JP7001517B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る成膜装置の構成の概略を模式的に示した図である。
図1の成膜装置1は、略直方体状の処理容器11を備える。
処理容器11には、排気ライン12が接続されており、処理容器11は、排気ライン12により所定の減圧状態(圧力)に調整することが可能となっている。排気ライン12は、処理容器11に一端が接続される排気管12aを有する。排気管12aは、排気マニホールド等から成り、処理容器側とは反対側にメカニカルブースターポンプ等からなる真空ポンプ12bが接続されている。排気管12aにおける処理容器11と真空ポンプ12bとの間には、APC(自動圧力制御)バルブや比例制御弁等からなる、処理容器11内の圧力を調整する圧力調整部12cが設けられている。また、処理容器11には、圧力計13が設けられており、圧力調整部12cによる処理容器11内の圧力の調整は、圧力計13での計測結果に基づいて行われる。
ガス供給管15b1には、ガス供給源15e1が接続され、該供給源15e1からSiH4ガスが供給される。同様に、ガスライン15b2~15b6にはそれぞれガス供給源15e2~15e6が接続され、各ガス供給源15e2~15e6からC3H8ガス、H2ガス、N2ガス、SiCl4ガス、Arガスが供給される。
また、処理容器11内の構造物に付着した異物を除去する際には、例えば、ガス供給管15b3、15b6からH2ガス、Arガスのうちの1種が、または、これらのガスが混合されて、処理容器11に供給される。
処理容器11の内部には、図2に示すように、被処理基板としてのSiC基板W(以下、基板W)がホルダHを介して載置される載置台20と、載置台20を回転させると共に該載置台20を支持する回転軸21と、基板Wが載置されたホルダHを昇降させる昇降部22と、が設けられている。また、処理容器11の内部には収容部としてのサセプタ23が設けられており、サセプタ23は、載置台20を収容する内部空間Sを有すると共に、処理ガスが、載置台20の一端から載置台20の中心上を通り載置台20の他端に至るように上記内部空間Sに供給される。
載置台20は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、上面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
サセプタ23は、耐熱性が高くかつ誘導加熱による加熱が容易な導電性材料で形成されており、例えば、基板W側の面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材から構成される。
なお、図示は省略するが、断熱材24の外側には、断熱材24を処理容器11から離間させた状態で該断熱材24を保持するための保持構造体が設けられている。
まず、基板Wが載置されたホルダHを、処理容器11内に搬入する(ステップS1)。具体的には、上記ホルダHを、成膜装置1の外部の搬送手段(図示せず)を用いて、成膜装置1の外部からゲートバルブ(図示せず)を介して処理容器11内に搬入し、載置台20の上方に位置させる。次に、昇降部22を上昇させ、当該昇降部22によりホルダHを支持する。次いで、上記搬送手段を処理容器11内から退避させると共に、昇降部22を下降させ、ホルダHを載置台20上に載置する。
従来のエピタキシャル成長によるSiC膜の成膜では、Si原料ガス及びC原料ガスとしてそれぞれ単一のものを用いることが多く、Si原料ガスとしては例えばモノシラン(SiH4)ガス、C原料ガスとしては例えばプロパン(C3H8)ガスが用いられていた。
また、サイドフロー方式を採用する成膜装置では、SiC基板を複数枚乗せたホルダを回転させて成長させる場合があり、この場合、SiC基板上方の成長空間の長さ、すなわち、上記成長空間における処理ガスの給気側から排気側までの距離が長い。例えば、直径6インチのSiC基板を3枚載せた場合には上記成長空間の長さは340mm程度となる。これは、直径6インチのSiC基板を多数枚同時に処理するダウンフロー方式の装置の2倍以上である。
なお、サイトコンペティションとは、SiC膜へのドーパントの取り込みにおいてNはCサイトを置換し、アルミニウム(Al)はSiサイトを置換することから、表面上でCもしくはSiとドーパントの競合が生じ、ドーパントの取り込みに影響が出ることをいう。例えば、低C/Si比の場合、Nと競合するCが少ないことから高N濃度となる。
同様に、ガス供給比を高める場合、従来高かった処理空間の排気側のC/Siを本実施形態では下げておくことができるため、排気側で欠陥発生が生じる従来の最大のガス供給比より高いガス供給比まで高めて、プロセスを実施できる。
第1の実施形態では、C原子を含まないがSi原子を含むSi含有ガスとして熱分解温度が異なるものを同時に供給していた。これに対し、第2の実施形態の成膜装置は、Si原子を含まないがC原子を含むC含有ガスとして熱分解温度が異なるものを同時に供給する。具体的には、図5に示すように、成膜装置1は、第1実施形態におけるガス供給管15b5、MFC15c5、バルブ15d5、ガス供給源15e5に代えて、第1実施形態におけるガス供給管15b7、MFC15c7及びバルブ15d7と、アセチレン(C2H2)ガスを供給するガス供給源15e7とを有する。そして、本実施形態の成膜装置1では、第1のC含有ガスとしてのC3H8ガスと、このC3H8ガスより熱分解温度が低い第2のC含有ガスとしてアセチレンガスとを同時に供給する。
なお、p型SiC膜の場合は、n型SiC膜とは異なり、ホルダHの中央付近でのSiリッチ化によりAlの取り込みを抑制することができるため、SiC膜内の不純物濃度を面内で均一にすることができる。
11 処理容器
12 排気ライン
14 誘導コイル
15 ガス供給機構
20 載置台
21 回転軸
23 サセプタ
24 断熱材
100 制御部
Claims (7)
- 被処理基板上に炭化ケイ素膜を形成する成膜装置であって、
前記被処理基板が載置される載置台と、
前記載置台をその内部空間に収容するよう構成されたサセプタと、
前記サセプタの内部空間において、前記載置台の外側から当該載置台の中心軸線に対して直交する方向に沿った原料ガスの流れを形成するよう構成されたガス供給機構と、
前記被処理基板を加熱する誘導コイルと、を有し、
前記ガス供給機構は、ケイ素を含有し炭素を含有しない第1のSi含有ガス及び炭素を含有しケイ素を含有しない第1のC含有ガスに加えて、前記第1のSi含有ガスよりも熱分解温度が高くケイ素を含有し炭素を含有しない第2のSi含有ガスおよび前記第1のC含有ガスよりも熱分解温度が低く炭素を含有しケイ素を含有しない第2のC含有ガスの少なくとも一方のガスを、前記原料ガスとして前記サセプタの内部空間に供給することにより、前記サセプタの内部空間内の給気側での、雰囲気中の前駆体におけるケイ素原子の数に対する前記前駆体における炭素原子の数の比を高めることを特徴とする成膜装置。 - 前記載置台は、回転軸を介して回転可能に当該回転軸に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記載置台は、前記回転軸の中心軸線に対して周方向に配列された複数の載置領域において複数の被処理基板を保持するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。
- 前記第1のSi含有ガスは、モノシランガスであり、
前記第2のSi含有ガスは、ケイ素と水素との間の結合エネルギーよりも高いエネルギーでケイ素と結合された原子を含むことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記第2のSi含有ガスは、テトラクロロシランガス、トリクロロシランガス、ジクロロシランガス、モノクロロシランガス、テトラフルオロシランガス、トリフルオロシランガス、ジフルオロシランガスおよびモノフルオロシランガスの少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
- 前記第1のC含有ガスは、プロパンガスであり、
前記第2のC含有ガスは、アセチレンガス、エチレンガスおよびエタンガスの少なくともいずれか1つであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 被処理基板上に炭化ケイ素膜を形成する成膜方法であって、
サセプタの内部空間に原料ガスを供給し、前記内部空間において、前記被処理基板が搭載された載置台の外側から当該載置台の中心軸線に対して直交する方向に沿った原料ガスの流れを形成する供給工程を有し、
該供給工程は、ケイ素を含有し炭素を含有しない第1のSi含有ガス及び炭素を含有しケイ素を含有しない第1のC含有ガスに加えて、前記Si含有ガスよりも熱分解温度が高くケイ素を含有し炭素を含有しない第2のSi含有ガスおよび前記C含有ガスよりも熱分解温度が低く炭素を含有しケイ素を含有しない第2のC含有ガスの少なくとも一方のガスを、前記原料ガスとして前記サセプタの内部空間に供給することにより、前記サセプタの内部空間内の給気側での、雰囲気中の前駆体におけるケイ素原子の数に対する前記前駆体における炭素原子の数の比を高めることを特徴とする成膜方法。
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