JP3918750B2 - 炭化珪素膜の成膜装置 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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