(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室内に配置された治具上に基板を載置し、
前記成膜室内に原料ガスを供給し、
前記治具を上部で支持する円筒部を備えた回転部を回転させることにより、前記基板を回転させ、
前記円筒部にパージガスを供給し、
前記パージガスが前記基板と前記治具との間から抜け出て、前記基板が上下に振動するように前記パージガスの供給量を制御することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記パージガスの供給量を変動させることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記原料ガスの供給期間と停止期間とを繰り返し、前記停止期間中に前記基板を上下に振動するように前記パージガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
成膜室と、
前記成膜室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記成膜室内に配置されて基板が載置される治具と、
前記治具を上部で支持する円筒部を備えた回転部と、
前記円筒部内にパージガスを供給するパージガス供給部と、
前記原料ガスの供給と前記パージガスの供給を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記パージガスの一部が前記基板と前記治具の間から抜け出て前記基板が上下に振動するように前記パージガスの供給量を制御することを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記原料ガスの供給期間と停止期間とを繰り返すように前記原料ガスの供給を制御するとともに、前記停止期間中に前記基板が上下に振動するように、前記パージガスの供給量を制御することを特徴とする請求項４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、成膜方法および成膜装置に関する。
【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、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、ウェハ等の基板に単結晶薄膜を気相成長させて成膜するエピタキシャル成長技術が利用される。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される成膜装置では、常圧または減圧に保持された反応室の内部に、例えば、ウェハを載置し、このウェハを加熱しながら反応室内に原料ガスを供給する。すると、ウェハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の大きな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原料ガスを次々に接触させて、気相成長の速度を向上させる必要がある。そこで、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５は、従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【０００６】
成膜装置１１００は、半導体基板であるウェハ１１０１の上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う反応室として、チャンバ１１０３を有する。チャンバ１１０３の上部には、加熱されたウェハ１１０１の表面に結晶膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１１２３が設けられている。また、ガス供給部１１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１１２４が接続している。
【０００７】
チャンバ１１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１１２５が複数設けられている。ガス排気部１１２５は、調整バルブ１１２６および真空ポンプ１１２７からなる排気機構１１２８に接続している。チャンバ１１０３の内部には、ウェハ１１０１を保持するための治具であるリング状のサセプタ１１０２が、回転部１１０４の上方に設けられている。サセプタ１１０２は、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハ１１０１の外周部を受け入れる構造となっている。
【０００８】
回転部１１０４は、円筒部１１０４ａと回転軸１１０４ｂを有している。回転軸１１０４ｂが回転することにより、円筒部１１０４ａを介してサセプタ１１０２が回転する。
【０００９】
図５において、円筒部１１０４ａは上部が解放された構造である。サセプタ１１０２が設置されてさらにその上にウェハ１１０１が載置されることにより上部が覆われて、円筒部１１０４ａは、チャンバ１１０３内のＰ１１領域に対して隔てられた、中空領域（以下、Ｐ１２領域と称す。）を形成する。
【００１０】
Ｐ１２領域には、ヒータ１１２０が設けられている。ヒータ１１２０は、回転軸１１０４ｂ内に設けられた略円筒状のシャフト１１０８の内部を通る配線１１０９によって給電され、ウェハ１１０１をその裏面から加熱する。
【００１１】
回転部１１０４の回転軸１１０４ｂは、チャンバ１１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。円筒部１１０４ａが回転することにより、サセプタ１１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１１０２上に載置されたウェハ１１０１を回転させることができる。
【００１２】
チャンバ１１０３内へのウェハ１１０１の搬入、あるいは、チャンバ１１０３外へのウェハ１１０１の搬出には、図５において、図示しない搬送用ロボットを用いて行うことが可能である。その場合、図示しない基板昇降手段を利用することができる。例えば、ウェハ１１０１の搬出時には、基板昇降手段によりウェハ１１０１を上昇させて、サセプタ１１０２から引き離す。次いで、搬送用ロボットにウェハ１１０１を受け渡し、チャンバ１１０３の外部へと搬出する。ウェハ１１０１の搬入時には、搬送用ロボットからウェハ１１０１を受け取り、ウェハ１１０１を下降させて、ウェハ１１０１をサセプタ１１０２上に載置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図５に示した従来の成膜装置１１００では、チャンバ１１０３内で気相成長をさせると、ウェハ１１０１の表面だけでなく、ウェハ１１０１を支持しているサセプタ１１０２の表面にも原料ガスに起因する薄膜が形成される。そして、チャンバ１１０３内に新たに搬入されたウェハ１１０１に対して気相成長反応を行うと、この薄膜の上にさらなる薄膜の形成が起こりやすい。こうしたことが成膜処理中に繰り返されると、サセプタ１１０２上に形成された薄膜によってウェハ１１０１がサセプタ１１０２に接着されたような状態となることがあった。
【００１５】
このようなウェハ１１０１とそれを載置するサセプタ１１０２との貼り付きが生じると、エピタキシャル膜形成後にウェハ１１０１をサセプタ１１０２から引き離し、チャンバ１１０３内から搬出する際の妨げとなる。そして、こうしたウェハ１１０１とサセプタ１１０２との貼り付きは、ウェハ１１０１上にエピタキシャル膜を成膜する成膜工程の歩留まりを低下させる１つの原因になっていた。
【００１６】
こうしたことから、エピタキシャル成長技術を利用した成膜方法および成膜装置において、ウェハ等の基板とそれを載置するサセプタ等の治具との間の貼り付きを防止する技術が求められている。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。
【００１７】
本発明の目的は、ウェハ等の基板とそれを載置するサセプタ等の治具との間の貼り付きを防止する成膜方法および成膜装置を提供することである。
【００１８】
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】
【００１９】
本発明の第１の態様は、
成膜室内に配置された治具上に基板を載置し、
成膜室内に原料ガスを供給し、
治具を上部で支持する円筒部を備えた回転部を回転させることにより、基板を回転させ、
円筒部にパージガスを供給し、
パージガスが基板と治具との間から抜け出て、基板が上下に振動するようにパージガスの供給量を制御することを特徴とする成膜方法に関する。
【００２０】
本発明の第１の態様においては、パージガスの供給量を変動させることが好ましい。
【００２１】
本発明の第１の態様においては、原料ガスの供給期間と停止期間とを繰り返し、停止期間中に基板を上下に振動するようにパージガスの供給量を制御することが好ましい。
【００２２】
本発明の第２の態様は、
成膜室と、
成膜室内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
成膜室内に配置されて基板が載置される治具と、
治具を上部で支持する円筒部を備えた回転部と、
円筒部内にパージガスを供給するパージガス供給部と、
原料ガスの供給とパージガスの供給を制御する制御部とを有し、
制御部は、パージガスの一部が基板と治具の間から抜け出て基板が上下に振動するようにパージガスの供給量を制御することを特徴とする成膜装置に関する。
【００２３】
本発明の第２の態様において、
制御部は、原料ガスの供給期間と停止期間とを繰り返すように原料ガスの供給を制御するとともに、停止期間中に基板が上下に振動するように、パージガスの供給量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の成膜方法によれば、ウェハ等の基板とそれを載置するサセプタ等の治具との間の貼り付きを防止することができる。また、本発明の成膜装置によれば、ウェハ等の基板とそれを載置するサセプタ等の治具との間の貼り付きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態における枚葉式の成膜装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態の成膜装置のサセプタの別の例の構造を説明する模式的な拡大断面図である。
【図３】本実施の形態の成膜方法の別の例を説明するグラフである。
【図４】本実施の形態の成膜方法のさらに別の例を説明するグラフである。
【図５】従来の成膜装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置の概略構成図である。
【００２７】
図１では、本実施の形態の成膜装置の構成の概略について、成膜室の模式的な断面図を用いて説明している。
【００２８】
本実施の形態においては、成膜処理の対象としてウェハ等の基板１０１を用いる。図１では、本実施の形態の成膜装置１００のサセプタ１０２に基板１０１を載置した状態を示している。
【００２９】
成膜装置１００は、基板１０１上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、チャンバ１０３を有する。
【００３０】
成膜装置１００のチャンバ１０３の上部には、原料ガス供給部として機能するガス供給部１２３が設けられている。チャンバ１０３上部のガス供給部１２３には、ガス流路１３１、１３２が接続しており、ガス流路１３１、１３２の他方は、例えば、ガスボンベを用いて構成されたガス貯蔵部１３３、１３４に接続されている。ガス流路１３１、１３２の途中にはそれぞれ、ガスの流量を調整してガスの供給量の調整が可能なガスバルブ１３５、１３６が接続されている。ガス貯蔵部１３３には、基板１０１上で行うエピタキシャル膜の成膜のための原料ガス１３７が貯蔵されている。一方、ガス貯蔵部１３４には、キャリアガス１３８が貯蔵されている。したがって、ガスバルブ１３５は、ガス供給部１２３からチャンバ１０３内に供給される原料ガス１３７の制御用として設けられている。一方、ガスバルブ１３６は、ガス供給部１２３からチャンバ１０３内に供給されるキャリアガス１３８の制御用として設けられている。
【００３１】
成膜装置１００は、チャンバ１０３内に供給されるガスを制御するための制御部であるガス制御部１４０を有する。ガス制御部１４０は、ガスバルブ１３５、１３６に接続している。ガス制御部１４０は、ガスバルブ１３５、１３６を制御し、ガス供給部１２３からチャンバ１０３内に供給される原料ガス１３７およびキャリアガス１３８を制御する。そして、高温に加熱された基板１０１の表面にエピタキシャル膜を成長させて成膜するための原料ガス１３７を供給する。
【００３２】
ガス供給部１２３には、原料ガス１３７等の吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４を基板１０１の表面と対向して上部に配置することにより、基板１０１の表面に原料ガス１３７が供給される。
【００３３】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガス１３７等を排気するためのガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整バルブ１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続している。また、排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００３４】
チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、開口部を有して構成されたリング状の形状を有する。そして、サセプタ１０２は、サセプタ１０２の内周側に座ぐりが設けられ、この座ぐり内に基板１０１の外周部を受け入れて支持する構造を有する。また、サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱な高純度のＳｉＣを被覆して構成される。
【００３５】
尚、サセプタ１０２の構造について、図１に示すサセプタ１０２は一例であり、これに限られるものではない。
【００３６】
図２は、本実施の形態の成膜装置のサセプタの別の例の構造を説明する模式的な拡大断面図である。
【００３７】
サセプタ１０２の別の例であるサセプタ１０２ａは、その内周側に、座ぐりの上方に張り出すように形成された張り出し部１５０を有する。このサセプタ１０２ａの張り出し部１５０は、後述するように、サセプタ１０２ａ上に載置する基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２ａ上から浮いた状態で回転された場合、基板１０１がサセプタ１０２ａ上から外れて飛び出すことがないように、基板１０１のサセプタ１０２ａ上での大きな上下動を抑制するように機能する。
【００３８】
回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転部１０４では、円筒部１０４ａの上部でサセプタ１０２を支持している。そして、回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。こうして、サセプタ１０２の上に基板１０１が載置された場合、その基板１０１を回転させることができる。
【００３９】
図１において、円筒部１０４ａは、上部が開口する構造を有し、上部が解放された構造である。そして、円筒部１０４ａの上部にサセプタ１０２が配置され、サセプタ１０２上に基板１０１が載置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、基板１０１とサセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。そのため、後述するインヒータ１２０とアウトヒータ１２１周囲のＰ２領域で発生した汚染物質によって基板１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、Ｐ１領域にある原料ガス１３７や、原料ガス１３７とともに用いられるキャリアガス１３８がＰ２領域内に進入し、Ｐ２領域内に配置されたインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に接触することを防ぐことができる。
【００４０】
ここで、本実施の形態の成膜装置１００では、後述するように、開口する上部がＰ２領域まで伸びているガス導入管１１１からＰ２領域にパージガス１５１を供給するように構成されている。成膜装置１００は、ガス導入管１１１からＰ２領域にパージガス１５１を供給することが可能である。
【００４１】
そして、成膜装置１００では、図１に示すように、円筒部１０４ａの底部近傍の側壁部分には、その側壁を貫通する貫通孔を設けることが可能である。この貫通孔は、Ｐ２領域に供給されたパージガス１５１を排出する排出部１５５を構成する。
円筒部１０４ａでは、排出部１５５からの排出が可能な量でＰ２領域にパージガス１５１を供給し、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１の周囲をパージすることができる。その場合でも、Ｐ２領域に供給されたパージガス１５１は、排出部１５５から排出され、Ｐ２領域とＰ１領域とが隔てられた状態は実質的に維持される。
【００４２】
Ｐ２領域には、ヒータとしてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１には抵抗加熱ヒータを用いることが可能であり、それらはカーボン（Ｃ）材の表面に高耐熱なＳｉＣを被覆して構成される。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、サセプタ１０２を介して基板１０１をその裏面から加熱する。アウトヒータ１２１は周囲の部材に熱が逃げやすい基板１０１の外周部の加熱を主な目的とする。インヒータ１２０とは別にアウトヒータ１２１を設けて２重ヒータとすることにより、基板１０１の加熱における面内均一性を向上させることができる。
【００４３】
加熱により変化する基板１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１２２によって計測される。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１２２による温度測定が、シャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、基板１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００４４】
シャフト１０８の内部には、基板昇降手段として昇降ピン１１０が配置されている。昇降ピン１１０の下端は、シャフト１０８の下部に設けられた図示されない昇降装置まで伸びている。そして、その昇降装置を動作させて昇降ピン１１０を上昇または下降させることができる。この昇降ピン１１０は、基板１０１のチャンバ１０３内への搬入とチャンバ１０３外への搬出の時に使用される。昇降ピン１１０は基板１０１を下方から支持し、持ち上げてサセプタ１０２から引き離す。そして、基板１０１搬送用ロボット（図示されない）との間で基板１０１の受け渡しができるように、基板１０１を回転部１０４上のサセプタ１０２から離れた上方の所定の位置に配置するように動作する。
【００４５】
シャフト１０８の内部にはさらに、円筒部１０４ａの内部のＰ２領域にパージガス１５１を供給するパージガス供給部として、開口する上部がＰ２領域まで伸びているガス導入管１１１が配置されている。ガス導入管１１１にはガス流路１５２が接続しており、ガス流路１５２の他方は、例えば、ガスボンベを用いて構成されたガス貯蔵部１５３に接続されている。ガス貯蔵部１５３には、Ｐ２領域に供給されるパージガス１５１が貯蔵されている。
【００４６】
ガス流路１５２の途中には、ガスの流量を調整してガスの供給量の調整が可能なガスバルブ１５４が接続されている。ガスバルブ１５４は、上述したガス制御部１４０に接続している。したがって、成膜装置１００では、ガス制御部１４０がガスバルブ１５４を制御し、ガス導入管１１１からＰ２領域に供給されるパージガス１５１を制御する。そして、ガス制御部１４０は、基板１０１の表面にエピタキシャル膜を成長させるための原料ガス１３７を制御するとともに、キャリアガス１３８を制御し、さらに、Ｐ２領域に供給されてＰ２領域をパージするパージガス１５１を制御する。
【００４７】
ガス貯蔵部１５３に貯蔵され、ガス制御部１４０の制御によって、ガス導入管１１１からＰ２領域に供給可能なパージガス１５１としては、アルゴン（Ａｒ）ガスおよびヘリウム（Ｈｅ)ガス等の不活性ガスの他、水素（Ｈ２）ガスや窒素（Ｎ２)ガス等を挙げることができる。それらパージガスを１種のみ使用することが可能であり、２種以上のパージガスを同時に使用することも可能である。
【００４８】
本実施の形態の成膜装置１００では、基板１０１上でエピタキシャル膜を成長させて成膜する成膜工程において、ガス制御部１４０を用い、Ｐ１領域への供給される原料ガス１３７とＰ２領域をパージするパージガス１５１とをそれぞれ制御することができる。そして、成膜装置１００では、パージガス１５１の供給を、原料ガス１３７の供給と一緒に行うようにすることができる。
【００４９】
したがって、成膜装置１００は、サセプタ１０２上に載置された基板１０１を回転させながら、円筒部１０４ａのＰ２領域にパージガス１５１を供給することができる。そして、Ｐ２領域に供給されたパージガス１５１が、基板１０１とサセプタ１０２の間から抜け出るようにすることによって、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態を形成することができる。成膜装置１００では、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態で基板１０１を回転するようにし、Ｐ１領域へ供給される原料ガス１３７を用いて基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜することができる。
【００５０】
成膜装置１００は、上述のように、円筒部１０４ａのＰ２領域にパージガス１５１を供給し、回転する基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態を形成する。成膜装置１００では、上述のように排出部１５５が設けられることがある。そして、基板１０１の浮いた状態の形成前から、排出部１５５からの排出が可能な量でＰ２領域にパージガス１５１を供給し、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１の周囲をパージするようにする場合がある。その場合、基板１０１の浮いた状態の形成前までにＰ２領域に供給されていたパージガス１５１の供給量を一時的に増やすことで、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮くようにすることができる。
【００５１】
成膜装置１００は、例えば、チャンバ１０３のＰ１領域と円筒部１０４ａのＰ２領域で、圧力がほぼ等しくなるように構成される。そして、Ｐ１領域にある原料ガス１３７や、原料ガス１３７とともに用いられるキャリアガス１３８がＰ２領域内に進入しないように、Ｐ２領域の圧力が若干高くなるように設定される。例えば、チャンバ１０３内が減圧状態にされ、Ｐ１領域の圧力が３００Ｔｏｒｒに設定された場合、円筒部１０４ａのＰ２領域の圧力は３０１Ｔｏｒｒ〜３０５Ｔｏｒｒ程度に設定される。そのため、Ｐ２領域内に供給されるパージガス１５１の流量は、５リットル／分程度またはそれ以下となる量が設定される。そして、成膜装置１００では、基板１０１を回転させてエピタキシャル膜を成膜する工程において、常時、こうした流量のパージガス１５１をＰ２領域内に供給することが可能である。
【００５２】
そして、円筒部１０４ａのＰ２領域にパージガス１５１を供給し、回転する基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態を形成する。その場合、ガス制御部１４０の制御によってパージガス１５１の供給量を、常時供給されている量から一時的に増大し、そうした状態を形成することができる。例えば、パージガス１５１の供給量を一時的に増やして６リットル／分〜１０リットル／分の流量とし、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮くようにすることができる。
【００５３】
基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態は一時的なものとすることが可能である。そして、そのような状態が形成された後の成膜装置１００では、基板１０１とサセプタ１０２の間からパージガス１５１が抜け出すことにより、基板１０１はサセプタ１０２上の位置に戻ることになる。こう変動を繰り返すことにより、基板１０１はサセプタ１０２上で微小に上下に振動している状態を形成することができる。このとき、基板１０１は、サセプタ１０２の回転に伴って高速に回転している。したがって、基板１０１は、微小に上下に振動しながら高速回転する状態となる。
【００５４】
成膜装置１００は、成膜工程において、上述のような状態を形成ながら、回転する基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜することができる。その場合、サセプタ１０２の座ぐり内に受け入れられた基板１０１の外周部は、その座ぐり部分との間で、対向する部分同士が同じ接触状態のまま維持されて成膜処理されることはなくなる。
【００５５】
上述したように、成膜装置１００は、チャンバ１０３内で気相成長をさせるとき、基板１０１の表面のみではなく、基板１０１を支持しているサセプタ１０２の表面にも原料ガス１３７に起因する薄膜が形成される。上述した従来の成膜装置では、そうしたことが成膜処理中に繰り返されると、サセプタ上に形成された薄膜によって基板がサセプタに接着されたような状態となる問題があった。
【００５６】
しかしながら、本実施の形態の成膜装置１００は、円筒部１０４ａのＰ２領域に供給されたパージガス１５１を利用し、基板１０１を微小に上下に振動しながら高速回転させることができる。したがって、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００５７】
実施の形態２．
次に、本実施の形態の成膜方法の一例について説明する。本実施の形態の成膜方法は、図１に示した成膜装置１００を用いて行うことができる。したがって、図１等の図面を適宜参照しながら説明する。
【００５８】
本実施の形態の成膜方法は、気相成長をさせて基板１０１上にエピタキシャル膜を成膜する。そして、その成膜処理に際し、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。尚、基板１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。
【００５９】
基板１０１の、成膜装置１００のチャンバ１０３内への搬入は、図示しない搬送用ロボットを用いて行う。基板１０１の搬入に際し、ガス制御部１４０の制御によって、開口する上部がＰ２領域まで伸びているガス導入管１１１からＰ２領域にパージガス１５１を供給することが可能である。パージガス１５１の流量としては、基板１０１をサセプタ１０２上に載置するのに好適な流量が選択される。すなわち、Ｐ２領域に供給されたパージガス１５１が、基板１０１とサセプタ１０２の間から抜け出て、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮いた状態を形成することがないように流量が設定されることが好ましい。例えば、Ｐ２領域に供給されるパージガス１５１の流量は、５リットル／分程度またはそれ以下となる量が設定される。
【００６０】
パージガス１５１としては、上述したガスの使用が可能である。そして、カーボン材から構成されるインヒータ１２０およびアウトヒータ１２１に接触してもそれらに損傷を与えることの少ないアルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択して使用することが好ましい。
【００６１】
成膜装置１００の回転部１０４の内部には、図１に示したように、回転軸１０４ｂの内部を貫通する昇降ピン１１０が設けられている。搬送用ロボットからの基板１０１の受け取りは、この昇降ピン１１０が用いられる。
昇降ピン１１０を初期位置から上昇させ、サセプタ１０２上方の所定の位置で、搬送用ロボットから昇降ピン１１０が基板１０１を受け取った後、基板１０１を支持した状態で昇降ピン１１０を下降させる。
【００６２】
そして、図１に示したように、昇降ピン１１０を所定の初期位置に戻す。こうして、基板１０１は、回転部１０４の円筒部１０４ａ上のサセプタ１０２の上に載置される。
【００６３】
次に、チャンバ１０３内を常圧の状態または適当な減圧の状態にし、ガス制御部１４０の制御によってガス供給部１２３からＰ１領域にキャリアガス１３８である水素ガスを供給する。そして、キャリアガス１３８を流しながら、回転部１０４に付随させて、基板１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００６４】
ガス導入管１１１からは、ガス制御部１４０の制御によって、上述した流量のパージガス１５１が円筒部１０４ａのＰ２領域内に供給されている。Ｐ２領域に供給されたパージガス１５１は、Ｐ２領域内をパージして、排出部１５５から排出される。Ｐ２領域は、実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００６５】
尚、Ｐ２領域を形成する円筒部１０４ａが、排出部１５５を有して構成されていない場合には、パージガス１５１の供給を停止するか、ごく少ない流量とすることができる。そのようにしても、Ｐ２領域は実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。そして、基板１０１をサセプタ１０２上に安定して載置することができる。
【００６６】
次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によって基板１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。
【００６７】
放射温度計１２２による測定で基板１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にサセプタ１０２上の基板１０１の回転数を上げていくようにする。そして、ガス制御部１４０の制御によって、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して原料ガス１３７をチャンバ１０３の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガス１３７としてトリクロロシランを用いることができ、ガス制御部１４０の制御によって、キャリアガス１３８としての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内のＰ１領域に導入する。
【００６８】
そして、本実施の形態の成膜方法では、ガス制御部１４０の制御によって、ガス供給部１２３からＰ１領域への原料ガス１３７の供給が開始されるとともに、ガス導入管１１１からＰ２領域内に供給されているパージガス１５１の供給量を増大させるようにする。そして、パージガス１５１が基板１０１とサセプタ１０２の間から抜け出るようにすることによって、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮くようにし、その状態で基板１０１を回転するようにする。その結果、上述したように、基板１０１は、微小に上下に振動しながら高速回転する状態となる。
【００６９】
尚、ガス供給部１２３からＰ１領域への原料ガス１３７の供給の開始前に、ガス導入管１１１からＰ２領域へのパージガス１５１の供給が停止されていた場合には、Ｐ１領域への原料ガス１３７の供給の開始とともに、ガス導入管１１１からＰ２領域へパージガス１５１を供給するようにする。そして、基板１０１の少なくとも一部がサセプタ１０２から浮くようにし、その状態で基板１０１を回転するようにする。
【００７０】
チャンバ１０３の内部のＰ１領域に導入された原料ガス１３７は、基板１０１の方に流下する。一方、基板１０１は、ガス制御部１４０の制御による円筒部１０４ａのＰ２領域へのパージガス１５１の供給により、上述のように、微小に上下に振動しながら高速回転をしている。
【００７１】
そして、基板１０１の温度を１１５０℃に維持し、円筒部１０４ａ上のサセプタ１０２を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、ガス供給部１２３からシャワープレート１２４を介して次々に新たな原料ガス１３７を基板１０１に供給する。これにより、基板１０１上での気相成長が促進され、高い成膜速度で効率良くエピタキシャル膜を成膜させることができる。
【００７２】
このように、原料ガス１３７を導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、基板１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍの基板上に１０μｍ以上、多くは１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００７３】
そして、本実施の形態の成膜方法では、上述したように、チャンバ１０３内で気相成長をさせるとき、基板１０１の表面のみではなく、基板１０１を支持しているサセプタ１０２の表面にも原料ガス１３７に起因する薄膜が形成される。
【００７４】
しかしながら、本実施の形態の成膜装置１００は、ガス制御部１４０の制御により円筒部１０４ａのＰ２領域に供給されたパージガス１５１を利用することができる。そして、上述のように、基板１０１を微小に上下に振動しながら高速回転させることができる。したがって、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００７５】
基板１０１上に所定の膜厚のエピタキシャル膜を成膜した後は、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１による加熱を停止し、ガス供給部１２３からの原料ガス１３７の供給を終了する。キャリアガス１３８の供給も、原料ガス１３７の供給終了とともに終了することができるが、ガス制御部１４０の制御によって、基板１０１の温度が所定の値より低くなるまで供給を継続することも可能である。
【００７６】
そして、原料ガス１３７の供給終了とともに、Ｐ２領域内に供給されているパージガス１５１の供給量を増大させることも終了し、パージガス１５１の流量を増大される前の状態に戻すようにする。
【００７７】
基板１０１上でのエピタキシャル膜の成膜を終了し、エピタキシャル膜の成膜された基板１０１が所定の温度まで降温した後、基板１０１はチャンバ１０３の外に搬出される。その場合、まず昇降ピン１１０を上昇させる。そして、基板１０１を下方側から支持した後、昇降ピン１１０をさらに上昇させて、サセプタ１０２から持ち上げて引き離すようにする。このとき、本実施の形態の成膜方法によって成膜処理された基板１０１では、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことが防止されている。したがって、昇降ピン１１０は、エピタキシャル膜の成膜された基板１０１を容易にサセプタ１０２から引き離すことができ、基板１０１や基板１０１上のエピタキシャル膜を損傷させることはない。
【００７８】
そして、昇降ピン１１０は搬送用ロボット（図示されない）に基板１０１を受け渡す。基板１０１を受け渡された搬送用ロボットは、その基板１０１をチャンバ１０３の外に搬出する。
【００７９】
尚、本実施の形態の成膜方法では、上述したように、ガス制御部１４０の制御によって、Ｐ２領域へのキャリアガス１３８の供給が開始されるとともに、Ｐ２領域内に供給されているパージガス１５１の供給量を増大させるようにすることができる。しかし、パージガス１５１の供給量の増大は、ガス制御部１４０の制御によって、その前から行うように制御することも可能である。例えば、基板１０１を、上述したように、５０ｒｐｍ程度で回転させた後、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によって基板１０１を成膜温度まで徐々に加熱するとき、パージガス１５１の供給量を増大させることができる。
【００８０】
また、本実施の形態の成膜方法は、ガス制御部１４０の制御によって、例えば、ガス供給部１２３からＰ１領域への原料ガス１３７の供給が開始されるとともに、ガス導入管１１１からＰ２領域内に供給されているパージガス１５１の供給量を増大させるようにしている。そして、原料ガス１３７を供給して高温状態の基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜する工程において、Ｐ１領域への原料ガス１３７の供給の後、パージガス１５１の供給量が増大された状態を継続して維持することができる。
【００８１】
しかし、本実施の形態の成膜方法では、必ずしもパージガス１５１の供給量が一時的に増大されるパージガス増大期間を連続する１つの期間とする必要はない。
例えば、本実施の形態の成膜方法の別の例として、原料ガス１３７を供給して高温状態の基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜する工程において、ガス制御部１４０の制御によって、パージガス増大期間を不連続に複数回設けることも可能である。
【００８２】
そうした本実施の形態の成膜方法の別の例では、パージガス増大期間を、パージガス１５１の供給量が増大前の状態に戻される期間を挟んで、複数回設けるようにすることが可能である。
【００８３】
このようにしても、パージガス１５１の供給量が増大される間に、高温に加熱された基板１０１を微小に上下に振動しながら高速回転させる期間を設けることができ、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００８４】
また、本実施の形態の成膜方法では、上述のように、高温状態の基板１０１を高速回転させて、基板１０１上にエピタキシャル膜を成膜させる場合、原料ガス１３７の供給を連続的に行うことが可能である。しかし、成膜速度を向上させてより効率良くエピタキシャル膜を成膜させるため、高温状態の基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜する工程において、原料ガス１３７の供給期間を不連続とすることもできる。すなわち、高温状態の基板１０１上に原料ガス１３７を供給してエピタキシャル膜を成膜する工程において、原料ガス１３７の供給を一定期間停止するガス停止期間を少なくとも１回設けることも可能である。こうしたガス停止期間を設けることにより、基板１０１上での気相成長反応の飽和が回避され、結果として、基板１０１上でのより効率的なエピタキシャル膜の成膜が可能となる。
【００８５】
そして、本実施の形態の成膜方法で、ガス制御部１４０の制御によってそうしたガス停止期間を設ける場合、上述した本実施の形態の成膜方法の別の例では、ガス停止期間中にパージガス増大期間を設けるようにすることが可能である。
【００８６】
図３は、本実施の形態の成膜方法の別の例を説明するグラフである。
【００８７】
図３は、本実施の形態の成膜方法の別の例において、ガス制御部１４０の制御によって制御され、ガス導入管１１１からＰ２領域内に供給されるパージガス１５１の流量が経時的に変化する状況を示している。
【００８８】
すなわち、本実施の形態の成膜方法の別の例では、高温加熱された基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜する工程において、ガス制御部１４０の制御により、原料ガス１３７の供給を行うガス供給期間を不連続に複数回設けることが可能である。そして、複数のガス供給期間の間には、ガス制御部１４０の制御により、原料ガス１３７の供給を一定期間停止するガス停止期間を設けることが可能である。本実施の形態の成膜方法の別の例では、そのガス停止期間内に、ガス停止期間と同じかそれより短い期間の間、パージガス増大期間を設けることが可能である。
【００８９】
このようにしても、パージガス増大期間では、高温に加熱された基板１０１を微小に上下に振動しながら高速に回転させることができる。したがって、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００９０】
そして、ガス停止期間以外の、原料ガス１３７が供給されるガス供給期間では、パージガス１５１の供給量が増大されることはなく、増大前のパージガス１５１の供給量が維持され、基板１０１の微小な上下動の発生が抑えられている。したがって、本実施の形態の成膜方法の別の例では、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止するとともに、より安定した条件下で、より効率良く高品位のエピタキシャル膜を成膜することが可能となる。
【００９１】
尚、上述したように、Ｐ２領域を形成する円筒部１０４ａが排出部１５５を有しない場合には、パージガス１５１の供給を停止するか、ごく少ない流量とし、Ｐ２領域を実質的にＰ１領域と隔てられた領域としている。その場合には、本実施の形態の成膜方法のさらに別の例として、ガス停止期間中にパージガス１５１の供給を開始し、パージガス１５１を供給するパージガス供給期間を設けるようにすることが可能である。
【００９２】
図４は、本実施の形態の成膜方法のさらに別の例を説明するグラフである。
【００９３】
図４は、ガス制御部１４０によって制御され、Ｐ２領域内にパージガス１５１が供給されるパージガス供給期間が不連続に設けられ、Ｐ２領域内に供給されるパージガス１５１の流量が経時的に変化する状況を示している。
【００９４】
すなわち、本実施の形態の成膜方法のさらに別の例では、高温加熱された基板１０１上でエピタキシャル膜を成膜する工程において、ガス制御部１４０の制御により、原料ガス１３７の供給を行うガス供給期間を不連続に複数回設けることが可能である。そして、複数のガス供給期間の間には、ガス制御部１４０の制御により、原料ガス１３７の供給を一定期間停止するガス停止期間を設けることが可能である。本実施の形態の成膜方法のさらに別の例では、そのガス停止期間内に、ガス停止期間と同じかそれより短い期間の間、一時的にパージガス１５１をＰ２領域に供給するパージガス供給期間を設けることが可能である。
【００９５】
このようにしても、パージガス１５１が供給されるパージガス供給期間では、高温に加熱された基板１０１を微小に上下に振動しながら高速回転させることができる。したがって、基板１０１とサセプタ１０２との間に原料ガス１３７に起因する薄膜が形成されても、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止することができる。
【００９６】
そして、ガス停止期間以外の、原料ガス１３７が供給されるガス供給期間では、パージガス１５１が供給されることはなく、基板１０１の微小な上下動の発生が抑えられている。したがって、本実施の形態の成膜方法のさらに別の例では、基板１０１がサセプタ１０２に貼り付くことを防止するとともに、より安定した条件下で、より効率良く高品位のエピタキシャル膜を成膜することが可能となる。
【００９７】
尚、本発明は上記各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。
【００９８】
例えば、上記各実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル膜の成膜装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に原料ガスを供給し、成膜室内に載置される半導体基板を加熱して半導体基板の表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ装置等の他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１００、１１００    成膜装置
１０１    基板
１０２、１０２ａ、１１０２    サセプタ
１０３、１１０３    チャンバ
１０４、１１０４    回転部
１０４ａ、１１０４ａ    円筒部
１０４ｂ、１１０４ｂ    回転軸
１０８、１１０８    シャフト
１０９、１１０９    配線
１１０    昇降ピン
１１１    ガス導入管
１２０    インヒータ
１２１    アウトヒータ
１２２    放射温度計
１２３、１１２３    ガス供給部
１２４、１１２４    シャワープレート
１２５、１１２５    ガス排気部
１２６、１１２６    調整バルブ
１２７、１１２７    真空ポンプ
１２８、１１２８    排気機構
１３１、１３２、１５２    ガス流路
１３３、１３４、１５３    ガス貯蔵部
１３５、１３６、１５４    ガスバルブ
１３７    原料ガス
１３８    キャリアガス
１４０    ガス制御部
１５０    張り出し部
１５１    パージガス
１５５    排出部
１１０１    ウェハ
１１２０    ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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