JP2006028625A - Cvd装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カーボン材料からなるサセプタ(11、12)を容器10内に備え、同じく容器10内に設置された炭化珪素(SiC)からなる半導体基板70を下部サセプタ12が加熱されることに基づき加熱しつつ、同容器10内に水素ガス(H2)を含有するキャリアガスおよびシランガス(SiH4)およびプロパンガス(C3H8)からなる原料ガスを供給して半導体基板70の表面にエピタキシャル膜を成膜する。このとき下部サセプタ12の少なくとも半導体基板70と対向する面には、例えば熱分解炭素膜等、キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材16をあらかじめ成膜しておく。
【選択図】図1
Description
(a1)前記サセプタを、重力方向上方に配設された上部サセプタと重力方向下方に配設された下部サセプタとの2段構造とする。
(a2)前記基板についてはこれを、前記上部サセプタに設けられた基板ホルダに設置して、その表面が前記下部サセプタと対向するようにする。
(a3)それら対向する基板と下部サセプタとの間に前記キャリアガスおよび原料ガスを流通させる。
(a4)前記キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材についてはこれを、前記下部サセプタの少なくとも前記基板と対向する面に成膜しておく。
といった構成が有効である。CVD装置としてのこのような構成によれば、上述した各発明による作用効果に加え、上記基板の表面付近に原料ガスが略平行に供給されて、その表面に順次エピタキシャル膜が成膜されるようになることから、その成膜レートが自ずと向上されるようになるとともに、必要とされる原料ガスについてもこれを必要最小限の量とすることができる。また、特に上記基板のエピタキシャル膜が形成される面が、重力方向に対向していることから、たとえ上記膜材がエッチングされることに起因してパーティクル等が発生したとしても、同エピタキシャル膜表面への付着が抑制されるようになる。さらにこうした構成のCVD装置では、上記容器内に複数枚の基板を配設することで、これら基板表面に同時にエピタキシャル膜を成膜することもでき、こうした膜形成の効率を高めることもできる。
(b1)前記基板についてはこれを、適宜の基板ホルダによって鉛直方向に保持する。
(b2)該鉛直方向に保持された基板の表面を覆うかたちで、前記サセプタを筒状に形成する。
(b3)それら基板とサセプタとの間に鉛直方向に、前記キャリアガスおよび原料ガスを流通させる。
(b4)前記キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材についてはこれを、前記筒状に形成されたサセプタの少なくとも前記基板と対向する面に成膜しておく。
といった構成も有効である。CVD装置としてのこのような構成によっても、上述した各発明による作用効果に加え、上記基板の表面付近に原料ガスが直接供給されて、その表面に順次エピタキシャル膜が成膜されるようになることから、その成膜レートが自ずと向上されるようになるとともに、必要とされる原料ガスについてもこれを必要最小限の量とすることができるようにもなる。またこの場合にも、上記基板は、そのエピタキシャル膜が形成される面が、鉛直方向に略平行となるように配設されることで、たとえ上記膜材がエッチングされることに起因してパーティクル等が発生したとしても、同エピタキシャル膜表面への付着が抑制されるようになる。さらにこうした構成のCVD装置では、上記筒状のサセプタに少なくとも2枚の複数枚の基板を配設することができるため、これら基板表面に同時にエピタキシャル膜を成膜することもでき、こうした膜形成の効率を高めることもできる。
以下、この発明にかかるCVD装置の第1の実施の形態について、図1を参照して説明する。この実施の形態にかかるCVD装置においては、例えば炭化珪素(SiC)の単結晶からなる半導体基板(ウェハ)の表面に、さらに純度の高い炭化珪素(SiC)からなるエピタキシャル膜を成膜するCVD装置として構成されている。
また、容器10の長手方向の端面には、原料ガスおよびキャリアガスの供給口、並びに排出口が形成されている。なお、この実施の形態にかかるCVD装置では、上記原料ガスとして、プロパンガス(C3H8)およびシランガス(SiH4)を主成分とするガスを、また上記キャリアガスとして水素ガス(H2)を含有するガスをそれぞれ用いている。そして、これらが混合された処理ガスGが、同図1に矢指する態様で上部サセプタ11および下部サセプタ12の間を流通して、すなわち上記基板70の表面と略平行に流動して、容器10の外部へ排出される。
同膜の成膜に際してはまず、成膜対象とする半導体基板70を上記基板ホルダ14に装着した後、容器10を閉じ、該基板70共々基板ホルダ14を回転させながら、また容器10内にキャリアガスを導入しながら、上記コイル72に例えば「8kHz」程度の周波数に設定された高周波電流を流す。これにより、底面側の下部サセプタ12がまず誘導加熱され、次いで、この下部サセプタ12の輻射熱により、上部サセプタ11、基板ホルダ14および上記基板70の表面が、例えば「1500℃」以上になるように加熱される。こうして上記基板70の表面が十分に加熱された状態で、上記キャリアガスに加え、容器10内に原料ガスを導入する。これにより、上記基板70の表面で上記原料ガスが熱分解されて、同基板70の表面に炭化珪素(SiC)の単結晶からなるエピタキシャル膜が成膜される。そしてこのとき、このエピタキシャル膜中のキャリア濃度は、上記基板70に対向する上記膜材16中の窒素濃度を上述のように「1ppm」以下にすることによって、「1×1016cm-3」以下に制御されることができるようになる。またこのとき、上記基板70は回転しているため、同基板70の表面のうち、原料ガスの上流側に位置する部分が順次入れ替わり、上記エピタキシャル膜は均一な膜厚分布を保ちながら成膜されるようにもなる。しかも、この実施の形態では上述のように、下部サセプタ12の表面に上記熱分解炭素膜からなる膜材16をあらかじめ成膜している。これにより、同サセプタ12を形成するカーボン材料が上記キャリアガスに含まれる水素(H2)と反応してエッチングされることに起因する同カーボン材料のパーティクルの発生等は抑制され、ひいては上記基板70上へのエピタキシャル膜の成膜も均一になされるようになる。また、こうしてキャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材16を上記下部サセプタ12に成膜しておくことで、カーボン材料と水素との反応による炭化水素ガスの発生も併せて抑制されるようになる。すなわち、気相中の炭素/珪素比(C/Si)が安定化されて、上記エピタキシャル膜中のキャリア濃度も均一に保持されるようになることから、同エピタキシャル膜をより安定に成膜することができるようにもなる。
(1)カーボン材料からなるサセプタ11および12のうち容器10の底面側に設けられて誘導加熱される下部サセプタ12の表面に、水素ガス(H2)に対するエッチング耐性の高い熱分解炭素膜からなる膜材16をあらかじめ成膜しておく構造とした。このような構造を採用したことにより、カーボン材料のパーティクルの発生等が抑制され、また気相中の炭素/珪素(C/Si)が安定化されて上記エピタキシャル膜中のキャリア濃度も均一に保持されることから、同エピタキシャル膜が均一に、しかも安定して成膜されるようになる。また、こうした熱分解炭素膜は、上記サセプタ12を形成するカーボン材料よりも緻密性が高く、且つ純度も高い。このため、カーボン材料に含まれる不純物がこうした熱分解炭素膜中の被覆によって見かけ上低減されることともなり、より高純度のエピタキシャル膜を成膜することができるようになる。
次に、この発明にかかるCVD装置の第2の実施の形態について、図2を参照して説明する。この実施の形態にかかるCVD装置も、例えば炭化珪素(SiC)の単結晶からなる半導体基板(ウェハ)の表面に、さらに純度の高い炭化珪素(SiC)からなるエピタキシャル膜を成膜する装置であり、CVD装置としての基本的な部分の構成は先の第1の実施の形態と同様である。ただしここでは、容器内にて、複数枚の半導体基板に同時にエピタキシャル膜を成膜することができるようにしている。
なお、この実施の形態にかかるCVD装置でも、上記原料ガスとして、プロパンガス(C3H8)およびシランガス(SiH4)を主成分とするガスを、また上記キャリアガスとして水素ガス(H2)を含有するガスをそれぞれ用いている。ただし、このCVD装置では、これらキャリアガスおよび原料ガスからなる処理ガスGは、同図2に矢指する態様で上記容器20の底面側から同容器20の中ほどまで鉛直方向に流通した後、上部サセプタ21に沿って同容器20の外周方向に流通し、上記基板70a、70bの表面と略平行に流動した後、容器20の外部へ排出される。
同膜の成膜に際してはまず、成膜対象とする半導体基板70a、70bを上記基板ホルダ24a、24bにそれぞれ装着した後、容器20を閉じ、該基板70a、70b共々基板ホルダ24a、24bおよび上記上部サセプタ21を回転させる。また、容器20内にキャリアガスを導入し、上記コイル72に例えば8kHz程度の周波数に設定された高周波電流を流す。これにより、上記下部サセプタ22がまず誘導加熱され、次いで、この下部サセプタ22の輻射熱により、上部サセプタ21、基板ホルダ24a、24b、および上記基板70a、70bの表面が、例えば「1500℃」以上になるように加熱される。こうして上記基板70a、70bの表面が十分に加熱された状態で、上記キャリアガスに加え、容器20内に原料ガスを導入する。これにより、これら基板70a、70bの表面で上記原料ガスが熱分解されて、同基板70a、70bの表面に同時に炭化珪素(SiC)の単結晶からなるエピタキシャル膜が成膜される。そしてこのとき、このエピタキシャル膜中のキャリア濃度は、上記基板70a、70bに対向する上記膜材26中の窒素濃度を上述のように「1ppm」以下に制御することによって、「1×1016cm-3」以下に制御されることができるようになる。またこのときも、上記基板70a、70bは回転しているため、これら基板70a、70bの表面のうち、原料ガスの上流側に位置する部分が順次入れ替わり、上記エピタキシャル膜は均一な膜厚分布を保ちながら成膜されるようにもなる。しかも、この実施の形態にかかるCVD装置においても、先の第1の実施の形態と同様に、下部サセプタ22の表面に上記熱分解炭素膜からなる膜材26をあらかじめ成膜している。これにより、同サセプタ22を形成するカーボン材料が上記キャリアガスに含まれる水素(H2)と反応してエッチングされることに起因する同カーボン材料のパーティクルの発生等は抑制され、ひいては上記基板70上へのエピタキシャル膜の成膜も均一になされるようになる。また、こうしてキャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材26を上記下部サセプタ22に成膜しておくことで、カーボン材料と水素との反応による炭化水素ガスの発生も併せて抑制されるようになる。すなわち、気相中の炭素/珪素比(C/Si)が安定化されて、上記エピタキシャル膜中のキャリア濃度も均一に保持されるようになることから、同エピタキシャル膜をより安定に成膜させることができるようにもなる。
次に、この実施の形態にかかるCVD装置の第3の実施の形態について、図3を参照して説明する。この実施の形態にかかるCVD装置も、半導体基板(ウェハ)の表面にさらに純度の高いエピタキシャル膜を成膜する装置であるが、容器をはじめ、その内部の構成が先の第1および第2の実施の形態とは異なっている。
なお、この実施の形態にかかるCVD装置でも、上記原料ガスとして、プロパンガス(C3H8)およびシランガス(SiH4)を主成分とするガスを、また上記キャリアガスとして水素ガス(H2)を含有するガスをそれぞれ用いている。そして、これらの混合された処理ガスGは、この実施の形態においては、同図3に矢指する態様で鉛直方向下方から上方に向かって流通する。このとき、上記基板ホルダ31は鉛直方向下方にむかって楔型形状に形成されていることで、こうした処理ガスの流速の低下を抑制し得る構成としている。
同膜の成膜に際してはまず、成膜対象とする半導体基板70a、70bを上記基板ホルダ31にそれぞれ配設した後、容器30を閉じ、同容器30内にキャリアガスを導入しながら、上記コイル72に例えば8kHz程度の周波数に設定された高周波電流を流す。これにより、上記サセプタ32がまず誘導加熱され、次いで、このサセプタ32の輻射熱により、上記基板ホルダ31および上記基板70a、70bの表面が、例えば「1500℃」以上になるように加熱される。こうして上記基板70a、70bの表面が十分に加熱された状態で、上記キャリアガスに加え、容器30内に原料ガスを導入する。これにより、これら基板70a、70bの表面で上記原料ガスが熱分解されて、同基板70a、70bの表面に同時に炭化珪素(SiC)の単結晶からなるエピタキシャル膜が成膜される。そしてこのとき、このエピタキシャル膜中のキャリア濃度は、上記基板70a、70bに対向する上記膜材36中の窒素濃度を上述のように「1ppm」以下に制御することによって、「1×1016cm-3」以下に制御されることができるようになる。しかも、この実施の形態にかかるCVD装置においても、先の第1および第2の実施の形態と同様に、上記サセプタ32の表面に上記熱分解炭素膜からなる膜材36をあらかじめ成膜している。これにより、同サセプタ32を形成するカーボン材料が上記キャリアガスに含まれる水素(H2)と反応してエッチングされることに起因する同カーボン材料のパーティクルの発生等は抑制され、ひいては上記基板70a、70b上へのエピタキシャル膜の成膜も均一になされるようになる。また、こうしてキャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材36を上記サセプタ32に成膜しておくことで、カーボン材料と水素との反応による炭化水素ガスの発生も併せて抑制されるようになる。すなわち、気相中の炭素/珪素比(C/Si)が安定化されて、上記エピタキシャル膜中のキャリア濃度も均一に保持されるようになることから、同エピタキシャル膜をより安定に成膜させることができるようにもなる。
なお、この発明にかかるCVD装置は、上記第1〜3の実施の形態として示した構成に限らず、これらを適宜変更した、以下の態様にて実施することもできる。
Claims (12)
- カーボン材料からなるサセプタを容器内に備え、同じく容器内に設置された基板を前記サセプタが加熱されることに基づき加熱しつつ、同容器内にキャリアガスおよび原料ガスを供給して前記基板の表面にエピタキシャル膜を成膜せしめるCVD装置であって、
前記サセプタの少なくとも前記基板と対向する面には、前記キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材が成膜されてなる
ことを特徴とするCVD装置。 - 前記膜材は、炭素を含有してなる
請求項1に記載のCVD装置。 - 前記膜材は、前記サセプタを形成するカーボン材料よりも緻密性の高い構造を有してなる
請求項2に記載のCVD装置。 - 前記膜材が、熱分解炭素膜からなる
請求項2または3に記載のCVD装置。 - 前記膜材が、金属炭化物膜からなる
請求項2または3に記載のCVD装置。 - 前記金属炭化物膜が、炭化タンタル(TaC)、炭化二モリブデン(Mo2C)、炭化チタン(TiC)、炭化ジルコニウム(ZrC)、炭化バナジウム(VC)、炭化タングステン(WC)および炭化ニオブ(NbC)の少なくとも1つを含む膜からなる
請求項5に記載のCVD装置。 - 前記基板が炭化珪素(SiC)基板であり、当該CVD装置は、前記キャリアガスとして水素ガス(H2)を含有するガスを、前記原料ガスとしてシランガス(SiH4)およびプロパンガス(C3H8)をそれぞれ前記容器内に供給して、前記基板の表面に炭化珪素(SiC)からなるエピタキシャル膜を成長させるものである
請求項1〜6のいずれか一項に記載のCVD装置。 - 請求項7に記載のCVD装置において、
前記膜材に含有される窒素濃度が1ppm以下である
ことを特徴とするCVD装置。 - 前記サセプタの加熱が、高周波誘導加熱によって行われる
請求項1〜8のいずれか一項に記載のCVD装置。 - 前記サセプタは、重力方向上方に配設された上部サセプタと重力方向下方に配設された下部サセプタとからなり、前記基板は、前記上部サセプタに設けられた基板ホルダに設置されてその表面が前記下部サセプタと対向するようになり、前記キャリアガスおよび原料ガスは、それら基板と下部サセプタとの間を流通するものであり、前記キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材は、前記下部サセプタの少なくとも前記基板と対向する面に成膜されてなる
請求項1〜9のいずれか一項に記載のCVD装置。 - 前記基板ホルダには、前記基板が設置された状態で、基板共々これを周方向に回転せしめる回転機構が設けられてなる
請求項10に記載のCVD装置。 - 前記基板は、適宜の基板ホルダによって鉛直方向に保持されてなるとともに、前記サセプタは、該鉛直方向に保持された基板の表面を覆うかたちで筒状に形成されてなり、前記キャリアガスおよび原料ガスは、それら基板とサセプタとの間を鉛直方向に流通するものであり、前記キャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材は、前記筒状に形成されたサセプタの少なくとも前記基板と対向する面に成膜されてなる
請求項1〜9のいずれか一項に記載のCVD装置。
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