TW201824361A - 氣相成長方法 - Google Patents

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Abstract

實施形態的氣相成長方法為一種於基板上形成與基板不同組成的膜的氣相成長方法，其使一片基板自轉並加熱至第1溫度，以相對於基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第1製程氣體，於基板的表面形成膜厚為10 nm以上、200 nm以下的碳化矽膜。

Description

氣相成長方法
本發明是有關於一種於大面積的基板上形成碳化矽薄膜的氣相成長方法。
碳化矽（以下亦表述為SiC）因高耐熱性、高硬度、且為與氮化鎵（以下亦表述為GaN）系半導體的晶格常數差小的寬能隙半導體（wide bandgap semiconductor）等特徵，故其薄膜的工業上的利用價值高。例如，正在研究用作可耐受高溫的高強度的保護膜、相對於使GaN系半導體成長時的基板的緩衝層、利用了光的高透過性的光學設備的窗材等。
為了於工業上利用碳化矽膜，期待形成缺陷少、膜厚均一性高的大面積的薄膜。於日本專利公開公報2004-103671號中記載了於矽基板上形成高品質的碳化矽膜的方法。
本發明提供一種可於大面積的基板上形成缺陷少、膜厚均一性高的大面積的碳化矽薄膜的氣相成長方法。
本發明的一態樣的氣相成長方法為一種於基板上形成與所述基板不同組成的膜的氣相成長方法，其使一片所述基板自轉並加熱至第1溫度，以相對於所述基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第1製程氣體，於所述基板的表面形成膜厚為10 nm以上、200 nm以下的碳化矽膜。
本發明的另一態樣的氣相成長方法將基板搬入至單片型的氣相成長裝置的反應室中，將所述基板載置於所述反應室內設置的於外周部受到支持的保持器上，使所述基板自轉，將所述基板加熱至第1溫度，自與所述基板的表面大致平行地對向且設置於所述反應室的上部的簇射板供給包含矽及碳的第1製程氣體，於所述基板的表面形成膜厚為10 nm以上、200 nm以下的碳化矽膜。
以下，一面參照圖式，一面對本發明的實施形態進行說明。
本說明書中，有時對相同或類似的構件附上相同的符號。
本說明書中，將氣相成長裝置經設置成可成膜的狀態下的重力方向定義為｢下｣，將其相反方向定義為｢上｣。因此，「下部」是指相對於基準的重力方向的位置，「下方」是指相對於基準的重力方向。而且，「上部」是指相對於基準的重力方向的反方向的位置，「上方」是指相對於基準的重力方向的反方向。另外，「縱向」為重力方向。
另外，本說明書中，「製程氣體」是為了在基板上成膜而使用的氣體的統稱，例如設為包括原料氣體、載體氣體、稀釋氣體等的概念。
實施形態的氣相成長方法為一種於基板上形成與基板不同組成的膜的氣相成長方法，其使一片基板自轉並加熱至第1溫度，以相對於基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第1製程氣體，於基板的表面形成膜厚為10 nm以上、200 nm以下的碳化矽膜。
另外，實施形態的氣相成長方法將基板搬入至單片型的氣相成長裝置的反應室中，將基板載置於反應室內設置的於外周部受到支持的保持器上，使基板自轉，將基板加熱至第1溫度，自與基板的表面大致平行地對向且設置於反應室的上部的簇射板（shower plate）供給包含矽及碳的第1製程氣體，於基板的表面形成膜厚為10 nm以上、200 nm以下的碳化矽膜。
進而，實施形態的氣相成長方法於將基板加熱至第1溫度之前，將自轉的基板加熱至第2溫度，並進行以相對於基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第2製程氣體的表面處理。
圖1為實施形態的氣相成長方法中所使用的氣相成長裝置的示意剖面圖。實施形態的氣相成長裝置為單片型的氣相成長裝置。
實施形態的氣相成長裝置具備反應室10。反應室10具備氣體供給口12、環狀保持器14、旋轉體單元16、旋轉軸18、旋轉驅動機構20、簇射板22、內加熱器24、外加熱器26、反射器28、支持柱34、固定台36、固定軸38、氣體排出口40。
反應室10具備例如不鏽鋼製且圓筒狀的壁面17。氣體供給口12設置於反應室10的最上部。
氣體供給口12對反應室10供給製程氣體11。例如，自氣體供給口12供給包含碳化矽（SiC）的原料氣體的製程氣體11。
製程氣體11例如為包含矽（Si）及碳（C）的氣體。包含矽（Si）及碳（C）的氣體為SiC的原料氣體。另外，例如製程氣體11包含氯（Cl）。
製程氣體11例如為有機矽氣體與氯化氫（HCl）的混合氣體。該情況下，有機矽氣體成為SiC的原料氣體。有機矽氣體例如為單甲基矽烷（CH3 SiH3 ）。
製程氣體11中例如亦可使用矽烷系氣體與烴系氣體的混合氣體來作為SiC的原料氣體。矽烷系氣體例如為矽烷（SiH4 ）、二矽烷（Si2 H6 ）。烴系氣體例如為丙烷（C3 H8 ）。
製程氣體11中例如亦可使用包含氯的矽烷系氣體與碳化矽系氣體的混合氣體。包含氯的矽烷系氣體例如為三氯矽烷（SiHCl3 ）、二氯矽烷（SiH2 Cl2 ）、三氯甲基矽烷（CH3 SiCl3 ）、四氯化矽（SiCl4 ）。
亦可於製程氣體11中包含載體氣體。載體氣體例如為氫（H）、氦（He）、氬（Ar）。再者，於製程氣體11中未必包含氯。
簇射板22設置於反應室10的上部。在簇射板22上設有多個氣體噴出孔。自氣體供給口12供給的製程氣體11自多個氣體噴出孔噴出至反應室10內。簇射板在內部設有冷媒的流路，可藉由冷媒將溫度保持為一定。
環狀保持器14設置於反應室10的內部。環狀保持器14為保持器的一例。在環狀保持器14上可載置作為基板的一例的晶圓W。在環狀保持器14中，在中心部設有開口部。環狀保持器14的外徑（圖1中的d）例如為40 cm以下。
簇射板22與載置於環狀保持器14的矽晶圓W的表面大致平行地對向。晶圓W的表面與簇射板22之間的距離（圖1中的H）例如為3 cm以上、20 cm以下。
環狀保持器14例如是將碳化矽（SiC）、碳化鉭（TaC）、氮化硼（BN）、熱解石墨（pyrolytic graphite，PG）等陶瓷、或碳作為基材而形成。環狀保持器14例如可使用塗佈有SiC、BN、TaC、或PG等的碳。
環狀保持器14固定於旋轉體單元16的上部。環狀保持器14藉由旋轉體單元16而於外周部受到支持。旋轉體單元16固定於旋轉軸18。環狀保持器14間接地固定於旋轉軸18。
旋轉軸18可藉由旋轉驅動機構20而旋轉。藉由旋轉驅動機構20，可藉由使旋轉軸18旋轉而使環狀保持器14旋轉。藉由使環狀保持器14旋轉，可使載置於環狀保持器14的矽晶圓W旋轉。
例如，使晶圓W以50 rpm以上、3000 rpm以下的轉速旋轉。旋轉驅動機構20例如包括馬達與軸承。
內加熱器24與外加熱器26設置於環狀保持器14的下方。內加熱器24與外加熱器26設置於旋轉體單元16內。外加熱器26設置於內加熱器24與環狀保持器14之間。
內加熱器24與外加熱器26對保持於環狀保持器14的晶圓W進行加熱。內加熱器24對晶圓W的至少中心部進行加熱。外加熱器26對矽晶圓W的外周區域進行加熱。內加熱器24例如為圓板狀。外加熱器26例如為環狀。
圖1所示的內加熱器24及外加熱器26藉由來自未圖示的外部的通電而進行加熱，從而可將晶圓W加熱。作為可用於內加熱器24及外加熱器26的材質，例如可列舉鎢、錸、鉬等高熔點金屬，石墨、SiC等具有導電性的陶瓷。於使用該些陶瓷材料的情況下，可適當地藉由BN、SiC、熱解石墨、SiC等材料對加熱器的表面進行塗佈。
反射器28設置於內加熱器24與外加熱器26的下方。於反射器28與環狀保持器14之間設置有內加熱器24與外加熱器26。
反射器28將自內加熱器24與外加熱器26向下方放射的熱反射，從而使晶圓W的加熱效率提高。另外，反射器28防止較反射器28更下方的構件被加熱。反射器28例如為圓板狀。
反射器28由耐熱性高的材料形成。反射器28例如具有相對於1100℃以上的溫度的耐熱性。
反射器28例如是將SiC、TaC、碳、BN、PG等陶瓷、或者鎢等金屬作為基材來形成。於反射器28中使用陶瓷的情況下，可使用燒結體或藉由氣相成長而製作的基材。另外，反射器28亦可使用對碳的基材等塗佈有SiC、TaC、BN、PG、玻璃狀碳等陶瓷而成者。
反射器28例如藉由多個支持柱34而固定於固定台36。固定台36例如由固定軸38支持。
於圖1的例子中，晶圓W是藉由加熱器的作用而被加熱，但作為對晶圓W進行加熱的手段，亦可利用感應加熱、燈加熱等。該情況下，亦可適當地採用與圖1所示的構成不同的構成。
於旋轉體單元16內，為了使晶圓W脫離環狀保持器14而設有上推銷（pin）（未圖示）。上推銷例如貫穿反射器28及內加熱器24。
氣體排出口40設置於反應室10的底部。氣體排出口40將製程氣體11在晶圓W表面處進行了反應後的剩餘的製程氣體11排出至反應室10的外部。
另外，在反應室10的壁面17中設置有未圖示的晶圓出入口及閘閥（gate valve）。藉由晶圓出入口及閘閥，可將晶圓W搬入至反應室10內或者搬出至反應室10外。
接著，對實施形態的氣相成長方法進行說明。實施形態的氣相成長方法使用圖1所示的磊晶成長裝置。圖2A、圖2B、圖2C、圖2D為實施形態的氣相成長方法的說明圖。
對碳化矽（SiC）進行成膜的基板可使用相對較大面積下的平坦性優異、於成膜製程中不會釋放雜質的由高純度的材質製作而成者。具體而言，可使用矽等半導體材料、石墨、石英、藍寶石、雲母等陶瓷材料、鎢等高熔點金屬材料。另外，亦可使用於由該些材料製作的基材上塗佈有其他材料而成者。作為所塗佈的材料，可使用所述半導體材料、陶瓷材料、金屬材料等。
具體而言，可列舉：矽、鍺等半導體材料，氧化矽、氧化鋁等氧化物材料，石墨、石墨烯、熱解石墨等碳材料，氮化硼、氮化鋁、氮化矽等氮化物材料，鎢、鉬、金等金屬材料等。另外，所塗佈的層可為一層，亦可為兩層以上的積層膜。作為積層有兩層以上的膜的例子，可列舉於矽基板上形成有氧化矽層、表面矽層的絕緣體上矽（Silicon on Insulator，SOI）基板等。
另外，尤其石墨、石墨烯等層狀化合物存在與其上所積層的層的化學鍵結弱，於SiC膜的成膜過程中不易對SiC膜施加應力的情況，可適宜地用作基板或塗佈材料。
可於基板上於圖1所示的反應爐內形成表面的塗層後不自反應爐內取出而進行SiC的成膜製程。另外，亦可使用預先經塗佈的晶圓W。
另外，於將矽用作基板的情況下，可藉由以丙烷等烴氣體與高溫進行處理而對表面進行碳化處理來設置SiC的薄膜，從而可用作塗層。此種SiC的薄膜作為相對於其後成長的SiC的緩衝層發揮功能，存在使平坦性或膜質提高的情況，因此可適宜地使用。
基板當在SiC的成膜後進行降溫時，有時會因與SiC的熱膨脹係數的差異而使SiC產生應力。為了抑制此種應力的產生，有時可適宜地使用剛性小的基板。另外，亦可對現存的基板預先照射雷射束或電子束而於基板的內部或表面引起損傷，從而使作為基板整體的剛性下降來使用。另外，亦可使用預先使基板變形為凸面狀或者切削成凸面狀而成者。
所述基板可設為單晶、多晶或非晶（amorphous）的材質。
以下，以於作為晶圓W的一例的矽晶圓W上形成SiC薄膜的情況為例進行說明。對以基板的表面處理與SiC的成膜兩個階段來進行成膜的例子進行說明。
首先，準備矽晶圓W（圖2A）。矽晶圓W為晶圓W的一例。矽晶圓W例如為表面為{111}面或{001}面的矽。矽晶圓W的面方位的誤差較佳為3度以下，更佳為2度以下。再者，{111}面、{001}面的表述分別表示與（111）面、（001）面在結晶學上等價的面。矽晶圓W的厚度例如為700 μm以上、1.2 mm以下。矽晶圓W的直徑例如為200 mm以上、300 mm以下。
接著，將一片矽晶圓W搬入至反應室10內。接著，將矽晶圓W載置於環狀保持器14的基板載置面上。此時，矽晶圓W表面與簇射板22相隔3 cm以上。
接著，一邊藉由旋轉驅動機構20使矽晶圓W旋轉，一邊藉由設置於環狀保持器14的下方的內加熱器24及外加熱器26對矽晶圓W進行加熱。矽晶圓W以穿過矽晶圓W的大致中心的法線為軸進行自轉。
矽晶圓W的轉速例如為500 rpm以上、2000 rpm以下。矽晶圓W例如被加熱至1000℃以上、1200℃以下的溫度。
接著，對矽晶圓W的表面供給包含氫的氣體而進行預處理。藉由對矽晶圓W的表面供給包含氫的氣體而將矽晶圓W的表面的氧化膜去除。
接著，一邊藉由旋轉驅動機構20使矽晶圓W旋轉，一邊藉由內加熱器24及外加熱器26將矽晶圓W加熱至表面處理溫度（第2溫度）。
矽晶圓W的轉速例如為500 rpm以上、2000 rpm以下。表面處理溫度例如為600℃以上、1000℃以下。
接著，對矽晶圓W的表面供給包含矽及碳的表面處理氣體（第2製程氣體）11a而對矽晶圓W的表面進行處理，形成被覆層50a（圖2B）。表面處理例如為碳化處理。
被覆層50a例如為矽晶圓W的表面的矽與表面處理氣體11a中的碳鍵結而形成的SiC。表面處理氣體11a例如為單甲基矽烷。被覆層50a的膜厚例如為0.1 nm以上、10 nm以下。
表面處理氣體11a中亦可包含氯。例如，亦可將表面處理氣體11a設為單甲基矽烷與氯化氫的混合氣體。
表面處理氣體11a以相對於矽晶圓W的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式被供給。以層流形式被供給至矽晶圓W的表面的表面處理氣體11a朝向旋轉的矽晶圓W的外周流動，於矽晶圓W的表面形成薄的濃度邊界層。
對矽晶圓W的表面進行處理時的反應室10內的壓力例如為1 kPa以上、100 kPa以下。換言之，對矽晶圓W的表面進行處理時的環境的壓力例如為1 kPa以上、100 kPa以下。
接著，一邊藉由旋轉驅動機構20使矽晶圓W旋轉，一邊藉由內加熱器24及外加熱器26將矽晶圓W加熱至成膜溫度（第1溫度）。
矽晶圓W的轉速例如為500 rpm以上、2000 rpm以下。成膜溫度例如為800℃以上、1200℃以下。
接著，對矽晶圓W的表面供給包含矽、碳、及氯的成膜氣體（第1製程氣體）11b，於矽晶圓W的表面形成SiC膜50（圖2C）。SiC膜50形成於被覆層50a上。成膜氣體11b例如為單甲基矽烷與氯化氫的混合氣體。
成膜氣體11b以相對於矽晶圓W的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式被供給。以層流形式被供給至矽晶圓W的表面的成膜氣體11b朝向旋轉的矽晶圓W的外周流動，於矽晶圓W的表面形成薄的濃度邊界層。
於被覆層50a上形成SiC膜50時的反應室10內的壓力例如為1 kPa以上、100 kPa以下。換言之，於被覆層50a上形成SiC膜50時的環境的壓力例如為1 kPa以上、100 kPa以下。
SiC膜50例如為3C-SiC。SiC膜50例如為非晶膜或多晶膜。SiC膜50的膜厚例如為10 nm以上、200 nm以下。
於形成SiC膜50後，停止藉由內加熱器24及外加熱器26的加熱，使矽晶圓W的溫度降低。另外，於矽晶圓W的溫度成為規定的溫度以下後，停止矽晶圓W的旋轉。其後，於SiC膜50的表面露出的狀態下將矽晶圓W自反應室10搬出（圖2D）。
例如，於SiC膜50的表面露出的狀態下將矽晶圓W自反應室10搬出後，使GaN系半導體於另一反應室中於SiC膜50上成長。另外，例如於SiC膜50的表面露出的狀態下將矽晶圓W自反應室10搬出後將矽晶圓W暴露於大氣中。或者，亦可於SiC膜50上直接形成保護膜或GaN系半導體後，將矽晶圓W自反應室10搬出。
以上的例子中連續地進行基板的表面處理與SiC膜50的成膜，但亦可省略表面處理而僅進行SiC膜50的成膜。另外，亦可將表面處理與SiC膜50的成膜組合而為3階段以上的製程。
接著，對本實施形態的氣相成長方法的作用及效果進行說明。
SiC膜與GaN系半導體的晶格常數相近，因此可藉由於基板上形成SiC膜來用作基板與GaN系半導體的緩衝層。於SiC膜與基板之間產生的應力成為基板的龜裂、破裂、翹曲的原因，因此，要求所成膜的SiC膜為充分薄的膜。另一方面，為了使於SiC緩衝層上成長的半導體層遍及大面積而無缺陷，要求SiC膜亦無針孔等。
要求用作光學設備的窗用構件的SiC膜將光衰減抑制為最小限度。因此，例如要求將膜厚極力減薄為50 nm左右。另外，為了抑制光的透過率的不均，要求高膜厚均一性及膜質均一性。另外，為了覆蓋大口徑的窗，例如要求直徑200 mm左右的大面積。進而，要求針孔等缺陷的密度小。
作為藉由本實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜於光學設備的窗材中的應用，可列舉光二極體（photodiode）或太陽電池的窗材、光罩用的護膜構件等。圖3為表示作為使用了藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜的應用例的、護膜的例子的圖。SiC為寬能隙半導體，因此，於短波長區域中的光的透過性高，圖3所示的護膜亦可於短波長區域中使用。
本實施形態中所製作的SiC膜50具體而言為厚度為50 nm左右、面積為50 mm×50 mm左右的形狀。即，厚度與橫向上的長度的比達106 左右。該比相當於厚度1 mm且1 km見方的寬大的膜。
另一方面，對於用以如此般於大面積的基板上形成均一的SiC的薄膜的成膜裝置，有如下要求。即，對成膜裝置要求：（1）為了防止針孔或缺陷的產生而為於成膜裝置的內部充分抑制了粒子的生成、附著的結構；（2）為了防止於最終的構件的製作結束後SiC薄膜中出現裂紋或發生破裂，另外為了達成光學的均一性，可於大面積的基板上進行均一膜厚的成膜；（3）為了使SiC薄膜的膜質均一，成膜過程中的基板內的成膜環境、尤其是溫度的均一性高等。
根據實施形態的氣相成長方法，藉由使用單片型的氣相成長裝置，可形成膜厚均一性及膜質均一性高、缺陷密度小的大面積的SiC薄膜。以下進行詳述。
圖4A、圖4B為表示藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜50的評價結果的圖。圖4A、圖4B所示的SiC膜均為未對矽晶圓W進行表面處理而形成了SiC膜者。
圖4A為表示藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜50的膜厚均一性的圖。圖4A表示直徑200 mm的晶圓的沿著直徑方向的膜厚的測定結果。測定是藉由橢圓偏光儀（ellipsometer）來進行。
根據圖4A可知，晶圓面內的平均膜厚為22.1 nm、標準偏差為0.37 nm而可實現極高的膜厚均一性。
圖4B為藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜50的掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）照片。SiC層的膜厚為約100 nm。如根據圖4B可知般，可確認到形成了均一且無針孔等缺陷的、膜質均一性高的SiC膜50。
於實施形態的氣相成長法中使用圖1所示的單片型的氣相成長裝置。而且，於中心部設置有開口部的環狀保持器14上載置作為基板的一例的矽晶圓W。環狀保持器14藉由旋轉體單元16而於外周部受到支持。
於環狀保持器14的中心設有開口部，不存在靠近矽晶圓W的背面的構件。因此，即便產生了矽晶圓W的翹曲等變形，該變形對矽晶圓W的溫度分佈所造成的影響亦少。因此，矽晶圓W面內的溫度的均一性高。
另外，環狀保持器14於外周部受到支持。換言之，不存在對環狀保持器14於中心處進行支持的中心軸（center shaft）。若存在中心軸，則會產生經由中心軸的熱傳導，從而有矽晶圓W表面的溫度的均一性變低之虞。因此，根據實施形態的氣相成長方法，晶圓面內的溫度的均一性變高。
根據實施形態的氣相成長方法，矽晶圓W面內的溫度的均一性高，藉此，SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變高。
另外，於實施形態的氣相成長方法中，使用單片型的氣相成長裝置。而且，將製程氣體11以相對於矽晶圓W的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給。以層流的形式被供給至矽晶圓W的表面的製程氣體11如圖2B、圖2C所示般朝向旋轉的矽晶圓W的外周流動。因此，難以產生製程氣體11因矽晶圓W的邊緣的影響成為亂流而對成膜造成不良影響的效應，即所謂的邊緣效應。因此，形成於矽晶圓W的表面的SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變高。
另外，於實施形態的氣相成長方法中，自與矽晶圓W的表面大致平行地對向的簇射板22供給製程氣體11。即，於反應室10內，製程氣體11縱向地流動。因此，於與矽晶圓W的表面對向的簇射板22的表面難以附著反應產物。
進而，矽晶圓W表面與簇射板22相隔3 cm以上。因矽晶圓W表面與簇射板22的間隔寬，故可抑制到達了矽晶圓W的表面的製程氣體11再次返回到簇射板22側，於簇射板22的表面附著反應產物的情況。換言之，因矽晶圓W表面與簇射板22的間隔寬，故於矽晶圓W表面與簇射板22之間難以產生亂流，可抑制於簇射板22的表面附著反應產物的情況。
於與矽晶圓W的表面對向的簇射板22的表面難以附著反應產物，因此難以產生因附著於簇射板22的反應產物掉落至矽晶圓W表面而引起的SiC膜50的缺陷。藉此形成缺陷密度低的SiC膜50。
於如實施形態的單片裝置般為包圍反應室10的內部的壁面17經冷卻的冷壁型（cold-wall type）的情況下，矽晶圓W表面與簇射板22之間的距離較佳為3 cm以上、20 cm以下，更佳為5 cm以上、15 cm以下。若低於所述範圍，則有到達了矽晶圓W的表面的製程氣體11再次返回到簇射板22側，於簇射板22的表面附著反應產物之虞。另外，若超過所述範圍，則有於反應室10的內部產生熱對流，形成於矽晶圓W的表面的SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變低之虞。
再者，於為包圍反應室10的內部的壁面17經加熱的熱壁型（hot-wall type）的情況下，矽晶圓W表面與簇射板22之間的距離較佳為5 cm以上、60 cm以下，進而佳為10 cm以上、50 cm以下。
環狀保持器14的外徑較佳為40 cm以下，更佳為35 cm以下。若超過所述範圍，則有產生伴隨環狀保持器14的旋轉的亂流之虞。若於反應室10的內部產生亂流，則有反應產物附著於反應室10的內部的所不期望的部位而成為SiC膜50的缺陷的因素，或者所形成的SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變低之虞。
形成於矽晶圓W的表面的SiC膜50較佳為3C-SiC。於SiC的多型態中，3C-SiC可於相對較低的溫度下形成，因此，容易形成於熔點較SiC低的矽晶圓W上。
或者，形成於矽晶圓W的表面的SiC膜50較佳為非晶膜或多晶膜。非晶膜及多晶膜與單晶膜相比光學異向性或機械異向性小。因此，適宜應用於使光透過的光學用構件。另外，非晶膜或多晶膜與單晶膜相比柔軟性提高，存在當對最終的構件進行加工時難以發生破損的情況，因此較佳。
形成於矽晶圓W的表面的SiC膜50的膜厚較佳為10 nm以上、200 nm以下，更佳為30 nm以上、80 nm以下。若低於所述範圍，則有SiC膜的強度不足之虞。另外，若超過所述範圍，則有於成膜後基板上產生龜裂、破裂、翹曲等，或者於用作光學設備的窗材的情況下透過光的衰減過度變大之虞。
當對矽晶圓W的表面進行處理時、及於矽晶圓W的表面形成SiC膜50時的矽晶圓W的轉速較佳為500 rpm以上、2000 rpm以下，更佳為800 rpm以上、1800 rpm以下。若低於所述範圍，則有於來自簇射板的氣流中產生對流、或不形成為層流等，或者製程氣體11的利用效率低之虞。若超過所述範圍，則有於矽晶圓W的表面未形成均一的濃度邊界層，被覆層50a、SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變低之虞。
對矽晶圓W的表面進行處理時的矽晶圓W的溫度即表面處理溫度較佳為600℃以上、1000℃以下，更佳為700℃以上、900℃以下。若低於所述範圍，則有矽晶圓W的表面未充分碳化之虞。若超過所述範圍，則有矽晶圓W的表面的碳化過度進行，碳化後所形成的SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變低之虞。
於矽晶圓W的表面形成SiC膜50時的矽晶圓W的溫度即成膜溫度較佳為800℃以上、1200℃以下，更佳為900℃以上、1100℃以下。若低於所述範圍，則有SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性變低之虞。另外，若超過所述範圍，則有SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性劣化，或對矽晶圓W造成損傷之虞。
就提高SiC膜50的膜厚均一性、膜質均一性的觀點而言，當作為矽晶圓W的表面處理而進行碳化處理時、及於矽晶圓W的表面形成SiC膜50時的反應室10內的壓力較佳為1 kPa以上、100 kPa以下，更佳為10 kPa以上、50 kPa以下。
如以上所述，根據實施形態的氣相成長方法，可於大面積的基板上形成缺陷少、膜厚均一性及膜質均一性高的大面積的SiC薄膜。 [實施例]
以下，對本發明的實施例進行說明。
（實施例1） 使用實施形態的氣相成長方法，於表面為（001）面且直徑為200 mm的矽晶圓W上形成SiC膜50。首先，使矽晶圓W以轉速1500 rpm自轉，將矽晶圓W加熱至1100℃，並供給包含氫的氣體，於壓力26.6 kPa下進行預處理。接著，使矽晶圓W以轉速1500 rpm自轉，將矽晶圓W加熱至1000℃，並供給單甲基矽烷，於壓力26.6 kPa下對矽晶圓W的表面進行處理而形成被覆層50a。接著，使矽晶圓W以轉速1500 rpm自轉，將矽晶圓W加熱至1000℃，並於壓力26.6 kPa下供給單甲基矽烷與氯化氫，於形成有被覆層50a的矽晶圓W的表面形成膜厚為70 nm的SiC膜50。
圖5A、圖5B為表示實施例1的SiC膜50的評價結果的圖。圖5A為所形成的SiC膜50的表面的原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）像。圖5A示出了3 μm×3 μm的區域。表面的凹凸的均方根（Root Mean Square，RMS）為6.41 nm。圖5B為所形成的SiC膜50的SEM照片。
（實施例2） 除將對矽晶圓W的表面進行處理時的矽晶圓W的溫度設為800℃以外，以與實施例1相同的條件形成SiC膜50。
圖6A、圖6B為表示實施例2的SiC膜50的評價結果的圖。圖6A為所形成的SiC膜50的表面的AFM像。圖6A示出了3 μm×3 μm的區域。表面的凹凸的RMS為2.44 nm。圖6B為所形成的SiC膜50的SEM照片。
根據實施例1、實施例2的結果而明確，藉由實施形態的氣相成長方法，可於基板上形成缺陷少、膜厚均一性及膜質均一性高的大面積的SiC膜50。尤其如實施例2般而明確，藉由降低對矽晶圓W的表面進行處理時的矽晶圓W的溫度，膜厚均一性、表面平坦性提高。
以上，一面參照具體例一面對本發明的實施形態及實施例進行了說明。所述實施形態及實施例只不過是作為示例而列舉，並非限定本發明。
於實施形態中，以將預先混合的製程氣體11供給至反應室10的情況為例進行了說明，但亦可為將分離的製程氣體供給至反應室10，並於簇射板22的近前加以混合的構成。另外，亦可為直至自簇射板22噴出為止為分離的狀態的構成。
另外，作為晶圓W的保持器，以環狀保持器14為例進行了說明，但晶圓W的保持器亦可為於中央部不具有開口部的碟狀的基座（susceptor）。
另外，於實施形態中，作為加熱器，以具備內加熱器24與外加熱器26兩種加熱器的情況為例進行了說明，但加熱器亦可僅為一種，或者亦可為三種以上。
於實施形態中，關於裝置構成或製造方法等對於本發明的說明而言並非直接必要的部分等省略了記載，但可適當選擇使用必要的裝置構成或製造方法等。此外，具備本發明的要素且本領域技術人員可適當進行設計變更的所有氣相成長方法均包含於本發明的範圍內。本發明的範圍是藉由專利申請範圍及其均等物的範圍而定義。
10‧‧‧反應室
11‧‧‧製程氣體
11a‧‧‧表面處理氣體（第2製程氣體）
11b‧‧‧成膜氣體（第1製程氣體）
12‧‧‧氣體供給口
14‧‧‧環狀保持器
16‧‧‧旋轉體單元
17‧‧‧壁面
18‧‧‧旋轉軸
20‧‧‧旋轉驅動機構
22‧‧‧簇射板
24‧‧‧內加熱器
26‧‧‧外加熱器
28‧‧‧反射器
34‧‧‧支持柱
36‧‧‧固定台
38‧‧‧固定軸
40‧‧‧氣體排出口
50‧‧‧SiC膜
50a‧‧‧被覆層
d‧‧‧外徑
H‧‧‧距離
W‧‧‧晶圓/矽晶圓
圖1為實施形態的氣相成長裝置的示意剖面圖。 圖2A、圖2B、圖2C、圖2D為實施形態的氣相成長方法的說明圖。 圖3為表示使用了藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜的護膜（pellicle）的例子的圖。 圖4A、圖4B為表示藉由實施形態的氣相成長方法而形成的SiC膜的評價結果的圖。 圖5A、圖5B為表示實施例1的SiC膜的評價結果的圖。 圖6A、圖6B為表示實施例2的SiC膜的評價結果的圖。

Claims (20)

  1. 一種氣相成長方法，其於基板上形成與所述基板不同組成的膜，其中 使一片所述基板自轉並加熱至第1溫度， 以相對於所述基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第1製程氣體，於所述基板的表面形成膜厚為10 nm以上且200 nm以下的碳化矽膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中於將所述基板加熱至所述第1溫度之前，將自轉的所述基板加熱至第2溫度， 並進行以相對於所述基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第2製程氣體的表面處理。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中所述碳化矽膜為非晶膜或多晶膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中所述基板包含矽層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中所述碳化矽膜包含3C-SiC。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中所述第1溫度為1000℃以上且1200℃以下。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的氣相成長方法，其中所述第2溫度為600℃以上且1000℃以下。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的氣相成長方法，其中所述第2溫度低於所述第1溫度。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的氣相成長方法，其中藉由所述表面處理將所述基板碳化。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的氣相成長方法，其中所述自轉的轉速為500 rpm以上且2000 rpm以下。
  11. 一種氣相成長方法，其將基板搬入至單片型的氣相成長裝置的反應室中， 將所述基板載置於所述反應室內設置的於外周部受到支持的保持器上， 使所述基板自轉， 將所述基板加熱至第1溫度， 自與所述基板的表面大致平行地對向且設置於所述反應室的上部的簇射板供給包含矽及碳的第1製程氣體，於所述基板的表面形成膜厚為10 nm以上且200 nm以下的碳化矽膜。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中於將所述基板加熱至所述第1溫度之前，將自轉的所述基板加熱至第2溫度， 並進行以相對於所述基板的表面而為大致垂直的方向上的層流的形式供給包含矽及碳的第2製程氣體的表面處理。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中所述碳化矽膜為非晶膜或多晶膜。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中所述基板包含矽層。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中所述碳化矽膜包含3C-SiC。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中所述第1溫度為1000℃以上且1200℃以下。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的氣相成長方法，其中所述第2溫度為600℃以上且1000℃以下。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的氣相成長方法，其中所述第2溫度低於所述第1溫度。
  19. 如申請專利範圍第12項所述的氣相成長方法，其中藉由所述表面處理將所述基板碳化。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的氣相成長方法，其中所述自轉的轉速為500 rpm以上且2000 rpm以下。
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