JP7190894B2 - SiC化学気相成長装置 - Google Patents
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Description
被処理体上に均一に薄膜を形成するためには、被処理体に対して均一に原料ガスを供給すること、および、ウェハに欠陥等の付着物の発生を抑制することが重要である。そのため、様々な検討が進められてきた。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくすらために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC化学気相成長装置1の断面模式図である。本実施形態に係るSiC化学気相成長装置1は、内部に成長空間Rを構成する炉体2と、成長空間R内に位置し、SiCウェハWを載置する載置台3と、を有する。
尚、本実施形態では、炉体2において載置台3が配置される方向を下方向、載置台3に対して後述する第1孔21が位置する方向を上方向という。
載置台3は、例えば、サセプタ31と加熱機構32とを有する。サセプタ31は、SiCウェハWの支持体である。サセプタ31の上面には、SiCウェハWを載置できる載置面3Aを有する。サセプタ31は、下方に延びる管状の支持軸を有する。支持軸は、例えば、図示しない回転機構に連結される。サセプタ31は、回転機構によって支持軸を回転することで回転可能となっている。加熱機構32は、SiCウェハWを加熱する。加熱機構32は、例えば、サセプタ31の内部に設けられる。加熱機構32は、例えば、SiCウェハWの載置面と対向する位置になるヒータである。加熱機構32は、支持軸内部を通して外部から通電される。
炉体2は、内部に成長空間Rを有する。図1に示す炉体2は、上部26と側壁25と底部27とを有する。成長空間Rは、上部26と側壁25と底部27とに囲まれた空間である。側壁25は、上部側壁25Aと下部側壁25Bとからなる。
炉体2の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、石英、カーボン、SiCコートカーボン等を適宜組み合わせて構成することができる。
第1孔21は、載置台3の載置面3Aと対向する、上方に位置する。第1孔21は、例えば、炉体2の上部26に位置する。第1孔21は、成長空間R内に原料ガスGを導入する原料ガス導入部である。第1孔21から供給された原料ガスGは、載置面3A上に載置されたSiCウェハW上で反応し、SiCウェハW上にSiCエピタキシャル膜を形成する。SiCエピタキシャルウェハ膜は、SiCウェハW上にSiCエピタキシャル膜が形成されることで製造される。原料ガスGは、例えば、公知のSi系ガスと、C系ガスと、が用いられる。
C系ガスは、例えばプロパン(C3H8)である。
また、SiCウェハW上に積層されるSiCエピタキシャル膜の導電性を制御する場合、不純物ドーピングガスを原料ガスGと同時に供給してもよい。不純物ドーパントガスは、例えば、導電型をn型とする場合にはN2、p型とする場合にはTMA(トリメチルアルミニウム)である。
Si系ガス、C系ガス、不純物ドーピングガスは、それぞれ分離して供給しても混合して供給しても良い。
第2孔22は、炉体2の側壁25に位置する。図2に示す第2孔22は、炉体2の側壁25全周にわたってある。第2孔22は、側壁25を上部側壁25Aと下部側壁25Bとに分離する。第2孔22は、成長空間R内にパージガスpを導入する。
第3孔23は、炉体2の側壁25に位置する。第3孔23は、炉体2のうち、載置台3における載置面3Aよりも下方に位置する。第3孔23は、成長空間R内のガスを排気する排気口である。第3孔23は、例えば、SiCウェハWを通過した後の未反応ガスおよびパージガスを排気する。第3孔23は、真空吸引をすることができ、炉体2内部の圧力を適宜調整することができる。第3孔23は、炉体2内部のガス流路の対称性を高め、エピタキシャル膜の面内均一性を高めるため、炉体2内部に複数形成されても良い。
突出部24は、第2孔22の下端に位置する。突出部24は、側壁25の内面から成長空間Rに向かって突出する。図1に示す突出部24は、炉体2の側壁25から載置面3Aに対して斜め上向きに突出する。また、図1に示す突出部24は、側壁25の全周にわたって円環状に位置する。突出部24は、第2孔22から流入するパージガスpの流れを制御する。パージガスpの流れ方向は、主に突出部24に沿った方向であり、上部側壁25Aに沿って上方に流れる成分を含む。パージガスpは、第1孔21から供給される原料ガスGの流れを制御する。
図2に示すSiC化学気相成長装置100では、SiCエピタキシャル膜の成長に寄与しなかった原料ガスGが対流により、側壁125の上方に流れ、炉体102内の側壁125の上方に付着する。炉体102内部は、原料ガスGの付着により、堆積物を形成する。堆積物は、SiCエピタキシャルウェハにパーティクルを発生する原因の1つである。被処理体の表面に付着したパーティクルは、結晶欠陥の原因となる。
第2孔22が位置する高さは、載置面3Aよりも高い位置に位置することが好ましい。
図3は、第2実施形態にかかるSiC化学気相成長装置1´の断面模式図である。第2実施形態にかかるSiC化学気相成長装置1´は、炉体4の構造が第1実施形態にかかるSiC化学気相成長装置1と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付し、説明を省く。
図3に示す構成の化学気相成長装置1´をシミュレーションで再現し、SiCエピタキシャル膜の成長速度を求めた。シミュレーションには、ANSYS社製のFluentを用いた。当該シミュレーションは、実際の実験結果と高い相関を有することが確認されている。
炉壁2の温度:最高1400℃以上
ウェハWの温度:1600℃程度
パージガスp流量/原料ガスG流量:1.3
原料ガス最大流速:約20m/s
突出部44の突出方向:載置台3の載置面3Aと平行
ウェハWの直径:200mm
突出部44の内径L/ウェハ径:1.4
突出部の内半径/突出部44の載置台3からの鉛直方向高さ:4.2
第2孔22による円周方向の開口率:100%
比較例1は、突出部44を設けない点が、実施例1と異なる。その他の条件は、実施例1と同じとした。
2,4,102 炉体
4A 第1部分
4B 第2部分
4C 第3部分
3 載置台
3A 載置面
31 サセプタ
32 加熱機構
21,41 第1孔
22,42 第2孔
23,43 第3孔
24,44 突出部
25,125 側壁
25A 上部側壁
25B 下部側壁
26 上部
27 底部
R 成長空間
W SiCウェハ(ウェハ)
G 原料ガス
p パージガス
E1,E2 角部
Claims (7)
- 内部に成長空間を構成する炉体と、
前記成長空間内に位置し、載置面にSiCウェハを載置する載置台と、を有し、
前記炉体は、前記載置面と対向する上部に位置し、前記成長空間内に原料ガスを導入する第1孔と、
前記炉体の側壁に位置し、前記成長空間内にパージガスが流入する第2孔と、
前記炉体の側壁の前記第2孔より下方に位置し、前記成長空間内のガスを排気する第3孔と、を有し、
前記第2孔の下端に、前記成長空間に向かって突出し、前記原料ガスの流れを調整する突出部を備える、SiC化学気相成長装置。 - 前記炉体は、上方から第1部分と、第2部分と、第3部分と、を備え、
前記第1部分の内径は、前記第3部分よりも小さく、
前記第2部分は、前記第1部分と、前記第3部分と、を接合し、
前記第1孔は、前記第1部分に位置し、
前記第2孔および前記突出部は、前記第2部分に位置し、
前記第3孔は、前記第3部分に位置する、請求項1に記載のSiC化学気相成長装置。 - 前記突出部は、前記炉体の側壁の全周にわたって円環状に存在する、請求項1または2に記載のSiC化学気相成長装置。
- 前記突出部は、前記載置面に対して平行である、請求項1から3のいずれか一項に記載のSiC化学気相成長装置。
- 前記突出部は、前記炉体の側壁から前記成長空間に向って、前記載置面に対して斜め上向きである、請求項1から3のいずれか一項に記載のSiC化学気相成長装置。
- 前記突出部の前記成長空間側の第1端は、
前記載置面を平面視した際に、前記載置面に載置されるSiCウェハの外周より外側に位置する、請求項1から5のいずれか一項に記載のSiC化学気相成長装置。 - 前記第2孔は、前記炉体の側壁の全周にわたって位置する、請求項1から6のいずれか一項に記載のSiC化学気相成長装置。
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