(57)【要約】【課題】  欠陥や転位の存在しない薄膜を基板に安定して形成可能な真空成膜装置および薄膜形成方法を提供する。【解決手段】  真空成膜装置１１０は、減圧状態の内部を有する真空チャンバー４と、真空チャンバー４の内部に配置され、基板を保持するサセプター１と、基板を挟み所定のギャップＰを隔ててサセプター１に対向して、真空チャンバー４の内部に配置される対向部材２と、サセプター１を誘導加熱する加熱手段３と、真空チャンバーの内部に原料ガスを供給するためのガス供給口４ｃと、真空チャンバーの内部のガスを排気するためのガス排気口と、を備え、サセプター１の基板を保持する面が下方を向いており、対向部材２が所定のギャップＰを隔ててサセプター１の下方に配置されている。【選択図】  図１
2006196807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧可能な真空チャンバーと、前記真空チャンバーの内部に配置され、基板を保持するサセプターと、所定のギャップを隔てて前記サセプターの前記基板を保持する面に対向して、前記真空チャンバーの内部に配置される対向部材と、前記サセプターを誘導加熱する加熱手段と、前記真空チャンバーの内部に原料ガスを供給するためのガス供給口と、前記真空チャンバーの内部のガスを排気するためのガス排気口と、を備え、
前記サセプターの前記基板を保持する面が下方を向いており、前記対向部材が前記所定のギャップを隔てて前記サセプターの下方に配置されている真空成膜装置。
【請求項２】
前記ガス供給口は、前記対向部材または前記サセプターの略中央部に設けられた開口から前記真空チャンバーの壁部を貫通して外部に至るガス供給路で構成されている請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項３】
前記サセプターの周囲と対向する前記真空チャンバーの筒状の側壁を備え、前記ガス供給口は、前記側壁に設けられている請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記真空チャンバーの外周囲に配置された誘導加熱用のコイルである請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記基板はＳｉＣ基板であり、前記原料ガスは、シリコン源としてのシランガスおよび炭素源としてのプロパンガスからなる混合ガスである請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記サセプターは、前記真空チャンバーに対して回転可能に構成されている請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項７】
前記基板を装着した基板ホルダーを備え、前記基板ホルダーは前記サセプターに対して回転可能に構成されている請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項８】
サセプターの基板を保持する面が下方を向いて所定のギャップを隔てて対向部材と対向した状態で、前記セプターが真空チャンバーの内部に配置され、前記真空チャンバーの内部を減圧した後、前記サセプターの誘導加熱に基づき前記サセプターとの熱交換により前記基板が加熱され、前記サセプターと前記対向部材との間の前記所定のギャップに原料ガスを導いて、前記原料ガスに基づいて前記基板に薄膜が形成される薄膜形成方法。
【請求項９】
前記原料ガスは、シリコン源としてのシランガスおよび炭素源としてのプロパンガスからなる混合ガスであり、前記薄膜はＳｉＣエピタキシャル成長層である請求項８記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空成膜装置および薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（シリコンカーバイド；ＳｉＣ）は、炭素原子と珪素原子が一対一で結合した化合物半導体のひとつである。炭化珪素は、珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きく、高絶縁耐圧性に優れた半導体である。炭化珪素の高絶縁耐圧性によってドリフト領域を薄くできかつその領域の不純物密度を高めることも可能であり、これによって、半導体素子のドリフト抵抗の大幅な低減が図れると見做されている。このため炭化珪素は、次世代の低損失パワーデバイスへの応用が期待される半導体材料である。
【０００３】
ここでポリタイプの炭化珪素半導体として、立方晶系の３Ｃ−ＳｉＣ並びに六方晶系の６Ｈ−ＳｉＣおよび４Ｈ−ＳｉＣ等が存在しているが、実用化に目処の立ったポリタイプ炭化珪素半導体は、６Ｈ−ＳｉＣおよび４Ｈ−ＳｉＣであると考えられている。
【０００４】
ところで、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴおよびショットキーダイオード等の炭化珪素半導体素子は大まかには、ｃ軸の結晶軸に対し垂直な（０００１）面にほぼ一致する面を主面とする６Ｈ−ＳｉＣ基板または４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いて、次のように作製される。
【０００５】
まず、６Ｈ−ＳｉＣ基板または４Ｈ−ＳｉＣ基板（以下、総称してＳｉＣ基板という。）の表面には、炭化珪素半導体素子の活性領域に相当するＳｉＣエピタキシャル層が成長される。
【０００６】
続いて、このＳｉＣエピタキシャル成長層の表層には、導電型およびキャリア濃度が制御された不純物ドープ層が選択的に形成される。こうした不純物ドープ層は例えば、ＭＯＳＦＥＴにあってはｐ型ウェル領域やｎ+型ソース領域に相当する。
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、ＳｉＣ基板にＳｉＣエピタキシャル薄膜を成長させる従来のＳｉＣ薄膜成長装置の構成例を説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図５は、従来のＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図であって、図５（ａ）は、ＳｉＣ薄膜成長装置の内部のサセプター部分を上方から見た平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線におけるＳｉＣ薄膜成長装置の断面図である。
【０００９】
なお、ＳｉＣ半導体素子の製造効率化のため、通常、複数枚（ここでは５枚）のＳｉＣ基板に対して同時にＳｉＣエピタキシャル成長が実行される。
【００１０】
ＳｉＣ薄膜成長装置１５０は主として、円筒状の側壁と円板状の上下蓋により囲まれた内部空間を減圧可能に構成した石英製の真空チャンバー５０と、複数（５個）の円板状の基板ホルダー５５と、これらの基板ホルダー５５の各々に円板状のＳｉＣ基板５６を載せた状態で基板ホルダー５５を保持する円環状のサセプター５１と、所定のギャップＰを隔ててＳｉＣ基板５６を挟む側にサセプター５１と対向して配置された円板状の対向部材５２（対向部材）と、これらのサセプター５１および対向部材５２を誘導加熱する加熱コイル５３と、によって構成されている。なお、基板ホルダー５５と、ＳｉＣ基板５６と、サセプター５１と、対向部材５２とは真空チャンバー５０の内部に配置され、加熱コイル５３は、真空チャンバー５０の側壁の外周面に巻き付けられている。
【００１１】
また、サセプター５１の中央部に丸孔５１ａが設けられている。そして、円管５４の一端がこの丸孔５１ａに密着して嵌まって、円管５４はサセプター５１の保持部材として機能する。併せて、適宜の駆動手段Ｍ（例えばモータ）によって回転駆動される円管５４は、サセプター５１を、その中心軸周り（真空チャンバー５０の上下方向の中心軸周り）に真空チャンバー５０に対して回転させる。
【００１２】
このＳｉＣ薄膜成長装置１５０によれば、シリコン源としてシランガス（ＳｉＨ4ガス）および炭素源としてプロパンガス（Ｃ3Ｈ8ガス）を混合した原料ガスは、図５に示した矢印（細い矢印と太い矢印）のような経路を経て、円管５４の中空部を上昇した後、対向部材５２によってその上昇を遮られ、そこから上記ギャップＰを通ってサセプター５１（対向部材５２）の径方向に拡散する間に、ＳｉＣ基板５６の表面にＳｉＣエピタキシャル薄膜を成長させることが可能である。
【特許文献１】欧州特許第１０６０３０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、図５に示した従来のＳｉＣ薄膜成長装置１５０は、以下の問題を内包している。
【００１４】
第１の問題は、対向部材５２の、サセプター５１に対向する対向面に原料ガス熱分解に起因して堆積物を付着させることである。
【００１５】
加熱コイル５３は、真空チャンバー５０の側壁に周方向に沿って巻き付けた形態で配置されている。この状態で、加熱コイル５３に高周波電流を流してサセプター５１の表面に誘導電流（うず電流）が発生することになって、その結果、サセプター５１は誘導加熱される。
【００１６】
このような加熱コイル５３によりサセプター５１を誘導加熱させる場合には、加熱コイル５３に近いサセプター５１の周囲端の温度は高い一方、加熱コイル５３から遠いサセプター５１の中心部の温度は低いというサセプター５１の面内温度勾配が形成される。
【００１７】
ここでＳｉＣ基板５６の表面は、ＳｉＣエピタキシャル成長可能温度（１６００℃）に加熱することを要する。しかしそうすると、ＳｉＣ薄膜成長装置１５０の加熱コイル５３と対向部材５２の中央部付近の配置関係から対向部材５２の材質が加熱コイル５３により誘導加熱される材料であれば、円管５４を上昇する原料ガスに曝される対向部材５２の中央部の温度は、原料ガス熱分解温度（例えば６００℃）に到達する場合がある。
【００１８】
このため、図５に示すように、原料ガス熱分解による堆積物６０（例えば、ＳｉＣからなるポリ結晶またはアモルファス結晶）が、対向部材５２の中央部の対向面に付着する。
【００１９】
もっとも、対向部材５２の対向面が、上記原料ガス熱分解温度よりも充分に高くなると逆に、原料ガス熱分解による堆積物６０の付着とその蒸発とが同時に進行して、寧ろ対向部材５２の対向面に堆積物６０は付着し難くなってこうした問題は解消される。
【００２０】
要するに、真空チャンバー５０における原料ガス導入路の温度が、原料ガス熱分解温度付近に到達する場合に、原料ガス熱分解による堆積物付着の影響が最も深刻になると言える。
【００２１】
このような堆積物６０が対向部材５２に付着することに起因して、対向部材５２から剥がれた堆積物６０がＳｉＣ基板５６の表面を汚染して、ＳｉＣ基板５６への成長過程のＳｉＣエピタキシャル薄膜の欠陥を誘起する可能性がある。
【００２２】
即ち、対向部材５２に付着した堆積物６０の量が所定限度を越えると、堆積物６０は、自重により対向部材５２の表面から剥がれ、サセプター５１に向けて落下する。剥がれた堆積物６０の一部は、ＳｉＣ基板５６の表面に侵入して、これによって堆積物６０は異物として、ＳｉＣ基板５６の表面の成長過程にあるＳｉＣエピタキシャル薄膜に混入して、この異物を起点としてエピタキシャル薄膜中に欠陥や転位が形成される。
【００２３】
エピタキシャル薄膜中の欠陥や転位は、ＳｉＣ半導体素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴやダイオード）の素子特性を低下させる要因となり、例えば、ＳｉＣ半導体素子の耐圧が低下して、ＭＯＳＦＥＴのオフ時やダイオード逆バイアス電圧印加時にリーク電流が流れ、最悪、ＳｉＣ半導体素子の絶縁破壊が誘発されかねない。
【００２４】
第２の問題は、サセプター５１のＳｉＣ基板保持面（対向面）近傍に、サセプター５１の高温化によって原料ガス対流が発生することにより、ＳｉＣエピタキシャル成長を不安定にさせることである。
【００２５】
ギャップＰの中を原料ガスが拡散する際に、サセプター５１の対向面近傍の原料ガスは、サセプター５１との熱交換により高温化して、その結果として、サセプター５１の対向面近傍の高温の原料ガスは局所的に低密度になる。即ち、ギャップＰの上下方向に原料ガスの密度差が発生する。このため、サセプター５１の対向面近傍の原料ガスは、この密度差に起因して対向部材５２の方向（上方）への浮力を受けて、図５（ｂ）の点線で示したように、ギャップＰの中を対流する。
【００２６】
そうなると、サセプター５１の対向面に保持されるＳｉＣ基板５６に原料ガスを適切に供給し難くなって、このことがＳｉＣ基板５６へのＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長を不安定化させかねない。
【００２７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、欠陥や転位の存在しない薄膜を基板に安定して形成可能な真空成膜装置および薄膜形成方法を提供することを目的としている。特に本発明は、ＳｉＣ基板の表面に、欠陥や転位の無いＳｉＣエピタキシャル成長を安定して形成可能な真空成膜装置および薄膜形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る真空成膜装置は、内部を減圧可能な真空チャンバーと、前記真空チャンバーの内部に配置され、基板を保持するサセプターと、所定のギャップを隔てて前記サセプターの前記基板を保持する面に対向して、前記真空チャンバーの内部に配置される対向部材と、前記サセプターを誘導加熱する加熱手段と、前記真空チャンバーの内部に原料ガスを供給するためのガス供給口と、前記真空チャンバーの内部のガスを排気するためのガス排気口と、を備え、前記サセプターの前記基板を保持する面が下方を向いており、前記対向部材が前記所定のギャップを隔てて前記サセプターの下方に配置されている装置である。
【００２９】
このような構成により、サセプターの基板保持面に原料ガス熱分解に起因した堆積物が付着および成長した後、この堆積物が剥がれ、剥がれた堆積物がその自重により落下しても、サセプターによって保持された基板は堆積物の落下方向には存在しない。このため、落下した堆積物によって基板表面を汚染することを改善できる。
【００３０】
前記ガス供給口の一例は、前記対向部材または前記サセプターの略中央部に設けられた開口から前記真空チャンバーの壁部を貫通して外部に至るガス供給路で構成されている。
【００３１】
また、前記サセプターの周囲と対向する前記真空チャンバーの筒状の側壁を備え、前記ガス供給口の他の例は、前記側壁に設けて構成されている。このようなガス供給口の構成により、サセプターの周囲の温度は、原料ガスの熱分解温度よりも充分に高く、このことからガス供給口を通過した原料ガスは、サセプターの周囲において熱分解付着することを回避でき、この部分に原料ガス熱分解による堆積物の付着が適切に防止できる。
【００３２】
前記加熱手段の一例は、前記真空チャンバーの外周囲に配置された誘導加熱用のコイルである。
【００３３】
前記基板の一例は、ＳｉＣ基板であり、前記原料ガスの一例は、シリコン源としてのシランガスおよび炭素源としてのプロパンガスからなる混合ガスである。
【００３４】
前記サセプターは例えば、前記真空チャンバーに対して回転可能に構成され、前記基板を装着した基板ホルダーを備え、前記基板ホルダーは前記サセプターに対して回転可能に構成される。このような構成により、基板ホルダーの各々に保持される複数の基板に均一にエピタキシャル成長層が成膜される。
【００３５】
また、本発明に係る薄膜形成方法は、サセプターの基板を保持する面が、下方を向いて所定のギャップを隔てて対向部材と対向した状態で、前記サセプターが真空チャンバーの内部に配置され、前記真空チャンバーの内部を減圧した後、前記サセプターの誘導加熱に基づき前記サセプターとの熱交換により前記基板が加熱され、前記サセプターと前記対向部材との間の前記所定のギャップに原料ガスを導いて、前記原料ガスに基づいて前記基板に薄膜が形成される方法である。このような方法により、サセプターの基板保持面に原料ガス熱分解に起因した堆積物が付着および成長した後、これが剥がれ、剥がれた堆積物がその自重により落下しても、サセプターによって保持された基板は堆積物の落下方向には存在しない。このため、落下した堆積物によって基板表面を汚染することを改善できる。
【００３６】
前記原料ガスの一例は、シリコン源としてのシランガスおよび炭素源としてのプロパンガスからなる混合ガスであり、前記薄膜の一例は、ＳｉＣエピタキシャル成長層である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、欠陥や転位の存在しない薄膜を基板に安定して形成可能な真空成膜装置および薄膜形成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本実施の形態によるＳｉＣ薄膜成長装置（真空成膜装置）の特徴は、サセプターのＳｉＣ基板を保持する面を下方に向くように配置するという所謂ＳｉＣエピタキシャル成長面フェイスダウン配置を採用したことにある。
【００３９】
以下、この特徴を具現化した実施の形態１、２につき図面を参照して説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図であって、図１（ａ）は、ＳｉＣ薄膜成長装置の内部のサセプター部分を下方から見た平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線におけるＳｉＣ薄膜成長装置の断面図で
ある。
【００４１】
ＳｉＣ薄膜成長装置１１０は主として、円筒状の側壁４ｂおよび円板状の上蓋４ａ並びに円板状の下蓋(図示せず)に囲まれた内部空間を減圧可能に構成した石英製の真空チャンバー４と、複数（ここでは５個）の円板状の基板ホルダー６と、これらの基板ホルダー６の各々に円板状のＳｉＣ基板６ａを配置した状態で基板ホルダー６を保持する円板状のグラファイト製のサセプター１と、ギャップＰを隔ててＳｉＣ基板６ａを挟む側にサセプター１と対向して配置された円管状のグラファイト製の対向部材２と、真空チャンバー４の側壁４ｂの外周面に巻き付けられ、サセプター１を誘導電流（うず電流）により誘導加熱する加熱コイル３（加熱手段）と、によって構成されている。
【００４２】
対向部材２は、所定のギャップＰを隔ててサセプター１の下方に配置され、これにより、サセプター１のＳｉＣ基板保持面（対向部材２との対向面）が、下方を向くように配置されている。また、基板ホルダー６およびこれに配置されたＳｉＣ基板６ａは、自重で落下しないように適宜の固定部材（フック等）を介してサセプター１に保持され、かつこのサセプター１も適宜の固定手段により真空チャンバー４に回転自在に保持されるが、これらの保持構造の詳細説明は省く。
【００４３】
なお少なくとも、基板ホルダー６と、ＳｉＣ基板６ａと、サセプター１と、対向部材２とは真空チャンバー４の内部に配置されている。
【００４４】
基板ホルダー６の各々に１枚毎保持され、トータル５枚のＳｉＣ基板６ａは、例えば、その主面が（０００１）から［１１−２０］（１１２バー０）方向に８度のオフ角度を付けた直径７５ｍｍの４Ｈ−ＳｉＣ基板である。このＳｉＣ基板６ａの導電型はｎ型であり、そのキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3である。
【００４５】
サセプター１は、適宜の駆動手段Ｍ（例えばモータ）によって、その中心軸周り（真空チャンバー４の上下方向の中心軸周り）に、例えば図1（ｂ）に示した方向Ｒへ真空チャンバー４に対して回転する。
【００４６】
また図示を省略しているが、平歯を周囲に形成した基板ホルダー６と、サセプター１の外側に位置して環状に平歯を形成した固定部材との間の歯車の噛み合わせ機構により、サセプター１の回転に連動して、各基板ホルダー６自体も、その中心軸周りにサセプター１に対して回転可能に構成されている。
【００４７】
こうしたＳｉＣ基板６ａの回転構造により、複数のＳｉＣ基板６ａに均一にＳｉＣエピタキシャル成長層を成膜させることができる。
【００４８】
サセプター１より下方に位置する対向部材２の中央部には、丸孔２ａが設けられている。そして、円管５の一端がこの丸孔２ａに密着して嵌まって、円管５はサセプター１の保持部材として機能している。
【００４９】
対向部材２は、サセプター１とギャップＰを隔ててサセプター１に略並行に配置されている。ギャップＰの値は、好ましくは３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。
【００５０】
ここでギャップＰの値が３ｍｍ未満であれば、ギャップＰの中に原料ガスを供給する際の原料ガス圧損が増して、原料ガス供給に支障を来たしかねない。また、ギャップＰの値が３０ｍｍを超えるようであれば、対向部材２が、サセプター１に保持されるＳｉＣ基板６ａの輻射伝熱用の加熱板として使用される際には、対向部材２によるＳｉＣ基板６ａに対する熱輻射効果が低下して望ましくない。
【００５１】
真空チャンバー４の内部に原料ガスを供給するためのガス供給口４ｃは、対向部材２の中央部の丸孔２ａ（開口）から真空チャンバー４の下蓋を貫通して外部に至るガス供給路（対向部材２の丸孔２ａ並びに円管５の中空部および下蓋に形成された先端開口）に相当し、真空チャンバー４の中心軸付近に位置している。即ち、円管５の中空部を介して丸孔２ａに連通するように、ガス供給口４ｃの先端開口（図示せず）は、真空チャンバーの下蓋に設けられ、このガス供給口４ｃは、適宜の原料ガス供給手段（ガスボンベ等；図示せず）に接続されている。このため、原料ガス供給手段から供給された原料ガスは、図１（ｂ）の太い矢印で示したように、円管５の中空部を上昇した後、サセプター１によってその上昇を遮られ、そこからサセプター１と対向部材２の間のギャップＰの中を径方向に拡散する。
【００５２】
真空チャンバー４に内在する原料ガス（実際は、原料ガスによるＳｉＣ基板６ａへのエピタキシャル成長後の残存ガスであるが、以下、便宜上原料ガスという。）を外部に排気するためのガス排気口（図示せず）は、例えば、適宜の原料ガス排気手段（真空ポンプ等；図示せず）に連通して、サセプター１の周囲と対向する真空チャンバー４の側壁４ｂに等間隔に複数設けられている。
【００５３】
このため、ギャップＰの中を放射状に拡散する原料ガスは、図１（ａ）、（ｂ）の細い矢印で示したように、サセプター１の領域外に放出された後、ガス排気口から外部に排気される。
【００５４】
更に、サセプター１の上面温度は、真空チャンバー４の上蓋４ａに設けられた光学窓１１を通して第1のパイロメータ１２によって測定されている。
【００５５】
同様に、対向部材２の下面温度は、真空チャンバー４の下蓋（図示せず）に設けられた光学窓（図示せず）を通して第２のパイロメータ１３によって測定されている。
【００５６】
これらの第１および第２のパイロメータ１２、１３により測定された温度データは制御装置（図示せず）に出力され、制御装置は、これらの温度データに基づいてサセプター１および対向部材２の温度を適切に保てるように加熱コイル３の通電を制御している。
【００５７】
なお、図示は省略しているが、真空チャンバー４の適所には真空計が設置されており、この真空計の検出する真空度に基づいて制御装置は、真空チャンバー４の内圧を適正に制御している。
【００５８】
次に、以上のように構成されたＳｉＣ薄膜成長装置１１０の成膜動作を説明する。
【００５９】
最初に、基板ホルダー６の上にＳｉＣ基板６ａが設置された後、真空ポンプによって真空チャンバー４の内部が真空引きされて、真空チャンバー４の内圧は、約１×１０-5Ｐａ以下にまで減圧される。
【００６０】
続いて、ＳｉＣ基板６ａを保持した状態の基板ホルダー６は、その中心軸周りにサセプター１に対して回転する。同時に、ＳｉＣ基板６ａおよび基板ホルダー６を保持したサセプター１もサセプターの中心軸周りに真空チャンバー４に対して回転する。
【００６１】
そして、ガス供給口４ｃを介して水素ガスが、キャリアガスとして真空チャンバー４の内部（ギャップＰ）に供給される。ここで水素ガスの流量は、８０Ｌ／ｍｉｎであり、この水素ガス供給によって真空チャンバー４の内圧は１０ｋＰａに調整される。
【００６２】
上記真空チャンバー４の真空状態において、加熱コイル３に２０．０ｋＨｚ、２０ｋＷの高周波電力が印加される。そうすると、サセプター１の表面には、高密度の誘導電流（うず電流）が発生して、そのジュール熱でサセプター１は誘導加熱される。そして、このサセプター１は、サセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａの温度を、熱伝導（正確には基板ホルダー６を介したサセプター１とＳｉＣ基板６ａの裏面との間の熱伝導）に基づく熱交換により、例えば１６００℃（成長可能温度）に到達することが可能なように加熱される（端的にはサセプター１の温度は、略１６００℃に加熱されている）。
【００６３】
なお、サセプター１に近接する対向部材２も同様に誘導加熱されることになるが、対向部材２の温度は、加熱コイル３の形状や配置に依存して変化する。
【００６４】
サセプター１の昇温が完了すると、シリコン源としてのシランガスおよび炭素源としてのプロパンガスからなる混合ガス（原料ガス）が、ガス供給口４ｃを介して真空チャンバー４の内部（ギャップＰ）に供給され、この原料ガス供給過程においてサセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａの表面に原料ガスに基づきＳｉＣエピタキシャル層が成長する。ここでシランガスの流量は２０ｍＬ／ｍｉｎであり、プロパンガスの流量は１０ｍＬ／ｍｉｎである。
【００６５】
なお、水素ガスおよび原料ガスは共に、真空チャンバー４の側壁４ｂに設けられたガス排気口から真空チャンバー４の外部に排気される。
【００６６】
ＳｉＣエピタキシャル層を所定期間（例えば、６０分間）、ＳｉＣ基板６ａに成長させた後、加熱コイル３によるサセプター１の誘導加熱が停止すると共に、原料ガス供給も停止する。そして、キャリアガスとしての水素ガスのみを流した状態で、サセプター１および対向部材２は自然冷却されて、一連のＳｉＣ薄膜成長装置１１０の成膜動作が終了する。
【００６７】
本実施の形態におけるＳｉＣ薄膜成長装置１１０の構成およびその動作によれば、サセプター１のＳｉＣ基板６ａを配置したＳｉＣ基板保持面（対向部材２と対向する対向面）が下方を向くようにサセプター１は配置されている。このことから、サセプター１のＳｉＣ基板保持面に原料ガス熱分解に起因した堆積物が付着および成長した後、これが剥がれ、剥がれた堆積物がその自重により落下しても、サセプター１によって保持されたＳｉＣ基板６ａは堆積物の落下方向には存在しない。このため、落下した堆積物によってＳｉＣ基板表面を汚染することを改善できる。
【００６８】
なお、対向部材２の、サセプター１と対向する対向面に原料ガス熱分解に起因した堆積物が付着および成長しても、対向部材２は、その対向面を所定のギャップＰを隔てて上方に向けて配置されている。このことから、剥がれた堆積物がＳｉＣ基板６ａに到達する可能性は低い。
【００６９】
よって、ＳｉＣ基板６ａの表面の成長過程にあるＳｉＣエピタキシャル薄膜に異物として原料ガス熱分解堆積物が混入して、この異物を起点としてエピタキシャル薄膜中に欠陥や転位が形成されるという不具合を確実に防ぐことができる。
【００７０】
また、サセプター１の対向面近傍の原料ガスが、サセプター１との熱交換（正確にはサセプター１から原料ガスへの対流熱伝達）により局所的に高温化して、ギャップＰの上下方向に沿った原料ガスの密度差が発生しても、低密度になる原料ガスは、サセプター１の対向面近傍に存在する。このことから、上記密度差による原料ガスの対流現象の発生は回避されることになる。その結果として、ＳｉＣ基板６ａに原料ガスを安定して供給でき、ＳｉＣ基板６ａに対するＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長不安定化を招来することが防げる。
【００７１】
なお、サセプター１および基板ホルダー６はそれぞれ、真空チャンバー４およびサセプター１に対して回転可能に構成されていることにより、基板ホルダー６の各々に保持される複数のＳｉＣ基板６ａに均一にＳｉＣエピタキシャル成長層が成膜される。
【００７２】
（実施例１）
本実施の形態の実施例１として実施の形態１の成膜条件によってＳｉＣエピタキシャル成長層を所定期間（６０分）の間、ＳｉＣ基板６ａに形成させ、その比較例１として実施の形態１の成膜と同一の成膜条件であって、従来のＳｉＣ薄膜成長装置１５０（図５）を用いたＳｉＣエピタキシャル成長層を所定期間（６０分）の間、ＳｉＣ基板５６に形成させた。
【００７３】
そして、本実施例によるＳｉＣエピタキシャル成長層の結晶性および比較例１によるＳｉＣエピタキシャル成長層の結晶性を、エピタキシャル成長層評価用のＫＯＨ溶融液に浸すことによりエッチングしてエッチピットの密度を比較するという手法（ＳｉＣエピタキシャル成長層の欠陥が多くなるに連れてエッチピットの密度も増す。）を使って評価した。
【００７４】
そうすると、本実施例によるＳｉＣエピタキシャル成長層のエッチピット密度（５×１０4／ｃｍ2）は、比較例１によるＳｉＣエピタキシャル成長層のエッチピット密度（５×１０5／ｃｍ2）よりも一桁小さく、その結果、本実施例によるＳｉＣエピタキシャル成長層の欠陥は、比較例１によるＳｉＣエピタキシャル成長層の欠陥より少なくできることが分かった。
【００７５】
以上の実施例１からサセプター１のＳｉＣ基板６ａを保持する面が下方を向くように配置させることに基づく原料ガス熱分解堆積物のＳｉＣ基板６ａへの混入抑止効果が裏付けられた。
【００７６】
（実施の形態１の変形例）
図２は、実施の形態１の変形例によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図であって、図２（ａ）は、ＳｉＣ薄膜成長装置の内部のサセプター部分を下方から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIＢ−IIＢ線におけるＳｉＣ薄膜成長装置の断面図で
ある。
【００７７】
なお、図１に記載された構成要素と同じものには、同じ番号を付してその説明を省略する。但し、サセプター１の形状が円環状であることおよび対向部材２の形状が円板状であることは、実施の形態１に示した構成と相違している。
【００７８】
実施の形態１では、円管５の中空部を上昇した原料ガスが、対向部材２の丸孔２ａからギャップＰに導かれるというガス供給例を説明した。
【００７９】
しかし、ガス供給法はこれに限られるものではなく、例えば、図２で示したＳｉＣ薄膜成長装置１２０のガス供給例であっても実施の形態１と同じ効果を奏する。
【００８０】
即ち、真空チャンバー４に原料ガスを供給するガス供給口４ｃの先端開口が真空チャンバー４の上蓋４ａに設けられ、図２（ｂ）の太い矢印で示すように、サセプター１の丸孔１ａとガス供給口４ｃの先端開口とを繋ぐ円管２５の中空部を、原料ガスが下方に流れて、対向部材２によって原料ガスの下降が遮られた後、原料ガスをギャップＰに導くように原料ガスを供給しても良い。なお、下降を遮られた原料ガスは図２（ａ）、（ｂ）の細い矢印で示すように、放射状（サセプター１の径方向）にギャップＰの中を拡散して、ガス排気口から真空チャンバー４の外部に排気させる。
【００８１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図であって、図３（ａ）は、ＳｉＣ薄膜成長装置の内部のサセプター部分を下方から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIＢ−IIIＢ線におけるＳｉＣ薄膜成長装置の断面図で
ある。
【００８２】
なお、図１に記載された構成要素と同じものには、同じ番号を付してその説明を省略する。
【００８３】
実施の形態１では、円管５の中空部を上昇した原料ガスが対向部材２の丸孔２ａからギャップＰに導かれるというガス供給例およびギャップＰの中を放射状に拡散した原料ガスは、真空チャンバー４の側壁４ｂに設けられたガス排気口から外部に排気されるというガス排気例を説明した。
【００８４】
しかし、ガス供給法およびガス排気法はこれに限られるものではなく、例えば、図３で示したＳｉＣ薄膜成長装置１３０のガス供給例およびガス排気例のように、実施の形態１（図１）で説明したガス流れ方向と逆方向に原料ガスが供給および排気されても良い。
【００８５】
なお、本実施の形態によるＳｉＣ薄膜成長装置１３０の成膜動作は、原料ガス供給動作および原料ガス排気動作を除き、実施の形態１によるＳｉＣ薄膜成長装置１１０の成膜動作と同一であり、両者に共通する成膜動作の説明は省略する。
【００８６】
真空チャンバー４の内部に原料ガスを供給するためのガス供給口７は、サセプター１の周囲と対向する真空チャンバー４の側壁４ｂに複数設けられている。
【００８７】
より詳しくは、適宜の原料ガス供給手段（ガス供給ボンベ等；図示せず）に連結された複数（ここでは１２個）のガス供給口７は、ギャップＰの外周面をなす開口を臨むように側壁４ｂの周方向に沿って、中心角θ＝３０°間隔を置いて等間隔に配置されている。このため、原料ガスは、図３（ａ）の細い矢印で示したように、サセプター１と対向部材２との間のギャップＰの中に導かれている。
【００８８】
真空チャンバー４に内在する原料ガスを外部に排気するためのガス排気口４ｄは、対向部材２の中央部の丸孔２ａから真空チャンバー４の下蓋を貫通して外部に至るガス排気路（対向部材２の丸孔２ａ並びに円管５の中空部および下蓋に形成された先端開口）に相当し、真空チャンバー４の中心軸付近に位置している。即ち、円管５の中空部を介して対向部材２の丸孔２ａに連通するように真空チャンバー４の下蓋に、ガス排気口４ｄの先端開口（図示せず）は形成されている。そして、適宜の原料ガス排気手段（真空ポンプ等；図示せず）によって、このガス排気口４ｄを介して原料ガスを外部に排気するように原料ガス排気処理が実行されている。
【００８９】
こうして、原料ガス供給手段から供給されてガス供給口７を通過した原料ガスは、対向部材２（サセプター１）の周囲からその中心部に位置する丸孔２ａに向かって真空チャンバー４の内部（ギャップＰ）に供給される。その後、対向部材２の丸孔２ａ付近に集まった原料ガスは、その流れ方向を略９０°変えて、図３（ｂ）の太い矢印で示したように、円管５の中空部を下方に向けて流れて真空チャンバー４の外部に排気される。
【００９０】
本実施の形態におけるＳｉＣ薄膜成長装置１３０によれば、実施の形態１のＳｉＣ薄膜成長装置１１０による効果と同様の効果を奏する。
【００９１】
また、このＳｉＣ薄膜成長装置１３０では、ガス供給口７をサセプター１の周囲に対向する真空チャンバー４の側壁４ｂに設けて、そこから原料ガスをサセプター１の中心に向けて流すことができる。そうすると、サセプター１の周囲の温度は、原料ガスの熱分解温度（約６００℃）よりも充分に高く、このことからガス供給口７を通過した原料ガスは、サセプター１の周囲において熱分解付着することを回避でき、この部分に原料ガス熱分解による堆積物の付着が適切に防止できる。
【００９２】
よって、ＳｉＣ基板６ａへの原料ガス到達前に、原料ガス熱分解付着によって原料ガス量が減ることがなく、ＳｉＣ基板６ａへのＳｉＣエピタキシャル成長速度が低下するという問題が解消できる。
【００９３】
また、サセプター１の周囲における原料ガス熱分解の堆積物の付着原因を無くすことができることから、原料ガスの真空チャンバー４への導入路（ギャップＰ）の断面形状が、時間の経過に伴って堆積物成長により変化するという事態が根本的に解消され、原料ガスは長期間に亘りＳｉＣ基板６ａに安定に供給される。その結果、膜厚等の再現性に優れたＳｉＣエピタキシャル成長層が得られる。
【００９４】
また、サセプター１の中央部（例えば、円管２の内壁）の温度は確かに、原料ガスの熱分解温度（６００℃）付近にあるが、ギャップＰを通過する間に、原料ガスは適正に消費され、これにより、サセプター１の中央部における原料ガス熱分解に起因した堆積物の付着は確実に抑制でき、堆積物によるＳｉＣ基板６ａに対する汚染防止の観点からも好適と言える。
【００９５】
なお仮に、サセプター１の中央部に、微量の堆積物が付着し続け長期に亘って徐々に成長した後にこの堆積物が剥がれ落ちても、実施の形態１で説明した作用・効果により、剥がれた堆積物がＳｉＣ基板６ａを汚染することを適切に改善できる。
【００９６】
（実施例２）
本実施の形態の実施例２として実施の形態２の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層を所定期間（６０分）の間、ＳｉＣ基板６ａに形成させ、その比較例２として原料ガス供給方向を除いて実施の形態２の成膜と同一の成膜条件であって、従来のＳｉＣ薄膜成長装置１５０（図５）を用いたＳｉＣエピタキシャル成長層を所定期間（６０分）の間、ＳｉＣ基板５６に形成させた。
【００９７】
そうすると、比較例２によるＳｉＣ基板６ａへのＳｉＣエピタキシャル層の成長速度（５μｍ／ｈｒ）は、実施例２による成長速度（１０μｍ／ｈｒ）に比べて略１／２に低下することが分かった。
【００９８】
以上により、実施例２によるＳｉＣエピタキシャル成長速度の低下抑止の有効性が裏付けられた。
【００９９】
なお、これらのＳｉＣエピタキシャル成長層の成膜の後、両方の装置の内部を観察したところ、ＳｉＣ薄膜成長装置１５０（図５）のサセプター５１の円管５４の内壁付近に原料ガス堆積物の付着が認められた一方、ＳｉＣ薄膜成長装置１３０（図３）のサセプター１には殆ど付着物が認められなかった。
【０１００】
（実施例３）
本実施の形態の実施例３として実施の形態２の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層を、ＳｉＣ基板６ａに１０回に亘って形成させ、その比較例３として原料ガス供給方向を除いて実施の形態２の成膜と同一の成膜条件であって、従来のＳｉＣ薄膜成長装置１５０（図５）を用いたＳｉＣエピタキシャル成長層を、ＳｉＣ基板５６に１０回に亘って形成させた。
【０１０１】
そうすると、実施例３による成膜では、ＳｉＣエピタキシャル成長層の厚みは１０回に亘って略同一であったが、比較例３による成膜では、ＳｉＣエピタキシャル成長層の厚みは、成膜層の成膜回数の増加に伴って徐々に減少した。
【０１０２】
以上により、実施例３によるＳｉＣエピタキシャル成長層の優れた膜厚再現性が裏付けられた。
【０１０３】
なお、これらのＳｉＣエピタキシャル成長層の成膜後における両方の装置内部を観察結果は、実施例２で述べた内容と同じである。
【０１０４】
（実施の形態２の変形例）
図４は、実施の形態２の変形例によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図であって、図４（ａ）は、ＳｉＣ薄膜成長装置の内部のサセプター部分を下方から見た平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のIVＢ−IVＢ線におけるＳｉＣ薄膜成長装置の断面図で
ある。
【０１０５】
なお、図３に記載された構成要素と同じものには、同じ番号を付してその説明を省略する。但し、サセプター１の形状が円環状であることおよび対向部材２の形状が円板状であることは、実施の形態２に示した構成と相違している。
【０１０６】
実施の形態２では、ギャップＰを通過した原料ガスは、円管５の中空部を下降して外部に導かれるというガス排気例を説明した。
【０１０７】
しかし、ガス排気法はこれに限られるものではなく、例えば、図４で示したＳｉＣ薄膜成長装置１２０のガス排気例であっても実施の形態２と同じ効果を奏する。
【０１０８】
即ち、真空チャンバー４から外部に原料ガスを排気するためのガス排気口４ｄの先端開口が真空チャンバー４の上蓋４ａに設けられ、図４（ｂ）の太い矢印で示すように、サセプター１の丸孔１ａとガス排気口４ｄの先端開口とを繋ぐ円管４５の中空部を原料ガスが上方に流れた後、ガス排気口４ｄの先端開口から真空チャンバー４の外部に原料ガスが排気されるように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によれば、欠陥や転位の存在しない薄膜を安定して形成可能な真空成膜装置が得られ、このような真空成膜装置は、例えば各種電気機器のスイッチング素子の半導体層として使用されるＳｉＣエピタキシャル成長層を形成する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態１によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図である。
【図２】実施の形態１の変形例によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図である。
【図４】実施の形態２の変形例によるＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図である。
【図５】従来のＳｉＣ薄膜成長装置の一構成例を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１、５１                                サセプター
１ａ 、５１ａ                           サセプターの丸孔
２、５２                                対向部材（加熱板）
２ａ                                           丸孔
３、５３                                加熱コイル
４、５０                                真空チャンバー
４ａ                                    上蓋
４ｂ                                    側壁
４ｃ、７                                ガス供給口
４ｄ                                    ガス排気口
５、２５、４５、５４                    円管
６、５５                                基板ホルダー
Ｐ                                      ギャップ
１１                                    光学窓
１２                                    第１のパイロメータ
１３                                    第２のパイロメータ
６ａ、５６                              ＳｉＣ基板
Ｍ                                      駆動手段
１１０、１２０、１３０、１４０、１５０  ＳｉＣ薄膜成長装置
【図１】
2006196807.tif 000003
【図２】
2006196807.tif 000004
【図３】
2006196807.tif 000005
【図４】
2006196807.tif 000006
【図５】
2006196807.tif 000007