JP2018006682A - ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2018006682A
JP2018006682A JP2016135282A JP2016135282A JP2018006682A JP 2018006682 A JP2018006682 A JP 2018006682A JP 2016135282 A JP2016135282 A JP 2016135282A JP 2016135282 A JP2016135282 A JP 2016135282A JP 2018006682 A JP2018006682 A JP 2018006682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
line
piping system
vent
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016135282A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6814561B2 (ja
Inventor
直人 石橋
Naoto Ishibashi
直人 石橋
啓介 深田
Keisuke Fukada
啓介 深田
智也 歌代
Tomoya Utashiro
智也 歌代
章 坂東
Akira Bando
章 坂東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP2016135282A priority Critical patent/JP6814561B2/ja
Priority to US16/314,084 priority patent/US20190169742A1/en
Priority to CN201780038036.0A priority patent/CN109314048A/zh
Priority to PCT/JP2017/021604 priority patent/WO2018008334A1/ja
Publication of JP2018006682A publication Critical patent/JP2018006682A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6814561B2 publication Critical patent/JP6814561B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
    • C23C16/325Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45561Gas plumbing upstream of the reaction chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529Silicon carbide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02576N-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02579P-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

【課題】配管の閉塞が抑制されたガス配管システムを提供する。【解決手段】このガス配管システムは、内部で気相成長を行う反応炉に複数のガスを供給するランベント方式のガス配管システムであって、前記複数のガスをそれぞれ送通する複数の供給ラインと、前記反応炉の排気口から排気ポンプへ繋がる排気ラインと、前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記反応炉に前記複数のガスを供給するランラインと、前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記排気ラインに接続される複数のベントラインと、前記複数の供給ラインの分岐点にそれぞれ設けられ、ランライン側にガスを流すかベントライン側にガスを流すかを切り替える複数のバルブと、を備え、前記複数のベントラインは前記排気ラインに至るまで分離され、前記排気ラインの内径は前記複数のベントラインのそれぞれの内径より大きい。【選択図】図1

Description

本発明は、ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法に関する。
炭化珪素(SiC)は、シリコン(Si)に比べて優れた特性を有し、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。例えば、SiCの絶縁破壊電界はSiより1桁大きく、SiCのバンドギャップはSiより3倍大きく、SiCの熱伝導率はSiより3倍程度高い。このため、近年、半導体デバイスの基板としてSiCエピタキシャルウェハに注目が集まっている。
SiCエピタキシャルウェハは、SiC単結晶基板上に化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)によってSiC半導体デバイスの活性領域となるSiCエピタキシャル層を成長させて製造される。
SiCエピタキシャル層を成長させる際に、化学気相成長装置の反応炉内には原料ガス、ドーパントガス、エッチングガス、キャリアガス等が供給される。例えば、特許文献1には、ドーパントガスとしてアンモニアを用いることが記載されている。また特許文献2には、エッチングガスとして塩化水素、原料ガスとして塩化シランを用いることが記載されている。
また半導体デバイスの性能を高めるために、成膜されるエピタキシャル層の結晶性が高い高品質なエピタキシャルウェハが求められている。高品質なエピタキシャル層を安定的に作製する手段の一つとして、例えば特許文献3に記載のランベント方式のガス配管システムが知られている。ランベント方式のガス配管システムは、反応炉に導入されるガスの流速や圧力の変動を抑制し、結晶成長面におけるガスの乱れを抑制できる。
特開2006−261612号公報 特開2006−321696号公報 特開平4−260696号公報
しかしながら、上述のランベント方式の化学気相装置を用いても時間経過と共に、得られるエピタキシャル層の再現性が悪くなったり、結晶性が低下して高品質の膜が安定的に得られなくなるという問題があった。
この問題は、反応炉内には種々のガスが供給されるために生じていると考えられる。反応炉内に供給するガスの中には、組合せによって常温で互いに反応し固体の生成物を生成するガス(以下、堆積原因ガスという)が含まれている場合がある。
例えば、SiCエピタキシャル成長時において、塩化水素又は塩化シランとアンモニアを同時に用いると、塩化アンモニウムが形成され堆積物が生成される。このような堆積物は、ガスの配管を閉塞する可能性がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、配管の閉塞が抑制されたガス配管システムを提供することを目的とする。
反応炉にガスを送るランラインは、反応炉に供給されるガスが流れる配管であるため、結晶成長に直接的な影響を及ぼす可能性が高く、閉塞等が生じないように配慮がされていた。しかしながら、排気側に接続されるベントラインは、反応炉にガスを供給する配管ではなく、直接的な影響を与える可能性が低く、注目されていなかった。
このような技術常識の中で、本発明者らは、鋭意検討の結果、排気側のベントラインに注目した。そして、ベントラインを分離して配設することで、ベントラインの閉塞を抑制できることを見出した。その結果、ランラインとベントラインのガス流速及びガス圧力に差が生じることを抑制できると共に、結晶成長時の条件設定の自由度を高めることができることを見出した。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)第1の態様にかかるガス配管システムは、内部で気相成長を行う反応炉に複数のガスを供給するランベント方式のガス配管システムであって、前記複数のガスをそれぞれ送通する複数の供給ラインと、前記反応炉の排気口から排気ポンプへ繋がる排気ラインと、前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記反応炉に前記複数のガスを供給するランラインと、前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記排気ラインに接続される複数のベントラインと、前記複数の供給ラインの分岐点にそれぞれ設けられ、ランライン側にガスを流すかベントライン側にガスを流すかを切り替える複数のバルブと、を備え、前記複数のベントラインは、前記排気ラインに至るまで分離され、前記排気ラインの内径は前記複数のベントラインのそれぞれの内径より大きい。
(2)上記態様にかかるガス配管システムの前記ランラインにおいて、前記分岐点から繋がるそれぞれの配管は、前記反応炉に至るまでに合流する構成でもよい。
(3)上記態様にかかるガス配管システムは、前記複数のベントラインの内、少なくとも一つのベントラインは前記排気ラインに接続され、残りのベントラインは独立に設けられた別の排気ポンプにそれぞれ接続される構成でもよい。
(4)上記態様にかかるガス配管システムにおいて、前記複数のベントラインのそれぞれとの接続点における前記排気ラインの配管内径が3cm以上であってもよい。
(5)第1の態様にかかる化学気相成長装置は、上記態様にかかるガス配管システムと、前記ガス配管システムに接続された反応炉と、を備える。
(6)第1の態様にかかる成膜方法は、上記態様にかかる化学気相成長装置を用いた成膜方法であって、常温で互いに反応して固体の化合物を生成する堆積原因ガスを、それぞれ分離された異なるベントラインに送通する。
(7)上記態様にかかる成膜方法において、前記複数のベントラインが合流する前記排気ラインにおいて、前記堆積原因ガスのそれぞれのガス濃度が前記排気ラインを送通するガス全体の5%以下であってもよい。
(8)第1の態様にかかるSiCエピタキシャルウェハの製造方法は、上記態様にかかる成膜方法を用いたSiCエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記堆積原因ガスが、分子内にN原子を含み、かつN原子同士の2重結合、3重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のN系ガスと、分子内にCl原子を含む分子で構成されるCl系ガスである。
上記態様にかかるガス配管システムによれば、配管の閉塞を抑制できる。その結果、化学気相成長装置のランラインとベントラインのガス流速及びガス圧力に差が生じることを抑制できると共に、結晶成長時の条件設定の自由度を高めることができる。
第1実施形態にかかる化学気相成長装置の模式図である。 ベントラインが排気ラインに至るまでに合流する化学気相成長装置の模式図である。 第2実施形態にかかる化学気相成長装置の模式図である。 第3実施形態にかかる化学気相成長装置の模式図である。
以下、ガス配管システムおよび化学気相成長装置について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかる化学気相成長装置の模式図である。図1に示す化学気相成長装置100は、ガス配管システム10と、反応炉20と、排気ポンプ30とを備える。反応炉20には、ガス配管システム10から複数のガスが供給される。反応炉20及び排気ポンプ30は、公知のものを用いることができる。
ガス配管システム10は、供給ライン1と、排気ライン2と、ランライン3と、ベントライン4と、バルブ5と、を備えるランベント方式のガス配管システムである。
供給ライン1は、反応炉20に供給するガス毎に複数設けられている。それぞれの供給ライン1の一端は、ガスボンベ等のガス供給手段(図視略)に接続される。
それぞれの供給ライン1は、ランライン3とベントライン4に分岐する。分岐部には、ガスの流れを制御するバルブ5がそれぞれ設けられる。
ランベント方式では、バルブ5はラン側1つとベント側1つのペアからなるバルブの組となっている。ペアのバルブは同形の物を用い、供給ラインの分岐点になるべく近い位置に、対称に配置される。このようなバルブのペアは、供給するガスの種類により複数、近接する位置に設置される。近接する位置に配置することにより、エピタキシャル成長のプロセスでガスを切り替える際、各供給ガスの切り替えの遅れを極力少なくすることができる。このような複数のペアバルブをブロック状にまとめたブロックバルブを用いることもある。
ペアとなるバルブ5は、ガスを流通する場合、一方が開となるとき他方が閉となる様に使用され、同時に開になることはない。たとえば、初めにベント側を開にしておいて流量を安定させておいてから、ラン側の開とベント側の閉を同時に行うことにより、流量制御が変動してガス流量が乱れることを防止することができる。
ランライン3は、バルブ5と反応炉20とを繋ぐ。図1に示すランライン3は、それぞれの供給ライン1から分岐した配管が、バルブ5と反応炉20を繋ぐ過程で合流している。すなわち、ランライン3は、一つのマニホールドとして構成されている。ランライン3を一つのマニホールドとして構成することにより、バルブ5のラン側の位置を近接させることができる。バルブ5のラン側の位置が近接することで、上述の様にエピタキシャル成長のプロセスでガスを切り替える際、各供給ガスの切り替えの遅れを極力少なくすることができる。
ベントライン4は、バルブ5と排気ライン2とを繋ぐ。排気ライン2は、反応炉20の排気口と排気ポンプ30を繋ぐ配管である。供給ライン1から分岐したそれぞれのベントライン4は、排気ライン2に至るまで分離されている。そのため、排気ライン2に至るまで、ベントライン4内を流れるガス同士が混合されることはない。
供給ライン1、排気ライン2、ランライン3及びベントライン4に用いられる配管及びバルブ5に用いられる切り替えバルブは、公知のものを用いることができる。
以下、反応炉20内でSiCエピタキシャルウェハを製造する場合を例に、化学気相成長装置100内のガスの流れについて説明する。
まず、SiCエピタキシャルウェハを結晶成長に用いられるガスについて説明する。SiCエピタキシャルウェハを結晶成長には、原料ガス、ドーパントガス、エッチングガス、キャリアガス等の複数のガスが用いられる。
ここで、SiCエピタキシャルウェハの結晶成長に用いられる複数のガスを、「Si系ガス」、「C系ガス」、「Cl系ガス」、「N系ガス」、「その他の不純物ドーピングガス」「その他のガス」の6つに区分する。
「Si系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてSiが含まれるガスである。例えばシラン(SiH)、ジクロロシラン(SiHCl)、トリクロロシラン(SiHCl)、テトラクロロシラン(SiCl)等が該当する。Si系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。
「C系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてCが含まれるガスである。例えば、プロパン(C)等が該当する。C系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。
「Cl系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてClが含まれるガスである。例えば、塩化水素(HCl)、ジクロロシラン(SiHCl)、トリクロロシラン(SiHCl)、テトラクロロシラン(SiCl)等が該当する。ここで、ジクロロシラン(SiHCl)、トリクロロシラン(SiHCl)、テトラクロロシラン(SiCl)は、上記のSi系ガスでもある。これらのガスのように、「Cl系ガス」であり、「Si系ガス」であるという場合もある。Cl系ガスは、原料ガス又はエッチングガスとして用いられる。
「N系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてNが含まれるガスであり、かつN原子同士の2重結合、3重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のガスである。例えば、メチルアミン(CHN)、ジメチルアミン(CN)、トリメチルアミン(CN)、アニリン(CN)、アンモニア(NH)、ヒドラジン(N)、ジメチルヒドラジン(C)、その他アミンからなる群のいずれか一つ等が該当する。すなわち、Nは、ガスを構成する分子の構成元素としてNが含まれるがN系ガスには該当しない。N系ガスは、不純物ドーピングガスの一つとして用いられる。
「その他の不純物ドーピングガス(図視略)」は、N系ガス、Cl系ガス以外の不純物ドーピングガスである。例えば、N、トリメチルアルミニウム(TMA)等が該当する。
「その他のガス」は、上記の5つの区分のガスに該当しないガスである。例えば、Ar、He、H等が該当する。これらのガスは、SiCエピタキシャルウェハの製造のサポートをするガスである。「その他のガス」は、例えば原料ガスがSiCウェハまで効率的に供給するためにガスの流れをサポートするキャリアガスとして用いられる。
これらのガスの内、塩基性のN系ガスと酸性のCl系ガスは、混合すると化学反応が生じ、固体生成物が生成される。例えば、N系ガスとしてアンモニア、Cl系ガスとして塩化水素を混合すると、塩化アンモニウム(NHCl)が形成される。他にも、N系ガスとしてメチルアミン(CHN)、Cl系ガスとして塩化水素を混合すると、モノメチルアミン塩酸塩(CHN・HCl)が形成される。さらに、N系ガスとしてアンモニア、Cl系ガスとしてジクロロシランを混合させると、塩化アンモニウムが形成されるという報告もある。塩化アンモニウムの昇華温度は338℃であり、モノメチルアミン塩酸塩の融点は220〜230℃、沸点は225〜230℃である。すなわち、60℃以下の常温においては、これらの固体生成物は生成される。
化学気相成長装置100では、これらのガスをそれぞれ別々にガス供給手段(図視略)から供給ライン1へ供給する。供給ライン1には、ガスボンベやガスタンクから供給される純度の高いガスが供給される。そのため、供給ライン1は、通常、SiCエピタキシャルウェハの製造に用いるガス種毎に配設される。混合した際に固体生成物を生成しないガス種同士であれば、一つの供給ライン1に複数のガスを供給してもよい。
供給ライン1に供給されたガスは、それぞれバルブ5に至る。バルブ5は、ランライン3側にガスを流すかベントライン4側にガスを流すかを切り替える。反応炉20に供給する必要がある場合はランライン3側にガスを流し、不要な場合はベントライン4側にガスを流す。
ランライン3に流れたガスは、反応炉20内で反応し、排気ライン2を介して排気ポンプ30から排出される。またベントライン4に流れたガスは、そのまま排気ライン2に流れ、排気ポンプ30から排出される。供給ライン1を流れるガスの流量を一定にしたままで、バルブ5の切り替えによって反応炉にガスを供給することにより、反応炉に流れ始めた初期から供給ライン1からの供給ガス量が安定し、ガスの切り替えに伴う流量変動が抑えられる。そのため、ガス流量及びガス圧力が変動して、不安定的な結晶成長が行われることが防止される。
ここで、SiCエピタキシャルウェハの製造過程のあるタイミングにおいて、反応炉20内にN系ガス及びCl系ガスのいずれも供給しない場合について具体的に説明する。
反応炉20内にN系ガス及びCl系ガスのいずれも供給しない場合、供給ライン1から供給されたN系ガス(符号G1)及びCl系ガス(符号G2)は、いずれもバルブ5によって制御され、ベントライン4側に流れる。
図1に示すガス配管システム10では、ベントライン4がガス毎に分離されている。そのため、N系ガスとCl系ガスは排気ライン2に至るまで混合されることはない。N系ガスとCl系ガスが混合しなければ、ベントライン4内で固体生成物が生じることもなく、ベントライン4が閉塞することはない。
これに対し、図2に示す化学気相成長装置101のガス配管システム11は、ベントライン14が排気ライン2に至るまでに合流している。そのため、ベントライン14内で、N系ガスとClガスが混合し、固体生成物が生成される。その結果、ベントライン14が閉塞する。ガス供給部はリアクター上流に配置され、リアクターまでの距離は一般に短いが、ベントラインはリアクターの下流側まで導かれて配管されるためラン側ラインよりも長くなってしまう場合があり閉塞しやすい。また、ベントライン14には、一般に内径が1/4インチ(9.2mm)又は3/8インチ(12.7mm)の狭い配管が用いられることが多く、閉塞しやすい。
ベントライン14が閉塞すると、ベントライン14のコンダクタンスが低下し、ランライン3とベントライン14とで、ガスの流れやすさが変わる。すなわち、ガス流速や圧力変動を抑える目的のランベント方式が機能しなくなる。また場合によっては、完全にベントライン14が詰まり、ガスが流れなくなることも考えられる。
一方、本実施形態にかかるガス配管システム10においても、N系ガスとCl系ガスは、排気ライン2において合流している。そのため、排気ライン2が閉塞するおそれがある。しかしながら、排気ライン2は、反応炉20内のガスを排出する必要があり、ベントライン4よりも太い配管が用いられる。また排気ライン2は、排気ポンプ30によって直接排気されるため、ベントライン4よりもガス流速が早い。そのため、排気ライン2を閉塞するほど固体生成物が堆積し、排気ライン2のコンダクタンスが影響を及ぼすほど大きく変化することは、通常の使用において想定されない。
また排気ライン2内における固体生成物の堆積をより抑制するためには、排気ライン2のベントライン4との接続点における配管内径を3cm以上にすることが好ましい。配管内径の比率では、排気ライン2の配管内径は、ベントライン4の配管内径の5倍以上にすることが好ましい。また複数のベントライン4が合流する排気ライン2において、堆積原因ガスであるN系ガス及びCl系ガスのガス濃度を、排気ライン2を送通するガス全体の5%以下とすることが好ましい。
上述のように、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100によれば、ベントライン4内で堆積原因ガスが混合することが無く、ベントライン4配管内で閉塞することはない。ベントライン4が閉塞しなければ、化学気相成長装置100全体としてのガス流速や圧力変動を抑えることができ、安定的に高品質の膜を製造することができる。また、ベントライン4に流すガス量等を自由に設定することができ、化学気相成長装置100を制御する設定の自由度を高めることができる。
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態にかかる化学気相成長装置110の模式図である。第2実施形態にかかる化学気相成長装置110におけるガス配管システム15は、ランライン13が反応炉20に至るまで分離されている点が異なる。その他の構成は、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100と同様であり、同一の構成には同一の符号を付している。
ランライン13が互いに分離されていると、ランライン13において堆積原因ガス同士が混合することを防げる。すなわち、ランライン13内の閉塞を抑制できる。一方で、ランライン13を分離すると、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100より反応炉20に必要なガスを供給するタイミングがずれる場合がある。
そのため、結晶成長させる対象、用いるガス種等に合わせて、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100と第2実施形態にかかる化学気相成長装置110を適宜使い分けることが好ましい。なお、通常、エピタキシャル成長において反応炉20側に流れるランラインを優先してガス流量のプログラムが決められる。そのため、ランラインは閉塞を抑制するためのガス切り替え等の制御も優先して設定することができ、ベントラインと比較して閉塞が生じないような制御を行いやすい。これに対し、実施形態にかかるガス配管システムのベントラインを適用すると、ベント側の閉塞を考慮せずにラン側の条件を設定できる。さらに、第2実施形態にかかるガス配管システムを適用することにより、ランラインの方の制約も少なくなり、エピタキシャル成長の条件をより自由に設定することが可能になる。
(第3実施形態)
図4は、第3実施形態にかかる化学気相成長装置120の模式図である。第3実施形態にかかる化学気相成長装置120におけるガス配管システム16は、一部のベントライン24が排気ライン2に接続され、残りのベントライン24が独立に設けられた別の排気ポンプ31に接続されている点が異なる。その他の構成は、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100と同様であり、同一の構成には同一の符号を付している。
第3実施形態にかかる化学気相成長装置120では、堆積原因ガスは排気ライン2でも合流しない。すなわち、堆積原因ガスをガス配管システム16に供給してから排出するまで完全に分離している。そのため、堆積原因ガスが混合することにより固体生成物が生成されることはない。
一方で、排気ポンプを複数台準備する必要がある。排気ポンプを設置するスペース及びコストがかかるという問題がある。そのため、化学気相成長装置を設置する環境、準備可能な排気ポンプの台数等に合わせて、第1実施形態にかかる化学気相成長装置100と第3実施形態にかかる化学気相成長装置120を適宜使い分けることが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
またここまで、SiCエピタキシャルウェハを製造する場合を例に説明したが、この場合に限られず、その他の膜を作製する場合においても上記実施形態にかかる化学気相成長装置を用いることができる。
1…供給ライン、2…排気ライン、3…ランライン、4,14,24…ベントライン、5…バルブ、10,11,15,16…ガス配管システム、20…反応炉、30,31…排気ポンプ、100,101,110,120…化学気相成長装置

Claims (8)

  1. 内部で気相成長を行う反応炉に複数のガスを供給するランベント方式のガス配管システムであって、
    前記複数のガスをそれぞれ送通する複数の供給ラインと、
    前記反応炉の排気口から排気ポンプへ繋がる排気ラインと、
    前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記反応炉に前記複数のガスを供給するランラインと、
    前記複数の供給ラインからそれぞれ分岐し、前記排気ラインに接続される複数のベントラインと、
    前記複数の供給ラインの分岐点にそれぞれ設けられ、ランライン側にガスを流すかベントライン側にガスを流すかを切り替える複数のバルブと、を備え、
    前記複数のベントラインは前記排気ラインに至るまで分離され、前記排気ラインの内径は前記複数のベントラインのそれぞれの内径より大きい、ガス配管システム。
  2. 前記ランラインにおいて、前記分岐点から繋がるそれぞれの配管は、前記反応炉に至るまでに合流する請求項1に記載のガス配管システム。
  3. 前記複数のベントラインの内、少なくとも一つのベントラインは前記排気ラインに接続され、残りのベントラインは独立に設けられた別の排気ポンプにそれぞれ接続されている請求項1又は2のいずれかに記載のガス配管システム。
  4. 前記複数のベントラインのそれぞれとの接続点における前記排気ラインの配管内径が3cm以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス配管システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のガス配管システムと、前記ガス配管システムに接続された反応炉と、を備える化学気相成長装置。
  6. 請求項5に記載の化学気相成長装置を用いた成膜方法であって、
    常温で互いに反応して固体の化合物を生成する堆積原因ガスを、それぞれ分離された異なるベントラインに送通する成膜方法。
  7. 前記複数のベントラインが合流する前記排気ラインにおいて、前記堆積原因ガスのそれぞれのガス濃度が前記排気ラインを送通するガス全体の5%以下である請求項6に記載の成膜方法。
  8. 請求項6または7のいずれかに記載の成膜方法を用いたSiCエピタキシャルウェハの製造方法であって、
    前記堆積原因ガスが、分子内にN原子を含み、かつN原子同士の2重結合、3重結合のいずれも有さない分子で構成される塩基性のN系ガスと、分子内にCl原子を含む分子で構成されるCl系ガスであるSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
JP2016135282A 2016-07-07 2016-07-07 ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法 Active JP6814561B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016135282A JP6814561B2 (ja) 2016-07-07 2016-07-07 ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法
US16/314,084 US20190169742A1 (en) 2016-07-07 2017-06-12 GAS PIPING SYSTEM, CHEMICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, FILM DEPOSITION METHOD, AND METHOD FOR PRODUCING SiC EPITAXIAL WAFER
CN201780038036.0A CN109314048A (zh) 2016-07-07 2017-06-12 气体配管系统、化学气相生长装置、成膜方法和SiC外延晶片的制造方法
PCT/JP2017/021604 WO2018008334A1 (ja) 2016-07-07 2017-06-12 ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016135282A JP6814561B2 (ja) 2016-07-07 2016-07-07 ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018006682A true JP2018006682A (ja) 2018-01-11
JP6814561B2 JP6814561B2 (ja) 2021-01-20

Family

ID=60912110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016135282A Active JP6814561B2 (ja) 2016-07-07 2016-07-07 ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190169742A1 (ja)
JP (1) JP6814561B2 (ja)
CN (1) CN109314048A (ja)
WO (1) WO2018008334A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116240625A (zh) * 2023-03-22 2023-06-09 季华实验室 一种用于外延设备的压力调节装置及工艺气体切换方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210095798A (ko) * 2020-01-23 2021-08-03 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이. 반응 챔버 압력을 안정화하기 위한 시스템 및 방법
JP7365946B2 (ja) * 2020-03-18 2023-10-20 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置及びクリーニング方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6441128U (ja) * 1987-09-07 1989-03-13
JPS6489513A (en) * 1987-09-30 1989-04-04 Furukawa Electric Co Ltd Method of checking leakage in vapor growth device
JPH02143419A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Hitachi Ltd 気相成長による薄膜形成方法及びその装置
JPH04293778A (ja) * 1991-03-22 1992-10-19 Rohm Co Ltd Cvd装置のための排気装置
JP2005322668A (ja) * 2004-05-06 2005-11-17 Renesas Technology Corp 成膜装置および成膜方法
JP2006339461A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Elpida Memory Inc 半導体装置製造用成膜装置および成膜方法
JP2014123617A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素基板の製造方法および製造装置
JP2016117609A (ja) * 2014-12-19 2016-06-30 昭和電工株式会社 SiCエピタキシャルウェハの製造方法及びSiCエピタキシャル成長装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1788106B (zh) * 2003-05-13 2011-06-08 东京毅力科创株式会社 使用原料气体和反应性气体的处理装置
US20050103265A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 Applied Materials, Inc., A Delaware Corporation Gas distribution showerhead featuring exhaust apertures

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6441128U (ja) * 1987-09-07 1989-03-13
JPS6489513A (en) * 1987-09-30 1989-04-04 Furukawa Electric Co Ltd Method of checking leakage in vapor growth device
JPH02143419A (ja) * 1988-11-25 1990-06-01 Hitachi Ltd 気相成長による薄膜形成方法及びその装置
JPH04293778A (ja) * 1991-03-22 1992-10-19 Rohm Co Ltd Cvd装置のための排気装置
JP2005322668A (ja) * 2004-05-06 2005-11-17 Renesas Technology Corp 成膜装置および成膜方法
JP2006339461A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Elpida Memory Inc 半導体装置製造用成膜装置および成膜方法
JP2014123617A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素基板の製造方法および製造装置
JP2016117609A (ja) * 2014-12-19 2016-06-30 昭和電工株式会社 SiCエピタキシャルウェハの製造方法及びSiCエピタキシャル成長装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116240625A (zh) * 2023-03-22 2023-06-09 季华实验室 一种用于外延设备的压力调节装置及工艺气体切换方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190169742A1 (en) 2019-06-06
JP6814561B2 (ja) 2021-01-20
CN109314048A (zh) 2019-02-05
WO2018008334A1 (ja) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102349875B1 (ko) 가스 분배 시스템, 가스 분배 시스템을 포함한 리액터, 및 가스 분배 시스템 및 리액터를 이용하는 방법들
US9644267B2 (en) Multi-gas straight channel showerhead
US9449859B2 (en) Multi-gas centrally cooled showerhead design
EP1432844B1 (en) Apparatus for inverted cvd
US20130269612A1 (en) Gas Treatment Apparatus with Surrounding Spray Curtains
JP2019209322A (ja) ガス分配システムおよびそれを備える反応器システム
US20150167161A1 (en) Gas injection components for deposition systems and related methods
US20090095222A1 (en) Multi-gas spiral channel showerhead
JP6362266B2 (ja) SiCエピタキシャルウェハの製造方法及びSiCエピタキシャル成長装置
SG193516A1 (en) Method and apparatus for the selective deposition of epitaxial germanium stressor alloys
JP7365761B2 (ja) 気相成長装置
WO2018008334A1 (ja) ガス配管システム、化学気相成長装置、成膜方法及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法
TWI438828B (zh) Film forming apparatus and film forming method
US9328419B2 (en) Gas treatment apparatus with surrounding spray curtains
JP4981485B2 (ja) 気相成長方法および気相成長装置
US9711353B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial substrates including heating of carrier gas
JP2016050164A (ja) SiC化学気相成長装置
JP2009533843A (ja) エピタキシャル膜形成中に使用するためのガスマニホールド
JPH06163426A (ja) 化学気相成長方法
US7312163B2 (en) Atomic layer deposition methods, and methods of forming materials over semiconductor substrates
US20190144995A1 (en) Chemical vapor deposition apparatus
KR20120090349A (ko) 화학기상증착장치
JP2018160487A (ja) 窒化ガリウム膜の成膜方法および成膜装置
JP2006089291A (ja) Cvd装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181102

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190403

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200414

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200611

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201221

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6814561

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350