JP2021116464A - 成膜方法および基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することのできる、成膜方法および基板の製造方法を提供する。【解決手段】化学気相成長法によって成膜対象基板１００に膜を成膜する成膜方法であって、前記成膜対象基板の成膜対象面の面法線３００と、原料ガスの流れる方向を直交させると共に、前記面法線と前記成膜対象基板が回転する回転軸２００が平行となる方向に前記成膜対象基板を回転させて成膜する成膜方法。【選択図】図２
Description
本発明は、成膜方法および基板の製造方法に関し、例えば、化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」とする場合がある）により支持基板上に炭化珪素（以下、「ＳｉＣ」とする場合がある）多結晶膜を成膜する方法、および多結晶膜を成膜後に支持基板を分離してＳｉＣ多結晶基板を得るＳｉＣ多結晶基板の製造方法、に関する。
ＳｉＣは、珪素（以下、「Ｓｉ」とする場合がある）と炭素で構成される化合物半導体材料である。ＳｉＣは、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍であり、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であること等から、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。
しかしながら、ＳｉＣ半導体は、広く普及するＳｉ半導体と比較し、大面積のＳｉＣ単結晶基板が得られず、工程も複雑であることから、Ｓｉ半導体と比較して大量生産ができず、高価であった。
ＳｉＣ半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が３０個／ｃｍ２以下のＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を準備し、前記ＳｉＣ単結晶基板と前記ＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を行うことで、ＳｉＣ多結晶基板上にＳｉＣ単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。
更に、特許文献１には、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、ＳｉＣ単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程の前に、３５０℃以下の温度で熱処理を行い、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とするＳｉＣ基板の製造方法が記載されている。
このような方法により、１つのＳｉＣ単結晶インゴットから、より多くのＳｉＣ基板が得られるようになった。
しかしながら、特許文献１に記載の方法で製造されたＳｉＣ貼り合わせ基板は、その大部分がＳｉＣ多結晶基板である。このため、ＳｉＣ貼り合わせ基板が、研磨等のハンドリングの際に損傷しないように、機械的な強度を有するよう十分な厚さのＳｉＣ多結晶基板を使用しなければならない。
従来、前記ＳｉＣ多結晶基板は、ＣＶＤ法によって多数の黒鉛製支持基板上にＳｉＣ多結晶膜を成膜した後、ＳｉＣ多結晶膜で被覆された各支持基板を、ＳｉＣ多結晶膜の端面を研削する等によりＳｉＣ多結晶膜の側面から露出させ、それから酸化雰囲気で焼成する等の手段により、支持基板をＳｉＣ多結晶膜から分離し、その後、ＳｉＣ多結晶膜を平面研削および、必要に応じて研磨加工を施すことで、所望の厚みおよび面状態のＳｉＣ多結晶基板を得ていた（例えば、特許文献２）。
しかしながら、上記記載の手法では、多数の支持基板をＣＶＤ成膜装置の成膜室内に投入して成膜した際に、成膜室内の温度分布や、成膜ガスの濃度勾配により、成膜されるＳｉＣ多結晶膜の膜厚に大きなバラつきが生じるおそれがあり、このバラつきが成膜工程の長時間化、成膜後のＳｉＣ多結晶膜の平面研削の際の研削量の増加等により、ＳｉＣ多結晶膜の生産性を低下させ、製造コストを増加させる要因となっていた。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することのできる、成膜方法および基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、ＣＶＤ法によって例えば多数の支持基板上にＳｉＣ多結晶膜を成膜する方法において、原料ガスを例えば上下方向に流し、支持基板の成膜対象面の面法線が原料ガスの流れる方向に対して直交するように支持基板を配置し、かつ、支持基板の成膜対象面の面法線と支持基板が回転する回転軸が平行となる方向に支持基板を回転させて成膜すれば、成膜対象面における同一面内の膜厚バラつきを抑制できることを見出し、本発明を想到するに至った。
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の成膜方法は、化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する成膜方法であって、前記成膜対象基板の成膜対象面の面法線と、原料ガスの流れる方向を直交させると共に、前記面法線と前記成膜対象基板が回転する回転軸が平行となる方向に前記成膜対象基板を回転させて成膜する、成膜方法である。
前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、複数の前記成膜対象基板の中心軸は、前記回転軸と一致してもよい。
複数の前記成膜対象基板の基板間距離が等間隔であってもよい。
前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、複数の前記成膜対象基板が回転対称に配置された少なくとも１つの回転対称基板群を構成してもよい。
複数の前記回転対称基板群の回転軸が一致してもよい。
複数の前記回転対称基板群の間における基板間距離が等間隔であってもよい。
前記成膜対象基板がシリコン支持基板またはカーボン支持基板であり、前記成膜方法は前記成膜対象基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する方法であってもよい。
また、上記課題を解決するため、本発明の基板の製造方法は、上記した本発明の成膜方法を含む。
本発明によれば、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することのできる、成膜方法および基板の製造方法を提供することができる。そのため、本発明であれば、成膜時間の短縮、平面研削における研削量の削減等により、生産性の向上や製造コストの低減の効果がある。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
［成膜方法］
本発明の成膜方法は、化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する方法である。
本発明の成膜方法は、化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する方法である。
（成膜対象基板）
膜を成膜する対象となる基板である成膜対象基板としては、特に限定されないが、例えばシリコン支持基板またはカーボン支持基板を挙げることができる。また、成膜対象基板の形状としては、例えば薄膜で円形である、直径４インチ〜８インチ程度のウエハ形状のものを挙げることができる。
膜を成膜する対象となる基板である成膜対象基板としては、特に限定されないが、例えばシリコン支持基板またはカーボン支持基板を挙げることができる。また、成膜対象基板の形状としては、例えば薄膜で円形である、直径４インチ〜８インチ程度のウエハ形状のものを挙げることができる。
（膜）
成膜する膜としては、特に限定されないが、例えば炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜を挙げることができる。また、単結晶膜を成膜してもよく、多結晶膜を成膜してもよい。
成膜する膜としては、特に限定されないが、例えば炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜を挙げることができる。また、単結晶膜を成膜してもよく、多結晶膜を成膜してもよい。
本発明の成膜方法の具体例としては、成膜対象基板としてシリコン支持基板またはカーボン支持基板を使用し、これらの支持基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する方法が挙げられる。
図１に、成膜中においてウエハ形状の成膜対象基板１００が回転軸２００に保持される態様の一例を示す。成膜対象基板１００は、その中心に回転軸２００を挿通可能な開口部１１０を有しており、開口部１１０に回転軸２００を挿通して回転軸２００に保持されている。回転軸２００は、化学気相成長法による成膜に耐えられる素材のものを使用することができ、例えばカーボン製の回転軸２００を使用することが出来る。回転軸２００が、例えば矢印Ａのように逆時計回りに回転することで、成膜対象基板１００を矢印Ａのように逆時計回りに回転させることができる。また、回転軸２００は時計回りに回転させてもよい。なお、成膜処理中の成膜対象基板の回転速度は特に限定されないが、例えば０．１〜６０ｒｐｍに設定することができる。回転速度が０．１より遅い場合には、成膜した膜の厚みが著しく偏る場合があり、また、６０ｒｐｍより速い場合には回転軸２００が損傷するおそれや、回転による気流が発生して成膜に不具合の生じるおそれがある。そして、成膜対象基板１００のおもて面１２０ａとうら面１２０ｂが成膜対象面１２０であり、成膜対象面１２０から垂直に出るベクトルを面法線３００とする。
また、原料ガスが流れる方向を矢印Ｂで示している。原料ガスとしては、膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用される原料ガスを用いることができる。例えば、炭化珪素の多結晶膜を成膜する場合には、Ｓｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いる。Ｓｉ系原料ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を用いることができるほか、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４などのエッチング作用があるＣｌを含む塩素系Ｓｉ原料含有ガス（クロライド系原料）を用いることもできる。Ｃ系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）を用いることができる。
窒化チタンの多結晶膜を成膜する場合には、ＴｉＣｌ４ガス、Ｎ２ガス等を用いることができる。窒化アルミニウムの多結晶膜を成膜する場合には、ＡｌＣｌ３ガス、ＮＨ３ガス等を用いることができる。炭化チタンの多結晶膜を成膜する場合には、ＴｉＣｌ４ガス、ＣＨ４ガス等を用いることができる。ダイヤモンドライクカーボンの多結晶膜を成膜する場合には、アセチレン等の炭化水素ガスを用いることができる。
また、原料ガスはキャリアガスを同伴してもよい。膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを成膜対象基板１００へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、炭化珪素多結晶膜を成膜する場合には、熱伝導率に優れ、ＳｉＣに対してエッチング作用がある水素（Ｈ２）を用いることができる。
また、これら原料ガスおよびキャリアガスと同時に、第３のガスとして、不純物ドーピングガスを同時に供給することもできる。例えば、導電型をｎ型とする場合には窒素（Ｎ２）、ｐ型とする場合にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。
本発明の成膜方法では、成膜対象基板１００の成膜対象面１２０の面法線３００と、原料ガスの流れる方向Ｂを直交させると共に、面法線３００と成膜対象基板１００が回転する回転軸２００が平行となる方向に成膜対象基板１００を回転させて成膜する。このように、成膜対象基板１００を回転させながら、成膜対象面１２０に沿うように原料ガスを供給して成膜することで、原料ガスが成膜対象面１２０に偏って供給されることを抑制することができるため、成膜対象基板１００の成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
なお、原料ガスの流れる方向は、成膜対象面１２０と平行となるように任意に設定することができ、例えば図１に示す矢印Ｂのように鉛直方向であってもよく、水平方向であってもよい。
また、本発明の成膜方法では、図２に示すように複数の成膜対象基板１００を成膜する方法であってもよい。一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板１００を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。ここで、複数の成膜対象基板１００の中心軸１３０のいずれもが、回転軸２００と一致するように設置して成膜することが好ましい。すなわち、いずれの成膜対象基板１００も、その中心に回転軸２００を挿通可能な開口部１１０を有しており、開口部１１０に回転軸２００を挿通して串刺し状に複数の成膜対象基板１００を配置する。このような配置とすることで、複数の成膜対象基板１００の中心軸１３０のいずれもが、回転軸２００の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板１００についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面１２０に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板１００においても、成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
そして、図２に示すように一度の処理で複数の成膜対象基板１００を成膜する場合には、複数の成膜対象基板１００の基板間距離１４０が等間隔であることが好ましい。基板間距離１４０が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面１２０に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板１００の成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。
図３に、図２とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板１００が回転軸２００に保持される態様の一例を示す概略図を示す。本発明の成膜方法では、図３に示すように複数の成膜対象基板１００を成膜する方法であってもよい。一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板１００を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。また、図３に示す態様の場合には、複数の成膜対象基板１００が回転対称に回転軸２００に配置された回転対称基板群４００を構成する。図３では図示を省略するが、各成膜対象基板１００は固定手段によって回転軸２００に固定されている。固定手段としては、特に限定されないが、例えば中通ししたナットやワッシャー等によって成膜対象基板１００を挟んで把持することにより、成膜対象基板１００を固定することができる。
回転対称基板群４００は、同一平面上にある複数の成膜対象基板１００から構成されており、図３では４枚の成膜対象基板１００を示しているが、これに限定されず、２〜８枚程度で任意の枚数の成膜対象基板１００により、回転対称基板群４００を構成することができる。複数の成膜対象基板１００によって回転対称基板群４００を構成し、これを回転させることにより、いずれの成膜対象基板１００についても成膜条件を揃えることができる。そのため、原料ガスがいずれの成膜対象面１２０に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板１００においても、成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
図４に、図３とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板１００が回転軸２００に保持される態様の一例を示す概略図を示す。ここで、複数の回転対称基板群４００の回転軸４１０のいずれもが一致することが好ましい。すなわち、いずれの回転対称基板群４００の成膜対象基板１００も、同一の回転軸２００に固定する配置を取る。このような配置とすることで、複数の回転対称基板群４００の回転軸４１０のいずれもが、回転軸２００の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板１００についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面１２０に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板１００においても、成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
そして、図４に示すように一度の処理で複数の回転対称基板群４００の成膜対象基板１００を成膜する場合には、複数の回転対称基板群４００の間における基板間距離４２０が等間隔であることが好ましい。基板間距離４２０が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面１２０に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板１００の成膜対象面１２０の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。
（成膜装置１０００）
以下、一例として、本発明の成膜方法に用いることの出来る成膜装置１０００について説明する。
以下、一例として、本発明の成膜方法に用いることの出来る成膜装置１０００について説明する。
図５に、成膜装置１０００の概略断面図を示す。成膜装置１０００は、回転軸２００に保持された成膜対象基板１００を成膜する成膜室１０１０、成膜室１０１０へ原料ガスやキャリアガスを導入する導入口１０２０、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを成膜装置１０００の外部へ排気する排気口１０３０、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを排気口１０３０へ導入する排出ガス導入室１０４０、排出ガス導入室を覆うボックス１０５０、ボックス１０５０の外部より成膜室１０１０内の温度を制御するヒーター１０６０、ヒーター１０６０の外側にあり、成膜装置１０００の外装となる水冷されたステンレス製の筐体１１００を備えることができる。また、図５では図示していないが、成膜装置１０００は回転軸２００を回転させるモーターやエンジン等の回転駆動手段を備えることができる。
［基板の製造方法］
次に、本発明の基板の製造方法について説明する。本発明の基板の製造方法は、上記した本発明の成膜方法を含む。ここでは、成膜方法の説明は省略する。
次に、本発明の基板の製造方法について説明する。本発明の基板の製造方法は、上記した本発明の成膜方法を含む。ここでは、成膜方法の説明は省略する。
基板の製造方法として、炭化珪素多結晶基板の製造方法を例として挙げると、かかる製造方法は、以下に説明する露出工程と燃焼除去工程を更に含む。
〈露出工程〉
露出工程の一例としては、上記した本発明の成膜方法により得た、表面に炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板に対し、成膜した炭化珪素多結晶膜の端部を除去してカーボン支持基板を露出させる工程が挙げられる。この工程により、カーボン支持基板が露出され、後述する燃焼除去工程によりカーボン支持基板を気化させ易くなる。
露出工程の一例としては、上記した本発明の成膜方法により得た、表面に炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板に対し、成膜した炭化珪素多結晶膜の端部を除去してカーボン支持基板を露出させる工程が挙げられる。この工程により、カーボン支持基板が露出され、後述する燃焼除去工程によりカーボン支持基板を気化させ易くなる。
成膜工程によって、カーボン支持基板の側壁には炭化珪素多結晶膜が成膜されるため、これを例えば端面加工装置に投入して、成膜した炭化珪素多結晶膜の端面から内側へ２〜４ｍｍ研削して、カーボン支持基板の端面を露出させることができる。なお、炭化珪素多結晶膜の成膜前に、カーボン支持基板の外周部をリング状の黒鉛等でマスクしておけば、端面加工は不要であり、この場合には、マスクを除去することが露出工程となる。
または、所望の直径（例えば、６インチ径）となるように、表面に炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板をコアドリル等でくり抜くことで、カーボン支持基板を側面外周において露出させることができる。
〈燃焼除去工程〉
燃焼除去工程の一例としては、大気雰囲気中において、圧力を１気圧、温度８００℃の条件下に、露出工程後のカーボン支持基板を１００時間以上保持する工程が挙げられる。本工程により、カーボン支持基板を燃焼させて除去できるため、炭化珪素多結晶基板を得ることができる。
燃焼除去工程の一例としては、大気雰囲気中において、圧力を１気圧、温度８００℃の条件下に、露出工程後のカーボン支持基板を１００時間以上保持する工程が挙げられる。本工程により、カーボン支持基板を燃焼させて除去できるため、炭化珪素多結晶基板を得ることができる。
（研磨工程）
炭化珪素多結晶基板の製造方法では、燃焼除去工程後、成膜した炭化珪素多結晶膜の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。炭化珪素多結晶基板は、半導体の製造に用いられる基板とするのであれば、半導体製造プロセスで使用できる面精度が必要となる。そこで、本工程により、炭化珪素基板の表面を平滑化することが好ましい。
炭化珪素多結晶基板の製造方法では、燃焼除去工程後、成膜した炭化珪素多結晶膜の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。炭化珪素多結晶基板は、半導体の製造に用いられる基板とするのであれば、半導体製造プロセスで使用できる面精度が必要となる。そこで、本工程により、炭化珪素基板の表面を平滑化することが好ましい。
例えば、炭化珪素基板をダイアモンドスラリーでラップ処理し、ダイアモンドとアルミナとの混合スラリーでハードポリッシュした後に、シリカスラリー（コロイダルシリカ、ｐＨ１１）でポリッシュするという工程を経て、炭化珪素基板の表面を平滑化することができる。
（その他の工程）
本発明の炭化珪素基板の製造方法は、上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、研磨工程による炭化珪素基板への付着物を除去するための洗浄工程等が挙げられる。また、本発明の基板の製造方法としては、炭化珪素多結晶基板とは異なる基板を製造する場合において、基板を製造するための任意の工程を含むことができる。
本発明の炭化珪素基板の製造方法は、上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、研磨工程による炭化珪素基板への付着物を除去するための洗浄工程等が挙げられる。また、本発明の基板の製造方法としては、炭化珪素多結晶基板とは異なる基板を製造する場合において、基板を製造するための任意の工程を含むことができる。
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。ここでは、成膜対象基板としてカーボン支持基板を使用し、カーボン支持基板に炭化珪素多結晶膜を成膜した。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
（実施例１）
炭化珪素多結晶膜の成膜に使用した成膜装置１０００としては、成膜室１０１０の底面から原料ガスを導入し、天井より排出するホットウォール型の熱ＣＶＤ装置を用いた。成膜対象基板１００としては、厚み５ｍｍで直径４００ｍｍのウエハ形状であり、中心に直径５０ｍｍの開口部１１０を有するカーボン支持基板を使用した。図２、５に示す態様のように、成膜対象基板１００を、その面法線３００が回転軸２００と平行であり、かつ原料ガスの流れる方向と直交するように、成膜室１０１０内に配置した。成膜に使用した成膜対象基板１００は６枚であり、各成膜対象基板１００の向かい合う成膜対象面１２０の基板間距離１４０がいずれも２０ｍｍとなるように、回転軸２００に串刺し状に固定した。なお、成膜対象基板１００の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室１０１０の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面１２０との距離も２０ｍｍとなるように設置した。
炭化珪素多結晶膜の成膜に使用した成膜装置１０００としては、成膜室１０１０の底面から原料ガスを導入し、天井より排出するホットウォール型の熱ＣＶＤ装置を用いた。成膜対象基板１００としては、厚み５ｍｍで直径４００ｍｍのウエハ形状であり、中心に直径５０ｍｍの開口部１１０を有するカーボン支持基板を使用した。図２、５に示す態様のように、成膜対象基板１００を、その面法線３００が回転軸２００と平行であり、かつ原料ガスの流れる方向と直交するように、成膜室１０１０内に配置した。成膜に使用した成膜対象基板１００は６枚であり、各成膜対象基板１００の向かい合う成膜対象面１２０の基板間距離１４０がいずれも２０ｍｍとなるように、回転軸２００に串刺し状に固定した。なお、成膜対象基板１００の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室１０１０の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面１２０との距離も２０ｍｍとなるように設置した。
成膜室１０１０内を排気ポンプにより真空引きを行って減圧状態とした後、Ａｒガスを導入して成膜室１０１０内の圧力を大気圧に戻し、Ａｒガスをフローさせながら、成膜室１０１０内を１４００℃まで加熱した。原料ガスとして、ＳｉＣｌ４、ＣＨ４を使用し、キャリアガスとしてＨ２を用いた。成膜対象基板１００をいずれも１ｒｐｍの回転速度で回転させながら、ガスの流量比が標準状態（０℃、１ａｔｍ）換算でＳｉＣｌ４：ＣＨ４：Ｈ２＝１：１：１０となる条件で、成膜対象面１２０のおもて面１２０ａとうら面１２０ｂに対し、２．５時間の成膜を実施した。このときの成膜室１０１０内の圧力は、２０ｋＰａとなるよう圧力制御を実施した。
成膜工程終了後、炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板１００を内径が１５１ｍｍのコアドリルを用いて、１枚の成膜対象基板１００から直径１５０ｍｍの基板を４枚くりぬいた。くりぬいた各基板の外周部は、成膜対象基板１００であるカーボン支持基板が露出した状態である。この基板を大気雰囲気で８００℃、１００時間以上加熱することで、カーボン支持基板を燃焼除去し、１枚の成膜対象基板１００あたり合計８枚の炭化珪素多結晶基板を分離した。残り５枚の炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板１００についても、同様の露出工程と燃焼除去工程による処理をすることで、１バッチ当たり合計４８枚の炭化珪素多結晶基板を得た。
これら４８枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は１３０μｍであり、最も厚い箇所は４００μｍであった。
（実施例２）
成膜対象基板１００としては、厚み５ｍｍで直径１５１ｍｍのウエハ形状であり、開口部１１０の無いカーボン支持基板を使用した。図３に示すように、回転軸２００に対して回転対称として４回対称にナットで挟んで配置したものを１組の回転対称基板群４００として、回転対称基板群４００の間における基板間距離４２０が２０ｍｍで等間隔となるように、合計６組（成膜対象基板１００の合計２４枚）の回転対称基板群４００を成膜室１０１０に配置した。また、成膜対象基板１００の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室１０１０の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面１２０との距離も２０ｍｍとなるように設置した。その他の条件は、実施例１と同様にして成膜した。
成膜対象基板１００としては、厚み５ｍｍで直径１５１ｍｍのウエハ形状であり、開口部１１０の無いカーボン支持基板を使用した。図３に示すように、回転軸２００に対して回転対称として４回対称にナットで挟んで配置したものを１組の回転対称基板群４００として、回転対称基板群４００の間における基板間距離４２０が２０ｍｍで等間隔となるように、合計６組（成膜対象基板１００の合計２４枚）の回転対称基板群４００を成膜室１０１０に配置した。また、成膜対象基板１００の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室１０１０の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面１２０との距離も２０ｍｍとなるように設置した。その他の条件は、実施例１と同様にして成膜した。
成膜工程終了後、炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板１００を成膜室１０１０から取り出し、炭化珪素多結晶膜の端部の一部を除去して成膜対象基板１００であるカーボン支持基板を露出させた。その後、この基板を大気雰囲気で８００℃、１００時間以上加熱することで、カーボン支持基板を燃焼除去した。これらの操作により、１枚の成膜対象基板１００あたり合計２枚、１バッチ当たり合計４８枚の炭化珪素多結晶基板を得た。
これら４８枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は１３０μｍであり、最も厚い箇所は４００μｍであった。
（比較例１）
成膜工程における成膜対象基板１００の回転速度を０ｒｐｍ（無回転）とした以外は、実施例１と同様に成膜工程、露出工程および燃焼除去工程を行った。得られた４８枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は３０μｍであり、最も厚い箇所は５２０μｍであった。
成膜工程における成膜対象基板１００の回転速度を０ｒｐｍ（無回転）とした以外は、実施例１と同様に成膜工程、露出工程および燃焼除去工程を行った。得られた４８枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は３０μｍであり、最も厚い箇所は５２０μｍであった。
［まとめ］
以上のとおり、本発明であれば、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における、成膜した膜の膜厚のバラつきを抑制することができる。実施例では、その一例として、カーボン基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する場合について紹介したが、本発明の効果は、この場合のみならず、カーボン基板やシリコン基板等に対し、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボン等の単結晶膜や多結晶膜等を成膜する場合においても、得られるものである。
以上のとおり、本発明であれば、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における、成膜した膜の膜厚のバラつきを抑制することができる。実施例では、その一例として、カーボン基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する場合について紹介したが、本発明の効果は、この場合のみならず、カーボン基板やシリコン基板等に対し、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボン等の単結晶膜や多結晶膜等を成膜する場合においても、得られるものである。
１００ 成膜対象基板
１１０ 開口部
１２０ 成膜対象面
１２０ａ おもて面
１２０ｂ うら面
１３０ 中心軸
１４０ 基板間距離
２００ 回転軸
３００ 面法線
４００ 回転対称基板群
４１０ 回転軸
４２０ 基板間距離
１０００ 成膜装置
１０１０ 成膜室
１０２０ 導入口
１０３０ 排気口
１０４０ 排出ガス導入室
１０５０ ボックス
１０６０ ヒーター
１１００ 筐体
Ａ 矢印
Ｂ 矢印
１１０ 開口部
１２０ 成膜対象面
１２０ａ おもて面
１２０ｂ うら面
１３０ 中心軸
１４０ 基板間距離
２００ 回転軸
３００ 面法線
４００ 回転対称基板群
４１０ 回転軸
４２０ 基板間距離
１０００ 成膜装置
１０１０ 成膜室
１０２０ 導入口
１０３０ 排気口
１０４０ 排出ガス導入室
１０５０ ボックス
１０６０ ヒーター
１１００ 筐体
Ａ 矢印
Ｂ 矢印
Claims (8)
- 化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する成膜方法であって、
前記成膜対象基板の成膜対象面の面法線と、原料ガスの流れる方向を直交させると共に、前記面法線と前記成膜対象基板が回転する回転軸が平行となる方向に前記成膜対象基板を回転させて成膜する、成膜方法。 - 前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、
複数の前記成膜対象基板の中心軸は、前記回転軸と一致する、請求項１に記載の成膜方法。 - 複数の前記成膜対象基板の基板間距離が等間隔である、請求項２に記載の成膜方法。
- 前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、
複数の前記成膜対象基板が回転対称に配置された少なくとも１つの回転対称基板群を構成する、請求項１に記載の成膜方法。 - 複数の前記回転対称基板群の回転軸が一致する、請求項４に記載の成膜方法。
- 複数の前記回転対称基板群の間における基板間距離が等間隔である、請求項５に記載の成膜方法。
- 前記成膜対象基板がシリコン支持基板またはカーボン支持基板であり、前記成膜方法は前記成膜対象基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する方法である、請求項１〜６のいずれかに記載の成膜方法。
- 請求項１〜７に記載の成膜方法を含む、基板の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2011216844A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-27 | Tokyo Electron Ltd | 成膜装置、成膜方法、回転数の最適化方法及び記憶媒体 |
| JP2012243861A (ja) * | 2011-05-17 | 2012-12-10 | Philtech Inc | 膜成長装置および発光ダイオード |
| WO2019038974A1 (ja) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | 基板処理装置、反応管、基板処理方法、および、半導体装置の製造方法 |
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2020
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