JP2013021112A - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を加熱するヒータの劣化を抑えてヒータ寿命を低下させることのない気相成長装置および気相成長方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェハ１０１を載置するサセプタ１０２を、回転部１０４の円筒部１０４ａの上部で支持する。円筒部１０４ａの内部のＰ_２領域内には、シリコンウェハ１０１を下方側から加熱するヒータとして、インヒータ１２０とアウトヒータ１２１を配置する。そして、Ｐ_２領域にはガス導入管１１１からパージガスを供給するとともに、シリコンウェハ１０１をサセプタ１０２上の所定位置から持ち上げ、回転部１０４の上方に配置するときには、パージガスの流量を増大させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置および気相成長方法に関する。

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、比較的膜厚の大きい結晶膜を必要とする半導体素子の製造工程では、ウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長技術が利用される。

エピタキシャル成長技術に使用される気相成長装置では、常圧または減圧に保持された反応室の内部に、例えば、ウェハを載置し、このウェハを加熱しながら反応室内に原料ガスを供給する。すると、ウェハの表面で原料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。

膜厚の大きな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原料ガスを次々に接触させて気相成長の速度を向上させる必要がある。そこで、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３は、従来の気相成長装置１１００の模式的な断面図である。

気相成長装置１１００は、ウェハ１１０１等の半導体基板上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う反応室として、チャンバ１１０３を有する。チャンバ１１０３の上部には、加熱されたウェハ１１０１の表面に結晶膜を成長させるための原料ガスを供給するガス供給部１１２３が設けられている。また、ガス供給部１１２３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１１２４が接続している。

チャンバ１１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部１１２５が複数設けられている。ガス排気部１１２５は、調整弁１１２６および真空ポンプ１１２７からなる排気機構１１２８に接続している。チャンバ１１０３の内部には、ウェハ１１０１を保持する基板保持冶具であるリング状のサセプタ１１０２が、回転部１１０４の上方に設けられている。サセプタ１１０２は、その内周側に設けられた座ぐり内にウェハ１１０１の外周部を受け入れる構造となっている。

回転部１１０４は、円筒部１１０４ａと回転軸１１０４ｂを有している。回転軸１１０４ｂが回転することにより、円筒部１１０４ａを介してサセプタ１１０２が回転する。

図３において、円筒部１１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１１０２が設置されてさらにその上にウェハ１１０１が載置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ_１２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１１０３内をＰ_１１領域とすると、Ｐ_１２領域は、サセプタ１１０２とウェハ１１０１によって実質的にＰ_１１領域と隔てられた領域となる。

Ｐ_１２領域には、ヒータ１１２０が設けられている。ヒータ１１２０は、回転軸１１０４ｂ内に設けられた略円筒状のシャフト１１０８の内部を通る配線１１０９によって給電され、ウェハ１１０１をその裏面から加熱する。

回転部１１０４の回転軸１１０４ｂは、チャンバ１１０３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。円筒部１１０４ａが回転することにより、サセプタ１１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１１０２に支持されたウェハ１１０１を回転させることができる。

チャンバ１１０３内へのウェハ１１０１の搬入、あるいは、チャンバ１１０３外へのウェハ１１０１の搬出には、図３において、図示しない搬送用ロボットを用いて行うことが可能である。その場合、図示しない基板昇降手段を利用することができる。例えば、ウェハ１１０１の搬出時には、基板昇降手段によりウェハ１１０１を上昇させて、サセプタ１１０２から引き離す。次いで、搬送用ロボットにウェハ１１０１を受け渡し、チャンバ１１０３の外部へと搬出する。ウェハ１１０１の搬入時には、搬送用ロボットからウェハ１１０１を受け取り、ウェハ１１０１を下降させて、ウェハ１１０１をサセプタ１１０２上に載置する。

特開平５−１５２２０７号公報

上記構造を備えた従来の気相成長装置１１００では、ウェハ１１０１のチャンバ１１０３内への搬入と搬出時には、搬送用ロボットとの間でウェハ１１０１の受け渡しができるように、ウェハ１１０１はサセプタ１１０２から離れた上方に置かれることになる。

その場合、回転部１１０４の円筒部１１０４ａでは、上部が解放された状態になる。すなわち、サセプタ１１０２上にウェハ１１０１が載置された状態では、円筒部１１０４ａ内のＰ_１２領域は上部がウェハ１１０１により覆われて、チャンバ１１０３内のＰ_１１領域と実質的に隔てられた領域となる。しかしながら、ウェハ１１０１がサセプタ１１０２上から引き離された場合、リング状のサセプタ１１０２の開口部を覆うものが無い状態になり、Ｐ_１１領域とＰ_１２領域の間でガスの流通が可能な状態となる。

回転部１１０４の円筒部１１０４ａの上部が解放されてＰ_１１領域とＰ_１２領域との間でガスの流通が可能な状態になると、チャンバ１１０３内のＰ_１１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_１２領域内に入り込むことになる。そして、Ｐ_１２領域内に配置されたヒータ１１２０に触れることになる。ヒータ１１２０に原料ガスやキャリアガスが接触すると、ヒータ１１２０において原料ガス等との反応が生じ、ヒータが劣化することがあった。こうしたヒータ１１２０上で発生する原料ガスやキャリアガスとの間の反応は、ヒータ１１２０の寿命を低下させる原因となっていた。

こうしたことから、気相成長装置において、ウェハ等の半導体基板を配置してエピタキシャル膜成長のために原料ガスを供給するチャンバ内の領域とヒータを囲む領域との間でガスの流通が可能な状態になったとしても、ヒータが劣化することを防止し、その結果、ヒータの寿命低下を抑えることができる技術が求められている。本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。

本発明の目的は、基板を加熱するヒータと原料ガスとが接触することを抑制し、ヒータの劣化を抑えてヒータ寿命を低下させないようにされた気相成長装置および気相成長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、
反応室と、
反応室の上部に設けられて原料ガスをその反応室内に供給するガス供給部と、
反応室内に設けられて基板が載置されるサセプタと、
サセプタを上部で支持する円筒部を備えた回転部と、
円筒部の内部に設けられ基板を加熱するヒータと、
円筒部の内部にパージガスを供給するガス導入部と
を有する気相成長装置であって、
基板またはその基板の載置されたサセプタを、円筒部上から持ち上げる動作をする基板昇降手段を有し、
基板昇降手段による持ち上げる動作の開始により、ガス導入部によって供給されるパージガスの流量が増大するよう構成されたことを特徴とする気相成長装置に関する。

本発明の第２の態様は、
反応室内に設けられたサセプタに基板昇降手段を用いて基板を載置する第１の工程と、
サセプタを上部で支持する円筒部を備えた回転部を回転させながら、円筒部内に配置されたヒータによって基板を加熱してその基板を昇温させる第２の工程と、
反応室内に原料ガスを供給して基板上に所定の膜を成長させる第３の工程と、
ヒータによる基板の加熱を終了してその基板を降温させる第４の工程と、
基板昇降手段を用いて基板を円筒部上から持ち上げて取り出す第５の工程と
を有する気相成長方法であって、
第１の工程で、円筒部の内部へのパージガスの供給を開始し、
第５の工程では、基板を持ち上げる時点で供給するパージガスの流量を増大させることを特徴とする気相成長方法に関する。

本発明の第２の態様において、第５の工程では基板を持ち上げる時点で供給するパージガスの流量を１０倍以上に増大させることが好ましい。

本発明の第２の態様において、第２の工程および第３の工程で供給するパージガスは、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方であり、
第４の工程で供給するパージガスは、水素ガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも一方であることが好ましい。

本発明の第２の態様において、第１の工程と第５の工程で供給するパージガスは、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方であることが好ましい。

本発明の気相成長装置によれば、基板を加熱するヒータの劣化を抑え、ヒータ寿命の低下を抑制することができる。また、本発明の気相成長方法によれば、基板を加熱するヒータの劣化を抑え、ヒータ寿命の低下を抑制することができる。

本実施の形態の気相成長装置の模式的な断面図である。 シリコンウェハが回転部の上方に持ち上げられた状態の本実施の形態の気相成長装置の模式的な断面図である。 従来の気相成長装置の模式的な断面図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態における枚葉式の気相成長装置１００の模式的な断面図である。

本実施の形態においては、基板としてシリコンウェハ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。図１では、気相成長装置１００のサセプタ１０２にシリコンウェハ１０１を載置した状態を示している。

気相成長装置１００は、シリコンウェハ１０１上で気相成長をさせてエピタキシャル膜の成膜を行う反応室として、チャンバ１０３を有する。

気相成長装置１００のチャンバ１０３の上部には、加熱されたシリコンウェハ１０１の表面にエピタキシャル膜を成長させ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をシリコンウェハ１０１の表面と対向して上部に配置することにより、シリコンウェハ１０１の表面に原料ガスが供給される。

チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するためのガス排気部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に接続している。また、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。

チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上方に設けられている。サセプタ１０２は、高温下にさらされることから、例えば、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ法によって高耐熱な高純度のＳｉＣを被覆して構成される。そして、図１に示すように、サセプタ１０２は、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとを有する。第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとは互いに分離可能である。そして、サセプタ１０２を回転部１０４の上方に設置すると、第２のサセプタ部１０２ｂによって第１のサセプタ部１０２ａの開口部が塞がれる。

尚、サセプタの構造について、図１に示すサセプタ１０２は一例であり、これに限られるものではない。例えば、サセプタを上述の第１のサセプタ部１０２ａと同様に、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状とすることが可能である。そして、サセプタの内周側に座ぐりを設け、この座ぐり内にシリコンウェハ１０１の外周部を受け入れる構造とすることが可能である。また、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状の第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を遮蔽する第２のサセプタ部１０２ｂとが一体となった構造とすることも可能である。その場合、回転部１０４上方に設置されたサセプタを、後述する昇降ピン１１０によって持ち上げて、サセプタを回転部１０４から引き離せるように構成することができる。

回転部１０４は、円筒部１０４ａと回転軸１０４ｂを有している。回転部１０４では、円筒部１０４ａの上部でサセプタ１０２を支持している。そして、回転軸１０４ｂが図示しないモータによって回転することにより、円筒部１０４ａを介してサセプタ１０２が回転する。

図１において、円筒部１０４ａは、上部が開口する構造を有し、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が配置されることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ_２領域と称す。）を形成する。ここで、チャンバ１０３内をＰ_１領域とすると、Ｐ_２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ_１領域と隔てられた領域となる。そのため、後述するインヒータ１２０とアウトヒータ１２１周囲のＰ_２領域で発生した汚染物質によってシリコンウェハ１０１が汚染されるのを防ぐことができる。また、Ｐ_１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_２領域内に進入し、Ｐ_２領域内に配置された後述するインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に接触することを防ぐことができる。

尚、サセプタ１０２の構造が、上述したような、シリコンウェハ１０１の外周部を支持するリング状である場合、サセプタ１０２の開口部はシリコンウェハ１０１によって覆われることになる。すなわち、Ｐ_２領域は、サセプタ１０２とシリコンウェハ１０１によって実質的にＰ_１領域と隔てられた領域となる。

Ｐ_２領域には、ヒータとしてのインヒータ１２０とアウトヒータ１２１が設けられている。インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１には抵抗加熱ヒータを用いることが可能であり、それらはカーボン（Ｃ）材の表面に高耐熱なＳｉＣを被覆して構成される。これらのヒータは、回転軸１０４ｂ内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト１０８の内部を通る配線１０９によって給電され、サセプタ１０２を介してシリコンウェハ１０１をその裏面から加熱する。アウトヒータ１２１は周囲の部材に熱が逃げやすいシリコンウェハ１０１の外周部の加熱を主な目的とする。インヒータ１２０とは別にアウトヒータ１２１を設けて２重ヒータとすることにより、シリコンウェハ１０１の加熱における面内均一性を向上させることができる。

加熱により変化するシリコンウェハ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１２２によって計測される。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１２２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、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の出力制御にフィードバックされる。これにより、シリコンウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。

シャフト１０８の内部には、基板昇降手段として昇降ピン１１０が配置されている。昇降ピン１１０の下端は、シャフト１０８の下部に設けられた図示されない昇降装置まで伸びている。そして、その昇降装置を動作させて昇降ピン１１０を上昇または下降させることができる。この昇降ピン１１０は、後述するように、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入とチャンバ１０３外への搬出の時に使用され、搬送用ロボット（図示されない）との間でシリコンウェハ１０１の受け渡しができるように、シリコンウェハ１０１を回転部１０４から離れた上方に持ち上げて、所定の位置に配置するように動作する。

すなわち、気相成長装置１００は、シリコンウェハ１０１の搬入時において、昇降ピン１１０を上昇させて第２のサセプタ部１０２ｂを下方側から支持した後、昇降ピン１１０をさらに上昇させて、第２のサセプタ部１０２ｂを第１のサセプタ部１０２ａから持ち上げて引き離すことができるよう構成されている。さらに第２のサセプタ部１０２ｂを上昇させて、搬送用ロボットに支持されたシリコンウェハ１０１の下面を第２のサセプタ部１０２ｂで支持することができる。次いで、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットから引き離し、第２のサセプタ部１０２ｂのみでシリコンウェハ１０１を支持することができるよう構成されている。シリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂに受け渡した後の搬送用ロボットは、チャンバ１０３内から退去させる。次に、シリコンウェハ１０１を受け取った第２のサセプタ部１０２ｂを、昇降ピン１１０で支持したままの状態で下降させることができ、シリコンウェハ１０１を載置した第２のサセプタ部１０２ｂを初期位置に戻すことができるよう構成されている。このようにして、気相成長装置１００では、シリコンウェハ１０１をサセプタ１０２上のエピタキシャル膜の成膜処理が可能な位置に載置することができるよう構成されている。成膜処理を終えた後は、上記と逆の操作によりシリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂから搬送用ロボットに受け渡し、チャンバ１０３の外部へと搬出することができる。

シャフト１０８の内部にはさらに、円筒部１０４ａの内部のＰ_２領域にパージガスを供給するガス導入部として、開口する上部がＰ_２領域まで伸びているガス導入管１１１が配置されている。ガス導入管１１１は、その下方側でガス導入機構１１２に接続しており、Ｐ_２領域にパージガスを供給できるように構成されている。ガス導入管１１１からＰ_２領域に供給可能なパージガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスおよびヘリウム（Ｈｅ)ガスなどの不活性ガスの他、水素（Ｈ_２）ガスや窒素（Ｎ_２)ガスを挙げることができる。それらパージガスを１種のみ供給することが可能であり、２種以上のパージガスを同時に供給することも可能である。

そして、本実施の形態の気相成長装置１００では、シリコンウェハ１０１の加熱工程、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜工程、シリコンウェハ１０１の降温工程およびシリコンウェハ１０１の搬入工程や搬出工程など、気相成長による成膜処理の各工程に応じて、上記したパージガスの種類や組成を選択し、それらを適宜切り替え制御しながら、ガス導入管１１１からＰ_２領域へのパージガス供給を実施することが可能である。例えば、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜に際し、シリコンウェハ１０１を加熱して昇温させるときには、シリコンウェハ１０１の昇温の妨げとならないよう、熱伝導率の低いパージガスを選択して使用することが可能である。一方、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜後にシリコンウェハ１０１を降温させるときには、シリコンウェハ１０１をより早く降温させることができるよう、熱伝導率の高いパージガスを選択して使用することが可能である。

上述したパージガスの熱伝導率としては、それぞれ３００Ｋ（ケルビン）の条件下で、水素ガスが０．１８０５Ｗ／（ｍ・Ｋ)、ヘリウムガスが０．１５１３Ｗ／（ｍ・Ｋ)、窒素ガスが２５．８３×１０^−３Ｗ／（ｍ・Ｋ)、アルゴンガスが１７．７２×１０^−３Ｗ／（ｍ・Ｋ)であることが知られている。したがって、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜に際し、シリコンウェハ１０１を加熱して昇温させるときには、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択してＰ_２領域のパージガスに使用することが可能である。反対に、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜後にシリコンウェハ１０１への加熱を停止し、シリコンウェハ１０１をより早く降温させる場合には、水素ガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも一方を選択してＰ_２領域のパージガスに使用することが可能である。

さらに、Ｐ_２領域へのパージガスの流量についても、シリコンウェハ１０１の加熱工程、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜成膜工程、シリコンウェハ１０１の降温工程およびシリコンウェハ１０１の搬入工程や搬出工程など、気相成長による成膜処理の各工程に応じて適宜選択と制御を行い、各工程において好適な流量とするこが可能である。

以上より、気相成長装置１００は、サセプタ１０２上に載置されたシリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜時において、サセプタ１０２によりＰ_１領域と実質的に隔てられたＰ_２領域にパージガスを供給することが可能である。すなわち、気相成長装置１００では、ガス導入機構１１２とガス導入管１１１を用い、Ｐ_２領域内をパージガスによってパージすることが可能である。その結果、気相成長装置１００では、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜の間、Ｐ_１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_２領域内に入り込むことを抑制する。

また、気相成長装置１００は、上述したように、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜処理の前後にシリコンウェハ１０１をチャンバ１０３内への搬入することおよび搬出することが行われる。その場合、第２のサセプタ部１０２ｂは、搬送用ロボットとの間でシリコンウェハ１０１の受け渡しができるように、第１のサセプタ部１０２ａから離れた上方の位置に配置され、回転部１０４の円筒部１０４ａでは、上部が解放された状態になる。すなわち、回転部１０４の上方に配置されたリング状の第１のサセプタ部１０２ａでは、その開口部覆う第２のサセプタ部１０２ｂが無い状態になり、Ｐ_１領域とＰ_２領域の間でガスの流通が可能な状態となる。

Ｐ_１領域とＰ_２領域との間でガスの流通が可能な状態になると、チャンバ１０３内のＰ_１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_２領域内に入り込むことになり、Ｐ_２領域内に配置されたインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に触れることになる。原料ガスやキャリアガスとインヒータ１２０およびアウトヒータ１２１との接触は、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の劣化を促進し、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の寿命を低下させることがある。

そこで、気相成長装置１００では、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入とチャンバ１０３外への搬出に際し、Ｐ_２領域にパージガスを供給することが可能である。パージガスとしては、カーボン材から構成されるインヒータ１２０およびアウトヒータ１２１に損傷を与えることのないアルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択して使用することが可能である。

そして特に、シリコンウェハ１０１の搬入と搬出に際し、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａから引き離されて、Ｐ_１領域とＰ_２領域との間でガスの流通が可能な状態になったときには、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａ上に配置されている時に比べ、Ｐ_２領域に、より大きな流量のパージガスを供給するようにすることが可能である。例えば、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜処理時など、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａ上にあるときに比べ、１０倍以上の流量でパージガスをＰ_２領域に供給することが可能である。こうすることにより、気相成長装置１００では、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａから引き離されて、Ｐ_１領域とＰ_２領域との間でガスの流通が可能な状態になった場合でも、Ｐ_１領域にある原料ガスやキャリアガスがＰ_２領域内に入り込むことを抑制することができる。

次に、回転部１０４の回転軸１０４ｂ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。円筒部１０４ａが所定の回転数で回転することにより、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に支持されたシリコンウェハ１０１を回転させることができる。円筒部１０４ａは、シリコンウェハ１０１の中心を通り、且つ、シリコンウェハ１０１に直交する軸を中心として回転することが好ましい。

本実施の形態の気相成長装置１００は以上のような構造を有し、回転するシリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜に際し、Ｐ_１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_２領域内に進入し、Ｐ_２領域内に配置された後述するインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に触れることを防ぐことができる。そして、シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入やその搬出時に際し、Ｐ_１領域にある原料ガスや、原料ガスとともに用いられるキャリアガスがＰ_２領域内に進入し、Ｐ_２領域内に配置されたインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に触れることを防ぐことができる。その結果、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の劣化を抑え、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の寿命の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
図１に示した気相成長装置１００を用いた本実施の形態の気相成長方法の一例について、図面を参照しながら説明する。この気相成長方法によれば、シリコンウェハ１０１上に均一な特性のエピタキシャル膜を成膜するとともに、エピタキシャル膜の成膜時やシリコンウェハ１０１の搬出入時に、原料ガスやそのキャリアガスがインヒータ１２０とアウトヒータ１２１に触れることを低減でき、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１の劣化を抑え、それらの寿命の低下を抑制することができる。尚、シリコンウェハ１０１の直径は、例えば、２００ｍｍまたは３００ｍｍとすることができる。

図２は、シリコンウェハ１０１が回転部１０４の上方に配置された状態の本実施の形態の気相成長装置１００の模式的な断面図である。

シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入は、図示しない搬送用ロボットを用いて行う。シリコンウェハ１０１の搬入に際し、ガス導入機構１１２とガス導入管１１１を用い、Ｐ_２領域にパージガスを供給することが可能である。パージガスとしては、カーボン材から構成されるインヒータ１２０およびアウトヒータ１２１に接触してもそれらに損傷を与えることの少ないアルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択して使用することが好ましい。

シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入時には、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａから引き離されて、Ｐ_１領域とＰ_２領域との間でガスの流通が可能な状態になることがある。その場合のＰ_２領域へのパージガスの流量としては、シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜時など、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａ上に配置されているときの流量と比較して、１０倍以上の流量とすることが好ましい。

例えば、シリコンウェハ１０１上での成膜処理時の第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａ上に配置されている状態では、パージガス流量を毎分５０ｍｌとすることが可能である。それに対し、シリコンウェハ１０１の搬入時の第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａから引き離されるときには、パージガス流量を１０倍以上となる毎分５００ｍｌ以上とすることが可能であり、２０倍以上となる毎分１リットル以上とすることがより好ましい。そして、Ｐ_１領域にある原料ガスやキャリアガスと、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１との接触をより効果的に抑制するためには、パージガス流量を４００倍以上の毎分２０リットル以上とすることがさらに好ましい。シリコンウェハ１０１のチャンバ１０３内への搬入時には、シリコンウェハ１０１上でエピタキシャル膜の成膜処理は行われておらず、こうした大量のパージガスがＰ_２領域内に供給されても、その後のエピタキシャル膜の成膜処理に与える影響は無視できる。

気相成長装置１００の回転部１０４の内部には、図１に示すように、回転軸１０４ｂの内部を貫通する昇降ピン１１０が設けられている。搬送用ロボットからのシリコンウェハ１０１の受け取りは、この昇降ピン１１０が用いられる。

まず昇降ピン１１０を図１に示す初期の設定位置から上昇させる。昇降ピン１１０を上昇させる前、第２のサセプタ部１０２ｂは第１のサセプタ部１０２ａ上の所定の位置（以下、第１の位置と称する。）に配置されており、第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を覆っている。そして、Ｐ_２領域内にはガス導入管１１１から、パージガスが所定の流量（以下、第１の流量と称する。）で供給されている。例えば、上述した毎分５０ｍｌのパージガスをガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給することが可能である。

昇降ピン１１０を上昇させて第２のサセプタ部１０２ｂを支持した後、昇降ピン１１０をさらに上昇させて、第２のサセプタ部１０２ｂを第１のサセプタ部１０２ａから持ち上げて引き離すようにする。このときある時点で、第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとの間にＰ_１領域とＰ_２領域との間でのガスの流通を可能とする隙間が形成される。気相成長装置１００では、第２のサセプタ部１０２ｂが第１のサセプタ部１０２ａから引き離されて、このような隙間を形成する位置（以下、第２の位置と称する。）に配置される時点で、ガス導入管１１１からのパージガスの流量を増大させる。そして、所定の流量（以下、第２の流量と称する。）のパージガスを供給するようにする。例えば、毎分５０ｍｌであったパージガスの流量を１０倍以上となる毎分５００ｍｌ以上に増大させる。

次に、さらに第２のサセプタ部１０２ｂを上昇させて、搬送用ロボットに支持されたシリコンウェハ１０１の下面を第１のサセプタ部１０２ａで支持する。次いで、図２に示すように、シリコンウェハ１０１を搬送用ロボットから引き離し、第２のサセプタ部１０２ｂのみでシリコンウェハ１０１を支持する。そして、回転部１０４の上方の所定の位置にシリコンウェハ１０１を配置する。シリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂに受け渡した後の搬送用ロボットは、チャンバ１０３内から退去させる。このとき、第２のサセプタ部１０２ｂおよびその上に載置されたシリコンウェハ１０１は、回転部１０４の上方の最も高い位置（以下、第３の位置と称する。）に配置されることになる。一方、回転部１０４の円筒部１０４ａの上部は解放された状態になる。そして、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂが第３の位置に配置されたときの、Ｐ_２領域へのパージガスの流量（以下、第３の流量と称する。）については、第２の流量よりさらに増大させることも可能である。例えば、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスについて、第３の流量を、第１の流量の２０倍以上に増大させることが可能である。

次に、シリコンウェハ１０１を受け取った第２のサセプタ部１０２ｂを、昇降ピン１１０で支持したままの状態で下降させる。第２のサセプタ部１０２ｂは、ある時点で上述の第２の位置に配置されることになる。このとき、シリコンウェハ１０１は第２のサセプタ部１０２ｂ上に載置されており、シリコンウェハ１０１も第２のサセプタ部１０２ｂと同様に第２の位置に配置されることになる。そして、シリコンウェハ１０１が第２のサセプタ部１０２ｂとともに第２の位置に配置されたとき、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスの流量を減少させ、上記した第１の流量に戻すようにする。

そして、図１に示したように、昇降ピン１１０を初期位置に戻す。第２のサセプタ部１０２ｂは第１の位置に配置されることになる。このとき、シリコンウェハ１０１は第２のサセプタ部１０２ｂ上に載置されており、シリコンウェハ１０１も第２のサセプタ部１０２ｂと同様に第１の位置に配置されることになる。このようにして、シリコンウェハ１０１を、サセプタ１０２上の、成膜処理が可能な位置である第１の位置に載置することができる。そして、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスの流量は、上述の第１の流量とすることができる。

シリコンウェハ１０１をチャンバ１０３内へ搬入し、昇降ピン１１０を用いてシリコンウェハ１０１をサセプタ１０２上の第１の位置に配置した後、常圧下または適当な減圧下で、ガス供給部１２３からＰ_１領域にキャリアガスである水素ガスを流しながら、回転部１０４に付随させて、シリコンウェハ１０１を５０ｒｐｍ程度で回転させる。ガス導入管１１１からは上述の第１の流量のパージガスがＰ_２領域内に供給されている。

次に、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１によってシリコンウェハ１０１を１１００℃〜１２００℃に加熱する。例えば、成膜温度である１１５０℃まで徐々に加熱する。そして、シリコンウェハ１０１の回転開始から成膜温度へ昇温に至るまでの昇温段階、および後述するシリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜段階では、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスの流量を上記した第１の流量とする。そして、パージガスとしては、シリコンウェハ１０１の昇温と加熱状態の維持の妨げとならないよう、熱伝導率の低いパージガスを選択して使用することが可能である。例えば、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択して、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスに使用することが可能である。

放射温度計１２２による測定でシリコンウェハ１０１の温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハ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、原料ガスとしてトリクロロシラ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。

チャンバ１０３の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハ１０１の方に流下する。そして、シリコンウェハ１０１の温度を１１５０℃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シリコンウェハ１０１に供給する。これにより、シリコンウェハ１０１上での気相成長が促進され、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。

このように、原料ガスを導入しつつサセプタ１０２を回転させることにより、シリコンウェハ１０１の上に均一な厚さのシリコンのエピタキシャル層を成長させることができる。例えば、パワー半導体の用途では、３００ｍｍのシリコンウェハ上に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、成膜時の半導体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。

シリコンウェハ１０１上に所定の膜厚のエピタキシャル膜を成膜した後は、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１による加熱を停止し、ガス供給部１２３からの原料ガスの供給を終了する。キャリアガスの供給も、原料ガスの供給終了とともに終了することができるが、シリコンウェハ１０１の温度が所定の値より低くなるまで供給を継続することも可能である。

そして、原料ガスの供給終了からシリコンウェハ１０１が所定温度になるまでの降温段階では、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスの流量を上述した第１の流量とする。使用するパージガスとしては、シリコンウェハ１０１をより早く降温させることができるよう、熱伝導率の高いパージガスを選択して使用することが可能である。水素ガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも一方を選択してＰ_２領域のパージガスに使用することが可能である。そして、インヒータ１２０およびアウトヒータ１２１が高い温度状態にある間は、反応性の乏しいヘリウムガスを選択して用いることがより好ましい。

シリコンウェハ１０１上でのエピタキシャル膜の成膜を終了し、エピタキシャル膜の成膜されたシリコンウェハ１０１が所定の温度まで降温した後、シリコンウェハ１０１は、チャンバ１０３の外に搬出される。シリコンウェハ１０１の搬出に際しては、まず昇降ピン１１０を上昇させる。

昇降ピン１１０の上昇前、図１に示すように、第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａ上にあって第１の位置に配置されており、第２のサセプタ部１０２ｂは、第１のサセプタ部１０２ａの開口部を覆っている。そして、Ｐ_２領域内にはガス導入管１１１から、パージガスが第１の流量で供給されている。例えば、上述した毎分５０ｍｌのパージガスがガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されている。シリコンウェハ１０１の降温の後、シリコンウェハ１０１の搬出段階では、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスとして、シリコンウェハ１０１の搬入に際し使用されたパージガスと同様のものを用いることが好ましい。すなわち、パージガスとしては、カーボン材から構成されるインヒータ１２０およびアウトヒータ１２１に接触してもそれらに損傷を与えることの少ないアルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方を選択して使用することが好ましい。

昇降ピン１１０を上昇させて第２のサセプタ部１０２ｂを支持した後、昇降ピン１１０をさらに上昇させて、シリコンウェハ１０１を載置した第２のサセプタ部１０２ｂを第１のサセプタ部１０２ａから持ち上げて引き離すようにする。そして、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂは、ある時点で、上述の第２の位置に配置されることになる。シリコンウェハ１０１が第２のサセプタ部１０２ｂとともに第２の位置に配置されるとき、Ｐ_１領域とＰ_２領域との間でガスの流通が可能な状態が形成される。そこで、ガス導入管１１１からのパージガスの流量を増大させ、上述の第２の流量でパージガスを供給するようにする。すなわち、例えば、第１の流量として毎分５０ｍｌであったパージガスの流量を１０倍以上に増大させる。

次に、さらに第２のサセプタ部１０２ｂを上昇させて、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとを上述の第３の位置に配置する。シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂとが第３の位置に配置されると、回転部１０４の円筒部１０４ａの上部は解放された状態になる。したがって、シリコンウェハ１０１と第２のサセプタ部１０２ｂが第３の位置に配置されたときの、Ｐ_２領域へのパージガスの流量については、第２の流量より増大させることも可能である。例えば、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスについて、第２の流量より増大された上述の第３の流量とすることが可能である。

次いで、搬送用ロボットをチャンバ１０３内に進入させ、第２のサセプタ部１０２ｂの下方の、シリコンウェハ１０１を受け取れる所定の位置に配置する。そして、昇降ピン１１０を下降させ、第２のサセプタ部１０２ｂ上に載置されていたシリコンウェハ１０１のみを搬送用ロボットに支持させる。そして、第２のサセプタ部１０２ｂとシリコンウェハ１０１とを引き離し、シリコンウェハ１０１のみを搬送用ロボットに受け渡す。シリコンウェハ１０１を第２のサセプタ部１０２ｂから受け渡された後の搬送用ロボットは、チャンバ１０３内から退去させ、成膜処理後のシリコンウェハ１０１をチャンバ１０３の外に搬出する。

次に、シリコンウェハ１０１を受け渡した第２のサセプタ部１０２ｂを、昇降ピン１１０で支持したままの状態で下降させる。第２のサセプタ部１０２ｂは、ある時点で第２の位置に配置されることになる。このとき、ガス導入管１１１からＰ_２領域内に供給されるパージガスの流量を減少させ、上記した第１の流量とする。

そして、図１に示すように、昇降ピン１１０を所定の初期位置に戻す。第２のサセプタ部１０２ｂは第１のサセプタ部１０２ａ上であって第１の位置に配置されることになる。

尚、本発明は上記各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。

例えば、上記各実施の形態では、シリコンウェハ等の半導体基板を回転させながら半導体基板上にエピタキシャル膜を気相成長させる構成としたが、半導体基板を回転させずに気相成長してもよい。

また、上記各実施の形態では、気相成長装置の一例としてエピタキシャル膜の気相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。反応室内に原料ガスを供給し、反応室内に載置される半導体基板を加熱して半導体基板の表面に膜を形成する気相成長装置であれば、ＣＶＤ装置などの他の気相成長装置であってもよい。

１００、１１００ 気相成長装置
１０１ シリコンウェハ
１０２、１１０２ サセプタ
１０２ａ 第１のサセプタ部
１０２ｂ 第２のサセプタ部
１０３、１１０３ チャンバ
１０４、１１０４ 回転部
１０４ａ、１１０４ａ 円筒部
１０４ｂ、１１０４ｂ 回転軸
１０８、１１０８ シャフト
１０９、１１０９ 配線
１１０ 昇降ピン
１１１ ガス導入管
１１２ ガス導入機構
１２０ インヒータ
１２１ アウトヒータ
１２２ 放射温度計
１２３、１１２３ ガス供給部
１２４、１１２４ シャワープレート
１２５、１１２５ ガス排気部
１２６、１１２６ 調整弁
１２７、１１２７ 真空ポンプ
１２８、１１２８ 排気機構
１１０１ ウェハ
１１２０ ヒータ

Claims (5)

1. 反応室と、
   前記反応室の上部に設けられて原料ガスを前記反応室内に供給するガス供給部と、
   前記反応室内に設けられて基板が載置されるサセプタと、
   前記サセプタを上部で支持する円筒部を備えた回転部と、
   前記円筒部の内部に設けられ前記基板を加熱するヒータと、
   前記円筒部の内部にパージガスを供給するガス導入部と
   を有する気相成長装置であって、
   前記基板または当該基板の載置された前記サセプタを、前記円筒部上から持ち上げる動作をする基板昇降手段を有し、
   前記基板昇降手段による前記持ち上げる動作の開始により、前記ガス導入部によって供給される前記パージガスの流量が増大するよう構成されたことを特徴とする気相成長装置。
2. 反応室内に設けられたサセプタに基板昇降手段を用いて基板を載置する第１の工程と、
   前記サセプタを上部で支持する円筒部を備えた回転部を回転させながら、前記円筒部内に配置されたヒータによって前記基板を加熱して前記基板を昇温させる第２の工程と、
   前記反応室内に原料ガスを供給して前記基板上に所定の膜を成長させる第３の工程と、
   前記ヒータによる前記基板の加熱を終了して前記基板を降温させる第４の工程と、
   前記基板昇降手段を用いて前記基板を前記円筒部上から持ち上げて取り出す第５の工程と
   を有する気相成長方法であって、
   第１の工程で、前記円筒部の内部へのパージガスの供給を開始し、
   第５の工程では、前記基板を持ち上げる時点で供給するパージガスの流量を増大させることを特徴とする気相成長方法。
3. 第５の工程では前記基板を持ち上げる時点で供給するパージガスの流量を１０倍以上に増大させることを特徴とする請求項２に記載の気相成長方法。
4. 第２の工程および第３の工程で供給するパージガスは、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方であり、
   第４の工程で供給するパージガスは、水素ガスおよびヘリウムガスのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２または３に記載の気相成長方法。
5. 第１の工程と第５の工程で供給するパージガスは、アルゴンガスおよび窒素ガスのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の気相成長方法。

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