JP2012049316A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応ガスの気流を基板上に効率よく集めて、エピタキシャル膜の成長速度を増大させることのできる成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜装置１００は、チャンバ１と、チャンバ１の上部に設けられて反応ガス２５をチャンバ１内に供給する供給部４と、チャンバ１内に設けられた中空筒状のライナ２と、ライナ２内に設けられて半導体基板６が載置されるサセプタ７と、サセプタ７を支持する回転筒２３とを有する。回転筒２３の回転によってサセプタ７を回転させながら、半導体基板６上に所定の膜が成膜される。ライナ２は、サセプタ７の周縁部上部を包囲するとともに、サセプタ７と一緒に回転するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。

従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。

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、常圧または減圧に保持された成膜室の内部にウェハを載置し、このウェハをヒータなどで加熱しながら成膜室内に反応ガスを供給する。すると、ウェハの表面で反応ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。

膜厚の厚いエピタキシャル膜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。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

図６は、エピタキシャル成長技術を用いる従来の成膜装置の構成を説明する模式的な断面図である。

図６の成膜装置２００において、２０１は成膜室にあたるチャンバ、２０２はチャンバ２１０の内壁を保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバ２０１を冷却する冷却水の流路、２０４は反応ガス２２５を導入する供給部、２０５は反応後の反応ガスの排気部、２０６は気相成長を行うウェハ等の半導体基板、２０７は半導体基板２０６を支持するサセプタ、２０８は支持部（図示せず）に支持されて半導体基板２０６を加熱するヒータである。

チャンバ２０１の内壁は、一般にステンレス製であり、ライナ２０２を設けることによって、気相反応が行われる系内に内壁が曝されないようにしている。また、ライナ２０２には、結晶膜形成時におけるチャンバ２０１の壁へのパーティクルの付着や金属汚染を防いだり、チャンバ２０１の壁が反応ガス２２５によって侵食されるのを防いだりする効果もある。

ライナ２０２の頭部には、シャワープレート２２０が取り付けられている。シャワープレート２２０は、半導体基板２０６の表面に反応ガス２２５を均一に供給する機能を備えたガス整流板である。

半導体基板２０６は、サセプタ２０７上に載置される。サセプタ２０７は、回転筒２２３に支持され、回転軸２２２を介して回転機構（図示せず）に接続されている。成膜の際には、回転機構によりサセプタ２０７上の半導体基板２０６を回転させながら、ヒータ２０８で加熱する。そして、供給部２０４からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して、チャンバ２０１内に反応ガス２２５を供給する。ライナ２０２の頭部２３１は、サセプタ２０７が配置されたライナ２０２の胴部２３０より内径が小さくなっており、反応ガス２２５は、頭部２３１を通過して半導体基板２０６の表面に向かって流下する。

反応ガス２２５が半導体基板２０６の表面に到達すると、熱分解反応または水素還元反応が起こり、半導体基板２０６の表面に結晶膜が形成される。その際、気相成長反応に使用されたガス以外のものは、反応ガス２２５とともに、チャンバ２０１の下部に設けられた排気部２０５から随時排気される。

シリコンエピタキシャル膜をウェハ上に成長させる場合、反応ガスには、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）またはホスフィン（ＰＨ_３)などの微量のドーパントガスと、キャリアガスである水素（Ｈ_２）ガスとを混合させた混合ガスが用いられる。

また、近年、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））のエピタキシャル成長技術が注目されている。ＳｉＣは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴がある。このため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。

このＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶薄膜を得ようとする場合、基板は１５００℃以上の温度まで昇温する。反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ_４）やジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）やアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などのカーボン（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ_２）ガスとを混合させた混合ガスが使用される。

特開２００８−１０８９８３号公報

上述した従来の成膜装置２００では、半導体基板２０６を回転させながら、この上にエピタキシャル膜を成長させる。この場合、反応ガス２２５が効率的にエピタキシャル成長反応に使用されるようにするためには、反応ガス２２５の気流を基板中心に集めた後、基板中心からその外周に向かって反応ガス２２５が流れるようにすることが好ましい。

しかしながら、従来の成膜装置２００の構成では、半導体基板２０６の中心に反応ガス２２５の気流を集める効果が十分ではない。したがって、チャンバ２０１に供給される反応ガス２２５の内で、半導体基板２０６上でのエピタキシャル成長に寄与せず、そのまま排気部２０５から排気されてしまうものの割合が大きく、半導体基板２０６上でのエピタキシャル膜の成長速度が小さかった。換言すると、従来の成膜装置２００では、無駄に排気される反応ガス２２５の量が多く、エピタキシャル膜成長の速度を十分に高くすることができないという問題があった。

本発明は、かかる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、反応ガスの気流を基板上に効率良く集めて、エピタキシャル膜の成長速度を増大させることのできる成膜装置および成膜方法を提供することにある。

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。

本発明の第１の態様は、成膜室と、
成膜室の上部に設けられて反応ガスを成膜室内に供給する供給部と、
成膜室内に設けられた中空筒状のライナと、
ライナ内に設けられて基板が載置されるサセプタと、
サセプタを支持する回転筒とを有し、
回転筒の回転によってサセプタを回転させながら基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
ライナが、サセプタの周縁部上部を包囲するとともに、サセプタと一緒に回転するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の第１の態様において、ライナは、供給部の近くに配置されて、供給部からサセプタに向けて流下する反応ガスの流路となる頭部ライナと、
内部に回転筒を配置する下部ライナと、
頭部ライナと下部ライナから所定の距離だけ離間して配置される回転ライナとを有しており、
回転ライナが回転筒に支持されていることが好ましい。

本発明の第１の態様は、成膜室の外部に回転ライナの昇降を制御する昇降機構を有し、
昇降機構の制御により回転ライナを成膜が行われる位置より上昇させて、下部ライナに設けられた切り欠け部分から基板を搬送するよう構成されていることが好ましい。

本発明の第１の態様は、上端が下部ライナに接続し、下端が昇降機構に接続する昇降棒を有し、
昇降機構の制御による昇降棒の上昇と下部ライナの上昇によって、回転ライナが上昇するよう構成されていることが好ましい。

本発明の第２の態様は、成膜室で基板を回転させながら成膜処理を行う成膜方法であって、
成膜室内に、基板の周縁部の上部を包囲するライナを設け、
基板と一緒にライナを回転させて成膜処理を行うことを特徴とするものである。

本発明の第２の態様において、ライナは、基板に向けて流下する反応ガスの流路となる頭部ライナと、
基板を回転させる回転筒を内部に配置する下部ライナと、
頭部ライナと下部ライナから所定の距離だけ離間して配置される回転ライナとを有しており、
下部ライナは、昇降棒を介して昇降機構に接続していて、
昇降機構の制御による昇降棒の上昇により下部ライナを上昇させて、下部ライナを回転ライナに当接させ、さらに下部ライナを上昇させることで回転ライナを上昇させて、下部ライナに設けられた切り欠け部分から基板を搬送するようにすることが好ましい。

本発明によれば、反応ガスの気流を基板上に効率よく集めて、エピタキシャル膜の成長速度を増大させることのできる成膜装置および成膜方法が提供される。

本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。 本実施の形態の成膜装置の下部ライナを模式的に示す側面図である。 本実施の形態の回転ライナを下面視して示す模式図である。 本実施の形態の回転ライナの柱部付近を拡大して模式的に示す断面図である。 本実施の形態の成膜装置において、回転ライナが上昇した状態を説明する模式的な断面図である。 従来の成膜装置の模式的な断面図である。

図１は、本実施の形態の成膜装置の模式的な断面図である。

図１に示すように、成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１と、チャンバ１の内壁を保護する中空筒状のライナ２と、チャンバ１を冷却する冷却水の流路３ａ、３ｂと、反応ガス２５を導入する供給部４と、反応後の反応ガスを排気する排気部５と、基板である半導体基板６を載置してこれを支持するサセプタ７と、図示しない支持部に支持されて半導体基板６を加熱するヒータ８と、キャリアガスである水素ガス２６をチャンバ１内に供給するための水素ガス供給部１４とを有する。

チャンバ１の底部には、チャンバ１の内部まで伸びる回転軸２２が設けられており、回転軸２２の上端には回転筒２３が配設され、回転筒２３にサセプタ７が取り付けられている。回転軸２２は回転機構（図示せず）に接続されており、半導体基板６を載置するサセプタ７は、チャンバ１の内部で回転可能に配置される。気相成長反応時においては、サセプタ７を回転させることによって、サセプタ７上に載置された半導体基板６を回転させる。サセプタ７の下方にはヒータ８が配置されており、半導体基板６は高速に回転しながらヒータ８によって加熱される。

チャンバ１の底部には、回転筒２３やヒータ８の周囲を覆うようにして、リフレクタ４５が立設されている。このリフレクタ４５は、ヒータ８からの熱を反射して、サセプタ７上に載置された半導体基板６への加熱効率を向上させるとともに、半導体基板６やヒータ８の周囲における過度の温度上昇を抑制するように働く。

本実施の形態の成膜装置１００においては、半導体基板６を高速で回転させるとともに、ライナ２の一部である回転ライナ３２を回転させることが可能である。これにより、半導体基板６の中心に向けて反応ガス２５の気流を絞り、半導体基板６上に効率良く反応ガス２５を集中させることができる。半導体基板６上には、新たな反応ガス２５が次々に接触して、エピタキシャル膜の成長に寄与する。

以下、ライナ２の構成について、より詳細に説明する。

ライナ２を配設する目的は、本来的には、成膜装置１００のチャンバ１の壁をステンレス製としていることによる。すなわち、このステンレス製の壁を気相反応を行う系内に露出させないようにするためにライナ２を設けている。また、ライナ２を設けることで、結晶膜形成時におけるチャンバ１の壁へのパーティクルの付着や金属汚染を防いだり、チャンバ１の壁が反応ガス２５によって侵食されるのを防いだりする効果も得られる。

中空筒状のライナ２は、頭部ライナ３１と、回転ライナ３２と、下部ライナ（胴部ライナとも称する。）３０とを有し、これらが組み合わされて構成されている。頭部ライナ３１、回転ライナ３２および下部ライナ３０は、例えば、石英製とすることができる。但し、１５００℃以上の高温とする必要のあるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する場合には、カーボンにＳｉＣをコートして構成された部材を用いることが好ましい。

頭部ライナ３１は、中空筒状の形状を有し、上端部でチャンバ１に固定されている。また、頭部ライナ３１には、ガス整流板としてのシャワープレート２０が取り付けられている。シャワープレート２０には、反応ガス２５を供給するための貫通孔２１が複数個設けられており、半導体基板６の表面に対して反応ガス２５を均一に供給できるよう構成されている。

頭部ライナ３１の内径は、シャワープレート２０の貫通孔２１の配置と、半導体基板６の大きさとに対応して決められる。そして、頭部ライナ３１は、後述する回転ライナ３２の上部（回転胴部とも称する。）３３とともに、半導体基板６に至る反応ガス２５の流路を構成する。これにより、シャワープレート２０の貫通孔２１を通過した反応ガス２５が拡散する無駄な空間を低減し、半導体基板６に向けて反応ガス２５を効率的に流下させることができる。

下部ライナ３０は、中空筒状の形状を有しており、半導体基板６の下方に配置されたチャンバ１の側壁部と底面部とが気相反応を行う系内に露出されないようにしている。下部ライナ３０の内部には、サセプタ７が取り付けられた回転筒２３が配置される。

図２は、下部ライナ３０を模式的に示す側面図である。

下部ライナ３０の側壁の一部上端には、切り欠け部分が設けられている。この切り欠け部分は、半導体基板６の第１の搬送口４６を構成する。すなわち、半導体基板６をチャンバ１に搬入する際、または、半導体基板６をチャンバ１から搬出する際には、第１の搬送口４６を介して行われる。詳しくは図５を用いて後述するが、回転ライナ３２が下部ライナ３０に支持されて、成膜が行われるときの位置から所定の位置まで持ち上げられた後、第１の搬送口４６を通じて半導体基板６のチャンバ１内（より具体的には、ライナ２内）への搬入と搬出が行われる。

回転ライナ３２は、中空筒状の形状を有し、頭部ライナ３１と下部ライナ３０との間に設けられている。そして、後述するように、サセプタ７の取り付けられた回転筒２３に支持されて、サセプタ７上に載置された半導体基板６の周縁部の上部と半導体基板６の周囲とを包囲するように構成されている。回転ライナ３２は、頭部ライナ３１および下部ライナ３０と所定の距離だけ離間して設けられ、それらと接触することはない。

図３は、本実施の形態の回転ライナ３２を下面視して示す模式図である。

図１および図３に示すように、回転ライナ３２は、上部（回転胴部）３３とつば部３４とを有し、それらが半導体基板６周縁部近くの上部で接続する構造を有する。上部（回転胴部）３３は、つば部３４との接続部分から立ち上がり、上方のシャワープレート２０に向かって伸びていて、半導体基板６の周縁部の上部を包囲している。一方、つば部３４は、上部（回転胴部）３３との接続部分からチャンバ１の壁に向かって伸びていて、半導体基板６の周囲を包囲している。

上述したように、頭部ライナ３１は、シャワープレート２０から半導体基板６に至る反応ガス２５の流路を構成する。この頭部ライナ３１の内径は、回転筒２３を内部に配置する下部ライナ３０の内径より小さい。回転ライナ３２を構成する上部（回転胴部）３３は、頭部ライナ３１に近い内径を有する。一方、つば部３４は、断面が傾斜形状となっており、上端部の内径は上部（回転胴部）３３と同じであるが、下端部の内径は下部ライナ３０の内径に近いものとなっている。このため、回転ライナ３２は、頭部ライナ３１および下部ライナ３０と所定の距離だけ離間して配置されるものの、一見すると、回転ライナ３２によって、頭部ライナ３１と下部ライナ３０とが連結された構成となっている。

図１では、回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３の外径が、頭部ライナ３１の内径より小さく設定されている。これにより、頭部ライナ３１と回転ライナ３２とは、回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３の一部が、頭部ライナ３１の下方開口部分から頭部ライナ３１内に挿入された状態で配置される。この場合、回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３は、頭部ライナ３１とともに、シャワープレート２０から半導体基板６に至るまでの反応ガス２５の流路を形成する。

本実施の形態において、半導体基板６の表面から回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３上端までの高さは、半導体基板６からシャワープレート２０の下面までの高さの半分以下とすることが好ましい。このようにすることで、回転ライナ３２を半導体基板６とともに回転させたときに、反応ガス２５を効率良く半導体基板６の中心に集めることができる。

尚、回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３の内径を頭部ライナ３１の外径より大きく設定することも可能である。この場合、頭部ライナ３１と回転ライナ３２とは、頭部ライナ３１の下方側の一部が回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３の開口部から回転ライナ３２内に挿入された状態で配置される。

また、回転ライナ３２は、つば部３４の下面側に設けられた棒状の柱部３５を有する。図４は、回転ライナ３２の柱部３５付近を拡大して模式的に示す断面図である。

図４に示すように、回転ライナ３２の柱部３５の下端は、当接する回転筒２３の側壁部上端面に設けられた溝３６に挿入されるよう構成されている。これにより、回転ライナ３２は、柱部３５を介して、回転筒２３によって下方側から支持される。つまり、回転ライナ３２は、頭部ライナ３１や下部ライナ３０から独立し、回転筒２３によって支持されている。サセプタ７上の半導体基板６を回転させるために回転筒２３を回転させると、回転ライナ３２もこれに付随して回転する。

一方、頭部ライナ３１や下部ライナ３０は回転しない。ここで、回転ライナ３２の外壁面と、これを覆う頭部ライナ３１の内壁面とは離間している。また、回転ライナ３２のつば部３４の下端部分と、下部ライナ３０の上端部も離間している。したがって、回転ライナ３２の回転動作が、頭部ライナ３１や下部ライナ３０によって妨げられることはない。

ライナ２を以上の構成とすることで、半導体基板６の表面における気相成長反応を効率良く進めることができる。これについて以下に詳述する。

図１の成膜装置１００において、チャンバ１の上部に設けられた供給部４から反応ガス２５を供給すると、反応ガス２５は、頭部ライナ３１に導入され、シャワープレート２０の貫通孔２１を通過して整流された後、頭部ライナ３１と回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３とで形成された流路を通って、下方にある半導体基板６に向かって流下する。そして、回転機構によって回転筒２３を介してサセプタ７を回転させ、これによってサセプタ７上に載置された半導体基板６を回転させると、反応ガス２５は半導体基板６に引き付けられ、シャワープレート２０から半導体基板６の表面に至る領域で縦フローとなる。このとき、半導体基板６の周縁部上方を包囲する回転ライナ３２を同時に回転させると、半導体基板６の表面付近における渦効果が強くなり、反応ガス２５は一層強く半導体基板６に引き付けられるようになる。これにより、縦フローを形成している反応ガス２５の気流は、回転中心である半導体基板６の中心に集中する。

つまり、チャンバ１内に供給された反応ガス２５の内、半導体基板６の周囲に逃げてしまうガスの量が低減され、反応ガス２５は、無駄なく半導体基板６の中心付近に供給されるようになる。そして、半導体基板６に衝突した後は、乱流を形成すること無く、半導体基板６の上面に沿いながら水平方向にほぼ層流となって流れる。そして、半導体基板６の表面で熱分解反応または水素還元反応を起こしてエピタキシャル膜を形成する。

このように、本実施の形態の成膜装置１００によれば、半導体基板６の表面に効率良く反応ガス２５を供給して整流状態を形成するので、膜厚均一性が高く高品質のエピタキシャル膜を高い成長速度で形成することができる。

反応ガス２５の内で気相成長反応に使用されたガス以外のガスは、チャンバ１の下部に設けられた排気部５から排気される。回転ライナ３２を設けた効果により、膜形成に寄与せずに排気される反応ガス２５の量は少なくなる。

また、本実施の形態の成膜装置１００では、チャンバ１の上部に、供給部４とは別に、キャリアガスである水素ガス２６をチャンバ１内に供給するための水素ガス供給部１４が設けられている。これにより、次のような効果が得られる。

本実施の形態では、頭部ライナ３１、回転ライナ３２、下部ライナ３０がそれぞれ離間して配置されている。このため、これらの隙間を通じて、ライナ２とチャンバ１との間に形成された空間に反応ガス２５が侵入して、チャンバ１の内壁を侵すおそれがある。そこで、水素ガス供給部１４から、ライナ２とチャンバ１との間に形成される空間に水素ガス２６を供給する。そして、この空間の圧力がライナ２内の圧力より陽圧となるように水素ガス２６の流量を制御することにより、頭部ライナ３１と回転ライナ３２の隙間や、回転ライナ３２と下部ライナ３０の隙間から、上記空間に反応ガス２５が侵入するのを防ぐことができる。

また、本実施の形態の成膜装置１００は、第１の搬送口４６を通じてチャンバ１の内外で半導体基板６を搬出入するために、回転ライナ３２を回転筒２３から取り外して上昇させるための機構を有する。図５は、回転ライナ３２が上昇した状態を説明する模式的な断面図である。

成膜装置１００のチャンバ１の底部には、上端が下部ライナ３０に接続する昇降棒３８が設けられている。成膜室１００の下部には、昇降機構３７が配置されており、昇降棒３８の下端は、昇降機構３７に接続している。昇降機構３７は、昇降棒３８の昇降動作を制御する。

昇降機構３７の制御により、昇降棒３８を上昇させると、昇降棒３８は下部ライナ３０をその下方側から支持して下部ライナ３０を押し上げる。すなわち、下部ライナ３０は、昇降棒３８を通じて上昇する。そして、下部ライナ３０の上端部と回転ライナ３２のつば部３４の下端部とを当接させた後、さらに下部ライナ３０を上昇させることで、図５に示すように、回転ライナ３２を所定の位置まで持ち上げることができる。このとき、回転ライナ３２の上部（回転胴部）３３と、これを包囲する頭部ライナ３１の下部とは、互いに離間していて、接触していない。したがって、頭部ライナ３１が、回転ライナ３２の上昇動作の妨げとなることはない。

このように、昇降機構３７の制御による昇降棒３８の動作によって、回転ライナ３２を回転筒２３から引き離して、回転ライナ３２の柱部３５の下端と回転筒２３との間に隙間を作ることができる。ここで、図２に示すように、回転ライナ３２とともに上昇する下部ライナ３０の側壁には、第１の搬送口４６が設けられている。したがって、回転ライナ３２や下部ライナ３０によって妨げられること無く、チャンバ１の側壁にある第２の搬送口４７を通じて、半導体基板６をチャンバ１の外に搬出したり、半導体基板６をチャンバ１内に搬入してサセプタ７上に載置したりすることができる。

半導体基板６のチャンバ１内への搬入およびチャンバ１外への搬出を終えた後は、昇降機構３７の制御によって昇降棒３８を下降させ、回転ライナ３２を元の回転筒２３上の位置に設置することが可能である。

次に、本実施の形態の成膜方法について、図１を参照しながら説明する。

まず、成膜装置１００において、昇降機構３７を動作させて昇降棒３８を上昇させる。そして、図５に示すように、回転ライナ３２を下部ライナ３０によって下方から支持し、所定の位置まで持ち上げる。次いで、第２の搬送口４７と第１の搬送口４６から、半導体基板６をチャンバ１の内部に搬入してサセプタ７の上に載置する。その後、昇降機構３７の制御によって昇降棒３８を下降させ、図１に示すように、回転ライナ３２を元の回転筒２３上に設置する。

次に、回転筒２３およびサセプタ７に付随させて、サセプタ７上に載置された半導体基板６を５０ｒｐｍ程度で回転させる。このとき、同時に回転ライナ３２も回転する。

ヒータ８に電流を供給して作動させ、ヒータ８からの熱によって半導体基板６を加熱する。シリコンエピタキシャル膜の形成の場合には、半導体基板６の温度が、成膜温度である１１００℃〜１２００℃までの間の所定の温度、例えば、１１５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ１の壁部分に設けた流路３ａ、３ｂに冷却水を流すことで、過度にチャンバ１が昇温するのを防止する。

一方、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成の場合には、半導体基板６の温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１５５０℃に達するまで徐々に加熱する。

半導体基板６が所定の温度に達した後は、ヒータ８によりこの温度近辺での緻密な温度調整がなされる。このとき、半導体基板６の温度測定は、チャンバ１の外部に設けられた放射温度計（図示せず）を用いて行われる。

放射温度計による測定で半導体基板６の温度が所定温度に達したことを確認した後は、徐々に半導体基板６の回転数を上げていく。併せて、回転ライナ３２の回転数も上がる。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。

次に、供給部４から反応ガス２５を供給する。反応ガス２５は、整流板であるシャワープレート２０の貫通孔２１を通過して整流され、下方の半導体基板６に向かって流下する。

また、反応ガス２５の供給に伴って、水素ガス供給部１４からライナ２とチャンバ１との間に形成される空間に水素ガス２６を供給する。このとき、ライナ２とチャンバ１との間に形成された空間の圧力が、ライナ２内の圧力に対して陽圧となるように、水素ガス２６の流量を制御する。これにより、頭部ライナ３１と回転ライナ３２の隙間や、回転ライナ３２と下部ライナ３０の隙間から、ライナ２とチャンバ１との間に形成された空間に反応ガス２５が侵入するのが防止される。

半導体基板６では、半導体基板６とともに高速に回転する回転ライナ３２の効果により、半導体基板６の表面における渦効果は非常に強いものとなる。これにより、反応ガス２５を反応体基板６の中心に集中させることができる。反応ガス２５は、半導体基板６に衝突した後、乱流を形成すること無く、半導体基板６の上面に沿いながら水平方向にほぼ層流となって流れる。すなわち、半導体基板６の表面で反応ガス２５は整流状態となる。したがって、この方法によれば、膜厚均一性が高く高品質のエピタキシャル膜を高い成膜速度で形成できる。

エピタキシャル膜が所定の膜厚に達したら、反応ガス２５の供給を停止する。このとき、キャリアガスである水素ガスの供給は停止せず、放射温度計による測定で半導体基板６が所定の温度より低くなったのを確認してから停止するようにしてもよい。一方、水素ガス供給部１４からの水素ガス２６の供給は、反応ガス２５がライナ２とチャンバ１との間に形成された空間に入り込むのを防ぐため、反応ガス２５の供給を停止してから終えるようにする。

半導体基板６が所定の温度まで冷却されたのを確認した後は、昇降機構３７により昇降棒３８を上昇させて、回転ライナ３２を成膜が行われたときの位置から所定の位置まで持ち上げる。これにより、下部ライナ３０の切り欠け部分である第１の搬送口４６が第２の搬送口４７と同じ位置まで上昇する。次いで、半導体基板６をサセプタ７上から取り外し、第１の搬送口４６と第２の搬送口４７からチャンバ１の外部に半導体基板６を搬出する。

以上述べたように、本実施の形態によれば、反応ガスの気流を半導体基板の中心に効率良く集めることのできる成膜装置および成膜方法が提供される。したがって、この装置や方法を用いることにより、エピタキシャル反応に消費されず、無駄に排気される反応ガスの量を低減し、半導体基板上におけるエピタキシャル膜の成長速度を増大させることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１、２０１ チャンバ
２、２０２ ライナ
３ａ、３ｂ、２０３ａ、２０３ｂ 流路
４、２０４ 供給部
５、２０５ 排気部
６、２０６ 半導体基板
７、２０７ サセプタ
８、２０８ ヒータ
１４ 水素ガス供給部
２０、２２０ シャワープレート
２１、２２１ 貫通孔
２２、２２２ 回転軸
２３、２２３ 回転筒
２５、２２５ 反応ガス
２６ 水素ガス
３０ 下部ライナ（胴部ライナ）
３１ 頭部ライナ
３２ 回転ライナ
３３ 上部（回転胴部）
３４ つば部
３５ 柱部
３６ 溝
３７ 昇降機構
３８ 昇降棒
４５ リフレクタ
４６ 第１の搬送口
４７ 第２の搬送口
１００、２００ 成膜装置
２３０ 胴部
２３１ 頭部

Claims (5)

1. 成膜室と、
   前記成膜室の上部に設けられて反応ガスを前記成膜室内に供給する供給部と、
   前記成膜室内に設けられた中空筒状のライナと、
   前記ライナ内に設けられて基板が載置されるサセプタと、
   前記サセプタを支持する回転筒とを有し、
   前記回転筒の回転によって前記サセプタを回転させながら前記基板上に所定の膜を成膜する成膜装置であって、
   前記ライナは、前記サセプタの周縁部上部を包囲するとともに、前記サセプタと一緒に回転するよう構成されたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記ライナは、前記供給部の近くに配置されて、前記供給部から前記サセプタに向けて流下する前記反応ガスの流路となる頭部ライナと、
   内部に前記回転筒を配置する下部ライナと、
   前記頭部ライナと前記下部ライナから所定の距離だけ離間して配置される回転ライナとを有し、
   前記回転ライナは、前記回転筒に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記成膜室の外部に前記回転ライナの昇降を制御する昇降機構を有し、
   前記昇降機構の制御により前記回転ライナを成膜が行われる位置より上昇させて、前記下部ライナに設けられた切り欠け部分から前記基板を搬送するよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 上端が前記下部ライナに接続し、下端が前記昇降機構に接続する昇降棒を有し、
   前記昇降機構の制御による前記昇降棒の上昇と前記下部ライナの上昇によって、前記回転ライナが上昇するよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
5. 成膜室で基板を回転させながら成膜処理を行う成膜方法であって、
   前記成膜室内に、前記基板の周縁部の上部を包囲するライナを設け、
   前記基板と一緒に前記ライナを回転させて成膜処理を行うことを特徴とする成膜方法。

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