JP2019046855A - 気相成長方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高品質で高均一なエピタキシャル膜を高い生産性で成長できる気相成長方法を提供する。【解決手段】基板Ｗを反応室２内に設けられた回転部４上に載置し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含まない第１のプロセスガスを供給するとともに、基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、壁面２４の温度を変動させ、基板の温度を上昇させた後、基板を所定の成膜温度に制御し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含む第２のプロセスガスを供給して基板上にＳｉＣ膜を成長させる。【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長方法に関する。
次世代の半導体デバイス用の材料としてＳｉＣ（炭化珪素）が期待されている。ＳｉＣはＳｉ（シリコン）と比較して、バンドギャップが３倍、破壊電界強度が約１０倍、熱伝導率が約３倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば低損失かつ高温動作可能な半導体デバイスを実現することができる。
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）を用いたＳｉＣエピタキシャル成長膜の成長工程では、反応室内のガス供給部からＳｉＣ基板までの経路での高温部、特にホットウォールにＳｉＣが堆積する。この堆積したＳｉＣは剥離してダウンフォール（パーティクル）となる。
ダウンフォールは、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長前又は成長中に、ＳｉＣ基板上に落下することによりＳｉＣエピタキシャル膜の内部に埋め込まれ、又はダウンフォールを起点とした三角欠陥などが発生して、デバイスキラー欠陥となるおそれがある。
特開２００９−１６４１６２号公報
本発明が解決しようとする課題は、高品質で高均一なエピタキシャル膜を高い生産性で成長できる気相成長方法を提供することである。
本発明の一態様の気相成長方法は、基板を反応室内に設けられた回転部上に載置し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含まない第１のプロセスガスを供給するとともに、基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、壁面の温度を変動させ、基板の温度を上昇させた後、基板を所定の成膜温度に制御し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含む第２のプロセスガスを供給して基板上にＳｉＣ膜を成長させる。
上記態様の気相成長方法において、基板上に所望のＳｉＣ膜を成長させた後、基板の温度を下降させ、基板の上方から基板の上面に第１のプロセスガスを供給するとともに基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、壁面の温度を変動させることが好ましい。
上記態様の気相成長方法において、基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、第１のプロセスガスを不活性ガスから水素ガスへ、又は水素ガスから不活性ガスへ変化させることにより壁面の温度を変化させることが好ましい。
上記態様の気相成長方法において、基板の温度が１３００℃以下の状態で、壁面の温度を変化させることが好ましい。
上記態様の気相成長方法において、基板を回転部から取り外した状態で回転部を１００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。
本発明の一態様によれば、高品質で高均一なエピタキシャル膜を高い生産性で成長できる気相成長方法の提供が可能になる。
実施形態の気相成長装置の模式断面図である。 実施形態の気相成長方法におけるＳｉＣ基板の温度と、第２のヒーターへの投入電力と、導入されるガス種と、サセプタホルダー回転速度と、の時間変化を示す模式図である。 実施形態の気相成長方法における気相成長装置内でのダウンフォールの落下の仕方を示す模式図である。 実施形態の気相成長方法のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは基準に対して重力方向の位置を意味し、「下方」とは基準に対して重力の方向をそれぞれ意味する。また、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置を意味し、「上方」とは基準に対し重力の方向と逆方向を意味する。
実施形態の気相成長方法は、基板を反応室内に設けられた回転部上に載置し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含まない第１のプロセスガスを供給するとともに、基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、壁面の温度を変動させ、基板の温度を上昇させた後、基板を所定の成膜温度に制御し、基板の上方から基板の上面に原料ガスを含む第２のプロセスガスを供給して基板上にＳｉＣ膜を成長させる。
図１は、実施形態の気相成長装置１００の模式断面図である。本実施形態の気相成長装置１００は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）を用いるエピタキシャル成長装置である。以下、主にＳｉＣ基板Ｗ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。
サセプタＳ上にはＳｉＣ基板Ｗが載置される。ＳｉＣ基板Ｗにプロセスガスを供給し、基板Ｗ上で反応をさせて成膜を行う。ここでプロセスガスとは、ＳｉＣソースガスとしてのＳｉ系ガス（例えばモノシラン（ＳｉＨ４）ガス）、Ｃ系ガス（例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス）、ＳｉＣの成長を促進するためのＣｌ系ガス（例えば塩化水素（ＨＣｌ）ガス）、パージガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガス、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガス等である。なお、ジクロロシラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）ガス、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ３）などのように、Ｓｉ原子とＣｌ原子とを含むガスを、Ｓｉ系ガスとして用いることも可能である。
気相成長装置１００は、基板Ｗ上にＳｉＣエピタキシャル膜の成膜を行う成膜室として、反応室２を有する。
サセプタＳは、回転部４の上方に設けられる。サセプタＳは、開口部を有して構成されたリング状の形状を有する外周サセプタＳ１と、外周サセプタＳ１の内側に開口部を塞ぐように設けられた内部サセプタＳ２と、を有する。外周サセプタＳ１の内周側には座ぐりが設けられている。そして、この座ぐり内に基板Ｗの外周部を受け入れて支持する凹部が設けられている。サセプタＳの材料には、カーボン、ＳｉＣ、ＴａＣを用いることが好ましい。あるいは、カーボンの表面にＴａＣを被覆した材料を用いてもよい。また、サセプタＳにおける凹部の構造は、円盤状部材を座ぐり加工したものや、円盤状部材にリング状部材を載置したもの、更には、それらの組み合わせのいずれでも良い。
回転部４は、上部にサセプタホルダー１６と下部に回転軸６を有する。サセプタホルダー１６はその上部（図３におけるサセプタ載置部１６ａ）でサセプタＳを支持する。回転軸６が図示しないモータによって回転することにより、サセプタホルダー１６が回転する。サセプタホルダー１６の回転を介してサセプタＳが回転する。このように、サセプタＳの上に載置されたＳｉＣ基板ＷをＳｉＣ基板Ｗの周方向に回転させることができる。
サセプタホルダー１６は、上部が開口する構造を有する。回転部４内には、第１のヒーター１４が設けられている。第１のヒーター１４には、例えばカーボン（Ｃ）材の抵抗加熱ヒーターが用いられる。第１のヒーター１４は、回転軸６内に設けられた略円筒状の石英製のシャフト８の内部を通る電極（図示せず）によって給電され、ＳｉＣ基板Ｗをその裏面から加熱する。
また、回転部４内には、第１のヒーター１４による加熱を効率的に行うために、第１のヒーター１４の下方にリフレクタ１０が設けられている。リフレクタ１０には、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンなどの耐熱性の高い材料を用いる。また、リフレクタ１０の下方には断熱材１２が設けられる。断熱材１２を設けることにより、第１のヒーター１４からの熱がシャフト８やその設置部分等に伝わることを防止し、加熱時のヒーター電力を抑制することができる。
反応室２の下部には、余剰のプロセスガスや反応副生成物を含むガスを排出するための排気部２２が設けられる。排気部２２は、調整バルブ５８及び真空ポンプ５６からなる排気機構５４に接続される。排気機構５４は、反応室２から排出されたガスを外部に排出し、反応室２内を所定の圧力に調整する。
また、反応室２内には、成膜処理が行われる成膜領域と、反応室２の側壁（内壁）２ａとを仕切る円筒型のホットウォール（壁面）２４が設けられている。ホットウォール２４には、カーボン又はＳｉＣを被覆したカーボン、ＳｉＣなどの耐熱性の高い材料が用いられる。なお、回転部４と側壁（内壁）２ａとの間にも、回転部４と側壁（内壁）２ａとを仕切る不図示の円筒部材を設け、側壁（内壁）２ａへの着膜を防止することが望ましい。
ホットウォール２４と側壁２ａとの間には、基板Ｗを上方から加熱する第２のヒーター２６が設けられている。ＳｉＣ基板Ｗは、第２のヒーター２６の下端より下方に載置される。ホットウォール２４は第２のヒーター２６で加熱される。第２のヒーター２６は例えば抵抗加熱型のヒーターである。また、第２のヒーター２６と側壁２ａとの間には断熱材２０が設けられており、第２のヒーター２６からの熱が側壁２ａに伝わることを防止する。断熱材２０を設けることにより、加熱時のヒーター電力を抑制することができる。第２のヒーター２６は一体でなく、分割され、それぞれが独立に制御可能であってもよい。
なお、ホットウォール２４は、ホットウォール２４の外部に設けられた高周波コイルにより、誘導加熱されても良い。
反応室２の上部には、熱効率を上げるために、第１のヒーター１４や第２のヒーター２６からの輻射を反射するリフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２が設けられている。リフレクタユニットＲＵ２はリフレクタユニットＲＵ１の下方に設けられている。
リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は、カーボン、ＳｉＣ、又はＳｉＣを被覆したカーボンを用いた薄板により構成されている。リフレクタユニットＲＵ１、ＲＵ２は１枚の薄板で構成してもよいし、複数枚の薄板を積層してもよい。
反応室２の上部には、ガス供給部３０が設けられている。ガス供給部３０は、ガス流路（ガスパイプ）３２、３４、３６を介して、成膜領域にパージガスやＳｉＣソースガス等のプロセスガスを供給する。例えば、ガス流路３２を介して基板Ｗ上にパージガスとしてのアルゴンガス又は水素ガスが供給される。また、ガス流路３４、３６を介して、基板Ｗ上にＳｉＣソースガスとしてシランガスやプロパンガスが供給される。なお図２（ａ）では、各ガスに対して１本のガス流路が設けられているが、複数のガス流路を設けてもよい。また、ガス供給部３０の構造は、シャワーヘッドタイプとしても良い。
なお、反応室２の上部には放射温度計（図示せず）が設けられ、基板Ｗの温度を測定することができる。この場合、反応室２の一部に図示しない石英ガラス窓を設け、石英ガラス窓を介して放射温度計で基板Ｗの温度を測定する。
図２は、実施形態の気相成長方法におけるＳｉＣ基板Ｗの温度と、第２のヒーター２６への投入電力と、反応室２内に導入されるガスと、サセプタホルダー回転速度と、の時間変化を示す模式図である。
図２において、符号ＥＴはＳｉＣエピタキシャル膜の成長温度である。以下、単に成長温度ＥＴと記載する。成長温度ＥＴは、例えば１５５０℃以上１６５０℃以下である。符号ＴＴはＳｉＣ基板Ｗの搬入搬出温度である。以下、単に搬入搬出温度ＴＴと記載する。搬入搬出温度ＴＴは、例えば、１０００℃程度である。
また、図２において、符号ＨＰはＳｉＣ基板Ｗの昇温時に第２のヒーター２６へ印加する投入電力、符号ＥＰはＳｉＣエピタキシャル成長時に第２のヒーター２６へ印加する投入電力、符号ＡＰはアイドリング中に第２のヒーター２６へ印加する投入電力、符号ＬＰはＳｉＣ基板Ｗの降温時に第２のヒーター２６へ印加する投入電力を示す。
また、図２において、符号ＨＳはＳｉＣエピタキシャル膜の成長の際に用いられるサセプタホルダー１６の回転速度で３００ｒｐｍ（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）以上である。符号ＡＳはアイドリング中のサセプタホルダー１６の回転速度、符号ＴＳはＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳの搬入又は搬出時のサセプタホルダー１６の回転速度である。実施形態の気相成長方法では、符号ＴＳで示される回転速度は０ｒｐｍである。
なお、サセプタホルダー１６の回転速度は、サセプタＳ及びＳｉＣ基板Ｗが載置されているときには、サセプタＳの回転速度及びＳｉＣ基板Ｗの回転速度と等しい。
図２において、符号Ａはサセプタホルダー１６の回転速度をＡＳからＴＳまで減少させ始める時刻、符号ＢはＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳを搬入する時刻、符号Ｃはサセプタホルダー１６の回転速度をＴＳからＡＳまで上げ始める時刻、符号Ｄはサセプタホルダー１６の回転速度をＡＳからＨＳまで上げ始める時刻である。
また、図２において、符号Ｅは反応室２内に導入するガスをアルゴンガスから水素ガスへ変化させる時刻、符号Ｆは第２のヒーター２６への投入電力をＨＰまで増大させ始める時刻、符号ＧはＳｉＣエピタキシャル膜を成長させ始める時刻、符号Ｈは第２のヒーター２６への投入電力をＬＰまで減少させ始める時刻、符号Ｉは第２のヒーター２６への投入電力をＡＰまで増大させ始める時刻である。
また、図２において、符号Ｊは反応室２内に導入するガスを水素ガスからアルゴンガスへ変化させる時刻、符号Ｋはサセプタホルダー１６の回転速度をＴＳまで減少させ始める時刻、符号ＬはＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳを搬出する時刻、符号Ｍはサセプタホルダー１６の回転速度をＡＳまで上げ始める時刻である。
図３は、実施形態の気相成長方法における気相成長装置内でのダウンフォールの落下の仕方を示す模式図である。図４は、実施形態の気相成長方法のフローチャートである。
まず、ＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳをサセプタホルダー１６に載置する前（図２の時刻Ａより前、及び図３（ａ））、すなわちサセプタＳをサセプタホルダー１６から取り外した状態では、アイドリング時のサセプタホルダー１６の回転速度ＡＳで表記される第１の回転速度でサセプタホルダー１６を回転させる（Ｓ１０）。
第１の回転速度は、１００ｒｐｍ以上である。また、第１のヒーター１４には一定の電力を投入し、さらに第２のヒーター２６には一定の電力ＡＰを投入し、ＳｉＣ基板Ｗを搬入した際のＳｉＣ基板Ｗの温度が１０００℃程度になるようにする（Ｓ１２）。
このとき反応室２の内部に導入されるガスは、気相成長装置１００を含む装置システムを安全に動作させるため、不活性ガスであることが好ましい。ここで不活性ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスである。なお、水素（Ｈ２）も用いることができる（Ｓ１４）。また、Ｓ１４はＳ１０の前に実施しても良い。
また、第２のヒーター２６への投入電力ＡＰが変化すると、ホットウォール２４の温度が変化してしまう。そのため、第２のヒーター２６への投入電力はＡＰで一定であることが好ましい。
また、反応室２の内部に導入されるガスの種類が変化すると、ホットウォール２４の冷却効率が変化するため、ホットウォール２４の温度が変化する。そのため、反応室２の内部に導入されるガスの種類は一定であり、変化しないことが好ましい。
次に、図２の時刻Ｂで、サセプタホルダー１６の回転速度をＴＳに下げる。この状態で、サセプタホルダー１６のサセプタ載置部１６ａ上に、ＳｉＣ基板Ｗが載置されたサセプタＳを載置する。ここで、ＳｉＣ基板Ｗの温度はＴＴ（ＳｉＣ基板搬入搬出温度）に保たれていることが好ましい。なお、搬入前のＳｉＣ基板Ｗの温度がＴＴと異なる場合、搬入直後のＳｉＣ基板Ｗの温度もＴＴと異なることになり、一定時間を経過した後にＴＴへ到達することになるが、図２においてはＳｉＣ基板Ｗの搬入直後の過渡的な温度変化を省略している（Ｓ１６）。
次に、図２の時刻Ｃ及び図３（ｂ）で、サセプタホルダー１６の回転速度をＡＳで表記される第１の回転速度に上げ、サセプタホルダー１６の回転に伴うＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳのずれを確認する（Ｓ１８）。
次に、図２の時刻Ｄ及び図３（ｃ）で、サセプタホルダー１６の回転速度を、ＨＳ（第２の回転速度）に上げる。なお、上記のずれの確認が不要であれば、時刻Ｃにおいてサセプタホルダー１６の回転速度をＴＳからＡＳを経由せずにＨＳに上げても良い。ここで、ＨＳ（第２の回転速度）は３００ｒｐｍ以上である。一方上限は、装置能力に依存するが、ＳｉＣ基板Ｗが安定して保持できる回転数であればよく、例えば２０００ｒｐｍとすることができる。このように高い回転速度を用いることにより、ダウンフォールがＳｉＣ基板Ｗ上に落下しても、遠心力により除去できる。また、遠心力で除去できないような小さなダウンフォールでも、高い回転速度に伴って生じる基板Ｗ上の中心側から外周側へ向かう高速のガス流により、除去されやすくなる（Ｓ２０）。
次に、図２の時刻Ｅ及び図３（ｄ）で、反応室２の内部に導入するガスを、不活性ガス（アルゴンガス）からＳｉＣ成膜に用いる水素ガスへ切り替える。このときのＳｉＣ基板の温度は１３００℃以下であることが好ましい（Ｓ２２）。
次に、図２の時刻Ｆ及び図３（ｅ）で、第２のヒーター２６への投入電力をＡＰからＨＰに増大させる。また、第１のヒーター１４への投入電力も増大させる。このときのＳｉＣ基板の温度は１３００℃以下であることが好ましい（Ｓ２４）。
また、第２のヒーター２６に投入する電力ＨＰは、ＳｉＣ基板Ｗの昇温速度を高めるため、後述するＳｉＣエピタキシャル膜成長時の投入電力ＥＰよりも大きいことが好ましい。
次に、図２の時刻ＦとＧの間及び図３（ｆ）にて、さらにＳｉＣ基板Ｗの温度を上昇させて、ＳｉＣ基板Ｗの温度を成長温度ＥＴに到達させる（Ｓ２６）。
その後、第２のヒーター２６への投入電力をＥＰに低下させ、プロセスガスとして水素ガスと共にＳｉ系ガス、Ｃ系ガス、ＳｉＣの成長を促進するためのＣｌ系ガス等を反応室２内に導入してＳｉＣ基板Ｗ上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる（図２の時刻Ｇ及び図３（ｇ））。このときに、ホットウォール２４の表面上に、ＳｉＣ膜が堆積する。なお、ＳｉＣ基板Ｗの温度が一定になるように、ＳｉＣ基板Ｗの温度をパイロメーター等で測定しながら、第１のヒーター１４及び第２のヒーター２６への投入電力を制御しても良い（Ｓ２８）。
なお、ＳｉＣエピタキシャル膜成長時の回転速度をＨＳから変動させてもよく、例えば１００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下で回転させながらＳｉＣエピタキシャル膜を成長させてもよい。
次に、図２の時刻Ｈ及び図３（ｈ）で、プロセスガスの導入を停止して水素ガスを導入し、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長が完了した後、第２のヒーター２６への投入電力をＬＰにまで減少させ始める。そして、ＳｉＣ基板Ｗの温度をＴＴにまで減少させる。なおこの間、サセプタホルダー１６の回転速度はＨＳとしておくことが、ダウンフォールを遠心力で除去させるため好ましい（Ｓ３０）。
なお、第２のヒーター２６に投入する電力ＬＰは、特に限定されないが、ＳｉＣ基板Ｗの降温速度を高めるため、投入電力ＡＰより低いことが好ましい。たとえば投入電力ＬＰはゼロであることが好ましい。
次に、図２の時刻Ｉ及び図３（ｉ）で、ＳｉＣ基板Ｗの温度がＴＴに近づいたら、第２のヒーター２６に投入する電力をＬＰからＡＰまで増大させてホットウォール２４の温度を安定させる（Ｓ３２）。
その後、図２の時刻Ｊ及び図３（ｊ）で、反応室２の内部に導入するガスを水素ガスからアルゴンガス（不活性ガス）に切り替える（Ｓ３４）。
その後、図２の時刻Ｋ及び図３（ｋ）で、サセプタホルダー１６の回転速度をＴＳにまで低下させる（Ｓ３６）。
次に、図２の時刻Ｌで、ＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳを反応室２内から搬出する（Ｓ３８）。
次に、図２の時刻Ｍ及び図３（ｌ）において、サセプタホルダー１６の回転速度をＴＳに増大させる（Ｓ４０）。
次に、本実施形態の気相成長方法の作用効果を記載する。
一般に、ＳｉＣを用いたパワーデバイスでは、膜厚が１０μｍ以上のＳｉＣエピタキシャル膜が好ましく用いられる。このような厚い膜厚のＳｉＣエピタキシャル膜を成長させると、わずか数回のＳｉＣエピタキシャル膜成長でホットウォール２４表面に多くのＳｉＣが堆積するため、ダウンフォールの発生頻度が高くなってしまう。ダウンフォールは、デバイスキラー欠陥となるおそれがある。
ダウンフォールを抑制するためには、頻繁に反応室２内を大気開放して気相成長装置１００のメンテナンスを行うことが好ましい。しかし、頻繁にメンテナンスを行うと、ＳｉＣエピタキシャル膜の生産性が低下してしまう。
ダウンフォールは、特に、ホットウォール２４の温度が変化する際に生じやすいと考ええられる。ホットウォール２４の温度の変化は、ＳｉＣ基板の温度を変化させるために第２のヒーター２６への投入電力を変化させる場合や、反応室の内部に導入されるガスを不活性ガスから水素ガスへ、又は水素ガスから不活性ガスへ変化させる場合に生じる。
気相成長装置の頻繁なメンテナンスを避けつつ質の高いＳｉＣエピタキシャル膜を成長するためには、ＳｉＣ膜成長時の前後に、意図的にダウンフォールの発生頻度を高くすることにより、ホットウォール表面に堆積したＳｉＣの量を低減することが好ましい。さらに、そのダウンフォールがＳｉＣ基板上に落下してもＳｉＣ基板上から除去されるようにすることが好ましい。
図２の時刻Ｆ及び図３（ｅ）で記載した方法では、第２のヒーター２６に投入する電力をＨＰに増加させることにより、ホットウォール２４の温度が上昇するため、ＳｉＣ基板Ｗの温度が上昇すると共に、ホットウォール２４の表面に堆積されたＳｉＣに歪みが入り、ダウンフォールの発生頻度が高くなる。なお、この後図３（ｆ）でＳｉＣ基板温度がＥＴに到達する時には、第２のヒーター２６に投入する電力をＨＰにし続けて昇温しても、ダウンフォール発生確率が低下している。
図２の時刻Ｅ及び図３（ｄ）で記載した方法では、導入するガスを不活性ガス（アルゴンガス）から水素ガスへ切り換えた際に、より冷却効率の高い水素ガスによって、ホットウォール２４の温度が低下する。そのため、ホットウォール２４の表面に堆積されたＳｉＣに歪みが入るため、ダウンフォールの発生頻度が高くなる。
図２の時刻Ｊでは温度がＳｉＣエピタキシャル膜成長時に比べて大幅に低下している。そのために、ホットウォール２４表面に堆積したＳｉＣには大きな応力が発生している。図２の時刻Ｊ及び図３（ｊ）で記載した方法では、導入するガスを水素ガスから冷却効率の低い不活性ガス（アルゴンガス）へ切り換えることによって、ホットウォール２４の表面に堆積したＳｉＣに発生している応力のバランスが急激に変化するため多くのダウンフォールが発生する。
図２の時刻Ｉでは温度がＳｉＣエピタキシャル膜成長時に比べて大幅に低下している。そのために、ホットウォール２４表面に堆積したＳｉＣには大きな応力が発生している。図２の時刻Ｉ及び図３（ｉ）で記載した方法では、第２のヒーター２６に投入する電力をＬＰからＡＰまで増大させてホットウォール２４の温度を安定させようとすると、ホットウォール２４表面に堆積したＳｉＣに発生している応力のバランスが急激に変化するため多くのダウンフォールが発生する。なお、温度を安定させようとする際に、ホットウォール２４の温度が一時的に低温から高温に変化しても良い。
ＳｉＣ基板の回転速度は３００ｒｐｍ以上と高くなっているため、この発生頻度が高くなったダウンフォールがＳｉＣ基板Ｗ上に落下しても、遠心力によりＳｉＣ基板Ｗ外に除去される。また、遠心力で除去できないような小さなダウンフォールでも、高い回転速度に伴って生じる基板Ｗ上の中心側から外周側へ向かう高速のガス流により、除去されやすくなる。そのため、デバイスキラー欠陥の生成を抑制しつつ、ＳｉＣエピタキシャル膜を高い生産性で成長することが可能となる。
ＳｉＣ基板Ｗの温度が１３００℃以下の状態で、ホットウォール２４の温度を変化させることが好ましい。ＳｉＣ基板Ｗの温度が１３００℃を超えると、ダウンフォールがＳｉＣ基板Ｗ表面に固定化されてしてしまうことがある。
また、サセプタＳをサセプタホルダーから取り外した状態でサセプタホルダーを第１の回転速度である１００ｒｐｍ以上で回転させることが好ましい。これは、図２の時刻Ａより前及び図３（ａ）、及び図２の時刻Ｍ及び図３（ｌ）で記載した方法である。
比較的大きなダウンフォールがサセプタホルダー１６上のサセプタ載置部１６ａに残留した場合、ＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳをサセプタホルダー１６上に載置したときに、サセプタ載置部１６ａとサセプタＳとの間にダウンフォールが挟み込まれやすくなる。そのため、サセプタＳ及びサセプタＳ上のＳｉＣ基板Ｗを水平に保って回転させることが困難になる。
サセプタホルダー１６を第１の回転速度で回転させておくことにより、ダウンフォールがサセプタ載置部１６ａに落下しても、サセプタホルダー１６の回転に伴う遠心力によって、比較的大きなダウンフォール、典型的には１２５０００μｍ３以上の体積を有するダウンフォールを、サセプタホルダー１６上から容易に取り除くことが可能となる。
また、ＳｉＣ基板Ｗ及びサセプタＳをサセプタホルダー１６に載置する前には、ホットウォール２４の温度を一定に保つことが好ましい。ホットウォール２４の温度の変化により、ホットウォール２４の熱膨張率とホットウォール２４の表面に堆積したＳｉＣの熱膨張率の違いにより、堆積したＳｉＣに歪みが入りやすくなり、ダウンフォールの発生頻度が高くなってしまうためである。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
例えば、本明細書中では、主にＳｉＣ基板Ｗ上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる場合について記載した。しかし、他のＳｉ基板等も好ましく用いることができる。
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての検査方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
２ 反応室
４ 回転部
１６ サセプタホルダー
２４ ホットウォール（壁面）
１００ 気相成長装置
Ｓ サセプタ
Ｗ ＳｉＣ基板（基板）

Claims (5)

  1. 基板を反応室内に設けられた回転部上に載置し、
    前記基板の上方から前記基板の上面に原料ガスを含まない第１のプロセスガスを供給するとともに、前記基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、壁面の温度を変動させ、
    前記基板の温度を上昇させた後、前記基板を所定の成膜温度に制御し、前記基板の上方から前記基板の上面に原料ガスを含む第２のプロセスガスを供給して前記基板上にＳｉＣ膜を成長させる気相成長方法。
  2. 前記基板上に所望のＳｉＣ膜を成長させた後、前記基板の温度を下降させ、
    前記基板の上方から前記基板の上面に第１のプロセスガスを供給するとともに前記基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、前記壁面の温度を変動させる請求項１記載の気相成長方法。
  3. 前記基板を３００ｒｐｍ以上で回転させながら、前記第１のプロセスガスを不活性ガスから水素ガスへ、又は水素ガスから不活性ガスへ変化させることにより前記壁面の温度を変化させる請求項１または請求項２記載の気相成長方法。
  4. 前記基板の温度が１３００℃以下の状態で、前記壁面の温度を変化させる請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の気相成長方法。
  5. 前記基板を前記回転部から取り外した状態で前記回転部を１００ｒｐｍ以上で回転させる請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の気相成長方法。
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