JP3918750B2

JP3918750B2 - 炭化珪素膜の成膜装置

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Publication number: JP3918750B2
Application number: JP2003074111A
Authority: JP
Inventors: 靖司立脇; 幹広鳥居
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004281912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に炭化珪素（ＳｉＣ）膜を成膜する炭化珪素膜の成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板の材料として近年、高耐熱、高耐圧、大電力特性の素子を実現することの可能な材料として炭化珪素（ＳｉＣ）が注目されている。また、こうした炭化珪素からなる半導体基板には通常、さらに純度の高い炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜が成膜されることが多い。これによって、半導体基板としてのさらなる機能向上が図られている。
【０００３】
図５は、こうした炭化珪素（ＳｉＣ）のエピタキシャル膜が形成された半導体基板（ウエハ）の側面構造を模式的に示している。同図５に示されるように、半導体基板１００の表面には、その全体に渡って均質（均一）なエピタキシャル膜１１０が成膜されることが望まれている。
【０００４】
ここで、半導体基板１００上にこうした炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜１１０を成膜する装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。図６に、この特許文献１に記載された装置の概要を示す。
【０００５】
同図６に示されるように、この装置は、大きくは、成膜室５０、ガス導入パイプ５１、プレート５２、加熱部５３、およびガス排出パイプ５４を備えて構成される。ここで、成膜室５０の内部中央には、上記ガス導入パイプ５１の先端ノズル５１ａが配設され、このガス導入パイプ５１の先端付近に、上記プレート５２が略直角に取り付けられている。さらに、プレート５２の上面には半導体基板１００が配置され、プレート５２の下面に設けられた加熱部５３によって、半導体基板１００が加熱されるようになっている。また、ガス導入パイプ５１は、成膜室５０の外部において、Ｈ₂ガス、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガス、Ｎ₂ガス、およびＣ₂Ｈ₂ガスの供給源にバルブｖ１〜ｖ４を介して、それぞれ接続されている。また一方、成膜室５０には図示しない排気ポンプ等に接続されたガス排出パイプ５４が設けられ、圧力調整バルブｖ５を介して成膜室５０内のガスを排気できるようになっている。
【０００６】
そして、このように構成された装置では、プレート５２上に配置された半導体基板１００をまずは加熱部５３によって１２００℃等、適宜の温度に加熱する。次いで、ガス排出パイプ５４によって成膜室５０内の排気を行いつつ、ガス導入パイプ５１から上記ガスを順次成膜室５０内に供給する。こうして成膜室５０内にそれら供給するガスに対応した気相が形成されることで、半導体基板１００の表面にエピタキシャル膜１１０が成長されるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５７１０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ガス導入パイプ５１から上記ガスを順次成膜室５０に供給することによって、半導体基板１００の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜１１０を成膜することは確かにできる。
【０００９】
しかしこの装置では、半導体基板１００に上記エピタキシャル膜１１０を成膜するために、成膜室５０の全体にガスを充満させる必要がある。すなわち、成膜室５０内にガスが充満されるまでは、半導体基板１００上へのエピタキシャル膜１１０の成膜が促進されないことから、膜の生成速度（成膜レート）も自ずと低下することとなる。特に、径の大きな半導体基板１００に上記エピタキシャル膜１１０を成膜する場合には、こうした成膜レートに起因する生産性の低下が顕著となる。
【００１０】
さらに、成膜室５０内を均一のガス雰囲気にする必要のある上記成膜装置では、成膜室５０内を満たし得る多量のガスが必要となる。しかし、上記各ガスのうち、そのほとんどは化学反応を起こさないままにガス排出パイプ５４によって成膜室５０の外部へ排出されることから、こうしたガスの損失も無視できないものとなる。
【００１１】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体基板上に炭化珪素（ＳｉＣ）からなるエピタキシャル膜を成膜するにあたり、該エピタキシャル膜を必要最小限のガス量にて精度よく、しかも迅速に成膜することのできる炭化珪素膜の成膜装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の炭化珪素膜の成膜装置では、成膜室内に装着された半導体基板を加熱された状態で回転しつつ、この半導体基板に炭化珪素膜を成膜するための処理ガスを供給して、同半導体基板に炭化珪素膜を成膜する。ここで、請求項１に記載の成膜装置では、成膜室内で１乃至複数の半導体基板を円周方向に沿って一括保持する円盤状の部材からなるとともに、各半導体基板に対応してそれらを個別に回転可能に保持する基板保持部材を有する保持部と、上記半導体基板の表面が上記円盤状の部材からなる保持部の基板保持面と平行な状態に維持されるかたちで半導体基板と共々、上記基板保持部材を回転せしめる回転機構とを備える構造とした。また、上記処理ガスを供給するガス供給部を、上記保持部の基板保持面に垂直に対峙してその中心部に処理ガスを導入するガス導入管と、上記保持部をその基板保持面側から所定の間隔を隔てて覆うように側壁を有する円盤状に形成されてその中心部に前記ガス導入管の内径と同一径にて設けられた開口が上記ガス導入管の先端に連結されてなるとともに、上記側壁が形成されないことによって上記ガス誘導板の外縁を露出させる複数の切り欠きが形成されたガス誘導板とを有する構造とした。また、上記保持部を、上記ガス誘導板の上記側壁の内径よりも小さい径からなる円盤状の基板保持板を有するものとして構成し、上記基板保持部材を介して同基板保持板に一括保持される上記半導体基板を上記側壁よりも低い位置に配置する構造とした。そして、上記ガス誘導板と上記保持部の基板保持面との間に供給される処理ガスを、上記保持部に保持されつつ加熱された状態で回転する半導体基板の回転態様と上記ガス誘導板の上記側壁との協働により上記保持部の基板保持面に沿って誘導しつつ、上記切り欠きを通じて同処理ガスを上記排出部に誘導する。
【００１３】
このような構造によれば、半導体基板の表面（成膜面）付近に処理ガスが略平行に供給されて、その表面に順次炭化珪素膜が成膜（成長）されるようになることから、その成膜レートも自ずと向上されるようになるとともに、必要とされる処理ガスの量も必要最小限とすることができる。また、こうして保持された状態を維持しつつ、半導体基板を回転させることによって、該半導体基板の表面のうち、処理ガスの上流側に位置する部分を順次移動させることができる。これにより、半導体基板の表面に供給される処理ガスの量が均一化されることから、成膜される炭化珪素膜の精度も自ずと高いものとなる。
【００１４】
しかも、このような構造によれば、処理ガスは、ガス導入管から保持部の中心部に略垂直に導入され、ガス誘導板によって半導体基板保持面に沿って半導体基板に誘導されるようになることから、半導体基板に効率的に処理ガスを供給することができる。また、こうした構造によれば、半導体基板の表面付近の処理ガスの流通方向を容易に規定することができる。
【００１５】
また、上記ガス導入管の先端にガス誘導板を連結することで、ガス流の乱れ等を招くことなく、上記保持された複数の半導体基板に対するより安定した処理ガスの供給を行うことができるようにもなる。
【００２１】
また、請求項１に記載の成膜装置は、請求項２に記載のように、前記ガス導入管を、処理ガスの通路としての上流から下流にかけて石英ガラスからなる管およびカーボンからなる管が順に連結されるものとして構成するようにしてもよい。
また、請求項３に記載の成膜装置のように、上記処理ガスについては、シラン系またはジクロロシラン系ガスおよび不飽和炭化水素ガスをキャリアガスと共に同時に供給する構造とすることで、全体としてのガス量を抑えつつ、成膜レートの向上、ひいては半導体基板自体の生産効率の向上を図ることができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる炭化珪素膜の成膜装置の第１の実施の形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００２３】
この実施の形態にかかる炭化珪素膜の成膜装置は、先の図５に示したように、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板（ウエハ）１００の表面に、さらに純度の高い炭化珪素からなるエピタキシャル膜１１０を成膜するためのものである。
【００２４】
はじめに、図１を参照して、この実施の形態にかかる成膜装置の全体構成を説明する。
図１に示されるように、この実施の形態にかかる炭化珪素膜の成膜装置は、大きくは、シリンダキャビネット１、成膜部２、および排気浄化部３を備えて構成される。
【００２５】
上記シリンダキャビネット１には、ボンベＢ１〜Ｂ４が保管されている。これらボンベＢ１〜Ｂ４のうち、ボンベＢ１およびボンベＢ２は、モノシランガス（ＳｉＨ₄）を生成するためのものであり、ボンベＢ３およびボンベＢ４は、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）を生成するためのものである。また、このシリンダキャビネット１にて生成されるモノシランガス（ＳｉＨ₄）およびプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）を供給するための配管はそれぞれ、その流通を制御するためのバルブＶ２およびバルブＶ３を介して上記成膜部２に接続されている。
【００２６】
一方、上記バルブＶ２およびバルブＶ３を介してこれらモノシランガス（ＳｉＨ₄）およびプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）を供給するための配管には、それらガスのキャリアガスを供給するための配管がその流通を制御するためのバルブＶ１を介して接続されている。すなわち、これらバルブＶ１〜Ｖ３が開弁操作されることにより、モノシランガス（ＳｉＨ₄）およびプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）に上記キャリアガスが混合され、この混合されたガスが、上記エピタキシャル膜１１０を成膜するための処理ガスＧとして成膜部２に供給される。
【００２７】
一方、こうして生成される処理ガスＧが供給される成膜部２は、実際に半導体基板１００の表面にエピタキシャル膜１１０を成膜する部分である。この成膜部２には、同図１に示されるように、成膜室２００と、それに接続される配管を開閉するバルブＶ４と、真空ポンプＰとが設けられている。このバルブＶ４は、シリンダキャビネット１と上記成膜室２００との間を接続する配管に介在されるバルブであり、その開放に伴って処理ガスＧが成膜室２００に供給されるようになる。また、真空ポンプＰは、成膜室２００内で処理された処理済みのガスを吸引してこれを上記排気浄化部３へ排出するためのものである。
【００２８】
なお、便宜上図示は省略したが、成膜室２００にはチラーなどの冷却装置が接続されており、該成膜室２００は、こうした冷却装置から冷却水などの供給を受けて、適宜冷却されるようになっている。
【００２９】
そして、排気浄化部３には、成膜部２から真空ポンプＰを介して排出される処理済みのガスを浄化して無害のガスとする除害装置３１と、この無害のガスを屋外等に排気する排気ファンＦとが設けられている。
【００３０】
次に、上記成膜室２００について、その具体構造を図２および図３を併せ参照して詳述する。
図２は、成膜室２００の全体の断面構造を模式的に示している。同図２に示されるように、ステンレスなどからなる円筒形状の本体２０１には、同じくステンレスなどからなる蓋２０２が、蝶番２０３によって開閉可能に取り付けられている。そして、この成膜室２００は、例えばＯリング２０４を介して上記本体２０１に上記蓋２０２が密着されることにより、その内部が密閉された状態となる。
【００３１】
ここで、上記本体２０１の略中央には、その内部に上記処理ガスＧを供給するガス導入管２１０が配設されている。このガス導入管２１０は、上述したバルブＶ４（図１）に接続されており、上流から下流にかけて、石英ガラスＱからなる管および密度の粗いカーボンＣからなる管が順に連結されて構成されている。これにより、バルブＶ４の開放に伴って供給される処理ガスＧが本体２０１の入り口付近で反応（固化）することが抑制されるようになる。
【００３２】
また、このガス導入管２１０の先端には、その中央にガス導入管２１０と同径の開口２１１ａが形成された円盤状のガス誘導板２１１が略直角方向に一体に形成されている。そして、このガス誘導板２１１の外縁には、処理済みのガスを誘導するための側壁２１１ｂと、処理済みのガスを排出するための切り欠き２１１ｃとが形成されている。
【００３３】
なお、この実施の形態では、これらガス導入管２１０やガス誘導板２１１をはじめ、上述したバルブＶ４およびシリンダキャビネット１等も含めてガス供給部が構成されている。
【００３４】
他方、同図２に示されるように、上記蓋２０２には、上記ガス誘導板２１１の外縁に形成される側壁２１１ｂの内径よりも小さい径からなる円盤状の基板保持板２２０が、上記ガス導入管２１０の垂直方向に対峙し、且つ、上記ガス誘導板２１１と所定の間隔を隔てて平行となるように適宜固定されている。そして、この基板保持板２２０には、その円周方向に３つの孔２２０ａ（図２ではそのうちの２つを示す）が形成されており、この孔２２０ａに上記半導体基板１００が一括保持されている。
【００３５】
ここで、図３を併せ参照して、これら半導体基板１００の基板保持板２２０への具体的な配設態様について説明する。
同図３に示されるように、上記半導体基板１００はそれぞれ、基板保持部材２２１に適宜の押え機構などによって装着されている。また、これら各基板保持部材２２１は、３本の軸２２２に各々一体回転可能に支持されている。これらの軸２２２は、先の図２に併せて示されるように、半導体基板１００と基板保持板２２０の保持面すなわち半導体基板保持面２２０ｂとが平行に保持され、且つ、半導体基板１００がガス誘導板２１１の側壁２１１ｂよりも低い位置に配置されるように、上記蓋２０２にボール軸受２２４を介して取り付けられる。なお、これらの軸２２２も、熱の伝達特性を考慮して、基板保持部材２２１側から順に、カーボンＣ、石英ガラスＱ、およびステンレスＳが連結された構造となっている。また、ここでも便宜上図示を省略するが、これら３本の軸２２２は、ベルト等の適宜の連結部材によって連結されており、回転速度を自在に操作することができるモータ等の動力源によって、それぞれが同じ速度で回転されるようになっている。
【００３６】
こうした構造により、上記処理ガスＧは、同図３に矢印にて示す態様でガス導入管２１０から基板保持板２２０の中央部に導入された後、ガス誘導板２１１によって基板保持面２２０ｂに沿って誘導されて流通されるようになる。すなわち、半導体基板１００に対し、処理ガスＧが平行方向に流通されるようになる。そしてさらに、上記軸２２２の回転に伴って、半導体基板１００の上記処理ガスＧに対して上流側に位置する部分が順次移動されるようになり、該半導体基板１００の表面には処理ガスＧが略均等に供給されるようになる。そして、処理済みとなったガスは、ガス誘導板２１１に設けられたこの例では３つの切り欠き２１１ｃから順次排出される。ちなみに、これらガス誘導板２１１、基板保持板２２０、および半導体基板１００が装着される基板保持部材２２１は、密度の細かいカーボンから構成されており、磁気エネルギー（電磁波）を受けて発熱されるようになっている。
【００３７】
なお、この実施の形態では、基板保持板２２０によって保持部が構成され、また軸２２２、基板保持部材２２１、およびこれらに接続されるモータ等によって半導体基板１００の回転機構が構成されている。
【００３８】
他方、図２に示されるように、基板保持板２２０およびガス誘導板２１１の位置に対応して、本体２０１の内部には、加熱手段としての高周波のコイル２３０がガス導入管２１０を周回するかたちで配設されている。そのため、このコイル２３０に高周波電流が流されると、そこに発生する磁気エネルギー（電磁波）を受けて基板保持板２２０、ガス誘導板２１１、および基板保持部材２２１が発熱し、これらの間に保持される半導体基板１００が加熱されるようになる。また、上記加熱部周辺には、これらを取り囲むように、密度の粗いカーボンＣなどからなる断熱材２４１が配設されており、半導体基板１００近傍の熱の発散が抑制されるようになっている。なお、この実施の形態では、これら基板保持板２２０、ガス誘導板２１１、基板保持部材２２１、およびコイル２３０が加熱部となる。
【００３９】
また、同図２に示されるように、上記ガス導入管２１０には、石英ガラスＱなどからなるガラス管２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃが該ガス導入管２１０と所定の間隔を隔ててこれを取り囲むように同心円状に配設されている。また、このガラス管２４０ａの内周、ガラス管２４０ｂの外周、ガラス管２４０ｃの内周にもそれぞれ、密度の粗いカーボンＣなどからなる断熱材２４１が配設されており、これらはＯリング２４２によって本体２０１に適宜固定されている。
【００４０】
ここで、ガラス管２４０ｂの外周とガラス管２４０ｃの内周との間に配設される断熱材２４１はさらに、石英ガラスＱ、および本体２０１を構成するステンレスＳ管に連結されており、上述と同様に、簡易ながらそれら処理済みのガスの温度を制御することができるようになっている。そして、これら連結された管によって、上記処理済みのガスを排出するガス排出通路２４３が構成されている。このガス排出通路２４３には、上述した真空ポンプＰ（図１）が接続されており、その吸引力に基づき、処理済みのガスが上記排気浄化部３へ排出されるようになっている。なお、この実施の形態では、これらガス排出通路２４３および真空ポンプＰによって排出部が構成されている。
【００４１】
次に、このように構成される本実施の形態の成膜装置を用いた炭化珪素（ＳｉＣ）膜の成膜手順の一例について、簡単に説明する。
この成膜装置による炭化珪素（ＳｉＣ）膜の成膜にあたっては、蓋２０２を開き、半導体基板１００を基板保持板２２０にセットした後、蓋２０２を閉じる。そして、バルブＶ１〜Ｖ４が閉弁されている状態から、以下に列記する手順に従って、その成膜操作が行われる。
（イ）真空ポンプＰ（図１）を作動させて成膜室２００（本体２０１）内の排気を行う。
（ロ）コイル２３０に高周波電流を流し、基板保持板２２０に保持される半導体基板１００およびその近傍を１２００℃以上に加熱する。
（ハ）バルブＶ１〜Ｖ３を開弁し、モノシランガス（ＳｉＨ₄）、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、およびキャリアガスを混合して、処理ガスＧを生成する。
（ニ）軸２２２に接続されるモータ等の動力源を駆動し、軸２２２を回転させる。
（ホ）バルブＶ４を開放し、上記処理ガスＧをガス導入管２１０およびガス誘導板２１１を通じて半導体基板１００の表面に供給する。
【００４２】
以上の操作により、適度に加熱された半導体基板１００の回転に伴って、成膜される部分が順次移動されつつ、その表面全体に均一なエピタキシャル膜１１０が成膜されるようになる。また、真空ポンプＰは、これらエピタキシャル膜１１０の成膜中、所定の吸引力にて作動されて成膜室２００内の処理済みのガスを排気浄化部３へ排出する。
【００４３】
こうして半導体基板１００上へのエピタキシャル膜１１０の成膜が終了した後は、バルブＶ１〜Ｖ４を閉弁して処理ガスＧの供給を停止する。その後、コイル２３０への通電、並びにモータ等の駆動を停止する。
【００４４】
以上説明したように、この第１の実施の形態にかかる炭化珪素膜の成膜装置によれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。
（１）この実施の形態では、半導体基板１００の表面（成膜面）付近に略平行に処理ガスＧを供給して、その表面に順次エピタキシャル膜１１０を成膜することから、その成膜レートも自ずと向上されるようになるとともに、必要とされる処理ガスＧの量も必要最小限とすることができる。また、こうして半導体基板１００が略平行に保持された状態を維持しつつ、さらにこれを回転させる構造としたことで、該半導体基板１００の表面のうち、処理ガスＧの上流側に位置する部分を順次移動させることができる。これにより、半導体基板１００の表面に供給される処理ガスＧの量が均一化され、成膜されるエピタキシャル膜１１０の精度も自ずと高いものとなる。
【００４５】
（２）この実施の形態では、ガス導入管２１０から、基板保持板２２０の中心部に略垂直に処理ガスＧを供給し、該基板保持板２２０に略平行に配設されるガス誘導板２１１との間を流通させることによって処理ガスＧを半導体基板１００の表面に供給する構造とした。こうした構造によれば、半導体基板１００の表面に効率的に処理ガスＧを供給することができるとともに、該半導体基板１００の表面付近に略平行に処理ガスＧを供給することができる。
【００４６】
（３）この実施の形態では、上記基板保持板２２０によって３枚の半導体基板１００を一括保持し、これらに同時にエピタキシャル膜１１０を成膜することができるため、その製造にかかる時間やコストを大幅に低減することができるようにもなる。
【００４７】
（４）また、この実施の形態では、上記ガス誘導板２１１に側壁２１１ｂを設け、基板保持板２２０とガス誘導板２１１との間に処理ガスＧを充満させる一方で、この側壁２１１ｂに設けた切り欠き２１１ｃから処理済みのガスを排出させるようにした。そのため、処理済みとなったガスに関してもその流通を好適に促進することができる。
【００４８】
（５）この実施の形態では、ガス導入管２１０の先端にガス誘導板２１１を一体に形成したことで、ガス流の乱れ等を招くことなく、基板保持板２２０に保持された複数の半導体基板１００に対するより安定した処理ガスの供給を行うことができるようにもなる。
【００４９】
（６）この実施の形態では、キャリアガスにモノシランガス（ＳｉＨ₄）およびプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）が混合された処理ガスＧを半導体基板１００に供給している。そのため、それら各ガス毎に成膜室２００内を排気する必要がなく、エピタキシャル膜１１０を迅速に成膜することができる。
【００５０】
なお、この第１の実施の形態については、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、ガス導入管２１０の先端にガス誘導板２１１を一体に形成したが、これらは一体である必要はなく、ガス導入管２１０およびガス誘導板２１１を別々に形成してもよい。
【００５２】
・上記実施の形態では、３枚の半導体基板１００に同時にエピタキシャル膜１１０を成膜する構造としたが、エピタキシャル膜１１０の精度を保つことができる範囲で、これら枚数を増加または減少させることも可能である。
【００５３】
・上記実施の形態では、半導体基板１００の保持される基板保持板２２０に垂直方向に対峙するガス導入管２１０と、基板保持板２２０に平行に配設されるガス誘導板２１１との間を処理ガスＧが流れることにより、半導体基板１００に対して該処理ガスＧが略平行に供給される構造とした。しかし、こうした構造もまた任意であり、要は、半導体基板１００の表面に略平行に処理ガスＧを供給する構造を有していればよい。
【００５４】
・上記実施の形態では、半導体基板１００を回転させるための各軸２２２をベルト等によって連結して、これらを一括して回転させる構造としたが、これら軸２２２に別々の回転機構を接続し、個別に回転させるようにしてもよい。
【００５５】
（第２の実施の形態）
続いて、この発明にかかる炭化珪素膜の成膜装置の第２の実施の形態について、先の第１の実施の形態と異なる点を中心に詳細に説明する。
【００５６】
この第２の実施の形態にかかる成膜装置も、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板（ウエハ）１００に略平行方向に処理ガスを供給し、その表面にさらに純度の高い炭化珪素からなるエピタキシャル膜１１０を成膜するためのものである。そして、この第２の実施の形態では、前述した円盤状のガス誘導板に代えて、その一部分がテーパ状となっているガス誘導板を用いるようにしている。
【００５７】
図４に、こうした第２の実施の形態にかかる成膜装置の一部についてその断面構造を模式的に示す。ちなみに、図４に径「Φ１」にて示す領域は、半導体基板１００の中心を結んだ領域を示している。この実施の形態では、この径「Φ１」よりも内側の領域、すなわち径「Φ２」にて囲まれる領域を「上流端」といい、径「Φ１」よりも外側の領域、すなわち、径「Φ３」にて囲まれる領域を「下流端」という。なお、図４において、先の図１〜図３に示した第１の実施の形態の装置の要素と同一若しくは対応する要素についてはそれぞれ同一若しくは対応する符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。
【００５８】
図４に示されるように、この実施の形態において、円盤状の基板保持板２２０’の基板保持面２２０ｂ’には、その円周方向沿って複数（図４ではそのうちの２枚を示す）の半導体基板１００が適宜の部材によって保持されている。この基板保持板２２０’は先の第１の実施の形態と同様、その中心が上記ガス導入管２１０の垂直方向に対峙するかたちで上記蓋２０２（図２参照）に適宜固定されている。そして、このガス導入管２１０の先端には、その中央にガス導入管２１０と同径の開口２１１ａ’が形成されたガス誘導板２１１’が略直角方向に一体に形成されている。
【００５９】
これにより、上記処理ガスＧは、同図４に矢印にて示すように、ガス導入管２１０から基板保持板２２０’の中央部に導入された後、ガス誘導板２１１’によって基板保持面２２０ｂ’に沿って誘導されて流通されるようになる。すなわち、半導体基板１００に対し、処理ガスＧが平行方向に流通されるようになる。
【００６０】
ところで、上記ガス誘導板２１１’は、上記ガス導入管２１０から導入される処理ガスＧの流速が、少なくとも半導体基板１００に対する上流端と下流端とで同等の流速となるように、該半導体基板１００との離間距離が設定されている。すなわち、同図４に径「Φ２」にて示す上流端での離間距離Ｌ１と、径「Φ３」にて示す下流端での離間距離Ｌ２との間には、少なくとも「Ｌ１＞Ｌ２」といった関係が成り立っている。
【００６１】
具体的には、ガス誘導板２１１’のうち、径「Φ３」と径「Φ２」によって区画される処理ガスＧの中流から下流端の領域に、上記離間距離Ｌ１が離間距離Ｌ２へと徐々に短縮されるかたちで傾斜するテーパ状の斜面ＳＭを形成している。
【００６２】
これにより、処理ガスＧの中流から下流端の領域部分での流量の減少に伴って、その流通経路であるガス誘導板２１１’と基板保持板２２０（半導体基板１００）とで囲まれる隙間が小さくなることから、該部分での処理ガスＧの流速の低下が物理的に補われるようになる。そのため、処理ガスＧは、半導体基板１００上にてほぼ一定の流速にて流通されるようになるため、該処理ガスＧの供給によって成膜されるエピタキシャル膜１１０の精度も高く維持することができるようになる。
【００６３】
なお、この実施の形態では、ガス誘導板２１１’によって調速手段が構成される。ちなみに、このガス誘導板２１１’および上記基板保持板２２０’もまた、密度の細かいカーボンから構成され、磁気エネルギー（電磁波）を受けて発熱されるようになっている。
【００６４】
次に、第２の実施の形態の成膜装置を用いた炭化珪素（ＳｉＣ）膜の成膜手順の一例について、簡単に説明する。
この成膜装置による炭化珪素（ＳｉＣ）膜の成膜にあたっては、蓋２０２（図２）を開き、半導体基板１００を基板保持板２２０’にセットした後、蓋２０２を閉じる。そして、バルブＶ１〜Ｖ４が閉弁されている状態から、以下に列記する手順に従って、その成膜操作が行われる。
（へ）真空ポンプＰ（図１）を作動させて成膜室２００内の排気を行う。
（ト）コイル２３０（図２）に高周波電流を流し、基板保持板２２０’に保持される半導体基板１００およびその近傍を１２００以上に加熱する。
（チ）バルブＶ１〜Ｖ３を開弁し、モノシランガス（ＳｉＨ₄）、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、およびキャリアガスを混合して、処理ガスＧを生成する。
（リ）バルブＶ４を開放し、上記処理ガスＧをガス導入管２１０およびガス誘導板２１１’を通じて半導体基板１００の表面に供給し、該半導体基板１００の表面にエピタキシャル膜１１０を成膜する。
【００６５】
以上の操作により、適度に加熱された半導体基板１００の表面には、ガス誘導板２１１’の上記テーパ状の斜面ＳＭを通じて、同等の流速にて処理ガスＧが供給されることとなり、ひいては同半導体基板１００の表面により均等にエピタキシャル膜１１０が成膜されるようになる。また、真空ポンプＰは、これらエピタキシャル膜１１０の成膜中、所定の吸引力にて作動されて成膜室２００内の処理済みのガスを排気浄化部３へ排出する。その後の流れは、上述した第１の実施の形態と同様であるため、ここでは省略する。
【００６６】
以上説明したように、この第２の実施の形態にかかる炭化珪素膜の成膜装置によれば、以下に列記するような優れた効果が得られるようになる。
（１）この実施の形態では、ガス誘導板２１１’のうち、処理ガスＧの中流から下流端にあたる径「Φ３」と径「Φ２」によって区画される部分を、離間距離Ｌ１から離間距離Ｌ２へと徐々に短縮されるテーパ状の斜面ＳＭとした。これにより、処理ガスＧの流量が減少する中流から下流端にかけて処理ガスＧの流速が物理的に高めるようになるため、処理ガスＧの流速は、半導体基板１００上にてほぼ一定に保たれることとなる。その結果、半導体基板１００上に均一なエピタキシャル膜１１０を成膜することができるようになる。
【００６７】
（２）この実施の形態では、基板保持板２２０’によって複数の半導体基板１００を保持するとともに、これらに対向して配設されるガス誘導板２１１’の一部にテーパ状の斜面ＳＭを設けることで、これら保持された半導体基板１００のそれぞれに同等の流速にて処理ガスＧを供給する構造とした。そのため、複数の半導体基板１００に精度のよいエピタキシャル膜１１０を同時に成膜できることとなり、その製造にかかる時間やコストを大幅に低減することができるようにもなる。
【００６８】
なお、この第２の実施の形態についても、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、処理ガスＧを、ガス導入管２１０から基板保持板２２０’の中央部に導入した後、ガス誘導板２１１’によって半導体基板１００平行に流通させるとともに、該ガス誘導板２１１’のテーパ状の斜面ＳＭによってその流速を制御するようにした。しかし、こうした斜面ＳＭは、ガス誘導板２１１’の一部として形成される場合に限らず、例えば、半導体基板に対向して且つ、処理ガスＧの半導体基板に対する上流端から下流端にかけて半導体基板との離間距離が徐々に短縮されるように配設される斜板として構成することも可能である。こうした場合でも、処理ガスＧの中流から下流端の領域部分での流量の減少に伴って、その流通経路が狭く形成されるようになることから、該部分での処理ガスＧの流速の低下は物理的に補われるようになる。そのため、処理ガスＧは、半導体基板１００上にてほぼ一定の流速にて流通されるようになる。
【００６９】
・また、上記実施の形態は、先の第１の実施の形態またはその変形例と互いに組み合わせて実施することもできる。すなわち、例えば先の第１の実施の形態のガス誘導板２１１に代えて、上記実施の形態のガス誘導板２１１’をガス導入管２１０に取り付けるようにしてもよい。
【００７０】
その他、上記第１または第２の実施の形態に共通して変更可能な要素としては、以下のようなものがある。
・上記各実施の形態では、シラン系またはジクロロシラン系ガスとして、モノシランガス（ＳｉＨ₄）を採用した。しかし、これらシラン系またはジクロロシラン系ガスとしては他に、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、ヘキサクロロシラン等があり、これらを採用することもできる。また、不飽和炭化水素ガスとして、プロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）に代えて、アセチレン、エチレン等を採用することもできる。なお、上記キャリアガスとしては、例えば水素（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）などの単一ガスのほか、これらを適宜に混合した混合ガスなども採用することができる。
【００７１】
・上記各実施の形態では、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板１００にエピタキシャル膜１１０を成膜したが、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板にこうしたエピタキシャル膜１１０を成膜してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる炭化珪素膜の成膜装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同実施の形態の成膜室についてその具体構造を示す概略断面図。
【図３】半導体基板の配設態様を示す斜視図。
【図４】本発明にかかる炭化珪素膜の成膜装置の第２の実施の形態を示す側部部分断面図。
【図５】エピタキシャル膜の成膜態様を示す一部正面図。
【図６】従来の炭化珪素膜の成膜装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１…シリンダキャビネット、２…成膜部、３…排気浄化部、１００…半導体基板、１１０…エピタキシャル膜、２００…成膜室、２０１…本体、２０２…蓋、２０３…蝶番、２０４…Ｏリング、２１０…ガス導入管、２１１、２１１’…ガス誘導板、２１１ａ…開口、２１１ｂ…側壁、２１１ｃ…切り欠き、２２０、２２０’…基板保持板、２２０ａ…孔、２２１…基板保持部材、２２２…軸、２２０ｂ、２２０ｂ’…基板保持面、２２４…ボール軸受、２３０…コイル、２４０ａ…ガラス管、２４０ｂ…ガラス管、２４０ｃ…ガラス管、２４１…断熱材、２４２…Ｏリング、２４３…ガス排出通路。

Claims

半導体基板に炭化珪素膜を成膜するための処理ガスを供給するガス供給部と処理済みのガスを排出する排出部とを備える成膜室を有し、該成膜室内に装着された半導体基板に対して前記炭化珪素膜の成膜を行う炭化珪素膜の成膜装置において、
前記成膜室内で１乃至複数の半導体基板を円周方向に沿って一括保持する円盤状の部材からなるとともに、各半導体基板に対応してそれらを個別に回転可能に保持する基板保持部材を有する保持部と、
前記半導体基板の表面が前記円盤状の部材からなる保持部の基板保持面と平行な状態に維持されるかたちで半導体基板と共々、前記基板保持部材を回転せしめる回転機構と、
この保持され、且つ回転する半導体基板を加熱する加熱部とを備え、
前記ガス供給部は、前記保持部の基板保持面に垂直に対峙してその中心部に前記処理ガスを導入するガス導入管と、前記保持部をその基板保持面側から所定の間隔を隔てて覆うように側壁を有する円盤状に形成されてその中心部に前記ガス導入管の内径と同一径にて設けられた開口が前記ガス導入管の先端に連結されてなるとともに、前記側壁が形成されないことによって前記ガス誘導板の外縁を露出させる複数の切り欠きが形成されたガス誘導板とを有するものであって、
前記保持部は、前記ガス誘導板の前記側壁の内径よりも小さい径からなる円盤状の基板保持板を有し、前記基板保持部材を介して同基板保持板に一括保持される前記半導体基板を前記側壁よりも低い位置に配置し、
前記ガス誘導板と前記保持部の基板保持面との間に供給される処理ガスを、前記保持部に保持されつつ加熱された状態で回転する半導体基板の回転態様と前記ガス誘導板の前記側壁との協働により前記保持部の基板保持面に沿って誘導しつつ、前記切り欠きを通じて同処理ガスを前記排出部に誘導する
ことを特徴とする炭化珪素膜の成膜装置。
前記ガス導入管は、前記処理ガスの通路としての上流から下流にかけて石英ガラスからなる管およびカーボンからなる管が順に連結されてなる
請求項１に記載の炭化珪素膜の成膜装置。
前記ガス供給部は、前記処理ガスとして、シラン系またはジクロロシラン系ガス、および不飽和炭化水素ガスをキャリアガスと共に同時に供給するものである
請求項１または２に記載の炭化珪素膜の成膜装置。