JP6836965B2 - 成膜装置 - Google Patents

成膜装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6836965B2
JP6836965B2 JP2017123226A JP2017123226A JP6836965B2 JP 6836965 B2 JP6836965 B2 JP 6836965B2 JP 2017123226 A JP2017123226 A JP 2017123226A JP 2017123226 A JP2017123226 A JP 2017123226A JP 6836965 B2 JP6836965 B2 JP 6836965B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
raw material
film forming
thermometer
supply port
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017123226A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019009264A (ja
Inventor
啓介 深田
啓介 深田
直人 石橋
直人 石橋
広範 渥美
広範 渥美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Denko KK
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP2017123226A priority Critical patent/JP6836965B2/ja
Priority to PCT/JP2018/017937 priority patent/WO2018235442A1/ja
Priority to US16/621,899 priority patent/US11424147B2/en
Priority to CN201880025453.6A priority patent/CN110520966B/zh
Publication of JP2019009264A publication Critical patent/JP2019009264A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6836965B2 publication Critical patent/JP6836965B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C23C16/325—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
    • G01J5/0007—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter of wafers or semiconductor substrates, e.g. using Rapid Thermal Processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0044—Furnaces, ovens, kilns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、成膜装置に関する。
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。
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（以下、ウェハと呼称する場合がある）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。
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、成膜対象であるウェハが配置された成膜空間を常圧または減圧に保持する。ウェハを加熱しながら成膜空間内に反応ガスを供給すると、ウェハの表面で反応性ガスが反応し、ウェハ上に気相成長膜が成膜される。
ＣＶＤ処理装置は、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。成膜装置では、気相成膜時にヒーターを加熱して、ウェハの温度を高温の状態にする。例えば、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ている。電子デバイスで用いられる４Ｈ−ＳｉＣは、特に高温であり、１５００℃程度以上に加熱することが一般的である。
膜厚の厚い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反応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。例えば、特許文献１に記載されているように、従来の成膜装置においては、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長が行われている。
ウェハの表面温度は、放射温度計により測定されることが多い。測定結果を元にヒーターの出力を調節して、成長空間内の温度を目標値に調整する。例えば、特許文献２では、放射温度計での温度測定を正確に行うため、ウェハと放射温度計との間で放射光の光路を覆う管状部材を用いることが記載されている。
特開２００８−１０８９８３号公報 特許第５６４６２０７号公報
ＳｉＣを成膜する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。上記の特許文献２に記載の成膜装置のように、放射温度計の光路を覆う管状部材が原料供給口の先端より突出している場合は、管状部材の先端に堆積物が付着してしまう。放射温度計の光路を覆うパイプの先端に堆積物が付着した場合、光路が遮られ、成膜中のウェハの実際の表面温度と放射温度計が示す温度とがずれる（温度ずれが生じる）場合がある。上述の通り、成膜工程における基板温度には好適な範囲が有り、温度ずれは結晶欠陥、膜厚など得られる膜の性状の悪化、及び歩留りの低下の原因となりうる。
本発明者らは鋭意検討の結果、パイプ先端への堆積物の付着には、原料ガスを成膜空間へ導入するための原料供給口と、成膜空間内に載置されるウェハの温度を測定するための開口部（以下、温度計口と記すことがある）の配置が影響していることを見出した。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものである。本発明の一態様にかかる成膜装置では、温度計口と原料供給口とを仕切り板を挟んだ異なる空間内に配置し、温度計口を原料供給口より成膜空間内のウェハ載置面から離れた位置に配置する。これにより、原料ガス起因の堆積物が温度計口へ付着することを抑制し、放射温度計の光路が遮られるのを防ぐ。すなわち、ウェハ温度を正確に測定・制御できる成膜装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、温度計口と原料供給口とを仕切り板を挟んだ異なる空間内に配置し、温度計口を原料供給口より成膜空間内のウェハ載置面から離れた位置に配置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。
（１）本発明の一態様にかかる成膜装置は、成膜空間に原料を供給する原料供給口と、前記成膜空間内に配置された載置台のウェハ載置面に載置されるウェハの温度を測定するための開口部と、前記成膜空間と成膜処理前室とを仕切る仕切り板と、を備え、前記原料供給口は、前記仕切り板と同一面、又は前記仕切り板より前記成膜空間側に位置し、前記開口部は前記仕切り板より前記成膜処理前室側に位置する。
（２）上記態様にかかる成膜装置は、前記開口部が、温度計用パイプの前記成膜空間側の一端である構成でもよい。
（３）上記態様にかかる成膜装置は、前記開口部から前記ウェハ載置面に向かって下した垂線方向において、前記開口部と前記仕切り板と前記成膜空間側の面との距離が、前記開口部の径の２０％以上である構成でもよい。
（４）上記態様にかかる成膜装置は、前記成膜処理前室は、原料ガスが供給される第１領域と、前記開口部が存在する第２領域とに分離されている構成でもよい。
（５）上記態様にかかる成膜装置は、前記開口部と前記原料供給口との間に、パージガス供給口を有し、前記パージガス供給口から前記成膜空間に供給されるパージガスの流れ方向が、前記開口部と前記原料供給口とを結ぶ線と交差している構成でもよい。
（６）上記態様にかかる成膜装置は、前記開口部からパージガスを前記成膜空間に供給するパージガス供給手段をさらに備える構成でもよい。
（７）上記態様にかかる成膜装置は、前記原料供給口は原料供給用パイプの一端であり、前記原料供給口に至るまで原料ガスは他の空間と分離されている構成でもよい。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、温度計口と原料供給口とを仕切り板を挟んだ異なる空間内に配置されている。また温度計口は、原料供給口より成膜空間内のウェハ載置面から離れた位置に設置されている。そのため、原料供給口から成膜空間に流入した原料ガスが、温度計口に到達することが抑制される。すなわち、当該成膜装置を用いると、温度計口に堆積物が付着することが抑制され、放射温度計の光路が遮られるのを防ぐことができる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、温度計口が温度計用パイプの成膜空間側の一端である構成を備える。温度計口に至るまで、光路が温度計用パイプにより覆われることにより、光路を簡便に他の空間と分離することができ、放射温度計の光路が遮られることをより効果的に防ぐことができる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、温度計口からウェハ載置面に向かって下した垂線方向における温度計口と仕切り板の成膜空間側の面との距離が、温度計口の径の２０％以上である構成を備える。温度計口と仕切り板の成膜空間側の面との距離がこの範囲以上離れていることにより、温度計口に到達する原料ガスをより抑制できる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、成膜処理前室が、原料ガスが供給される第１領域と、温度計口が存在する第２領域とに分離されている構成を備える。
原料ガスが流れる領域と温度計口が存在する領域とを隔離し、温度計口に原料ガスが到達することをより抑制できる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、温度計口と原料供給口との間に、パージガス供給口を有し、パージガス供給口から成膜空間に供給されるパージガスの流れ方向が、温度計口と原料供給口とを結ぶ線と交差している構成を備える。
パージガスの流れ方向が温度計口と原料供給口とを結ぶ線と交差することで、パージガスにより原料供給口から供給された原料ガスが温度計口に至ることを遮ることができる。これにより原料ガスが温度計口に到達することを、より効果的に防ぐことができる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、温度計口からパージガスを成膜空間に供給するパージガス供給手段をさらに備える。
温度計口から成膜空間にパージガスを供給することにより、温度計口の周囲に原料ガスが到達しても、パージガスの流れによって原料ガスを温度計口から遠ざけられる。すなわち、放射温度計の光路が遮られることをより効果的に防ぐことができる。
本発明の一実施形態にかかる成膜装置は、原料供給口は原料供給用パイプの一端であり、原料供給口に至るまで原料ガスは他の空間と分離されている構成を備える。
原料供給口に至るまで、原料ガスがパイプにより輸送されることにより、原料ガスを簡便に他の空間と分離することができ、温度計口に原料ガスが到達することを抑制できる。
原料供給用パイプを用いる場合は、炉内の構造が複雑である場合が多く、冷却機構を設けることは難しい。そのため、原料供給口の温度が上昇しやすく、原料ガスが原料供給口近傍で分解しやすい。これに対し特許文献１及び特許文献２のように、原料供給部がシャワープレート状の場合は、炉内の部材が平面状であり、水冷等の冷却機構を設けやすい。換言すると、原料供給用パイプを用いる場合の方がシャワープレートを用いる場合に比べ、原料供給口に堆積物が付着しやすい。よって、本発明は原料供給用パイプを用いる場合に特に有用である。
第１実施形態にかかる成膜装置の断面模式図である。 第１実施形態にかかる成膜装置の要部を拡大した断面模式図である。なお、簡単のために炉体の下部は図示していない。 第２実施形態にかかる成膜装置の断面模式図である。 第３実施形態にかかる成膜装置の断面模式図である。 実施例１に係る成膜装置の要部を模式的に示した断面模式図である。 比較例１に係る成膜装置の要部を模式的に示した断面模式図である。 実施例１の成膜装置における温度計口を、炉体内部から撮影した写真である。 比較例１の成膜装置における温度計口を、炉体内部から撮影した写真である。
以下、本実施形態にかかる成膜装置について、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。
（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態にかかる成膜装置１００の一例について説明する。
第１実施形態の成膜装置１００は、炉体１０と、載置台２０と、原料供給用パイプ５０とを備える。載置台２０は、炉体１０内に位置する。載置台２０は、ウェハ載置面２１Ａにウェハ３０を載置できる。成膜装置１００を動作させることで、ウェハ３０の表面にエピタキシャル膜を成長させる。原料供給用パイプ５０を通じて、原料ガスｇを成膜装置１００の内部に導入する。
図１に示す炉体１０は、内部に成膜空間１１と成膜処理前室１５とを備える。成膜空間１１と成膜処理前室１５とは、仕切り板１４Ａにより仕切られている。
成膜空間１１は、原料ガスｇが供給され、エピタキシャル成長が行われる空間である。すなわち、炉体１０内において、原料供給口１２よりウェハ載置面２１Ａ側は成膜空間１１である。他方、成膜処理前室１５は、成膜空間１１に至るガスを炉体１０内に導入する配管が配置され、ガスが一度貯留される領域である。仕切り板１４Ａは、ヒーターからの輻射によって高温になっている成膜空間１１と、ガス配管などが配置されて一般に複雑な構造になっている成膜処理前室１５とを区画する。このような配置をとることで、仕切り板１４Ａは、一種の熱遮蔽機構として成膜処理前室１５を保護する。また、後述の様に原料ガスｇが成膜処理前室１５を経由してから成膜空間１１に供給される場合、成膜処理前室１５内にガスを一度貯留することで、ボンベ等から供給されるガスが拍動している場合でも、成膜空間１１内に供給されるガス量を一定にすることができる。原料ガスｇの他に搬送ガスを用い、搬送ガスが成膜処理前室１５を経由して成膜空間１１に供給される場合も同様の効果がある。図１においては、成膜処理前室１５に供給されたガスは、仕切り板１４Ａに設けられた仕切り板開口部１４ａを通じて、成膜空間１１に供給される。
原料供給口１２は成膜空間１１の内部に原料ガスｇを供給するための開口部である。図１においては、原料供給用パイプ５０の一端が、原料供給口１２に対応する。
原料供給口１２は、仕切り板１４Ａと同一面又は仕切り板１４Ａより成膜空間１１側に位置する。すなわち、図１における原料供給用パイプ５０の一端は、仕切り板１４Ａと同一面に存在するか、仕切り板１４Ａより突出した位置に存在する。ここで、仕切り板１４Ａと同一面とは、仕切り板１４Ａの成膜空間１１側の面を意味する。
炉体１０には温度計口１３が設けられている。温度計口１３はウェハ３０の表面から放射温度計７０までの光路７１を、装置外へ導くために設けられた開口部である。放射温度計７０は、ウェハ３０の表面温度を測定する。得られた測定結果を元に加熱機構２２の出力を調節して、成膜空間１１内部の温度を目標値に調整する。
温度計口１３は、仕切り板１４Ａより成膜処理前室１５側に位置する。なお、図１においては、温度計口１３は、温度計用パイプ６０の一端として図示している。温度計口１３は、温度計用パイプ６０の一端ではなく、単に炉体１０に設けられた開口部であってもよい。また温度計用パイプ６０は光路を覆う部材であればよく、円筒形の管状の形状の部材や、円筒以外の管状の部材や、板状の囲いの様な管状以外の光路覆う形状の部材であってもよい。
上述のように、温度計口１３は、原料供給口１２より成膜処理前室１５内のウェハ載置面２１Ａから離れた位置に備えられる。原料ガスｇは、原料供給口１２からウェハ載置面２１Ａ上に載置されるウェハ３０に向かって流れる。温度計口１３が原料供給口１２よりウェハ載置面２１Ａから離れた位置にすることで、その流路と温度計口１３とが交わることを防ぐ。このため、原料供給口１２から成膜空間１１に流入した原料ガスｇが、温度計口１３に到達することが抑制される。
また、仕切り板１４Ａが、成膜空間１１から成膜処理前室１５へと向かう原料ガスｇを遮る。このため、成膜処理前室１５側に存在する温度計口１３に堆積物が付着することを抑制でき、放射温度計７０の光路７１が遮られるのをより効果的に防ぐことができる。
すなわち、本実施形態の成膜装置１００を用いると、温度計口１３への堆積物の付着を抑制でき、放射温度計７０の光路７１が遮られるのを防ぐことができる。
温度計口１３は、仕切り板１４Ａの成膜空間１１側の面から、温度計口１３の径の２０％以上離れた位置にあることが好ましい。
図２は、本実施形態にかかる成膜装置１００の要部を拡大した図である。図２には、簡単のために炉体の下部は図示していない。図２は、温度計口１３と仕切り板１４Ａの成膜空間１１側の面との距離ΔＬと、温度計口１３の直径Ｄの関係を表す。ここで、温度計口１３と仕切り板１４Ａの成膜空間１１側の面との距離ΔＬとは、温度計口１３からウェハ載置面２１Ａに向かって下した垂線方向の距離を意味する。距離ΔＬが、温度計口１３の直径Ｄの２０％以上の範囲にあれば、仕切り板１４Ａから温度計口１３を充分離すことができる。原料ガスｇは、仕切り板１４Ａにより遮られるため、原則、仕切り板１４Ａ近傍までしか到達しない。
仕切り板１４Ａには、仕切り板開口部１４ａが設けられている。仕切り板開口部１４ａは、放射温度計７０の光路７１上に設けられる。
仕切り板開口部１４ａは、原料ガスｇが成膜処理前室に入り込まない程度に小さく、かつ光路を遮らない程度に大きくするため、温度計口１３と同程度の大きさとする。仕切り板開口部１４ａの周囲の仕切り板１４Ａに堆積物が付着することを防ぐという観点からは、仕切り板開口部１４ａは、原料供給口１２よりウェハ載置面２１Ａから離れた位置に設けることが好ましい。すなわち、原料供給口１２の一端は、仕切り板１４Ａより成膜空間１１側に突出させることが好ましい。
また炉体１０には、ガス排出口４０が設けられている。ガス排出口４０は、炉体１０のうち載置台２０におけるウェハ３０の載置面よりも下方に配置されており、ウェハ３０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。
原料供給用パイプ５０は、内部に貫通孔を有する管状部材である。この内部の貫通孔が、ガス導入路であり、原料ガスｇが流れる。原料供給口１２に至るまで、原料ガスｇを原料供給用パイプ５０により輸送することにより、原料ガスｇを簡便に他の空間と分離することができる。また原料用供給用パイプからは、原料ガスｇの他に、パージガス、不純物ドーピングガスを流してもよい。
原料ガスｇ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、炉体１０内に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。
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。またウェハ３０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。
載置台２０は、サセプタ２１と加熱機構２２とを有する。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、ウェハ３０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。
上述のように、本実施形態にかかる成膜装置は、温度計口１３が原料供給口１２より成膜空間１１内のウェハ載置面２１Ａから離れた位置に位置する。また、仕切り板１４Ａが、成膜空間１１から成膜処理前室１５へと向かう原料ガスｇを遮る。以上の構成をとることにより、温度計口１３に堆積物が付着することを抑制でき、放射温度計７０の光路７１が遮られるのを防ぐことができる。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態にかかる成膜装置の断面模式図である。図３に示す成膜装置１０１は、第１実施形態にかかる成膜装置１００と比較して、前室仕切り板１４Ｂを備える点が異なる。その他の構成は、第１実施形態にかかる成膜装置１００と同一であり、同一の構成については同一の符号を付す。
図３に示す成膜処理前室１５は、前室仕切り板１４Ｂを内部に備える。成膜処理前室１５は、前室仕切り板１４Ｂにより、第１領域１５Ａと第２領域１５Ｂとに分離される。第１領域１５Ａには原料ガスｇが供給され、第２領域１５Ｂ内には温度計口１３が供えられる。
第１領域１５Ａの内部に、原料供給用パイプ５０の一端が設けられている。原料供給用パイプ５０を通じて、原料ガスｇが第１領域１５Ａに供給され、原料供給口１２を経て成膜空間１１に供給される。成膜空間１１に原料ガスｇを供給する開口部が、原料供給口１２であるため、図３における原料供給用パイプ５０の一端は原料供給口には該当しない。そのため、原料供給用パイプ５０の一端は、温度計口１３よりウェハ載置面２１Ａから離れた位置に存在していてもよい。第１領域１５Ａに供給された原料ガスｇは、成膜空間１１に通じる原料供給口１２を経て、成膜空間１１に供給される。第１領域１５Ａを有することで、配管から供給された原料ガスを一旦、第１領域１５Ａ内に留めることができる。その結果、原料ガスｇの供給速度に揺らぎが生じた場合でも、成膜空間１１に供給される原料ガスｇの流れを一定にできる。
前室仕切り板１４Ｂを導入することで分離された第１領域１５Ａは、原料ガスｇが流れる領域としての役割を独立して担う。他方、第２領域１５Ｂは、温度計口１３が内部に設けられる領域としての役割を独立して担う。すなわち、本実施形態にかかる成膜装置によれば、原料ガスｇが成膜空間１１に導入されるまでの間、温度計口１３から隔離することができるため、温度計口１３に原料ガスｇが到達することをより抑制できる。そのため、温度計口１３に堆積物が付着することを抑制でき、放射温度計７０の光路７１が遮られるのをより効果的に防ぐことができる。
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態にかかる成膜装置の断面模式図である。図４に示す成膜装置１０２は、第１実施形態にかかる成膜装置１００と比較して、パージガス供給口１６を有する点が異なる。その他の構成は、第１実施形態にかかる成膜装置１００と同一であり、同一の構成については同一の符号を付す。
パージガス供給口１６は、炉体１０に設けられた開口部である。パージガス供給口１６から、炉体１０内部にパージガスｐが供給される。パージガス供給口１６は、パージガス供給口１６から供給されるパージガスｐの流れ方向が、温度計口１３と原料供給口１２とを結ぶ線と交差するように設けられている。
流れ方向とはガスの主ベクトル方向である。ここでいう、パージガスｐの流れ方向は、パージガス供給口１６から成膜空間に広がるパージガスｐの主ベクトル方向であり、パージガス供給口１６からウェハ載置面２１Ａに向かう方向である。パージガスｐの流れ方向が温度計口１３と原料供給口１２とを結ぶ線と交差することで、パージガスｐが温度計口１３と原料供給口１２との間を遮るように流れる。これにより原料ガスｇが温度計口１３に到達するのを、より効果的に防ぐことができる。
パージガス供給口１６は、温度計口１３の周囲を囲むように配置されていることがより好ましい。温度計口１３の周囲にパージガスｐが供給されることで、温度計口１３への原料付着をより防ぐことができる。
またパージガスｐは、温度計口１３から流してもよい。この場合、温度計口１３にはパージガス供給手段が接続される。パージガス供給手段は、公知のものを用いることができる。パージガスｐを温度計口１３から流すことで、温度計口１３に付着物が堆積することをより抑制できる。
上述のように、本実施形態にかかる成膜装置１０２によると、パージガスｐにより原料ガスｇが温度計口１３に近づくことを防ぐことができる。そのため、本実施形態にかかる成膜装置１０２は、放射温度計７０の光路７１が遮られることをより効果的に防ぐことができる。
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。
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。
［実施例１］
図５は、実施例１に用いた成膜装置の要部を拡大した断面模式図である。図５に示すように、原料供給口１２は温度計口１３よりウェハ載置面２１Ａ（図視略）側に設けた。また炉体１０内には仕切り板１４Ａを設け、成膜空間１１と成膜処理前室１５とを分離した。原料供給口１２は仕切り板１４Ａと成膜空間１１とが接する面と同一面上にあり、温度計口１３は仕切り板１４Ａより成膜処理前室１５側に設けた。さらに、温度計口１３は温度計用パイプ６０の一端とし、温度計用パイプ６０の周囲にはパージガスを供給した。原料ガスとして、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）及びプロパン（Ｃ３Ｈ８）を用い、ＳｉＣウェハ上にエピタキシャル膜を成長させた。パージガスとしては、水素及びアルゴンを用いた。温度計口１３と仕切り板１４Ａの距離は、温度計用パイプ６０の外径に対して３４．５％であった。
［比較例１］
図６は、比較例１に用いた成膜装置の要部を拡大した断面模式図である。図６に示すように、比較例１は温度計口１３の位置を仕切り板１４Ａと同一面上とした点のみが実施例１と異なる。すなわち、比較例１では、温度計口１３と原料供給口１２とが同一面内にあった。その他の構成は実施例１と同じとして、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させた。
図７は、実施例１の条件で累積９９００μｍ分のエピタキシャル膜を成長させた後の温度計口の成膜空間側の端部の写真である。また図８は、比較例１の条件で累積９６００μｍ分のエピタキシャル膜を成長させた後の温度計口の成膜空間側の端部の写真である。図７及び図８に示すように、実施例１の条件で成膜を行った温度計口の端部に堆積物は確認されなかったが、比較例１の条件で成膜を行った温度計口の端部に堆積物が確認された。
本発明の成膜装置は、温度計口を原料供給口より成膜空間内のウェハ載置面から離れた位置に配置することで、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する。また、仕切り板が、成膜空間から成膜処理前室へと向かう原料ガスを遮る。このことから、基板温度を正確に測定・制御できる成膜装置を提供することができ、例えば、結晶欠陥、膜厚など得られる膜の性状を向上させ、また歩留りを向上させることができる。
１００、１０１、１０２：成膜装置、１０：炉体、１１：成膜空間、１２：原料供給口、１３：温度計口、１４Ａ：仕切り板、１４ａ：仕切り板開口部、１４Ｂ：前室仕切り板、１５：成膜処理前室、１５Ａ：第１領域、１５Ｂ、第２領域、１６：パージガス供給口、２０：載置台、２１：サセプタ、２１Ａ：ウェハ載置面、２２：加熱機構、３０：ウェハ、４０：ガス排出口、５０：原料供給用パイプ、６０：温度計用パイプ、７０：放射温度計、７１：光路、ｇ：原料ガス、ｐ：パージガス

Claims (6)

  1. 成膜空間に原料を供給する原料供給口と、
    前記成膜空間内に配置された載置台のウェハ載置面に載置されるウェハの温度を測定するための開口部と、
    前記成膜空間と成膜処理前室とを仕切る仕切り板と、を備え、
    前記原料供給口は、前記仕切り板と同一面、又は前記仕切り板より前記成膜空間側に位置し、前記開口部は前記仕切り板より前記成膜処理前室側に位置し、
    前記成膜処理前室は、前記成膜空間に供給されるガスを貯留させ、
    前記開口部が、温度計用パイプの前記成膜空間側の一端である、
    成膜装置。
  2. 前記開口部から前記ウェハ載置面に向かって下した垂線方向において、前記開口部と前記仕切り板の前記成膜空間側の面との距離が、前記開口部の径の２０％以上である、請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記成膜処理前室は、原料ガスが供給される第１領域と、前記開口部が存在する第２領域とに分離されている、請求項１又は２に記載の成膜装置。
  4. 前記開口部と前記原料供給口との間に、パージガス供給口を有し、
    前記パージガス供給口から前記成膜空間に供給されるパージガスの流れ方向が、前記開口部と前記原料供給口とを結ぶ線と交差している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
  5. 前記開口部からパージガスを前記成膜空間に供給するパージガス供給手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
  6. 前記原料供給口は原料供給用パイプの一端であり、前記原料供給口に至るまで原料ガスは他の空間と分離されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
JP2017123226A 2017-06-23 2017-06-23 成膜装置 Active JP6836965B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017123226A JP6836965B2 (ja) 2017-06-23 2017-06-23 成膜装置
PCT/JP2018/017937 WO2018235442A1 (ja) 2017-06-23 2018-05-09 成膜装置
US16/621,899 US11424147B2 (en) 2017-06-23 2018-05-09 Deposition apparatus having particular arrangement of raw material supply port, partition plate, and opening for measuring a temperature
CN201880025453.6A CN110520966B (zh) 2017-06-23 2018-05-09 成膜装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017123226A JP6836965B2 (ja) 2017-06-23 2017-06-23 成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019009264A JP2019009264A (ja) 2019-01-17
JP6836965B2 true JP6836965B2 (ja) 2021-03-03

Family

ID=64735690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017123226A Active JP6836965B2 (ja) 2017-06-23 2017-06-23 成膜装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11424147B2 (ja)
JP (1) JP6836965B2 (ja)
CN (1) CN110520966B (ja)
WO (1) WO2018235442A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110408910B (zh) * 2019-08-16 2020-08-28 中国科学院上海微***与信息技术研究所 高通量气相沉积设备及气相沉积方法
KR102391974B1 (ko) * 2019-11-15 2022-04-27 세메스 주식회사 온도 측정 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04364719A (ja) * 1991-06-12 1992-12-17 Hitachi Ltd 半導体成膜装置
US5444217A (en) * 1993-01-21 1995-08-22 Moore Epitaxial Inc. Rapid thermal processing apparatus for processing semiconductor wafers
GB9411911D0 (en) * 1994-06-14 1994-08-03 Swan Thomas & Co Ltd Improvements in or relating to chemical vapour deposition
JPH08236450A (ja) * 1995-03-01 1996-09-13 Toshiba Corp 半導体気相成長装置及び半導体気相成長方法
JP3962509B2 (ja) * 1999-09-16 2007-08-22 株式会社東芝 気相成長装置
JP2007043022A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Sharp Corp 半導体処理装置および半導体処理方法
JP5010235B2 (ja) 2006-10-26 2012-08-29 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長方法
JP5378779B2 (ja) * 2008-12-10 2013-12-25 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 エピタキシャルウェーハの製造方法
US9758871B2 (en) 2008-12-10 2017-09-12 Sumco Techxiv Corporation Method and apparatus for manufacturing epitaxial silicon wafer
JP5402657B2 (ja) * 2010-01-14 2014-01-29 株式会社Ｓｕｍｃｏ エピタキシャル成長装置
JP5646207B2 (ja) * 2010-04-30 2014-12-24 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法
JP2012015378A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Sharp Corp 測定状態判定装置
JP2012018985A (ja) * 2010-07-06 2012-01-26 Sharp Corp ガス処理装置
US20120118225A1 (en) * 2010-09-16 2012-05-17 Applied Materials, Inc. Epitaxial growth temperature control in led manufacture
JP2013251479A (ja) * 2012-06-04 2013-12-12 Taiyo Nippon Sanso Corp 気相成長装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019009264A (ja) 2019-01-17
CN110520966B (zh) 2023-08-15
WO2018235442A1 (ja) 2018-12-27
US20200118849A1 (en) 2020-04-16
US11424147B2 (en) 2022-08-23
CN110520966A (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220307139A1 (en) Reactor system and method to reduce residue buildup during a film deposition process
US20180171479A1 (en) Materials and coatings for a showerhead in a processing system
KR101180214B1 (ko) 전구체 공급원을 구비한 샤우어헤드
US20080092812A1 (en) Methods and Apparatuses for Depositing Uniform Layers
US20080017099A1 (en) Crystal growth method and apparatus
US10262863B2 (en) Method for manufacturing SiC epitaxial wafer by simultaneously utilizing an N-based gas and a CI-based gas, and SiC epitaxial growth apparatus
US11482416B2 (en) Vapor phase growth method
JP6376700B2 (ja) ＳｉＣ化学気相成長装置
JP6836965B2 (ja) 成膜装置
KR20060131921A (ko) 서셉터
US11390949B2 (en) SiC chemical vapor deposition apparatus and method of manufacturing SiC epitaxial wafer
JP2016050164A (ja) ＳｉＣ化学気相成長装置
CN111286723A (zh) 基座和化学气相沉积装置
US9711353B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial substrates including heating of carrier gas
US20130068320A1 (en) Protective material for gas delivery in a processing system
US11326275B2 (en) SiC epitaxial growth apparatus having purge gas supply ports which surround a vicinity of a raw material gas supply port
CN111349908A (zh) SiC化学气相沉积装置
JP2015198213A (ja) エピタキシャル炭化珪素ウェハの製造方法及びそれに用いる炭化珪素単結晶基板のホルダー
WO2020158657A1 (ja) 成膜装置及び成膜方法
JP2021031336A (ja) ＳｉＣ化学気相成長装置
JP7209569B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物基板の製造装置及び製造方法
KR102492343B1 (ko) 성막 장치 및 성막 방법
US20210040645A1 (en) Silicon carbide single crystal manufacturing apparatus, and manufacturing method of silicon carbide single crystal
JP2016096178A (ja) 成膜方法、半導体素子の製造方法、および自立基板の製造方法
KR101088678B1 (ko) 박막 형성 방법

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181102

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200311

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201027

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6836965

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350