(57)【要約】【課題】  膜厚等の再現性に優れ、かつ欠陥や転位の存在しない薄膜を、高い成膜速度を確保しつつ基板に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、内部を減圧可能な真空チャンバー４と、真空チャンバー４の内部に配置され基板６ａを保持するサセプター１と、所定のギャップ９を隔ててサセプター１の基板６ａを保持する面に対向して、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４の内部への原料ガス供給用のガス供給口７と、真空チャンバー４の内部のガスを排気するためのガス排気口４ｃと、を備え、サセプター１から基板６ａに熱伝導に基づく熱が伝熱され、ガス供給口７を通過した原料ガスは、サセプター１の周囲からその中心部に向かってギャップ９を流れる。【選択図】  図１
2006196806.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、
前記サセプターから前記基板に熱伝導に基づく熱が伝熱され、前記ガス供給口を通過した前記原料ガスが、前記サセプターの周囲からその中心部に向かって前記ギャップを流れて前記ガス排気口を介して排気される真空成膜装置。
【請求項２】
前記真空チャンバーは、前記サセプターの周囲と対向する筒状の側壁を有し、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３】
前記ガス供給口は、前記側壁の周方向に沿って略等間隔に配置されている複数の孔である請求項２記載の真空成膜装置。
【請求項４】
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、前記サセプターおよび前記対向部材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、
前記サセプターから前記基板に熱伝導に基づく熱が伝熱されると共に、前記対向部材から前記サセプターに保持された前記基板に輻射熱が伝熱され、前記ガス供給口を通過した前記原料ガスは前記ギャップを流れて前記ガス排気口を介して排気される真空成膜装置。
【請求項５】
前記ガス供給口を通過した前記原料ガスは、前記前記サセプターの周囲からその中心部に向かって流れる請求項４記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記ギャップは、３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である請求項４記載の真空成膜装置。
【請求項７】
前記ギャップは、前記サセプターの全域に亘って略均一である請求項６記載の真空成膜装置。
【請求項８】
前記ギャップは、前記サセプターの周囲からその中心部に向かって狭まるように構成されている請求項４記載の真空成膜装置。
【請求項９】
前記対向部材の温度は、前記サセプターの温度よりも高い請求項６記載の真空成膜装置。
【請求項１０】
前記対向部材と前記サセプターとの温度差は、５０℃以上、２００℃以下である請求項９記載の真空成膜装置。
【請求項１１】
前記ガス排気口は、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排気路で構成されている請求項１または４記載の真空成膜装置。
【請求項１２】
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または４記載の真空成膜装置。
【請求項１３】
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または４記載の真空成膜装置。
【請求項１４】
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または４記載の真空成膜装置。
【請求項１５】
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１４記載の真空成膜装置。
【請求項１６】
基板が保持された状態のサセプターを真空チャンバーの内部に配置した後、前記真空チャンバーの内部を減圧して、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、前記サセプターの周囲からその中心部に向うように前記サセプターに沿って原料ガスを導いて、前記原料ガスに基づいて前記基板の表面に薄膜を形成させる薄膜形成方法。
【請求項１７】
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１６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
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の各々が、円板状のＳｉＣ基板５６を保持した状態で、この基板ホルダー５５を保持する円環状のサセプター５１と、所定のギャップ５７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天井板５２（対向部材）と、これらのサセプター５１および天井板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、天井板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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、天井板５２によってその上昇を遮られ、そこから上記ギャップ５７を通ってサセプター５１（天井板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】
【００１２】
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する。
【００１３】
第１の問題は、円管５４の内壁に原料ガス熱分解に起因して堆積物を付着させてしまうことである。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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と円管５４（サセプター５１の中央部）の配置関係から原料ガスの真空チャンバー５０への導入路に相当する円管５４の内壁の温度は、原料ガス熱分解温度（例えば６００℃）に到達する場合がある。
【００１７】
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６０ａ（例えば、ＳｉＣからなるポリ結晶またはアモルファス結晶）が、円管５４の内壁に付着する。
【００１８】
もっとも、円管５４の内壁が、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６０ａの付着とその蒸発とが同時に進行して、寧ろ円管５４の内壁に堆積物６０ａは付着し難くなってこうした問題は解消される。
【００１９】
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。
【００２０】
そして図５に示すように、原料ガスの堆積物６０ａが円管５４の内壁に付着すれば、ＳｉＣ基板５６の表面に供給可能な原料ガス量が減る。その結果、ＳｉＣ基板５６の表面のＳｉＣエピタキシャル成長に寄与する原料ガス量が少なくなって、ＳｉＣ基板５６のＳｉＣエピタキシャル成長速度は低下する。
【００２１】
更には、堆積物６０ａの付着部に位置する円管５４の内径は、堆積時間の経過に伴って堆積物６０ａの成長により徐々に狭まり原料ガスのスムーズな流れが妨げられ、これにより、円管５４を通過する原料ガス量も、堆積物６０ａの堆積時間の経過に伴って変化（減少）する。このため、ＳｉＣ基板５６の表面のＳｉＣエピタキシャル成長速度は、堆積物６０ａの堆積時間に依存して変化して、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ない。
【００２２】
第２の問題は、上記堆積物６０ａと同様の堆積物６０ｂが天井板５２に付着することに起因して、天井板５２から剥がれた堆積物６０ｂ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ことである。
【００２３】
天井板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、サセプター５１の中央部近傍に対向する天井板５２の表面温度は、円管５４の内壁と同様に、原料ガス熱分解温度（６００℃）のレベルに到達する可能性がある。このため、原料ガス熱分解による堆積物６０ｂは、天井板５２の中央部付近の表面にも付着し易く、天井板５２に付着した堆積物６０ｂの量が所定限度を越えると、堆積物６０ｂは、自重により天井板５２の表面から剥がれ、サセプター５１に向けて落下する。こうして剥がれた堆積物６０ｂの一部は、ＳｉＣ基板５６の表面に侵入する可能性があり、これによって堆積物６０ｂ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。こうした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】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、膜厚等の再現性に優れ、かつ欠陥や転位の存在しない薄膜を、高い成膜速度を確保しつつ基板に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、高い成長速度を維持してＳｉＣ基板の表面に、欠陥や転位の無い再現性に優れたＳｉＣエピタキシャル成長を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】
【００２５】
本発明は以上のような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、前記サセプターから前記基板に熱伝導に基づく熱が伝熱され、前記ガス供給口を通過した前記原料ガスが、前記サセプターの周囲からその中心部に向かって前記ギャップを流れて前記ガス排気口を介して排気される装置である。
【００２６】
こうした構成により、サセプターの周囲の温度は、原料ガスの熱分解温度（例えば、約６００℃）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（原料ガスの真空チャンバー導入路に相当）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。
【００２７】
前記真空チャンバーは、前記サセプターの周囲と対向する筒状の側壁を有し、前記ガス供給口を、前記側壁に設けても良い。
【００２８】
また、前記ガス供給口は、前記側壁の周方向に沿って略等間隔に配置されている複数の孔であっても良い。
【００２９】
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、前記サセプターおよび前記対向部材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、前記サセプターから前記基板に熱伝導に基づく熱が伝熱されると共に、前記対向部材から前記サセプターに保持された前記基板に輻射熱が伝熱され、前記ガス供給口を通過した前記原料ガスは前記ギャップを流れて前記ガス排気口を介して排気される装置である。
【００３０】
こうした構成により、サセプターに保持された基板は、高温のサセプターの熱伝導による伝熱に加えて、加熱板の輻射伝熱によっても加熱され好適である。
【００３１】
なお、前記ガス供給口を通過した前記原料ガスは、前記前記サセプターの周囲からその中心部に向かって流れるように構成しても良い。この様な構成によれば、サセプターの周囲の温度は、原料ガスの熱分解温度（例えば、約６００℃）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が、サセプターの周囲（原料ガスの真空チャンバー導入路に相当）において熱分解付着することを回避できる。
【００３２】
なお、前記ギャップは望ましくは、３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。
【００３３】
前記ギャップの値が３ｍｍ未満であれば、前記ギャップ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きたしかねない。また、前記ギャップの値が３０ｍｍを超えるようであれば、前記対向部材が、前記サセプターに保持された基板の輻射伝熱用の加熱板として使用される際には、前記対向部材による前記サセプターに保持された基板に対する熱輻射効果が低下して望ましくない。
【００３４】
また前記ギャップは、前記サセプターの全域に亘って略均一であっても良く、前記ギャップは、前記サセプターの周囲からその中心部に向かって狭まるように構成されても良い。
【００３５】
前記ギャップを、前記サセプターの周囲からその中心部に向かって狭まるように構成すれば、原料ガスの流れ方向を基板に向けることができる。
【００３６】
また、前記対向部材の温度は、前記サセプターの温度よりも高くしても良い。
【００３７】
このような構成によれば、前記対向基板の温度が前記サセプターの温度よりも高めに設定されることから前記対向基板の全域が、原料ガス熱分解温度（例えば、６００℃）より充分に高くでき、その結果として、前記対向基板には原料ガス熱分解に起因した堆積物は付着し難くなる。
【００３８】
なお、前記対向部材と前記サセプターとの温度差は、５０℃以上、２００℃以下であっても良い。
【００３９】
前記サセプターと前記対向部材との間の望ましいギャップの値が３ｍｍ〜３０ｍｍであることを勘案すると、両者の温度差が５０℃未満であれば、前記対向部材による基板の表面に対する熱輻射の効果が充分に発揮できず、前記基板がＳｉＣ基板である場合には、この温度差が２００℃を超えると、この基板の表面温度が、ＳｉＣエピタキシャル成長可能温度（１６００℃）より大幅に高くなる可能性がある。
【００４０】
前記ガス排気口の一例は、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排気路で構成されている。
【００４１】
また、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コイルであり、このコイルの誘導加熱によってサセプターは適切に加熱される。
【００４２】
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。
【００４３】
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も良く、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も良い。こうした構成により、複数の基板をサセプターにより保持する際に、これらの基板に均一に薄膜が形成される。
【００４４】
本発明に係る薄膜形成方法は、基板が保持された状態のサセプターを真空チャンバーの内部に配置した後、前記真空チャンバーの内部を減圧して、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、前記サセプターの周囲からその中心部に向うように前記サセプターに沿って原料ガスを導いて、前記原料ガスに基づいて前記基板の表面に薄膜を形成させる方法である。
【００４５】
こうした方法により、サセプターの周囲の温度は、原料ガスの熱分解温度（例えば、約６００℃）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（原料ガスの真空チャンバー導入路に相当）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。
【００４６】
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】
【００４７】
本発明によれば、膜厚等の再現性に優れ、かつ欠陥や転位の存在しない薄膜を高い成膜速度を確保しつつ基板に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】
【００４８】
本実施の形態によるＳｉＣ薄膜成長装置（真空成膜装置）の第１の特徴は、ガス供給口を通過した原料ガスが、サセプターの周囲からその中心部に向かって真空チャンバーの内部に供給されるように、ガス供給口をサセプターの周囲（例えば、真空チャンバーの側壁）に設けたことにある。
【００４９】
また、本実施の形態によるＳｉＣ薄膜成長装置（真空成膜装置）の第２の特徴は、サセプターに保持された基板に輻射熱を伝熱する加熱板（対向部材）をサセプターに対向して配置したことにある。
【００５０】
以下、これら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。
【００５１】
（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上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。
【００５２】
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の各々が円板状のＳｉＣ基板６ａを保持した状態で、この基板ホルダー６を回転可能に保持する円環状のグラファイト製のサセプター１と、ギャップ９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板状のグラファイト製の天井板２（対向部材）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。なお、基板ホルダー６と、ＳｉＣ基板６ａと、サセプター１と、天井板２とは真空チャンバー４の内部に配置されている。
【００５３】
基板ホルダー６の各々に１枚毎載って、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。
【００５４】
また、サセプター１の中央部に丸孔１ａが設けられている。そして、円管５の一端がこの丸孔１ａ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。併せて、適宜の駆動手段Ｍ（モータ）によって回転駆動される円管５は、サセプター１をその中心軸周り（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に対して回転させる。
【００５５】
なおここでは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。
【００５６】
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。
【００５７】
なおここでは、ＳｉＣ基板６ａは、基板ホルダー６とサセプター１との間の回転により、基板ホルダー６を介してサセプター１に回転可能に保持して構成されているが、勿論、ＳｉＣ基板６ａをサセプター１に固定して保持することも可能である。また、ＳｉＣ基板６ａは、基板ホルダー６を使用することなく、サセプター１に直接、取り付けられても良い。
【００５８】
天井板２は、サセプター１とギャップ９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９の値は、好ましくは３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。
【００５９】
ここでギャップ９の値が３ｍｍ未満であれば、ギャップ９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きたしかねない。また、ギャップ９の値が３０ｍｍを超えるようであれば、天井板２が、サセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａの輻射伝熱用の加熱板として使用される際（後記の実施の形態２で詳細に説明）には、天井板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。
【００６０】
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、平面視（図１（ａ））においてサセプター１の周囲に位置するように真空チャンバー４の側壁４ｂに設けられた複数の孔である。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９の外周面をなす開口を臨むように側壁４ｂの周方向に沿って等間隔（中心角３０°間隔毎）に配置されている。このため、原料ガスは、図１（ａ）の細い矢印で示したように、中心角θ＝３０°間隔を置いてサセプター１と天井板２との間のギャップ９の中に導かれている。
【００６１】
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４ｃは、サセプター１の中央部の丸孔１ａ（開口）から真空チャンバー４の下蓋（図示せず）を貫通して外部に至るガス排気路（サセプター１の丸孔１ａ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１ａ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４ｃの先端開口（図示せず）は設けられている。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４ｃ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。
【００６２】
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、サセプター１の周囲からその中心部に位置する丸孔１ａに向かって真空チャンバー４の内部（ギャップ９）に供給される。その後、サセプター１の丸孔１ａ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１（ｂ）の太い矢印で示したように、ガス排気口４ｃから真空チャンバー４の外部に排気される。
【００６３】
更に、天井板２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。
【００６４】
同様に、サセプター１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。
【００６５】
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および天井板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。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、この真空計の真空データ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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
続いて、ＳｉＣ基板６ａを保持した基板ホルダー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。
【００６９】
そして、ガス供給口７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９）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。
【００７０】
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。）。
【００７１】
なおサセプター１に近接する天井板２も同様に誘導加熱されることになるが、天井板２の温度は、天井板２の材質や加熱コイル３の配置構成に依存して可変する。
【００７２】
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７を介して真空チャンバー４の内部（ギャップ９）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。
【００７３】
なお、水素ガスおよび原料ガスは共に、サセプター１の中央部の丸孔１ａを通ってガス排気口４ｃから真空チャンバー４の外部に排気される。
【００７４】
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および天井板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。
【００７５】
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、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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９）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。
【００７９】
なお、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９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、確実に抑制できる。また、こうしたサセプター１の中央部に、仮に微量の堆積物が付着したとしても、真空チャンバー４の内部に連結する原料ガス排気手段（真空ポンプ等）の排気コンダクタンスに悪影響を及ぼすことは無い。
【００８０】
更に、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の各々に保持された複数の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。
【００８１】
（実施例１）
本実施の形態の実施例１として実施の形態１の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層を所定期間（６０分）の間、成膜させ、その比較例として原料ガス供給を除いて実施の形態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に成膜させた。
【００８２】
そうすると、比較例によるＳｉＣ基板６ａへのＳｉＣエピタキシャル層の成長速度（５μｍ／ｈｒ）は、本実施例による成長速度（１０μｍ／ｈｒ）に比べて略１／２に低下することが分かった。
【００８３】
以上により、本実施例によってもたらされる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。
【００８４】
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１１０（図１）のサセプター１には殆ど付着物が認められなかった。
【００８５】
（実施例２）
本実施の形態の実施例２として実施の形態１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回に亘って成膜させ、その比較例として原料ガス供給を除いて実施の形態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、ＳｉＣ基板５６に１０回に亘って成膜させた。
【００８６】
そうすると、本実施例による成膜では、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。
【００８７】
以上により、本実施例によってもたらされる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。
【００８８】
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１で述べた内容と同じである。
【００８９】
（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上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。
【００９０】
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の形状が円板状であることおよび天井板２の形状が円環状であることは、実施の形態１に示した構成と相違している。
【００９１】
実施の形態１では、ギャップ９を通過した原料ガスは、サセプター１の丸孔１ａから円管５の中空部を下方に流れて外部に排気されるというガス排気例を説明した。
【００９２】
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２（ｂ）の太い矢印で示したＳｉＣ薄膜成長装置１２０のガス排気例のように、原料ガスを外部に排気するガス排気口４ｃの先端開口が真空チャンバー４の上蓋４ａに設けられ、これによって、ギャップ９を流れた原料ガスは、天井板２の丸孔２ａとガス排気口４ｃの先端開口とを繋ぐ円管２５の中空部から真空チャンバー４の外部に排気させても良い。
【００９３】
（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上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。
【００９４】
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。
【００９５】
図３に示したＳｉＣ薄膜成長装置１３０は、グラファイト製のサセプター１と対向して、サセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａに対して輻射伝熱可能に構成されたグラファイト製の加熱板３２（図１に示した天井板に相当；対向部材）を備えている。
【００９６】
即ち、加熱板３２の温度が、サセプター１の温度よりも高めになるように、加熱コイル３３の形状（巻線密度）や加熱コイル３３の配置を適宜設計変更することができ、加熱板３２からサセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａに輻射熱が伝熱され得る。
【００９７】
なお、実施の形態１で説明した理由により、加熱板３２は、サセプター１と３ｍｍ〜３０ｍｍの範囲のギャップ９を隔ててサセプター１に略並行に配置されている。
【００９８】
次に、以上のように構成されたＳｉＣ薄膜成長装置１３０の成膜動作を説明する。
【００９９】
但し、ＳｉＣ薄膜成長装置１３０の成膜条件のうち、真空チャンバー４の真空度、原料ガス種、原料ガス流量については、実施の形態１で説明した成膜条件と同じため、ここでは、これらの説明は省略する。
【０１００】
本実施の形態では、真空チャンバー４の内部を真空引きした後、加熱コイル３３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の表面および加熱板３２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および加熱板３２は誘導加熱される。
【０１０１】
ここで、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。）。
【０１０２】
一方、加熱板３２は、その温度をサセプター１の温度よりも約１００℃高めの略１７００℃に加熱される。
【０１０３】
ここで、サセプター１と加熱板３２との間の望ましいギャップ９の値が、３ｍｍ〜３０ｍｍであることを勘案すると、サセプター１と加熱板３２との間の望ましい温度差は、５０℃以上、２００℃以下である。両者の温度差が５０℃未満であれば、加熱板３２によるＳｉＣ基板６ａの表面に対する熱輻射の効果が充分に発揮できず、この温度差が２００℃を超えると、ＳｉＣ基板６ａの表面温度が、ＳｉＣエピタキシャル成長可能温度（１６００℃）より大幅に高くなる可能性がある。
【０１０４】
このようにして、加熱板３２の温度がサセプター１の温度よりも高めに設定されることから加熱板３２の全域が、原料ガス熱分解温度（６００℃）より充分に高くでき、その結果として、加熱板３２には原料ガス熱分解に起因した堆積物は付着し難くなる。これにより、堆積物が加熱板３２から剥がれてＳｉＣ基板６ａの表面に落下するという事態が未然に防止でき、ＳｉＣ基板６ａ上の原料ガス堆積物を起点とした欠陥の発生が改善され、結晶性の良好なＳｉＣエピタキシャル成長膜を得ることができる。
【０１０５】
また、加熱板３２の温度がサセプター１の温度よりも高めに設定されることから加熱板３２からサセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａの表面に輻射熱が伝熱され、これにより、サセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａは、高温のサセプター１の熱伝導による伝熱に加えて、加熱板３２の輻射伝熱によっても加熱される。即ち、ＳｉＣ基板６ａは、ＳｉＣ基板６ａの表面における熱輻射とＳｉＣ基板６ａの裏面における熱伝導によってサンドイッチ状に効率的に加熱される。
【０１０６】
（実施例）
本実施の形態の実施例として実施の形態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に成膜させ、その比較例として原料ガス供給および天井板の加熱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に成膜させた。
【０１０７】
そして、本実施例の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層の結晶性および比較例の成膜条件による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。
【０１０８】
そうすると、本実施例の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層のエッチピット密度（５×１０4／ｃｍ2）は、比較例の成膜条件による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、本実施例の成膜条件によるＳｉＣエピタキシャル成長層の欠陥は、比較例の成膜条件による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。
【０１０９】
以上により、本実施例によってもたらされる加熱板４２の高温化（サセプター１より５０〜２００℃高めに加熱）に基づく加熱板４２への原料ガス堆積物付着抑止効果が裏付けられた。
【０１１０】
（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上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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
実施の形態２では、加熱板３２（図３参照）とサセプター１とが、略並行に配置される例を説明した。しかし、両者の配置はこれに限られるものではなく、例えば、図４に示したＳｉＣ薄膜成長装置１４０の加熱板４２およびサセプター１の配置例のように、サセプター１の周囲（端部）におけるギャップ９ｂの値が、サセプター１の中央部におけるギャップ９ａの値よりも大きくなるように、サセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａに臨む加熱板４２の対向面をサセプター１に向かって弓形に湾曲させても良い。
【０１１３】
即ち、図４のＳｉＣ薄膜成長装置１４０では、加熱板４２とサセプター１との間のギャップ９ａ、９ｂが、サセプター１の全域に亘って均一ではなく、サセプター１の周囲（端部）からその中央部に向かうに連れてギャップ９ａ、９ｂが狭くなるように構成されている。
【０１１４】
そうすると、サセプター１と加熱板４２の間のギャップ９ａ、９ｂを通流する原料ガスの流れ方向は、サセプター１に沿って並行では無く、加熱板４２の湾曲面によりサセプター１の方向に幾分曲げられ、これにより、原料ガスがサセプター１に保持されたＳｉＣ基板６ａに到達し易くなり好適である。
【０１１５】
なお、サセプター１と加熱板４２との間の温度差が５０℃以上、２００℃以下になるように、加熱板４２の温度が、サセプター１の温度よりも高めに設定されれば、実施の形態２で説明した効果と同一の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、膜厚等の再現性に優れ、かつ欠陥や転位の存在しない薄膜を、高い成膜速度を確保しつつ基板に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】
【０１１７】
【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】
【０１１８】
１、５１                                サセプター
１ａ 、５１ａ                           サセプターの丸孔
２、３２、４２、５２                    天井板（加熱板）
３、３３、５３                          加熱コイル
４、５０                                真空チャンバー
４ａ                                    上蓋
４ｂ                                    側壁
４ｃ                                    ガス排気口
５、２５、５４                          円管
６、５５                                基板ホルダー
７                                      ガス供給口
９、９ａ、９ｂ、５７                    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】
2006196806.tif 000003
【図２】
2006196806.tif 000004
【図３】
2006196806.tif 000005
【図４】
2006196806.tif 000006
【図５】
2006196806.tif 000007