JP4281565B2

JP4281565B2 - Ｃｖｄ装置

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Publication number: JP4281565B2
Application number: JP2004029622A
Authority: JP
Inventors: 章憲関
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005223143A

Description

本発明は、炭化ケイ素半導体を製造するためのＣＶＤ装置に関し、より詳細には、エピタキシャル成長により基板上に炭化ケイ素薄膜を堆積させるＣＶＤ装置に関する。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体は、耐熱性及び機械的強度に優れ、青色発光ダイオードの材料等に利用されていることや、高耐圧性及び低イオン抵抗性による省エネルギー化の要求より、高出力低損失の電力用素子への応用などにおいて近年注目されている。かかるＳｉＣ半導体は、基板上にＳｉＣ薄膜を堆積させて形成される。ＳｉＣ半導体を形成するために、ＳｉＣ薄膜を基板上に堆積させるには、例えば、ＳｉＣのエピタキシャル成長を利用することができる。

具体的に、基板上にＳｉＣ薄膜を堆積させるためには、加熱したＳｉＣウェハ表面でＨ₂ガスとＳｉＨ₄ガスとＣ₃Ｈ₈ガス等を含む原料ガスを反応させ、エピタキシャル成長によってＳｉＣ薄膜を堆積させる。この際、ＳｉＣ薄膜を均一に成長させるためには、ＳｉＣウェハ上における原料ガスの流れが均一であり、且つ、原料ガスが均一に混合されていることや、基板に熱が均一に伝わることが重要である。

かかる観点から、基板上に平行なガスの流れを形成して均一な薄膜を形成することができるＣＶＤ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかるＣＶＤ装置によれば、基板が設置された発熱体を通りすぎたガスの流れを調整し、基板の表面に平行なガスの流れを形成可能としている。

しかし、前記ＣＶＤ装置等においても、原料ガスが滞留する部位が存在し、さらに、原料ガスの混合が不均一であるため等の理由から、ＳｉＣ薄膜の膜厚や電気特性の均一性が確保できない場合が生じてしまう。また、原料ガスの混合ガスが不均一である等の理由により、基板上の温度分布が不均一になってしまう。更には、原料ガスが上流側（ガス供給側）で分解し、下流側（ガス排出側）に比して成長速度が低下するため、下流部に向かうに従って開口径を小さくし、原料ガスの流速を上昇させることで原料ガスの供給率を均一化することが必要である。

また、ＳｉＣウェハを加熱するための発熱体や装置の内壁には、ＳｉＣの反応生成物やゴミ等の不純物が付着することがある。かかる不純物は、ＳｉＣの成長時のガス流量が数リットル／ｍｉｎ〜数１０リットル／ｍｉｎと大きいことや、ウェハ搬送時に真空引きとガス充填とを繰り返すこと等の原因によって、内壁等から剥がれ落ちやすくなる。このため、これらの不純物が、反応管内に散在して原料ガスに混入してＳｉＣウェハ表面やＳｉＣ層に付着・混入することがあり、得られたＳｉＣ半導体の機能を低下させてしまう原因となっている。

更に、前記発熱体は、黒鉛素材のグラスウール等多孔質性状を有する材料等の断熱材を介して反応管の内部に設置されることが多い。しかし、かかる断熱材にも不純物が吸着することが多く、また、断熱材の一部が剥がれ落ちて不純物となることがある。
特開２００２−２５２１７６号公報

上述の問題を解決すべく、本発明は、欠陥が少なく均一な電気特性を有するＳｉＣ半導体を製造することが可能なＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

本発明のＣＶＤ装置は、反応室と、前記反応室の内部に設置された筒状の加熱部材と、下面側に原料ガスの流通路が形成されるように前記筒状の加熱部材の内部に設置された基板と、前記基板の下面側に形成された流通路に前記原料ガスを供給する供給手段と、前記基板の下面側に形成された流通路を通過した原料ガスを排出する排出手段と、を備え、前記原料ガスを反応させて前記基板の下面表面に炭化ケイ素薄膜を堆積させるようにして構成することができる。

本発明のＣＶＤ装置によれば、筒状の加熱部材の内部に基板が、その下面側に原料ガスの流通路が形成されるように配置されるため、基板の下面を炭化ケイ素薄膜の成長面とすることができる。これにより、加熱部材による加熱時に上昇気流によって基板の炭化ケイ素薄膜の成長面を加熱することができることから、高温時の加熱効率、及び、基板の温度分布を均一にすることができる。また、基板の下面に炭化ケイ素薄膜の成長面が形成されることから、反応生成物やゴミ等の不純物の落下の際にこれらが炭化ケイ素薄膜の成長面に付着するのを防止することができる。

前記原料ガスは、通常、Ｃ₃Ｈ₈（プロパン）とＳｉＨ₄（シラン）とＨ₂との混合ガスが用いられる。また、本発明における基板としては、ＳｉＣウェハ（ＳｉＣ基板）を好適に用いることができる。筒状の加熱部材は、筒状であってその内部に設置される基板を約１４００℃〜２０００℃に加熱できるものであれば特に限定はなく用いることができる。本発明においては、前記筒状の加熱部材を高周波で誘導加熱して、間接的に基材を加熱することが好ましい。かかる観点から、前記筒状の加熱部材は、誘導加熱される部材で構成されるのが好ましく、例えば、黒鉛、グラファイト、炭化ケイ素にコーティングされたグラファイト等によって構成されるのが好ましい。誘電加熱によって前記筒状の加熱部材を加熱する場合、かかる加熱部材は、例えば、黒鉛素材のグラスウール等の多孔質構造を有し断熱機能を有する断熱部材を介して、反応室の内部に設置することができる。

また、本発明のＣＶＤ装置は、基板の上面に均熱板を設置することができる。本発明のＣＶＤ装置は、基板の上面と密着するように均熱板を設置することで、基板の温度分布を均一にすることができる。ここで、「均熱板」とは、熱容量の比較的大きな材料で形成され、基板の温度分布を均一にすることができる板状の部材であれば特に限定されず、例えば、グラファイトや、炭化ケイ素がコーティングされたグラファイト等を用いることができる。また、均熱板のサイズは、基板の温度均一効果を奏することができれば特に限定はないが、十分に温度均一効果を発揮する観点からは、基板よりも大きなサイズのものが好ましい。また、均熱板を基板の上面（エピタキシャル成長面の裏面）に密着させて設置することで、基板の上面部への成長や昇華が抑制され、基板の上面の平坦性を確保することができる。このことによって、後の半導体組成製造プロセスへの適用性が向上する。

本発明のＣＶＤ装置によれば、均熱板の厚みを、前記筒状の加熱部材の壁厚よりも小さくして構成することができる。このように、均熱板の厚みを筒状の加熱部材の壁厚よりも小さくすることで、基板温度を周辺（筒状の加熱部材内壁）温度よりも低くするこができる。これにより、温度勾配によって原料ガスの拡散速度が向上し、炭化ケイ素薄膜の成長速度を向上させることができる。

一方、本発明のＣＶＤ装置によれば、前記均熱板の厚みを、前記筒状の加熱部材の壁厚よりも大きくして構成することもできる。このように、均熱板の厚みを筒状の加熱部材の壁厚よりも大きくすることで、基板温度と周辺（筒状の加熱部材内壁）温度との温度差が小さくなることから、温度勾配による原料ガスの拡散速度を低下させることができ、これにより、基板の表面温度の均一性を向上させることができる。

このように、本発明によれば、均熱板の厚みと筒状の加熱部材の壁厚との比を適宜調整することで、成長速度及び基板の表面温度を制御することができる。

また、上述のように本発明の筒状部材を誘導加熱によって加熱する場合、本発明のＣＶＤ装置は、前記筒状の加熱部材を誘導加熱する誘導加熱手段を備えて構成することができる。前記誘導加熱手段としては、高周波を発する高周波コイル等を用いることができる。

本発明のＣＶＤ装置は、前記筒状の加熱部材に前記基板を支持する支持部材を備えて構成することができる。本発明のＣＶＤ装置によれば、基板を支持部材によって支持して、筒状の加熱部材の内部に設置することで、容易に基板の下面側に原料ガスの流通路を確保することができる。

前記支持部材の形状は、基板の下面側に原料ガスの流通路となる空間を確保することできるものであれば特に限定されない。また、前記支持部材を構成する材料としては、耐熱性の高い部材を用いることが好ましい。前記耐熱性の高い部材としては、好ましくは１４００℃以上、更に好ましくは１６００℃以上、特に好ましくは２０００℃以上の温度に耐えうる素材が好ましく、例えば、グラファイト、ＳｉＣによってコーティングされたグラファイト、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）、ＴｉＮ（窒化チタン）等を用いることができる。

また、本発明においては、基板を筒状の加熱部材内に設置する際に、前記支持部材と同様に耐熱性の高い部材によって形成された搬送トレイを用いて基板を設置してもよい。

また、本発明のＣＶＤ装置は、前記基板の下面側に形成される前記原料ガスの流通路の径を、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって、連続的若しくは段階的に減少するよう構成することができる。基板の炭化ケイ素薄膜成長面付近において原料ガスは、その供給側（上流側）において分解される量が多くなることから、排出側（下流側）においては原料ガスの基板表面に対する供給量が低下し、基板の原料ガス排出側の炭化ケイ素薄膜の成長速度が低下してしまう。本発明のＣＶＤ装置によれば、前記原料ガスの流通路の径を原料ガスの移動方向に沿って減少させることで、原料ガスの排出側において原料ガスの流速を上げることができる。これにより、基板の炭化ケイ素薄膜成長面における原料ガスの流れ分布を調整することができ、炭化ケイ素薄膜の成長速度の均一性を向上させることができる。

原料ガスの流通路の径を、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって、連続的若しくは段階的に減少するよう構成する方法は特に限定されるものではないが、例えば、スペーサーの形状や筒状加熱部材の形状等によって流通路の径を減少させることができる。

更に本発明のＣＶＤ装置は、前記筒状の加熱手段の壁厚が、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって連続的若しくは段階的に減少又は増加するように構成することができる。これにより、原料ガスの流れる方向に従って前記加熱手段の壁厚の差異による温度分布の制御が可能となる。例えば、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって連続的若しくは段階的に筒状の加熱手段の壁厚を増加させることで、基板の排出側の混合ガスの温度を高くして炭化ケイ素薄膜の成長速度の均一化を図ることができる。

本発明によれば、欠陥が少なく均一な電気特性を有するＳｉＣ半導体を製造することが可能なＣＶＤ装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態におけるＣＶＤ装置を示す概略的断面図である。図１においてＣＶＤ装置１０は、供給管１２と、ミキシングチャンバ１４と、反応管１６と、排出管１８と、から構成される。

供給管１２は、Ｈ₂ガスが供給される供給管１２ａ、ＳｉＨ₄ガスが供給される供給管１２ｂ及びＣ₃Ｈ₈ガスが供給される供給管１２ｃの各々の一端と連結しており、各供給管から供給されたガスの混合ガスを、ミキシングチャンバ１４に供給するように構成されている。また、供給管１２ａ，１２ｂ及び１２ｃには、各々ＭＦＣ１３ａ，１３ｂ及び１３ｃが備えられており、各ガスの供給量を調整できるようになっている。

ミキシングチャンバ１４には、供給管１２の他端が連結されており、Ｈ₂ガスとＳｉＨ₄ガスとＣ₃Ｈ₈ガスとの混合ガスが供給管１２から供給される。かかる混合ガスは、基板上にＳｉＣ薄膜を堆積させるための原料ガスとなる。ミキシングチャンバ１４には複数の孔が設けられた混合用シャワー板２０と複数の孔が設けられた拡散用シャワー板２２が設置されている。ミキシングチャンバ１４に供給された原料ガスは、混合用シャワー板２０の各孔を通過することによって濃度分布が均一になるように混合される。混合用シャワー板２０に設けられる孔の径や数は、原料ガスの原料及び混合の程度等を考慮して適宜選定することができる。

混合用シャワー板２０によって混合された原料ガスは、さらに拡散用シャワー板２２の各孔を通過することによって拡散されながら反応管１６に供給される。拡散用シャワー板２２に設けられる孔の径及び数は、原料ガスが均一に拡散するように混合用シャワー板２０との関係によって適宜選定することができる。

また、本実施の形態においてミキシングチャンバ１４内に設置する混合用のシャワー板２０はミキシングチャンバ１４内を駆動可能なように設計することができる．これにより、ミキシングチャンバ１４内で原料ガスの供給量及び圧力を自由に調整することができ、素材選択の自由度を高めることができる。

反応管１６内においては、ミキシングチャンバ１４から供給された原料ガスがＳｉＣで形成された基板２４の表面で反応することによって、基板２４上にＳｉＣ薄膜が堆積させる。反応管１６は石英で形成されており、断熱材２６と、サセプタ２８と、スペーサー３０と、から構成され、基板２４は、スペーサー３０に支持された搬送トレイ３２に、その下面側に原料ガスの流通路が形成されるように載置されている。また、基板２４の上面には、基板２４と密着するように均熱板３４が設置されている。

まず、図２を用いて反応管１６の断面構造について説明する。図２は、反応管１６のＡＡ’断面図である。図２に示すように反応管１６、断熱材２６、及び、サセプタ２８は円筒状の形状を有しており、サセプタ２８は断熱材２６を介して反応管１６に設置されている。また、基板２４は、サセプタ２８に囲まれるようにスペーサー３０上に搬送トレイ３２を介して載置されており、その上面には均熱板３４が設置されている。更に基板２４の下面側には、原料ガスの流通路３６が形成されている。

断熱材２６は、黒鉛素材のグラスウールで構成されており、サセプタ２８の熱が反応管１６に伝わらないように断熱する役割を担っている。また、断熱材２６は、反応管１６の内壁に密着するように設置されており、図１におけるＡＡ’断面がドーナツ状となる形状を有する。更に、断熱材２６の中心側にはサセプタ２８が固定されている。

サセプタ２８は、炭化ケイ素でコーティングされたグラファイト製の部材で形成されており、チューブ状（筒状）の形態を有している。サセプタ２８は、筒状内部に載置された基板２４を加熱するために設けられ、筒状の形態によって均一に基板２４を加熱することができる。本実施の形態におけるサセプタ２８の壁厚は、原料ガスの供給側から排出側に向かって均一に構成されており、その厚みは均熱板３４との関係で適宜決定される。また、サセプタ２８は、反応管１６の外部に設置されたＲＦコイル３８の誘電加熱によって発熱して、間接的に基板を加熱できるようになっている。ＲＦコイル３８は、高周波の磁束を発生して、サセプタ２８に渦電流を誘導し、渦電流によりジュール熱でサセプタ２８を発熱させる。

図１に示すように、サセプタ２８は断熱材２６を介して、サセプタ２８の長尺方向が反応管１６の内壁と平行になるように設置される。また、サセプタ２８は、間接的に基板２４を加熱して、１０００〜２２００℃程度まで加熱することができる。サセプタ２８の加熱温度は、図示を省略する制御手段にて、サセプタ２８と基板２４との表面温度に基づいて制御される。

基板２４は、ＳｉＣで構成されており、サセプタ２８上に反応管１６の内壁と平行になるように載置される。ＳｉＣ薄膜を成長させる際、基板２４は、サセプタ２８によって１３００℃以上に加熱されることが好ましく、１５００〜２３００℃程度にまで加熱されることが更に好ましい。

図１に示すように基板２４は搬送トレイ３２に組み込まれてサセプタ２８の内部に設置される。その際、搬送トレイ３２は、スペーサー３０の上に載置され、その下面側に原料ガスの流通路が形成される。これにより、基板２４の下面がＳｉＣ薄膜成長面となり、反応管１６内の反応によって基板２４の下面にＳｉＣ層（薄膜）が形成される。基板２４の厚さは、目的に応じて適宜選定すればよく、本実施の形態においては４００μｍ程度のものが用いられている。

基板２４の上面に密着するように設置される均熱板３４は、サセプタ２８と同様に炭化ケイ素でコーティングされたグラファイト製の部材で形成されている。また、均熱板３４は、基板２４表面の温度勾配を均一にするように、基板２４の上面の全てを覆うように設置される。図１に示すように、均熱板３４の厚みは、基板２４表面の温度勾配を均一にする観点から、一定であることが好ましい。また、均熱板３４の厚みは、サセプタ２８の壁厚との関係で適宜決定することができる。

基板２４及び均熱板３４が載置される搬送トレイ３２は、多結晶ＳｉＣ製の部材で形成されており、底面に開口部を有するように構成されている。搬送トレイ３２の下側には原料ガスの流通路となる空間がスペーサー３０によって形成されている。図３及び４を用いて搬送トレイ３２の形状について説明する。図３は、搬送トレイの長尺方向の断面図及び斜視図であり、図４は、搬送トレイの底面図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように搬送トレイ３２には、基板２４と均熱板３４とがこの順で載置されており、図４に示すようにその底面には開口部が設けられている。基板２４の下面は搬送トレイ３２の開口部において露出されており、原料ガスと接触可能なようになっている。搬送トレイ３２の厚みは本発明の効果を損なわない範囲で適宜選定することができ、本実施の形態においては、約２ｍｍのものが用いられている。

スペーサー３０は、サセプタ２８や均熱板３４等と同様に炭化ケイ素でコーティングされたグラファイト製の部材で形成されており、基板２４の下面側に原料ガスの流通路となる空間を確保するために設置される。図２に示すように、スペーサー３０は、搬送トレイ３２の端部を支持するように２つの部材が平行に並んで構成されており、基板２４の下側に原料ガスの供給側から排出側に向かって原料ガスが流通路を形成している。

本実施の形態においては、スペーサー３０の長尺方向が反応管１６の内壁と平行になるように設置されており、図２において矢印ａ及び矢印ｂで示される原料ガスの流通路の径が原料ガスの供給方向から排出方向にかけて一定となるように構成されている。スペーサー３０の形状は、原料ガスの供給方向から排出方向にかけて、基板２４の下面側に原料ガスの流通路を形成することができる形状であれば特に限定されず、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選定することができる。

反応管１６のガス排出側には、４つの排出管１８ａ〜１８ｄの一端が連結されており、基板２４の下面側に形成された流通路を通過した原料ガスを排出できるように構成されている。また、４つの排出管１８ａ〜１８ｄの他端はそれぞれ、ポンプ４０を備えた排出管１８に連結されており、反応管１６内の原料ガスを装置外に排出することができる。

排出管１８ａ〜１８ｄの各々には、バルブＶ₁〜Ｖ₄が備えられており、各バルブの開度を調節することで、反応管内の圧力を制御することができる。図５に示すように排出管１８ａは反応管１６の上壁から接続されており、排出管１８ｃは反応管１６の底壁に接続されている。また、排出管１８ｂ及び１８ｄは、それおぞれ排出管１８の両側壁から接続されている。図５は、反応管１６のＢＢ’断面図である。

本実施の形態によれば、例えば、バルブＶ₁及びＶ₃の開度がバルブＶ₂及びＶ₄の２／３になるように調整して反応管１６内のガスの流量を調整することができる。

排出管１８には、ポンプ４０が備えられており、反応管１６内の原料ガスを装置外に排出できるように構成されている。反応管１６内の原料ガスの流量は、供給管１２ａ〜１２ｃからのガスの供給量、ミキシングチャンバ１４と混合用シャワー板２０との距離及び混合用シャワー板２０に設けられた孔の径及び数、排出管１８ａ〜１８ｄに備えられたバルブＶ１〜Ｖ４の開度、並びに、ポンプから排出される原料ガスの排出量の各々を調整することによって、基板２４表面に原料ガスが均一に供給されるように制御することができる。

次に、本発明のＣＶＤ装置によるＳｉＣ半導体の製造過程について説明する。まず、供給管１２ａ〜１２ｃから供給されたＨ₂ガス、ＳｉＨ₄ガス及びＣ₃Ｈ₈ガスは、供給管１２を介してミキシングチャンバ１４に供給される。この際、ミキシングチャンバ１４に供給されるＨ₂ガス、ＳｉＨ₄ガス及びＣ₃Ｈ₈ガスの比率は、体積比率でおよそ１２０００／２／３（＝Ｈ₂／ＳｉＨ₄／Ｃ₃Ｈ₈）程度である。

ミキシングチャンバ１４に供給された各ガス（原料ガス）は、混合用シャワー板２０に設けられて複数の孔を通過すると共に混合された後、拡散用シャワー板２２に設けられた孔を通過して拡散しながら反応管１６に供給される。この際、原料ガスは混合用シャワー板２０及び拡散用シャワー板によって濃度分布が均一になるように十分に混合されている。

反応管１６に供給された原料ガスが、サセプタ２８付近にまで流通すると、原料ガスもサセプタ２８によって加熱される。筒状形状を有するサセプタ２８内に進入した原料ガスは、基板２４の下面側に形成された流通路を通過する際に約１７００℃程度にまで加熱され、基板２４下面表面で反応する。この結果、基板２４下面上にＳｉＣが堆積して、ＳｉＣ薄膜が形成される。その後、基板２４上を通過した原料ガスは、排出管１８ａ〜１８ｄに連結された排出管１８及びポンプ４０を介して装置外に排出される。

供給管１２ａ〜１２ｃに備えられたＭＦＣ１３ａ〜１３ｃ、ミキシングチャンバ１４、バルブＶ１〜Ｖ４及びポンプ４０は図示を省略するＣＰＵ等の制御手段によって各々制御されており、基板２４上を通過する原料ガスの流れや濃度が均一になるように、前記制御手段によって反応管１６内の原料ガスの流量及び圧力が調整されている。

尚、前記ＳｉＣ半導体の製造過程においては、通常、原料ガスを導入するに先だってキャリアガス及びエッチングガスを導入して、基板２４表面をエッチングする工程が含まれる。その際、ＳｉＣ基板は表面温度が１３００〜１６００℃程度に加熱されている。前記キャリアガスとしてはＨ₂ガスが挙げられ、前記エッチングガスとしては、塩化水素及びＨ₂ガスが挙げられる。

本実施の形態におけるＣＶＤ装置によれば、基板２４の下面側に原料ガスの流通路を形成することから、ＳｉＣ薄膜形成面を常に重力方向下向きにすることができる。これにより、反応生成物や断熱剤の欠片等の不純物が基板２４のＳｉＣ薄膜形成面やＳｉＣ薄膜自体に付着するのを防止することができる。また。本実施の形態におけるＣＶＤ装置は、基板２４のＳｉＣ薄膜形成面が重力方向下向きであることから、上昇熱流を受け、高温時の加熱効率に優れるとともに温度勾配の均一性に優れる。更に、本実施の形態においては、基板２４の上面に均熱板３４を設置することから、更に、基板２４の温度勾配の均一化を図ることができる。

（比較の実施の形態）
次に比較の実施の形態について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態における反応管を示す概略的断面図である。本実施の形態におけるＣＶＤ装置は、サセプタ内に設置されるスペーサーの形状を変更することで、基板の下面側に形成される原料ガスの流通路の形状を変更させたものである。尚、図６において、第１の実施の形態における図１に示す要素と重複するものについては同様の番号を付してその説明を省略する。

図６において、サセプタ２８内に設置されるスペーサー４２は、原料ガスの排出側に向かって傾斜しており、紙面奥方向に２つの部材が平行に並んで設置されている。また、基板２４及び均熱板３４を備えた搬送トレイ３２は、スペーサー４２の傾斜に従って、原料ガスの供給側から排出側に向かって傾斜するようにサセプタ２８内に設置される。

図７を用いて、本実施の形態における原料ガスの流通路について説明する。図７は、第２の実施の形態における原料ガスの流通路を説明するための概略図である。図７において、スペーサー４２と搬送トレイ３２（図６に示すように基板２４の下面を含む）によって形成される流通路３６は、原料ガスの供給側においては、その径（高さ）がＬ₀であるのに対し、原料ガスの排出側においてはＬ₁とＬ₀よりも小さくなるように構成されている。

このように、原料ガス排出側の流通路の径Ｌ₁を供給側の流通路の径Ｌ₀よりも小さくすることで、流通路３６の排出側において、原料ガスの流速を向上させることができる。これにより、流通路３６の原料ガス排出側において原料供給量が低下することによって、原料ガス供給側と排出側とにおいてＳｉＣ薄膜の成長速度が異なるのを防止することができ、ＳｉＣ薄膜の成長速度の均一性を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、図６において矢印ｘで示されるサセプタ２８の壁厚が、矢印ｙで示される均熱板３４の厚みよりも小さくなるように構成されている。このように、サセプタ２８の壁厚ｘと均熱板３４の厚みｙとの比（ｘ／ｙ）を小さくすると、基板２４の温度と、周辺（サセプタ２８の内壁）の温度との差が小さくなり、基板２４の温度勾配が低減し、基板２４の温度の均一性を向上させることができる。本実施の形態においてはサセプタ２８の壁厚が２．０ｍｍ程度であり、均熱板の厚みが５．０ｍｍ程度である。これにより、基板２４の下面に堆積されるＳｉＣ薄膜の膜厚や電気特性の均一性を高めることができる。このように、サセプタ２８の壁厚ｘと均熱板３４の厚みｙとの比（ｘ／ｙ）を小さくすることによってＳｉＣ薄膜の膜厚や電気特性の均一性を高める場合には、サセプタ２８の壁厚を、例えば、２．０〜５．０ｍｍ程度、均熱板の厚みを、例えば、０．２〜５．０ｍｍ程度とし、その比（ｘ／ｙ）を、１０以下とすることが好ましく、４〜０．７とすることが更に好ましく、２〜０．３とすることが特に好ましい。

本実施の形態によれば、スペーサーの形状によって基板の下面側に形成される原料ガスの流通路の径を減少させることで、原料ガス排出側における原料ガスの流速を向上させることができる。これにより、ＳｉＣ薄膜の成長速度の均一性を向上させることができる。本実施の形態においてはスペーサーの形状を変更することで基板のＳｉＣ薄膜成長面付近の原料ガスの流速等の流れ分布を調整し、ＳｉＣ薄膜の成長速度を簡便に制御することができることから、基板のサイズや種類等に対して低コスト且つフレキシブルに対応することが可能である。

尚、本実施の形態によれば、スペーサーの形状を、原料ガスの供給側から排出側に向かってその高さが減少するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、原料ガスの供給側から排出側に向かってその高さが一定の部材を、流通路の中心に向かってカタカナの「ハ」の字のように設置し、原料ガスの供給側から排出側に向かって流通路の径を減少させる態様であってもよい。

また、本実施の形態によれば、サセプタ２８の壁厚を均熱板３４の厚みよりも小さくする、即ち、サセプタ２８の壁厚（ｘ）と均熱板３４の厚み（ｙ）との比（ｘ／ｙ）を小さくすることで、基板温度の均一性を高めて、ＳｉＣ薄膜の膜厚や電気特性等の均一性を向上させることができる。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図８を用いて説明する。図８は、第３の実施の形態における反応管を示す概略的断面図である。本実施の形態におけるＣＶＤ装置は、第２の実施の形態におけるＣＶＤ装置と同様に水平方向に傾斜を有するスペーサーを用いて基板の下面側に形成される原料ガスの流通路の形状を変更させると共に、サセプタの壁厚を原料ガス供給側から排出側に向かって増加させたものである。尚、図８において、第１及び第２の実施の形態における図１及び図６に示す要素と重複するものについては同様の番号を付してその説明を省略する。

図８において、サセプタ２８内に設置されるスペーサー４２は、原料ガスの排出側に向かって傾斜して構成されており、これに伴って、基板２４及び均熱板３４を備えた搬送トレイ３２も、スペーサー４２の傾斜に従って、原料ガスの供給側から排出側に向かって傾斜するようにサセプタ４４内に設置されている。更に本実施の形態においては、サセプタ４４の壁厚が原料ガスの供給側から排出側に向かって反応管１６の壁面側に増加している。

このように、サセプタ４４の壁厚を、原料ガスの供給側から排出側に向かって反応管１６の壁面側に増加させることで、原料ガスが流れる方向とそれに垂直な方向において調整することができる。これにより、原料ガス排出側のサセプタ４４の温度を高めに設定することができ、原料供給量の減少によってＳｉＣ薄膜の成長速度が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態においては、図８において矢印ｑで示されるサセプタ４４の壁厚の最小値が、矢印ｗで示される均熱板３４の厚みよりも大きくなるように構成されている。このように、サセプタ４４の壁厚の最小値ｑと均熱板３４の厚みｗとの比（ｑ／ｗ）を大きくすると、基板２４の温度が、周辺（サセプタ４４の内壁）の温度よりも低くなることで温度勾配が生じ、原料ガスの拡散速度を向上させることができる。これにより、基板２４の下面に堆積されるＳｉＣ薄膜の成長速度を高めることができる。このように、サセプタ２８の壁厚ｑと均熱板３４の厚みｗとの比（ｑ／ｗ）を大きくすることによってＳｉＣ薄膜の成長速度を高める場合には、サセプタ２８の壁厚を、例えば、５ｍｍ以上、均熱板の厚みを、例えば、０．５ｍｍ程度にして、その比（ｑ／ｗ）を、例えば１０以上とすることが好ましい。

本実施の形態によれば、サセプタの壁厚を原料ガスの供給側から排出側に向かって増加させることで、原料ガスが流れる方向とそれに垂直な方向において制御することができる。これにより、原料供給量の減少によってＳｉＣ薄膜の成長速度が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態によれば、サセプタ４４の壁厚を均熱板３４の厚みよりも大きくする、即ち、サセプタ４４の壁厚（ｑ）と均熱板３４の厚み（ｗ）との比（ｑ／ｗ）を大きくすることで、ＳｉＣ薄膜の成長速度を向上させることができる。

更に本発明においては、サセプタの厚さと均熱板の厚さとの比を原料ガスの流れ方向やそれと垂直な方向において差を付け、適宜調整することで、温度分布の制御を行ってもよい。

尚、本実施の形態によれば、スペーサーの形状を、原料ガスの供給側から排出側に向かってその高さが減少するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、サセプタの壁面を反応管の中心部に向かって増加させるようにして、サセプタの形状によって基板の下面側に設けられる原料ガスの流通路の径を減少させるように構成してもよい。

第１の実施の形態におけるＣＶＤ装置を示す概略的断面図である。図１における反応管１６のＡＡ’断面図である。本発明における搬送トレイの長尺方向の断面図及び斜視図である。本発明における搬送トレイの底面図である。図１における反応管１６のＢＢ’断面図である。第２の実施の形態における反応管を示す概略的断面図である。第２の実施の形態における原料ガスの流通路を説明するための概略図である。第３の実施の形態における反応管を示す概略的断面図である。

符号の説明

１０ＣＶＤ装置
１２供給管
１６反応管
２４基板
２６断熱材
２８，４４サセプタ
３０，４２スペーサー
３２搬送トレイ
３４均熱板
３６流通路
３８ＲＦコイル

Claims

反応室と、
前記反応室の内部に設置された筒状の加熱部材と、
下面側に原料ガスの流通路が形成されるように前記筒状の加熱部材の内部に設置された基板と、
前記基板の下面側に形成された流通路に前記原料ガスを供給する供給手段と、
前記基板の下面側に形成された流通路を通過した原料ガスを排出する排出手段と、
前記基板の上面に設置された均熱板と、
を備え、前記均熱板の厚みは、前記筒状の加熱部材の壁厚よりも小さく、前記原料ガスを反応させて前記基板の下面表面に炭化ケイ素薄膜を堆積させるようにしたＣＶＤ装置。
前記筒状の加熱部材を誘導加熱する誘導加熱手段を備えた請求項１に記載のＣＶＤ装置。
前記筒状の加熱部材が、前記基板を支持する支持部材を備えた請求項１又は請求項２に記載のＣＶＤ装置。
前記基板の下面側に形成される前記原料ガスの流通路の径を、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって、連続的若しくは段階的に減少するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載のＣＶＤ装置。
前記筒状の加熱手段の壁厚が、前記原料ガスの供給側から前記原料ガスの排出側に向かって連続的若しくは段階的に減少又は増加するようにした請求項１から４のいずれか１項に記載のＣＶＤ装置。