(57)【要約】【課題】成膜処理が行われる基板の周囲に余剰の薄膜が形成されるのを抑制することのできる成膜装置および成膜方法を提供する。【解決手段】エピタキシャル成長装置１００は、チャンバ１と、チャンバ１に反応ガス４を供給する反応ガス貯蔵部２９と、チャンバ１に載置される基板７を保持するサセプタ８と、サセプタ８の下方から基板７を加熱するヒータ９と、サセプタ８を上部で支持し、内部にヒータ９を配置する回転筒１７と、チャンバ１の下部に配置されて、回転筒１７を回転させる回転軸１６と、回転筒１７を包囲するように配置されて、ヒータ９からの熱を反射する反射リング１８と、回転筒１７と反射リング１８の間に不活性ガスを供給する不活性ガス貯蔵部２８とを有する。反射リング１８の上端は、基板７の表面およびサセプタ８の上端のいずれよりも高い。【選択図】図１
2013207196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、
前記反応室に成膜処理のための反応ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記反応室に載置される基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の下方から前記基板を加熱する加熱部と、
前記基板保持部を上部で支持し、内部に前記加熱部を配置する回転筒と、
前記反応室の下部に配置されて、前記回転筒を回転させる回転軸と、
前記回転筒を包囲するように配置されて、前記加熱部からの熱を反射する反射部と、
前記回転筒と前記反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第２のガス供給部とを有し、
前記反射部の上端が、前記基板の表面および前記基板保持部の上端のいずれよりも高いことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記反応室にエッチングガスを供給する第３のガス供給部と、
前記第２のガス供給部からのガスの流量を、前記第１のガス供給部から前記反応室に前記反応ガスが供給されているときよりも、前記第３のガス供給部から前記反応室に前記エッチングガスが供給されているときの方が少なくなるように制御する制御部とを有す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】
反応室と、
前記反応室に成膜処理のための反応ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記反応室に載置される基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部の下方から前記基板を加熱する加熱部と、
前記基板保持部を上部で支持し、内部に前記加熱部を配置する回転筒と、
前記反応室の下部に配置されて、前記回転筒を回転させる回転軸と、
前記回転筒を包囲するように配置されて、前記加熱部からの熱を反射する反射部と、
前記回転筒と前記反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第２のガス供給部と、
前記回転筒または前記反射部のいずれか一方を昇降する昇降部とを有することを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記反応室にエッチングガスを供給する第３のガス供給部と、
前記第１のガス供給部から前記反応室に前記反応ガスが供給されているときと、前記第３のガス供給部から前記反応室に前記エッチングガスが供給されているときとで、前記第２のガス供給部からのガスの流量を変える制御部とを有することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
回転筒の上部に配置された基板支持部に基板を載置し、前記回転筒の内部に配置された加熱部によって前記基板を加熱するとともに、前記加熱部からの熱を反射する反射部を前記回転筒を包囲するように配置して、前記回転筒を回転させながら、前記基板の上に反応ガスを、前記回転筒と前記反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスをそれぞれ供給して、前記基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
前記反射部の上端を、前記基板の表面および前記基板保持部の上端のいずれよりも高く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】
従来より、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）など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には、エピタキシャル成長技術が利用されている。
【０００３】
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成膜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。）。
【０００４】
特許文献１では、ウェハを支持するリング状のサセプタがサセプタ支えに嵌着されており、サセプタ支えに接続する回転軸が回転することによって、ウェハが回転する。サセプタは、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハの外周部を受け入れる構造となっている。反応室内に導入された反応ガスとキャリアガスとの混合ガスは、ウェハの回転に伴う遠心力によって、ウェハの上面中心部から放射状に流れて外周部に掃き出された後、排気口を通じて反応室の外部へ排出される。
【０００５】
反応室内でエピタキシャル成長反応を行うと、ウェハの表面だけでなくサセプタの表面にも反応ガスに起因する薄膜が形成される。そして、反応室内に新たに搬入されたウェハに対してエピタキシャル成長反応を行うと、この薄膜の上にさらなる薄膜の形成が起こりやすい。こうしたことが繰り返されると、サセプタ上に形成された薄膜によってウェハがサセプタに接着されたような状態となってしまい、エピタキシャル膜形成後にウェハを反応室から搬出する際の妨げとなる。
【０００６】
また、ウェハは所定の温度に加熱される必要があるが、その温度管理はサセプタの温度測定によって行われる。その場合、サセプタの温度は、一般に、サセプタから反応室の透過窓を透過した放射光の輝度温度を放射温度計で測定することで把握される。しかしながら、サセプタ上に上記の薄膜があると、測定結果が変動して正確な温度測定ができないことがあった。
【０００７】
そこで、サセプタ上に形成された薄膜をエッチングにより除去することが行われている。かかるエッチングは、１回のエピタキシャル成長反応を終える都度や、所定回数のエピタキシャル成長反応を終える都度行われ、その度にサセプタ上に形成された薄膜が除去される。しかしながら、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚が大きくなれば、サセプタ上に形成される膜の膜厚も大きくなるので、エッチングに要する時間が長くなる。その結果、エピタキシャルウェハの製造工程に要する時間も長くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
本発明は、こうした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、エピタキシャル成長反応などの成膜処理の過程で、成膜処理が行われる基板の周囲に余剰の薄膜が形成されるのを抑制することのできる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００１０】
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】
【００１１】
本発明の第１の態様は、反応室と、
反応室に成膜処理のための反応ガスを供給する第１のガス供給部と、
反応室に載置される基板を保持する基板保持部と、
基板保持部の下方から基板を加熱する加熱部と、
基板保持部を上部で支持し、内部に加熱部を配置する回転筒と、
反応室の下部に配置されて、回転筒を回転させる回転軸と、
回転筒を包囲するように配置されて、加熱部からの熱を反射する反射部と、
回転筒と反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第２のガス供給部とを有し、
反射部の上端が、基板の表面および基板保持部の上端のいずれよりも高いことを特徴とする成膜装置に関する。
【００１２】
本発明の第１の態様は、反応室にエッチングガスを供給する第３のガス供給部と、
第２のガス供給部からのガスの流量を、第１のガス供給部から反応室に反応ガスが供給されているときよりも、第３のガス供給部から反応室にエッチングガスが供給されているときの方が少なくなるように制御する制御部とを有することが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、反応室と、
反応室に成膜処理のための反応ガスを供給する第１のガス供給部と、
反応室に載置される基板を保持する基板保持部と、
基板保持部の下方から基板を加熱する加熱部と、
基板保持部を上部で支持し、内部に加熱部を配置する回転筒と、
反応室の下部に配置されて、回転筒を回転させる回転軸と、
回転筒を包囲するように配置されて、加熱部からの熱を反射する反射部と、
回転筒と反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスを供給する第２のガス供給部と、
回転筒または反射部のいずれか一方を昇降する昇降部とを有することを特徴とする成膜装置に関する。
【００１４】
本発明の第２の態様は、反応室にエッチングガスを供給する第３のガス供給部と、
第１のガス供給部から反応室に反応ガスが供給されているときと、第３のガス供給部から反応室にエッチングガスが供給されているときとで、第２のガス供給部からのガスの流量を変える制御部とを有することが好ましい。
【００１５】
本発明の第３の態様は、回転筒の上部に配置された基板支持部に基板を載置し、回転筒の内部に配置された加熱部によって基板を加熱するとともに、加熱部からの熱を反射する反射部を回転筒を包囲するように配置して、回転筒を回転させながら、基板の上に反応ガスを、回転筒と反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスをそれぞれ供給して、基板の上に所定の膜を形成する成膜方法において、
反射部の上端を、基板の表面および基板保持部の上端のいずれよりも高くすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、反射部の上端が、基板の表面および基板保持部の上端のいずれよりも高いので、基板の周囲に余剰の薄膜が形成されるのを抑制することのできる成膜装置が提供される。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、回転筒または反射部のいずれか一方を昇降する昇降部を有するので、基板の周囲に余剰の薄膜が形成されるのを抑制することのできる成膜装置が提供される。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、反射部の上端を、基板の表面および基板保持部の上端のいずれよりも高くするので、基板の周囲に余剰の薄膜が形成されるのを抑制することのできる成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１のエピタキシャル成長装置の模式的な断面図である。
【図２】図１のエピタキシャル成長装置の一部拡大図である。
【図３】実施の形態１の比較例となるエピタキシャル成長装置の一部拡大断面図である。
【図４】図３のエピタキシャル成長装置において、基板とサセプタの各表面における反応ガスの濃度分布を模式的に示したものである。
【図５】実施の形態１のエピタキシャル成長装置において、基板とサセプタの各表面における反応ガスの濃度分布を模式的に示したものである。
【図６】基板の中心からの距離とエピタキシャル膜の成長速度との関係を、反射リングの上端面と、基板の表面との高さを変えてシミュレーションした結果の一例である。
【図７】基板の中心からの距離とエピタキシャル膜の成長速度との関係を、反射リングの上端面と、基板の表面との高さを変えてシミュレーションした結果の他の例である。
【図８】実施の形態２のエピタキシャル成長装置の模式的な断面図である。
【図９】図８で反射リングが下降した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態の成膜装置の一例となるエピタキシャル成長装置の模式的な断面図である。尚、この図では、説明のために必要な構成以外を省略している。また、縮尺についても、各構成部を明確に視認できるよう原寸大のものとは変えている。以下に示す図２〜図５、図８および図９においても同様である。
【００２１】
図１において、エピタキシャル成長装置１００は、基板７の表面に所定のエピタキシャル膜を形成する。エピタキシャル膜としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）膜、ＧａＮ（窒化ガリウム）膜、ＡｌＧａＮ（窒化アルミガリウム）膜またはＡｌＮ（窒化アルミ）膜などが好適である。
【００２２】
図１に示すように、エピタキシャル成長装置１００は、反応室としてのチャンバ１を有する。チャンバ１は、ベースプレート１０１の上にベルジャ１０２が配置された構造を有する。ベースプレート１０１の上には、ベースプレート１０１の全面を被覆する形状と大きさを備えたベースプレートカバー１０３が設置されている。ベースプレートカバー１０３は、例えば、ＳｉＯ２（石英）からなるものとすることができる。ベースプレート１０１とベルジャ１０２は、フランジ１０によって連結されており、フランジ１０はパッキン１１でシールされている。ベースプレート１０１は、例えば、ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ；ステンレス鋼）からなるものとすることができる。
【００２３】
エピタキシャル成長反応の際には、チャンバ１内が極めて高い温度になる。そこで、チャンバ１の冷却を目的として、ベルジャ１０２の内部には、冷却水の流路３が設けられている。
【００２４】
ベルジャ１０２には、反応ガス４を導入する供給口５が設けられている。また、供給口５には、反応ガス供給管３２を介して反応ガス貯蔵部２９が接続している。反応ガス貯蔵部２９は、図示されない原料ガス貯蔵部とキャリアガス貯蔵部を有しており、これらの貯蔵部から排出されたガスが混合され、反応ガス４として供給される。尚、反応ガス貯蔵部２９からは、キャリアガスのみが供給されることも可能である。チャンバ１への反応ガス４の供給は、バルブ３３の開閉によって行われる。バルブ３３の開閉は、制御部２６によって制御される。尚、供給口５、反応ガス供給管３２、反応ガス貯蔵部２９およびバルブ３３は、本発明における第１のガス供給部を構成する要素の例である。
【００２５】
エピタキシャル成膜装置１００では、基板７への成膜処理と、サセプタ８上に形成された薄膜除去のためのエッチング処理とが、同じチャンバ１内で行われる。このため、供給口５には、エッチングガスを導入するエッチングガス貯蔵部３４が、エッチングガス供給管３５を介して接続している。チャンバ１へのエッチングガスの供給は、バルブ３６の開閉によって行われる。バルブ３６の開閉も、制御部２６によって制御される。尚、供給口５、エッチングガス供給管３５、エッチングガス貯蔵部３４およびバルブ３６は、本発明における第３のガス供給部を構成する要素の例である。
【００２６】
ベースプレート１０１には排気口６が設けられており、排気口６を通じて、反応後や未反応の反応ガス４あるいはエッチングガスなどがチャンバ１の外部へ排出される。
【００２７】
排気口６は、フランジ１３によって配管１２と連結している。また、フランジ１３は、パッキン１４でシールされている。尚、パッキン１１およびパッキン１４には、３００℃程度の耐熱温度を有するフッ素ゴムなどが用いられる。
【００２８】
チャンバ１の内部には、中空筒状のライナ２が配置されている。ライナ２は、チャンバ１の内壁１ａと、基板７上へのエピタキシャル成長反応が行われる空間Ａとを仕切る目的で設けられる。これにより、チャンバ１の内壁１ａが反応ガス４で腐食されるのを防ぐことができる。エピタキシャル成長反応は高温下で行われるので、ライナ２は、高い耐熱性を備える材料によって構成される。例えば、ＳｉＯ２（石英）、ＳｉＣ（炭化珪素）部材またはカーボンにＳｉＣ（炭化珪素）をコートして構成された部材の使用が可能である。
【００２９】
本実施の形態では、便宜上、ライナ２を胴部２ａと頭部２ｂの２つの部分に分けて称する。胴部２ａは、内部にサセプタ８が配置される部分であり、頭部２ｂは、胴部２ａより内径の小さい部分である。胴部２ａと頭部２ｂは、一体となってライナ２を構成しており、頭部２ｂは胴部２ａの上方に位置する。
【００３０】
頭部２ｂの上部開口部には、整流板であるシャワープレート１５が設けられている。シャワープレート１５は、基板７の表面に反応ガス４を均一に供給する機能を有する。このため、シャワープレート１５には、複数個の貫通孔１５ａが設けられており、供給口５からチャンバ１に導入された反応ガス４は、貫通孔１５ａを通って基板７の方へ流下する。頭部２ｂの内径は、胴部２ａの内径と同じであってもよいが、反応ガス４を無駄に拡散することなく、効率よく基板７の表面に到達させる点からは、頭部２ｂの内径は胴部２ａより小さく設計されることが好ましい。具体的には、頭部２ｂの内径は、貫通孔１５ａの位置と基板７の大きさを考慮して決められる。
【００３１】
基板７を保持する基板保持部としてのサセプタ８は、胴部２ａに配置される。例えば、基板７の上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる場合、基板７は１５００℃以上の高温にする必要がある。このため、サセプタ８には高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。
【００３２】
サセプタ８は、その内周側に設けられた座ぐり内に基板７の外周部を受け入れる構造となっている。サセプタ８の形状は、特に限定されるものではなく、リング状や円盤状などから適宜選択して用いられる。例えば、ウェハの外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部と、第１のサセプタ部の開口部に密嵌される円盤状の第２のサセプタ部とからなる構造とすることができる。また、図１に示すように、リング状のサセプタ部のみであって、第２のサセプタ部を有しない構造とすることもできる。尚、この構造を特にホルダと称して、サセプタと区別する場合もあるが、本願明細書では、ホルダを含めてサセプタと総称する。
【００３３】
ライナ２の胴部２ａには、回転軸１６と、回転軸１６の上端に設けられた回転筒１７とが配置されている。サセプタ８は、回転筒１７に取り付けられており、回転軸１６が回転すると、回転筒１７を介してサセプタ８が回転するようになっている。エピタキシャル成長反応時においては、基板７をサセプタ８上に載置することにより、サセプタ８の回転とともに基板７が回転する。
【００３４】
基板７の加熱は、回転筒１７の内部に配置されたヒータ９によって行われる。ヒータ９は、抵抗加熱型のヒータとすることができ、円盤状のインヒータ９ａと、リング状のアウトヒータ９ｂとを有する。インヒータ９ａは、基板７に対応する位置に配置される。アウトヒータ９ｂは、インヒータ９ａの上方であって、基板７の外周部に対応する位置に配置される。基板７の外周部は中央部に比べて温度が低下しやすいため、アウトヒータ９ｂを設けることで外周部の温度低下を防ぐことができる。
【００３５】
インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂは、アーム形状をした導電性のブースバー２０によって支持されている。ブースバー２０は、例えば、カーボンをＳｉＣで被覆してなる部材によって構成される。また、ブースバー２０は、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂを支持する側とは反対の側で、石英製のヒータベース２１によって支持されている。そして、モリブデンなどの金属からなる導電性の連結部２２によって、ブースバー２０と電極棒２３が連結されることにより、電極棒２３からインヒータ９ａとアウトヒータ９ｂへ給電が行われる。具体的には、電極棒２３からこれらのヒータ（９ａ、９ｂ）の発熱体に通電がされて発熱体が昇温する。尚、インヒータ９ａ、アウトヒータ９ｂ、ブースバー２０、ヒータベース２１、連結部２２および電極棒２３によって、本発明の加熱部が構成される。
【００３６】
基板７の表面温度は、放射温度計２４ａ、２４ｂによって測定される。図１において、放射温度計２４ａは、基板７の中央部付近の温度を測定するのに用いられる。一方、放射温度計２４ｂは、基板７の外周部の温度を測定するのに用いられる。これらの放射温度計は、図１に示すように、チャンバ１の上部に設けることができる。この場合、ベルジャ１０２の上部とシャワープレート１５を透明な石英製とすることにより、放射温度計２４ａ、２４ｂによる温度測定がこれらによって妨げられないようにすることができる。測定した温度データは、図示しない制御機構に送られ、インヒータ９ａとアウトヒータ９ｂの各出力制御にフィードバックすることができる。
【００３７】
本実施の形態のエピタキシャル成長装置１００は、回転筒１７の外側に、回転筒１７を取り囲むようにして反射リング１８が設けられている。尚、反射リング１８は、本発明における反射部である。反射リング１８を設けることにより、ヒータ９からの熱が反射リング１８で反射されて、サセプタ８上に載置された基板７への加熱効率が向上する。また、回転筒１７の外部への熱伝導を抑制して、周辺部材が熱劣化するのを低減することもできる。
【００３８】
回転筒１７と反射リング１８の間には、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスの流路であるガス流路１９が設けられている。尚、不活性ガスに代えて、Ｈ２（水素）ガスの流路としてもよい。
【００３９】
不活性ガスは、供給口２５を通じて、ガス流路１９へ供給される。そして、ガス流路１９を通り、サセプタ８と反射リング１８の隙間からチャンバ１の上方へ向かって抜け出る。
【００４０】
供給口２５には、不活性ガス供給管３０が接続している。不活性ガス貯蔵部２８には、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスが貯蔵されている。尚、不活性ガスに代えて、Ｈ２（水素）ガスの貯蔵部としてもよい。ガス流路１９へのガスの供給は、バルブ３１の開閉によって行われる。バルブ３１の開閉は、制御部２６によって制御される。尚、供給口２５、不活性ガス供給管３０、不活性ガス貯蔵部２８およびバルブ３１は、本発明における第２のガス供給部を構成する要素の例である。
【００４１】
上述したように、本実施の形態では、基板７への成膜処理と、サセプタ８上に形成された薄膜除去のためのエッチング処理とが、同じチャンバ１内で行われる。そして、ガス流路１９への不活性ガスの供給は、成膜処理およびエッチング処理のいずれにおいても行われる。これは、反応ガス４やエッチングガスが、回転筒１７と反射リング１８の間に入り込んで、周辺の部材を腐食するのを防ぐためである。
【００４２】
成膜処理の際、供給口５からチャンバ１に反応ガス４が導入されると、この反応ガス４は、図１の矢印で示すように、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通って下方へ流下する。
【００４３】
図２は、図１の一部拡大図である。図２に示すように、基板７が回転していることによって、反応ガス４は基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達した反応ガス４は、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たな反応ガス４が次々と接触する。そして、基板７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。
【００４４】
尚、エピタキシャル成長装置１００では、図１に示すように、基板７の外周部からライナ２までの距離を狭くして、基板７の表面における反応ガス４の流れがより均一になるようにしている。
【００４５】
エピタキシャル成長装置１００においては、チャンバ１内でエピタキシャル成長反応を行うと、基板７の表面だけでなく、サセプタ８の表面にも反応ガス４に起因する薄膜が形成される。この状態で、チャンバ１内に別の基板７を搬入してエピタキシャル成長反応を行うと、先の薄膜の上にさらなる薄膜の形成が起こりやすい。こうしたことが繰り返されると、サセプタ８上に形成された薄膜によって基板７がサセプタ８に接着されたような状態となってしまい、エピタキシャル膜形成後に基板７をチャンバ１から搬出する際の妨げとなる。また、剥がれた薄膜によってエピタキシャル膜に欠陥を生じ、製品の歩留まりを低下させる要因ともなる。
【００４６】
そこで、本発明者は、サセプタ８上に反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのを抑制するには、サセプタ８上での反応ガス４の濃度を低くするのが有効であると考え、本発明に至った。これは、具体的には、反射リング１８の上端面と、基板７の表面およびサセプタ８の上端面との相対的位置関係を調整することで達成される。
【００４７】
本実施の形態では、反射リング１８の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高いことを特徴とする。かかる特徴による効果について、比較例を用いて説明する。
【００４８】
図３は、本実施の形態の比較例となるエピタキシャル成長装置の一部拡大断面図である。尚、図３において、図１および図２と同じ符号を付した部分は、同じものであることを示している。
【００４９】
図３のエピタキシャル成長装置１００’は、反射リング１８’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低い点で、本実施の形態のエピタキシャル成長装置１００と異なる。
【００５０】
図３のエピタキシャル成長装置１００’においても、基板７が回転していることによって、反応ガス４は基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達した反応ガス４は、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。そして、基板７の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こして、エピタキシャル膜を形成する。その後、エピタキシャル成長反応に使用されなかった反応ガス４や、エピタキシャル成長反応によって生成したガスなどは、チャンバ１の下方に設けられた排気口６に向かって流れる。
【００５１】
図３のエピタキシャル成長装置１００’では、反射リング１８’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低い。このため、基板７の表面に到達した反応ガス４は、図３の矢印で示すように、基板７の外周部からサセプタ８の外周部へ向かった後、そのまま下方へ向かって流れ落ちるように移動する。
【００５２】
これに対して、（図２に示す）本実施の形態のエピタキシャル成長装置１００では、反射リング１８の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。このため、基板７の表面に到達した反応ガス４は、図２の矢印で示すように、基板７の外周部からサセプタ８の外周部へ向かった後、反射リング１８を乗り越えるために一旦上昇する。そして、反射リング１８を乗り越えた反応ガス４は、下方へ向かって流れ落ちるように移動する。
【００５３】
ところで、回転筒１７と反射リング１８’の間からは、上方へ向かって不活性ガスが噴出している。このため、基板７とサセプタ８の表面付近では、反応ガス４の濃度は一様でなく分布を持つようになる。この濃度が変化する領域を「境界層」と称す。
【００５４】
図４は、図３のエピタキシャル成長装置１００’において、基板７とサセプタ８の各表面における反応ガス４の濃度分布を模式的に示したものである。一方、図５は、図２のエピタキシャル成長装置１００において、基板７とサセプタ８の各表面における反応ガス４の濃度分布を模式的に示したものである。尚、図４および図５では、いずれも、基板７とサセプタ８の各表面の高さを同一としているが、これらの高さは異なっていてもよい。
【００５５】
図４および図５を比較すると、反射リング１８、１８’の付近における境界層の厚みに違いがあることが分かる。すなわち、反射リング１８（図５）の付近における境界層は、反射リング１８’（図４）の付近における境界層よりも厚い。これは、図５では、基板７の外周部からサセプタ８の外周部へ向かった反応ガス４が、反射リング１８を乗り越えるために一旦上昇することによると考えられる。
【００５６】
境界層が厚くなると、反応ガス４の濃度の高い領域と、サセプタ８の表面との距離が大きくなる。一方、反応ガス４の濃度が高い領域では、反応ガス４に起因する薄膜が形成されやすい。そして、上記の通り、図５では、反応ガス４の濃度の高い領域と、サセプタ８の表面との距離が、図４の例に比べて大きい。したがって、図５の構成によれば、図４に比較して、サセプタ８上に薄膜が形成されるのを抑制することができる。
【００５７】
図６は、基板の中心からの距離とエピタキシャル膜の成長速度との関係を、反射リングの上端面と、基板の表面との高さを変えてシミュレーションした結果の一例である。尚、ここでは、基板とサセプタの各表面の高さを同一としているが、これらの高さは異なっていてもよい。
【００５８】
反射リングの高さと基板表面との高さの差が「−６ｍｍ」であるとき、反射リングの上端面は、基板の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも低い。すなわち、これは、図３に示す比較例の構成に対応する。この場合、基板の外側でエピタキシャル膜の成長速度が急激に大きくなっている。この傾向は、図４で、反応ガス４の濃度の高い領域が、基板７の外側で下方、すなわち、サセプタ８の近傍に近づいていることと一致する。
【００５９】
次に、反射リングの高さと基板表面との高さの差が「０ｍｍ」であるとき、反射リングの上端面と、基板の表面およびサセプタの上端面とは同じ高さにある。この場合、エピタキシャル膜の成長速度には、上述した「差が−６ｍｍ」の場合ほど急激ではないものの、やはり基板の外側で上昇する傾向が見られる。
【００６０】
これらに対して、反射リングの高さと基板表面との高さの差が「６ｍｍ」であるとき、反射リングの上端面は、基板の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも高い。すなわち、これは、図２に示す本実施の形態の構成に対応する。この場合、基板の外側でエピタキシャル膜の成長速度が急激に小さくなっている。この傾向は、図５で、反応ガス４の濃度の高い領域が、基板７の外側で上方、すなわち、サセプタ８から離れる方向に移動していることと一致する。
【００６１】
このように、本実施の形態のエピタキシャル成膜装置１００では、反射リング１８の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高いことにより、反応ガス４の濃度の高い領域を、基板７の外側でサセプタ８から離れた位置にあるようにすることができる。したがって、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのを抑制することができるので、薄膜除去のためのエッチングの回数を少なくして、単位時間当たりのエピタキシャル基板の製造枚数を向上させることが可能である。
【００６２】
図７は、基板の中心からの距離とエピタキシャル膜の成長速度との関係を、反射リングの上端面と、基板の表面との高さを変えてシミュレーションした結果の他の例である。尚、ここでは、基板とサセプタの各表面の高さを同一としているが、これらの高さは異なっていてもよい。
【００６３】
図７では、反射リングの高さと基板表面との高さの差を、「１ｍｍ」、「２ｍｍ」、「３ｍｍ」、「６ｍｍ」、「１２ｍｍ」、「２４ｍｍ」と変えている。これらは、全て、反射リングの上端面が、基板の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも高くなっている。いずれの場合にも、基板の外側でエピタキシャル膜の成長速度が急激に小さくなっており、サセプタ８の表面での薄膜形成を抑制する効果が得られることが分かる。尚、差が１２ｍｍより大きくなると、エピタキシャル膜の成長速度は殆ど変わらなくなるので、差は、１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００６４】
反射リングの高さと、基板およびサセプタの各高さとの好ましい差は、エピタキシャル膜の成長条件によって変化する。本実施の形態においては、「境界層の厚みと同程度の差」から「境界層の厚みの２倍程度の差」までを好ましい範囲とすることができる。尚、差が大き過ぎると、基板の表面でも反応ガスの濃度分布が変化し、基板上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になるおそれがある。
【００６５】
本実施の形態において、図１のガス流路１９に供給される不活性ガスの流量は、成膜処理およびエッチング処理のいずれにおいても一定とすることができるが、エッチング処理での流量を成膜処理の場合より大きくすることがより好ましい。具体的には、次のようにする。
【００６６】
上述のように、図１において、バルブ３１、３３、３６の各開閉は、制御部２６によって制御される。基板７への成膜処理が行われているときには、バルブ３３およびバルブ３１が開かれ、バルブ３６は閉じられる。エッチング処理が行われているときには、バルブ３３が閉じられてバルブ３６が開かれる。また、バルブ３１は、エッチング処理においても開かれた状態のままであるが、不活性ガスの流量が成膜処理が行われているときよりも少なくなるように調整される。
【００６７】
不活性ガスの流量を上記のように変えることで、次のような効果が得られる。
【００６８】
エッチング処理では、サセプタ８上に形成された薄膜が除去される。そこで、図１の供給口５からチャンバ１にエッチングガスが導入される。尚、このとき、サセプタ８上にはダミーの基板７が載置され、この基板７を回転しながらエッチング処理が行われる。
【００６９】
例えば、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜の成膜処理においては、サセプタ８上に形成されたＳｉエピタキシャル膜を除去するために、ＨＣｌ（塩化水素）ガスがエッチングガスとして用いられる。また、ＧａＮ（窒化ガリウム）エピタキシャル膜の成膜処理においては、サセプタ８上に形成されたＧａＮエピタキシャル膜を除去するために、ＨＣｌガスまたはＣｌ２（塩素）ガスがエッチングガスとして用いられる。
【００７０】
導入されたエッチングガスの流れは、図１や図２に示す反応ガス４と同様である。すなわち、基板７が回転していることによって、エッチングガスは基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達したエッチングガスは、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たなエッチングガスが次々と接触する。そして、サセプタ８上に形成された薄膜がエッチング除去される。
【００７１】
上記の通り、エッチング処理においても、ガス流路１９に不活性ガスが供給されていることにより、エッチングガスの濃度は一様でなく分布を持つ。尚、エッチングガスの濃度が変化する領域も「境界層」と称される。このとき、サセプタ８上の薄膜を効率よく除去するには、エッチングガスの濃度が高い領域が、サセプタ８に近い方がよい。すなわち、境界層の厚みは薄い方がよい。
【００７２】
一方、エピタキシャル成長処理においては、サセプタ８上に形成される薄膜の成長速度を遅くするために、反応ガス４の濃度が高い領域がサセプタ８から遠い方がよい。すなわち、境界層の厚みは厚いほうがよい。
【００７３】
境界層の厚みを大きくするには、ガス流路１９に供給される不活性ガスの流量を大きくすればよい。これに対して、境界層の厚みを小さくするには、ガス流路１９に供給される不活性ガスの流量を小さくすればよい。つまり、制御部２６によって、反応ガス４を供給しているときと、エッチングガスを供給しているときとで、不活性ガスの流量を変えることにより、境界層の厚みをチャンバ１内での処理に応じて調整することができる。このようにすることで、エピタキシャル成長反応の際のサセプタ８の上への薄膜形成を抑制できるとともに、この薄膜をエッチング処理によって効率的に除去することが可能となる。
【００７４】
実施の形態２．
実施の形態１で述べたように、サセプタ上の薄膜を効率よく除去するには、エッチングガスの濃度が高い領域が、サセプタに近い方がよい。一方、エピタキシャル成長処理においては、サセプタ上に形成される薄膜の成長速度を遅くするために、反応ガスの濃度が高い領域がサセプタから遠い方がよい。
【００７５】
エッチング処理におけるエッチングガスの濃度分布は、エピタキシャル成長処理における反応ガスの濃度分布と同じように考えることができる。そこで、実施の形態１で説明した図４および図５の濃度分布がエッチングガスのものであるとすると、エッチングガスの濃度が高い領域がサセプタ８に近くなるのは、図４の場合である。
【００７６】
実施の形態１において、図４は、反射リング１８’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低い場合に対応した。したがって、エッチング処理における好ましい装置の構成は、反射リングの上端面が、基板の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも低いものとなる。
【００７７】
一方、図５は、エピタキシャル成長処理時における好ましい装置の構成に対応する。つまり、反射リングの上端面が、基板の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも高い場合に、反応ガスに起因する薄膜がサセプタ上に形成されるのを抑制することができる。
【００７８】
このように、エッチング処理における好ましい装置の構成と、エピタキシャル成長処理における好ましい装置の構成とは、相反する関係となる。そこで、本実施の形態では、エッチング処理時と、エピタキシャル成長処理時とで、反射リングの上端面の高さと、基板の表面およびサセプタの上端面の各高さとの相対的関係を変える。
【００７９】
図８および図９は、本実施の形態の成膜装置の一例となるエピタキシャル成長装置の模式的な断面図である。尚、これらの図において、図１と同じ符合を付した部分は同じものであることを示しており、詳細な説明については省略する。
【００８０】
エピタキシャル成長装置２００は、反射リング１８’’を昇降する機構を備える点で、実施の形態１のエピタキシャル成長装置１００（図１）と異なる。
【００８１】
図８において、エピタキシャル成長装置２００は、基板７の表面に所定のエピタキシャル膜を形成する。エピタキシャル膜としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）膜、ＧａＮ（窒化ガリウム）膜、ＡｌＧａＮ（窒化アルミガリウム）膜またはＡｌＮ（窒化アルミ）膜などが好適である。
【００８２】
エピタキシャル成長装置２００においては、上端が反射リング１８’’の下面に接続する昇降棒３８が設けられている。チャンバ１の下部には、昇降機構３７が配置されており、昇降棒３８の下端は、昇降機構３７に接続している。昇降機構３７は、昇降棒３８の昇降動作を制御する。尚、昇降機構３７および昇降棒３８は、本発明の昇降部を構成する要素の例である。
【００８３】
図８は、エピタキシャル成長反応が行われる際のエピタキシャル成長装置２００の状態を表している。この場合、反射リング１８’’の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。この構成によれば、実施の形態１で説明したように、反応ガス４の濃度の高い領域を、基板７の外側でサセプタ８から離れた位置にあるようにすることができる（図５参照）。したがって、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのを抑制して、エッチングの回数を少なくすることができる。
【００８４】
図８において、昇降棒３８を下降させると、反射リング１８’’は、昇降棒３８と一緒に下降する。これにより、図９の状態にすることができる。
【００８５】
図９は、エッチング処理が行われる際のエピタキシャル成長装置２００の状態を表している。この場合、反射リング１８’’の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低い。この状態は、実施の形態１の図３の例と同じである。したがって、図４に示す反応ガス４の濃度分布と同様に、エッチングガスの濃度の高い領域を、基板７の外側でサセプタ８に近い位置にあるようにすることができる。したがって、この構成によれば、サセプタ８の表面に形成された反応ガス４に起因する薄膜を効率よく除去することができる。
【００８６】
エッチング処理を終えた後は、昇降機構３７の制御により、昇降棒３８を上昇させる。すると、反射リング１８’’は、昇降棒３８を通じて上昇する。これにより、エピタキシャル成長装置２００は、図８の状態に戻るので、再びエピタキシャル成長処理に適した構成とすることができる。
【００８７】
図８の状態において、反射リング１８’’の上端部の高さと、基板７表面およびサセプタ８上端部の各高さとの差は、実施の形態１と同様に、例えば、１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲とすることができる。但し、好ましい差の範囲は、エピタキシャル膜の成長条件によって変化する。したがって、より一般的には、「境界層の厚みと同程度の差」から「境界層の厚みの２倍程度の差」までを好ましい範囲とすることができる。尚、差が大き過ぎると、基板７の表面でも反応ガス４の分布が変化し、基板７上に形成されるエピタキシャル膜の膜厚が不均一になるおそれがある。
【００８８】
一方、図９において、反射リング１８’’の高さと、基板７およびサセプタ８の各高さとの好ましい差の範囲もエピタキシャル膜の成長条件によって変化するが、例えば、１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲とすることができる。
【００８９】
本実施の形態において、ガス流路１９に供給される不活性ガスの流量は、成膜処理およびエッチング処理のいずれにおいても一定とすることができるが、必要に応じて、エッチング処理での流量を成膜処理のときとは変えてもよい。境界層の厚みは、エピタキシャル膜の成長条件によって変化するので、反射リング１８’’の昇降と、制御部２６による不活性ガスの流量制御とを組み合わせることで、幅広い成長条件に対応することが可能である。
【００９０】
尚、本実施の形態では、反射リング１８’’を昇降させる例について述べたが、本実施の形態は、これに限られるものではない。反射リング１８’’を昇降する機構に代えて、回転筒１７を昇降する機構としてもよい。例えば、上端が回転筒１７の下面に接続する昇降棒を設けるとともに、チャンバ１の下部に昇降機構を配置し、昇降棒の下端を昇降機構に接続させる。そして、昇降機構によって、昇降棒の昇降動作を制御するようにしてもよい。
【００９１】
本実施の形態では、エピタキシャル成長処理時においては、反射リング１８’’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高くなるようにし、エッチング処理時においては、反射リング１８’’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低くなるようにする。これは、図８および図９の例のように、回転筒１７が固定された状態で反射リング１８’’が昇降することで実現されるが、上記したように、反射リング１８’’が固定された状態で回転筒１７が昇降することによっても実現される。つまり、本実施の形態の成膜装置では、回転筒１７または反射リング１８’’のいずれか一方を昇降する昇降部が備えられていればよい。
【００９２】
実施の形態３．
本実施の形態の成膜方法は、回転筒の上部に配置された基板支持部に基板を載置し、この回転筒の内部に配置された加熱部によって基板を加熱するとともに、加熱部からの熱を反射する反射部を回転筒を包囲するように配置して、回転筒を回転させながら、基板の上に反応ガスを、回転筒と反射部の間に水素ガスまたは不活性ガスをそれぞれ供給して、基板の上に所定の膜を形成するものである。この成膜方法の特徴は、反射部の上端を、基板の表面および基板保持部の上端のいずれよりも高くする点にある。
【００９３】
本実施の形態の成膜方法を、図１のエピタキシャル成長装置１００を参照しながら説明する。
【００９４】
エピタキシャル成長装置１００は、例えば、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル成長膜の形成に好適である。そこで、以下では、Ｓｉエピタキシャル膜の形成を例にとる。
【００９５】
まず、チャンバ１内に基板７を搬送し、サセプタ８の上に載置する。基板７としては、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）ウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。また、サファイア基板を用いてもよい。
【００９６】
次に、基板７の上にＳｉ膜を形成する。
【００９７】
例えば、基板７としてＳｉウェハを用い、これをサセプタ８の上に載置する。
【００９８】
次いで、常圧下または適当な減圧下で、反応ガス貯蔵部２９から、キャリアガスとしてのＨ２（水素）ガスを流す。但し、原料ガスの供給はまだ行わない。この状態で、サセプタ８に付随させて、Ｓｉウェハを５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００９９】
次に、ヒータ９によってＳｉウェハを１１００℃〜１２００℃に加熱する。放射温度計２４ａ、２４ｂによる測定でＳｉウェハの温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にＳｉウェハの回転数を上げていく。そして、反応ガス貯蔵部２９から、キャリアガスに加えて原料ガスの供給も行うようにする。
【０１００】
原料ガスとしては、例えば、トリクロロシランを用いることができる。原料ガスは、キャリアガスとしての水素ガスと混合され、反応ガス４となって、供給口５からチャンバ１の内部に供給される。
【０１０１】
反応ガス４は、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通り、基板７へのエピタキシャル成長反応が行われる空間Ａへ流入する。シャワープレート１５を通過することで、反応ガス４は整流され、下方で回転する基板７へ向かって略鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【０１０２】
Ｓｉウェハの温度は１１５０℃に維持される。サセプタ８は、９００ｒｐｍ以上の高速で回転し続ける。この状態で、供給口５からシャワープレート１５を介して次々に新たな反応ガス４がＳｉウェハの表面に供給される。
【０１０３】
また、供給口２５には、不活性ガス貯蔵部２８より、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスが供給される。不活性ガスの流量は、例えば、５Ｌ／分とすることができる。
【０１０４】
エピタキシャル成長装置１００では、反射リング１８の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。ここで、反射リング１８の高さと、基板７の表面およびサセプタ８の上端面との高さの差は、例えば、１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲とすることができる。
【０１０５】
上記構成によれば、実施の形態１で説明したように、反応ガス４の濃度の高い領域を、基板７の外側でサセプタ８から離れた位置にあるようにすることができる（図５参照）。したがって、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのを抑制することができる。
【０１０６】
以上のようにして、Ｓｉウェハの上に、均一な厚さのＳｉエピタキシャル膜を成長させることができる。
【０１０７】
次いで、反応ガス４の供給を終了する。そして、ヒータ９の出力をオフにし、放射温度計２４ａ、２４ｂによって、Ｓｉウェハが所定の温度まで冷却されたのを確認した後、チャンバ１からＳｉウェハを搬出する。
【０１０８】
上記の通り、本実施の形態によれば、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのが抑制される。したがって、この薄膜を除去するためのエッチングの回数を少なくすることができる。例えば、実施の形態１の図３に示す装置では、１回のエピタキシャル成長反応を終える都度エッチング処理を行っていたとすると、本実施の形態では、所定回数のエピタキシャル成長反応を終える都度に減らすことができる。
【０１０９】
エピタキシャル成長反応を所定回数連続して行った後は、サセプタ８の表面に形成された反応ガス４に起因する薄膜を除去するためのエッチング処理を行う。但し、薄膜は、必ずしも反応ガス４に起因するものでなくてもよい。また、薄膜には、サセプタ８の表面に形成された余剰の膜であって、エッチング処理によって除去される全ての膜が含まれる。
【０１１０】
まず、サセプタ８の上に、ダミーの基板７（例えば、Ｓｉウェハ）を載置する。これにより、エッチングガスが回転筒１７の内部に入り込んで、エピタキシャル成長装置１００を構成する部材を腐食するのを防ぐことができる。
【０１１１】
次に、図１の供給口５を通じて、エッチングガス貯蔵部３４より、チャンバ１にエッチングガスを導入する。Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜の成膜処理後においては、サセプタ８上に形成されたＳｉエピタキシャル膜を除去するために、ＨＣｌ（塩化水素）ガスがエッチングガスとして用いられる。
【０１１２】
供給口２５からは、不活性ガス貯蔵部２８より、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスが供給される。不活性ガスの流量は、エピタキシャル成長処理のときより低い値、例えば、１Ｌ／分とすることができる。
【０１１３】
サセプタ８上の薄膜を効率よく除去するには、ヒータ９でサセプタ８を加熱しながら、回転筒１７を介してサセプタ８を回転させることが好ましい。
【０１１４】
チャンバ１内に導入されたエッチングガスは、基板７が回転していることによって、基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達したエッチングガスは、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たなエッチングガスが次々と接触する。そして、サセプタ８上に形成された薄膜がエッチング除去される。
【０１１５】
エピタキシャル成長装置１００では、反射リング１８の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。したがって、ガス流路１９から噴出する不活性ガスの流量が、エピタキシャル成長処理時と同じであれば、反射リング１８の付近における境界層の厚みは大きくなる。しかし、不活性ガスの流量をエピタキシャル成長処理時より小さくすれば、境界層の厚みが小さくなるので、サセプタ８の表面でのエッチングガスの濃度を高くして、エッチングを効率的に進めることができる。
【０１１６】
エッチングの終点は、例えば、時間で管理することができる。つまり、予め、エッチングレートと、所定回数のエピタキシャル成長反応を行った後にサセプタ８上に形成される薄膜の厚みとを把握しておく。これらから、エッチングに要する時間が決定されるので、その時間に達したところで、エッチング処理を終了することができる。
【０１１７】
エッチング処理を終えた後は、ダミーの基板７をチャンバ１から搬出する。次いで、上記と同様にして、新たなＳｉウェハをチャンバ１内に搬入した後、新たなエピタキシャル成長処理を行う。
【０１１８】
本実施の形態の成膜方法によれば、反射リング１８の上端面を、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高くした状態でエピタキシャル成長反応を行う。これにより、サセプタ８の表面における反応ガス４の濃度を低くすることができるので、反応ガス４に起因する薄膜の形成速度を遅くすることができる。また、この薄膜を除去するためのエッチングを行う際には、サセプタ８と反射リング１８の隙間から噴出すガスの流量を小さくする。これにより、サセプタ表面におけるエッチングガスの濃度を高くすることができるので、エッチングを効率的に進めることが可能となる。
【０１１９】
実施の形態４．
本発明の成膜方法は、実施の形態２の成膜装置によっても実施される。そこで、図８および図９に示すエピタキシャル成長装置２００を参照しながら、本実施の形態の成膜方法について説明する。
【０１２０】
エピタキシャル成長装置２００は、例えば、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル成長膜の形成に好適である。そこで、以下では、Ｓｉエピタキシャル膜の形成を例にとる。
【０１２１】
まず、チャンバ１内に基板７を搬送し、サセプタ８の上に載置する。基板７としては、例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）ウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。
【０１２２】
次に、基板７の上にＳｉ膜を形成する。
【０１２３】
例えば、基板７としてＳｉウェハを用い、これをサセプタ８の上に載置する。
【０１２４】
このとき、エピタキシャル成長装置２００は、図８に示す状態にある。すなわち、反射リング１８’’の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。
【０１２５】
次に、常圧下または適当な減圧下で、反応ガス貯蔵部２９から、キャリアガスとしてのＨ２（水素）ガスを流す。但し、原料ガスの供給はまだ行わない。この状態で、サセプタ８に付随させて、Ｓｉウェハを５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【０１２６】
次いで、ヒータ９によってＳｉウェハを１１００℃〜１２００℃に加熱する。放射温度計２４ａ、２４ｂによる測定でＳｉウェハの温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にＳｉウェハの回転数を上げていく。そして、反応ガス貯蔵部２９から、キャリアガスに加えて原料ガスの供給も行うようにする。
【０１２７】
原料ガスとしては、例えば、トリクロロシランを用いることができる。原料ガスは、キャリアガスとしての水素ガスと混合され、反応ガス４となって、供給口５からチャンバ１の内部に供給される。
【０１２８】
反応ガス４は、シャワープレート１５の貫通孔１５ａを通り、基板７へのエピタキシャル成長反応が行われる空間Ａへ流入する。シャワープレート１５を通過することで、反応ガス４は整流され、下方で回転する基板７へ向かって略鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【０１２９】
Ｓｉウェハの温度は１１５０℃に維持される。サセプタ８は、９００ｒｐｍ以上の高速で回転し続ける。この状態で、供給口５からシャワープレート１５を介して次々に新たな反応ガス４がＳｉウェハの表面に供給される。
【０１３０】
また、供給口２５には、不活性ガス貯蔵部２８より、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスが供給される。不活性ガスの流量は、例えば、５Ｌ／分とすることができる。
【０１３１】
エピタキシャル成長装置１００では、反射リング１８の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高い。ここで、反射リング１８の高さと、基板７の表面およびサセプタ８の上端面との高さの差は、例えば、１ｍｍ〜１２ｍｍの範囲とすることができる。
【０１３２】
図８の構成では、反射リング１８’’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高いので、実施の形態１で説明したように、反応ガス４の濃度の高い領域を、基板７の外側でサセプタ８から離れた位置にあるようにすることができる（図５参照）。したがって、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのを抑制することができる。
【０１３３】
以上のようにして、Ｓｉウェハの上に、均一な厚さのＳｉエピタキシャル膜を成長させることができる。
【０１３４】
次いで、反応ガス４の供給を終了する。そして、ヒータ９の出力をオフにし、放射温度計２４ａ、２４ｂによって、Ｓｉウェハが所定の温度まで冷却されたのを確認した後、チャンバ１からＳｉウェハを搬出する。
【０１３５】
上記の通り、本実施の形態によれば、サセプタ８の表面に、反応ガス４に起因する薄膜が形成されるのが抑制される。したがって、この薄膜を除去するためのエッチングの回数を少なくすることができる。例えば、実施の形態１の図３に示す装置のように、反射リングの上端面を、基板７の表面およびサセプタの上端面のいずれよりも低くして成膜処理を行った場合、１回のエピタキシャル成長反応を終える都度エッチング処理が必要であったとすると、本実施の形態の成膜方法によれば、所定回数のエピタキシャル成長反応を終える都度に減らすことができる。
【０１３６】
エピタキシャル成長反応を所定回数連続して行った後は、サセプタ８の表面に形成された反応ガス４に起因する薄膜を除去するためのエッチング処理を行う。但し、薄膜は、必ずしも反応ガス４に起因するものでなくてもよい。薄膜には、サセプタ８の表面に形成された余剰の膜であって、エッチング処理によって除去される全ての膜が含まれる。
【０１３７】
まず、サセプタ８の上に、ダミーの基板７（例えば、Ｓｉウェハ）を載置する。これにより、エッチングガスが回転筒１７の内部に入り込んで、エピタキシャル成長装置２００を構成する部材を腐食するのを防ぐことができる。
【０１３８】
また、昇降棒３８を下降させて、反射リング１８’’を昇降棒３８と一緒に下降させる。これにより、図９の状態にすることができる。すなわち、反射リング１８’’の上端面を、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低くする。
【０１３９】
次に、図９の供給口５を通じて、エッチングガス貯蔵部３４より、チャンバ１にエッチングガスを導入する。Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜の成膜処理後においては、サセプタ８上に形成されたＳｉエピタキシャル膜を除去するために、ＨＣｌ（塩化水素）ガスがエッチングガスとして用いられる。
【０１４０】
供給口２５からは、不活性ガス貯蔵部２８より、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスが供給される。不活性ガスの流量は、エピタキシャル成長処理のときと同じとしてもよいが、エピタキシャル成長処理のときより低い値とすることもできる。但し、流量が低くなりすぎると、ガス流路１９にエッチングガスが入り込みやすくなる。
【０１４１】
サセプタ８上の薄膜を効率よく除去するには、ヒータ９でサセプタ８を加熱しながら、回転筒１７を介してサセプタ８を回転させることが好ましい。
【０１４２】
チャンバ１内に導入されたエッチングガスは、基板７が回転していることによって、基板７に引きつけられ、シャワープレート１５から基板７に至る領域で縦フローになる。基板７に到達したエッチングガスは、基板７の表面で乱流を形成することなく、水平方向に略層流となって流れる。このようにして、基板７の表面には、新たなエッチングガスが次々と接触する。そして、サセプタ８上に形成された薄膜がエッチング除去される。
【０１４３】
このとき、反射リング１８’’の上端面は、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低いので、反射リング１８’’の付近における境界層の厚みは小さくなる。ここで、ガス流路１９から噴出する不活性ガスの流量が、エピタキシャル成長処理時より小さければ、境界層の厚みは一層小さくなる。境界層の厚みが小さくなれば、サセプタ８の表面でのエッチングガスの濃度が高くなるので、エッチングが効率的に進められる。
【０１４４】
エッチングの終点は、例えば、時間で管理することができる。つまり、予め、エッチングレートと、所定回数のエピタキシャル成長反応を行った後にサセプタ８上に形成される薄膜の厚みとを把握しておく。これらから、エッチングに要する時間が決定されるので、その時間に達したところで、エッチング処理を終了することができる。
【０１４５】
エッチング処理を終えた後は、昇降機構３７の制御により、昇降棒３８を上昇させる。すると、反射リング１８’’は、昇降棒３８を通じて上昇する。これにより、エピタキシャル成長装置２００は、図８の状態に戻るので、再びエピタキシャル成長処理に適した構成とすることができる。
【０１４６】
次いで、ダミーの基板７をチャンバ１から搬出し、上記と同様にして、新たなＳｉウェハをチャンバ１内に搬入する。そして、新たなエピタキシャル成長処理を行う。
【０１４７】
本実施の形態の成膜方法によれば、反射リング１８’’の上端面を、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも高くした状態でエピタキシャル成長反応を行う。これにより、サセプタ８の表面における反応ガス４の濃度を低くすることができるので、反応ガス４に起因する薄膜の形成速度を遅くすることができる。一方、この薄膜を除去するためのエッチングを行う際には、昇降機構３７と昇降棒３８によって、反射リング１８’’の上端面が、基板７の表面およびサセプタ８の上端面のいずれよりも低くなるようにする。これにより、サセプタ表面におけるエッチングガスの濃度を高くすることができるので、エッチングを効率的に進めることが可能となる。
【０１４８】
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。
【０１４９】
例えば、実施の形態１では、同一のチャンバ１内でエピタキシャル成長処理とエッチング処理とを行ったが、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態１のエピタキシャル成長装置は、チャンバ１とは別にエッチングチャンバを有していてもよい。この場合、チャンバ１でエピタキシャル成長処理が行われ、エッチングチャンバでエッチング処理が行われる。このような構成としても、チャンバ１内ではサセプタ８の表面における反応ガス４の濃度を低くすることができるので、反応ガス４に起因する薄膜の形成速度を遅くすることができる。また、エッチングチャンバを有することにより、エピタキシャル成長処理とエッチング処理とが同時に行えるという効果も得られる。
【０１５０】
また、実施の形態２および４では、反射リングを昇降させる機構を設けたエピタキシャル成長装置の例を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。反射リングの高さと、基板およびサセプタの各高さとが、エピタキシャル成膜処理時とエッチング処理時とでそれぞれ本発明の関係を満たせばよい。したがって、反射リングを昇降させる機構に変えて、サセプタと基板を昇降させる機構、例えば、回転筒を昇降させる機構を設けたエピタキシャル成長装置としてもよい。
【０１５１】
また、実施の形態１〜４では、エピタキシャル成長装置を挙げ、Ｓｉエピタキシャル膜の形成について説明したが、これらに限られるものではない。反応室内に反応ガスを供給し、反応室内に載置される基板の表面に膜を形成するものであれば、他の気相成長装置や他の成膜装置であってもよい。また、本発明の成膜装置は、ＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜またはＡｌＮ膜などの他のエピタキシャル膜や他の気相成長膜の形成などに用いることもできる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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】
【０１５４】
１    チャンバ
１ａ    内壁
２    ライナ
２ａ    胴部
２ｂ    頭部
３    流路
４    反応ガス
５，２５    供給口
６    排気口
７    基板
８    サセプタ
９    ヒータ
９ａ    インヒータ
９ｂ    アウトヒータ
１０、１３    フランジ
１１、１４    パッキン
１２    配管
１５    シャワープレート
１５ａ    貫通孔
１６    回転軸
１７    回転筒
１８，１８’，１８’’    反射リング
１９    ガス流路
２０    ブースバー
２１    ヒータベース
２２    連結部
２３    電極棒
２４ａ，２４ｂ    放射温度計
２６    制御部
２８    不活性ガス貯蔵部
２９    反応ガス貯蔵部
３０    不活性ガス供給管
３１，３３，３６    バルブ
３２    反応ガス供給管
３４    エッチングガス貯蔵部
３５    エッチングガス供給管
３７    昇降機構
３８    昇降棒
１００，１００’，２００    エピタキシャル成長装置
１０１    ベースプレート
１０２    ベルジャ
１０３    ベースプレートカバー
【図１】
2013207196.tif 000003
【図２】
2013207196.tif 000004
【図３】
2013207196.tif 000005
【図４】
2013207196.tif 000006
【図５】
2013207196.tif 000007
【図６】
2013207196.tif 000008
【図７】
2013207196.tif 000009
【図８】
2013207196.tif 000010
【図９】
2013207196.tif 000011