JP2004315930A

JP2004315930A - Ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2004315930A
Application number: JP2003114181A
Authority: JP
Inventors: Masami Naito; 正美内藤; Mikihiro Torii; 幹広鳥居; Masao Nagakubo; 雅夫永久保; Kumar Rajesh; クマールラジェシュ
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4366979B2

Abstract

【課題】基板上にエピタキシャル膜を均一な厚さで形成できるようにする。
【解決手段】成長容器１内に、カーボンからなる上面側サセプタ４および下面側サセプタ５を備える。上面側サセプタ４に基板７を保持するホルダー４ｃを設けると共に、ホルダー４ｃを回転させるための回転軸４ｄを有する回転機構を備える。そして、ホルダー４ｃに基板７を配置したのち、ＲＦコイル６にて下面側サセプタ５を加熱することで基板７を加熱し、さらに、結晶の原料ガスを基板７の表面と略平行な方向に流動させる。このとき、回転軸４ｄにより基板の表面と垂直な方向を軸として基板７を回転させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプタに配した基板上に均一な膜厚のエピタキシャル膜を製造できるＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来用いられているホットウォールＣＶＤ装置を図７に示す。ホットウォールＣＶＤ装置では、成長容器Ｊ１内に断熱材Ｊ２を介してサセプタＪ３を配置すると共に、そのサセプタＪ３の表面に基板Ｊ４を配置し、ＲＦコイルＪ５によってサセプタＪ３を加熱しながら成長容器Ｊ１内に成長ガスを導入することで、基板Ｊ４の表面にエピタキシャル膜を成長させていた。また、図８に示すように、回転軸Ｊ６を中心として基板Ｊ４を回転させることも考えられていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
「ＨｉｇｈｌｙＵｎｉｆｏｒｍＥｐｉｔａｘｉａｌＳｉＣ−ＬａｙｅｒｓＧｒｏｗｎｉｎａＨｏｔ−ｗａｌｌＣＶＤＲｅａｃｔｏｒｗｉｔｈＭｅｃｈａｎｉｃａｌＲｏｔａｔｉｏｎ」ＴｒａｎｓＴｅｃｈ出版（スイス）、ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＦｏｒｕｍＶｏｌｓ．３８９−３９３、２００２年、Ｐ．１８７−１９０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の図７に示したホットウォールＣＶＤ装置では、サセプタＪ３の周辺に断熱材Ｊ２とＲＦコイルＪ５が存在しているため、基板Ｊ４はサセプタＪ３の上に置くだけの構成となっている。このため、成長するエピタキシャル膜の厚さに、ガス上流では厚く、下流では薄くなるという分布が生じ、基板面内において均一にならないという問題があった。さらに、基板Ｊ４の表面を上にして配置しているため、基板Ｊ４の表面にパーティクルが付着するという問題もあった。
【０００５】
また、図８に示したホットウォールＣＶＤ装置では、基板Ｊ４を回転させるため、基板上にエピタキシャル膜を均一な厚さで形成できるが、回転軸自身も高周波で加熱されてしまい、回転機構が複雑になる問題があった。さらに、基板Ｊ４の表面を上にして配置しているため、基板Ｊ４の表面にパーティクルが付着するという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、基板上にエピタキシャル膜を均一な厚さで形成できるようにし、かつ基板上に形成されるエピタキシャル膜にパーティクルが付着することを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１乃至８に記載の発明では、基板（７）が配置され基板の表面に結晶を成長させる成長容器（１）と、成長容器内に収容され、成長容器の下面側に配置されたカーボンからなる下面側サセプタ（５）と、下面側サセプタと対向するように配置され、基板を保持するホルダー（４ｃ）と、ホルダーを回転させるための回転軸（４ｄ）を有する回転機構と、サセプタを加熱する加熱手段（６）とを備え、ホルダーに基板を配置したのち、加熱手段にてサセプタを加熱することで基板を加熱し、さらに、結晶の原料ガスを基板の表面と略平行な方向に流動させることで結晶を成長させられるように構成されており、回転軸により基板の表面と垂直な方向を軸として基板を回転させられるように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成とすれば、結晶をエピタキシャル成長させる際に、回転軸を中心としてホルダーを回転させることができる。このようにすることで、回転させられた基板の表面に均一の膜厚でエピタキシャル成長膜を形成させることが可能となり、かつ基板上に形成されるエピタキシャル膜にパーティクルが付着することを防止するも可能となる。
【０００９】
例えば、請求項２に示すように、加熱手段として、高周波での誘導加熱により下面側サセプタを加熱する誘導加熱手段を採用できる。この誘導加熱手段は、成長容器の外部のうち下面側サセプタが配置された場所と対向する箇所に配置される。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、下面側サセプタの厚みは、誘導加熱手段による高周波が上面側サセプタに透過する程度に設定されていることを特徴としている。このような構成とすれば、誘導加熱手段により上面側サセプタも直接加熱できるため、より上面側サセプタと下面側サセプタとの間の温度分布を少なくすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、上面側サセプタと下面側サセプタとの間の間隙は、基板に成長させる結晶の原料ガスが通過する通路となっており、この間隙は、原料ガスの上流側よりも下流側の方が狭くされていることを特徴としている。このような構成とすれば、原料ガスの流動方向に沿って原料ガスの流速の低下を抑えることができる。これにより、より原料ガスの下流側において基板の表面に原料ガスを供給することができ、より基板の表面に均一の膜厚でエピタキシャル膜を成長させることが可能となる。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、上面側サセプタには、ホルダーおよび回転軸が複数配置されており、ホルダーのそれぞれに基板が配置され、基板のそれぞれの表面に結晶を成長させられるようになっていることを特徴としている。このように、ホルダーおよび回転軸を複数設けることも可能である。このようにすれば、複数の基板に同時に結晶を成長させることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明では、上面側サセプタに、結晶の原料ガスが流入される原料ガス流入孔が形成されていることを特徴としている。また、請求項８に記載の発明では、下面サセプタに、結晶の原料ガスが流入される原料ガス流入孔が形成されていることを特徴としている。このように、上面側サセプタ又は下面側サセプタにガス流入孔を設けることができる。そして、上面側サセプタにガス流入孔を設けた場合、上面側サセプタに形成されるガス導入部が誘導加熱される下面側サセプタの支持に使用されないため、流入される原料ガスの温度上昇を低減でき、エピタキシャル成長膜の成長速度を増加することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明では、サセプタを加熱する誘導加熱手段の周波数が１０ｋＨｚ以下であることを特徴としている。このようにすれば、断熱材での誘導加熱を極力減らし、効率よくサセプタだけを誘導加熱することができる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、ホットウォールＣＶＤ装置の概略断面図を示す。図１に示すように、筒状の成長容器１内の上面および底面に断熱材２、３が配置され、さらにその断熱材２、３の内側において、成長容器１の上面側に位置する断熱材２と隣接するようにカーボンで構成された上面側サセプタ４が配置され、下面側に位置する断熱材３と隣接するようにカーボンで構成された下面側サセプタ５が配置されている。これら上面側サセプタ４および下面側サセプタ５は、互いに所定間隔離間、例えば室温において１０ｍｍ〜４０ｍｍ離れるように配置され、これによって形成される間隙が原料ガスの流通経路になる。
【００１７】
上面側サセプタ４は、その中間位置がザグリ（凹部）４ａとされ、ザグリ４ａの中央部において貫通孔４ｂが形成された構成となっている。そして、ザグリ４ａ内に、円盤状のホルダー４ｃが配置され、貫通孔４ｂを通じてホルダー４ｃの中心に回転軸４ｄが接続された構成となっている。これにより、図示しない回転機構にて回転軸４ｄが回転され、回転軸４ｄを中心としてホルダー４ｃが回転させられるようになっている。
【００１８】
また、成長容器１の外壁面の近傍には、下面側サセプタ５が配置される部位と対向する部位において、高周波での加熱を可能とする加熱手段（誘導加熱手段）としてのＲＦコイル６が備えられている。このＲＦコイル６への通電により、下面側サセプタ５を高周波加熱できるようになっている。
【００１９】
なお、成長容器１の長手方向の両端面には、原料ガスの供給用および排出用の孔が形成され、それらの孔を通じて原料ガスとなるＣ_３Ｈ_８、ＳｉＨ_４およびＨ_２等が図中矢印に示されるように基板７の表面に略平行な方向に流動し、上面側サセプタ４と下面側サセプタ５の間に供給されるようになっている。
【００２０】
このような構成のホットウォールＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。具体的には、まず、上面側サセプタ４のホルダー４ｃの内壁面にＳｉＣ単結晶で構成された基板７を配置する。これにより、基板７の表面が下方向を向けられた状態となる。そして、Ｈ_２を上面側サセプタ４と下面側サセプタ５の間に供給し、ＲＦコイル６に対して１０ｋＨｚ以下、例えば８ｋＨｚ程度の周波数で通電を行い、下面側サセプタ５を高温となるように加熱することで、上面側サセプタ４および基板７の表面が１５００℃以上となるように加熱する。
【００２１】
この後、原料ガスを供給するパイプ（図示せず）の流路を開き、原料ガスとなるＣ_３Ｈ_８およびＳｉＨ_４を適宜導入する。これにより、原料ガスが成長容器１の孔と上面側サセプタ４および下面側サセプタ５の原料ガス流通経路を通じて、図中矢印で示されるように基板７に向けて供給される。そして、下面側サセプタ５の輻射熱によって基板７および上面側サセプタ４が十分に加熱されるため、原料ガスが十分に熱分解され、基板７の表面にＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長していく。
【００２２】
このとき、上面側サセプタ４のホルダー４ｃを回転軸４ｄを中心として回転させる。このようにすることで、回転させられた基板７の表面（エピタキシャル成長膜の表面）に均一の膜厚でエピタキシャル成長膜を形成させることが可能となる。
【００２３】
すなわち、成長するエピタキシャル膜の厚さは、原料ガス上流では厚く、逆に下流では薄くなるが、基板７を基板７の表面と垂直な方向を軸として回転させているため、基板７のうち原料ガス上流に位置する部位が順次入れ替わる。このため、エピタキシャル膜の厚みが平均化される。従って、エピタキシャル膜の厚さが基板面内において均一にならないという問題を解消できる。また、基板７の表面を下方向に向けて配置しているため、基板７の表面にパーティクルが付着することも抑制することができる。
【００２４】
（第２実施形態）
図２に、本発明の第２実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置の断面構成を示す。本実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置は、第１実施形態に対して下面側サセプタ５の厚みを薄くしたものである。具体的には、ＲＦコイル６の高周波が上面側サセプタ４に直接伝わり、上面側サセプタ４が加熱できる程度に下面側サセプタ５の厚みが設定されている。
【００２５】
このような構成とすれば、ＲＦコイル６により上面側サセプタ４も直接加熱できるため、より上面側サセプタ４と下面側サセプタ５との間の温度分布を少なくすることができる。
【００２６】
（第３実施形態）
図３に、本発明の第３実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置の断面構成を示す。本実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置は、第１実施形態に対して複数枚数の基板７に同時にエピタキシャル成長膜を形成できるようにしたものである。
【００２７】
図３に示される成長容器１は、円筒形状を成している。この円筒形状を成す成長容器１の底面の中央位置に原料ガスの供給用の孔が形成され、側面の複数箇所に原料ガスの排出用の孔が形成されている。
【００２８】
上面側サセプタ４は、円盤形状を成し、その中心部に上面側サセプタ４全体を回転させるための回転軸４ｅが設けられ、回転軸４ｅの周囲の複数箇所にザグリ４ａ、貫通孔４ｂ、ホルダー４ｃおよび回転軸４ｄが備えられた構成となっている。このような上面側サセプタ４が下面側サセプタ５と対向するように配置され、回転軸４ｅを中心として成長容器１の軸と同軸を成して、上面側サセプタ４と同時に成長容器１の上部が回転させられるようになっている。
【００２９】
また、下面側サセプタ５は、円盤形状を成し、その中央部にガス流入孔５ａが備えられていると共に、ガス流入孔５ａから成長容器１の底面に形成された孔に向けて延設された円筒部５ｂを備えて構成されている。
【００３０】
断熱材２、３は、共に略円盤形状を成して構成され、上面側サセプタ４および下面側サセプタ５に対向するように配置されている。また、ＲＦコイル６は、断熱材３を挟んで下面側サセプタ５の反対側に配置され、断熱材３を介して下面側サセプタ５を加熱できるようになっている。
【００３１】
このように構成されるホットウォールＣＶＤ装置においては、成長容器１の底面から供給された原料ガスは、成長容器１の軸方向に移動したのち、上面側サセプタ４の中央部で進路を変えて成長容器１の径方向に移動し、成長容器１の周囲に形成された孔を通じて排出されるようになっている。
【００３２】
このようなホットウォールＣＶＤ装置を用いて、第１実施形態と同様の製造手順により、ホルダー４ｃの表面に配置された基板７の表面にエピタキシャル膜を成長させる。このような場合においても、各回転軸４ｂを中心としてホルダー４ｃを回転させることにより、回転させられた基板７の表面（エピタキシャル成長膜の表面）に均一の膜厚でエピタキシャル成長膜を形成させることが可能となる。
【００３３】
これにより、同時に複数の基板７の表面に膜厚の均一なエピタキシャル膜を形成させることが可能となる。
【００３４】
なお、このような構成の場合、回転軸４ｅがない上面側サセプタでもよい。
【００３５】
（第４実施形態）
図４に、本発明の第４実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置の断面構成を示す。本実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置は、第３実施形態に対して下面側サセプタ５の厚みを原料ガスの流れ方向に対して傾斜させ、原料ガス通路が徐々に狭まるようにしたものである。
【００３６】
このような構成とすれば、原料ガスが成長容器１の径方向に進行するに連れて、原料ガスの流速の低下をおさえることができる。これにより、より原料ガスの下流側において基板７の表面に原料ガスを供給することができ、基板７の表面（エピタキシャル成長膜の表面）により均一の膜厚でエピタキシャル成長膜を形成させることが可能となる。
【００３７】
（第５実施形態）
図５に、本発明の第５実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置の断面構成を示す。本実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置は、第３実施形態に対して原料ガスの供給用の孔が成長容器１の上面側に形成され構成となっている。そして、上面側サセプタ４の中央部にガス流入孔４０が設けられていると共に、ガス流入孔４０から成長容器１の上面に形成された孔に向けて延設された円筒部４１を備えて構成されている。このような構成としても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、ガス導入部となる円筒部４１が第３、第４実施形態における円筒部５ｂのように誘導加熱される下面側サセプタ５の支持に使用されないため、円筒部４１内で原料ガスの温度上昇を低減でき、エピタキシャル成長膜の成長速度を増加することができる。
【００３９】
（第６実施形態）
図６に、本発明の第６実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置の断面構成を示す。本実施形態におけるホットウォールＣＶＤ装置は、第３実施形態と第５実施形態とを組み合わせ、成長容器１の上面および底面から共に原料ガスを供給できるようにしたものである。このような構成としても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、上面側サセプタ４もしくは下面側サセプタ５の中央部におけるＳｉＣの付着を少なくでき、エピタキシャル成長膜の成長速度を増加することが可能となる。
【００４１】
なお、このような構成の場合、片方の孔から原料ガスを供給し他方の孔からはたとえば水素ガスを供給しても良いし、原料ガスの種類毎に共有する孔の場所を変えるようにしても良い。
【００４２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、基板７としてＳｉＣ単結晶で構成されたものを用い、基板７の上にＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる例を挙げて説明しているが、他の結晶成長に本発明のＣＶＤ装置を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第５実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第６実施形態におけるＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】従来のホットウォールＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】従来のホットウォールＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…成長容器、２、３…断熱材、４…上面側サセプタ、４ａ…ザグリ、
４ｂ…貫通孔、４ｃ…ホルダー、４ｄ、４ｅ…回転軸、５…下面側サセプタ、
５ａ…ガス流入孔、５ｂ…円筒部、６…ＲＦコイル、７…基板、
４０…ガス流入孔、４１…円筒部。

Claims

基板（７）が配置され、該基板の表面に結晶を成長させる成長容器（１）と、
前記成長容器内に収容され、前記成長容器の下面側に配置されたカーボンからなる下面側サセプタ（５）と、
前記下面側サセプタと対向するように配置され、前記基板を保持するホルダー（４ｃ）と、
前記ホルダーを回転させるための回転軸（４ｄ）を有する回転機構と、
前記サセプタを加熱する加熱手段（６）とを備え、前記ホルダーに前記基板を配置したのち、前記加熱手段にて前記サセプタを加熱することで前記基板を加熱し、さらに、前記結晶の原料ガスを前記基板の表面と略平行な方向に流動させることで前記結晶を成長させられるように構成されており、
前記回転軸により前記基板の表面と垂直な方向を軸として前記基板を回転させられるように構成されていることを特徴とするＣＶＤ装置。
前記加熱手段は高周波での誘導加熱により前記下面側サセプタを加熱する誘導加熱手段であり、この誘導加熱手段は、前記成長容器の外部のうち前記下面側サセプタが配置された場所と対向する箇所に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
基板（７）が配置され、該基板の表面に結晶を成長させる成長容器（１）と、
前記成長容器内に収容され、前記成長容器の上面側および下面側それぞれに配置された上面側サセプタ（４）および下面側サセプタ（５）と、
前記下面側サセプタを高周波での誘導加熱により加熱する誘導加熱手段（６）とを備え、
前記上面側サセプタに前記基板を配置したのち、前記加熱手段にて前記下面側サセプタを加熱することで前記基板を加熱し、さらに、前記結晶の原料ガスを前記基板の表面と略平行な方向に流動させることで前記結晶を成長させられるように構成されており、
さらに、前記上面側サセプタの一部として備えられた、前記基板を保持するためのホルダー（４ｃ）と、
前記ホルダーを回転させるための回転軸（４ｄ）を有する回転機構とを有し、
前記回転軸により前記基板の表面と垂直な方向を軸として前記基板を回転させられるように構成されていることを特徴とするＣＶＤ装置。
前記下面側サセプタの厚みは、前記誘導加熱手段による高周波が前記上面側サセプタに透過する程度に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ装置。
前記上面側サセプタと前記下面側サセプタとの間の間隙は、前記基板に成長させる前記結晶の原料ガスが通過する通路となっており、この間隙は、前記原料ガスの上流側よりも下流側の方が狭くされていることを特徴とする請求項３又は４に記載のＣＶＤ装置。
前記上面側サセプタには、前記ホルダーおよび前記回転軸が複数配置されており、前記ホルダーのそれぞれに前記基板が配置され、前記基板のそれぞれの表面に前記結晶を成長させられるようになっていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記上面サセプタには、前記結晶の原料ガスが流入される原料ガス流入孔が形成されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記下面サセプタには、前記結晶の原料ガスが流入される原料ガス流入孔が形成されていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記誘導加熱手段は、１０ｋＨｚ以下の周波数で駆動されるようになっていることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。