(57)【要約】【課題】水素又は塩化水素を含むパージガス用いるとともに、ＳｉＣヒータを備える成膜装置において、ＳｉＣヒータの劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】ウエハ７０の表面にシリコン膜を成長させる成膜装置１０であって、ウエハ７０を設置可能なウエハステージ１４、１６と、ウエハステージ内に配置されており、ウエハ７０を加熱するＳｉＣヒータ４２と、ウエハ７０の被成膜面に、シリコン膜の原料ガスを供給する原料ガス供給手段６０、６２、６４と、ウエハステージ内に形成されており、ウエハの裏面と外周面の少なくとも一部に、水素または塩化水素を含むパージガスを供給するパージガス流路３２、３０、３６と、ウエハステージ内に形成されており、ＳｉＣヒータ４２に、ＳｉＣヒータ４２に対して不活性なガスを供給する不活性ガス流路４４、４８を有している。【選択図】図１
2012069559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの表面にシリコン又は炭化シリコンのエピタキシャル膜を成長させる成膜装置であって、
ウエハを設置可能なウエハステージと、
ウエハステージ内に配置されており、ウエハを加熱するＳｉＣヒータと、
ウエハの被成膜面に、エピタキシャル膜の原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
ウエハステージ内に形成されており、ウエハの裏面と外周面の少なくとも一方に、水素または塩化水素を含むパージガスを供給するパージガス流路と、
ウエハステージ内に形成されており、ＳｉＣヒータに、ＳｉＣヒータに対して不活性なガスを供給する不活性ガス流路、
を有していることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
ウエハステージ内において、パージガス流路と不活性ガス流路が分離されており、
ＳｉＣヒータが、不活性ガス流路内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
パージガス流路が、パージガスを半導体ウエハの裏面に沿って噴射するノズルを備えてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、ウエハの表面にエピタキシャル膜を成長させる成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ウエハの表面にシリコン膜を成長させる成膜装置が開示されている。この成膜装置は、サセプタと、ヒータと、原料ガス供給手段と、パージガス流路を備えている。サセプタには、ウエハが設置される。ヒータは、ウエハの裏面側に配置されており、ウエハを加熱する。原料ガス供給手段は、ウエハの被成膜面（上面）に、シリコン膜の原料を含む原料ガスを供給する。ヒータによりウエハが加熱され、原料ガス供給手段によりウエハの被成膜面に原料ガスが供給されることで、ウエハの被成膜面上で原料ガスが反応し、被成膜面上にシリコン膜が成長する。パージガス流路は、サセプタとヒータの間の空間内に形成されており、ウエハの裏面や外周面にパージガスを供給する。パージガスによって、ウエハの裏面や外周面上にシリコン膜が成長することが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７９８８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したパージガスが、ウエハの被成膜面上に流入する場合がある。したがって、パージガスは、ウエハの被成膜面における成膜反応に影響を及ぼさないガスであることが好ましい。特許文献１では、パージガスの例として、水素、アルゴン、ヘリウム及び窒素が挙げられている。このうち、アルゴン、ヘリウム、窒素は、成膜反応に用いられるガスではないので、成長する膜の特性に影響を及ぼすおそれがある。水素は、シリコン膜の原料の１つであるので、成長する膜の特性に影響を及ぼすことはない。また、特許文献１には記載されていないが、塩化水素もパージガスとして使用可能である。塩化水素は、成膜反応で生成されるガスの１つであるので、成長する膜の特性に影響を及ぼすことはない。すなわち、水素と塩化水素は、シリコン膜を成長させる際におけるパージガスとして適切である。これらは、炭化珪素（ＳｉＣ）膜を成長させる際のパージガスとしても適している。
【０００５】
一方、近年においては、ウエハをより高温まで加熱するために、加熱手段としてＳｉＣヒータ（炭化珪素により発熱体が構成されているヒータ）が用いられることが一般的となっている。ＳｉＣヒータは、１４００℃以上の耐熱性を有する。ＳｉＣヒータによれば、ウエハをより高温まで加熱することができるので、膜の成長速度を向上させることができる。また、高純度なＳｉＣは、不純物を発生させないので、不純物により成膜装置が汚染されることを防止することができる。
【０００６】
上述した特許文献１の加熱手段としてＳｉＣヒータを用い、パージガスとして水素又は塩化水素を用いると、以下の問題が生じる。すなわち、サセプタとヒータの間の空間内のパージガス流路に水素又は塩化水素を供給すると、供給された水素又は塩化水素がＳｉＣヒータと接触する。ＳｉＣヒータが高温にある場合において、ＳｉＣヒータに水素又は塩化水素が接触すると、ＳｉＣと水素又は塩化水素が反応し、ＳｉＣヒータが急速に劣化する。これによって、ＳｉＣヒータの寿命が極めて短くなるという問題が生じる。この反応を防止するために、ＳｉＣヒータの表面を、水素又は塩化水素に対して反応し難い別の材質でコーティングすることも考えられる。しかしながら、ＳｉＣと同等以上の耐熱性を有し、かつ、不純物を発生させない材質は現在のところ見当たらない。
【０００７】
以上の実情に鑑み、本明細書では、水素又は塩化水素を含むパージガス用いるとともに、ＳｉＣヒータを備える成膜装置において、ＳｉＣヒータの劣化を抑制することができる技術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】
【０００８】
本明細書が開示する成膜装置は、ウエハの表面にシリコン又は炭化珪素のエピタキシャル膜を成長させる。この成膜装置は、ウエハを設置可能なウエハステージと、ウエハステージ内に配置されており、ウエハを加熱するＳｉＣヒータと、ウエハの被成膜面に、エピタキシャル膜の原料を含む原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、ウエハステージ内に形成されており、ウエハの裏面と外周面の少なくとも一方に、水素または塩化水素を含むパージガスを供給するパージガス流路と、ウエハステージ内に形成されており、ＳｉＣヒータに、ＳｉＣヒータに対して不活性なガスを供給する不活性ガス流路を有している。
【０００９】
なお、ウエハの被成膜面とは、ウエハがウエハステージ上に設置されたときに、ウエハステージと反対側に位置するウエハの表面を意味する。また、ウエハの裏面とは、被成膜面と反対側の面を意味する。
【００１０】
この成膜装置では、ＳｉＣヒータによって、ウエハステージに設置されたウエハが加熱される。また、原料ガス供給手段によって、ウエハの被成膜面に原料ガスが供給される。したがって、ウエハの被成膜面上において原料ガスが反応し、被成膜面上にエピタキシャル膜が成長する。また、ウエハの裏面と外周面の少なくとも一方には、パージガス流路によってパージガスが供給される。パージガスによって、ウエハの裏面や外周面上にエピタキシャル膜が成長することが防止される。また、この半導体装置では、不活性ガスをＳｉＣヒータに供給する不活性ガス流路が、ウエハステージ内に形成されている。不活性ガスはＳｉＣヒータに対して不活性であるので、不活性ガスはＳｉＣヒータと反応しない。また、ＳｉＣヒータに不活性ガスが供給されることで、パージガスがＳｉＣヒータの周囲に流入することが抑制される。これによって、パージガスがＳｉＣヒータと反応することが抑制され、ＳｉＣヒータの劣化が抑制される。
【００１１】
上述した成膜装置は、ウエハステージ内においてパージガス流路と不活性ガス流路が分離されており、ＳｉＣヒータが不活性ガス流路内に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、パージガスがＳｉＣヒータの周囲に流入することを防止することができる。したがって、パージガスによるＳｉＣヒータの劣化を防止することができる。
【００１２】
上述した成膜装置は、パージガス流路が、パージガスを半導体ウエハの裏面に沿って噴射するノズルを備えていることが好ましい。
このような構成によれば、パージガスが半導体ウエハの裏面に沿って噴射されることによって、ベルヌーイ効果によりウエハがウエハステージに吸着される。これによって、ウエハをより確実にウエハステージに固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】成膜装置１０の概略断面図。
【図２】変形例の成膜装置１０の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施例に係る成膜装置の特徴を以下に列記する。
（特徴１）  サセプタのウエハが設置される位置の直下に、第１空間が形成されている。第１空間はサセプタの上面に開口している。ウエハ載置部にウエハが載置されると、開口が塞がれる。第１空間は、パージガス流路の一部を構成している。
（特徴２）第１空間の直下に、第２空間が形成されている。第２空間は、分離板によって第１空間から分離されている。第２空間内には、ＳｉＣヒータが設置されている。第２空間は、不活性ガス流路の一部を構成している。
（特徴３）分離板は、ＳｉＣにより構成されている。
（特徴４）ＳｉＣヒータはＳｉＣからなる発熱体に通電することで発熱体を昇温させる。
【実施例】
【００１５】
図１は、実施例に係る成膜装置１０の概略断面図を示している。成膜装置１０は、シリコンウエハ７０の表面にシリコンのエピタキシャル層を成長させる。図１に示すように、成膜装置１０は、チャンバ１２を備えている。チャンバ１２の底面には、排気管２８が接続されている。排気管２８の他端は、図示しない排気ポンプに接続されている。排気ポンプを作動させることで、チャンバ１２内のガスをチャンバ１２外へ排気することができる。チャンバ１２内には、サセプタ１４とサセプタ支持部材１６を備えるウエハステージが設置されている。
【００１６】
サセプタ支持部材１６は、筒状の部材である。サセプタ支持部材１６は、直径が大きい大径部と、大径部の下側に形成されており、直径が小さい軸部１８を備えている。チャンバ１２の底部には、軸受部２０が形成されている。軸部１８は軸受部２０に挿入されている。これによって、サセプタ支持部材１６は、図１の矢印８０に示すように回転可能にチャンバ１２に取り付けられている。サセプタ支持部材１６は、図示しない駆動装置によって回転させることができる。サセプタ１４は、サセプタ支持部材１６の最上部に取り付けられている。サセプタ１４は、サセプタ支持部材１６と共に回転する。
【００１７】
サセプタ１４とサセプタ支持部材１６に囲まれた空間内には、上部空間３０と下部空間４０が形成されている。上部空間３０と下部空間４０は、これらの間に配置された分離板５０によって仕切られている。サセプタ１４とサセプタ支持部材１６に囲まれた空間内では、上部空間３０と下部空間４０は連通していない。
【００１８】
サセプタ１４の上面には、シリコンウエハ７０が載置される載置面１４ａが形成されている。上部空間３０は、載置面１４ａの中央に開口している。載置面１４ａにシリコンウエハ７０が載置されると、開口が閉じられる。サセプタ１４とサセプタ支持部材１６に囲まれた空間内には、軸部１８の中心に沿って伸びるパージガス供給管３２が設置されている。パージガス供給管３２は分離板５０を貫通しており、パージガス供給管３２の先端は上部空間３０内に位置している。パージガス供給管３２の先端には、サセプタ１４の半径方向に沿ってガスを噴射するノズルが形成されている。パージガス供給管３２の基端は、パージガス供給装置３４に接続されている。パージガス供給装置３４は、パージガス供給管３２内にパージガス（本実施例では、水素ガス）を供給する。サセプタ１４とサセプタ支持部材１６の外周壁には、上部空間３０とその外部の空間とを連通する流路３６が形成されている。流路３６は、サセプタ１４とサセプタ支持部材１６の半径方向に伸びている。パージガス供給装置３４により供給されるパージガスは、パージガス供給管３２、上部空間３０、及び、流路３６を通って、チャンバ１２内へ流れる。すなわち、サセプタ１４とサセプタ支持部材１６に囲まれた空間内には、パージガス供給管３２、上部空間３０、及び、流路３６によって、パージガスをシリコンウエハ７０の裏面に供給するパージガス流路が形成されている。
【００１９】
下部空間４０内には、ＳｉＣヒータ４２が設置されている。ＳｉＣヒータ４２は、ＳｉＣからなる発熱体を備えている。発熱体は、中央に貫通孔が形成された略ドーナツ形状を備えている。発熱体は、中央の貫通孔にパージガス供給管３２が挿通された状態で、下部空間４０内に設置されている。ＳｉＣヒータ４２を作動させると、発熱体に電流が流れて、発熱体が発熱する。下部空間４０内には、不活性ガス供給管４４が設置されている。不活性ガス供給管４４は、先端をＳｉＣヒータ４２に向けた状態で設置されている。不活性ガス供給管４４の基端は、不活性ガス供給装置４６に接続されている。不活性ガス供給装置４６は、不活性ガス供給管４４内に、ＳｉＣに対して不活性な不活性ガス（本実施例では、アルゴン）を供給する。サセプタ支持部材１６の底壁には、下部空間４０とその外部の空間とを連通する流路４８が形成されている。不活性ガス供給装置４６により供給される不活性ガスは、不活性ガス供給管４４、下部空間４０、及び、流路４８を通って、チャンバ１２内へ流れる。すなわち、サセプタ１４とサセプタ支持部材１６に囲まれた空間内には、不活性ガス供給管４４、下部空間４０、及び、流路４８によって、不活性ガスをＳｉＣヒータ４２に供給する不活性ガス流路が形成されている。
【００２０】
チャンバ１２の最上部には、シャワーヘッド６０が設置されている。シャワーヘッド６０は、チャンバ１２内に連通する多数の噴射孔を備えている。シャワーヘッド６０には、原料ガス供給管６２が接続されている。原料ガス供給管６２の基端には、原料ガス供給装置６４が接続されている。原料ガス供給装置６４は、原料ガス供給管６２内に、シリコン膜の原料ガス（本実施例では、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）と水素（Ｈ２）とホスフィン（ＰＨ３）の混合ガス）を供給する。なお、トリクロロシランと水素は、シリコンウエハ７０の表面で互いに反応してシリコン膜を形成するガスであり、ホスフィンは、形成するシリコン膜中にリンをドーピングするためのドーパントガスである。なお、他の不純物をドーピングする場合にはドーパントガスを適宜変更することができる。例えば、ボロンをドーピングする場合には、ホスフィンに換えて、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）をドーピングガスに用いることができる。原料ガス供給装置６４が供給する原料ガスは、原料ガス供給管６２とシャワーヘッド６０内を通って、噴射孔からチャンバ１２内へ噴射される。
【００２１】
次に、成膜装置１０によって、シリコンウエハ７０の表面にシリコン膜をエピタキシャル成長させる成膜処理について説明する。
成膜処理を行う際には、最初に、サセプタ１４の載置面１４ａ上にシリコンウエハ７０を載置する。これによって、上部空間３０の開口がシリコンウエハ７０によって塞がれる。次に、排気ポンプを作動させて、チャンバ１２内を減圧する。以後、排気ポンプを継続して作動させて、チャンバ１２内を減圧した状態に維持する。次に、原料ガス供給装置６４からキャリアガス（水素）を流し、排気管２８の下部に設置されている図示していない圧力調整バルブでチャンバ１２内の圧力を所定圧力に調整する。
【００２２】
次に、パージガス供給装置３４と不活性ガス供給装置４６を作動させる。パージガス供給装置３４を作動させると、パージガスが、パージガス供給管３２から上部空間３０内に噴射される。これにより、上部空間３０内がパージガスで満たされる。上部空間３０内のパージガスは、流路４８を通って外部に排出され、排気管２８からチャンバ１２外へ排出される。なお、この際に、上部空間３０内の圧力を、チャンバ１２内の圧力以下となるように調整する。不活性ガス供給装置４６を作動させると、不活性ガスが、不活性ガス供給管４４から下部空間４０内に噴射される。これにより、下部空間４０内が不活性ガスで満たされる。下部空間４０内の不活性ガスは、流路４８を通ってサセプタ１４の外部に排出され、排気管２８からチャンバ１２外へ排出される。なお、この際に、下部空間４０内の圧力を、チャンバ１２内の圧力より高くなるように調整する。これによって、チャンバ１２から下部空間４０内にガスが流入しないようにする。パージガス供給装置３４と不活性ガス供給装置４６は、以後、継続して動作させる。
【００２３】
次に、図示しない駆動装置を作動させて、サセプタ支持部材１６を介して、サセプタ１４を高速回転させる。また、ＳｉＣヒータ４２を作動させる。ＳｉＣヒータ４２が昇温すると、ＳｉＣヒータ４２からの熱が、分離板５０を介してシリコンウエハ７０に伝わる。これによって、シリコンウエハ７０が加熱される。また、原料ガス供給装置６４を作動させる。原料ガス供給装置６４を作動させると、原料ガスが、シャワーヘッド６０からチャンバ１２内に噴射される。原料ガスは、図１の矢印８２に示すように、シャワーヘッド６０からシリコンウエハ７０の被成膜面に向けて噴射される。シリコンウエハ７０は高速回転しているので、シリコンウエハ７０の被成膜面に到達した原料ガスは、図１の矢印８４に示すように、被成膜面に沿ってシリコンウエハ７０の外周側に向かって流れる。外周まで到達した原料ガスは、チャンバ１２内を下側に向かって流れ、排気管２８からチャンバ１２外に排出される。原料ガスがシリコンウエハ７０の被成膜面に沿って流れているときには、原料ガスがシリコンウエハ７０によって加熱される。これによって、原料ガス、すなわち、トリクロロシランと水素が、以下の反応式に示す成膜反応を起こす。
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ
上記成膜反応により生成されるシリコンは、シリコンウエハ７０の被成膜面に固着する。これにより、被成膜面上にシリコン膜がエピタキシャル成長する。また、シリコン膜が成長する際には、ホスフィン中のリンがシリコン膜中に取り込まれる。このため、成長するシリコン膜はｎ型のシリコン膜となる。また、上記の反応式に示すように、反応後には副生成物として塩化水素（ＨＣｌ）のガスが生成される。
【００２４】
上述したように、成膜時には、上部空間３０内がパージガスで満たされている。このため、シリコンウエハ７０の裏面側に原料ガスがまわり込むことが抑制される。これによって、シリコンウエハ７０の裏面にシリコン膜が成長することが抑制される。また、パージガス供給管３２は、シリコンウエハ７０の裏面に沿ってパージガスを噴射する。このようにパージガスが噴射されることで、ベルヌーイ効果によってシリコンウエハ７０がサセプタ１４に吸着固定される。これによって、シリコンウエハ７０がサセプタ１４上で動くことが防止される。また、流路３６から上部空間３０の外部に排出されたパージガスの一部が、シリコンウエハ７０の被成膜面側に流れる場合がある。しかしながら、パージガスは水素であり、上述したように原料ガス中には水素が含まれている。したがって、被成膜面上にパージガスが到達しても、成長する膜の特性に影響を及ぼすことはない。
【００２５】
また、上述したように、成膜時には、下部空間４０内が不活性ガスで満たされている。このため、ＳｉＣヒータ４２の周囲にパージガスが流入することが防止される。不活性ガスは、ＳｉＣに対して不活性である。このため、ＳｉＣヒータ４２の周囲が不活性ガスで満たされた状態で、ＳｉＣヒータ４２を昇温させても、ＳｉＣヒータ４２はガスと反応しない。これにより、ＳｉＣヒータ４２がパージガスと反応することが防止される。したがって、ＳｉＣヒータ４２の劣化を防止することができる。
【００２６】
以上に説明したように、この成膜装置１０では、ＳｉＣヒータ４２の周囲が不活性ガスで満たされることにより、パージガスがＳｉＣヒータ４２の周囲に流入することが防止される。したがって、パージガスとの反応によるＳｉＣヒータ４２の劣化を防止することができる。このため、ＳｉＣヒータ４２を従来よりも高温（例えば、１４００℃以上）まで昇温させることができる。これにより、シリコンウエハ７０をより高温に加熱し、シリコン膜の成長速度を向上させることができる。
【００２７】
なお、上述した実施例では、パージガスとして水素を用いたが、塩化水素を用いてもよい。上記反応式に示されるように、シリコンウエハ７０の被成膜面で成膜反応が生じると、塩化水素が生成される。このように、塩化水素は被成膜面近傍に存在しているので、パージガスとして供給された塩化水素が被成膜面に到達しても、成長する膜の特性に悪影響を及ぼすことがない。また、上部空間３０内に塩化水素を供給することによっても、シリコンウエハ７０の裏面側に原料ガスが流入することを抑制し、裏面へのシリコン膜の成長を抑制することができる。特に、塩化水素はシリコンをエッチングするので、裏面へのシリコン膜の成長をより抑制することができる。また、水素と塩化水素の両方を含むガスをパージガスとして用いることもできる。
【００２８】
また、上述した実施例では、上部空間３０と下部空間４０が分離板５０により分離されていたが、分離板５０が存在せず、上部空間３０と下部空間４０が繋がっていてもよい。このような構成でも、ＳｉＣヒータ４２の周囲に不活性ガスが供給することで、パージガスがＳｉＣヒータ４２の周囲に流入することを抑制することができる。これにより、ＳｉＣヒータ４２の劣化を抑制することができる。また、分離板５０を取り除くことで、ＳｉＣヒータ４２によりシリコンウエハ７０を直接加熱できるため、加熱効率を向上させることができる。
【００２９】
また、上述した実施例では、原料ガスとしてトリクロロシランと水素の混合ガスを用いたが、他のガスを用いてもよい。例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）と水素の混合ガスを用いてもよい。
【００３０】
また、上述した実施例では、シリコンウエハ上にシリコン膜を成長させる処理について説明したが、実施例の技術は炭化珪素ウエハ上に炭化珪素膜を成長させる処理にも適用することができる。この場合には、原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）に、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、または、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等を適宜混合したガスを用いることができる。この場合にも、パージガスとして水素または塩化水素を用いれば、パージガスが被成膜面に到達しても成長する膜の特性に影響を及ぼすことがない。
【００３１】
また、上述した実施例では、パージガスをシリコンウエハ７０の裏面に供給した。しかしながら、図２に示すように、パージガスがシリコンウエハ７０の外周面に供給されるようにパージガス流路が形成されていてもよい。なお、図２では、図１と対応する部分について図１と同じ参照番号を付している。図２では、パージガス供給管３２から供給されるパージガスが、流路１３０を通ってシリコンウエハ７０の外周面に供給される。このような構成でも、シリコンウエハ７０の外周面や裏面にシリコン膜が成長することを抑制することができる。また、シリコンウエハの裏面と外周面の両方にパージガスを供給してもよい。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０：成膜装置
１２：チャンバ
１４：サセプタ
１４ａ：載置面
１６：サセプタ支持部材
１８：軸部
２０：軸受部
２８：排気管
３０：上部空間
３２：パージガス供給管
３４：パージガス供給装置
３６：流路
４０：下部空間
４２：ＳｉＣヒータ
４４：不活性ガス供給管
４６：不活性ガス供給装置
４８：流路
５０：分離板
６０：シャワーヘッド
６２：原料ガス供給管
６４：原料ガス供給装置
７０：シリコンウエハ
【図１】
2012069559.tif 000003
【図２】
2012069559.tif 000004