(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳｉＣ（炭化珪素）膜形成を行う際に反応ガスを効率良く使用し、膜厚均一性と品質の高い膜を実現する成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置５０の成膜室１を、珪素ソースガスを含む第１の反応ガス２５用の第１のガス供給路４と、炭素ソースガスを含む第２の反応ガス２６用の第２のガス供給路１４と、半導体基板６の置かれる胴部３０より断面積の小さい頭部３１を有して成膜室１内壁を被うライナ２とから構成する。第１のガス供給路４は、内管と外管とからなって、先端が半導体基板６近傍まで延び、外管に水素ガスを供給しながら、内管に第１の反応ガス２５を供給できるようにする。そして、第２のガス供給路１４からライナ２の頭部３１に供給された第２の反応ガス２６を流下させ、第１の反応ガス２５と半導体基板６の表面で混合し、半導体基板６表面にＳｉＣ膜形成を行うようにする。【選択図】図１
2011195346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室と、
前記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、
前記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、
前記成膜室の底部に設けられた排気部と、
前記成膜室の内壁を被覆する筒状のライナと、
前記成膜室の前記ライナの胴部内に設けられ、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ライナの胴部内に配設されたヒータとを有し、前記基板上でＳｉＣ（炭化珪素）膜の成膜を行う成膜装置であって、
前記ライナは、前記胴部と、前記胴部より断面積の小さい頭部とからなり、
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、先端が前記基板の近傍まで延びる構造であるとともに、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、
前記ライナの頭部の開口部には、前記成膜室内に供給された反応ガスを整流する整流板が配設されており、
前記第２の反応ガスは、前記整流板を通って前記ライナ内を流下し、前記基板上で前記第１の反応ガスと反応するよう構成された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のガス供給路の前記成膜室内に配置されている部分は、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（タンタルカーバイト）およびタングステンカーバイト（ＷＣ）よりなる群から選択された１以上の材料でカーボン（Ｃ）をコートして得られた部材によって構成され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】
前記成膜室の内壁と前記ライナとの間には、前記ライナ周囲に周設された抵抗加熱型の上部ヒータを有す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ＳｉＣ膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜室内の内壁を、前記基板が置かれる胴部と、前記胴部より断面積が小さい頭部とからなる筒状のライナで被覆し、
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、珪素のソースガスを含む第１の反応ガスを供給するよう、先端が前記基板の近傍まで延びる第１のガス供給路と、炭素のソースガスを含む第２の反応ガスを前記ライナの頭部に供給する第２のガス供給路とを前記成膜室に設け、
前記第１のガス供給路の前記外管に水素ガスを供給しながら、前記内管から前記第１の反応ガスを供給するとともに、前記第２のガス供給路から前記第２の反応ガスを供給しこれを前記基板に向けて流下させることにより、前記基板上に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】
従来から、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、比較的膜厚の厚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では、成膜対象である半導体基板が配置された成膜室を、常圧（０．１ＭＰａ（７６０Ｔｏｒｒ））、或いは減圧に保持し、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反応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を行って気相成長膜を成膜する。
【０００４】
膜厚の厚い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の表面に新たな反応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７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７の成膜装置２００において、２０１は成膜室にあたるチャンバ、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は反応ガス２２５を導入する供給部、２０５は反応後の反応ガスの排気部、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、通常は石英製である。そして、その頭部には、半導体基板２０６の表面に対して反応ガス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においては、チャンバ２０１内でサセプタ２０７により支持された半導体基板２０６を回転させながら、ヒータ２０８を用いて加熱する。この状態で供給部２０４からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して反応ガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタ２０７が配置されたライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、反応ガス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】
反応ガス２２５が半導体基板２０６表面に到達すると、熱分解反応或いは水素還元反応が起こって半導体基板２０６表面に結晶膜が形成される。その際、気相成長反応に使用されたもの以外の反応ガスは、変性された生成ガスとなり、反応ガス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が用いられる。パッキン２１０、２１２は、フッ素ゴム製で、耐熱温度は約３００℃である。そこで、パッキン２１０、２１２を熱で劣化させないようにするために、冷却水を循環させる流路２０３ａ、２０３ｂがチャンバ２０１の外周部に設けられている。
【００１１】
以上のような構成の成膜装置２００では、気相成膜時におけるヒータ２０８の加熱によって、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。さらに、エピタキシャル膜の種類によっては、半導体基板２０６を１５００℃以上の高温に昇温しなければならない場合がある。
【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。このため、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。このＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶基板を得ようとする場合には、基板を１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。
【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】
上記したように、半導体基板上にＳｉＣ結晶を成長させてＳｉＣ単結晶基板を得ようとする場合、基板温度を非常に高温にすることが必要になる。
【００１５】
しかし、半導体基板２０６をこのような高温の状態にするためにヒータ加熱すると、ヒータ２０８からの輻射熱は、半導体基板２０６だけでなく、成膜装置２００を構成する他の部材にも伝わって、それらを昇温させてしまう。こうしたことは、特に、半導体基板２０６やヒータ２０８のような高温となる部分の近傍に位置する部材やチャンバ２０１の内壁において顕著である。
【００１６】
チャンバ２０１内に生じた高温部位に反応ガス２２５が接触すると、高温加熱された半導体基板２０６の表面と同様に反応ガス２２５の熱分解反応が起こる。
【００１７】
例えば、ウェハの表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガス２２５として、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）、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。反応ガス２２５は、チャンバ２０１の上部にある供給部２０４からチャンバ２０１内に供給され、高温加熱された半導体基板２０６の表面に到達して分解する。
【００１８】
しかしながら、上記組成の反応ガス２２５は反応性に富んでいるために、一定の温度条件を満たす部材に接触することによって高温状態に置かれると、半導体基板２０６上でなくとも分解反応を起こしてしまう。その結果、チャンバ２０１内の部材に、反応ガス２２５の構成成分に由来する結晶性の屑が付着することになる。
【００１９】
こうした現象が起こると、反応ガス２２５の一部が半導体基板２０６上でのエピタキシャル膜の形成に利用されず、副生成物となって無駄に消費されてしまうことになる。
【００２０】
また、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副生成物の欠片が剥離し、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。
【００２１】
したがって、従来の成膜装置２００では、パーティクルを除去するためのメンテナンス作業を頻繁に行なう必要性があり、稼働率をある一定以上には向上させることができないという問題があった。
【００２２】
このように、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った問題があった。
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℃以上の高温に加熱する必要がある、ＳｉＣ膜の形成の場合により顕著であった。
【００２３】
以上のことから、反応ガスがチャンバ内で半導体基板以外の他の部材に接触することによって分解反応を起こし、その結果、反応ガスが無駄に消費されてしまうのを抑制可能な成膜装置および成膜方法が求められている。換言すると、反応ガスを効率良く半導体基板表面でのエピタキシャル成長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。
【００２４】
本発明は、こうした従来の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半導体基板を加熱しながら基板表面に膜形成を行う際に、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】
また、本発明の他の目的は、基板を高温に加熱してＳｉＣ膜形成する場合にも、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】
本発明の成膜装置は、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、成膜室の底部に設けられた排気部と、成膜室の内壁を被覆する筒状のライナと、成膜室のライナの胴部内に設けられ、基板が載置されるサセプタと、サセプタ上に載置される基板の下面側に位置するようライナの胴部内に配設されたヒータとを有し、基板上でＳｉＣ（炭化珪素）膜の成膜を行う成膜装置である。そして、ライナは、胴部と、その胴部より断面積の小さい頭部とからなり、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、その先端が基板の近傍まで延びる構造であるとともに、内管には第１の反応ガスを供給し、外管には第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。
【００２８】
そして、第２のガス供給路は、成膜室の上部に設けられ、ライナの頭部の開口部には、成膜室内に供給された反応ガスを整流する整流板が配設されており、第２の反応ガスは、整流板を通ってライナ内を流下し、基板上で第１の反応ガスと反応するよう構成されることが好ましい。
【００２９】
そして、第１のガス供給路の成膜室内に配置されている部分は、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（タンタルカーバイト）およびタングステンカーバイト（ＷＣ）よりなる群から選択された１以上の材料でカーボン（Ｃ）をコートして得られた部材によって構成されることが好ましい。
【００３０】
また、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することが好ましい。
【００３１】
本発明の成膜方法では、成膜室内に基板を載置し、基板上にＳｉＣ膜を形成する。そして、成膜室内の内壁を、基板が置かれる胴部と、胴部より断面積が小さい頭部とからなる筒状のライナで被覆する。そして、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、珪素のソースガスを含む第１の反応ガスを供給するよう、先端が基板の近傍まで延びる第１のガス供給路と、炭素のソースガスを含む第２の反応ガスをライナの頭部に供給する第２のガス供給路とを成膜室に設け、第１のガス供給路の外管に水素ガスを供給しながら、内管から第１の反応ガスを供給するとともに、第２のガス供給路から第２の反応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。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の成膜装置によれば、基板表面でのＳｉＣ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、ソースガスがそれぞれ別のガス供給路を利用して成膜室内に供給されることを可能としている。したがって、反応性に富んだ珪素のソースガスを含むガスを使用するような場合においても、比較的に安定な他のガスによって基板上でのガスの整流状態を形成しながら、別経路を経由して反応性に富むソースガスを基板近傍に供給できる。これにより、基板近傍において、別の供給路から供給されたソースガスと出会うので、基板上で効率良くソースガス同士を反応させることができる。
【００３３】
また、本発明の成膜装置によれば、珪素のソースガスを基板近傍に供給するガス供給路を内管と外管とからなる二重管構造としているので、内管に珪素のソースガスを供給し、外管に冷却用のガスを供給するようにすることが可能である。これにより、基板近傍にソースガスを供給する際に、ソースガスが過度に昇温して分解してしまうのを抑制できる。
【００３４】
したがって、本発明の成膜装置によれば、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ので、膜厚均一性に優れた高品質のＳｉＣ膜の形成が可能となる。
【００３５】
本発明の成膜方法によれば、ＳｉＣエピタキシャル膜形成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が別のガス供給路を通じて成膜室内に供給される。したがって、反応性に富んだ珪素のソースガスを含むガスを使用するような場合においても、比較的に安定な他のガスによって基板上でのガスの整流状態を形成しながら、別経路を経由して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。
【００３６】
また、本発明の成膜方法によれば、ガス供給路の内管から反応性に富んだ珪素のソースガスを供給し、外管から冷却用のガスを供給することが可能である。よって、基板近傍にソースガスを供給する際に、ソースガスが過度に昇温して分解してしまうのを抑制することができる。
【００３７】
したがって、本発明の成膜方法によれば、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ので、膜厚均一性に優れた高品質のＳｉＣ膜の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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において、第１のガス供給路の先端部分の断面図である。
【図３】本実施の形態の成膜装置において、第１のガス供給路の管部分の断面図である。
【図４】本実施の形態の成膜装置において、第１のガス供給路のガス導入部の断面図である。
【図５】本実施の形態の成膜装置において、第１のガス供給路の別の例の先端部分の断面図である。
【図６】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７】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】
【００３９】
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。本実施の形態の成膜装置５０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。
【００４０】
成膜装置５０は、ＳｉＣウェハである半導体基板６への膜形成を行う、成膜室としてのチャンバ１を有する。そして、成膜装置５０は、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、反応ガスを導入するための第１のガス供給路４および第２のガス供給路１４と、反応後の反応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。
【００４１】
成膜装置５０では、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。
【００４２】
サセプタ７上には、気相成長を行う上述のＳｉＣウェハ等の基板である半導体基板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が高速に回転する。
【００４３】
このとき、図７に示す従来の成膜装置２００では、半導体基板２０６上でＳｉＣエピタキシャル膜形成をしようとする場合、反応ガス２２５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を混合させた混合ガスを使用する。そして、この混合ガスを単一の供給部２０４からチャンバ２０１内に導入する。
【００４４】
一方、図１に示す本実施の形態の成膜装置５０においては、チャンバ１の上部に、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４と第２のガス供給路１４という異なる系統のガス供給路が接続されている。
【００４５】
これにより、半導体基板６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、それぞれが別のガス供給路を利用してチャンバ内に供給されるようにしている。
尚、第１のガス供給路４と第２のガス供給路１４によってチャンバ１内に供給された反応ガスは、ＳｉＣエピタキシャル膜形成反応に使用された後、チャンバ１の底部に設けられた排気部５から排気される。
【００４６】
図２は、本発明の実施形態の成膜装置の有する第１のガス供給路の先端部分の構造を説明する部分断面図である。そして、図３は、本発明の実施形態の成膜装置の有する第１のガス供給路の管部分の構造を説明する横断面図である。
【００４７】
図２および図３に示すように、第１のガス供給路４は、チャンバ１内に配置される管部分４７を有し、さらに、管部分４７は内管４８と外管４９とからなる２重管構造を有する。そして、図１に示すように、第１のガス供給路４は、その管部分４７の先端が半導体基板６の近傍まで延びるよう構成されている。したがって、第１のガス供給路４は、チャンバ１内に配置される管部分４７が後述するシャワープレート２０を貫通して、その先端、すなわち下部の開口部分の位置が半導体基板６の上方の近傍に位置するよう設定されている。
【００４８】
そして、第１のガス供給路４でチャンバ１内に配置されている部分は、高い耐熱性を有し、ＳｉＣ膜形成時に汚染物を放出する懸念の少ない材料によって構成される。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＴａＣ（タンタルカーバイト）およびタングステンカーバイト（ＷＣ）よりなる群から選択された１以上の材料でカーボン（Ｃ）をコートして得られた部材が好ましく用いられる。このうち、ＴａＣでカーボンをコートして得られた部材の使用が特に好ましい。
【００４９】
チャンバ１内に配置された第１のガス供給路４は二重管構造を有するので、内管４８に供給されるガスと、外管４９に供給されるガスとを、それぞれ組成の異なるものとすることが可能である。すなわち、内管４８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４９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などが可能である。
【００５０】
従って、第１のガス供給路４は、二重管構造を備えたガス供給部４４を有する。すなわち、ガス供給部４４は、内管４８と外管４９とにそれぞれ異なる組成のガスを供給できるように構成されている。
【００５１】
図４は、ガス供給部４４の構造を説明する断面図である。ガス供給部４４では、上部側から内管４８に所望の組成のガスを供給することが可能である。本実施の形態においては、第１の反応ガス２５が供給される。一方、ガス供給部４４の側部からは、内管４８に供給するのとは異なる組成のガス、例えば水素ガスを外管４９に導入することが可能である。
【００５２】
また、ガス供給部４４に対応して管部分４７の管構造を２重構造とすることにより、１つのガス供給路で２種のガスを半導体基板６の表面に供給することができる。また、管部分４７の外管４９を流れるガスの作用により、外管４９自身とともに内管４８を冷却し、それらの温度を調整することもできる。すなわち、外管４９を流れるガスによって、内管４８に供給されるガスを冷却することができる。したがって、シランなど反応性の高いソースガスを含むガスを用いる場合であっても、これを内管４８から供給することでガスが冷却されるので、チャンバ１内の半導体基板６やヒータ８近傍でガスが昇温されて、第１のガス供給路４の管部分４７で分解反応を起こすのを抑制することができる。
【００５３】
以上述べたように、本実施形態の成膜装置５０は、例えばシランなどの反応性に富んだソースガスを含むガスについて、半導体基板６の直上近傍に効率良く供給することを可能とし、半導体基板６上で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。
【００５４】
また、半導体基板６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する場合には、反応に使用するガスを、上述したように、Ｓｉ（珪素）ソースガスを含むガスと、Ｃ（炭素）ソースガスを含むガスとに分けて供給することが可能である。
【００５５】
具体的には、第１のガス供給路４に供給される第１の反応ガス２５をＳｉソースガスを含むガスとする。そして、第１のガス供給路４の内管４８に、Ｓｉソースガスを含む第１の反応ガス２５を供給する。外管４９には、水素ガスを供給することが可能である。また、第２のガス供給路１４に供給される第２の反応ガス２６については、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ことが可能である。
【００５６】
第１の反応ガス２５としては、シランをソースガスとすることが可能である。また、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。一方、第２の反応ガス２６としては、アセチレンをソースガスとすることが可能である。尚、アセチレンの代わりにプロパ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２５および第２の反応ガス２６にはそれぞれ、キャリアガスとしての水素ガスを含有させることが可能である。
【００５７】
また、チャンバ１の上部には、第２のガス供給路１４とは別に、キャリアガスである水素ガスをチャンバ１内に供給するための水素ガス供給路（図示されない）をさらに設けることも可能である。その場合、第２のガス供給路１４からＣ（炭素）のソースガスを含むガス、例えばアセチレンを供給し、水素ガス供給路からキャリアガスである水素ガスを供給し、チャンバ１内で混合して半導体基板６の表面に供給することが可能となる。
【００５８】
シランを含む第１の反応ガス２５は、例えば、シラン供給部（図示されない）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が混合された状態で、第１のガス供給路４に供給される。そして、その内管４８からチャンバ１内に供給される。
【００５９】
アセチレンを含む第２の反応ガス２６は、例えば、アセチレン供給部（図示されない）から供給されるアセチレンガスと、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た状態で、第２のガス供給路１４に供給される。そして、シャワープレート２０からチャンバ１内に供給される。
【００６０】
図１に示す成膜装置５０は、チャンバ１の内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ２を有する。このライナ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の開口部には、シャワープレート２０が取り付けられている。シャワープレート２０は、半導体基板６の表面に対してアセチレンを含む第２の反応ガス２６を均一に供給するためのガスの整流板である。このシャワープレート２０には、第２の反応ガス２６を供給するための貫通孔２１が複数個設けられている。
【００６１】
尚、ライナ２を設ける理由は、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するため、その全面を被覆するライナ２が用いられる。ライナ２には、半導体基板６表面の結晶膜形成時のパーティクルの付着や金属汚染、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。
【００６２】
ライナ２は、中空筒状であり、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とを有する。胴部３０内にはサセプタ７が配置され、サセプタ７上には半導体基板６が載置される。そして、サセプタ７を介して半導体基板６を高速回転させながら成膜が行われる。ライナ２の頭部３１の上部開口部には、上記したシャワープレート２０が配設されている。シャワープレート２０は、胴部３０内のサセプタ７上に載置された半導体基板６の表面に対して第２の反応ガス２６を均一に供給する。
【００６３】
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る。これにより、シャワープレート２０の貫通孔２１を出た第２の反応ガス２６が拡散する無駄な空間が無くなる。つまり、シャワープレート２０から供給される第２の反応ガス２６が無駄なく、効率良く半導体基板６の表面に集められるように構成されている。そして、半導体基板６の表面での第２の反応ガス２６の流れをより均一にするために、半導体基板６の周縁部分とライナ２との間の隙間ができるだけ狭くなるように構成されている。
【００６４】
ライナ２を上記のような形状とすることで、成膜装置５０における半導体基板６表面での気相成長反応を高効率で高速のものとすることができる。
【００６５】
すなわち、第２のガス供給路１４に供給される第２の反応ガス２６は、シャワープレート２０の貫通孔２１を通過して整流され、下方の半導体基板６に向かってほぼ鉛直に流下する。すなわち、第２の反応ガス２６は、いわゆる縦フローを形成する。そして、後述するように、高速回転する半導体基板６の引き付け効果により引き付けられ、半導体基板６とぶつかり、その後、乱流を形成すること無く、半導体基板６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。半導体基板６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、半導体基板６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。
【００６６】
チャンバ１内に第１の反応ガス２５を供給するための第１のガス供給路４は、先端が半導体基板６の近傍まで延びるよう構成されている。
【００６７】
本実施の形態において、第１のガス供給路４の下部開口部と半導体基板６との離間距離は、２０ｍｍ〜１００ｍｍ、望ましくは、４０ｍｍ〜８０ｍｍである。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設定される。そして、後に説明する半導体基板６の加熱による近傍の気相の温度、および、半導体基板６の回転速度に応じて最適に定められる。
【００６８】
そして、第１のガス供給路４は、下部開口部と半導体基板６との離間距離が所望の設定値となるよう、チャンバ１への設置状態を調整可能である。すなわち、第１のガス供給路４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。
【００６９】
そして、チャンバ１内へと供給するよう第１のガス供給路４の内管４８に供給された第１の反応ガス２５は、直接にライナ２の胴部３０のサセプタ７上に載置された半導体基板６の直上に供給される。
【００７０】
よって、ライナ２の頭部３１内では、実質的に、第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６とが接触して混ざり合うことは無い。したがって、ライナ２の頭部３１内では、第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６との間の反応が抑制される。
【００７１】
第１のガス供給路４は、その先端がライナ２の胴部３０にある半導体基板６の近傍まで延びている。先端からは、第１の反応ガス２５が供給される。これにより、第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６は、胴部３０内の半導体基板６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種類の反応ガスが半導体基板６への到達直前まで混合することがないようにして供給される。
【００７２】
ライナ２の頭部３１から胴部３０にかけての領域では、半導体基板６に向けて流下する第２の反応ガス２６が、半導体基板６の表面上で整流状態となっており、第１のガス供給路４から供給された第１の反応ガス２５は、この流れに乗り、第２の反応ガス２６と半導体基板６の近傍で交じり合う。そして、ヒータ加熱された半導体基板６の表面に触れ、第２の反応ガス２６と反応して、半導体基板６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【００７３】
半導体基板６の表面で膜形成が行われるとき、第１のガス供給路４の外管４９には、水素ガスが供給されている。よって、半導体基板６がヒータ８によって加熱されて、周囲が高温に昇温したとしても、第１のガス供給路４の管部分４７の昇温は制御され、管部分４７で第１の反応ガス２５が加熱されて反応してしまうのが抑制される。
【００７４】
未反応の第１の反応ガス２５、第２の反応ガス２６および反応によって生成されたガスは、チャンバ１の底部に設けられた排気部５からチャンバ１の外部へ排出される。
【００７５】
尚、外管４９に水素ガスを供給する場合、内管４８に供給される第１の反応ガス２５における水素ガスの濃度は、外管４９からの水素ガスの供給量を考慮して適宜調整されることが好ましい。すなわち、水素ガスは外管４９からも半導体基板６上へ供給されるので、その供給分を考慮して、内管４８に供給される第１の反応ガスの水素ガス濃度を設定することが好ましい。
【００７６】
また、図１に示すように、本実施形態の成膜装置５０では、成膜対象である半導体基板６の直上まで先端が延びる第１のガス供給路４が１つ設けられているが、同様のガス供給路を複数個設けることも可能である。
【００７７】
そして、それぞれのガス供給路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、同様の構造を有する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ソースガスを半導体基板６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半導体基板６上に供給するのに使用できる。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半導体基板６上に形成することが可能となる。
【００７８】
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）ガスなどの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。尚、その他のドーパントガスを使用することも可能である。
【００７９】
また、上述のように、半導体基板６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設けることにより、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半導体基板６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。
【００８０】
ガス供給路をチャンバ１に複数設ける構造は、例えば、ドーパントガスにＴＭＩガスを用いる場合に非常に有効である。ＴＭＩガスは、常温でも分解するおそれの高いガスであるためである。ガス供給路の管部分を２重管構造とし、内管にＴＭＩガスを、外管に水素ガスを供給すれば、ＴＭＩガスを冷却しながら半導体基板上に供給できる。したがって、ＴＭＩガスの分解を抑制することが可能となる。
【００８１】
第１のガス供給路４は、その先端が半導体基板６の近傍まで延びており、第１の反応ガス２５はこの先端から半導体基板６の上に供給される。一方、第２の反応ガス２６は、シャワープレート２０を通過し、ライナ２の頭部３１を通って胴部３０内にある半導体基板６の表面に到達する。その場合、第２の反応ガス２６は、周囲の高温環境に晒されて昇温し、比較的高温の状態になっていることになる。
【００８２】
したがって、第１のガス供給路４から供給される第１の反応ガス２５も、分解反応が発生しない程度の温度範囲内で第２の反応ガス２６に近い温度であることが好ましい。第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６との温度差が大きいと半導体基板６上でのエピタキシャル膜形成反応がうまく進行せず、所望の特性の膜が得られない可能性がある。
【００８３】
そこで、分解反応が生じない所望の温度に調整された第１の反応ガス２５を第１のガス供給路４の内管４８に供給することが好ましい。冷却用に水素ガスを外管４９に供給することにより、ライナ２内の高温環境下で、外管４９の作用によって内管４８を流れる第１の反応ガス２５の温度を分解しない範囲内に制御できる。このとき、第１の反応ガス２５は、胴部３０内の半導体基板６の近傍に供給することが好ましい。
【００８４】
外管４９に供給された温度制御用の水素ガスは、温度調整された第１の反応ガス２５と比べても低い温度を有するが、そのような低い温度のままで第１のガス供給路４の外管４９から出て、半導体基板６の近傍に供給されてしまうと、この外管４９からの水素ガスが、半導体基板６上でのＳｉＣエピタキシャル膜形成反応に悪影響を与える可能性がある。
【００８５】
そこで、温度制御用の水素ガスは、第１のガス供給路４の外管４９内で第１の反応ガス２５の温度制御に用いられた後は、半導体基板６への影響を極力抑制するようにすることが好ましい。
【００８６】
具体的には、第１のガス供給路４において、内管４８と外管４９の長さを変えて、内管４８を外管４９より長くすることが好ましい。
【００８７】
図５は、第１のガス供給路の別の例であり、図２とは異なる先端部分の構造を示すものである。
【００８８】
図５の例では、管部分１４７の内管１４８が外管１４９より長く、内管１４８が、ライナ２の胴部３０のサセプタ７上に載置された半導体基板６側に突出する構造を有する。その結果、外管１４９に供給されて、その半導体基板６側の下部開口部から排出された水素ガスは、内管１４８の先端よりも上方で外管１４９から排出されて拡散してしまうので、図２の例に比べると、半導体基板６の表面にまで到達する量が低減される。したがって、半導体基板６表面で行われるＳｉＣエピタキシャル膜形成に悪影響を与えること無く、チャンバ１の外に排出されることが可能となる。
【００８９】
内管１４８は外管１４９に比べて２０ｍｍ〜４０ｍｍ長く半導体基板６側に突き出るよう構成されることが好ましい。そして、半導体基板６側に突出する内管１４８の先端と半導体基板６間の距離は２０ｍｍ〜１００ｍｍ、より好ましくは４０ｍｍ〜８０ｍｍに設定される。
【００９０】
以上のような構造を備えることにより、半導体基板６の表面に供給される第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６との間の温度差が低減され、半導体基板６上でのＳｉＣエピタキシャル膜形成に与える悪影響を低減することが可能となり、また、外管１４９から供給される低い温度の水素ガスの影響を低減することが可能となる。
【００９１】
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、図１でチャンバ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。
【００９２】
この制御装置（図示せず）は、キャリアガスとなる水素ガスの流路に設けられた弁（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への電流供給も制御する。
【００９３】
また、チャンバ１のライナ２の底部には、半導体基板６を載置するサセプタ７やヒータ８の周囲を覆うようリフレクタ４５が立設されている。このリフレクタ４５は、ヒータ８から熱を反射して、サセプタ７上に載置された半導体基板６への加熱効率を向上させるとともに、ライナ２内の半導体基板６やヒータ８の周囲の過度の温度上昇を抑制するよう働く。
【００９４】
図１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、それぞれシールのためのパッキン１０、１２が用いられている。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。したがって、チャンバ１を冷却する冷却水の流路３ａ、３ｂによって、パッキン１０、１２が熱で劣化するのを防止できる。
【００９５】
成膜装置５０においては、チャンバ１内で支持された半導体基板６を、回転機構（図示せず）に接続されたサセプタ７で回転させながら、ヒータ８を用いて１５００℃以上に加熱する。この状態でチャンバ１内に、Ｃ（炭素）ソースガスと水素ガス等のキャリアガスとから構成される第２の反応ガス２６を、第２のガス供給路１４からシャワープレート２０の貫通孔２１を介して供給する。また、Ｓｉ（珪素）ソースガスと水素ガス等のキャリアガスとから構成される第１の反応ガス２５を、第１のガス供給路４を通して半導体基板６の直上に供給する。
【００９６】
上記ガスの導入により、半導体基板６表面では熱分解反応或いは水素還元反応が行われる。そして、半導体基板６の表面に所望の結晶膜が形成される。本実施の形態の成膜装置および成膜方法は、特にＳｉＣエピタキシャル膜の形成に好適である。この際に、気相成長反応に使用されたもの以外の反応ガスは、変性された生成ガスとなり、第１の反応ガス２５および第２の反応ガス２６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。
【００９７】
図６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。
尚、図６に示す成膜装置５２は、ライナ２の外周に上部ヒータ３５が周設された以外、図１に示す上述の成膜装置５０と同様の構成を有している。したがって、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。
【００９８】
図６に示す成膜装置５２は、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５２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。
【００９９】
この上部ヒータ３５は、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。
【０１００】
上部ヒータ３５は、ねじ止め等の手段によってヒータ接続部３９に接続しており、ヒータ電流の供給を行う。ここで、ヒータ接続部３９は、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。
【０１０１】
その結果、成膜装置５２では、上部ヒータ３５によりライナ２の頭部３１から胴部３０にかけての領域の温度制御が可能となるように構成されていることになる。
【０１０２】
尚、上部ヒータ３５は、図６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、上部ヒータ３５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。
【０１０３】
以上のように、成膜装置５２においては、図６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、それぞれ独立に動作するヒーティング手段を有する。
【０１０４】
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の周囲に配設された上部ヒータ３５は、半導体基板６の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、効率の良い半導体基板６の加熱を可能とし、ヒータ８の過度の温度上昇を抑制する。
【０１０５】
上記構成とすることで成膜装置５２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、その緻密な温度制御とが可能となる。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。
【０１０６】
以上のことから、成膜装置５２は、１６００℃以上の非常に高温の基板温度が必要となるＳｉＣエピタキシャル膜の形成において特に好適である。
【０１０７】
尚、本実施形態の成膜装置５２では、上部ヒータ３５の作用により、チャンバ１の内部、特に、ライナ２の頭部３１から胴部３０にかけての領域の温度が高温になることが分かっている。しかし、高温条件下で分解しやすいソースガスを含む第１の反応ガス２５が供給される第１のガス供給路４では、上述のように二重管構造を有する。そして、外管４９に供給される水素ガスの効果により、内管４８を流れる第１の反応ガス２５は適度に温度制御されている。したがって、第１の反応ガス２５が、上部ヒータ３５による加熱によって、第１のガス供給路４の管部分４７で分解反応を起こすことは抑制される。
【０１０８】
以上の構成を有する本実施の形態の成膜装置５２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により半導体基板６を回転させながら、ヒータ８と上部ヒータ３５との併用により、半導体基板６を１５００℃以上に加熱する。この状態で、Ｃ（炭素）ソースガスと水素ガス等のキャリアガスとから構成される第２の反応ガス２６を、第２のガス供給路１４からシャワープレート２０の貫通孔２１を介してチャンバ１内に供給する。そして、Ｓｉ（珪素）ソースガスと水素ガス等のキャリアガスとから構成される第１の反応ガス２５を、第１のガス供給路４を通して半導体基板６の直上に供給する。
【０１０９】
すると、半導体基板６の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の表面に所望の結晶膜、この場合にはＳｉＣエピタキシャル膜が形成される。その際、気相成長反応に使用されたもの以外の反応ガスは、変性された生成ガスとなり、第１の反応ガス２５および第２の反応ガス２６とともにチャンバ１の下部に設けられた排気部５から逐次排気される。
【０１１０】
次に、本実施の形態の成膜方法について、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
次に、ヒータ８に電流を供給し、作動させ、ヒータ８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。
【０１１３】
半導体基板６の温度が１６５０℃に達した後は、ヒータ８により１６５０℃近辺での緻密な温度調整がなされる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
第２のガス供給路１４では、アセチレン供給部（図示せず）から供給されるアセチレンガスと水素ガス供給部（図示せず）から供給される水素ガスとからなる、アセチレンガスを含む第２の反応ガス２６を供給する。そして、第２のガス供給路１４からシャワープレート２０を介して第２の反応ガス２６をライナ２の胴部３０内に置かれた半導体基板６の上に流下させる。
【０１１６】
このとき、第２の反応ガス２６は、整流板であるシャワープレート２０の貫通孔２１を通過して整流され、下方の半導体基板６に向かってほぼ鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【０１１７】
一方、第１のガス供給路４では、シラン供給部（図示せず）から供給されるシランと水素ガス供給部（図示せず）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２５が、第１のガス供給路４の内管４８に供給される。そして、水素ガス供給部（図示せず）から供給される水素ガスが外管４９に供給される。
【０１１８】
第１のガス供給路４は、第１の反応ガス２５および水素ガスを噴出する先端が、ライナ２の胴部３０内に置かれた半導体基板６の近傍まで延びており、半導体基板６直上近傍において、第１の反応ガス２５と第２の反応ガス２６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種類の反応ガスを半導体基板６への到達直前まで混合させることなく、半導体基板６上への供給を行う。
【０１１９】
このとき、上述のように、ライナ２の頭部３１から胴部３０にかけての領域では、第２の反応ガス２６が半導体基板６に向けて流下し、半導体基板６の表面上では整流状態となっている。したがって、第１のガス供給路４から供給されたシランを含む第１の反応ガス２５は、この流れに乗り、第２の反応ガス２６と半導体基板６の近傍で交じり合い、加熱され、第２の反応ガス２６と反応して、半導体基板６表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【０１２０】
半導体基板６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２５と第２の反応ガス２６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、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。
【０１２１】
その後は、半導体基板６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１の外部に半導体基板６を搬出する。
【０１２２】
こうして、ＳｉＣエピタキシャル膜をＳｉＣウェハ等半導体基板の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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
また、上述した成膜装置５０では、第１のガス供給路４が内管４８と外管４９とからなる二重管構造を有し、内管４８には第１の反応ガス２５を供給し、外管４９には、冷却用のガスとして水素ガスを供給する例が示されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のガス供給路４の二重管構造を利用し、外管４９にガスを供給するのではなく、断熱材を充填することも可能である。この外管４９に充填された断熱材の効果により、内管４８に供給される第１の反応ガス２５が外部環境からの熱によりの温度上昇することが抑制され、分解することを防止することが可能となる。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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】
【０１２８】
１、２０１    チャンバ
２、２０２    ライナ
３ａ、３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ    流路
４            第１のガス供給路
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
１４          第２のガス供給路
２０、２２０  シャワープレート
２１、２２１  貫通孔
２５          第１の反応ガス
２６          第２の反応ガス
３０、２３０  胴部
３１、２３１  頭部
３５          上部ヒータ
３９          ヒータ接続部
４４          ガス導入部
４５          リフレクタ
４７、１４７  管部分
４８、１４８  内管
４９、１４９  外管
５０、５２、２００    成膜装置
２０４        供給部
２２５        反応ガス
【図１】
2011195346.tif 000003
【図２】
2011195346.tif 000004
【図３】
2011195346.tif 000005
【図４】
2011195346.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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