JP2011105999A - Method for manufacturing heater, and film deposition system - Google Patents

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Kunihiko Suzuki
邦彦 鈴木
Shinichi Mitani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a heater which is usable for the epitaxial growth of an SiC film. <P>SOLUTION: The heater includes a heating element heat-generated by energization. The heating element can be obtained, after the obtainment of an SiC sintered compact 1 having prescribed shape and electric specific resistance, by coating the surface of the SiC sintered compact 1 with a plurality layers of SiC thin films 2 to 5. The plurality of layers of the SiC thin films 2 to 5 are formed respectively at different film deposition temperatures, and the film deposition temperature is higher as it goes to the external side layer. Respective film deposition temperatures are preferably controlled to 1,400°C±50°C, 1,600±50°C, 1,800±50°C, and 2,000°C±50°C. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒータの製造方法と、この方法により製造されたヒータを用いた成膜装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a heater and a film forming apparatus using the heater manufactured by this method.

ウェハの表面にシリコンなどの単結晶膜を形成したエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。   In manufacturing an epitaxial wafer in which a single crystal film such as silicon is formed on the surface of a wafer, a single wafer type film forming apparatus is often used.

成膜装置は、ウェハを載置するサセプタを収納した成膜室内に反応ガスを供給するとともに、ウェハの裏面を加熱して、ウェハの表面にエピタキシャル膜を形成するように構成されている。こうした裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給できるため、均一な成膜処理が可能である。   The film forming apparatus is configured to supply a reaction gas into a film forming chamber containing a susceptor on which a wafer is placed and to heat the back surface of the wafer to form an epitaxial film on the surface of the wafer. Such a backside heating method does not have a heating source above and can supply a reaction gas in the vertical direction, so that a uniform film formation process is possible.

また、成膜装置は、上端にサセプタ用の支持部材が連結され、成膜室の底壁部に開設した貫通孔を通して下方にのびる回転軸と、成膜室の下方に配置された回転軸用の回転機構部とを配置し、成膜時にウェハを回転させることで、より均一な厚みの膜が形成されるようにしている(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, the film forming apparatus is connected to a support member for the susceptor at the upper end, and is provided for a rotating shaft extending downward through a through hole formed in the bottom wall portion of the film forming chamber and for a rotating shaft disposed below the film forming chamber. The rotation mechanism unit is arranged and the wafer is rotated during film formation, so that a film having a more uniform thickness is formed (for example, see Patent Document 1).

成膜装置の加熱源としては、抵抗加熱ヒータが用いられる。ヒータは、高温下で変形したり、汚染物質を放出したりすることのない物質によって構成される。具体的には、SiC(炭化ケイ素)がヒータの構成材料として用いられている。   A resistance heater is used as a heating source of the film forming apparatus. The heater is made of a material that does not deform at high temperatures and does not release contaminants. Specifically, SiC (silicon carbide) is used as a constituent material of the heater.

例えば、Si(シリコン)膜のエピタキシャル成長の場合、ウェハの温度は1200℃程度まで加熱される。このとき、ヒータの温度はこれより高い温度になる。したがって、この温度で変形や汚染物質の放出のないことが必要とされる。こうした用途に使用可能なヒータには、焼結したSiCからなるヒータがあるが、その使用可能温度範囲は1400℃程度までである。   For example, in the case of epitaxial growth of a Si (silicon) film, the wafer temperature is heated to about 1200 ° C. At this time, the temperature of the heater is higher than this. Therefore, it is required that there is no deformation or release of contaminants at this temperature. A heater that can be used for such applications includes a heater made of sintered SiC, but the usable temperature range is up to about 1400 ° C.

特開平5−152207号公報JP-A-5-152207

近年、Siに代わる高耐圧のパワー半導体デバイス用材料としてSiCが注目されている。SiCは、SiやGaAs(ガリウム砒素)といった従来の半導体材料と比較するとエネルギーギャップが2〜3倍大きく、絶縁破壊電圧が1桁程度大きいといった特徴を有する。   In recent years, SiC has attracted attention as a material for power semiconductor devices having a high withstand voltage in place of Si. SiC is characterized by an energy gap that is two to three times larger than that of conventional semiconductor materials such as Si and GaAs (gallium arsenide), and a dielectric breakdown voltage that is about an order of magnitude higher.

SiC膜は、例えば、SiCウェハ上に、H(水素)をキャリアガスとし、SiH(モノシラン)およびC(プロパン)を供給することで形成される。具体的には、成膜室内に供給されたこれらのガスは、加熱されたサセプタ上に載置されたSiCウェハの表面領域を層流で周回して排気されるまでの間に、SiCウェハの表面でエピタキシャル成長反応を起こす。このとき、SiC膜のエピタキシャル成長は、Si膜の場合より高い温度で行われる。このため、ヒータの温度はさらに高い温度、例えば、2000℃程度にまでなる。しかしながら、従来のヒータには、かかる温度に耐え得るものがなかった。これは、Hガスなどの存在によりSiの昇華が起こるためである。 For example, the SiC film is formed on a SiC wafer by using H 2 (hydrogen) as a carrier gas and supplying SiH 4 (monosilane) and C 3 H 8 (propane). Specifically, these gases supplied into the film formation chamber are circulated in a laminar flow around the surface area of the SiC wafer placed on the heated susceptor and exhausted until the SiC wafer is exhausted. Causes an epitaxial growth reaction on the surface. At this time, the epitaxial growth of the SiC film is performed at a higher temperature than in the case of the Si film. For this reason, the temperature of the heater becomes even higher, for example, about 2000 ° C. However, none of the conventional heaters can withstand such temperatures. This is because Si sublimation occurs due to the presence of H 2 gas or the like.

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、SiC膜のエピタキシャル成長に使用可能なヒータの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of these problems. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a heater that can be used for epitaxial growth of a SiC film.

また、本発明の目的は、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of forming a predetermined film on a substrate while heating the substrate at a high temperature.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第1の態様は、通電により発熱する発熱体を備えたヒータの製造方法において、
所定の形状と電気比抵抗を有するSiC焼結体を得る工程と、
SiC焼結体の表面を複数層のSiC薄膜で被覆して発熱体を得る工程とを有し、
複数層のSiC薄膜は、それぞれ異なる成膜温度で形成され、外側の層ほど高い成膜温度であることを特徴とするものである。
A first aspect of the present invention is a method for manufacturing a heater including a heating element that generates heat when energized.
Obtaining a SiC sintered body having a predetermined shape and electrical resistivity;
A step of coating the surface of the SiC sintered body with a plurality of layers of SiC thin film to obtain a heating element,
The plurality of layers of SiC thin films are formed at different film formation temperatures, and the outer layer has a higher film formation temperature.

本発明の第1の態様において、発熱体を得る工程は、SiC焼結体に接する1層目のSiC薄膜を1400℃±50℃で形成することが好ましい。   In the first aspect of the present invention, in the step of obtaining the heating element, it is preferable to form the first SiC thin film in contact with the SiC sintered body at 1400 ° C. ± 50 ° C.

本発明の第1の態様において、発熱体を得る工程は、SiC焼結体の表面に1400℃±50℃で第1のSiC薄膜を形成する工程と、
第1のSiC薄膜の表面に1600℃±50℃で第2のSiC薄膜を形成する工程と、
第2のSiC薄膜の表面に1800℃±50℃で第3のSiC薄膜を形成する工程と、
第3のSiC薄膜の表面に2000℃±50℃で第4のSiC薄膜を形成する工程とを有することが好ましい。
In the first aspect of the present invention, the step of obtaining the heating element includes the step of forming a first SiC thin film at 1400 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the SiC sintered body,
Forming a second SiC thin film at 1600 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the first SiC thin film;
Forming a third SiC thin film at 1800 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the second SiC thin film;
It is preferable to have a step of forming a fourth SiC thin film on the surface of the third SiC thin film at 2000 ° C. ± 50 ° C.

本発明の第2の態様は、成膜室と、
成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置において、
ヒータは、通電により発熱する発熱体を備えており、
発熱体は、SiC焼結体の表面に複数層のSiC薄膜が被覆されてなり、複数層のSiC薄膜は、外側の層ほど高い成膜温度で形成されたものであることを特徴とするものである。
A second aspect of the present invention includes a film formation chamber,
In a film forming apparatus provided with a heater for heating a substrate placed in the film forming chamber,
The heater has a heating element that generates heat when energized.
The heating element is characterized in that the surface of the SiC sintered body is covered with a plurality of layers of SiC thin film, and the plurality of layers of SiC thin film are formed at higher film forming temperatures in the outer layers. It is.

本発明の第2の態様においては、基板が載置されるサセプタと、
サセプタを上部に配置しヒータを内部に配置する支持部と、
成膜室の下部に設けられて支持部を回転させる回転軸とを備えていることが好ましい。
In a second aspect of the present invention, a susceptor on which a substrate is placed;
A support part in which the susceptor is arranged at the top and the heater is arranged inside;
It is preferable that a rotation shaft provided at a lower portion of the film formation chamber to rotate the support portion is provided.

本発明の第1の態様によれば、複数層のSiC薄膜は、それぞれ異なる成膜温度で形成され、外側の層ほど高い成膜温度とするので、SiC膜のエピタキシャル成長に使用可能なヒータが製造される。   According to the first aspect of the present invention, a plurality of layers of SiC thin films are formed at different film formation temperatures, and the outer layer has a higher film formation temperature, so that a heater that can be used for epitaxial growth of SiC films is manufactured. Is done.

本発明の第2の態様によれば、ヒータは、SiC焼結体の表面に複数層のSiC薄膜が被覆されてなる発熱体と、発熱体に通電して発熱体を昇温させる電極とを備えており、複数層のSiC薄膜は、それぞれ異なる成膜温度で形成され、外側の層ほど高い成膜温度であるので、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置とすることができる。   According to the second aspect of the present invention, the heater includes a heating element in which a surface of a SiC sintered body is coated with a plurality of layers of SiC thin film, and an electrode that energizes the heating element to raise the temperature of the heating element. The multiple layers of SiC thin films are formed at different film forming temperatures, and the outer layers have higher film forming temperatures. Therefore, a predetermined film is formed on the substrate while heating the substrate at a high temperature. It can be set as the film-forming apparatus which can do.

本実施の形態における成膜装置の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the film-forming apparatus in this Embodiment. SiC焼結体にSiCコートをする様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed a mode that SiC coating was performed to a SiC sintered compact. 本実施の形態におけるヒータの平面図の一例である。It is an example of the top view of the heater in this Embodiment.

図1は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置100の模式的な断面図である。本実施の形態においては、基板としてSiCウェハ101を用いる。但し、これに限られるものではなく、場合に応じて、他の材料からなるウェハを用いてもよい。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a single wafer deposition apparatus 100 according to the present embodiment. In the present embodiment, SiC wafer 101 is used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and a wafer made of another material may be used according to circumstances.

成膜装置100は、成膜室としてのチャンバ103を有する。   The film formation apparatus 100 includes a chamber 103 as a film formation chamber.

チャンバ103の上部には、加熱されたSiCウェハ101の表面に結晶膜を成膜するための原料ガスを供給するガス供給部123が設けられている。また、ガス供給部123には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート124が接続している。シャワープレート124をSiCウェハ101の表面と対向して配置することにより、SiCウェハ101の表面に原料ガスを供給できる。   A gas supply unit 123 that supplies a source gas for forming a crystal film on the surface of the heated SiC wafer 101 is provided on the upper portion of the chamber 103. In addition, a shower plate 124 in which a large number of source gas discharge holes are formed is connected to the gas supply unit 123. By disposing the shower plate 124 so as to face the surface of the SiC wafer 101, the source gas can be supplied to the surface of the SiC wafer 101.

原料ガスとしては、SiH(モノシラン)およびC(プロパン)を用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部123からチャンバ103の内部に導入する。尚、SiHに代えて、SiH(ジシラン)、SiHCl(モノクロロシラン)、SiHCl(ジクロロシラン)、SiHCl(トリクロロシラン)、SiCl(テトラクロロシラン)などを用いてもよい。 As source gases, SiH 4 (monosilane) and C 3 H 8 (propane) can be used, and are introduced into the chamber 103 from the gas supply unit 123 in a state of being mixed with hydrogen gas as a carrier gas. In place of SiH 4 , SiH 6 (disilane), SiH 3 Cl (monochlorosilane), SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane), SiHCl 3 (trichlorosilane), SiCl 4 (tetrachlorosilane), or the like may be used. .

チャンバ103の下部には、反応後の原料ガスを排気するガス排気部125が複数設けられている。ガス排気部125は、調整弁126および真空ポンプ127からなる排気機構128に接続されている。排気機構128は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ103内を所定の圧力に調整する。   A plurality of gas exhaust parts 125 for exhausting the source gas after the reaction are provided in the lower part of the chamber 103. The gas exhaust unit 125 is connected to an exhaust mechanism 128 including a regulating valve 126 and a vacuum pump 127. The exhaust mechanism 128 is controlled by a control mechanism (not shown) to adjust the inside of the chamber 103 to a predetermined pressure.

チャンバ103の内部には、サセプタ102が、回転部104の上に設けられている。サセプタ102は、SiCウェハ101の外周部を支持する第1のサセプタ部102aと、第1のサセプタ部102aの開口部分に密嵌される第2のサセプタ部102bとからなる。第1のサセプタ部102aと第2のサセプタ部102bは、高温下にさらされることから、例えば高純度のSiCを用いて構成される。   A susceptor 102 is provided on the rotating unit 104 inside the chamber 103. The susceptor 102 includes a first susceptor portion 102a that supports the outer peripheral portion of the SiC wafer 101, and a second susceptor portion 102b that is closely fitted in an opening portion of the first susceptor portion 102a. Since the first susceptor portion 102a and the second susceptor portion 102b are exposed to a high temperature, they are configured using, for example, high-purity SiC.

サセプタ102は、第1のサセプタ部102aと第2のサセプタ部102bとが一体化されたものであってもよい。また、サセプタ102は、第2のサセプタ部102bがなく第1のサセプタ部102aのみから構成されていてもよい。但し、ヒータ120や回転部104で発生した汚染物質によってSiCウェハ101が汚染されるのを防ぐ点から、第2のサセプタ部102bを設ける構成とすることが好ましい。   The susceptor 102 may be a combination of the first susceptor part 102a and the second susceptor part 102b. Further, the susceptor 102 may be configured by only the first susceptor part 102a without the second susceptor part 102b. However, in order to prevent the SiC wafer 101 from being contaminated by contaminants generated in the heater 120 and the rotating unit 104, the second susceptor unit 102b is preferably provided.

回転部104は、回転胴104aと、回転ベース104bと、回転軸104cとを有している。サセプタ102を支持する回転胴104aは、回転ベース104bの上に固定されている。回転胴104aは、本発明の支持部に対応していて、上部にサセプタ102を、内部にヒータ120をそれぞれ配置する。また、回転ベース104bは、ネジ106によって回転軸104cに接続している。   The rotating unit 104 includes a rotating drum 104a, a rotating base 104b, and a rotating shaft 104c. The rotating drum 104a that supports the susceptor 102 is fixed on the rotating base 104b. The rotating drum 104a corresponds to the support portion of the present invention, and the susceptor 102 is disposed in the upper portion and the heater 120 is disposed in the upper portion. The rotation base 104b is connected to the rotation shaft 104c by a screw 106.

回転軸104cは、チャンバ103の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。回転軸104cが回転することにより、回転ベース104bおよび回転胴104aを介してサセプタ102を回転させることができ、ひいてはサセプタ102に支持されたSiCウェハ101を回転させることができる。成膜時にSiCウェハ101を回転させることで、均一な厚みの膜を形成できる。回転胴104aは、SiCウェハ101の中心を通り、且つ、SiCウェハ101に直交する線を軸として回転することが好ましい。   The rotation shaft 104c extends to the outside of the chamber 103 and is connected to a rotation mechanism (not shown). By rotating the rotating shaft 104c, the susceptor 102 can be rotated via the rotating base 104b and the rotating drum 104a, and the SiC wafer 101 supported by the susceptor 102 can be rotated. By rotating the SiC wafer 101 during film formation, a film having a uniform thickness can be formed. The rotating drum 104a preferably rotates about a line passing through the center of the SiC wafer 101 and orthogonal to the SiC wafer 101.

図1において、回転胴104aは、上部が解放された構造であるが、サセプタ102が設けられることにより、上部が覆われて中空領域(以下、P領域と称す。)を形成する。尚、第2のサセプタ部102bがない場合には、SiCウェハ101が第1のサセプタ部102aで支持されることでP領域が形成される。ここで、チャンバ103内をP領域とすると、P領域は、サセプタ102によって実質的にP領域と隔てられた領域となる。 In Figure 1, rotary cylinder 104a is a structure in which the upper is released, by the susceptor 102 is provided, the hollow region (hereinafter, referred to as P 2 region.) Top covered to form a. Incidentally, if there is no second susceptor portion 102b is, P 2 region is formed by the SiC wafer 101 is supported by the first susceptor portion 102a. Here, if the inside of the chamber 103 is a P 1 region, the P 2 region is a region substantially separated from the P 1 region by the susceptor 102.

領域には、SiCウェハ101を裏面から加熱するヒータ120が設けられている。ヒータ120は、アーム状のブースバー121によって支持されている。ブースバー121は、ヒータ120を支持する側とは反対の側の端部で電極122に接続している。 The area P 2, a heater 120 for heating the SiC wafer 101 from the back surface is provided. The heater 120 is supported by an arm-shaped booth bar 121. Booth bar 121 is connected to electrode 122 at the end opposite to the side supporting heater 120.

ヒータ120は、後述する本実施の形態の方法により製造されたものである。また、ブースバー121は、導電性の高耐熱性部材、例えば、SiCをコートしたC(カーボン)材からなる。電極122はMo(モリブデン)製である。これにより、ヒータ支持部であるブースバー121を介して、電極122からヒータ120への給電が可能となっている。具体的には、電極122から後述するヒータ120の発熱体に通電がされて発熱体が昇温する。   The heater 120 is manufactured by the method of the present embodiment described later. The booth bar 121 is made of a conductive high heat resistant member, for example, a C (carbon) material coated with SiC. The electrode 122 is made of Mo (molybdenum). Thus, power can be supplied from the electrode 122 to the heater 120 via the booth bar 121 which is a heater support portion. Specifically, electricity is supplied from the electrode 122 to a heating element of the heater 120 described later, and the heating element is heated.

尚、本実施の形態では、インヒータとアウトヒータの2種類のヒータによってSiCウェハ101を加熱する構成としてもよい。この場合、アウトヒータは、サセプタ102の周縁部を主に加熱するようにし、インヒータは、アウトヒータの下部に配置されて、サセプタ102の周縁部以外を主に加熱するようにすることができる。このようにすることにより、SiCウェハ101をより均一に加熱できるので、SiCウェハ101の温度分布の均一性が向上する。   In the present embodiment, SiC wafer 101 may be heated by two types of heaters, an in-heater and an out-heater. In this case, the outheater can mainly heat the peripheral portion of the susceptor 102, and the inheater can be disposed below the outheater to mainly heat the portion other than the peripheral portion of the susceptor 102. By doing so, the SiC wafer 101 can be heated more uniformly, so that the uniformity of the temperature distribution of the SiC wafer 101 is improved.

加熱により変化するSiCウェハ101の表面温度は、チャンバ103の上部に設けられた放射温度計140によって計測される。放射温度計140は、本発明における温度測定部を構成する。尚、シャワープレート124を透明石英製とすることによって、放射温度計140による温度測定がシャワープレート124で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、ヒータ120の出力制御にフィードバックされる。これにより、SiCウェハ101を所望の温度となるように加熱できる。   The surface temperature of the SiC wafer 101 that changes due to heating is measured by a radiation thermometer 140 provided in the upper part of the chamber 103. The radiation thermometer 140 constitutes a temperature measuring unit in the present invention. The shower plate 124 is made of transparent quartz, so that the temperature measurement by the radiation thermometer 140 can be prevented from being hindered by the shower plate 124. The measured temperature data is sent to a control mechanism (not shown) and then fed back to the output control of the heater 120. Thereby, SiC wafer 101 can be heated to a desired temperature.

次に、本実施の形態のヒータ120について説明する。   Next, the heater 120 of this embodiment will be described.

ヒータ120は、発熱体としてSiC焼結体を用いたSiCヒータである。SiC焼結体は、粒界に不純物の少ない微細で均一な組織を有しており、高い導電性を備える。尚、耐熱性の観点ではSiCよりC(カーボン)の方が良好であるが、不純物などがエピタキシャル膜へ及ぼす影響を考慮するとSiCを用いることが好ましい。   The heater 120 is a SiC heater using a SiC sintered body as a heating element. The SiC sintered body has a fine and uniform structure with few impurities at the grain boundary, and has high conductivity. From the viewpoint of heat resistance, C (carbon) is better than SiC, but it is preferable to use SiC in consideration of the influence of impurities on the epitaxial film.

ヒータ120は、通電により発熱する発熱体を有している。この発熱体は、SiC焼結体にSiCコートがされており、かかるSiCコートは、温度を変えて順次成膜された複数のSiC膜からなることを特徴としている。   The heater 120 has a heating element that generates heat when energized. This heating element is characterized in that the SiC sintered body is coated with SiC, and the SiC coating is composed of a plurality of SiC films sequentially formed at different temperatures.

SiC焼結体は、SiC粉末を焼結して得られる。この場合、例えば、平均粒径の異なる複数のSiC粉末を混合し、これを焼結して、SiC焼結体とすることができる。各SiCの平均粒径とこれらの混合比率を選択することで、所望の電気比抵抗を示すSiCを得ることが可能である。混合物は所望の形状に成形された後に所定の温度で焼結される。尚、焼結方法、焼結時の雰囲気はいずれも制限されない。   The SiC sintered body is obtained by sintering SiC powder. In this case, for example, a plurality of SiC powders having different average particle sizes can be mixed and sintered to form a SiC sintered body. By selecting the average particle diameter of each SiC and the mixing ratio thereof, it is possible to obtain SiC exhibiting a desired electrical specific resistance. The mixture is formed into a desired shape and then sintered at a predetermined temperature. Note that the sintering method and the atmosphere during sintering are not limited.

上記のようにして得られた所定の形状と電気比抵抗を有するSiC焼結体にSiCコートを行う。このとき、成膜温度を段階的に上げながら、複数のSiC膜によってSiC焼結体をコートする。つまり、SiC焼結体の表面をそれぞれ異なる温度で形成された複数層のSiC薄膜で被覆する。複数層のSiC薄膜は、外側の層ほど高い成膜温度となるようにする。   SiC coating is performed on the SiC sintered body having the predetermined shape and electrical resistivity obtained as described above. At this time, the SiC sintered body is coated with a plurality of SiC films while gradually increasing the film formation temperature. That is, the surface of the SiC sintered body is covered with a plurality of layers of SiC thin films formed at different temperatures. In the multilayered SiC thin film, the outer layer has a higher film forming temperature.

図2は、SiC焼結体にSiCコートをする様子を示した断面図である。この図のように、まず、SiC焼結体1を温度Tに昇温し、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって1層目のSiC膜2をSiC焼結体1の表面に形成する(図2(a))。次に、SiC焼結体1を温度T(T>T)に昇温し、同様にして2層目のSiC膜3を1層目のSiC膜2の上に形成する(図2(b))。次いで、SiC焼結体1を温度T(T>T)に昇温し、3層目のSiC膜4を2層目のSiC膜3の上に形成する(図2(c))。さらに、SiC焼結体1を温度T(T>T)に昇温し、4層目のSiC膜5を3層目のSiC膜4の上に形成する(図2(d))。SiC層2〜5の各膜厚は、数十μm程度とすることが好ましく、例えば50μmとすることができる。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the SiC sintered body is coated with SiC. As shown in this figure, first, the SiC sintered body 1 is heated to a temperature T 1 , and a first layer SiC film 2 is formed on the surface of the SiC sintered body 1 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (see FIG. 2 (a)). Next, the temperature of the SiC sintered body 1 is raised to a temperature T 2 (T 2 > T 1 ), and a second-layer SiC film 3 is formed on the first-layer SiC film 2 in the same manner (FIG. 2). (B)). Next, the temperature of the SiC sintered body 1 is raised to a temperature T 3 (T 3 > T 2 ), and a third-layer SiC film 4 is formed on the second-layer SiC film 3 (FIG. 2C). . Further, the SiC sintered body 1 is heated to a temperature T 4 (T 4 > T 3 ), and a fourth SiC film 5 is formed on the third SiC film 4 (FIG. 2D). . Each film thickness of the SiC layers 2 to 5 is preferably about several tens of μm, for example, 50 μm.

ヒータの使用可能温度範囲を2000℃程度までとしたい場合には、例えば、T=1400℃、T=1600℃、T=1800℃、T=2000℃とすることが好ましい。ここで、T=1400℃とするのは、SiCの耐熱性が1400℃程度であるからである。また、T=2000℃は、所望とする使用可能温度範囲を考慮したものである。この場合、各成膜温度は±50℃の範囲で上下してもよい。成膜温度を段階的に変えることで、SiC焼結体やSiC膜にクラックが入るのを防ぐことができる。この効果は成膜温度を細かく変えた方が得やすいが、実際に何段階とするかは成膜装置側の温度制御性や生産性などを考慮して決定される。尚、昇温は、SiC焼結体1に通電し電気抵抗加熱することで行ってもよい。 When it is desired to set the usable temperature range of the heater up to about 2000 ° C., for example, T 1 = 1400 ° C., T 2 = 1600 ° C., T 3 = 1800 ° C., and T 4 = 2000 ° C. are preferable. Here, T 1 = 1400 ° C. is because the heat resistance of SiC is about 1400 ° C. Further, T 4 = 2000 ° C. takes into consideration the desired usable temperature range. In this case, each film forming temperature may be raised or lowered within a range of ± 50 ° C. By changing the film formation temperature stepwise, it is possible to prevent cracks from occurring in the SiC sintered body or the SiC film. This effect is more easily obtained when the film forming temperature is changed finely, but the actual number of steps is determined in consideration of the temperature controllability and productivity on the film forming apparatus side. Note that the temperature may be raised by energizing the SiC sintered body 1 and heating it with electric resistance.

図3は、ヒータ120の平面図の一例である。この図において、ヒータ120は、SiCコートされたSiC焼結体を短冊状に加工し、これを複数組み合わせて円盤状としたものである。尚、図2(d)は、図3のA−A’線に沿う断面図に対応する。   FIG. 3 is an example of a plan view of the heater 120. In this figure, the heater 120 is obtained by processing a SiC-coated SiC sintered body into a strip shape, and combining a plurality of them into a disk shape. Note that FIG. 2D corresponds to a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 3.

このように、成膜温度を段階的に上げながらSiC焼結体にSiCコートをすると、耐熱性に優れたヒータを製造することができる。つまり、SiC焼結体にSiCコートを1層すると、SiC焼結体単体よりも耐熱性を挙げることができるが、さらに、成膜温度を段階的に変えながら複数層のSiCコートをすることで、より耐熱性に優れたものとすることができる。例えば、焼結したSiCからなるヒータの使用可能温度範囲は1400℃程度までであるが、SiC焼結体にSiCコートを1層したヒータの使用可能温度範囲は1600℃程度までである。そして、本実施の形態の方法により製造されたヒータの使用可能温度範囲は2000℃程度まで向上する。   As described above, when the SiC sintered body is coated with SiC while gradually increasing the film forming temperature, a heater having excellent heat resistance can be manufactured. In other words, when one layer of SiC coating is applied to the SiC sintered body, heat resistance can be improved as compared with the SiC sintered body alone, but further, by applying a plurality of layers of SiC coating while gradually changing the film forming temperature. , It can be made more excellent in heat resistance. For example, the usable temperature range of a heater made of sintered SiC is up to about 1400 ° C., but the usable temperature range of a heater in which an SiC coat is formed on one layer of a SiC sintered body is up to about 1600 ° C. And the usable temperature range of the heater manufactured by the method of this Embodiment improves to about 2000 degreeC.

本実施の形態による成膜方法の一例について、図1を参照しながら説明する。   An example of a film forming method according to this embodiment will be described with reference to FIG.

まず、サセプタ102の上にSiCウェハ101を載置し、例えば、数10torrの減圧下でH(水素)ガスを流しながら、回転部104に付随させて、SiCウェハ101を50rpm程度で回転させる。 First, the SiC wafer 101 is placed on the susceptor 102, and the SiC wafer 101 is rotated at about 50 rpm in association with the rotating unit 104 while flowing H 2 (hydrogen) gas under a reduced pressure of several tens of torr, for example. .

次に、ヒータ120によってSiCウェハ101を成膜温度まで徐々に加熱する。ヒータ120は、SiC焼結体にSiCコートがされており、かかるSiCコートは、温度を変えて順次成膜された複数のSiC膜からなるので、2000℃程度の高温においても十分な耐熱性を有することが可能である。   Next, the SiC wafer 101 is gradually heated to the film formation temperature by the heater 120. In the heater 120, the SiC sintered body is coated with SiC, and the SiC coat is composed of a plurality of SiC films sequentially formed at different temperatures. Therefore, the heater 120 has sufficient heat resistance even at a high temperature of about 2000 ° C. It is possible to have.

放射温度計140による測定でSiCウェハ101の温度が成膜温度に達したことを確認した後は、徐々にSiCウェハ101の回転数を上げていく。そして、ガス供給部123からシャワープレート124を介して原料ガスをチャンバ103の内部に供給する。本実施の形態においては、原料ガスとしてSiH(モノシラン)およびC(プロパン)を用いることができ、キャリアガスとしてのHガスと混合した状態で、ガス供給部123からチャンバ103の内部に導入する。尚、SiHに代えて、SiH(ジシラン)、SiHCl(モノクロロシラン)、SiHCl(ジクロロシラン)、SiHCl(トリクロロシラン)、SiCl(テトラクロロシラン)などを用いてもよい。 After confirming that the temperature of the SiC wafer 101 has reached the film formation temperature by measurement with the radiation thermometer 140, the rotational speed of the SiC wafer 101 is gradually increased. Then, the source gas is supplied from the gas supply unit 123 into the chamber 103 through the shower plate 124. In the present embodiment, SiH 4 (monosilane) and C 3 H 8 (propane) can be used as source gases, and in a state mixed with H 2 gas as a carrier gas, from the gas supply unit 123 to the chamber 103. Install inside. In place of SiH 4 , SiH 6 (disilane), SiH 3 Cl (monochlorosilane), SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane), SiHCl 3 (trichlorosilane), SiCl 4 (tetrachlorosilane), or the like may be used. .

チャンバ103の内部に導入された原料ガスは、SiCウェハ101の方に流下する。そして、SiCウェハ101の温度を成膜温度に維持し、サセプタ102を900rpm以上の高速で回転させながら、ガス供給部123からシャワープレート124を介して次々に新たな原料ガスをSiCウェハ101に供給する。これにより、高い成膜速度で効率よくエピタキシャル膜を成膜させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、300mmのSiCウェハ上に10μm以上、多くは10μm〜100μm程度の厚膜が形成される。厚膜を形成するには、成膜時の基板の回転数を高くするのがよく、例えば、上記のように900rpm程度の回転数とするのがよい。   The source gas introduced into the chamber 103 flows down toward the SiC wafer 101. Then, while maintaining the temperature of the SiC wafer 101 at the film formation temperature, new source gases are successively supplied from the gas supply unit 123 to the SiC wafer 101 via the shower plate 124 while rotating the susceptor 102 at a high speed of 900 rpm or higher. To do. Thereby, an epitaxial film can be efficiently formed at a high film formation rate. For example, in a power semiconductor application, a thick film of about 10 μm or more, mostly about 10 μm to 100 μm, is formed on a 300 mm SiC wafer. In order to form a thick film, it is preferable to increase the number of rotations of the substrate during film formation. For example, the number of rotations is about 900 rpm as described above.

成膜処理を終えた後は、ヒータ120の温度を下げる。SiCウェハ101の温度が十分に低下したら、SiCウェハ101をチャンバ103の外部へ搬出する。   After the film forming process is finished, the temperature of the heater 120 is lowered. When the temperature of SiC wafer 101 is sufficiently lowered, SiC wafer 101 is carried out of chamber 103.

以上述べたように、本発明の方法により製造されたヒータは、耐熱性が高く、SiC膜のエピタキシャル成長に十分使用可能である。そして、このヒータを備えた成膜装置は、高温下で基板を加熱しながら基板上にSiC膜などの所定の膜を形成することができる。   As described above, the heater manufactured by the method of the present invention has high heat resistance and can be sufficiently used for epitaxial growth of a SiC film. And the film-forming apparatus provided with this heater can form predetermined films, such as a SiC film, on a substrate, heating a substrate under high temperature.

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上記実施の形態では、成膜室内に載置されるウェハを回転させながら成膜処理を行う例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の成膜装置は、ウェハを回転させないで成膜してもよい。   In the above embodiment, the example in which the film formation process is performed while rotating the wafer placed in the film formation chamber is described, but the present invention is not limited to this. The film forming apparatus of the present invention may form a film without rotating the wafer.

また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、ウェハを加熱しながらその表面に膜を形成する成膜装置であれば、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置などの他の成膜装置であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the epitaxial growth apparatus was mentioned as an example of the film-forming apparatus, this invention is not limited to this. Any other film forming apparatus such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus may be used as long as it supplies a reactive gas into the film forming chamber and forms a film on the surface while heating the wafer.

100…成膜装置
101…SiCウェハ
102…サセプタ
103…チャンバ
104…回転部
104a…回転胴
104b…回転ベース
104c…回転軸
106…ネジ
120…ヒータ
121…ブースバー
122…電極
123…ガス供給部
124…シャワープレート
125…ガス排気部
126…調整弁
127…真空ポンプ
128…排気機構
140…放射温度計



DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Film-forming apparatus 101 ... SiC wafer 102 ... Susceptor 103 ... Chamber 104 ... Rotating part 104a ... Rotating drum 104b ... Rotating base 104c ... Rotating shaft 106 ... Screw 120 ... Heater 121 ... Booth bar 122 ... Electrode 123 ... Gas supply part 124 ... Shower plate 125 ... gas exhaust part 126 ... regulating valve 127 ... vacuum pump 128 ... exhaust mechanism 140 ... radiation thermometer



Claims (5)

通電により発熱する発熱体を備えたヒータの製造方法において、
所定の形状と電気比抵抗を有するSiC焼結体を得る工程と、
前記SiC焼結体の表面を複数層のSiC薄膜で被覆して前記発熱体を得る工程とを有し、
前記複数層のSiC薄膜は、それぞれ異なる成膜温度で形成され、外側の層ほど高い成膜温度であることを特徴とするヒータの製造方法。
In the manufacturing method of a heater provided with a heating element that generates heat when energized,
Obtaining a SiC sintered body having a predetermined shape and electrical resistivity;
Covering the surface of the SiC sintered body with a plurality of layers of SiC thin film to obtain the heating element,
The method of manufacturing a heater, wherein the plurality of layers of SiC thin films are formed at different film forming temperatures, and the outer layer has a higher film forming temperature.
前記発熱体を得る工程は、前記SiC焼結体に接する1層目のSiC薄膜を1400℃±50℃で形成することを特徴とする請求項1に記載のヒータの製造方法。   2. The method of manufacturing a heater according to claim 1, wherein the step of obtaining the heating element includes forming a first layer SiC thin film in contact with the SiC sintered body at 1400 ° C. ± 50 ° C. 3. 前記発熱体を得る工程は、前記SiC焼結体の表面に1400℃±50℃で第1のSiC薄膜を形成する工程と、
前記第1のSiC薄膜の表面に1600℃±50℃で第2のSiC薄膜を形成する工程と、
前記第2のSiC薄膜の表面に1800℃±50℃で第3のSiC薄膜を形成する工程と、
前記第3のSiC薄膜の表面に2000℃±50℃で第4のSiC薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする請求項1または2に記載のヒータの製造方法。
The step of obtaining the heating element includes the step of forming a first SiC thin film at 1400 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the SiC sintered body,
Forming a second SiC thin film at 1600 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the first SiC thin film;
Forming a third SiC thin film at 1800 ° C. ± 50 ° C. on the surface of the second SiC thin film;
3. The method of manufacturing a heater according to claim 1, further comprising: forming a fourth SiC thin film on the surface of the third SiC thin film at 2000 ° C. ± 50 ° C. 3.
成膜室と、
前記成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置において、
前記ヒータは、通電により発熱する発熱体を備えており、
前記発熱体は、SiC焼結体の表面に複数層のSiC薄膜が被覆されてなり、前記複数層のSiC薄膜は、外側の層ほど高い成膜温度で形成されたものであることを特徴とする成膜装置。
A deposition chamber;
In a film forming apparatus including a heater for heating a substrate placed in the film forming chamber,
The heater includes a heating element that generates heat when energized,
The heating element is formed by coating a surface of a SiC sintered body with a plurality of layers of SiC thin film, and the plurality of layers of the SiC thin film are formed at a higher film forming temperature in the outer layer. A film forming apparatus.
前記基板が載置されるサセプタと、
前記サセプタを上部に配置し前記ヒータを内部に配置する支持部と、
前記成膜室の下部に設けられて前記支持部を回転させる回転軸とを備えたことを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
A susceptor on which the substrate is placed;
A support part for disposing the susceptor at the top and disposing the heater inside;
The film forming apparatus according to claim 4, further comprising: a rotating shaft provided at a lower portion of the film forming chamber for rotating the support portion.
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