WO2020158656A1 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents

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WO2020158656A1
WO2020158656A1 PCT/JP2020/002735 JP2020002735W WO2020158656A1 WO 2020158656 A1 WO2020158656 A1 WO 2020158656A1 JP 2020002735 W JP2020002735 W JP 2020002735W WO 2020158656 A1 WO2020158656 A1 WO 2020158656A1
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gas
substrate
film forming
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PCT/JP2020/002735
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正幸 原島
志生 佐野
充一 中村
洋克 小林
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy

Definitions

  • the present disclosure relates to a film forming method and a film forming apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a film forming apparatus for forming a silicon carbide (SiC) film on a wafer by epitaxial growth.
  • This film forming apparatus has a container having a space capable of reducing the pressure therein, and also has a rotary stage configured to hold a plurality of wafers and rotate the plurality of wafers in the container. Further, in this film forming apparatus, the plurality of wafers are mounted on a holder which is a substantially disk-shaped member, the holder is mounted on a rotary stage, and the holder is made of graphite coated with SiC. It is composed of members.
  • the technology according to the present disclosure extends the life of a member related to the formation of a SiC film and improves the cleaning efficiency of the SiC film forming apparatus.
  • One aspect of the present disclosure is a film forming method of forming a silicon carbide film on a substrate to be processed, wherein a holder holding the substrate to be processed is carried into a processing container of a film forming apparatus and placed on a mounting table.
  • a step of supplying a raw material gas into the processing container to form a silicon carbide film on the substrate to be processed, and a plate-shaped member having at least a surface made of pyrolytic carbon are carried into the processing container.
  • a step of removing the reaction product attached to a portion other than the substrate to be treated in the step of forming the silicon carbide film by supplying a fluorine-containing gas into the treatment container while placing the treatment vessel on the placing table. ..
  • SiC has been used for electronic devices such as semiconductor power devices.
  • a SiC film is formed on a SiC substrate by epitaxial growth in which a film having the same orientation relationship as the substrate crystal is grown on a single crystal substrate.
  • a processing container whose inside can be decompressed, and the processing target substrate is placed via a holder that is disposed in the processing container and holds the processing target substrate.
  • a mounting table is known.
  • a gas inlet for introducing a raw material gas for film formation is provided in a processing container of the film forming apparatus, and an exhaust device is connected via an exhaust pipe such as an exhaust manifold.
  • a method of supplying a fluorine-containing gas such as ClF 3 gas has been considered as a method of removing unnecessary reaction products, that is, a method of cleaning a film forming apparatus.
  • this method of supplying the fluorine-containing gas it is necessary to mount a holder or the like on the mounting table in order to protect the mounting table from the highly reactive fluorine-containing gas. By placing the holder, the holder can also be cleaned.
  • the holder is a graphite member coated with SiC as in Patent Document 1
  • even the coated SiC is removed by a fluorine-containing gas for cleaning, and the underlying graphite portion may be damaged. ..
  • the plate-shaped member has a short life because it is etched together with unnecessary reaction products by the fluorine-containing gas. Further, in this case, since the fluorine-containing gas is consumed for the portion that does not need to be etched, the cleaning efficiency is poor. Further, in this case, since the fluorine-containing gas is consumed for the portion that does not need to be etched, the total amount of the cleaning gas is large, so that the member on the upstream side of the mounting table is greatly damaged, and the life of the member on the upstream side is large. Is short.
  • the technology according to the present disclosure extends the service life of the member relating to the formation of the SiC film and improves the cleaning efficiency of the SiC film forming apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of the configuration of the film forming apparatus according to the first embodiment.
  • the film forming apparatus 1 of FIG. 1 includes a substantially rectangular parallelepiped processing container 11.
  • An exhaust line 12 is connected to the processing container 11, and the processing container 11 can be adjusted to a desired reduced pressure state (pressure) by the exhaust line 12.
  • the exhaust line 12 has an exhaust pipe 12 a whose one end is connected to the processing container 11.
  • the exhaust pipe 12a is composed of an exhaust manifold and the like, and a vacuum pump 12b such as a mechanical booster pump is connected to the side opposite to the processing container side.
  • a pressure adjusting unit 12c including an APC (automatic pressure control) valve, a proportional control valve or the like for adjusting the pressure inside the processing container 11 is provided. .. Further, the processing container 11 is provided with a pressure gauge 13, and the pressure inside the processing container 11 is adjusted by the pressure adjusting unit 12 c based on the measurement result of the pressure gauge 13.
  • APC automatic pressure control
  • the processing container 11 is composed of a hollow rectangular columnar processing container main body 11a having openings at both ends, and side wall portions 11b connected to both ends of the processing container main body 11a so as to close the opening.
  • An induction coil 14 connected to a high frequency power source 14a is provided outside the processing container body 11a.
  • the induction coil 14 heats the substrate to be processed.
  • the induction coil 14 inductively heats a susceptor 23 and the like, which will be described later, and heats the substrate to be processed and the like by radiant heat and heat conduction from the induction-heated susceptor 23.
  • a processing gas supply mechanism 15 is configured to supply a processing gas such as a material gas serving as a material for film formation into the processing container 11.
  • the processing gas supply mechanism 15 has a gas supply pipe 15a connected to the processing container 11 and gas supply pipes 15b 1 to 15b 5 connected to the gas supply pipe 15a.
  • the gas supply pipes 15b 1 to 15b 5 are provided with mass flow controllers (MFC) 15c 1 to 15c 5 and valves 15d 1 to 15d 5 , respectively.
  • the gas supply pipe 15b 1 is connected to a gas supply source 15e 1, SiH 4 gas is supplied from the wherein the source 15e 1.
  • gas supply sources 15e 2 to 15e 5 are connected to the gas lines 15b 2 to 15b 5 , respectively, and C 3 H 8 gas, H 2 gas, ClF 3 gas and Ar are supplied from the gas supply sources 15e 2 to 15e 5. Gas is supplied.
  • SiH 4 gas and C 3 H 8 gas are supplied from the gas supply pipes 15b 1 to 15b 3 as raw material gases for film formation.
  • H 2 gas is supplied to the processing container 11.
  • one of ClF 3 gas, H 2 gas, Ar gas or two or more of these gases are supplied from the gas supply pipes 15b 3 to 15b 5. It is mixed and supplied to the processing container 11.
  • the atmosphere introducing mechanism 16 in order to introduce the atmosphere into the processing container 11 when cleaning the processing container 11, the atmosphere introducing mechanism 16 is connected to the exhaust pipe 12a upstream of the pressure adjusting unit 12c.
  • the atmosphere introduction mechanism 16 has a pipe 16a having one end connected to the exhaust pipe 12a and the other end formed with an atmosphere introduction port 16b.
  • the pipe 16a is provided with a mass flow controller (MFC) 16c and a valve 16d in this order from the exhaust pipe 12a side.
  • MFC mass flow controller
  • the atmosphere introduction mechanism 16 is only required to be able to create an atmosphere in the processing container 11, and the connection destination is not limited to the exhaust pipe 12a. Further, it is preferable to provide a filter (not shown) on the pipe 16a in order to remove dust and the like from the atmosphere.
  • the film forming apparatus 1 also includes a control unit 100.
  • the control unit 100 is, for example, a computer and has a program storage unit (not shown).
  • the program storage unit stores a program for controlling the MFCs 15c 1 to 15c 5 , valves 15d 1 to 15d 5 , the high frequency power supply 14a, the pressure adjusting unit 12c, and the like to perform the film forming process.
  • the program may be recorded in a computer-readable storage medium, and may be installed in the control unit 100 from the storage medium.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an outline of the configuration inside the processing container 11 in the film forming apparatus 1 of FIG.
  • a mounting table 20 on which an SiC substrate W (hereinafter, substrate W) as a processing target substrate is mounted via a holder 30, and the mounting table 20 are rotated.
  • a rotary shaft 21 that supports the mounting table 20 is also provided.
  • an elevating part 22 for elevating the holder 30 holding the substrate W and an susceptor 23 having an internal space S for accommodating the mounting table 20 and being induction-heated by the induction coil 14 are provided. Has been.
  • the mounting table 20 is formed in a disk shape having a recessed portion 20 a that is recessed vertically downward and is provided horizontally inside the processing container 11.
  • the holder 30 fits in the recess 20a.
  • the mounting table 20 is formed of a conductive material having high heat resistance and easy to be heated by induction heating, and is composed of, for example, a graphite member whose upper surface is coated with SiC.
  • the rotary shaft 21 has one end connected to the center of the lower part of the mounting table 20, and the other end penetrating the bottom of the processing container 11 to reach the lower part thereof and connected to a rotary drive mechanism (not shown).
  • a rotary drive mechanism not shown.
  • the elevating unit 22 is for transferring the substrate W between the transfer device for the substrate W outside the film forming apparatus 1 and the mounting table 20, and specifically, for receiving the holder 30 holding the substrate W. It is for passing.
  • the holder 30 is raised and lowered by raising and lowering the raising and lowering section 22 by a raising and lowering drive mechanism (not shown), and the substrate W is accordingly raised and lowered.
  • the susceptor 23 is formed in a rectangular parallelepiped shape in which openings are provided on two surfaces facing each other, and the processing gas is supplied from the opening on one surface and the processing gas is discharged from the opening on the other surface. There is. In this structure, the processing gas is supplied and discharged along a direction orthogonal to the central axis P of the rotation shaft 21 and parallel to the surface to be processed (the upper surface in the drawing) of the substrate W on the mounting table 20. To be done.
  • the susceptor 23 is formed of a conductive material having high heat resistance and easy to be heated by induction heating, and is made of, for example, a graphite member whose surface on the substrate W side is coated with SiC.
  • a heat insulating material 24 that heat-insulates the susceptor 23 and the processing container 11 is provided on the outer periphery of the susceptor 23.
  • the heat insulating material 24 is formed using, for example, a fibrous carbon material having a large porosity.
  • a holding structure for holding the heat insulating material 24 in a state where the heat insulating material 24 is separated from the processing container 11 is provided outside the heat insulating material 24.
  • the holder 30 is a disk-shaped member having a diameter smaller than that of the mounting table 20, and is used for the purpose of collectively loading and unloading a plurality of substrates W into and from the film forming apparatus 1, and holds the plurality of substrates W. be able to.
  • the plurality of placement areas 30a are arranged at equal intervals in the circumferential direction with respect to the center of the holder 30, that is, the central axis P.
  • the holder 30 is composed of a member whose surface is composed of a film of pyrolytic carbon, in other words, a member coated with pyrolytic carbon. More specifically, the surface including the surface on which the substrate W is mounted is made of a graphite member whose surface is coated with pyrolytic carbon.
  • FIG. 3 is a diagram showing a flowchart for explaining an example of the film forming process according to the first embodiment.
  • the holder 30 holding the substrate W is loaded into the processing container 11 (step S1). Specifically, the holder 30 is placed inside the processing container 11 from outside the film forming apparatus 1 via a gate valve (not shown) using a transfer device (not shown) outside the film forming apparatus 1. It is carried in and located above the mounting table 20. Next, the elevating part 22 is raised, so that the holder 30 is supported by the elevating part 22. Next, the transport device is retracted from the processing container 11, and the elevating part 22 is lowered, so that the holder 30 is placed on the mounting table 20.
  • step S2 the source gas and the carrier gas as the processing gas are supplied from the processing gas supply mechanism 15 to the processing container 11, the substrate W held by the holder 30 is heated, and SiC is grown on the substrate W by epitaxial growth.
  • a film is formed (step S2). Specifically, the valves 15d 1 to 15d 3 are opened, the flow rate is adjusted by the MFCs 15c 1 to 15c 3 , and SiH 4 gas, C 3 H 8 gas, and H 2 gas are supplied into the processing container 11. .. Further, high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 14a to the induction coil 14, the susceptor 23 and the mounting table 20 are induction-heated, and the substrate W is heated by radiation and heat conduction from these.
  • a SiC film is formed on the substrate W by epitaxial growth.
  • the pressure inside the processing container 11 is, for example, 10 Torr to 600 Torr, and the flow rates of SiH 4 gas, C 3 H 8 gas, and H 2 gas are, for example, 10 to 600 sccm, 10 to 600 sccm, and 10 to 200 slm, respectively.
  • the temperature of the substrate W is, for example, 1500° C. to 1700° C.
  • N 2 gas may be added to the source gas
  • TMA trimethylaluminum
  • the holder 30 holding the substrate W is unloaded from the processing container 11 (step S3). Specifically, after the valves 15d 1 to 15d 3 are closed and the supply of the raw material gas is stopped, the elevating part 22 is raised and the holder 30 on which the substrate W is supported is raised. Then, a transfer device outside the film forming apparatus 1 is inserted into the processing container 11 via the gate valve and is positioned below the holder 30. After that, by lowering the elevating part 22, the holder 30 is transferred from the elevating part 22 to the transfer device, and the transfer device is retracted from the processing container 11, so that the holder 30 holding the substrate W is processed. It is carried out from the container 11.
  • the supply of the high frequency power to the induction coil 14 may be interrupted during the unloading of the substrate W, the high frequency power is supplied to the induction coil 14 while controlling the temperature of the mounting table 20 and the susceptor 23 to be optimum in the next process. Is preferably supplied.
  • the SiC film having a desired film thickness is formed on the substrate W by repeating the processes of steps S1 to S3.
  • Step S4 After carrying out the holder 30 holding the substrate W on which the SiC film having the desired film thickness is formed, the holder 30 not holding the substrate W is carried into the processing container 11 and mounted on the mounting table 20.
  • the specific processing is the same as in step S1 and thus will be omitted.
  • the holder 30 loaded in step S4 may hold a dummy substrate having the same shape as the substrate W.
  • ClF 3 gas is supplied into the processing container 11, and unnecessary reaction products attached to portions other than the substrate W during film formation are removed (step S5). Specifically, the valves 15d 4 and 15d 5 are opened, the flow rates are adjusted by the MFCs 15c 4 and 15c 5 , and ClF 3 gas as a fluorine-containing gas and Ar gas for dilution are supplied into the processing container 11. It As a result, the unnecessary reaction product is removed. That is, cleaning is performed.
  • the pressure in the processing container 11 is, for example, 10 Torr to 100 Torr
  • the flow rate of the ClF 3 gas is, for example, 100 to 2000 sccm
  • the temperature of the susceptor 23 is, for example, 400 to 600° C. is there.
  • step S6 ClF 3 gas is discharged from the processing container 11 (step S6). Specifically, the valve 15d 4 is closed while the valve 15d 5 is open, the flow rate is adjusted by the MFC 15c 5 , and Ar gas is supplied into the processing container 11. As a result, the ClF 3 gas in the processing container 11 is discharged.
  • the atmosphere is introduced into the processing container 11, whereby the substance remaining in the processing container 11 after cleaning with the ClF 3 gas to be removed, that is, unnecessary in the next film formation.
  • a substance that causes impurities and defects (hereinafter, referred to as “residual substance”) is removed (step S7).
  • the valve 15d 5 is closed and the valve 16d is opened, the flow rate is adjusted by the MFC 16c, and the atmosphere is introduced into the processing container 11.
  • the pressure inside the processing container 11 is controlled to be, for example, 10 kPa to 65 kPa, and the introduction of air is carried out for 0.5 to 2.0 hours.
  • H 2 gas is supplied into the processing container 11 and hydrogen annealing is performed (step S8). Specifically, the valve 16d is closed, the valve 15d 3 is opened, the flow rate is adjusted by the MFC 15c 3 , and H 2 gas is supplied into the processing container 11.
  • the hydrogen annealing in addition to the supply of H 2 gas, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 14a to the induction coil 14 to heat the susceptor 23 and the like.
  • the hydrogen annealing is formed on the surface of the holder 30 during the process of removing the reaction products using ClF 3 gas, CxFy film or carbon particles is the reaction product of pyrolytic carbon and ClF 3 gas is removed ..
  • hydrogen annealing removes substances that could not be removed in the reaction product removing process and the residual substance removing process.
  • the flow rate of H 2 gas is, for example, 10 to 200 slm
  • the temperature of the susceptor 23 is, for example, 1500° C. or higher.
  • the hydrogen annealing is performed for 0.5 to 2.0 hours. To reduce the time required for hydrogen annealing, the temperature of the susceptor 23 may be raised.
  • the source gas is supplied into the processing container 11 at a low C/Si ratio to form a SiC film on the surface of the holder 30, in other words, the surface of the holder 30 is coated with SiC (step S9).
  • the valve 15d 3 is maintained in the open state, the valves 15d 1 and 15d 2 are opened, the flow rates are adjusted by the MFCs 15c 1 and 15c 2 , and SiH 4 gas in the processing container 11, C 3 H 8 gas and H 2 gas are supplied.
  • a SiC film of, eg, about 5-10 ⁇ m is formed on the surface of the holder 30 on which the substrate W is mounted.
  • the surfaces of the susceptor 23 and the mounting table 20 are coated with SiC.
  • the pressure inside the processing container 11 is, for example, 10 Torr to 600 Torr, and the flow rates of SiH 4 gas, C 3 H 8 gas, and H 2 gas are, for example, 10 to 600 sccm, 10 to 600 sccm, and 100, respectively. ⁇ 150 slm, and the temperature of the susceptor 23 is, for example, 1600 to 1700° C. More specifically, for example, the flow rates of the SiH 4 gas and the C 3 H 8 gas are adjusted so that the C/Si ratio becomes 0.5 in the first few minutes, and then the C/Si ratio is adjusted. The flow rate of the C 3 H 8 gas is increased so that the ratio becomes 0.8. After the flow rate of the C 3 H 8 gas is increased, the SiH 4 gas and the C 3 H 8 gas are held, for example, for 30 minutes to form a SiC film having a desired thickness on the surface of the holder 30 or the like.
  • the pyrolytic carbon of the holder 30 and the SiC film formed in the coating step are reduced by lowering the C/Si ratio at the start of forming the SiC film to 0.5 or the like as described above. It is possible to improve the adhesion.
  • the flow rates of the SiH 4 gas and the C 3 H 8 gas are adjusted so that the C/Si ratio becomes 1.0 to 1.4.
  • step S10 After the SiC coating, the SiC coated holder 30 that does not hold the substrate W is unloaded from the processing container 11 (step S10).
  • the specific processing is the same as in step S3, and therefore will be omitted.
  • step S10 the process is returned to step S1, the holder 30 on which the substrate W is placed is carried into the processing container 11, and the processes of steps S1 to S10 are repeated.
  • the holder 30 on which the substrate W is placed, which is carried into the processing container 11, is precoated with SiC in the previous film forming process.
  • the surface thereof is pre-coated with SiC by the same process as in step S9.
  • the holder 30 is mounted on the mounting table 20 at the time of cleaning using ClF 3 gas, and the surface of the holder 30 is pyrolyzed with higher resistance to ClF 3 gas than SiC. Composed of carbon. Therefore, it is possible to extend the life of the holder 30, which is used both during cleaning using ClF 3 gas and during film formation. Further, since the pyrolytic carbon has high heat resistance, the holder 30 can be used for a high temperature process. Further, in the present embodiment, the surface of the holder 30 is constituted by pyrolytic carbon, ClF 3 gas is not consumed in the reaction with the surface of the holder 30 when the cleaning using the ClF 3 gas. Therefore, the efficiency of cleaning using ClF 3 gas can be improved.
  • the raw material gas of the SiC film is supplied at a low C/Si ratio, and the SiC film is formed (pre-coated) on the surface of the holder 30.
  • the SiC film is not pre-coated on the holder 30.
  • the SiC adhered to the holder 30 in powder form during film formation using the holder 30 may be peeled off from the holder 30 and cause a defect.
  • the SiC film is pre-coated on the holder 30 with good adhesion. Since the adhesion between the precoat film and the pyrolytic carbon is good, and therefore the SiC on the holder 30 is not peeled off from the holder 30, the occurrence of defects can be suppressed.
  • CxFy film is the reaction product of pyrolytic carbon and ClF 3 gas holder 30 is removed from the surface of the holder 30.
  • the CxFy film is not removed unlike the present embodiment, if the SiC film is formed or pre-coated using the holder 30 in which the CxFy film is not removed, the CxFy film is peeled off due to film stress or the like, which causes a defect. Sometimes.
  • the CxFy film is removed as described above, it is possible to suppress the occurrence of defects due to the CxFy film.
  • the holder 30 is made of a member whose surface is pyrolytic carbon, so that the CxFy film is formed at the time of cleaning using ClF 3 gas.
  • the CxFy film can be removed by hydrogen annealing in the film forming apparatus 1. In the present embodiment, it can be performed continuously cleaned using ClF 3 gas, removal of the reaction products of the holder 30 with ClF 3 gas, the precoat of SiC with respect to the holder 30.
  • the precoating of the holder 30 with the SiC film is performed in parallel with the existing process of coating the surface of the susceptor 23 and the mounting table 20 with SiC. Further, the removal of the CxFy film is also performed in parallel with the removal process of the substances that could not be removed in the existing process of removing the reaction product and the residual substance removal process. That is, the film forming method according to the present embodiment does not require an additional step.
  • the heat insulating material 24, the processing container 11 and the like are not significantly deteriorated. This is because in the film forming apparatus 1, only the susceptor 23 and the mounting table 20 can be selectively heated by induction heating.
  • the atmosphere is introduced into the processing container 11 to remove the residual substance.
  • the residual substance reacts with moisture in the atmosphere and is discharged from the processing container 11. Since the above-mentioned residual substance is removed in this way, the amount of unnecessary impurities and defects in the subsequently formed SiC film can be significantly reduced.
  • test piece 1 A graphite test piece having a surface coated with pyrolytic carbon (hereinafter referred to as "test piece 1”) and a graphite test piece having a surface coated with SiC (hereinafter referred to as “test piece 2"). And were exposed to ClF 3 gas, and a test for examining the weight change before and after the exposure was conducted. In this test, the temperature of each test piece was 590°C. According to this test, the test piece 1 had a pre-exposure weight of 45.282 g and a post-exposure weight of 45.277 g, and the mass change rate was 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 g/cm 2 .
  • the ClF 3 gas that is not consumed is used for cleaning the susceptor 23, it is possible to improve the utilization efficiency of the ClF 3 gas.
  • the test piece 1 was formed with good adhesion, not powder, by the coating treatment of SiC similar to step S9. Further, in this test, it was confirmed that the same film as that in the case where the holder was made of the SiC member coated with the SiC was formed on the test piece 1 by the SiC film forming process similar to step S2.
  • the holder 30 is made of a graphite member whose surface is coated with pyrolytic carbon.
  • the holder 30 is made of a bulk material of pyrolytic carbon.
  • the film forming process including the other components of the film forming apparatus 1 and the cleaning process in the present embodiment is the same as in the first embodiment. This embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
  • the life of the holder 30 can be further extended.
  • the holder 30 of the present embodiment has high resistance to the stress generated between the holder 30 and the SiC film formed at the time of precoating or film formation, and warpage due to the stress does not occur. Therefore, the holder 30 of this embodiment is more suitable than the first embodiment for film formation. Further, since the bulk material of pyrolytic carbon contains almost no impurities that serve as dopants for the SiC film, there is little concern that unwanted impurities will be mixed into the formed SiC film.
  • the bulk material of pyrolytic carbon has anisotropy in thermal conductivity, and is 345 W/mk (room temperature: plane direction) and 1.7 W/mk (room temperature: thickness direction). Therefore, the heat conducted from the susceptor 23 and the mounting table 20 is uniformized in the plane by the holder 30 of the present embodiment and is transferred to the substrate W. Therefore, according to this embodiment, the in-plane uniformity of the temperature distribution of the substrate W can be improved. By improving the in-plane uniformity of the temperature distribution of the substrate W as described above, the number of defects in the SiC film formed on the substrate W can be reduced.
  • a low temperature portion is likely to occur in a portion located on the outer peripheral portion of the mounting table 20.
  • the film formation apparatus of this embodiment can improve the in-plane uniformity of the temperature distribution of the substrate W.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing an outline of the holder 30 included in the film forming apparatus according to the third embodiment.
  • the holder 30 has a collar portion 31 on the outer circumference.
  • the flange 31 covers the gap D between the side wall forming the recess 20a and the holder 30.
  • the SiC adhered to the upper susceptor 23 during cleaning with ClF 3 gas gradually becomes smaller and the adhesion force to the susceptor 23 decreases, and It may fall and enter the gap D.
  • SiC having entered into the gap D since ClF 3 gas is hard to flow into the gap D, it is difficult to remove by ClF 3 gas. Since the collar portion 31 is provided in the present embodiment, it is possible to prevent the generation of particles caused by the SiC that has entered the gap D.
  • the common holder 30 is used both during film formation and during cleaning.
  • the plate-shaped member mounted on the mounting table 20 at the time of cleaning also served as the holder at the time of film formation.
  • a plate-like member configured similarly to the holder 30 of each of the above-described embodiments is used, and at the time of film formation, for example, a holder made of a graphite member whose surface is coated with SiC is used. You may do it.
  • the plate-shaped member mounted on the mounting table 20 at the time of cleaning also serves as a holder at the time of film formation, the following effects can be obtained.
  • plate-like member configured similarly to the holder 30 of each embodiment is, for example, a graphite member whose surface is coated with pyrolytic carbon or a bulk of pyrolytic carbon.
  • the plate-shaped member is made of a material, and has a substantially same shape as the holder 30.
  • the mounting table 20 and the susceptor 23 were made of a graphite member coated with SiC.
  • the mounting table 20 and the susceptor 23 may be made of a graphite member whose surface is coated with pyrolytic carbon. As a result, the life of the mounting table 20 and the susceptor 23 can be extended.
  • the hydrogen annealing step of step S8 and the precoating step of step S9 were performed after the step of removing the residual substance by introducing air into the step S7, but may be performed before the step of removing the residual substance.
  • ClF 3 gas was used to remove unnecessary reaction products attached during film formation, but other fluorine-containing gas such as ClF gas or ClF 5 gas may be used. ..
  • the source gas supplied onto the substrate W was supplied along the direction parallel to the substrate W and discharged.
  • each of the above-described embodiments can be applied to film formation using a film forming apparatus in which the source gas is supplied in the direction perpendicular to the substrate W.
  • a film forming method for forming a silicon carbide film on a substrate to be processed A holder holding the substrate to be processed is carried into a processing container of a film forming apparatus and placed on a mounting table, and a source gas is supplied into the processing container to form a silicon carbide film on the substrate to be processed.
  • the process of At least the surface of the plate-shaped member composed of pyrolytic carbon is carried into the processing container and placed on the mounting table, and a fluorine-containing gas is supplied into the processing container to form the silicon carbide film.
  • the plate-shaped member mounted on the mounting table is made of pyrolytic carbon having high resistance to the fluorine-containing gas supplied when removing unnecessary reaction products. Therefore, the plate-shaped member can have a long life. Further, since at least the surface of the plate-shaped member is composed of pyrolytic carbon and the fluorine-containing gas is not consumed by the reaction with the plate-shaped member, the cleaning efficiency using the fluorine-containing gas can be improved.
  • the fluorine-containing gas is not consumed in the reaction with the plate-shaped member composed of pyrolytic carbon, the total flow rate of the cleaning gas using the fluorine-containing gas can be suppressed, so that the member on the upstream side of the mounting table can be The damage can be suppressed. Therefore, it is possible to extend the life of the upstream member.
  • the mounting table has a recess in which the holder is mounted,
  • the plate-shaped member has a collar portion on the outer periphery,
  • the film forming method according to (1) wherein when the plate-shaped member is placed in the recess, the flange covers a gap between a side wall forming the recess and the plate-shaped member. .. According to the above (2), it is possible to prevent the generation of particles due to the silicon carbide that has entered the gap.
  • the plate-shaped member used in the step of removing the attached reaction product also functions as the holder used in the step of forming the silicon carbide film, according to (1) or (2) above.
  • Membrane method
  • a film forming apparatus for forming a silicon carbide film on a substrate to be processed, A processing container whose inside can be decompressed, A mounting table which is disposed in the processing container and on which the processing target substrate is mounted via a holder which holds the processing target substrate, In the processing container, a processing gas supply mechanism for supplying a processing gas, A plate-shaped member composed of a bulk material of pyrolytic carbon, The plate-shaped member, when removing a reaction product attached during film formation to a portion other than the substrate to be processed by supplying a fluorine-containing gas into the processing container from the processing gas supply mechanism, A film forming apparatus mounted on the.
  • the mounting table has a recess in which the holder is mounted,
  • the plate-shaped member has a collar portion on the outer periphery,

Abstract

処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜方法であって、成膜装置の処理容器内に、前記処理対象基板を保持したホルダを搬入して載置台に載置すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給して前記処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、少なくとも表面が熱分解炭素で構成される板状部材を、前記処理容器内に搬入し前記載置台に載置すると共に、前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給し、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で前記処理対象基板以外の部分に付着した反応生成物を除去する工程とを有する。

Description

成膜方法及び成膜装置
 本開示は、成膜方法及び成膜装置に関する。
 特許文献1には、ウェハ上に炭化ケイ素(SiC)膜をエピタキシャル成長によって形成する成膜装置が開示されている。この成膜装置は、その内部に減圧可能な空間を有する容器を有し、また、複数のウェハを保持し当該複数のウェハを回転させるように構成された回転ステージを容器内に有する。さらに、この成膜装置では、上記複数のウェハは略円板形状の部材であるホルダ上に載置され、当該ホルダが回転ステージ上に搭載され、上記ホルダが、SiCによってコーティングされたグラファイト製の部材で構成されている。
特開2016-100462号公報
 本開示にかかる技術は、SiC膜の成膜に関する部材を長寿命化させると共に、SiC膜の成膜装置のクリーニング効率を向上させる。
 本開示の一態様は、処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜方法であって、成膜装置の処理容器内に、前記処理対象基板を保持したホルダを搬入して載置台に載置すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給して前記処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、少なくとも表面が熱分解炭素で構成される板状部材を、前記処理容器内に搬入し前記載置台に載置すると共に、前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給し、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で前記処理対象基板以外の部分に付着した反応生成物を除去する工程とを有する。
 本開示によれば、SiC膜の成膜に関する部材を長寿命化させると共に、SiC膜の成膜装置のクリーニング効率を向上させることができる。
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の成膜装置における処理容器内の構成の概略を模式的に示した断面図である。 第1の実施形態に係る、成膜装置による成膜処理の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明者らが行った、基板の温度分布に関する評価試験の結果を示す図である。 第3実施形態に係る成膜装置が有するホルダの概略を模式的に示す部分断面図である。
 近年、半導体パワーデバイスといった電子デバイスに、SiCが用いられるようになっている。このような電子デバイスの製造では、単結晶の基板上に基板結晶と同じ方位関係を有する膜を成長させるエピタキシャル成長によって、SiC基板上にSiC膜が成膜される。
 エピタキシャル成長によるSiC膜の成膜装置として、内部が減圧可能に構成された処理容器と、その処理容器内に配設され、処理対象基板を保持するホルダを介して当該処理対象基板が載置される載置台と、を有するものが知られている。この成膜装置の処理容器には、成膜用の原料ガスが導入されるガス導入口が設けられ、また、排気マニホールド等の排気管を介して排気装置が接続されている。
 上述のような成膜装置では、成膜の際に、不要な反応生成物が、載置台や排気管等といった処理対象基板以外の部分に付着する。このように付着すると、付着した部分に応力が生じることがある。また、基板搬入出口を兼ねるガス導入口の付近で、不要な反応生成物が樹状成長して処理対象基板の自動搬送の際に処理対象基板と接触してしまうことがある。そのため、付着した不要な反応生成物を除去するため、従来、定期的に拭き取りや研磨を行う方法や、載置台を加熱しながら水素を供給する方法が採られていた。
 しかし、前述のように定期的に拭き取りや研磨により除去する場合、発塵する可能性があり、作業性が悪い。さらに、拭き取り等で除去する方法では処理容器の冷却を含めた作業時間が長くなるため装置ダウンタイムが長くなる。
 一方、前述のように載置台を加熱しながら水素を供給して除去する場合、十分除去することはできない。
 そこで、不要な反応生成物を除去する方法すなわち成膜装置のクリーニング方法として、ClFガス等のフッ素含有ガスを供給する方法が考えられている。
 このフッ素含有ガスを供給する方法では、反応性の高いフッ素含有ガスから載置台を保護するために載置台にホルダ等を載置しておく必要がある。ホルダを載置することで、当該ホルダのクリーニングも兼ねることができる。
 しかし、ホルダが特許文献1のようにSiCによってコーティングされたグラファイト製の部材である場合、クリーニング用のフッ素含有ガスによって、コーティングされたSiCまで除去され、下地のグラファイト部分が損傷を受けることがある。
 また、ホルダに代えて、SiCのバルク材で構成されるクリーニング専用の板状部材を載置台に載置することも考えられる。しかし、この場合、上記板状部材は、フッ素含有ガスにより不要な反応生成物と共にエッチングされるため、寿命が短い。また、この場合、エッチングの必要のない部分に対してフッ素含有ガスが消費されるため、クリーニング効率が悪い。さらに、この場合、エッチングの必要のない部分に対してフッ素含有ガスが消費されるためクリーニングガスの総量が大きいので、載置台より上流側の部材のダメージが大きいため、当該上流側の部材の寿命が短い。
 そこで、本開示にかかる技術は、SiC膜の成膜に関する部材を長寿命化させると共に、SiC膜の成膜装置のクリーニング効率を向上させる。
 以下、本実施形態にかかる成膜方法及び成膜装置を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(第1実施形態)
 図1は、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により所望の減圧状態(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。
 処理容器11は、両端に開口部を有する中空の四角柱状の処理容器本体11aと、上記開口部を塞ぐように処理容器本体11aの両端それぞれに接続される側壁部11bとにより構成されている。
 処理容器本体11aの外側には、高周波電源14aに接続された誘導コイル14が設けられている。誘導コイル14は、処理対象基板を加熱するものであり、例えば、後述のサセプタ23等を誘導加熱し、誘導加熱されたサセプタ23からの輻射熱や熱伝導により処理対象基板等を加熱する。
 処理容器11内には、処理ガス供給機構15により成膜の原料となる原料ガス等の処理ガスが供給されるよう構成されている。処理ガス供給機構15は、処理容器11に接続されるガス供給管15aと、該ガス供給管15aに接続されるガス供給管15b~15bとを有する。
 ガス供給管15b~15bにはそれぞれ、質量流量コントローラ(MFC)15c~15cとバルブ15d~15dとが設けられている。
 ガス供給管15bには、ガス供給源15eが接続され、該供給源15eからSiHガスが供給される。同様に、ガスライン15b~15bにはそれぞれガス供給源15e~15eが接続され、各ガス供給源15e~15eからCガス、Hガス、ClFガス、Arガスが供給される。
 処理対象基板としてのSiC基板上に、エピタキシャル成長によるSiC膜の成膜を行う場合には、成膜のための原料ガスとして、ガス供給管15b~15bからSiHガス、Cガス、Hガスが処理容器11に供給される。
 また、処理容器11のクリーニングの際には、ガス供給管15b~15bからClFガス、Hガス、Arガスのうちの1種が、または、これらのうちの2種以上のガスが混合されて、処理容器11に供給される。
 さらに、成膜装置1では、処理容器11のクリーニングの際に、該処理容器11内に大気を導入するため、排気管12aにおける圧力調整部12cの上流に大気導入機構16が接続されている。大気導入機構16は、一端が排気管12aに接続され他端に大気導入口16bが形成された配管16aを有する。配管16aには、排気管12a側から順に質量流量コントローラ(MFC)16cとバルブ16dが設けられている。
 なお、大気導入機構16は、処理容器11内を大気雰囲気とすることができればよく、接続先は排気管12aに限られない。また、配管16aには大気から塵や埃等を除去するため不図示のフィルタを設けることが好ましい。
 また、成膜装置1は制御部100を備えている。制御部100は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、MFC15c~15cやバルブ15d~15d、高周波電源14a、圧力調整部12c等を制御して成膜処理を行うためのプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部100にインストールされたものであってもよい。
 続いて、処理容器11内の構成について説明する。図2は、図1の成膜装置1における処理容器11内の構成の概略を模式的に示した断面図である。
 処理容器11の内部には、図2に示すように、処理対象基板としてのSiC基板W(以下、基板W)がホルダ30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、が設けられている。また、処理容器11の内部には、基板Wを保持したホルダ30を昇降させる昇降部22と、載置台20を収容する内部空間Sを有し誘導コイル14により誘導加熱されるサセプタ23とが設けられている。
 載置台20は、鉛直方向下側に凹む凹部20aを上面に有する円板状に形成されており、処理容器11の内部において水平に設けられている。上記凹部20aにはホルダ30が嵌る。この載置台20が回転軸21により載置台20及び回転軸21の中心軸線Pを中心に回転することにより、ホルダ30も回転する。
 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。
 回転軸21は、その一端が載置台20の下部中央に接続され、他端が処理容器11の底部を突き抜けてその下方に至り、回転駆動機構(図示せず)に接続されている。この回転軸21が上記回転駆動機構により回転することにより、載置台20が回転する。
 昇降部22は、成膜装置1の外部の基板Wの搬送装置と載置台20との間で基板Wを受け渡すためのものであり、具体的には、基板Wを保持したホルダ30を受け渡すためのものである。この昇降部22が昇降駆動機構(図示せず)により昇降することにより、ホルダ30が昇降し、それに伴い基板Wも昇降する。
 サセプタ23は、互いに対向する二つの面に開口が設けられた直方体状に形成され、一方の面の開口から処理ガスが供給され、他方の面の開口から処理ガスが排出される構造となっている。この構造では、処理ガスが、回転軸21の中心軸線Pに対して直交する方向であり載置台20上の基板Wの処理対象面(図の上面)に平行な方向に沿って供給され、排出される。
 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。
 また、サセプタ23の外周には、該サセプタ23と処理容器11とを断熱する断熱材24が設けられている。断熱材24は、例えば、空隙率が大きい繊維状のカーボン材料を用いて形成される。
 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。
 ホルダ30は、載置台20より小径の円板状の部材であり、複数枚の基板Wをまとめて成膜装置1に搬出入すること等を目的として用いられ、複数枚の基板Wを保持することができる。このホルダ30の上面には、基板Wがそれぞれ載置される複数の載置領域30aが形成されている。複数の載置領域30aは、ホルダ30の中心、すなわち、中心軸線Pに対して周方向に等間隔で配列されている。
 本実施形態では、このホルダ30が、表面が熱分解炭素の膜で構成された部材、言い換えると、熱分解炭素でコーティングされた部材から構成される。より具体的には、基板Wが搭載される面を含む表面が熱分解炭素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。
 次に、成膜装置1のクリーニング処理を含む成膜装置1による成膜処理を説明する。図3は、第1の実施形態に係る上記成膜処理の一例を説明するためのフローチャートを示す図である。
 まず、基板Wを保持しているホルダ30が、処理容器11内に搬入される(ステップS1)。具体的には、上記ホルダ30が、成膜装置1の外部の搬送装置(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内に搬入され、載置台20の上方に位置する。次に、昇降部22を上昇させ、これにより、ホルダ30が昇降部22により支持される。次いで、上記搬送装置を処理容器11内から退避させると共に、昇降部22を下降させ、これにより、ホルダ30が載置台20上に載置される。
 ホルダ30の搬入後、処理ガス供給機構15から処理ガスとしての原料ガスとキャリアガスが処理容器11に供給されると共に、ホルダ30に保持された基板Wが加熱され、エピタキシャル成長により基板W上にSiC膜が形成される(ステップS2)。具体的には、バルブ15d~15dが開状態とされ、MFC15c~15cで流量が調整され、処理容器11内にSiHガス、Cガス、Hガスが供給される。また、高周波電源14aから誘導コイル14に高周波電力が供給され、サセプタ23、載置台20が誘導加熱され、これらからの輻射や熱伝導により基板Wが加熱される。これにより、エピタキシャル成長により基板W上にSiC膜が形成される。
 なお、成膜中において、処理容器11内の圧力は例えば10Torr~600Torrであり、SiHガス、Cガス、Hガスの流量はそれぞれ例えば10~600sccm、10~600sccm、10~200slmであり、基板Wの温度は例えば1500℃~1700℃である。また、成膜したSiC膜をn型とする場合にはNガス、p型とする場合にはTMA(トリメチルアルミニウム)を原料ガスに添加すればよい。
 成膜完了後、基板Wを保持しているホルダ30が処理容器11から搬出される(ステップS3)。具体的には、バルブ15d~15dが閉状態とされ、原料ガスの供給が停止された後、昇降部22を上昇させ、基板Wが支持されているホルダ30を上昇させる。そして、成膜装置1の外部の搬送装置が、ゲートバルブを介して処理容器11内に挿入され、ホルダ30の下方に位置する。その後、昇降部22を下降させることで、ホルダ30が昇降部22から上記搬送装置に受け渡され、当該搬送装置を処理容器11から退避させることにより、基板Wを保持しているホルダ30が処理容器11から搬出される。なお、基板Wの搬出中、誘導コイル14への高周波電力の供給を遮断してもよいが、次工程において最適な載置台20及びサセプタ23の温度になるよう制御しながら誘導コイル14へ高周波電力を供給することが好ましい。
 上記ステップS1~ステップS3の処理が繰り返されることで、所望の膜厚のSiC膜が基板W上に形成される。
 所望の膜厚のSiC膜が形成された基板Wを保持しているホルダ30の搬出後、基板Wを保持していないホルダ30が処理容器11内に搬入され、載置台20に載置される(ステップS4)。具体的な処理はステップS1と同様であるため省略する。なお、このステップS4で搬入されるホルダ30には基板Wと同形状のダミー基板を保持させてもよい。
 その後、処理容器11内にClFガスが供給され、成膜時に基板W以外の部分に付着した不要な反応生成物が除去される(ステップS5)。具体的には、バルブ15d、15dが開状態とされ、MFC15c、15cで流量が調整され、処理容器11内にフッ素含有ガスとしてのClFガスと希釈用のArガスが供給される。これにより、上記不要な反応生成物が除去される。つまり、クリーニングが行われる。ClFガスの供給の際、高周波電源14aから誘導コイル14に高周波電力が供給され、サセプタ23、載置台20が加熱されることが好ましい。なお、反応生成物の除去処理中において、処理容器11内の圧力は例えば10Torr~100Torrであり、ClFガスの流量は例えば100~2000sccmであり、サセプタ23の温度は例えば400℃~600℃である。
 反応生成物の除去処理後、処理容器11からClFガスが排出される(ステップS6)。具体的には、バルブ15dが開状態とされたままバルブ15dが閉状態とされ、MFC15cで流量が調整され、処理容器11内にArガスが供給される。これにより、処理容器11内のClFガスが排出される。
 ClFガスの排出後、処理容器11内に大気が導入され、これにより、ClFガスを用いたクリーニング後に処理容器11内に残留している、除去すべき物質すなわち次の成膜時に不要な不純物及び欠陥の要因となる物質(以下、「残留物質」という。)が除去される(ステップS7)。具体的には、バルブ15dが閉状態とされると共にバルブ16dが開状態とされ、MFC16cで流量が調整され、処理容器11内に大気が導入される。これにより、上記残留物質が除去される。なお、大気導入中は、処理容器11内の圧力は例えば10kPa~65kPaになるよう制御され、大気導入は0.5~2.0時間行われる。
 クリーニング後の残留物質の除去後、処理容器11内にHガスが供給され、水素アニールが行われる(ステップS8)。具体的には、バルブ16dが閉状態とされると共にバルブ15dが開状態とされ、MFC15cで流量が調整され、処理容器11内にHガスが供給される。水素アニールでは、Hガスの供給に加えて、高周波電源14aから誘導コイル14に高周波電力が供給され、サセプタ23等が加熱される。この水素アニールにより、ClFガスを用いた反応生成物の除去工程時にホルダ30の表面に形成された、熱分解炭素とClFガスとの反応生成物であるCxFy膜やカーボン粒子が除去される。また、水素アニールにより、反応生成物の除去工程及び残留物質の除去工程で除去できなかった物質が除去される。なお、水素アニール中において、Hガスの流量は例えば10~200slmであり、サセプタ23の温度は例えば1500℃以上である。また、水素アニールは、0.5~2.0時間行われる。水素アニールに要する時間を短縮するには、サセプタ23の温度を上げればよい。
 水素アニール後、処理容器11内に低C/Si比で原料ガスが供給され、ホルダ30の表面にSiC膜が形成され、言い換えると、ホルダ30の表面がSiCでコーティングされる(ステップS9)。具体的には、バルブ15dが開状態に維持されたまま、バルブ15d、15dが開状態とされ、MFC15c、15cで流量が調整されて、処理容器11内にSiHガス、Cガス、Hガスが供給される。この工程により、ホルダ30の基板Wが搭載される面に例えば5-10μm程度のSiC膜が形成される。また、この工程により、サセプタ23や載置台20の表面がSiCでコーティングされる。
 なお、SiC膜のコーティング工程では、処理容器11内の圧力は例えば10Torr~600Torrであり、SiHガス、Cガス、Hガスの流量はそれぞれ例えば10~600sccm、10~600sccm、100~150slmであり、サセプタ23の温度は例えば1600~1700℃である。SiHガス及びCガスは、より具体的には、例えば、最初の数分間は、C/Si比が0.5となるようそれぞれの流量が調整され、続いて、C/Si比が0.8となるようにCガスの流量が上昇される。Cガスの流量の上昇後、SiHガス及びCガスを例えば30分間保持することで所望の膜厚のSiC膜をホルダ30の表面等に形成することができる。
 SiC膜のコーティング工程において、上述のように、SiC膜形成開始時のC/Si比を0.5等と低くすることにより、ホルダ30の熱分解炭素と当該コーティング工程において形成されるSiC膜との密着性を高めることができる。なお、成膜時は、C/Si比が1.0~1.4となるようにSiHガス及びCガスの流量は調整される。
 SiCコーティング後、基板Wを保持しておらずSiCコーティングされたホルダ30が処理容器11から搬出される(ステップS10)。具体的な処理はステップS3と同様であるため省略する。
 ステップS10後、ステップS1に処理が戻され、基板Wが載置されたホルダ30が処理容器11内に搬入され、ステップS1~ステップS10の処理が繰り返される。
 なお、処理容器11内に搬入される、基板Wが載置されたホルダ30には、先の成膜処理でSiCのプリコーティングが施されている。また、当該ホルダ30が、初めて成膜に用いられる場合は、事前にステップS9と同様な処理により、その表面にSiCのプリコーティングが施される。
 以上のように、本実施形態では、ClFガスを用いたクリーニング時に、載置台20にホルダ30が載置され、そのホルダ30の表面が、SiCに比べてClFガスに対する耐性が高い熱分解炭素で構成されている。したがって、ClFガスを用いたクリーニング時にも成膜時にも用いられるホルダ30を、長寿命化させることができる。そして、熱分解炭素は耐熱性も高いためホルダ30は高温プロセスに用いることができる。また、本実施形態では、ホルダ30の表面が熱分解炭素で構成されており、ClFガスを用いたクリーニング時にホルダ30の表面との反応でClFガスが消費されない。そのため、ClFガスを用いたクリーニングの効率を向上させることができる。なお、高価なClFガスの消費量を削減するため、クリーニング時にホルダ30を処理容器11内に搬入する前に、ホルダ30の表面に付着している不要な反応生成物を研磨等により事前に除去するようにしてもよい。さらに、本実施形態によれば、熱分解炭素で構成されたホルダ30の表面との反応でClFガスが消費されないため、ClFガスを用いたクリーニングガスの総流量を抑えることができるので、ホルダ30より上流側の部材のダメージを抑えることができる。したがって、上記上流側の部材を長寿命化させることができる。
 また、本実施形態では、ClFガスを用いたクリーニング後に、低C/Si比でSiC膜の原料ガスが供給され、ホルダ30の表面にSiC膜が形成される(プリコートされる)。ここで、本実施形態とは異なり、ホルダ30に対するSiC膜のプリコートを行わない場合を考える。この場合、当該ホルダ30を用いた成膜時に当該ホルダ30に粉状に付着したSiCが、当該ホルダ30から剥がれて、欠陥の原因となることがある。それに対し、本実施形態では、ホルダ30に対してSiC膜が密着性良くプリコートされる。プリコート膜と熱分解炭素の密着性は良く、したがって、ホルダ30上のSiCが当該ホルダ30から剥がれることがないため、欠陥発生を抑制することができる。
 さらに、本実施形態では、ClFガスを用いたクリーニング後に、ホルダ30の熱分解炭素とClFガスとの反応生成物であるCxFy膜がホルダ30の表面から除去される。本実施形態と異なりCxFy膜を除去しない場合、CxFy膜が除去されていないホルダ30を用いてSiC膜の成膜やプリコートを行うと、CxFy膜が膜応力等により剥がれて、欠陥の原因となることがある。それに対し、本実施形態では、上述のようにCxFy膜を除去しているため、CxFy膜に起因した欠陥の発生を抑制することができる。
 また、本実施形態では、ホルダ30を表面が熱分解炭素である部材で構成することにより、ClFガスを用いたクリーニング時にCxFy膜が形成されるが、
CxFy膜は、成膜装置1内で水素アニールにより除去することができる。本実施形態では、ClFガスを用いたクリーニング、ClFガスとのホルダ30との反応生成物の除去、ホルダ30に対するSiCのプリコートを連続して行うことができる。
 本実施形態では、ホルダ30へのSiC膜のプリコートは、既存の処理である、サセプタ23や載置台20の表面のSiCによるコーティングと並行して行われる。また、CxFy膜の除去も、既存の処理である反応生成物の除去工程及び残留物質の除去工程で除去できなかった物質の除去処理と並行して行われる。つまり、本実施形態にかかる成膜方法は、追加の工程が不要である。
 なお、本実施形態では、成膜後に、処理容器11にClFガスを供給するため、成膜装置1内の不要な反応生成物であって多種多様なものを除去することができる。特に、この反応生成物の除去の際、誘導加熱によりサセプタ23及び載置台20のみを選択的に加熱する。そのため、載置台20に成長した硬い3C-SiC多結晶は高温で除去し、サセプタ23のガス導入口付近に付着したSiやSiリッチな樹状生成物、排気管12aに付着したSiHといったClFガスと反応しやすいデポ物は低温で除去する、というように、特性の違うデポ物を一度の処理で同時に除去することができる。
 また、このClFガスを用いた除去工程では、断熱材24や処理容器11等については著しい劣化はない。成膜装置1では、誘導加熱によりサセプタ23及び載置台20のみを選択的に加熱することができるからである。
 また、本実施形態では、ClFガスを用いた反応生成物の除去工程後に、処理容器11内に大気を導入し、これにより残留物質を除去している。上記残留物質は、大気中の水分と反応して、処理容器11から排出される。
 このように上記残留物質を除去するため、その後に成膜したSiC膜中の不要な不純物及び欠陥の量を大幅に減らすことができる。
 また、本実施形態では、大気導入による残量物質の除去工程では除去できない物質を、水素アニールで除去している。
 したがって、その後に成膜したSiC膜中の不要な不純物及び欠陥の量をさらに減らすことができる。
(確認試験1)
 表面が熱分解炭素によりコーティングされたグラファイト製のテスト片(以下、「テスト片1」という。)と、表面がSiCによりコーティングされたグラファイト製のテスト片(以下、「テスト片2」という。)とをClFガスに暴露し、暴露前後での重量変化を調べる試験を行った。なお、この試験では、各テスト片の温度を590℃とした。
 この試験によれば、テスト片1では、暴露前が45.282g、暴露後が45.277gであり、質量変化率は1.0×10-4g/cmであった。
 一方、テスト片2では、暴露前が9.732g、暴露後が9.198gであり、質量変化率は6.8×10-3g/cmであった。
 この試験結果からも、熱分解炭素は、ClFガスに対する耐性がSiCに比べて約70倍程度高いことが分かる。
(確認試験2)
 上記テスト片1に対し、ClFガスへの暴露処理、ステップS8と同様な水素アニール、ステップS9と同様なSiCのコーティング処理、ステップS2と同様なSiC膜形成処理、ClFガスへの暴露処理を順次行い、その重量変化を調べる試験を行った。また、その際、光学顕微鏡によりテスト片1の表面を観察した。なお、上述のステップS1~S3と同様なSiC膜形成処理を繰り返し実施して厚さ約150μmのSiC膜を形成した。
 この試験によれば、テスト片1の質量は、ClFガスへの暴露処理前の初期状態において45.263g、SiC膜形成処理後において48.219g、最後のClFガスへの暴露処理後において45.284であった。また、光学顕微鏡による観察結果や目視による観察結果によれば、最後のClFガスへの暴露処理後にテスト片1の表面は初期の状態(最初のClFガスへの暴露処理前の状態)に戻っていた。これらの結果から、最後のClFガスへの暴露処理の際、テスト片1では、SiC膜のみがエッチングされていることが分かる。つまり、表面が熱分解炭素でコーティングされたグラファイト部材でホルダ30を構成することにより、SiCコーティングされたグラファイト部材でホルダを構成する場合と異なり、ホルダ30の基材のエッチングでClFガスが消耗されなくなる。この消耗されない分のClFガスがサセプタ23のクリーニングに利用されるため、ClFガスの利用効率を改善することができる。
 なお、この試験では、ステップS9と同様なSiCのコーティング処理により、テスト片1には、SiCが粉状ではなく、密着性良く形成されていることが確認された。また、この試験では、ステップS2と同様なSiC膜形成処理により、テスト片1には、SiCコーティングされたグラファイト部材でホルダを構成した場合と、同等な膜が形成されることが確認された。
(第2実施形態)
 第1実施形態では、ホルダ30が、表面が熱分解炭素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ていた。
 それに対し、本実施形態では、ホルダ30が、熱分解炭素のバルク材から構成されている。本実施形態における成膜装置1の他の構成要素やクリーニング処理を含む成膜処理は第1実施形態と同様である。
 本実施形態では、第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を有する。
 本実施形態によれば、ホルダ30をさらに長寿命化させることができる。
 また、本実施形態のホルダ30は、プリコート時や成膜時に形成されるSiC膜との間に生ずる応力に対する耐性が高く、上記応力に起因した反りが発生しない。したがって、本実施形態のホルダ30は、成膜時については第1実施形態よりさらに適している。
 さらに、熱分解炭素のバルク材はSiC膜のドーパントとなる不純物をほとんど含まないため、成膜されたSiC膜内に不要な不純物が混入される懸念が少ない。
 さらにまた、熱分解炭素のバルク材は、熱伝導率に異方性があり、345W/mk(室温:面方向)、1.7W/mk(室温:厚さ方向)である。そのため、サセプタ23や載置台20から伝導された熱が、本実施形態のホルダ30によって面内で均一化されて基板Wに伝達される。したがって、本実施形態によれば、基板Wの温度分布の面内均一性を改善することができる。
 上述のように基板Wの温度分布の面内均一性を改善することにより、基板Wに成膜されるSiC膜内の欠陥数を減らすことができる。なぜならば、三角欠陥等は低温部にて発生しやすいが、基板Wの温度分布の面内均一性を改善することにより、基板Wに低温部が生じないようにすることができるからである。なお、基板Wでは、載置台20の外周部上に位置する部分に低温部が生じやすい。
(確認試験3)
 確認試験3では、ホルダを構成する部材として、熱分解炭素のバルク材を用いた場合と、表面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材を用いた場合とで、Hガスによる基板Wのエッチングを行った。そして、エッチング量の分布から、ホルダに用いる部材毎に、温度分布の差を確認した。この確認試験3の結果を図4に示す。なお、確認試験3で用いた成膜装置のホルダ以外の構造は図1及び図2に示した構造と同様である。また、ホルダの直径は直径300mmとした。
 図示するように、表面がSiCによりコーティングされたグラファイト製の部材をホルダに用いた場合、ホルダの内外での基板Wの温度差が最大約50℃であり大きかった。
 それに対し、熱分解炭素のバルク材をホルダに用いた場合、ホルダの内外での基板Wの温度差が最大約20℃であり小さい。
 この確認試験3の結果からも、本実施形態の成膜装置では、基板Wの温度分布の面内均一性を改善できることが分かる。
(第3実施形態)
 図5は、第3実施形態に係る成膜装置が有するホルダ30の概略を模式的に示す部分断面図である。
 図示するように、本実施形態では、ホルダ30が外周に鍔部31を有する。この鍔部31は、載置台20の凹部20a内にホルダ30が載置されたときに、凹部20aを形成する側壁とホルダ30との間の隙間Dを覆う。
 鍔部31がない場合、ClFガスを用いたクリーニングの際、上側のサセプタ23に付着していたSiCが、徐々に小さくなっていくと共にサセプタ23に対する密着力が低下していき、サセプタ23から落下し、上記隙間Dに入り込むことがある。隙間Dに入り込んだSiCは、ClFガスが隙間Dに流れ込みづらいため、ClFガスにより除去が困難である。
 本実施形態では鍔部31が設けられているため、隙間Dに入り込んだSiCに起因するパーティクルの発生を防ぐことができる。
(第1~第3実施形態の変形例)
 以上の例では、成膜時とクリーニング時とで共通のホルダ30を用いていた。言い換えると、クリーニング時に載置台20上に載置される板状部材が成膜時のホルダを兼ねていた。しかし、クリーニング時のみ、上記各実施形態のホルダ30と同様に構成される板状部材を用い、成膜時には、例えば、表面が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ホルダが用いられるようにしてもよい。ただし、クリーニング時に載置台20上に載置される板状部材が、成膜時のホルダを兼ねることにより、以下の効果がある。すなわち、ClFガスを用いたクリーニング時にホルダ上の不要な反応生成物の除去も可能となり、成膜時に発生するパーティクルの要因を低減することができると共に、クリーニング時専用の板状部材の設計も不要となる。なお、上述の「各実施形態のホルダ30と同様に構成される板状部材」とは、具体的には、例えば、表面が熱分解炭素によりコーティングされたグラファイト製の部材または熱分解炭素のバルク材から構成される板状部材であって、ホルダ30と略同形状を有する部材である。
 また、以上の例では、載置台20やサセプタ23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ていた。これに代えて、載置台20やサセプタ23が、表面が熱分解炭素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ようにしてもよい。これにより、載置台20やサセプタ23を長寿命化させることができる。
 以上の例では、ステップS8の水素アニール工程やステップS9のプリコート工程は、ステップS7の大気導入による残留物質の除去工程後に行われていたが、当該残留物質の除去工程前に行ってもよい。
 なお、以上の例では、成膜時に付着した不要な反応生成物を除去するために、ClFガスを用いていたが、ClFガスやClFガス等の他のフッ素含有ガスを用いてもよい。
 また、以上の例では、基板W上に供給される原料ガスが基板Wに平行な方向に沿って供給され排出されていた。しかし、原料ガスが基板Wに垂直な方向から供給される成膜装置を用いた成膜にも、上記各実施形態を適用することができる。
 今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜方法であって、
成膜装置の処理容器内に、前記処理対象基板を保持したホルダを搬入して載置台に載置すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給して前記処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、
少なくとも表面が熱分解炭素で構成される板状部材を、前記処理容器内に搬入し前記載置台に載置すると共に、前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給し、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で前記処理対象基板以外の部分に付着した反応生成物を除去する工程とを有する、成膜方法。
 前記(1)によれば、載置台に載置される板状部材の少なくとも表面が、不要な反応生成物の除去の際に供給されるフッ素含有ガスに対する耐性の高い熱分解炭素で構成されているため、上記板状部材を長寿命化させることができる。また、上記板状部材の少なくとも表面が熱分解炭素で構成されており、上記板状部材との反応でフッ素含有ガスが消費されないため、フッ素含有ガスを用いたクリーニング効率を向上させることができる。さらに、熱分解炭素で構成された板状部材との反応でフッ素含有ガスが消費されないため、フッ素含有ガスを用いたクリーニングガスの総流量を抑えることができるので、載置台より上流側の部材のダメージを抑えることができる。したがって、上記上流側の部材を長寿命化させることができる。
(2)前記載置台は、内部に前記ホルダが載置される凹部を有し、
前記板状部材は、外周に鍔部を有し、
前記鍔部は、前記板状部材が前記凹部内に載置されたときに、当該凹部を形成する側壁と当該板状部材との間の隙間を覆う、前記(1)に記載の成膜方法。
 前記(2)によれば、上記隙間に入り込んだ炭化ケイ素に起因するパーティクルの発生を防ぐことができる。
(3)前記炭化ケイ素膜を形成する工程は、表面が炭化ケイ素で構成された前記ホルダを用いて成膜する、前記(1)または(2)に記載の成膜方法。
(4)前記付着した反応生成物を除去する工程で用いられる前記板状部材は、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で用いられる前記ホルダを兼ねる、前記(1)または(2)に記載の成膜方法。
(5)前記付着した反応生成物を除去する工程後に、前記フッ素含有ガスと前記板状部材の表面を構成する熱分解炭素との反応生成物を除去する工程を有する、前記(4)に記載の成膜方法。
 前記(5)によれば、フッ素含有ガスと板状部材の表面を構成する熱分解炭素との反応生成物に起因した欠陥の発生を抑制することができる。
(6)前記付着した反応生成物を除去する工程後に、前記板状部材の表面に炭化ケイ素膜を形成する工程を有する、前記(4)または(5)に記載の成膜方法。
 前記(6)によれば、前記板状部材が成膜時にホルダとして用いられたときに、成膜時に板状部材に形成されるSiCが当該板状部材から剥がれることがないため、欠陥発生を抑制することができる。
(7)前記載置台は、グラファイト製の部材の表面に熱分解炭素の膜を形成して構成されている、前記(1)~(6)のいずれか1に記載の成膜方法。
(8)処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜装置であって、
内部が減圧可能に構成された処理容器と、
前記処理容器内に配設され、前記処理対象基板を保持するホルダを介して当該処理対象基板が載置される載置台と、
前記処理容器内に、処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
熱分解炭素のバルク材で構成される板状部材と、を有し、
前記板状部材は、前記処理ガス供給機構から前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給することで前記処理対象基板以外の部分に成膜時に付着した反応生成物を除去する際に、前記載置台に載置される、成膜装置。
(9)前記載置台は、内部に前記ホルダが載置される凹部を有し、
前記板状部材は、外周に鍔部を有し、
前記鍔部は、前記板状部材が前記凹部内に載置されたときに、当該凹部を形成する側壁と当該板状部材との間の隙間を覆う、前記(8)に記載の成膜装置。
(10)前記板状部材は、前記ホルダを兼ねる、前記(8)または(9)に記載の成膜装置。
1 成膜装置
11 処理容器
15 処理ガス供給機構
20 載置台
30 ホルダ
W 基板

Claims (10)

  1. 処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜方法であって、
    成膜装置の処理容器内に、前記処理対象基板を保持したホルダを搬入して載置台に載置すると共に、前記処理容器内に原料ガスを供給して前記処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する工程と、
    少なくとも表面が熱分解炭素で構成される板状部材を、前記処理容器内に搬入し前記載置台に載置すると共に、前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給し、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で前記処理対象基板以外の部分に付着した反応生成物を除去する工程とを有する、成膜方法。
  2. 前記載置台は、内部に前記ホルダが載置される凹部を有し、
    前記板状部材は、外周に鍔部を有し、
    前記鍔部は、前記板状部材が前記凹部内に載置されたときに、当該凹部を形成する側壁と当該板状部材との間の隙間を覆う、請求項1に記載の成膜方法。
  3. 前記炭化ケイ素膜を形成する工程は、表面が炭化ケイ素で構成された前記ホルダを用いて成膜する、請求項1または2に記載の成膜方法。
  4. 前記付着した反応生成物を除去する工程で用いられる前記板状部材は、前記炭化ケイ素膜を形成する工程で用いられる前記ホルダを兼ねる、請求項1または2に記載の成膜方法。
  5. 前記付着した反応生成物を除去する工程後に、前記フッ素含有ガスと前記板状部材の表面を構成する熱分解炭素との反応生成物を除去する工程を有する、請求項4に記載の成膜方法。
  6. 前記付着した反応生成物を除去する工程後に、前記板状部材の表面に炭化ケイ素膜を形成する工程を有する、請求項4または5に記載の成膜方法。
  7. 前記載置台は、グラファイト製の部材の表面に熱分解炭素の膜を形成して構成されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の成膜方法。
  8. 処理対象基板に炭化ケイ素膜を形成する成膜装置であって、
    内部が減圧可能に構成された処理容器と、
    前記処理容器内に配設され、前記処理対象基板を保持するホルダを介して当該処理対象基板が載置される載置台と、
    前記処理容器内に、処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
    熱分解炭素のバルク材で構成される板状部材と、を有し、
    前記板状部材は、前記処理ガス供給機構から前記処理容器内にフッ素含有ガスを供給することで前記処理対象基板以外の部分に成膜時に付着した反応生成物を除去する際に、前記載置台に載置される、成膜装置。
  9. 前記載置台は、内部に前記ホルダが載置される凹部を有し、
    前記板状部材は、外周に鍔部を有し、
    前記鍔部は、前記板状部材が前記凹部内に載置されたときに、当該凹部を形成する側壁と当該板状部材との間の隙間を覆う、請求項8に記載の成膜装置。
  10. 前記板状部材は、前記ホルダを兼ねる、請求項8または9に記載の成膜装置。
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