JP2014127668A - SiC膜成膜装置およびSiC膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CVD装置は、内部空間を有し、内部空間にSiC膜の形成面が露出するように基板を収容する収容室と、基板をSiC膜の形成面とは逆の方向から加熱する加熱機構と、内部空間に、基板の側方から基板に向かうX方向に沿って、SiC膜の原料となるカーボンを含む第3原料ガスを供給する第3供給空間231と、内部空間に対し、基板におけるSiC膜の形成面からみて第3原料ガスよりも遠い側に向けて、基板の側方からX方向に沿って、SiC膜の原料となるシリコンを含む第2原料ガスを供給する第2供給空間221と、内部空間に、SiC膜の形成面と対向する側からSiC膜の形成面に向かう第2方向に沿って、第3原料ガスおよび第2原料ガスの上方への移動を抑制するブロックガスを供給するブロックガス供給部とを含む。
【選択図】図7
Description
本発明は、基板上に成膜されるSiC膜の膜質の低下を抑制することを目的とする。
また、前記カーボン原料ガスは、プロパンガスを含み、前記シリコン原料ガスは、モノシランガスを含み、前記ブロックガスは、水素ガスを含むことを特徴とすることができる。
また、前記原料ガス供給部は、前記カーボン原料ガス供給経路の下方に設けられ、前記第1方向に沿って、前記カーボン原料ガスの当該第1方向への移動をアシストする第1アシストガスを供給する第1アシストガス供給経路と、前記シリコン原料ガス供給経路の上方に設けられ、前記第1方向に沿って、前記シリコン原料ガスの当該第1方向への移動をアシストする第2アシストガスを供給する第2アシストガス供給経路とをさらに有することを特徴とすることができる。
<CVD装置の全体構成>
図1は、本実施の形態が適用されるCVD装置1の全体構成図である。
また、図2は、CVD装置1で用いられる、膜の積層対象となる基板Sおよび基板Sを積載する積載体113の斜視図である。
CVD装置1は、SiC膜成膜装置の一例であって、SiC(シリコンカーバイド)単結晶で構成された基板Sに、所謂熱CVD方式にて、4H−SiCの膜をエピタキシャル成長させたSiCエピタキシャルウェハを製造するために用いられる。
図3は、CVD装置1における反応容器10の縦断面図である。また、図4は図3におけるIV−IV断面図であり、図5は図3におけるV−V断面図である。
なお、以下の説明では、図3において、図中右側から左側へと向かう方向をX方向とし、図中手前側から奥側へと向かう方向をY方向とし、図中下側から上側へと向かう方向をZ方向とする。そして、この例では、Z方向が鉛直方向に対応しており、X方向およびY方向が水平方向に対応している。また、本実施の形態では、X方向が第1方向に、−Z方向が第2方向に、それぞれ対応している。
また、第3側壁150の下端部には、第3側壁150からX方向に突出して配置される突出部材153が設けられている。突出部材153は、図3において左下方向に傾斜する傾斜面を有しており、突出部材153の先端(X方向下流側の端部)は、後述する第1仕切部材171の直下となる位置まで延びている。また、突出部材153は、TaCコート付きグラファイトで構成されている。
また、床部110は、第3側壁150からX方向に沿って延びた後、排出空間400aに対応して、X方向および−Z方向に沿って斜め下方に傾斜し、さらに−Z方向に沿って下方に延びるように形成されている。一方、第4側壁160は、天井120から−Z方向に沿って延びた後、排出空間400aに対応して、X方向および−Z方向に沿って斜め下方に傾斜し、さらに−Z方向に沿って下方に延びるように形成されている。そして、第1側壁130および第2側壁140も、排出空間400aに対応し、上記床部110および第4側壁160に倣って延伸されている。
また、床部110を構成する回転台112は、内部空間100aに露出して配置されており、TaCコート付きグラファイトで構成されている。また、回転台112の上面且つ中央部には、積載体113を取り付けるための受け部112a(凹部)が形成されている。
なお、CVD装置1(図1参照)は、第1仕切部材171、第2仕切部材172および第3仕切部材173を冷却するための冷却機構をさらに有していてもよい。第1仕切部材171〜第3仕切部材173を冷却する方法としては、例えば第1仕切部材171〜第3仕切部材173の内部に冷却水を流す水冷方式等の方法が挙げられる。
また、第2領域A2は、内部空間100aのうち、天井120、第1側壁130および第2側壁140と、第1仕切部材171と、第2仕切部材172とによって囲まれた領域をいう。
さらに、第3領域A3は、内部空間100aのうち、天井120、第1側壁130および第2側壁140と、第2仕切部材172と、第3仕切部材173とによって囲まれた領域をいう。
さらにまた、第4領域A4は、内部空間100aのうち、天井120、第1側壁130および第2側壁140と、第3仕切部材173と、第4側壁160とによって囲まれた領域をいう。
そして、第5領域A5は、内部空間100aのうち、上記第1領域A1〜第4領域A4に含まれていない床部110側の領域をいう。
これにより、本実施の形態では、基板S上にSiC膜を形成するに際して、基板SがSiC膜の形成面とは逆の方向から加熱されることになる。
図6は、反応容器10内の各種寸法を説明するための図である。
まず、反応容器10の収容室100(内部空間100a)において、床部110から天井120に至るZ方向の距離を、室内高さHrとする。また、第1仕切部材171のZ方向の長さを第1仕切高さHp1とし、第2仕切部材172のZ方向の長さを第2仕切高さHp2とし、第3仕切部材173のZ方向の長さを第3仕切高さHp3とする。さらに、床部110から第1仕切部材171の下端に至るZ方向の距離を第1空間高さHt1とし、床部110から第2仕切部材172の下端に至るZ方向の距離を第2空間高さHt2とし、床部110から第3仕切部材173の下端に至るZ方向の距離を第3空間高さHt3とする。このとき、Hr=Hp1+Ht1=Hp2+Ht2=Hp3+Ht3である。
続いて、本実施の形態のCVD装置1における原料ガス供給部200について説明する。
図7は、本実施の形態が適用される原料ガス供給部200の縦断面図である。また、図8は、図7におけるVIII−VIII断面図である。さらに、図9(a)は、図7におけるIXA−IXA断面図であり、図9(b)は、図9(a)におけるIXB部の拡大図である。
第2原料ガス導入部220は、第2原料ガスとして、シリコン含有ガスであるモノシランガスとキャリアガスである水素ガスとの混合ガスを第2供給空間221に導入する。
第3原料ガス導入部230は、第3原料ガスとして、カーボン含有ガスであるプロパンガスとキャリアガスである水素ガスとの混合ガスを第3供給空間231に導入する。
第4原料ガス導入部240は、第4原料ガスとして、キャリアガスである水素ガスを第4供給空間241に導入する。
また、本実施の形態では、第1供給空間211が第1アシストガス供給経路およびアシストガス供給手段に相当し、第2供給空間221がシリコン原料ガス供給経路およびシリコン原料ガス供給手段に相当し、第3供給空間231がカーボン原料ガス供給経路およびカーボン原料ガス供給手段に相当し、第4供給空間241が第2アシストガス供給経路およびアシストガス供給手段に相当する。
続いて、原料ガス供給ダクト201の構成について詳細に説明する。
原料ガス供給ダクト201は、第1供給空間211〜第4供給空間214からみてZ方向下流側(上方)においてXY平面に沿って設けられるダクト上壁251と、第1供給空間211〜第4供給空間214からみてZ方向上流側(下方)においてXY平面に沿って設けられ、後述する第1ダクト仕切壁253、第2ダクト仕切壁254、第3ダクト仕切壁255および第1供給空間211〜第4供給空間214を介してダクト上壁251と対向するダクト下壁252と、第1供給空間211〜第4供給空間214からみてY方向上流側においてZ方向に沿って設けられる第1ダクト側壁256と、第1供給空間211〜第4供給空間214からみてY方向下流側においてZ方向に沿って設けられ、第1ダクト仕切壁253、第2ダクト仕切壁254および第3ダクト仕切壁255を介して第1ダクト側壁256と対向する第2ダクト側壁257とを備えている。
第1ダクト仕切壁253、第2ダクト仕切壁254および第3ダクト仕切壁255は、ダクト上壁251、ダクト下壁252、第1ダクト側壁256および第2ダクト側壁257により囲まれる空間を仕切ることで、この空間を第1供給空間211、第2供給空間221、第3供給空間231および第4供給空間241に分けている。
同様に、第2供給空間221には、第2原料ガス導入部220から導入された第2原料ガスを拡散させるための第2拡散板222が設けられるとともに、第2拡散板222よりもX方向の下流側に、第2拡散板222により拡散された第2原料ガスの流れを整えるための第2整流部材223が設けられている。
さらに、第3供給空間231には、第3原料ガス導入部230から導入された第3原料ガスを拡散させるための第3拡散板232が設けられるとともに、第3拡散板232よりもX方向の下流側に、第3拡散板232により拡散された第3原料ガスの流れを整えるための第3整流部材233が設けられている。
さらにまた、第4供給空間241には、第4原料ガス導入部240から導入された第4原料ガスを拡散させるための第4拡散板242が設けられるとともに、第4拡散板242よりもX方向の下流側に、第4拡散板242により拡散された第4原料ガスの流れを整えるための第4整流部材243が設けられている。
同様に、第2ダクト側壁257は、X方向の上流側端部からXZ平面に沿って形成された第2上流部257aと、第2上流部257aのX方向下流端から延びる第2中流部257bと、第2中流部257bのX方向下流端から延び、XZ平面に沿って形成された第2下流部257cとを有している。
これにより、原料ガス供給ダクト201をZ方向からみた場合に、第1ダクト側壁256の第1中流部256bと、第2ダクト側壁257の第2中流部257bとは、X方向下流側に向かうにつれて互いの距離が離れるように構成されている。
ここで、第1導入領域211aとは、第1供給空間211のうち、ダクト上壁251と、第1ダクト仕切壁253と、第1ダクト側壁256における第1上流部256aと、第2ダクト側壁257における第2上流部257aとにより囲まれる領域である。また、第1拡散領域211bとは、第1供給空間211のうち、ダクト上壁251と、第1ダクト仕切壁253と、第1ダクト側壁256における第1中流部256bと、第2ダクト側壁257における第2中流部257bとにより囲まれる領域である。さらに、第1排出領域211cとは、第1供給空間211のうち、ダクト上壁251と、第1ダクト仕切壁253と、第1ダクト側壁256における第1下流部256cと、第2ダクト側壁257における第2下流部257cとにより囲まれる領域である。
また、第1導入領域211aのY方向に沿った幅(すなわち、第1上流部256aと第2上流部257aとの距離)を導入幅Wiとすると、導入幅Wiは排出幅Wd(室内幅W)よりも狭くなっている(Wi<Wd)。
そして、第1拡散領域211bのY方向に沿った幅(すなわち、第1中流部256bと第2中流部257bとの距離)は、X方向上流側からX方向下流側に向かうにつれて、導入幅Wiから排出幅Wd(室内幅W)へと連続的に拡がるように形成されている。
ここで、本実施の形態では、上述したように第1ダクト角θ1を鈍角とすることで、排出幅Wdを一定とした場合に、第1ダクト角θ1を鋭角とする場合と比較して、第1拡散領域211bの拡散長さLbを短くすることが可能になる。この結果、本構成を採用しない場合と比較して、原料ガス供給ダクト201のX方向に沿った長さを短くすることが可能になり、CVD装置1(図1参照)を小型化することが可能になる。
続いて、第1供給空間211に設けられる第1拡散板212の構成について説明する。
第1拡散板212は、第1供給空間211における第1拡散領域211bと第1排出領域211cとに跨って形成され、第1拡散領域211bおよび第1排出領域211cのY方向中央部に配置されている。
本実施の形態の第1拡散板212は、Z方向からみた形状が正方形の、板状の部材から構成されており、正方形の2つの対角線がそれぞれX方向およびY方向に沿うように配置されている。これにより、正方形状を呈する第1拡散板212の一つの角が、第1導入領域211a側を向くようになっている。
そして、第1拡散板212における第1導入領域211a側(X方向上流側)を向く角を拡散板角θ4(=90°)とすると、θ4は、第1ダクト角θ1よりも小さい(θ4<θ1)。
なお、本実施の形態の第1拡散板212における拡散板幅Wpは、正方形状を有する第1拡散板212におけるY方向に沿った対角線の長さであり、この第1拡散板212におけるY方向に沿った対角線は、第1供給空間211における第1拡散領域211bに位置している。
さらに、第1拡散板212のZ方向に沿った厚さは、ダクト上壁251と第1ダクト仕切壁253とのZ方向に沿った距離と略等しく設定されている。すなわち、第1供給空間211に導入された第1原料ガスは、第1供給空間における第1拡散板212が設けられた領域を移動することはできない。
なお、ここでは詳細な説明は省略するが、第2拡散板222、第3拡散板232および第4拡散板242は、第1拡散板212と同様の構成を有している。
続いて、第1供給空間211に設けられる第1整流部材213の構成について説明する。
本実施の形態の第1整流部材213は、板状の部材から構成され、第1供給空間211における第1排出領域211cにおいて、YZ平面に沿って形成される。
第1整流部材213のZ方向に沿った高さは、ダクト上壁251と第1ダクト仕切壁253との距離と略等しく構成されている。さらに、第1整流部材213のY方向に沿った幅は、上述した排出幅Wd(室内幅W)と略等しく構成されている。
これにより、第1排出領域211cは、第1整流部材213によってX方向上流側とX方向下流側とに仕切られるとともに、第1整流部材213に形成された複数の第1貫通孔213aを介して、第1排出領域211cのX方向上流側とX方向下流側とが連通している。
また、本実施の形態の第1整流部材213は、例えばステンレス等で構成される。
なお、詳細な説明は省略するが、第2整流部材223、第3整流部材233および第4整流部材243は、第1整流部材213と同様な構成を有しており、図9(b)に示すように、第2整流部材223には複数の第2貫通孔223aが形成され、第3整流部材233には複数の第3貫通孔233aが形成され、第4整流部材243には複数の第4貫通孔243aが形成されている。
続いて、原料ガス供給部200に設けられた冷却部203について説明する。図10は、本実施の形態が適用される冷却部203の構成を説明するための図である。
本実施の形態の冷却部203は、上述したように、原料ガス供給ダクト201を冷却するために設けられる。冷却部203は、原料ガス供給ダクト201のZ方向上流(下方)側に設けられ、原料ガスを冷却する冷却部材281と、冷却部材281に対して冷却のための水を給水する給水部282と、冷却部材281にて冷却に使用された水を排水する排水部283とを備えている。
なお、冷却部203において、原料ガス供給ダクト201を移動する原料ガスを冷却する際には、冷却部材281の内部配管2811aに対して、給水部282により冷却水の給水を行うとともに、排水部283により冷却に用いられた冷却水の排水を行う。
では次に、本実施の形態のCVD装置1を用いた成膜動作について説明を行う。
まず、膜の形成面を外側に向けた基板Sを、積載体113の凹部113aに積載する。次に、CVD装置1における床部110の回転台112(受け部112a)に、基板Sを積載した積載体113をセットする。
このとき、ブロックガス供給部300を構成する第1ブロックガス供給部310、第2ブロックガス供給部320、第3ブロックガス供給部330および第4ブロックガス供給部340による第1ブロックガス、第2ブロックガス、第3ブロックガスおよび第4ブロックガスのそれぞれの供給量は、例えば10L(リットル)〜30L/minの範囲から選択される。
さらに、原料ガス供給部200では、内部空間100aにキャリアガスを供給するに際して、冷却部203を用いて原料ガス供給ダクト201の冷却を開始する。
このとき、原料ガス供給部200では、第1原料ガス導入部210〜第4原料ガス導入部240による第1供給空間211〜第4供給空間241への水素ガス(キャリアガス)の導入を引き続き行うとともに、第2原料ガス導入部220による第2供給空間221へのシリコン含有ガス(この例では、モノシランガス)の導入および第3原料ガス導入部230による第3供給空間231へのカーボン含有ガス(この例では、プロパンガス)の導入を開始する。
これにより、第2原料ガス導入部220により第2供給空間221へ導入される第2原料ガスは、シリコン含有ガスと水素ガスとの混合ガスとなる。また、第3原料ガス導入部230により第3供給空間231へ導入される第3原料ガスは、カーボン含有ガスと水素ガスとの混合ガスとなる。
また、原料ガス供給部200の冷却部203では、冷却動作を引き続き行い、原料ガス供給ダクト201を冷却する。これにより、原料ガス供給ダクト201の温度は、200℃以下に維持される。
また、第2原料ガス導入部220により導入される第2原料ガスのうちモノシランガスの導入量は、例えば50sccm〜300sccmの範囲から選択され、水素ガスの導入量は、例えば、例えば1〜30L/minの範囲から選択される。さらに、第3原料ガス導入部230により導入される第3原料ガスのうちプロパンガスの導入量は、例えば12sccm〜200sccmの範囲から選択され、水素ガスの導入量は、例えば、例えば1〜30L/minの範囲から選択される。ただし、カーボンとシリコンとの濃度比C/Si比が、0.8〜2.0の範囲内に収まるように、モノシランガスおよびプロパンガスの導入量が決定される。
なお、原料ガス供給部200による内部空間100aへの原料ガス等の供給に関しては、後段にて詳細に説明する。
図11は、本実施の形態が適用される原料ガス供給部200により原料ガスを供給する際の原料ガスの流れを模式的に示した図である。図11(a)は、原料ガス供給部200の第1供給空間211における第1原料ガスGs1の流れを示した図であり、図11(b)は、図11(a)におけるXIB−XIB断面図である。なお、図11(b)においては、第1拡散板212、第2拡散板222、第3拡散板232および第4拡散板242については記載を省略している。
したがって、第1導入領域211aから第1拡散領域211bに到達した第1原料ガスGs1は、第1中流部256bおよび第2中流部257bに案内されることで、第1拡散領域211bの幅が拡がるのに伴ってY方向および−Y方向に拡散しながらX方向に移動していく。
そして、第1原料ガスGs1は、Y方向(−Y方向)に拡散された状態で第1排出領域211cに到達する。
上述したように、第1排出領域211cには、第1整流部材213が設けられており、第1排出領域211cに到達しX方向に移動する第1原料ガスGs1は、やがて第1整流部材213に到達する。そして、第1整流部材213に到達した第1原料ガスGs1は、第1整流部材213に設けられた複数の第1貫通孔213aを通って、さらにX方向下流側に移動する。
ここで、上述したように第1拡散領域211bでは、第1原料ガスGs1はY方向(−Y方向)に拡散されるため、第1拡散領域211bから第1排出領域211cに到達した第1原料ガスGs1の進行方向は、X方向に対してY方向(−Y方向)に斜めに傾斜している場合がある。そして、このような第1原料ガスGs1は、第1排出領域211cにおいて、第1整流部材213にX方向に沿って設けられた第1貫通孔213aを通過することで、進行方向がX方向に沿うように流れが整えられることになる。
このように、本実施の形態の原料ガス供給部200では、原料ガス供給ダクト201が上述したような構造を有することで、本構成を採用しない場合と比較して、原料ガス供給ダクト201から原料ガスを均一に排出させることが可能となり、原料ガス供給ダクト201から排出される原料ガスの流速をY方向上流側からY方向下流側に亘って略均一にすることが可能になる。
すなわち、第2原料ガスGs2〜第4原料ガスGs4は、それぞれ第2原料ガス導入部220〜第4原料ガス導入部240から第2供給空間221〜第4供給空間241の導入領域(図示せず)に導入される。その後、第2原料ガスGs2〜第4原料ガスGs4は、それぞれX方向に沿って移動して拡散領域(図示せず)に到達し、第2拡散板222〜第4拡散板242(それぞれ図7参照)を介してY方向(−Y方向)に拡散された後、第2整流部材223〜第4整流部材243を通過して、排出領域(図示せず)から内部空間100aに向けて排出される。
したがって、原料ガスは、図11(b)に示すように、第1供給空間211からの第1原料ガスGs1、第2供給空間221からの第2原料ガスGs2、第3供給空間231からの第3原料ガスGs3および第4供給空間241からの第4原料ガスGs4は、−Z方向に沿ってこの順に層状に重なった状態で原料ガス供給ダクト201から排出され、内部空間100a(図1参照)に供給されることになる。
また、上述したように、原料ガス供給部200により原料ガスGsを内部空間100aに供給する際には、原料ガス供給ダクト201を冷却部203(図7参照)により冷却している。
これにより、例えば第2原料ガスGs2に含まれるシリコン含有ガス(モノシランガス)や第3原料ガスGs3に含まれるカーボン含有ガス(プロパンガス)が、原料ガス供給ダクト201内において熱分解したり、熱分解により生じたSiやCなどによって第2供給空間221や第3供給空間231が閉塞したりするのを抑制することができる。
一般に、ステンレスからなる部材が300℃以上の温度条件下でカーボン含有ガスと接触すると、カーボン含有ガスによりステンレス表面の性質が変化する浸炭という現象が起こる場合がある。そして、浸炭によりステンレス表面の性質が変化した場合、ステンレスからなる部材が脆くなり、強度が低下する懸念がある。
特に、本実施の形態の原料ガス供給ダクト201では、カーボン含有ガス(プロパンガス)を含む第3原料ガスGs3を供給するための第3供給空間231を、シリコン含有ガス(モノシランガス)を含む第2原料ガスGs2を供給するための第2供給空間221と比較して、冷却部203における冷却部材281に近い下方側(Z方向上流側)に配置している。これにより、本構成を採用しない場合と比較して、カーボン含有ガスを含む第3原料ガスGs3の温度が上昇するのをより抑制でき、原料ガス供給ダクト201内で浸炭が発生するのをより抑制することが可能になる。
これにより、本実施の形態では、原料ガス供給ダクト201を介して内部空間100aに原料ガスGsを供給する際に、第1供給空間211〜第4供給空間241のそれぞれを移動する第1原料ガスGs1〜第4原料ガスGs4が、互いに接触しないようになっている。すなわち、本実施の形態では、シリコン含有ガス(モノシランガス)を含む第2原料ガスGs2と、カーボン含有ガス(プロパンガス)を含む第3原料ガスGs3とが、原料ガス供給ダクト201内で直接接触しない。これにより、原料ガス供給ダクト201内において、シリコン含有ガスとカーボン含有ガスとが反応するのを抑制でき、シリコン含有ガスとカーボン含有ガスとの反応生成物が原料ガス供給ダクト201内に付着するのを抑制することができる。
続いて、収容室100内に供給された原料ガスおよびブロックガスの流れについて説明する。
図12は、収容室100内における原料ガスおよびブロックガスの流れを模式的に示した図である。また、図13は、図12におけるXIII部の拡大図である。さらにまた、図14は、図12におけるXIV−XIV断面図である。
これにより、第2原料ガスGs2および第3原料ガスGs3は、第1原料ガスGs1および第4原料ガスGs4によってZ方向(−Z方向)に沿った移動が抑制された状態で、X方向に沿って移動していくことになる。言い換えると、第1原料ガスGs1および第4原料ガスGs4は、第2原料ガスGs2および第3原料ガスGs3のX方向への移動を補助する役割を有している。
また、上述したように、本実施の形態では、原料ガス供給ダクト201から内部空間100aへ供給される原料ガスGsは、Y方向上流側から下流側にかけて流速が略均一となっている。
これにより、本実施の形態では、内部空間100a内において、原料ガスGsの気流に渦や乱れが発生するのを抑制することが可能になる。
この場合、第1ブロックガスGb1は、原料ガスGsに突き当たる際に、原料ガスGsのうち第1原料ガスGs1に突き当たることになり、第2原料ガスGs2および第3原料ガスGs3には直接突き当たりにくい。これにより、第1ブロックガスGb1が突き当たることによる第2原料ガスGs2および第3原料ガスGs3の気流の乱れや、第2原料ガスGs2および第3原料ガスGs3の上方への浮き上がり等の発生を抑制することが可能になる。
ここで、上述したように、本実施の形態において原料ガスGsは、第1原料ガスGs1〜第4原料ガスGs4が−Z方向に層状に重なった状態で内部空間100aに供給され、第1領域A1、第2領域A2および第3領域A3の下方に位置する第5領域A5をX方向に移動した後、基板S上に到達する。そして、原料ガスGsは、第2領域A2および第3領域A3の下方に位置する第5領域A5において、固定部111および回転台112を介して加熱機構500の第1ヒータ510〜第3ヒータ530に加熱されながらX方向に移動している。また基板S上に到達した原料ガスGsは、回転台112、積載体113および基板Sを介して第1ヒータ510により加熱される。
これにより、本実施の形態において原料ガスGsは、カーボン含有ガスであるプロパンガスを含む第3原料ガスGs3が、シリコン含有ガスであるモノシランガスを含む第2原料ガスGs2と比較して、加熱機構500(第1ヒータ510〜第3ヒータ530)と近い位置で、第5領域A5を移動し、基板S上に到達することになる。
この結果、基板S上に成膜される4H−SiC単結晶のエピタキシャル膜について、エピタキシャル成長モードの違いによる表面モフォロジーの悪化などの膜質の低下を抑制することが可能になる。また、原料ガス中に正孔伝導型(p型)あるいは電子伝導型(n型)のドーパントとなる異元素を含有させたような場合には、基板S上に成膜されるSiC膜について、キャリア濃度分布が不均一になる等の事態の発生を抑制することが可能になる。
さらに、第2原料ガスGs2に含まれるモノシランガスの多くが基板S上に到達する前に熱分解してしまったり、第3原料ガスGs3に含まれるプロパンガスの多くが熱分解することなく基板S上を通過してしまったりするのを抑制でき、モノシランガスおよびプロパンガスの熱分解を基板S上において起こりやすくすることが可能になる。この結果、本構成を採用しない場合と比較して、基板S上においてSiC膜のエピタキシャル成長を効率よく行うことが可能になる。
この結果、内部空間100a内において、熱分解されにくいカーボン含有ガスについて熱分解を促進させるとともに、熱分解されやすいシリコン含有ガスについて過度の熱分解を抑制することが可能になる。これにより、内部空間100aに配置される基板S上において、カーボン含有ガスの熱分解により得られたCおよびシリコン含有ガスの熱分解により得られたSiによる4H−SiC単結晶のエピタキシャル成長を、効率よく行うことが可能になる。
さらに上述した構成を有することで、原料ガスが内部空間100aにおいて上方側に移動すること、および、内部空間100aの上方に位置する天井120に原料ガスが到達すること、を抑制することができる。したがって、天井120の近辺で原料ガスが反応することによる、天井120への反応生成物の付着を抑制することができる。それゆえ、天井120からの反応生成物が基板S上に落下する、という事態を発生させにくくすることができる。
ただし、特に第1下流部256cおよび第2下流部257cについては、原料ガス供給ダクト201から内部空間100aへ供給される原料ガスの移動方向や流速をY方向に亘って均一にするために、XZ平面に沿って形成されることが好ましい。
しかし、本発明は、基板Sと基板Sを加熱する加熱機構500とに対する、第1供給空間211〜第4供給空間241、第1ブロックガス供給部310〜第4ブロックガス供給部340の位置関係が同じであれば、SiC膜の形成面が下方を向くように基板Sを載置する所謂フェイスダウン型の装置についても適用することができ、上述した効果を奏する。
さらにまた、本実施の形態では、収容室100内に1枚ずつ基板Sを収容する所謂枚葉式を採用していたが、これに限られるものではなく、複数の基板Sを収容してまとめて成膜を行うバッチ方式を採用してもかまわない。
Claims (7)
- 内部空間を有し、当該内部空間にSiC膜の形成面が露出するように基板を収容する収容室と、
前記基板を前記SiC膜の形成面とは逆の方向から加熱する加熱手段と、
前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第1方向に沿って、前記SiC膜の原料となるカーボンを含むカーボン原料ガスを供給するカーボン原料ガス供給手段と、
前記内部空間に対し、前記基板における前記SiC膜の形成面からみて前記カーボン原料ガスよりも遠い側に向けて、当該基板の側方から前記第1方向に沿って、当該SiC膜の原料となるシリコンを含むシリコン原料ガスを供給するシリコン原料ガス供給手段と、
前記内部空間に、前記SiC膜の形成面と対向する側から当該SiC膜の形成面に向かう第2方向に沿って、前記カーボン原料ガスおよび前記シリコン原料ガスの当該第2方向の上流側への移動を抑制するブロックガスを供給するブロックガス供給手段と
を含むSiC膜成膜装置。 - 前記内部空間に対し、前記基板における前記SiC膜の形成面からみて前記カーボン原料ガスよりも近い側および/または前記シリコン原料ガスよりも遠い側に向けて、当該基板の側方から前記第1方向に沿って、当該カーボン原料ガスおよび当該シリコン原料ガスの第1方向への移動をアシストするアシストガスを供給するアシストガス供給手段を更に含むことを特徴とする請求項1記載のSiC膜成膜装置。
- 前記カーボン原料ガスは、プロパンガスを含み、
前記シリコン原料ガスは、モノシランガスを含み、
前記ブロックガスは、水素ガスを含むこと
を特徴とする請求項1または2記載のSiC膜成膜装置。 - 内部空間を有し、当該内部空間における下方側においてSiC膜の形成面が上方を向くように基板を収容する収容室と、
前記収容室の前記内部空間に、前記SiC膜の原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給部とを備え、
前記収容室は、
前記基板を加熱するヒータと、
前記内部空間に、上方から下方に向かう第2方向に沿って前記原料ガスに対して不活性な不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と有し、
前記原料ガス供給部は、
前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第1方向に沿って、前記SiC膜の原料となるカーボンを含むカーボン原料ガスを供給するカーボン原料ガス供給経路と、
前記カーボン原料ガス供給経路の上方に積載され、前記内部空間に、前記第1方向に沿って、前記SiC膜の原料となるシリコンを含むシリコン原料ガスを供給するシリコン原料ガス供給経路とを有すること
を特徴とするSiC膜成膜装置。 - 前記原料ガス供給部は、前記内部空間に供給する前記原料ガスを前記カーボン原料ガス供給経路側から冷却する冷却手段をさらに有することを特徴とする請求項4記載のSiC膜成膜装置。
- 前記原料ガス供給部は、
前記カーボン原料ガス供給経路の下方に設けられ、前記第1方向に沿って、前記カーボン原料ガスの当該第1方向への移動をアシストする第1アシストガスを供給する第1アシストガス供給経路と、
前記シリコン原料ガス供給経路の上方に設けられ、前記第1方向に沿って、前記シリコン原料ガスの当該第1方向への移動をアシストする第2アシストガスを供給する第2アシストガス供給経路と
をさらに有することを特徴とする請求項4または5記載のSiC膜成膜装置。 - 内部空間を有し、当該内部空間にSiC膜の形成面が露出するように基板を収容する収容室に収容された当該基板を、当該SiC膜の形成面とは逆の方向から加熱し、
前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第1方向に沿って、前記SiC膜の原料となるカーボンを含むカーボン原料ガスを供給し、
前記内部空間に対し、前記基板における前記SiC膜の形成面からみて前記カーボン原料ガスよりも遠い側に向けて、当該基板の側方から前記第1方向に沿って、当該SiC膜の原料となるシリコンを含むシリコン原料ガスを供給し、
前記内部空間に、前記SiC膜の形成面と対向する側から当該SiC膜の形成面に向かう第2方向に沿って、前記カーボン原料ガスおよび前記シリコン原料ガスの当該第2方向の上流側への移動を抑制するブロックガスを供給すること
を特徴とするSiC膜の製造方法。
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