(57)【要約】【課題】分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜装置と、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜方法を提供する。【解決手段】減圧空間とされる内部に成膜ガスが供給される処理容器と、前記減圧空間に設置される、被処理基板を保持する基板保持部と、前記減圧空間に設置される、前記被処理基板を加熱して前記成膜ガスによる成膜を当該被処理基板上に生じさせるヒータと、を有する成膜装置であって、前記ヒータは、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることを特徴とする成膜装置。【選択図】図４
2008159945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧空間とされる内部に成膜ガスが供給される処理容器と、
前記減圧空間に設置される、被処理基板を保持する基板保持部と、
前記減圧空間に設置される、前記被処理基板を加熱して前記成膜ガスによる成膜を当該被処理基板上に生じさせるヒータと、を有する成膜装置であって、
前記ヒータは、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記化合物は、ＴａＣを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長によってＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記ヒータは、１５００℃以上とされることを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記ヒータを複数の領域に分割し、分割された領域毎に温度制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項７】
前記ヒータは、前記成膜ガスの流れに対応して分割されていることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
処理容器内の減圧空間に設置された基板保持部に保持される被処理基板に、成膜ガスを供給する工程と、
前記減圧空間に設置されるヒータにより前記被処理基板を加熱し、前記被処理基板上にエピタキシャル成長を行う工程と、を有する成膜方法であって、
前記ヒータは、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記化合物は、ＴａＣを主成分とすることを特徴とする請求項８記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長によってＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項１０記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記ヒータは、１５００℃以上とされることを特徴とする請求項１１記載の成膜方法。
【請求項１３】
前記ヒータは複数の領域に分割され、分割された領域毎に温度制御が行われることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項記載の成膜方法。
【請求項１４】
前記ヒータは、前記成膜ガスの流れに対応して分割されることを特徴とする請求項１３記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータを用いて被処理基板上に成膜を行う成膜装置、およびヒータを用いて被処理基板上に成膜を行う成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル成長は、基板結晶上に基板結晶と同じ方位関係を有する単結晶を成長させることが可能であるため、様々な場面で用いられてきた。
【０００３】
例えば、Ｓｉのエピタキシャル成長を用いてシリコンウェハを製造する方法（例えば特許文献１、特許文献２参照）が開示されている。
【０００４】
上記のエピタキシャル成長においては、成膜の原料となる成膜ガスを熱により分解するため、成膜の対象となる被処理基板は、良好な均一性で、かつ高温に加熱されることが好ましい。例えば被処理基板の加熱には、コイルによる誘導加熱を用いる場合がある。
【特許文献１】特開平９−２３２２７５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、成膜ガスの種類によっては、熱分解温度が高いものがあり、加熱温度を従来よりも高くする必要があるために、上記の成膜にかかる成膜装置を構成する上で問題になる場合があった。例えば、コイルによる誘導加熱では、投入される電力に対して被処理基板を加熱する熱量へと変換される割合が小さく、電力の利用効率が低い問題があった。
【０００６】
このため、特に熱分解温度が高い成膜ガスを分解する場合には、誘導加熱のために投入する電力量が大きくなり、成膜のためのコストが高くなってしまう問題があった。また、被処理基板を高温に加熱する場合には誘導加熱のための高周波電源を大きくする必要があり、さらには高周波の遮蔽のための構造も大型化・複雑化するため、成膜装置が大型化・複雑化してしまう懸念があった。
【０００７】
上記のように誘導加熱による加熱の効率が低下してしまう要因の一つに、誘導加熱に用いるコイルを被処理基板に近接して設置することが困難である問題がある。例えば、誘導加熱のためのコイルは、例えば石英などの誘電損失の小さい材料よりなる処理容器の外側に設置されるため、当該処理容器の内側に設置される被処理基板に近接して設置することが困難になっていた。
【０００８】
また、一方で、ヒータによって被処理基板を直接加熱する場合、成膜ガスによっては、該成膜ガスを安定に分解可能な程度に被処理基板を加熱することは困難となる場合がある。例えば、炭化水素系のガス（ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガス）は熱分解温度が高く、例えばＣ３Ｈ８を例にとると、成膜にかかる分解のためには被処理基板を少なくとも１２００℃以上の高温に加熱する必要があり、成膜の安定や膜質の維持のためには、被処理基板は１５００℃程度に加熱されることが好ましい。このため、加熱に用いられるヒータは少なくとも１５００℃以上とされることが好ましい。このような高温加熱に耐えるヒータはこれまで用いられた例がなかった。
【０００９】
特に、これらのヒータを減圧状態とされる、被処理基板が保持される処理空間に設置することは、ヒータ自身の熱分解（昇華）や、または脱ガスが問題となるために実現することは困難となっていた。
【００１０】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な成膜装置および成膜方法を提供することを統括的課題としている。
【００１１】
本発明の具体的な課題は、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜装置と、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を、
請求項１に記載したように、
減圧空間とされる内部に成膜ガスが供給される処理容器と、
前記減圧空間に設置される、被処理基板を保持する基板保持部と、
前記減圧空間に設置される、前記被処理基板を加熱して前記成膜ガスによる成膜を当該被処理基板上に生じさせるヒータと、を有する成膜装置であって、
前記ヒータは、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることを特徴とする成膜装置により、また、
請求項２に記載したように、
前記化合物は、ＴａＣを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の成膜装置により、また、
請求項３に記載したように、
前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長によってＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置により、また、
請求項４に記載したように、
前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項３記載の成膜装置により、また、
請求項５に記載したように、
前記ヒータは、１５００℃以上とされることを特徴とする請求項４記載の成膜装置により、また、
請求項６に記載したように、
前記ヒータを複数の領域に分割し、分割された領域毎に温度制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の成膜装置により、また、
請求項７に記載したように、
前記ヒータは、前記成膜ガスの流れに対応して分割されていることを特徴とする請求項６記載の成膜装置により、また、
請求項８に記載したように、
処理容器内の減圧空間に設置された基板保持部に保持される被処理基板に、成膜ガスを供給する工程と、
前記減圧空間に設置されるヒータにより前記被処理基板を加熱し、前記被処理基板上にエピタキシャル成長を行う工程と、を有する成膜方法であって、
前記ヒータは、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることを特徴とする成膜方法により、また、
請求項９に記載したように、
前記化合物は、ＴａＣを主成分とすることを特徴とする請求項８記載の成膜方法により、また、
請求項１０に記載したように、
前記被処理基板上には、前記成膜ガスを用いたエピタキシャル成長によってＳｉとＣを主成分とする膜が形成されることを特徴とする請求項８または９記載の成膜方法により、また、
請求項１１に記載したように、
前記成膜ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガスを含むことを特徴とする請求項１０記載の成膜方法により、また、
請求項１２に記載したように、
前記ヒータは、１５００℃以上とされることを特徴とする請求項１１記載の成膜方法により、また、
請求項１３に記載したように、
前記ヒータは複数の領域に分割され、分割された領域毎に温度制御が行われることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項記載の成膜方法により、また、
請求項１４に記載したように、
前記ヒータは、前記成膜ガスの流れに対応して分割されることを特徴とする請求項１３記載の成膜方法により、解決する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜装置と、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、エピタキシャル成長による成膜を用いて形成された半導体装置（ＭＯＳトランジスタ）の構成の一例を示す図である。
【００１５】
図１を参照するに、本図に示す半導体装置１０は、ｎ型半導体であるＳｉＣよりなる基板１上（基板１の表面上）に、エピタキシャル成長による成膜を用いて形成されたｎ型半導体であるＳｉＣ層２が形成された構成となっている。エピタキシャル成長では、基板結晶上に基板結晶と同じ方位関係を有する単結晶を成長させることが可能であるため、前記ＳｉＣ層２は単結晶構造を有している。
【００１６】
前記ＳｉＣ層２には、ｐ型不純物拡散領域３Ａ，３Ｂがそれぞれ形成され、該Ｐ型不純物拡散領域３Ａ，３Ｂ内には、それぞれｎ型不純物拡散領域４Ａ，４Ｂが形成されている。また、対向するように形成される前記ｎ型不純物拡散領域４Ａ，４Ｂの間の前記ＳｉＣ層２上には、ゲート絶縁膜６が形成され、当該ゲート絶縁膜６上には、電極７が形成されている。
【００１７】
また、前記ｐ型不純物拡散層３Ａ、前記ｎ型不純物拡散領域４Ａ上には、電極５Ａが、同様に、前記ｐ型不純物拡散層３Ｂ、前記ｎ型不純物拡散領域４Ｂ上には、電極５Ｂが形成されている。また、前記基板１の裏面側には、電極８が形成されている。
【００１８】
上記の半導体装置（ＭＯＳトランジスタ）においては、それぞれ前記電極７、前記電極５Ａ，５Ｂ、および前記電極８が、例えば、それぞれ、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極として機能する。
【００１９】
上記の半導体装置１０は、従来の、例えばＳｉを用いた半導体装置と比べた場合、いわゆるオン抵抗（ドリフト層の抵抗）を大幅に抑制することが可能になる特徴を有している。このため、電力の利用効率が良好となる効果を奏する。
【００２０】
図２は、半導体材料として用いられる、Ｓｉ、ＧａＡｓ、およびＳｉＣのそれぞれの特性を比較した図である。
【００２１】
図２を参照するに、ＳｉＣは、従来最も一般的に用いられてきたＳｉと比較した場合、絶縁破壊電界強度Ｅｃが１桁以上大きい特徴を有していることがわかる。上記のオン抵抗は、絶縁破壊電界強度の３乗に比例するため、絶縁破壊電界強度Ｅｃの大きいＳｉＣを用いた半導体装置では、オン抵抗を低減して電力の利用効率を良好とすることができる。
【００２２】
また、ＳｉＣは、ＳｉおよびＧａＡｓと比べた場合、バンドギャップが広い特徴を有している。このため、ＳｉＣを用いた半導体装置では、高温での動作が可能になる特徴を有している。例えば、従来のＳｉを用いた半導体装置では、動作の限界温度が１５０℃程度であるのに対し、ＳｉＣを用いた半導体装置では、４００℃以上での高温での動作が可能となる。
【００２３】
このため、ＳｉＣを用いた半導体装置では、例えば従来必要であった半導体装置の冷却手段が不要になったり、または、従来に比べて過酷な条件下において半導体装置を使用することが可能となるメリットがある。
【００２４】
また、大電流を扱ういわゆるパワーデバイスにおいては、抵抗値の小さいＳｉＣを用いることにより、デバイス面積を小さくして当該デバイスを用いた機器の小型化を実現することが可能になる。
【００２５】
上記のＳｉＣは、例えば、エピタキシャル成長により形成することができるが、ＳｉＣの成膜に用いるガスの組み合わせの一例としては、ＳｉＨ４、Ｈ２に加えて、分解の困難なＣ３Ｈ８などの炭化水素系のガス（ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは整数）により示されるガス）を添加する場合がある。例えばＣ３Ｈ８の場合には、成膜にかかる分解のためには１２００℃以上の高温に加熱する必要があり、このように、被処理基板を高温にしようとする場合には、上記の成膜にかかる成膜装置を構成する上で問題が生じる場合があった。
【００２６】
例えば、コイルによる誘導加熱では電力の利用効率が低いために、特に熱分解温度が高い成膜ガスを分解する場合には、誘導加熱のために投入する電力量が大きくなり、成膜のためのコストが高くなってしまう。また、被処理基板を高温に加熱する場合には誘導加熱のための高周波電源を大きくする必要があり、さらには高周波の遮蔽のための構造も大型化・複雑化するため、成膜装置が大型化・複雑化してしまう懸念があった。
【００２７】
上記のように誘導加熱による加熱の効率が低下してしまう要因の一つに、誘導加熱に用いるコイルを被処理基板に近接して設置することが困難である問題がある。また、一方で、ヒータなどの被処理基板を直接加熱する加熱手段を用いることを考えた場合、成膜ガスの熱分解温度によっては、該成膜ガスを安定に分解可能な程度に被処理基板を加熱することは困難となる場合があった。
【００２８】
特に、これらのヒータを減圧状態とされる、被処理基板が保持される処理空間に設置することは、ヒータ自身の熱分解（昇華）や、または脱ガスが問題となるために実現することは困難となっていた。
【００２９】
そこで、本発明では、上記のヒータとして、高融点金属と炭素を含む化合物よりなるヒータ（例えばＴａＣを主成分とするヒータ）を用いている。上記の化合物よりなるヒータは、例えばＴａＣを主成分とする場合を例にとると、１５００℃以上とすることが可能である。このために被処理基板を１５００℃程度に加熱して、熱分解温度が高いＣ３Ｈ８などの炭化水素系のガスを含む成膜ガスを分解し、被処理基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長により成膜することが可能となる。
【００３０】
次に、上記の成膜装置の構成の一例について、また、上記の成膜装置を用いた成膜方法の一例について、図面に基づき、以下に説明する。
【実施例１】
【００３１】
図３は、本発明の実施例１による成膜装置１００を模式的に示した図である。図３を参照するに、本実施例による成膜装置１００は、内部に減圧空間１０１Ａが画成される、略直方体状（略筐体状）の処理容器１０１を有する構造となっている。
【００３２】
減圧空間１０１Ａには、被処理基板を保持する基板保持部と、被処理基板を加熱するヒータ（基板保持部、ヒータなどは本図では図示せず、図４で詳細を図示）が設置され、当該被処理基板に対して成膜（エピタキシャル成長）が行われる構造になっている。なお、減圧空間１０１Ａ内の構造については本図では図示を省略するが、図４以下で後述する。
【００３３】
また、処理容器１０１には、例えば真空ポンプなどの排気手段１１４と、例えばコンダクタンス可変バルブよりなる圧力調整手段１１３が設置された排気ライン１１２が接続され、減圧空間１０１Ａを、所定の減圧状態（圧力）に調整することが可能になっている。また、処理容器１０１には、圧力計１１１が設置され、圧力調整手段１１３による処理容器内の圧力の調整は、圧力計１１１によって測定される圧力に対応して実施される。
【００３４】
また、処理容器１０１の外側には、図４で後述するヒータに接続される電源１０７Ａが設置されており、電源１０７Ａと当該ヒータとは、電力制御手段１０７を介して接続される構造になっている。例えば、ヒータは後述するように、電力制御手段１０７によって、分割制御されることも可能である。
【００３５】
また、処理容器１０１内（減圧空間１０１Ａ）には、ガスライン１３０により、成膜の原料となる成膜ガスが供給されるよう構成されている。また、ガスライン１３０には、ガスライン１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，および１３０Ｅが接続されている。
【００３６】
質量流量コントローラ（ＭＦＣ）１３１Ａとバルブ１３２Ａが設置されたガスライン１３０Ａは、ＳｉＨ４ガスを供給するガス供給源１３３Ａに接続されており、ＳｉＨ４ガスを処理容器１０１内に供給可能に構成されている。
【００３７】
同様に、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）１３１Ｂ〜１３１Ｅと、バルブ１３２Ｂ〜１３２Ｅがそれぞれ設置されたガスライン１３０Ｂ〜１３０Ｅは、それぞれガス供給源１３３Ｂ〜１３３Ｅに接続されている。ガス供給源１３３Ｂ〜１３３Ｅからは、それぞれ、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、Ｎ２ガスが供給されるように構成されている。
【００３８】
例えば、処理容器１０１内の被処理基板上に、エピタキシャル成長による成膜を行う場合には、成膜のための原料ガスとして、上記のＳｉＨ４ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、およびＨ２ガスを処理容器１０１内に供給すればよい。この場合、ＳｉとＣを主成分とする膜（ＳｉＣ膜）を、被処理基板上にエピタキシャル成長させることができる。
【００３９】
また、必要に応じて、ＴＭＡガスやＮ２ガスを添加して、形成されるＳｉＣ膜の電気的な特性を調整するようにしてもよい。また、上記のガスは成膜に用いるガスの一例であり、本発明ではこれらのガスに限定されず、他のガスを用いてＳｉＣ膜を形成するようにしてもよい。また、ＳｉＣ膜に限定されず、他のガスを用いて他の膜を形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、処理容器１０１（減圧空間１０１Ａ）には、ガスライン１３４により、処理容器１０１を冷却するための冷却ガスが供給されるよう構成されている。ＭＦＣ１３５とバルブ１３６が設置されたガスライン１３４は、冷却ガス（例えばＡｒなどの不活性ガス）を供給するガス供給源１３７に接続されており、冷却ガスを処理容器１０１内に供給可能に構成されている。上記の成膜ガス、冷却ガスの処理容器１０１内での具体的な供給経路については、図４で後述する。
【００４１】
また、上記の成膜装置１００において、成膜に係る処理、例えば上記のバルブの開閉や、流量制御、高周波電力の印加などは、たとえばレシピと呼ばれるプログラムに基づき、動作される。この場合、これらの動作は、ＣＰＵ１２１を有する、制御装置１２０よって制御される。これらの接続配線は図示を省略している。
【００４２】
前記制御装置１２０は、ＣＰＵ１２１と、上記のプログラムを記憶した記憶媒体１２２、キーボードなどの入力部１２３、表示部１２６、ネットワークなどに接続するための通信部１２５、およびメモリ１２４を有している。
【００４３】
次に、上記の処理容器１０１内の構造について、図４に基づき説明する。図４は、図３で先に説明した処理容器１０１の内部の構造を模式的に示した断面図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付している。図４を参照するに、処理容器１０１の内部の概略は、減圧空間１０１Ａに被処理基板Ｗを保持する略円盤形状の基板保持部１０２が設置された構造となっている。
【００４４】
上記の被処理基板Ｗは、処理空間１０１Ａの被処理基板Ｗの近傍（周囲）に設置されたヒータ１０４により、加熱される。被処理基板Ｗは、供給される成膜ガスが分解されて表面反応（エピタキシャル成長）が可能となる程度の温度に加熱される。このようなヒータの材質や制御の詳細に関しては後述する。
【００４５】
また、高温となる基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）やヒータ１０４と、処理容器１０１との間には断熱材１０５が設置されている。
【００４６】
このため、基板保持部１０２（被処理基板Ｗ）やヒータ１０４が高温とされた場合であっても、加熱された部分と処理容器１０１との温度差を大きく維持して処理容器１０１の破損や放出ガスの発生などを抑制することができる。
【００４７】
また、上記のように処理容器１０１内で高温となる部分と処理容器１０１との断熱性能が優れているため、処理容器１０１を構成する材料の選択の自由度が向上する。上記の処理容器１０１は、例えば石英により構成される。石英は減圧状態で加熱された場合であっても成膜の汚染源となる放出ガスの量が少ないため、高性能デバイスを構成する膜を形成する場合の減圧空間を画成する材料として好適である。また、処理容器１０１は、石英に限定されず、様々な材料で構成することが可能である。
【００４８】
また、減圧空間１０１Ａに設置され、かつ、高温にされる基板保持部１０２と断熱材１０５については、ともに、加熱された場合に分解・変質が生じにくく、また、加熱された場合に汚染物質の放出などが生じにくい、安定で清浄な（純度の高い）材料により構成されていることが好ましい。例えば、上記の基板保持部１０２と、断熱材１０５は、ともにカーボン（グラファイト）を用いて形成されることが好ましい。
【００４９】
また、基板保持部１０２は、機械的な強度を維持するために、構成されるカーボン材料の密度が大きいことが好ましく、当該カーボン材料は、例えば、いわゆるバルク材料と呼ばれる程度に密度が大きいことが好ましい。
【００５０】
一方で、断熱材１０５は、断熱性能を良好とするため、密度が小さくなるように形成されることが好ましく、空隙率が上記のバルク材料に比べて著しく大きくなるように形成されることが好ましい。また、このような断熱に好適な構造は、例えば目視においても空隙がある程度確認できる程度に構成されており、これらの材料を本文中では、空隙の形状にかかわらず、多孔状に形成されている材料であると定義する。
【００５１】
また、必要に応じて、成膜の汚染源とならない程度に、カーボンに熱伝導率を制御するための材料を添加して用いてもよい。
【００５２】
すなわち、上記の基板保持部１０２と断熱材１０５は、ともに減圧状態で加熱される場合に好適な材料である、同じ材料（カーボン）を主成分として構成されるが、おもにはその密度（材料のミクロな構造）の違いにより、熱伝導率（機械的な強度）が異なるようにして構成されている。
【００５３】
また、基板保持部１０２や断熱材１０５の表面には、所定のコーティング膜が形成されていてもよい。本実施例の場合、例えば基板保持部１０２の表面はＳｉＣ膜でコーティングされており、一方で断熱材１０５の表面は、断熱材１０５よりも密度の高いカーボン膜でコーティングされている。このようなコーティング膜を施すことで、材料を保護するとともに、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００５４】
また、上記の断熱材１０５の外側には、断熱材１０５を覆うように、石英よりなる断熱材保持構造体１０６が形成されている。断熱保持構造体１０６は、断熱材１０５を保持して処理容器１０１から離間させるように構成されている。このため、処理容器１０１と断熱材１０５の間に断熱空間１０１ｂが画成され、処理容器１０１の温度上昇が効果的に抑制されている。断熱材保持構造体１０６は、柱状の支持部１０６Ａによって処理容器１０１の底面に載置されている。
【００５５】
また、上記の断熱空間１０１ｂには、図３で先に説明した冷却ガス（例えばＡｒガスなど）が供給されている。このようなガスによる冷却によっても処理容器１０１の温度上昇が抑制されている。
【００５６】
また、上記の断熱材保持構造体１０６の内側に画成される、基板保持部１０２と断熱材１０５が設置された成膜ガス供給空間１０１ａには、成膜ガスが供給される。したがって、断熱保持構造体１０６によって、成膜ガスの減圧空間１０１Ａ内での拡散が抑制され、成膜ガスが被処理基板Ｗに効率的に供給され、成膜ガスの利用効率が良好となっている。
【００５７】
すなわち、断熱保持構造体１０６は、減圧空間１０１Ａを、実質的に２つの空間（成膜ガス供給空間１０１ａ、断熱空間１０１ｂ）に分離している。このため、処理基板１０１の温度上昇が効果的に抑制されるとともに、成膜ガスの利用効率が良好となっている。
【００５８】
また、基板保持部１０２の構造についてみると、基板保持部１０２は、略円盤形状であり、円盤形状の表面に形成された凹部に、複数の被処理基板Ｗが載置された略円盤状の搬送板１１０が載置される構造になっている。複数の被処理基板Ｗは、搬送板１１０に載置された状態で搬送アームなどの搬送手段（後述）により搬送され、基板保持部１０２の凹部に載置される。
【００５９】
また、基板保持部１０２の中心部に形成された中心穴には、軸部１０８が挿入される構造になっている。軸部１０８は、稼働手段１０９によって上下動、または回転がされるように構成されている。軸部１０８の先端側には、段差形状を有する略円盤状の先端部が形成されており、該先端部が搬送板１１０の中心に形成された中心穴に嵌合して搬送板１１０を持ち上げることが可能になっている。搬送板１１０の搬送時には、軸部１０８によって、搬送板１１０が持ち上げられる。
【００６０】
また、成膜時には、軸部１０８を中心軸にして、基板保持部１０２（搬送板１１０）が回転される。このため、複数の被処理基板Ｗの間での成膜（成膜速度、膜質）のばらつきや、または、個々の被処理基板Ｗの面内での成膜のばらつきが抑制される効果を奏する。
【００６１】
図５は、基板保持部１０２に載置された搬送板１１０と、搬送板１１０に載置された複数の被処理基板Ｗを平面視した図である。また、搬送板１１０の中心穴には、軸部１０８の先端部が嵌合している。なお、本図では、一例として被処理基板Ｗが中心から等配に８枚載置された状態を示しているが、被処理基板の載置方法、載置される枚数はこれに限定されるものではない。また、搬送板１１０も減圧空間１１０Ａ内で加熱されるために、基板保持部１０２と同じ材料（カーボン）により形成されていることが好ましい。
【００６２】
本実施例による成膜装置１００では、上記の構造において、先に説明したヒータ１０４が、高融点金属と炭素を含む化合物よりなることが特徴である。本実施例による成膜装置１００では、被処理基板Ｗが従来の成膜装置に比べて高温に加熱される。例えば、先に説明した成膜ガスのうち、Ｃ３Ｈ８ガスは、分解が始まる温度がおよそ１２００℃以上であるため、被処理基板Ｗの温度は、少なくとも１２００℃以上（例えば１５５０℃〜１６５０℃程度）に加熱される。
【００６３】
従来のヒータは、減圧空間において１５００℃程度に加熱された場合には、熱分解（昇華）してしまい、安定な加熱は困難となっていた。本実施例による成膜装置では、ヒータ１０４を、高融点金属と炭素を含む化合物、例えばＴａＣを主成分とする材料により構成することで、被処理基板を高温に（例えば１５５０℃〜１６５０℃程度）に加熱することが可能となっている。この場合、ヒータ１０４は、例えば基板温度より２００℃程度高い１７５０℃〜１８５０℃程度とされる。
【００６４】
上記の温度とされた場合であっても、ＴａＣよりなるヒータ１０４は、昇華することなく、安定に被処理基板Ｗを加熱することが可能である。また、このように、減圧空間で高温とされた場合であっても分解や脱ガスの発生が抑制された材料を用いたことで、ヒータ１０４を被処理基板Ｗ（基板保持部１０２）により近接して設置することが可能となっている。
【００６５】
なお、上記の場合のＴａＣよりなるヒータとは、ＴａＣセラミックス本体と、当該本体に埋設された発熱体を含む構造を有するヒータや、発熱体が埋設された母材（例えばグラファイト）を、ＴａＣでコーティングしたヒータ、などをいう。
【００６６】
例えば、被処理基板Ｗを加熱する方法として誘導加熱を用いる場合には、誘導加熱のためのコイルを処理容器の外側（減圧空間１０１Ａの外側）に設置する必要があるため、コイルを被処理基板Ｗに近接して設置することが困難となってしまう。このため、誘導加熱を用いた場合には加熱効率が低く、特に被処理基板を高温にする場合には、電源の大型化の問題が生じてしまう。また、大きな電力で誘導加熱を行う場合には、高周波電力の遮蔽の構造が大型化・複雑化し、成膜装置全体の構成が大型化・複雑化してしまう問題があった。
【００６７】
一方で、本実施例による成膜装置１００では、誘導加熱に比べて加熱効率が良好であり、誘導加熱に比べて投入電力が少なくてすむメリットがある。また、誘導加熱時のような高周波電力の遮蔽構造を必要としないため、成膜装置を小型化・単純化することができる。
【００６８】
また、本実施例による高融点金属と炭素の化合物よりなるヒータは、例えばＴａＣを例にとると、およそ２０００℃程度まで安定に温度を上昇させることが可能である。すなわち、ＴａＣよりなるヒータの場合には、熱による分解（昇華）が生じる温度が、従来のＳｉＣなどのヒータに比べて高くなっていることが特徴である。このため、被処理基板Ｗを１５００℃以上に加熱する、炭化水素系のガス（例えばＣ３Ｈ８など）を用いたエピタキシャル成長（ＳｉＣの成長）を行う場合に、好適なヒータである。また、ＴａＣは、ＳｉＣと比べて耐熱衝撃性が大きく、本実施例による成膜装置のように、急激な温度上昇や急激な温度降下が繰り返される成膜においては、クラックなどの発生が抑制され、連続的に安定な成膜処理を行うことが可能となる効果を奏する。
【００６９】
また、ＴａＣは、ＳｉＣと比べて腐食性のガスに対する耐性も良好であるため、本実施例によるヒータ１０４は、成膜ガス、または成膜ガスに用いる添加ガス、もしくはクリーニングガスなどの、減圧空間１０１Ａに供給されるガスによる腐食に対する耐性が良好となっている。
【００７０】
また、上記の高融点金属は、Ｔａに限定されず、例えば、Ｗ、Ｍｏなど他の金属をもちいてもよい。
【００７１】
また、被処理基板Ｗは、成膜ガスの流れに対応して、成膜の流れに略平行に設置されているため、ヒータ１０４を成膜ガスの流れに対応して複数の領域に分割し、分割された領域毎に温度制御が行われるようにしてもよい。この場合、被処理基板Ｗの温度の均一性が良好となり、好ましい。
【００７２】
例えば、本実施例の場合、ヒータ１０４は、成膜ガスの流れに対応して、成膜ガスの流れの上流側と下流側とで２つに分割されている。すなわち、ヒータ１０４は、成膜ガスの上流側に対応する上流側ヒータ１０４Ａと、成膜ガスの下流側に対応する下流側ヒータ１０４Ｂとを有するように構成されている。
【００７３】
上記の構成において、上流側ヒータ１０４Ａと、下流側ヒータ１０４Ｂが別個に制御されることで、被処理基板Ｗの温度の均一性を良好とすることが可能となる。
【００７４】
例えば、成膜ガスの上流側は、温度の低い新鮮な成膜ガスが順次供給されるために被処理基板Ｗの温度が下がりやすく、上流側ヒータ１０４Ａには下流側ヒータ１０４Ｂに比べて大きな電力が投入されて被処理基板Ｗの温度が所定の成膜温度に維持される。一方で、成膜ガスの下流側には、上流側である程度加熱された成膜ガスが到達するため、供給される成膜ガスの温度は上流側に比べて高くなる。
【００７５】
したがって、下流側ヒータ１０４Ｂには上流側ヒータ１０４Ａに比べて小さな電力が投入されて、下流側に比べて少ない投入電力で被処理基板Ｗの温度が上流側と同じ所定の成膜温度に維持される。
【００７６】
このように、成膜ガスの流れに沿ってヒータ１０４を複数の領域に分割し、分割された領域毎に温度制御を行うように構成することで、被処理基板Ｗの面内や、または異なる被処理基板Ｗ間での温度の均一性を良好としてばらつきの少ない高品質の成膜を行うことが可能となる。
【００７７】
また、上記のヒータ１０４は、被処理基板Ｗを均等に加熱するために、被処理基板Ｗの表面側と裏面側（基板保持部１０２の上側と下側）にそれぞれ設置されることが好ましい。例えば、上記の場合、上流側ヒータ１０４Ａは、被処理基板Ｗの表面側に対応して設置される上部上流側ヒータ１０４ａと、被処理基板Ｗの裏面側に対応して設置される下部上流側ヒータ１０４ｂとを有する構造になっている。
【００７８】
同様に、下流側ヒータ１０４Ｂは、被処理基板Ｗの表面側に対応して設置される上部下流側ヒータ１０４ｃと、被処理基板Ｗの裏面側に対応して設置される下部下流側ヒータ１０４ｄとを有する構造になっている。
【００７９】
上記の場合、ヒータの温度制御を、被処理基板Ｗの表面側と裏面側とで別個に行うようにしてもよい。すなわち、被処理基板Ｗに対して設置される向き（例えば表面側と裏面側）に対応してヒータ１０４を複数の領域に分割し、分割された領域毎に温度制御を行うように構成してもよい。
【００８０】
また、ヒータを分割する場合、成膜ガスの流れに沿った分割と、被処理基板Ｗに対して設置される向き（例えば表面側と裏面側）による分割を組み合わせておこない、これらの領域毎に温度制御を行うようにしてもよい。
【００８１】
例えば本実施例の場合、ヒータ１０４は、上部上流側ヒータ１０４ａ、下部上流側ヒータ１０４ｂ、上部下流側ヒータ１０４ｃ、下部下流側ヒータ１０４ｄの４つに分割されるが、分割の方法、分割数はこれに限定されるものではなく、様々に変形・変更してもよい。
【００８２】
次に、上記の成膜装置１００を用いた成膜方法の一例について、図６に示したフローチャートに基づき、説明する。
【００８３】
まず、ステップ１（図中Ｓ１と表記、以下同じ）において、処理容器１０１内の減圧空間１０１Ａに設置された基板保持部１０２に保持される被処理基板Ｗに、成膜ガスを供給する。例えば、図３で先に説明したように、成膜ガスとして、ＳｉＨ４ガス、Ｃ３Ｈ８ガス、およびＨ２ガスを処理容器１０１内（成膜ガス供給空間１０１ａ）に供給する。また、必要に応じてＴＭＡガスやＮ２ガスを添加してもよい。
【００８４】
例えば、それぞれの成膜ガスの流量は、一例として、ＳｉＨ４ガスが１０ｓｃｃｍ乃至３０ｓｃｃｍ、Ｃ３Ｈ８ガスが１０ｓｃｃｍ乃至２０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガスが５０ｓｌｍ乃至２００ｓｌｍとされるが、上記の数値に限定されるものではない。
【００８５】
次に、ステップ２において、ヒータ１０４により、被処理基板Ｗを加熱し、被処理基板を１５５０℃乃至１６５０℃程度に加熱する。この結果、被処理基板Ｗ上にエピタキシャル成長により、ＳｉとＣを主成分とする膜（ＳｉＣ膜）を形成することができる。
【００８６】
また、ステップ１の開始とステップ２の開始の順序は入れ替えても良く、また、ステップ１とステップ２を同時に開始するようにしてもよい。また、それぞれのステップの時間は、適宜変更することで、所望の厚さのＳｉＣ膜を形成することができる。
【００８７】
次に、上記に説明した処理容器１０１に、搬送室を接続して成膜装置を構成する例について説明する。例えば、被処理基板を用いた半導体装置の製造においては、被処理基板（被処理基板が載置された搬送板）を搬送する搬送室が用いられることが一般的である。このため、成膜装置は、以下に説明するように、上記の搬送室を有する構造とされることが一般的である。
【００８８】
図７は、先に説明した処理容器１０１と、搬送アーム（搬送手段）２０１Ａを有する搬送室２０１とを接続して成膜装置を構成した例を模式的に示した斜視図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、また、処理容器１０１に接続される排気ラインなどは図示を省略している。
【００８９】
図７を参照するに、図４で先に示した処理容器１０１は、搬送アームを内部に有する搬送室２０１と、処理容器１０１Ｂを介して接続されている。また、処理容器１０１Ｂの底面側には、先に説明した成膜ガスを供給するためのガスノズル（成膜ガス供給手段）１０１Ｃが設置されている。成膜ガスは、上記のガスノズル１０１Ｃから成膜ガス供給空間１０１ａに供給される構造になっている。
【００９０】
上記の構造において、図５に示した、被処理基板Ｗが載置された搬送板１１０は、上記の搬送アーム２０１Ａにより、搬送室２０１の側から処理容器１０１内に搬入され、基板保持部１０２上に載置される。また、被処理基板Ｗに成膜が終了した後は、同様にして搬送アーム２０１Ａにより、搬送板１１０が処理容器１０１から搬送室２０１の側に搬出される。
【００９１】
また、図８は、上記の搬送室２０１に、複数の処理容器１０１（成膜装置１００）を接続して、成膜装置１０００を構成した例を模式的に示した平面図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９２】
図８を参照するに、本図に示す成膜装置１０００は、搬送板１１０が搭載されたホルダー（図示せず）が載置されるポート２０５Ａ〜２０５Ｃと、当該ホルダーの搬送エリアであるローダ２０３を有している。
【００９３】
また、ローダ２０３は、搬送板１１０が投入されるロードロック２０２Ａ，２０２Ｂに接続されており、さらにロードロック２０２Ａ，２０２Ｂは、先に図８で説明した搬送室２０１と接続されている。
【００９４】
上記の搬送室２０１には、先に示した処理容器１０１が２つ接続されている。なお、成膜装置１００の、処理容器１０１以外の構造は図示を省略している。
【００９５】
ポート２０５Ａ〜２０５Ｃのいずれかに載置された搬送板１１０（被処理基板Ｗ）は、ローダ２０３を介してロードロック２０２Ａ，またはロードロック２０２Ｂに投入される。さらに、搬送板１１０は、ロードロック室２０２Ａ，２０２Ｂのいずれかから、搬送室２０１を経て、成膜装置１００（処理容器１０１）に搬送される構造になっている。また、必要に応じて、ローダ２０３に設置された位置合わせ機構２０４を用いて、搬送板の位置合わせを行うことも可能である。
【００９６】
成膜装置１００で成膜が完了した後、搬送板１１０（被処理基板Ｗ）は、再び搬送室２０１を介してロードロック２０２Ａ，またはロードロック２０２Ｂのいずれかに搬送され、さらにローダ２０３を介してポート２０５Ａ〜２０５Ｃのいずれかに戻される。
【００９７】
このように、成膜装置１００（処理容器１０１）に、搬送室２０１などの搬送板（被処理基板）の搬送のための構造を接続して用いることで、被処理基板の成膜を連続的に、効率よく実施することが可能となる。
【００９８】
また、例えば、基板処理装置１０００は上記の構成に限定されず、様々に変形・変更することが可能である。例えば、前記搬送室２０１に接続される成膜装置１００（処理容器１０１）は、２つの場合に限定されず、例えば、３つまたは４つ接続されるようにしてもよい。さらに、搬送室２０１に、成膜装置１００以外の基板処理に係る装置を接続するようにしてもよい。このようにして、必要に応じて基板処理装置の構成を変更し、基板処理（成膜）の効率が良好となるようにすることが可能である。
【００９９】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜装置と、分解温度の高い成膜ガスを分解して安定な成膜を行うことが可能な成膜方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】エピタキシャル成長による成膜を用いて形成された半導体装置の一例である。
【図２】半導体材料の特性を比較した図である。
【図３】実施例１による成膜装置の概要を模式的に示した図である。
【図４】図３の成膜装置の処理容器内部の構造を模式的に示した断面図である。
【図５】図４の処理容器内部に設置される基板保持部を示す図である。
【図６】実施例１による成膜方法を示すフローチャートである。
【図７】処理容器に搬送室を接続する例を示す図である。
【図８】搬送室に複数の処理容器を接続した例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１  処理容器
１０１Ａ  減圧空間
１０１Ｂ  処理容器
１０１Ｃ  ガス供給手段
１０１ａ  成膜ガス供給空間
１０１ｂ  断熱空間
１０２  基板保持部
１０４  ヒータ
１０４Ａ  上流側ヒータ
１０４Ｂ  下流側ヒータ
１０４ａ  上部上流側ヒータ
１０４ｂ  下部上流側ヒータ
１０４ｃ  上部下流側ヒータ
１０４ｄ  下部下流側ヒータ
１０５  断熱材
１０６  断熱材保持構造体
１０７  電力制御手段
１０７Ａ  電源
１０８  軸部
１０９  稼働手段
１１０  搬送板
１１１  圧力計
１１２  排気ライン
１１３  圧力調整手段
１１４  排気手段
１２０  制御手段
１２１  ＣＰＵ
１２２  記憶媒体
１２３  入力部
１２４  メモリ
１２５  通信部
１２６  表示部
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ，１３０Ｅ，１３０Ｆ，１３０Ｇ，１３４  ガスライン
１３１Ａ，１３１Ｂ，１３１Ｃ，１３１Ｄ，１３１Ｅ，１３１Ｆ，１３１Ｇ，１３５  ＭＦＣ
１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃ，１３２Ｄ，１３２Ｅ，１３２Ｆ，１３２Ｇ，１３６  バルブ
１３３Ａ，１３３Ｂ，１３３Ｃ，１３３Ｄ，１３３Ｆ，１３３Ｆ，１３３Ｇ，１３７  ガス供給源
【図１】
2008159945.tif 000003
【図２】
2008159945.tif 000004
【図３】
2008159945.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008159945.tif 000007
【図６】
2008159945.tif 000008
【図７】
2008159945.tif 000009
【図８】
2008159945.tif 000010