうした新たな成膜装置や成膜方法への要求は強いものとなる。
【００２４】
本発明は、こうした従来成膜装置や成膜方法の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、成膜対象であるウェハ等の基板を加熱しながら基板表面に膜形成を行う際において、無駄な分解反応を抑制して、反応ガスを効率良く使用でき、さらに形成される膜の膜厚均一性が高く高品質の膜形成を実現することができる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００２５】
そして本発明の別の目的は、基板を非常に高温に加熱してＳｉＣ膜を基板上に形成する場合にも、反応ガスの無駄な分解反応を抑制して、反応ガスを効率良くエピタキシャル膜形成に使用でき、さらに形成される膜の膜厚均一性が高く高品質の膜形成を実現することができる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００２６】
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】
【００２７】
本発明の第１の態様は、成膜室と、成膜室内に珪素のソースガスを含む第１の反応ガスを供給する第１のガス供給路と、成膜室内に炭素のソースガスを含む第２の反応ガスを供給する第２のガス供給路とを有し、第１の反応ガスおよび第２の反応ガスを用いて、成膜室内に載置される基板上でＳｉＣ（炭化珪素）膜の成膜を行う成膜装置であって、第１のガス供給路は、その先端が基板の近傍まで延びる構造であることを特徴とするものである。
【００２８】
そして、第２のガス供給路は、成膜室の上部に設けられており、第２の反応ガスを流下させて基板上で第１の反応ガスとの反応が起こるよう構成されることが好ましい。
【００２９】
また、第１のガス供給路は、成膜室内に配置されている部分が内管と外管とからなる２重管構造を有し、その内管には、第１の反応ガスを供給し、外管には、その第１の反応ガスと異なる組成のガスを供給するよう構成されることが好ましい。
【００３０】
そして、成膜室には、さらに別のガス供給路が１つ以上設けられており、別のガス供給路は、その先端が前記基板の近傍まで延びる構造であることが好ましい。
【００３１】
本発明の第２の態様は、成膜室内に基板を載置し、先端が基板の近傍まで延びる第１のガス供給路から珪素のソースガスを含むガスを供給するとともに、成膜室の上部に設けられた第２のガス供給路から炭素のソースガスを含むガスを供給しこれを基板に向けて流下させることにより、基板上にＳｉＣ膜を形成することを特徴とする成膜方法に関する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の第１の態様によれば、基板表面でのＳｉＣ膜形成のための反応に使用するガスの成分を分離して、それぞれソースガスを別のガス供給路を利用して成膜室内に供給することを可能としている。さらに、反応性に富んだ珪素のソースガスを含むガスについては、基板近傍に供給することを可能とし、基板近傍で別の供給路から供給されたソースガス同士が出会い、ソースガス間における反応が起こるように成膜装置は構成されている。
【００３３】
よって、ＳｉＣ膜を基板表面に形成する場合に、反応ガスに用いられるソースガスの無駄な分解反応を抑制して、反応ガスを効率良く膜形成に使用できる成膜装置が提供される。そして、形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性を高くすることが可能となり、高品質のＳｉＣ膜形成を実現することができる成膜装置を提供される。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、基板表面でのＳｉＣ膜形成のための反応に使用するガスの成分を分離して、珪素のソースガスと炭素のソースガスとを別のガス供給路を利用して成膜室内に供給することを可能としている。さらに、反応性に富んだ珪素のソースガスを含むガスを基板近傍に供給し、基板近傍において別の供給路から供給された炭素のソースガスと出合わせ、ソースガス間における反応を起こさせることが可能となる。
【００３５】
したがって、ＳｉＣ膜を基板表面に形成する場合に、反応ガスに用いられるソースガスの無駄な分解反応を抑制して、反応ガスを効率良く膜形成に使用できる成膜方法が提供される。そして、形成されるＳｉＣ膜の膜厚均一性を高くすることが可能となり、高品質のＳｉＣ膜形成を実現することができる成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の成膜装置の模式的な横断面図である。
【図２】本発明の実施形態の成膜装置の有する第１のガス供給路の別の例の構造を説明する断面図である。
【図３】従来の成膜装置の模式的な横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明の実施形態の成膜装置の模式的な横断面図である。本実施の形態の成膜装置１００は、基板の表面にＳｉＣ（炭化珪素）エピタキシャル膜形成を行うものである。基板としては、例えば、ＳｉＣウェハ１０１を用いる。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。
【００３８】
成膜装置１００は、ＳｉＣウェハ１０１への膜形成を行う成膜室としてのチャンバ１０２を有する。
【００３９】
このとき、図３に示す従来の成膜装置２００では、反応ガス２１５として、シラン（ＳｉＨ４）などのＳｉ（珪素）のソースガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）などのＣ（炭素）のソースガスとキャリアガスとしての水素ガスと混合した混合ガスを使用し、１つのガス供給路２０４からチャンバ２０１内に導入し、ウェハ２０３上でのＳｉＣエピタキシャル膜形成を行うよう構成されていた。
【００４０】
一方、本発明の実施形態の成膜装置１００は、ＳｉＣウェハ１０１表面でのエピタキシャル膜形成のための反応に使用するガスの成分を分離して、それぞれを別のガス供給路を利用してチャンバ内に供給できるよう構成されている。さらに、反応性に富んだソースガスを含むガスについては、後述するように、ＳｉＣウェハ１０１の直上近傍に供給することを可能とし、ＳｉＣウェハ１０１の直上で主に、ソースガス間における反応が起こるように構成されている。
【００４１】
したがって、チャンバ１０２の上部には、ＳｉＣエピタキシャル膜形成に用いるソースガスを含んだガスを供給するための第１のガス供給路１４０と第２のガス供給路１４１という異なる系統のガス供給路が接続している。
【００４２】
そして、本発明の実施形態の成膜装置１００は、基板としてのＳｉＣウェハ１０１表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するため、反応に使用するガスには、Ｓｉ（珪素）ソースガスとＣ（炭素）ソースガスを含むガスを使用する。
【００４３】
よって、本実施形態の成膜装置１００では、第１のガス供給路１４０に供給される第１の反応ガス１３１をＳｉソースガス含むガスとする。そして、第２のガス供給路１４１に供給される第２の反応ガス１３２をＣ（炭素）のソースガスを含むガスとする。すなわち、成分の異なる２種類の反応ガスをそれぞれ異なるガス供給路に供給する。
【００４４】
尚、第１の反応ガス１３１においては、シランをソースガスとすることが可能である。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ソースガスとして使用することも可能である。また、第２の反応ガス１３２においては、プロパンをソースガスとすることが可能である。尚、プロパンの代わりにアセチレンをソースガスとして使用することも可能である。そして、第１の反応ガス１３１および第２の反応ガスにはそれぞれ、キャリアガスとしての水素ガスが含有されている。
【００４５】
そして、シランを含む第１の反応ガス１３１は、シラン供給部１３３から供給されるシランと例えば水素ボンベである水素ガス供給部（図示されない）から供給される水素ガスが混合されて、第１のガス供給路１４０に供給され、チャンバ１０２内に供給されるものである。
【００４６】
プロパンを含む第２の反応ガス１３２は、プロパンガス供給部１３４から供給されるプロパンガスと、水素ガス供給部（図示されない）から供給される水素ガスが混合されて、第２のガス供給路１４１に供給され、チャンバ１０２内に供給されるものである。
【００４７】
本実施形態の成膜装置１００では、チャンバ１０２内に整流板１３５を有している。そして、この整流板１３５が境界となって、チャンバ１０２内を、バッファ領域１３６と、ＳｉＣウェハ１０１を配置してエピタキシャル膜形成を行う反応領域１３７とに区分している。
【００４８】
このとき、整流板１３５は、図１に示すように、整流板１３５自体を上下に貫通する貫通孔１３８を有している。この貫通孔１３８は適当な間隔で整流板１３５において多数設けられている。
【００４９】
よって、第２のガス供給路１４１に供給されてチャンバ１０２内に供給された第２の反応ガス１３２は、まずバッファ領域１３６内に供給される。
そして、バッファ領域１３６に供給された第２の反応ガス１３２は、整流板１３５の貫通孔１３８を通過し、反応領域１３７に均等に供給され、下方のＳｉＣウェハ１０１に向けて流下する。
【００５０】
そして、本実施形態の成膜装置１００では、チャンバ１０２内のバッファ領域１３６に供給され、整流板１３５の貫通孔１３８を通過してＳｉＣウェハ１０１に向けて流下する第２の反応ガス１３２が、ＳｉＣウェハ１０１面上で整流状態となるように、整流板１３５とＳｉＣウェハ１０１との離間距離Ｈが設定されている。
【００５１】
すなわち、整流板１３５の貫通孔１３８を通過して整流されて、下方のＳｉＣウェハ１０１に向かってほぼ鉛直に流下する第２の反応ガス１３２は、いわゆる縦フローを形成する。そして、後述するよう、高速回転するＳｉＣウェハ１０１の引き付け効果により引き付けられ、ＳｉＣウェハ１０１とぶつかり、その後、乱流を形成すること無く、ＳｉＣウェハ１０１上面に沿って水平な方向にほぼ層流として整流され流れる。ＳｉＣウェハ１０１表面での、反応に使用するガスのこのような整流状態の形成により、ＳｉＣウェハ１０１表面には膜厚均一性が高く高品質のエピタキシャル膜の形成が可能となる。
【００５２】
尚、整流板１３５とＳｉＣウェハ１０１との離間距離Ｈの設定については、後述する、反応領域１３７で成膜反応時にＳｉＣウェハ１０１が載置されるリング状のサセプタ１１０の径の５倍以下となるようにすることが好ましい。このように離間距離Ｈを設定することで、上述のサセプタ１１０上のＳｉＣウェハ１０１表面における整流状態の形成が容易となる。
【００５３】
次に、チャンバ１０２内に第１の反応ガス１３１を供給するための第１のガス供給路１４０は、先端がＳｉＣウェハ１０１の近傍まで延びるよう構成されている。すなわち、第１のガス供給路１４０は、チャンバ１０２内に配置される部分が管形状を有し、バッファ領域１３６と反応領域１３７とを区分する整流板１３５を貫通するように配設されている。そして、供給された第１の反応ガス１３１を噴出させる下部の開口部分の位置は、ＳｉＣウェハ１０１の上方であって、ＳｉＣウェハ１０１の近傍に設定されている。
【００５４】
尚、第１のガス供給路１４０の下部開口部とＳｉＣウェハ１０１との離間距離は、ＳｉＣウェハ１０１表面に形成されるＳｉＣエピタキシャル膜の厚さの２倍から１０倍程度が好ましく、特に３倍程度が好ましい。この離間距離の設定は、反応に使用するガスの整流状態に影響を与えないよう、後に説明するＳｉＣウェハ１０１の加熱による近傍の気相の温度、および、ＳｉＣウェハ１０１の回転速度に応じて定められる。
【００５５】
そして、第１のガス供給路１４０は、下部開口部とＳｉＣウェハ１０１との離間距離が所望の設定値となるよう、チャンバ１０２への配設状態を調整可能である。すなわち、第１のガス供給路１４０は、その下部開口部の位置を上下に可変とできるように構成されている。
【００５６】
尚、第１のガス供給路１４０の、チャンバ１０２内に配置される管部分は、カーボン基材にＳｉＣコートが施されて構成される。
【００５７】
そして、チャンバ１０２内へと供給するよう第１のガス供給路１４０に供給された第１の反応ガス１３１は、バッファ領域１３６に供給されることは無く、直接に反応領域１３７のＳｉＣウェハ１０１の直上に供給される。
【００５８】
よって、バッファ領域１３６では、実質的に、第１の反応ガス１３１と第２の反応ガス１３２とが接触して混ざり合うことは無い。従って、バッファ領域１３６内で第１の反応ガス１３１と第２の反応ガス１３２との間で反応を起こすことは無い。
【００５９】
そして、第１のガス供給路１４０は、第１の反応ガス１３１を供給する先端が反応領域１３７にあるＳｉＣウェハ１０１の近傍まで延びている。したがって、第１の反応ガス１３１と第２の反応ガス１３２は、反応領域１３７のＳｉＣウェハ１０１の近傍で初めて混ざり合うこととなる。すなわち、成分の異なる２種類の反応ガスをＳｉＣウェハ１０１への到達直前まで混合することなく、ＳｉＣウェハ１０１上へ供給することが可能となる。
【００６０】
このとき、上述のように、反応領域１３７では、ＳｉＣウェハ１０１に向けて流下する第２の反応ガス１３２が、ＳｉＣウェハ１０１面上で整流状態となっており、第１のガス供給路１４０から供給された第１の反応ガス１３１は、この流れに乗って流れ、第２の反応ガス１３２とＳｉＣウェハ１０１の近傍で交じり合い、第２の反応ガス１３２と反応して、ＳｉＣウェハ１０１表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【００６１】
そして、未反応の第１の反応ガス１３１および第２の反応ガス１３２ならびに反応によって生成されたガスは、チャンバ１０２の底部に設けられた排気路１３９からチャンバ１０２外に排出される。
【００６２】
尚、本実施形態の成膜装置１００において、第１のガス供給路１４０に供給される第１の反応ガス１３１にＣ（炭素）のソースガスを含むガスを用い、第２のガス供給路１４１に供給される第２の反応ガスにＳｉのソースガスを含むガスを使用することも可能である。
【００６３】
しかしながら、シランやジクロロシランやトリクロロシランは反応性が高く、一方、プロパンなどＣのソースガスはＳｉソースガスに比べ安定性が高いため、成膜装置１００のように、第１のガス供給路１４０に供給される第１の反応ガス１３１にＳｉのソースガスを含むガスを用い、第２のガス供給路１４１に供給される第２の反応ガスにＣ（炭素）のソースガスを含むガスを用いることが好ましい。
【００６４】
すなわち、Ｓｉソースガスであるシランなどは、加熱されて単独で分解する分解反応を引き起こすが、プロパンなどＣソースガスは、比較的に安定で、高温に昇温されたチャンバ１０２内においても、他の構成部材など触れて、自身で分解反応を起こす懸念が少ない。よって、上述のように、プロパンなどＣソースガスを含む第２の反応ガス１３２は、反応領域１３７内の高温に加熱されたＳｉＣウェハ１０１の上方で、反応に使用するガスの縦フローを形成させるのに好適である。
【００６５】
本実施形態の成膜装置１００は、チャンバ１０２を積載するベース１０４を備えている。ベース１０４の下面側には上方に向かってチャンバ１０２内にまで伸びる円柱状の非導電性の支柱１０５が取り付けられている。
【００６６】
チャンバ１０２の内部の反応領域１３７には、ＳｉＣウェハ１０１が載置されるリング状のサセプタ１１０が、中空の回転筒１１１の上に設けられている。回転筒１１１は、回転軸１１２に支持されて、ベース１０４の下面からチャンバ１０２内に伸びる中空円筒形状の支柱１０５の周囲を囲むように設けられている。
【００６７】
そして、回転軸１１２はベアリング（図示せず）により支柱１０５と無関係に回転自在にベース１０４に取り付けられおり、別設のモータ１１３により回転が与えられるようになっている。すなわち、回転軸１１２がモータ１１３を通じて回転すると、回転軸１１２に取り付けられた回転筒１１１が回転し、回転筒１１１の上に設けられたサセプタ１１０も回転する。
【００６８】
そして、チャンバ１０２内に伸びる中空円筒形状の支柱１０５の上面には、ＳｉＣウェハ１０１表面での気相成膜時にＳｉＣウェハ１０１を加熱可能とするよう、ウェハ加熱手段１２０が取り付けられている。尚、支柱１０５の上端は上蓋１０６で閉じられている。
【００６９】
加熱によって変化するＳｉＣウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０２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１０２および必要な整流板（図示せず）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１０２および整流板（図示せず）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。
【００７０】
そして、ＳｉＣウェハ１０１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、水素ガス供給部（図示されない）を制御して、チャンバ１０２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、後述するヒータ１２１の出力も制御する。
【００７１】
支柱１０５の上面の形状については、図１に示すように、支柱１０５の円筒形状に穴の開いたドーナツ状の円盤を合わせた形状、すなわち、円筒形部材からはみ出すように出っ張った部分を持つ形状若しくはフランジ形状としても良く、さらに出っ張った部分の周囲には上方に向かって立ち上がる縁を備えていても良い。支柱１０５の上端部分がこうした形状を備えることで、以下で説明するウェハ加熱手段１２０の取り付けをより確かなものとすることができる。
【００７２】
そして、中空円筒形状の支柱１０５の内部には２本の電極が設けられている。これら電極は何れも、金属モリブデン（Ｍｏ）製の電極棒１０８と、電極棒１０８の上端部分に固定されると共にブースバー１２３を支持する連結部材１２４とからなる。
【００７３】
電極の連結部材１２４は、電極棒１０８の上端部分から支柱１０５の周囲方向に伸びる形状を有している。そのため、電極棒１０８と連結部材１２４とからなる電極は、全体としてＬ字状の形状を有している。そして、連結部材１２４は金属モリブデン製であり、Ｌ字状の電極は全体として金属モリブデン製である。
【００７４】
支柱１０５の下端には電極固定部１０９が配設されている。電極棒１０８は、この電極固定部１０９を貫通して支柱１０５の上端側に伸びると共に支柱１０５にその下端部で固定されている。尚、電極固定部１０９は、中空円筒形状の支柱１０５の下蓋としての機能も果たしており、支柱１０５の下側を閉じている。
【００７５】
本発明の実施形態である成膜装置１００は、上述のようウェハ加熱手段１２０を有し、基板であるＳｉＣウェハ１０１上にエピタキシャル膜を形成する気相成膜時において、ＳｉＣウェハ１０１を加熱し、ＳｉＣウェハ１０１の表面に膜を形成することが可能である。
【００７６】
ウェハ加熱手段１２０は、ＳｉＣウェハ１０１を加熱するヒータ１２１と、ヒータ１２１を固定してこれを支持するアーム状のブースバー１２３とからなる。ブースバー１２３は、ヒータ１２１を支持する側とは反対の側の端部で上述の連結部材１２４に支持されている。そして、ボルト止め等により、ブースバー１２３は連結部材１２４と固定されて一体となっている。
【００７７】
そして、ヒータ１２１はＳｉＣから構成され、ヒータ１２１を支持する２本のアーム状のブースバー１２３は導電性であって、例えば、ＳｉＣをコートしたカーボン材からなる。そして、上述のように、連結部材１２４は、電極棒１０８と同様にモリブデンにより構成されている。したがって、ブースバー１２３を介して、電極１０７からヒータ１２１への給電が可能となっている。
【００７８】
そして、固定されて一体となったブースバー１２３と連結部材１２４においては、連結部材の１２４の下面が、支柱１０５上面、すなわち、支柱１０５の円筒形部材からはみ出すように出っ張った部分の上面の少なくとも一部と接している。さらに、ブースバー１２３と連結部材１２４の少なくとも一方が、上述の支柱１０５の上面の縁とも接しており、少なくとも２点の支持により、支柱１０５に固定される構造となっている。
【００７９】
電極固定部１０９は、支柱１０５の下端部分に配置されているが、チャンバ１０２の外側であることにより、それほどの高温には晒されないことになる。よって、耐熱性の観点から比較的広い範囲から材料の選択をすることが可能であり、適度な耐熱性と柔軟性を備えた部材を使用することが好ましい。
そのような特性の部材としては樹脂材が好適であり、上記条件の温度環境下においても劣化することなく使用が可能なフッ素樹脂を用いて電極固定部１０９を構成することが好ましい。
【００８０】
次に、本実施の形態の成膜装置１００は、チャンバ１０２内に配置された第１のガス供給路１４０の管部分の構造を２重管構造とすることも可能である。
図２は、本発明の実施形態の成膜装置の有する第１のガス供給路の別の例の構造を説明する断面図である。
【００８１】
上述のように、成膜装置１００では、第１のガス供給路１４０は、先端がＳｉＣウェハ１０１の近傍まで延びるよう構成されている。そして、第１のガス供給路１４０は、チャンバ１０２内に配置される部分が管状構造を有している。よって、シランなどのＳｉのソースガスとキャリアガスとしての水素ガス含むガスを第１の反応ガス１３１として、第１のガス供給路１４０に供給し、ＳｉＣウェハ１０１の直上にＳｉソースガスを供給することを可能としている。
【００８２】
このとき、図２に示すように、チャンバ１０２内に配置される管部分１４７を内管１４８と外管１４９とからなる２重管構造とし、内管１４８に供給するガスと外管１４９に供給されるガスの組成を異なるものとすることが可能である。すなわち、内管１４８には、、例えばシランなどのＳｉのソースガスとキャリアガスとしての水素ガス含むガスを供給し、外管１４９には、例えば水素ガスを供給するようにして使用することが可能である。
【００８３】
このように管構造を２重構造とすることにより、１つのガス供給路で２種のガスをＳｉＣウェハ１０１表面に供給できることの他、管部分１４７の外管１４９を流れるガスの作用により、外管１４９自身とともに内管１４８を冷却することができる。そして、その結果、内管１４８に供給されるシランなどのソースガスを含むガスを冷却することができる。したがって、チャンバ１０２内の反応領域１３７の昇温によって、シランなど反応性の高いガスが、第１のガス供給路１４０の管部分１４７で分解反応を起こすことを抑制することができる。
【００８４】
尚、図２に示すように、第１のガス供給路１４０の管部分の構造を２重管構造とし、外管１４９に水素ガスを供給する場合、内管１４８に供給されるガスにおける水素ガスの濃度は適宜調整されることが好ましい。すなわち、第１のガス供給路１４０の構造を２重管構造としない例で供給される第１の反応ガス１３１の水素ガス濃度に比べ、第１のガス供給路１４０の構造を２重管構造とする場合に、内管１４８に供給されるガスの水素ガス濃度を低くなるよう調整することが好ましい。水素ガスは外管１４９から別にＳｉＣウェハ１０１上へと供給されるため、その供給分を考慮して、内管１４８に供給されるガスの水素ガス濃度を設定することが好ましい。
【００８５】
また、図１に示すように、本実施形態の成膜装置１００では、成膜対象であるＳｉＣウェハ１０１の直上まで先端が延びるガス供給路１４０が１つ設けられているが、同様のガス供給管を複数個設けることも可能である。
【００８６】
そして、それぞれのガス供給管に異なる組成のガスを供給することが可能である。例えば、同様構造のガス供給路を複数個設けた場合、１つについては、上記した例と同様に、シランなどのＳｉソースガスをＳｉＣウェハ１０１上に供給するために使用する。そして、残りのガス供給路については、ドーパントガス供給部（図示されない）から供給されるドーパントガスを、キャリアガスとしての水素ガスとともにＳｉＣウェハ１０１上に供給するために使用することが可能である。このようなドーパントガスの供給により、不純物の導入されたＳｉＣエピタキシャル膜をＳｉＣウェハ１０１上に形成することが可能となる。
【００８７】
その場合、ドーパントガスとしては、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスやＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガスなど、ｐ型ＳｉＣ膜を形成するためのドーパントガスを使用することが可能である。当然に、その他のドーパントガスを使用することも可能である。
【００８８】
また、上述のように、ＳｉＣウェハ１０１直上の近傍まで延びるガス供給路をＳｉソースガス用やドーパントガス用に複数も受けることにより、それらを順次エピタキシャル膜形成に活用して、組成の異なるＳｉＣエピタキシャル膜をＳｉＣウェハ１０１上に順次積層して構成された多層膜を得ることも可能となる。
【００８９】
尚、上述のように、ガス供給路をチャンバ１０２に複数も受ける場合において、例えば１つがドーパントガスであるＴＭＩガス用に設けられている場合、ＴＭＩガスは常温でも分解する懸念のある非常に反応性の高いガスであるため、上記したように、ガス供給路の管部分を２重管構造とするが好ましい。
【００９０】
すなわち、２重管の内管にＴＭＩガスを供給し、外管には水素ガスを供給し、外管の作用によって内管を流れるＴＭＩガスを冷却して、その分解を抑制することが可能となる。同様に反応性の高いガスを使用してガス供給路の管部分を通してＳｉＣウェハ上に供給しようとする場合、ガス供給路の管部分の構造を２重管構造とすることが好ましい。
【００９１】
次に、本発明の実施形態の成膜方法について、図１に示す成膜装置１００を参照しながら説明する。
ＳｉＣウェハ１０１上へのＳｉＣエピタキシャル膜の形成は、以下のようにして行われる。
【００９２】
まず、ＳｉＣウェハ１０１をチャンバ１０２の内部に搬入する。次いで、サセプタ１１０の上にＳｉＣウェハ１０１を載置する。そして、回転筒１１１に付随させて、サセプタ１１０上に載置されたＳｉＣウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００９３】
次に、ウェハ加熱手段１２０のヒータ１２１を作動させてＳｉＣウェハ１０１を加熱する。例えば、成膜温度である１６００℃まで徐々に加熱する。放射温度計（図示されない）による測定でＳｉＣウェハ１０１の温度が１６００℃に達したことを確認した後は、徐々にＳｉＣウェハ１０１の回転数を上げていく。
【００９４】
第２のガス供給路１４１では、プロパンガス供給部１３４から供給されるプロパンガスと水素ガス供給部（図示されない）から供給される水素ガスとからなる、プロパンを含む第２の反応ガス１３２が、第２のガス供給路１４１に供給される。そして、その第２のガス供給路１４１から整流板（図示せず）を介して反応ガス１１５を反応領域１３７にあるＳｉＣウェハ１０１の上に流下する。
【００９５】
このとき、第２の反応ガス１３２が、ＳｉＣウェハ１０１面上で整流状態となるように、整流板１３５とＳｉＣウェハ１０１との離間距離Ｈが設定されている。
【００９６】
すなわち、整流板１３５の貫通孔１３８を通過して整流されて、下方のＳｉＣウェハ１０１に向かってほぼ鉛直に流下する第２の反応ガス１３２は、いわゆる縦フローを形成する。
【００９７】
一方、第１のガス供給路１４０では、シラン供給部１３３から供給されるシランと水素ガス供給部（図示されない）から供給される水素ガスとからなる、シランを含む第１の反応ガス１３１が、第１のガス供給路１４０に供給される。
【００９８】
そして、第１のガス供給路１４０は、第１の反応ガス１３１を噴出する先端が反応領域１３７にあるＳｉＣウェハ１０１の近傍まで延びており、反応領域１３７のＳｉＣウェハ１０１直上近傍において、第１の反応ガス１３１と第２の反応ガス１３２は、初めて出会い、混ざり合うこととなる。すなわち、成分の異なる２種類の反応ガスをＳｉＣウェハ１０１への到達直前まで混合させることなく、ＳｉＣウェハ１０１上への供給を行う。
【００９９】
このとき、上述のように、反応領域１３７では、ＳｉＣウェハ１０１に向けて流下する第２の反応ガス１３２が、ＳｉＣウェハ１０１面上で整流状態となっている。したがって、第１のガス供給路１４０から供給されたシランを含む第１の反応ガス１３１は、この流れに乗って流れ、第２の反応ガス１３２とＳｉＣウェハ１０１の近傍で交じり合い、加熱され、第２の反応ガス１３２と反応して、ＳｉＣウェハ１０１表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【０１００】
ＳｉＣウェハ１０１の上に、所定の膜厚のＳｉＣエピタキシャル膜を形成した後は、第１の反応ガス１３１と第２の反応ガス１３２の供給を終了する。キャリアガスである水素ガスの供給も、エピタキシャル膜の形成の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、ＳｉＣウェハ１０１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。
【０１０１】
その後は、ＳｉＣウェハ１０１が所定の温度まで冷却されたのを確認してから、チャンバ１０２の外部にＳｉＣウェハ１０１を搬出する。
【０１０２】
こうして、ＳｉＣエピタキシャル膜をＳｉＣウェハ表面に形成する場合に、反応ガスに用いられるソースガスの無駄な分解反応を抑制して、反応ガスを効率良くエピタキシャル膜形成に使用できる。そして、形成されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚均一性を高くすることが可能となり、高品質のＳｉＣエピタキシャル膜形成を実現することができる。
【０１０３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内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たが、これに限られるものではない。成膜室内に２以上のガス成分を含む反応ガスを供給し、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。
【符号の説明】
【０１０４】
１００、２００  成膜装置
１０１  ＳｉＣウェハ
１０２、２０１  チャンバ
１０４、２０２  ベース
１０５、２０６  支柱
１０６、２１２  上蓋
１０８、２０８  電極棒
１０９、２０７  電極固定部
１１０、２２０  サセプタ
１１１、２２３  回転筒
１１２、２２１  回転軸
１１３、２２２  モータ
１２０、２０５  ウェハ加熱手段
１２１、２０９  ヒータ
１２３、２１０  ブースバー
１２４、２１１  連結部材
１３１  第１の反応ガス
１３２  第２の反応ガス
１３３  シラン供給部
１３４  プロパンガス供給部
１３５、２３０  整流板
１３６  バッファ領域
１３７  反応領域
１３８、２３１  貫通孔
１３９  排気路
１４０  第１のガス供給路
１４１  第２のガス供給路
１４７  管部分
１４８  内管
１４９  外管
２０３  ウェハ
２０４  ガス供給路
２１５  反応ガス
２３２  噴出口
【図１】
0005500953.tif 000002
【図２】
0005500953.tif 000003
【図３】
0005500953.tif 000004