JP2007277633A

JP2007277633A - Ｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2007277633A
Application number: JP2006105076A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kuritani; 英二栗谷; Masami Naito; 正美内藤; Hidemi Makino; 英美牧野; Toshiyuki Morishita; 敏之森下
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-06
Also published as: JP4844206B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】成長容器１内に配置された複数の基板７の表面に結晶を成長させるＣＶＤ装置において、原料ガスが通過する第１ガス経路９ｅと、キャリアガスが通過する第２ガス経路９ｆとを有するガス導入管９を設け、第１ガス経路９ｅには、複数の基板７のそれぞれに向かって開口している第１開口部９ａを設け、第２ガス経路９ｆには、複数の基板７における隣り合う基板７の間に向かって開口している第２開口部９ｂを設ける。第２開口部９ｂは、隣り合う基板７の間における中心位置に向かって開口させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サセプタに配した基板上にエピタキシャル膜を製造できるＣＶＤ装置に関し、特に複数の基板上に同時にエピタキシャル膜を製造できるマルチウェハ型のＣＶＤ装置に関する。

本出願人は、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するＣＶＤ装置を提案している（特許文献１参照）。このようなＣＶＤ装置において、複数の基板上に同時にエピタキシャル膜を成長させることができるマルチウェハＣＶＤ装置の構成を図５に示す。図５（ａ）はＣＶＤ装置の概略断面構成を示し、図５（ｂ）は図５（ａ）のガス流通経路Ｊ８からＡ方向に見た構成を示している。

このＣＶＤ装置では、成長容器Ｊ１内に断熱材Ｊ２、Ｊ３を介してサセプタＪ４と加熱体Ｊ５が配置されると共に、そのサセプタＪ４の表面に基板Ｊ７が配置されている。ＣＶＤ装置の中央部には、ガス流通経路Ｊ８に原料ガスを導入するガス導入管Ｊ９が配置され、原料ガスが各基板Ｊ７に向かって流れる様に先端ノズルが開口している。そして、ＲＦコイルＪ６によって加熱体Ｊ５を誘導加熱され、加熱体Ｊ５の輻射熱によりサセプタＪ４および基板Ｊ７を加熱しながら、ガス導入管Ｊ９からガス流通経路Ｊ８に原料ガスを導入することで、基板Ｊ７の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。
特開２００４−３１５９３０号公報

しかしながら、上記従来技術の構成では、原料ガスがガス導入管Ｊ９から各基板Ｊ７に向かって供給されるめ、ガス流通経路Ｊ８における基板Ｊ７が存在しない領域には、ガス導入管Ｊ９から供給される原料ガスが行き渡らず、ガス流れ方向下流側から原料ガスが逆流して供給されることがある。このとき、原料ガスが成長容器Ｊ１などに付着していた付着物を巻き上げ、基板Ｊ７上に形成されるエピタキシャル膜にパーティクルを付着させてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、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。

上記目的を達成するため、本発明は、成長容器（１）内に配置された複数の基板（７）の表面に結晶を成長させるＣＶＤ装置であって、複数の基板のそれぞれに向かって少なくとも原料ガスを供給する第１ガス供給手段（９ａ、９ｅ）と、複数の基板における隣り合う基板の間に向かってキャリアガスを供給する第２ガス供給手段（９ｂ、９ｆ）とを備えることを特徴としている。

このように、各基板の間にキャリアガスを供給することで、基板が存在しない領域で原料ガスが逆流することを防止できる。これにより、原料ガスが付着物を巻き上げることがなく、基板上にパーティクルが付着することを防止できる。

また、本発明は、成長容器（１）内に配置された複数の基板（７）の表面に結晶を成長させるＣＶＤ装置であって、原料ガスが通過する第１ガス経路（９ｅ）と、キャリアガスが通過する第２ガス経路（９ｆ）とを有するガス導入管（９）を備え、第１ガス経路には、複数の基板のそれぞれに向かって開口している第１開口部（９ａ）が設けられ、第２ガス経路には、複数の基板における隣り合う基板の間に向かって開口している第２開口部（９ｂ）が設けられていることを特徴としている。

これにより、第１開口部（９ａ）から複数の基板のそれぞれに向かって原料ガスを供給することができ、第２開口部（９ｂ）から複数の基板における隣り合う基板の間に向かってキャリアガスを供給することができる。

また、第１開口部から流出する原料ガスの流速を、第２開口部から流出するキャリアガスの流速より大きくすることで、原料ガスの逆流を防止できる。第１開口部の面積を、第２の開口部の面積より小さくなっているようにすることで、第１開口部から流出する原料ガスの流速を、第２開口部から流出するキャリアガスの流速より大きくできる。

また、第１開口部から原料ガスに加えてキャリアガスが供給されるように構成されている場合に、第１開口部から流出する原料ガスおよびキャリアガスの合計流量を、第２開口部から流出するキャリアガスの流量より大きくすることによっても、原料ガスの逆流を防止できる。

また、第２開口部は、隣り合う基板の間における中心位置に向かって開口しているようにすることで、キャリアガスが基板が存在していない領域の一部に偏らずまんべんなく供給されるので、原料ガスの逆流を確実に防止できる。

また、キャリアガスとして水素を用いることができ、原料ガスとしてシランとプロパンを用いることができる。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。本実施形態のＣＶＤ装置は、同時に複数の基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成することができるマルチウェハＣＶＤ装置として構成されている。

図１（ａ）は本実施形態のホットウォールＣＶＤ装置の概略断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のガス流通経路８からＡ方向に見た構成を示している。

図１に示すように、両端が塞がった筒状の成長容器１内の上部に第１断熱材２が配置され、下部に第２断熱材３が配置されている。断熱材２、３の内側において、第１断熱材２と隣接するようにカーボンで構成された複数のサセプタ４が配置され、第２断熱材３と隣接するようにカーボンで構成された加熱体５が配置されている。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では３個のサセプタ４が設けられている。

各サセプタ４は、円盤状に構成され、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。

また、成長容器１の外壁面の近傍には、加熱体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、加熱体５を高周波加熱できるようになっている。サセプタ４は、加熱体５の輻射熱により加熱される。

各サセプタ４のホルダー４ｃの内壁面にはそれぞれ、ＳｉＣ単結晶で構成された基板７が配置される。サセプタ４および加熱体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、これらによって形成される間隙が原料ガスが流れるガス流通経路８になる。

ＣＶＤ装置の中央部には原料ガスおよびキャリアガスを噴出するガス導入管９が配置されている。ガス導入管９から噴出されたガスは、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、サセプタ４と加熱体５の間のガス流通経路８に供給され、成長容器１の壁面に形成されたガス排出用の孔から排出される。本実施形態では、原料ガスとしてプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）およびシラン（ＳｉＨ₄）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ₂）を用いている。

図２（ａ）はガス導入管９の先端部の斜視図であり、図２（ｂ）はガス導入管９の先端部の断面図である。ガス導入管９は、原料ガスおよびキャリアガスを噴出する第１開口部９ａとキャリアガスを噴出する第２開口部９ｂが設けられている。本実施形態のガス導入管９は、径が異なる２つの円筒形の管状部材９ｃ、９ｄを重ね合わせた同心円状の二重管構造に構成されている。内側に配置される第１管状部材９ｃの内部には第１ガス経路９ｅが形成され、第１管状部材９ｃと外側に配置される第２管状部材９ｄとの間には第２ガス経路９ｆが形成される。第１ガス経路９ｅには原料ガスが通過し、第２ガス経路９ｆにはキャリアガスが通過する。第１ガス経路９ｅには図示しない原料ガス供給用ボンベから原料ガスが供給され、第２ガス経路９ｆには図示しないキャリアガス供給用ボンベからキャリアガスが供給される。それぞれのガス供給ボンベには流量調整弁が設けられ、ガスの流量調整が可能となっている。

第１管状部材９ｃの先端には、第１開口部９ａが形成されており、第２管状部材９ｄの先端には、第２開口部９ｂが形成されている。本実施形態では、第１開口部９ａは各基板３に対応して３つ形成されており、第２開口部９ｂは隣り合う基板３の間の空間に対応して３つ形成されている。図１（ｂ）に示すように、第１開口部９ａは各基板７に向かって開口しており、本実施形態では、第１開口部９ａは各基板７の略中心に向かって開口している。また、第２開口部９ｂは、各基板７の間の空間に向かって開口しており、本実施形態では、第２開口部９ｂは、隣り合う基板７の間における中心位置（隣り合う基板７の間の空間を二等分した位置）に向かって開口している。なお、第１開口部９ａと第１ガス経路９ｅが本発明の第１ガス供給手段に相当し、第２開口部９ｂと第２ガス経路９ｆが本発明の第２ガス供給手段に相当している。

また、第１管状部材９ｃの先端は、第２管状部材９ｄの先端より長くなっており、第１開口部９ａは第２開口部９ｂより下方に位置する。つまり、第１開口部９ａの方が第２開口部９ｂより基板７から離れている。

以上の構成を有するホットウォール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、各サセプタ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、ガス導入管９の第２開口部９ｂからキャリアガスとしての水素をガス流通経路８における各基板７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、加熱体５を高温となるように加熱する。

この後、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ながら、第１開口部９ａから原料ガスとしてのシランとプロパンを適宜供給する。これにより、原料ガスがホルダー４ｃに保持された基板７に向けて供給される。そして、加熱体５の輻射熱によって基板７およびサセプタ４が充分に加熱されるため、原料ガスが充分に熱分解され、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。

以上説明した本実施形態の構成によれば、各基板７上にエピタキシャル膜を成長させる際に、各基板７の間にキャリアガスを供給しているので、基板７が存在しない領域で原料ガスが逆流することを防止できる。これにより、原料ガスが付着物を巻き上げることがなく、基板７上にパーティクルが付着することを防止できる。

また、本実施形態では、原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス導入管９を、同心円状の二重管として構成しているので、原料ガスとキャリアガスをそれぞれ複数の開口部９ａ、９ｂから対称的に噴出することができる。

また、第２開口部９ｂが隣り合う基板７の間における中心位置に向かって開口しているようにすることで、キャリアガスが基板７が存在していない領域の一部に偏らずまんべんなく供給されるので、原料ガスの逆流を確実に防止できる。

また、第１開口部９ａが第２開口部９ｂより基板７から離れた位置に形成されているので、原料ガスが拡散しながら基板７上に堆積する。このため、基板７上にエピタキシャル膜を良好に成長させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３、図４に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、ガス導入管９の構成が異なっている。上記第１実施形態の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図３は、本第２実施形態のＣＶＤ装置を図１（ａ）のガス流通経路９からＡ方向に見た構成を示しており、上記第１実施形態の図１（ｂ）に対応している。図４（ａ）はガス導入管９の先端部の斜視図であり、図４（ｂ）はガス導入管９の先端部の断面図であり、それぞれ上記第１実施形態の図２（ａ）と図２（ｂ）に対応している。

本第２実施形態では、ガス導入管９に第２開口部９ｂが６つ形成されている。具体的には、第２開口部９ｂは、各基板７の間の空間に向かって開口する３箇所に加え、第１開口部９ａと同様、各基板７に向かって開口する３箇所が設けられている。このため、第２開口部９ｂからキャリアガスが各基板７の間の空間と各基板７に対して供給される。

以上の本第２実施形態の構成によっても、上記第１実施形態と同様、基板７が存在しない領域で原料ガスが逆流することを防止できる。これにより、原料ガスが付着物を巻き上げることがなく、基板７上にパーティクルが付着することを防止できる。

（他の実施形態）
なお、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。

また、第１開口部９ａから供給される原料ガスの流速を第２開口部９ｂから供給されるキャリアガスの流速より大きくしてもよい。これにより、原料ガスの逆流をより確実に防止できる。この場合、第１開口部９ａの開口面積を第２開口部９ｂの開口面積より小さくすることで、第１開口部９ａから供給される原料ガスの流速を第２開口部９ｂから供給されるキャリアガスの流速より大きくすることができる。

同様に、第１開口部９ａから供給される原料ガスにキャリアガスを加えた合計流量を第２開口部９ｂから供給されるキャリアガスの流量より大きくしてもよい。これにより、原料ガスの逆流をより確実に防止できる。

また、上記実施形態では、第１開口部９ａを基板７の数に対応して設けたが、これに限らず、第１開口部９ａを１つの基板７に対して複数設けてもよい。

また、上記実施形態では、第２開口部９ｂを基板７間の空間の数に対応して設けたが、これに限らず、第２開口部９ｂを１つの基板７間の空間に対して複数設けてもよい。

また、上記実施形態では、キャリアガスとして水素を用いたが、キャリアガスとして例えばヘリウムのような水素以外のガスを用いてもよい。

また、上記実施形態では、ガス導入管９を同心円状の二重管として構成し、第１ガス経路９ｅを内側に設け、第２ガス経路９ｆを外側に設けたが、これに限らず、第１ガス経路９ｅを外側に設け、第２ガス経路９ｆを内側に設けてもよい。

また、ガス導入管９は、同心円状の二重管とは異なる構成としてもよい。さらに、第１管状部材９ｃと第２管状部材９ｄを別部材とし、本発明の第１ガス供給手段と第２ガス供給手段を別部材として構成してもよい。

（ａ）は第１実施形態のＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のガス流通経路からＡ方向に見た構成を示す図である。（ａ）はガス導入管の先端部の斜視図であり、（ｂ）はガス導入管の先端部の断面図である。第２実施形態のＣＶＤ装置を図１（ａ）におけるガス流通経路からＡ方向に見た構成を示す図である。（ａ）は第２実施形態のガス導入管の先端部の斜視図であり、（ｂ）はガス導入管の先端部の断面図である。（ａ）は従来のＣＶＤ装置のの概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のガス流通経路からＡ方向に見た構成を示す図である。

符号の説明

１…成長容器、２、３…断熱材、４…サセプタ、５…加熱体、６…ＲＦコイル、７…基板、８…ガス流通経路、９…ガス導入管、９ａ…第１開口部、９ｂ…第２開口部、９ｃ…第１管状部材、９ｄ…第２管状部材、９ｅ…第１ガス経路、９ｆ…第２ガス経路。

Claims

成長容器（１）内に配置された複数の基板（７）の表面に結晶を成長させるＣＶＤ装置であって、
前記複数の基板のそれぞれに向かって少なくとも原料ガスを供給する第１ガス供給手段（９ａ、９ｅ）と、
前記複数の基板における隣り合う基板の間に向かってキャリアガスを供給する第２ガス供給手段（９ｂ、９ｆ）とを備えることを特徴とするＣＶＤ装置。
成長容器（１）内に配置された複数の基板（７）の表面に結晶を成長させるＣＶＤ装置であって、
原料ガスが通過する第１ガス経路（９ｅ）と、キャリアガスが通過する第２ガス経路（９ｆ）とを有するガス導入管（９）を備え、
前記第１ガス経路には、前記複数の基板のそれぞれに向かって開口している第１開口部（９ａ）が設けられ、前記第２ガス経路には、前記複数の基板における隣り合う基板の間に向かって開口している第２開口部（９ｂ）が設けられていることを特徴とするＣＶＤ装置。
前記第１開口部から流出する原料ガスの流速を、前記第２開口部から流出するキャリアガスの流速より大きくすることを特徴とする請求項２に記載のＣＶＤ装置。
前記第１開口部の面積は、前記第２の開口部の面積より小さくなっていることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ装置。
前記第１開口部から原料ガスに加えてキャリアガスが供給されるように構成されており、前記第１開口部から流出する原料ガスおよびキャリアガスの合計流量を、前記第２開口部から流出するキャリアガスの流量より大きくすることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記第２開口部は、前記隣り合う基板の間における中心位置に向かって開口していることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記キャリアガスとして水素を用いることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。
前記原料ガスとしてシランとプロパンを用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のＣＶＤ装置。