(57)【要約】【課題】温度分布によるガスの対流や拡散を抑制し、原料ガス起因の堆積物がガス導入管に付着することを抑制したＳｉＣ化学気相成長装置を提供する。【解決手段】本発明のＳｉＣ化学気相成長装置は、成長空間を構成する炉体と、前記炉体内に備えられＳｉＣウェハを載置する載置台と、前記炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管とを備え、前記ガス導入管を構成する材料が、放射率が０．５以上の材料を含むことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造装置。【選択図】図１
2016050164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長空間を構成する炉体と、
前記炉体内に備えられ、ＳｉＣウェハを載置する載置台と、
前記炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管とを備え、
前記ガス導入管を構成する材料が、放射率が０．５以上の材料を含むことを特徴とするＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項２】
成長空間を構成する炉体と、
前記炉体内に備えられＳｉＣウェハを載置する載置台と、
前記炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管と、
少なくとも前記ガス導入管の導入口を７００℃〜１４００℃に加熱できるヒーターとを備えることを特徴とするＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項３】
成長空間を構成する炉体と、
前記炉体内に備えられ、ＳｉＣウェハを載置する載置台と、
前記炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管と、
前記成長空間に面し前記ガス導入管を取り囲むガス導入管加熱部材を備え、
前記ガス導入管加熱部材が、放射率が０．５以上の材料を含むことを特徴とするＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項４】
前記ガス導入管が複数備えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項５】
複数の前記ガス導入管は、その一部がＳｉ系原料ガスを前記炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管であり、別の一部がＣ系原料ガスを前記炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管であり、
前記Ｓｉ系原料ガス導入管と前記Ｃ系原料ガス導入管はそれぞれ分離され、
少なくともＳｉ系原料ガス導入管の導入口がテーパー形状を有することを特徴とする請求項４に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項６】
前記Ｃ系原料ガス導入管の導入口が、さらにテーパー形状を有することを特徴とする請求項５に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項７】
前記ガス導入管を覆う外管を備え、
前記ガス導入管と外管が二重管構造を構成し、
前記ガス導入管と外管の間から前記炉体内にパージガスを導入できることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項８】
前記外管の前記炉体内への導入口がテーパー形状を有することを特徴とする請求項７に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項９】
前記ガス供給管の周囲に複数のパージガス導入口が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項１０】
ガス導入管の導入口を加熱する補助ヒーターが、炉体の内部であってガス導入管とサセプタの間の位置に設けられている請求項１〜９に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【請求項１１】
前記ガス導入管が前記載置台の上部に配置された縦型の炉体構造を備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＳｉＣ化学気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ化学気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、また、バンドギャップが３倍大きく、さらに、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。
【０００３】
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する基板として昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶から加工したＳｉＣ単結晶基板を用い、通常、この上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によってＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造する。
【０００４】
ＳｉＣ半導体デバイスは、この成長するＳｉＣエピタキシャル膜の厚さや組成、添加する不純物の濃度などがばらつくとその性能が変化してしまうため、被処理体上に均一に薄膜を形成することが求められている。
化学気相成長装置において被処理体上に均一に薄膜を形成するためには、被処理体に対して均一に原料ガスを供給することが重要である。そのため、様々な検討が進められてきた。
【０００５】
例えば、特許文献１では、原料ガスを一度処理室に供給し、シャワー部材を介して炉内に均一に原料ガスを供給するＣＶＤ処理装置が記載されている。また、このシャワー部材から炉内へ導入される原料ガスの動圧ムラを小さくするために、処理室への原料ガスの導入口をテーパー形状とすることも記載されている。処理室への原料ガスの導入口をテーパー形状とすることで、炉内へ導入される原料ガスの動圧ムラを小さくすることができるのは、テーパー形状によって供給されるガスの流速が低減され、処理室内の圧力変化を抑制するためである。
【０００６】
また例えば、特許文献２では、原料ガスの流れを制御する反応ガス流動案内手段を設けることが記載されている。反応ガス流動案内手段を設けることで、被処理体に対して直接原料ガスが供給されることを避け、被処理体表面に到達する前に十分反応ガスを撹拌し、被処理体上に成長する薄膜の成長速度を均一化できることが記載されている。
【０００７】
ところで、上記のようなＣＶＤ処理装置を用いた薄膜の成長は、様々な薄膜を形成するために用いられている。例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＩＩＩ−ＩＶ族化合物等の薄膜を形成することができる。このときＳｉ薄膜を成長させるためには、６００℃程度の温度が必要であり、ＳｉＣ薄膜を成長させるためには、１２００℃程度以上の温度が必要であることが知られ、特に電子デバイスで用いられる４Ｈ−ＳｉＣは１５００℃程度以上の高温が一般的に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−７４１８０号公報
【特許文献２】特開２００６−１３０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、エピタキシャル成長では、均一性の他に、エピタキシャル膜に結晶欠陥が存在すると特性に悪影響を与えるため、その発生を抑制するという課題がある。結晶欠陥の発生原因の１つに炉内のパーティクルがある。パーティクルが被処理体の表面に付着し、それを起点として結晶欠陥が発生する。炉内のパーティクルは、原料ガス起因の炉内堆積物が原因で発生することが多い。特に、ＳｉＣ化学気相成長装置では、炉内が高温になるので原料ガスが分解しやすく、炉内に堆積物が発生しやすいという問題があった。
【００１０】
本発明者らは鋭意検討の結果、結晶欠陥の原因となるパーティクルの多くは、ガス導入管の炉体内への導入口近辺に付着した原料ガス起因の堆積物により主に生じているということを見出した。そのため、当該堆積物が付着することを抑制する必要があった。
【００１１】
例えば、特許文献１のＣＶＤ処理装置では、シャワーヘッド内の温度をＣＶＤ用反応ガスの反応温度より低く、かつ、ＣＶＤ用反応ガスを構成する成分の液化温度より高い温度とすることが記載されている（段落００４６）。ＣＶＤ用反応ガスの反応温度より低くすると、ＣＶＤ用反応ガスの分解は抑制することができる。しかし、ＳｉＣ化学気相成長装置において当該構成を用いると、ＳｉＣは高温での成長を必要とするため、炉体内のＳｉＣウェハの載置面とガス導入口付近で温度差が非常に大きくなる。すなわち、温度勾配によるガスの対流や拡散がより促進されてしまい、原料ガスの流れが乱れて、ガス導入部に堆積物が付着してしまうという問題があった。つまり、特許文献１のような構成は、比較的成長温度の低いＳｉ薄膜等の化学気相成長装置においては利用することができるが、ＳｉＣ等の高温の成長温度を必要とする化学気相成長装置においては、原料ガスが全く分解しない温度に維持することは困難であり、また弊害があるため、利用することができなかった。
なお、ＣＶＤ用反応ガスを構成する成分の液化温度は、例えばトリクロロシランの場合大気圧下で３２℃であり、当該温度より高くすることは化学気相成長装置において当然の条件である。
【００１２】
また、特許文献１において処理室へ原料ガスを供給するための出口をテーパー形状とすることは、処理室からシャワー部材を介して炉内へ導入されるガスの動圧ムラを抑制することを目的としており、ガス導入管の導入部に堆積物が付着することを抑制することを目的としておらず、特許文献１のＣＶＤ処理装置を用いても、被処理体の表面にパーティクルが付着するという問題を解決することはできなかった。
【００１３】
また、例えば特許文献２のＣＶＤ装置は、反応ガスの渦流を抑制するために反応ガス流動案内部を設けることが記載されている。しかし、当該反応ガス流動案内部は被処理体表面での渦流を抑制することはできるが、炉体内全体での対流や拡散を抑制することはできなかった。また、ガス導入管の導入口に堆積物が付着することは記載されておらず、温度差による対流によりパーティクルが被処理体に付着するという課題についても記載されていない。そのため、特許文献２のＣＶＤ装置を用いても、ガス導入管の炉体内への導入口に原料ガス起因の堆積物が付着することを抑制することはできず、被処理体の表面にパーティクルが付着するという問題も解決することができなかった。
【００１４】
また特許文献１のＣＶＤ処理装置及び特許文献２のＣＶＤ装置は炭化珪素の成長については記載されていないが、原料ガスを混合させたのちに炉体内に供給する形態が記載されている。当該方法を炭化珪素の成長を行う場合に対応させると、Ｓｉ系原料ガスとＣ系原料ガスを混合させた後に、炉体内に供給される形態となる。そのため、不要なＳｉＣ生成物が炉体内への導入口や壁面に付着する可能性が高く、炉体内でのパーティクル発生を十分に抑制することができないという問題もあった。
【００１５】
上述のように、成長温度が高温になるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際に、炉体内でのパーティクルが被処理体表面に付着することを十分抑制する装置については、何ら提案されていないのが実情であった。このため、ＳｉＣエピタキシャル膜の性能改善および高い品質の維持のために、被処理体表面にパーティクルが付着することを十分抑制できる装置が切に求められていた。
【００１６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、温度分布によるガスの対流や拡散を抑制することで、原料ガス起因の堆積物が導入管へ付着することを抑制し、製造品質及び生産性に優れたＳｉＣ化学気相成長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】
【００１７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、炉体内へ原料ガスを導入するガス導入管の導入口をテーパー形状とし、かつその導入口が所定の温度範囲になるような構成とすることで当該問題を解決できることを見出し、発明を完成させた。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【００１８】
（１）本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、成長空間を構成する炉体と、炉体内に備えられ、ＳｉＣウェハを載置する載置台と、炉体内へ原料ガスを導入し導入口がテーパー形状を有するガス導入管とを備え、ガス導入管を構成する材料が、放射率が０．５以上の材料を含む。
【００１９】
（２）本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、成長空間を構成する炉体と、炉体内に備えられＳｉＣウェハを載置する載置台と、炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管と、少なくともガス導入管の導入口を７００℃〜１４００℃に加熱できるヒーターとを備える。
【００２０】
（３）本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、成長空間を構成する炉体と、前記炉体内に備えられ、ＳｉＣウェハを載置する載置台と、前記炉体内へ原料ガスを導入し、導入口がテーパー形状を有するガス導入管と、前記成長空間に面し前記ガス導入管を取り囲むガス導入管加熱部材を備え、前記ガス導入管加熱部材が、放射率が０．５以上の材料を含む。
【００２１】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管が複数備えられていてもよい。
【００２２】
（５）上記（４）に記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、その一部がＳｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管であり、別の一部がＣ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管であり、Ｓｉ系原料ガス導入管とＣ系原料ガス導入管はそれぞれ分離され、少なくともＳｉ系原料ガス導入管の導入口がテーパー形状を有していてもよい。
【００２３】
（６）上記（５）に記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、さらにＣ系原料ガス導入管の導入口がテーパー形状を有していてもよい。
【００２４】
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管を覆う外管を備え、ガス導入管と外管とが二重管構造を構成し、ガス導入管と外管との間から炉体内にパージガスを導入することができる構成でもよい。
【００２５】
（８）上記（７）に記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、外管の炉体内への導入口がテーパー形状を有していてもよい。
【００２６】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載の本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管の周囲に複数のパージガス導入口が設けられていてもよい。
【００２７】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれかに記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管の導入口を加熱する補助ヒーターが、炉体の内部であってガス導入管とサセプタの間の位置に設けられてもよい。
【００２８】
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれか一つに記載のＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管が前記載置台の上部に配置された縦型の炉体構造を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、炉体内へ原料ガスを導入するガス導入管の導入口がテーパー形状を有する。テーパー形状とは、ガス導入管の導入口のガス流路断面積が、ガスの流れの下流側に向かって大きくなる形状である。テーパー形状を有することで、ガス導入管の導入口内壁への原料ガス供給を抑制し、ガス導入管の導入口付近に付着物が付着することを抑制することができる。また、このガス導入管が、放射率が０．５以上の材料を含む。
このような材料は、放射率が高くかつ輻射を受けやすいため、ガス導入管が炉体内からの輻射熱により加温され、炉体内で温度差が生じることを抑制することができる。そのため、ガス導入管の導入口付近に対流及びガス拡散により付着物が再付着することを抑制することができる。すなわち、当該ＳｉＣ化学気相成長装置を用いてＳｉＣエピタキシャル膜を成長させると、ガス導入管への付着物の量が低減し、その付着物が剥離してウェハ上に付着することに起因する欠陥の発生を抑制することができる。
【００３０】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、炉体内へ原料ガスを導入するガス導入管の導入口がテーパー形状を有する。テーパー形状を有することで、ガス導入管の導入口内壁への原料ガス供給を抑制し、ガス導入管の導入口付近に付着物が付着することを抑制することができる。また、このガス導入管をヒーターにより積極的に加温することで、炉体内で温度差が生じることを抑制することができる。そのため、ガス導入管の導入口付近に対流及びガス拡散により付着物が再付着することを抑制することができる。すなわち、当該ＳｉＣ化学気相成長装置を用いてＳｉＣエピタキシャル膜を成長させると、ガス導入管への付着物の量が低減し、その付着物が剥離してウェハ上に付着することに起因する欠陥の発生を抑制することができる。
【００３１】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、前記成長空間に面し前記ガス導入管を取り囲み、放射率が０．５以上の材料を含むガス導入管加熱部材を備える。このようなガス導入管加熱部材は、放射率が高くかつ輻射を受けやすい。そのため、ガス導入管加熱部材が炉体内からの輻射熱により加温される。加温されたガス導入管加熱部材からガス導入管に熱が伝わることにより、ガス導入管部材を加熱することができる。そのため、炉体内で温度差が生じることを抑制することができ、ガス導入管の導入口付近に対流及びガス拡散により付着物が再付着することを抑制することができる。すなわち、当該ＳｉＣ化学気相成長装置を用いてＳｉＣエピタキシャル膜を成長させると、ガス導入管への付着物の量が低減し、その付着物が剥離してウェハ上に付着することに起因する欠陥の発生を抑制することができる。
【００３２】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管を複数有している。そのため、原料ガスを炉体内へ分散導入することができ、ガス導入管ごとに付着する堆積物の量を少なくすることができる。
【００３３】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、複数の前記ガス導入管が、その一部がＳｉ系原料ガスを前記炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管であり、別の一部がＣ系原料ガスを前記炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管であり、Ｓｉ系原料ガス導入管と前記Ｃ系原料ガス導入管はそれぞれ分離され、少なくともＳｉ系原料ガス導入管の導入口がテーパー形状を有する。原料ガスを分離して導入することで、不要なＳｉＣ生成物がガス導入管や炉体内壁面等に形成されることを抑制することができる。また、Ｓｉ系原料ガスとして用いられるシラン、ジシラン、ジクロロシラン、トリクロロシランや四塩化珪素等が分解することによってＳｉが生成される温度はＣ系原料の生成物生成温度よりも比較的低いため、Ｓｉ堆積物を形成しやすい。Ｓｉ系原料ガス導入管をテーパー形状とすることで、当該Ｓｉ堆積物の付着を効率的に抑制することができる。
【００３４】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、Ｓｉ系ガス導入管の導入口及びＣ系原料ガス導入管の導入口が共にテーパー形状を有する。Ｓｉ堆積物と比較すると、Ｃ堆積物は堆積し難いが、それぞれのガス導入管の導入口をテーパー形状とすることで、より堆積物の付着を抑制し、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３５】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管を覆う外管を備え、ガス導入管と外管が二重管構造を構成し、ガス導入管と外管の間から炉体内にパージガスを導入することができる構成である。二重管構造の外側でパージガスを導入することで、内管であるガス導入管から導入される原料ガスが、ガス導入管に再度回り込むことを防ぐことができる。すなわち、ガス導入管の導入口に堆積物が付着することをより効果的に抑制することができる。
【００３６】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、外管の炉体内への導入口がテーパー形状を有する。ガス導入管及び外管がテーパー形状を有することで、より滑らかにパージガスを流すことができ、乱流の発生を抑制し、ガス導入管の導入口に堆積物が生じることをより効果的に抑制することができる。
【００３７】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管の周囲に複数のパージガス導入口が設けられている。ガス導入管の周囲に設けられた複数のパージガス導入口からパージガスが導入されることで、原料ガスがガス導入口に回り込むことを防ぐことができる。すなわち、ガス導入管の導入口に堆積物が付着することをより効果的に抑制することができる。
【００３８】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、炉体の内部であってガス導入管とサセプタの間の位置に補助ヒーターを備えている。補助ヒーターからの熱輻射により、ガス供給管を直接または間接的に加熱することができ有用である。
【００３９】
本発明の一実施形態にかかるＳｉＣ化学気相成長装置は、ガス導入管が載置台の上部に配置された縦型の炉体構造を備える。温度勾配による対流は、上下の温度差によって生じることが多い。従って、対流はガス導入管と載置台に温度差が生じやすい縦型の炉体構造において発生しやすいため、本発明は縦型の炉体構造において特に有用である。またガス導入管の導入口に堆積した付着物は、重力により下部にパーティクルとして落下することが考えられるため、この点においても縦型の炉体構造において特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、複数のガス導入管を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図３】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、ガス導入管が複数で、Ｓｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管とＣ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管とが分離された場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図４】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、ガス導入管が複数で、Ｓｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管とＣ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管とが分離され、それぞれの導入口がテーパー形状を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図５】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、ガス導入管が外管によって覆われ、ガス導入管と外管とが二重管構造を構成したＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図６】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、ガス導入管及び外管の導入口が共にテーパー形状を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図７】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、パージガスがガス導入管の周囲に成膜処理前室を介してシャワー状に供給されている場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。
【図８】本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、補助ヒーターを有しているＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態であるＳｉＣ化学気相成長装置を模式的に説明する断面模式図である。
【図１０】本発明の第３実施形態であるＳｉＣ化学気相成長装置を模式的に説明する断面模式図である。
【図１１】本発明の他の実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、炉体が横型のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。
【図１２】実施例１のＳｉ系原料ガス導入管の導入口を、炉体内部から撮影した写真である。
【図１３】比較例１のＳｉ系原料ガス導入管の導入口を、炉体内部から撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明を適用したＳｉＣ化学気相成長装置について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００４２】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００の一例について説明する。
第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００は、成長空間を構成する炉体１０と、炉体１０内に備えられＳｉＣウェハを載置する載置台２０と、炉体１０内へ原料ガスを導入し導入口３２がテーパー形状を有するガス導入管３０とを備える。また炉体１０はガスを排出する排出口４０を有する。また載置台２０上にＳｉＣウェハ５０を載置し、ＳｉＣ化学気相成長装置を動作させることで、ＳｉＣウェハ５０の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。
なお、図１は、成長用の基板を下側に配置し、上側から原料ガスを供給して、上から下へ原料ガスを流通してエピタキシャル成長を行う縦型の配置の化学気相成長装置である。本発明は、当該縦型の配置の化学気相成長装置に限られず、横型の配置の化学気相成長装置でもよい（図１１参照）。
【００４３】
ガス導入管３０は、ガス導入路３１と導入口３２からなる。原料ガスは、ガス導入路３１を通り、導入口３２から炉体１０内部に供給される。
原料ガスは、Ｓｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いる。これらの原料ガスは、それぞれ供給しても、混合して供給してもよい。
Ｓｉ系原料ガスとしては、例えばシラン系ガスとして、シラン（ＳｉＨ４）を用いることができるほか、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４などのエッチング作用があるＣｌを含む塩素系Ｓｉ原料含有ガス（クロライド系原料）を用いることもできる。また、例えばシランに対してＨＣｌを添加したガスを用いてもよい。
Ｃ系原料ガスとしては、例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）等を用いることができる。
またこれらのガスと同時に、第３のガスとしてパージガスを供給しても良い。パージガスは、ＳｉやＣを含まないガスであり、Ｈ２を含むエッチング作用があるガスのほか、Ａｒ，Ｈｅなどの不活性ガス（希ガス）を用いることもできる。またＳｉＣウェハ５０上に積層されるＳｉＣエピタキシャル膜の導電型を制御する場合、不純物ドーピングガスを同時に供給することもできる。例えば、導電型をｎ型とする場合にはＮ２、ｐ型とする場合にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いることができる。
【００４４】
ガス導入管３０の導入口３２は、テーパー形状を有する。そのため、ガス導入管３０の導入口３２付近にガスが供給されることを抑制することができる。これに伴いガス導入管３０の導入口３２に堆積物が付着することを抑制することができる。
【００４５】
このとき導入口３２のテーパーの勾配角θは、ガス導入路３１の延長線に対して５°以上４５°以下であることが好ましく、１０°以上３０°以下であることがより好ましい。テーパーの勾配角θが５°以上４５°以下であれば、ガスの回り込みを十分防ぐことができ、導入口３２に堆積物が付着することを効率的に抑制することができる。
【００４６】
また導入口３２の炉体１０側の終端部の断面積Ｓ３２は、ガス導入路３１の導入口３２直前の断面積Ｓ３１に対して、１．５倍以上６倍以下であることが好ましく、２倍以上４倍以下であることがより好ましい。ガス導入管３０の形状が当該形状であれば、ガス流量の変化を所定の範囲内とすることができ、ガスの回り込みを十分防ぐことができる。すなわち、導入口３２に堆積物が付着することを効率的に抑制することができる。
【００４７】
ガス導入管３０から炉体１０内部に供給されるガスのガス導入路３１における平均流速（流量／断面積Ｓ３１）は、０．００１ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓであることが好ましく、０．０１ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓであることがより好ましい。ガスの流速を当該範囲とすることで、導入口３２付近での乱流の発生を抑制することができる。すなわち、導入口３２に堆積物が付着することを効率的に抑制することができる。
【００４８】
ガス導入管３０を構成する材料は、放射率が０．５以上の材料を含むことが好ましい。炭化珪素の成長は１５００℃以上の高温で行われるため、輻射による加熱が特に大きな役割を果たす。ガス配管に一般的に用いられるステンレスなどの金属は、放射率が０．５未満であり、熱輻射を効率的に吸収することができない。放射率の大きな物質を選択して、放射率が０．５以上である材料を用いれば、十分輻射を受けやすくガス導入管３０を効率的に加熱することができる。放射率は大きい方が好ましく、０．６以上であればより好ましい。
放射率が０．５以上の材料としては、Ｃ、ＳｉＣ、金属炭化物、ＳｉＣまたは金属炭化物で被覆されたＣ等を挙げることができる。また、これらの材料の混合物等でもよく、少なくとも一種の材料を含んでいればよい。金属炭化物としては例えばＷＣ、ＮｂＣを用いることができる。これらの材料は、放射率が高くかつ輻射を受けやすい。
ガス導入管３０がこれらの材質を含むことで、炉体１０内部からの熱輻射によりガス導入管３０が加熱される。すなわち、炉体１０上部であるガス導入管３０付近と、炉体１０下部である載置台２０付近との温度差を小さくすることができる。ガス導入管３０は、炉体１０内部からの熱輻射により加熱されるため、ガス導入管３０の温度が高くなりすぎることもない。このような炉体１０内部での温度差を抑制することにより、温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。
温度勾配による対流やガス拡散は、ＳｉＣウェハ５０上に積層されるために供給されるべきガスをガス導入管３０側に再供給するという問題や、炉体１０壁面等に付着したパーティクルをガス導入管３０側に巻き上げるという問題を生み出す。これらの再供給された原料ガス及び炉体１０壁面からのパーティクルは、導入口３２に堆積物として付着する。ＳｉＣウェハ５０上にこれらの堆積物が落下することで、ＳｉＣエピタキシャル膜の欠陥の原因となる。
すなわち、ガス導入管３０を構成する材料が、放射率が０．５以上の材料を含むことで、温度差に伴う対流やガス拡散を抑制し、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際の欠陥の原因発生を抑制することができる。
【００４９】
このときガス導入管３０の導入口３２の温度は、７００℃〜１４００℃であることが好ましく、８００℃〜１３００℃であることがより好ましい。一般に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるためには、ＳｉＣウェハ５０の温度を１６００℃程度まで加熱する。ガス導入管３０の導入口３２の温度が上記範囲であれば、十分に温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。
【００５０】
またガス導入管３０は、複数備えられていることが好ましい。図２は、複数のガス導入管を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置１００の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。ガス導入管３０が複数あれば、原料ガスを炉体１０内へ分散導入することができ、ガス導入管３０ごと供給する原料ガスの量を少なくすることができる。すなわち、各ガス導入管３０に付着する堆積物の量を少なくすることができる。
【００５１】
また複数のガス導入管３０は、その一部がＳｉ系原料ガスを炉体１０内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管３０ｓであり、別の一部がＣ系原料ガスを炉体１０内へ導入するＣ系原料ガス導入管３０ｃであり、Ｓｉ系原料ガス導入管３０ｓとＣ系原料ガス導入管３０ｃはそれぞれ分離され、少なくともＳｉ系原料ガス導入管３０ｓの導入口３２ｓがテーパー形状を有していることが好ましい。ここで、「一部」とは、Ｓｉ系原料ガス３０ｓ及びＣ系原料ガス３０ｃがそれぞれ領域ごとに形成されていてもよく、またＳｉ系原料ガス３０ｓ及びＣ系原料ガス３０ｃが領域を形成するように配置されず、一つ一つがランダムで配置されても良い。ＳｉＣウェハ５０上に均一にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるためには、Ｓｉ系原料ガス３０ｓ及びＣ系原料ガス３０ｃが領域を形成せずに、一つ一つがランダムで配置されていることが好ましい。
図３は、ガス導入管が複数あり、Ｓｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管３０ｓと、Ｃ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管３０ｃに分離したＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。図３は、Ｓｉ系原料ガス３０ｓとＣ系原料ガス３０ｃが交互に配置されているが、本発明は当該構成に限らずランダムに配置されていても良い。
図３に示すように、原料ガスを分離して導入することで、不要なＳｉＣ生成物がガス導入管３０ｓや炉体１０内壁面等に形成されることを抑制することができる。また、Ｓｉは比較的生成温度が低いため、Ｓｉ堆積物を形成しやすい。Ｓｉ系原料ガス導入管３０ｓをテーパー形状とすることで、当該Ｓｉ堆積物の付着を効率的に抑制することができる。
【００５２】
またＳｉ系ガス導入管３０ｓの導入口３２ｓだけでなく、Ｃ系原料ガス導入管３０ｃの導入口３２ｃもテーパー形状を有することが好ましい。
図４は、ガス導入管が複数あり、Ｓｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管と、Ｃ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管に分離され、それぞれの導入口がテーパー形状を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。
Ｓｉ堆積物と比較すると、Ｃ堆積物は堆積し難いが、Ｓｉ系ガス導入管３０ｓの導入口３２ｓ及びＣ系原料ガス導入管３０ｃの導入口３２ｃをテーパー形状とすることで、より堆積物の付着を抑制し、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００５３】
またガス導入管３０は、外管３３によって覆われ、ガス導入管３０と外管３３とが二重管構造を構成し、ガス導入管３０と外管３３との間から炉体１０内にパージガスｐを導入することができる構成であることが好ましい。
図５は、ガス導入管３０が外管３３によって覆われ、ガス導入管３０と外管３３とが二重管構造を構成したＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。
図５に示すように、ガス導入管３０の内部から原料ガスｇが炉体１０内に導入され、ガス導入管３０と外管３３との間から炉体１０内にパージガスｐを導入する。内管であるガス導入管３０から炉体１０内に導入される原料ガスｇが、パージガスｐによってガス導入管に再度回り込むことを防ぐことができる。すなわち、ガス導入管３０の導入口に堆積物が付着をより効果的に抑制することができる。
【００５４】
さらに外管３３の炉体内への導入口がテーパー形状を有していることが好ましい。ガス導入管３０及び外管３３がテーパー形状を有することで、より滑らかにパージガスを流すことができる。これにより乱流の発生を抑制し、ガス導入管３０の導入口に堆積物が生じることをより効果的に抑制することができる。図６は、ガス導入管３０及び外管３３の導入口が共にテーパー形状を有する場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。
また外管３３のテーパーの勾配角は、ガス導入管３０のテーパーの勾配角と同一であることが好ましい。外管３３とガス導入管３０のテーパーの勾配角が同一であれば、不要な乱流の発生を抑制することができる。
【００５５】
なお、図５及び図６では、ガス導入管３０が一つの例を記載しているが複数あってもよい。また原料ガスｇは、Ｓｉ系原料ガスとＣ系原料ガスの混合ガスに限られず、Ｓｉ系原料ガス及びＣ系原料ガスがそれぞれ分離されて供給されてもよい。ただし、Ｓｉ系原料ガス及びＣ系原料ガスをそれぞれ分離して供給する場合は、複数のガス導入管３０が必要となる。
【００５６】
またガス導入管３０の周囲に複数のパージガス導入口３４が設けられていることが好ましい。特に、パージガス導入口３４が、ガス導入管３０の周囲にシャワーヘッド状に形成されていることが好ましい。図７は、ガス導入管３０の周囲に複数のパージガス導入口３４が設けられている場合のＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図であり、簡単のために炉体１０の下部は図示していない。
図７に示すＳｉＣ化学気相成長装置は、パージガスが成膜処理前室３５に供給される。パージガスが供給されるにつれ、成膜処理前室３５内部の圧力が高くなると、バージガス導入口３４を介して、炉体１０内部に供給される。そのため、ガス供給管３０の周囲からパージガスがシャワー状に供給される。パージガス導入口３４から炉体１０内に供給されるパージガスｐによって、原料ガスｇがガス導入管３０に再度回り込むことを防ぐことができる。すなわち、ガス導入管３０の導入口３２に堆積物が付着することをより効果的に抑制することができる。
なお、図７では、ガス供給管３０が３つの場合を例示したが、当該数には限られず一つでも、より複数でもよい。また成膜処理前室３５を用いてシャワー状にパージガスを炉体１０内に供給しているが、複数のパージガス供給口３４を直接炉体１０に形成してもよい。
【００５７】
図８は、本発明の一実施形態であるＳｉＣ化学成長装置を模式的に説明する断面模式図であり、補助ヒーターを有しているＳｉＣ化学気相成長装置の断面模式図である。図８に示すように、本発明のＳｉＣ化学気相成長装置１００は、炉体１０の内部であってガス導入管３０とサセプタ５０の間の位置に設けられている補助ヒーター６０を備えていてもよい。
補助ヒーター６０を設けることで、補助ヒーター６０からの熱輻射によりに、ガス供給管を直接または間接的に加熱することができる。補助ヒーター６０は、隔壁６１で覆われていてもよい。隔壁６１は、パーティクルが補助ヒーター６０に付着することを防止することができ、また補助ヒーター６０で発生した熱を均一化することもできる。隔壁６１は、ＳｉＣコートされたカーボン部材等を用いることができる。
ガス供給管３０は放射率が高くかつ輻射を受けやすい材料を含むため、補助ヒーター６０からの熱輻射により効率的に加熱される。また補助ヒーター６０は、同時にサセプタ２０上に載置される基板５０も加熱するため、炉体１０上部であるガス導入管３０付近と、炉体１０下部である載置台２０付近との温度差を小さくすることができる。このような炉体１０内部での温度差を抑制することにより、温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。すなわち、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際の欠陥の原因発生を抑制することができる。
【００５８】
補助ヒーター６０は、抵抗加熱方式又は高周波加熱方式のものを用いることができる。補助ヒーター６０は、図８に示すように一体の部材からなる必要はなく、炉体内部に複数設けられていてもよい。
【００５９】
炉体１０は、成長室を構成する中空部を有する。原料ガスは、炉体１０にガス導入管３０から導入され、ガス排出口４０から排出される。また中空部内に、載置台２０が設置され、その載置台２０上にＳｉＣウェハ５０を載置し、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜することができる。炉体１０は特に限定されるものではないが、ＳＵＳ等の金属によって構成されていることが一般的である。
【００６０】
載置台２０は、ＳｉＣウェハ５０を載置するサセプタ２１と、サセプタ２１上に載置されたＳｉＣウェハ５０を加熱する加熱機構２２とを有する構成とされている。サセプタ２１は、上面がＳｉＣウェハ５０の載置面となっており、内部に加熱機構２２が配置される空間が形成されている。サセプタ２１には下方に延びる管状の支持軸が備えられ、この支持軸が図示しない回転機構に連結されることで回転可能とされている。加熱機構２２は、ＳｉＣウェハ５０の載置面と対向するヒーターなどによって構成されており、サセプタ２１内に設置されている。加熱機構２２には、サセプタ２１の支持軸内部を通して外部から通電されている。
【００６１】
ガス排出口４０は、炉体１０のうち載置台２０におけるＳｉＣウェハ５０の載置面よりも下方に配置されており、ＳｉＣウェハ５０を通過した後の未反応ガスを排出する。またこのガス排出口４０からは真空吸引が行えるようになっており、炉体１０内部の雰囲気圧力を適宜調整することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図９を参照して、本発明の第２実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置２００の一例について説明する。
第２実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置２００は、成長空間を構成する炉体１０と、炉体１０内に備えられＳｉＣウェハ５０を載置する載置台２０と、炉体１０内へ原料ガスを導入し、導入口３２がテーパー形状を有するガス導入管３０と、ガス導入管３０の導入口を７００℃〜１４００℃に加熱できるヒーター７０とを備える。第２実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置２００は、第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と、ヒーター７０を備える点が異なる。ヒーター７０はガス導入管の導入口の周囲を囲繞する位置に配置されることが好ましい。
【００６３】
第２実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置２００は、ヒーター７０を備えるため、積極的にガス導入管３０を加熱することができる。ガス導入管３０を加熱すると、炉体１０内部での温度差を抑制することができ、温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。すなわち、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際の欠陥の原因発生を抑制することができる。
またヒーター７０を用いることで、ガス導入管３０を積極的に加熱することができるため、ＳｉＣ化学気相成長装置１００と異なり、ガス導入管３０の材質の選択の幅を広くすることができる。すなわち、ＳｉＣ化学気相成長装置２００においてガス導入管３０は、高温に耐えられる材質からなればよく、例えば、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣコートされたカーボン、ＴａＣ、ＴａＣコートされたカーボン、ＮｂＣ、ＮｂＣコートされたカーボン、ＳｉＯ２等を用いることができる。
【００６４】
このときガス導入管３０の導入口３２の温度は、７００℃〜１４００℃であることが好ましく、８００℃〜１３００℃であることがより好ましい。一般に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるためには、ＳｉＣウェハ５０の温度を１６００℃程度まで加熱する。ガス導入管３０の導入口３２の温度が上記範囲であれば、十分に温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。
【００６５】
炉体１０、載置台２０、ガス排出口４０については、第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と同一のものを用いることができる。ガス導入管３０も、その材質以外の形状等は第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と同一のものを用いることができる。
【００６６】
また、ガス導入管３０を囲繞するヒーター７０と補助ヒーター６０を共に用いることもでき、組み合わせることにより条件の調整の幅が広がり、配管を効果的に加熱できるので好ましい。
【００６７】
（第３実施形態）
図１０を参照して、本発明の第３実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置３００の一例について説明する。
第３実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置３００は、成長空間を構成する炉体１０と、炉体１０内に備えられＳｉＣウェハ５０を載置する載置台２０と、炉体１０内へ原料ガスを導入し、導入口３２がテーパー形状を有するガス導入管３０と、成長空間に面し、ガス導入管を取り囲むガス導入管加熱部材８０を備える。第３実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置３００は、第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と、ガス導入管加熱部材８０を備える点が異なる。
【００６８】
ガス導入管加熱部材８０の形状は、特に制限されないが、ガス導入管３０の導入口３２を囲む形で、ガス放出方向と直交する平面状に設けられることが好ましい。ガス導入管３０の導入口３２を囲む形状とすることで、導入口３２部分のみを効率的に加熱することができ、原料ガスがガス導入管３０内部で早期に分解してしまうことを避けることができる。
【００６９】
ガス導入管加熱部材８０は放射率が０．５以上の材料を含む。放射率が０．５以上であれば、十分輻射を受けやすくガス導入管加熱部材を効率的に加熱することができ、それによりガス導入管３０を効率的に加熱することができる。
ガス導入管加熱部材８０の材料としては、例えば、Ｃ、ＳｉＣ、金属炭化物、ＳｉＣまたは金属炭化物で被覆されたＣ等を挙げることができる。また、これらの材料の混合物等でもよく、少なくとも一種の材料を含んでいればよい。金属炭化物としては例えばＷＣ、ＮｂＣを用いることができる。これらの材料は、放射率が高くかつ輻射を受けやすい。
ガス導入管加熱部材８０がこれらの材質を含むことで、炉体１０内部からの熱輻射によりガス導入管加熱部材８０が加熱され、間接的にガス導入管加熱部材が加熱される。すなわち、炉体１０上部であるガス導入管３０付近と、炉体１０下部である載置台２０付近との温度差を小さくすることができる。ガス導入管３０は、主にガス導入管加熱部材８０により間接的に加熱されるため、ガス導入管３０の温度が高くなりすぎることもない。このような炉体１０内部での温度差を抑制することにより、温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。
【００７０】
このときガス導入管３０の導入口３２の温度は、７００℃〜１４００℃であることが好ましく、８００℃〜１３００℃であることがより好ましい。一般に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるためには、ＳｉＣウェハ５０の温度を１６００℃程度まで加熱する。ガス導入管３０の導入口３２の温度が上記範囲であれば、十分に温度勾配による対流やガス拡散を抑制することができる。
【００７１】
ガス導入管加熱部材８０は、図１０に示すように、成長空間の上部全体を覆う天井部材として配置することができる。また、ガス導入管加熱部材８０はガス導入管３０の導入口３２部分の周辺に、それぞれのガス導入管３０毎に独立して設けることもできる。図１０ではガス導入管加熱部材８０は、直接ガス導入管３０に接続している場合を記したが、近接位置であれば、離れて設置してもよい。たとえば、パージガス用の外管を設ける場合は外管に接続していてもよい。
【００７２】
ガス導入管加熱部材８０は、第１実施形態のようにガス導入管３０が、放射率が０．５以上の材料を含む場合に組み合わせて用いてもよい。合わせて用いることにより、より効率的にガス導入管を加熱することができる。
【００７３】
またガス導入管加熱部材８０は、第１実施形態の補助ヒーター６０および第２実施形態のヒーター７０と併用することもできる。組み合わせることにより条件の調整の幅が広がり、配管を効果的に加熱できるので好ましい。
【００７４】
炉体１０、載置台２０、ガス排出口４０については、第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と同一のものを用いることができる。ガス導入管３０も、その材質以外の形状等は第１実施形態のＳｉＣ化学気相成長装置１００と同一のものを用いることができる
【００７５】
また第１〜第３実施形態では、縦型の炉体構造を有するＳｉＣ化学気相成長装置を図示した。しかし、本発明は当該縦型に限らず、図１１に示すように横型の炉体構造を有するＳｉＣ化学気相成長装置においても適用することができる。また、図示していないが縦型でガス導入管を下側に配置した上下逆の配置の場合にも適用することができる。いずれも本発明によりガス導入管に付着する堆積物を低減することができる。ただし、温度勾配による対流は、上下の温度差によって生じることが多い。従って対流はガス導入管と載置台に温度差が生じやすい縦型の炉体構造において発生しやすいため、本発明は縦型の炉体構造において特に有用である。またガス導入管の導入口に堆積した付着物は、重力により下部にパーティクルとして落下することが考えられるため、この点においても縦型の炉体構造において特に有用である。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本実施例においては、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる際のガス導入管に付着する堆積物の量をシミュレーションで計算した。
【００７８】
［実施例１］
ＳｉＣ化学気相成長装置は、縦型のＳｉＣ化学気相成長装置とし、ガス導入管はＳｉ系原料ガスを炉体内へ導入するＳｉ系原料ガス導入管と、Ｃ系原料ガスを炉体内へ導入するＣ系原料ガス導入管に分離されている構造とした。またＳｉ系原料ガス導入管及びＣ系原料ガス導入管のそれぞれは、その周りを覆う外管を有し、二重管構造となっているものとし、Ｓｉ系原料ガス導入管及びその外管はそれぞれテーパー形状を有しているものとした。
Ｓｉ系原料ガスは、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）とし、Ｓｉ系原料ガス導入管からは、トリクロロシランとアルゴンを１：３２の比率で混合したガスを、ガス導入路のテーパー形状開始位置における平均流速（流量／ガス流路断面積）が０．２６ｍ／ｓとなるように炉体内に導入するものとした。また外管とＳｉ系原料ガス導入管の間には、パージガスとして水素と塩化水素を２３：１で混合したガスを、ガス導入路のテーパー形状開始位置における平均流速（流量／ガス流路断面積）が０．１９ｍ／ｓとなるように流すものとした。
このときＳｉ系原料ガス導入管の導入口の炉体内部側終端部の断面積は、ガス導入路の導入口直前の断面積に対して、２．７４倍とした。またＳｉ系原料ガス導入管の導入口のテーパーの勾配角は、ガス導入路の延長線に対して１６．７°とした。さらに、Ｓｉ系原料ガス導入管を覆う外管のテーパーの勾配角は、外管の導入路に対して１６．７°とした。
さらに、温度条件としては、Ｓｉ系原料ガス導入管の導入口側の先端部温度を１３７５℃とし、反対側の端部温度を３００℃に固定した。ガス導入管の導入口側の先端部から版端側の端部までの長さは１３０．５ｍｍであり、その間のＳｉ系原料ガス導入管の温度は、両端部の温度から線形で補完した。また、Ｓｉ系原料ガス導入管内や炉体内の気相温度は、熱伝導と輻射から導き出される温度とした。
このときのＳｉ系原料ガス導入管の導入口におけるＳｉの成長速度は、３３４μｍ／ｈ以下であった。
なお、今回のシミュレーションでは、Ｓｉ系原料ガス導入管のＳｉ堆積物の付着量を計算で求めた。Ｓｉ系原料ガス導入管とＣ系原料ガス導入管とは分離されているため、Ｓｉ系原料ガス導入管のＳｉ堆積物の付着量を求める上で、Ｃ系原料ガス導入管からの影響は受けない。またＳｉ堆積物の付着量を求めたのは、Ｓｉ堆積物はＣ堆積部と比較して堆積しやすく、Ｓｉ堆積物の付着量を確認すれば十分であるためである。
【００７９】
［実施例２］
Ｓｉ系原料ガス導入管の導入口のテーパーの勾配角を、ガス導入路の延長線に対して３１．０°とした点のみが実施例１と異なるものとして、計算を行った。
このときのＳｉ系原料ガス導入管の導入口におけるＳｉの成長速度は、３７３μｍ／ｈ以下であった。
【００８０】
［実施例３］
Ｓｉ系原料ガス導入管の導入口のテーパーの勾配角を、ガス導入路の延長線に対して１１．３°とした点のみが実施例１と異なるものとして、計算を行った。
このときのＳｉ系原料ガス導入管の導入口におけるＳｉの成長速度は、３５５μｍ／ｈ以下であった。
【００８１】
［比較例１］
Ｓｉ系原料ガス導入管及びその外管が、テーパー形状を有していない点が実施例１と異なるものとして、計算を行った。
このときのＳｉ系原料ガス導入管の導入口におけるＳｉの成長速度は、４６７μｍ／ｈ以下であった。
【００８２】
実施例１〜３及び比較例１の結果を以下の表１に示す。
【００８３】
【表１】
2016050164.tif 000003
【００８４】
表１の結果、テーパーを有していない比較例１は一時間当たりのＳｉ堆積量が、実施例１〜３と比較して多くなっていることがわかる。すなわち、テーパー形状を有することでＳｉ堆積物の付着量を抑制することができる。
【００８５】
また、図１２は実施例１のＳｉ原料ガス導入管の導入口の写真であり、図１３は比較例１のＳｉ原料ガス導入管の導入口の写真である。図１２と図１３を比較すると、比較例１の方がＳｉ原料ガス導入管の導入口に大量の堆積物が付着していることがわかる。この写真から確認できる結果は、シミュレーションの結果とも対応しており、シミュレーションが適切であったことも確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明のＳｉＣ化学気相成長装置は、温度分布によるガスの対流や拡散を抑制することで、原料ガス起因の堆積物が導入管へ付着することを抑制できことから、例えば、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等に用いられるＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１００、２００、３００：ＳｉＣ化学気相成長装置、１０：炉体、２０：載置台、２１：サセプタ、２２：加熱機構、３０：ガス導入管、３１：ガス導入路、３２：ガス導入口、３０ｓ：Ｓｉ系原料ガス導入管、３１ｓ：Ｓｉ系原料ガス導入路、３２ｓ：Ｓｉ系原料ガス導入口、３０ｃ：Ｃ系原料ガス導入管、３１ｃ：Ｃ系原料ガス導入路、３２ｃ：Ｃ系原料ガス導入口、３３：外管、３５：成膜処理前室、４０：ガス排出口、５０：ＳｉＣウェハ、６０：補助ヒーター、６１：隔壁、７０：ヒーター、８０：ガス導入管加熱部材、ｇ：原料ガス、Ｓｉ：Ｓｉ系原料ガス、Ｃ：Ｃ系原料ガス、ｐ：パージガス
【図１】
2016050164.tif 000004
【図２】
2016050164.tif 000005
【図３】
2016050164.tif 000006
【図４】
2016050164.tif 000007
【図５】
2016050164.tif 000008
【図６】
2016050164.tif 000009
【図７】
2016050164.tif 000010
【図８】
2016050164.tif 000011
【図９】
2016050164.tif 000012
【図１０】
2016050164.tif 000013
【図１１】
2016050164.tif 000014
【図１２】
2016050164.tif 000015
【図１３】
2016050164.tif 000016