(57)【要約】【課題】  ホモエピタキシャル成長による成膜中における薄膜上への副生成物の落下量が減少して半導体ウエハの品質が向上する成膜装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る成膜装置１は、上面に炭化ケイ素基板２が載置されるサセプタ３と、これらの炭化ケイ素基板２およびサセプタ３を収容する反応容器４と、を備え、前記炭化ケイ素基板２上に薄膜をホモエピタキシャル成長させる成膜装置１である。サセプタ３の上面および反応容器４の内面の少なくともいずれかに、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなる第１のライナー７と第２のライナー８を設けている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素基板が載置されるサセプタと、前記炭化ケイ素基板および前記サセプタを収容する反応容器とを備え、前記炭化ケイ素基板上に炭化ケイ素の薄膜をホモエピタキシャル成長させる成膜装置であって、
前記サセプタの上面の少なくとも一部、および前記反応容器の内面の少なくとも一部に、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるライナー部材を有する成膜装置。
【請求項２】
前記ライナー部材には、鏡面処理または化学エッチング処理が施されている請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記ライナー部材の表面の算術平均粗さは、３００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程で用いられる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学気相成長法などによる薄膜形成方法では、基板表面に金属を含む薄膜が形成されるとともに副生成物が同時に生成され、チャンバー内部の壁面などに堆積する。副生成物などの堆積物は、パーティクルなどの不良の原因になるため、堆積物が薄膜形成処理中に基板の表面に落下しないような対策が施されている。例えば、反応炉の内部の壁面の表面粗さを粗くすることによって一旦堆積した堆積物が剥がれ落ちにくくする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４０１６５６号（第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、４Ｈ、または６Ｈ形の炭化ケイ素（４Ｈ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣ）基板上に４Ｈ−ＳｉＣ，６Ｈ−ＳｉＣの薄膜をホモエピタキシャル成長させる場合、基板の温度は、１５００〜１７００℃に設定される。しかしながら、この１５００〜１７００℃は、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣが発生しやすい温度範囲であるため、基板を収容している反応炉やチャンバー等の成膜装置の内面、および、基板を載置しているサセプタの上面に３Ｃ−ＳｉＣが堆積する。３Ｃ−ＳｉＣは、粒状であるため、表面に付着しにくく、成膜装置の内面やサセプタの上面の表面を粗く処理するだけでは、堆積物の剥がれを十分に防止することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、炭化ケイ素のホモエピタキシャル成長による成膜処理中に、薄膜上へ３Ｃ−ＳｉＣの付着を防止し、炭化ケイ素基板の品質を向上させることができる成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の第１の特徴は、炭化ケイ素基板（炭化ケイ素基板２）が載置されるサセプタ（サセプタ３）と、前記炭化ケイ素基板および前記サセプタを収容する反応容器（反応容器４）とを備え、前記炭化ケイ素基板上に炭化ケイ素の薄膜をホモエピタキシャル成長させる成膜装置（成膜装置１）であって、前記サセプタの上面の少なくとも一部、および前記反応容器の内面の少なくとも一部に、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるライナー部材（第１のライナー７、第２のライナー８）を有することを要旨とする。
【０００７】
炭化ケイ素基板の上に薄膜をホモエピタキシャル成長させる際は、４Ｈ―ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣからなる基板を用い、この基板上に同じ４Ｈ―ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣからなる薄膜を生成する。この場合の基板の温度は、一般的に１５００〜１７００℃になる。１５００〜１７００℃という温度範囲は、副生成物である粒状の３Ｃ−ＳｉＣが発生しやすい温度であるが、サセプタの上面および前記反応容器の内面には、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるライナー部材が設けられているため、ライナー部材の表面から３Ｃ−ＳｉＣが成長する。このため、副生成物の３Ｃ−ＳｉＣが剥がれ落ちることがなくなる。
【０００８】
このように、成膜中における炭化ケイ素基板上または薄膜上への副生成物の落下が大幅に抑制されるので、半導体ウエハの品質向上を図ることができる。なお、これに伴って反応容器等の成膜処理に用いる各種部材のクリーニング作業や部材自体の交換頻度の低減を図ることができる。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、前記ライナー部材（第１のライナー７、第２のライナー８）には、鏡面処理または化学エッチング処理が施されていることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、前記ライナー部材（第１のライナー７、第２のライナー８）の表面の算術平均粗さは、３００ｎｍ以下であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る成膜装置によれば、炭化ケイ素のホモエピタキシャル成長による成膜処理中に、薄膜上へ３Ｃ−ＳｉＣの付着を防止し、炭化ケイ素基板の品質を向上させることができる成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る薄膜の成膜装置１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る成膜装置の詳細を図面に基づいて説明する。具体的には、（１）本実施形態に係る成膜装置の全体構成、（２）本実施形態に係る反応容器とサセプタの構造、（３）薄膜の生成手順、（４）実施例、（５）作用効果、（６）その他の実施形態について説明する。図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１４】
（１）成膜装置１の全体構成
本実施形態に係る成膜装置１の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置１の断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る成膜装置１は、上面に炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板２が載置されるサセプタ３と、これらの炭化ケイ素基板２およびサセプタ３を収容する反応容器４と、反応容器４を収容する断熱材５とを備える。成膜装置１は、内側から外側にかけて、炭化ケイ素基板２、サセプタ３、反応容器４、および断熱材５の順に配置されている。
【００１６】
サセプタ３は、板状に形成されて長手方向に沿って延設されている。半導体の製造プロセス中において、炭化ケイ素基板２の上に薄膜を成長させる際に炭化ケイ素基板２を保持する機能を有する。
【００１７】
また、反応容器４は、長手方向に沿って延びる筒状に形成されており、内側にサセプタ３が収容される。具体的には、反応容器４は、反応炉やチャンバーである。
【００１８】
そして、断熱材５は、長手方向に沿って延びる円筒状に形成されており、内側に反応容器４が収容される。
【００１９】
（２）反応容器４とサセプタ３の構造
本実施形態に係る反応容器４とサセプタ３の構造について図１を用いて説明する。
【００２０】
成膜装置１の両端部は、石英からなる石英チューブ６，６に接続されている。石英チューブ６の内部には、図１の左側から右側に向けて成膜ガスＧ１が流されている。成膜ガスＧ１は、成膜装置１内の炭化ケイ素基板２上に薄膜をホモエピタキシャル成長させる反応に使用された後、排気ガスＧ２として排出される。なお、エピタキシャル成長とは、基板の上に該基板と同じ結晶構造の単結晶膜を生成する成長法であり、ホモエピタキシャル成長とは、基板と同じ物質からなる薄膜を成長させる方法をいう。
【００２１】
サセプタ３の上面と、反応容器４の内面の表面には、鏡面処理または化学エッチング処理されたライナー部材が設けられている。このライナー部材は、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣで作製したライナーである。具体的には、反応容器４の内面には、第１のライナー７が設けられ、サセプタ３の上面には、炭化ケイ素基板２を載置する載置面３ａを除く部位に第２のライナー８が設けられている。すなわち、これらの第１のライナー７および第２のライナー８の表面には、鏡面処理または化学エッチング処理等の表面処理が施されている。
【００２２】
化学エッチング処理としては、例えば、化学研磨（ＣＨＰ）や、Ｈ２、ＨＣｌ、ハロゲン系ガス等を用いた反応性ガスエッチングが好ましい。この表面処理によって、第１のライナー７および第２のライナー８の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３００ｎｍ以下に形成されている。
【００２３】
従来、成膜装置に使用されているライナーやサセプタは、グラファイト、グラファイトにＳｉＣコーティングを施したもの、グラファイトにＴａＣコーティングを施したものが一般的であった。しかし、ＳｉＣコーティングにおけるＳｉＣは、３Ｃ、または３Ｃと４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒ等の多形との混合物、であると考えられるため、研磨加工によっても鏡面にならない。
【００２４】
（３）薄膜の生成手順
次に、本実施形態に係る成膜装置１内に成膜ガスＧ１を流して炭化ケイ素基板２上に薄膜を成長させる手順を簡単に説明する。
【００２５】
まず、図１に示すように、石英チューブ６内に成膜ガスＧ１を流すと、該成膜ガスＧ１は成膜装置１内に入る。成膜装置１のサセプタ３上には炭化ケイ素基板２が載置されているため、成膜ガスＧ１によって炭化ケイ素基板２上に薄膜がホモエピタキシャル成長する。
【００２６】
ここで、炭化ケイ素基板２を形成する炭化ケイ素は、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣである。４Ｈ−ＳｉＣの基板の場合は、薄膜は基板と同じ物質の４Ｈ−ＳｉＣであり、６Ｈ−ＳｉＣの場合は、薄膜も６Ｈ−ＳｉＣである。従って、薄膜をホモエピタキシャル成長させるときの炭化ケイ素基板２の温度は、１５００〜１７００℃である。しかし、この１５００〜１７００℃という温度範囲では、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣが生成しやすいため、副生成物の大部分は３Ｃ−ＳｉＣとなる。
【００２７】
また、反応容器４の内面に配設された第１のライナー７と、サセプタ３の上面に配設された第２のライナー８は、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるため、前述の副生成物の３Ｃ−ＳｉＣが第１のライナー７および第２のライナー８上に堆積され、第１のライナー７および第２のライナー８から剥がれにくくなる。
【００２８】
（４）実施例
次いで、実施例を通して本発明を更に具体的に説明する。図１で説明した構成の成膜装置のように、反応容器の内面の全体（即ち、上面、下面および左右両側面の全ての面）に、多結晶の３Ｃ−ＳｉＣで作製したライナーを貼りつけたものを本発明例に使用した。一方、従来のように、反応容器の内面にライナーを貼りつけない成膜装置を比較例に使用した。それぞれの成膜装置に成膜ガスを流し、炭化ケイ素基板上に薄膜を２００時間成長させたのち、同じ時間（２００時間）だけ水素エッチングによるクリーニングを実施した。
【００２９】
（４−１）ライナーへの副生成物の付着
合計の成膜時間である２００時間の経過後に、本発明例に係る反応容器からライナーを取り出し、該ライナーの表面を確認したところ、粒状の３Ｃ−ＳｉＣは見られなかった。ただ、３Ｃ−ＳｉＣが結晶化して堆積している部分や水素エッチングによってライナー自体が削れている部分は確認された。一方、比較例に係る成膜装置では、反応容器の内面に副生成物である粒状の３Ｃ−ＳｉＣが多数付着しているのが見られた。
【００３０】
（４−２）エピタキシャル欠陥密度
２００時間の経過後に、３Ｃ−ＳｉＣのパーティクルによる薄膜のエピタキシャル欠陥の密度を確認した。本発明例に係る成膜装置を用いた場合、薄膜のエピタキシャル欠陥の密度は、０．２／ｃｍ２であった。一方、比較例に係る成膜装置を用いた場合、薄膜のエピタキシャル欠陥の密度は、５．０／ｃｍ２であった。
【００３１】
（４−３）手動搬送によるケイ素（Ｓｉ）基板上へのパーティクル落下個数
前述したＳｉＣ基板に代えてＳｉ基板を用意し、該Ｓｉ基板に２００時間の成膜処理を行った後に、手動搬送によるケイ素基板上への３Ｃ−ＳｉＣパーティクルの落下個数を確認した。
【００３２】
本発明例に係る成膜装置を用いた場合、ケイ素基板上へのパーティクル落下個数は、４インチ基板で３０個であった。一方、比較例に係る成膜装置を用いた場合、４インチ基板で３０００個であった。
【００３３】
（５）作用効果
成膜装置１は、サセプタ３の上面の少なくとも一部、および反応容器４の内面の少なくとも一部に、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるライナー部材（第１のライナー７、第２のライナー８）を有し、炭化ケイ素基板の上に薄膜をホモエピタキシャル成長させる際に、基板温度は、一般的に１５００〜１７００℃に設定される。
【００３４】
この１５００〜１７００℃という温度範囲は、副生成物である粒状の３Ｃ−ＳｉＣが発生しやすい温度であるが、成膜装置１のサセプタ３の上面および反応容器４の内面には、単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなる第１のライナー７，第２のライナー８が設けられているため、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣは、第１のライナー７，第２のライナー８の表面から結晶として成長する。
【００３５】
これにより、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣが炭化ケイ素基板上に落下することを防止でき、炭化ケイ素基板の品質向上を図ることができる。また、これに伴って反応容器等の成膜処理に用いる各種部材のクリーニング作業や部材自体の交換頻度の低減を図ることができる。
【００３６】
また、ライナー部材７，８の表面が鏡面処理または化学エッチング処理されることにより、ライナー部材７，８の表面に、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣの結晶を効率的に成長させることができる。
【００３７】
副生成物である３Ｃ−ＳｉＣは、反応容器４の内面に大量に堆積した場合でも、水素エッチングによる熱クリーニングによって、水素と反応してガス化して削れていくため、従来のように、水素エッチングによる熱クリーニング時に粒化した３Ｃ−ＳｉＣが基板上に落下することがない。
【００３８】
ライナー部材７，８の表面の算術平均粗さが３００ｎｍと、副生成物である３Ｃ−ＳｉＣが成長しやすく、かつ、副生成物が剥がれ落ち難い。
【００３９】
（６）その他の実施形態
なお、前述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００４０】
本実施形態においては、反応容器４の内面全体とサセプタ３の上面の双方に単結晶または多結晶の３Ｃ−ＳｉＣからなるライナー７，８を設けた。しかし、反応容器４の内面全体とサセプタ３の上面の一方にライナーを設けても良い。
【００４１】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１…成膜装置、  ２…炭化ケイ素基板、  ３…サセプタ、  ４…反応容器、  ７…第１のライナー（ライナー部材）、  ８…第２のライナー（ライナー部材）
【図１】
2011243710.tif 000003