サセプタの処理方法および半導体製造装置の処理方法
【課題】ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去することのできるサセプタ処理方法および半導体製造装置の処理方法を提供する。
【解決手段】サセプタ２０７の上に基板１０６を載置し、基板１０６の上にＳｉ膜３０１をエピタキシャル成長させる。次いで、サセプタ２０７の上に基板１０６に代えて半導体基板２０６を載置し、半導体基板２０６の上にＳｉＣ膜３０２をエピタキシャル成長させる。次に、半導体基板２０６が取り除かれたサセプタ２０７を所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタ２０７の上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ２０７上のＳｉ膜３０１およびＳｉＣ膜３０２を除去する。この後、さらに、サセプタ２０７の上方からＣｌＦ３ガスを流下させることが好ましい。
【解決手段】サセプタ２０７の上に基板１０６を載置し、基板１０６の上にＳｉ膜３０１をエピタキシャル成長させる。次いで、サセプタ２０７の上に基板１０６に代えて半導体基板２０６を載置し、半導体基板２０６の上にＳｉＣ膜３０２をエピタキシャル成長させる。次に、半導体基板２０６が取り除かれたサセプタ２０７を所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタ２０７の上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ２０７上のＳｉ膜３０１およびＳｉＣ膜３０２を除去する。この後、さらに、サセプタ２０７の上方からＣｌＦ３ガスを流下させることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタの処理方法および半導体製造装置の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部にウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に反応ガスを供給する。すると、ウェハの表面で反応ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の厚いエピタキシャル膜を高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな反応ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
成膜室内で気相成長させると、ウェハの表面以外にも、ウェハを支持しているサセプタ、成膜チャンバの内壁、成膜チャンバ内のガスを排気するための配管などに反応ガスに起因する膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜を除去する作業が必要になる。
【０００６】
特許文献２には、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成する際に、サセプタに形成された被膜を除去するためのエッチング室を備えた装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【特許文献２】特開２００７−７３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））のエピタキシャル成長技術が着目されている。ＳｉＣは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴がある。このため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＣを成膜する際にサセプタなどに付着した膜は、Ｓｉを成膜する場合と異なり、ＨＣｌガスによるエッチングでは除去できない。ＣｌＦ３ガスを用いることにより除去可能であるが、ＣｌＦ３ガスはＨ２ガスとの混合で爆発の危険性があるため取り扱いが難しいという問題がある。また、サセプタには、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられるが、ＣｌＦ３ガスによるエッチングでこのＳｉＣ膜までエッチングされるおそれがある。
【００１０】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去することのできるサセプタ処理方法および半導体製造装置の処理方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、サセプタの上に第１の基板を載置し、この第１の基板の上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
サセプタの上に第１の基板に代えて第２の基板を載置し、この第２の基板の上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
第２の基板が取り除かれたサセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程とを有することを特徴とするサセプタの処理方法に関する。
【００１３】
本発明の第１の態様は、ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程の後に、サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させる工程をさらに有することが好ましい。
この場合、ＣｌＦ３ガスを流下させる工程は、サセプタの温度をＨＣｌガスを流下させる工程より低温にして、且つ、ＨＣｌガスを流下させる工程より短時間で行われることが好ましい。
【００１４】
本発明の第１の態様において、ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程は、サセプタを１０００℃〜１２００℃の温度に加熱するとともに、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの回転数で回転させながら行われることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、ウェハが載置されるサセプタと、
サセプタが配置されてウェハの上にエピタキシャル膜を形成する成膜室とを備えた半導体製造装置の処理方法であって、
成膜室において、サセプタの上にダミーウェハを載置し、このダミーウェハの上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させた後、サセプタの上にダミーウェハに代えてウェハを載置し、このウェハの上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させ、次いで、サセプタからウェハを取り除いた後、サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第２の態様は、ＨＣｌガスによりＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去した後に、サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させることが好ましい。
この場合、ＣｌＦ３ガスの流下は、サセプタの温度をＨＣｌガスを流下させる工程より低温にして、且つ、ＨＣｌガスを流下させる工程より短時間で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去することのできるサセプタ処理方法および半導体製造装置の処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態におけるサセプタの処理方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面図である。
【００２０】
図１の半導体製造装置２００において、２０１は成膜室としてのチャンバ、２０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、２０４はプロセスガス２２５を導入する供給部、２０５は反応後のプロセスガスの排気部、２０６は気相成長を行うウェハ等の半導体基板、２０７は半導体基板２０６を支持するサセプタ、２０８は図示しない支持部に支持されて半導体基板２０６を加熱するヒータ、２０９はチャンバ２０１の上下部を連結するフランジ部、２１０はフランジ部２０９をシールするパッキン、２１１は排気部２０５と配管を連結するフランジ部、２１２はフランジ部２１１をシールするパッキンである。
【００２１】
ヒータ２０８としては、ＳｉＣ材料を用いて構成された抵抗加熱用のヒータが用いられる。尚、ヒータ２０８の形状は図１の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【００２２】
ライナ２０２は、通常は、石英製であって透明性を備える。ライナ２０２の頭部２３１の上部開口部には、半導体基板２０６の表面に対してプロセスガス２２５を均一に供給するためのガス整流板であるシャワープレート２２０が取り付けられている。
【００２３】
チャンバ２０１の底部には、チャンバ２０１の内部まで伸びる回転軸２２２が設けられている。回転軸２２２の上端には回転筒２２３が配設され、この回転筒２２３に上述のサセプタ２０７が取り付けられている。これにより、サセプタ２０７は、ヒータ２０８の上方のチャンバ２０１の内部で回転可能に配置されている。かかる回転機構により、半導体基板２０６を高速で回転させながら、半導体基板２０６上にエピタキシャル膜を形成する。この方法によれば、均一に加熱された半導体基板２０６の表面に新たなプロセスガスが次々に接触するので成膜速度の向上が図れる。
【００２４】
また、図１に示す半導体製造装置２００においては、シャワープレート２２０の貫通孔２２１が半導体基板２０６に対応する領域内にあるように配置されている。これにより、供給部２０４から供給されるプロセスガス２２５をサセプタ２０７上の半導体基板２０６の上に均一に供給することができる。
【００２５】
中空筒状の形状を有するライナ２０２は、シャワープレート２２０を支持する頭部２３１の内径がサセプタ２０７の配置された胴部２３０より小さくなるよう構成されている。すなわち、中空筒状の形状を有するライナ２０２は、半導体基板２０６の配置される胴部２３０に対して、シャワープレート２２０を上部にて支持するとともに、シャワープレート２２０を通過したプロセスガス２２５の流路となる頭部２３１の内径が小さくなっている。つまり、ライナ２０２は、所謂、胴部２３０に対して頭部２３１の断面積が絞られた構造を有していることになる。
【００２６】
上記構造とすることで、シャワープレート２２０の貫通孔２２１を出たプロセスガス２２５が拡散する無駄な空間を低減することができる。これにより、シャワープレート２２０から供給されるプロセスガス２２５が無駄なく半導体基板２０６の表面に集められ、プロセスガス２２５の効率的な利用が可能となる。
【００２７】
供給部２０４からチャンバ２０１内に供給されたプロセスガス２２５は、頭部２３１を通過して半導体基板２０６の表面に向かって効率よく流下する。このとき、半導体基板２０６表面でのプロセスガス２２５の流れをより均一にするよう、半導体基板２０６の周縁部分とライナ２０２との間の隙間は狭くなっている。具体的には、ライナ２０２の頭部２３１と胴部２３０との境にある、段部２３２の角部２３４と半導体基板２０６の周縁部分との間の隙間が狭くなっている。
【００２８】
半導体製造装置２００では、チャンバ２０１内でサセプタ２０７により半導体基板２０６が支持される。そして、回転軸２２２によって半導体基板２０６をサセプタ２０７を介して回転させながら、ヒータ２０８を用いて半導体基板２０６を１０００℃以上に加熱する。この状態でチャンバ２０１内に反応ガスを含むプロセスガス２２５を、供給部２０４からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して供給する。
【００２９】
すると、半導体基板２０６表面で熱分解反応または水素還元反応が起こり、半導体基板２０６の表面にエピタキシャル膜が形成される。その際、気相成長反応に使用されたもの以外のプロセスガスは、変性された生成ガスとなり、プロセスガス２２５とともにチャンバ２０１下部に設けられた排気部２０５から逐次排気される。
【００３０】
本実施の形態では、チャンバ２０１内において、半導体基板２０６上へのＳｉＣエピタキシャル膜の形成を行う。具体的には、サセプタ２０７上に半導体基板２０６を載置し、半導体基板２０６を加熱するとともに、サセプタ２０７を介して半導体基板２０６を回転させる。この状態で半導体基板２０６の表面に反応ガスを接触させることで、半導体基板２０６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【００３１】
半導体基板２０６としては、例えば、ＳｉＣウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。
【００３２】
ＳｉＣをエピタキシャル成長させるには、半導体基板２０６を１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、サセプタ２０７には高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。サセプタ２０７の形状は、半導体基板２０６を載置可能な形状であれば特に限定されるものではなく、リング状や円盤状など適宜選択して用いられる。
【００３３】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭素（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスが導入される。
【００３４】
尚、チャンバ２０１の上部には、供給部２０４とは別に、キャリアガスである水素ガスをチャンバ２０１内に供給するための水素ガス供給部をさらに設けることも可能である。その場合、供給部２０４から炭素（Ｃ）のソースガスを含むガス、例えばアセチレンを供給し、水素ガス供給部からキャリアガスである水素ガスを供給し、チャンバ２０１内で混合して半導体基板２０６の表面に供給する。
【００３５】
上記の通り、ＳｉＣエピタキシャル成長工程では、半導体基板２０６を非常に高温にする必要がある。しかし、半導体基板２０６を高温の状態にするためにヒータ２０８で加熱すると、ヒータ２０８からの輻射熱は、半導体基板２０６だけでなく、チャンバ２０１を構成する他の部材にも伝わってそれらを昇温させてしまう。こうしたことは、特に、半導体基板２０６やヒータ２０８のような高温となる部分の近傍に位置する部材や、チャンバ２０１の内壁あるいは配管において顕著である。そして、チャンバ２０１内に生じた高温部位に反応ガスが接触すると、高温加熱された半導体基板２０６の表面と同様に反応ガスの熱分解反応が起こる。
【００３６】
例えば、半導体基板２０６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガスとして、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）、キャリアガスとしての水素ガスなどを含んで調製された混合ガスが用いられる。反応ガスは、供給部２０４を通じてチャンバ２０１の上部からチャンバ２０１内に供給され、高温加熱された半導体基板２０６の表面に到達して分解する。
【００３７】
しかしながら、上記組成の反応ガスは、反応性に富んでいるために、一定の温度条件を満たす部材に接触すると、半導体基板２０６上でなくとも分解反応を起こしてしまう。その結果、チャンバ２０１内の部材、具体的には、サセプタ２０７、チャンバ２０１の内壁、チャンバ２０１内のガスを排気する配管などに、反応ガスに由来する多結晶のＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、半導体基板２０６上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜をクリーニング除去する作業が必要になる。尚、この付着した膜は、サセプタ２０７やチャンバ２０１の内壁の構成物である緻密な多結晶のＳｉＣ膜とは異なり、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜と考えられる。ここで、緻密な多結晶とは、緻密でない多結晶に比べて多結晶の中で単結晶に近いことを意味する。
【００３８】
本実施の形態では、以下のようにしてサセプタ２０７に付着したＳｉＣ膜を除去する。
【００３９】
図２（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態におけるサセプタの処理方法を説明する図である。
【００４０】
ＳｉＣ膜の成膜に際しては、まず、チャンバ２０１内に半導体基板（ウェハ）２０６を搬送し、サセプタ２０７の上に載置する。ここで、本実施の形態においては、半導体基板２０６を搬送する前にチャンバ２０１内に別の基板（ダミーウェハ）１０６を搬送し、図２（ａ）に示すように、この基板１０６をサセプタ２０７の上に載置する。基板１０６について、半導体基板２０６と同種のものであるか否かは問わない。
【００４１】
次に、基板１０６の上にＳｉ膜３０１を形成する。Ｓｉ膜３０１の２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。Ｓｉ膜３０１は、後工程で除去されるものであることから、あまり厚くすることは、コストの点から適当でない。一方、薄すぎると、膜としての特性を備えることができず、後述する本発明の効果が得られなくなる。
【００４２】
例えば、基板１０６としてシリコンウェハを用い、これをサセプタ２０７の上に載置する。次いで、常圧下または適当な減圧下で水素ガスを流しながら、サセプタ２０７に付随させて、シリコンウェハを５０ｒｐｍ程度で回転させる。次に、ヒータ２０８によってシリコンウェハを１１００℃〜１２００℃に加熱する。放射温度計（図示せず）による測定でシリコンウェハの温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハの回転数を上げていく。そして、供給部２０４からシャワープレート２２０を介して原料ガスをチャンバ２０１の内部に供給する。原料ガスとしては、トリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、供給部２０４からチャンバ２０１の内部に導入する。チャンバ２０１の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハの方に流下する。そして、シリコンウェハの温度を１１５０℃に維持し、サセプタ２０７を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、供給部２０４からシャワープレート２２０を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハに供給する。これにより、シリコンウェハの上に均一な厚さのシリコンエピタキシャル膜を成長させることができる。
【００４３】
基板１０６の上にＳｉ膜を形成する工程では、図２（ｂ）に示すように、サセプタ２０７の上にもＳｉ膜３０１が形成される。
【００４４】
Ｓｉ膜３０１の形成後、サセプタ２０７上から基板１０６を除去すると、図２（ｃ）に示すようになる。図２（ｃ）において、サセプタ２０７上の基板１０６が載置されていた部分にはＳｉ膜が形成されていない。換言すると、図２（ａ）〜（ｃ）に示す工程は、ＳｉＣ膜の形成時に基板によって被覆されないサセプタ２０７の表面にＳｉ膜を形成する工程である。
【００４５】
次に、ＳｉＣ膜３０２の形成工程を行う。この工程は、通常のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造工程と同様である。ＳｉＣ膜３０２の膜厚は、通常、５０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００４６】
まず、チャンバ２０１から基板１０６を搬出した後、半導体基板２０６をチャンバ２０１内に搬送する。そして、図２（ｄ）に示すように、サセプタ２０７上に半導体基板２０６を載置する。
【００４７】
次に、サセプタ２０７に付随させて、サセプタ２０７上に載置された半導体基板２０６を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００４８】
ヒータ２０８に電流を供給して作動させ、ヒータ２０８から発せられる熱によって半導体基板２０６を加熱する。半導体基板２０６の温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１６５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ２０１の壁部分に設けた流路２０３ａ、２０３ｂに冷却水を流すことで、過度にチャンバ２０１が昇温するのを防止できる。
【００４９】
半導体基板２０６の温度が１６５０℃に達した後は、ヒータ２０８により１６５０℃近辺での緻密な温度調整がなされる。このとき、半導体基板２０６の温度は、放射温度計を用いて測定することができる。
【００５０】
放射温度計による測定で半導体基板２０６の温度が所定温度に達したことを確認した後は、徐々に半導体基板２０６の回転数を上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００５１】
また、供給部２０４から反応ガスを含むプロセスガス２２５を供給し、シャワープレート２２０を介して、プロセスガス２２５を半導体基板２０６の上に流下させる。このとき、プロセスガス２２５は、整流板であるシャワープレート２２０を通過して整流され、下方の半導体基板２０６に向かってほぼ鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【００５２】
プロセスガス２２５としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭素（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスを使用する。
【００５３】
半導体基板２０６の表面に到達したプロセスガス２２５は、熱分解反応または水素還元反応を起こす。これにより、半導体基板２０６の表面にＳｉＣ膜が形成される。プロセスガス２２５の内で気相成長反応に使用されたもの以外のガスは、変性された生成ガスとなり、チャンバ２０１の下部に設けられた排気部２０５から排気される。
【００５４】
半導体基板２０６の上に、所定の膜厚のＳｉＣ膜３０２を形成した後は、プロセスガス２２５の供給を終了する。そして、半導体基板２０６が所定の温度まで冷却されたのを確認してから、チャンバ２０１の外部に半導体基板２０６を搬出する。
【００５５】
図２（ｅ）は、半導体基板２０６の上にＳｉＣ膜３０２が形成された状態を示している。ここで、ＳｉＣ膜３０２は、サセプタ２０７の表面、正確には、サセプタ２０７上に形成されたＳｉ膜３０１の上にも形成されている。
【００５６】
図２（ｆ）は、サセプタ２０７の上から半導体基板２０６を除去した後の状態を示している。この図から分かるように、半導体基板２０６が載置されていた部分には、ＳｉＣ膜３０２が形成されていない。
【００５７】
次に、サセプタ２０７の表面に付着したＳｉＣ膜３０２をＳｉ膜３０１とともに除去する。
【００５８】
まず、サセプタ２０７を回転させながら、ヒータ２０８から発せられる熱によってサセプタ２０７を加熱する。サセプタ２０７の回転数は、例えば、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍとすることができる。また、サセプタ２０７の加熱温度は、例えば、１０００℃〜１２００℃とすることができる。但し、エッチング処理の際のサセプタ２０７の回転数と温度の管理には、成膜処理における管理ほどの厳密性は要求されない。
【００５９】
次に、供給路２０４からエッチングガスを導入し、図２（ｇ）に示すように、サセプタ２０７に向けてエッチングガスを流下させる。エッチングガスとしては、例えば、Ｈ２ガスで希釈した５０％濃度のＨＣｌガスを用いることができる。
【００６０】
ここで、サセプタ２０７に設けられている段差部３０３からは、Ｓｉ膜３０１の一部が露出している。この原因としては、段差部３０３において、Ｓｉ膜３０１を完全に被覆するようにＳｉＣ膜３０２を形成するのが難しいことが挙げられる。Ｓｉ膜３０１やＳｉＣ膜３０２の成膜時において、段差部３０３には基板１０６または半導体基板２０６が近接しており、基板１０６と半導体基板２０６とが完全に同じ位置に載置されない可能性があることを考えれば、ＳｉＣ膜３０２によって覆われていないＳｉ膜３０１が存在するのは当然とも言える。
【００６１】
サセプタ２０７が加熱された状態でＨＣｌガスが導入されると、段差部３０３から露出しているＳｉ膜３０１とＨＣｌガスとが反応してＳｉｘＣｌｙ化合物が形成される。このＳｉｘＣｌｙ化合物は、サセプタ２０７が回転していることにより、ＳｉＣ膜３０２とともにエッチングガスの流れに乗り、サセプタ２０７の周縁部から排気部２０５を通じて排出される。つまり、この方法によれば、Ｓｉ膜３０１と一緒にＳｉＣ膜３０２を除去することができる。ＨＣｌガスによってＳｉＣ膜３０２はエッチングされないが、下層のＳｉ膜３０１がエッチングされるために、結果としてサセプタ２０７上からＳｉＣ膜３０２を除去できるのである。尚、ＨＣｌガスによりエッチングできるものであれば、Ｓｉ膜３０１に代えてＳｉＧｅ膜やその他のシリコン化合物膜とすることも可能である。
【００６２】
ＨＣｌガスによるエッチング処理の終了は、時間で管理することができる。図２（ｈ）は、エッチング終了後のサセプタ２０７の表面を模式的に表した図である。この図に示すように、本実施の形態によれば、ＨＣｌガスを用いたエッチングによって、サセプタ２０７の表面に付着したＳｉＣ膜３０２を除去することができる。
【００６３】
本実施の形態における基板１０６としては、半導体基板２０６と同じ大きさのものを用いることが好ましい。但し、半導体基板２０６より小さい場合であっても本発明の効果は得られる。この場合、図２（ｄ）において、半導体基板２０６の下にＳｉ膜３０１が形成されている部分があることになる。半導体基板２０６上へのＳｉＣ膜３０２の形成を終えた後、すなわち、図２（ｆ）においては、ＳｉＣ膜３０２によって被覆されていないＳｉ膜３０１が存在する。しかし、このＳｉ膜３０１は、図２（ｇ）のＨＣｌガスによるエッチングによって除去されるので、結果として、図２（ｈ）に示す状態のサセプタ２０７を得ることができる。
【００６４】
一方、基板１０６として半導体基板２０６より大きいものを用いた場合には、次のようになる。この場合、図２（ｄ）において、半導体基板２０６から露出しているサセプタ２０７の表面にＳｉ膜３０１によって被覆されていない箇所が存在する。このことは、半導体基板２０６上へのＳｉＣ膜３０２の形成過程で、サセプタ２０７の表面に直接ＳｉＣ膜３０２が形成される箇所が生じることを意味する。この箇所におけるＳｉＣ膜３０２は、図２（ｇ）のＨＣｌガスによるエッチングでは除去されない。したがって、半導体基板２０６と同じ大きさ、または、これより小さい基板１０６を用いた場合と同じ効果は得られ難い。しかしながら、以下に述べるＣｌＦ３ガスを用いたエッチングによって除去可能である。
【００６５】
本実施の形態においては、ＨＣｌガスを用いてのエッチングの後に、チャンバ２０１内に少量のＣｌＦ３ガスを導入することが好ましい。これは、Ｓｉ膜３０１と一緒に除去されるＳｉＣ膜３０２の一部がチャンバ２０１内に残留するのを防ぐためである。また、このエッチングによって、半導体基板２０６より大きい基板１０６を用いた場合に、ＨＣｌガスによっては除去されなかったサセプタ２０７上のＳｉＣ膜３０２を除去することもできる。但し、サセプタ２０７やチャンバ２０１の内壁を構成するＳｉＣ膜へのエッチングを防ぐために、ＣｌＦ３ガスの導入は、低温且つ短時間に留める必要がある。例えば、ＣｌＦ３ガスによるエッチング工程は、ヒータ２０８の電源をオフとした後の余熱下で行うことができる。また、ＨＣｌガスによるエッチング時間が３０分である場合、ＣｌＦ３ガスによるエッチングは３分とすることができる。
【００６６】
ＣｌＦ３ガスによるエッチング処理の終了も時間で管理することができる。上述の通り、サセプタ２０７の表面に付着するＳｉＣ膜は、サセプタ２０７を構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜（黒鉛の表面にコートされたＳｉＣ膜）とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して十分速くなると予想される。しかしながら、これらは、同一成分であるので、１００％ＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でない。
【００６７】
そこで、エッチング処理には、窒素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いることが好ましい。単結晶のＳｉＣ膜のエッチングには、通常、１００％ＣｌＦ３ガスが使用されるが、この場合は、希釈したＣｌＦ３ガスを用いることで、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。
【００６８】
チャンバ２０１内にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（１）にしたがってＳｉＣと反応する（Ｙ.Ｍｉｕｒａ, Ｈ.Ｈａｂｕｋａ, Ｙ.Ｋａｔｓｕｍｉ, Ｓ.Ｏｄａ, Ｙ.Ｆｕｋａｉ, Ｋ.Ｆｕｋａｅ, Ｔ.Ｋａｔｏ, Ｈ.Ｏｋｕｍｕｒａ, Ｋ.Ａｒａｉ, Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ. Ｖｏｌ.４６, Ｎｏ.１２, ２００７, ｐｐ.７８７５−７８７９）。この反応により、チャンバ２０１内に残存するＳｉＣ膜がエッチング除去される。
３ＳｉＣ＋８ＣｌＦ３ → ３ＳｉＦ４＋３ＣＦ４＋４Ｃｌ２ （１）
【００６９】
以上述べたように、本実施の形態のサセプタの処理方法および半導体製造装置の処理方法によれば、ＣｌＦ３ガスを使用せずにサセプタに付着したＳｉＣ膜を除去することができる。
【００７０】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００７１】
２００ 半導体製造装置
２０１ チャンバ
２０２ ライナ
２０３ａ、２０３ｂ 流路
２０４ 供給部
２０５ 排気部
２０６ 半導体基板
２０７ サセプタ
２０８ ヒータ
２０９、２１１ フランジ部
２１０、２１２ パッキン
２２０ シャワープレート
２２１ 貫通孔
２２２ 回転軸
２２３ 回転筒
２２５ プロセスガス
２３０ 胴部
２３１ 頭部
２３２ 段部
２３４ 角部
１０６ 基板
３０１ Ｓｉ膜
３０２ ＳｉＣ膜
３０３ 段差部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタの処理方法および半導体製造装置の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワーデバイスのように、比較的膜厚の厚い結晶膜を必要とする半導体素子の製造には、エピタキシャル成長技術が活用されている。
【０００３】
エピタキシャル成長技術に使用される気相成長方法では、常圧または減圧に保持された成膜室の内部にウェハを載置し、このウェハを加熱しながら成膜室内に反応ガスを供給する。すると、ウェハの表面で反応ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウェハ上にエピタキシャル膜が成膜される。
【０００４】
膜厚の厚いエピタキシャル膜を高い歩留まりで製造するには、均一に加熱されたウェハの表面に新たな反応ガスを次々に接触させて成膜速度を向上させる必要がある。そこで、従来の成膜装置においては、例えば、ウェハを高速で回転させながらエピタキシャル成長させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
成膜室内で気相成長させると、ウェハの表面以外にも、ウェハを支持しているサセプタ、成膜チャンバの内壁、成膜チャンバ内のガスを排気するための配管などに反応ガスに起因する膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、ウェハ上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜を除去する作業が必要になる。
【０００６】
特許文献２には、Ｓｉ（シリコン）エピタキシャル膜を形成する際に、サセプタに形成された被膜を除去するためのエッチング室を備えた装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０８９８３号公報
【特許文献２】特開２００７−７３６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ＳｉＣ（炭化珪素（シリコンカーバイト））のエピタキシャル成長技術が着目されている。ＳｉＣは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較してエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電界が約１桁大きいといった特徴がある。このため、高耐圧のパワー半導体デバイスへの利用が期待されている半導体材料である。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＣを成膜する際にサセプタなどに付着した膜は、Ｓｉを成膜する場合と異なり、ＨＣｌガスによるエッチングでは除去できない。ＣｌＦ３ガスを用いることにより除去可能であるが、ＣｌＦ３ガスはＨ２ガスとの混合で爆発の危険性があるため取り扱いが難しいという問題がある。また、サセプタには、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものが用いられるが、ＣｌＦ３ガスによるエッチングでこのＳｉＣ膜までエッチングされるおそれがある。
【００１０】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去することのできるサセプタ処理方法および半導体製造装置の処理方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、サセプタの上に第１の基板を載置し、この第１の基板の上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
サセプタの上に第１の基板に代えて第２の基板を載置し、この第２の基板の上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
第２の基板が取り除かれたサセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程とを有することを特徴とするサセプタの処理方法に関する。
【００１３】
本発明の第１の態様は、ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程の後に、サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させる工程をさらに有することが好ましい。
この場合、ＣｌＦ３ガスを流下させる工程は、サセプタの温度をＨＣｌガスを流下させる工程より低温にして、且つ、ＨＣｌガスを流下させる工程より短時間で行われることが好ましい。
【００１４】
本発明の第１の態様において、ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程は、サセプタを１０００℃〜１２００℃の温度に加熱するとともに、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの回転数で回転させながら行われることが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の態様は、ウェハが載置されるサセプタと、
サセプタが配置されてウェハの上にエピタキシャル膜を形成する成膜室とを備えた半導体製造装置の処理方法であって、
成膜室において、サセプタの上にダミーウェハを載置し、このダミーウェハの上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させた後、サセプタの上にダミーウェハに代えてウェハを載置し、このウェハの上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させ、次いで、サセプタからウェハを取り除いた後、サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去することを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第２の態様は、ＨＣｌガスによりＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去した後に、サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させることが好ましい。
この場合、ＣｌＦ３ガスの流下は、サセプタの温度をＨＣｌガスを流下させる工程より低温にして、且つ、ＨＣｌガスを流下させる工程より短時間で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＳｉＣエピタキシャル成長過程でサセプタに付着した膜を除去することのできるサセプタ処理方法および半導体製造装置の処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態におけるサセプタの処理方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施の形態における半導体製造装置の模式的な断面図である。
【００２０】
図１の半導体製造装置２００において、２０１は成膜室としてのチャンバ、２０２はチャンバ内壁を被覆して保護する中空筒状のライナ、２０３ａ、２０３ｂはチャンバを冷却する冷却水の流路、２０４はプロセスガス２２５を導入する供給部、２０５は反応後のプロセスガスの排気部、２０６は気相成長を行うウェハ等の半導体基板、２０７は半導体基板２０６を支持するサセプタ、２０８は図示しない支持部に支持されて半導体基板２０６を加熱するヒータ、２０９はチャンバ２０１の上下部を連結するフランジ部、２１０はフランジ部２０９をシールするパッキン、２１１は排気部２０５と配管を連結するフランジ部、２１２はフランジ部２１１をシールするパッキンである。
【００２１】
ヒータ２０８としては、ＳｉＣ材料を用いて構成された抵抗加熱用のヒータが用いられる。尚、ヒータ２０８の形状は図１の構造に限定されるものではなく、また、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによって加熱するようにしてもよい。
【００２２】
ライナ２０２は、通常は、石英製であって透明性を備える。ライナ２０２の頭部２３１の上部開口部には、半導体基板２０６の表面に対してプロセスガス２２５を均一に供給するためのガス整流板であるシャワープレート２２０が取り付けられている。
【００２３】
チャンバ２０１の底部には、チャンバ２０１の内部まで伸びる回転軸２２２が設けられている。回転軸２２２の上端には回転筒２２３が配設され、この回転筒２２３に上述のサセプタ２０７が取り付けられている。これにより、サセプタ２０７は、ヒータ２０８の上方のチャンバ２０１の内部で回転可能に配置されている。かかる回転機構により、半導体基板２０６を高速で回転させながら、半導体基板２０６上にエピタキシャル膜を形成する。この方法によれば、均一に加熱された半導体基板２０６の表面に新たなプロセスガスが次々に接触するので成膜速度の向上が図れる。
【００２４】
また、図１に示す半導体製造装置２００においては、シャワープレート２２０の貫通孔２２１が半導体基板２０６に対応する領域内にあるように配置されている。これにより、供給部２０４から供給されるプロセスガス２２５をサセプタ２０７上の半導体基板２０６の上に均一に供給することができる。
【００２５】
中空筒状の形状を有するライナ２０２は、シャワープレート２２０を支持する頭部２３１の内径がサセプタ２０７の配置された胴部２３０より小さくなるよう構成されている。すなわち、中空筒状の形状を有するライナ２０２は、半導体基板２０６の配置される胴部２３０に対して、シャワープレート２２０を上部にて支持するとともに、シャワープレート２２０を通過したプロセスガス２２５の流路となる頭部２３１の内径が小さくなっている。つまり、ライナ２０２は、所謂、胴部２３０に対して頭部２３１の断面積が絞られた構造を有していることになる。
【００２６】
上記構造とすることで、シャワープレート２２０の貫通孔２２１を出たプロセスガス２２５が拡散する無駄な空間を低減することができる。これにより、シャワープレート２２０から供給されるプロセスガス２２５が無駄なく半導体基板２０６の表面に集められ、プロセスガス２２５の効率的な利用が可能となる。
【００２７】
供給部２０４からチャンバ２０１内に供給されたプロセスガス２２５は、頭部２３１を通過して半導体基板２０６の表面に向かって効率よく流下する。このとき、半導体基板２０６表面でのプロセスガス２２５の流れをより均一にするよう、半導体基板２０６の周縁部分とライナ２０２との間の隙間は狭くなっている。具体的には、ライナ２０２の頭部２３１と胴部２３０との境にある、段部２３２の角部２３４と半導体基板２０６の周縁部分との間の隙間が狭くなっている。
【００２８】
半導体製造装置２００では、チャンバ２０１内でサセプタ２０７により半導体基板２０６が支持される。そして、回転軸２２２によって半導体基板２０６をサセプタ２０７を介して回転させながら、ヒータ２０８を用いて半導体基板２０６を１０００℃以上に加熱する。この状態でチャンバ２０１内に反応ガスを含むプロセスガス２２５を、供給部２０４からシャワープレート２２０の貫通孔２２１を介して供給する。
【００２９】
すると、半導体基板２０６表面で熱分解反応または水素還元反応が起こり、半導体基板２０６の表面にエピタキシャル膜が形成される。その際、気相成長反応に使用されたもの以外のプロセスガスは、変性された生成ガスとなり、プロセスガス２２５とともにチャンバ２０１下部に設けられた排気部２０５から逐次排気される。
【００３０】
本実施の形態では、チャンバ２０１内において、半導体基板２０６上へのＳｉＣエピタキシャル膜の形成を行う。具体的には、サセプタ２０７上に半導体基板２０６を載置し、半導体基板２０６を加熱するとともに、サセプタ２０７を介して半導体基板２０６を回転させる。この状態で半導体基板２０６の表面に反応ガスを接触させることで、半導体基板２０６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成する。
【００３１】
半導体基板２０６としては、例えば、ＳｉＣウェハまたはＳｉウェハを用いることができる。あるいは、ＳｉＯ２（石英）ウェハなどの他の絶縁性基板や、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）ウェハなどの高抵抗の半絶縁性基板などを用いることも可能である。
【００３２】
ＳｉＣをエピタキシャル成長させるには、半導体基板２０６を１５００℃以上の温度まで昇温する必要がある。このため、サセプタ２０７には高耐熱性の材料を用いる必要があり、具体的には、等方性黒鉛の表面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＣを被覆したものなどが用いられる。サセプタ２０７の形状は、半導体基板２０６を載置可能な形状であれば特に限定されるものではなく、リング状や円盤状など適宜選択して用いられる。
【００３３】
反応ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭素（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスが導入される。
【００３４】
尚、チャンバ２０１の上部には、供給部２０４とは別に、キャリアガスである水素ガスをチャンバ２０１内に供給するための水素ガス供給部をさらに設けることも可能である。その場合、供給部２０４から炭素（Ｃ）のソースガスを含むガス、例えばアセチレンを供給し、水素ガス供給部からキャリアガスである水素ガスを供給し、チャンバ２０１内で混合して半導体基板２０６の表面に供給する。
【００３５】
上記の通り、ＳｉＣエピタキシャル成長工程では、半導体基板２０６を非常に高温にする必要がある。しかし、半導体基板２０６を高温の状態にするためにヒータ２０８で加熱すると、ヒータ２０８からの輻射熱は、半導体基板２０６だけでなく、チャンバ２０１を構成する他の部材にも伝わってそれらを昇温させてしまう。こうしたことは、特に、半導体基板２０６やヒータ２０８のような高温となる部分の近傍に位置する部材や、チャンバ２０１の内壁あるいは配管において顕著である。そして、チャンバ２０１内に生じた高温部位に反応ガスが接触すると、高温加熱された半導体基板２０６の表面と同様に反応ガスの熱分解反応が起こる。
【００３６】
例えば、半導体基板２０６の表面にＳｉＣエピタキシャル膜を形成しようとする場合、反応ガスとして、Ｓｉ源としてのシラン（ＳｉＨ４）、Ｃ源としてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）、キャリアガスとしての水素ガスなどを含んで調製された混合ガスが用いられる。反応ガスは、供給部２０４を通じてチャンバ２０１の上部からチャンバ２０１内に供給され、高温加熱された半導体基板２０６の表面に到達して分解する。
【００３７】
しかしながら、上記組成の反応ガスは、反応性に富んでいるために、一定の温度条件を満たす部材に接触すると、半導体基板２０６上でなくとも分解反応を起こしてしまう。その結果、チャンバ２０１内の部材、具体的には、サセプタ２０７、チャンバ２０１の内壁、チャンバ２０１内のガスを排気する配管などに、反応ガスに由来する多結晶のＳｉＣ膜が付着する。この膜が剥離するとダストとなり、半導体基板２０６上に形成されるエピタキシャル膜に欠陥を生じさせるので、付着した膜をクリーニング除去する作業が必要になる。尚、この付着した膜は、サセプタ２０７やチャンバ２０１の内壁の構成物である緻密な多結晶のＳｉＣ膜とは異なり、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜と考えられる。ここで、緻密な多結晶とは、緻密でない多結晶に比べて多結晶の中で単結晶に近いことを意味する。
【００３８】
本実施の形態では、以下のようにしてサセプタ２０７に付着したＳｉＣ膜を除去する。
【００３９】
図２（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態におけるサセプタの処理方法を説明する図である。
【００４０】
ＳｉＣ膜の成膜に際しては、まず、チャンバ２０１内に半導体基板（ウェハ）２０６を搬送し、サセプタ２０７の上に載置する。ここで、本実施の形態においては、半導体基板２０６を搬送する前にチャンバ２０１内に別の基板（ダミーウェハ）１０６を搬送し、図２（ａ）に示すように、この基板１０６をサセプタ２０７の上に載置する。基板１０６について、半導体基板２０６と同種のものであるか否かは問わない。
【００４１】
次に、基板１０６の上にＳｉ膜３０１を形成する。Ｓｉ膜３０１の２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。Ｓｉ膜３０１は、後工程で除去されるものであることから、あまり厚くすることは、コストの点から適当でない。一方、薄すぎると、膜としての特性を備えることができず、後述する本発明の効果が得られなくなる。
【００４２】
例えば、基板１０６としてシリコンウェハを用い、これをサセプタ２０７の上に載置する。次いで、常圧下または適当な減圧下で水素ガスを流しながら、サセプタ２０７に付随させて、シリコンウェハを５０ｒｐｍ程度で回転させる。次に、ヒータ２０８によってシリコンウェハを１１００℃〜１２００℃に加熱する。放射温度計（図示せず）による測定でシリコンウェハの温度が１１５０℃に達したことを確認した後は、徐々にシリコンウェハの回転数を上げていく。そして、供給部２０４からシャワープレート２２０を介して原料ガスをチャンバ２０１の内部に供給する。原料ガスとしては、トリクロロシランを用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、供給部２０４からチャンバ２０１の内部に導入する。チャンバ２０１の内部に導入された原料ガスは、シリコンウェハの方に流下する。そして、シリコンウェハの温度を１１５０℃に維持し、サセプタ２０７を９００ｒｐｍ以上の高速で回転させながら、供給部２０４からシャワープレート２２０を介して次々に新たな原料ガスをシリコンウェハに供給する。これにより、シリコンウェハの上に均一な厚さのシリコンエピタキシャル膜を成長させることができる。
【００４３】
基板１０６の上にＳｉ膜を形成する工程では、図２（ｂ）に示すように、サセプタ２０７の上にもＳｉ膜３０１が形成される。
【００４４】
Ｓｉ膜３０１の形成後、サセプタ２０７上から基板１０６を除去すると、図２（ｃ）に示すようになる。図２（ｃ）において、サセプタ２０７上の基板１０６が載置されていた部分にはＳｉ膜が形成されていない。換言すると、図２（ａ）〜（ｃ）に示す工程は、ＳｉＣ膜の形成時に基板によって被覆されないサセプタ２０７の表面にＳｉ膜を形成する工程である。
【００４５】
次に、ＳｉＣ膜３０２の形成工程を行う。この工程は、通常のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造工程と同様である。ＳｉＣ膜３０２の膜厚は、通常、５０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００４６】
まず、チャンバ２０１から基板１０６を搬出した後、半導体基板２０６をチャンバ２０１内に搬送する。そして、図２（ｄ）に示すように、サセプタ２０７上に半導体基板２０６を載置する。
【００４７】
次に、サセプタ２０７に付随させて、サセプタ２０７上に載置された半導体基板２０６を５０ｒｐｍ程度で回転させる。
【００４８】
ヒータ２０８に電流を供給して作動させ、ヒータ２０８から発せられる熱によって半導体基板２０６を加熱する。半導体基板２０６の温度が、成膜温度である１５００℃〜１７００℃までの間の所定の温度、例えば、１６５０℃に達するまで徐々に加熱する。このとき、チャンバ２０１の壁部分に設けた流路２０３ａ、２０３ｂに冷却水を流すことで、過度にチャンバ２０１が昇温するのを防止できる。
【００４９】
半導体基板２０６の温度が１６５０℃に達した後は、ヒータ２０８により１６５０℃近辺での緻密な温度調整がなされる。このとき、半導体基板２０６の温度は、放射温度計を用いて測定することができる。
【００５０】
放射温度計による測定で半導体基板２０６の温度が所定温度に達したことを確認した後は、徐々に半導体基板２０６の回転数を上げていく。例えば、９００ｒｐｍ程度の回転数とするのがよい。
【００５１】
また、供給部２０４から反応ガスを含むプロセスガス２２５を供給し、シャワープレート２２０を介して、プロセスガス２２５を半導体基板２０６の上に流下させる。このとき、プロセスガス２２５は、整流板であるシャワープレート２２０を通過して整流され、下方の半導体基板２０６に向かってほぼ鉛直に流下して、いわゆる縦フローを形成する。
【００５２】
プロセスガス２２５としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）などの珪素（Ｓｉ）のソースガスと、プロパン（Ｃ３Ｈ８）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭素（Ｃ）のソースガスと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガスとを混合させた混合ガスを使用する。
【００５３】
半導体基板２０６の表面に到達したプロセスガス２２５は、熱分解反応または水素還元反応を起こす。これにより、半導体基板２０６の表面にＳｉＣ膜が形成される。プロセスガス２２５の内で気相成長反応に使用されたもの以外のガスは、変性された生成ガスとなり、チャンバ２０１の下部に設けられた排気部２０５から排気される。
【００５４】
半導体基板２０６の上に、所定の膜厚のＳｉＣ膜３０２を形成した後は、プロセスガス２２５の供給を終了する。そして、半導体基板２０６が所定の温度まで冷却されたのを確認してから、チャンバ２０１の外部に半導体基板２０６を搬出する。
【００５５】
図２（ｅ）は、半導体基板２０６の上にＳｉＣ膜３０２が形成された状態を示している。ここで、ＳｉＣ膜３０２は、サセプタ２０７の表面、正確には、サセプタ２０７上に形成されたＳｉ膜３０１の上にも形成されている。
【００５６】
図２（ｆ）は、サセプタ２０７の上から半導体基板２０６を除去した後の状態を示している。この図から分かるように、半導体基板２０６が載置されていた部分には、ＳｉＣ膜３０２が形成されていない。
【００５７】
次に、サセプタ２０７の表面に付着したＳｉＣ膜３０２をＳｉ膜３０１とともに除去する。
【００５８】
まず、サセプタ２０７を回転させながら、ヒータ２０８から発せられる熱によってサセプタ２０７を加熱する。サセプタ２０７の回転数は、例えば、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍとすることができる。また、サセプタ２０７の加熱温度は、例えば、１０００℃〜１２００℃とすることができる。但し、エッチング処理の際のサセプタ２０７の回転数と温度の管理には、成膜処理における管理ほどの厳密性は要求されない。
【００５９】
次に、供給路２０４からエッチングガスを導入し、図２（ｇ）に示すように、サセプタ２０７に向けてエッチングガスを流下させる。エッチングガスとしては、例えば、Ｈ２ガスで希釈した５０％濃度のＨＣｌガスを用いることができる。
【００６０】
ここで、サセプタ２０７に設けられている段差部３０３からは、Ｓｉ膜３０１の一部が露出している。この原因としては、段差部３０３において、Ｓｉ膜３０１を完全に被覆するようにＳｉＣ膜３０２を形成するのが難しいことが挙げられる。Ｓｉ膜３０１やＳｉＣ膜３０２の成膜時において、段差部３０３には基板１０６または半導体基板２０６が近接しており、基板１０６と半導体基板２０６とが完全に同じ位置に載置されない可能性があることを考えれば、ＳｉＣ膜３０２によって覆われていないＳｉ膜３０１が存在するのは当然とも言える。
【００６１】
サセプタ２０７が加熱された状態でＨＣｌガスが導入されると、段差部３０３から露出しているＳｉ膜３０１とＨＣｌガスとが反応してＳｉｘＣｌｙ化合物が形成される。このＳｉｘＣｌｙ化合物は、サセプタ２０７が回転していることにより、ＳｉＣ膜３０２とともにエッチングガスの流れに乗り、サセプタ２０７の周縁部から排気部２０５を通じて排出される。つまり、この方法によれば、Ｓｉ膜３０１と一緒にＳｉＣ膜３０２を除去することができる。ＨＣｌガスによってＳｉＣ膜３０２はエッチングされないが、下層のＳｉ膜３０１がエッチングされるために、結果としてサセプタ２０７上からＳｉＣ膜３０２を除去できるのである。尚、ＨＣｌガスによりエッチングできるものであれば、Ｓｉ膜３０１に代えてＳｉＧｅ膜やその他のシリコン化合物膜とすることも可能である。
【００６２】
ＨＣｌガスによるエッチング処理の終了は、時間で管理することができる。図２（ｈ）は、エッチング終了後のサセプタ２０７の表面を模式的に表した図である。この図に示すように、本実施の形態によれば、ＨＣｌガスを用いたエッチングによって、サセプタ２０７の表面に付着したＳｉＣ膜３０２を除去することができる。
【００６３】
本実施の形態における基板１０６としては、半導体基板２０６と同じ大きさのものを用いることが好ましい。但し、半導体基板２０６より小さい場合であっても本発明の効果は得られる。この場合、図２（ｄ）において、半導体基板２０６の下にＳｉ膜３０１が形成されている部分があることになる。半導体基板２０６上へのＳｉＣ膜３０２の形成を終えた後、すなわち、図２（ｆ）においては、ＳｉＣ膜３０２によって被覆されていないＳｉ膜３０１が存在する。しかし、このＳｉ膜３０１は、図２（ｇ）のＨＣｌガスによるエッチングによって除去されるので、結果として、図２（ｈ）に示す状態のサセプタ２０７を得ることができる。
【００６４】
一方、基板１０６として半導体基板２０６より大きいものを用いた場合には、次のようになる。この場合、図２（ｄ）において、半導体基板２０６から露出しているサセプタ２０７の表面にＳｉ膜３０１によって被覆されていない箇所が存在する。このことは、半導体基板２０６上へのＳｉＣ膜３０２の形成過程で、サセプタ２０７の表面に直接ＳｉＣ膜３０２が形成される箇所が生じることを意味する。この箇所におけるＳｉＣ膜３０２は、図２（ｇ）のＨＣｌガスによるエッチングでは除去されない。したがって、半導体基板２０６と同じ大きさ、または、これより小さい基板１０６を用いた場合と同じ効果は得られ難い。しかしながら、以下に述べるＣｌＦ３ガスを用いたエッチングによって除去可能である。
【００６５】
本実施の形態においては、ＨＣｌガスを用いてのエッチングの後に、チャンバ２０１内に少量のＣｌＦ３ガスを導入することが好ましい。これは、Ｓｉ膜３０１と一緒に除去されるＳｉＣ膜３０２の一部がチャンバ２０１内に残留するのを防ぐためである。また、このエッチングによって、半導体基板２０６より大きい基板１０６を用いた場合に、ＨＣｌガスによっては除去されなかったサセプタ２０７上のＳｉＣ膜３０２を除去することもできる。但し、サセプタ２０７やチャンバ２０１の内壁を構成するＳｉＣ膜へのエッチングを防ぐために、ＣｌＦ３ガスの導入は、低温且つ短時間に留める必要がある。例えば、ＣｌＦ３ガスによるエッチング工程は、ヒータ２０８の電源をオフとした後の余熱下で行うことができる。また、ＨＣｌガスによるエッチング時間が３０分である場合、ＣｌＦ３ガスによるエッチングは３分とすることができる。
【００６６】
ＣｌＦ３ガスによるエッチング処理の終了も時間で管理することができる。上述の通り、サセプタ２０７の表面に付着するＳｉＣ膜は、サセプタ２０７を構成する緻密な多結晶のＳｉＣ膜（黒鉛の表面にコートされたＳｉＣ膜）とは異なり、緻密でない多結晶の膜と考えられる。この緻密でない多結晶のＳｉＣ膜のエッチングレートは、緻密な多結晶のＳｉＣ膜に比較して十分速くなると予想される。しかしながら、これらは、同一成分であるので、１００％ＣｌＦ３ガスを用いた場合の選択比は十分でない。
【００６７】
そこで、エッチング処理には、窒素ガスで希釈した１０％〜２０％濃度のＣｌＦ３ガスをエッチングガスとして用いることが好ましい。単結晶のＳｉＣ膜のエッチングには、通常、１００％ＣｌＦ３ガスが使用されるが、この場合は、希釈したＣｌＦ３ガスを用いることで、緻密な多結晶のＳｉＣ膜と、緻密でない多結晶のＳｉＣ膜との間のエッチングレートに明確な差を設けることができる。
【００６８】
チャンバ２０１内にＣｌＦ３ガスが供給されると、下記式（１）にしたがってＳｉＣと反応する（Ｙ.Ｍｉｕｒａ, Ｈ.Ｈａｂｕｋａ, Ｙ.Ｋａｔｓｕｍｉ, Ｓ.Ｏｄａ, Ｙ.Ｆｕｋａｉ, Ｋ.Ｆｕｋａｅ, Ｔ.Ｋａｔｏ, Ｈ.Ｏｋｕｍｕｒａ, Ｋ.Ａｒａｉ, Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ. Ｖｏｌ.４６, Ｎｏ.１２, ２００７, ｐｐ.７８７５−７８７９）。この反応により、チャンバ２０１内に残存するＳｉＣ膜がエッチング除去される。
３ＳｉＣ＋８ＣｌＦ３ → ３ＳｉＦ４＋３ＣＦ４＋４Ｃｌ２ （１）
【００６９】
以上述べたように、本実施の形態のサセプタの処理方法および半導体製造装置の処理方法によれば、ＣｌＦ３ガスを使用せずにサセプタに付着したＳｉＣ膜を除去することができる。
【００７０】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００７１】
２００ 半導体製造装置
２０１ チャンバ
２０２ ライナ
２０３ａ、２０３ｂ 流路
２０４ 供給部
２０５ 排気部
２０６ 半導体基板
２０７ サセプタ
２０８ ヒータ
２０９、２１１ フランジ部
２１０、２１２ パッキン
２２０ シャワープレート
２２１ 貫通孔
２２２ 回転軸
２２３ 回転筒
２２５ プロセスガス
２３０ 胴部
２３１ 頭部
２３２ 段部
２３４ 角部
１０６ 基板
３０１ Ｓｉ膜
３０２ ＳｉＣ膜
３０３ 段差部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタの上に第１の基板を載置し、該第１の基板の上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記サセプタの上に前記第１の基板に代えて第２の基板を載置し、該第２の基板の上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２の基板が取り除かれた前記サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、前記サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、前記サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程とを有することを特徴とするサセプタの処理方法。
【請求項２】
前記ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程の後に、前記サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させる工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタの処理方法。
【請求項３】
前記ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程は、前記サセプタを１０００℃〜１２００℃の温度に加熱するとともに、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの回転数で回転させながら行われることを特徴とする請求項１または２に記載のサセプタの処理方法。
【請求項４】
ウェハが載置されるサセプタと、
前記サセプタが配置されて前記ウェハの上にエピタキシャル膜を形成する成膜室とを備えた半導体製造装置の処理方法であって、
前記成膜室において、前記サセプタの上にダミーウェハを載置し、該ダミーウェハの上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させた後、前記サセプタの上に前記ダミーウェハに代えて前記ウェハを載置し、該ウェハの上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させ、次いで、前記サセプタから前記ウェハを取り除いた後、前記サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、前記サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、前記サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去することを特徴とする半導体製造装置の処理方法。
【請求項５】
前記ＨＣｌガスによりＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去した後に、前記サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置の処理方法。
【請求項１】
サセプタの上に第１の基板を載置し、該第１の基板の上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記サセプタの上に前記第１の基板に代えて第２の基板を載置し、該第２の基板の上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第２の基板が取り除かれた前記サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、前記サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、前記サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程とを有することを特徴とするサセプタの処理方法。
【請求項２】
前記ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程の後に、前記サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させる工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のサセプタの処理方法。
【請求項３】
前記ＨＣｌガスを用いたＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去する工程は、前記サセプタを１０００℃〜１２００℃の温度に加熱するとともに、４００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの回転数で回転させながら行われることを特徴とする請求項１または２に記載のサセプタの処理方法。
【請求項４】
ウェハが載置されるサセプタと、
前記サセプタが配置されて前記ウェハの上にエピタキシャル膜を形成する成膜室とを備えた半導体製造装置の処理方法であって、
前記成膜室において、前記サセプタの上にダミーウェハを載置し、該ダミーウェハの上にＳｉ膜をエピタキシャル成長させた後、前記サセプタの上に前記ダミーウェハに代えて前記ウェハを載置し、該ウェハの上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させ、次いで、前記サセプタから前記ウェハを取り除いた後、前記サセプタを所定の温度に加熱し回転させながら、前記サセプタの上方からＨＣｌガスを流下させて、前記サセプタ上のＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去することを特徴とする半導体製造装置の処理方法。
【請求項５】
前記ＨＣｌガスによりＳｉ膜およびＳｉＣ膜を除去した後に、前記サセプタの上方からＣｌＦ３ガスを流下させることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置の処理方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−３３７７５（Ｐ２０１２−３３７７５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２９６２（Ｐ２０１０−１７２９６２）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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