JP6001443B2

JP6001443B2 - 成膜装置および膜の製造方法

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Publication number: JP6001443B2
Application number: JP2012285156A
Authority: JP
Inventors: 大祐武藤; 賢治百瀬; 優介木村; 智也歌代; 聖一高橋; 央知栗林; 直樹保田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014127666A

Description

本発明は、基板上に膜を形成する成膜装置および膜の製造方法に関する。

基板上に成膜を行う手法として、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：以下、ＣＶＤ法と呼ぶ）が知られている。ＣＶＤ法にて基板上に成膜を行うＣＶＤ装置では、反応室内に基板を収容し、反応室内に膜の原料となる原料ガスを供給するとともに、基板上で原料ガスを反応させることで、目的とする膜を基板上に堆積させる。

公報記載の従来技術として、内部の温度および圧力を調整可能なチャンバと、チャンバ内において成長基板の表面が上方を向くように成長基板を設置するサセプターと、サセプター上の成長基板に対して、成長基板の表面と水平方向に原材料ガスを噴射する原材料ガス供給手段と、サセプター上の成長基板の上方から、成長基板の表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、原材料ガスの噴射方向と同一面内方向に向けて、原材料ガスを押圧する第１の押圧ガスを噴射する第１の押圧ガス噴射手段と、サセプター上の成長基板の上方から、成長基板の表面に対して三次元方向４５°〜９０°の傾斜角度で、成長基板の端部における原材料ガスを除去する第２の押圧ガスを噴射する第２の押圧ガス噴射手段と、チャンバ内から排気ガスを搬出する搬出手段とを備えたものが存在する（特許文献１参照）。

特開２０１１−１７１３２５号公報

ＣＶＤ法を採用した成膜装置においては、チャンバ内に供給した原料ガスをより確実に基板上に到達させること、および、基板上を通過した原料ガス（反応済のものを含む）をより確実にチャンバの外部に排出すること、が要求される。ここで、例えばチャンバ内に供給した原料ガスが基板上に到達しにくくなった場合は、膜の形成に必要な原料ガスの量が嵩むことになってしまい、また、例えば基板上を通過した原料ガスがチャンバから排出されにくくなった場合には、滞留に伴って原料ガスの流れが乱れたり、あるいは原料ガスの反応に伴って発生した反応生成物がチャンバ内を舞うことで基板上に反応生成物が付着したりすることになってしまう。
本発明は、膜の形成における原料ガスの使用効率を向上させ、且つ、成膜対象となる基板に対する、反応生成物の落下および付着を抑制することを目的とする。

本発明の成膜装置は、内部空間を有し、当該内部空間における下方側において膜の形成面が上方を向くように基板を収容する収容室と、前記内部空間に収容された前記基板を加熱する加熱手段と、前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第１方向に沿って、前記膜の原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の上流側且つ上方から、当該基板に向かって前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する上流側ブロックガスを供給する上流側ブロックガス供給手段と、前記内部空間に、前記基板の上方から前記形成面の全面を含む領域に対し、当該基板上を前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する中流側ブロックガスを供給する中流側ブロックガス供給手段と、前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の下流側且つ上方から、当該基板上を通過した前記原料ガスの上方への移動を抑制する下流側ブロックガスを供給する下流側ブロックガス供給手段と、前記内部空間における前記第１方向の下流側且つ当該内部空間の下方側から、前記原料ガス、前記上流側ブロックガス、前記中流側ブロックガスおよび前記下流側ブロックガスを外部に排出する排出手段と
を含んでいる。

このような成膜装置において、前記上流側ブロックガス供給手段は、前記原料ガスの上方から前記第１方向に沿って上流側ブロックガスを供給するとともに、当該原料ガスの上方から下方に向かう第２方向に沿ってさらに当該上流側ブロックガスを供給することを特徴とすることができる。
また、前記下流側ブロックガス供給手段によって前記内部空間に供給される前記下流側ブロックガスの流速は、前記上流側ブロックガス供給手段によって当該内部空間に供給される前記上流側ブロックガスの流速よりも高速であり、当該上流側ブロックガスの流速は、前記中流側ブロックガス供給手段によって当該内部空間に供給される前記中流側ブロックガスの流速よりも高速であることを特徴とすることができる。
さらに、前記原料ガス供給手段は、前記原料ガスとしてシリコンを含むシリコン含有ガスおよびカーボンを含むカーボン含有ガスを供給し、前記上流側ブロックガス供給手段は前記上流側ブロックガスとして水素ガスを供給し、前記中流側ブロックガス供給手段は前記中流側ブロックガスとして水素ガスを供給し、前記下流側ブロックガス供給手段は前記下流側ブロックガスとして水素ガスを供給することを特徴とすることができる。
さらにまた、前記加熱手段は、前記基板を１５００℃〜１８００℃の範囲から選択された成膜温度に加熱することを特徴とすることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明の膜の製造方法は、内部空間を有し、当該内部空間における下方側において膜の形成面が上方を向くように基板を収容する収容室に収容された当該基板を加熱し、前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第１方向に沿って、前記膜の原料となる原料ガスを供給し、前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の上流側且つ上方から、当該基板に向かって前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する上流側ブロックガスを供給し、
前記内部空間に、前記基板の上方から前記形成面の全面を含む領域に対し、当該基板上を前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する中流側ブロックガスを供給し、前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の下流側且つ上方から、当該基板上を通過した前記原料ガスの上方への移動を抑制する下流側ブロックガスを供給し、前記内部空間における前記第１方向の下流側且つ当該内部空間の下方側から、前記原料ガス、前記上流側ブロックガス、前記中流側ブロックガスおよび前記下流側ブロックガスを外部に排出することを特徴としている。

本発明によれば、膜の形成における原料ガスの使用効率を向上させ、且つ、成膜対象となる基板に対する、反応生成物の落下および付着を抑制することができる。

本実施の形態が適用されるＣＶＤ装置の全体構成図である。ＣＶＤ装置で用いられる、膜の積層対象となる基板および基板を積載する積載体の斜視図である。ＣＶＤ装置における反応容器の縦断面図である。図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。図３におけるＶ−Ｖ断面図である。収容室に設けられた第１仕切部材の構成を説明するための図である。反応容器内の各種寸法を説明するための図である。反応容器内における原料ガスおよびブロックガスの流れを模式的に示した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜ＣＶＤ装置の全体構成＞
図１は、本実施の形態が適用されるＣＶＤ装置１の全体構成図である。
また、図２は、ＣＶＤ装置１で用いられる、膜の積層対象となる基板Ｓおよび基板Ｓを積載する積載体１１３の斜視図である。
成膜装置の一例としてのＣＶＤ装置１は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）単結晶で構成された基板Ｓに、所謂熱ＣＶＤ方式にて、４Ｈ−ＳｉＣの膜をエピタキシャル成長させたＳｉＣエピタキシャルウェハを製造するために用いられる。

このＣＶＤ装置１は、積載体１１３に積載された基板Ｓを収容する内部空間１００ａが設けられ、基板Ｓ上に膜を成長させるための気相反応が行われる収容室１００と、内部空間１００ａに連通する排出空間４００ａが設けられ、内部空間１００ａ内のガスを外部に排出するための排気ダクト４００と、を含む反応容器１０を有している。

また、ＣＶＤ装置１は、反応容器１０に加えて、収容室１００の内部空間１００ａに、供給ダクト２１０に設けられた供給空間２００ａを介して、膜の原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給部２００と、収容室１００の内部空間１００ａに、水平方向に沿った原料ガスの搬送をアシストするとともに原料ガスの上方への移動をブロックするブロックガスを供給するブロックガス供給部３００と、収容室１００において基板Ｓおよび基板Ｓの周囲を加熱する加熱機構５００と、排気ダクト４００に設けられた排出空間４００ａを介して、収容室１００の内部空間１００ａから搬入されてくる使用ガス（原料ガス（反応済のものも含む）やブロックガス等）を外部に排出する使用ガス排出部６００と、収容室１００における要部（詳細は後述する）を冷却する冷却機構７００と、収容室１００において積載体１１３を介して基板Ｓを回転させる回転駆動部８００とをさらに備える。なお、使用ガス排出部６００は、排出空間４００ａを介して内部空間１００ａ内を減圧する際にも使用される。また、本実施の形態では、排気ダクト４００および使用ガス排出部６００が、排出手段の一例としての機能を有している。

ここで、積載体１１３は、円盤状の形状を有しており、その上面の中央部には、基板Ｓを設置するための凹部１１３ａが設けられている。この積載体１１３は、グラファイト（カーボン）で構成されている。このグラファイトには、ＳｉＣやＴａＣなどによるコートが施されていてもよい。

また、基板Ｓとしては、数多くのポリタイプを有するＳｉＣ単結晶のうち、いかなるポリタイプのものを用いてもかまわないが、基板Ｓ上に形成する膜が４Ｈ−ＳｉＣである場合には、基板Ｓとしても４Ｈ−ＳｉＣを用いることが望ましい。ここで、基板Ｓの結晶成長面に付与するオフ角としては、いずれのオフ角を用いてもかまわないが、ＳｉＣ膜のステップフロー成長を確保しつつ基板Ｓの製造にかかるコストを削減するという観点からすれば、オフ角を０．４°〜８°程度に設定したものを用いることが好ましい。

なお、基板Ｓの外径である基板直径Ｄｓとしては、２インチ、３インチ、４インチあるいは６インチ等、各種サイズから選択することができる。このとき、積載体１１３における凹部１１３ａの内径である積載体内径Ｄｉは、基板直径Ｄｓよりもわずかに大きい値に設定され、積載体１１３の外径である積載体外径Ｄｏは、積載体内径Ｄｉよりも大きな値に設定される（Ｄｓ＜Ｄｉ＜Ｄｏ）。

また、原料ガス供給手段の一例としての原料ガス供給部２００を用いて収容室１００に供給する原料ガスとしては、収容室１００での気相反応に伴って基板Ｓ上にＳｉＣを形成し得るガスから適宜選択して差し支えないが、通常は、Ｓｉを含むシリコン含有ガスと、Ｃを含むカーボン含有ガスとが用いられる。なお、この例では、シリコン含有ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスが、カーボン含有ガスとしてプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスが、それぞれ用いられる。また、本実施の形態の原料ガスは、上記モノシランガスとプロパンガスとに加えて、さらにキャリアガスとしての水素（Ｈ_２）ガスを含んでいる。なお、原料ガス供給部２００は、キャリアガスのみを供給することもできる。

さらに、ブロックガス供給手段の一例としてのブロックガス供給部３００を用いて収容室１００に供給するブロックガスとしては、上記原料ガスとの反応性が乏しいガス（原料ガスに対して不活性なガス）を用いることが望ましい。この例では、ブロックガスとして水素ガスを用いている。

なお、基板Ｓ上に積層するＳｉＣエピタキシャル膜を、正孔伝導型（ｐ型）あるいは電子伝導型（ｎ型）に制御する場合には、ＳｉＣエピタキシャル膜の積層時に、異元素のドーピングを行う。ここで、ＳｉＣエピタキシャル膜をｐ型に制御する場合には、ＳｉＣエピタキシャル膜中にアクセプタとしてアルミニウム（Ａｌ）をドープすることが望ましい。この場合には、上述した原料ガス中に、さらにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを含有させるようにすればよい。また、ＳｉＣエピタキシャル膜をｎ型に制御する場合は、ＳｉＣエピタキシャル膜中にドナーとして窒素をドープすることが望ましい。この場合には、上述した原料ガス中あるいはブロックガス中に、さらに窒素（Ｎ_２）ガスを含有させるようにすればよい。

［反応容器の構成］
図３は、ＣＶＤ装置１における反応容器１０の縦断面図である。また、図４は図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図であり、図５は図３におけるＶ−Ｖ断面図である。
なお、以下の説明では、図３において、図中右側から左側へと向かう方向をＸ方向とし、図中手前側から奥側へと向かう方向をＹ方向とし、図中下側から上側へと向かう方向をＺ方向とする。そして、この例では、Ｚ方向が鉛直方向に対応しており、Ｘ方向およびＹ方向が水平方向に対応している。また、本実施の形態では、Ｘ方向が第１方向に、−Ｚ方向が第２方向に、それぞれ対応している。

反応容器１０は、内部空間１００ａからみてＺ方向上流側（下方）においてＸＹ平面に沿って設けられ、積載体１１３が配置される床部１１０と、内部空間１００ａからみてＺ方向下流側（上方）においてＸＹ平面に沿って設けられ、床部１１０と対向する天井１２０と、内部空間１００ａからみてＹ方向上流側においてＸＺ平面に沿って設けられる第１側壁１３０と、内部空間１００ａからみてＹ方向下流側においてＸＺ平面に沿って設けられ、第１側壁１３０と対向する第２側壁１４０と、内部空間１００ａからみてＸ方向上流側においてＹＺ平面に沿って設けられる第３側壁１５０と、内部空間１００ａからみてＸ方向下流側においてＹＺ平面に沿って設けられ、第３側壁１５０と対向する第４側壁１６０とを有している。

ここで、第３側壁１５０のＺ方向上流側（下方）端部には、原料ガス供給部２００と反応容器１０（収容室１００）とを接続する供給ダクト２１０が取り付けられており、供給ダクト２１０の内部には、内部空間１００ａと連通し、原料ガス供給部２００からの原料ガスを拡散した状態で内部空間１００ａに供給するための供給空間２００ａが設けられている。そして、供給空間２００ａと内部空間１００ａとの連通部すなわち供給空間２００ａの出口は、Ｙ方向に沿う側を長辺とし且つＺ方向に沿う側を短辺とする長方形状を呈している。

また、床部１１０は、第３側壁１５０からＸ方向に沿って延びた後、排出空間４００ａに対応して、Ｘ方向および−Ｚ方向に沿って斜め下方に傾斜し、さらに−Ｚ方向に沿って下方に延びるように形成されている。一方、第４側壁１６０は、天井１２０から−Ｚ方向に沿って延びた後、排出空間４００ａに対応して、Ｘ方向および−Ｚ方向に沿って斜め下方に傾斜し、さらに−Ｚ方向に沿って下方に延びるように形成されている。そして、第１側壁１３０および第２側壁１４０も、排出空間４００ａに対応し、上記床部１１０および第４側壁１６０に倣って延伸されている。

床部１１０は、第１側壁１３０、第２側壁１４０および第３側壁１５０と一体化してなり、その中央部には円形状の開口が形成された固定部１１１と、固定部１１１に設けられた開口に配置され、基板Ｓを積載した積載体１１３が取り付けられるとともに、回転駆動部８００（図１参照）によって矢印Ａ方向に回転駆動される回転台１１２とを備える。

床部１１０を構成する固定部１１１は、内部空間１００ａに露出して配置された第１内壁１１１１と、内部空間１００ａからみて第１内壁１１１１の背面側に設けられた第１外壁１１１２とを有している。ここで、第１内壁１１１１はグラファイト（カーボン）からなる基材の表面（内部空間１００ａと対向する側）にＴａＣ（タンタルカーバイド）によるコート層を設けてなるＴａＣコート付きグラファイトで構成されており、第１外壁１１１２はステンレス（この例ではＳＵＳ３１６：以下同じ）で構成されている。そして、床部１１０においては、第１内壁１１１１にて第１外壁１１１２を覆うことにより、内部空間１００ａおよび排出空間４００ａに、第１外壁１１１２が露出しないようになっている。

また、床部１１０を構成する回転台１１２も、内部空間１００ａに露出して配置されており、第１内壁１１１１と同じくＴａＣコート付きグラファイトで構成されている。また、回転台１１２の上面且つ中央部には、積載体１１３を取り付けるための受け部１１２ａ（凹部）が形成されている。

天井１２０は、ステンレス製の板材で構成されており、内部空間１００ａには、ステンレスが露出している。また、天井１２０には、複数の板状部材で構成され、内部空間１００ａにおける各種ガスの流れを整える整流部１７０が取り付けられている。なお、整流部１７０の詳細については後述する。

第１側壁１３０は、内部空間１００ａに露出して配置された第１内壁１３１と、内部空間１００ａからみて第１内壁１３１の背面側に設けられた第１外壁１３２とを有している。ここで、第１内壁１３１はＴａＣコート付きグラファイトで構成されており、第１外壁１３２はステンレスで構成されている。そして、第１側壁１３０においては、第１内壁１３１にて第１外壁１３２を覆うことにより、内部空間１００ａに、第１外壁１３２が露出しないようになっている。

第２側壁１４０は、内部空間１００ａに露出して配置された第２内壁１４１と、内部空間１００ａからみて第２内壁１４１の背面側に設けられた第２外壁１４２とを有している。ここで、第２内壁１４１はＴａＣコート付きグラファイトで構成されており、第２外壁１４２はステンレスで構成されている。そして、第２側壁１４０においては、第２内壁１４１にて第２外壁１４２を覆うことにより、内部空間１００ａに、第２外壁１４２が露出しないようになっている。

第３側壁１５０は、内部空間１００ａに露出して配置された第３内壁１５１と、内部空間１００ａからみて第３内壁１５１の背面側に設けられた第３外壁１５２と、第３内壁１５１の下端側からＸ方向に突出して配置される突出部材１５３とを有している。ここで、第３内壁１５１および突出部材１５３はＴａＣコート付きグラファイトで構成されており、第３外壁１５２はステンレスで構成されている。そして、第３側壁１５０においては、第３内壁１５１にて第３外壁１５２を覆うことにより、内部空間１００ａに、第３外壁１５２が露出しないようになっている。
また、第３側壁１５０に設けられた突出部材１５３は、図３において左下方向に傾斜する傾斜面を有している。そして、突出部材１５３の先端（Ｘ方向下流側の端部）は、後述する第１仕切部材１７１の直下となる位置まで延びている。

第４側壁１６０は、内部空間１００ａに露出して配置された第４内壁１６１と、内部空間１００ａからみて第４内壁１６１の背面側に設けられた第４外壁１６２とを有している。ここで、第４内壁１６１はＴａＣコート付きグラファイトで構成されており、第４外壁１６２はステンレスで構成されている。そして、第４側壁１６０においては、第４内壁１６１にて第４外壁１６２を覆うことにより、内部空間１００ａおよび排出空間４００ａに、第４外壁１６２が露出しないようになっている。

なお、上述した第１内壁１３１〜第４内壁１６１や突出部材１５３など、この例においてＴａＣコート付きグラファイトで構成されている構造物は、例えば、断熱機能を持ち６００℃以上の耐熱性を有するカーボン系の材料あるいは金属材料で構成することも可能である。

本実施の形態の整流部１７０は、それぞれがステンレス製の板状部材にて構成されるとともに、内部空間１００ａを複数の領域に仕切る第１仕切部材１７１、第２仕切部材１７２および第３仕切部材１７３を備えている。ここで、仕切部材の一例としての第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３は、それぞれの上方側の端部が天井１２０に取り付けられるとともに−Ｚ方向に沿って延び、それぞれの下方側の端部が内部空間１００ａ内に位置している。また、第１仕切部材１７１、第２仕切部材１７２および第３仕切部材１７３は、Ｘ方向に沿ってこの順で配置されている。そして、第１仕切部材１７１は第３側壁１５０と対向する位置に、第３仕切部材１７３は第４側壁１６０と対向する位置に、第２仕切部材１７２は第１仕切部材１７１と第３仕切部材１７３とに挟まれた位置に、それぞれ配置される。

収容室１００における内部空間１００ａにおいては、床部１１０の回転台１１２に置かれた積載体１１３および積載体１１３に積載された基板Ｓの直上を避けて、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３が配置されるようになっている。より具体的に説明すると、本実施の形態では、第２仕切部材１７２の直下となる位置と第３仕切部材１７３との直下となる位置との間となる部位に、積載体１１３が配置される。

そして、本実施の形態では、内部空間１００ａに上記第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３を取り付けることで、内部空間１００ａが、５つの領域、より具体的には、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、第４領域Ａ４および第５領域Ａ５に仕切られている。

これらのうち、第１領域Ａ１は、内部空間１００ａのうち、天井１２０、第１側壁１３０および第２側壁１４０と、第３側壁１５０と、第１仕切部材１７１とによって囲まれた領域をいう。
また、第２領域Ａ２は、内部空間１００ａのうち、天井１２０、第１側壁１３０および第２側壁１４０と、第１仕切部材１７１と、第２仕切部材１７２とによって囲まれた領域をいう。
さらに、第３領域Ａ３は、内部空間１００ａのうち、天井１２０、第１側壁１３０および第２側壁１４０と、第２仕切部材１７２と、第３仕切部材１７３とによって囲まれた領域をいう。
さらにまた、第４領域Ａ４は、内部空間１００ａのうち、天井１２０、第１側壁１３０および第２側壁１４０と、第３仕切部材１７３と、第４側壁１６０とによって囲まれた領域をいう。
そして、第５領域Ａ５は、内部空間１００ａのうち、上記第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４に含まれていない床部１１０側の領域をいう。

本実施の形態では、第５領域Ａ５のＺ方向下流側（上方）に、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３および第４領域Ａ４が、Ｘ方向に沿ってこの順で配置されている。そして、第５領域Ａ５は、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４のそれぞれと、個々に連通している。また、第５領域Ａ５は、第５領域Ａ５のＸ方向上流側で供給空間２００ａと連通し、第５領域Ａ５のＸ方向下流側で排出空間４００ａと連通している。

なお、以下の説明においては、図５に示したように、反応容器１０の収容室１００（内部空間１００ａ）において、第１側壁１３０から第２側壁１４０に至るＹ方向の長さを、室内幅Ｗと呼ぶ。

そして、本実施の形態のブロックガス供給部３００は、図１に示したように、天井１２０に設けられた貫通孔（図示せず）を介して、上方から第１領域Ａ１内にブロックガス（第１ブロックガス）を供給する第１ブロックガス供給部３１０と、上方から第２領域Ａ２内にブロックガス（第２ブロックガス）を供給する第２ブロックガス供給部３２０と、上方から第３領域Ａ３内にブロックガス（第３ブロックガス）を供給する第３ブロックガス供給部３３０と、上方から第４領域Ａ４内にブロックガス（第４ブロックガス）を供給する第４ブロックガス供給部３４０とを有している。なお、本実施の形態のブロックガス供給部３００（第１ブロックガス供給部３１０〜第４ブロックガス供給部３４０）は、ブロックガス（第１ブロックガス〜第４ブロックガス）を、特に予備加熱を行うことなく、そのまま内部空間１００ａに供給するようになっている。ここで、本実施の形態では、第１ブロックガス供給部３１０および第２ブロックガス供給部３２０が上流側ブロックガス供給手段として、第３ブロックガス供給部３３０が中流側ブロックガス供給手段として、第４ブロックガス供給手段が下流側ブロックガス供給手段として、それぞれ機能している。したがって、第１ブロックガスおよび第２ブロックガスが上流側ブロックガスに、第３ブロックガスが中流側ブロックガスに、第４ブロックガスが下流側ブロックガスに、それぞれ対応している。

また、加熱手段の一例としての加熱機構５００は、図３に示したように、床部１１０における回転台１１２の下方に設けられている。この加熱機構５００は、回転台１１２の上に取り付けられた積載体１１３の下方に配置された第１ヒータ５１０と、第１ヒータ５１０の周縁よりも外側に配置された第２ヒータ５２０と、第２ヒータ５２０の周縁よりも外側に配置された第３ヒータ５３０と、第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０の下方に設けられ、これら第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０から下方に向かって発せられた熱を回転台１１２側に反射する反射部材５４０とを有している。これら第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０は、例えばグラファイト（カーボン）で構成されており、図示しない電源より供給された電流によって、自身が発熱する自己発熱型ヒータである。また、本実施の形態では、反射部材５４０も、グラファイト（カーボン）で構成されている。

なお、本実施の形態のＣＶＤ装置１では、回転台１１２および加熱機構５００の下方から内部空間１００ａに向けて、アルゴン（Ａｒ）ガスからなるパージガスを供給することで、内部空間１００ａから固定部１１１と回転台１１２との間の隙間を介して、加熱機構５００側に原料ガス等が流入するのを抑制している。なお、パージガスとしてアルゴンガスを用いているのは、パージガスとして水素ガスを使用した場合に、加熱機構５００による基板Ｓの加熱効率が低下してしまうことによる。

さらに、冷却手段の一例としての冷却機構７００は、図１に示したように、第１仕切部材１７１に冷却のための水を給排水する第１給排水部７１０と、第２仕切部材１７２に冷却のための水を給排水する第２給排水部７２０と、第３仕切部材１７３に冷却のための水を給排水する第３給排水部７３０とを備える。なお、本実施の形態では、これら第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３と同様に内部空間１００ａにステンレスが露出した状態で取り付けられる天井１２０については、冷却機構７００を用いた冷却を行っていない。ただし、第１側壁１３０における第１外壁１３２、第２側壁１４０における第２外壁１４２、第３側壁１５０における第３外壁１５２、第４側壁１６０における第４外壁１６２および天井１２０については、これら第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３と同じように、冷却機構７００を用いた冷却を行ってもかまわない。

そして、反応容器１０は、第１領域Ａ１のＺ方向下流側（上方）で天井１２０と対向して設けられ、第１ブロックガス供給部３１０から−Ｚ方向に沿って第１領域Ａ１内に供給されてきた第１ブロックガスを、水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）に拡散させつつ降下させる第１ブロックガス拡散部材１８１と、第２領域Ａ２のＺ方向下流側で天井１２０と対向して設けられ、第２ブロックガス供給部３２０から−Ｚ方向に沿って第２領域Ａ２内に供給されてきた第２ブロックガスを、水平方向に拡散させつつ降下させる第２ブロックガス拡散部材１８２と、第３領域Ａ３のＺ方向下流側で天井１２０と対向して設けられ、第３ブロックガス供給部３３０から−Ｚ方向に沿って第３領域Ａ３内に供給されてきた第３ブロックガスを、水平方向に拡散させつつ降下させる第３ブロックガス拡散部材１８３と、第４領域Ａ４のＺ方向下流側で天井１２０と対向して設けられ、第４ブロックガス供給部３４０から−Ｚ方向に沿って第４領域Ａ４内に供給されてきた第４ブロックガスを、水平方向に拡散させつつ降下させる第４ブロックガス拡散部材１８４とをさらに備えている。ここで、第１ブロックガス拡散部材１８１は、ＸＹ平面に沿い且つ複数の穿孔が形成された矩形状の板状部材を、Ｚ方向に複数（この例では５枚）積み重ねて構成される。また、他の第２ブロックガス拡散部材１８２〜第４ブロックガス拡散部材１８４も、第１ブロックガス拡散部材１８１と共通の構成を有している。

［第１仕切部材の構成］
図６は、収容室１００に設けられた第１仕切部材１７１の構成を説明するための図である。ここで、図６（ａ）は、第１仕切部材１７１をＹ方向からみた図であり、図６（ｂ）は第１仕切部材１７１をＸ方向からみた図である。なお、詳細は説明しないが、第２仕切部材１７２および第３仕切部材１７３も、第１仕切部材１７１と共通の構成を有している。

第１仕切部材１７１は、直方体状の外観を呈し、その内部には中空状の内部配管１７１１ａが形成された板状部材１７１１と、内部配管１７１１ａの一端に取り付けられ、内部配管１７１１ａに対する水の入口となる給水管１７１２と、内部配管１７１１ａの他端に取り付けられ、内部配管１７１１ａからの水の出口となる排水管１７１３とを有している。なお、第１仕切部材１７１を構成する板状部材１７１１、給水管１７１２および排水管１７１３は、それぞれがステンレスで構成されている。第１仕切部材１７１において、給水管１７１２および排水管１７１３の両者は、板状部材１７１１のうち、ＣＶＤ装置１を構成した際に天井１２０（図３等を参照）と対向する面に取り付けられる。そして、これら給水管１７１２および排水管１７１３は、天井１２０に設けられた図示しない孔を介して内部空間１００ａの外に外部に突出し、図示しない外部配管を介して第１給排水部７１０（図１参照）と接続される。なお、第１仕切部材１７１を構成する板状部材１７１１のＹ方向の長さは、上述した室内幅Ｗに設定されている。これにより、ＣＶＤ装置１を構成した際に、第１仕切部材１７１における板状部材１７１１のＹ方向の上流側の端面は、第１側壁１３０と接触し、第１仕切部材１７１における板状部材１７１１のＹ方向の下流側の端面は、第２側壁１４０と接触するようになっている。

［反応容器の寸法］
図７は、反応容器１０内の各種寸法を説明するための図である。
まず、反応容器１０の収容室１００（内部空間１００ａ）において、床部１１０から天井１２０に至るＺ方向の距離を、室内高さＨｒとする。また、第１仕切部材１７１のＺ方向の長さを第１仕切高さＨｐ１とし、第２仕切部材１７２のＺ方向の長さを第２仕切高さＨｐ２とし、第３仕切部材１７３のＺ方向の長さを第３仕切高さＨｐ３とする。さらに、床部１１０から第１仕切部材１７１の下端に至るＺ方向の距離を第１空間高さＨｔ１とし、床部１１０から第２仕切部材１７２の下端に至るＺ方向の距離を第２空間高さＨｔ２とし、床部１１０から第３仕切部材１７３の下端に至るＺ方向の距離を第３空間高さＨｔ３とする。このとき、Ｈｒ＝Ｈｐ１＋Ｈｔ１＝Ｈｐ２＋Ｈｔ２＝Ｈｐ３＋Ｈｔ３である。

また、供給空間２００ａの出口（内部空間１００ａとの連通部）におけるＺ方向の距離を供給口高さＨｉとし、排出空間４００ａの入口（内部空間１００ａとの連通部）におけるＺ方向の距離を排出口高さＨｏとする。

さらに、第１領域Ａ１のＸ方向の長さを第１領域長さＬ１とし、第２領域Ａ２のＸ方向の長さを第２領域長さＬ２とし、第３領域Ａ３のＸ方向の長さを第３領域長さＬ３とし、第４領域Ａ４のＸ方向の長さを第４領域長さＬ４とする。

なお、第１領域Ａ１〜第５領域Ａ５のＹ方向の長さは、それぞれ、上述したように共通の室内幅Ｗとなっている（図５を参照）。

本実施の形態において、第１仕切高さＨｐ１、第２仕切高さＨｐ２および第３仕切高さＨｐ３は、Ｈｐ１＞Ｈｐ２＝Ｈｐ３の関係を有している。そして、室内高さＨｒとこれら第１仕切高さＨｐ１〜第３仕切高さＨｐ３とは、それぞれ、Ｈｐ１≧Ｈｒ／２、Ｈｐ２≧Ｈｒ／２、Ｈｐ３≧Ｈｒ／２の関係を有している。ここで、室内高さＨｒおよび第１仕切高さＨｐ１〜第３仕切高さＨｐ３は、それぞれ天井１２０を上端の位置の基準としているため、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３の下端は、それぞれ、天井１２０よりも床部１１０に近い側に位置していることになる。

また、供給口高さＨｉと、第１空間高さＨｔ１〜第３空間高さＨｔ３と、排出口高さＨｏとは、Ｈｉ＜Ｈｔ１＜Ｈｔ２＝Ｈｔ３＝Ｈｏの関係を有している。ここで、供給口高さＨｉ、第１空間高さＨｔ１〜第３空間高さＨｔ３および排出口高さＨｏは、それぞれ床部１１０を下端の位置の基準としているため、供給口の上端に比べて、排出口の上端が、より高い位置に存在していることになる。

さらに、第１領域長さＬ１〜第４領域長さＬ４は、Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２＜Ｌ３の関係を有している。そして、第１領域長さＬ１は、他の第２領域長さＬ２〜第４領域長さＬ４と比べて、例えば４分の１以下となる大きさに設定されている。

さらにまた、基板Ｓを積載する積載体１１３の積載体外径Ｄｏと、積載体１１３の直上に位置する第３領域Ａ３の第３領域長さＬ３とは、Ｄｏ＜Ｌ３の関係を有している。ここで、積載体外径Ｄｏおよび基板Ｓの基板直径Ｄｓは、Ｄｓ＜Ｄｏの関係を有している（図２を参照）ことから、第３領域長さＬ３と基板直径Ｄｓとは、Ｄｓ＜Ｌ３の関係を有していることになる。

＜ＣＶＤ装置を用いた成膜動作＞
では次に、本実施の形態のＣＶＤ装置１を用いた成膜動作について説明を行う。
まず、膜の形成面を外側に向けた基板Ｓを、積載体１１３の凹部１１３ａに積載する。次に、ＣＶＤ装置１における床部１１０の回転台１１２（受け部１１２ａ）に、基板Ｓを積載した積載体１１３をセットする。

続いて、使用ガス排出部６００を用いて内部空間１００ａ、供給空間２００ａおよび排出空間４００ａの脱気を行うとともに、原料ガス供給部２００を用いて供給空間２００ａから内部空間１００ａにキャリアガスを供給し、且つ、ブロックガス供給部３００を用いて内部空間１００ａにブロックガスを供給する。これにより、内部空間１００ａ、供給空間２００ａおよび排出空間４００ａの雰囲気を水素ガス（ブロックガスおよびキャリアガス）で置換するとともに、常圧から予め決められた圧力（この例では２００ｈＰａ）まで減圧する。このとき、ブロックガス供給部３００を構成する第１ブロックガス供給部３１０、第２ブロックガス供給部３２０、第３ブロックガス供給部３３０および第４ブロックガス供給部３４０による第１ブロックガス、第２ブロックガス、第３ブロックガスおよび第４ブロックガスのそれぞれの供給量は、例えば１０Ｌ（リットル）〜３０Ｌ／ｍｉｎの範囲から選択される。また、原料ガス供給部２００によるキャリアガスの供給量は、例えば１〜１００Ｌ／ｍｉｎの範囲から選択される。

それから、回転駆動部８００を用いて床部１１０の回転台１１２を駆動する。これに伴い、回転台１１２にセットされた積載体１１３および積載体１１３に積載された基板Ｓは、矢印Ａ方向に回転する。このとき、回転台１１２（基板Ｓ）の回転速度は、１０〜２０ｒｐｍである。

また、冷却機構７００を用いた整流部１７０の冷却を開始する。より具体的に説明すると、第１給排水部７１０による第１仕切部材１７１への給排水、第２給排水部７２０による第２仕切部材１７２への給排水、および、第３給排水部７３０による第３仕切部材１７３への給排水を開始する。

冷却機構７００を用いた整流部１７０の冷却が開始された後、加熱機構５００を構成する第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０への給電を開始し、第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０をそれぞれ発熱させることで、回転台１１２および積載体１１３を介して基板Ｓを加熱する。ここで、第１ヒータ５１０〜第３ヒータ５３０への給電は個別に制御されるようになっており、基板Ｓの温度が１５００℃〜１８００℃から選ばれた成膜温度（この例では１６００℃）となるように加熱制御を行う。また、加熱機構５００による加熱動作が開始されるのに伴って、パージガスとしてのアルゴンガスの供給が開始される。そして、基板Ｓが成膜温度まで加熱された後、加熱機構５００は、基板Ｓが成膜温度に維持されるように加熱制御を変更する。

加熱機構５００によって基板Ｓが成膜温度まで加熱された後、ブロックガス供給部３００による内部空間１００ａへのブロックガスの供給を、上述した条件で引き続き行いつつ、原料ガス供給部２００から供給ダクト２１０（供給空間２００ａ）を介した、内部空間１００ａに対する原料ガスの供給を開始する。すなわち、原料ガス供給部２００は、キャリアガスに加えて、シリコン含有ガス（この例ではモノシランガス）およびカーボン含有ガス（この例ではプロパンガス）を供給し始める。このとき、シリコン含有ガスおよびカーボン含有ガスは、同時に供給し始めるのが好ましい。ここで、「同時に供給」とは、完全に同一時刻であることは要しないが、数秒以内であることを意味する。

このとき、シランガスの供給量は、例えば５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの範囲から選択され、プロパンガスの供給量は、例えば１２ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの範囲から選択される。ただし、カーボンとシリコンとの濃度比Ｃ／Ｓｉが、０．８〜２．０の範囲内に収まるように、シランガスおよびプロパンガスの供給量が決定される。また、このときのキャリアガスの供給量は、上述したように例えば１〜１００Ｌ／ｍｉｎの範囲から選択される。

そして、原料ガス供給部２００からＸ方向に沿って供給された原料ガスは、供給ダクト２１０内でＹ方向に拡がった状態となった後、Ｘ方向に沿って内部空間１００ａに搬入される。

なお、この例では、シリコン含有ガスとしてモノシランガスを、また、カーボン含有ガスとしてプロパンガスを、それぞれ用いているが、これに限られない。シリコン含有ガスとして、例えばジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）ガス等を用いてもよい。また、カーボン含有ガスとして、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガスやエタン（Ｃ_２Ｈ_６）ガス等を用いることもできる。さらに、シリコン含有ガスとして、Ｃｌを含むジクロロシランガスやトリクロロシランガス等を用いることも可能である。さらにまた、この例では、キャリアガスとして水素（Ｈ_２）ガスを単体で用いているが、水素（Ｈ_２）ガス中に塩酸（ＨＣｌ）ガスを含ませたものを用いてもかまわない。

原料ガス供給部２００により、Ｘ方向に沿って内部空間１００ａに搬入されてきた原料ガスは、ブロックガスによってＸ方向に導かれるとともにＺ方向（上方）への浮き上がりが抑制された状態で、矢印Ａ方向に回転する基板Ｓの周辺に到達する。基板Ｓの周辺に到達した原料ガスのうち、モノシランガスは、基板Ｓ等を介して伝達される熱によりシリコンと水素とに分解され、プロパンガスは、基板Ｓ等を介して伝達される熱によりカーボンと水素とに分解される。そして、熱分解によって得られたシリコンとカーボンとが、基板Ｓの表面に規則性を保ちつつ順次堆積していくことで、基板Ｓ上には、４Ｈ−ＳｉＣの膜がエピタキシャル成長していく。

そして、内部空間１００ａにおいてＸ方向に移動する原料ガス（反応済のものも含む）およびブロックガスは、使用ガス排出部６００による脱気動作によってさらにＸ方向へと移動し、内部空間１００ａから排気ダクト４００に設けられた排出空間４００ａへと搬入され、さらに反応容器１０の外部へと排出される。

そして、基板Ｓ上に、ＳｉＣエピタキシャルウェハに必要な厚さの４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜が完了すると、原料ガス供給部２００は、内部空間１００ａに対する原料ガスの供給を停止する。また、加熱機構５００は、４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル膜が積層された基板Ｓの加熱を停止し、回転駆動部８００は回転台１１２の駆動（基板Ｓの回転）を停止する。さらに、基板Ｓが十分に冷却された状態で、ブロックガス供給部３００を用いたブロックガスの供給、パージガスの供給、冷却機構７００を用いた整流部１７０の冷却を停止し、一連の成膜動作が完了する。そして、使用ガス排出部６００による脱気動作を停止して内部空間１００ａ内が常圧下に戻された後、反応容器１０から、４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル膜を積層した基板ＳすなわちＳｉＣエピタキシャルウェハが積載体１１３ごと取り出され、積載体１１３からＳｉＣエピタキシャルウェハが取り外される。

［収容室内における原料ガスおよびブロックガスの流れ］
図８は、収容室１００内における原料ガスおよびブロックガスの流れを模式的に示した図である。

まず、原料ガス供給部２００（図１参照）から供給空間２００ａを介して内部空間１００ａに供給されてきた原料ガスＧｓは、第１領域Ａ１の下方となる部位から第５領域Ａ５に搬入される。そして、第５領域Ａ５に搬入された原料ガスＧｓは、原料ガス供給部２００によって付与された推進力と、使用ガス排出部６００（図１参照）の脱気動作による吸引力とにより、床部１１０と対向しつつ、積載体１１３（基板Ｓ）に向かいＸ方向に沿って移動していく。

また、第１ブロックガス供給部３１０（図１参照）から第１領域Ａ１に供給されてきた第１ブロックガスＧｂ１は、―Ｚ方向に沿って下降しつつ、第１ブロックガス拡散部材１８１によって、第１領域Ａ１の範囲内においてＸ方向およびＹ方向に拡散される。第１ブロックガス拡散部材１８１を通過した第１ブロックガスＧｂ１は、第１領域Ａ１内をさらに−Ｚ方向に沿って下降し、第１領域Ａ１から第５領域Ａ５に搬入される。ここで、第１領域Ａ１の下方には、第３側壁１５０に設けられた突出部材１５３が位置している。このため、第５領域Ａ５に搬入されてきた第１ブロックガスＧｂ１は、突出部材１５３に設けられた傾斜面によって案内されるとともに、使用ガス排出部６００（図１参照）の吸引力によって引っ張られることで、その移動方向を、−Ｚ方向に沿う方向からＸ方向に沿う方向へと変える。−Ｚ方向からＸ方向に移動方向を変えている間に、第１ブロックガスＧｂ１は、第５領域Ａ５内をＸ方向に沿って移動する原料ガスＧｓに突き当たる。そして、移動方向がＸ方向に変えられた第１ブロックガスＧｂ１は、原料ガスＧｓとともに、第５領域Ａ５のうち第２領域Ａ２の下方となる部位に向かい、Ｘ方向に沿って移動していく。このとき、Ｘ方向に移動する第１ブロックガスＧｂ１は、同じくＸ方向に移動する原料ガスＧｓの上部を覆った状態となり、Ｘ方向に移動する原料ガスＧｓの上方（第１領域Ａ１側）への浮き上がりを抑制する。その結果、原料ガスＧｓが第１領域Ａ１に進入すること、ひいては、天井１２０のうち第１領域Ａ１の上端となる部位に到達することを抑制することができる。

ここで、供給空間２００ａを介して、内部空間１００ａの第５領域Ａ５のうち第１領域Ａ１の下方となる部位に移動してきた原料ガスＧｓは、内部空間１００ａ内の圧力が供給空間２００ａ内の圧力よりも低くなっていることにより、一気に膨張しようとする。また、第５領域Ａ５のうち第１領域Ａ１の下方となる部位から第２領域Ａ２の下方となる部位に移動してきた原料ガスＧｓは、回転台１１２を介した加熱機構５００による加熱を受けて膨張し、下方から上方へと浮き上がろうとする。このとき、原料ガスＧｓとともにＸ方向に沿って移動する第１ブロックガスＧｂ１は、この原料ガスＧｓの上方への浮き上がりを抑制する。

また、第２ブロックガス供給部３２０（図１参照）から第２領域Ａ２に供給されてきた第２ブロックガスＧｂ２は、−Ｚ方向に沿って下降しつつ、第２ブロックガス拡散部材１８２によって、第２領域Ａ２の範囲内においてＸ方向およびＹ方向に拡散される。第２ブロックガス拡散部材１８２を通過した第２ブロックガスＧｂ２は、第２領域Ａ２内をさらに−Ｚ方向に沿って下降し、第２領域Ａ２から第５領域Ａ５に搬入される。したがって、−Ｚ方向に沿って第２領域Ａ２から第５領域Ａ５に搬入されてきた第２ブロックガスＧｂ２は、第５領域Ａ５のうち第２領域Ａ２の下方となる部位に存在する原料ガスＧｓおよび第１ブロックガスＧｂ１を、上方から押すことになる。これにより、−Ｚ方向に沿って第５領域Ａ５に搬入されてきた第２ブロックガスＧｂ２は、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓの上方（第２領域Ａ２側）への浮き上がりを、第１ブロックガスＧｂ１とともに抑制する。その結果、原料ガスＧｓが第２領域Ａ２に進入すること、ひいては、天井１２０のうち第２領域Ａ２の上端となる部位に到達することを抑制することができる。

なお、−Ｚ方向に沿って移動してきた第２ブロックガスＧｂ２は、使用ガス排出部６００（図１参照）の吸引力によって引っ張られることで、その移動方向を、−Ｚ方向に沿う方向からＸ方向に沿う方向へと変える。そして、移動方向がＸ方向に変えられた第２ブロックガスＧｂ２は、原料ガスＧｓおよび第１ブロックガスＧｂ１とともに、第５領域Ａ５のうち第３領域Ａ３の下方となる部位に向かい、Ｘ方向に沿って移動していく。

第５領域Ａ５のうち第２領域Ａ２の下方となる部位から第３領域Ａ３の下方となる部位に移動してきた原料ガスＧｓは、回転台１１２、積載体１１３および基板Ｓを介した加熱機構５００による加熱を受けて膨張し、下方から上方へと浮き上がろうとする。このとき、原料ガスＧｓとともにＸ方向に沿って移動する第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２は、この原料ガスＧｓの上方への浮き上がりを抑制する。

また、第３ブロックガス供給部３３０（図１参照）から第３領域Ａ３に供給されてきた第３ブロックガスＧｂ３は、−Ｚ方向に沿って下降しつつ、第３ブロックガス拡散部材１８３によって、第３領域Ａ３の範囲内においてＸ方向およびＹ方向に拡散される。第３ブロックガス拡散部材１８３を通過した第３ブロックガスＧｂ３は、第３領域Ａ３内をさらに−Ｚ方向に沿って下降し、第３領域Ａ３から第５領域Ａ５に搬入される。したがって、−Ｚ方向に沿って第３領域Ａ３から第５領域Ａ５に搬入されてきた第３ブロックガスＧｂ３は、第５領域Ａ５のうち第３領域Ａ３の下方となる部位に存在する原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２を、上方から押すことになる。これにより、−Ｚ方向に沿って搬入されてきた第３ブロックガスＧｂ３は、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓの上方（第３領域Ａ３）への浮き上がりを、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２とともに抑制する。その結果、原料ガスＧｓが第３領域Ａ３に進入すること、ひいては、天井１２０のうち第３領域Ａ３の上端となる部位に到達することを抑制することができる。

なお、−Ｚ方向に沿って移動してきた第３ブロックガスＧｂ３は、使用ガス排出部６００（図１参照）の吸引力によって引っ張られることで、その移動方向を、−Ｚ方向に沿う方向からＸ方向に沿う方向へと変える。そして、移動方向がＸ方向に変えられた第３ブロックガスＧｂ３は、原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２とともに、第５領域Ａ５のうち第４領域Ａ４の下方となる部位に向かい、Ｘ方向に沿って移動していく。

ここで、第５領域Ａ５のうち第３領域Ａ３の下方に位置する部位には、上述したように、積載体１１３および積載体１１３に積載された基板Ｓが配置されている。そして、この部位において、原料ガスＧｓは、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３を用いて基板Ｓ側に押し付けられており、基板Ｓの周囲には、原料ガスＧｓの多くが存在するようになっている。このとき、基板Ｓは、加熱機構５００（図３参照）によって成膜温度に加熱されており、基板Ｓの周囲に存在する原料ガスＧｓのうち、モノシランガスおよびプロパンガスは、基板Ｓ等を介した加熱に伴って熱分解し、基板Ｓ上には、熱分解によって得られたＳｉおよびＣによる４Ｈ−ＳｉＣ単結晶がエピタキシャル成長する。ただし、熱分解によって得られたＳｉおよびＣのすべてが基板Ｓ上でのエピタキシャル成長に用いられるわけではなく、その一部は、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３とともに、Ｘ方向に移動していく。また、モノシランガスおよびプロパンガスを熱分解することによって得られた水素ガス（反応済のガス）は、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３とともに、Ｘ方向に沿って移動していく。さらに、モノシランガスの一部およびプロパンガスの一部は、基板Ｓの周囲で熱分解されることなく、そのままＸ方向に沿って移動していく。

第５領域Ａ５のうち第３領域Ａ３の下方となる部位から第４領域Ａ４の下方となる部位に移動してきた原料ガスＧｓ（未反応および反応済のガスを含む）は、回転台１１２を介した加熱機構５００による加熱を受けて膨張し、下方から上方へと浮き上がろうとする。このとき、原料ガスＧｓとともにＸ方向に沿って移動する第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３は、この原料ガスＧｓの上方への浮き上がりを抑制する。

また、第４ブロックガス供給部３４０（図１参照）から第４領域Ａ４に供給されてきた第４ブロックガスＧｂ４は、−Ｚ方向に沿って下降しつつ、第４ブロックガス拡散部材１８４によって、第４領域Ａ４の範囲内においてＸ方向およびＹ方向に拡散される。第４ブロックガス拡散部材１８４を通過した第４ブロックガスＧｂ４は、第４領域Ａ４内をさらに−Ｚ方向に沿って下降し、第４領域Ａ４から第５領域Ａ５に搬入される。したがって、−Ｚ方向に沿って第４領域Ａ４から第５領域Ａ５に搬入されてきた第４ブロックガスＧｂ４は、第５領域Ａ５のうち第４領域Ａ４の下方となる部位に存在する原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３を、上方から押すことになる。これにより、−Ｚ方向に沿って搬入されてきた第４ブロックガスＧｂ４は、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓの上方（第４領域Ａ４）への浮き上がりを、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３とともに抑制する。その結果、原料ガスＧｓが第４領域Ａ４に進入すること、ひいては、天井１２０のうち第４領域Ａ４の上端となる部位に到達することを抑制することができる。

なお、−Ｚ方向に沿って移動してきた第４ブロックガスＧｂ４は、使用ガス排出部６００（図１参照）の吸引力によって引っ張られることで、その移動方向を、−Ｚ方向に沿う方向からＸ方向に沿う方向へと変える。そして、移動方向がＸ方向に変えられた第４ブロックガスＧｂ４は、原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３とともに、第５領域Ａ５と排出空間４００ａとの連通部に向かい、Ｘ方向に沿って移動していく。そして、これら原料ガスＧｓおよび第１ブロックガスＧｂ１〜第４ブロックガスＧｂ４は、使用ガス排出部６００により、排出空間４００ａを介して外部に排出される。

この間、冷却機構７００を構成する第１給排水部７１０、第２給排水部７２０および第３給排水部７３０は、整流部１７０を構成する第１仕切部材１７１、第２仕切部材１７２および第３仕切部材１７３に対して、それぞれ冷却水の給排水を行う。これにより、第１仕切部材１７１、第２仕切部材１７２および第３仕切部材１７３の温度は、それぞれの下端を含め２００℃以下に維持されている。また、天井１２０は、加熱機構５００から遠ざけられていること、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４を介して第５領域Ａ５にブロックガスの供給を行っていること、そして、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３が冷却されていることにより、直接に冷却が行われていないのにも関わらず、５０℃以下の温度に維持される。

このように、本実施の形態では、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２が、Ｘ方向に沿って原料ガスＧｓを基板Ｓ側に案内する役割を、第３ブロックガスＧｂ３が、Ｘ方向に沿って基板Ｓ上を通過する原料ガスＧｓを、上方から基板Ｓに向かって押さえ付ける役割を、そして、第４ブロックガスＧｂ４が、基板Ｓ上を通過した原料ガスＧｓを、Ｘ方向に沿って排気ダクト４００側に導く役割を、それぞれ担っている。

ここで、第１領域Ａ１から第５領域Ａ５に搬入されてくる第１ブロックガスＧｂ１の移動速度を第１ブロックガス流速Ｖｂ１、第２領域Ａ２から第５領域Ａ５に搬入されてくる第２ブロックガスＧｂ２の移動速度を第２ブロックガス流速Ｖｂ２、第３領域Ａ３から第５領域Ａ５に供給されてくる第３ブロックガスＧｂ３の移動速度を第３ブロックガス流速Ｖｂ３、第４領域Ａ４から第５領域Ａ５に供給されてくる第４ブロックガスＧｂ４の移動速度を第４ブロックガス流速Ｖｂ４とする。第１ブロックガスＧｂ１〜第４ブロックガスＧｂ４の供給量を、例えばそれぞれ１０Ｌ（リットル）／ｍｉｎとした場合、それぞれの流速は、ＸＹ平面における第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４の面積で決まる。本実施の形態では、上述したように、これら第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４のＹ方向の長さが室内幅Ｗで一定であることから、面積の大小は、これら第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４のＸ方向の長さで決まることになる。そして、本実施の形態では、上述したように、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４のそれぞれのＸ方向の長さである第１領域長さＬ１、第２領域長さＬ２、第３領域長さＬ３および第４領域長さＬ４が、Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２＜Ｌ３の関係を有している。したがって、ＸＹ平面における面積は、Ａ１＜Ａ４＜Ａ２＜Ａ３となり、流速は、Ｖｂ３＜Ｖｂ２＜Ｖｂ４＜Ｖｂ１の関係を有していることになる。

以上説明したように、本実施の形態では、収容室１００の内部空間１００ａに収容された基板Ｓに対し、原料ガス供給部２００を用い、基板Ｓの側方からＸ方向に沿って原料ガスＧｓを供給するとともに、基板ＳよりもＸ方向の上流側にて、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２を用いて、原料ガスＧｓを上から押さえ付けるようにした。これにより、内部空間１００ａ内に供給されてきた原料ガスＧｓが、基板Ｓ上に到達する前に拡散されてしまうのを抑制することができる。このため、本構成を採用しない場合と比較して、基板Ｓ上で分解されるとともに基板上で膜の形成に寄与する原料ガスＧｓの割合を高めることが可能となり、４Ｈ−ＳｉＣ膜の形成における原料ガスＧｓの使用効率を向上させることができる。

ここで、本実施の形態では、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓの上方にて、同じＸ方向に沿って第１ブロックガスＧｂ１を供給するとともに、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓおよび第１ブロックガスＧｂ１に対し、−Ｚ方向に沿って第２ブロックガスＧｂ２を供給するようにした。これにより、基板Ｓ上に到達する前の原料ガスＧｓの拡散をより抑制することが可能となり、４Ｈ−ＳｉＣ膜の形成における原料ガスＧｓの使用効率をさらに向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１および第２ブロックガスＧｂ２に対し、−Ｚ方向に沿って第３ブロックガスＧｂ３を供給するようにした。これにより、基板Ｓ上に到達した原料ガスＧｓの拡散を抑制することが可能となり、４Ｈ−ＳｉＣ膜の形成における原料ガスＧｓの使用効率をより向上させることができる。

さらにまた、本実施の形態では、Ｘ方向に沿って移動する原料ガスＧｓ、第１ブロックガスＧｂ１〜第３ブロックガスＧｂ３に対し、−Ｚ方向に沿って第４ブロックガスＧｂ４を供給するようにした。これにより、基板Ｓ上を通過した原料ガスＧｓ（反応済のものも含む）の内部空間１００ａ内での滞留を抑制し、内部空間１００ａにおいてＸ方向下流側且つ下方に位置する排出口へと誘導することが可能になる。

また、本実施の形態では、基板Ｓを収容する収容室１００の内部空間１００ａに、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３で構成された整流部１７０を設けることで、内部空間１００ａを、第１領域Ａ１〜第５領域Ａ５に仕切るようにした。そして、基板Ｓが配置される第５領域Ａ５には、第５領域Ａ５の側方からＸ方向に沿って原料ガスＧｓを供給するとともに、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４のそれぞれから第５領域Ａ５に向かう−Ｚ方向に沿って第１ブロックガスＧｂ１〜第４ブロックガスＧｂ４を供給するようにした。これにより、原料ガスＧｓが内部空間１００ａにおいて上方側に移動すること、および、内部空間１００ａの上方に位置する天井１２０に原料ガスＧｓが到達すること、を抑制することができる。したがって、天井１２０の近辺で原料ガスＧｓが反応することによる、天井１２０への反応生成物の付着を抑制することができる。それゆえ、天井１２０からの反応生成物が基板Ｓ上に落下する、という事態を発生させにくくすることができる。

ここで、本実施の形態では、成膜時に、上記整流部１７０を構成する第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３を、冷却機構７００（第１給排水部７１０〜第３給排水部７３０）を用いて冷却するようにした。これら第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３は、上記天井１２０よりも基板Ｓ（加熱機構５００）に近い側まで延びて配置されているため、加熱機構５００によって加熱されやすくなっており、且つ、天井１２０よりも原料ガスＧｓが到達しやすくなっている。このため、特に第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３の下端側には、原料ガスＧｓに起因する反応生成物が付着しやすい状態にあるといえる。ただし、本実施の形態では、冷却機構７００を用いて整流部１７０の冷却を行うことにより、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３の下端側においても、原料ガスＧｓの熱分解が生じ難い環境としている。それゆえ、基板Ｓの上方に位置するこれら第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３にも反応生成物の付着を抑制することが可能となり、第１仕切部材１７１〜第３仕切部材１７３からの反応生成物が基板Ｓ上に落下する、という事態を発生させにくくすることができる。

その結果、本実施の形態のＣＶＤ装置１を用いて製造されるＳｉＣエピタキシャルウェハの歩留まりを向上させることができる。

なお、本実施の形態では、移動方向が異なる第１ブロックガスＧｂ１と第２ブロックガスＧｂ２とを用いて、基板ＳからみてＸ方向の上流側における原料ガスＧｓの拡散を抑制するようにしていたが、これに限られるものではなく、どちらか一方のみを用いてもよい。
また、本実施の形態では、ＳｉＣ単結晶で構成された基板Ｓに、４Ｈ−ＳｉＣの膜をエピタキシャル成長させる場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、基板Ｓおよび基板Ｓ上に形成する膜については、適宜設計変更して差し支えない。
さらに、本実施の形態では、収容室１００内に１枚ずつ基板Ｓを収容する所謂枚葉式を採用していたが、これに限られるものではなく、複数の基板Ｓを収容してまとめて成膜を行うバッチ方式を採用してもかまわない。

１…ＣＶＤ装置、１０…反応容器、１００…収容室、１００ａ…内部空間、１１０…床部、１１１…固定部、１１２…回転台、１１３…積載体、１２０…天井、１３０…第１側壁、１４０…第２側壁、１５０…第３側壁、１６０…第４側壁、１７０…整流部、１７１…第１仕切部材、１７２…第２仕切部材、１７３…第３仕切部材、２００…原料ガス供給部、２００ａ…供給空間、３００…ブロックガス供給部、３１０…第１ブロックガス供給部、３２０…第２ブロックガス供給部、３３０…第３ブロックガス供給部、３４０…第４ブロックガス供給部、４００…排気ダクト、４００ａ…排出空間、５００…加熱機構、６００…使用ガス排出部、７００…冷却機構、７１０…第１給排水部、７２０…第２給排水部、７３０…第３給排水部、８００…回転駆動部、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ａ３…第３領域、Ａ４…第４領域、Ａ５…第５領域

Claims

内部空間を有し、当該内部空間における下方側において膜の形成面が上方を向くように基板を収容する収容室と、
前記内部空間に収容された前記基板を加熱する加熱手段と、
前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第１方向に沿って、前記膜の原料となる原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の上流側且つ上方から、当該基板に向かって前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する上流側ブロックガスを供給する上流側ブロックガス供給手段と、
前記内部空間に、前記基板の上方から前記形成面の全面を含む領域に対し、当該基板上を前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する中流側ブロックガスを供給する中流側ブロックガス供給手段と、
前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の下流側且つ上方から、当該基板上を通過した前記原料ガスの上方への移動を抑制する下流側ブロックガスを供給する下流側ブロックガス供給手段と、
前記内部空間における前記第１方向の下流側且つ当該内部空間の下方側から、前記原料ガス、前記上流側ブロックガス、前記中流側ブロックガスおよび前記下流側ブロックガスを外部に排出する排出手段と
を含む成膜装置。
前記上流側ブロックガス供給手段は、前記原料ガスの上方から前記第１方向に沿って上流側ブロックガスを供給するとともに、当該原料ガスの上方から下方に向かう第２方向に沿ってさらに当該上流側ブロックガスを供給することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
前記下流側ブロックガス供給手段によって前記内部空間に供給される前記下流側ブロックガスの流速は、前記上流側ブロックガス供給手段によって当該内部空間に供給される前記上流側ブロックガスの流速よりも高速であり、当該上流側ブロックガスの流速は、前記中流側ブロックガス供給手段によって当該内部空間に供給される前記中流側ブロックガスの流速よりも高速であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
前記原料ガス供給手段は、前記原料ガスとしてシリコンを含むシリコン含有ガスおよびカーボンを含むカーボン含有ガスを供給し、
前記上流側ブロックガス供給手段は前記上流側ブロックガスとして水素ガスを供給し、前記中流側ブロックガス供給手段は前記中流側ブロックガスとして水素ガスを供給し、前記下流側ブロックガス供給手段は前記下流側ブロックガスとして水素ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の成膜装置。
前記加熱手段は、前記基板を１５００℃〜１８００℃の範囲から選択された成膜温度に加熱することを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
内部空間を有し、当該内部空間における下方側において膜の形成面が上方を向くように基板を収容する収容室に収容された当該基板を加熱し、
前記内部空間に、前記基板の側方から当該基板に向かう第１方向に沿って、前記膜の原料となる原料ガスを供給し、
前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の上流側且つ上方から、当該基板に向かって前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する上流側ブロックガスを供給し、
前記内部空間に、前記基板の上方から前記形成面の全面を含む領域に対し、当該基板上を前記第１方向に移動する前記原料ガスの上方への移動を抑制する中流側ブロックガスを供給し、
前記内部空間に、前記基板よりも前記第１方向の下流側且つ上方から、当該基板上を通過した前記原料ガスの上方への移動を抑制する下流側ブロックガスを供給し、
前記内部空間における前記第１方向の下流側且つ当該内部空間の下方側から、前記原料ガス、前記上流側ブロックガス、前記中流側ブロックガスおよび前記下流側ブロックガスを外部に排出すること
を特徴とする膜の製造方法。