JP2020126885A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置及び成膜方法によって形成されるSiC膜の品質を向上させる。【解決手段】被処理基板にSiC膜を形成する成膜装置であって、誘導加熱により加熱されるサセプタと、前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、前記サセプタの内部空間は、前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する予熱空間を有する。【選択図】図2
Description
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
特許文献1には、ウェハ上に炭化ケイ素(SiC)膜をエピタキシャル成長によって形成する成膜装置が開示されている。この成膜装置は、回転軸に接続されると共に、当該回転軸の中心軸線に対して周方向に配列された複数の載置領域において複数のウェハを保持するように構成された回転ステージを有する。また、回転ステージをその内部空間に収容するよう構成されたサセプタと、上記内部空間において、回転ステージの外側から上記中心軸線に直交する方向に沿った処理ガスの流れを形成するように構成されたガス供給機構が設けられている。また、特許文献1の成膜装置では、上記内部空間に断熱材を設け、回転ステージ上のウェハの面内における温度のバラツキを低減させている。
本開示にかかる技術は、サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置及び成膜方法によって形成されるSiC膜の品質を向上させる。
本開示の一態様は、被処理基板にSiC膜を形成する成膜装置であって、誘導加熱により加熱されるサセプタと、前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、前記サセプタの内部空間は、前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する予熱空間を有する。
本開示によれば、サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置及び成膜方法によって形成されるSiC膜の品質を向上させることができる。
近年、半導体パワーデバイスといった電子デバイスに、SiCが用いられるようになっている。このような電子デバイスの製造では、単結晶の基板上に基板結晶と同じ方位関係を有する膜を成長させるエピタキシャル成長によって、SiC膜が成膜される。
ところで、SiC膜の成膜装置では、成膜用に処理ガスを用いており、処理ガスの供給方式として、ダウンフロー方式とサイドフロー方式とがある。ダウンフロー方式では、処理ガスが基板表面に対して衝突するように上方から供給される。サイドフロー方式では、処理ガスが基板表面に沿って流れるように側方から供給される。特許文献1に開示の成膜装置は、回転ステージをその内部空間に収容するよう構成されたサセプタの当該内部空間において、回転ステージの外側から当該回転ステージの中心軸線に直交する方向に沿って処理ガスを供給している。つまり、特許文献1に開示の成膜装置は、処理ガスの供給方式としてサイドフロー方式を採用している。
また、サイドフロー方式を採用した特許文献1に開示の成膜装置では、前述のように、回転ステージ上のウェハの面内における温度のバラツキを低減させていた。これは、SiC膜内の不純物濃度のウェハの面内におけるバラツキを抑制するためである。
しかし、サイドフロー方式を採用した成膜装置により形成されたSiC膜には、不純物濃度のウェハの面内におけるバラツキについて、更に改善されることが好ましい。例えば、本発明者らが後述のように鋭意調査したところによれば、サイドフロー方式を採用した従来の成膜装置により形成されたSiC膜では、上流側であり回転ステージの外周部に近い領域に位置する部分において、不純物濃度が高くなる。
さらに、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜においても、上記外周部における不純物濃度の立ち上がりが顕著である。また、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜では、欠陥が生じやすくなっている。なお、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜とは、原料ガスとしてSi含有ガス(シランガス等)と共にハロゲン元素含有ガス(塩化水素ガス等)を供給する成膜である。原料ガスとしてケイ素(Si)とハロゲン元素の両方を含有するガス(ジクロロシランやトリクロロシラン等)を供給する成膜も、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜に含まれる。
さらに、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜においても、上記外周部における不純物濃度の立ち上がりが顕著である。また、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜では、欠陥が生じやすくなっている。なお、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜とは、原料ガスとしてSi含有ガス(シランガス等)と共にハロゲン元素含有ガス(塩化水素ガス等)を供給する成膜である。原料ガスとしてケイ素(Si)とハロゲン元素の両方を含有するガス(ジクロロシランやトリクロロシラン等)を供給する成膜も、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜に含まれる。
そこで、本開示にかかる技術は、サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置及び成膜方法によって形成されるSiC膜の品質を向上させる。
以下、本実施形態にかかる成膜装置及び成膜方法を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る成膜装置の構成の概略を模式的に示した図である。
図1の成膜装置1は、処理ガスの供給方式としてサイドフロー方式を採用するものであり、略直方体状の処理容器11を備える。
処理容器11には、排気ライン12が接続されており、処理容器11は、排気ライン12により所定の減圧状態(圧力)に調整することが可能となっている。排気ライン12は、処理容器11に一端が接続される排気管12aを有する。排気管12aは、排気マニホールド等から成り、処理容器11側とは反対側にメカニカルブースターポンプ等からなる真空ポンプ12bが接続されている。排気管12aにおける処理容器11と真空ポンプ12bとの間には、APC(自動圧力制御)バルブや比例制御弁等からなる、処理容器11内の圧力を調整する圧力調整部12cが設けられている。また、処理容器11には、圧力計13が設けられており、圧力調整部12cによる処理容器11内の圧力の調整は、圧力計13での計測結果に基づいて行われる。
図1は、第1実施形態に係る成膜装置の構成の概略を模式的に示した図である。
図1の成膜装置1は、処理ガスの供給方式としてサイドフロー方式を採用するものであり、略直方体状の処理容器11を備える。
処理容器11には、排気ライン12が接続されており、処理容器11は、排気ライン12により所定の減圧状態(圧力)に調整することが可能となっている。排気ライン12は、処理容器11に一端が接続される排気管12aを有する。排気管12aは、排気マニホールド等から成り、処理容器11側とは反対側にメカニカルブースターポンプ等からなる真空ポンプ12bが接続されている。排気管12aにおける処理容器11と真空ポンプ12bとの間には、APC(自動圧力制御)バルブや比例制御弁等からなる、処理容器11内の圧力を調整する圧力調整部12cが設けられている。また、処理容器11には、圧力計13が設けられており、圧力調整部12cによる処理容器11内の圧力の調整は、圧力計13での計測結果に基づいて行われる。
処理容器11は、両端に開口部を有する中空の四角柱状の処理容器本体11aと、上記開口部を塞ぐように処理容器本体11aの両端それぞれに接続されるフランジ11bとを有する。処理容器本体11aは、石英等により形成されている。
処理容器本体11aの外側には、高周波電源14aに接続された誘導コイル14が設けられている。誘導コイル14は、被処理基板を加熱するものであり、例えば、後述のサセプタ30等を誘導加熱し、誘導加熱されたサセプタ30からの輻射熱や熱伝導により被処理基板等を加熱する。
なお、本実施形態では、誘導コイル14による誘導加熱は、処理ガスの流れ方向において、単位長さ当たりの加熱量が一定であるものとする。
なお、本実施形態では、誘導コイル14による誘導加熱は、処理ガスの流れ方向において、単位長さ当たりの加熱量が一定であるものとする。
処理容器11内には、ガス供給機構15により成膜の原料となる原料ガス等が供給されるよう構成されている。ガス供給機構15は、処理容器11に接続されるガス供給管15aと、該ガス供給管15aに接続されるガス供給管15b1〜15b6とを有する。
ガス供給管15b1〜15b6にはそれぞれ、質量流量コントローラ(MFC)15c1〜15c6とバルブ15d1〜15d6とが設けられている。
ガス供給管15b1には、ガス供給源15e1が接続され、該供給源15e1からシラン(SiH4)ガスが供給される。同様に、ガスライン15b2〜15b6にはそれぞれガス供給源15e2〜15e6が接続され、各ガス供給源15e2〜15e6からプロパン(C3H8)ガス、水素(H2)ガス、窒素ガス(N2ガス)、塩化水素(HCl)ガス、アルゴン(Ar)ガスが供給される。
ガス供給管15b1には、ガス供給源15e1が接続され、該供給源15e1からシラン(SiH4)ガスが供給される。同様に、ガスライン15b2〜15b6にはそれぞれガス供給源15e2〜15e6が接続され、各ガス供給源15e2〜15e6からプロパン(C3H8)ガス、水素(H2)ガス、窒素ガス(N2ガス)、塩化水素(HCl)ガス、アルゴン(Ar)ガスが供給される。
被処理基板としてのSiC基板上に、エピタキシャル成長によりn型のSiC膜の成膜を行う場合には、成膜のための原料ガスとして、ガス供給管15b1〜15b5からSiH4ガス、C3H8ガス、H2ガス、N2ガス、HClガスが処理容器11に供給される。なお、p型のSiC膜の成膜のために、TMA(トリメチルアルミニウム)ガス用のガス供給源とガス供給管等を設けておいてもよい。
また、処理容器11内の構造物に付着した異物を除去する際には、例えば、ガス供給管15b3、15b6からH2ガス、Arガスのうちの1種が、または、これらのガスが混合されて、処理容器11に供給される。
また、処理容器11内の構造物に付着した異物を除去する際には、例えば、ガス供給管15b3、15b6からH2ガス、Arガスのうちの1種が、または、これらのガスが混合されて、処理容器11に供給される。
また、成膜装置1は制御部50を備えている。制御部50は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、MFC15c1〜15c6やバルブ15d1〜15d6、高周波電源14a、圧力調整部12c等を制御して成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部50にインストールされたものであってもよい。
続いて、処理容器11内の構成について説明する。図2は、図1の成膜装置1における処理容器11内の構成の概略を模式的に示した断面図である。
処理容器11の内部には、図2に示すように、被処理基板としてのSiC基板W(以下、「基板W」と省略することがある。)が載置される載置台20と、載置台20を回転させると共に該載置台20を支持する回転軸21と、が設けられている。また、処理容器11の内部には、誘導コイル14による誘導加熱により加熱されるサセプタ30が設けられている。
処理容器11の内部には、図2に示すように、被処理基板としてのSiC基板W(以下、「基板W」と省略することがある。)が載置される載置台20と、載置台20を回転させると共に該載置台20を支持する回転軸21と、が設けられている。また、処理容器11の内部には、誘導コイル14による誘導加熱により加熱されるサセプタ30が設けられている。
載置台20は、サセプタ30内において、その載置面(図の上面)が水平になるように配置されている。この載置台20が、回転軸21を中心に(具体的には、回転軸の中心軸線P1を中心に)回転することにより、載置台20に載置された基板Wが回転軸21を中心に回転する。
載置台20は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、上面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
載置台20は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、上面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
回転軸21は、その一端が載置台20の下部中央に接続され、他端が処理容器11の底部を突き抜けてその下方に至り、回転駆動機構(図示せず)に接続されている。上記回転駆動機構により回転軸21が回転されることにより、載置台20が回転する。
サセプタ30は、載置台20を収容する内部空間Sを有する。また、サセプタ30は、互いに対向する二つの側面に開口が設けられた直方体状に形成され、一方の側面の開口から処理ガスが供給され、他方の側面の開口から処理ガスが排出される構造となっている。この構造では、サセプタ30内において、処理ガスが、回転軸21の中心軸線P1に対して直交する方向であり載置台20上の基板Wの被処理面(図の上面)に平行な方向に沿って供給され、排出される。
なお、サセプタ30の内部空間Sの詳細については後述する。
サセプタ30は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、SiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
なお、サセプタ30の内部空間Sの詳細については後述する。
サセプタ30は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、SiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
また、サセプタ30の外周を覆うように断熱材31が設けられている。断熱材31は、サセプタ30と処理容器11とを断熱するものであり、サセプタ30と同様な直方体状に形成されている。また、断熱材31の側面には、サセプタ30の側面の上述の開口と連通する開口が設けられている。この断熱材31は、例えば、空隙率が大きい繊維状のカーボン材料を用いて形成される。
さらに、断熱材31を覆うように保持部材32が設けられている。
保持部材32は、断熱材31に覆われたサセプタ30を収容する空間をその内部に有する本体部32aと、サセプタ30及び断熱材31の側面の上述の開口を介してサセプタ30内の内部空間Sに通ずる一対の管路32b1、32b2とを有する。処理ガスの流れ方向における上流側(以下、「給気側」ということがある。)の管路32b1は、サセプタ30と反対側の端部が、ガス供給機構15側のフランジ11bに接続されている。これにより、ガス供給機構15からの処理ガスをサセプタ30内の内部空間Sに供給可能となっている。また、処理ガスの流れ方向における下流側(以下、「排気側」ということがある。)の管路32b2は、サセプタ30と反対側の端部が、排気ライン12側のフランジ11bに接続されている。これにより、サセプタ30内の内部空間Sから排気可能となっている。
この保持部材32は、例えば石英で形成される。なお、保持部材32は、柱状の支持部33を介して処理容器11の内面に支持されている。
保持部材32は、断熱材31に覆われたサセプタ30を収容する空間をその内部に有する本体部32aと、サセプタ30及び断熱材31の側面の上述の開口を介してサセプタ30内の内部空間Sに通ずる一対の管路32b1、32b2とを有する。処理ガスの流れ方向における上流側(以下、「給気側」ということがある。)の管路32b1は、サセプタ30と反対側の端部が、ガス供給機構15側のフランジ11bに接続されている。これにより、ガス供給機構15からの処理ガスをサセプタ30内の内部空間Sに供給可能となっている。また、処理ガスの流れ方向における下流側(以下、「排気側」ということがある。)の管路32b2は、サセプタ30と反対側の端部が、排気ライン12側のフランジ11bに接続されている。これにより、サセプタ30内の内部空間Sから排気可能となっている。
この保持部材32は、例えば石英で形成される。なお、保持部材32は、柱状の支持部33を介して処理容器11の内面に支持されている。
本実施形態では、以上のように構成される処理容器11内において、さらにサセプタ30の内部空間Sが、載置台空間S1と予熱空間S2とを有するように構成されている。
載置台空間S1は、載置台20が位置する空間である。
予熱空間S2は、処理ガスの流れ方向(以下、「ガス流方向」ということがある。)における載置台空間S1すなわち載置台20より上流側に位置し、成膜時に載置台空間S1に供給される処理ガスをサセプタ30により予熱する空間である。
予熱空間S2は、処理ガスの流れ方向(以下、「ガス流方向」ということがある。)における載置台空間S1すなわち載置台20より上流側に位置し、成膜時に載置台空間S1に供給される処理ガスをサセプタ30により予熱する空間である。
本実施形態では、サセプタ30に対して載置台20の回転軸21を排気側にオフセットさせることにより、予熱空間S2が形成されている。より具体的には、載置台20の回転軸21の中心軸線P1が、ガス流方向における、サセプタ30の中心軸線P2より下流側に位置することにより、予熱空間S2が形成されている。
ところで、サイドフロー方式を採用した従来の成膜装置では、図3に示すように、処理容器100、載置台101、サセプタ102それぞれの中心軸線P1〜P3が一致するのが一般的な構造である。図2の本実施形態の構造は、上記一般的な構造に対し、処理容器11の中心軸線P3に対して、載置台20の中心軸線P1の位置を、排気側にオフセットさせ、そのオフセットさせた分だけサセプタ30を排気側に伸ばした構造と言うことができる。したがって、本実施形態の構造は、ガス供給機構15側のフランジ11bからサセプタ30までの距離より、排気ライン12側のフランジ11bからサセプタ30までの距離の方が短い構造である。
なお、予熱空間S2には、載置台20の給気側端と、サセプタ30の給気側内周端との間を塞ぐように、回り込み防止部材34が設けられている。回り込み防止部材34は、処理ガスが載置台20の裏側等に回り込むのを防止するためのものである。この回り込み防止部材34は、耐熱性が高い材料で形成されており、例えば、上面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
次に、成膜装置1を用いた、成膜処理を含む基板処理を説明する。
まず、基板Wが、処理容器11内に搬入される(ステップ1)。具体的には、基板Wを、成膜装置1の外部の搬送手段(図示せず)によって、成膜装置1の外部からゲートバルブ(図示せず)及び給気側の管路32b1を介して処理容器11のサセプタ30の内部空間Sに搬入させ、載置台20の上方に位置させる。次に、昇降部(図示せず)を上昇させ、当該昇降部により基板Wを支持させる。次いで、上記搬送手段を処理容器11内から退避させると共に、昇降部を下降させ、これにより、基板Wが載置台20上に載置される。なお、基板Wは、載置台20上に直接ではなく、円板状部材であるホルダ(図示せず)を介して載置されてもよい。
まず、基板Wが、処理容器11内に搬入される(ステップ1)。具体的には、基板Wを、成膜装置1の外部の搬送手段(図示せず)によって、成膜装置1の外部からゲートバルブ(図示せず)及び給気側の管路32b1を介して処理容器11のサセプタ30の内部空間Sに搬入させ、載置台20の上方に位置させる。次に、昇降部(図示せず)を上昇させ、当該昇降部により基板Wを支持させる。次いで、上記搬送手段を処理容器11内から退避させると共に、昇降部を下降させ、これにより、基板Wが載置台20上に載置される。なお、基板Wは、載置台20上に直接ではなく、円板状部材であるホルダ(図示せず)を介して載置されてもよい。
基板Wの搬入後、ガス供給機構15からの処理ガスとしての原料ガスとキャリアガスを、内部空間S内において基板Wの被処理面に沿って流れるように供給させる。それと共に、高周波電源14aからの高周波電力を、誘導コイル14に印加させる。これにより、基板Wが加熱され、エピタキシャル成長により基板W上にn型のSiC膜が形成される(ステップ2)。具体的には、バルブ15d1〜15d5を開状態にさせ、MFC15c1〜15c5で流量を調整させ、処理容器11内の内部空間SにSiH4ガス、C3H8ガス、H2ガス、N2ガス、HClガスを供給させる。また、高周波電源14aから誘導コイル14に高周波電力を印加させ、ホルダ、載置台20、サセプタ30を誘導加熱させ、これらからの輻射や熱伝導により基板Wを加熱させる。この成膜の過程において、載置台空間S1へ供給される処理ガスは、予熱空間S2で加熱されたものである。
なお、成膜中において、処理容器11内の圧力は例えば10Torr〜600Torrであり、基板Wの温度は例えば1500℃〜1700℃である。また、本例では、SiH4ガスと共にHClガスを供給しているが、HClガスの供給は省略してもよい。ただし、HClガスを供給することで、塩素(Cl)によるSiCl2の形成により気層でのSi−Si結合の形成が抑制されるため、高速成長が可能である。また、HClガスを供給することで、HClによるエッチング効果により処理容器11内等の副生成物生成の抑制ができるため、副生成物除去処理に要する時間を短縮できるので、生産性を向上させることができる。なお、HClガスに代えて、フッ化水素ガスやジクロロシラン(SiH2Cl2)ガス等の他のハロゲン含有ガスを供給するようにしてもよい。
成膜完了後、基板Wが処理容器11から搬出される(ステップ3)。具体的には、バルブ15d1〜15d5を閉状態にさせ、原料ガスとキャリアガスの供給を停止させた後、昇降部を上昇させ、基板Wを上昇させる。そして、成膜装置1の外部の搬送手段を、ゲートバルブ及び管路32b1を介して処理容器11内に挿入させ、基板Wの下方に位置させる。その後、昇降部を下降させることで、基板Wが昇降部から上記搬送手段に受け渡され、該搬送手段を処理容器11から退避させることにより、基板Wが処理容器11から搬出される。なお、基板Wの搬出中、誘導コイル14への高周波電力の供給を遮断してもよいが、次工程において最適な載置台20及びサセプタ30の温度になるよう制御しながら誘導コイル14へ高周波電力を供給することが好ましい。
基板Wの搬出後、ステップ1に処理が戻され、別の基板Wが処理容器11内に搬入され、ステップ1〜ステップ3の処理が繰り返される。
続いて、本実施形態の作用及び効果を説明する。
サイドフロー方式を採用した成膜装置として、図3に示した従来の一般的な構造を有するものを用いて形成されたn型SiC膜では、載置台101の外周部に近い領域に位置する部分において、不純物濃度が高くなっていた。特に、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜では、その傾向が顕著であった。なお、以下では、「従来の成膜装置」とは、図3の構造を有する成膜装置であるものとする。また、SiC膜とは、別途記載がなければ「n型SiC膜」であるものとする。
サイドフロー方式を採用した成膜装置として、図3に示した従来の一般的な構造を有するものを用いて形成されたn型SiC膜では、載置台101の外周部に近い領域に位置する部分において、不純物濃度が高くなっていた。特に、ハロゲン元素含有ガスを用いた成膜では、その傾向が顕著であった。なお、以下では、「従来の成膜装置」とは、図3の構造を有する成膜装置であるものとする。また、SiC膜とは、別途記載がなければ「n型SiC膜」であるものとする。
上述の不純物濃度の不均一性を解消するべく本発明者らが行った評価試験のうちの1つの結果が図4に示されている。図4には、従来の成膜装置を用いて成膜されたSiC膜の不純物濃度分布が示されている。この評価試験では、処理ガスとしてSiH4ガス、C3H8ガス、H2ガス、N2ガスを供給した成膜(以下、「通常エピ」という。)と、処理ガスとしてさらにSiH2Cl2ガスを追加供給した成膜(「ハロゲンエピ」という。)とを行った。なお、通常エピとハロゲンエピにおいて、処理ガス中のSi濃度が同じになるように、ガス流量を調整した。また、この評価試験に係る成膜では、3枚の直径約75mmの基板Wが、直径約300mmのホルダを介して、直径約345mmの載置台101に載置され、載置台101の回転は行われなかった。なお、図4の横軸は、ホルダの給気側端部からの距離、縦軸は不純物濃度としての窒素(N)濃度を示している。
図4に示すように、通常エピの場合もハロゲンエピの場合も、SiC膜の不純物濃度は、給気側端部で最も高く、ガス流れ方向に沿って低下し、ホルダの直径の1/3の部分を過ぎたあたりから、ガス流れ方向に沿って再び増加している。
載置台101を回転させないときの成膜でこのような不純物濃度の分布が生ずため、載置台101を回転させて形成されたSiC膜では、載置台101の外周部に近い領域に位置する部分において、不純物濃度が高くなるものと考えられる。
載置台101を回転させないときの成膜でこのような不純物濃度の分布が生ずため、載置台101を回転させて形成されたSiC膜では、載置台101の外周部に近い領域に位置する部分において、不純物濃度が高くなるものと考えられる。
図4に示すような不純物濃度分布の不均一性は、以下の理由から生じるものと推察される。すなわち、従来の成膜装置では、供給された原料ガスはサセプタ102内を通過する際に急激に加熱される。したがって、原料ガスのガス温度は、給気側が低温であり排気側に向かって温度が上昇する。したがって、800℃付近から前駆体に分解するとされるC3H8の分解量は給気側で少なく、排気側に向かって増加していく。一方で、SiH4は400℃程度の低温から前駆体に分解される。そのため、給気側では、雰囲気中の前駆体におけるSi原子の数に対する同前駆体における炭素(C)原子の数の比(C/Si比)が非常に低いため、後述のサイトコンペティション効果により、Nの膜内への取り込み量が多くなる。また、排気側に向かうと、サセプタ102の内壁との反応等によりSiが消費されることによりSi濃度は減少するのに対し、C3H8の分解量は前述のように増加するため、C/Si比は高くなる。その結果、Nの取り込みは減少してくる。そして、排気側に向かうにつれ、雰囲気中のCにかかる前駆体であるC2H2の濃度は飽和する一方で、温度上昇に伴いN2分解量は増加するため、Nの取り込み量は再び増加する。その結果、上述のような不純物濃度分布の不均一性が生じていると推察される。
この推察結果によれば、給気側において処理ガスの温度を高くしC3H8の分解量を多くして給気側の不純物濃度を下げるために、サセプタ102による加熱量を大きくすると、排気側の処理ガスの温度も高くなり、排気側においてN2の分解量が多くなり不純物濃度が高くなってしまう。また、排気側の処理ガスの温度を低くしN2の分解量を少なくし排気側の不純物濃度を下げるために、サセプタ102による加熱量を小さくすると、給気側の処理ガスの温度も低くなる。その結果、給気側において、C3H8の分解量が少なくなり、Nの膜内への取り込み量が多くなるため、不純物濃度が高くなってしまう。
このように、従来の成膜装置では、不純物濃度の最適化のための条件出しが難しい。
このように、従来の成膜装置では、不純物濃度の最適化のための条件出しが難しい。
さらに、従来の成膜装置において、サセプタ102による加熱量を大きくすると、以下に説明するように欠陥の問題がある。
図5及び図6は、図4の結果が得られた評価試験で成膜したSiC膜の表面の欠陥マップを示す図であり、図5は通常エピで得られた膜表面について示し、図6はハロゲンエピで得られた膜表面について示している。また、図5及び図6では、ガス流れ方向に沿って欠陥マップを示している。例えば、図の上側に位置する欠陥マップの上部は、給気側に載置された基板の給気側端部に相当し、図の下側に位置する欠陥マップの下部は、排気側に載置された基板の排気側端部に相当する。
図5に示すように、通常エピの表面では、給気側の一部でのみ、欠陥が多い領域R1が存在するが、大部分は欠陥の少ない領域である。
それに対し、ハロゲンエピの表面では、図6に示すように、欠陥が多い領域R2が、給気側の一部分だけでなく、ホルダすなわち載置台101の中心付近に相当する部分から排気側端部にかけて存在し、広範囲を占めている。なお、給気側の欠陥は、Siが凝集したSiドロップレットに起因するものが主であり、排気側は三角欠陥等の結晶欠陥が主である。
それに対し、ハロゲンエピの表面では、図6に示すように、欠陥が多い領域R2が、給気側の一部分だけでなく、ホルダすなわち載置台101の中心付近に相当する部分から排気側端部にかけて存在し、広範囲を占めている。なお、給気側の欠陥は、Siが凝集したSiドロップレットに起因するものが主であり、排気側は三角欠陥等の結晶欠陥が主である。
また、本発明者らが光学顕微鏡を用いて確認したところによれば、ハロゲンエピの表面は、排気側に向かうにつれて粗さが大きくなっていた。
ハロゲンエピの表面に多くの欠陥が生じる理由としては、上述の光学顕微鏡での観察結果も踏まえれば、以下の理由が推察される。すなわち、上記欠陥は、排気側の高温領域におけるSiH2Cl2ガスによるエッチングで生じるエッチピットに由来すると推察される。具体的には、処理ガスが高温となる排気側で過剰に活性化したSiH2Cl2ガスが基板Wの表面にダメージを与え、そのダメージが与えられた部分に成長した結晶に欠陥が導入されたものと推察される。
この推察結果によれば、従来の成膜装置において、不純物濃度分布の均一性の改善のためにサセプタ102による加熱量を大きくし処理ガスの温度を上げると、ハロゲンエピではエッチピット由来の欠陥が多く生じてしまう。
この推察結果によれば、従来の成膜装置において、不純物濃度分布の均一性の改善のためにサセプタ102による加熱量を大きくし処理ガスの温度を上げると、ハロゲンエピではエッチピット由来の欠陥が多く生じてしまう。
そこで、本実施形態では、サセプタ30の内部空間における、基板Wの載置台空間S1の給気側に予熱空間S2を設け、載置台空間S1に供給する処理ガスをこの予熱空間S2で予熱している。本実施形態と同様にサイドフロー方式を採用するが本実施形態とは異なり予熱空間S2を有していない従来の成膜装置では、ガス流れ方向に沿って処理ガスの温度が上昇してしまう。それに対し、本実施形態では、予熱空間S2を設けているため、載置台空間S1における排気側の処理ガスの温度上昇を抑えながら、給気側の処理ガスの温度を従来の成膜装置より上げることができる。例えば、ガス流方向にかかる単位長さ当たりの誘導加熱量を下げ、且つ、予熱空間S2で予熱を行うことにより、載置台空間S1における排気側の処理ガスの温度上昇を抑えながら、給気側の処理ガスの温度を従来の成膜装置より上げることができる。また、この際、予熱空間S2のガス流方向にかかる長さを大きくすれば、載置台空間S1における排気側の処理ガスの温度を下げながら、給気側の処理ガスの温度を上げることができる。
図7は、サセプタ30を基準とした、模式的な温度分布と模式的な不純物濃度分布とを重ね合わせて示す図である。
図7において、実線は載置台20を回転させない場合の処理ガスの温度分布、点線は、載置台20を回転させた場合の処理ガスの温度分布の温度分布を示す。また、仮想線は、不純物濃度分布を示し、具体的には、ガス流方向にかかる位置毎に、成膜の際に当該位置で取り込まれ得る不純物としてのNの量を示している。図中、A1は、サセプタ30の給気側端を示し、A2は、従来の成膜装置における載置台空間の給気側端に相当する位置を示し、A3は、本実施形態における載置台空間S1の給気側端を示す。また、A4は、従来の成膜装置における載置台空間の排気側端に相当する位置を示し、A5は、本実施形態における載置台空間S1の排気側端を示す。
図7において、実線は載置台20を回転させない場合の処理ガスの温度分布、点線は、載置台20を回転させた場合の処理ガスの温度分布の温度分布を示す。また、仮想線は、不純物濃度分布を示し、具体的には、ガス流方向にかかる位置毎に、成膜の際に当該位置で取り込まれ得る不純物としてのNの量を示している。図中、A1は、サセプタ30の給気側端を示し、A2は、従来の成膜装置における載置台空間の給気側端に相当する位置を示し、A3は、本実施形態における載置台空間S1の給気側端を示す。また、A4は、従来の成膜装置における載置台空間の排気側端に相当する位置を示し、A5は、本実施形態における載置台空間S1の排気側端を示す。
本実施形態では、上述のように予熱空間S2を設けている。言い換えれば、従来の成膜装置における載置台空間の給気側端に相当する位置A2より、本実施形態における載置台空間S1の給気側端A3の方が、サセプタ30の給気側端A1から遠い位置にある。そのため、本実施形態では、載置台空間S1の給気側端A3においても、処理ガスの温度が高いため、サイトコンペティション効果により取り込まれるNの量を減らすことができる。したがって、載置台空間S1の給気側端で成膜されるSiC膜の不純物濃度を下げることができる。これにより、載置台空間S1内においては、給気側で窒素取り込み量が少なく、排気側に向けて徐々に窒素取り込み量が増えていくことになる。そのため、成膜の際に載置台20を回転させることにより、不純物濃度が面内で均一なSiC膜を得ることができる。つまり、SiC膜の品質を向上させることができる。
なお、サイトコンペティションとは、SiC膜へのドーパントの取り込みにおいてNはCサイトを置換し、アルミニウム(Al)はSiサイトを置換することから、表面上でCもしくはSiとドーパントの競合が生じ、ドーパントの取り込みに影響が出ることをいう。例えば、低C/Si比の場合、Nと競合するCが少ないことから高N濃度となる。
なお、サイトコンペティションとは、SiC膜へのドーパントの取り込みにおいてNはCサイトを置換し、アルミニウム(Al)はSiサイトを置換することから、表面上でCもしくはSiとドーパントの競合が生じ、ドーパントの取り込みに影響が出ることをいう。例えば、低C/Si比の場合、Nと競合するCが少ないことから高N濃度となる。
また、前述のように、成膜した際にNの取り込み量が大きい領域は、サイトコンペティション効果によりNの取り込み量が大きい給気側の領域と、高温下でのN2ガスの熱分解によりNの取り込み量が大きい排気側の領域と、がある。成膜した際にNの取り込み量が大きい領域のうち、本実施形態では、上記給気側の領域での成膜を行わずに、上記排気側の領域でのみ成膜を行う。したがって、Nの取り込みのモードが絞られるため、不純物濃度を最適化するための条件を容易に得ることができる。
さらに、予熱空間S2を有する構造では、前述のように、載置台空間S1における排気側の処理ガスの温度を下げながら、給気側の処理ガスの温度を上げることが可能である。したがって、処理ガスの温度の上昇に伴い欠陥が増加するハロゲンエピについて、本実施形態の成膜装置を用いることにより、不純物濃度が面内で均一で、欠陥の少ない高品質なSiC膜を成膜することができる。
本実施形態は、言い換えると、載置台20を排気側にオフセットさせて予熱空間S2を設けることで、以下の点(A)〜(C)を達成している。
(A)高不純物濃度の膜が形成されSiドロップレットが生じる給気側の領域での成膜の回避
(B)載置台空間S1における給気側での温度上昇による不純物濃度分布及び欠陥の改善
(C)載置台空間S1における排気側での温度低下によるハロゲンエピでの欠陥導入防止
したがって、反応領域が広いサイドフロー方式でも、高速成長化や高スループット化が可能なハロゲンエピによって、高品質のSiC膜を得ることができる。
なお、図4では示されていないが、従来の成膜装置を用いたハロゲンエピでは、給気側端の不純物濃度が1017cm−3レベルとなっており、給気端部において不純物濃度の立下りが非常に大きい。本実施形態では、このような領域での成膜を回避している。
(A)高不純物濃度の膜が形成されSiドロップレットが生じる給気側の領域での成膜の回避
(B)載置台空間S1における給気側での温度上昇による不純物濃度分布及び欠陥の改善
(C)載置台空間S1における排気側での温度低下によるハロゲンエピでの欠陥導入防止
したがって、反応領域が広いサイドフロー方式でも、高速成長化や高スループット化が可能なハロゲンエピによって、高品質のSiC膜を得ることができる。
なお、図4では示されていないが、従来の成膜装置を用いたハロゲンエピでは、給気側端の不純物濃度が1017cm−3レベルとなっており、給気端部において不純物濃度の立下りが非常に大きい。本実施形態では、このような領域での成膜を回避している。
また、本実施形態の構造は、前述のように、ガス供給機構15側のフランジ11bからサセプタ30までの距離より、排気ライン12側のフランジ11bからサセプタ30までの距離の方が短い構造である。このように排気ライン12側のフランジ11bが近いことで、サセプタ30の加熱に使われるべき誘導磁場がフランジ11bの加熱に使われて、サセプタ30の排気側の温度が従来よりも低下する。つまり、サイドフロー方式では温度が高くなる傾向にある、載置台空間S1内の排気側の処理ガスの温度を低下させることができる。そのため、ハロゲンエピの際に、より欠陥の少ない高品質なSiC膜を成膜することができる。
(確認試験)
従来の成膜装置と本実施形態の成膜装置において、HClガスによるエッチングを行い、載置台空間における処理ガスの温度を確認する試験を行った。その結果を図8に示す。なお、この試験で用いた成膜装置の載置台20、101は直径345mmであり、本実施形態の成膜装置の載置台20はサセプタ30の中心から排気側に70mmオフセットされ、サセプタ30はそのオフセットの分、従来の成膜装置より長く形成した。また、この試験に係る成膜では、3枚の直径約75mmの基板Wが、直径約300mmのホルダを介して、載置台20、101に載置され、載置台20、101の回転は行われなかった。
従来の成膜装置と本実施形態の成膜装置において、HClガスによるエッチングを行い、載置台空間における処理ガスの温度を確認する試験を行った。その結果を図8に示す。なお、この試験で用いた成膜装置の載置台20、101は直径345mmであり、本実施形態の成膜装置の載置台20はサセプタ30の中心から排気側に70mmオフセットされ、サセプタ30はそのオフセットの分、従来の成膜装置より長く形成した。また、この試験に係る成膜では、3枚の直径約75mmの基板Wが、直径約300mmのホルダを介して、載置台20、101に載置され、載置台20、101の回転は行われなかった。
図示するように、従来の成膜装置では、載置台空間における給気側のエッチング量が少なく、排気側のエッチング量が多かった。エッチング量は処理ガスの温度に対応するので、上述の結果を言い換えると、従来の成膜装置では、載置台空間における給気側で処理ガスの温度が低く、排気側で処理ガスの温度が高かった。
それに対し、本実施形態の装置では、載置台空間S1における給気側のエッチング量が従来の成膜装置より上がっており、また、載置台空間S1において、排気側にかけてのエッチング量の上昇率は小さかった。つまり、本実施形態の成膜装置では、給気側の処理ガスの温度が高く、その温度上昇率も抑えることができる。
それに対し、本実施形態の装置では、載置台空間S1における給気側のエッチング量が従来の成膜装置より上がっており、また、載置台空間S1において、排気側にかけてのエッチング量の上昇率は小さかった。つまり、本実施形態の成膜装置では、給気側の処理ガスの温度が高く、その温度上昇率も抑えることができる。
この確認試験の結果からも、本実施形態の成膜装置によれば、載置台空間S1における排気側の処理ガスの温度を下げながら、給気側の処理ガスの温度を上げることが可能であることが分かる。つまり、本実施形態の成膜装置によれば、不純物濃度が面内で均一なSiC膜等、高品質なSiC膜を得ることが可能であることが分かる。
なお、図示するように、本実施形態の成膜装置では、従来の成膜装置より、排気側において、エッチング量が少なく、つまり、処理ガスの温度が低かった。これは、前述のように、排気ライン12側のフランジ11bが近いことでサセプタ30の加熱に使われるべき誘導磁場がフランジ11bの加熱に使われてサセプタ30の排気側の温度が従来よりも低下していること等が影響しているものと考えられる。
なお、確認試験の例では、載置台20のオフセット量は70mmであるとしたが、図4からも明らかな通り、上記オフセット量が60〜120mmの範囲であれば、同様の結果を得ることができる。
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に係る成膜装置の構成の概略を説明するための図であり、当該成膜装置が有する処理容器11の周囲の状態を示した模式断面図である。
第1の実施形態では、誘導コイル14の密度がガス流方向に関して均一であった。そのため、誘導コイル14を用いた誘導加熱による、ガス流方向における単位長さ当たりの加熱量が一定であった。それに対し、本実施形態では、図9に示すように、誘導コイル14の密度が、回転軸21に対して排気側より給気側の方が大きい。したがって、誘導コイル14を用いた誘導加熱による、ガス流方向における単位長さ当たりの加熱量が、回転軸21に対して排気側より給気側の方が大きくなっている。これにより、載置台空間S1における給気側の処理ガスの温度を上げながら排気側の処理ガスの温度を従来の成膜装置より下げることが容易となる。つまり、SiC膜の品質を容易に向上させることができる。
図9は、第2実施形態に係る成膜装置の構成の概略を説明するための図であり、当該成膜装置が有する処理容器11の周囲の状態を示した模式断面図である。
第1の実施形態では、誘導コイル14の密度がガス流方向に関して均一であった。そのため、誘導コイル14を用いた誘導加熱による、ガス流方向における単位長さ当たりの加熱量が一定であった。それに対し、本実施形態では、図9に示すように、誘導コイル14の密度が、回転軸21に対して排気側より給気側の方が大きい。したがって、誘導コイル14を用いた誘導加熱による、ガス流方向における単位長さ当たりの加熱量が、回転軸21に対して排気側より給気側の方が大きくなっている。これにより、載置台空間S1における給気側の処理ガスの温度を上げながら排気側の処理ガスの温度を従来の成膜装置より下げることが容易となる。つまり、SiC膜の品質を容易に向上させることができる。
誘導コイル14を用いた誘導加熱による、ガス流方向における単位長さ当たりの加熱量を、回転軸21に対して排気側より給気側で大きくさせる方法は、以下の方法であってもよい。すなわち、誘導コイル14に印加する高周波電力を、回転軸21に対して排気側より給気側の方で大きくする方法である。この方法を採用する場合、高周波電源14aは排気側と給気側とで別々に設けてもよい。
(第3実施形態)
図10は、第3実施形態に係る成膜装置の構成の概略を説明するための図であり、当該成膜装置が有する処理容器11の周囲の状態を示した模式断面図である。
従来の成膜装置における給気側で不純物濃度が高い理由として、前述のようにC/Si比が低いことがある。本実施形態では、図10に示すように、ガス導入部としての給気側の管路32b1を多段に形成し、上段からSiH4ガスを供給し、下段から他の処理ガス(例えば、H2ガスとC3H8ガス)を供給する。これにより、Siの基板Wへの拡散を遅らせて、給気側の基板表面付近におけるC/Si比を上げることができる。したがって、給気側の不純物濃度をさらに下げることができる。よって、不純物濃度の均一性をさらに向上させることができる。
図10は、第3実施形態に係る成膜装置の構成の概略を説明するための図であり、当該成膜装置が有する処理容器11の周囲の状態を示した模式断面図である。
従来の成膜装置における給気側で不純物濃度が高い理由として、前述のようにC/Si比が低いことがある。本実施形態では、図10に示すように、ガス導入部としての給気側の管路32b1を多段に形成し、上段からSiH4ガスを供給し、下段から他の処理ガス(例えば、H2ガスとC3H8ガス)を供給する。これにより、Siの基板Wへの拡散を遅らせて、給気側の基板表面付近におけるC/Si比を上げることができる。したがって、給気側の不純物濃度をさらに下げることができる。よって、不純物濃度の均一性をさらに向上させることができる。
なお、本発明者らが調査したところによれば、成膜速度は、給気側で最も高く排気側にかけて減少していく。この現象は、給気側で成長を律速するSiの消費が多く、排気側に向けてSi密度が減少していることに対応する。したがって、本実施形態のように、給気側の管路32b1を多段に形成し、上段からSiH4ガスを供給し、下段から他の処理ガスを供給することにより、給気側において、Siの基板Wへの拡散を遅らせ、成長を抑制することができる。
給気側で成長速度が速いことは、予熱空間S2での成長に多くのSiが消費されることを意味するところ、本実施形態によれば、給気側で成長速度を遅くすることができるため、予熱空間S2での成長に多くのSiが消費されるのを防ぐことができる。
また、載置台20のオフセットにより、給気側における不純物の高濃度部の発生は解消することができるものの、載置台20のオフセットを行っても、給気側では不純物濃度の変動が大きく、排気側では不純物濃度の変動が緩やかである。
本実施形態では、給気側で成長速度を遅くすることで、上述の不純物濃度の変動が緩やかな領域で成長する部分の割合が増えるため、膜形成時に載置台20を回転させた際の不純物濃度の均一性をさらに改善することができる。
また、載置台20のオフセットにより、給気側における不純物の高濃度部の発生は解消することができるものの、載置台20のオフセットを行っても、給気側では不純物濃度の変動が大きく、排気側では不純物濃度の変動が緩やかである。
本実施形態では、給気側で成長速度を遅くすることで、上述の不純物濃度の変動が緩やかな領域で成長する部分の割合が増えるため、膜形成時に載置台20を回転させた際の不純物濃度の均一性をさらに改善することができる。
本実施形態では、図示するように、管路32b1は、上段の方が下段より太くなっている。これは、管路32b1の上段を介して基板Wが搬出入されるからである。このように、上段と下段で太さが異なる場合、上段からの処理ガスの流速と下段からの処理ガスの流速が等しくなるように、細い下段からの処理ガスの流量を少なくしてもよい。
なお、図の例では、管路32b1の上段と下段を隔てる仕切り40が設けられている。しかし、当該管路32b1への処理ガスの射出速度が高い場合、処理ガスの直進性が良いため、当該管路32b1へのガス供給が上段と下段で分かれていれば、仕切り40を設けなくてもよい。
なお、図の例では、管路32b1の上段と下段を隔てる仕切り40が設けられている。しかし、当該管路32b1への処理ガスの射出速度が高い場合、処理ガスの直進性が良いため、当該管路32b1へのガス供給が上段と下段で分かれていれば、仕切り40を設けなくてもよい。
以上の例では、Si含有ガスとハロゲン含有ガスとの両方を供給していたが、シリコン及びハロゲン元素の両方を含むガス、例えば、SiCl4ガス、トリクロロシラン(SiHCl3)ガスや、SiH2Cl2ガス、モノクロロシラン(SiH3Cl)ガス、テトラフルオロシラン(SiF4)ガス、トリフルオロシラン(SiHF3)ガス、ジフルオロシランガス(SiH2F2)ガス、モノフルオロシラン(SiH3F)ガスを供給するようにしてもよい。
なお、シリコン及びハロゲン元素の両方を含むガスと共に、ハロゲン含有ガスを供給してもよい。
なお、シリコン及びハロゲン元素の両方を含むガスと共に、ハロゲン含有ガスを供給してもよい。
以上の説明は、n型SiC膜の成膜に関するものであるが、p型のSiC膜の成長にも各実施形態は適用することができる。ただし、不純物濃度の分布の傾向等は、n型SiC膜と、p型SiC膜とでは反対になる。
また、p型SiC膜の場合は、n型SiC膜に比べて、不純物濃度が基板温度に依存する。それに対し、各実施形態では、載置台空間S1の給気側の処理ガスの温度を予熱することで、基板Wが処理ガスにより冷えにくくなるため、基板温度の均一性が向上する。
また、p型SiC膜の場合は、n型SiC膜に比べて、不純物濃度が基板温度に依存する。それに対し、各実施形態では、載置台空間S1の給気側の処理ガスの温度を予熱することで、基板Wが処理ガスにより冷えにくくなるため、基板温度の均一性が向上する。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)被処理基板にSiC膜を形成する成膜装置であって、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
前記サセプタの内部空間は、前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する予熱空間を有する、成膜装置。
前記(1)によれば、載置台が位置する空間内の、処理ガスの流れ方向における下流側(排気側)の処理ガスの温度上昇を抑えながら、処理ガスの流れ方向における上流側(給気側)の処理ガスの温度を従来の成膜装置より上げることができる。また、載置台が位置する空間における排気側の処理ガスの温度を下げながら、給気側の処理ガスの温度を上げることができる。したがって、サイドフロー方式で原料ガスが供給されて形成されるSiC膜内の不純物濃度分布を均一にすることができる。また、処理ガスとしてハロゲン含有ガスも供給する場合において、上記SiC膜内の欠陥を少なくすることができる。つまり、サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置によって形成されるSiC膜の品質を向上させることができる。
(1)被処理基板にSiC膜を形成する成膜装置であって、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
前記サセプタの内部空間は、前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する予熱空間を有する、成膜装置。
前記(1)によれば、載置台が位置する空間内の、処理ガスの流れ方向における下流側(排気側)の処理ガスの温度上昇を抑えながら、処理ガスの流れ方向における上流側(給気側)の処理ガスの温度を従来の成膜装置より上げることができる。また、載置台が位置する空間における排気側の処理ガスの温度を下げながら、給気側の処理ガスの温度を上げることができる。したがって、サイドフロー方式で原料ガスが供給されて形成されるSiC膜内の不純物濃度分布を均一にすることができる。また、処理ガスとしてハロゲン含有ガスも供給する場合において、上記SiC膜内の欠陥を少なくすることができる。つまり、サイドフロー方式で原料ガスが供給される成膜装置によって形成されるSiC膜の品質を向上させることができる。
(2)前記載置台に対する回転軸が、前記処理ガスの流れ方向における、前記サセプタの中心軸より下流側に位置することにより、前記予熱空間が形成されている、前記(1)に記載の成膜装置。
(3)誘導加熱による、前記処理ガスの流れ方向における単位長さ当たりの加熱量は、前記処理ガスの流れ方向における前記回転軸より上流側の部分が、前記処理ガスの流れ方向における前記回転軸より下流側の部分に比べて大きい、前記(1)または(2)に記載の成膜装置。
前記(3)によれば、SiC膜の品質を容易に向上させることができる。
前記(3)によれば、SiC膜の品質を容易に向上させることができる。
(4)前記ガス供給機構からの処理ガスを、前記サセプタの内部空間に導入するガス導入部を有し、
前記ガス導入部は、上下方向に多段に形成され、前記処理ガスとしてのシリコン含有ガスを上段から導入する、前記(1)〜(3)のいずれか1に記載の成膜装置。
前記(4)によれば、SiC膜内の不純物濃度の均一性をさらに向上させることができる。
前記ガス導入部は、上下方向に多段に形成され、前記処理ガスとしてのシリコン含有ガスを上段から導入する、前記(1)〜(3)のいずれか1に記載の成膜装置。
前記(4)によれば、SiC膜内の不純物濃度の均一性をさらに向上させることができる。
(5)前記ガス導入部は、前記処理ガスとしての炭素含有ガスを下段から導入する、前記(4)に記載の成膜装置。
(6)前記ガス供給機構は、前記処理ガスとして、シリコン含有ガス及びハロゲン元素含有ガスを供給する、前記(1)〜(5)のいずれか1に記載の成膜装置。
(7)前記ガス供給機構は、前記処理ガスとして、シリコン及びハロゲン元素を含有するガスを導入する、前記(1)〜(5)のいずれか1に記載の成膜装置。
(8)成膜装置により被処理基板にSiC膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜装置は、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、を有し、
当該成膜方法は、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に位置する予熱空間で、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する工程と、を有する、成膜方法。
前記成膜装置は、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、を有し、
当該成膜方法は、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に位置する予熱空間で、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する工程と、を有する、成膜方法。
1 成膜装置
20 載置台
21 回転軸
30 サセプタ
S 内部空間
S1 載置台空間
S2 予熱空間
W 基板
20 載置台
21 回転軸
30 サセプタ
S 内部空間
S1 載置台空間
S2 予熱空間
W 基板
Claims (8)
- 被処理基板にSiC膜を形成する成膜装置であって、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
前記サセプタの内部空間は、前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する予熱空間を有する、成膜装置。 - 前記載置台に対する回転軸が、前記処理ガスの流れ方向における、前記サセプタの中心軸より下流側に位置することにより、前記予熱空間が形成されている、請求項1に記載の成膜装置。
- 誘導加熱による、前記処理ガスの流れ方向における単位長さ当たりの加熱量は、前記処理ガスの流れ方向における前記回転軸より上流側の部分が、前記処理ガスの流れ方向における前記回転軸より下流側の部分に比べて大きい、請求項1または2に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給機構からの処理ガスを、前記サセプタの内部空間に導入するガス導入部を有し、
前記ガス導入部は、上下方向に多段に形成され、前記処理ガスとしてのシリコン含有ガスを上段から導入する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記ガス導入部は、前記処理ガスとしての炭素含有ガスを下段から導入する、請求項4に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給機構は、前記処理ガスとして、シリコン含有ガス及びハロゲン元素含有ガスを供給する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記ガス供給機構は、前記処理ガスとして、シリコン及びハロゲン元素を含有するガスを導入する、請求項1〜5のいずれか項に記載の成膜装置。
- 成膜装置により被処理基板にSiC膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜装置は、
誘導加熱により加熱されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、被処理基板が載置された状態で回転軸を中心に回転する載置台と、を有し、
当該成膜方法は、
前記載置台に載置された被処理基板の表面に沿って処理ガスが流れるように、前記サセプタの内部空間に対し側方から前記処理ガスを導入する工程と、
前記処理ガスの流れ方向における前記載置台より上流側に位置する予熱空間で、前記載置台に載置された被処理基板に供給される前記処理ガスを予熱する工程と、を有する、成膜方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019017114A JP2020126885A (ja) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 成膜装置及び成膜方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2019017114A JP2020126885A (ja) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | 成膜装置及び成膜方法 |
Publications (1)
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2019
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2020
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